JPH1123822A - 回折光学素子及び該素子の製造装置及び該素子を搭載した光学装置 - Google Patents
回折光学素子及び該素子の製造装置及び該素子を搭載した光学装置Info
- Publication number
- JPH1123822A JPH1123822A JP18737897A JP18737897A JPH1123822A JP H1123822 A JPH1123822 A JP H1123822A JP 18737897 A JP18737897 A JP 18737897A JP 18737897 A JP18737897 A JP 18737897A JP H1123822 A JPH1123822 A JP H1123822A
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- optical element
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 球面の接線方向に対して垂直にエッチング加
工する。 【解決手段】 注入されたアルゴンガスはイオン放電電
極12の近傍においてイオンAr+ 化され、カソード電
極11からの電子ビームの照射により、グリッド電極1
3、中和電極14を通過し、イオン用レンズ19により
イオンの軌道が制御され、基板ホルダ15上の試料基板
Sの曲面に垂直に入射してマスクMの形状を転写する。
工する。 【解決手段】 注入されたアルゴンガスはイオン放電電
極12の近傍においてイオンAr+ 化され、カソード電
極11からの電子ビームの照射により、グリッド電極1
3、中和電極14を通過し、イオン用レンズ19により
イオンの軌道が制御され、基板ホルダ15上の試料基板
Sの曲面に垂直に入射してマスクMの形状を転写する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、曲面形状のエッチ
ング加工を行って階段構造を形成した回折光学素子及び
該素子の製造装置及び該素子を搭載した光学装置に関す
るものである。
ング加工を行って階段構造を形成した回折光学素子及び
該素子の製造装置及び該素子を搭載した光学装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来の異方性エッチング装置は垂直な加
工断面の形成を目的とし、RIE法、イオンミリング
法、反応性イオンビームエッチング法等の方法が実用化
されている。
工断面の形成を目的とし、RIE法、イオンミリング
法、反応性イオンビームエッチング法等の方法が実用化
されている。
【0003】例えば、図8は反応性イオンビームエッチ
ング装置の構成図を示し、カウフマン型と呼ばれるイオ
ン源1と試料室2から構成されている。ガス注入口3か
ら注入されたアルゴンガスは、イオン源1でイオン化さ
れた後に加速されて、経路Lを通って試料Sに垂直に入
射する。ここで、マスクMの形状が試料Sに転写され、
イオンの方向性によって垂直な断面形状が形成される。
ング装置の構成図を示し、カウフマン型と呼ばれるイオ
ン源1と試料室2から構成されている。ガス注入口3か
ら注入されたアルゴンガスは、イオン源1でイオン化さ
れた後に加速されて、経路Lを通って試料Sに垂直に入
射する。ここで、マスクMの形状が試料Sに転写され、
イオンの方向性によって垂直な断面形状が形成される。
【0004】また、微細な階段状の断面構造を有する回
折光学素子及びその製法が特開平7−72319号公報
に開示されている。このような回折光学素子は、半導体
素子の製造過程で用いる露光装置等によって、回折光学
素子となる基板上に塗布したレジストにパターン焼き付
けを行う工程と、現像されたレジストをエッチングマス
クとして、エッチング装置によって基板に垂直にエッチ
ングを行う工程とを複数回繰り返すことにより、基板上
に階段状の凹凸パターンを形成して製造されている。
折光学素子及びその製法が特開平7−72319号公報
に開示されている。このような回折光学素子は、半導体
素子の製造過程で用いる露光装置等によって、回折光学
素子となる基板上に塗布したレジストにパターン焼き付
けを行う工程と、現像されたレジストをエッチングマス
クとして、エッチング装置によって基板に垂直にエッチ
