JPH1114813A - 回折光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２^N段以外の段数の階段構造を有した回折光
学素子を製造する際、製造時のプロセスの増加を防ぐこ
と。 【解決手段】 Ｎ回のプロセスによって格子断面形状が
２^N段の階段構造を形成するために必要なＮ種類のパタ
ーンの各々に対して、パターン上でピッチＰとなる領域
１０の片端あるいは両端から、長さＰ／２^Nを単位とし
てその長さの２^N−ｍ倍に相当する領域を取り除き、残
りの領域を２^N／ｍ倍することによって規定されるピッ
チＰの領域１２を有したＮ種類のパターンを用いて、格
子断面形状がｍ段（但し、ｍ：２^N-1＋１から２^N−１の
範囲の整数）の階段構造の回折光学素子を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブレーズド型の格
子断面形状を微細な階段構造によって近似したバイナリ
型の回折光学素子の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２７は、ブレ−ズド型の回折型光学素
子の格子断面形状を示す図である。このようなブレ−ズ
ド型の回折型光学素子は、格子ピッチが微細になると製
造が困難になるため、ブレ−ズド形状を微細な階段構造
で近似した、図２８に示すような格子断面形状を有する
バイナリ型の回折光学素子に関する研究開発が、最近盛
んに進められている。回折光学素子をバイナリ型にする
ことで、製造に際し半導体素子の製造技術が適用可能と
なり、微細なピッチの格子構造も比較的容易に実現でき
るからである。

【０００３】ブレーズド型の回折光学素子では、理想的
な状態において１００％の回折効率を実現することが可
能である。しかし、ブレーズド形状を近似した階段形状
では、例え理想的な形状であったとしても、１００％の
回折効率を達成することは理論的に不可能である。

【０００４】一般に、格子断面形状がＮ段の階段構造で
ある回折光学素子によって得られる回折効率は、

【０００５】

【外１】 によって計算可能なことが知られている。上式に、例え
ばＮ＝８を代入すれば、９５％という結果が得られる。
この程度の回折効率が実現できれば、通常の光学系への
適用において、バイナリ型回折光学素子も十分に実用的
であると言える。

【０００６】バイナリ型回折光学素子に関しては、以下
の文献等に詳細な解説が記載されている。 （ａ）G.J.Swanson, "Binary Optics Technology: The
Theory and Design of Multi-level Diffractive Optic
al Elements," Massachusetts Institute of Technolo
gy Lincoln Laboratory, Technical Report 854, 14 Au
gust 1989. （ｂ）G.J.Swanson, "Binary Optics Technology: Theo
retical Limits on theDiffraction Efficiency of Mul
tilevel Diffractive Optical Elements," Massachuse
tts Institute of Technology Lincoln Laboratory, Te
chnical Report914, 1 March 1991.

【０００７】図２９を用いて、従来のバイナリ型回折光
学素子の製造方法を説明する。従来の方法では、Ｎ種類
のマスクパターンを用いてＮ回のプロセスを繰り返すこ
とにより、格子断面形状が２^N段の階段構造を形成する
ことが可能である。ここでは、３種類のマスクパターン
を用いて８段の階段構造を有した回折光学素子の製造方
法について説明を行う。

【０００８】図２９中、１００は透明なガラス基板（屈
折率：ｎ）であり、１０１はレジスト、１０２は第１の
露光に用いるための第１のマスクパターン、１０３は露
光光を表している。なお、レジスト１０１にはポジ型レ
ジストの使用を想定している。

【０００９】Ａ１からＤ１は、第１のマスクパターンを
用いて行われる第１のプロセスを表している。まず、Ａ
１において、第１のマスクパターン１０２が露光光１０
３によってレジスト１０１上に転写される。ここでマス
クパターン１０２は、任意の１周期の格子ピッチＰに対
して、遮光部及び開口部の幅がそれぞれＰ／２となって
いる。次にＢ１において、レジスト１０１の現像が行な
われ、Ｃ１において、ガラス基板１００へのエッチング
が行われる。そしてＤ１において、不要なレジストを除
去することによって、２段の階段構造が形成される。こ
こでエッチングの深さｄ１は、バイナリ型光学素子を使
用する際の波長をλとして、

【００１０】

【外２】 により決定される。

【００１１】次に、２段構造が形成されたガラス基板１
００に対して、改めてレジスト１０４を塗布し、第２の
マスクパターン１０５を用いる第２のプロセス（Ａ２か
らＤ２）に移行する。

【００１２】まずＡ２において、マスクパターン１０５
を用いた第２の露光を行う。マスクパターン１０５は、
マスクパターン１０２の半分のピッチを有しており、遮
光部および開口部の幅はそれぞれＰ／４である。パター
ンの端を、図に示すように２段の階段構造の端に正確に
位置合わせをして露光を行うことにより、Ｂ２における
現像処理の後は図示するようなレジストパターンが形成
される。次にＣ２において、２回目のエッチングを行な
い、Ｄ２において不要レジストの除去を行うことにより
４段の階段構造が形成される。ここで２回目のエッチン
グにおけるエッチング深さｄ２は、

【００１３】

【外３】 により決定される。

【００１４】８段構造を形成するためには、４段構造が
形成された基板１００に対して改めてレジスト１０６を
塗布し、第３のマスクパターン１０７を用いて第３のプ
ロセス（Ａ３からＤ３）を行う。

【００１５】Ａ３において、マスクパターン１０７を用
いた第３の露光を行う。マスクパターン１０７は、マス
クパターン１０５の半分のピッチを有しており、遮光部
および開口部の幅はそれぞれＰ／８である。パターンの
端を、図に示すように４段階段構造の端に正確に位置合
わせをして露光を行うことにより、Ｂ３における現像処
理の後は図示するようなレジストパターンが形成され
る。次にＣ３において、３回目のエッチングを行ない、
Ｄ３において不要レジストの除去を行う。ここで３回目
のエッチングにおけるエッチング深さｄ３は、

【００１６】

【外４】 により決定される。

【００１７】以上のように、３種類のマスクパターンを
用いて３回のプロセスを繰り返すことにより、階段一段
当りの高さがｄ₃、任意の１周期の格子ピッチがＰ、格
子断面形状が８段の階段構造であるバイナリ型の回折光
学素子が製造できる。

