JP2001290015A - Method for manufacturing device such as diffraction optical device and method for manufacturing optical system, projection exposure device, semiconductor device or the like having that diffraction optical device - Google Patents
Method for manufacturing device such as diffraction optical device and method for manufacturing optical system, projection exposure device, semiconductor device or the like having that diffraction optical deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は回折光学素子などの
素子の製造方法、および該回折光学素子を有する光学
系、投影露光装置、半導体デバイス等の製造方法に関
し、例えば光学系のレンズとして露光装置、撮影装置、
照明装置等に組み込み使用する回折光学素子の製造方法
に関するものである。The present invention relates to a method for manufacturing an element such as a diffractive optical element and an optical system having the diffractive optical element, a projection exposure apparatus, a method for manufacturing a semiconductor device, and the like. , Photography equipment,
The present invention relates to a method of manufacturing a diffractive optical element to be used in a lighting device or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、回折光学素子は分光器の分光
素子として使用されており、その断面形状は所謂鋸歯状
のブレーズドタイプであり、表面反射を考慮しない場合
には、回折効率が100%に達するものもある。一方、
近年では回折を利用した光学素子として、階段状の格子
断面形状を有するバイナリオプティックス(BO)素子
が注目されており、所定周期の階段状周期構造状格子を
形成したBO素子は、色消し効果や非球面効果を有して
いるため、新しい光学系への発展に大きな期待が持たれ
ている。2. Description of the Related Art Conventionally, a diffractive optical element has been used as a spectral element of a spectroscope, and its cross-sectional shape is a so-called sawtooth blazed type. In some cases it can reach up to%. on the other hand,
In recent years, a binary optics (BO) element having a step-like lattice cross-sectional shape has attracted attention as an optical element utilizing diffraction, and a BO element having a step-like periodic structure lattice having a predetermined period has an achromatic effect. Because of this and the aspheric surface effect, there is great hope for the development of new optical systems.
【0003】このBO素子は、ブレーズドタイプ等の現
在の切削加工限界を大幅に超えている。しかしながら、
半導体加工法であるフォトリソグラフィ技術を用いるこ
とによって、高精度の微細加工が或る程度可能となって
いる。一般に、可視光領域で使用される光学素子の場合
には、金属の型材を用いた型加工による合成樹脂及び硝
子のモールド法により製造が可能であるが、紫外線等の
波長の短い光線に適用するためには使用できる材料が限
定され、更により微細な加工精度及び高い寸法精度が要
求される。このために、紫外線や遠紫外線に適用可能な
BO素子は、半導体加工用の紫外線を用いたフォトリソ
グラフィ技術及びドライエッチング加工等を使用して作
製する必要がある。[0003] This BO element greatly exceeds the current cutting limit of a blazed type or the like. However,
By using a photolithography technique which is a semiconductor processing method, high-precision fine processing can be performed to some extent. Generally, in the case of an optical element used in the visible light region, it can be manufactured by a molding method of synthetic resin and glass by molding using a metal mold material, but is applied to light having a short wavelength such as ultraviolet light. For this purpose, usable materials are limited, and finer processing accuracy and higher dimensional accuracy are required. For this reason, a BO element applicable to ultraviolet light or far ultraviolet light needs to be manufactured using a photolithography technique using ultraviolet light for semiconductor processing, dry etching processing, or the like.
【0004】このような回折光学素子の製造方法につい
て、特願平10−276481号公報には、複数回のリ
ソグラフィ工程により、基板上に多段階段状素子を作製
する場合において、最初のリソグラフィ工程によって形
成する第1のマスクによるパターンにより、全ての段の
位置を規定することにより多段階段状構造を形成して多
段階段状素子とする技術が開示されている。この技術
は、該第1のマスクによるパターンにより、全ての段の
位置を規定することにより、多段階段状構造を形成する
ことから、上記第1のマスクによるパターンの線幅エラ
ーや形状エラーが発生しなければ、アライメントエラー
のない理想的な多段階段状構造を形成することができ
る。Japanese Patent Application No. 10-276481 discloses a method of manufacturing such a diffractive optical element. In the case where a multi-stepped element is formed on a substrate by a plurality of lithography steps, the first lithography step is performed. A technique has been disclosed in which a multi-stepped structure is formed by defining the positions of all steps by a pattern formed by a first mask to be formed to form a multi-stepped element. This technique forms a multi-stepped structure by defining the positions of all steps by the pattern of the first mask, so that line width errors and shape errors of the pattern by the first mask occur. Otherwise, an ideal multi-stepped structure without alignment errors can be formed.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のものにおいては、紫外線や遠紫外線に適用可能
なBO素子の製造方法において、サブミクロン領域のパ
ターンを例えばクロム等のハードマスクを用いてエッチ
ングにより形成する工程を有する場合、ハードマスクの
パターンを形成する際に、パターンの線幅制御性及び側
壁形状制御性の観点からウェットエッチングで行うこと
は困難であることから、ハードマスクのパターン形成を
ドライエッチングで行う必要がある。また、ドライエッ
チングでハードマスクのパターン断面形状を矩形にする
ためには、ハードマスクをドライエッチングする際に、
オーバーエッチングする必要がある。ところが、このよ
うなオーバーエッチングによって、下地の光学基板がエ
ッチングされてしまい、光学基板においてエッチング深
さエラーが発生することとなる。これは、回折光学素子
の光学性能を低下させる原因となる。However, in the above-described conventional method, in a method of manufacturing a BO element applicable to ultraviolet light or far ultraviolet light, a pattern in a submicron region is etched using a hard mask such as chromium. When forming the pattern of the hard mask, since it is difficult to perform the wet etching from the viewpoint of the line width controllability and the sidewall shape controllability of the pattern when forming the pattern of the hard mask, the pattern formation of the hard mask is performed. It must be performed by dry etching. Also, in order to make the pattern cross-sectional shape of the hard mask rectangular by dry etching, when dry etching the hard mask,
It needs to be over-etched. However, such an over-etching causes the underlying optical substrate to be etched, resulting in an etching depth error in the optical substrate. This causes the optical performance of the diffractive optical element to deteriorate.
