JPH1020107A - Diffraction optical element, projection optical system. illumination optical system, optical apparatus, exposure device and production of device - Google Patents

Diffraction optical element, projection optical system. illumination optical system, optical apparatus, exposure device and production of device

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JPH1020107A
JPH1020107A JP8179082A JP17908296A JPH1020107A JP H1020107 A JPH1020107 A JP H1020107A JP 8179082 A JP8179082 A JP 8179082A JP 17908296 A JP17908296 A JP 17908296A JP H1020107 A JPH1020107 A JP H1020107A
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Japan
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optical element
diffractive optical
light
incident
steps
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Yasuyuki Unno
靖行 吽野
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diffraction optical element capable of effectively preventing the reflection of the light made incident from a prescribed direction. SOLUTION: The diffraction optical element 1 of a binary type approximating a lens 3 constituting a Fresnel lens by a staircase 4 is so constituted that the number L of the steps of this staircase and the height (h) of one step satisfy the conditions of the equations, L=1-k=λ/ (ns -ni )h}, h=λ/(2pni ), 0<k<=1, where the wavelength of incident light I is defined as λ, the refractive index of a substrate 1 inscribed with the staircase 4 as ns , the refractive index of the medium 2 on the light incident side of the staircase as ni and (p) as a natural number of >=2. Reflected light rays R1, R3 and reflected light rays R2, R4 are thereby made into antitheses from each other and the intensity over the entire part of the reflected light rays is made substantially zero.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、回折光学素子に関
し、特にバイナリ型の回折光学素子とバイナリ型の回折
光学素子を有する光学系と該光学系を有する光学装置と
に関する。
The present invention relates to a diffractive optical element, and more particularly to a binary diffractive optical element, an optical system having the binary diffractive optical element, and an optical device having the optical system.

【0002】[0002]

【従来の技術】回折光学素子を高精度に製造するため
に、最近バイナリ素子が注目を集めている。バイナリ素
子は、図12(a)のようなブレーズド状の断面形状を
有する回折光学素子を図12(b)のように階段状の形
状で近似することによって作製するものである。ここで
図12中100,101が透明な基板であり、その表面
に微細な形状を有する回折格子が形成されている。回折
格子の形状を階段状に近似することによって、作製にL
SIの製造等に用いられる半導体プロセスを適用するこ
とができるため、微細なピッチでも容易に高精度な加工
が可能になる。
2. Description of the Related Art In order to manufacture a diffractive optical element with high precision, a binary element has recently attracted attention. The binary element is manufactured by approximating a diffractive optical element having a blazed cross-sectional shape as shown in FIG. 12A with a step-like shape as shown in FIG. 12B. Here, reference numerals 100 and 101 in FIG. 12 denote transparent substrates, on which a diffraction grating having a fine shape is formed. By approximating the shape of the diffraction grating in a step shape, L
Since a semiconductor process used for manufacturing an SI or the like can be applied, high-precision processing can be easily performed even with a fine pitch.

【0003】図13に、半導体プロセスを用いて4段構
造の階段で有する回折光学素子(バイナリ素子)を製造
するプロセスを示す。図13中、110は回折格子が刻
まれる透明基板、111は基板110上に塗布されたレ
ジスト、112は格子パターン形成用のマスクである。
図11(a)の過程では、露光光113によってマスク
112を介してレジスタ111を露光し、それにマスク
パターンの潜像を形成する。図13(b)の過程では、
現像によって露光部(潜像部)のレジストを取り除く
(ここではポジ型レジストを仮定している)。図13
(c)の過程では、反応性イオンエッチングによって基
板110を垂直に所定の深さまで掘り下げる。その後残
留レジストを除去して、図13(d)に示すような2段
の階段形状が作られる。次に図13(e)の過程で、基
板表面にレジスト114をあらためて塗布した後、マス
ク112上のパターンの半分のピッチを有する格子パタ
ーンが形成されたマスク115を用いて露光を行なう。
図13(f)、(g)では、前回の露光と同様12露光
部のレジストの除去、エッチングを行ない、残留レジス
トを取り除いて、最終的に図13(h)の4段構造の階
段を得る。更に段数を増やす場合には、マスク115上
のパターンの半分の周期を有するパターンから成るマス
クを用いて同様の工程を繰り返せば良い。上で説明した
方法では作製することの可能な階段の段数が2n (n:
自然数)に限られてしまうが、使用するマスクの数とパ
ターン線幅を自由に選択することによって、任意の段数
から成る階段を得ることが可能になる。
FIG. 13 shows a process of manufacturing a diffractive optical element (binary element) having a four-step structure using a semiconductor process. In FIG. 13, reference numeral 110 denotes a transparent substrate on which a diffraction grating is carved, 111 denotes a resist applied on the substrate 110, and 112 denotes a mask for forming a grating pattern.
In the process of FIG. 11A, the register 111 is exposed by the exposure light 113 via the mask 112, and a latent image of a mask pattern is formed thereon. In the process of FIG.
The resist in the exposed portion (latent image portion) is removed by development (here, a positive type resist is assumed). FIG.
In the process (c), the substrate 110 is dug down to a predetermined depth vertically by reactive ion etching. After that, the remaining resist is removed to form a two-step shape as shown in FIG. Next, in the process of FIG. 13E, a resist 114 is newly applied to the substrate surface, and then exposure is performed using a mask 115 on which a grid pattern having a half pitch of the pattern on the mask 112 is formed.
In FIGS. 13F and 13G, the resist is removed and etched in 12 exposed portions in the same manner as in the previous exposure to remove the residual resist, and finally the four-step staircase of FIG. 13H is obtained. . To further increase the number of steps, a similar process may be repeated using a mask having a pattern having a half cycle of the pattern on the mask 115. In the method described above, the number of steps that can be produced is 2 n (n:
Although the number is limited to a (natural number), by freely selecting the number of masks to be used and the pattern line width, a step having an arbitrary number of steps can be obtained.

【0004】以上、基板をエッチングによって削ること
によって所望の階段形状を得る方法について説明した
が、平坦な基板上の所定箇所に段階一段分に相当する厚
さの膜を選択的にデポジッション(堆積)させる工程を
繰り返すことによって同様の形状を形成する技術も知ら
れている。
A method of obtaining a desired step shape by etching a substrate by etching has been described above. A film having a thickness corresponding to one step is selectively deposited (deposited) at a predetermined position on a flat substrate. A technique for forming a similar shape by repeating the step of forming the same shape is also known.

【0005】形状を階段状に近似することによって回折
効率は若干低下するが、8段の近似で約95%、16段
近似で約99%の回折効率が得られ、実用上は問題な
い。
Although the diffraction efficiency is slightly lowered by approximating the shape in a stepwise manner, about 95% is obtained by approximation of 8 steps and about 99% by approximation of 16 steps, and there is no practical problem.