【００１８】図３０に、マスクパターン１０２，１０
５，１０７と、最終的に得られる８段の階段構造の相対
的な位置関係を示す。図３０からも明らかなように、階
段の最も低い部分と最も高い部分の高低差は、

【００１９】

【外５】 となっており、この場合に１次回折光に対する最大回折
効率９５％が得られる。

【００２０】図３１は、４種類のマスクパターンを用い
て１６段構造を形成するための説明図である。１１０が
最終的に得られる１６段の階段構造であり、１１１，１
１２，１１３，１１４が４種類のマスクパターンを表
す。

【００２１】１１１，１１２，１１３の３種類のマスク
パターンを用いることにより、図２９、図３０で説明し
たものと同様の８段構造が形成される。即ち、マスクパ
ターン１１１，１１２，１１３を、それぞれマスクパタ
ーン１０２，１０５，１０７に対応させることにより、
図２９で用いた説明がそのまま適用できる。８段構造が
形成された基板から１６段構造を形成するには、１１４
で示すような遮光部、光透過部の幅がＰ／１６であるマ
スクパターン１１４の転写を行い、その後のエッチング
深さを、

【００２２】

【外６】 とすれば良い。最終的に得られる階段の一段当りの高さ
は、上式によって表されるｄ₄であり、階段の最も低い
部分と最も高い部分の高低差は、

【００２３】

【外７】 となる。

【００２４】上記では、透明基板をエッチングすること
によって回折光学素子を形成する形態について説明した
が、エッチングによって基板を掘り込む代わりに、基板
上に透明物質を堆積する、所謂デポジションによって同
様の階段構造を形成することも可能である。

【００２５】ところで、回折光学素子を結像光学系に適
用する場合、格子を環状に形成すると共に、格子ピッチ
Ｐを光軸からの距離に応じて変化させる必要がある。こ
の場合の格子ピッチは、光軸の近傍では緩やかなのに対
して、光軸から遠ざかるに従って微細になるのが普通で
ある。回折光学素子と屈折レンズを組み合わせて結像光
学系を設計する場合、回折光学素子として実現可能な最
小ピッチが細かいほど、設計上の自由度が高くなり、高
精度の収差補正が可能になる、あるいはレンズ枚数の削
減が可能になる、等の利点が得られる。

【００２６】しかしながら、図２９に示した方法で回折
光学素子を製造する場合、製造可能な最小のピッチは、
マスクパターンを露光する露光装置の性能と共に、階段
構造の段数、すなわちブレーズド形状の近似の精度によ
っても制限されてしまう。つまり、１周期の格子が８段
構造の場合には、Ｐ／８の線幅を有するパターンを正確
に転写する必要がある。例えば露光装置として、現在半
導体素子製造過程で広く用いられているｉ線ステッパ
（露光波長：３６５ｎｍ）を用いた場合、高精度に転写
することが可能なパターン線幅は、０．３５μｍ程度が
限界である。そこから、８段構造の回折光学素子の最小
ピッチは、２．８μｍということに規制されてしまうこ
とになる。

【００２７】２．５μｍの最小ピッチを有する回折光学
素子を製造したい場合、８段構造の代わりに４段構造を
用いることにすれば、最小線幅が０．６２５μｍとなる
ので上述のステッパにおいても実現可能となる。しか
し、この場合は、回折効率が９５％から８１％まで低下
してしまい、不要回折光が結像特性に対して悪影響を与
えてしまう。

【００２８】ここで、もし理想的な７段の階段構造を形
成することが可能であるならば、その回折効率は９３％
であるため、８段構造と比較して遜色ない結像特性が得
られると推定される。しかしながら、線幅Ｐ／２，Ｐ／
４，Ｐ／８の３種類のマスクパターンを用いる方法で
は、１段がＰ／７の幅を有する理想的な７段構造を形成
することは不可能である。

【００２９】そこで図３２に示すように、開口部の幅が
Ｐ／７ずつ変化する６種類のマスクパターンを用いれ
ば、理想的な７段構造を形成することが可能となる。図
３２中、１２０は７段構造の回折光学素子であり、格子
ピッチはＰ、階段１段当りの高さは、

【００３０】

【外８】 素子全体の高さは、

【００３１】

【外９】 によって与えられる。１２１〜１２６は、各プロセスに
おいて使用するマスクパターンを表し、開口部の幅がＰ
／７ずつ変化している。

【００３２】まず、マスクパターン１２１の転写を行っ
た後、エッチングによって深さδだけ掘り込む。次に、
マスクパターン１２２の転写を行った後、エッチングに
よって再び深さδだけ掘り込む。このプロセスをマスク
パターン１２６を用いるまで合計６回繰り返すことによ
って、所望の７段構造を実現することができる。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
バイナリ型回折光学素子の製造方法には、以下のような
課題があった。

【００３４】図２９で説明したような方法では、２^N段
（Ｎ≧２の整数）という非常に限られた段数の回折光学
素子しか製造することができない。例えば、理想的な７
段構造等を形成することは原理的に不可能であり、回折
光学素子の設計上非常に大きな制約が課せられてしま
う。

【００３５】一方、図３２で説明したような方法を用い
ることにすれば任意の段数の理想的な階段構造を形成す
ることが可能になる。しかしこの場合には、レジスト塗
布→露光→現像→エッチング→レジスト除去の一連のプ
ロセスを、階段の段数分繰り返す必要が生じ、製造コス
ト、製造時間の大幅な増加を引き起こしてしまう。

【００３６】本発明は、２^N段以外の段数の階段構造を
有した回折光学素子を製造する際、レジスト塗布→露光
→現像→エッチング→レジスト除去の一連のプロセスの
回数を減少させ、製造効率の向上を図った回折光学素子
の製造方法を提供することを目的とする。

【００３７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の回折光学素子の製造方法は、フォトレジス
トを現像することによって得られたパターンを利用して
基板表面を凹凸に形成する一連のプロセスを、Ｎ種類
（但し、Ｎ≧２）のパターンを用いてＮ回繰り返し、１
周期の格子断面形状がｍ段（但し、ｍ：２^N-1＋１から
２^N−１の範囲の整数）の階段構造を形成することを特
徴としている。

