JPH0815512A - ゾーンプレート製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゾーンプレートの性能を低下させることな
く、従来に比べて加工（描画）時間を短縮し得るゾーン
プレートの製造装置を提供する。 【構成】 回転中の被加工物を集光光束により加工処理
するゾーンプレート製造装置において、ゾーンプレート
の同心円状パターンに応じた円環状処理領域内で、前記
回転の半径方向の端部近傍では集光光束径を小さくし、
その他の部分では集光光束径がそれより大きくなるよう
に、集光光束径の調整を行うゾーンプレート製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、同心円状のパターンを
有する回折光学素子としてのゾーンプレートの製造装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回折光学素子のうち同心円状のパターン
を有する素子（以下、ゾーンプレートという）は、基板
上の中心部から所定の半径と幅（半径方向の幅）を有す
る円環状のパターンが形成されている。一例としては、
フレネルゾーンプレート等が知られているが、透過型の
ものにあっては、光透過性の基板上に光透過輪帯部と不
透過輪帯部とを同心円状に交互に形成したものが一般的
である。また、透過型のゾーンプレートのパターンの構
成としては、互いに光透過性（屈折率又は透過距離等）
の異なる部分を同心円状に設けたものも知られている。

【０００３】このようなゾーンプレートを製造する場合
には、被加工物となる光反応性の基板上に同じパターン
を有するマスクからの露光転写を行なうものや、基板上
をパターン形状に従って直接切削等を行なうもの、ある
いはパターン形状を直接電子線描画する方式等が知られ
ている。

【０００４】また、近年では光反応性の基板を用い、こ
の基板を回転させながら一部に光を集光照射することで
円環状の処理領域を形成すると共に、その回転半径に沿
って照射領域を移動させることで、複数の円環状の処理
領域を形成し、これにより基板上に同心円形状の加工処
理を行なう方式が知られている。

【０００５】このようなゾーンプレートの描画において
は、各円環状パターンごとの光処理状態を均一化、即ち
照射光量を均等化するため、光源光量と集光径で決定さ
れる単位照射光量と、照射時間（基板の回転スピード、
周速度又は角速度）の制御が行なわれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ゾーンプレートのパタ
ーン精度は、各円環状パターンの半径方向端部（エッ
ジ）の位置や輪郭形状によって決定される。即ち、設計
通りの位置で且つシャープなエッジが形成されていなけ
れば、このゾーンプレートをレンズ光学系や光学装置に
組み込んで用いた場合、所望の回折光を得ることができ
ない。このようなゾーンプレートの性能に直接影響する
エッジの形状は、加工（描画）時に照射される光束の状
態に依存する。例えば、集光光束の位置が設計値よりず
れていたり、この集光光束により被加工物上に形成され
る光スポットがぼけていたりすると、エッジの位置や輪
郭形状が設計どおりに形成できない。

【０００７】しかしながら、通常、ゾーンプレートは、
各円環状パターン毎に異なる幅を持っているものであ
る。そこで、比較的幅の広い円環状領域を加工する場合
には、集光光学系の倍率を変化させて被加工物上の集光
光束径を大きくして行なうことが考えられる。しかし、
この時、被加工物上に形成される光スポットは輪郭がぼ
けたものとなり、このようなぼけた光束で加工（描画）
を行なうと、前述した如く、パターンのエッジ部分が正
確な形状とはならない。

【０００８】一方、集光径を小さくすれば正確なエッジ
が得られるが、従来の技術では、パターンのエッジ部と
そうではない部分（半径方向の両エッジ間）とを区別す
ることはなされていないため、必要な幅領域を加工処理
するには、加工中、一定の小さい集光径のまま、被加工
物上の集光位置を半径方向に少しずつ移動させながら徐
々に塗りつぶしていくように照射して行かなければなら
なかった。このような描画方法では、加工処理時間が長
く成りスループットが低下するという問題が生じる。