【0006】図14は階段形状の詳細を説明するため
に、回折光学素子の一部を拡大して描いたものである。
ここで基板120の屈折率をns 、光が入射する側の媒
質121の屈折率をni とする。点線122が素子の理
想的な形状であり、実線123が、点線122を階段で
近似した素子の形状を表す。素子の各ピッチの境界(図
中の線B)において入射する光束に2πの不連続な位相
変化を与えるため、理想形状122に対する高さDは
FIG. 14 is an enlarged view of a part of the diffractive optical element for explaining the details of the staircase shape.
Here the refractive index n s of the substrate 120, the refractive index of the side of the medium 121 on which light is incident and n i. A dotted line 122 indicates an ideal shape of the element, and a solid line 123 indicates a shape of the element obtained by approximating the dotted line 122 by steps. In order to give a discontinuous phase change of 2π to the light beam incident on the boundary of each pitch of the element (line B in the figure), the height D with respect to the ideal shape 122 is

【0007】[0007]

【外1】 となることが必要である。(λは入射光の波長)また、
階段1段の高さをhとし、段の数をL(図14では便宜
上6段で描いている)とすると、階段形状123に対す
る高さEはE=(L−1)hとなる。図中αはDとEの
差であり、
[Outside 1] It is necessary that (Λ is the wavelength of the incident light)
Assuming that the height of one step is h and the number of steps is L (in FIG. 14, six steps are shown for convenience), the height E with respect to the step shape 123 is E = (L−1) h. In the figure, α is the difference between D and E,

【0008】[0008]

【外2】 の関係が成り立つ。通常はα=hとなるようにして、[Outside 2] Holds. Usually, α = h,

【0009】[0009]

【外3】 の条件を課して階段の各段の高さを決定するが、これは
必ずしも必要なことではない。このような決め方をする
と、段数Lを決定した時点で自動的に階段1段の高さh
の値が決まってしまい、hを調整して素子の特性を操作
することができなくなってしまうので、むしろ、0<α
hの範囲でαの値に自由度を残しておき、hの値を自
由に決められる方が都合が良いことが多い。そこで上記
(1)式をα=k・h(0<k1)としてあらためて
書き換えると、
[Outside 3] Is imposed to determine the height of each step of the stairs, but this is not necessary. With this method, the height h of one stair is automatically determined when the number L of steps is determined.
Is determined, and h cannot be adjusted to control the characteristics of the element.
It is often more convenient to leave a degree of freedom in the value of α in the range of < h and freely determine the value of h. Therefore, if the above equation (1) is rewritten as α = kh (0 <k < 1),

【0010】[0010]

【外4】 が、素子の階段1段の高さhと段数Lに関する条件とな
る。ここでkは0<k1の範囲で任意の値をとる。
[Outside 4] Is a condition relating to the height h and the number L of one staircase of the element. Here, k takes an arbitrary value in the range of 0 <k < 1.

【0011】ところで、通常光学素子の表面には反射光
を抑えるための反射防止膜が設けられる。屈折型レンズ
の場合には、表面形状が滑らかであるため、反射防止膜
の形成は容易に行なえる。一方、バイナリ素子に関して
も、表面に反射防止膜を形成したとする報告が、例え
ば、「E.Pawlowski and B.Kuhl
ow,“Antireflection−coated
diffractive optical elem
ents fabricated by thin−f
ilm deposition,“Opt.Eng.3
3(11),3537−3546(1994)」に記載
されている。そこで開示されている方法は、イオンビー
ムスパッタリング技術を用いて、図15に示すように、
階段形状を有する基板130の上方から反射防止膜用の
物質131を基板130に対して垂直に堆積させて、薄
膜132を形成するものである。
Incidentally, an antireflection film for suppressing reflected light is usually provided on the surface of the optical element. In the case of a refractive lens, since the surface shape is smooth, an antireflection film can be easily formed. On the other hand, regarding binary devices, reports that an antireflection film was formed on the surface have been reported, for example, in "E. Pawlowski and B. Kuhl."
ow, “Antireflection-coated
diffractive optical element
ents fabricated by thin-f
ilm deposition, "Opt. Eng.
3 (11), 3537-3546 (1994) ". The method disclosed therein uses an ion beam sputtering technique, as shown in FIG.
A thin film 132 is formed by depositing a substance 131 for an anti-reflection film perpendicularly on the substrate 130 from above the stepped substrate 130.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】図16は微細な階段上
にスパッタリング技術により反射防止膜を形成した時の
様子を示している。従来の技術では、階段が微細なため
に、階段上の反射防止膜の厚さが不均一となり、反射防
止の効果が低減してしまう。
FIG. 16 shows a state in which an antireflection film is formed on a fine step by a sputtering technique. In the prior art, the steps are fine, so that the thickness of the antireflection film on the steps becomes uneven, and the effect of antireflection is reduced.

【0013】また、反射防止膜により反射防止を行なう
場合には素子の製作時に成膜工程が含まれるために、製
造時間と製造コストが増加する。
Further, when antireflection is performed by an antireflection film, a film formation step is included in the fabrication of the device, so that the production time and the production cost increase.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の目的は、
所定方向から入射する光に対して効果的に反射防止を行
なえる回折光学素子を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION A first object of the present invention is to:
An object of the present invention is to provide a diffractive optical element capable of effectively preventing reflection of light incident from a predetermined direction.

【0015】本発明の第2の目的は、上記回折光学素子
を有する投影光学系や照明光学系や光学機器や露光装置
デバイス製造方法を提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a projection optical system, an illumination optical system, an optical apparatus, and an exposure apparatus having the above-described diffractive optical element.

【0016】本発明の回折光学素子の第1形態は、階段
状の要素を複数個並べた回折光学素子において、素子の
互いに異なる領域からの反射光同士の干渉により素子全
体からの反射光の強度が実質的にゼロになるように段階
状要素の段数と一段の高さを定めたことを特徴とする。
According to a first mode of the diffractive optical element of the present invention, in a diffractive optical element in which a plurality of step-like elements are arranged, the intensity of reflected light from the entire element due to interference between reflected lights from different areas of the element. Is set to substantially zero, and the number of steps of the step-like element and the height of one step are determined.

【0017】本発明の回折光学素子の第2の形態は、階
段状の要素を複数個の並べた回折光学素子において、入
射光の波長をλ、前記階段状要素の屈折率をns 、前記
階段状要素の光入射側の媒質の屈折率をni 、pを2以
上の自然数とする時、前記階段状要素の段数Lと一段の
高さhが以下の条件を満たすことを特徴とする。
According to a second aspect of the diffractive optical element of the present invention, in a diffractive optical element in which a plurality of step-like elements are arranged, the wavelength of incident light is λ, the refractive index of the step-like element is n s , When the refractive index of the medium on the light incident side of the step-like element is n i and p is a natural number of 2 or more, the number L of steps and the height h of one step satisfy the following conditions. .

【0018】L=1−k+λ/{(ns −ni )h} h=λ/(2pni ) 0<k≦1[0018] L = 1-k + λ / {(n s -n i) h} h = λ / (2pn i) 0 <k ≦ 1

【0019】本発明の回折光学素子の第3の形態は、階
段状の要素を複数個の並べた回折光学素子において、入
射光の波長をλ、前記階段状要素の屈折率をns 、前記
階段状要素の光射出側の媒質の屈折率をnj 、pを2以
上の自然数とする時、前記階段状要素の段数Lと一段の
高さhが以下の条件を満たすことを特徴とする回折光学
素子。
According to a third aspect of the diffractive optical element of the present invention, in a diffractive optical element in which a plurality of step-like elements are arranged, the wavelength of incident light is λ, the refractive index of the step-like element is n s , When the refractive index of the medium on the light emission side of the step-like element is n j and p is a natural number of 2 or more, the number L of steps and the height h of one step satisfy the following conditions. Diffractive optical element.