【００３８】本発明の回折光学素子の製造方法の一形態
について、より詳細に述べると、フォトレジストを塗布
した基板上にマスクパターンを結像倍率１／ｒ（但し、
ｒ≧１）の光学系を用いて露光転写し、フォトレジスト
を現像することによって得られたパターンを利用して前
記基板表面を凹凸に形成する一連のプロセスを、Ｎ種類
（但し、Ｎ≧２）のマスクパターンを用いてＮ回繰り返
し、任意の１周期のピッチがＰ、１周期の格子断面形状
がｍ段（但し、ｍ：２^N-1＋１から２^N−１の範囲の整
数）の階段構造を形成する回折光学素子の製造方法であ
って、Ｎ回のプロセスによって１周期の格子断面形状が
２^N段の階段構造を形成するために必要なＮ種類のマス
クパターン、すなわち、各マスクパターン上の任意の１
周期のピッチｒＰ内において、幅ｒＰ／２¹の開口部及
び遮光部が周期的に繰り返す第１のマスクパターン、幅
ｒＰ／２²の開口部及び遮光部が周期的に繰り返す第２
のマスクパターン、以下同様に幅ｒＰ／２^Nの開口部、
遮光部が周期的に繰り返す第Ｎのマスクパターン、の各
々に対して、マスクパターン上でピッチｒＰとなる領域
の片端あるいは両端から、長さｒＰ／２^Nを単位として
その長さの２^N−ｍ倍に相当する領域を取り除き、残り
の領域を２^N／ｍ倍することによって規定されるピッチ
ｒＰの領域を有したＮ種類のマスクパターンを用いて、
前記階段構造を形成することを特徴としている。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下に図面を用いて、本発明の回
折光学素子の製造方法について説明する。まず、３種類
のマスクパターンを用いた３回のプロセスによって、理
想的な７段構造の回折光学素子を製造する方法について
説明する。

【００４０】図１は、ガラス等の透明基板１上に形成さ
れた１周期の格子断面が７段の階段構造と、製造時に使
用する３種類のマスクパターン２，３，４の相対的な位
置関係を示した図である。ここでは８段構造の説明に用
いた図３０に対応させて、階段の境界部とそれぞれのマ
スク上の光透過部、遮光部の境界の位置の関係を表して
いる。マスクパターン２，３，４において、実線で表し
た箇所が遮光部、それ以外の箇所が光透過部である。

【００４１】任意の１周期の格子のピッチをＰとする
と、階段１段当りの幅はＰ／７であり、階段１段当りの
高さδは、

【００４２】

【外１０】 によって与えられる。但しｎは基板の屈折率、λは回折
光学素子を使用する際の波長である。

【００４３】図２（ａ）は、マスクパターン２を用いた
プロセスによって形成される基板表面の形状を表す。レ
ジスト塗布→露光→現像→エッチング→レジスト除去の
過程は図２９を用いて説明したものと同様であるため、
ここでは詳細は述べない。ただ、図中斜線部がエッチン
グによって除去される部分を表し、エッチング深さｄ₁
は、

【００４４】

【外１１】 によって与えられる。

【００４５】図２（ｂ）は、図２（ａ）の形状に対して
マスクパターン３を用いて、レジスト塗布→露光→現像
→エッチング→レジスト除去、のプロセスを経た後に得
られる基板表面の形状を表す。この場合も斜線部はエッ
チングによって除去される部分を表し、エッチング深さ
ｄ₂は、

【００４６】

【外１２】 によって与えられる。

【００４７】図２（ｃ）は、図２（ｂ）の形状に対して
マスクパターン４を用いて、レジスト塗布→露光→現像
→エッチング→レジスト除去、のプロセスを経た後に得
られる基板表面の形状を表す。この場合も斜線部はエッ
チングによって除去される部分を表し、エッチング深さ
ｄ３は、

【００４８】

【外１３】 によって与えられる。

【００４９】以上によって、３種類のマスクパターン
２，３，４を用いて、各階段の高さがそれぞれδで与え
られる理想的な７段の階段構造が形成される。この場合
の回折効率は前述の通り９３％となる。

【００５０】次にマスクパターン２，３，４の詳細につ
いて説明する。マスクパターン２は、図２（ａ）に示す
ように、１周期のピッチＰの範囲内において幅４Ｐ／７
の開口部と、幅３Ｐ／７の遮光部によって構成される。
マスクパターン３は、図２（ｂ）に示すように、１周期
のピッチＰの範囲内において幅２Ｐ／７の２箇所の開口
部、幅２Ｐ／７、幅Ｐ／７それぞれ１箇所ずつの遮光部
によって構成される。マスクパターン４は、図２（ｃ）
に示すように、１周期内のピッチＰの範囲内において幅
Ｐ／７の４箇所の開口部、幅Ｐ／７の３箇所の遮光部に
よって構成される。

【００５１】マスクパターン２，３，４間には互いの相
似性は存在せず、それぞれのマスクパターン内において
も光透過部／遮光部の周期性が失われている。そのた
め、８段構造を形成する際のマスクパターン（図２７，
２８の１０２，１０５，１０７）に比較して、構成がか
なり複雑になっているように見える。しかし、図３を用
いることによって、８段構造を形成するためのマスクパ
ターンと、本発明によって７段構造を形成するためのマ
スクパターンの関係が明らかになる。

【００５２】図３において、２，３，４は本発明の７段
構造を形成するためのマスクパターン、ａ，ｂ，ｃは従
来の８段構造を形成するためのマスクパターンを表す。
図２９，３０においては、マスクパターンａはマスクパ
ターン１０２に、マスクパターンｂはマスクパターン１
０５に、マスクパターンｃはマスクパターン１０７にそ
れぞれ対応する。

【００５３】８段構造、７段構造とも、１周期の格子の
ピッチはＰであるとする。図中、四角形１０で囲った部
分が、８段構造形成用マスクパターンにおける１周期の
格子が形成されるべき領域を表し、四角形１０から右端
の部分をＰ／８の長さ分だけ取り除いた部分を斜線部１
１として表している。図３から、７段構造の格子１周期
分を形成するのに必要なマスクパターン（斜線部１２に
対応）は、斜線部１１内のパターンと相似であることが
分かる。そこでの両者の比は７：８である。

【００５４】つまり、７段構造を１周期分形成するのに
必要なマスクパターンは、従来から知られている８段構
造形成用マスクパターンの１周期分の領域の右端をＰ／
８の長さだけ取り除き、残った部分の大きさを８／７倍
に拡大したものであることが分かる。