【０００９】本発明は、上記問題点を鑑み、ゾーンプレ
ートの性能を低下させることなく、従来に比べて加工
（描画）時間を短縮し得るゾーンプレートの製造装置を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係る、ゾーンプレート製造
装置では、回転中の被加工物を加工処理することにより
円環状の加工処理領域を形成すると共に、前記被加工物
上の加工位置を移動させて異なる位置で前記加工処理を
行なうことで、被加工物上に同心円状のパターンを形成
するゾーンプレート製造装置において、前記被加工物が
載置される回転テーブルと、前記被加工物の表面に予め
定められた光束を集光させる集光手段と、前記集光手段
による集光位置を少なくとも前記回転テーブルの回転中
心軸と直交する方向に移動させる移動手段と、前記集光
手段による前記被加工物上での集光光束径を可変に調整
する調整手段とを備え、前記調整手段は、前記いずれか
一つの円環状の処理領域内において、前記回転の半径方
向の端部近傍では前記集光光束径を小さくし、その他の
部分では集光光束径がそれより大きくなるように、前記
集光光束径の調整を行うものである。

【００１１】また、請求項２に記載の発明に係るゾーン
プレート製造装置では、請求項１に記載のゾーンプレー
ト製造装置において、希望するゾーンプレートを構成す
る同心円状のパターンの個々の設計条件を入力する入力
手段を更に備え、前記移動手段は、この入力情報に基づ
く同心円状のパターンに対応した位置に前記集光位置を
位置させると共に、この集光位置を前記回転半径方向に
移動させて円環状の加工処理領域を形成するものであ
り、前記調整手段は、前記移動手段による前記円環状の
加工処理領域内の位置情報に基づいて前記集光光束径の
調整を行うものである。

【００１２】また、請求項３に記載の発明に係るゾーン
プレート製造装置では、請求項１または２に記載のゾー
ンプレート製造装置において、前記集光手段は、集光光
束径の異なる複数の集光手段を備えており、前記調整手
段は、前記複数の集光手段を選択的に切り替える切り替
え手段を含むものである。

【００１３】

【作用】本発明のゾーンプレート製造装置は、回転テー
ブル上に被加工物を載置し、これを回転させつつ、集光
手段によって被加工物の表面に予め定められた光束を集
光し、移動手段によって集光手段による集光位置を少な
くとも前記回転テーブルの回転中心軸と直交する方向に
移動させて異なる位置で加工処理を行なうことで、被加
工物上に複数の円環状被加工処理領域からなる同心円状
のパターンを形成するものであり、前記集光手段による
被加工物上の集光光束径を可変に調整する調整手段によ
って、いずれか一つの円環状の処理領域内においては、
前記回転の半径方向の端部近傍では集光光束径を小さく
し、その他の部分では集光光束径がそれより大きくなる
ように調整を行うものである。

【００１４】このようなゾーンプレート製造装置によれ
ば、比較的幅の大きい円環状パターンを加工処理する場
合、半径方向の端部（パターンのエッジ部）では小さい
集光光束径で描画できるので、被加工部上にでは輪郭に
ぼけのない光スポットが形成され、これによってエッジ
部では位置ずれや輪郭のぼけのない設計通りの加工がで
きる。同時に、中心側のエッジ部から外周側の次のエッ
ジ部までの間は大きい集光光束径で加工できるので、幅
の広い加工領域でも、加工時間は短くてすむ。この時、
集光光学系を調整するなどして集光光束径を大きくした
場合、被加工物上に形成される光スポットの輪郭がぼけ
る場合があるが、加工領域はエッジとエッジとの間であ
るので、パターンの加工精度に何等影響は与えない。集
光光束径の調整手段としては、集光光学系中の対物レン
ズを調整して倍率を変化させる方法の他に、倍率は変化
させないで、光路中に可変スリットを設けて集光光束径
を調整する方法を用いても良い。