ングを行う工程とを複数回繰り返すことにより、基板上
に階段状の凹凸パターンを形成して製造されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エッチ
ング装置を利用して製造した回折光学素子を実際の光学
系に適用した場合には、平均的な入射方向と面に垂直な
エッチング側壁の向きが必ずしも一致しないことによっ
て、散乱光が多くなり結像性能が劣化し、また光の利用
効率が低下するなどの問題が生ずる。
ング装置を利用して製造した回折光学素子を実際の光学
系に適用した場合には、平均的な入射方向と面に垂直な
エッチング側壁の向きが必ずしも一致しないことによっ
て、散乱光が多くなり結像性能が劣化し、また光の利用
効率が低下するなどの問題が生ずる。
【0006】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
基板に垂直な方向だけでなく任意の方向にエッチングを
行って階段構造を形成した回折光学素子を提供すること
にある。
基板に垂直な方向だけでなく任意の方向にエッチングを
行って階段構造を形成した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、基板に垂直な方向だ
けでなく任意の方向にエッチング可能な回折光学素子の
製造装置を提供することにある。
けでなく任意の方向にエッチング可能な回折光学素子の
製造装置を提供することにある。
【0008】本発明の更に他の目的は、基板に垂直な方
向だけでなく任意の方向にエッチングを行って階段構造
を形成した回折光学素子を搭載した光学装置を提供する
ことにある。
向だけでなく任意の方向にエッチングを行って階段構造
を形成した回折光学素子を搭載した光学装置を提供する
ことにある。
【0009】
【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、イオン源からイオンビ
ームを発生し、該イオンビームをイオン用レンズにより
基板に集束又は発散して前記基板上に階段構造を形成し
たことを特徴とする。
の本発明に係る回折光学素子は、イオン源からイオンビ
ームを発生し、該イオンビームをイオン用レンズにより
基板に集束又は発散して前記基板上に階段構造を形成し
たことを特徴とする。
【0010】また、本発明に係る回折光学素子の製造装
置は、イオンビームを発生するイオン源と、該イオンビ
ームを基板に集束又は発散するイオン用レンズとを備
え、前記基板上に階段構造を形成することを特徴とす
る。
置は、イオンビームを発生するイオン源と、該イオンビ
ームを基板に集束又は発散するイオン用レンズとを備
え、前記基板上に階段構造を形成することを特徴とす
る。
【0011】本発明に係る光学装置は、イオン源からイ
オンビームを発生し、該イオンビームをイオン用レンズ
により基板に集束又は発散して前記基板上に階段構造を
形成した回折光学素子を搭載したことを特徴とする。
オンビームを発生し、該イオンビームをイオン用レンズ
により基板に集束又は発散して前記基板上に階段構造を
形成した回折光学素子を搭載したことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明を図1〜図5に図示の実施
例に基づいて詳細に説明する。図1は第1の実施例の反
応性イオンビームエッチング装置の構成図を示し、装置
本体10内には、上からカソード電極11、イオン放電
電極12、グリッド電極13、中和電極14が配置され
ている。中和電極14の下側は試料室とされ、アノード
電極となる基板ホルダ15が配置されている。そして、
本体10の上面にはガスの注入口16、下面にはガスの
排気口17が設けられている。また、本体10の外側に
は、イオン放電電極11の位置に磁界コイル18が配置
され、中和電極14と基板ホルダ15の中間位置に、イ
オン用レンズ19が配置されている。カソード電極11
にはカソード電源20の出力が接続され、放電電源21
の出力の一方がカソード電極11に、他方がイオン放電
電極12に接続されている。また、グリッド電極用電源
22の出力はグリッド電極13に接続され、加速電源2
3の出力はカソード電極11及びグリッド電極13にそ
れぞれ接続されている。
例に基づいて詳細に説明する。図1は第1の実施例の反
