JPH11174217A - 回折光学素子及びその製造方法 - Google Patents

回折光学素子及びその製造方法

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JPH11174217A
JPH11174217A JP9363411A JP36341197A JPH11174217A JP H11174217 A JPH11174217 A JP H11174217A JP 9363411 A JP9363411 A JP 9363411A JP 36341197 A JP36341197 A JP 36341197A JP H11174217 A JPH11174217 A JP H11174217A
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JP
Japan
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optical element
substrate
lens
film
diffractive optical
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JP9363411A
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English (en)
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Hideo Kato
日出夫 加藤
Hiroshi Maehara
広 前原
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Canon Inc
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Canon Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • 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 Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回折効率を向上させて紫外線等の短波長光線
に適用可能な光学的性能を有する回折光学素子を得る。 【解決手段】 予め石英基板2の表面上に、スパッタリ
ング蒸着法を用いてアルミナ薄膜3と石英薄膜4を、交
互に約62nmずつ計約0.43μmの厚みに成膜す
る。λ=365nmのi線用のステッパを使用して、ク
ロムマスクのパターンをBO基板上のフォトレジストに
縮小焼付けし、現像したレジストパターンをエッチング
マスクとして、ドライエッチング(RIE)法を用いて
石英基板2上の蒸着膜をエッチング加工して、BOレン
ズ1を作成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置、撮影装
置、照明装置等に組み込まれ光学系のレンズとして使用
する回折光学素子及びその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来から、回折格子は分光器の分光素子
として使用されており、その格子断面形状は鋸歯状で所
謂ブレーズドタイプと呼ばれ、回折効率は100%に達
するものもある。一方、近年回折を利用した光学素子と
して、階段状の格子断面形状を有するバイナリオプティ
ックス(Bionary Optics :BO)素子が注目されてい
る。所定周期の輪帯状格子が形成されたBO素子はBO
レンズとも呼ばれ、色消し効果や非球面効果が見込まれ
るために、新しい光学系への発展に大きな期待が持たれ
ている。
【0003】BOレンズへの要求仕様は、ブレーズドタ
イプの現在の切削加工限界を大幅に越えているために、
半導体の加工法であるリソグラフィ法によって、高精度
の微細加工が或る程度可能とされている。一般のスチー
ルカメラなどの写真撮影のためのレンズ光学系にBOレ
ンズを適用する場合には、金属の型材を用いた型加工に
よるプラスチック及び硝子のモールド法で製造が可能で
あるが、紫外線等の波長の短い光線に適用するために
は、更により微細な加工精度及び高寸法精度が要求され
る。
【0004】このために、紫外線及び遠紫外線に適用可
能なBOレンズは、半導体製造用の紫外線を用いたホト
リソグラフィ技術及びドライエッチング加工技術等によ
り作成している。例えば、BOレンズの基板には石英、
焼付けにはi線用ステッパ、ドライエッチングには平行
平板型のRIE装置を使用して、ホトリソグラフィ技術
により4段及び8段のBOレンズを作成した場合には、
この加工したBOレンズの輪帯は高周波域では若干回折
効率が低下するが、平均で84%の回折効率を示してい
る。更に、この回折効率を上げるために、BO素子の裏
面に反射防止膜(増透膜)を設置することによって、回
折効率を平均8%向上させることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例において、より回折効率の向上を目的として、BO
素子の表面にも反射防止膜を設置すると、回折効率は光
軸近傍であり、階段状周期構造(回折要素)のピッチの
長い領域(低周波域)では多少の向上が見られるが、各
BO素子単位の壁面に反射防止膜材が覆い被さるため
に、素子周辺であり、階段状周期構造のピッチの短い領
域(高周波域)では逆に回折効率が低下するという問題
が生ずる。
