(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工用基板の一面を加工して凹凸を配した回折光学素子を形成するための、回折光学素子の作製方法であって、前記加工用基板の一面上に、感光性材層を配設し、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量（露光量）分布を制御するレチクルマスクを用い、投影露光方式で、前記感光性材層を露光し、現像して、加工用基板の一面上に、前記感光性材層を素材とした第１の凹凸パターンを形成する、第１の凹凸パターン形成工程と、前記第１の凹凸パターン形成側から、該第１の凹凸パターンと前記加工用基板の一面とを共にエッチングして、前記第１の凹凸パターンが無くなり、前記加工用基板の一面自体に前記第１の凹凸パターンの凹凸形状に対応した、第２の凹凸パターンを回折光学素子の凹凸として形成する、第２の凹凸パターン形成工程とを行うものであり、前記レチクルマスクの作製は、そのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙの関数として、所望の露光する際の透過光量分布を、Ｚ座標上の値をｚとして、ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）として求め、求められたｚ値に対応した密度で、Ｘ−Ｙ座標上の位置に、前記ドットパターンを配置するもので、且つ、前記レチクルマスクのパターン形成平面を、露光波長では解像しないドットパターンの所定サイズに分割して、配置するものであり、露光においてレチクルマスク面上は均一照度として、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムにより、露光波長では解像しない前記所定サイズに分割されたＸ−Ｙ座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理を行なって得た、パターンデータを用いて、描画露光される、フォトエッチング工程により作製するものであることを特徴とする回折光学素子の作製方法。
【請求項２】
請求項１に記載の回折光学素子の作製方法であって、前記投影露光方式がステッパー露光方式であることを特徴とする回折光学素子の作製方法。
【請求項３】
請求項１ないし２のいずれか１項に記載の回折光学素子の作製方法であって、前記所定のアルゴリズムは、誤差分散法あるいはオーダードディザ法であることを特徴とする回折光学素子の作製方法。
【請求項４】
請求項１ないし２のいずれか１項に記載の回折光学素子の作製方法であって、前記所定のアルゴリズムは、誤差分散法、オーダードディザ法のいずれか１のアルゴリズムによりドットパターンを生成配置して得たパターンデータを作成し、該作成されたパターンデータにおいて、レチクルマスクにおける透過光量が最大の領域に対応するドットパターン密度の領域を地として、該地からのドットパターン密度の変化が所定の一定値以上で、且つ、凹凸パターンの急峻な変化部に相当する箇所については、該地に隣接して、該急峻な変化部における透過光量が最大、且つまたは最小の領域に対応するドットパターン密度の領域を、所定の幅、配設したデータに置き代えるものであることを特徴とする回折光学素子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工用基板の一面を加工して凹凸を配した回折光学素子の作製方法に関する。
尚、このような回折光学素子の適用分野としては、半導体リソグラフィー分野、ナノテクノロジー分野、光学部材分野等が挙げられるが、これらに限定はされない。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光路制御用光学素子としては、レンズやプリズムなどの光屈折系媒体や鏡などの反射系光学素子が従来から知られているが、近年、光通信あるいは光産業の普及に伴い、わずかな光の波長の違いをもとに光路を制御する素子の研究、開発が盛んになってきた。
そして、わずかな光の波長の違いを検出したり、抽出する場合などに、微細加工された、素子形状により光の進行方向と位相を制御するための素子である回折光学素子の需要が大きくなってきている。
回折光学素子の表面は、図１８（ａ）に示されるように、断面が、不連続な斜面部１１で段状に表現される鋸歯状態である必要があるが、このような断面が非線形な鋸歯形状を、微細に加工することは、加工精度の面から難しく、通常は、図１８（ｂ）に示される階段形状で近似して作製される。
図１８中、１２は階段部で、１２ａは段部である。
尚、図１８（ｂ）に示すような表面を階段状とした回折光学素子を、以下、階段状回折光学素子とも言い、階段状に加工された部分を階段とも言う。
そして、階段の段１つ分の幅（最小幅とも言う）δはどこも同じとしている。
図１８（ｂ）に示す階段状回折光学素子の場合、階段の段１つ分の幅（最小幅とも言う）δを用いる光の波長の１／２程度にすることで、鋸歯形状を階段形状にて近似し、同様の光学特性を得ることができる。
【０００３】
このような回折光学素子の階段部の作製方法としては、ＵＳＰ５，２１８，４７１（特許文献１）に記載されるような、マスク露光方法を用いてパターニングを行う第１の作製方法が知られている。
【特許文献１】ＵＳＰ５，２１８，４７１  尚、特許文献１はマイクロレンズの作製方法に関する。  この作製方法の場合、マスク露光なので精度が悪くなり、また、マスクの作製が前提となるが、解像度が高く要求されるようになると、マスクの作製自体にエラーが発生することがある。  そして、作製する階段部の段数に対応した分のマスクの作製が必要となる。  また、ステッパー内部のホモジナイザーなど、半導体製造用途では、光の短波長化に伴い回折光学素子の最小描画単位が小さくなる傾向にある。  寸法やアライメント誤差に関する光学特性の影響が大きくなる傾向にあり、特許文献１の方法では限界がある。  また、各段毎に各段の形状、サイズに合った設計データを作成し、各段毎に、ＥＢ描画装置（電子線描画装置のこと）あるいはレーザ描画装置等の描画露光装置により、設計データをもとに描画露光して、現像し、各段の深さに対応したドライエッチングを施し作製する第２の方法が知られている。  例えば、ＥＢ描画装置を用いて選択的に描画露光してパターニング行う描画露光処理と、現像処理、エッチング処理等を含む一連の処理プロセスを、繰り返し行い、その作製を行う作製方法が、提案されている。  本願発明者は、特開２００２−３５０６２３号公報（特許文献２）に記載のように、第２の方法において、位置合わせ精度を緩くできる回折光学素子の作製方法を提案している。