【００５５】図４は、３種類のマスクパターンを用いた
３回のプロセスによって７段構造を形成する他の方法に
ついて説明したものである。１５，１６，１７が３種類
のマスクパターンであり、図では最終的に得られる７段
構造と３種類のマスクパターン間の位置関係が示されて
いる。レジスト塗布→露光→現像→エッチング→レジス
ト除去のプロセスは、図２９を用いて説明したものと同
様なので説明を省略する。

【００５６】図５は、図３と同様、マスクパターン１
５，１６，１７の構成と８段構造形成用マスクパターン
ａ，ｂ，ｃの関係を示したものである。四角形１８で囲
った部分が８段構造形成用マスクパターンにおける１周
期の格子が形成されるべき領域を表し、四角形１８から
左端の部分をＰ／８ の長さ分だけ取り除いた部分を斜
線部１９として表す。図５において、７段構造の格子１
周期分を形成するのに必要なマスクパターン（斜線部２
０に対応）は、斜線部１９内のパターンと相似であり、
両者の比は７：８である。

【００５７】つまり、７段構造を１周期分形成するのに
必要なマスクパターンは、従来から知られている８段構
造形成用マスクパターンの１周期分の領域の左端をＰ／
８の長さだけ取り除き、残った部分の大きさを８／７倍
に拡大したものでもよいことが分かる。

【００５８】以上説明したように、３種類のマスクパタ
ーンを用いた３回のプロセスにより７段構造を形成する
方法には、３種類のマスクパターンを用いた３回のプロ
セスにより８段構造を形成する方法に対して、２通りの
方法があることが分かる。

【００５９】次に、本発明による６段構造の格子の形成
方法について説明する。図６は、３種類のマスクを用い
た３回のプロセスによって６段構造を形成する方法につ
いて説明したものである。

【００６０】２１，２２，２３が３種類のマスクパター
ンであり、図では最終的に得られる６段構造と３種類の
マスクパターン間の位置関係が示されている。レジスト
塗布→露光→現像→エッチング→レジスト除去のプロセ
スは、図２９を用いて説明したものと同様なので説明を
省略する。但し、エッチングの深さは、マスクパターン
２１の転写後は、

【００６１】

【外１４】 マスクパターン２２の転写後は、

【００６２】

【外１５】 マスクパターン２３の転写後は、

【００６３】

【外１６】 とすることによって、素子の最も高い部分と最も低い部
分の高低差Δが、

【００６４】

【外１７】 である理想的な６段構造が形成される。

【００６５】図７は、マスクパターン２１，２２，２３
の構成と８段構造形成用マスクパターンａ，ｂ，ｃの関
係を示したものである。四角形２４で囲った部分が、８
段構造形成用マスクにおける１周期の格子が形成される
べき領域を表し、四角形２４から右端の部分をＰ／８の
２倍の長さ分だけ取り除いた部分を斜線部２５として表
している。図７において、６段構造の格子１周期分を形
成するのに必要なマスクパターン（斜線部２６に対応）
は斜線部２５内のパターンと相似であり、両者の比は
６：８である。

【００６６】つまり、６段構造の格子１周期分形成する
のに必要なマスクパターンは、従来から知られている８
段構造形成用マスクパターンの１周期分の領域の右端の
部分をＰ／８の２倍の長さ分だけ取り除き、残った部分
の大きさを８／６倍に拡大したものであることが分か
る。

【００６７】図８は、３種類のマスクパターンを用いた
３回のプロセスによって６段構造を形成する他の方法に
ついて説明したものである。２８，２９，３０が３種類
のマスクパターンであり、図では最終的に得られる６段
構造と３種類のマスクパターン間の位置関係が示されて
いる。レジスト塗布→露光→現像→エッチング→レジス
ト除去のプロセスは、図２９で説明したものと同様なの
で説明を省略する。

【００６８】図９は、マスクパターン２８，２９，３０
の構成と８段構造形成用マスクパターンａ，ｂ，ｃの関
係を示したものである。四角形３１で囲った部分が８段
構造形成用マスクにおける１周期の格子が形成されるべ
き領域を表し、四角形３１から右端の部分をＰ／８、左
端の部分をＰ／８、合計Ｐ／８の２倍の長さ分だけ取り
除いた部分を斜線部３２として表している。図９におい
て、６段構造の格子１周期分を形成するのに必要なマス
クパターン（斜線部３３に対応）は、斜線部３２内のパ
ターンと相似であり、両者の比は６：８である。

【００６９】つまり、６段構造の格子１周期分を形成す
るのに必要なマスクパターンは、従来から知られている
８段構造形成用マスクパターンの１周期分の領域の右端
の部分をＰ／８、左端の部分をＰ／８の長さ分だけ、合
計 Ｐ／８の２倍の長さ分だけ取り除き、残った部分の
大きさを８／６倍に拡大したものでもよいことが分か
る。

【００７０】図１０は、３種類のマスクパターンを用い
た３回のプロセスによって６段構造を形成する他の方法
について説明したものである。３６，３７，３８は３種
類のマスクパターンであり、図では最終的に得られる６
段構造と３種類のマスクパターン間の位置関係が示され
ている。レジスト塗布→露光→現像→エッチング→レジ
スト除去のプロセスは、図２９で説明したものと同様な
ので説明を省略する。

【００７１】図１１は、マスクパターン３６，３７，３
８の構成と８段構造形成用マスクパターンａ，ｂ，ｃの
関係を示したものである。四角形３９で囲った部分が８
段構造形成用マスクにおける１周期の格子が形成される
べき領域を表し、四角形３９から左端の部分をＰ／８の
２倍の長さ分だけ取り除いた部分を斜線部４０として表
している。図１１において、６段構造の格子１周期分を
形成するのに必要なマスクパターン（斜線部４１に対
応）は、斜線部４０内のパターンと相似であり、両者の
比は６：８である。

【００７２】つまり、６段構造の格子１周期分を形成す
るのに必要なマスクパターンは、従来から知られている
８段構造形成用マスクパターンの１周期分の領域の左端
の部分をＰ／８の２倍の長さ分だけ取り除き、残った部
分の大きさを８／６倍に拡大したものであることが分か
る。