【0006】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
回折効率を向上させて紫外線等の短波長光線に適用可能
な光学的性能を有する回折光学素子を提供することにあ
る。
【0007】本発明の他の目的は、上述の性能を有する
回折光学素子の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る回折光学素子は、基板に階段形状を形成
した回折光学素子において、前記階段形状を反射防止膜
により構成したことを特徴とする。
【0009】本発明に係る回折光学素子は、基板上に反
射防止膜を形成し、該反射防止膜を所定の断面形状に加
工することによって回折作用を持たせたことを特徴とす
る。
【0010】本発明に係る回折光学素子は、基板上に反
射防止膜を形成する際に、該反射防止膜を所定の断面形
状で形成し回折作用を持たせたことを特徴とする。本発
明に係る回折光学素子の製造方法は、基板上に反射防止
膜を形成する段階と、該反射防止膜を回折作用を有する
所定の断面形状に加工する段階とを有することを特徴と
する。
【0011】本発明に係る回折光学素子の製造方法は、
基板上に反射防止膜を形成する際に、該反射防止膜を回
折作用を有する所定の断面形状に形成する工程を有する
ことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明を図示の実施例に基づいて
詳細に説明する。図1は輪帯状に回折要素(格子)が形
成されたBOレンズの斜視図、図2は断面図、図3は一
部拡大断面図を示している。設計上、使用波長248n
mのKrFレーザー光用を想定して、回折要素単位であ
る輪帯の数は約1800本とし、各輪帯がそれぞれ図3
に示すような8段の階段状のBO構造を有し、全体とし
て直径20mmの円形のBOレンズ1を構成している。
最外殻の輪帯は設計値で各段の幅が0.35μm、高さ
は0.062μmから成り、回折要素単位としては輪帯
の幅は2.8μm、高さは0.434μmである。
【0013】図4は第1の実施例のBOレンズを製造す
る前の基板の断面図を示している。本実施例ではBO構
造(階段構造)自体に反射防止機能を持たせるために、
石英基板2上にアルミナ(Al23 )から成る薄膜3
と石英(SiO2 )から成る薄膜4を階段状に交互に積
層して成膜し、反射防止膜を形成している。
【0014】次に、本実施例のBOレンズの製法につい
て説明する。先ず予め、石英基板2の表面上に、スパッ
タリング蒸着法を用いてアルミナ薄膜3と石英薄膜4
を、交互に約62nmずつ計約0.43μmの厚みに成
膜する。続いて、λ=365nmのi線用のステッパを
使用して、所定のクロムマスクのパターンをBO基板上
のフォトレジストに縮小焼付けし現像したレジストパタ
ーンをエッチングマスクとして、ドライエッチング(R
IE)法を用いて石英基板2上の蒸着膜をエッチング加
工し、BOレンズ1を作成する。
【0015】図5は8段のBOレンズ1の断面図を示
し、3枚のマスク5、6、7を用いて上述の工程を3回
繰り返し、BO基板に8段の階段形状を形成する。この
ときのエッチングガスとしては、CCl22 、CCl
4 、CF4 を主体としたガスが有効である。
【0016】図6は回折効率のグラフ図を示し、理論値
をA、裏面に反射防止膜を施したものをB、反射防止膜
のないものをC、両面に反射防止膜を施したものをDで
表している。回折効率を測定して比較検討したところ、
従来の方式で両面に反射防止膜を設置したものDは、理
論値Aに比べて特に径の大きい周辺領域、即ち高周波域
において値が低く、これは裏面のみに反射防止膜を設置
した結果Bだけでなく、反射防止膜を設置しないものC
に比べても劣っている。
【0017】図7は反射防止膜を使用して作成したBO
レンズ1の回折効率のグラフ図を示す。このBOレンズ
1は石英基板2上にアルミナ薄膜3と石英薄膜4を交互
に積層して8層の階段形状の反射防止膜を形成し、裏面
にも反射防止膜を形成してある。このように、階段形状
の表層膜自体を反射防止膜とすることにより、図7のE
に示すように特に高周波域(レンズ周辺領域)において
回折効率の落ち込みが減少し、平均して良好な特性の測
定値が得られる。
【0018】また、第1の実施例では最初の工程で8層
の蒸着膜を成膜した後に、ホトリソグラフィ法とドライ
エッチング法を用いてBOレンズ1を形成したが、第1
の実施例の変形例として、エッチング法を使用せずに、
一種のリフトオフ法を適用して反射防止膜を積層するこ
とにより、BOレンズ1を作成してもよい。
【0019】即ち、石英基板2上に第1層目としてアル
ミナ薄膜3を約62nmの厚みに成膜し、続いてi線用
レジストをスピンコートにより0.5μmの厚さに塗工
する。規定のプリベーク工程、クロムマスク5を使用し
たステッパによるパターン露光、現像、リンス、ポスト
ベークの工程を経て、第2層目の石英薄膜4を約62n
mの厚みに成膜する。次に、リムーバ及びアセトン等で
レジストを除去して第1段目を形成する。同様に、第2
段目をクロムマスク5を使用して行い、アルミナ薄膜3
を62nm形成する。更に、同様にしてクロムマスク6
を使用して最上段が石英薄膜4の8段BOレンズ1を作
成する。
【0020】図8は第2の実施例のBOレンズ1の断面
図を示し、第1の実施例の工程を簡略化するために、ア
ルミナ薄膜3と石英薄膜4の2層を1組として4段のB
Oレンズ1を作成する。3枚のマスク5、6、7を使用
することにより、工程が短縮され良好な仕上がりのBO
レンズ1が得られる。
【0021】また、第1の実施例の変形例の工程を簡略
化するために、アルミナ薄膜3と石英薄膜4の2層を1