【特許文献２】特開２００２−３５０６２３号公報  一方、また、藤田、西原、小山等は、第３の作製方法として、１９８２、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｃｉｅｔｙ  Ａｍｅｒｉｃａ（非特許文献１）において、電子線リソグラフィーを用いたブレーズドグレーティングの作製プロセスを開示している。  ＰＭＭＡ層への電子のドーズ量を段階的に変えてＥＢ描画装置にて描画露光して、現像することにより、所望の断面形状を得るものである。
【非特許文献１】１９８２、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｃｉｅｔｙ  Ａｍｅｒｉｃａ
【０００４】
近年は、パターニングの精度面から、第２の作製方法が、主に採られるようになってきた。
第２の方法による回折光学素子の作製は、先にも述べたように、ＥＢ描画装置、レーザ描画装置等の描画露光装置を用いて選択的に描画露光してパターニング行う描画露光処理と、現像処理、エッチング処理を含む一連の処理プロセスを、繰り返し行うが、各一連の処理プロセスにおける描画露光装置を用いた描画露光においては、予め、設計に基づき作成された、描画用データを用いるものである。
例えば、図１９にその１例の作製工程を示すように、描画露光処理と、現像処理、エッチング処理を含む一連の処理工程を、繰り返して行い、後に、作製された回折光学素子の特性を検査するものである。
【０００５】
従来の回折光学素子の作製を、図１９に基づいて、簡単に説明しておく。
以下、このような従来の回折光学素子の作製方法を、階段状回折光学素子の作製方法とも言う。
尚、説明を簡単にするため、図１８（ｂ）のような４段の階段状回折光学素子を作製する場合について説明する。
描画露光用のデータを、各ドライエッチング加工工程に合せ、それぞれ準備しておく。  そして、光屈折系の媒体からなる板状の加工用素材１１０の一方の表面にクロム膜１２０をスパッタリング法、蒸着法等により成膜しておき、クロム膜１２０上に感光性のポジ型のレジスト１３０を形成しておく。（図１９（ａ））
加工用素材１１０としては、石英ガラス基板（合成石英基板を含む）が通常用いられるがこれに限定はされない。
次いで、所定の描画露光用データを用いて、所定領域を露光し、現像し、所定領域に（レジストの）開口１３１を設ける。（図１９（ｂ））
次いで、開口１３１を設けたレジスト１３０を耐エッチングマスクとして、開口１３１から露出したクロム膜１２０をエッチング除去し、レジストの開口１３１に対応してクロム膜の開口を設けた（図示していない）後、所定領域を開口したクロム膜１２０あるいはクロム膜１２０とレジスト１３０を耐エッチングマスクとして、ドライエッングを行ない、所定の深さだけエッチングする。（図１９（ｃ））
クロム膜のエッチングは、クロム膜を塩素系のガスを用いたドライエッチングあるいは、過塩素酸と硝酸第二セリウムアンモンからなるエッチング液による湿式エッチングで行なう。加工用素材１１０が石英ガラス基板（合成石英基板を含む）の場合は、ＣＦ4 、ＣＦＨ3 等のフッ素系のガスを用いて、ドライエッチングを行なう。
このようにして、１回目のドライエッチング加工工程を行った後、レジスト１３０を除去し、ドライエッチング加工部４１１ａ側全面に新たにレジスト１３５を配設し（図１９（ｄ））、所定の描画露光用データを用いて描画露光、現像を行ない、所定領域のみを開口させ、開口１３６から露出しているクロム膜１２０をエッチング除去し（図１９（ｅ））、先と同様にして、所定領域を開口したクロム膜１２０あるいはクロム膜１２０とレジスト１３５を耐エッチングマスクとして、ドライエッチングを行ない、所定の深さだけエッチングする。（図１９（ｆ））
このようにして、２回目のドライエッチング加工工程を行った後、レジスト１３５、クロム膜１２０を順に除去して、目的とする回折光学素子を得る。（図１９（ｈ））
上記のように、図１９に示す従来の作製方法においては、作製する光学素子の加工用素材表面をドライエッチングにて階段形状で近似するわけで、いずれも、レジスト塗布、露光、現像、ドライッチングの一連の工程を、複数回（多段階とも言うが、ここでは２回）繰り返す必要がある。
そして、このような一連の工程を繰り返して目的とする階段部を形成するには、各一連の工程で高い位置合わせの精度が必須となる。
【０００６】
しかしながら、このような光学素子作製工程では、各処理装置などの精度不良などから、描画露光処理やエッチング処理等、各処理において、アライメントエラー、エッチング深さエラー、寸法エラーなど、作製に起因する作製エラーが生じており、これら作製エラーが発生すると、当初設計された光学素子の特性（強度、効率、ＳＮ比など）が得られないという問題があった。
例えば、８段の階段状回折光学素子の場合、正常な場合、その断面が、図２０（ａ）のようになる。
しかし、描画露光の段部２１２の寸法が設計値と異なり誤差がある場合は、アライメントエラーがなくても、図２０（ｂ）に示すように、段部の境に溝部２１５が生じることがある。
また、アライメントエラーがある場合には、図２０（ｃ）に示すように、描画露光に問題がなくても、余分な突起部２１６や溝部２１５が生じることがある。
尚、アライメントエラーがなく、描画露光に問題がなくても、図２０（ｄ）に示すように、エッチングプロセスの不安定性に起因して段部の高さが設計値と異なってしまうことがある。
これらの作製エラーが発生した場合、光学素子作製工程のはじめからやり直す必要があり、時間や材料の無駄になる。
【０００７】