応性イオンビームエッチング装置の構成図を示し、装置
本体10内には、上からカソード電極11、イオン放電
電極12、グリッド電極13、中和電極14が配置され
ている。中和電極14の下側は試料室とされ、アノード
電極となる基板ホルダ15が配置されている。そして、
本体10の上面にはガスの注入口16、下面にはガスの
排気口17が設けられている。また、本体10の外側に
は、イオン放電電極11の位置に磁界コイル18が配置
され、中和電極14と基板ホルダ15の中間位置に、イ
オン用レンズ19が配置されている。カソード電極11
にはカソード電源20の出力が接続され、放電電源21
の出力の一方がカソード電極11に、他方がイオン放電
電極12に接続されている。また、グリッド電極用電源
22の出力はグリッド電極13に接続され、加速電源2
3の出力はカソード電極11及びグリッド電極13にそ
れぞれ接続されている。
【0013】例えば、アルゴンガスを用いて凸面状のS
iO2 レンズの表面にグレーティングを形成する場合に
は、先ずSiO2 レンズ上にフォトレジストRを塗布
し、マスクパターンを転写して、図2に示すような試料
基板Sを形成する。このときのフォトレジストRの厚さ
は、SiO2 とのエッチングレート選択比とSiO2 の
エッチング深さから決定する。即ち、エッチング終了時
にもフォトレジストRが残っているように設定する。
iO2 レンズの表面にグレーティングを形成する場合に
は、先ずSiO2 レンズ上にフォトレジストRを塗布
し、マスクパターンを転写して、図2に示すような試料
基板Sを形成する。このときのフォトレジストRの厚さ
は、SiO2 とのエッチングレート選択比とSiO2 の
エッチング深さから決定する。即ち、エッチング終了時
にもフォトレジストRが残っているように設定する。
【0014】次に、図1のエッチング装置によりエッチ
ングを行う。このときのエッチング条件は、例えば加速
電圧を500V、イオン電流密度をlmA/cm2 、圧
力をイオンの散乱が少なく、かつ所望のイオン電流密度
が得られるように設定する。基板ホルダ15上に試料基
板Sを載置し、ガス注入口16からイオンの原料となる
アルゴンガスを注入する。注入されたアルゴンガスはイ
オン電源21によりイオン放電電極12の近傍において
イオンAr+ 化される。カソード電源20によるカソー
ド電極11からの電子ビームの照射によって、アルゴン
イオンAr+ はグリッド電極13、中和電極14を通過
して、イオン用レンズ19により軌道Lが制御され、試
料基板Sの曲面に対して垂直に法線P方向から入射して
エッチングが行われ、試料基板Sは図3に示す状態とな
る。
ングを行う。このときのエッチング条件は、例えば加速
電圧を500V、イオン電流密度をlmA/cm2 、圧
力をイオンの散乱が少なく、かつ所望のイオン電流密度
が得られるように設定する。基板ホルダ15上に試料基
板Sを載置し、ガス注入口16からイオンの原料となる
アルゴンガスを注入する。注入されたアルゴンガスはイ
オン電源21によりイオン放電電極12の近傍において
イオンAr+ 化される。カソード電源20によるカソー
ド電極11からの電子ビームの照射によって、アルゴン
イオンAr+ はグリッド電極13、中和電極14を通過
して、イオン用レンズ19により軌道Lが制御され、試
料基板Sの曲面に対して垂直に法線P方向から入射して
エッチングが行われ、試料基板Sは図3に示す状態とな
る。
【0015】このとき、SiO2 のエッチングレートを
35μm/分とし、フォトレジストRのエッチングレー
トを20μm/分とする条件で、SiO2 を427.0
nmエッチングすると図4に示す状態となる。続いて、
フォトレジストRを剥離液又は酸素アッシングにより除
去し、図4に示すようにレンズ曲面上のグレーティング
が完成する。
35μm/分とし、フォトレジストRのエッチングレー
トを20μm/分とする条件で、SiO2 を427.0
nmエッチングすると図4に示す状態となる。続いて、
フォトレジストRを剥離液又は酸素アッシングにより除
去し、図4に示すようにレンズ曲面上のグレーティング
が完成する。
【0016】このように、イオン用レンズ19の曲率を
調整することによってイオンの軌道Lを制御し、凸面状
の基板Sに垂直に又は目的に応じ任意の角度分布にイオ