組として4段のBOレンズ1を作成してもよい。3枚の
マスク5、6、7を使用することにより、工程が短縮さ
れ良好な仕上がりのBOレンズ1が得られる。
【0022】更に、第1の実施例においてBO基板2と
して蛍石(CaF2 )を使用し、石英薄膜3の代りに酸
化マグネシウム(MgO)を使用し、アルミナ薄膜3の
代りに弗化マグネシウム(MgF2 )を使用してもよ
い。第1の実施例と同様な工程を経て8段のBOレンズ
1を作成する。このBOレンズ1の回折効率の測定結果
は同様に高周波域まで良好な値を示している。
【0023】また、第2の実施例の変形例として、基板
2に蛍石を使用し、石英薄膜3の代りに酸化マグネシウ
ムを使用し、アルミナ薄膜3の代りに弗化マグネシウム
を使用してもよい。第2の実施例と同様の工程を経て4
段のBOレンズ1を作成する。このBOレンズ1の回折
効率は同様に良好な値を示している。
【0024】図9は露光装置の光学系の構成図を示す。
上からランプやレーザー等の光源11、この光源11か
らの光束で均一に照明するための照明光学系12、この
照明光学系12により照明されるレチクルR、レチクル
Rに形成された投影パターンを投影するための投影光学
系13、この投影光学系13により投影されるウエハW
が順次に配列されている。
【0025】この露光装置で使用するBOレンズは、第
1の実施例の工程を経て、ステッパの分割露光により8
段の直径200mmの大きさに作成される。このBOレ
ンズは高周波数領域での回折効率が優れた遠紫外用とす
ることができる。このBOレンズを照明光学系12や撮
影光学系13に組み込み、この光学系を露光装置に装着
することにより、KrFレーザー光用ステッパを使用し
たシリコン基板上への縮小焼付けと、一連の半導体製造
工程とを行う高性能の半導体製造装置を形成することが
できる。
【0026】このように、高精度に製造されたBOレン
ズを露光装置の光学系に用いることにより、露光装置の
光学性能を全体として向上させることができ、この露光
装置を使って、IC、LSI等の半導体素子、液晶素
子、CCD等の撮像素子、磁気ヘッド等の磁気素子、そ
してBOE等の光学素子を精度良く製造することができ
る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る回折光
学素子は、階段形状の表層膜自体を反射防止膜とするこ
とにより、高周波領域の回折効率を改善することがで
き、可視光、赤外線、紫外線領域のみならず遠紫外線、
真空紫外線領域に使用する素子の性能を向上することが
できる。
【0028】また、本発明に係る回折光学素子の製造方
法は、上述の性能を有する回折光学素子を効率良く製造
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】BOレンズの斜視図である。
【図2】断面図である。
【図3】8段BO素子の断面図である。
【図4】第1の実施例のBO基板の断面図である。
【図5】3枚のマスクと8段BO素子の断面図である。
【図6】BOレンズの回折効率のグラフ図である。
【図7】BOレンズの回折効率のグラフ図である。
【図8】第2の実施例の4段BO素子の断面図である。
【図9】露光装置の光学系の構成図である。
【符号の説明】
1 BOレンズ 2 石英基板 3 アルミナ薄膜 4 石英薄膜 5、6、7、 クロムマスク 11 光源 12 照明光学系 13 撮影光学系

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板に階段形状を形成した回折光学素子
    において、前記階段形状を反射防止膜により構成したこ
    とを特徴とする回折光学素子。
  2. 【請求項2】 前記反射防止膜は多層膜とした請求項1
    に記載の回折光学素子。
  3. 【請求項3】 前記階段形状の表層膜は、2種類の屈折
    率の異なる積層膜を1単位とした段差を有する反射防止
    膜とした請求項1に記載の回折光学素子。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3の何れかの請求項に記載の
    回折光学素子により構成した光学系。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の光学系を有する露光焼
    付装置。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の露光焼付装置を組み込
    んだ半導体製造装置。
  7. 【請求項7】 基板上に反射防止膜を形成し、該反射防
    止膜を所定の断面形状に加工することによって回折作用
    を持たせたことを特徴とする回折光学素子。
  8. 【請求項8】 基板上に反射防止膜を形成する際に、該
    反射防止膜を所定の断面形状で形成し回折作用を持たせ
    たことを特徴とする回折光学素子。
  9. 【請求項9】 請求項7又は8記載の回折光学素子を有
    する光学系。
  10. 【請求項10】 基板上に反射防止膜を形成する段階
    と、該反射防止膜を回折作用を有する所定の断面形状に
    加工する段階とを有することを特徴とする回折光学素子
    の製造方法。
  11. 【請求項11】 基板上に反射防止膜を形成する際に、
    該反射防止膜を回折作用を有する所定の断面形状に形成
    する工程を有することを特徴とする回折光学素子の製造
    方法。
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