このような中、最近では、半導体リソグラフィー分野、ナノテクノロジー分野、光学部材分野における技術の進歩はめざましく、このような分野においては、凹凸形状が複雑な回折光学素子の適用要求が強くなってきて、その量産手段が求められるようになってきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、近年、光通信あるいは光産業の普及に伴い、素子形状により光の進行方向と位相を制御するための素子である回折光学素子の需要が大きくなってきており、また、最近では、半導体リソグラフィー分野、ナノテクノロジー分野、光学部材分野における技術の進歩はめざましく凹凸形状が複雑な回折光学素子の適用要求が強くなってきて、これら、凹凸形状が複雑な回折光学素子の量産手段が求められるようになってきた。
本発明はこれに対応するもので、上記従来の、描画露光装置を用いて選択的に描画露光してパターニング行う描画露光処理と、現像処理、エッチング処理等を含む一連の処理プロセスを、繰り返し行う階段状回折光学素子の作製方法において、発生するアライメントエラー、エッチング深さエラー、寸法エラーなどの作製エラーに起因する光学素子の特性の劣化をなくすことができ、更には該方法に比べて飛躍的に量産性を向上させた、回折光学素子の作製方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の回折光学素子の作製方法は、加工用基板の一面を加工して凹凸を配した回折光学素子を形成するための、回折光学素子の作製方法であって、前記加工用基板の一面上に、感光性材層を配設し、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量（露光量）分布を制御するレチクルマスクを用い、投影露光方式で、前記感光性材層を露光し、現像して、加工用基板の一面上に、前記感光性材層を素材とした第１の凹凸パターンを形成する、第１の凹凸パターン形成工程と、前記第１の凹凸パターン形成側から、該第１の凹凸パターンと前記加工用基板の一面とを共にエッチングして、前記第１の凹凸パターンが無くなり、前記加工用基板の一面自体に前記第１の凹凸パターンの凹凸形状に対応した、第２の凹凸パターンを回折光学素子の凹凸として形成する、第２の凹凸パターン形成工程とを行うものであり、前記レチクルマスクの作製は、そのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙの関数として、所望の露光する際の透過光量分布を、Ｚ座標上の値をｚとして、ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）として求め、求められたｚ値に対応した密度で、Ｘ−Ｙ座標上の位置に、前記ドットパターンを配置するもので、且つ、前記レチクルマスクのパターン形成平面を、露光波長では解像しないドットパターンの所定サイズに分割して、配置するものであり、露光においてレチクルマスク面上は均一照度として、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムにより、露光波長では解像しない前記所定サイズに分割されたＸ−Ｙ座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理を行なって得た、パターンデータを用いて、描画露光される、フォトエッチング工程により作製するものであることを特徴とするものである。
そして、上記の回折光学素子の作製方法であって、前記投影露光方式がステッパー露光方式であることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの回折光学素子の作製方法であって、前記所定のアルゴリズムは、誤差分散法あるいはオーダードディザ法であることを特徴とするものである。
あるいはまた、上記いずれかの回折光学素子の作製方法であって、前記所定のアルゴリズムは、誤差分散法、オーダードディザ法のいずれか１のアルゴリズムによりドットパターンを生成配置して得たパターンデータを作成し、該作成されたパターンデータにおいて、レチクルマスクにおける透過光量が最大の領域に対応するドットパターン密度の領域を地として、該地からのドットパターン密度の変化が所定の一定値以上で、且つ、凹凸パターンの急峻な変化部に相当する箇所については、該地に隣接して、該急峻な変化部における透過光量が最大、且つまたは最小の領域に対応するドットパターン密度の領域を、所定の幅、配設したデータに置き代えるものであることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に関わる回折光学素子は、加工用基板の一面を加工して凹凸を配した回折光学素子であって、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の回折光学素子作製方法により作製されたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に関わるレチクルマスクは、基板の一面上に配設された感光性材層をステッパー露光方式で露光する際に用いられる、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量（露光量）分布を制御するレチクルマスクであって、そのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙの関数として、所望の露光する際の透過光量（露光量）分布を、Ｚ座標上の値をｚとして、ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）として求め、求められたｚ値に対応した密度で、Ｘ−Ｙ座標上の位置に、前記ドットパターンを配置したものであり、露光においてレチクルマスク面上は均一照度として、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しない所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理を行なって得た、パターンデータを用いて、描画露光される、フォトエッチング工程により作製されたものであることを特徴とするものである。