ンが入射するように調整することができる。このとき、
イオン用レンズ19の曲率はイオンの重さで決まるの
で、主要なイオンの種類を1種類とするか又は多種類の
場合は同一の質量とする必要がある。なお、アルゴンガ
スではなく、キセノン、ヘリュウム、ラドンガスをイオ
ン化したXe+ 、He+ 、Rn+ によりイオンビームエ
ッチングを行うこともできる。
調整することによってイオンの軌道Lを制御し、凸面状
の基板Sに垂直に又は目的に応じ任意の角度分布にイオ
ンが入射するように調整することができる。このとき、
イオン用レンズ19の曲率はイオンの重さで決まるの
で、主要なイオンの種類を1種類とするか又は多種類の
場合は同一の質量とする必要がある。なお、アルゴンガ
スではなく、キセノン、ヘリュウム、ラドンガスをイオ
ン化したXe+ 、He+ 、Rn+ によりイオンビームエ
ッチングを行うこともできる。
【0017】また、CF4 ガスを用いて上述と同様のエ
ッチング加工を実施する場合は、加速電圧を500V、
イオン電流密度をlmA/cm2 、圧力をイオンの散乱
が少なく、かつ所望のイオン電流密度が得られる条件
で、図1に示す装置でエッチングを行う。
ッチング加工を実施する場合は、加速電圧を500V、
イオン電流密度をlmA/cm2 、圧力をイオンの散乱
が少なく、かつ所望のイオン電流密度が得られる条件
で、図1に示す装置でエッチングを行う。
【0018】このとき、SiO2 のエッチングレートを
100μm/分とし、フォトレジストRのエッチングレ
ートを60μm/分とする条件で、SiO2 を427.
0nmエッチングすると、同様に図4に示す状態とな
り、続いてフォトレジストRを除去してグレーティング
が完成する。
100μm/分とし、フォトレジストRのエッチングレ
ートを60μm/分とする条件で、SiO2 を427.
0nmエッチングすると、同様に図4に示す状態とな
り、続いてフォトレジストRを除去してグレーティング
が完成する。
【0019】なお、本実施例では2段の階段構造を有す
る回折光学素子の製造工程について説明したが、マスク
パターンの周期とエッチング深さを適宜に設定して、図
2〜図4のプロセスを繰り返すことにより、2段以上の
階段構造を形成することも可能である。
る回折光学素子の製造工程について説明したが、マスク
パターンの周期とエッチング深さを適宜に設定して、図
2〜図4のプロセスを繰り返すことにより、2段以上の
階段構造を形成することも可能である。
【0020】このように本実施例によれば、エッチング
側壁の傾きを試料基板Sに対して任意の方向Pにするこ
とができるので、不要な回折光が減少し光学的性能が向
上する。
側壁の傾きを試料基板Sに対して任意の方向Pにするこ
とができるので、不要な回折光が減少し光学的性能が向
上する。
【0021】図5は第2の実施例の反応性イオンビーム
エッチング装置の構成図を示し、基板Sの近傍付近の本
体1の側面に、他の注入口25が設けられている。
エッチング装置の構成図を示し、基板Sの近傍付近の本
体1の側面に、他の注入口25が設けられている。
【0022】第1の実施例と同様に、注入口16からイ
オン放電電極12の近傍にアルゴンガスを注入する。更
に、注入口25からはCF4 ガス又はCHF3 ガスを注
入する。このとき、CHF3 ガスの方がSiO2 とレジ
ストの選択比が向上するので、目的によって使い分ける
ようにすることが好ましい。
オン放電電極12の近傍にアルゴンガスを注入する。更
に、注入口25からはCF4 ガス又はCHF3 ガスを注
入する。このとき、CHF3 ガスの方がSiO2 とレジ
ストの選択比が向上するので、目的によって使い分ける
ようにすることが好ましい。
【0023】このようにして、ケミカルアシストイオン
ビームエッチングが可能となり、第1の実施例と同様
に、エッチング側壁の傾きを試料基板Sに対して任意の
方向にすることができるので、不要な回折光が減少して
光学的性能が向上する。
ビームエッチングが可能となり、第1の実施例と同様
に、エッチング側壁の傾きを試料基板Sに対して任意の
方向にすることができるので、不要な回折光が減少して
光学的性能が向上する。
【0024】なお、上述の第1及び第2の実施例におい
て、エッチング側壁の傾きつまり階段構造側面の傾き
