JPH0643311A - 回折光学素子及びその製造方法 - Google Patents
回折光学素子及びその製造方法Info
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- JPH0643311A JPH0643311A JP4195584A JP19558492A JPH0643311A JP H0643311 A JPH0643311 A JP H0643311A JP 4195584 A JP4195584 A JP 4195584A JP 19558492 A JP19558492 A JP 19558492A JP H0643311 A JPH0643311 A JP H0643311A
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- JP
- Japan
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- film
- etching
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- refractive index
- substrate
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Abstract
(57)【要約】
【目的】容易に深さ方向の加工精度を確保でき、光の利
用率の高い、回折光学素子の製造方法を提供する。 【構成】複数の物質から構成された、所定の波長の光に
対し屈折率がほぼ等しい多層膜を有する基板を用い、上
から順に一番表層にでている物質を高速にエッチングす
るがその下の層の物質のエッチング速度がきわめて遅
く、方向性と選択性を持つエッチング方法で所定の部分
の多層膜を除去加工する。
用率の高い、回折光学素子の製造方法を提供する。 【構成】複数の物質から構成された、所定の波長の光に
対し屈折率がほぼ等しい多層膜を有する基板を用い、上
から順に一番表層にでている物質を高速にエッチングす
るがその下の層の物質のエッチング速度がきわめて遅
く、方向性と選択性を持つエッチング方法で所定の部分
の多層膜を除去加工する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、製造が容易で、かつ、
性能検査や性能評価が容易な、階段状の段さにより位相
差を得る回折光学素子及びその製造方法に関するもので
ある。
性能検査や性能評価が容易な、階段状の段さにより位相
差を得る回折光学素子及びその製造方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年、基板表面をエッチング等の加工に
より階段状に加工し、その段さにより生じる透過光の位
相差を利用した回折により色収差が通常の凸レンズの逆
である集光素子等が形成されている（日経サイエンス、
１９９２年７月号ｐ８２−ｐ８９、日経サイエンス社発
行）。これら光学素子は、光学素子を作製する基板上に
電子ビーム露光法等により所定のレジストパタンを形成
し、このレジストパタンをマスクとして所定の深さまで
基板をエッチングすることにより段さを得ている。
より階段状に加工し、その段さにより生じる透過光の位
相差を利用した回折により色収差が通常の凸レンズの逆
である集光素子等が形成されている（日経サイエンス、
１９９２年７月号ｐ８２−ｐ８９、日経サイエンス社発
行）。これら光学素子は、光学素子を作製する基板上に
電子ビーム露光法等により所定のレジストパタンを形成
し、このレジストパタンをマスクとして所定の深さまで
基板をエッチングすることにより段さを得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これら光学素子の性能
は段さの数に依存する場合があり、数多くの段さを高精
度に形成することは容易ではない。特に大面積にわたり
高精度に一定の深さに加工することは、近年進歩が著し
いＬＳＩ等の半導体集積回路の形成に用いられる反応性
イオンエッチングを用いても困難である。本発明は、こ
れら問題点を解決するためになされたものであり、容易
に深さ方向の加工精度を確保できる回折光学素子の製造
方法を提供することを目的としている。
は段さの数に依存する場合があり、数多くの段さを高精
度に形成することは容易ではない。特に大面積にわたり
高精度に一定の深さに加工することは、近年進歩が著し
いＬＳＩ等の半導体集積回路の形成に用いられる反応性
イオンエッチングを用いても困難である。本発明は、こ
れら問題点を解決するためになされたものであり、容易
に深さ方向の加工精度を確保できる回折光学素子の製造