そして、上記のレチクルマスクであって、前記所定のアルゴリズムとして誤差分散法あるいはオーダードディザ法を用い、ドットパターンを生成配置して得たパターンデータを用いて、あるいは、前記所定のアルゴリズムとして誤差分散法あるいはオーダードディザ法を用い、ドットパターンを生成配置して得たパターンデータの一部領域を、前記所定のアルゴリズムとして、前記レチクルマスクのパターン領域を、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、ｚ値の所定の範囲毎に分割し、各分割された分割領域毎に、対応した所定の一定の密度で前記ドットパターンを生成配置する、パターン領域分割ドット配置法を用いて、ドットパターンを生成配置して得たパターンデータの、前記一部領域に該当する領域のドットパターン配置で置き換えて、配置して得た、パターンデータを用いて、描画露光される、フォトエッチング工程により作製されたものであることを特徴とするものである。
【００１２】
（作用）
本発明の回折光学素子の作製方法は、このような構成にすることにより、上記従来の、階段状回折光学素子の作製方法において、発生するアライメントエラー、エッチング深さエラー、寸法エラーなどの作製エラーに起因する光学素子の特性の劣化をなくすことができる、回折光学素子の作製方法の提供を可能としている。
同時に、そのような微細な回折光学素子の作製を可能としている。
具体的には、加工用基板の一面上に、感光性材層を配設し、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量（露光量）分布を制御するレチクルマスクを用い、投影露光方式で、前記感光性材層を露光し、現像して、加工用基板の一面上に、前記感光性材層を素材とした第１の凹凸パターンを形成する、第１の凹凸パターン形成工程と、前記第１の凹凸パターン形成側から、該第１の凹凸パターンと前記加工用基板の一面とを共にエッチングして、前記第１の凹凸パターンが無くなり、前記加工用基板の一面自体に前記第１の凹凸パターンの凹凸形状に対応した、第２の凹凸パターンを回折光学素子の凹凸として形成する、第２の凹凸パターン形成工程とを行うものであり、前記レチクルマスクの作製は、そのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙの関数として、所望の露光する際の透過光量分布を、Ｚ座標上の値をｚとして、ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）として求め、求められたｚ値に対応した密度で、Ｘ−Ｙ座標上の位置に、前記ドットパターンを配置するもので、且つ、前記レチクルマスクのパターン形成平面を、露光波長では解像しないドットパターンの所定サイズに分割して、配置するものであり、露光においてレチクルマスク面上は均一照度として、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムにより、露光波長では解像しない前記所定サイズに分割されたＸ−Ｙ座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理を行なって得た、パターンデータを用いて、描画露光される、フォトエッチング工程により作製するものであることにより、これを達成している。
詳しくは、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量（露光量）分布を制御するレチクルマスクを用い、第１の第１の凹凸パターンを形成し、更に、該第１の凹凸パターンと前記加工用基板の一面とを共にエッチングして、前記第１の凹凸パターンが無くなり、前記加工用基板の一面自体に前記第１の凹凸パターンの凹凸形状に対応した、第２の凹凸パターンを回折光学素子の凹凸として形成していることにより、回折光学素子の複雑な凹凸の形状に対応できるものとしており、従来の階段状回折光学素子に比べて、回折効率を向上させ、ＳＮ比を良くすることができる。
同時に、微細な回折光学素子の作成を可能としている。
また、前記投影露光方式がステッパー露光方式である、請求項２の発明の形態とすることにより、即ち、縮小投影して露光するステッパー露光方式を採り入れていることにより、量産性の良いものとしており、且つ、パターンデータの作成をし易いものとしている。上記従来の、階段状回折光学素子の作製方法に比べて飛躍的に量産性を向上させること
ができる。
尚、ドライエッチングにて行う形態を採る場合、ウェットエッチングの場合に比べて、所望のエッチング形状を得やすく、制御し易いものにできる。
【００１３】
レチクルマスクとしては、そのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙの関数として、所望の露光する際の透過光量（露光量）分布を、Ｚ座標上の値をｚとして、ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）として求め、求められたｚ値に対応した密度で、Ｘ−Ｙ座標上の位置に、前記ドットパターンを配置したものが挙げられる。
具体的には、前記レチクルマスクは、露光においてレチクルマスク面上は均一照度として、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムにより、露光波長では解像しない所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理を行なって得た、パターンデータを用いて、描画露光される、フォトエッチング工程により作製される。
更に具体的には、前記所定のアルゴリズムは、誤差分散法あるいはオーダードディザ法である。
この場合には、回折光学素子の凹凸形状を連続的に表現でき、回折効率の向上、ＳＮ比の良化が見込める。
尚、前記所定のアルゴリズムとして、前記レチクルマスクのパターン領域を、前記Ｚ座標上のｚ値に対応して、ｚ値の所定の範囲毎に分割し、各分割された分割領域毎に、対応した所定の一定の密度で前記ドットパターンを生成配置する、パターン領域分割ドット配置法も挙げられるが、この場合、前記誤差分散法あるいはオーダードディザ法の場合に比べて、急峻な凹凸を得るには、有利である。
あるいはまた、前記所定のアルゴリズムは、誤差分散法、オーダードディザ法のいずれか１のアルゴリズムによりドットパターンを生成配置して得たパターンデータを作成し、該作成されたパターンデータにおいて、レチクルマスクにおける透過光量が最大の領域に対応するドットパターン密度の領域を地として、該地からのドットパターン密度の変化が所定の一定値以上で、且つ、凹凸パターンの急峻な変化部に相当する箇所については、該地に隣接して、該急峻な変化部における透過光量が最大、且つまたは最小の領域に対応するドットパターン密度の領域を、所定の幅、配設したデータに置き代えるものである、請求項４の発明の形態が挙げられる。
