JP2000206321A - 回折光学素子、回折光学素子を備えた光学系、回折光学素子の製造方法、回折光学素子を備えた光学系を含む露光装置、及び露光装置を用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

回折光学素子、回折光学素子を備えた光学系、回折光学素子の製造方法、回折光学素子を備えた光学系を含む露光装置、及び露光装置を用いたデバイスの製造方法

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JP2000206321A JP11010987A JP1098799A JP2000206321A JP 2000206321 A JP2000206321 A JP 2000206321A JP 11010987 A JP11010987 A JP 11010987A JP 1098799 A JP1098799 A JP 1098799A JP 2000206321 A JP2000206321 A JP 2000206321A
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diffraction
diffractive
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Hiroyuki Ishii
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極めて微細なパターンを必要とする高精度の
光学素子と等価な光学的機能を容易且つ確実に実現し、
不要回折光や迷光の発生を抑止して高い光学性能を持つ
回折光学素子を提供する。 【解決手段】 回折パターン３１ｂ，３２ｂで接触する
ように位置合わせがなされて光学素子３１，３２を接合
固定し、回折パターン３１ｂ，３２ｂの両者の重畳作用
により、回折パターンを構成する各段の部分を通る光線
の光路長に着目すれば、実質的には８段状パターンを備
えた回折光学素子と等価となるように回折光学素子２１
を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回折光学素子、回
折光学素子を備えた光学系、回折光学素子の製造方法、
回折光学素子を備えた光学系を含む露光装置、及び露光
装置を用いたデバイスの製造方法に関し、特に光学素子
としていわゆる回折光学素子や位相型計算機ホログラム
を適用して好適な発明である。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体素子の製造技術の進展は目
覚ましく、それに伴う微細加工技術の進展も著しい。特
に近年では、サブミクロンのオーダーの解像力を有する
縮小投影露光装置（ステッパー）を用いて微細加工を行
うことが主流であり、更なる解像力の向上に向けて、光
学系の開口数（ＮＡ）の拡大や露光波長の短波長化、新
しい光学素子として例えばいわゆる回折光学素子の導入
も盛んに研究されている。この回折光学素子は、表面に
所定の階段状パターンが同心円状に複数形成されてな
り、入射光を所望の偏向角に回折させる光学素子であ
り、肉薄で占有スペースが小さく、色収差補正等に優れ
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】回折光学素子は、階段
状パターンを細かく形成するほど理想的ないわゆるブレ
ーズド形状に近づくため、できるだけ微細に形成するこ
とが望まれる。例えば、４段状パターンを形成するには
２回、８段状パターンを形成するには３回のパターニン
グが必要であり、特に８段以上に形成するには、そのプ
ロセスにおいて比較的大きな段差のある状態でエッチン
グをしなければならない。このような場合、各段差を所
期の矩形形状に形成することは極めて困難であり、矩形
形状からずれが生じ、例えばエッジが丸みを帯びて形成
されてしまう危険性が高い。このように、階段状パター
ンに所期の形状からずれが生じると、回折効率が低下
し、不要回折光が増加して光学性能の低下が惹起される
ことになる。
【０００４】そこで本発明の目的は、上記従来の問題点
に着目しその解決を図るべく、極めて微細なパターンを
必要とする高精度の光学素子と等価な光学的機能を容易
且つ確実に実現し、不要回折光や迷光の発生を抑止して
高い光学性能を有する回折光学素子、回折光学素子を備
えた光学系、回折光学素子の製造方法、回折光学素子を
備えた光学系を含む露光装置、及び露光装置を用いたデ
バイスの製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の回折光学素子は、複数のパターン形成面
にそれぞれ階段状パターンが形成されており、前記各階
段状パターンが光学的に重畳されて、全体として所期の
８段以上の階段状パターンと同じ機能を有する。
【０００６】本発明の回折光学素子の一態様は、少なく
とも一主面が前記パターン形成面とされてなる少なくと
も２つの光学素子を備え、互いに前記パターン形成面で
平行となるように対向して配されている。
【０００７】本発明の回折光学素子の一態様において、
合成された所期の８段以上の階段状パターンの１段の幅
が１μｍ以下の微細なパターンであり、前記各階段状パ
ターンの１段の幅が１μｍ以上であり、全体として、入
射光を所望の偏向角に（回折角で）回折させる回折光学
素子として機能する。
【０００８】本発明の回折光学素子の一態様において、
前記階段状パターンは凹凸パターンとして形成されてな
り、全体として、所望の模様を形成する位相型計算機ホ
ログラムとして機能する。
【０００９】本発明の回折光学素子の一態様において、
対向する前記各光学素子間に空隙が形成され、当該空隙
内が真空状態であるか、又は当該空隙内に所定の流体が
封入されている。
【００１０】本発明の光学系は、前記回折光学素子と、
前記回折光学素子の前段及び後段のうち少なくとも一方
に配された少なくとも１枚の光学レンズとを備え、前記
回折光学素子及び前記光学レンズが鏡筒内に一体に保持