【００１５】また、請求項２に記載したように、ゾーン
プレート製造装置に希望するゾーンプレートを構成する
同心円状のパターンの個々の設計条件を入力する入力手
段を更に備えれば、移動手段は、この入力手段の設計条
件に基づいて各同心円状のパターンに対応した位置に順
次集光位置を位置させると共に、この集光位置を回転半
径方向に移動させて円環状の加工処理領域を形成するこ
とができる。また調整手段を、移動手段による円環状の
加工処理領域内の位置情報に基づいて集光光束径の調整
を行うものとすることにより、集光位置の回転中心から
半径方向への移動に伴ってパターンエッジ部分にきたと
きには集光光束径を小さくし、加工領域内の中心側エッ
ジから外周側エッジまで間では集光光束径を大きくする
など、適宜、効率的な加工処理を行なうことができる。

【００１６】また、請求項３に記載したように、集光光
束径の異なる複数の集光手段を備え、調整手段における
切り換え手段が、これら複数の集光手段を選択的に切り
替える構成とすれば、集光位置の回転中心から半径方向
への移動に伴って、パターンエッジ部分では集光光束径
の小さいものに、加工領域内の中心側エッジから外周側
エッジまで間では集光光束径の大きなものに適宜切り替
えることができるので集光光束径の大きさを変化させる
のに短時間ですみ、集光光学系の対物レンズなどをいち
いち調整して集光光束径を変化させる場合よりも加工処
理がより効率的に行なえる。

【００１７】なお、集光光学系の対物レンズを調整して
集光光束径を大きくした場合、光源光量が均一であれば
単位面積あたりの光量は減少する。従って、被加工物上
で必要な照射光量（例えば感光性基板に対する露光量）
が得られるよう回転速度、角速度、周速度、いずれかを
調整すれば、結果として、被加工物上のパターンの各部
で加工状態を均一にすることができる。また、光源側
に、ＮＤフィルタなどの光量調節手段を設け、集光光束
径を大きくする場合には光量を増大させる方法を用いて
も良い。

【００１８】また、本発明でのゾーンプレートとは、同
心円状の複数パターンを備えている回折光学素子であっ
て、透過輪帯と遮光輪帯からなるフレネルゾーンプレー
トに限らず、透過領域からなり同心円状に透過率、屈折
率等を異ならしめた領域をもつもの、集光又は発散のも
の、補正用のものや、階段構造を備えた所謂バイナリー
オプティカルエレメント（ＢＯＥ）、干渉縞による屈折
率分布を持つホログラム、等が含まれる。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明を実施例をもって説明する。
本実施例は、図１に示した製造装置を用いて、レーザ光
（加工手段）により同心円状パターンを描画露光して図
２に示すような同心円状の石英透過輪帯とクロム遮光輪
帯とが交互に配されてなるゾーンプレートを製造する場
合を示す。

【００２０】図１に示す装置は、照明光学系からのレー
ザ光を回転テーブルの上に載置された被加工物上に集光
する集光光学系と、該集光光学系によるレーザ光集光位
置を回転テーブルの回転中心軸と直交する方向に移動さ
せる駆動機構（移動手段）２とを備えており、この駆動
機構２は、制御装置に入力された同心円状のパターンの
設計条件（図２）に応じた位置情報に従って、固有の加
工平面座標系内で集光光学系を移動させるよう制御され
る。

【００２１】光源３からのレーザ光は、ビームエキスパ
ンダによって適当なビーム径の平行光となって集光光学
系へ入射するが、集光光学系内には、被加工物上の集光
光束径を前記位置情報に基づいて調整する調整手段とし
て可変スリット４が備えられている。集光光学系内の対
物レンズ６は可変スリット４の開口像を被加工物上に結
像することによって光スポットを形成するので、可変ス
リット４の開口変化に応じて光スポット径が変化する。
さらに、対物レンズ６自身も調整可能に設けられてお
り、被加工物上に形成される可変スリット４の開口に応
じた光スポットの大きさをさらに変化させることができ
る。

