【手続補正書】
【提出日】平成19年10月26日(2007.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  多段階段状素子又は該素子作製用モールド型の製造方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】  複数回のリソグラフィ工程により、多段階段状素子又は該素子作製用モールド型を作製する方法であって、
基板上に第１のマスクのパターンを第１の材料を用いて形成し、前記第１のマスクのパターンを用いて前記基板をエッチングする工程と、
前記第１のマスクのパターンを用いて第２のマスクのパターンを第２の材料を用いて形成する工程と、
前記第１と第２のマスクのパターンの少なくとも一方を部分的に除去し、第３のマスクのパターンを形成する工程と、
前記第３のマスクのパターンにより前記基板をエッチングする工程と、
を有することを特徴とする多段階段状素子又は該素子作製用モールド型の製造方法。
【請求項２】  前記第２のマスクのパターンを形成する工程は、前記第１のマスクのパターンを用いて前記基板をエッチングする工程により作成された前記基板の凹部を、前記第２の材料で埋める工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の多段階段状素子又は該素子作製用モールド型の製造方法。
【請求項３】  前記基板は透光性材料、前記第１のマスクは遮光性材料であり、前記第２のマスクのパターンを形成する工程は前記基板の裏面から前記基板を介して前記第２の材料に光を照射する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の多段階段状素子又は該素子作製用モールド型の製造方法。
【請求項４】  前記第２の材料はネガレジストであり、前記基板の裏面からの光により前記ネガレジストを感光させることを特徴とする請求項３に記載の多段階段状素子又は該素子作製用モールド型の製造方法。
【請求項５】  前記基板の表面に光を照射し、前記ネガレジストを感光させる工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の多段階段状素子又は該素子作製用モールド型の製造方法。
【請求項６】  請求項１〜５の何れか１つの請求項に記載の製造方法により製造した回折光学素子。
【請求項７】  請求項１〜５の何れか１つの請求項に記載の製造方法により製造されたモールド型を用いて製造された回折光学素子。
【請求項８】  請求項６又は７に記載の回折光学素子を有する光学系。
【請求項９】  請求項８に記載の光学系を有する露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィ工程により階段状断面を形成する多段階段状素子又は該素子作製用モールド型の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バイナリオプティクスである回折光学素子の作製方法としては、電子ビームのドーズ量を制御してレジストを階段形状に形成し、そのまま回折パターンとして用いる技術が、電子通信学会誌(c) Ｊ６６−ＣＰ８５−９１昭和５８年１月号、特開昭６２−２６５６０１号公報、特開昭６２−４２１０２号公報等に開示されている。
【０００３】
また、特開昭６１−１３７１０１号公報には、互いにエッチング耐性を有する２種類以上の膜を所望の厚さに積層し、上層から順次にエッチングして階段構造を形成し、回折光学素子の金型とする技術が開示されており、特開昭６１−４４６２８号公報、特開平６−１６０６１０号公報には、レジストを１段ずつアライメントして形成し、これをエッチングマスクとして階段構造を形成して回折光学素子の金型とする技術が開示されている。
【０００４】
更に特開平８−１５５１０号公報には、基板上にエッチングストッパ層と透明層を１段ずつ積層し、アライメント、露光、エッチングを行って直接階段構造を形成して回折光学素子とする技術が開示されている。
【０００５】
また、特開平６−２６３３９号公報、米国特許公報第２５５４６００号には、レジストをエッチングマスクとして直接基板上に階段構造を形成して回折光学素子とし、レジストパターニング毎にアライメントを行う技術が開示されており、特開平７−７２３１９号公報には、レジストをエッチングマスクとしてアライメントを行って階段構造を形成する技術が開示されている。
【０００６】
図３２は８段構造の回折光学素子の製造工程の断面図を示し、図３２の工程(1) において、清浄な基板１上にレジストを滴下し、スピンコートによりレジストを１μｍ程度の薄膜とし、ベーク処理を行ってレジスト膜２を形成する。図３２の工程(2) において、最も微細な回折パターンが露出可能な露出装置に基板１を装着し、所望の回折パターンに応じたレチクル３をマスクとしてレジスト膜２に対して感度を有する露光光Ｌを照射し露光を行う。ポジタイプのレジストを用いた場合は、露光光Ｌにより露光した領域は現像液に対して可溶となるので、図３２の工程(3) に示すように所望寸法のレジストパターン４が形成される。図３２の工程(4) において、基板１を異方性エッチングが可能な反応性イオンエッチング装置又はイオンビームエッチング装置に装着し、パターン化したレジストパターン４をエッチングマスクとして、基板１に所定時間所定深さのエッチングを行う。そして、レジストパターン４を除去すると、図３２の工程(5) に示すように２段の段差を有するパターン５が形成された基板１を得る。
【０００７】
再び、工程(1) と同様に基板１にレジスト膜６を形成して露光装置に装着し、図３２の工程(6) において回折パターン３の２倍周期のパターンを有するレクチル７をマスクとして、工程(5) までに形成したパターンに対して露光装置が有するアライメント精度でアライメントした後に、図３２の工程(7) においてレジスト膜６を露光現像してレジストパターン８を形成する。次に、工程(4) と同様にドライエッチングを行ってレジストパターン８を除去すると、図３２の工程(8) に示すように４段の段差を有するパターン９が形成される。
【０００８】
更に、工程(1) と同様に再び基板１にレジスト膜１０を形成した後に、図３２の工程(9) において回折パターン３の４倍同期のパターンを有するレクチル１１をマスクとして、図３２の工程(10)において工程(7) と同様にしてレジストパターン１２を形成し、ドライエッチングを行った後にレジストパターン１２を除去すると、図３２の工程(11)に示すように８段の段差のパターン１３を有する回折光学素子が形成される。そして、前後に回折光学素子が形成された基板１の両面に対して、スパッタリング法や蒸着法により反射防止膜を形成する。
【０００９】
このように、階段状の断面形状を有する回折光学素子又は金型は、半導体製造技術で用いられている露光、エッチング技術に基づくリソグラフィ工程及び成膜技術によって、製造されている。この回折光学素子は基板上に形成した階段状の凹凸により光学的性能が発揮されるので、その回折効率は形成した凹凸の形状即ち段の深さや幅や断面形状等により左右される。
【００１０】
このような倍周期のマスクを順次に使用して、多段の段階形状の回折光学素子を製造する場合には、アライメントエラーや寸法エラーが発生しなければ、例えば図３３に示すように３枚のマスク１７ａ〜１７ｃを使用して、理想的な８段形状Ａを形成することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の実施例において、複数のマスクを使用する製造技術では、アライメントによる誤差が回折効率を著しく劣化させ、更にこのような形状エラーは一旦形成されると再生が不可能なためにコスト上昇を招く結果となる。実際には、これらのアライメントエラーや寸法エラーを完全になくすことは不可能であり、例えば図３４に示すようにマスク１７ａ〜１７ｃのアライメントにr1、r2に示す量のずれが生じた場合には、理想形状Ａと異なる形状Ｂのような回折光学素子が形成されてしまう。これによって、回折効率等の光学性能は大幅に低下し、加えて各層において寸法エラーが発生した場合には、更に光学性能の低下は増大する。
【００１２】
例えば基板として石英を用いて、最小線幅が０．３５μｍ、１段の段差ｄが６１ｎｍ、使用波長２４８ｎｍで、形状Ａに示すように理想的な８段形状が形成された場合には、反射による損失を除いた理論回折効率は９５％である。一方、例えばマスク１７ａとマスク１７ｂのアライメント誤差r1が８０ｎｍ、マスク１７ａとマスク１７ｃのアライメント誤差r2が３０ｎｍの場合には、反射を考慮に入れない回折効率は８０％となって１５％の低下となり、実際の測定及びシミュレーンョンにおいても同様の結果が確認されている。
【００１３】
また、同様な方法で多段の回折光学素子を形成するには、複数回の露光及び現像によるレジストプロセス工程が行われ、例えば段数１６段、基板として石英を用い、最小線幅が０．３５μｍ、１段の段差が３０．５ｎｍ、使用波長２４８ｎｍの場合には１６段の階段状回折光学素子が製造できる。理想的な１６段形状の場合には、反射による損失を除いた理論回折効率は９９％となるが、これにアライメント誤差が含まれた場合には、回折効率は８段形状のときより更に大幅に低下することになる。