【0020】L=1−k+λ/{(ns −nj )h} h=λ/(2pns ) 0<k≦1[0020] L = 1-k + λ / {(n s -n j) h} h = λ / (2pn s) 0 <k ≦ 1

【0021】本発明の第4の形態は、フレネルレンズを
構成する各レンズを階段構造により近似したバイナリ型
の回折光学素子において、素子の互いに異なる領域から
の反射光同士の干渉により素子全体からの反射光の強度
が実質的にゼロになるように階段の段数と一段の高さを
定めたことを特徴とする回折光学素子。
According to a fourth aspect of the present invention, in a binary diffractive optical element in which each lens constituting a Fresnel lens is approximated by a staircase structure, interference between reflected lights from different regions of the element causes interference from the entire element. A diffractive optical element wherein the number of steps and the height of one step are determined so that the intensity of reflected light is substantially zero.

【0022】本発明の第5の形態は、フレネルレンズを
構成する各レンズを階段構造により近似したバイナリ型
の回折光学素子において、入射光の波長をλ、前記階段
の屈折率をns 、前記階段の光入射側の媒質の屈折率を
i 、pを2以上の自然数とする時、前記階段状要素の
段数Lと一段の高さhが以下の条件を満たすことを特徴
とする回折光学素子。
According to a fifth aspect of the present invention, in a binary diffractive optical element in which each lens constituting a Fresnel lens is approximated by a step structure, the wavelength of incident light is λ, the refractive index of the step is n s , When the refractive index of the medium on the light incident side of the steps is n i and p is a natural number of 2 or more, the number L of steps and the height h of one step satisfy the following conditions: element.

【0023】L=1−k+λ/{(ns −ni )h} h=λ/(2pni ) 0<k≦1[0023] L = 1-k + λ / {(n s -n i) h} h = λ / (2pn i) 0 <k ≦ 1

【0024】本発明の第6の形態は、フレネルレンズを
構成する各レンズを階段構造により近似したバイナリ型
の回折光学素子において、入射光の波長をλ、前記階段
の屈折率をns 、前記階段の光射出側の媒質の屈折率を
j 、pを2以上の自然数とする時、前記階段の段数L
と一段の高さhが以下の条件を満たすことを特徴とする
回折光学素子。
According to a sixth aspect of the present invention, in a binary diffractive optical element in which each lens constituting a Fresnel lens is approximated by a step structure, the wavelength of incident light is λ, the refractive index of the step is n s , When the refractive index of the medium on the light exit side of the stairs is n j and p is a natural number of 2 or more, the number of steps L of the stairs
And the height h of one step satisfies the following condition.

【0025】L=1−k+λ/{(ns −nj )h} h=λ/(2pns ) 0<k≦1[0025] L = 1-k + λ / {(n s -n j) h} h = λ / (2pn s) 0 <k ≦ 1

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

〔第1の実施例〕本発明の第1実施例について図面を用
いながら説明を行なう。図1は本発明を用いて表面から
の反射光を抑えた回折光学素子(バイナリ素子)の一部
を示したものである。図2中1がバイナリ素子が形成さ
れたガラス又はプラスチックより成る透明基板(屈折
率:nS )であり、2が光が入射する側の媒質(屈折
率:ni )である。また、点線3が素子の理想的な形状
であり、所謂フレネルレンズの形状を示している。実線
4が理想形状3のレンズ形状を階段形状で近似した実際
のバイナリ素子の形状を示している。ここで階段は領域
K1〜K8から構成される8段構造となっており、夫
々、r1,r2,…r8の幅を有している。階段一段あ
たりの高さは全て等しく、図に示す通りhとなってい
る。I1,I2…は、夫々領域K1,K2,…に入射す
る入射光を示し、R1,R2,…は夫々領域K1,K
2,…からの反射光を表す。図1ではK5〜K8の部分
に対する入射光I5〜I8及び反射光R5〜R8は省略
して描いている。ここで入射光I1〜I8は互いに位相
が揃った平面波であり、反射光R1〜R8は階段の高さ
hの各段により位相変化を受けた全体としては位相の揃
っていない平面波である。領域K1〜K8全体からの反
射光はR1〜R8を位相で考慮して足し合わせることに
より計算されることは周知の通りである。図1の形態で
は各段からの反射光が干渉によって互いに打ち消しあい
結果的に全体からの反射光の強度がゼロとなるようにバ
イナリ素子の形状を定めている。
[First Embodiment] A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a part of a diffractive optical element (binary element) in which light reflected from a surface is suppressed by using the present invention. In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a transparent substrate (refractive index: n S ) formed of glass or plastic on which a binary element is formed, and reference numeral 2 denotes a medium (refractive index: n i ) on the light incident side. A dotted line 3 shows an ideal shape of the element, that is, a so-called Fresnel lens shape. A solid line 4 indicates the actual binary element shape obtained by approximating the lens shape of the ideal shape 3 with a step shape. Here, the stairs have an eight-stage structure composed of regions K1 to K8, each having a width of r1, r2,... R8. The heights per stair are all equal and are h as shown in the figure. .. Denote incident light incident on the regions K1, K2,..., Respectively, and R1, R2,.
The reflected light from 2,. In FIG. 1, the incident lights I5 to I8 and the reflected lights R5 to R8 for the portions K5 to K8 are omitted. Here, the incident lights I1 to I8 are plane waves whose phases are aligned with each other, and the reflected lights R1 to R8 are plane waves whose phases are changed as a whole and whose phases are changed by each step of the height h of the steps. It is well known that the reflected light from the entire region K1 to K8 is calculated by adding R1 to R8 in consideration of the phase. In the embodiment shown in FIG. 1, the shape of the binary element is determined so that the reflected lights from the respective stages cancel each other out by interference and the intensity of the reflected light from the whole becomes zero as a result.

【0027】ここで、図2を用いて全体からの干渉によ
って反射光の強度がゼロとなる条件について説明する。
図2中10は幅a1 ,11は幅a2 を有する領域であ
り、それらが高さdの段差をもって形成され、それぞれ
の領域には位相の揃った平面波J1,J2が入射してい
る。光入射側媒質の屈折率をni とすると、領域10か
らの反射光S1と領域11からの反射光S2では光路長
に差が生じ、その光路長差の値は2ni dで与えられ
る。ここで反射光S1と反射光S2が打ち消しあって反
射光が全体としてゼロとなるためには、反射光S1と反
射光S2の位相が互いに反転しており(即ち180°ず
れており)且つ互いに振幅が等しいことが条件となる。
入射光の真空中における波長(以下波長と記す。)をλ
とすると、まず位相の条件を満たすためには、
Here, the conditions under which the intensity of the reflected light becomes zero due to interference from the whole will be described with reference to FIG.
In FIG. 2, 10 is a region having a width a 1 and 11 is a region having a width a 2. These regions are formed with a step having a height d, and plane waves J 1 and J 2 having the same phase are incident on each region. When the refractive index of the light incident-side medium and n i, the difference in optical path length in the reflected light S2 from the reflection light S1 and the area 11 is generated from the region 10, the value of the optical path length difference is given by 2n i d. Here, in order for the reflected light S1 and the reflected light S2 to cancel each other and become zero as a whole, the phases of the reflected light S1 and the reflected light S2 are inverted with each other (that is, shifted by 180 °) and are mutually shifted. The condition is that the amplitudes are equal.
The wavelength of the incident light in a vacuum (hereinafter referred to as wavelength) is λ
Then, in order to satisfy the phase condition,

【0028】[0028]

【外5】 が必要となり、振幅の条件を満たすためには、幅a1
幅a2 が等しいことが必要となる。
[Outside 5] Is required, and the width a 1 and the width a 2 need to be equal in order to satisfy the condition of the amplitude.