【００７３】以上説明したように、３種類のマスクパタ
ーンを用いた３回のプロセスにより６段構造を形成する
方法には、３種類のマスクパターンを用いた３回のプロ
セスにより８段構造を形成する方法に対して、３通りの
方法があることが分かる。

【００７４】図１２は、３種類のマスクパターンを用い
た３回のプロセスによって、５段構造を形成する方法に
ついて説明したものである。４４，４５，４６が３種類
のマスクパターンであり、図では最終的に得られる５段
構造と３種類のマスクパターン間の位置関係が示されて
いる。レジスト塗布→露光→現像→エッチング→レジス
ト除去のプロセスは、図２９を用いて説明したものと同
様なので説明を省略する。但し、エッチングの深さは、
マスクパターン４４の転写後は、

【００７５】

【外１８】 マスクパターン４５の転写後は、

【００７６】

【外１９】 マスクパターン４６の転写後は、

【００７７】

【外２０】 とすることによって、素子の最も高い部分と最も低い部
分の高低差Δが、

【００７８】

【外２１】 である理想的な５段構造が形成される。

【００７９】図１３は、マスクパターン４４，４５，４
６の構成と８段構造形成用マスクパターンａ，ｂ，ｃの
関係を示したものである。四角形４７で囲った部分が８
段構造作製用マスクにおける１周期の格子が形成される
べき領域を表し、四角形４７から右端の部分をＰ／８の
３倍の長さ分だけ取り除いた部分を斜線部４８として表
している。図１３において、５段構造の格子１周期分を
形成するのに必要なマスクパターン（斜線部４９に対
応）は、斜線部４８内のパターンと相似であり、両者の
比は５：８である。

【００８０】つまり、５段構造を１周期分形成するのに
必要なマスクパターンは、従来から知られている８段構
造形成用マスクパターンの１周期分の領域の右端の部分
をＰ／８の３倍の長さ分だけ取り除き、残った部分の大
きさを８／５倍に拡大したものであることが分かる。

【００８１】３種類のマスクパターンを用いた３回のプ
ロセスにより５段構造を形成する方法は、３種類のマス
クパターンを用いた３回のプロセスにより８段構造を形
成する方法に対して、図１２，１３を用いて説明した方
法以外にも３通りの、合計４通りの方法が存在する。

【００８２】図１４から図１６は、残りの３通りの方法
の８段構造形成用マスクパターンとの比較のみを示して
いる。図１４から図１６において、５０，５１，５２の
斜線で示す部分のパターンを８／５倍に拡大したマスク
パターンを用いることにより、ピッチＰの理想的な５段
構造を形成することができる。

【００８３】図１から図１６を用いて説明してきたよう
に、３種類のマスクパターンを用いた３回のプロセスに
より、５（＝２^3-1＋１）段から７（＝２³−１）段の理
想的な階段構造の形成が可能になり、従来の方法に比べ
てレジスト塗布→露光→現像→エッチング→レジスト除
去の一連のプロセスの回数を減らすことができる。

【００８４】次に、４種類のマスクパターンを用いて、
９（＝２^4-1＋１）段から１５（＝２⁴−１）段の理想的
な階段構造を有した回折光学素子を製造する方法につい
て説明する。

【００８５】図１７は、４種類のマスクパターンを用い
た４回のプロセスによって、理想的な１５段構造を有し
た回折光学素子の製造方法について説明したものであ
る。

【００８６】図１７において、６０，６１，６２，６３
は４種類のマスクパターンであり、最終的に得られる１
５段構造と４種類のマスクパターン間の位置関係が示さ
れている。レジスト塗布→露光→現像→エッチング→レ
ジスト除去のプロセスは、図２９を用いて説明したもの
と同様なので説明を省略する。但しエッチングの深さ
は、マスクパターン６０の転写後は、

【００８７】

【外２２】 マスクパターン６１の転写後は、

【００８８】

【外２３】 マスクパターン６２の転写後は、

【００８９】

【外２４】 マスクパターン６３の転写後は、

【００９０】

【外２５】 とすることによって、素子の最も高い部分と最も低い部
分の高低差Δが、

【００９１】

【外２６】 である理想的な１５段構造が実現される。

【００９２】図１８は、マスクパターン６０，６１，６
２，６３の構成と、従来の１６段構造形成用マスクパタ
ーンａ，ｂ，ｃ，ｄの関係を示したものである。ここ
で、マスクパターンａ，ｂ，ｃは，図３，５，７，９，
１１，１３，１４，１５，１６に示したものと同様のも
のであり、マスクパターンｄは、幅がＰ／１６の遮光部
と開口部からなり、１６段構造を形成するために必要と
なるものである。四角形６４で囲った部分が１６段構造
形成用マスクにおける１周期の格子が形成されるべき領
域を表し、四角形６４から右端の部分をＰ／１６の長さ
分だけ取り除いた部分を斜線部６５として表している。
図１８において、１５段構造１周期分を形成するのに必
要なマスクパターン（斜線部６６に対応）は、斜線部６
５内のパターンと相似であり、両者の比は１５：１６で
ある。

【００９３】つまり、１５段構造をの格子１周期分を形
成するのに必要なマスクパターンは、従来から知られて
いる１６段構造形成用マスクパターンの１周期分の領域
の右端の部分をＰ／１６の長さ分だけ取り除き、残った
部分の大きさを１６／１５倍に拡大したものであること
が分かる。

【００９４】図１９では、１５段構造を形成することが
可能な他のマスクパターンについて、１６段構造形成用
マスクパターンとの比較のみについて示している。図
中、６７の斜線で示す部分のパターンを１６／１５倍に
拡大したマスクパターンを用いることにより、ピッチＰ
の理想的な１５段構造の形成が行える。

【００９５】４種類のマスクパターンを用いた４回のプ
ロセスにより、９（＝２^4-1＋１）段から１５（＝２⁴−
１）段の理想的な階段構造の形成が可能になるが、紙面
の都合上、最後に９段構造の回折光学素子を製造する方
法についてのみ述べ、説明を終了する。

【００９６】図２０は、４種類のマスクパターンを用い
た４回のプロセスによって、９段の階段構造を有した回
折光学素子を製造する方法について説明したものであ
る。

【００９７】７０，７１，７２，７３は４種類のマスク
パターンであり、図では最終的に得られる９段構造と４
種類のマスクパターン間の位置関係が示されている。レ
ジスト塗布→露光→現像→エッチング→レジスト除去の
プロセスは、図２９で説明したものと同様なので説明を
省略する。但しエッチングの深さは、マスクパターン７
０の転写後は、

