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JP2007155927A - Diffraction optical element manufacturing method, diffraction optical element and reticle mask used in the manufacturing method - Google Patents

Diffraction optical element manufacturing method, diffraction optical element and reticle mask used in the manufacturing method Download PDF

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JP2007155927A
JP2007155927A JP2005348456A JP2005348456A JP2007155927A JP 2007155927 A JP2007155927 A JP 2007155927A JP 2005348456 A JP2005348456 A JP 2005348456A JP 2005348456 A JP2005348456 A JP 2005348456A JP 2007155927 A JP2007155927 A JP 2007155927A
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敬 召田
Nobuto Toyama
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diffraction optical element and a manufacturing method of the diffraction optical element, wherein the deterioration of a characteristic of the optical element due to a manufacturing error is prevented from occurring, and further mass-productivity is drastically improved, in a manufacturing method of the step-like diffraction optical element in which a series of treatment processes comprising: plotting exposure treatment of performing selective plotting exposure and patterning by using a plotting exposure device; development treatment; and etching treatment or else are repeated. <P>SOLUTION: The diffraction optical element manufacturing method comprises: a process of disposing a photosensitive material layer on one surface of a working substrate, exposing the photosensitive material layer by a projection exposure method of using a reticle mask which controls a transmission light quantity (exposure quantity) distribution upon exposure in accordance with a distribution state of a fine dot-pattern, developing the exposed photosensitive material layer, and forming a first rugged pattern whose raw material is the photosensitive material layer; and a process of removing the first rugged pattern by performing etching from the first rugged pattern formation side, and forming a second rugged pattern corresponding to the rugged shape of the first rugged pattern on one surface itself of the working substrate as the ruggedness of the diffractive optical element. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、加工用基板の一面を加工して凹凸を配した回折光学素子の作製方法と該作製方法により作製される回折光学素子に関する。
尚、このような回折光学素子の適用分野としては、半導体リソグラフィー分野、ナノテクノロジー分野、光学部材分野等が挙げられるが、これらに限定はされない。
The present invention relates to a method for manufacturing a diffractive optical element in which one surface of a processing substrate is processed to provide unevenness, and a diffractive optical element manufactured by the manufacturing method.
In addition, examples of the field of application of such a diffractive optical element include the field of semiconductor lithography, the field of nanotechnology, the field of optical members, and the like, but are not limited thereto.

従来より、光路制御用光学素子としては、レンズやプリズムなどの光屈折系媒体や鏡などの反射系光学素子が従来から知られているが、近年、光通信あるいは光産業の普及に伴い、わずかな光の波長の違いをもとに光路を制御する素子の研究、開発が盛んになってきた。
そして、わずかな光の波長の違いを検出したり、抽出する場合などに、微細加工された、素子形状により光の進行方向と位相を制御するための素子である回折光学素子の需要が大きくなってきている。
回折光学素子の表面は、図18(a)に示されるように、断面が、不連続な斜面部11で段状に表現される鋸歯状態である必要があるが、このような断面が非線形な鋸歯形状を、微細に加工することは、加工精度の面から難しく、通常は、図18(b)に示される階段形状で近似して作製される。
図18中、12は階段部で、12aは段部である。
尚、図18(b)に示すような表面を階段状とした回折光学素子を、以下、階段状回折光学素子とも言い、階段状に加工された部分を階段とも言う。
そして、階段の段1つ分の幅(最小幅とも言う)δはどこも同じとしている。
図18(b)に示す階段状回折光学素子の場合、階段の段1つ分の幅(最小幅とも言う)δを用いる光の波長の1/2程度にすることで、鋸歯形状を階段形状にて近似し、同様の光学特性を得ることができる。
Conventionally, as an optical element for controlling an optical path, a photorefractive medium such as a lens or a prism or a reflective optical element such as a mirror has been known. However, in recent years, with the spread of optical communication or the optical industry, Research and development of devices that control the optical path based on the difference in the wavelength of light has become active.
In addition, when detecting or extracting a slight difference in the wavelength of light, there is an increasing demand for a diffractive optical element that is finely processed and controls the light traveling direction and phase according to the element shape. It is coming.
As shown in FIG. 18A, the surface of the diffractive optical element needs to have a sawtooth state in which the cross section is expressed in a step shape by the discontinuous slope portion 11, but such a cross section is nonlinear. It is difficult to finely process the sawtooth shape from the viewpoint of processing accuracy, and it is usually produced by approximating the staircase shape shown in FIG.
In FIG. 18, 12 is a staircase part and 12a is a step part.
A diffractive optical element having a stepped surface as shown in FIG. 18B is hereinafter also referred to as a stepped diffractive optical element, and a portion processed into a stepped shape is also referred to as a step.
The width (also referred to as the minimum width) δ for one step of the stairs is the same everywhere.
In the case of the step-like diffractive optical element shown in FIG. 18B, the sawtooth shape is made to be a staircase shape by reducing the width of one step (also referred to as the minimum width) δ to about ½ of the wavelength of light. And similar optical characteristics can be obtained.