【0029】図2では2つの領域から成る2段の階段構
造を用いて説明を行なったが、次に図3と図4を用いて
反射光の位相と振幅に関する上記の条件を満たすための
他の階段構造について説明する。
Although FIG. 2 has been described using a two-step staircase structure composed of two regions, FIG. 3 and FIG. 4 will be used to explain other conditions for satisfying the above conditions regarding the phase and amplitude of the reflected light. The staircase structure will be described.

【0030】図3は幅がb1 ,b2 ,b3 の3つの領域
20,21,22が
[0030] Figure 3 is a width of b 1, b 2, 3 a region of b 3 20, 21, 22

【0031】[0031]

【外6】 の段差で並んでいる階段構造を示す。J1〜J3が互い
に位相の揃った入射光、S1〜S3が各段差のために互
いに位相のずれた反射光を示す。ここで上記の通り段差
を決めると、反射光S2と反射光S1は位相が反転し、
同様に反射光S2と反射光S3も位相が反転することに
なる。そのため反射光S1と反射光S3は同位相とな
る。従って領域の幅に関してb2 =b1 +b3 が満たさ
れるようにすれば、反射光全体では、各反射光同士の干
渉の結果強度ゼロになる。
[Outside 6] Fig. 2 shows a staircase structure arranged with steps. J1 to J3 indicate incident lights having the same phase with each other, and S1 to S3 indicate reflected lights whose phases are shifted from each other due to each step. When the step is determined as described above, the phases of the reflected light S2 and the reflected light S1 are inverted,
Similarly, the phases of the reflected light S2 and the reflected light S3 are also inverted. Therefore, the reflected light S1 and the reflected light S3 have the same phase. Therefore, if b 2 = b 1 + b 3 is satisfied with respect to the width of the region, the intensity of the entire reflected light becomes zero as a result of interference between the reflected lights.

【0032】図4は幅がc1 ,c2 ,c3 ,c4 の4つ
の領域30,31,32,33が
[0032] Figure 4 four regions 30, 31, 32 and 33 of width c 1, c 2, c 3 , c 4

【0033】[0033]

【外7】 の段差で並んでいる階段構造を示す。J1〜J4が互い
に位相の揃った入射光、S1〜S4が段差のために互い
に位相のずれた反射光を示す。ここで上記の通り段差を
決めると、反射光S2を基準に考えて反射光S1と反射
光S3は反射光S2に対して位相が反転し、反射光S4
は反射光S2と同位相となる。従って各反射光同士の干
渉の結果反射光全体の強度がゼロとなるためには、領域
の幅に関してc1 +c3 =c2 +c4 の条件が満たされ
れば良い。段差が5段,6段,7段以上の階段構造の場
合も、
[Outside 7] Fig. 2 shows a staircase structure arranged with steps. J1 to J4 indicate incident lights having the same phase with each other, and S1 to S4 indicate reflected lights having different phases with each other due to a step. When the step is determined as described above, the phases of the reflected light S1 and the reflected light S3 are inverted with respect to the reflected light S2 based on the reflected light S2,
Has the same phase as the reflected light S2. Therefore, in order for the intensity of the entire reflected light to become zero as a result of interference between the reflected lights, the condition of c 1 + c 3 = c 2 + c 4 may be satisfied with respect to the width of the region. In the case of a staircase structure with five steps, six steps, seven steps or more,

【0034】[0034]

【外8】 の段差で階段構造を形成することにより反射防止の効果
を実現することが可能になる。
[Outside 8] By forming a staircase structure with the steps described above, it is possible to achieve an antireflection effect.

【0035】以上の議論から図1のバイナリ素子では、
反射光R1〜R8が干渉して反射光強度がゼロとなるた
めに、階段の段差hが
From the above discussion, in the binary device of FIG.
Since the reflected lights R1 to R8 interfere with each other and the reflected light intensity becomes zero, the step h of the stairs becomes

【0036】[0036]

【外9】 の条件を満たすように決めている。ところで、バイナリ
型光学素子の階段一段あたりの高さに関しては、前述の
(2)式の関係が成り立つ必要がある。そこで
[Outside 9] Is determined to satisfy the conditions. By the way, as for the height per one step of the binary optical element, the above-mentioned relation (2) needs to be satisfied. Therefore

【0037】[0037]

【外10】 を(2)式に代入してまとめると、[Outside 10] Substituting into equation (2) gives

【0038】[0038]

【外11】 となる。実際の値として、バイナリ素子が形成されてい
る基板の屈折率ns =1.52、光入射側の媒質を空気
(ni =1.0)として計算すると、L=8,k=0.
69となる。kの値は0<k1の任意の値が可能であ
ることは前述の通りであるので、図1で示したように、
8段の階段構造で実際に反射光が打ち消しあう条件が実
現されることになる。但し、実際に反射光の強度がゼロ
になるためには、R1〜R8の反射光のうち、位相の揃
っている組、即ち(R1,R3,R5,R7)と(R
2,R4,R6,R8)それぞれの振幅の合計が等しく
なっていることが必要である。そのため、図1に示した
本実施例では、幅r1〜r8に対して、r1 +r3 +r
5 +r7 =r2 +r4 +r6 +r8 となるように各階段
の幅を決める。図1はバイナリ素子の断面を二次元的に
描いているために階段の「幅」という表現を用いたが、
実際の三次元形状を有する素子においては、各段の
「幅」は、各段の「面積」に対応する。
[Outside 11] Becomes As actual values, when the refractive index of the substrate on which the binary element is formed is n s = 1.52 and the medium on the light incident side is air (n i = 1.0), L = 8 and k = 0.
69. Since the value of k can be any value of 0 <k < 1, as described above, as shown in FIG.
The condition in which the reflected lights actually cancel each other is realized by the eight-step structure. However, in order for the intensity of the reflected light to be actually zero, a set of the reflected lights R1 to R8 having the same phase, that is, (R1, R3, R5, R7) and (R
2, R4, R6, and R8) need to be equal. Therefore, in the present embodiment shown in FIG. 1, the widths r1 to r8 correspond to r 1 + r 3 + r
So that 5 + r 7 = r 2 + r 4 + r 6 + r 8 determines the width of each step. Although FIG. 1 uses the expression “width” of the stairs because the cross section of the binary element is drawn two-dimensionally,
In an element having an actual three-dimensional shape, the “width” of each step corresponds to the “area” of each step.