この場合は、目標とする回折光学素子の急峻な凹凸領域を、実プロセスにおいて損なうことなく形成できるものとしており、これにより、回折効率をより向上させ、且つＳＮ比をより良化することを可能としている。
感光性材層がネガ型である場合には、ドットパターン密度が０（０％）の領域を地として、該地からのドットパターン密度の変化が所定の一定値以上で、且つ、凹凸パターンの急峻な変化部に相当する箇所については、該地に隣接して、該急峻な変化部における透過光量が最大、且つまたは最小の領域に対応するドットパターン密度の領域を、所定の幅、配設したデータに置き代えるものである。
ポジ型でも同様である。
【００１４】
本発明の回折光学素子は、このような構成にすることにより、上記従来の、階段状回折光学素子の作製方法により作製された回折光学素子の場合の、作製エラーに起因する光学素子の特性の劣化をなくすことができ、且つ、より回折効率の向上させ、よりＳＮ比の良化をさせることができる回折光学素子の提供を可能としている。
【００１５】
本発明のレチクルマスクは、このような構成にすることにより、上記本発明の回折光学素子の作製方法において用いられ、上記従来の、階段状回折光学素子の作製方法により作製された回折光学素子の場合の、作製エラーに起因する光学素子の特性の劣化をなくすことができ、且つ、より回折効率の向上させ、よりＳＮ比の良化をさせることができる回折光学素子を作製することを可能としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、上記のように、従来の、階段状回折光学素子の作製方法において、発生するアライメントエラー、エッチング深さエラー、寸法エラーなどの作製エラーに起因する光学素子の特性の劣化をなくすことができ、更には、該方法に比べて飛躍的に量産性を向上させた、回折光学素子の作製方法の提供を可能とした。
同時に、そのような微細な回折光学素子の作製を可能とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明の回折光学素子の作製方法の実施の形態の１例の処理フロー図で、図２はレチクルマスクの作製工程を説明するための処理フロー図で、図３は回折光学素子の凹凸形状を得るシミュレーションを説明するための概略図で、図４は回折光学素子の一部領域の凹凸を濃淡で表示した図で、図５は図４に対応するドットパターンを示した図で、図６（ａ）は所望の回折光学素子の凹凸を形成するためのレジストの所望の凹凸状態を示した図で、図６（ｂ）はパターン領域分割ドット配置法により作製されたレチクルマスク用のパターンデータの図６（ａ）の箇所に相当する箇所のドットパターン密度を示した図で、図６（ｃ）は図６（ｂ）に示す箇所のドットパターン密度を一部置き換えて配置した場合を示した図で、図７（ａ）は所望の回折光学素子の凹凸を形成するためのレジストの所望の凹凸状態を示した図で、図７（ｂ）はオーダードディザ法により作製されたレチクルマスク用のパターンデータの図７（ａ）の箇所に相当する箇所のドットパターン密度を示した図で、図７（ｃ）は図７（ｂ）に示す箇所のドットパターン密度を一部置き換えて配置した場合を示した図で、図８（ａ）は現像後のレジストの所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を表した図で、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す露光量分布における所定のＸ−Ｙ座標位置でのＺ座標上の値ｚの一覧を示した図で、図９はオーダードディザ法を説明するための図で、図１０は最大値を１としたディザ行列を示した図で、図１１は誤差分散法を説明するための図で、図１２は図８に示す所定のＸ−Ｙ座標位置でのＺ座標上の値ｚの一覧に基づき誤差分散法を実施した結果を示した図で、図１３は誤差分散行列を用いた誤差分散法を数式により説明するための図で、図１４は各種のディザ行列の例を表した図で、図１５（ａ）は誤差分散法の各種走査方向を示した図で、図１５（ｂ）は各種誤差分散行列の例を示した図で、図１６は現像後レジストの残膜厚と透過光量の関係を示した図で、図１７はステッパー露光から加工用基板の一面への凹凸形成までを説明するための工程図である。
図１中のＳ１〜Ｓ９、図２中のＳ１１〜Ｓ２３は、図３中のＳ３１〜Ｓ３９は処理ステップを示している。
図４においては、白いほど凸で黒いほど凹であり、図５において白部が多い領域ほど透過光量（露光量）は多いことを示す。
図１７は、光学系（レンズ系）を省略して示してある。
図６、図７、図１７において、３１０はレチクルマスク、３２０、３２０Ａは露光光、３３０はレジスト、３３５はレジスト残膜部、３３６は第１の凹凸パターン、３４０は加工用基板、３４６は第２の凹凸パターン、３５０はＸＹステージ、４１０は地、４２０は急峻部、４３０は置き換え部、Ｄ０は（所定の）一定値、Ｗ０は所定幅である。
【００１８】
本発明の回折光学素子の作製方法の実施の形態の１例を、以下、説明する。
本例の回折光学素子の作製方法は、加工用基板の一面を加工して凹凸を配した回折光学素子を形成するための、回折光学素子の作製方法で、大筋としては、図１に示す処理フロー図のように、その処理を行うものである。
はじめに、本例における処理フローの大筋を図１に基づいて説明する。
先ず、光屈折系の媒体からなる板状の加工用基板を用意し（Ｓ１）、該加工用基板の一面上に、ネガ型の感光性材層を配設し（Ｓ２）、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量（露光量）分布を制御するレチクルマスク（Ｓ９）を用い、ステッパー露光方式で、前記感光性材層を露光し（Ｓ３）、現像して（Ｓ４）、加工用基板の一面上に、前記感光性材層を素材とした硬化物からなる第１の凹凸パターンを形成する。（Ｓ５）
次いで、第１の凹凸パターン形成側から、ドライエッチング法により、該第１の凹凸パターンと前記加工用基板の一面とを共にエッチングして、前記第１の凹凸パターンが無くなり、前記加工用基板の一面自体に前記第１の凹凸パターンの凹凸形状に対応した、第２の凹凸パターンを回折光学素子の凹凸として形成する、第２の凹凸パターン形成工程とを行う。（Ｓ６〜Ｓ７）