このような回折光学素子の階段部の作製方法としては、USP5,218,471(特許文献1)に記載されるような、マスク露光方法を用いてパターニングを行う第1の作製方法が知られている。
USP5,218,471 尚、特許文献1はマイクロレンズの作製方法に関する。 この作製方法の場合、マスク露光なので精度が悪くなり、また、マスクの作製が前提となるが、解像度が高く要求されるようになると、マスクの作製自体にエラーが発生することがある。 そして、作製する階段部の段数に対応した分のマスクの作製が必要となる。 また、ステッパー内部のホモジナイザーなど、半導体製造用途では、光の短波長化に伴い回折光学素子の最小描画単位が小さくなる傾向にある。 寸法やアライメント誤差に関する光学特性の影響が大きくなる傾向にあり、特許文献1の方法では限界がある。 また、各段毎に各段の形状、サイズに合った設計データを作成し、各段毎に、EB描画装置(電子線描画装置のこと)あるいはレーザ描画装置等の描画露光装置により、設計データをもとに描画露光して、現像し、各段の深さに対応したドライエッチングを施し作製する第2の方法が知られている。 例えば、EB描画装置を用いて選択的に描画露光してパターニング行う描画露光処理と、現像処理、エッチング処理等を含む一連の処理プロセスを、繰り返し行い、その作製を行う作製方法が、提案されている。 本願発明者は、特開2002−350623号公報(特許文献2)に記載のように、第2の方法において、位置合わせ精度を緩くできる回折光学素子の作製方法を提案している。 特開2002−350623号公報 一方、また、藤田、西原、小山等は、第3の作製方法として、1982、Optical Sciety America(非特許文献1)において、電子線リソグラフィーを用いたブレーズドグレーティングの作製プロセスを開示している。 PMMA層への電子のドーズ量を段階的に変えてEB描画装置にて描画露光して、現像することにより、所望の断面形状を得るものである。 1982、Optical Sciety America
As a method for manufacturing such a staircase portion of the diffractive optical element, a first manufacturing method is known in which patterning is performed using a mask exposure method as described in US Pat. No. 5,218,471 (Patent Document 1). Yes.
US Pat. No. 5,218,471 Note that Patent Document 1 relates to a method of manufacturing a microlens. In the case of this manufacturing method, mask exposure exposes accuracy, and it is premised on mask manufacturing. However, if high resolution is required, an error may occur in mask manufacturing itself. Then, it is necessary to produce masks corresponding to the number of steps of the staircase to be produced. Further, in semiconductor manufacturing applications such as a homogenizer inside a stepper, the minimum drawing unit of the diffractive optical element tends to become smaller as the wavelength of light becomes shorter. The influence of optical characteristics on dimensions and alignment errors tends to increase, and the method of Patent Document 1 has a limit. Also, design data suitable for the shape and size of each stage is created for each stage, and the design data is created for each stage by a drawing exposure apparatus such as an EB drawing apparatus (electron beam drawing apparatus) or a laser drawing apparatus. A second method is known in which drawing exposure is performed based on the above, development is performed, and dry etching corresponding to the depth of each step is performed. For example, a manufacturing method has been proposed in which a series of processing processes including a drawing exposure process that selectively performs pattern exposure and patterning using an EB drawing apparatus, a development process, an etching process, and the like are repeatedly performed and the manufacturing process is performed. Yes. The inventor of the present application has proposed a method for manufacturing a diffractive optical element capable of loosening the alignment accuracy in the second method, as described in JP-A-2002-350623 (Patent Document 2). JP, 2002-350623, A On the other hand, Fujita, Nishihara, Koyama et al., As a third production method, produced a blazed grating using electron beam lithography in 1982, Optical City America (Non-patent Document 1). The process is disclosed. A desired cross-sectional shape is obtained by changing the dose amount of electrons to the PMMA layer stepwise, drawing exposure with an EB drawing apparatus, and developing. 1982, Optical Science America

近年は、パターニングの精度面から、第2の作製方法が、主に採られるようになってきた。
第2の方法による回折光学素子の作製は、先にも述べたように、EB描画装置、レーザ描画装置等の描画露光装置を用いて選択的に描画露光してパターニング行う描画露光処理と、現像処理、エッチング処理を含む一連の処理プロセスを、繰り返し行うが、各一連の処理プロセスにおける描画露光装置を用いた描画露光においては、予め、設計に基づき作成された、描画用データを用いるものである。
例えば、図19にその1例の作製工程を示すように、描画露光処理と、現像処理、エッチング処理を含む一連の処理工程を、繰り返して行い、後に、作製された回折光学素子の特性を検査するものである。
In recent years, the second manufacturing method has come to be mainly adopted from the viewpoint of patterning accuracy.
The diffractive optical element is manufactured by the second method, as described above, the drawing exposure process in which patterning is performed by selectively drawing exposure using a drawing exposure apparatus such as an EB drawing apparatus or a laser drawing apparatus, and development. A series of processing processes including processing and etching are repeatedly performed. In the drawing exposure using the drawing exposure apparatus in each series of processing processes, drawing data created in advance based on the design is used. .