されている。
【００１１】本発明の露光装置は、照明光を発する光源
と、所定パターンの形成されたレチクルに照明光を照射
する第１光学系と、前記レチクルを通過した照明光を被
照射面に照射する第２光学系とを備え、前記被照射面に
前記レチクルの所定パターンを投影し露光を行う露光装
置であって、前記第１光学系及び／又は前記第２光学系
は、前記光学系を含む。
【００１２】本発明の回折光学素子の製造方法は、各基
板のパターン形成面にそれぞれ階段状パターンを形成
し、各光学素子を製造する工程と、前記各光学素子を、
前記各階段状パターンが全体として所期の光学的パター
ンを構成する部位で対向するように位置合わせし、保持
固定する工程とを備える。
【００１３】本発明の回折光学素子の製造方法の一態様
においては、前記階段状パターンを階段状パターンとな
るように形成し、全体として、入射光を所望の偏向角に
（回折角で）回折させる回折光学素子として形成する。
【００１４】本発明の回折光学素子の製造方法の一態様
においては、前記階段状パターンを凹凸パターンとして
形成し、全体として、所望の模様を形成する位相型計算
機ホログラムとして形成する。
【００１５】本発明の回折光学素子の製造方法の一態様
においては、前記各光学素子を形成する際に、前記基板
の所定部位にアライメントマークを形成し、前記各光学
素子を対向させる際に、前記アライメントマークを用い
て当該各光学素子の位置合わせを行う。
【００１６】本発明の回折光学素子の製造方法の一態様
においては、前記各光学素子を形成する際に、前記基板
の所定部位に微小突起を形成し、前記各光学素子を対向
させる際に、前記微小突起を用いて当該各光学素子の位
置合わせを行う。
【００１７】本発明の回折光学素子の製造方法の一態様
においては、前記各光学素子を対向させる際に、回折光
学素子としての光学的機能をモニターし、最適な機能状
態となる部位で当該各光学素子の位置合わせを行う。
【００１８】本発明のデバイスの製造方法は、被照射面
に感光材料を塗布する工程と、前記露光装置を用いて、
前記感光材料が塗布された前記被照射面に所定パターン
の露光を行う工程と、前記所定パターンの露光が行われ
た前記感光材料を現像する工程とを備える。
【００１９】本発明のデバイスの製造方法の一態様にお
いては、前記被照射面をウェハ面とし、当該ウェハ面に
半導体素子を形成する。
【００２０】
【作用】本発明の回折光学素子においては、複数のパタ
ーン形成面にそれぞれ階段状パターンが形成されてお
り、各階段状パターンが光学的に重畳されて、全体とし
て所期の光学的パターンが構成される。この場合、所期
の光学的パターンが極めて微細且つ複雑なものであって
も、各階段状パターンは比較的単純なものとなり、重畳
作用により実質的に所期の光学的パターンと等価なパタ
ーンが容易且つ確実に実現されることになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の回折光学素子を適
用したいくつかの具体的な実施形態を図面を用いて詳細
に説明する。
【００２２】（第１の実施形態）先ず、第１の実施形態
について説明する。図１は、第１の実施形態の投影露光
装置（ステッパー）の主要構成を示す模式図である。こ
のステッパーは、所望のパターンが描かれたレチクル１
１に照明光を照射するための第１光学系である照明光学
系２０と、レチクル１１を通過した照明光が入射して当
該レチクル１１のパターンをウェハ１３の表面に縮小投
影するための第２光学系である投影光学系１２と、ウェ
ハ１３が載置固定されるウェハチャック１４と、ウェハ
チャック１４が固定されるウェハステージ１５とを有し
ている。
【００２３】照明光学系２０は、紫外線や遠紫外線等の
短波長光、ここでは照明光としての高輝度のＡｒＦエキ
シマレーザー光を発する光源１と、光源１からの照明光
を所望の光束形状に変換するビーム形状変換手段２と、
複数のシリンドリカルレンズや微小レンズを２次元的に
配置されてなるオプティカルインテグレータ３と、不図
示の切替手段により任意の絞りに切替可能とされ、オプ
ティカルインテグレータ３により形成された２次光源の
位置近傍に配置された絞り部材４と、絞り部材４を通過
した照明光を集光するコンデンサーレンズ５と、例えば
４枚の可変ブレードにより構成され、レチクル１１の共
役面に配置されてレチクル１１の表面での照明範囲を任
意に決定するブラインド７と、ブラインド７で所定形状
に決定された照明光をレチクル１１の表面に投影するた
めの結像レンズ８と、結像レンズ８からの照明光をレチ
クル１１の方向へ反射させる折り曲げミラー９とを備え
て構成されている。
【００２４】投影光学系１２は、図２に示すように、前
段のレンズ２２及び後段のレンズ２３を有してなるレン
ズ群と、レンズ２２，２３の間に設けられた回折光学素
子２１とを鏡筒２４内に備えて構成されている。
【００２５】回折光学素子２１は、図３（ａ）に示すよ
うに、光学素子３１，３２が各々のパターン形成面を対
向させて配置固定され構成されており、各光学素子はそ
の直径（１２０ｍｍ程度）に比して厚みが極めて薄肉
（１ｍｍ程度）のものである。
【００２６】光学素子３１，３２は、それぞれ石英から
なり、入射光を所望の偏向角に回折させる素子であり、
色収差補正等に優れている。ＡｒＦエキシマレーザ光
（波長１９３ｎｍ）に対する石英の屈折率は１．５６０
２である。ここで、光学素子３１は、図４（ａ）に示す
ように、例えば直径１２０ｍｍ程度の円盤状基板３１ａ
の表面に同心円状に回折パターン３１ｂ（高さ４３ｎｍ
程度）が形成されている。この回折パターン３１ｂは、
図４（ｂ）（図４（ａ）中の実線ＩＩ−ＩＩ’に沿った
断面図）に示すように、２段の微細な階段状（バイナリ
ー形状）に形成されており、そのピッチが外側の同心円
に向かうにつれて変化するように構成されている。一
方、光学素子３２は、図４（ｃ）に示すように、円盤状
基板３２ａの表面に同心円状に回折パターン３２ｂ（１
段の高さ８６ｎｍ程度）が形成されている。この回折パ
ターン３２ｂは、図４（ｄ）（図４（ｃ）中の実線ＩＩ