【0039】図1の例では、K1〜K8の範囲即ちバイ
ナリ素子としての1ピッチ分の範囲で反射光全体の強度
をゼロにする構造を示したが、入射光の可干渉性の保た
れる範囲であればより広い範囲を一つの領域として、そ
こからの反射光がゼロとなる構造が可能である。
In the example shown in FIG. 1, the intensity of the entire reflected light is made zero in the range of K1 to K8, that is, in the range of one pitch as a binary element, but the coherence of the incident light is maintained. If it is a range, it is possible to adopt a structure in which a wider range is regarded as one region and reflected light therefrom is zero.

【0040】以上、空気中からバイナリ素子に光が入射
する際の素子の反射防止条件を考えたが、以下に、バイ
ナリ素子から空気中に光が射出する際の反射防止条件を
考える。バイナリ素子が形成されている基板の屈折率を
s 、光射出側の媒質の屈折率をnj とし、階段一段の
高さを
The anti-reflection condition of the element when light enters the binary element from the air has been described above. The anti-reflection condition when light is emitted from the binary element to the air will be considered below. The refractive index of the substrate on which the binary element is formed is n s , the refractive index of the medium on the light emission side is n j, and the height of each step is

【0041】[0041]

【外12】 と書き換えると、前述の(2)式に対応する式は[Outside 12] The expression corresponding to the above expression (2) is

【0042】[0042]

【外13】 となる。(4)式に[Outside 13] Becomes (4)

【0043】[0043]

【外14】 を代入すると、[Outside 14] Substituting

【0044】[0044]

【外15】 となる。ここで、ns =1.52,nj =1.0の場合
について計算してみると、L=12,k=0.69とな
り、12段の階段構造で反射防止効果が実現できること
が分かる。
[Outside 15] Becomes Here, when calculations are performed for the case of n s = 1.52 and n j = 1.0, L = 12 and k = 0.69, and it can be seen that the antireflection effect can be realized by the 12-step stair structure. .

【0045】〔第2の実施例〕第1の実施例では、階段
の段差を
[Second Embodiment] In the first embodiment, the steps of the stairs are

【0046】[0046]

【外16】 として隣り合う段からの反射光の位相が反転する(即ち
180°異なる)という条件で反射防止の条件を導い
た。ここでは、最初に隣接する段からの反射光の位相差
が120°となる場合の構成について説明を行なう。図
5は40,41,42の3つの領域から構成された、一
段あたりの段差がtである階段を示す。ここで、E1〜
E3は夫々の領域に入射する互いに位相の揃った入射光
であり、G1〜G3は、夫々の領域からの反射光を示
す。互いに振幅が等しく位相が180°異なる2つの反
射光を干渉させると全体としての強度がゼロになること
は前述の通りであるが、互いに振幅が等しく位相が互い
に120°異なる3つの反射光を干渉させても全体とし
ての強度はゼロになる。反射光G1と反射光G2、反射
光G2と反射光G3の間の光路長差は2ni tであるた
め、それらの位相差が120°となる条件は
[Outside 16] The antireflection condition was derived under the condition that the phase of the reflected light from the adjacent stage is inverted (that is, the phase is different by 180 °). Here, a configuration in the case where the phase difference of the reflected light from the first adjacent stage is 120 ° will be described. FIG. 5 shows a staircase composed of three regions 40, 41, and 42, where the step difference per one stage is t. Here, E1
E3 is incident light incident on each area and having the same phase with each other, and G1 to G3 indicate reflected light from each area. As described above, when two reflected lights having the same amplitude and a phase different from each other by 180 ° interfere with each other, the intensity becomes zero as a whole, but the three reflected lights having the same amplitude and the phase different from each other by 120 ° interfere with each other. Even if it does, the intensity as a whole will be zero. And the reflected light G1 reflected light G2, since the optical path length difference between the reflected light G2 reflected light G3 is 2n i t, condition their phase difference becomes 120 ° is

【0047】[0047]

【外17】 であり、その結果、階段一段あたりの高さに対する条件
[Outside 17] As a result, the condition for the height per stair is

【0048】[0048]

【外18】 となる。上記の(2)式のhにこの結果を代入してns
=1.52,ni =1.0として計算すると、L=12
が得られ、段差
[Outside 18] Becomes Substituting this result for h in equation (2) above, n s
= 1.52, n i = 1.0, L = 12
Is obtained and the step

【0049】[0049]

【外19】 を有する12段の階段構造で反射光の発生しないバイナ
リ素子が実現できる。
[Outside 19] A binary element that does not generate reflected light can be realized with a 12-step stair structure having

【0050】次に図6を用いて、隣接する段からの反射
光の位相差が90°となる場合について説明を行なう。
図6は、50,51,52,53の4つの領域から構成
された、一段あたりの段差がuである階段を示す。F1
〜F4は夫々の領域に入射する互いに位相の揃った入射
光であり、H1〜H4は夫々の領域からの反射光を示
す。ここでは4つの振幅の等しい反射光の位相を0°,
90°,180°,270°のように90°ずつ変化さ
せて干渉させ全体としての強度がゼロになるようにして
いる。具体的には、反射光H1に対して反射光H2の位
相が90°遅れ、反射光H3の位相が180°遅れ、反
射光H4の位相が270°遅れる。隣接する反射光の光
路差は2ni uであるため、それらの位相差が90°と
なる条件は
Next, a case where the phase difference of the reflected light from the adjacent stage becomes 90 ° will be described with reference to FIG.
FIG. 6 shows a staircase composed of four regions 50, 51, 52, and 53 with a step difference u per step. F1
F4 to F4 are incident lights incident on the respective regions and having the same phase with each other, and H1 to H4 represent reflected lights from the respective regions. Here, the phases of the four reflected lights having the same amplitude are set to 0 °,
The intensity is changed by 90 °, such as 90 °, 180 °, and 270 °, so that the intensity becomes zero as a whole. Specifically, the phase of the reflected light H2 is delayed by 90 ° with respect to the reflected light H1, the phase of the reflected light H3 is delayed by 180 °, and the phase of the reflected light H4 is delayed by 270 °. Since the optical path difference between adjacent reflected lights is 2n i u, the condition that their phase difference is 90 ° is

【0051】[0051]

【外20】 であり、その結果として階段が一段あたりの高さに対す
る条件は
[Outside 20] As a result, the condition for the height of the stairs per step is

【0052】[0052]

【外21】 となる。上記の(2)式のhにこの結果を代入してns
=1.52,ni =1.0として計算すると、L=16
が得られ、段差
[Outside 21] Becomes Substituting this result for h in equation (2) above, n s
= 1.52, n i = 1.0, L = 16
Is obtained and the step

【0053】[0053]

【外22】 を有する16段の階段構造で反射光の発生しないバイナ
リ素子が実現できる。
[Outside 22] A binary element that does not generate reflected light can be realized with a 16-step stair structure having the following.

【0054】以後同様に考えていくと、階段一段あたり
の高さが
When the same consideration is given hereafter, the height per stair is

【0055】[0055]

【外23】 (但しpは2以上の自然数)の時に反射光の発生しない
条件となることは明らかである。
[Outside 23] Obviously, the condition is that no reflected light is generated when p is a natural number of 2 or more.

【0056】以上の結果をまとめると、全体として反射
光の発生しない条件は次のようになる。
Summarizing the above results, the conditions under which reflected light does not occur as a whole are as follows.