For example, as shown in FIG. 19 showing an example of the manufacturing process, a series of processing steps including a drawing exposure process, a development process, and an etching process are repeated, and the characteristics of the manufactured diffractive optical element are inspected later. To do.

従来の回折光学素子の作製を、図19に基づいて、簡単に説明しておく。
以下、このような従来の回折光学素子の作製方法を、階段状回折光学素子の作製方法とも言う。
尚、説明を簡単にするため、図18(b)のような4段の階段状回折光学素子を作製する場合について説明する。
描画露光用のデータを、各ドライエッチング加工工程に合せ、それぞれ準備しておく。 そして、光屈折系の媒体からなる板状の加工用素材110の一方の表面にクロム膜120をスパッタリング法、蒸着法等により成膜しておき、クロム膜120上に感光性のポジ型のレジスト130を形成しておく。(図19(a))
加工用素材110としては、石英ガラス基板(合成石英基板を含む)が通常用いられるがこれに限定はされない。
次いで、所定の描画露光用データを用いて、所定領域を露光し、現像し、所定領域に(レジストの)開口131を設ける。(図19(b))
次いで、開口131を設けたレジスト130を耐エッチングマスクとして、開口131から露出したクロム膜120をエッチング除去し、レジストの開口131に対応してクロム膜の開口を設けた(図示していない)後、所定領域を開口したクロム膜120あるいはクロム膜120とレジスト130を耐エッチングマスクとして、ドライエッングを行ない、所定の深さだけエッチングする。(図19(c))
クロム膜のエッチングは、クロム膜を塩素系のガスを用いたドライエッチングあるいは、過塩素酸と硝酸第二セリウムアンモンからなるエッチング液による湿式エッチングで行なう。加工用素材110が石英ガラス基板(合成石英基板を含む)の場合は、CF4 、CFH3 等のフッ素系のガスを用いて、ドライエッチングを行なう。
このようにして、1回目のドライエッチング加工工程を行った後、レジスト130を除去し、ドライエッチング加工部411a側全面に新たにレジスト135を配設し(図19(d))、所定の描画露光用データを用いて描画露光、現像を行ない、所定領域のみを開口させ、開口136から露出しているクロム膜120をエッチング除去し(図19(e))、先と同様にして、所定領域を開口したクロム膜120あるいはクロム膜120とレジスト135を耐エッチングマスクとして、ドライエッチングを行ない、所定の深さだけエッチングする。(図19(f))
このようにして、2回目のドライエッチング加工工程を行った後、レジスト135、クロム膜120を順に除去して、目的とする回折光学素子を得る。(図19(h))
上記のように、図19に示す従来の作製方法においては、作製する光学素子の加工用素材表面をドライエッチングにて階段形状で近似するわけで、いずれも、レジスト塗布、露光、現像、ドライッチングの一連の工程を、複数回(多段階とも言うが、ここでは2回)繰り返す必要がある。
そして、このような一連の工程を繰り返して目的とする階段部を形成するには、各一連の工程で高い位置合わせの精度が必須となる。
The production of a conventional diffractive optical element will be briefly described with reference to FIG.
Hereinafter, such a conventional method for manufacturing a diffractive optical element is also referred to as a method for manufacturing a stepped diffractive optical element.
In order to simplify the description, a case where a four-step staircase diffractive optical element as shown in FIG.
Data for drawing exposure is prepared for each dry etching process. Then, a chromium film 120 is formed on one surface of a plate-shaped processing material 110 made of a photorefractive medium by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like, and a photosensitive positive resist is formed on the chromium film 120. 130 is formed. (FIG. 19 (a))
As the processing material 110, a quartz glass substrate (including a synthetic quartz substrate) is usually used, but is not limited thereto.
Next, a predetermined area is exposed and developed using predetermined drawing exposure data, and a (resist) opening 131 is provided in the predetermined area. (FIG. 19 (b))
Next, using the resist 130 provided with the opening 131 as an etching resistant mask, the chromium film 120 exposed from the opening 131 is removed by etching, and a chromium film opening corresponding to the resist opening 131 is provided (not shown). Then, dry etching is performed using the chromium film 120 having a predetermined region opened or the chromium film 120 and the resist 130 as an etching resistant mask, and etching is performed to a predetermined depth. (FIG. 19 (c))
Etching of the chromium film is performed by dry etching using a chlorine-based gas or wet etching with an etchant composed of perchloric acid and ceric ammonium nitrate. When the processing material 110 is a quartz glass substrate (including a synthetic quartz substrate), dry etching is performed using a fluorine-based gas such as CF4 or CFH3.