【００１４】
このように、実際にレジストパターンの寸法及びアライメントの制御は相当に難しく、再現性が得られず、その結果、段の幅が太くなったり細くなったりして、理想的な階段形状には存在しない溝や突起が形成され、このために回折光学素子の光学性能が著しく劣化するという問題がある。
【００１５】
また、電子ビーム描画の場合にはアライメントの誤差はなくなるが、膨大な描画量となるために、生産上十分なスループットが得られないという問題がある。
【００１６】
更に、一般に回折光学素子に用いる硝子の場合には、エッチング速度が遅いことと、レジストと硝子のエッチング速度が同程度であることから、段が深い回折パターンを得ようとすると、レジストを厚く形成する必要があり、レジストが厚いと溝の深い部分でエッチングにより生成した反応生成物質が外に出られなくなり、断面形状が悪化して側壁の矩形形状を損うという問題がある。
【００１７】
本発明の目的は、高精度の回折光学素子を短時間かつ低価格で安定して製造可能な多段階段状素子又は該素子作製用モールド型の製造方法を提供することにある。
【００１８】
【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多段階段状素子又は該素子作製用モールド型の製造方法の技術的特徴は、複数回のリソグラフィ工程により、多段階段状素子又は該素子作製用モールド型を作製する方法であって、基板上に第１のマスクのパターンを第１の材料を用いて形成し、前記第１のマスクのパターンを用いて前記基板をエッチングする工程と、前記第１のマスクのパターンを用いて第２のマスクのパターンを第２の材料を用いて形成する工程と、前記第１と第２のマスクのパターンの少なくとも一方を部分的に除去し、第３のマスクのパターンを形成する工程と、前記第３のマスクのパターンにより前記基板をエッチングする工程と、を有することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明を図１〜図３１に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は第１の実施例の回折光学素子の製造工程の断面図を示す。図１の工程(1) において、透光性材料から成る石英基板２１上に第１のマスクとして第１の材料である遮光性材料から成るクロム膜２２をスパッタリング法により１００ｎｍの厚さに形成し、基準となる周期の回折パターンを有するレジストパターン２３を形成した後に、硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸と水の混合液から成るエッチング液を用いてクロム膜２２を除去する。
【００２０】
図１の工程(2) において、ＣＦ4と水素の混合ガスを用いてＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）により、石英基板２１を所定の深さエッチングして凹部２４を形成する。図１の工程(3) において、電子ビーム蒸着法を用いて、残存するクロム膜２２の表面に揃う程度の厚さに、第２のマスクとして第２の材料であるアルミニウム膜２５を形成し、凹部２４を埋める。次に、図１の工程(4) において、リフトオフ法によりレジストパターン２３とその上のアルミニウム膜２５を同時に除去する。ここまでの工程で基準となる周期の回折パターンが２段構造で形成され、石英基板２１の表面は隣接するクロム膜２２とアルミニウム膜２５により被覆されて、パターンの位置及び寸法が規定される。
【００２１】
次に、図１の工程(5) においてレジストパターン２６を形成し、所定のクロム膜２７をエッチング液により除去した後に、図１の工程(6) において工程(1) と同じエッチング液を用いてレジストパターン２６を除去する。更に、図１の工程(7) においてレジストパターン２８を形成し、工程(6) で除去したクロム膜２７と隣接する所定のアルミニウム膜２９を、燐酸と硝酸と酢酸と水の混合液から成るエッチング液により除去した後に、図１の工程(8) においてレジストパターン２８を除去する。
【００２２】
図１の工程(9) において、第１のマスクのクロム膜２２及び第２のマスクのアルミニウム膜２５を部分的に除去して残存する部分を第３のマスクであるエッチングマスクとし、アライメントの必要がない自己整合法として工程(2) と同じＲＩＥ法により石英基板２１を所定の深さエッチングする。最後に、図１の工程(10)においてクロム膜２２を工程(1) と同じエッチング液により除去し、アルミニウム膜２５を工程(6) と同じエッチング液により除去する。このようにして、アライメントエラーやパターン寸法エラーによる溝や突起のない、高精度な４段の階段状構造を有する回折光学素子が実現できる。
【００２３】
図２は第２の実施例の光ＣＶＤ法（光アシスト化学的気相成長法）による回折光学素子の製造工程の断面図を示す。図２の工程(1) において、石英基板３１上に第１のマスクとしてクロム膜３２をスパッタリング法で１００ｎｍの厚さに形成し、基準となる周期の回折パターンを有するレジストパターン３３を形成した後に、硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸と水の混合液から成るエッチング液を用いてレジストパターン３３を形成していないクロム膜３２を除去する。
【００２４】
図２の工程(2) において、ＣＦ4と水素の混合ガスを用いてＲＩＥ法により、石英基板３１を所定の深さエッチングして凹部３４を形成し、レジストパターン３３を除去する。図２の工程(3) において、石英基板３１の背面から露光光Ｌを照射しながら行う光ＣＶＤ法により、波長２４８ｎｍのＫr Ｆレーザー光、及びＡｌ（ＣＨ３）３ と過酸化窒素の混合ガスを用いて、残存するクロム膜３２の表面に揃う程度の厚さに第２のマスクとして第２の材料である酸化アルミニウム膜３５を形成して、凹部３４を埋める。
【００２５】
ここまでの工程で、基準となる周期の回折パターンが２段構造で形成され、石英基板３１の表面は隣接するクロム膜３２と酸化アルミニウム膜３５により被覆され、パターンの位置及び寸法が規定される。なお、背面からの光照射による光ＣＶＤ法は、自己整合法として１工程で孔埋めが可能なので、他の方法より簡便である。
【００２６】
次に、図２の工程(4) において、所定のレジストパターン３６を形成し、図２の工程(5) においてレジストパターン３６を形成していないクロム膜３７を工程(1) と同じエッチング液により除去した後に、レジストパターン３６を除去する。更に、図２の工程(6) においてレジストパターン３８を形成し、酸化アルミニウム膜３５の内の工程(5) で除去したクロム膜３２と隣合う所定の酸化アルミニウム膜３９を燐酸系のエッチング液にて除去した後に、図２の工程(7) においてレジストパターン３８を除去する。
【００２７】
続いて、図２の工程(8) において、残存するクロム膜３２及び酸化アルミニウム膜３５を第３のマスクとして、石英基板３１を工程(2) と同じＲＩＥ法によりエッチングした後に、クロム膜３２を工程(1) と同じエッチング液により除去し、酸化アルミニウム膜３５を工程(7) と同じエッチング液により除去すると、図２の工程(9) に示すように、自己整合法によりアライメントエラーやパターン寸法エラーによる溝や突起がない、高精度な４段の階段状構造を有する回折光学素子が実現できる。
【００２８】
ここで用いた光ＣＶＤ法は、アシスト光を透過する石英基板３１と堆積材料の組合わせで実施することができ、他に石英基板３１と酸化チタン又は窒化硼素等の組合わせがある。また、本実施例の第１のマスクをクロムと酸化クロムの積層膜とし、工程(3) の酸化アルミニウム膜３５の材料をアルミニウム膜とし、選択デポジション法を用いて、高精度な４段の階段状構造を有する回折光学素子を実現することができる。
【００２９】
図３は第３の実施例のＣＭＰ法（化学的機械的研磨法）又はエッチバック法による回折光学素子の製造工程の断面図を示す。図３の工程(1) において、石英基板４１上に第１のマスクとしてクロム膜４２をスパッタリング法により２００ｎｍの厚さに形成し、基準となる周期の回折パターンを有するレジストパターン４３を形成した後に、四塩化炭素と酸素の混合ガスを用いてＲＩＥ法によりクロム膜４２を除去する。図３の工程(2) において、レジストパターン４３を除去した後に、石英基板４１をＣＨＦ3系のガスを用いてＲＩＥ法で所定の深さエッチングする。図３の工程(3) において、第２のマスクとしてアルミニウム膜４４を電子ビーム蒸着法により５００ｎｍ程度の厚さに形成した後に、図３の工程(4) においてＣＭＰ法を利用したダマシン法、又はエッチング液によるエッチバック法により、残存するクロム膜４２の表面が露出するまでアルミニウム膜４４を除去する。
【００３０】
ここで、ＣＭＰ法に用いるスラリと加工液はそれぞれ酸化アルミニウム系と水酸化アンモニウム系を用い、エッチバック法のエッチング液は燐酸と硝酸と酢酸と水の混合液を用いる。ここまでの工程で、基準となる周期の回折パターンが石英基板４１上に２段の構造で形成され、石英基板４１の表面は隣接するクロム膜４２とアルミニウム膜４４により被覆される。
【００３１】