【0006】そこで、本発明は、上記従来のものにおけ
る課題を解決し、ハードマスクのオーバーエッチングに
よって光学基板がエッチングされることを防止すること
ができ、光学性能の良好な高精度の回折光学素子などの
素子の製造方法、および該回折光学素子を有する光学
系、投影露光装置、半導体デバイス等の製造方法を提供
することを目的とするものである。Accordingly, the present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, and can prevent an optical substrate from being etched by over-etching of a hard mask, and can provide a high-precision diffractive optical element having good optical performance. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an element such as an optical system, a method for manufacturing an optical system having the diffractive optical element, a projection exposure apparatus, and a semiconductor device.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するため、つぎの(1)〜(12)のように構成した
回折光学素子などの素子の製造方法、および該回折光学
素子を有する光学系、投影露光装置、半導体デバイス等
の製造方法を提供するものである。 (1)多段階段状パターンを有する素子の製造方法にお
いて、エッチングにより基板上にハードマスクのパター
ンを形成し、該パターンを基準にして前記多段階段状パ
ターンを形成する段階を有し、前記ハードマスクのパタ
ーンを形成する際に、前記ハードマスクのための材料層
と基板との間にエッチングストッパー層を設けて、エッ
チングを行うことを特徴とする素子の製造方法。 (2)光学基板上に多段階段状パターンを有する回折光
学素子を形成する回折光学素子の製造方法において、前
記光学基板上にハードマスクからなるパターンをエッチ
ングにより形成するに際し、前記光学基板と該ハードマ
スクとの間にエッチングストッパー層を設けて前記パタ
ーンをエッチングし、該パターンを基準にして多段階段
状パターンを形成することを特徴とする回折光学素子の
製造方法。 (3)前記エッチングはドライエッチングであることを
特徴とする上記(1)または上記(2)に記載の回折光
学素子の製造方法。 (4)前記エッチングストッパー層が、ハードマスクと
のエッチング選択比の大きい材料によって形成されてい
ることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記
載の回折光学素子の製造方法。 (5)前記エッチングストッパー層が、ハードマスクや
基板とのエッチング選択比の大きい材料によって形成さ
れていることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれ
かに記載の回折光学素子の製造方法。 (6)前記エッチングストッパー層が、アルミナで形成
されることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれか
に記載の回折光学素子の製造方法。 (7)前記ハードマスクが、クロム等の金属で形成され
ることを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれかに記
載の回折光学素子の製造方法。 (8)前記ハードマスクが、クロム層と酸化クロム層の
2層構造であることを特徴とする上記(1)〜(6)の
いずれかに記載の回折光学素子の製造方法。 (9)上記(2)〜(8)のいずれかに記載の回折光学
素子の製造方法によって製造されることを特徴とする回
折光学素子。 (10)上記(9)に記載の回折光学素子を有する光学
系。 (11)上記(10)に記載の光学系を有する投影露光
装置。 (12)上記(11)に記載の投影露光装置による露光
工程を含む半導体デバイス等の製造方法。In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing an element such as a diffractive optical element having the following constitutions (1) to (12), and a method for manufacturing the diffractive optical element. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical system, a projection exposure apparatus, a semiconductor device and the like having the same. (1) A method for manufacturing an element having a multi-stepped step pattern, comprising the steps of: forming a pattern of a hard mask on a substrate by etching, and forming the multi-stepped step pattern based on the pattern; A step of forming an etching pattern by forming an etching stopper layer between the material layer for the hard mask and the substrate when forming the pattern. (2) In the method of manufacturing a diffractive optical element having a multi-staged stepped pattern on an optical substrate, when forming a pattern comprising a hard mask on the optical substrate by etching, the optical substrate and the hard A method for manufacturing a diffractive optical element, comprising: providing an etching stopper layer between the mask and a mask; etching the pattern; and forming a multi-step pattern based on the pattern. (3) The method of manufacturing a diffractive optical element according to (1) or (2), wherein the etching is dry etching. (4) The method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of (1) to (3), wherein the etching stopper layer is formed of a material having a high etching selectivity with a hard mask. (5) The method of manufacturing a diffractive optical element according to any one of (1) to (3), wherein the etching stopper layer is formed of a material having a high etching selectivity with a hard mask or a substrate. Method. (6) The method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of (1) to (3), wherein the etching stopper layer is formed of alumina. (7) The method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of (1) to (6), wherein the hard mask is formed of a metal such as chromium. (8) The method of manufacturing a diffractive optical element according to any one of (1) to (6), wherein the hard mask has a two-layer structure of a chromium layer and a chromium oxide layer. (9) A diffractive optical element manufactured by the method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of the above (2) to (8). (10) An optical system having the diffractive optical element according to (9). (11) A projection exposure apparatus having the optical system according to (10). (12) A method for manufacturing a semiconductor device or the like including an exposure step using the projection exposure apparatus according to (11).