In this way, after the first dry etching process is performed, the resist 130 is removed, and a resist 135 is newly provided on the entire surface of the dry etching processed part 411a (FIG. 19D). Drawing exposure and development are performed using the exposure data, only a predetermined region is opened, and the chromium film 120 exposed from the opening 136 is removed by etching (FIG. 19E). Using the chrome film 120 or the chrome film 120 with the resist 135 as an anti-etching mask, dry etching is performed and etching is performed to a predetermined depth. (FIG. 19 (f))
In this way, after the second dry etching process is performed, the resist 135 and the chromium film 120 are sequentially removed to obtain a target diffractive optical element. (Fig. 19 (h))
As described above, in the conventional manufacturing method shown in FIG. 19, the processing material surface of the optical element to be manufactured is approximated in a staircase shape by dry etching, and in all cases, resist coating, exposure, development, and drying are performed. It is necessary to repeat the series of processes a plurality of times (also referred to as multistage, but here twice).
And in order to repeat such a series of processes and form the target step part, the precision of high alignment is essential in each series of processes.

しかしながら、このような光学素子作製工程では、各処理装置などの精度不良などから、描画露光処理やエッチング処理等、各処理において、アライメントエラー、エッチング深さエラー、寸法エラーなど、作製に起因する作製エラーが生じており、これら作製エラーが発生すると、当初設計された光学素子の特性(強度、効率、SN比など)が得られないという問題があった。
例えば、8段の階段状回折光学素子の場合、正常な場合、その断面が、図20(a)のようになる。
しかし、描画露光の段部212の寸法が設計値と異なり誤差がある場合は、アライメントエラーがなくても、図20(b)に示すように、段部の境に溝部215が生じることがある。
また、アライメントエラーがある場合には、図20(c)に示すように、描画露光に問題がなくても、余分な突起部216や溝部215が生じることがある。
尚、アライメントエラーがなく、描画露光に問題がなくても、図20(d)に示すように、エッチングプロセスの不安定性に起因して段部の高さが設計値と異なってしまうことがある。
これらの作製エラーが発生した場合、光学素子作製工程のはじめからやり直す必要があり、時間や材料の無駄になる。
However, in such an optical element manufacturing process, due to inaccuracy of each processing apparatus, etc., in each process such as a drawing exposure process and an etching process, a manufacturing error caused by manufacturing such as an alignment error, an etching depth error, and a dimensional error. An error has occurred, and when these production errors occur, the characteristics (strength, efficiency, SN ratio, etc.) of the originally designed optical element cannot be obtained.
For example, in the case of an eight-step step-like diffractive optical element, the cross section thereof is as shown in FIG.
However, when the drawing exposure step 212 is different from the design value and has an error, even if there is no alignment error, a groove 215 may be formed at the step boundary as shown in FIG. .
Further, when there is an alignment error, as shown in FIG. 20C, even if there is no problem in the drawing exposure, an extra protrusion 216 and a groove 215 may be generated.
Even if there is no alignment error and there is no problem with drawing exposure, the height of the stepped portion may differ from the design value due to instability of the etching process, as shown in FIG. .
When these production errors occur, it is necessary to start over from the beginning of the optical element production process, which wastes time and materials.

このような中、最近では、半導体リソグラフィー分野、ナノテクノロジー分野、光学部材分野における技術の進歩はめざましく、このような分野においては、凹凸形状が複雑な回折光学素子の適用要求が強くなってきて、その量産手段が求められるようになってきた。   Under such circumstances, recently, technological advancement in the field of semiconductor lithography, nanotechnology, and optical members has been remarkable, and in such fields, the demand for application of diffractive optical elements with complex concavo-convex shapes has increased, The means of mass production has been demanded.

上記のように、近年、光通信あるいは光産業の普及に伴い、素子形状により光の進行方向と位相を制御するための素子である回折光学素子の需要が大きくなってきており、また、最近では、半導体リソグラフィー分野、ナノテクノロジー分野、光学部材分野における技術の進歩はめざましく凹凸形状が複雑な回折光学素子の適用要求が強くなってきて、
これら、凹凸形状が複雑な回折光学素子の量産手段が求められるようになってきた。
本発明はこれに対応するもので、上記従来の、描画露光装置を用いて選択的に描画露光してパターニング行う描画露光処理と、現像処理、エッチング処理等を含む一連の処理プロセスを、繰り返し行う階段状回折光学素子の作製方法において、発生するアライメントエラー、エッチング深さエラー、寸法エラーなどの作製エラーに起因する光学素子の特性の劣化をなくすことができ、更には該方法に比べて飛躍的に量産性を向上させた、回折光学素子の作製方法を提供しようとするものである。
そして、上記従来の階段状回折光学素子の作製方法により作製された場合の作製エラーに起因する回折光学素子の特性の劣化をなくすことができる回折光学素子を提供しようとするものである。
As described above, in recent years, with the spread of optical communication or the optical industry, the demand for diffractive optical elements, which are elements for controlling the traveling direction and phase of light depending on the element shape, has been increasing. The progress in technology in the fields of semiconductor lithography, nanotechnology, and optical materials is remarkable, and the demand for application of diffractive optical elements with complex concavo-convex shapes has increased.
There has been a demand for mass production means for these diffractive optical elements having complicated concavo-convex shapes.