続いて、図３の工程(5) において、所定位置にレジストパターン４５を形成した後に、図３の工程(6) においてレジストパターン４５を形成しないクロム膜４６を硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸と水の混合液を用いたエッチング液により除去し、その後にレジストパターン４５を除去する。更に、図３の工程(7) においてレジストパターン４７を形成し、工程(6) で除去したクロム膜４６と隣合う所定のアルミニウム膜４８を工程(4) と同じエッチング液により除去し、図３の工程(8) においてレジストパターン４７を除去する。図３の工程(9) において残存するクロム膜４２及びアルミニウム膜４４を第３のマスクとして、石英基板４１を工程(2) と同じＲＩＥ法によりエッチングし、凹部４９を形成する。ここまでの工程で、基準となる周期の回折パターンが石英基板４１上に４段の構造で形成される。
【００３２】
次に、図３の工程(10)において、工程(3) と同様に１００ｎｍ程度の厚さにアルミニウム膜５０を成膜した後に、図３の工程(11)においてダマシン法により工程(9) で形成した凹部４９を埋め、更に工程(4) と同様にしてアルミニウム膜５０を除去する。続いて、図３の工程(12)において所定位置にレジストパターン５１を形成し、図３の工程(13)においてレジストパターン５１のないクロム膜５２をエッチング液で除去する。更に、図３の工程(14)においてレジストパターン５３を形成し、図３の工程(15)においてアルミニウム膜４４、５０を除去し、図３の工程(16)においてレジストパターン５３を除去する。
【００３３】
次に、図３の工程(17)において、残存するクロム膜４２、アルミニウム膜４４、５０をマスクとして、石英基板４１を工程(2) と同様のＲＩＥ法によりエッチングする。最後に、図３の工程(18)において、残存するクロム膜４２を工程(1) と同じエッチング液により除去し、アルミニウム膜４４、５０を工程(4) と同じエッチング液により除去する。
【００３４】
このようにして、自己整合法によりアライメントエラーやパターン寸法エラーによる溝や突起のない、高精度な８段の階段状構造を有する回折光学素子が実現できる。なお、第１〜第３の実施例におけるパターン形成のための露光光Ｌは、紫外や遠紫外等の光に限らず、電子ビームやＸ線、又はその他の露光技術を用いてもよい。
【００３５】
また、第１及び第３の実施例の基板２１及び４１は、透過型や反射型又は金型の使用目的に合わせて材質を適宜選択する。ただし、基板である被エッチング材と第１、第２のマスクの２つの材料が、使用するエッチング方法において、エッチング速度、エッチング条件が全く異なり、選択比が得られるものでなければならない。また、クロム膜とアルミニウム膜のエッチング方法は、ウエットエッチング法に限らず、スパッタエッチング法、イオンビームエッチング法等のドライエッチング法を用いてもよい。更に、第１及び第３の実施例の第１、第２のマスクの成膜方法は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、Ｍ電子ビーム法等を用いてもよい。
【００３６】
図４は第４の実施例の反射型回折光学素子の断面図を示している。第１〜第３の実施例で作成した多段の階段構造を有する基板６１に、反射膜としてクロム層６２とアルミニウム層６３と石英層６４を電子ビーム蒸着法等により積層する。クロム層６２は基板６１との密着性を向上する機能を有し、アルミニウム層６３は反射膜で、石英層６４は保護膜機能を有する。基板材料には珪素や石英等を使用し、第１及び第２のマスクは選択比の高いものを適宜選択し、反射膜層の材料及び積層構成は、使用する波長や環境に応じて各層の作用を十分発揮するものを選択する。このようにして、アライメントエラーやパターン寸法エラーによる溝や突起のない、高精度な４段又は８段の階段状構造を有する反射型の回折光学素子が実現できる。
【００３７】
図５は第５の実施例の回折光学素子の断面図を示す。第１〜第３の実施例で作成した多段の階段構造を有する基板６５を金型として用い、光硬化性樹脂等を用いたＺＰ法やインジェクション法等の複製技術により回折光学素子６６をレプリカとして製造する。このようにして、アライメントエラーやパターン寸法エラーによる溝や突起のない、高精度な４又は８段の階段状構造を有する回折光学素子素子が実現できる。
【００３８】
図６は回折光学素子を有する投影光学系の構成図を示す。球面又は非球面の通常のレンズ群７１に本実施例の回折光学素子７２が組み込まれており、通常のレンズ群７１の表面には反射防止膜が形成されている。
【００３９】
回折光学素子７２は通常のレンズ群７１と共働して光学系の色収差やザイデルの５収差等の各種収差を補正する。このような投影光学系は、各種カメラ、１眼レフレックスカメラに取り付ける交換レンズ、複写機等の事務機、液晶パネル製造用の投影露光装置、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。
【００４０】
図７は投影露光装置の構成図を示し、露光光を供給する照明光学系７３、照明光学系７３により照明されるマスク７４、このマスク７４に描かれたデバイスパターン像を投影する投影光学系７５、レジストパターンが塗布された硝子基板やシリコン基板７６が配列されている。照明光学系７３及び投影光学系７５に本実施例による回折光学素子が組み込まれており、照明光学系７３や投影光学系７５を構成するレンズの表面には反射防止膜が形成されている。
【００４１】
照明光学系７３からの露光光はマスク７４を照明し、投影光学系７５によりマスク７４に描かれたデバイスパターン像を硝子基板やシリコン基板７６上に投影する。
【００４２】
図８、図９は第６の実施例のネガレジストを背面露光して感光させる技法による回折光学素子の製造工程の断面図を示す。先ず、図８の工程(1) において、石英基板８１上にクロム膜８２をスパッタリング法により１００ｎｍの厚みに成膜する。なお、パターニングの解像力向上のためにクロム膜８２上に２０〜３０ｎｍの酸化クロム等の反射防止膜を形成する。図８の工程(2) において、この石英基板８１にフォトレジストを塗布し、ライン及びスペースの幅を共に０．３５μｍとして第１回目のレジストパターン８３を形成する。続いて、例えば平行平板型のＲＩＥ装置により塩素ガス又は塩素ガスと酸素の混合ガスを用いて、レジストパターン８３を第１のマスクとしてクロム膜８２をエッチングする。次に、図８の工程(3) においてレジストパターン８３を酸素アッシング法又は剥離液により剥離する。このクロム膜８２のパターンによって以下に示す工程を経て全ての段位置が規定される。
【００４３】
図８の工程(4) において、クロム膜８２によるパターンをマスクとして、例えば平行平板型のＲＩＥ装置によりＣＦ4と水素の混合ガスを用いて、ＣＦ4の流量２０ｃｍ3／分、水素の流量３ｃｍ3／分、圧力４Ｐａ、ＲＦのパワー６０Ｗのエッチング条件で、石英基板８１を５分で６１ｎｍにエッチングする。続いて、基板８１にフォトレジストを塗布して第２回目のレジストパターン８４を形成する。このときのアライメント精度は、クロム膜８２のパターンの線幅の半分の値でよいので、通常の露光装置で達成することができる。これは他の実施例も含めて、第２回目以降の全てのパターニングに適用可能である。
【００４４】
次に、図８の工程(5) において、クロム膜８２のパターン及びレジストパターン８４をマスクとして、石英基板８１を６１ｎｍエッチングする。図８の工程(6) においてレジスト８４を剥離した後に、再びフォトレジストを塗布して第３回目のレジストパターン８５を形成する。そして、図８の工程(7) において、クロム膜８２及びレジストパターン８５をマスクとして石英基板８１を６１ｎｍエッチングする。レジスト８５を剥離した後に、再びフォトレジストを塗布して第４回目のレジストパターン８６を形成する。
【００４５】
図８の工程(8) において、レジストパターン８６及びクロム膜８２のパターンをマスクとして、石英基板８１を６１ｎｍエッチングする。次に、図８の工程(9) において、ネガレジストを塗布し背面から露光し現像すると、図８の工程(10)に示すように、クロムパターンのないところのみ第２のマスクとしてレジストパターン８７を残すことができる。このとき、クロムパターン自体がネガレジスト露光のコンタクトマスクとなるので、完全に正確なアライメントを行うことができる。
【００４６】
次に、この上にフォトレジストを塗布し、図８の工程(11)に示すように第５回目のレジスト８８を形成する。図８の工程(12)において、レジストパターン８７、８８に覆われない部分のクロム膜を、例えば硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸と水の混合液を用いてエッチングにより除去する。更に、図９の工程(13)においてレジスト８７、８８を第３のマスクとして、工程(3) と同じＲＩＥ装置及びエッチングガスを用い、工程(3) と同じエッチング条件で石英基板８１を３０分で３６６ｎｍエッチングする。図９の工程(14)において、レジストパターン８７、８８をアッシング法により除去した後に、ネガレジストを塗布し背面から露光する。図９の工程(15)においてこれを現像すると、クロムパターンのないところのみレジストパターン８９を残すことができる。