【0008】なお、上記構成において、パターン形成の
ための露光光は、紫外、遠紫外や真空紫外等の光に限ら
ず、電子ビーム、イオンビームやX線を用いたり、又は
その他の露光技術を使用してもよく、回折光学素子基板
としては、石英などの酸化物、弗化カルシウムなどの弗
化物や、光学ガラスなどの他の材料を用いてもよい。ま
た、上記構成に係わるエッチングストッパー層の成膜方
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、
又はその他の成膜方法を使用してもよい。また、上記構
成においては、エッチングストッパー層の条件として、
ハードマスクをエッチングする際に、ハードマスクとの
エッチング選択比が大きいこと、エッチングストッパー
層を除去する際に、ハードマスクや基板とのエッチング
選択比の大きいこと等を挙げ、上記したようにその一つ
としてアルミナを挙げたが、それは必ずしもアルミナに
限られず、その他の酸化物や弗化物や窒化シリコン等の
窒化物やその他の材料を使用してもよい。また、上記構
成においては、ハードマスクの材料として、クロム等の
金属や酸化クロムとクロムの2層膜を挙げたが、その他
の材料を使用してもよい。In the above structure, the exposure light for forming a pattern is not limited to light such as ultraviolet light, far ultraviolet light, or vacuum ultraviolet light, but may be an electron beam, an ion beam, X-rays, or any other exposure technology. Oxides such as quartz, fluorides such as calcium fluoride, and other materials such as optical glass may be used as the diffractive optical element substrate. In addition, the method for forming the etching stopper layer according to the above configuration includes a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion beam sputtering method, an ion plating method, a CVD method,
Alternatively, another film formation method may be used. In the above configuration, the condition of the etching stopper layer is as follows:
When the hard mask is etched, the etching selectivity with the hard mask is large, and when the etching stopper layer is removed, the etching selectivity with the hard mask and the substrate is large. Although alumina is mentioned as an example, it is not necessarily limited to alumina, and other oxides, nitrides such as fluorides and silicon nitrides, and other materials may be used. Further, in the above configuration, as the material of the hard mask, a metal such as chromium, or a two-layer film of chromium oxide and chromium has been described, but other materials may be used.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、
上記した構成を用いることにより、ハードマスクのオー
バーエッチングによって下地の光学基板がエッチングさ
れることを防止することができ、光学性能の良好な高精
度の回折光学素子の製造方法、および該回折光学素子を
有する光学系、投影露光装置、半導体デバイス等の製造
方法を実現することができる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In an embodiment of the present invention,
By using the above-described configuration, it is possible to prevent the underlying optical substrate from being etched by over-etching of the hard mask, a method of manufacturing a high-precision diffractive optical element having good optical performance, and the diffractive optical element , A method of manufacturing a projection exposure apparatus, a semiconductor device, etc.
【0010】[0010]
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 [実施例1]図1〜図3に、実施例1の回折光学素子の
製造工程の断面図を示す。本実施例の製造工程において
は、まず、図1(a)に示す石英基板1上に、図1
(b)の工程においてエッチングストッパー層としてア
ルミナ膜2を例えばスパッタリング法により、100n
mの厚さに形成する。エッチングストッパー層の厚さ
は、エッチングストッパー層の材料、エッチング条件、
基板材料等に応じて適宣最適な値を選択すればよい。図
1(c)の工程において、アルミナ膜2上に、例えばス
パッタリング法によりハードマスク3としてクロム膜を
80nmの厚さに成膜し、更にクロム膜上にパターニン
グ解像力向上のため酸化クロム膜を20nmの厚さに形
成する。また、図1(d)の工程において、石英基板1
のハードマスク3上にポジレジストを滴下し、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4を形成する。Embodiments of the present invention will be described below. [Embodiment 1] FIGS. 1 to 3 are sectional views showing the steps of manufacturing the diffractive optical element of Embodiment 1. FIG. In the manufacturing process of this embodiment, first, the quartz substrate 1 shown in FIG.
In the step (b), the alumina film 2 is formed as an etching stopper layer by sputtering, for example, for 100 n.
m. The thickness of the etching stopper layer depends on the material of the etching stopper layer, etching conditions,
An optimal value may be selected according to the substrate material and the like. In the step shown in FIG. 1C, a chromium film having a thickness of 80 nm is formed as a hard mask 3 on the alumina film 2 by, for example, a sputtering method, and a chromium oxide film is further formed on the chromium film to have a patterning resolution of 20 nm. Formed to a thickness of Further, in the step of FIG.