方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の回折光学素子の製造方法では、複数の物質
から構成された、所定の波長の光に対し屈折率がほぼ等
しい多層膜を有する基板を用い、上から順に一番表層に
でている物質を高速にエッチングするがその下の層の物
質のエッチング速度がきわめて遅く、かつ、方向性と選
択性を持つエッチング方法で所定の部分の多層膜を除去
加工することを特徴とする。
に、本発明の回折光学素子の製造方法では、複数の物質
から構成された、所定の波長の光に対し屈折率がほぼ等
しい多層膜を有する基板を用い、上から順に一番表層に
でている物質を高速にエッチングするがその下の層の物
質のエッチング速度がきわめて遅く、かつ、方向性と選
択性を持つエッチング方法で所定の部分の多層膜を除去
加工することを特徴とする。
【０００５】また、本発明の光学回折素子では、一つの
層と隣接する層とでは異なる物質を有する、所定の波長
の光に対し屈折率がほぼ等しい複数の物質からなる多層
膜を有することを特徴としている。
層と隣接する層とでは異なる物質を有する、所定の波長
の光に対し屈折率がほぼ等しい複数の物質からなる多層
膜を有することを特徴としている。
【０００６】
【作用】上層膜物質をエッチングする際のストッパーと
なり、かつ上層膜物質と所定の波長の光に対する屈折率
は等しいが、上層膜とは異なる物質を含む物質の膜を下
層となるようにするため、例えばある物質を上層膜とし
て用い、この上層膜の屈折率より、低屈折率となる物質
と高屈折率となる物質の混合膜を下層膜として利用す
る。そして、この膜物質の選択は、上層膜の物質をエッ
チングする際にそのエッチング方法に対して下層膜の物
質がエッチングされにくいという、選択性を有するよう
にする。このようにすることにより、エッチングに際し
てエッチング面が下層膜に達した際に、下層膜のエッチ
ングが遅いこと、また、上層膜の物質と異なる物質がエ
ッチング雰囲気に混入するので、その混入を検出できる
ことにより、エッチングの終点を検出でき、したがっ
て、高精度な深さ方向の加工が達成できる。また、各膜
の屈折率が等しいため、各膜の屈折率の差により生じる
反射の影響を防止できるので光の利用率の高い光学素子
を実現できる。
なり、かつ上層膜物質と所定の波長の光に対する屈折率
は等しいが、上層膜とは異なる物質を含む物質の膜を下
層となるようにするため、例えばある物質を上層膜とし
て用い、この上層膜の屈折率より、低屈折率となる物質
と高屈折率となる物質の混合膜を下層膜として利用す
る。そして、この膜物質の選択は、上層膜の物質をエッ
チングする際にそのエッチング方法に対して下層膜の物
質がエッチングされにくいという、選択性を有するよう
にする。このようにすることにより、エッチングに際し
てエッチング面が下層膜に達した際に、下層膜のエッチ
ングが遅いこと、また、上層膜の物質と異なる物質がエ
ッチング雰囲気に混入するので、その混入を検出できる
ことにより、エッチングの終点を検出でき、したがっ
て、高精度な深さ方向の加工が達成できる。また、各膜
の屈折率が等しいため、各膜の屈折率の差により生じる
反射の影響を防止できるので光の利用率の高い光学素子
を実現できる。
【０００７】
【実施例】図２は本発明の実施例の工程を示す図であ
り、図２（ａ）で、１は例えば石英基板であり、２は、
最上層の第１の膜で例えばＳｉ−Ｎであり、３は第２の
膜で例えばＳｉＯ2とＴｉ−Ｏの混合物であり、その混
合比は例えばＨｅ−Ｎｅレーザ６３３ｎｍの光に対する
第１の膜であるＳｉ−Ｎの屈折率と第２の膜の屈折率が
等しくなる値とした。４は例えば第１の膜と同じ物質の
第３の膜であり、５は同様に第２の膜と同じ物質で構成
した。 これら膜の形成方法について、低温で緻密な膜
が形成できるＥＣＲプラズマ膜形成法を利用した場合を
例に、以下説明する。Ｓｉ−Ｎ膜はシラン系ガスと窒素
ガスを用いることにより形成した。膜厚は、９０度の位
相が生じる厚さ等あらかじめ必要とする光学特性実現に
必要な厚さとする。ｎ段さで形成する場合、例えば各薄
膜において光の位相差が３６０／ｎ度生じる厚さとすれ
ばよい。形成時の膜厚は、光学的に測定しながら形成す
れば正確にできる。膜形成においては、基板全面に形成
するため、膜厚測定のための光学的な被測定面積を大き
くできるので、通常の光学薄膜素子を形成する場合と同
じ方法が利用できる。本実施例では形成する第２ないし
第４の薄膜をＳｉ−Ｎの屈折率に合わせて設定してお
り、また、基板を石英としているため、基板と薄膜の屈
折率がそれぞれ２．０，１．６と異なっているため容易
に従来の手法を利用できる。しかしながら、基板と薄膜
界面における反射を小さくするため、基板と薄膜の屈折
率を所定の波長の光でほぼ同じにする場合には、物質が
