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JPH10311911A - Diffractive optical element - Google Patents

Diffractive optical element

Info

Publication number
JPH10311911A
JPH10311911A JP12398897A JP12398897A JPH10311911A JP H10311911 A JPH10311911 A JP H10311911A JP 12398897 A JP12398897 A JP 12398897A JP 12398897 A JP12398897 A JP 12398897A JP H10311911 A JPH10311911 A JP H10311911A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical element
boe
diffractive optical
ridge
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP12398897A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiji Takeuchi
誠二 竹内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP12398897A priority Critical patent/JPH10311911A/en
Publication of JPH10311911A publication Critical patent/JPH10311911A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a diffraction optical element (BOE) in which a diffraction efficiency is prevented from being lowered by dully forming ridgelines of fine difference in level parts of a cyclic step structure to reduce undesired lights. SOLUTION: Ridgelines 11 of difference in level parts having a height h=λ/(n-1) for every one cycle are sharply formed, however, ridgelines 12 of fine difference in level parts having a height d-h/2M being in one cycle are dully formed to be dully formed with respect to conventional ridgelines 15. Provided λ is a wavelength to be used, n is the refractive index of glass and M is the number of sheets of masks to be used in a lithographic process. Then, the phase function of the wave front passed through the BOE approaches the phase function 25 of an ideal wave front as compared with the phase function 24 of the wave front passed through the BOE by dulling ridgelines of the fine difference in level parts of the step structure. Besides, a part in which the phase of the wave front 19 of one part of a wave front 17 is delayed by 2 πand a part in which the phase of the wave front 20 of one part of a wave front 18 is advanced by 2 π are combined at discontinuity parts 21. Thus, it is required that phase functions for every one cycle are to be given sharply so that phases of different wave fronts are easy to connect.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は回折光学素子、該回
折光学素子の製造方法、該回折光学素子を有した光学機
器、そして該回折光学素子を有した露光装置による素子
の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diffractive optical element, a method for manufacturing the diffractive optical element, an optical device having the diffractive optical element, and a method for manufacturing an element using an exposure apparatus having the diffractive optical element. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の注目されている光学素子に図9
(a),(b)に正面図及び断面図を示したBOE(B
inary Optical Element)と呼ば
れる形状位相型の回折光学素子がある。従来の屈折レン
ズからBOEに至る過程を、図10に示した位相関数を
用いて説明する。図中、横軸rは光軸からの径方向の位
置を表し、縦軸φは各光学素子を透過する光束の波面に
対して付与される位相を表している。光学素子内の屈折
率分布が均一であった場合、光学素子を透過した光束に
与えられる位相関数は、光学素子の形状の位相を反転し
た形状に比例すると考えて良い。
2. Description of the Related Art FIG.
(A) and (b) show the BOE (B
There is a shape-phase type diffractive optical element called an “inary optical element”. The process from the conventional refraction lens to the BOE will be described using the phase function shown in FIG. In the figure, the horizontal axis r represents the position in the radial direction from the optical axis, and the vertical axis φ represents the phase given to the wavefront of the light beam transmitted through each optical element. If the refractive index distribution in the optical element is uniform, the phase function given to the light beam transmitted through the optical element may be considered to be proportional to the inverted shape of the optical element.

【0003】図10(a)は、屈折凹レンズが透過波面
に与える位相関数の一例を示したものである。図10
(a)に示したような位相分布を与えるレンズと同様の
効果を光学素子に持たせるためには、r=0における位
相との位相差が2mπ(m:整数)になる半径rm毎
に、2πの段差のある不連続部を設ければよい。すなわ
ち、図10(b)に示したような位相関数を与える形状
に光学素子を構成すれば、不連続部で2πの位相差を持
つ波面を結合することができる。このような周期構造を
持った回折光学素子は、設計波長の光に対して回折効率
100%を実現できる。
FIG. 10 (a) shows an example of a phase function given to a transmitted wavefront by a refracting concave lens. FIG.
In order for the optical element to have the same effect as the lens providing the phase distribution as shown in FIG. 9A, for each radius rm where the phase difference from the phase at r = 0 becomes 2mπ (m: integer), What is necessary is just to provide a discontinuous part with a step of 2π. That is, if the optical element is configured to give a phase function as shown in FIG. 10B, it is possible to combine wavefronts having a phase difference of 2π at discontinuous portions. A diffractive optical element having such a periodic structure can achieve a diffraction efficiency of 100% for light of a design wavelength.