【００９８】

【外２７】 マスクパターン７１の転写後は、

【００９９】

【外２８】 マスクパターン７２の転写後は、

【０１００】

【外２９】 マスクパターン７３の転写後は、

【０１０１】

【外３０】 とすることによって、素子の最も高い部分と最も低い部
分の高低差Δが、

【０１０２】

【外３１】 である理想的な９段構造が実現される。

【０１０３】図２１は、マスクパターン７０，７１，７
２，７３の構成と、従来の１６段構造形成用マスクパタ
ーンａ，ｂ，ｃ，ｄの関係を示したものである。四角形
７４で囲った部分が１６段構造形成用マスクにおける１
周期の格子が形成されるべき領域を表し、四角形７４か
ら右端の部分を Ｐ／１６の７倍の長さ分だけ取り除い
た部分を斜線部７５として表している。図２１におい
て、９段構造の１周期分を形成するのに必要なマスクパ
ターン（斜線部７６に対応）は、斜線部７５内のパター
ンと相似であり、両者の比は９：１６である。

【０１０４】つまり、９段構造を１周期分形成するのに
必要なマスクパターンは、従来の１６段構造形成用マス
クパターンの右端の部分をＰ／１６の７倍の長さ分だけ
取り除き、残った部分の大きさを１６／９倍に拡大した
ものであることが分かる。

【０１０５】４種類のマスクパターンを用いた４回のプ
ロセスにより９段構造を形成する方法は、４種類のマス
クパターンを用いた４回のプロセスにより１６段構造を
形成する方法に対して、図２０，２１を用いて説明した
方法以外にも７通りの、合計８通りの方法が存在する。

【０１０６】次に本発明の応用例について図３３を用い
て説明する。

【０１０７】図３３において、２００は図１２〜１６の
実施形態で説明した方法によって、５段の階段構造が形
成された基板である。図３３（ａ）に示すように、幅Ｐ
／１０の開口部及び遮光部が周期的に繰り返すマスクパ
ターンを用いて、レジスト塗布→露光→現像→エッチン
グ→レジスト除去のプロセスを、基板２００に対しても
う一度繰り返すことにより、図３３（ｂ）に示すように
１０段構造の形成が可能になる。更に、幅Ｐ／２０の開
口部及び遮光部が周期的に繰り返すマスクパターンを用
いれば、２０段構造をも形成できる。

【０１０８】図３３に示した本発明の応用例は、上記し
た形態に限られるものではなく、上述した全ての実施形
態においても適用できる。すなわち、図３３の実施形態
を一般化して述べると、Ｎ枚のマスクパターンを用いた
Ｎ回のプロセスを繰り返し、１周期の格子断面形状がｍ
段（但し、ｍ：２^N-1＋１から２^N−１の範囲の整数）の
階段構造を形成する際、図１〜２２で説明した実施形態
のように（Ｎ−α）回（但し、α：自然数、Ｎ＞α）の
プロセスによって１周期の格子断面形状が２^(N-α-1)＋
１から２^(N-α)−１の範囲の任意の段数の階段構造を
（Ｎ−α）種類のマスクパターンを用いて形成し、更に
幅Ｐ／（２¹×ｍ），Ｐ／（２²×ｍ），・・・，Ｐ／
（２^α×ｍ）の開口部及び遮光部が周期的に繰り返すα
種類のマスクパターンとを用いている。

【０１０９】以上の考え方を拡張すれば、本発明の回折
光学素子の製造方法においては、Ｎ種類（但しＮ≧２）
のマスクパターンを用いたＮ回のプロセスにより、２
^N-1＋１から２^N−１の範囲の任意の段数の階段構造が形
成可能となる。

【０１１０】本発明を用いることにより、所望のピッチ
の階段構造の段数を比較的自由に選択することができる
ので、段数をある程度減らして階段構造を形成するよう
にすれば、マスクパターン間の重ね合わせ誤差の影響に
ついても緩和する効果も得られる。

【０１１１】なお、これまでの説明においては、マスク
パターンが等倍で基板上に転写される形態についてのみ
説明を行ってきた。すなわち、マスクパターンと素子の
パターンの大きさは１：１であるとして説明してきた
が、高精度が要求されるマスクパターンの転写に際して
は、縮小型の投影露光装置を用いる必要がある。縮小型
の投影露光装置を用いて、マスクパターンを縮小して基
板上に転写する方法を図２２に基づいて説明する。

【０１１２】図２２において、８０は投影レンズ、８１
は照明光、８２は回折光学素子となる基板である。８３
は投影用のマスクパターンであり、８４が基板８２上に
形成されるパターンを表す。投影レンズ８０の投影倍率
を １／ｒ（但しｒ≧１）とすると、基板８２上にピッ
チＰのパターン８４を形成するとき、投影用のマスクパ
ターン８３は、ｒＰのピッチを持つものを用いればよ
い。このようにマスクパターンのピッチを投影倍率に合
わせて適宜設定することにより、図１から図２１を用い
て説明した実施形態の内容が、そのまま縮小型の投影露
光装置を用いた場合でも適用可能になる。

【０１１３】ここまで説明してきた全ての実施形態にお
いて、階段構造を基板上に形成する際、基板をエッチン
グによって掘り込む場合についてのみ説明してきた。し
かしながら、エッチングの代わりに、基板上に透明な物
質を堆積させる、所謂デポジッションによって、階段構
造を基板上に形成させることも可能である。

【０１１４】また、複数のマスクパターンを用いた複数
のプロセスを説明する際、上記実施形態においては、パ
ターンサイズの大きなプロセスからスタ−トし、徐々に
パターンサイズの小さなプロセスに移行していく形態に
ついてのみ説明してきた。しかしながら、プロセスの順
序はこれに限られるものではなく、用いるマスクパター
ンの順番は入れ替えることが可能である。

【０１１５】これは、図３３の実施形態についても同様
で、（Ｎ−α）種類のマスクパターンとα種類のマスク
パターンを使用する順番に制限はない。つまり、途中の
プロセスにおいて階段構造が形成されなくとも、最終的
に階段構造が形成されてさえいればよい。