図１７（ａ）に示すように、図示していない光学系（レンズ系）を介して、レチクルマスク３１０の絵柄は、加工用基板３４０の一面上に塗布されたレジスト３３０に、縮小投影されて露光される。
この後、現像して、図１７（ｂ）に示すように、第１の凹凸パターン３３６が形成される。
更に、ドライエッチングされて、図１７（ｃ）に示すように、第２の凹凸パターン３４６が形成される。
尚、通常、このように、第１の凹凸パターン３３６を形成した後、更に、ドライエッチングにより、第２の凹凸パターン３４６を形成する方法をバックエッチ法とも言う。
そして、洗浄処理等を経て、回折光学素子を得る。（Ｓ８）
【００１９】
図１に示す処理フローにて用いられるレチクルマスクは、図２に示す作製工程により作製することができる。
予め、所望の現像後のプロファイルを得る感光性レジスト材料（単にレジストとも言う）と、この感光性レジスト材料を露光する露光波長を決めておく。（Ｓ１１、Ｓ１２）
先ず、決められた感光性レジスト材料を、所定の膜厚に前記現像後のプロファイルを形成する基板と同等の基板上に塗布し、各種露光量にて所定サイズの領域を露光し、現像して（Ｓ１３）、露光量とレジストの残膜厚の関係データを求める。（Ｓ１４）
これより、数式化した露光量とレジストの残膜厚の関係データとしても良い。
感光性レジスト材料としてネガ型のレジストを用い、レチクルマスクで露光する場合の、露光量、即ちレチクルマスクの透過光量と残膜厚の関係は、通常、図１６のようになる。
尚、図１６においては、透過光量（露光量）、残膜厚とも正規化して示してある。
作製する現像後のレジスト像によっては、絵柄の形状や粗密によって、透過光量と残膜厚の関係データが異なるため、絵柄状態に対応し、数種のデータ採り込みを行なう必要がある。
尚、必要な種類の、所望の現像後のプロファイルを得るための感光性レジスト材料の、透過光量に対する残膜厚特性が分かっていれば、その都度、透過光量と残膜厚の関係データを求めることは必ずしも必要ではない。
この透過光量（露光量）とレジストの残膜厚の関係データを用い、被加工物の所望のプロファイル（Ｓ１６）にあったフォトマスクのパターンの露光量分布を求める。（Ｓ１７）
回折光学素子の所望のプロファイルは、例えば、図３に示すようなシミュレーションにより求めることができる。
上記Ｓ１３〜Ｓ１４およびＳ１５〜Ｓ１６を経てＳ１７に至る一連の処理が透過光量（露光量）分布把握処理である。
尚、通常は、得たいプロファイルの関数について、レジスト、露光系などに対して最適化した補正式をかける。
レチクルマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として透過光量（露光量）分布をＺ座標上のｚ値として表す。
ここでは、ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）と透過光量（露光量）分布を表す。
例えば、簡単な球面状凹部の露光量分布は、図８（ａ）に示すように表される。
一方、レチクルマスクの、決められた露光波長のステッパー露光では解像しないパターン領域のサイズを所定サイズに決定しておく。（Ｓ１８）
ここでは、Ｘ方向幅ａ、Ｙ方向幅ａとする。
先にも述べた通り、露光波長による光学的解像性の他、現像後のレジストの所望のプロファイル表現、レチクルマスク作製の際に用いる描画用の露光機の性能上の制約を考慮して決める。
次いで、求められた、ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）の関係データと、決められた露光波長では解像しないパターン領域のサイズとから、再現性のある所定のアルゴリズム（Ｓ１９）を用いて、露光波長では解像しない所定サイズのドットパターンを、Ｘ−Ｙ座標上、該サイズに分割された各領域毎に、配置の有無を決定する。（Ｓ２０）
所定のアルゴリズムとしては、誤差分散法、オーダードディザ法、パターン領域分割ドット配置法が挙げられる。
そして、この決定に基づき、ＣＡＤツールにより、Ｘ−Ｙ座標上、所定の位置にドットパターンを配置してパターンデータを作製する。（Ｓ２１）
上記の、Ｓ１９〜Ｓ２１に至る一連の処理がドットパターンの生成処理である。
このようにして、パターンデータを作製することができるが、例えば、図４に示す凹凸形状の場合、透過光量（露光量）分布ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）に対応するパターンデータは、誤差分散法、オーダードディザ法によれば、図５のようになる。
図４においては、白いほど凸で黒いほど凹であることを示しており、図５において白部が多い領域ほど透過光量（露光量）は多いことを示している。
尚、図５中では、最小の正方形の黒ドット部が、単位のドット（単位パターンとも言う）の領域で、黒部領域はこの単位の黒ドット部の集合として構成され、白部は、単位のドットがない領域である。
単位のドットのサイズは、露光波長では解像しない所定サイズである。
【００２０】
ここで、図３に示す、回折光学素子の所望の位相情報またはプロファイルのデータを求めるためのシミュレーションを、簡単に説明しておく。
図３において、入力面、出力面での光学条件を、それぞれ、所定の光学条件に設定して、出力面での目標の強度分布を、その位相分布とから、フーリエ変換して、入力面での回折光学素子の位相情報を生成する第１の処理ステップ（Ｓ３２〜Ｓ３４）と、所定の収束条件で、第１の処理ステップにて得られた位相情報から逆フーリエ変換して、目標の強度分布に対応する画像のシミュレーション結果としての、前記出力面での強度分布および位相分布とを求め（Ｓ３４〜Ｓ３７）、これをもとに新たに、目標値を設定して前記第１の処理ステップの入力データ（Ｓ３８）とする第２の処理ステップとを、繰り返し行う、反復アルゴリズムにより、回折光学素子の位相情報を求める。
目標とする強度分布に対し、所定の許容範囲以内に入った場合、そのときの回折光学素子の位相情報を、新たに作製する回折光学素子の情報として、加工用のデータとする。
前記所定の光学条件は、例えば、回折光学素子の入力面での拘束条件を強度分布一定とし、出力面での拘束条件を目標の強度分布とするものである。