【0004】しかしながら、周期構造のピッチが細かく
なると、図10(b)に示したような位相関数を与える
ための1周期内の連続的な形状を形成するのが非常に困
難になってくる。この困難を解決するため、1周期内の
連続的な形状を階段状に近似したBOEが生まれた。B
OEは、図10(b)の位相関数の曲線部を、r軸に平
行な直線とφ軸に平行な直線とで階段状に近似した位相
関数として与える素子である。1周期内の各段差毎の位
相差は、2π/2Mとなる。ここで、Mはリソグラフィ
プロセスで使用するマスクの枚数である。図10(c)
は、M=2枚で作成した4段BOEの位相関数を示すも
のである。
However, as the pitch of the periodic structure becomes smaller, it becomes very difficult to form a continuous shape within one period for providing a phase function as shown in FIG. In order to solve this difficulty, a BOE was created in which a continuous shape within one cycle was approximated in a stepwise manner. B
The OE is an element that gives the curved part of the phase function in FIG. 10B as a phase function that is approximated in a stepwise manner by a straight line parallel to the r-axis and a straight line parallel to the φ-axis. The phase difference for each step in one cycle is 2π / 2M . Here, M is the number of masks used in the lithography process. FIG. 10 (c)
Shows the phase function of a four-stage BOE created with M = 2 sheets.

【0005】図11に従来のBOEの一部の周期構造の
断面拡大図を示す。1から5はBOEを透過した光の波
面、6はBOEの一部の断面形状である。このような形
状は、例えばリソグラフィプロセスによって作成され
る。図11のBOEは、リソグラフィプロセスで3枚の
マスクを用いた8段BOEである。
FIG. 11 is an enlarged sectional view of a part of a periodic structure of a conventional BOE. 1 to 5 are wavefronts of light transmitted through the BOE, and 6 is a partial cross-sectional shape of the BOE. Such a shape is created, for example, by a lithography process. The BOE in FIG. 11 is an 8-stage BOE using three masks in a lithography process.

【0006】図11のBOEでは、半径rm毎に位相差
2πに相当する高さhの段差を設けて1周期としてい
る。更にこの1周期内において、1段の高さd=h/2
M(位相差2π/2Mに相当)の階段状の段差を設ける。
焦点距離fの凸レンズの役割を果たす素子の場合、半径
rmは、
In the BOE of FIG. 11, a step having a height h corresponding to a phase difference of 2π is provided for each radius rm to form one cycle. Further, within this one cycle, the height of one step d = h / 2
A step-like step of M (corresponding to a phase difference of 2π / 2 M ) is provided.
For an element that plays the role of a convex lens with a focal length f, the radius rm is

【0007】[0007]

【外1】 で与えられる。但し、λは使用する波長、nはガラスの
屈折率、mは正の整数、Mはリソグラフィプロセスで使
用するマスクの枚数である。
[Outside 1] Given by Here, λ is the wavelength to be used, n is the refractive index of glass, m is a positive integer, and M is the number of masks used in the lithography process.

【0008】高さhの段差の部分では、位相が2πmず
れた波面同士が結合する。例えば、波面2と3はBOE
を通過する前は同じ波面であるが、BOEによって2π
の位相差が発生し、波面2と波面4が結合することにな
る。結合した波面は、BOEから十分離れると、5のよ
うに連続的な波面と等価に振る舞う。
[0008] In a step portion having a height h, wavefronts whose phases are shifted by 2πm are coupled to each other. For example, wavefronts 2 and 3 are BOE
Is the same wavefront before passing through
The wavefront 2 and the wavefront 4 are coupled. When the combined wavefront is sufficiently far from the BOE, it behaves equivalently to a continuous wavefront, such as 5.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
BOEは、1周期内の微小段差のエッジ部によって、散
乱光が発生して不要光となってしまい、回折効率が低下
するという問題があった。
However, the conventional BOE has a problem that scattered light is generated due to an edge portion of a minute step in one cycle and becomes unnecessary light, thereby lowering diffraction efficiency. .

【0010】本発明は、不要光を低減させ、回折効率の
低下を防いだ回折光学素子の提供を目的とする。
An object of the present invention is to provide a diffractive optical element that reduces unnecessary light and prevents a reduction in diffraction efficiency.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願第1発明の回折光学素子は、周期的な階段構造
の微小段差部の稜線が鈍っていることを特徴としてい
る。
To achieve the above object, a diffractive optical element according to the first aspect of the present invention is characterized in that a ridgeline of a minute step portion of a periodic stair structure is dull.

【0012】本願第2発明の回折光学素子の製造方法
は、稜線の鈍った周期的な階段構造を形成する工程を有
することを特徴としている。
A method of manufacturing a diffractive optical element according to a second aspect of the present invention is characterized in that the method includes a step of forming a periodic step structure having a dull ridge.

【0013】本願第3発明の回折光学素子の製造方法
は、周期的な階段構造を形成する工程と、該階段構造の
微小段差部の稜線を鈍らせる工程を有することを特徴と
している。
The method of manufacturing a diffractive optical element according to the third aspect of the present invention is characterized by comprising a step of forming a periodic step structure and a step of dulling a ridgeline of a minute step portion of the step structure.