【０１１６】さらに、上記実施形態においては、説明の
簡単化のため、等しいピッチで一次元的に格子が並んで
いるような回折光学素子についてのみ説明を行なった。
しかしながら、フレネルレンズのように、ピッチが一様
でない二次元的なピッチ分布を持った環状格子によって
構成される回折光学素子に関しても、本発明が適用可能
であることは言うまでもない。

【０１１７】ところで、上記実施形態におけるマスクパ
ターンは、透明基板上に形成された遮光部と透過部を有
した実際に存在するマスク上のパターンを想定してい
る。しかしながら、本発明のマスクパターンに相当する
パターンを、レジストを塗布した基板に対して、例えば
電子線等で直接描画する方法でも、レジスト塗布→描画
→現像→エッチング→レジスト除去の一連のプロセスの
回数を減らして、２^N段以外の階段構造を形成すること
ができる。つまり、レジストを現像することによって得
られるパターンが、上記してきたようなピッチＰとなる
範囲の片端あるいは両端から、長さＰ／２^Nを単位とし
てその長さの２^N−ｍ倍に相当する範囲を取り除き、全
体を２^N／ｍ倍することによって規定される任意の１周
期のピッチＰでありさえすれば、本発明の効果は期待で
き、レジストに対してパターンを形成する方法は投影で
あっても直描であっても構わない。

【０１１８】図２３，２４は、本発明の製造方法によっ
て製造された回折光学素子を備えた光学機器を示してい
る。図２３は半導体素子等製造用の投影露光装置、図２
４は一眼レフカメラを示している。

【０１１９】図２３において、９１はランプやレーザ等
の光源、９２は光源９１からの光でレチクルＲを均一に
照明するための照明光学系、９３はレチクルＲに形成さ
れた投影パターンをウエハＷに投影するための投影光学
系である。回折光学素子は、照明光学系９２や投影光学
系９３中に設けられる。回折光学素子を投影露光装置の
光学系に用いることにより、色収差を含めた諸収差を低
減できるので、露光装置の光学性能を全体として向上さ
せることができる。

【０１２０】また、図２３に示した投影露光装置によっ
て、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子、液晶素子、ＣＣＤ等
の撮像素子、磁気ヘッド等の磁気素子、そして回折光学
素子等の光学素子を精度良く製造することができる。

【０１２１】図２４において、９４はカメラ本体、９５
は撮影光学系、９６はファインダー光学系である。本発
明の回折光学素子は、撮影光学系９５中やファインダー
光学系９６中の任意の位置に設けることができる。この
ように回折光学素子をカメラの光学系に用いることによ
り、色収差を含めた諸収差を低減できるので、光学性能
を向上させることができる。

【０１２２】次に図２３の投影露光装置を利用した半導
体素子の製造方法の実施形態を説明する。

【０１２３】図２５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Ｒ）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Ｗ）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素子の動作確認テス
ト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て
半導体素子が完成し、これが出荷（ステップ７）され
る。

【０１２４】図２６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Ｒ）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。

【０１２５】本実施形態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。

【０１２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
２^N段以外の段数の階段構造を有した回折光学素子を製
造する際、製造効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】７段構造の回折光学素子と製造時に使用する３
種類のマスクパターンの相対的な位置関係の一例を示し
た図である。