The present invention corresponds to this, and a series of processing processes including the above-described conventional drawing exposure processing for selectively drawing exposure and patterning using the drawing exposure apparatus, and development processing, etching processing, and the like are repeatedly performed. In the manufacturing method of the step-like diffractive optical element, it is possible to eliminate the deterioration of the characteristics of the optical element due to the manufacturing error such as the alignment error, the etching depth error, and the dimensional error, and further, it is drastically compared with the method. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a diffractive optical element with improved mass productivity.
Then, an object of the present invention is to provide a diffractive optical element capable of eliminating the deterioration of the characteristics of the diffractive optical element due to a manufacturing error when it is manufactured by the conventional stepwise diffractive optical element manufacturing method.

本発明の回折光学素子の作製方法は、加工用基板の一面を加工して凹凸を配した回折光学素子を形成するための、回折光学素子の作製方法であって、前記加工用基板の一面上に、感光性材層を配設し、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量(露光量)分布を制御するレチクルマスクを用い、ステッパー露光方式で、前記感光性材層を露光し、現像して、加工用基板の一面上に、前記感光性材層を素材とした第1の凹凸パターンを形成する、第1の凹凸パターン形成工程と、前記第1の凹凸パターン形成側から、該第1の凹凸パターンと前記加工用基板の一面とを共にエッチングして、前記第1の凹凸パターンが無くなり、前記加工用基板の一面自体に前記第1の凹凸パターンの凹凸形状に対応した、第2の凹凸パターンを回折光学素子の凹凸として形成する、第2の凹凸パターン形成工程とを行うものであることを特徴とするものである。
そして、上記の回折光学素子の作製方法であって、前記投影露光方式がステッパー露光方式であることを特徴とするものである。
そしてまた、上記いずれかの回折光学素子の作製方法であって、前記レチクルマスクは、そのパターン形成平面をX−Y座標として、その座標値x、yの関数として、所望の露光する際の透過光量(露光量)分布を、Z座標上の値をzとして、z=F(x、y)として求め、求められたz値に対応した密度で、X−Y座標上の位置に、前記ドットパターンを配置したものであることを特徴とするものであり、前記レチクルマスクは、露光においてレチクルマスク面上は均一照度として、前記Z座標上のz値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムにより、露光波長では解像しない所定サイズのX−Y座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのX−Y座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理を行なって得た、パターンデータを用いて、描画露光される、フォトエッチング工程により作製されものであることを特徴とするものである。
また、請求項4に記載の回折光学素子の作製方法であって、前記所定のアルゴリズムは、誤差分散法あるいはオーダードディザ法であることを特徴とするものである。
あるいは、請求項4に記載の回折光学素子の作製方法であって、前記所定のアルゴリズムは、前記レチクルマスクのパターン領域を、前記Z座標上のz値に対応して、z値の所定の範囲毎に分割し、各分割された分割領域毎に、対応した所定の一定の密度で前記ドットパターンを生成配置する、パターン領域分割ドット配置法であることを特徴とするものである。
あるいはまた、請求項4に記載の回折光学素子の作製方法であって、前記所定のアルゴリズムは、誤差分散法、オーダードディザ法、パターン領域分割ドット配置法のいずれか1のアルゴリズムによりドットパターンを生成配置して得たパターンデータを作成し、該作成されたパターンデータにおいて、レチクルマスクにおける透過光量が最大の領域に対応するドットパターン密度の領域を地として、該地からのドットパターン密度の変化が所定の一定値以上で、且つ、凹凸パターンの急峻な変化部に相当する箇所については、該地に隣接して、該急峻な変化部における透過光量が最大、且つまたは最小の領域に対応するドットパターン密度の領域を、所定の幅、配設したデータに置き代えるものであることを特徴とするものである。
The method for producing a diffractive optical element according to the present invention is a method for producing a diffractive optical element for forming a diffractive optical element having an uneven surface by processing one surface of the processing substrate, In addition, using a reticle mask that arranges a photosensitive material layer and controls the distribution of transmitted light amount (exposure amount) during exposure according to the distribution state of fine dot patterns that are not resolved at the exposure wavelength, in a stepper exposure method, A first concavo-convex pattern forming step of exposing and developing the photosensitive material layer to form a first concavo-convex pattern using the photosensitive material layer as a material on one surface of a processing substrate; The first concavo-convex pattern and the one surface of the processing substrate are etched together from the concavo-convex pattern forming side to eliminate the first concavo-convex pattern, and the first concavo-convex pattern on the one surface of the processing substrate itself Pair with uneven pattern Was, the second uneven patterns formed as unevenness of the diffractive optical element, and characterized in that performing the second concavo-convex pattern forming step.
A method for manufacturing the diffractive optical element is characterized in that the projection exposure method is a stepper exposure method.