【0014】本願第4発明の回折光学素子の製造方法
は、稜線の鈍った周期的な階段構造を有した型を形成す
る工程と、該型を用いて回折光学素子を形成する工程と
を有することを特徴としている。
The method of manufacturing a diffractive optical element according to the fourth aspect of the present invention includes a step of forming a mold having a periodic step structure having a dull ridge, and a step of forming a diffractive optical element using the mold. It is characterized by:

【0015】本願第5発明の光学機器は、本願第1発明
の回折光学素子を有することを特徴としている。
An optical apparatus according to a fifth aspect of the present invention includes the diffractive optical element according to the first aspect of the present invention.

【0016】本願第6発明の素子製造方法は、本願第1
発明の回折光学素子を有した露光装置によって素子を製
造することを特徴としている。
The device manufacturing method according to the sixth aspect of the present invention is directed to the first aspect of the present invention.
The invention is characterized in that the element is manufactured by an exposure apparatus having the diffractive optical element.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】(実施例1)図1を用いて、本発明の実施
例1のBOEを説明する。図1(a)は、同心円状に周
期的な階段構造が形成された実施例1のBOEを光軸を
含んだ平面で切断した断面図であり、一部分の周期的な
階段構造のみを表している。図1(b)は、図1(a)
中の13の部分の拡大図である。図1(c)は、図1
(a)の形状のBOEの1つの周期構造10を通過した
波面の位相関数を示した図である。図1(d)は、図1
(c)中の22の部分の拡大図である。図1(e)は位
相の不連続部の解説図である。
(First Embodiment) A BOE according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a cross-sectional view of the BOE of Example 1 in which a periodic staircase structure is formed concentrically and cut along a plane including an optical axis, showing only a part of the periodic staircase structure. I have. FIG. 1 (b) is the same as FIG.
It is an enlarged view of 13 parts in the inside. FIG.
It is the figure which showed the phase function of the wavefront which passed one periodic structure 10 of BOE of the shape of (a). FIG.
It is an enlarged view of 22 part in (c). FIG. 1E is an explanatory diagram of a discontinuous portion of the phase.

【0019】本実施例のBOEでは、図1(a)に示す
ように、1周期毎のh=λ/(n―1)の高さの段差部
の稜線11は鋭く形成されているが、図1(b)に示す
ように、1周期中のd=h/2Mの微小段差部の稜線1
2は、従来の稜線15に対して鈍く形成されている。こ
の時、稜線12の平均傾斜角は、階段構造で近似する前
の連続的な形状14の傾斜角以下となるようにしてい
る。ここで、傾斜角とはBOEの光軸に垂直な平面とな
す角である。また、平均傾斜角とは、本実施例のように
稜線12が連続的に変化する曲線(曲面)16であっ
て、傾斜角が場所によって異なる場合、傾斜角の積分値
を鈍らせた箇所の幅Δrで割ったものである。
In the BOE of this embodiment, as shown in FIG. 1A, the ridgeline 11 of the step portion having a height of h = λ / (n−1) for each period is formed sharply. As shown in FIG. 1B, the ridgeline 1 of the minute step portion of d = h / 2 M in one cycle
2 is formed to be blunt with respect to the conventional ridge line 15. At this time, the average inclination angle of the ridgeline 12 is set to be equal to or less than the inclination angle of the continuous shape 14 before being approximated by the staircase structure. Here, the tilt angle is an angle formed by a plane perpendicular to the optical axis of the BOE. The average inclination angle is a curve (curved surface) 16 in which the ridge line 12 changes continuously as in the present embodiment. It is obtained by dividing by the width Δr.

【0020】本実施例のBOEの1つの周期構造10を
通過する光の波面の位相は、図1(c)のようになる。
本実施例のように階段構造の微小段差部の稜線を鈍らせ
ることで、図1(d)に示すように、本実施例のBOE
を通過した波面の位相関数23は従来のBOEを通過し
た波面の位相関数24に比して、理想の波面の位相関数
25に近づくことになり、微小段差部の稜線における散
乱光(不要光)が低減し、回折効率が向上する。
The phase of the wavefront of light passing through one periodic structure 10 of the BOE of this embodiment is as shown in FIG.
As shown in FIG. 1D, the BOE of the present embodiment is formed by dulling the ridge line of the minute step portion of the staircase structure as in the present embodiment.
The phase function 23 of the wavefront that has passed through is closer to the phase function 25 of the ideal wavefront than the phase function 24 of the wavefront that has passed through the conventional BOE, and scattered light (unnecessary light) at the ridgeline of the minute step portion And diffraction efficiency is improved.

【0021】一方、1周期毎の段差部の稜線11は鋭く
形成する必要がある。これについて、図1(e)を用い
て説明する。図1(e)の17,18はある波面と次の
波面の位相を表している。波面17の一部の波面19の
位相が2π遅れた部分と、波面18の一部の波面20の
位相が2π進んだ部分は、位相の不連続部21で結合す
ることになる。したがって、異なった波面の位相が結合
しやすいように、1周期毎の位相関数は鋭く与える必要
があり、形状としては1周期毎の位相の不連続部で鋭い
稜線が必要になる。
On the other hand, it is necessary to form the ridge line 11 of the step portion for each period sharply. This will be described with reference to FIG. In FIG. 1E, reference numerals 17 and 18 represent the phases of a certain wavefront and the next wavefront. A portion of the wavefront 17 where the phase of the wavefront 19 is delayed by 2π and a portion of the wavefront 18 where the phase of the wavefront 20 is advanced by 2π are combined at a discontinuous portion 21 of the phase. Therefore, in order to easily combine phases of different wavefronts, it is necessary to provide a sharp phase function for each period, and a shape requires a sharp ridge at a discontinuous portion of the phase for each period.