A positive resist is dropped on the hard mask 3 described above, and the resist is made into a thin film of about 1 μm by spin coating, and a baking process is performed to form a resist film 4.
【0011】次に、図1(e)の工程において、図示し
ない露光装置に石英基板1を装着し、ハードマスク3上
に所望のパターンを有するレチクル5を用いて、基準と
なる周期パターンを有する所望のレジスト膜4によるパ
ターンを露光、現像して形成する。図1(f)の工程に
おいて、レジスト膜4によるパターンをマスクとして、
例えば反応性イオンエッチング法により、ハードマスク
3をエッチングする。このとき、ハードマスク3の下層
に位置するアルミナ膜2の表面が露出するまでの時間を
100%とすると、酸化クロム膜及びクロム膜からなる
ハードマスクパターンの側壁形状を矩形にするために2
00%オーバーエッチングする。オーバーエッチングの
割合は、ハードマスクの材料や、エッチング条件等によ
り、適宜選択すればよい。ここで、エッチングストッパ
ー層であるアルミナ膜2の存在によって、ハードマスク
3をオーバーエッチングする際に、石英基板はエッチン
グされないことから石英基板1についてエッチング深さ
エラーが発生しない。よって、高精度の回折光学素子を
製造することができる。また、ハードマスク3について
のオーバーエッチングによりハードマスク3から成るパ
ターンの断面形状は矩形となり、このハードマスク3の
パターンにより、次に示すようにフォトリソグラフィ技
術が自己整合的に行われる。Next, in the step of FIG. 1E, the quartz substrate 1 is mounted on an exposure apparatus (not shown), and a reticle 5 having a desired pattern on the hard mask 3 is used to form a reference periodic pattern. A desired pattern of the resist film 4 is formed by exposing and developing. In the step of FIG. 1F, using the pattern of the resist film 4 as a mask,
For example, the hard mask 3 is etched by a reactive ion etching method. At this time, assuming that the time until the surface of the alumina film 2 located under the hard mask 3 is exposed is 100%, the chrome oxide film and the hard mask pattern made of the chromium film are formed in a rectangular shape in order to make the side wall shape rectangular.
Overetch by 00%. The proportion of over-etching may be appropriately selected depending on the material of the hard mask, etching conditions, and the like. Here, due to the presence of the alumina film 2 serving as an etching stopper layer, when the hard mask 3 is over-etched, the quartz substrate is not etched, so that no etching depth error occurs in the quartz substrate 1. Therefore, a highly accurate diffractive optical element can be manufactured. The cross-sectional shape of the pattern formed of the hard mask 3 becomes rectangular due to the over-etching of the hard mask 3, and the photolithography technique is performed in a self-aligned manner by the pattern of the hard mask 3 as described below.
【0012】図1(g)の工程において、ハードマスク
3で覆われていない部分のアルミナ膜2を例えば水酸化
テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて除去すること
により、ハードマスク3で覆われていない部分の石英基
板1を露出させる。次に、図1(h)の工程において、
ハードマスク3によるパターンをマスクとして、例えば
反応性イオンエッチング法により、石英基板1を61n
mの深さにエッチングし、石英基板1の表面に凹部を形
成する。その後に、ハードマスク3上のレジスト膜4に
よるパターンを酸素アッシング法と剥離液により除去す
ると、図1(i)に示すようになる。図1(j)の工程
において、図1(d)の工程と同様に石英基板1及びハ
ードマスク3上にポジレジスト膜4を塗布する。次に、
図1(k)の工程において、レチクル6を用いて所望の
レジスト膜4によるパターンを形成する。このときのア
ライメント精度は、ハードマスク3のパターン線幅の半
分の値でよい。In the step shown in FIG. 1G, the portion of the alumina film 2 not covered with the hard mask 3 is removed using, for example, an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide to remove the portion of the alumina film 2 not covered with the hard mask 3. The quartz substrate 1 is exposed. Next, in the step of FIG.
Using the pattern formed by the hard mask 3 as a mask, the quartz substrate 1 is
Etching is performed to a depth of m to form a concave portion on the surface of the quartz substrate 1. Thereafter, when the pattern of the resist film 4 on the hard mask 3 is removed by the oxygen ashing method and the stripping solution, the pattern becomes as shown in FIG. In the step of FIG. 1J, a positive resist film 4 is applied on the quartz substrate 1 and the hard mask 3 as in the step of FIG. next,
In the step shown in FIG. 1K, a desired pattern of the resist film 4 is formed using the reticle 6. The alignment accuracy at this time may be a value that is half the pattern line width of the hard mask 3.
【0013】次に、図1(l)の工程において、ハード
マスク3のパターン及びレジスト膜4のパターンをマス
クとして、例えば反応性イオンエッチング法により、石
英基板1を122nmの深さにエッチングする。その後
に、レジスト膜4によるパターンを例えば酸素アッシン
グ法と剥離液を用いて除去すると、図1(m)に示すよ
うになる。続いて、図1(n)の工程において、石英基
板1上にネガレジスト膜7を形成する。Next, in the step shown in FIG. 1 (l), the quartz substrate 1 is etched to a depth of 122 nm by, for example, a reactive ion etching method using the pattern of the hard mask 3 and the pattern of the resist film 4 as a mask. Thereafter, when the pattern of the resist film 4 is removed using, for example, an oxygen ashing method and a stripping solution, the pattern shown in FIG. Subsequently, in the step of FIG. 1 (n), a negative resist film 7 is formed on the quartz substrate 1.