Further, in any one of the above-described diffractive optical element manufacturing methods, the reticle mask has a pattern forming plane as an XY coordinate, and transmission at a desired exposure as a function of the coordinate values x and y. The light amount (exposure amount) distribution is obtained as z = F (x, y) where z is the value on the Z coordinate, and the dot is positioned at the position on the XY coordinate at a density corresponding to the obtained z value. In the exposure, the reticle mask has a uniform illuminance on the reticle mask surface during exposure, and has a predetermined reproducibility corresponding to the z value on the Z coordinate. For each XY coordinate area of a predetermined size that is not resolved at the exposure wavelength, the algorithm determines whether or not a dot pattern of the area size is arranged, and the XY of the predetermined size is determined to have the pattern arrangement. Coordinate region The produces arranged dot pattern, obtained by performing a process of generating a dot pattern, using the pattern data is rendered exposed, is characterized in that those produced by photo-etching process.
The diffractive optical element manufacturing method according to claim 4, wherein the predetermined algorithm is an error dispersion method or an ordered dither method.
Alternatively, in the method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 4, the predetermined algorithm is configured such that the reticle mask pattern region corresponds to a z value on the Z coordinate and a predetermined range of the z value. This is a pattern area divided dot arrangement method in which the dot pattern is generated and arranged at a predetermined predetermined density corresponding to each divided area.
Alternatively, in the method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 4, the predetermined algorithm is a dot pattern formed by any one of an error dispersion method, an ordered dither method, and a pattern area division dot arrangement method. The pattern data obtained by generating and arranging is created, and in the created pattern data, the dot pattern density change from the ground with the area of the dot pattern density corresponding to the area where the amount of transmitted light in the reticle mask is maximum For a portion corresponding to a steeply changed portion of the concavo-convex pattern with a predetermined constant value or more, adjacent to the ground, the amount of transmitted light at the steeply changed portion corresponds to a maximum or minimum region. The dot pattern density region is replaced with data having a predetermined width and arrangement.

本発明の回折光学素子は、加工用基板の一面を加工して凹凸を配した回折光学素子であって、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の回折光学素子作製方法により作製されたことを特徴とするものである。   The diffractive optical element of the present invention is a diffractive optical element in which one surface of a processing substrate is processed to provide unevenness, and is manufactured by the diffractive optical element manufacturing method according to any one of claims 1 to 7. It is characterized by this.

本発明のレチクルマスクは、基板の一面上に配設された感光性材層をステッパー露光方式で露光する際に用いられる、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量(露光量)分布を制御するレチクルマスクであって、そのパターン形成平面をX−Y座標として、その座標値x、yの関数として、所望の露光する際の透過光量(露光量)分布を、Z座標上の値をzとして、z=F(x、y)として求め、求められたz値に対応した密度で、X−Y座標上の位置に、前記ドットパターンを配置したものであり、露光においてレチクルマスク面上は均一照度として、前記Z座標上のz値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しない所定サイズのX−Y座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのX−Y座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理を行なって得た、パターンデータを用いて、描画露光される、フォトエッチング工程により作製されたものであることを特徴とするものである。
そして、上記のレチクルマスクであって、前記所定のアルゴリズムとして誤差分散法あるいはオーダードディザ法を用い、ドットパターンを生成配置して得たパターンデータを用いて、あるいは、前記所定のアルゴリズムとして誤差分散法あるいはオーダードディザ法を用い、ドットパターンを生成配置して得たパターンデータの一部領域を、前記所定のアルゴリズムとして、前記レチクルマスクのパターン領域を、前記Z座標上のz値に対応して、z値の所定の範囲毎に分割し、各分割された分割領域毎に、対応した所定の一定の密度で前記ドットパターンを生成配置する、パターン領域分割ドット配置法を用いて、ドットパターンを生成配置して得たパターンデータの、前記一部領域に該当する領域のドットパターン配置で置き換えて、配置して得た、パターンデータを用いて、描画露光される、フォトエッチング工程により作製されたものであることを特徴とするものである。
The reticle mask of the present invention is used when a photosensitive material layer disposed on one surface of a substrate is exposed by a stepper exposure method, and is exposed by a fine dot pattern distribution state that is not resolved at an exposure wavelength. A reticle mask for controlling the distribution of the transmitted light amount (exposure amount) of light, and the transmitted light amount (exposure amount) at the time of desired exposure as a function of the coordinate values x and y with the pattern formation plane as the XY coordinates The distribution is obtained by assuming that the value on the Z coordinate is z and z = F (x, y), and the dot pattern is arranged at the position on the XY coordinate at a density corresponding to the obtained z value. XY coordinates of a predetermined size that are not resolved at the exposure wavelength using a reproducible predetermined algorithm corresponding to the z value on the Z coordinate, assuming that the reticle mask surface is uniformly illuminated during exposure. For each area Dot pattern generation processing is performed in which the presence or absence of the dot pattern of the area size is determined, and the dot pattern is generated and arranged in the XY coordinate area of the predetermined size where the pattern arrangement is determined to be present. The obtained pattern data is used for drawing exposure and is produced by a photoetching process.