このようにして、得られた折光学素子の位相情報から、回折光学素子の所望のプロファイルのデータが得られる。
尚、シミュレーションにおける収束条件としては、例えば、反復アルゴリズムを反復する回数をＮとし、Ｎに達した時点で、そのときの回折光学素子の位相情報を以って、回折光学素子の所望のプロファイルのデータとする。
尚、他の方法として目標値と計算値を絶えず比較し、回折効率、ＳＮ比、強度分布の平坦性など求め、所定の条件を満たした時点での位相情報を以って、回折光学素子の所望のプロファイルのデータとする。
【００２１】
オーダードディザ法は、主に新聞や雑誌などの印刷におけるハーフトーン処理に用いられる方法と知られており、元の画像の濃度値とデイザマトリクスとよばれる数字の並びとを比較して、その画素を白にするか黒にするかを決める方法で、イラストのように、元の画像とディザマトリクスを比較して、もし元画像の数字のほうが大きければ、その点を黒とし、小さければ白とする操作を、ずらしながら、画像全体に行う。
こうすることで、中間レベルの濃度値の画素が、適当な割合で白と黒に変換されて、ハーフトーン処理の場合と同じように、少し離れて見ると白と黒の画素が適当に混ざり合って、中間の階調を表現できる。
また、後に述べるが、誤差拡散法は、まず画素の濃度値が中間の濃度値（例えば、２５６階調なら１２８）より大きいか小さいかで白か黒かに分類し、次に、元の画像の濃度値と変換後の濃度値との誤差を適当な割合で周りの画素に分散させる方法であり、元の画像では灰色だったものが黒に変換された場合、周りの画素のうち黒くなっている画素を適当な割合で白の画素に変えるものである。
このようにすれば、画像全体で擬似的に階調が表現できる。
また、ここで言うパターン領域分割ドット配置法は、透過光量（露光量）ｚ＝Ｆ（ｘ、ｙ）について、ｚ値に対応して、ｚ値の所定の範囲毎にＸ−Ｙ領域（パターン領域）を分割し、各分割された分割領域毎に、対応した所定の一定の密度で前記ドットパターンを生成配置するものである。
上記、オーダードディザ法、誤差拡散法、パターン領域分割ドット配置法は、いずれも、再現性のある手法である。
【００２２】
ここで、所望の現像後のプロファイルを得る露光量分布が、図８（ａ）に示す露光量分布、ｚ＝Ｆ１（ｘ、ｙ）であり、各位置（ｘ、ｙ）のｚ値が図８（ｂ）の表のようになる場合について、オーダードディザ法を適用する場合を、図９に基づいて、その手順のみを簡単に説明しておく。
図８（ｂ）に示す表は図９（ａ）の表と同じであるが、図９（ａ）の表のように、各位置におけるｚ値は配列される。
一方、例えば、図９（ａ）に示す表の配列に合せ、図１０に示す最大値を１とした４行×４列のディザ行列を、図９（ｂ）のように配列させておく。
ここで、図９（ａ）の表の配列と、図９（ｂ）の表の配列について、対応する位置毎に、その大小を比較し、図９（ｂ）の表側が図９（ａ）側よりも小の場合１、そうでない場合を０として、図９（ｃ）に示すように、同様の配列を求める。
ここでは、１の領域の場合はドットパターンを配置しない領域とし、０の領域の場合はドットパターンを配置する領域とする。
ドットパターンのＸ方向、Ｙ方向サイズと図９（ａ）に示す各位置間距離とを同じとするほうが精度面で好ましいが、計算量が大きくなる。
尚、ドットパターンのＸ方向、Ｙ方向サイズと図９（ａ）に示す各位置間距離を必ずしも同じとする必要はない。
また、ディザ行列には、図１４に示すような様々なパターンが考えられ、得たい露光分布に合わせて適宜選択して使用する。
【００２３】
次に、誤差分散法を適用する場合について説明する。
先ず、図１１に基づいて、誤差分散法の手順を簡単に説明しておく。
例えば、表の横方向を、縦方向をＸ方向、Ｙ方向とし、それぞれ、所定ピッチでセル（画素とも言い、ピッチに対応するサイズである）を設け、各セルに図１１（ａ）のように、値が配列されている場合について、表の左上から右下方向にかけて以下の処理を順次行なう。
先ず、左上セルＰ０について、中間値（０. ５）を閾値とし、２値化を行なう。（図１１（ｂ）
左上セルＰ０の値０. １は２値化により０となる。
次いで、このセルＰ０に隣接するセルに重み付け加算（あるいは減算）して、図１１（ｃ）のようになる。
図１１（ｂ）中、丸印１、丸印２、丸印３は、セルＰ０に対し、重み付け加算（あるいは減算）する隣接セルとその値を示している。
次に、隣のセルＰ１にに移り、２値化、重み付け加算（あるいは減算）して図１１（ｄ）を得る。
更に、その隣のセルＰ２に移り、同様に、値化、重み付け加算（あるいは減算）して図１１（ｅ）を得る。
以降、図１１（ｅ）の矢印の方向に順次、各セルに対し、同様の処理を行ない、得られた結果が求めるものである。
【００２４】
図８（ｂ）に示す表の場合、図１２のようになる。
即ち、図８（ａ）に示す露光量分布、Ｚ＝Ｆ１（ｘ、ｙ）の場合、図１２に示す１の領域の場合はドットパターンを配置しない領域とし、図１２に示す０の領域の場合はドットパターンを配置する領域とする。
上記は、図１５（ａ）（イ）のように、表の左上から右下方向にかけて処理を順次行なったが、これに限定はされない。
図１５（ａ）（ロ）、図１５（ａ）（ハ）の方向で処理を行なっても良い。
【００２５】
上記操作を、図１５（ｂ）（イ）、図１５（ｂ）（ロ）に示すような誤差分散行列を用いて、座標（０、０）からはじめて、順次全セルに対して繰り返す誤差分散方法もある。  ｆ（ｘ、ｙ）を元データ、ｆｎｅｗ（ｘ、ｙ）を誤差分散を行った後のデータ、ｇ（ｘ、ｙ）を閾値０. ５で２値化したデータ、Ｅｘｙを２値化により生じた誤差とした場合、それぞれの関係は、図１３の（１）式〜（５）式のように表される。
これらの関係式に基づいて、上記と同様にして、図１２に相当する配列を求めることもできる。
【００２６】
上記のように、本例の回折光学素子の作製方法は行われるが、これに限定はされない。  例えば、本例のレチクルマスク用の、ドットパターンを生成配置して得たパターンデータにおいて、レチクルマスクにおける透過光量が最大の領域に対応するドットパターン密度の領域を地として、該地からのドットパターン密度の変化が所定の一定値以上で、且つ、凹凸パターンの急峻な変化部に相当する箇所については、該地に隣接して、レチクルマスクにおける透過光量が最小の領域に対応するドットパターン密度の領域を、所定の幅、配設したデータに置き代えたパターンデータを用いた、形態例も挙げられる。