【0014】次に、図1(o)に示すように石英基板1
の背面より露光、現像すると、ハードマスク3のないと
ころのみレジスト膜7によるパターンを残すことができ
る。このとき、ハードマスク3自体がネガレジスト露光
のコンタクトマスクとなるために、完全に正確なアライ
メントを行うことができる。更に、図1(p)の工程に
おいて、ネガレジスト膜7によるパターンをハードベー
クした後、石英基板1上にポジレジスト膜4を形成し、
図2(a)の工程において、レチクル8を用いて露光、
現像を行い、所望のレジスト膜4によるパターンを形成
する。Next, as shown in FIG.
Exposure and development from the back side of the above can leave a pattern of the resist film 7 only in a place where the hard mask 3 is not present. At this time, since the hard mask 3 itself becomes a contact mask for negative resist exposure, completely accurate alignment can be performed. Further, in the step of FIG. 1 (p), after a pattern of the negative resist film 7 is hard baked, a positive resist film 4 is formed on the quartz substrate 1,
In the step of FIG. 2A, exposure using a reticle 8 is performed.
Development is performed to form a desired resist film 4 pattern.
【0015】図2(b)の工程において、レジスト膜
4、7によるパターンに覆われていない部分のハードマ
スク3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。続い
て、図2(c)の工程において、ハードマスク3で覆わ
れていない部分のアルミナ膜2を、図1(g)の工程と
同様に例えば水酸化テトラアンモニウム水溶液でエッチ
ングして除去する。図2(d)の工程において、石英基
板1を例えば反応性イオンエッチング法により、レジス
ト膜4、7によるパターンをマスクとして122nmの
深さにエッチングする。その後に、レジスト膜4、7に
よるパターンを酸素アッシング法と剥離液により除去す
ると、図2(e)に示すようになる。In the step of FIG. 2B, portions of the hard mask 3 which are not covered by the patterns of the resist films 4 and 7 are removed by etching using, for example, a mixed solution of cerium ammonium nitrate, perchloric acid and water. I do. Subsequently, in the step of FIG. 2C, the portion of the alumina film 2 that is not covered with the hard mask 3 is removed by etching with, for example, an aqueous solution of tetraammonium hydroxide similarly to the step of FIG. In the step of FIG. 2D, the quartz substrate 1 is etched to a depth of 122 nm by, for example, a reactive ion etching method using the patterns of the resist films 4 and 7 as a mask. Thereafter, when the patterns formed by the resist films 4 and 7 are removed by the oxygen ashing method and the stripping solution, the pattern becomes as shown in FIG.
【0016】図2(f)の工程において、図1(d)の
工程と同様に石英基板1上にポジレジスト膜4を形成
し、図2(g)の工程において、図1(e)の工程と同
様にレチクル9を用いて露光、現像を行い、所望のレジ
スト膜4によるパターンを形成する。その後に図2
(h)の工程において、レジスト膜4のパターンとハー
ドマスク3をマスクとして、例えば反応性イオンエッチ
ング法により石英基板1を244nmの深さにエッチン
グする。そして、レジスト膜4によるパターンを例えば
酸素アッシング法と剥離液により除去すると、図2
(i)に示すようになる。In the step of FIG. 2F, a positive resist film 4 is formed on the quartz substrate 1 as in the step of FIG. 1D, and in the step of FIG. Exposure and development are performed using the reticle 9 in the same manner as in the process to form a desired resist film 4 pattern. Then Figure 2
In the step (h), using the pattern of the resist film 4 and the hard mask 3 as a mask, the quartz substrate 1 is etched to a depth of 244 nm by, for example, a reactive ion etching method. Then, when the pattern formed by the resist film 4 is removed by, for example, an oxygen ashing method and a stripping solution, FIG.
As shown in (i).
【0017】図2(j)の工程において、石英基板1上
に図1(n)の工程と同様にネガレジスト膜7を塗布
し、図2(k)の工程において、図1(o)の工程と同
様に石英基板1の背面より露光、現像すると、ハードマ
スク3のないところのみレジスト膜7によるパターンを
残すことができる。その後に図2(l)の工程におい
て、図1(p)の工程と同様にネガレジスト膜7による
パターンについてハードベークを行った後、石英基板1
上にポジレジスト膜4を塗布し、図2(m)の工程にお
いて、所望のレチクル10を用いて、露光、現像するこ
とにより、所望のレジスト膜4によるパターンを形成す
る。図2(n)の工程において、レジスト膜4、7によ
るパターンで覆われていない部分のハードマスク3を図
1(f)の工程と同様にして、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。In the step of FIG. 2 (j), a negative resist film 7 is applied on the quartz substrate 1 in the same manner as in the step of FIG. 1 (n), and in the step of FIG. When exposure and development are performed from the back surface of the quartz substrate 1 in the same manner as in the process, a pattern of the resist film 7 can be left only in a portion where the hard mask 3 is not provided. Thereafter, in the step of FIG. 2 (l), hard baking is performed on the pattern of the negative resist film 7 in the same manner as in the step of FIG.