【0022】次に図2を用いて、本実施例のBOEの製
造方法について説明する。図2において、パターンの露
光に用いるマスクは太線、レジストは網掛け部、最終的
にBOEとなる基板は細線で記されている。
Next, a method of manufacturing the BOE of this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 2, a mask used for pattern exposure is indicated by a bold line, a resist is indicated by a hatched portion, and a substrate which finally becomes a BOE is indicated by a thin line.

【0023】図2(a)〜(d)は、1周期内の微小段
差の稜線の鋭い通常のBOEの製造工程を表している。
まず、図2(a)において、レジストを塗布したSiO
2などのガラス基板の上に、以降の工程のうち一番線幅
の細いマスクを用いて露光を行い、現像する。次に図2
(b)において、異方性の高いエッチングにより、ガラ
ス基板状にパターンをエッチングする。図2(c)で
は、二番目に細い線幅のマスクを用いて露光、現像を行
い、図2(d)でエッチングする。こうして1周期内の
階段構造が4段のBOEを形成する。ここでは4段の工
程までしか示していないが、マスクの枚数をふやして同
様の工程を繰り返すことで8段、16段、32段等のB
OEを形成できる。
FIGS. 2A to 2D show a normal BOE manufacturing process in which a ridgeline of a minute step in one cycle is sharp.
First, in FIG. 2A, a resist-coated SiO
Exposure is performed on a glass substrate such as 2 using a mask having the narrowest line width in the subsequent steps, and development is performed. Next, FIG.
In (b), the pattern is etched into a glass substrate by highly anisotropic etching. In FIG. 2C, exposure and development are performed using a mask having the second smallest line width, and etching is performed in FIG. 2D. Thus, the staircase structure within one cycle forms a four-stage BOE. Although only four steps are shown here, the same steps are repeated while increasing the number of masks, so that B, such as eight, sixteen, and thirty steps, can be obtained.
An OE can be formed.

【0024】本実施例のBOEは、上記したような通常
のBOE製造工程を経た後、更に1周期内の微小段差部
の稜線を鈍らせるための工程を行う。まず、図2(e)
において、位相差が2π付与される不連続部(1周期毎
の段差部)にレジストが残るように露光と現像を行う。
次に図2(f)において、エッチャーの圧力を高めた
り、バイアス電圧を低くすることで異方性が低い条件に
おいてエッチングを行い、レジストのない部分、すなわ
ちBOEの1周期中の微小段差部の稜線を鈍らせる。最
後に図2(g)において、レジストを剥離することで本
実施例のBOEが形成される。
In the BOE of this embodiment, after the normal BOE manufacturing process as described above, a process for dulling the ridgeline of the minute step portion in one cycle is further performed. First, FIG.
In step (2), exposure and development are performed so that the resist remains at discontinuous portions where a phase difference is given by 2π (step portions at each period).
Next, in FIG. 2 (f), etching is performed under conditions of low anisotropy by increasing the pressure of the etcher or lowering the bias voltage, and a portion without a resist, that is, a minute step portion in one cycle of BOE is formed. Blunt the ridge. Finally, in FIG. 2G, the BOE of this embodiment is formed by removing the resist.

【0025】なお、図2(f)の工程後、レジストに覆
われている部分と露出している部分とで許容値以上の段
差ができる場合には、図2(f)の工程以前に、図2
(f)におけるエッチング量を見越した形状に基板を加
工し、図2(f)のエッチングで不要な段差が発生しな
いようにすればよい。
If, after the step of FIG. 2 (f), a step larger than an allowable value is formed between the part covered with the resist and the exposed part, before the step of FIG. 2 (f), FIG.
The substrate may be processed into a shape that allows for the amount of etching in (f), so that unnecessary steps are not generated by the etching in FIG.

【0026】(実施例2)図3は、本発明の第2の実施
例を説明するためのものである。図3(a)は、同心円
状に周期的な階段構造が形成された実施例2のBOEを
光軸を含んだ平面で切断した断面図であり、一部分の周
期的な階段構造のみを表している。図3(b)は、図3
(a)中の33の部分の拡大図である。図3(c)は、
図3(a)の形状のBOEの1つの周期構造30を通過
した波面の位相関数を示した図である。図3(d)は、
図3(c)中の36の部分の拡大図である。
(Embodiment 2) FIG. 3 is for explaining a second embodiment of the present invention. FIG. 3A is a cross-sectional view of the BOE of Example 2 in which a periodic step structure is formed concentrically and cut along a plane including the optical axis, and shows only a part of the periodic step structure. I have. FIG.
It is an enlarged view of 33 part in (a). FIG. 3 (c)
It is the figure which showed the phase function of the wavefront which passed one periodic structure 30 of BOE of the shape of FIG. FIG. 3 (d)
It is an enlarged view of 36 parts in FIG.3 (c).