【図２】３種類のマスクパターンを用いた３回のプロセ
スによって形成される基板表面の各形状を示した図であ
る。

【図３】図１に示した７段構造形成用の３種類のマスク
パターンの構成を説明するための図である。

【図４】７段構造の回折光学素子と製造時に使用する３
種類のマスクパターンの相対的な位置関係の他の例を示
した図である。

【図５】図４に示した７段構造形成用の３種類のマスク
パターンの構成を説明するための図である。

【図６】６段構造の回折光学素子と製造時に使用する３
種類のマスクパターンの相対的な位置関係の一例を示し
た図である。

【図７】図６に示した６段構造形成用の３種類のマスク
パターンの構成を説明するための図である。

【図８】６段構造の回折光学素子と製造時に使用する３
種類のマスクパターンの相対的な位置関係の他の例を示
した図である。

【図９】図８に示した６段構造形成用の３種類のマスク
パターンの構成を説明するための図である。

【図１０】６段構造の回折光学素子と製造時に使用する
３種類のマスクパターンの相対的な位置関係の他の例を
示した図である。

【図１１】図１０に示した６段構造形成用の３種類のマ
スクパターンの構成を説明するための図である。

【図１２】５段構造の回折光学素子と製造時に使用する
３種類のマスクパターンの相対的な位置関係の一例を示
した図である。

【図１３】図１２に示した５段構造形成用の３種類のマ
スクパターンの構成を説明するための図である。

【図1４】５段構造形成用の３種類のマスクパターンの
他の例の構成を説明するための図である。

【図1５】５段構造形成用の３種類のマスクパターンの
他の例の構成を説明するための図である。

【図1６】５段構造形成用の３種類のマスクパターンの
他の例の構成を説明するための図である。

【図1７】１５段構造の回折光学素子と製造時に使用す
る４種類のマスクパターンの相対的な位置関係の一例を
示した図である。

【図1８】図１７に示した１５段構造形成用の４種類の
マスクパターンの構成を説明するための図である。

【図1９】１５段構造形成用の４種類のマスクパターン
の他の例の構成を説明するための図である。

【図２０】９段構造の回折光学素子と製造時に使用する
４種類のマスクパターンの相対的な位置関係の一例を示
した図である。

【図２1】図２０に示した９段構造形成用の４種類のマ
スクパターンの構成を説明するための図である。

【図２２】投影露光装置を用いたパターン転写を説明す
るための図である。

【図２３】本発明の製造方法によって製造された回折光
学素子を備える投影露光装置の光学の概略図である。

【図２４】本発明の製造方法によって製造された回折光
学素子を備える一眼レフレックスカメラの光学系の概略
図である。

【図２５】半導体素子の製造工程を示す図である。

【図２６】図２５の工程中のウエハプロセスの詳細を示
す図である。

【図２７】ブレ−ズド型の回折型光学素子の格子断面形
状を示す図である。

【図２８】バイナリ型の回折型光学素子の格子断面形状
を示す図である。

【図２９】３種類のマスクパターンを用いて８段構造の
回折光学素子を製造する従来の方法を説明するための図
である。

【図３０】従来の８段構造の回折光学素子と製造時に使
用する４種類のマスクパターンの相対的な位置関係を示
した図である。

【図３１】従来の１６段構造の回折光学素子と製造時に
使用する４種類のマスクパターンの相対的な位置関係を
示した図である。

【図３２】従来の７段構造の回折光学素子と製造時に使
用する６種類のマスクパターンの相対的な位置関係を示
した図である。

【図３３】本発明の回折光学素子の製造方法の応用例を
説明するための図である。

【符号の説明】

１ 透明基板 ２ 第１のマスクパターン ３ 第２のマスクパターン ４ 第３のマスクパターン

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フォトレジストを現像することによって
   得られたパターンを利用して基板表面を凹凸に形成する
   一連のプロセスを、Ｎ種類（但し、Ｎ≧２）のパターン
   を用いてＮ回繰り返し、１周期の格子断面形状がｍ段
   （但し、ｍ：２^N-1＋１から２^N−１の範囲の整数）の階
   段構造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. 【請求項２】 Ｎ回のプロセスによって１周期の格子断
   面形状が２^N段の階段構造を形成するために必要なＮ種
   類のパターン、すなわち、各パターン上の任意の１周期
   のピッチＰ内において、 幅Ｐ／２¹の開口部及び遮光部が周期的に繰り返す第１
   のパターン、 幅Ｐ／２²の開口部及び遮光部が周期的に繰り返す第２
   のパターン、 以下同様に幅Ｐ／２^Nの開口部、遮光部が周期的に繰り
   返す第Ｎのパターン、の各々に対して、ピッチＰとなる
   領域の片端あるいは両端から、長さＰ／２^Nを単位とし
   てその長さの２^N−ｍ倍に相当する領域を取り除き、残
   りの領域を２^N／ｍ倍することによって規定されるピッ
   チＰの領域を有したＮ種類のパターンを用いて、前記階
   段構造を形成することを特徴とする請求項１記載の回折
   光学素子の製造方法。
3. 【請求項３】 （Ｎ−α）回（但し、α：自然数、Ｎ＞
   α）のプロセスによって１周期の格子断面形状が２
   ^(N-α)段の階段構造を形成するために必要な（Ｎ−α）
   種類のパターン、すなわち、各パターン上の任意の１周
   期のピッチＰ内において、 幅Ｐ／２¹の開口部及び遮光部が周期的に繰り返す第１
   のパターン、 幅Ｐ／２²の開口部及び遮光部が周期的に繰り返す第２
   のパターン、 以下同様に幅Ｐ／２^(N-α)の開口部、遮光部が周期的に
   繰り返す第（Ｎ−α）のパターン、の各々に対して、ピ
   ッチＰとなる領域の片端あるいは両端から、長さＰ／２
   ^(N-α)を単位としてその長さの２^(N-α)−（ｍ／２^α）
   倍に相当する領域を取り除き、残りの領域を２（Ｎ−
   α）／（ｍ／２^α）倍することによって規定されるピッ
   チＰの領域を有した（Ｎ−α）種類のパターンと、 各パターン上の任意の１周期のピッチＰ内において、 幅Ｐ／（２¹×ｍ）の開口部及び遮光部が周期的に繰り
   返す第Ｉのパターン、 幅Ｐ／（２²×ｍ）の開口部及び遮光部が周期的に繰り
   返す第ＩＩのパターン、 以下同様に幅Ｐ／（２^α×ｍ）の開口部及び遮光部が周
   期的に繰り返す第αのパターン、を有したα種類のパタ
   ーンとを用いて、前記階段構造を形成することを特徴と
   する請求項１記載の回折光学素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記パターンは、マスク上に形成された
   パターンを露光転写することによって得られることを特
   徴とする請求項１乃至３記載の回折光学素子の製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記パターンは、電子線によって前記基
   板表面に描画されることを特徴とする請求項１乃至３記
   載の回折光学素子の製造方法。
6. 【請求項６】 フォトレジストを塗布した基板上にマス
   クパターンを結像倍率１／ｒ（但し、ｒ≧１）の光学系
   を用いて露光転写し、フォトレジストを現像することに
   よって得られたパターンを利用して前記基板表面を凹凸
   に形成する一連のプロセスを、Ｎ種類（但し、Ｎ≧２）
   のマスクパターンを用いてＮ回繰り返し、任意の１周期
   のピッチがＰ、１周期の格子断面形状がｍ段（但し、
   ｍ：２^N-1＋１から２^N−１の範囲の整数）の階段構造を
   形成する回折光学素子の製造方法であって、 Ｎ回のプロセスによって１周期の格子断面形状が２^N段
   の階段構造を形成するために必要なＮ種類のマスクパタ
   ーン、すなわち、各マスクパターン上の任意の１周期の
   ピッチｒＰ内において、 幅ｒＰ／２¹の開口部及び遮光部が周期的に繰り返す第
   １のマスクパターン、 幅ｒＰ／２²の開口部及び遮光部が周期的に繰り返す第
   ２のマスクパターン、 以下同様に幅ｒＰ／２^Nの開口部、遮光部が周期的に繰
   り返す第Ｎのマスクパターン、 の各々に対して、マスクパターン上でピッチｒＰとなる
   領域の片端あるいは両端から、長さｒＰ／２^Nを単位と
   してその長さの２^N−ｍ倍に相当する領域を取り除き、
   残りの領域を２^N／ｍ倍することによって規定されるピ
   ッチｒＰの領域を有したＮ種類のマスクパターンを用い
   て、前記階段構造を形成することを特徴とする回折光学
   素子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記光学系は、結像倍率が１／５、ある
   いは１／４の投影光学系であることを特徴とする請求項
   ６記載の回折光学素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記階段構造は、前記基板をエッチング
   することによって形成されることを特徴とする請求項１
   乃至７記載の回折光学素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記階段構造は、前記基板に透明材料を
   堆積させることによって形成されることを特徴とする請
   求項１乃至７記載の回折光学素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 中心から遠ざかるにしたがって、前記
    ピッチＰが小さくなる環状格子を形成することを特徴と
    する請求項１乃至９記載の回折光学素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０に記載の製造方法に
    よって製造された回折光学素子を有することを特徴とす
    る光学機器。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の光学機器は、マスク
    パターンを基板に露光転写する露光装置であって、該露
    光装置を用いて素子を製造することを特徴とする素子の
    製造方法。