【００４７】
図９の工程(16)において、この上にフォトレジストを塗布して第６回目のレジスト９０を形成する。図９の工程(17)において、レジストパターン８９、９０に覆われない部分のクロム膜を工程(12)と同じ混合液を用いてエッチングにより除去する。次に、図９の工程(18)においてレジスト８９、９０をマスクとして、工程(3) と同じＲＩＥ装置及びエッチングガスを用い、工程(3) と同じ石英基板８１をエッチング条件でエッチング時間２０分で２４４ｎｍエッチングする。図９の工程(19)において、レジストパターン８９、９０をアッシング法により除去する。図９の工程(20)において、ネガレジストを塗布し背面から露光して現像すると、図９の工程(21)に示すようにクロムパターンのないところのみレジストパターン９１を残すことができる。
【００４８】
次に、この上にフォトレジストを塗布し、第７回目のフォトレジスト９２を形成する。図９の工程(22)において、レジストパターン９１、９２に覆われない部分のクロム膜を工程(12)と同じ混合液を用いてエッチングにより除去する。図９の工程(23)においてネガレジスト９１、９２をマスクとして、工程(3) と同じＲＩＥ装置及びエッチングガスを用い、工程(3) と同じエッチング条件で石英基板８１をエッチング時間１０分で１２２ｎｍエッチングする。次に、図９の工程(24)において、レジストパターン９１、９２をアッシング法により除去する。クロム膜８２のパターンを工程(12)と同じ混合液を用いてエッチングし、図９の工程(25)に示すような８段の回折光学素子又は回折光学素子作製用のモールド型が完成する。
【００４９】
このようにして完成した最小線幅が０．３５μｍ、１段の段差が６１ｎｍの回折光学素子を、使用波長２４８ｎｍで回折効率を測定した結果、反射による損失を除いた回折効率は９３％であり、理論値に対して２％の回折効率低下量であった。この２％の回折効率低下の主要因は、最初のクロムパターンの線幅誤差によるものである。
【００５０】
図１０、図１１は第７の実施例の回折光学素子の製造工程の断面図を示す。図１０の工程(1) 〜工程(3) は第６の実施例の図９の工程(1) 〜図９の工程(3) と同様で、第１回目のレジストパターン８３を形成してクロムパターンを完成する。
【００５１】
図１０の工程(4) において、石英基板８１にフォトレジストを塗布し、第２回目のレジストパターン９３を形成する。次に、図１０の工程(5) において、レジストパターン９３及びクロム膜８２のパターンをマスクとして石英基板８１を３６６ｎｍエッチングする。図１０の工程(6) において、レジスト９３を剥離した後に再びフォトレジストを塗布し、第３回目のレジストパターン９４を形成する。図１０の工程(7) において、レジストパターン９４及びクロム膜８２のパターンをマスクとして石英基板８１を２４４ｎｍエッチングする。次に、フォトレジスト９４を剥離した後に、再びフォトレジストを塗布し、第４回目のレジストパターン９５を形成する。
【００５２】
図１０の工程(8) において、レジストパターン９５及びクロム膜８２のパターンをマスクとして石英基板８１を１２２ｎｍエッチングする。図１０の工程(9) において、レジスト９５を剥離した後にポリイミド膜９６を全面にスピンコート法により約１μｍ塗布する。次に、酸素プラズマアッシング法によりポリイミド膜９６をクロム膜８２のパターンの表面が露出するまでエッチバックする。図１０の工程(10)においてレジストパターンを塗布し、リソグラフィ法により第５回目の第２のマスクのレジストパターン９７を形成する。図１０の工程(11)において、レジストパターン９７及びポリイミド膜９６に覆われない部分のクロム膜を、例えば硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸と水の混合液を用いてエッチングにより除去する。図１０の工程(12)において、レジストパターン９７及びポリイミド膜９６を第３のマスクとして、平行平板型のＲＩＥ装置によりＣＦ4と水素の混合ガスを用いて、例えばＣＦ4の流量２０ｃｍ3／分、水素の流量３ｃｍ3／分、圧力４Ｐａ、ＲＦのパワー６０Ｗのエッチング条件で、石英基板８１をエッチング時間３０分で３６６ｎｍエッチングする。
【００５３】
図１１の工程(13)において、レジストパターン９７及びポリイミド膜９６を剥離した後に、ポリイミド膜９８を全面にスピンコート法により約１μｍ塗布する。図１１の工程(14)において、酸素プラズマアッシング法によりポリイミド膜９８をクロム膜８２のパターンの表面が露出するまでエッチバックする。次に、図１１の工程(15)においてレジストパターンを塗布し、リソグラフィ法により第６回目のレジストパターン９９を形成する。図１１の工程(16)において、レジストパターン９９及びポリイミド膜９８に覆われない部分のクロム膜２を、工程(11)と同じ混合液を用いてエッチングにより除去する。
【００５４】
図１１の工程(17)において、レジストパターン９９及びポリイミド膜９８をマスクとして、石英基板８１を例えば工程(12)と同じＲＩＥ装置及びエッチングガスを用いて、同じエッチング条件で２０分で２４４ｎｍエッチングする。図１１の工程(18)において、レジストパターン９９及びポリイミド膜９８を剥離する。その後に図１１の工程(19)において、ポリイミド膜１００を全面にスピンコート法により約１μｍ塗布する。図１１の工程(20)において、酸素プラズマアッシング法によりポリイミド膜１００をクロム膜８２のパターンの表面が露出するまでエッチバックする。次に、図１１の工程(21)においてレジストパターンを塗布し、リソグラフィ法により第７回目のレジストパターン１０１を形成する。
【００５５】
次に、図１１の工程(22)において、レジストパターン１０１及びポリイミド膜１００に覆われない部分のクロム膜１０２を、工程(11)と同じ混合液を用いてエッチングにより除去する。図１１の工程(23)において、レジストパターン１０１及びポリイミド膜１００をマスクとして、工程(12)と同じＲＩＥ装置及びエッチングガスを用いて、工程(12)と同じエッチング条件で石英基板８１を１０分で１２２ｎｍエッチングする。図１１の工程(24)において、レジストパターン１０１及びポリイミド膜１００をアッシング法により除去する。クロム膜８２のパターンを工程(11)と同じ混合液を用いてエッチングし、図１１の工程(25)に示すような、８段の回折光学素子又は回折光学素子作製用の型が完成する。
【００５６】
図１２、図１３は第８の実施例の光ＣＶＤ法による回折光学素子の製造工程の断面図を示す。図１２の工程(1) において、先ず石英基板８１上にスパッタリング法によりクロム膜１０２を１００ｎｍの厚みに成膜し、続いて酸化クロム膜１０３を２０〜３０ｎｍ成膜する。この酸化クロム層により、露光光Ｌの石英基板８１による反射が減少してパターニング精度が向上する。図１２の工程(2) において、この基板８１にフォトレジストを塗布し、ライン及びスペースの幅を０．３５μｍとして第１回目のレジストパターン１０４を形成する。続いて、レジストパターン１０４を第１のマスクとしてクロム膜１０２及び酸化クロム膜１０３を、平行平板型のＲＩＥ装置により塩素ガス又は塩素ガスと酸素の混合ガスを用いてエッチングする。次にレジスト１０４を剥離し、図１２の工程(3) に示すような酸化クロム／クロムのパターンが完成する。この酸化クロム／クロムパターンにより、以下に示す工程を経て全ての段の位置が規定される。
【００５７】
図１２の工程(4) において、クロム膜１０２及び酸化クロム膜１０３によるパターンをマスクとして、例えば平行平板型のＲＩＥ装置によりＣＦ4と水素の混合ガスを用いて、例えばＣＦ4の流量２０ｃｍ3／分、水素の流量３ｃｍ3／分、圧力４Ｐａ、ＲＦのパワー６０Ｗのエッチング条件で、石英基板８１を５分で６１ｎｍエッチングする。基板８１にフォトレジストを塗布し、第２回目のレジストパターン１０５を形成する。続いて、図１２の工程(5) において、レジストパターン１０５、クロム膜１０２、酸化クロム膜１０３のパターンをマスクとして石英基板８１を３６６ｎｍエッチングする。図１２の工程(6) において、フォトレジスト１０５を剥離した後に再びフォトレジストを塗布し、第３回目のレジストパターン１０６を形成する。
【００５８】
図１２の工程(7) において、レジストパターン１０６、クロム膜１０２、酸化クロム膜１０３のパターンをマスクとして石英基板８１を２４４ｎｍエッチングする。次に、図１２の工程(8) において、フォトレジスト１０６を剥離した後に、再びフォトレジストを塗布して第４回目のレジストパターン１０７を形成する。そして、レジストパターン１０７、クロム膜１０２、酸化クロム膜１０３のパターンをマスクとして石英基板８１を１２２ｎｍエッチングする。次に、図１２の工程(9) において、レジストパターン１０７を酸素プラズマアッシング又は剥離液により除去する。
【００５９】