は、完成した回折光学素子のその点に入射する光線の入
射角に対する光強度分布に基づいて決められている。即
ち、その点に入射する光線の光強度分布の重心の入射角
の光線に対して、又は最も強度の大きい入射角の光線に
対して、エッチング側壁の傾きを平行にすることによっ
て、上述の効果を得ている。
て、エッチング側壁の傾きつまり階段構造側面の傾き
は、完成した回折光学素子のその点に入射する光線の入
射角に対する光強度分布に基づいて決められている。即
ち、その点に入射する光線の光強度分布の重心の入射角
の光線に対して、又は最も強度の大きい入射角の光線に
対して、エッチング側壁の傾きを平行にすることによっ
て、上述の効果を得ている。
【0025】図6は本発明のエッチング装置を利用して
製造した回折光学素子を適用した半導体素子製造用のス
テッパの構成図を示し、照明光学系31、レチクル3
2、回折光学素子33を組込んだ結像光学系34、被加
工物である半導体基板35を載置するウェハステージ3
6から構成されている。
製造した回折光学素子を適用した半導体素子製造用のス
テッパの構成図を示し、照明光学系31、レチクル3
2、回折光学素子33を組込んだ結像光学系34、被加
工物である半導体基板35を載置するウェハステージ3
6から構成されている。
【0026】照明光学系31からの光はレチクル32に
照射され、レチクル32に描かれたパターンが回折光学
素子33を有する結像光学系34によって、ウェハステ
ージ36上の半導体基板35に結像する。
照射され、レチクル32に描かれたパターンが回折光学
素子33を有する結像光学系34によって、ウェハステ
ージ36上の半導体基板35に結像する。
【0027】ここで、回折光学素子33は例えば図7に
示すような断面形状を有し、ステッパ中に本素子が配置
される場合の光の平均的な入射方向つまり光強度分布の
重心の入射角の光線に対して、段差部分の傾斜ができる
だけ同じ向きになるように、イオンビームエッチング装
置におけるイオン用レンズ19の曲率を調整して作製さ
れている。なお、光の平均的な入射方向は光線追跡によ
り容易に求めることができ、このようなステッパにより
不要光が減少して良好な像性能が得られる。
示すような断面形状を有し、ステッパ中に本素子が配置
される場合の光の平均的な入射方向つまり光強度分布の
重心の入射角の光線に対して、段差部分の傾斜ができる
だけ同じ向きになるように、イオンビームエッチング装
置におけるイオン用レンズ19の曲率を調整して作製さ
れている。なお、光の平均的な入射方向は光線追跡によ
り容易に求めることができ、このようなステッパにより
不要光が減少して良好な像性能が得られる。
【0028】
【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、イオンビームをイオン用レンズによって集束
又は発散してエッチングを行うことにより、平面や球面
又は円筒面などの凸面や凹面上に階段構造が形成でき、
不要光を低減して光学性能を向上させることができる。
学素子は、イオンビームをイオン用レンズによって集束
又は発散してエッチングを行うことにより、平面や球面
又は円筒面などの凸面や凹面上に階段構造が形成でき、
不要光を低減して光学性能を向上させることができる。
【0029】また、本発明に係る回折光学素子の装置
は、イオンビームをイオン用レンズにより集束又は発散
させることにより、任意の方向にエッチング加工するこ
とができ、垂直方向だけでなく平面や球面又は円筒面な
どの凸面や凹面上に加工することが可能となる。
は、イオンビームをイオン用レンズにより集束又は発散
させることにより、任意の方向にエッチング加工するこ
とができ、垂直方向だけでなく平面や球面又は円筒面な
どの凸面や凹面上に加工することが可能となる。
【0030】本発明に係る光学装置は、イオンビームを
イオン用レンズにより集束又は発散して階段構造を形成
した回折光学素子を搭載することにより高性能な光学特
性を発揮することができる。
イオン用レンズにより集束又は発散して階段構造を形成
した回折光学素子を搭載することにより高性能な光学特
性を発揮することができる。
【図1】第1の実施例の構成図である。
【図2】回折光学素子作製時の断面図である。
【図3】回折光学素子作製時の断面図である。
【図4】回折光学素子完成時の断面図である。