A positive resist film 4 is applied thereon, and in the step of FIG. 2 (m), exposure and development are performed using a desired reticle 10, thereby forming a pattern of the desired resist film 4. In the step of FIG. 2 (n), the hard mask 3 not covered with the pattern by the resist films 4 and 7 is replaced with, for example, cerium ammonium nitrate, perchloric acid and water in the same manner as in the step of FIG. 1 (f). It is removed by etching using a mixed solution.
【0018】続いて、図2(o)の工程において、ハー
ドマスク3で覆われていない部分のアルミナ膜2を図1
(g)と同様にして、例えば水酸化テトラアンモニウム
水溶液を用いてエッチングにより除去する。更に図2
(p)の工程において、レジスト膜4、7で覆われてい
ない部分の石英基板1を例えば反応性イオンエッチング
法により、レジスト膜4、7によるパターンをマスクと
して244nmの深さにエッチングする。その後に、レ
ジスト膜4、7によるパターンを例えば酸素アッシング
法と剥離液により除去すると、図3(a)に示すように
なる。更に、図3(b)の工程において、ハードマスク
3を図1(f)の工程と同じ混合液を用いてエッチング
により除去し、アルミナ膜2を図1(g)の工程と同じ
水溶液を用いてエッチングにより除去すると、図3
(c)に示すように石英基板1上に8段構造の回折光学
素子パターンを有する回折光学素子11を形成すること
ができる。Subsequently, in the step of FIG. 2 (o), the portion of the alumina film 2 not covered with the hard mask 3 is removed as shown in FIG.
In the same manner as in (g), it is removed by etching using, for example, an aqueous solution of tetraammonium hydroxide. FIG. 2
In the step (p), the portion of the quartz substrate 1 not covered with the resist films 4 and 7 is etched to a depth of 244 nm by, for example, a reactive ion etching method using the pattern of the resist films 4 and 7 as a mask. Thereafter, when the patterns formed by the resist films 4 and 7 are removed by, for example, an oxygen ashing method and a stripping solution, the result is as shown in FIG. Further, in the step of FIG. 3B, the hard mask 3 is removed by etching using the same mixed solution as in the step of FIG. 1F, and the alumina film 2 is formed by using the same aqueous solution as in the step of FIG. Fig. 3
As shown in (c), the diffractive optical element 11 having the diffractive optical element pattern of the eight-stage structure can be formed on the quartz substrate 1.
【0019】[実施例2]実施例2として、実施例1の
方法により作製した回折光学素子を、図4に示すような
i線或いはKrF等の紫外線を用いたステッパである半
導体用露光装置に適用した例について述べる。波長λ=
248nmの光源を有する照明系12から出射されたレ
ーザー光はレチクル13を照射し、レチクル13に描か
れたパターンを結像光学系14によりステージ15上の
基板16に1/5の縮小倍率で描画する。この結像光学
系14には、色収差低減と非球面効果を持たせるため
に、実施例1の方法により作製した回折光学素子17が
組み込まれている。なお、この回折光学素子17は、直
径120mmで8段の階段状のBO構造を有しており、
該BO構造は該回折光学素子中心に対して軸対称で輪帯
状であり、該回折光学素子中心から周辺部に向かって該
輪帯状の回折パターンのピッチが小さくなっている。最
外周の階段状周期構造は各段の幅が0.35μm、高さ
は0.061μmから成り、回折格子単位としては、階
段状周期構造のピッチは2.8μm、高さは0.427
μmである。[Embodiment 2] In Embodiment 2, a diffractive optical element manufactured by the method of Embodiment 1 is applied to a semiconductor exposure apparatus which is a stepper using an ultraviolet ray such as i-line or KrF as shown in FIG. An example of application will be described. Wavelength λ =
A laser beam emitted from an illumination system 12 having a light source of 248 nm irradiates a reticle 13, and a pattern drawn on the reticle 13 is drawn on a substrate 16 on a stage 15 by an imaging optical system 14 at a reduction ratio of 1/5. I do. The imaging optical system 14 incorporates a diffractive optical element 17 manufactured by the method of the first embodiment in order to reduce chromatic aberration and provide an aspherical effect. The diffractive optical element 17 has a step-like BO structure having a diameter of 120 mm and eight steps.
The BO structure is annularly symmetrical with respect to the center of the diffractive optical element, and the pitch of the annular diffraction pattern decreases from the center of the diffractive optical element toward the periphery. The outermost step-like periodic structure has a width of each step of 0.35 μm and a height of 0.061 μm. As a diffraction grating unit, the pitch of the step-like periodic structure is 2.8 μm, and the height is 0.427.
μm.