図１２の工程(10)において、工程(9) の状態の基板をＡｌ2(ＣＨ3)6ガス中で背面から紫外線、例えばＫr Ｆレーザー光で露光する。このようにすると、クロム膜１０２、酸化クロム膜１０３のパターンのない部分のみに第２のマスクとしてアルミニウム膜１０８を１００〜２０ｎｍ成膜することができる。このとき、裏面にもアルミニウム膜１０９が析出している。図１２の工程(11)において、この上にレジストパターン膜１１０を塗布した後に、燐酸と硝酸と酢酸と水の混合液で、裏面のアルミニウム膜１０９を除去する。図１２の工程(12)において、レジストパターン１１０を除去した後に、この上にフォトレジストを塗布し、露光、現像することにより、第５回目のレジスト１１１を形成する。
【００６０】
図１２の工程(13)において、レジストパターン１１１及びアルミニウム膜１０８に覆われていない部分のクロム膜１０２、酸化クロム膜１０３をエッチングにより除去する。図１２の工程(14)において、レジストパターン１１１及びアルミニウム膜１０８を第３のマスクとして、工程(4) と同じＲＩＥ装置及びエッチングガスを用いて、同じエッチング条件で石英基板８１を３０分で３６６ｎｍエッチングする。
【００６１】
図１３の工程(15)において、レジストパターン１１１をアッシング法又は剥離液により除去し、アルミニウム膜１０８を工程(11)と同じ混合液でエッチングし除去した後に、基板をＡｌ2(ＣＨ3)6ガス中で背面から紫外線、例えばＫr Ｆレーザー光で露光する。このようにして、クロム膜１０２、酸化クロム膜１０３のパターンのない部分のみに、アルミニウム膜１１２を２０〜３０ｎｍ成膜することができるが、このとき裏面にもアルミニウム膜１１３が析出している。図１３の工程(16)において、この上にレジストパターン膜１１４を塗布した後に、工程(11)と同じ混合液で裏面のアルミニウム膜１１３を除去する。図１３の工程(17)においてレジストパターン膜１１４を除去した後に、この上にフォトレジストを塗布して、露光、現像することにより第６回目のレジスト１１５を形成する。
【００６２】
図１３の工程(18)において、レジストパターン１１５及びアルミニウム膜１１２に覆われない部分のクロム膜１０２、酸化クロム膜１０３を例えば硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸と水の混合液を用いてエッチングにより除去する。次に、図１３の工程(19)において、レジストパターン１１５及びアルミニウム膜１１２をマスクとして、工程(4) と同じＲＩＥ装置及びエッチングガスを用いて、同じエッチング条件で石英基板８１を２０分で２４４ｎｍエッチングする。レジストパターン１１５をアッシング法又は剥離液により除去し、アルミニウム膜１１２を工程(11)と同じ混合液でエッチングして除去すると、図１３の工程(20)に示す状態となる。
【００６３】
この石英基板８１をＡｌ2(ＣＨ3)6ガス中で背面から紫外線、例えばＫr Ｆレーザー光で露光する。このようにして、図１３の工程(21)に示すように、クロム膜１０２、酸化クロム膜１０３のパターンのない部分のみにアルミニウム膜１１６を１０〜２０ｎｍ成膜することができる。このとき、裏面にもアルミニウム膜１１７が析出している。図１３の工程(22)において、この上にレジストパターン膜１１８を塗布した後に、工程(11)と同じ混合液で裏面のアルミニウム膜１１７を除去する。図１３の工程(23)において、レジストパターン膜１１８を除去した後に、この上にフォトレジストを塗布し、露光、現像することにより第７回目のレジストパターン１１９を形成する。
【００６４】
図１３の工程(24)において、レジストパターン１１９及びアルミニウム膜１１６に覆われていない部分のクロム膜１０２及び酸化クロム膜１０３を、工程(18)と同じ混合液を用いてエッチングにより除去する。図１３の工程(25)において、レジストパターン１１９及びアルミニウム膜１１６をマスクとして、工程(4) と同じＲＩＥ装置エッチングガスを用いて、同じエッチング条件で石英基板８１を１０分で１２２ｎｍエッチングする。図１３の工程(26)において、レジストパターン膜１１９をアッシング法又は剥離液により除去し、アルミニウム膜１１６を工程(11)と同じ混合液でエッチングし除去する。図１３の工程(27)において、クロム膜１０２、酸化クロム膜１０３を工程(18)と同じ混合液を用いてエッチングして、８段の回折光学素子又は回折光学素子作製用の型が完成する。
【００６５】
このようにして完成した最小線幅が０．３５μｍ、１段の段差が６１ｎｍである回折光学素子の回折効率を、使用波長２４８ｎｍで測定した結果、反射による損失を除いた回折効率は９３％であり、理論値に対して２％の回折効率低下量であった。この２％の回折効率低下の主要因は、最初のクロムパターンの線幅誤差とエッチングの再現性不良によるものである。
【００６６】
図１４、図１５は第９の実施例のアルミニウムを用いたダマシン法による回折光学素子の製造工程の断面図を示す。第６の実施例と同様に、図１４の工程(1) において石英基板８１にフォトレジストを塗布し、図１４の工程(2) においてフォトリソグラフィにより第１回目のレジストパターン８３を形成し、図１４の工程(3) においてレジストパターン８３を第１のマスクとしてクロム膜８２をエッチングする。
【００６７】
次に、図１４の工程(4) においてクロム膜８２によるパターンをマスクとして、石英基板８１を６１ｎｍエッチングする。更に、石英基板８１にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより第２回目のレジストパターン１２０を形成する。図１４の工程(5) において、レジストパターン１２０及びクロム膜８２のパターンをマスクとして石英基板８１を３６６ｎｍエッチングする。図１４の工程(6) において、フォトレジスト１２０を剥離した後に再びフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより第３回目のレジストパターン１２１を形成する。図１４の工程(7) において、レジストパターン１２１及びクロム膜８２のパターンをマスクとして石英基板８１を２４４ｎｍエッチングする。次に、フォトレジスト１２１を剥離した後に、再びフォトレジストを塗布し、第４回目のレジストパターン１２２を形成する。
【００６８】
図１４の工程(8) において、レジストパターン１２２及びクロム膜８２のパターンをマスクとして石英基板８１を１２２ｎｍエッチングする。そして、レジストパターン１２２を酸素プラズマアッシング又は剥離液により除去する。図１４の工程(9) において、スパッタリング法によりアルミニウム膜１２３を１．５μｍの厚みに成膜する。そして、粒径５／１００μｍの酸化セリウム研磨剤とウレタンシート研磨布を用いて、ラップ盤により研磨条件３０ｒｐｍ、５０ｇ／ｃｍ2で、第２のマスクとなるアルミニウム膜１２３をクロム膜８２の表面が露出するまで研磨すると、図１４の工程(10)に示すような状態となる。図１４の工程(11)において、この上にフォトレジストを塗布し、露光、現像することにより第５回目のレジスト１２４を形成する。図１４の工程(12)において、レジストパターン１２４及びアルミニウム膜１２３に覆われない部分のクロム膜１０２のパターンを、例えば硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸と水の混合液を用いてエッチングにより除去する。
【００６９】
図１４の工程(13)において、レジストパターン１２４及びアルミニウム膜１２３を第３のマスクとして、平行平板型のＲＩＥ装置によりＣＦ4と水素の混合ガスを用いて、例えばＣＦ4の流量２０ｃｍ3／分、水素の流量３ｃｍ3／分、圧力４Ｐａ、ＲＦパワー６０Ｗ、のエッチング条件で、石英基板８１を３０分で３６６ｎｍエッチングする。図１５の工程(14)においてレジストパターン膜１２４及びアルミニウム膜１２３を除去した後に、スパッタリング法によりアルミニウム膜１２５を１．５μｍの厚みに成膜する。次に、工程(9) と同じラップ盤を用いて同じ条件で、アルミニウム膜１２５をクロム膜８２の表面が露出するまで研磨すると、図１５の工程(15)に示すような状態となる。図１５の工程(16)においてこの上にフォトレジストを塗布し、露光、現像することにより第５回目のフォトレジスト１２６を形成する。
【００７０】
図１５の工程(17)において、レジストパターン膜１２６及びアルミニウム膜１２５に覆われない部分のクロム膜８２を、工程(11)と同じ混合液を用いてエッチングにより除去する。図１５の工程(18)において、レジストパターン膜１２６及びアルミニウム膜１２５をマスクとして、工程(13)と同じＲＩＥ装置及びエッチングガスを用いて同じエッチング条件で、石英基板８１を２０分で２４４ｎｍエッチングする。
【００７１】
次に、レジストパターン膜１２６をアッシング法又は剥離液により除去し、アルミニウム膜１２５を燐酸と硝酸と酢酸と水の混合液でエッチングして除去し、図１５の工程(19)に示すような状態となる。次に、図１５の工程(20)において、スパッタリング法によりアルミニウム膜１２７を１．５μｍの厚みに成膜する。工程(9) と同じラップ盤を用いて同じ条件でアルミニウム膜１２７をクロム膜８２の表面が露出するまで研磨すると、図１５の工程(21)に示すような状態となる。図１５の工程(22)においてこの上にフォトレジストを塗布し、露光、現像することにより第６回目のレジスト１２８を形成する。