【図5】第2の実施例の構成図である。
【図6】ステッパの構成図である。
【図7】回折光学素子の断面図である。
【図8】従来例の構成図である。
11 カソード電極 12 イオン放電電極 13 グリッド電極 14 中和電極 15 基板ホルダ 18 磁界コイル 19 イオン用レンズ 20 カソード電源 21 放電電源 22 グリッド電極電源 23 加速電源 31 照明光学系 32 レチクル 33 回折光学素子 34 結像光学系 35 半導体基板 36 ウェハステージ
Claims (8)
- 【請求項1】 イオン源からイオンビームを発生し、該
イオンビームをイオン用レンズにより基板に集束又は発
散して前記基板上に階段構造を形成したことを特徴とす
る回折光学素子。 - 【請求項2】 前記階段構造の側面の傾きは、前記基板
に入射する光線の入射角に対する光強度分布に基づいて
決める請求項1に記載の回折光学素子。 - 【請求項3】 前記階段構造の側面は前記光強度分布の
重心の入射角の光線に対して平行とした請求項2に記載
の回折光学素子。 - 【請求項4】 イオンビームを発生するイオン源と、該
イオンビームを基板に集束又は発散するイオン用レンズ
とを備え、前記基板上に階段構造を形成することを特徴
とする回折光学素子の製造装置。 - 【請求項5】 前記イオン源はAr+ 、Xe+ 、He
+ 、Rn+ の何れかとした請求項4に記載の回折光学素
子の製造装置。 - 【請求項6】 前記イオン源はCF3 +とした請求項4に
記載の回折光学素子の製造装置。 - 【請求項7】 前記イオン源とは別に、前記基板付近に
CF4 ガスを供給するようにした請求項4又は5に記載
の回折光学素子の製造装置。 - 【請求項8】 イオン源からイオンビームを発生し、該
イオンビームをイオン用レンズにより基板に集束又は発
散して前記基板上に階段構造を形成した回折光学素子を
搭載したことを特徴とする光学装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18737897A JPH1123822A (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 回折光学素子及び該素子の製造装置及び該素子を搭載した光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18737897A JPH1123822A (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 回折光学素子及び該素子の製造装置及び該素子を搭載した光学装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1123822A true JPH1123822A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=16204975
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18737897A Pending JPH1123822A (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 回折光学素子及び該素子の製造装置及び該素子を搭載した光学装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1123822A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018081132A (ja) * | 2016-11-14 | 2018-05-24 | 大日本印刷株式会社 | 回折光学素子、保持具、光照射装置 |
-
1997
- 1997-06-27 JP JP18737897A patent/JPH1123822A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018081132A (ja) * | 2016-11-14 | 2018-05-24 | 大日本印刷株式会社 | 回折光学素子、保持具、光照射装置 |
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