異なることによる光学特性の差を利用し、屈折率が同じ
になるように設定した前記所定の波長の光以外の波長の
光を用いて光学的な測定をすればよく、例えば回折等を
利用すればよい。
り、図２（ａ）で、１は例えば石英基板であり、２は、
最上層の第１の膜で例えばＳｉ−Ｎであり、３は第２の
膜で例えばＳｉＯ2とＴｉ−Ｏの混合物であり、その混
合比は例えばＨｅ−Ｎｅレーザ６３３ｎｍの光に対する
第１の膜であるＳｉ−Ｎの屈折率と第２の膜の屈折率が
等しくなる値とした。４は例えば第１の膜と同じ物質の
第３の膜であり、５は同様に第２の膜と同じ物質で構成
した。 これら膜の形成方法について、低温で緻密な膜
が形成できるＥＣＲプラズマ膜形成法を利用した場合を
例に、以下説明する。Ｓｉ−Ｎ膜はシラン系ガスと窒素
ガスを用いることにより形成した。膜厚は、９０度の位
相が生じる厚さ等あらかじめ必要とする光学特性実現に
必要な厚さとする。ｎ段さで形成する場合、例えば各薄
膜において光の位相差が３６０／ｎ度生じる厚さとすれ
ばよい。形成時の膜厚は、光学的に測定しながら形成す
れば正確にできる。膜形成においては、基板全面に形成
するため、膜厚測定のための光学的な被測定面積を大き
くできるので、通常の光学薄膜素子を形成する場合と同
じ方法が利用できる。本実施例では形成する第２ないし
第４の薄膜をＳｉ−Ｎの屈折率に合わせて設定してお
り、また、基板を石英としているため、基板と薄膜の屈
折率がそれぞれ２．０，１．６と異なっているため容易
に従来の手法を利用できる。しかしながら、基板と薄膜
界面における反射を小さくするため、基板と薄膜の屈折
率を所定の波長の光でほぼ同じにする場合には、物質が
異なることによる光学特性の差を利用し、屈折率が同じ
になるように設定した前記所定の波長の光以外の波長の
光を用いて光学的な測定をすればよく、例えば回折等を
利用すればよい。
【０００８】次にＳｉＯ2とＴｉ−Ｏ混合膜の形成を説
明する。この場合は、シラン系ガスと酸素ガスと塩化チ
タンを原料ガスとして用いれば良い。塩化チタンは常温
では、蒸気圧が低いので場合によっては加熱して膜形成
装置に導入すればよい。ＥＣＲ膜形成装置は、膜形成の
雰囲気を１０-2Ｐａ程度のガス圧で行えるので、この程
度のガス圧になるよう原料となる塩化チタンを導入する
には、原料の加熱温度はそれほど高くなくてすむ。した
がって、容易に混合酸化物膜を形成できる。屈折率は、
シラン系ガスと塩化チタンガスの混合比によりＳｉＯ2
の屈折率１．６からＴｉ−Ｏの２．５まで変化する。所
定の波長の光に対する屈折率がＳｉ−Ｎのそれと等しく
なるガス混合比、酸素ガス分圧、酸素ガス流量、投入マ
イクロ波パワー等の形成条件を見いだしておき、その条
件を実際の薄膜形成時に用いれば良い。薄膜形成時の膜
厚は上記と同様にして正確に設定できる。
明する。この場合は、シラン系ガスと酸素ガスと塩化チ
タンを原料ガスとして用いれば良い。塩化チタンは常温
では、蒸気圧が低いので場合によっては加熱して膜形成
装置に導入すればよい。ＥＣＲ膜形成装置は、膜形成の
雰囲気を１０-2Ｐａ程度のガス圧で行えるので、この程
度のガス圧になるよう原料となる塩化チタンを導入する
には、原料の加熱温度はそれほど高くなくてすむ。した
がって、容易に混合酸化物膜を形成できる。屈折率は、
シラン系ガスと塩化チタンガスの混合比によりＳｉＯ2
の屈折率１．６からＴｉ−Ｏの２．５まで変化する。所
定の波長の光に対する屈折率がＳｉ−Ｎのそれと等しく
なるガス混合比、酸素ガス分圧、酸素ガス流量、投入マ
イクロ波パワー等の形成条件を見いだしておき、その条
件を実際の薄膜形成時に用いれば良い。薄膜形成時の膜
厚は上記と同様にして正確に設定できる。
【０００９】次に段差の形成について説明する。図２
（ｂ）に示すように通常の光リソグラフィによりレジス
トパタン６を形成する。ＳｉＯ2 とＴｉ−Ｏの混合膜は
例えば塩素ガスとメタンの混合ガスによるＥＣＲプラズ
マ流エッチングにより行う。このときプラズマの発光を
分析しＳｉ−Ｎがエッチングされることにより雰囲気中
に放出されるの窒素の発光を検出したときに、停止すれ
ば高精度な加工ができる。また、窒素の発光を検出した
ときに、エッチングは遅くなるがより選択性の高いガス
やプラズマ生成条件に変えてエッチングを所定量行うこ
とにより、エッチング時におけるエッチング速度の基板
内における不均一を吸収してより高精度な深さ加工が図
２の（ｃ）のようにできる。エッチングガスとして塩素
とメタンの混合ガスを例として説明したが、選択性がと
れればフッ化炭素ガスでもかまわない。Ｓｉ−Ｎと酸化
物との選択性は炭素化合物のわずかな析出を伴うエッチ
ング雰囲気で行えば、酸化物では酸化物の酸素と炭素が
反応して揮発することにより酸化物のエッチングは進む
がＳｉ−Ｎではこの反応が生じないのでエッチング速度