【0027】図3(a)において、30は本実施例のB
OEの1周期の構造、31は2πの位相差を持つ1周期
毎の段差部、32は1周期内の微小段差部の稜線であ
る。図3(b)において、34は階段構造で近似する前
の連続的な形状、35は稜線32を鈍らせる前の従来の
稜線である。図3(d)において、37は本実施例のB
OEの位相関数、38は従来のBOEの位相関数、39
は理想の位相関数である。
In FIG. 3A, reference numeral 30 denotes B of the present embodiment.
The OE has a one-period structure, 31 is a step portion for each period having a phase difference of 2π, and 32 is a ridgeline of a minute step portion in one period. In FIG. 3B, reference numeral 34 denotes a continuous shape before approximation by the staircase structure, and reference numeral 35 denotes a conventional ridgeline before the ridgeline 32 is dulled. In FIG. 3D, reference numeral 37 denotes B of the present embodiment.
The phase function of OE, 38 is the phase function of conventional BOE, 39
Is the ideal phase function.

【0028】本実施例は1周期内の凸部の稜線32のみ
を鈍らせたものである。稜線32の平均傾斜角は、図3
(b)に示すように、階段構造で近似する前の連続的な
形状34の傾斜角以下となるようにしている。
In this embodiment, only the ridgeline 32 of the convex portion in one cycle is blunted. The average inclination angle of the ridge line 32 is shown in FIG.
As shown in (b), the inclination angle of the continuous shape 34 before being approximated by the staircase structure is equal to or smaller than the inclination angle.

【0029】本実施例のBOEの1つの周期構造30を
通過する光の波面に付与される位相は、図3(c)のよ
うになる。本実施例のように階段構造の微小段差部の稜
線を鈍らせることで、図3(d)に示すように、本実施
例のBOEの位相関数37は従来のBOEの位相関数3
8に比して、理想の位相関数39に近づくことになり、
微小段差部の稜線における散乱光(不要光)が低減し、
回折効率が向上する。
The phase imparted to the wavefront of light passing through one periodic structure 30 of the BOE of this embodiment is as shown in FIG. As shown in FIG. 3D, the phase function 37 of the BOE according to the present embodiment is changed from the phase function 3 of the conventional BOE by dulling the ridge line of the minute step portion of the staircase structure as in the present embodiment.
8, it approaches the ideal phase function 39,
Scattered light (unnecessary light) on the ridgeline of the minute step is reduced,
Diffraction efficiency is improved.

【0030】次に図4を用いて、本実施例のBOEの製
造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing the BOE of this embodiment will be described with reference to FIG.

【0031】図4では、実施例1と同様にして、1周期
内の微小段差の稜線の鋭い通常のBOEをSiO2など
のガラス基板上に得た後、図4(a)のように基板上に
薄くレジストを塗布し、概略の基板形状にならったレジ
スト層を作る。次に図4(b)において、1周期中の微
小段差部の稜線がレジスト層から露出するところまで、
2RIEでレジストをエッチバックする。続いて図4
(c)では、CF4とCHF3の混合比1:1のガスで、
レジストをマスクとして露出している稜線をエッチング
する。最後に図4(d)において、レジストを剥離する
ことで本実施例のBOEが形成できる。
In FIG. 4, after a normal BOE having a sharp ridge line of a minute step in one cycle is obtained on a glass substrate such as SiO 2 in the same manner as in the first embodiment, as shown in FIG. A thin layer of resist is applied on the top to form a resist layer having a general substrate shape. Next, in FIG. 4B, until the ridgeline of the minute step portion in one cycle is exposed from the resist layer,
The resist is etched back by O 2 RIE. Subsequently, FIG.
In (c), a gas having a mixing ratio of CF 4 and CHF 3 of 1: 1 is used.
The exposed ridge lines are etched using the resist as a mask. Finally, in FIG. 4D, the BOE of this embodiment can be formed by removing the resist.

【0032】(実施例3)図5は、本発明の第3の実施
例を説明するためのものである。図5(a)は、同心円
状に周期的な階段構造が形成された実施例3のBOEを
光軸を含んだ平面で切断した断面図であり、一部分の周
期的な階段構造のみを表している。図5(b)は、図5
(a)中の53の部分の拡大図である。図5(c)は、
図5(a)の形状のBOEの1つの周期構造50を通過
した波面の位相関数を示した図である。図5(d)は、
図5(c)中の56の部分の拡大図である。
(Embodiment 3) FIG. 5 is for explaining a third embodiment of the present invention. FIG. 5A is a cross-sectional view of the BOE of Example 3 in which the periodic step structure is formed concentrically and cut along a plane including the optical axis, and shows only a part of the periodic step structure. I have. FIG.
It is an enlarged view of 53 part in (a). FIG. 5 (c)
It is the figure which showed the phase function of the wavefront which passed one periodic structure 50 of BOE of the shape of FIG. 5 (a). FIG. 5 (d)
It is an enlarged view of 56 part in FIG.5 (c).