Ｉ−ＩＩＩ’に沿った断面図）に示すように、４段の微
細な階段状（バイナリー形状）に形成されており、回折
パターン３１ｂと同様にそのピッチや深さ等の条件が外
側の同心円に向かうにつれて変化するように構成されて
いる。
【００２７】なお本例は、合成された回折パターンの階
段形状の１段の幅が１μｍ以下となる微細な回折パター
ンを有する回折光学素子に対して特に有効である。この
場合、重ね合わされる各光学素子３１，３２の回折パタ
ーン３１ｂ，３２ｂの階段形状の１段の幅を１μｍ以上
とするにも係わらず、合成された回折パターンに相当す
る階段形状の１段の幅を１μｍ以下とすることができ
る。
【００２８】また、光学素子３１，３２の材料は、石英
以外に例えば蛍石等の硝材を用いてもよい。
【００２９】そして、図３（ｂ）（図３（ａ）中の実線
Ｉ−Ｉ’に沿った断面図）に示すように、回折パターン
３１ｂ，３２ｂの一部で接触するように位置合わせがな
されて光学素子３１，３２が接合固定され、回折光学素
子２１が構成される。ここで、回折パターン３１ｂの２
段分が回折パターン３２ｂの１段分に対応するように位
置合わせされ、図３（ｂ）中の鉛直方向を光軸方向とし
て光学的にみれば、回折パターン３１ｂ，３２ｂが重畳
されて８段状パターンが合成される。即ち、回折光学素
子２１は、回折パターン３１ｂ，３２ｂの両者の重畳作
用により、回折パターンを構成する各段の部分を通る光
線の光路長に着目すれば、実質的には図５に示すような
８段状の回折パターン３８を備えた回折光学素子３７と
等価となる。
【００３０】また、図５に示すように、それぞれ４段状
の光学素子４１，４２を用いて、両者を重ね合わせるこ
とにより１６段状の回折パターンを合成するようにして
もよい。この場合、回折パターン４１ｂの１段分が回折
パターン４２ｂの４段分に対応するように位置合わせさ
れ、図５中の鉛直方向を光軸方向として光学的にみれ
ば、回折パターン４１ｂ，４２ｂが重畳されて１６段状
パターンが合成されることになる。このように更なる多
段状パターンを合成することにより、回折効率をより向
上させることができる。
【００３１】一般的に、回折光学素子は、色収差補正等
の同目的に用いられる多層の複雑な構成を有するレンズ
群をもつ光学素子と異なり、極めて薄肉であるために多
様な光学機器の様々な部位に設置することが可能とな
る。しかしながらその反面、回折パターンとして理想的
とされる所謂ブレーズド形状に近づけるために、できる
だけ階段形状を微細に形成することが望ましく、図６の
ような８段形状に形成するには極めて高精度なパターニ
ングが要求される。そこで本実施形態では、８段形状を
高さ方向（位相差を与える方向）に２分割し、２段形状
の回折パターン３１ｂを有する光学素子３１と４段形状
の回折パターン３２ｂを有する光学素子３２とを重畳さ
せ、実質的に８段形状の所期の回折パターンを容易に実
現している。
【００３２】なお、光学素子３１，３２が接合固定され
ると、両者の間に密閉空間３３が形成されることになる
が、光源の性質等に応じて密閉空間３３内を真空とした
り、又は密閉空間３３内に所定の気体を封入するように
してもよい。封入する気体としては、使用するレーザー
光の波長等により異なるが、ドライエアーや、ヘリウム
ガス、窒素ガス等の不活性ガスなどが好適である。
【００３３】以上のように構成される回折光学素子２１
の製造方法について、以下で説明する。先ず、光学素子
３１を形成するには、円盤状基板３１ａの表面にフォト
レジスト３４を塗布し、図７（ａ）に示すように、フォ
トリソグラフィーによりフォトレジスト３４を加工す
る。ここで、円盤状基板３１ａの露光部位は広く、１回
の露光ではカバーしきれない場合があり、そのときに
は、露光部位が回転対称形状であることを利用し、当該
露光部位を所定領域毎に分割して円盤状基板３１ａを回
転させながらショットを行う所謂回転露光を実施すれば
よい。続いて、図７（ｂ）に示すように、このフォトレ
ジスト３４をマスクとしてドライエッチングを施してパ
ターニングした後、フォトレジスト３４を灰化処理等に
より除去し、図７（ｃ）に示すように、同心円状の２段
の回折パターン３１ｂを形成し、光学素子３１を完成さ
せる。
【００３４】一方、光学素子３２を形成するには、先ず
円盤状基板３２ａの表面にフォトレジスト３５を塗布
し、図８（ａ）に示すように、回転露光を用いたフォト
リソグラフィーによりフォトレジスト３５を加工する。
続いて、図８（ｂ）に示すように、このフォトレジスト
３５をマスクとしてドライエッチングを施してパターニ
ングした後、フォトレジスト３５を灰化処理等により除
去し、回折パターン３１ｂと同様の同心円状の２段の回
折パターン４０を形成する。
【００３５】続いて、先ず円盤状基板３２ａの表面にフ
ォトレジスト３６を塗布し、図８（ｃ）に示すように、
回転露光を用いたフォトリソグラフィーによりフォトレ
ジスト３６を加工する。このとき、回折パターン４０の
２段分を２段おきに覆うようにフォトレジスト３６が加
工される。図８（ｄ）に示すように、このフォトレジス
ト３５をマスクとしてドライエッチングを施してパター
ニングした後、フォトレジスト３５を灰化処理等により
除去し、図８（ｅ）に示すように、回折パターン４０か
ら同心円状の４段の回折パターン３２ｂを形成し、光学
素子３２を完成させる。
【００３６】続いて、回折パターン３１ｂの２段分が回
折パターン３２ｂの１段分に対応するように光学素子３
１，３２を突き合わせて位置合わせし、所定の接着剤を
用いて、又はオプティカルコンタクトにより両者を接合
固定する。
【００３７】この場合、位置合わせの具体的手法として
は、回折パターン３１ｂ，３２ｂの形成時に円盤状基板
３１ａ，３２ａの例えば有効径外部位にそれぞれアライ
メントマークを形成しておき、当該アライメントマーク
を指標として光学素子３１，３２の両者を接合する。ま
た、回折パターン３１ｂ，３２ｂの形成時に、前記有効
径外部位にそれぞれ微小突起を形成しておき、当該微小
突起を突き合わせることにより両者を接合するようにし