が遅くなるなどの機構が報告されているが、他の機構に
基づく選択性エッチングでもかまわないことはもちろん
である。
（ｂ）に示すように通常の光リソグラフィによりレジス
トパタン６を形成する。ＳｉＯ2 とＴｉ−Ｏの混合膜は
例えば塩素ガスとメタンの混合ガスによるＥＣＲプラズ
マ流エッチングにより行う。このときプラズマの発光を
分析しＳｉ−Ｎがエッチングされることにより雰囲気中
に放出されるの窒素の発光を検出したときに、停止すれ
ば高精度な加工ができる。また、窒素の発光を検出した
ときに、エッチングは遅くなるがより選択性の高いガス
やプラズマ生成条件に変えてエッチングを所定量行うこ
とにより、エッチング時におけるエッチング速度の基板
内における不均一を吸収してより高精度な深さ加工が図
２の（ｃ）のようにできる。エッチングガスとして塩素
とメタンの混合ガスを例として説明したが、選択性がと
れればフッ化炭素ガスでもかまわない。Ｓｉ−Ｎと酸化
物との選択性は炭素化合物のわずかな析出を伴うエッチ
ング雰囲気で行えば、酸化物では酸化物の酸素と炭素が
反応して揮発することにより酸化物のエッチングは進む
がＳｉ−Ｎではこの反応が生じないのでエッチング速度
が遅くなるなどの機構が報告されているが、他の機構に
基づく選択性エッチングでもかまわないことはもちろん
である。
【００１０】次に、レジストパタン６を除去して図３の
（ａ）を得る。基板全体にレジストを塗布し（図３
（ｂ））、所定のパタンに露光してレジストを現像して
図３（ｃ）のようなパタンを得る。次にこのパタンを利
用してＳｉ−Ｎ膜をエッチングする。この場合もＥＣＲ
プラズマ流エッチングを利用すれば良い。エッチングガ
スとしては、ＣＢｒＦ3 のようなガスでもよく、Ｓｉ−
Ｎを速くエッチングし、ＳｉＯ2 とＴｉ−Ｏ混合膜を遅
くエッチングするものであれば良い。特にチタンと化合
しても揮発性が高くない物質を形成するものを含むガス
なら使えると考えられる。このエッチングにおいては、
プラズマ中のチタンの発光を検出した段階でエッチング
を停止するなど上述したように行えば深さ方向に高精度
な加工ができる。
（ａ）を得る。基板全体にレジストを塗布し（図３
（ｂ））、所定のパタンに露光してレジストを現像して
図３（ｃ）のようなパタンを得る。次にこのパタンを利
用してＳｉ−Ｎ膜をエッチングする。この場合もＥＣＲ
プラズマ流エッチングを利用すれば良い。エッチングガ
スとしては、ＣＢｒＦ3 のようなガスでもよく、Ｓｉ−
Ｎを速くエッチングし、ＳｉＯ2 とＴｉ−Ｏ混合膜を遅
くエッチングするものであれば良い。特にチタンと化合
しても揮発性が高くない物質を形成するものを含むガス
なら使えると考えられる。このエッチングにおいては、
プラズマ中のチタンの発光を検出した段階でエッチング
を停止するなど上述したように行えば深さ方向に高精度
な加工ができる。
【００１１】同様な工程を図４のように行えば図１に示
すような段差を持った回折光学素子を構成できる。上記
においてＳｉ−Ｎの利用により説明したがＳｉ−Ｏ−Ｎ
を利用して、より屈折率の低いところで２種の膜を形成
しても良い。基板との屈折率差を考慮して適宜選択すれ
ば薄膜と基板との屈折率差による反射を小さくできる。
また、ＳｉＯ2 とＴｉ−Ｏとの混合酸化物膜の利用に
より説明したがＴｉ−Ｏの変わりに酸化タンタル、酸化
ニオブを利用しても、どちらの金属元素も塩素、フッ素
化物の揮発性が高いので同様に低温でＥＣＲプラズマ流
エッチングで加工できる。
すような段差を持った回折光学素子を構成できる。上記
においてＳｉ−Ｎの利用により説明したがＳｉ−Ｏ−Ｎ
を利用して、より屈折率の低いところで２種の膜を形成
しても良い。基板との屈折率差を考慮して適宜選択すれ
ば薄膜と基板との屈折率差による反射を小さくできる。
また、ＳｉＯ2 とＴｉ−Ｏとの混合酸化物膜の利用に
より説明したがＴｉ−Ｏの変わりに酸化タンタル、酸化
ニオブを利用しても、どちらの金属元素も塩素、フッ素
化物の揮発性が高いので同様に低温でＥＣＲプラズマ流
エッチングで加工できる。
【００１２】また、上記においては多層膜を４層構造で
説明したが段さを３個にするならば図５に示すように３
層の多層膜で構成できることはいうまでもない。基板と
多層膜との選択エッチング性を確保しやすくするために
４層にした例を説明した。また、石英基板を利用して、
多層膜を屈折率２で構成すると、基板と多層膜界面で屈
折率の差により反射が生じるが、この反射を防止するた
めに、一番下層の多層膜５と基板との間に屈折率差によ
る反射を防止する反射防止多層膜７を図６に示す様に形
成してもよい。
説明したが段さを３個にするならば図５に示すように３
層の多層膜で構成できることはいうまでもない。基板と
多層膜との選択エッチング性を確保しやすくするために