【0033】図5(a)において、50は本実施例のB
OEの1周期の構造、51は2πの位相差を持つ1周期
毎の段差部、52は1周期内の微小段差部の稜線であ
る。図5(b)において、54は階段構造で近似する前
の連続的な形状、55は稜線52を鈍らせる前の従来の
稜線である。図5(d)において、57は本実施例のB
OEの位相関数、58は従来のBOEの位相関数、59
は理想の位相関数である。
In FIG. 5A, reference numeral 50 denotes B of this embodiment.
The structure of one period of the OE, 51 is a step portion for each period having a phase difference of 2π, and 52 is a ridge line of a minute step portion in one period. In FIG. 5B, reference numeral 54 denotes a continuous shape before approximation by the staircase structure, and reference numeral 55 denotes a conventional ridgeline before the ridgeline 52 is dulled. In FIG. 5D, reference numeral 57 denotes B of the present embodiment.
OE phase function, 58 is a conventional BOE phase function, 59
Is the ideal phase function.

【0034】本実施例は1周期内の凹部の稜線52のみ
を鈍らせたものである。稜線52の平均傾斜角は、図5
(b)に示すように、階段構造で近似する前の連続的な
形状34の傾斜角以下となるようにしている。
In this embodiment, only the ridge line 52 of the concave portion in one cycle is blunted. The average inclination angle of the ridge line 52 is shown in FIG.
As shown in (b), the inclination angle of the continuous shape 34 before being approximated by the staircase structure is equal to or smaller than the inclination angle.

【0035】本実施例のBOEの1つの周期構造50を
通過する光の波面に付与される位相は、図5(c)のよ
うになる。本実施例のように階段構造の微小段差部の稜
線を鈍らせることで、図5(d)に示すように、本実施
例のBOEの位相関数57は従来のBOEの位相関数5
8に比して、理想の位相関数59に近づくことになり、
微小段差部の稜線における散乱光(不要光)が低減し、
回折効率が向上する。
The phase imparted to the wavefront of light passing through one periodic structure 50 of the BOE of this embodiment is as shown in FIG. As shown in FIG. 5 (d), the phase function 57 of the BOE of this embodiment is changed to the phase function 5 of the conventional BOE as shown in FIG.
8, the phase function 59 approaches the ideal phase function.
Scattered light (unnecessary light) on the ridgeline of the minute step is reduced,
Diffraction efficiency is improved.

【0036】本実施例のBOEは、実施例2と同様の手
法で製作したSiO2の型にフッ素系等の離型層を蒸着
し、この型に対してプレス加工することで形成できる。
The BOE of this embodiment can be formed by depositing a fluorine-based release layer on a SiO 2 mold manufactured in the same manner as in the second embodiment and pressing the mold.

【0037】(実施例4)図6を用いて本発明の第4の
実施例を説明する。本実施例は、本発明のBOEを露光
装置に搭載したものである。
(Embodiment 4) A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the BOE of the present invention is mounted on an exposure apparatus.

【0038】図6において、71は光源、72はレチク
ル、73はレチクルステージ、74は投影光学系、75
は投影光学系の一部を構成する屈折レンズ、76はウエ
ハ、77はウエハステージ、78は本発明のBOEであ
る。本実施例の露光装置は、ウエハステージ77によっ
てウエハ76を所望の位置に位置決めし、不図示のフォ
ーカス検出手段により、ウエハ76の高さをフォーカス
位置に調整する。その後、不図示のシャッタを開き、光
源71からの照明光によってレチクル72を照明し、レ
チクル72上の回路パターンを投影光学系74によって
ウエハ76上に投影する。
6, reference numeral 71 denotes a light source; 72, a reticle; 73, a reticle stage; 74, a projection optical system;
Is a refracting lens constituting a part of the projection optical system, 76 is a wafer, 77 is a wafer stage, and 78 is the BOE of the present invention. In the exposure apparatus of this embodiment, the wafer 76 is positioned at a desired position by the wafer stage 77, and the height of the wafer 76 is adjusted to a focus position by focus detection means (not shown). Thereafter, a shutter (not shown) is opened, the reticle 72 is illuminated by the illumination light from the light source 71, and the circuit pattern on the reticle 72 is projected onto the wafer 76 by the projection optical system 74.