てもよい。更には、両者の接合時に、回折光学素子とし
ての回折効率等の光学的機能をモニターしながら、最適
な機能状態となる部位で両者の位置合わせを行うように
しても好適である。
【００３８】なお、光源の性質等に応じて密閉空間３３
内を真空としたり、又は密閉空間３３内に所定の気体を
封入するようにしてもよい。具体的には、真空状態、又
はドライエアーやヘリウムガス、窒素ガス等の不活性ガ
スなどの雰囲気下で光学素子３１，３２を接合固定すれ
ばよい。
【００３９】また、回折光学素子２１では、回折パター
ン３１ｂ，３２ｂが一部で接触するように構成されてい
るが、非接触の状態で両者が近接するように配置して構
成してもよい。
【００４０】第１の実施形態の回折光学素子２１におい
ては、構成要素である光学素子３１，３２にそれぞれ階
段状パターンとなる回折パターン３１ｂ，３２ｂが形成
され、これら回折パターン３１ｂ，３２ｂが光学的に重
畳されて、全体として所期の光学的パターンが構成され
る。この場合、所期の光学的パターンが極めて微細且つ
複雑なものであっても、各々の光学素子３１，３２には
比較的単純な階段状パターンを形成すればよく、重畳作
用により実質的に所期の光学的パターンと等価なパター
ンが容易且つ確実に実現されることになる。
【００４１】従って、８段状パターン等の極めて微細な
パターンを必要とする高精度の回折光学素子と等価な光
学的機能を容易且つ確実に実現し、不要回折光や迷光の
発生を抑止して高い光学性能を有する回折光学素子２１
の実現が可能となる。そして、この回折光学素子２１を
ステッパーの光学系の一部として配することにより、色
収差を始めとする各種の光学的収差を効率良く除去し、
極めて均一な照明を行う高精度のステッパーを実現する
ことが可能となる。
【００４２】なお、本実施形態では、ウェハ１３の表面
に各種収差の補正された均一な照明光を照射することを
考慮して、回折光学素子２１をステッパーの投影光学系
１２に設置した例を開示したが、図９に示すように、レ
チクル１１の表面に同様の照明光を照射することを考慮
して、投影光学系１２の代わりに照明光学系２０に設置
してもよい。更に、ウェハ１３及びレチクル１１の各表
面にそれぞれ同様の照明光を照射し、更なる各種収差の
補正された均一な照明を達成するために、投影光学系１
２及び照明光学系２０の双方に回折光学素子２１を設置
しても好適である。
【００４３】以下、第１の実施形態にいくつかの変形例
について説明する。なお、各変形例において、第１の実
施形態で説明した構成要素等については同符号を記して
説明を省略する。
【００４４】−変形例１− この変形例１の回折光学素子４１は、図１０に示すよう
に、肉薄の１枚の円盤状基板４２の表面に２段形状の回
折パターン３１ｂが形成されているとともに、裏面に４
段形状の回折パターン３２ｂが形成され構成されてい
る。ここで、回折パターン３１ｂの２段分が回折パター
ン３２ｂの１段分に対応するように位置合わせされ、図
中の鉛直方向を光軸方向として光学的にみれば、回折パ
ターン３１ｂ，３２ｂが重畳されて８段状パターンが合
成される。即ち、回折光学素子４１は、第１の実施形態
の回折光学素子２１と同様に、回折パターン３１ｂ，３
２ｂの両者の重畳作用により、回折パターンを構成する
各段の部分を通る光線の光路長に着目すれば、実質的に
は図６に示すような８段状の回折パターン３８を備えた
回折光学素子３７と等価となる。
【００４５】変形例１の回折光学素子４１によれば、第
１の実施形態で説明した諸効果に加えて、肉薄の円盤状
基板が加工されて形成されるために１枚の回折光学素子
と同じサイズであり、小型化の要請に十分応えることが
できる。
【００４６】−変形例２− この変形例２の回折光学素子４２は、第１の実施形態の
回折光学素子２１と同様に、上下２枚の光学素子を備え
て構成されるが、図１１に示すように、上部の光学素子
５１に２段状の回折パターン５３が、下部の光学素子５
２に６段状の回折パターン５４がそれぞれ形成されてお
り、回折パターン５３の２段分が回折パターン５４の６
段おきに対応するように位置合わせされている。この場
合、回折パターン５４の６段分に回折パターン５３の２
段分が加わり、第１の実施形態の回折光学素子２１と同
様に、実質的には図６に示すような８段状パターンを備
えた回折光学素子と等価となる。
【００４７】このように、所期の段数を実現するには、
第１の実施形態のように上部の光学素子の各段と下部の
光学素子の各段とが対応して、両者の段数を掛け合わせ
ることで所期の段数を実現するのみならず、変形例２の
ように上部の各段と下部の各段とを足し合わせることで
所期の段数となるように構成してもよい。このような構
成の変更は、製造プロセスの制約等に応じて適宜選択す
ることが可能である。
【００４８】変形例２の回折光学素子４２によれば、第
１の実施形態で説明した諸効果に加えて、種々の製造プ
ロセスの特徴に応じて上下の光学素子の回折パターンを
調整することができ、更に容易且つ確実に所望の回折光
学素子の機能を得ることが可能となる。
【００４９】−変形例３− この変形例３の回折光学素子４３は、図１２に示すよう
に、第１の実施形態の回折光学素子２１と同様に、上下
２枚の光学素子６１，６２を備え、回折パターン３１
ｂ，３２ｂの一部で接触するように位置合わせがなされ
て構成されている。それに加えて、回折光学素子４３
は、回折光学素子の一般的要請として、回折パターンの
ピッチを外側の同心円に向かうにつれて狭くする必要性
から、回折効率を十分確保でき、影響を無視し得る程度
の範囲内で、光学素子６１の最外側の領域には回折パタ
ーン３１ｂを形成せず、光学素子６２の対応する部位に
狭ピッチの回折パターン３２ｂのみを形成する。
【００５０】変形例３のように、回折パターンの段数が
異なるものが１つの回折素子に混在している場合には、
段数が変わる境目で位相が不連続になることがある。変
形例３では、この位相の不連続を避けるために、図１３
に示されるような措置を採っている。この図１３は、合