４層にした例を説明した。また、石英基板を利用して、
多層膜を屈折率２で構成すると、基板と多層膜界面で屈
折率の差により反射が生じるが、この反射を防止するた
めに、一番下層の多層膜５と基板との間に屈折率差によ
る反射を防止する反射防止多層膜７を図６に示す様に形
成してもよい。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば高精度に深さを制御した
多段さを容易に形成できるので、高性能な回折光学素子
を容易に形成できるという利点がある。また、本回折光
学素子は、屈折率を同一としている波長以外の光を用い
ることにより各層の膜厚分布等容易に検査できるという
利点がある。
多段さを容易に形成できるので、高性能な回折光学素子
を容易に形成できるという利点がある。また、本回折光
学素子は、屈折率を同一としている波長以外の光を用い
ることにより各層の膜厚分布等容易に検査できるという
利点がある。
【図１】本発明を適用した光学回折素子の一例
【図２】本発明の製造方法を説明する工程概要図
【図３】本発明の製造方法を説明する工程概要図
【図４】本発明の製造方法を説明する工程概要図
【図５】本発明を適用した光学回折素子の一例
【図６】本発明を適用した光学回折素子の一例
１ 基板 ２ 最上層の第１の膜 ３ 第２の膜 ４ 第１の膜と同じ物質の第３の膜 ５ 第２の膜と同じ物質の第４の膜 ６ レジストパタン ７ 反射防止多層膜
Claims (2)
- 【請求項１】所定の波長の光に対し屈折率がほぼ等しい
複数の物質からなる多層膜を有し、前記多層膜は、一つ
の層と隣接する層とでは異なる物質を有することを特徴
とする回折光学素子。 - 【請求項２】所定の波長の光に対し屈折率がほぼ等しい
複数の物質からなる多層膜を有し、前記多層膜の内、隣
接した２層における上の層と下の層とでは異なる物質構
成を有する基板を用い、前記多層膜の上の層を方向性エ
ッチングとリソグラフィ工程により所定のパタン状にエ
ッチングする際に、上の層のエッチング速度が下の層の
エッチング速度より速いエッチング方法を選択し、ま
た、前記エッチング方法を選択可能な物質構成に前記上
の層と下の層の物質構成を選択することを特徴とする回
折光学素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4195584A JPH0643311A (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | 回折光学素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4195584A JPH0643311A (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | 回折光学素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0643311A true JPH0643311A (ja) | 1994-02-18 |
Family
ID=16343575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4195584A Pending JPH0643311A (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | 回折光学素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0643311A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2018026412A1 (en) * | 2016-08-02 | 2018-02-08 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Naval Research Laboratory | Fabrication method for digital etching of nanometer-scale level structures |
| KR20190019029A (ko) * | 2017-08-16 | 2019-02-26 | 루멘텀 오퍼레이션즈 엘엘씨 | 다중-레벨의 회절 광학 소자 박막 코팅 |
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-
1992
- 1992-07-22 JP JP4195584A patent/JPH0643311A/ja active Pending
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