【0039】ところで、ArFエキシマレーザやKrF
エキシマレーザを露光装置の光源として用いた場合、光
学系において光の吸収が比較的大きいため、露光光の利
用効率の低下が問題となっている。BOEの肉厚は通常
のレンズより薄いため、光の吸収量が比較的少なく、露
光装置に適した光学素子であるといえる。それに加え
て、本発明のBOEは散乱光を低減し、回折効率の低下
を防ぐことができるため、露光装置の光学系に適用する
ことにより、透過率の高い光学系が実現でき、露光光率
を向上させることができる。
Incidentally, an ArF excimer laser or KrF
When an excimer laser is used as a light source of an exposure apparatus, light absorption is relatively large in an optical system, and therefore, there is a problem that the use efficiency of exposure light is reduced. Since the thickness of the BOE is smaller than that of a normal lens, the BOE has a relatively small light absorption amount, and can be said to be an optical element suitable for an exposure apparatus. In addition, since the BOE of the present invention can reduce scattered light and prevent a decrease in diffraction efficiency, an optical system having a high transmittance can be realized by applying the BOE to an optical system of an exposure apparatus. Can be improved.

【0040】(実施例5)次に図6の露光装置を利用し
た半導体素子の製造方法の実施例を説明する。
(Embodiment 5) Next, an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device using the exposure apparatus of FIG. 6 will be described.

【0041】図7は半導体素子(ICやLSI等の半導
体チップ、液晶パネルやCCD)の製造フローを示す。
ステップ1(回路設計)では半導体素子の回路設計を行
う。ステップ2(マスク制作)では設計した回路パター
ンを形成したマスク(レチクル72)を制作する。一
方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を
用いてウエハ(ウエハ76)を製造する。ステップ4
(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記用意したマ
スクとウエハとを用いて、リソグラフィー技術によって
ウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ5(組
み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作成さ
れたウエハを用いてチップ化する工程であり、アッセン
ブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージン
グ工程(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で作成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。
FIG. 7 shows a flow of manufacturing semiconductor devices (semiconductor chips such as ICs and LSIs, liquid crystal panels and CCDs).
In step 1 (circuit design), the circuit of the semiconductor element is designed. In step 2 (mask production), a mask (reticle 72) on which the designed circuit pattern is formed is produced. On the other hand, in step 3 (wafer manufacture), a wafer (wafer 76) is manufactured using a material such as silicon. Step 4
The (wafer process) is called a pre-process, and actual circuits are formed on the wafer by lithography using the prepared mask and wafer. The next step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process of forming chips using the wafer created in step 4, and includes processes such as an assembly process (dicing and bonding) and a packaging process (chip encapsulation). Including. In step 6 (inspection), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device created in step 5 are performed. Through these steps, a semiconductor device is completed and shipped (step 7).

【0042】図8は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ11(酸化)ではウエハ(ウエハW)
の表面を酸化させる。ステップ12(CVD)ではウエ
ハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形
成)ではウエ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)ではウエハにイオンを打ち込
む。ステップ15(レジスト処理)ではウエハにレジス
ト(感材)を塗布する。ステップ16(露光)では上記
露光装置によってマスク(レチクル72)の回路パター
ンの像でウエハを露光する。ステップ17(現像)では
露光したウエハを現像する。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)ではエッチングが済んで不要
となったレジストを取り除く。これらステップを繰り返
し行うことによりウエハ上に回路パターンが形成され
る。
FIG. 8 shows a detailed flow of the wafer process. In step 11 (oxidation), the wafer (wafer W)
Oxidizes the surface of the Step 12 (CVD) forms an insulating film on the surface of the wafer. Step 13 (electrode formation) forms electrodes on the wafer by vapor deposition. In step 14 (ion implantation), ions are implanted into the wafer. In step 15 (resist processing), a resist (sensitive material) is applied to the wafer. In step 16 (exposure), the wafer is exposed to an image of the circuit pattern of the mask (reticle 72) by the exposure apparatus. Step 17 (development) develops the exposed wafer. In step 18 (etching), portions other than the developed resist are removed. In step 19 (resist stripping), unnecessary resist after etching is removed. By repeating these steps, a circuit pattern is formed on the wafer.

【0043】本実施例の製造方法を用いれば、従来は難
しかった高集積度の半導体素子を製造することが可能に
なる。
By using the manufacturing method of this embodiment, it is possible to manufacture a highly integrated semiconductor device which has been difficult in the past.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の回折光学
素子によれば、不要光を低減させ、回折効率の低下を防
ぐことができる。
As described above, according to the diffractive optical element of the present invention, unnecessary light can be reduced and a decrease in diffraction efficiency can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1のBOEを説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a BOE according to a first embodiment.

【図2】実施例1のBOEの製造方法を説明するための
図である。
FIG. 2 is a view for explaining a BOE manufacturing method according to the first embodiment;

【図3】実施例2のBOEを説明するための図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a BOE according to a second embodiment.

【図4】実施例2のBOEの製造方法を説明するための
図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a BOE manufacturing method according to a second embodiment.

【図5】実施例3のBOEを説明するための図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a BOE according to a third embodiment.