【００２２】このような装置において、まず、加工平面
座標系上で、ゾーンプレートの光軸となる回転テーブル
の回転中心位置に加工基準原点０を合致させておく。そ
のうえで、回転テーブル上にゾーンプレート基板１を載
置する。ここでは、ゾーンプレート基板１は、石英板１
１上にクロム層１２を形成したものであり、表面にポジ
型レジストが塗布されている。

【００２３】レジストが塗布されたゾーンプレート基板
１を載置した後、回転テーブルを所定の角速度で回転さ
せた状態において、まず制御装置により、予め入力され
た設計値に応じて駆動機構２を制御し、集光光学系を加
工原点０を含む座標系Ｘ軸上において移動させ、集光位
置が最中心側の透過輪帯に応じた領域の加工開始位置
（半径ｒ１＝１９３．５６μｍ）上にくるよう位置調整
する。位置調整終了後、可変スリット４の幅および対物
レンズ６の倍率を調整して最小径（ここでは０．２μｍ
とする）の光スポットをレジスト上に形成する。回転テ
ーブルの回転に伴うゾーンプレート基板１の回転によっ
て本装置による最小線幅の円状被露光領域が形成され
る。

【００２４】次いで、集光光学系を半径方向に移動制御
しながら可変スリット４幅及び対物レンズ６を調整して
集光光束径を大きくする。これによってレジスト上に大
きな光スポットが形成され、基板１の回転と集光位置の
半径方向への移動に伴って先の円状被露光領域の幅が広
がっていく如く、円環状被露光部が形成されていく。こ
の時、単位面積たりの照射光量が減少するので、露光に
必要な照射光量となるよう、光源３側の光量調節機構Ｆ
により集光光学系へ入射する光強度を増大させる。

【００２５】そして、駆動機構２からの位置情報に基づ
いて、被露光領域の外周部が、第１の透過輪帯の外周側
端部に対応する位置（半径ｒ２＝２７３．７３μｍ）に
近づいた時点で可変スリット４の幅および対物レンズ６
を調整して再び光スポット径を最小にし、第１の透過輪
帯の外周側端部に相当する位置上に最小光スポットを集
光させて最小線幅の円状被露光領域を形成した時点で、
第１の透過輪帯に相当する領域の露光を終了する。以上
の操作によって、中心側端および外周側端にシャープな
エッジを持つ幅ｒ２−ｒ１＝８０．１７μｍの円環状被
露光領域が形成されたことになる。

【００２６】さらに、制御装置からの位置情報に基づい
て駆動機構２を制御して集光位置を半径方向に移動さ
せ、第２の透過輪帯の中心側端部（半径ｒ３＝３８７．
１２μｍ）に相当する位置を第２の加工開始位置とし、
第１の場合と同様に、位置情報に応じてスリット４の
幅、対物レンズ６の調整および光源１側の光量調節を行
ないながら、まず端部では小さい径の光スポットで、そ
の後外周側端部近傍まで大きい径の光スポットで、再び
外周側端部では小さい径の光スポットで露光を行なう。
これによってシャープなエッジを持つ幅ｒ４−ｒ３＝５
１．８７μｍの第２の透過輪帯に相当する円環状被露光
領域が形成された。

【００２７】これ以降、同様に、第３、第４〜第５４５
３７の透過輪帯に対応する円環状被露光領域を形成す
る。最外周透過輪帯に相当する被露光領域の幅はｒ５４
５３８−ｒ５４５３７＝０．５μｍである。このように
最外周付近では露光すべき領域の幅が非常に小さくなる
ので、中心側端部と外周側端部間における集光光束径は
端部上での最小径のままでも構わない。

【００２８】但し、回転テーブルによる回転が角速度一
定の場合、外周に行くに従って周速度が速くなり、単位
当りの露光量が小さくなっていく。そこで、本実施例に
おいては、全体的にみて単位当りの露光量が均一となる
ように、集光位置の移動に応じて回転テーブルの回転角
速度を調整した。