【0057】(1)屈折率ni の媒質からバイナリ素子
(屈折率:ns )に光が入射する場合 階段一段の高さ:
[0057] (1) a medium binary elements from (refractive index: n s) of the refractive index n i in a one-stage step-when light is incident height:

【0058】[0058]

【外24】 階段の段数:[Outside 24] Number of stairs:

【0059】[0059]

【外25】 [Outside 25]

【0060】(2)バイナリ素子(屈折率:ns )から
屈折率nj の媒質に光が射出する場合 階段一段の高さ:
(2) A case where light is emitted from a binary element (refractive index: n s ) to a medium having a refractive index of n j One step height:

【0061】[0061]

【外26】 階段の段数:[Outside 26] Number of stairs:

【0062】[0062]

【外27】 (但し何れの場合も、pは2以上の自然数、kは0<k
1の実数)
[Outside 27] (However, in each case, p is a natural number of 2 or more, and k is 0 <k
< Real number of 1)

【0063】ここまでの説明では、バイナリ素子の表面
に垂直に入射する光の反射率が最小になる条件として、
階段一段の高さ及び段数の決定を行なった。本発明を用
いて垂直以外のある角度を持って入射する光の反射率が
最小となるように階段一段の高さ及び段数の決定を行な
うことが可能である。
In the description so far, the condition for minimizing the reflectance of light that is perpendicularly incident on the surface of the binary element is as follows:
The height and number of stairs were determined. Using the present invention, the height and the number of steps can be determined so that the reflectance of light incident at an angle other than perpendicular is minimized.

【0064】次に、本発明によるバイナリ型の回折光学
素子(バイナリ素子)に従来の反射防止膜を組合せた例
を図7に用いて説明する。図7中、60は本発明を適用
したバイナリ素子であり、階段一段あたりの高さhは前
記第1の実施例で説明したように決められている。その
際の反射防止効果は、素子の60に対して垂直に入射す
る光束61に対して最適化されている。通常の光学素子
を光学系の中で用いる際には、素子に対する光束の入射
角度は垂直のみならず、所定の範囲を有していることが
普通である。図7で、62,63は斜め方向からの入射
光束を示す。従来の反射防止膜を使用した反射防止技術
では、垂直方向からの入射光束に加え斜め方向の入射光
束に対しても反射防止効果が実現されるように10層前
後の非常に多数の層によって反射防止膜を形成してい
た。一方本発明を適用したバイナリ素子60では、反射
防止膜のない状態で垂直方向からの入射光61に対して
充分な反射防止効果が実現されているので、該素子60
上に斜め方向からの入射光束62,63に対して反射防
止特性を最適化させた反射防止膜64を設けることによ
り、少ない層数で広い反射角度範囲において良好な反射
防止特性を有するバイナリ型素子が得られる。このよう
な反射防止膜の作製においては、多数の層を設ける必要
がないので、図16を用いて説明したような問題も比較
的容易に回避することが可能である。ここで、バイナリ
素子の階段一段の高さ及び段数を斜め方向からの入射光
束62,63に対する反射率が最小となるように設定
し、反射防止膜64によって垂直方向からの入射光束6
1に対する反射率が最小となるように設定しても、同様
の効果が得られる。
Next, an example in which a conventional antireflection film is combined with a binary diffractive optical element (binary element) according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 7, reference numeral 60 denotes a binary element to which the present invention is applied, and the height h per one step is determined as described in the first embodiment. The anti-reflection effect at that time is optimized for the light beam 61 that is perpendicularly incident on the element 60. When an ordinary optical element is used in an optical system, the angle of incidence of a light beam on the element usually has a predetermined range as well as being perpendicular. In FIG. 7, reference numerals 62 and 63 indicate incident light beams from oblique directions. In the anti-reflection technology using the conventional anti-reflection film, reflection is performed by a very large number of layers of about 10 layers so that the anti-reflection effect is realized not only for the incident light beam in the vertical direction but also for the incident light beam in the oblique direction. A protective film was formed. On the other hand, in the binary element 60 to which the present invention is applied, a sufficient anti-reflection effect for incident light 61 from the vertical direction is realized without the anti-reflection film.
By providing an anti-reflection film 64 having optimized anti-reflection characteristics for incident light beams 62 and 63 from oblique directions, a binary device having good anti-reflection characteristics over a wide reflection angle range with a small number of layers. Is obtained. Since there is no need to provide a large number of layers in manufacturing such an antireflection film, the problem described with reference to FIG. 16 can be relatively easily avoided. Here, the height and the number of steps of each step of the binary element are set so that the reflectance for the incident light beams 62 and 63 from the oblique direction is minimized.
The same effect can be obtained even if the reflectance for 1 is set to be the minimum.

【0065】以上説明した回折光学素子の形態は、透明
基板の一方の面に階段構造を形成して他方の面に平面ま
たは球面を形成する形態や、透明基板の一方の面に階段
構造を形成して他方の面に非球面を形成する形態や、透
明基板の両面に階段構造を形成する形態等が採れる。
The diffractive optical element described above has a configuration in which a step structure is formed on one surface of a transparent substrate and a flat surface or a spherical surface is formed on the other surface, or a step structure is formed on one surface of the transparent substrate. Then, an aspherical surface may be formed on the other surface, or a staircase structure may be formed on both surfaces of the transparent substrate.

【0066】図8は上記回折光学素子のいずれかを有す
る投影光学系を示す図である。図8において、81は球
面または非球面を有する通常のレンズ、82は本発明の
回折光学素子である。回折光学素子82は通常のレンズ
81と協力して系の各種収差(色収差やザイデルの5収
差)を補正する。なお、通常のレンズ81の表面には反
射防止膜が形成されている。
FIG. 8 is a view showing a projection optical system having any of the above-mentioned diffractive optical elements. 8, reference numeral 81 denotes a normal lens having a spherical or aspherical surface, and reference numeral 82 denotes a diffractive optical element of the present invention. The diffractive optical element 82 corrects various system aberrations (chromatic aberration and Seidel's five aberrations) in cooperation with the ordinary lens 81. Note that an antireflection film is formed on the surface of the normal lens 81.

【0067】このような投影光学系は、各種カメラや、
一眼レフカメラに取り付ける交換レンズや、複写機等の
事務機や、液晶パネル製造用の投影露光装置や、IC,
LSI等の半導体チップ製造用の投影露光装置に用いら
れる。
Such a projection optical system includes various cameras,
Interchangeable lenses attached to single-lens reflex cameras, office machines such as copiers, projection exposure equipment for manufacturing liquid crystal panels, ICs,
It is used for a projection exposure apparatus for manufacturing a semiconductor chip such as an LSI.