【００７２】
図１５の工程(23)において、レジストパターン４８及びアルミニウム膜１２７に覆われない部分のクロム膜１０２を、工程(11)と同じ混合液を用いて除去する。次に、図１５の工程(24)において、レジストパターン２８及びアルミニウム膜１２７をマスクとして、工程(13)と同じＲＩＥ装置及びエッチングガスを用いて、同じエッチング条件で石英基板８１を１０分で１２２ｎｍエッチングする。次に、レジストパターン４８をアッシング法又は剥離液により除去し、アルミニウム膜１２７を工程(19)と同じ混合液でエッチングして除去して、図１５の工程(25)に示す状態となる。図１５の工程(26)において、クロム膜１０２を工程(11)と同じ混合液を用いてエッチングして、８段の回折光学素子又は回折光学素子作製用の型が完成する。
【００７３】
このようにして完成した最小線幅が０．３５μｍ、１段の段差が６１ｎｍである回折光学素子を、使用波長２４８ｎｍで回折効率を測定した結果、反射による損失を除いた回折効率は９３％であり、理論値に対して２％の回折効率低下量であった。この２％の回折効率低下の主要因は、最初のクロムパターンの線幅誤差とエッチングの再現性不良によるものである。
【００７４】
図１６は第１０の実施例の反射型階段状回折光学素子の断面図を示す。第６の実施例の方法により作製した図８、図９に示すような階段状基板、第７の実施例による方法により作製した図１０、図１１に示すような階段状基板、第８の実施例の方法により作製した図１２、図１３に示すような階段状基板、又は第９の実施例の方法により作製した図１４、図１５に示すような階段状基板上に、スパッタリング法によりアルミニウム膜１２９を１００ｎｍ成膜することにより、図１６に示すような反射型の階段状回折光学素子が完成する。
【００７５】
この完成した最小線幅が０．３５μｍ、１段の段差が３０．５ｎｍである回折光学素子の回折効率を、使用波長２４８ｎｍで測定した結果、回折効率は９１％であり、理論値に対して４％の回折効率低下量であった。この４％の回折効率低下の主要因は、最初のクロムパターンの線幅誤差とエッチングの再現性不良、及びスパッタリングによる段差部形状のなまりによるものである。
【００７６】
図１７、図１８、図１９は第１１の実施例の回折光学素子の製造工程の断面図を示す。図１７、図１８の工程(1) 〜(24)の工程は、エッチング厚さ及びエッチング時間以外は第１の実施例の図８、図９の工程(1) 〜工程(24)と全く同様なので、次に相違点のみを列挙し、詳しい説明は省略する。
【００７７】
図１７の工程(3) において、クロム膜８２によるパターンをマスクとして、石英基板８１をエッチング時間２．５分で３０．５μｍエッチングする。
【００７８】
図１７の工程(13)において、レジストパターン８７、８８をマスクとして、石英基板８１をエッチング時間１５分で１８３μｍエッチングする。
【００７９】
図１８の工程(18)において、レジストパターン８９、９０をマスクとして、石英基板８１をエッチング時間１０分で１２２μｍエッチングする。
【００８０】
図１８の工程(24)において、レジストパターン９１、９２をマスクとして、石英基板８１をエッチング時間５分で６１μｍエッチングする。
【００８１】
以上の条件により、ネガレジストを背面露光する技法を用いて、図１８の工程(24)に示すような状態の基板８１が形成される。なお、背面露光技法ではなくアルミニウムを用いたダマシン法、エッチバック法、裏面照射による光ＣＶＤ法等の技法を用いても支障はない。
【００８２】
図１９の工程(25)において、スパッタリング法によりアルミニウム膜１３０を１．５μｍの厚みに成膜する。次に、ダマシン法により例えば粒径５／１００μの酸化セリウム研磨剤とウレタンシートの研磨布を用いて、ラップ盤により研磨条件３０ｒｐｍ、５０ｇ／ｃｍ2で、アルミニウム膜１３０をクロム膜８２の表面が露出するまで研磨すると、図１９の工程(26)に示すような状態となる。なお、アルミニウムを用いたダマシン法ではなく、ネガレジストを背面露光する技法、エッチバック法、裏面照射による光ＣＶＤ法等の技法を用いてもよい。図１９の工程(27)において、この上にフォトレジストを塗布して露光、現像することにより、第７回目のレジストパターン１３１を形成する。
【００８３】
図１９の工程(28)において、レジストパターン１３１及びアルミニウム膜１３０に覆われない部分のクロム膜８２を、例えば硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸と水の混合液を用いてエッチングにより除去する。図１９の工程(29)において、この上にフォトレジストを塗布して露光、現像することにより、第８回目のレジストパターン１３２を形成する。次に、この状態からレジストパターン１３２に覆われない部分のアルミニウム膜１３０を、燐酸と硝酸と酢酸と水の混合液でエッチングし除去すると、図１９の工程(30)に示すような状態となる。
【００８４】
図１９の工程(31)において、フォトレジスト１３２を剥離液又は酸素プラズマアッシング法により除去する。図１９の工程(32)においてクロム膜８２及びアルミニウム膜１３０をマスクとして、例えば平行平板型のＲＩＥ装置及びＣＦ4と水素の混合ガスを用いて、例えばＣＦ4の流量２０ｃｍ3／分、水素の流量３ｃｍ3／分、圧力４Ｐａ、ＲＦのパワー６０Ｗのエッチング条件で、石英基板８１を２０分で２４４ｎｍエッチングする。次に、アルミニウム膜１３０を工程(30)と同じ混合液でエッチングし除去し、図１９の工程(33)に示すような状態となる。続いて、クロム膜８２を工程(28)と同じ混合液を用いてエッチングにより除去して、図１９の工程(34)に示すような１６段の階段状回折光学素子が完成する。
【００８５】
このようにして完成した最小線幅が０．３５μｍ、１段の段差３０．５ｎｍである回折光学素子の回折効率を、使用波長２４８ｎｍで測定した結果、反射による損失を除いた回折効率は９７％であり、理論値に対して２％の回折効率低下量であった。この２％の回折効率低下の主要因は、最初のクロムパターンの線幅誤差及びエッチング深さのエラーによるものである。
【００８６】
図２０、図２１は第１２の実施例の回折光学素子の製造工程の断面図を示す。図２０の工程(1) に示す石英基板８１上に、クロム膜８２をスパッタリング法により１００ｎｍの厚さに成膜し、図２０の工程(2) に示す状態とする。この石英基板８１にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法によりライン及びスペースの幅を共に０．３５μｍとして、第１回目のレジストパターンを形成する。続いて、レジストパターンをマスクにクロム膜８２を、平行平板型のＲＩＥ装置及び塩素ガス又は塩素ガスと酸素の混合ガスを用いてエッチングする。次に、フォトレジストを剥離して、図２０の工程(3) に示すようなクロム膜８２による第１のマスクのパターンが完成する。このクロム膜８２のパターンにより、以下に示す工程を経て全ての段の位置が規定される。
【００８７】
図２０の工程(4) において、石英基板８１をクロム膜８２によるパターンをマスクに、例えば平行平板型のＲＩＥ装置及びＣＦ4と水素の混合ガスを用い、ＣＦ4の流量２０ｃｍ3／分、水素の流量３ｃｍ3／分、圧力４Ｐａ、ＲＦのパワー６０Ｗのエッチング条件で、エッチング時間５分で６１ｎｍエッチングする。続いて、図２０の工程(5) において石英基板８１にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法により第２回目のレジストパターン１３３を形成する。図２０の工程(6) において、レジストパターン１３３及びクロム膜８２のパターンをマスクとして、石英基板８１を１２２ｎｍエッチングする。次に、レジストパターン１３３を剥離すると、図２０の工程(7) に示すような状態となる。
【００８８】
次に、図２０の工程(8) においてスパッタリング法により、アルミニウム膜１３４を１．５μｍの厚みに成膜する。第２のマスクとなるアルミニウム膜１３４を例えば粒径５／１００μｍの酸化セリウム研磨剤及びウレタンシート研磨布を用いて、ラップ盤により３０ｒｐｍ、５０ｇ／ｃｍ2の研磨条件で、クロム膜８２の表面が露出するまで研磨すると、図２０の工程(9) に示すような状態となる。次に、図２０の(10)において、この上にフォトレジストを塗布して露光、現像することにより、第５回目のフォトレジストパターン１３５を形成する。続いて、図２０の(11)において、レジストパターン１３５及びアルミニウム膜１３４に覆われない部分のクロム１６を、例えば硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸と水の混合液を用いてエッチングにより除去する。
【００８９】
図２０の工程(12)において、レジストパターン１３５及びアルミニウム膜１３４を第３のマスクとして、工程(4) と同じＲＩＥ装置及びエッチングガスを用いて同じエッチング条件で石英基板８１を１０分で１２２ｎｍエッチングする。続いて、レジストパターン１３５を剥離液又はプラズマアッシング法により除去し、アルミニウム膜１３４を燐酸と硝酸と酢酸と水の混合液によりエッチングして除去すると、図２０の工程(13)に示すような状態となる。