【図6】本発明のBOEを有した露光装置の概略構成図
である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus having a BOE of the present invention.

【図7】半導体素子の製造工程を示す図である。FIG. 7 is a view showing a manufacturing process of the semiconductor element.

【図8】図7の工程中のウエハプロセスの詳細を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing details of a wafer process during the step of FIG. 7;

【図9】BOEの正面図及び断面図である。FIG. 9 is a front view and a cross-sectional view of the BOE.

【図10】従来の屈折レンズからBOEに至る過程を説
明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining a process from a conventional refractive lens to a BOE.

【図11】従来のBOEの一部の周期構造の断面拡大図
である。
FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of a partial periodic structure of a conventional BOE.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 1周期の周期構造 11 1周期毎の段差部 12 1周期内の微小段差部の稜線 14 近似する前の連続的な形状 15 従来の稜線 16 本発明の稜線 23 稜線16の位相関数 24 稜線15の位相関数 25 理想の位相関数 Reference Signs List 10 Periodic structure of one period 11 Step part for one period 12 Ridge of minute step part in one period 14 Continuous shape before approximation 15 Conventional ridgeline 16 Ridge of the present invention 23 Phase function of ridgeline 24 Ridgeline 15 Phase function of 25 ideal phase function

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 周期的な階段構造の微小段差部の稜線が
鈍っていることを特徴とする回折光学素子。
1. A diffractive optical element, wherein a ridgeline of a minute step portion of a periodic staircase structure is dull.
【請求項2】 前記階段構造は連続的な形状を近似した
形状であって、前記稜線が鈍った箇所の平均傾斜角の絶
対値は、前記連続的な形状の傾斜角の絶対値以下である
ことを特徴とする回折光学素子。
2. The staircase structure has a shape approximating a continuous shape, and an absolute value of an average inclination angle at a portion where the ridge line is blunt is equal to or less than an absolute value of an inclination angle of the continuous shape. A diffractive optical element, characterized in that:
【請求項3】 前記傾斜角は、光軸に垂直な平面となす
角度であることを特徴とする請求項2記載の回折光学素
子。
3. The diffractive optical element according to claim 2, wherein the inclination angle is an angle formed with a plane perpendicular to the optical axis.
【請求項4】 前記稜線が前記微小段差部の凸部稜線及
び凹部稜線であることを特徴とする請求項1乃至3記載
の回折光学素子。
4. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the ridge lines are a ridge line of a convex portion and a ridge line of a concave portion of the minute step portion.
【請求項5】 前記稜線が前記微小段差部の凸部稜線で
あることを特徴とする請求項1乃至3記載の回折光学素
子。
5. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the ridge is a ridge of a convex portion of the minute step.
【請求項6】 前記稜線が前記微小段差部の凹部稜線で
あることを特徴とする請求項1乃至3記載の回折光学素
子。
6. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the ridge is a ridge of a concave portion of the minute step.
【請求項7】 前記稜線が曲線的に鈍っていることを特
徴とする請求項1乃至6記載の回折光学素子。
7. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the ridge is curvedly dull.
【請求項8】 前記稜線が直線的に鈍っていることを特
徴とする請求項1乃至6記載の回折光学素子。
8. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the ridge is linearly dull.
【請求項9】 稜線の鈍った周期的な階段構造を形成す
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。
9. A method for manufacturing a diffractive optical element, comprising a step of forming a periodic step structure having a dull ridge.
【請求項10】 周期的な階段構造を形成する工程と、
該階段構造の微小段差部の稜線を鈍らせる工程を有する
ことを特徴とする回折光学素子の製造方法。
10. A step of forming a periodic stair structure;
A method for manufacturing a diffractive optical element, comprising a step of dulling a ridgeline of a minute step portion of the stair structure.
【請求項11】 稜線の鈍った周期的な階段構造を有し
た型を形成する工程と、該型を用いて回折光学素子を形
成する工程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. A method for manufacturing a diffractive optical element, comprising: a step of forming a mold having a periodic step structure with a dull ridge line; and a step of forming a diffractive optical element using the mold. .
【請求項12】 請求項1乃至8記載の回折光学素子を
有することを特徴とする光学機器。
12. An optical apparatus comprising the diffractive optical element according to claim 1.
【請求項13】 素子製造用の露光装置であることを特
徴とする請求項12記載の光学機器。
13. An optical apparatus according to claim 12, wherein said optical apparatus is an exposure apparatus for manufacturing an element.
【請求項14】 請求項13記載の露光装置を用いて素
子を製造することを特徴とする素子製造方法。
14. An element manufacturing method, wherein an element is manufactured using the exposure apparatus according to claim 13.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009025654A (en) * 2007-07-20 2009-02-05 Toshiba Corp Diffractive optical element, diffractive optical element molding die, and method of manufacturing diffractive optical element molding die
CN114690286A (en) * 2020-12-29 2022-07-01 新唐科技股份有限公司 Fresnel lens and method for forming the same

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