例えば、ネガ型の感光性材層を用いて回折光学素子を作製する際、所望の回折光学素子の凹凸を形成するためのレジストの所望の一断面の凹凸状態が、図６（ａ）のように表される場合、これに対応する、パターン領域分割ドット配置法により作製されるレチクルマスク用のパターンデータのドットパターン密度は、図６（ｂ）のようになる。
ここでは、図６（ｂ）において、ドットパターン密度が０（０％）を地４１０として、該地４１０からのドットパターン密度の変化が所定の一定値以上で、且つ、凹凸パターンの急峻な変化部に相当する箇所（急峻部４２０）については、図６（ｃ）に示すように、該地４１０に隣接して、ドットパターン密度が１（１００％）の領域、０（０％）の領域を、それぞれ、所定の幅、配設したデータに置き代える。
ここでは、ドットパターン密度の変化の所定の一定値をＤ０、所定幅をＷ０としている。
このようにすることにより、実際の作製される回折光学素子の凹凸がなまり高周波特性が劣化することを防止できるものとしている。
また、所望の回折光学素子の凹凸を形成するためのレジストの所望の一断面の凹凸状態が、図７（ａ）のように表される場合、これに対応する、オーダードディザ法により作製されるレチクルマスク用のパターンデータのドットパターン密度は、図７（ｂ）のようになるが、同様にして、急峻部４２０については、図７（ｃ）に示すように、該地４１０に隣接して、ドットパターン密度が１（１００％）の領域、０（０％）の領域を、それぞれ、所定の幅Ｗ０、配設したデータに置き代えることにより、実際の作製される回折光学素子の凹凸がなまり高周波特性が劣化することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の回折光学素子の作製方法の実施の形態の１例の処理フロー図である。
【図２】レチクルマスクの作製工程を説明するための処理フロー図である。
【図３】回折光学素子の凹凸形状を得るシミュレーションを説明するための概略図である。
【図４】回折光学素子の一部領域の凹凸を濃淡で表示した図である。
【図５】図４に対応するドットパターンを示した図である。
【図６】図６（ａ）は所望の回折光学素子の凹凸を形成するためのレジストの所望の凹凸状態を示した図で、図６（ｂ）はパターン領域分割ドット配置法により作製されたレチクルマスク用のパターンデータの図６（ａ）の箇所に相当する箇所のドットパターン密度を示した図で、図６（ｃ）は図６（ｂ）に示す箇所のドットパターン密度を一部置き換えて配置した場合を示した図である。
【図７】図７（ａ）は所望の回折光学素子の凹凸を形成するためのレジストの所望の凹凸状態を示した図で、図７（ｂ）はオーダードディザ法により作製されたレチクルマスク用のパターンデータの図７（ａ）の箇所に相当する箇所のドットパターン密度を示した図で、図７（ｃ）は図７（ｂ）に示す箇所のドットパターン密度を一部置き換えて配置した場合を示した図である。
【図８】図８（ａ）は現像後のレジストの所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を表した図で、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す露光量分布における所定のＸ−Ｙ座標位置でのＺ座標上の値ｚの一覧を示した図である。
【図９】オーダードディザ法を説明するための図である。
【図１０】最大値を１としたディザ行列を示した図である。
【図１１】誤差分散法を説明するための図である。
【図１２】図８に示す所定のＸ−Ｙ座標位置でのＺ座標上の値ｚの一覧に基づき誤差分散法を実施した結果を示した図である。
【図１３】誤差分散行列を用いた誤差分散法を数式により説明するための図である。
【図１４】各種のディザ行列の例を表した図である。
【図１５】図１５（ａ）は誤差分散法の各種走査方向を示した図で、図１５（ｂ）は各種誤差分散行列の例を示した図である。
【図１６】現像後レジストの残膜厚と透過光量の関係を示した図である。
【図１７】ステッパー露光から加工用基板の一面への凹凸形成までを説明するための工程図である。
【図１８】階段状回折光学素子を説明するための図である。
【図１９】階段状回折光学素子の作製方法を説明するための図である。
【図２０】作製エラーを説明するための図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０            加工用素材
１１            不連続な斜面部
１２            階段部
１２ａ          段部
１１０          加工用素材
１１１、１１１ａ  ドライエッチング加工部
１２０          クロム膜
１３０          レジスト
１３１          開口
１３５          レジスト
１３６          開口
２１０          加工用素材
２１２          段部
２１５          溝部
２１６          突起部（壁部）
２１７          深さ不良部
２１８          深さ不良部
３１０          レチクルマスク
３２０、３２０Ａ    露光光
３３０          レジスト
３３５          レジスト残膜部
３３６          第１の凹凸パターン
３４０          加工用基板
３４６          第２の凹凸パターン
３５０          ＸＹステージ
４１０          地
４２０          急峻部
４３０          置き換え部
Ｄ０          （所定の）一定値
Ｗ０            所定幅を
【図１】
0004743413.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004743413.tif 000004
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図４】
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