【００９０】
次に、工程(13)の状態の石英基板８１を、Ａｌ2(ＣＨ3)6ガスと酸素ガス中で背面より紫外線、例えばＫr Ｆレーザーで露光する。このようにすると、クロム膜８２のない部分のみに酸化アルミニウム膜１３６が５００ｎｍの厚さに成膜され、裏面にも酸化アルミニウム膜１３６が析出する。なお、裏面の酸化アルミニウム膜１３６が不要な場合は、図２０の工程(14)に示すように表面をレジストで覆って燐酸により除去すればよい。図２１の工程(15)において、フォトレジスト１３７を塗布する。図２１の工程(16)において、露光、現像することにより第５回目のレジストパターン１３８を形成する。
【００９１】
図２１の工程(17)において、レジストパターン１３８に覆われない部分の酸化アルミニウム膜１３６を燐酸により除去する。図２１の工程(18)においてレジストパターン１３８を剥離液又はプラズマアッシング法により除去し、図２１の工程(19)においてフォトレジスト１３９を塗布する。次に、図２１の工程(20)において、フォトリソグラフィ法によりレジストパターン１４０を形成する。図２１の工程(21)において、レジストパターン１４０に覆われない部分のクロム膜８２を工程(11)と同じ混合液を用いてエッチングにより除去する。次に、レジストパターン１４０を剥離して図２１の工程(22)に示すような状態となる。
【００９２】
図２１の工程(23)において、クロム膜８２及び酸化アルミニウム膜１３６をマスクして、石英基板８１を工程(4) と同じＲＩＥ装置及びＣＦ4と水素の混合ガスを用いて、同じエッチング条件でエッチング時間２０分で２４４ｎｍエッチングする。図２１の工程(24)において酸化アルミニウム膜１３６を燐酸によりエッチングし、最後にクロム膜８２を例えば工程(11)と同じ混合液を用いてエッチングにより除去し、図２１の工程(25)に示すような階段状回折光学素子が完成する。
【００９３】
このようにして完成した最小線幅が０．３５μｍ、１段の段差が６１ｎｍである回折光学素子の回折効率を、使用波長２４８ｎｍで測定した結果、反射による損失を除いた回折効率は９１％で、理論値に対して４％の回折効率低下量であった。この２％の回折効率低下の主要因は、最初のクロムパターンの線幅誤差とエッチングの再現性不良等によるものである。なお、従来例により作製した回折光学素子の回折光率は７６％であり、本発明の有効性は明らかである。
【００９４】
図２２は第１３の実施例の樹脂製の階段状回折光学素子の製造工程の断面図を示す。図８、図９に示す第６の実施例の階段状基板、図１０、図１１に示す第７の実施例の階段状基板、図１２、図１３に示す第８の実施例の階段状基板、又は図１４、図１５に示す第９の実施例の階段状基板を型とする。
【００９５】
先ず、図２２の工程(1) において、シリンジ１５０から硝子基板１５１上に、アクリル系やエポキシ系等の紫外線硬化型樹脂又は熱硬化型樹脂の反応硬化型樹脂１５２を滴下する。次に、図２２の工程(2) 、工程(3) に示すように階段状基板型１５３を樹脂１５２の上から押し付けて、レプリカ層１５４を形成する。なお、型となる階段状基板型１５３を樹脂１５２に押し付ける前に階段状基板型１５３の表面に必要に応じて離型剤を塗布しておく。
【００９６】
次に、紫外線硬化型樹脂の場合は型となる階段状基板型１５３側から紫外線を照射して、樹脂を固化させる。また、熱硬化型樹脂の場合には加熱処理により樹脂を固化させる。そして、階段状基板型１５３を剥離すると、図２２の工程(4) に示すような階段状回折光学素子１５５が完成する。
【００９７】
このようにして完成した最小線幅が０．３５μｍ、１段の段差が１２０ｎｍである回折光学素子の回折効率を、使用波長５００ｎｍで測定した結果、回折効率は９０％であり、理論値に対して５％の回折効率低下量であった。この５％の回折効率低下の主要因は、最初のクロムパターンの線幅誤差とエッチングの再現性不良、及び樹脂１４７の収縮等によるものである。
【００９８】
図２３、図２４、図２５は第１４の実施例の階段状回折光学素子の製造工程の断面図を示す。先ず、図２３の工程(1) において、石英基板１６１上にクロム膜１６２をスパッタリング法により１００ｎｍの厚さに成膜する。また、パターニングの解像力向上のためクロム膜１６２上に２０〜３０ｎｍの酸化クロム膜等の反射防止膜を設けてもよい。
【００９９】
図２３の工程(2) において、石英基板１６１にフォトレジストを塗布し、第１回目のレジストパターン１６３を形成する。このときのライン及びスペースの幅は共に、０．３５μｍである。続いて、図２３の工程(3) においてレジストパターン１６３をマスクにクロム膜１６２をエッチングする。このときのエッチングは例えば平行平板型のＲＩＥ装置を使用して、エッチングガスには例えば塩素ガス又は塩素ガスと酸素の混合ガスを用いる。次に、レジストパターン１６３を酸素アッシング法又は剥離液により剥離する。そして、クロム膜１６２により以下に示す工程を経て、全ての段の位置が規定される。
【０１００】
図２３の工程(4) において、クロム膜１６２によるパターンを第１のマスクに、石英基板１６１を６１ｎｍエッチングする。このときのエッチングには例えば平行平板型のＲＩＥ装置を用い、エッチングガスは例えばＣＦ4と水素の混合ガスを用いる。エッチング条件は例えばＣＦ4流量２０ｃｍ3／分、水素流量３ｃｍ3／分、圧力４Ｐａ、ＲＦパワー６０Ｗ、エッチング時間５分とする。
【０１０１】
続いて、図２３の工程(5) において、石英基板１６１上にフォトレジストを塗布し、第２回目のレジストパターン１６４を形成する。このときのアライメント精度はクロム膜１６２によるパターンの線幅の半分あればよく、通常の露光装置であれば間違いなく達成できる値である。このことは、以下の他の実施例も含め、全ての２回目以降のパターニングに当てはまる。次に図２３の工程(6) において、レジストパターン１６４及びクロム膜１６２をマスクに、石英基板１６１を６１ｎｍエッチングする。
【０１０２】
図２３の工程(7) において、フォトレジストパターン１６４を剥離する。次に、図２３の工程(8) において、ネガレジストを塗布し背面から露光する。これを現像すると図２３の工程(9) に示すように、クロム膜１６２のないところのみに第２のマスクとしてレジストパターン１６５を残すことができる。このとき、クロム膜１６２自体がネガレジスト露光のためのコンタクトマスクとなるために、完全に正確なアライメントになる。
【０１０３】
次に、図２４の工程(10)においてこの上にフォトレジストを塗布し、第５回目のフォトレジストパターン１６６を形成する。図２４の工程(11)においてレジスト１６６、１６５に覆われない部分のクロム膜１６２をエッチングにより除去する。このエッチングには、例えば硝酸セリウムアンモニウム、過塩素酸、水の混合液を用いる。
【０１０４】
図２４の工程(12)において、レジスト１６６及びレジスト１６５を第３のマスクに石英基板１６１を１２２ｎｍエッチングする。このときのエッチングは例えば平行平板型のＲＩＥ装置を用いて、エッチングガスは例えばＣＦ4と水素の混合ガスを用いる。エッチング条件は例えばＣＦ4流量２０ｃｍ3／分、水素流量３ｃｍ3／分、圧力４Ｐａ、ＲＦパワー６０Ｗ、エッチング時間３０分とする。
【０１０５】
図２４の工程(13)において、レジスト１６６、１６５をアッシング法により除去する。図２４の工程(14)においてこの上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりフォトレジストパターン１６７を形成する。図２４の工程(15)において、クロム膜１６２及びパターン１６７をマスクに基板１６１を２４４ｎｍエッチングする。
【０１０６】
次に、ネガレジストを塗布し背面から露光し、これを現像すると図２５の工程(16)に示すようにクロム膜１６２のないところのみにレジストパターン１６８を残すことができる。この上にフォトレジストを塗布し、図２５の工程(17)においてフォトリソグラフィによりフォトレジストパターン１６９を形成する。図２５の工程(18)において、パターン１６９、１６８に覆われない部分のクロム膜１６２をエッチングにより除去する。このエッチングには、例えば硝酸セリウムアンモニウム、過塩素酸、水の混合液を用いる。
【０１０７】
図２５の(19)において、パターン１６９、１６８をマスクに石英基板１６１を２４４ｎｍエッチングする。図２５の工程(20)において、パターン１６９、１６８をアッシング法により除去する。
【０１０８】
図２５の工程(21)においてクロム膜１６２をエッチングし、８段の回折光学素子又は回折光学素子作製用の型が完成する。このエッチングには、例えば硝酸セリウムアンモニウム、過塩素酸、水の混合液を用いる。このようにして作製した回折光学素子はアライメントエラーがなく、高い回折効率が得られる。
【０１０９】