成された回折パターンが４段となる部位と８段となる部
位が隣接する様子を示す断面図である。略中央部から左
の部分が４段構造、右の部分が８段構造の回折パターン
となる。この例では、下側の光学素子６２の４段構造の
最右側の段６２ａの幅が、一つ左側の段６２ｂの幅の３
／４とされている。このように、段数が変化する場合の
階段形状の幅を変えることにより、位相の不連続の発生
を回避することができる。
【００５１】位相の不連続を避ける他の方法として、図
１４に示されるような措置もある。ここでは、上側の光
学素子６１において、４段部分の厚みが８段部分の厚み
より、回折パターン６１ｂの１段の高さの１／２だけ薄
くされている。このように段数の少ない部分における光
学素子６１の厚みを薄くすることにより、位相の不連続
の発生を回避することができる。
【００５２】変形例３の回折光学素子４３によれば、第
１の実施形態で説明した諸効果に加えて、パターニング
が比較的容易な外側の同心円領域を８段状パターンに合
成して十分な回折効率を稼ぐとともに、パターニングが
比較的困難な最内側の同心円領域を４段状パターンに合
成して確実なパターニングを図ることにより、全体とし
て第１の実施形態の回折光学素子２１により、焦点距離
の短い回折光学素子を、回折効率の低下を最小限にとど
めて製造することが可能となる。
【００５３】なお、第１の実施形態の変形例としては、
上記の諸変形例に限定されるものではない。例えば、所
期の段差の回折パターンを実現するために、上下２枚の
光学素子を組み合わせるのみならず、各々が更に単純な
回折パターンを有する３枚以上の光学素子を組み合わせ
て構成しても好適である。更には、複数枚の光学素子の
うちの数枚を変形例１の光学素子で代替してもよい。
【００５４】次に、図１を用いて説明したステッパーを
利用した半導体装置（半導体デバイス）の製造方法の一
例を説明する。なお、第１の実施形態の回折光学素子２
１を用いる代わりに、諸変形例の回折光学素子を当該ス
テッパーに搭載しても好適である。
【００５５】図１５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
製造工程のフローを示す。先ず、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（ウェハ製造）で
はシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステッ
プ４（ウェハプロセス）は前工程と称され、上記の如く
用意したマスクとウェハを用いて、フォトリソグラフィ
ー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次の
ステップ５（組み立て）は後工程と称され、ステップ４
によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する
工程であり、アッセンプリ工程（ダイシング、ボンディ
ング）、パッケージンク工程（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。
【００５６】図１６は、上記ウェハプロセスの詳細なフ
ローを示す。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を
酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウェハ表面に
絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウェ
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）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ
１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。
ステップ１６（露光）では上記説明したステッパーによ
ってマスクの回路パターンをウェハに焼付露光する。ス
テップ１７（現像）では露光したウェハを現像する。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
エッチングが終了して不要となったレジストを除去す
る。これらのステップを繰り返し行なうことによって、
ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００５７】この製造方法を用いれば、ステップ１６に
おいてウェハ面に各種光学的収差の補正された均一な照
明光が照射されるので、従来は製造が難しかった高集積
度の半導体デバイスを容易且つ確実に製造することがで
きる。
【００５８】なお、第１の実施形態のステッパーを用い
た製造方法は、上記した半導体デバイスに限定されるも
のではなく、各種の電子素子や光学素子などのフォトリ
ソグラフィーによる微細加工が必要なもの全てにわたっ
て適用可能である。即ち、回折光学素子の構成要素であ
る光学素子の回折パターンの形成に当該製造方法を適用
することもできる。
【００５９】（第２の実施形態）続いて、第２の実施形
態について説明する。図１７は、第２の実施形態の位相
型コンピュータホログラム（ＣＧＨ）１０１の一部構成
を示す模式図である。このＣＧＨは、通常では図１５に
示すように、基板表面がパターニングされて高さの異な
る様々な凹凸パターン１０６が形成されて２次元パター
ンに構成されてなり、光を透過させることにより所定の
被投影部にホログラフィーによる所期の模様を形成する
ものである。なお、図１８では、一例として４段構造と
された４レベルのＣＧＨ１１１を示す。
【００６０】第２の実施形態のＣＧＨ１０１は、図１７
に示すように、２段構造の凹凸パターン１０４がパター
ン形成された上部光学素子１０２と、２段構造の凹凸パ
ターン１０５がパターン形成された下部光学素子１０３
とを備え、凹凸パターン１０４，１０５の所定部位で接
触するように位置合わせがなされて各光学素子１０２，