【0020】図5は、ICやLSI等の半導体チップ、
液晶パネル或いはCCD等の半導体デバイスの製造工程
のフローチャー卜図を示している。まず、ステップS1
において半導体デバイスの回路設計を行い、続いてステ
ップS2においてステップS1で設計した回路パターン
をEB描画装置等を用いマスクを作成する。一方、ステ
ップS3において、シリコン等の材料を用いてウェハを
製造する。その後に、前工程と呼ばれるステップS4に
おいて、ステップS2、ステップS3において用意した
マスク及びウェハを用い、マスクを露光装置内にローデ
ィングし、マスクを搬送しマスクチャックにチャッキン
グする。FIG. 5 shows a semiconductor chip such as an IC or LSI,
FIG. 3 is a flowchart of a manufacturing process of a semiconductor device such as a liquid crystal panel or a CCD. First, step S1
In step S2, a circuit design of a semiconductor device is performed, and then, in step S2, a mask is created from the circuit pattern designed in step S1 using an EB drawing apparatus or the like. On the other hand, in step S3, a wafer is manufactured using a material such as silicon. Thereafter, in step S4 called a pre-process, the mask is loaded into an exposure apparatus using the mask and wafer prepared in steps S2 and S3, and the mask is transported and chucked by a mask chuck.
【0021】次に、ウェハをローディングしてアライメ
ントのずれを検出して、ウェハステージを駆動して位置
合わせを行い、アライメントが合致すると露光を行う。
露光の終了後にウェハは次のショットヘステップ移動
し、リソグラフィ技術によってウェハ上に回路を形成す
る。更に、後工程と呼ばれるステップS5において、ス
テップS4によって製造されたウェハを用いてダイシン
グ、ボンディング等のアッセンブリ工程、チップ封入等
のパッケージング工程を経て半導体チップ化する。チッ
プ化された半導体デバイスについて、ステップS6にお
いて動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こ
のような一連の工程を経て半導体デバイスは完成し、ス
テップS7に進み出荷される。Next, the wafer is loaded to detect misalignment, the wafer stage is driven to perform alignment, and exposure is performed when the alignment is matched.
After the exposure is completed, the wafer is stepped to the next shot, and a circuit is formed on the wafer by lithography. Further, in step S5 called a post-process, a semiconductor chip is formed using the wafer manufactured in step S4 through an assembly process such as dicing and bonding and a packaging process such as chip encapsulation. In step S6, inspections such as an operation confirmation test and a durability test are performed on the chipped semiconductor device. The semiconductor device is completed through such a series of steps, and the process proceeds to step S7 to be shipped.
【0022】図6は、図5におけるステップS4におい
てウェハプロセスの詳細な製造工程のフローチャート図
を示している。先ず、ステップS11においてウェハ表
面を酸化させる。続いて、ステップS12においてウェ
ハ表面にCVD法により絶縁膜を形成し、ステップS1
3において電極を蒸着法により形成する。更に、ステッ
プS14に進みウェハにイオンを打込み、続いてステッ
プS15においてウェハ上にレジストを塗布する。ステ
ップS16では、半導体露光装置によりマスクの回路パ
ターンをウェハ上のレジスト上に焼付ける。ステップS
17において、ステップS16において露光したウェハ
上のレジストを現像する。更に、ステップS18でステ
ップS17において現像したレジスト像以外の部分をエ
ッチングする。その後に、ステップS19においてエッ
チングが済んで不要となったレジストを剥離する。更
に、これらの一連の工程を繰り返し行うことにより、ウ
ェハ上に多重の回路パターンを形成することができる。FIG. 6 is a flowchart showing a detailed manufacturing process of the wafer process in step S4 in FIG. First, in step S11, the wafer surface is oxidized. Subsequently, in step S12, an insulating film is formed on the wafer surface by the CVD method, and in step S1
In 3, an electrode is formed by a vapor deposition method. Further, the process proceeds to step S14, in which ions are implanted into the wafer, and subsequently, in step S15, a resist is applied on the wafer. In step S16, the circuit pattern of the mask is printed on the resist on the wafer by the semiconductor exposure apparatus. Step S
At 17, the resist on the wafer exposed in step S16 is developed. Further, in step S18, portions other than the resist image developed in step S17 are etched. Thereafter, in step S19, the unnecessary resist after the etching is removed. Further, by repeating these series of steps, multiple circuit patterns can be formed on the wafer.
【0023】この製造方法を用いれば、ステップS16
においてウェハ面は各種の光学的収差の補正された均一
な照明光により照射されるので、従来は製造が困難であ
った高集積度の半導体デバイスを容易かつ確実に製造す
ることができる。If this manufacturing method is used, step S16
In this case, since the wafer surface is irradiated with uniform illumination light having various optical aberrations corrected, it is possible to easily and reliably manufacture a highly integrated semiconductor device which has been conventionally difficult to manufacture.
【0024】[0024]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、光学基板上にハードマスクからなるパターンをエッ
チングにより形成するに際し、前記光学基板と該ハード
マスクとの間にエッチングストッパー層を設けて、多段
階段状パターンを有する回折光学素子を形成するように
構成することで、ハードマスクをエッチングする際にオ
ーバーエッチングしても、光学基板についてエッチング
深さエラーが発生しないことから、高性能な回折光学素
子を製造することができる。As described above, according to the present invention, when a pattern comprising a hard mask is formed on an optical substrate by etching, an etching stopper layer is provided between the optical substrate and the hard mask. Therefore, by forming a diffractive optical element having a multi-stage stepped pattern, even if over-etching when etching the hard mask, the etching depth error does not occur for the optical substrate, high performance A diffractive optical element can be manufactured.