図２６、図２７、図２８は第１５の実施例を示す。図２６の工程(1) において、石英基板１７１上にクロム膜１７２をスパッタリング法により１００ｎｍの厚さに成膜する。また、パターニングの解像力向上のためにクロム膜１７２上に２０〜３０ｎｍの酸化クロム膜等の反射防止膜を設けることもできる。この石英基板１７１にフォトレジストを塗布し、第１回目のレジストパターンを形成する。このときのライン及びスペースの幅は共に、０．３５μｍである。続いて、レジストパターンをマスクにクロム膜１７２をエッチングする。このときのエッチングは例えば平行平板型のＲＩＥ装置を使用し、エッチングガスは例えば塩素ガス又は塩素ガスと酸素の混合ガスを用いる。次に、レジストパターンを酸素アッシング法又は剥離液により、剥離する。そして、形成された第１のマスクのクロム膜１７２により以下に示す工程を経て、全ての段の位置が規定される。
【０１１０】
図２６の工程(2) において石英基板１７１にフォトレジストを塗布し、レジストパターン１７３を形成する。次に、クロム膜１７２によるパターンとレジストパターン１７３をマスクに、石英基板１７１を６１ｎｍエッチングする。このときのエッチングには例えば平行平板型のＲＩＥ装置を使用して、エッチングガスは例えばＣＦ4と水素の混合ガスを用いる。エッチング条件は例えばＣＦ4流量２０ｃｍ3／分、水素流量３ｃｍ3／分、圧力４Ｐａ、ＲＦパワー６０Ｗ、エッチング時間５分とする。このときのアライメント精度はこのクロム膜１７２の線幅の半分あればよく、通常の露光装置であれば間違いなく達成できる数値である。
【０１１１】
図２６の工程(3) において、石英基板１７１にフォトレジストを塗布し、レジストパターン１７４を形成する。続いて、レジストパターン１７４及びクロム膜１７２をマスクに石英基板１７１を１８３ｎｍエッチングする。図２６の工程(4) において、レジストパターン１７４を剥離し、図２６の工程(5) においてネガレジスト１７５を塗布する。
【０１１２】
図２６の工程(6) において、石英基板１７１の背面から露光するとクロム膜１７２がコンタクトマスクとなり、ネガレジスト１７５に潜像部１７６が形成される。
【０１１３】
図２７の工程(7) において、レチクル１７７により所望の部分を覆い露光すると、クロム膜１７２を残すべき部分の上に潜像部である第２のマスクのネガレジストパターン１７８が形成されるので、これを現像すると図２７の工程(8) の状態になる。図２７の工程(9) においてレジストパターン１７８に覆われない部分のクロム膜１７２をエッチングにより除去する。このエッチングには、例えば硝酸セリウムアンモニウム、過塩素酸、水の混合液を用いる。
【０１１４】
次に、図２７の工程(10)において、ネガレジストパターン１７８を第３のマスクとして石英基板１７１を１２２ｎｍエッチングする。このときのエッチングは例えば平行平板型のＲＩＥ装置を用い、エッチングガスは例えばＣＦ4と水素の混合ガスを用いる。
【０１１５】
図２７の工程(11)において、レジストパターン１７８をアッシング法により除去する。図２７の工程(12)において、この上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりフォトレジストパターン１７９を形成する。図２７の工程(13)において、クロム膜１７２及びパターン１７９をマスクに、基板１７１を２４４ｎｍエッチングする。
【０１１６】
図２８の工程(14)において、ネガレジスト１８０を塗布し背面から露光するとクロム膜１７２がコンタクトマスクとなり、ネガレジスト１８０に潜像部であるレジストパターン１８１が形成される。図２８の工程(15)において、レチクル１８２により所望の部分を覆い露光すると、クロム膜１７２を残すべき部分の上に潜像部１８３が形成され、これを現像すると図２８の工程(16)に示す状態になる。図２８の工程(16)において、潜像部１８３に覆われない部分のクロム膜１７２をエッチングにより除去する。このエッチングには、例えば硝酸セリウムアンモニウム、過塩素酸、水の混合液を用いる。
【０１１７】
図２８の工程(17)において、クロム膜１７２、レジストパターン１８１をマスクに石英基板１７１を２４４ｎｍエッチングする。図２８の工程(18)において、パターン１８１、潜像部１８３をアッシング法により除去する。
【０１１８】
図２８の工程(19)においてクロム膜１７２をエッチングし、８段の回折光学素子又は回折光学素子作製用の型が完成する。このエッチングには、例えば硝酸セリウムアンモニウム、過塩素酸、水の混合液を用いる。
【０１１９】
図２９は第１６の実施例の半導体用露光装置であるステッパの構成図を示す。上方から、波長２４８ｎｍの照明光学系２００、レチクル２０１、結像光学系２０２、半導体基板Ｗを載置したステージ２０３が配置されており、結像光学系２０２内に色収差低減と非球面効果を持たせる目的で、第１の実施例の方法により作製した回折光学素子Ｄが組み込まれている。
【０１２０】
このステッパにおいては、照明光学系２００によりｉ線又はＫr Ｆ等の紫外線をレチクル２０１に照射し、レチクル２０１に描かれたパターンを結像光学系２０２により、ステージ２０３上の半導体基板Ｗに５分の１の縮小倍率で描画する。
【０１２１】
図３０は回折光学素子Ｄの斜視図、図３１はその断面形状の断面図を示す。この回折光学素子Ｄは光学的には凸レンズと同じ機能を有し、１段の段差が６１ｎｍ、最外周の階段１段の幅が０．３５μｍ、直径が１２０ｍｍの４段の回折光学素子を表している。
【０１２２】
階段状回折光学素子Ｄに入射した光は、主に１次、９次、１７次の回折光に分かれて素子Ｄを透過する。この内、結像に関与するのは１次光のみで、入射光の９３％を占めている。残りの数％分が９次、１７次であるが、結像に必要な１次光と回折次数が離れているので、これらの光は結像光学系の外側に向かい結像に大きく影響することはない。
【０１２３】
従って、従来技術として説明した図３２に示すような３枚のマスク１７ａ〜１７ｃを使用して作製した同一条件（１段の段差６１ｎｍ、最外周の階段１段の幅０．３５μｍ、直径１２０ｍｍ）の従来例の８段数回折光学素子を用いた場合には、１次と９次の回折光の中間に３次等の回折光が強く発生するために、不要光が像面に擬パターンを形成して像性能が劣化するが、本実施例の同一条件の８段数回折光学素子を用いることにより、この問題を回避することができる。
【０１２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る多段階段状素子又は該素子作製用モールド型の製造方法は、最初のリソグラフィ工程により形成する第１のマスクのパターンにより全ての段の位置を決定するので、位置ずれを生ずることのない正確なパターンを基板上に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
第１の実施例の作製工程の断面図である。
【図２】
第２の実施例の作製工程の断面図である。
【図３】
第３の実施例の作製工程の断面図である。
【図４】
第４の実施例の反射型回折光学素子の断面図である。
【図５】
第５の実施例の回折光学素子の断面図である。
【図６】
投影光学系の構成図である。
【図７】
投影露光装置の構成図である。
【図８】
第６の実施例の作製工程の断面図である。
【図９】
第６の実施例の作製工程の断面図である。
【図１０】
第７の実施例の作製工程の断面図である。
【図１１】
第７の実施例の作製工程の断面図である。
【図１２】
第８の実施例の作製工程の断面図である。
【図１３】
第８の実施例の作製工程の断面図である。
【図１４】
第９の実施例の作製工程の断面図である。
【図１５】
第９の実施例の作製工程の断面図である。
【図１６】
第１０の実施例の反射型回折光学素子の断面図である。
【図１７】
第１１の実施例の作製工程の断面図である。
【図１８】
第１１の実施例の作製工程の断面図である。
【図１９】
第１１の実施例の作製工程の断面図である。
【図２０】
第１２の実施例の作製工程の断面図である。
【図２１】
第１２の実施例の作製工程の断面図である。
【図２２】
第１３の実施例の作製工程の断面図である。
【図２３】
第１４の実施例の作製工程の断面図である。
【図２４】
第１４の実施例の作製工程の断面図である。
【図２５】
第１４の実施例の作製工程の断面図である。
【図２６】
第１５の実施例の作製工程の断面図である。
【図２７】
第１５の実施例の作製工程の断面図である。
【図２８】
第１５の実施例の作製工程の断面図である。
【図２９】
第１６の実施例のステッパの構成図である。
【図３０】
階段状回折光学素子の斜視図である。
【図３１】
階段状回折光学素子の断面図である。
【図３２】
従来例の作製工程の断面図である。
【図３３】
階段形状とマスクの関係の説明図である。
【図３４】
階段形状とマスクの関係の説明図である。
【符号の説明】
２１、３１、４１、８１、１６１、１７１  石英基板  
２２、２７、３２、３７、４２、４６、５２、８２、１０２、１６２、１７２  クロム膜
２５、２９、４４、４８、５０、１０８、１０９、１１２、１１３、１１６、１１７、１２３、１２５、１２７、１３０、１３４、１３６  アルミニウム膜
３５、３９  酸化アルミニウム膜
７１  レンズ群
７２、１５５、Ｄ  回折光学素子
７３、１６０  照明光学系
７５  撮影光学系
９６、９８、１００  ポリイミド膜
１０３  酸化クロム膜
１５０  シリンジ
１５１  硝子基板
１５２  反応硬化樹脂
２０１  レチクル
２０２  結像光学系