１０３が接合固定される。ここで、図中の鉛直方向を光
軸方向として光学的にみれば、凹凸パターン１０４，１
０５が光学的に重畳されて４段構造の凹凸パターンが合
成される。即ち、ＣＧＨ１０１は、凹凸パターン１０
４，１０５の両者の光学的重畳作用により、凹凸パター
ンを構成する各段の部分を通る光線の光路長に着目すれ
ば、実質的には図１８に示すような４段構造の凹凸パタ
ーン１０６を備えたＣＧＨと等価となる。
【００６１】また、図１９に示すように、４段構造の凹
凸パターン１１４がパターン形成された上部光学素子１
１２と、２段構造の凹凸パターン１１５がパターン形成
された下部光学素子１１３とを重ね合わせて８段構造を
合成するようにしてもよい。この場合、凹凸パターン１
１４の段差が凹凸パターン１１５の段差より小さくなる
ように形成されている。このＣＧＨ１１１は、凹凸パタ
ーン１１４，１１５の所定部位で接触するように位置合
わせがなされて各光学素子１１２，１１３が接合固定さ
れる。ここで、図中の鉛直方向を光軸方向として光学的
にみれば、凹凸パターン１１４，１１５が光学的に重畳
されて８段構造の凹凸パターンが合成される。即ち、Ｃ
ＧＨ１１１は、凹凸パターン１１４，１１５の両者の光
学的重畳作用により、凹凸パターンを構成する各段の部
分を通る光線の光路長に着目すれば、実質的には図２０
に示すような８段構造の凹凸パターンを備えたＣＧＨ１
１６と等価となる。
【００６２】なお、８段構造の凹凸パターン１１６を備
えたＣＧＨを作成する場合、深さが４のエッチング、深
さが２のエッチング及び深さが１のエッチングを組み合
わせて行なうことにより８段構造を形成する。このと
き、最も行い難いのは、深さが４のエッチングとなり、
各エッチングでエッチング誤差がエッチング深さの１０
％発生するとすれば、深さが４のエッチングで当該誤差
が大きくなってしまう。そこで、本例の如く、深さが４
のエッチングのみを別基板上で行ない下部光学素子１１
３を形成するのが好適である。この場合、下部光学素子
１１３にエッチングストッパー層１１７を設けることに
より、深さが４のエッチングを深さ誤差なく行なうこと
ができる。
【００６３】このＣＧＨ１１１を作成するには、石英基
板上にＡｌ2 Ｏ3 やＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 等を材料とした
エッチングストッパー層１１７を蒸着し、その上にＳｉ
Ｏ2やＳｉＯ、Ｓｉ3 Ｎ4 を材料とした透明層を所定の
厚みだけ蒸着する。しかる後、レジストを塗布し、露光
を行なって不要な部分のレジストを除去し、透明層をエ
ッチングストッパー層１１７に達するまでエッチングす
る。このようにエッチングストッパー層を用いれば、如
何なるパターンをエッチングする場合でも、深さを揃え
ることができる。
【００６４】このように、第２の実施形態のＣＧＨ１０
１においては、構成要素である各光学素子１０２，１０
３にそれぞれ階段状パターンとなる凹凸パターン１０
４，１０５が形成され、これら凹凸パターン１０４，１
０５が重畳されて、全体として所期の光学的パターンが
構成される。この場合、所期の光学的パターンが極めて
微細且つ複雑なものであっても、各々の各光学素子１０
２，１０３には比較的単純な階段状パターンを形成すれ
ばよく、重畳作用により実質的に所期の光学的パターン
と等価なパターンが容易且つ確実に実現されることにな
る。
【００６５】なお、第２の実施形態のＣＧＨとしてはこ
れに限定されず、例えば所期の段差の凹凸パターンを実
現するために、上下２枚の光学素子を組み合わせるのみ
ならず、各々が更に単純な凹凸パターンを有する３枚以
上の光学素子を組み合わせて構成しても好適である。
【００６６】
【発明の効果】本発明によれば、極めて微細なパターン
を必要とする高精度の光学素子と等価な光学的機能を容
易且つ確実に実現し、不要回折光や迷光の発生を抑止し
て高い光学性能を有する回折光学素子を実現し、これを
ステッパーの光学系に適用したり、ＣＧＨ等に適用し
て、製造を容易且つ確実に行うことができ、高精度の各
種光学素子を実現化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のステッパーの概略構
成を示す模式図である。
【図２】ステッパーの構成要素である投影光学系を示す
概略断面図である。
【図３】ステッパーの構成要素である投影光学系に設け
られた回折光学素子を示す概略図である。
【図４】回折光学素子の構成要素である光学素子を示す
模式図である。
【図５】１６段状パターンを合成する回折光学素子を示
す概略断面図である。
【図６】８段状パターンを備えた回折光学素子を示す概
略断面図である。
【図７】回折光学素子の製造方法を示す概略断面図であ
る。
【図８】図７に引き続き、回折光学素子の製造方法を示
す概略断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態のステッパーの他の例
の概略構成を示す模式図である。
【図１０】変形例１の回折光学素子を示す概略断面図で
ある。
【図１１】変形例２の回折光学素子を示す概略断面図で
ある。
【図１２】変形例３の回折光学素子を示す概略断面図で
ある。
【図１３】変形例３の他の回折光学素子を示す概略断面
図である。
【図１４】変形例３の更に他の回折光学素子を示す概略
断面図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態のステッパーを用い
て半導体デバイスを製造する際の製造工程を示すフロー
図である。
【図１６】図１５に引き続き、本発明の第１の実施形態
のステッパーを用いて半導体デバイスを製造する際の製
造工程を示すフロー図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態のＣＧＨの主要構成
を示す概略断面図である。
【図１８】４段のＣＧＨの主要構成を示す概略断面図で
ある。
【図１９】第２の実施形態の他のＣＧＨの主要構成を示
す概略断面図である。