【図1】本発明の実施例1における回折光学素子製造方
法の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a diffractive optical element according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例1における回折光学素子製造方
法の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a diffractive optical element in Embodiment 1 of the present invention.
【図3】本発明の実施例1における回折光学素子製造方
法の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a diffractive optical element in Embodiment 1 of the present invention.
【図4】本発明の実施例2における半導体露光装置の構
成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a semiconductor exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の実施例2における半導体デバイスの製
造工程のフローチャート図である。FIG. 5 is a flowchart of a semiconductor device manufacturing process according to a second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施例2におけるウェハプロセスのフ
ローチャート図である。FIG. 6 is a flowchart of a wafer process in Embodiment 2 of the present invention.
1:石英基板 2:アルミナ膜 3:クロム膜 4:ポジレジスト膜 5、6、8、9、10:レチクル 7:ネガレジスト膜 11、17:回折光学素子 12:照明系 13:レチクル 14:結像光学系 15:ステージ 16:基板 1: quartz substrate 2: alumina film 3: chromium film 4: positive resist film 5, 6, 8, 9, 10: reticle 7: negative resist film 11, 17: diffractive optical element 12: illumination system 13: reticle 14: connection Image optical system 15: Stage 16: Substrate
Claims (12)
法において、 エッチングにより基板上にハードマスクのパターンを形
成し、該パターンを基準にして前記多段階段状パターン
を形成する段階を有し、前記ハードマスクのパターンを
形成する際に、前記ハードマスクのための材料層と基板
との間にエッチングストッパー層を設けて、エッチング
を行うことを特徴とする素子の製造方法。1. A method of manufacturing a device having a multi-stepped pattern, comprising: forming a pattern of a hard mask on a substrate by etching; and forming the multi-stepped pattern based on the pattern. A method for manufacturing a device, comprising: forming an etching stopper layer between a material layer for a hard mask and a substrate when forming a pattern of the hard mask; and performing etching.
回折光学素子を形成する回折光学素子の製造方法におい
て、 前記光学基板上にハードマスクからなるパターンをエッ
チングにより形成するに際し、前記光学基板と該ハード
マスクとの間にエッチングストッパー層を設けて前記パ
ターンをエッチングし、該パターンを基準にして多段階
段状パターンを形成することを特徴とする回折光学素子
の製造方法。2. A method of manufacturing a diffractive optical element having a multi-stage stepped pattern on an optical substrate, the method comprising: forming a pattern formed of a hard mask on the optical substrate by etching; A method for manufacturing a diffractive optical element, characterized in that an etching stopper layer is provided between the hard mask and the pattern, and the pattern is etched to form a multi-step pattern based on the pattern.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回折
光学素子の製造方法。3. The method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 1, wherein said etching is dry etching.
スクとのエッチング選択比の大きい材料によって形成さ
れていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項
に記載の回折光学素子の製造方法。4. The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 1, wherein said etching stopper layer is formed of a material having a high etching selectivity with respect to a hard mask. .
スクや基板とのエッチング選択比の大きい材料によって
形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれ
か1項に記載の回折光学素子の製造方法。5. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the etching stopper layer is formed of a material having a high etching selectivity with a hard mask or a substrate. Production method.
で形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか
1項に記載の回折光学素子の製造方法。6. The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 1, wherein said etching stopper layer is formed of alumina.
成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項
に記載の回折光学素子の製造方法。7. The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 1, wherein said hard mask is formed of a metal such as chromium.
ム層の2層構造であることを特徴とする請求項1〜6の
いずれか1項に記載の回折光学素子の製造方法。8. The method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 1, wherein said hard mask has a two-layer structure of a chromium layer and a chromium oxide layer.
光学素子の製造方法によって製造されることを特徴とす
る回折光学素子。9. A diffractive optical element manufactured by the method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 2. Description:
光学系。10. An optical system having the diffractive optical element according to claim 9.
露光装置。11. A projection exposure apparatus having the optical system according to claim 10.
露光工程を含む半導体デバイス等の製造方法。12. A method for manufacturing a semiconductor device or the like including an exposure step using the projection exposure apparatus according to claim 11.
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---|---|---|---|
JP2000102465A JP2001290015A (en) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | Method for manufacturing device such as diffraction optical device and method for manufacturing optical system, projection exposure device, semiconductor device or the like having that diffraction optical device |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021530736A (en) * | 2018-07-13 | 2021-11-11 | バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド | Systems and methods for optimally forming a grid of diffractive optics |
US11402649B2 (en) | 2018-07-13 | 2022-08-02 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | System and method for optimally forming gratings of diffracted optical elements |
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WO2023136892A1 (en) * | 2022-01-13 | 2023-07-20 | Google Llc | Waveguide including an optical grating with reduced contamination and methods of production thereof |
-
2000
- 2000-04-04 JP JP2000102465A patent/JP2001290015A/en active Pending
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