【００２９】以上の操作によって、ゾーンプレート基板
１上のレジスト層は、全透過輪帯に相当する領域が露光
されたことになる。このように、露光が終了した後、ゾ
ーンプレート基板１を回転ステージから外し、現像液に
よって被露光領域の変質したレジストを溶解除去した。
これによって、同心円状の遮光輪帯相当する領域のレジ
ストが残り、レジスト輪帯間ではクロム層が露出する。
このレジストパターンは各円環状パターン毎にシャープ
なエッジを持つものである。

【００３０】このレジストパターンをマスクにクロム層
をエッチング除去した後、残ったレジストを全て除去し
た。これによって得られたクロムの遮光輪帯は、全てシ
ャープなエッジを持つものであり、以上の工程によっ
て、図２に示すような設計値を高精度に再現したゾーン
プレートが得られた。

【００３１】なお、以上の実施例では、図１の装置によ
る各透過輪帯の相当する領域における露光は、加工基準
原点側から半径外周方向に向けて連続的に行なったが、
本発明はこれに限らない。例えば、小さい径の光スポッ
トで該領域の中心側端部を露光した後、同スポットのま
ま集光位置を外周側端部へ移動してここを露光し、量端
部露光後に、再び中心側端部近傍へ集光位置を戻し、こ
の時点で光スポット径を大きくして両端部間を露光す
る、という手順で駆動機構による集光光学系の移動を制
御する方法でも良い。結果的に、光量の調整、回転速度
の調整、集光光束径の調整などを考慮して、時間的に最
も高効率となる手順を適宜設定すれば良い。

【００３２】回転テーブルの回転速度の調整（露光時間
の調整）や光量の調整は、用いる感光材料や光源に応じ
て適宜設定する。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
各パターン毎の端部が、小さい集光光束により集光位
置、形状共に設計通り加工でき、且つ端部間での加工は
集光光束径を大きくして行なえるため、高精度に設計を
再現したゾーンプレートが効率的に短時間で製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるゾーンプレート製造装
置の概略構成図である。

【図２】図１に示した装置によって製造したゾーンプレ
ートの模式図である。

【符号の説明】

１：ゾーンプレート基板 ２：駆動機構 ３：レーザ光源 ４：可変スリット ５：ミラー ６：対物レンズ １１：石英板 １２：クロム（Ｃｒ）層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転中の被加工物を加工処理することに
   より円環状の加工処理領域を形成すると共に、前記被加
   工物上の加工位置を移動させて異なる位置で前記加工処
   理を行なうことで、被加工物上に同心円状のパターンを
   形成するゾーンプレート製造装置において、 前記被加工物が載置される回転テーブルと、 前記被加工物の表面に予め定められた光束を集光させる
   集光手段と、 前記集光手段による集光位置を少なくとも前記回転テー
   ブルの回転中心軸と直交する方向に移動させる移動手段
   と、 前記集光手段による前記被加工物上での集光光束径を可
   変に調整する調整手段とを備え、 前記調整手段は、前記いずれか一つの円環状の処理領域
   内において、前記回転の半径方向の端部近傍では前記集
   光光束径を小さくし、その他の部分では集光光束径がそ
   れより大きくなるように、前記集光光束径の調整を行う
   ものであることを特徴とするゾーンプレート製造装置。
2. 【請求項２】 希望するゾーンプレートを構成する同心
   円状のパターンの個々の設計条件を入力する入力手段を
   更に備え、 前記移動手段は、この入力情報に基づく同心円状のパタ
   ーンに対応した位置に前記集光位置を位置させると共
   に、この集光位置を前記回転半径方向に移動させて円環
   状の加工処理領域を形成するものであり、 前記調整手段は、前記移動手段による前記円環状の加工
   処理領域内の位置情報に基づいて前記集光光束径の調整
   を行うものであることを特徴とする請求項１に記載のゾ
   ーンプレート製造装置。
3. 【請求項３】 前記集光手段は、集光光束径の異なる複
   数の集光手段を備えており、 前記調整手段は、前記複数の集光手段を選択的に切り替
   える切り替え手段を含むものであることを特徴とする請
   求項１又は２に記載したゾーンプレート製造装置。