【図２０】８段のＣＧＨの主要構成を示す概略断面図で
ある。
【符号の説明】 １ 光源 ２ ビーム形状変換手段 ３ オプティカルインテグレータ ４ 絞り部材 ５ コンデンサーレンズ ７ ブラインド ８ 結像レンズ ９ 折り曲げミラー １１ レチクル １２ 投影光学系 １３ ウェハ １４ ウェハチャック １５ ウェハステージ ２０ 照明光学系 ２１，４１，４２，４３ 回折光学素子 ２２，２３ レンズ ２４ 鏡筒 ３１，３２，３７，５１，５２，６１，６２，１０２，
１０３，１１２，１１３ 光学素子 ３１ａ，３２ａ 円盤状基板 ３１ｂ，３２ｂ，３８，５３，５４ 回折パターン ３３ 密閉空間 ３４，３５，３６ フォトレジスト １０１，１１１，１１６ ＣＧＨ １０４，１０５，１０６，１１４，１１５ 凹凸パター
ン １１７ エッチングストッパー
【手続補正書】
【提出日】平成１２年４月２８日（２０００．４．２
８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる目
的を達成するため、鋭意検討の結果、以下に示す発明に
想到した。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】本発明の回折光学素子は、階段状パターン
を有し、前記各階段状パターンが光学的に合成されて全
体として８段以上の階段状パターンと同じ機能を有する
ことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】本発明の回折光学素子の一態様において、
少なくとも一面に前記階段状パターンが形成された少な
くとも２つの基板を備え、前記２つの基板は、互いの前
記階段状パターンが向き合い且つ平行となるように対向
して配されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】本発明の回折光学素子の一態様において、
前記各階段状パターンの１段の幅が１μｍ以上であり、
前記８段以上の階段状パターンの１段の幅が１μｍ以下
の微細なパターンである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】本発明の回折光学素子の一態様において、
前記合成された前記８段以上の階段状パターンは位相型
計算機ホログラムとして機能する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】本発明の回折光学素子の一態様において、
対向する前記各光学素子間に空隙が形成され、前記空隙
内が真空状態であるか、又は当該空隙内に所定の流体が
封入されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】本発明の光学系は、前記回折光学素子と、
前記回折光学素子の前段及び後段のうち少なくとも一方
に配された少なくとも１枚のレンズとを備え、前記回折
光学素子及び前記レンズが鏡筒内に一体に保持されてい
ることを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】本発明の露光装置は、照明光を発する光源
と、所定パターンの形成されたレチクルに照明光を照射
する第１光学系と、前記レチクルを通過した照明光を被
照射面に照射する第２光学系とを備え、前記被照射面に
前記レチクルの所定パターンを投影し露光を行う露光装
置であって、前記第１光学系及び／又は前記第２光学系
は、前記光学系を含むことを特徴とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】本発明の回折光学素子の製造方法は、一対
の基板のそれぞれの所定面に階段状パターンを形成する
工程と、前記階段状パターンが形成された前記一対の基
板を前記各階段状パターンが光学的に合成されて８段以
上の階段状パターンと同じ機能を示すように位置合わせ
する工程とを含むことを特徴とする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】本発明の回折光学素子の製造方法の一態様
において、前記８段以上の前記階段状パターンは位相型
計算機ホログラムとして形成する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】本発明の回折光学素子の製造方法の一態様
において、前記一対の基板の所定部位にアライメントマ
ークを形成し、前記各基板を対向させる際に前記アライ
メントマークを用いて当該各基板の位置合わせを行う。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】本発明の回折光学素子の製造方法の一態様
において、前記一対の基板の所定部位に微小突起を形成
し、前記各基板を対向させる際に、前記微小突起を用い
て当該各光学素子の位置合わせを行う。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】本発明の回折光学素子の製造方法の一態様
において、前記一対の基板を対向させる際に、回折光学
素子としての光学的機能をモニターし、最適な機能状態
となる部位で前記各基板の位置合わせを行う。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】本発明のデバイスの製造方法は、被露光体
に感光材料を塗布する工程と、前記露光装置を用いて、
前記感光材料が塗布された前記被露光体に所定のパター
ンの露光を行う工程と、前記所定パターンの露光が行わ
れた前記感光材料を現像する工程とを備えることを特徴
とする。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１９】本発明のデバイスの製造方法の一態様にお
いて、前記被露光体はウエハであり、前記ウエハに半導