【0068】図9は上記投影露光装置を示す概略図であ
る。図9において、91は露光光を供給する照明光学
系、92は照明光学系により照明されるマスク、93は
マスク92に描かれたデバイスパターンの像を投影する
投影光学系、93はレジストが塗布されたガラス基板や
シリコン基板を示す。投影光学系93は本発明の回折光
学素子を有し、照明光学系91も本発明の回折光学素子
を有する。そして、照明光学系91や投影光学系を構成
するレンズはその表面に反射防止膜が形成してある。
FIG. 9 is a schematic diagram showing the projection exposure apparatus. 9, reference numeral 91 denotes an illumination optical system for supplying exposure light; 92, a mask illuminated by the illumination optical system; 93, a projection optical system for projecting an image of a device pattern drawn on the mask 92; 1 shows a glass substrate or a silicon substrate that has been etched. The projection optical system 93 has the diffractive optical element of the present invention, and the illumination optical system 91 also has the diffractive optical element of the present invention. The lens constituting the illumination optical system 91 and the projection optical system has an anti-reflection film formed on the surface thereof.

【0069】次に上記説明した露光装置を利用した半導
体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図10は半
導体デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、あるい
は液晶パネルやCCD等)の製造のフローを示す。ステ
ップ1(回路設計)では半導体デバイスの回路設計を行
なう。ステップ2(マスク製作)では設計した回路パタ
ーンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ3
(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウエハを
製造する。ステップ4(ウエハプロセス)は前工程と呼
ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラ
フィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次
のステップ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ
4によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化す
る工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンデ
ィング)、パッケージング工程(チップ封入)等の工程
を含む。ステップ6(検査)ではステップ5で作製され
た半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の
検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完
成し、これが出荷(ステップ7)される。
Next, an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device using the above-described exposure apparatus will be described. FIG. 10 shows a flow of manufacturing a semiconductor device (a semiconductor chip such as an IC or an LSI, or a liquid crystal panel or a CCD). In step 1 (circuit design), the circuit of the semiconductor device is designed. Step 2 is a process for making a mask on the basis of the circuit pattern design. Step 3
In (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the prepared mask and wafer. The next step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process of forming a semiconductor chip using the wafer produced in step 4, and includes processes such as an assembly process (dicing and bonding) and a packaging process (chip encapsulation). including. In step 6 (inspection), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device manufactured in step 5 are performed. Through these steps, a semiconductor device is completed and shipped (step 7).

【0070】図11は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオ
ン打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ1
5(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ16(露光)では上記説明した露光装置によって
マスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステッ
プ17(現像)では露光したウエハを現像する。ステッ
プ18(エッチング)では現像したレジスト像以外の部
分を削り取る。ステップ19(レジスト剥離)ではエッ
チングが済んで不要となったレジストを取り除く。これ
らのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上
に多重に回路パターンが形成される。
FIG. 11 shows a detailed flow of the wafer process. Step 11 (oxidation) oxidizes the wafer's surface. Step 12 (CVD) forms an insulating film on the wafer surface. Step 13 (electrode formation) forms electrodes on the wafer by vapor deposition. In step 14 (ion implantation), ions are implanted into the wafer. Step 1
In 5 (resist processing), a photosensitive agent is applied to the wafer. Step 16 (exposure) uses the above-described exposure apparatus to print and expose the circuit pattern of the mask onto the wafer. Step 17 (development) develops the exposed wafer. In step 18 (etching), portions other than the developed resist image are removed. In step 19 (resist stripping), unnecessary resist after etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

【0071】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを製造することがで
きる。
By using the manufacturing method of this embodiment, it is possible to manufacture a highly integrated device which has been conventionally difficult to manufacture.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上、本発明によれば、回折光学素子に
所定方向から入射する光に対して効果的に反射防止が行
なえ、反射防止膜を用いない時には、反射防止膜を用い
る場合に比べて素子の製作時間や製作コストを少なくす
ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to effectively prevent reflection of light incident on a diffractive optical element from a predetermined direction. As a result, the manufacturing time and manufacturing cost of the device can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のバイナリ型回折光学素子の一実施例を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a binary diffractive optical element according to the present invention.

【図2】反射光が消滅する条件を説明するための説明図
である。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining conditions under which reflected light disappears.

【図3】反射光が消滅する他の条件を説明するための説
明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining another condition under which reflected light disappears.

【図4】反射光が消滅する他の条件を説明するための説
明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining another condition under which reflected light disappears.

【図5】反射光が消滅する他の条件を説明するための説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining another condition under which reflected light disappears.

【図6】反射光が消滅する他の条件を説明するための説
明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining another condition under which reflected light disappears.

【図7】反射防止膜を組合せた例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory view showing an example in which an antireflection film is combined.

【図8】投影光学系を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a projection optical system.

【図9】投影露光装置を示す図である。FIG. 9 is a view showing a projection exposure apparatus.

【図10】半導体デバイスの製造フローを示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing flow of the semiconductor device.

【図11】図10のウエハプロセスを示す図である。FIG. 11 is a view showing a wafer process of FIG. 10;

【図12】従来の回折素子とバイナリ型回折素子の断面
を比較した図である。
FIG. 12 is a diagram comparing cross sections of a conventional diffraction element and a binary diffraction element.

【図13】バイナリ型の回折素子の製造方法を説明する
ための説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram for describing a method for manufacturing a binary diffraction element.

【図14】バイナリ素子の階段一段の高さの決め方を説
明するための説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining how to determine the height of one step of the binary element.

【図15】従来の反射防止膜の製造方法を説明するため
の説明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining a conventional method for manufacturing an antireflection film.

【図16】バイナリ素子に付与した反射防止膜の状態を
説明するための説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining a state of an antireflection film provided to a binary element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 媒質 3 理想形状(フレネルレンズ形状) 4 階段形状(バイナリ一素子の形状) I 入射光 R 反射光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Medium 3 Ideal shape (Fresnel lens shape) 4 Step shape (binary one element shape) I Incident light R Reflected light