In the reticle mask, the error distribution method or the ordered dither method is used as the predetermined algorithm, the pattern data obtained by generating and arranging the dot pattern, or the error distribution as the predetermined algorithm. Method or ordered dither method is used, and a partial area of the pattern data obtained by generating and arranging the dot pattern corresponds to the predetermined algorithm, and the pattern area of the reticle mask corresponds to the z value on the Z coordinate. A dot pattern using a pattern area division dot arrangement method in which the dot pattern is generated and arranged at a predetermined predetermined density corresponding to each divided area. Of the pattern data obtained by generating and arranging the dot pattern arrangement of the area corresponding to the partial area, Obtained location, using the pattern data is rendered exposed, is characterized in that which has been produced by photo-etching process.

(作用)
本発明の回折光学素子の作製方法は、このような構成にすることにより、上記従来の、階段状回折光学素子の作製方法において、発生するアライメントエラー、エッチング深さエラー、寸法エラーなどの作製エラーに起因する光学素子の特性の劣化をなくすことができる、回折光学素子の作製方法の提供を可能としている。
同時に、そのような微細な回折光学素子の作製を可能としている。
具体的には、加工用基板の一面上に、感光性材層を配設し、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量(露光量)分布を制御するレチクルマスクを用い、投影露光方式で、前記感光性材層を露光し、現像して、加工用基板の一面上に、前記感光性材層を素材とした第1の凹凸パターンを形成する、第1の凹凸パターン形成工程と、前記第1の凹凸パターン形成側から、該第1の凹凸パターンと前記加工用基板の一面とを共にエッチングして、前記第1の凹凸パターンが無くなり、前記加工用基板の一面自体に前記第1の凹凸パターンの凹凸形状に対応した、第2の凹凸パターンを回折光学素子の凹凸として形成する、第2の凹凸パターン形成工程とを行うものであることにより、これを達成している。
詳しくは、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量(露光量)分布を制御するレチクルマスクを用い、第1の第1の凹凸パターンを形成し、更に、該第1の凹凸パターンと前記加工用基板の一面とを共にエッチングして、前記第1の凹凸パターンが無くなり、前記加工用基板の一面自体に前記第1の凹凸パターンの凹凸形状に対応した、第2の凹凸パターンを回折光学素子の凹凸として形成していることにより、回折光学素子の複雑な凹凸の形状に対応できるものとしており、従来の階段状回折光学素子に比べて、回折効率を向上させ、SN比を良くすることができる。
同時に、微細な回折光学素子の作成を可能としている。
また、前記投影露光方式がステッパー露光方式である、請求項2の発明の形態とすることにより、即ち、縮小投影して露光するステッパー露光方式を採り入れていることにより、量産性の良いものとしており、且つ、パターンデータの作成をし易いものとしている。 上記従来の、階段状回折光学素子の作製方法に比べて飛躍的に量産性を向上させることができる。
尚、ドライエッチングにて行う形態を採る場合、ウェットエッチングの場合に比べて、所望のエッチング形状を得やすく、制御し易いものにできる。
(Function)
The manufacturing method of the diffractive optical element of the present invention has such a configuration, so that the manufacturing error such as the alignment error, the etching depth error, and the dimensional error that occurs in the conventional stepwise diffractive optical element manufacturing method described above. It is possible to provide a method of manufacturing a diffractive optical element that can eliminate the deterioration of the characteristics of the optical element due to the above.
At the same time, it is possible to produce such a fine diffractive optical element.
Specifically, a photosensitive material layer is arranged on one surface of the processing substrate, and the transmitted light amount (exposure amount) distribution during exposure is controlled by the distribution of fine dot patterns that are not resolved at the exposure wavelength. The photosensitive material layer is exposed and developed by a projection exposure method using a reticle mask to form a first concavo-convex pattern using the photosensitive material layer as a material on one surface of a processing substrate. From the first concavo-convex pattern forming step and the first concavo-convex pattern forming side, the first concavo-convex pattern and one surface of the processing substrate are etched together, the first concavo-convex pattern disappears, and the processing By performing a second concavo-convex pattern forming step of forming a second concavo-convex pattern corresponding to the concavo-convex shape of the first concavo-convex pattern on one surface of the substrate for use as a concavo-convex pattern of the diffractive optical element, Achieve this That.
Specifically, the first first uneven pattern is formed using a reticle mask that controls the distribution of transmitted light amount (exposure amount) during exposure according to the distribution state of fine dot patterns that are not resolved at the exposure wavelength, and The first concavo-convex pattern and one surface of the processing substrate are etched together to eliminate the first concavo-convex pattern, and the one surface of the processing substrate itself corresponds to the concavo-convex shape of the first concavo-convex pattern. By forming the second concavo-convex pattern as the concavo-convex pattern of the diffractive optical element, the diffractive optical element can cope with the complicated concavo-convex shape, and has a diffraction efficiency higher than that of a conventional stepped diffractive optical element. It is possible to improve and improve the SN ratio.
At the same time, a fine diffractive optical element can be created.
Further, the projection exposure method is a stepper exposure method, and by adopting the aspect of the invention of claim 2, that is, adopting a stepper exposure method for exposure by reducing projection, the mass-productivity is improved. In addition, pattern data can be easily created. Compared with the conventional method of manufacturing a stepped diffractive optical element, mass productivity can be dramatically improved.