体素子を形成する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 AA03 AA04 AA33 AA37 AA45 AA48 AA55 AA63 AA64 AA68 CA01 CA07 CA17 CA23 2H097 AA11 AB05 CA12 CA13 EA01 GB01 LA10 LA20 2K008 AA09 BB03 BB08 DD03 DD11 EE01 FF27 HH06 HH18 HH25 5F046 BA04 CA04 CA08 CB01 CB22 CB23 CB25 DA13

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のパターン形成面にそれぞれ階段状
    パターンが形成されており、 前記各階段状パターンが光学的に重畳されて、全体とし
    て所期の８段以上の階段状パターンと同じ機能を有する
    ことを特徴とする回折光学素子。
  2. 【請求項２】 少なくとも一主面が前記パターン形成面
    とされてなる少なくとも２つの光学素子を備え、互いに
    前記パターン形成面で平行となるように対向して配され
    ていることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素
    子。
  3. 【請求項３】 前記各階段状パターンの１段の幅が１μ
    ｍ以上であり、 合成された所期の８段以上の階段状パターンの１段の幅
    が１μｍ以下の微細なパターンであり、 全体として、入射光を所望の偏向角に（回折角で）回折
    させる回折光学素子として機能することを特徴とする請
    求項１又は２に記載の回折光学素子。
  4. 【請求項４】 前記階段状パターンは凹凸パターンとし
    て形成されてなり、 全体として、所望の模様を形成する位相型計算機ホログ
    ラムとして機能することを特徴とする請求項１又は２に
    記載の回折光学素子。
  5. 【請求項５】 対向する前記各光学素子間に空隙が形成
    され、当該空隙内が真空状態であるか、又は当該空隙内
    に所定の流体が封入されていることを特徴とする請求項
    ２〜４のいずれか１項に記載の回折光学素子。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の回
    折光学素子と、 前記回折光学素子の前段及び後段のうち少なくとも一方
    に配された少なくとも１枚の光学レンズとを備え、 前記回折光学素子及び前記光学レンズが鏡筒内に一体に
    保持されていることを特徴とする光学系。
  7. 【請求項７】 照明光を発する光源と、 所定パターンの形成されたレチクルに照明光を照射する
    第１光学系と、 前記レチクルを通過した照明光を被照射面に照射する第
    ２光学系とを備え、 前記被照射面に前記レチクルの所定パターンを投影し露
    光を行う露光装置であって、 前記第１光学系及び／又は前記第２光学系は、請求項６
    に記載の光学系を含むことを特徴とする露光装置。
  8. 【請求項８】 各基板のパターン形成面にそれぞれ階段
    状パターンを形成し、各光学素子を製造する工程と、 前記各光学素子を、前記各階段状パターンが全体として
    所期の光学的パターンを構成する部位で対向するように
    位置合わせし、保持固定する工程とを備えることを特徴
    とする回折光学素子の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記階段状パターンを階段状パターンと
    なるように形成し、 全体として、入射光を所望の偏向角に（回折角で）回折
    させる回折光学素子として形成することを特徴とする請
    求項８に記載の回折光学素子の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記階段状パターンを凹凸パターンと
    して形成し、 全体として、所望の模様を形成する位相型計算機ホログ
    ラムとして形成することを特徴とする請求項８に記載の
    回折光学素子の製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記各光学素子を形成する際に、前記
    基板の所定部位にアライメントマークを形成し、 前記各光学素子を対向させる際に、前記アライメントマ
    ークを用いて当該各光学素子の位置合わせを行うことを
    特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の回折
    光学素子の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記各光学素子を形成する際に、前記
    基板の所定部位に微小突起を形成し、 前記各光学素子を対向させる際に、前記微小突起を用い
    て当該各光学素子の位置合わせを行うことを特徴とする
    請求項８〜１０のいずれか１項に記載の回折光学素子の
    製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記各光学素子を対向させる際に、回
    折光学素子としての光学的機能をモニターし、最適な機
    能状態となる部位で当該各光学素子の位置合わせを行う
    ことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載
    の回折光学素子の製造方法。
  14. 【請求項１４】 被照射面に感光材料を塗布する工程
    と、 請求項７に記載の露光装置を用いて、前記感光材料が塗
    布された前記被照射面に所定パターンの露光を行う工程
    と、 前記所定パターンの露光が行われた前記感光材料を現像
    する工程とを備えることを特徴とするデバイスの製造方
    法。
  15. 【請求項１５】 前記被照射面をウェハ面とし、当該ウ
    ェハ面に半導体素子を形成することを特徴とする請求項
    １４に記載のデバイスの製造方法。
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