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 階段状の要素を複数個の並べた回折光学
素子において、素子の互いに異なる領域からの反射光同
士の干渉により素子全体からの反射光の強度が実質的に
ゼロになるように階段状要素の段数と一段の高さを定め
たことを特徴とする回折光学素子。
In a diffractive optical element in which a plurality of step-like elements are arranged, the intensity of reflected light from the entire element becomes substantially zero due to interference between reflected lights from different regions of the element. A diffractive optical element wherein the number of steps and the height of one step are determined.
【請求項2】 階段状の要素を複数個の並べた回折光学
素子において、入射光の波長をλ、前記階段状要素の屈
折率をns 、前記階段状要素の光入射側の媒質の屈折率
をni 、pを2以上の自然数とする時、前記階段状要素
の段数Lと一段の高さhが以下の条件を満たすことを特
徴とする回折光学素子。 L=1−k+λ/{(ns −ni )h} h=λ/(2pni ) 0<k≦1
2. A diffractive optical element in which a plurality of step-like elements are arranged, wherein the wavelength of the incident light is λ, the refractive index of the step-like elements is n s , and the refraction of the medium on the light incident side of the step-like elements. A diffractive optical element characterized in that, when the ratio is n i and p is a natural number of 2 or more, the number L of steps and the height h of one step satisfy the following conditions. L = 1-k + λ / {(n s -n i) h} h = λ / (2pn i) 0 <k ≦ 1
【請求項3】 階段状の要素を複数個の並べた回折光学
素子において、入射光の波長をλ、前記階段状要素の屈
折率をns 、前記階段状要素の光射出側の媒質の屈折率
をnj 、pを2以上の自然数とする時、前記階段状要素
の段数Lと一段の高さhが以下の条件を満たすことを特
徴とする回折光学素子。 L=1−k+λ/{(ns −nj )h} h=λ/(2pns ) 0<k≦1
3. A diffractive optical element in which a plurality of step-like elements are arranged, wherein the wavelength of the incident light is λ, the refractive index of the step-like elements is n s , and the refraction of the medium on the light exit side of the step-like elements. A diffractive optical element characterized in that when the ratio is n j and p is a natural number of 2 or more, the number L of steps and the height h of one step satisfy the following conditions. L = 1-k + λ / {(n s -n j) h} h = λ / (2pn s) 0 <k ≦ 1
【請求項4】 フレネルレンズを構成する各レンズを階
段構造により近似したバイナリ型の回折光学素子におい
て、素子の互いに異なる領域からの反射光同士の干渉に
より素子全体からの反射光の強度が実質的にゼロになる
ように階段の段数と一段の高さを定めたことを特徴とす
る回折光学素子。
4. In a binary diffractive optical element in which each lens constituting a Fresnel lens is approximated by a stepped structure, the intensity of reflected light from the entire element is substantially increased due to interference between reflected lights from mutually different regions of the element. A diffractive optical element, wherein the number of steps and the height of one step are determined so as to be zero.
【請求項5】 フレネルレンズを構成する各レンズを階
段構造により近似したバイナリ型の回折光学素子におい
て、入射光の波長をλ、前記階段の屈折率をns 、前記
階段の光入射側の媒質の屈折率をni 、pを2以上の自
然数とする時、前記階段状要素の段数Lと一段の高さh
が以下の条件を満たすことを特徴とする回折光学素子。 L=1−k+λ/{(ns −ni )h} h=λ/(2Pni ) 0<k≦1
5. A binary diffractive optical element in which each lens constituting a Fresnel lens is approximated by a step structure, wherein the wavelength of the incident light is λ, the refractive index of the step is n s , and the medium on the light incident side of the step. Where n i and p are natural numbers of 2 or more, the number L of steps and the height h of one step
Satisfies the following condition. L = 1-k + λ / {(n s -n i) h} h = λ / (2Pn i) 0 <k ≦ 1
【請求項6】 フレネルレンズを構成する各レンズを階
段構造により近似したバイナリ型の回折光学素子におい
て、入射光の波長をλ、前記階段の屈折率をns 、前記
階段の光射出側の媒質の屈折率をnj 、pを2以上の自
然数とする時、前記階段の段数Lと一段の高さhが以下
の条件を満たすことを特徴とする回折光学素子。 L=1−k+λ/{(ns −nj )h} h=λ/(2pns ) 0<k≦1
6. A binary diffractive optical element in which each lens constituting a Fresnel lens is approximated by a step structure, wherein the wavelength of the incident light is λ, the refractive index of the step is n s , and the medium on the light exit side of the step. When the refractive index n is n j and p is a natural number of 2 or more, the number L of steps and the height h of one step satisfy the following conditions. L = 1-k + λ / {(n s -n j) h} h = λ / (2pn s) 0 <k ≦ 1
【請求項7】 前記入射光が素子表面に垂直入射する光
であることを特徴とする請求項4、5、6のいずれかの
回折光学素子。
7. The diffractive optical element according to claim 4, wherein the incident light is light that is perpendicularly incident on a surface of the element.
【請求項8】 前記素子表面に斜入射する光に対して最
適化した反射防止膜を前記段数の上に設けたことを特徴
とする請求項7の回折光学素子。
8. The diffractive optical element according to claim 7, wherein an antireflection film optimized for light obliquely incident on the element surface is provided on the number of steps.
【請求項9】 前記入射光が素子表面に斜入射する光で
あることを特徴とする請求項4、5、6のいずれかの回
折光学素子。
9. The diffractive optical element according to claim 4, wherein the incident light is light obliquely incident on the element surface.
【請求項10】 前記素子表面に垂直入射する光に対し
て最適化した反射防止膜を前記階段の上に設けたことを
特徴とする請求項9の回折光学素子。
10. The diffractive optical element according to claim 9, wherein an antireflection film optimized for light vertically incident on the element surface is provided on the stairs.
【請求項11】 透明基板の一方の面に前記階段構造を
形成し、前記透明基板の他方の面に非球面を形成したこ
とを特徴とする請求項4、5、6のいずれかの回折光学
素子。
11. The diffractive optic according to claim 4, wherein the step structure is formed on one surface of the transparent substrate, and an aspherical surface is formed on the other surface of the transparent substrate. element.
【請求項12】 透明基板の両面に前記階段構造を形成
したことを特徴とする請求項4、5、6のいずれかの回
折光学素子。
12. The diffractive optical element according to claim 4, wherein the step structure is formed on both surfaces of a transparent substrate.
【請求項13】 透明基板の一方の面に前記階段構造を
形成し、前記透明基板の他方の面に平面または球面を形
成したことを特徴とする請求項4、5、6のいずれかの
回折光学素子。
13. The diffraction according to claim 4, wherein the step structure is formed on one surface of the transparent substrate, and a flat surface or a spherical surface is formed on the other surface of the transparent substrate. Optical element.
【請求項14】 前記透明基板がガラスより成ることを
特徴とする請求項11、12、13のいずれかの回折光
学素子。
14. The diffractive optical element according to claim 11, wherein said transparent substrate is made of glass.
【請求項15】 前記透明基板がプラスチックより成る
ことを特徴とする請求項11、12、13のいずれかの
回折光学素子。
15. The diffractive optical element according to claim 11, wherein said transparent substrate is made of plastic.
【請求項16】 請求項1−15のいずれかの回折光学
素子を有することを特徴とする投影光学系。
16. A projection optical system comprising the diffractive optical element according to claim 1.
【請求項17】 請求項16の投影光学系を有すること
を特徴とする光学機器。
17. An optical apparatus comprising the projection optical system according to claim 16.
【請求項18】 請求項16の投影光学系を有すること
を特徴とする露光装置。
18. An exposure apparatus comprising the projection optical system according to claim 16.
【請求項19】 請求項1−15のいずれかの回折光学
素子を有することを特徴とする照明光学系。
19. An illumination optical system comprising the diffractive optical element according to claim 1. Description:
【請求項20】 請求項19の照明光学系を有すること
を特徴とする光学機器。
20. An optical apparatus comprising the illumination optical system according to claim 19.
【請求項21】 請求項19の照明光学系を有すること
を特徴とする露光装置。
21. An exposure apparatus comprising the illumination optical system according to claim 19.
【請求項22】 請求項18、21のいずれかの露光装
置により基板上にデバイスパターンを転写する段階を有
することを特徴とするデバイス製造方法。
22. A device manufacturing method, comprising a step of transferring a device pattern onto a substrate by the exposure apparatus according to claim 18.
JP8179082A 1996-07-09 1996-07-09 Diffraction optical element, projection optical system. illumination optical system, optical apparatus, exposure device and production of device Withdrawn JPH1020107A (en)

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US08/889,859 US5995285A (en) 1996-07-09 1997-07-08 Multilevel optical diffraction device with antireflection film and exposure apparatus
US09/359,044 US6327086B1 (en) 1996-07-09 1999-07-23 Optical diffraction device and exposure apparatus

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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