In addition, when the form performed by dry etching is adopted, a desired etching shape can be easily obtained and controlled as compared with wet etching.

レチクルマスクとしては、そのパターン形成平面をX−Y座標として、その座標値x、yの関数として、所望の露光する際の透過光量(露光量)分布を、Z座標上の値をzとして、z=F(x、y)として求め、求められたz値に対応した密度で、X−Y座標上の位置に、前記ドットパターンを配置したものである、請求項3の発明の形態が挙げられる。 具体的には、前記レチクルマスクは、露光においてレチクルマスク面上は均一照度として、前記Z座標上のz値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムにより、露光波長では解像しない所定サイズのX−Y座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのX−Y座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理を行なって得た、パターンデータを用いて、描画露光される、フォトエッチング工程により作製されものである、請求項4の発明の形態が挙げられる。
更に具体的には、前記所定のアルゴリズムは、誤差分散法あるいはオーダードディザ法である、請求項5の発明の形態が挙げられる。
この場合には、回折光学素子の凹凸形状を連続的に表現でき、回折効率の向上、SN比の良化が見込める。
あるいは、前記所定のアルゴリズムは、前記レチクルマスクのパターン領域を、前記Z座標上のz値に対応して、z値の所定の範囲毎に分割し、各分割された分割領域毎に、対応した所定の一定の密度で前記ドットパターンを生成配置する、パターン領域分割ドット配置法である、請求項6の発明の形態が挙げられる。
請求項5の発明の形態では、実際のプロセスで、急峻な凹凸を得ることは難しいが、請求項6の発明の形態においては、急峻な凹凸を得るには、請求項5の発明の形態に比べて有利である。
あるいはまた、前記所定のアルゴリズムは、誤差分散法、オーダードディザ法、パターン領域分割ドット配置法のいずれか1のアルゴリズムによりドットパターンを生成配置して得たパターンデータを作成し、該作成されたパターンデータにおいて、レチクルマスクにおける透過光量が最大の領域に対応するドットパターン密度の領域を地として、該地からのドットパターン密度の変化が所定の一定値以上で、且つ、凹凸パターンの急峻な変化部に相当する箇所については、該地に隣接して、該急峻な変化部における透過光量が最大、且つまたは最小の領域に対応するドットパターン密度の領域を、所定の幅、配設したデータに置き代えるものである、請求項7の発明の形態が挙げられる。
この場合は、目標とする回折光学素子の急峻な凹凸領域を、実プロセスにおいて損なうことなく形成できるものとしており、これにより、回折効率をより向上させ、且つSN比をより良化することを可能としている。
感光性材層がネガ型である場合には、ドットパターン密度が0(0%)の領域を地として、該地からのドットパターン密度の変化が所定の一定値以上で、且つ、凹凸パターンの急峻な変化部に相当する箇所については、該地に隣接して、該急峻な変化部における透過光量が最大、且つまたは最小の領域に対応するドットパターン密度の領域を、所定の幅、配設したデータに置き代えるものである。
ポジ型でも同様である。
As a reticle mask, the pattern formation plane is set as an XY coordinate, and the transmitted light amount (exposure amount) distribution at the time of desired exposure is set as a function of the coordinate values x and y, and the value on the Z coordinate is set as z. The form of the invention of claim 3 is obtained by arranging z = F (x, y) and arranging the dot pattern at a position on the XY coordinate at a density corresponding to the obtained z value. It is done. Specifically, the reticle mask has a predetermined size that is not resolved at the exposure wavelength by a predetermined algorithm with reproducibility corresponding to the z value on the Z coordinate, with a uniform illuminance on the reticle mask surface during exposure. For each XY coordinate area, the presence / absence of a dot pattern arrangement of the area size is determined, and a dot pattern is generated and arranged in an XY coordinate area of a predetermined size where the pattern arrangement is determined to be present The form of the invention of claim 4 is produced by a photo-etching process in which drawing exposure is performed using pattern data obtained by performing a dot pattern generation process.
More specifically, the predetermined algorithm may be an error dispersion method or an ordered dither method.
In this case, the concavo-convex shape of the diffractive optical element can be expressed continuously, and improvement in diffraction efficiency and improvement in the SN ratio can be expected.
Alternatively, the predetermined algorithm divides the pattern area of the reticle mask into a predetermined range of the z value corresponding to the z value on the Z coordinate, and corresponds to each divided area. The form of the invention of Claim 6 which is the pattern area division | segmentation dot arrangement | positioning method which produces | generates and arrange | positions the said dot pattern with a predetermined fixed density is mentioned.
In the form of the invention of claim 5, it is difficult to obtain steep unevenness by an actual process. However, in the form of the invention of claim 6, in order to obtain steep unevenness, the form of the invention of claim 5 is used. This is advantageous.
Alternatively, the predetermined algorithm is prepared by creating pattern data obtained by generating and arranging a dot pattern by any one of an error distribution method, an ordered dither method, and a pattern area division dot arrangement method. In the pattern data, the dot pattern density area corresponding to the area where the amount of transmitted light through the reticle mask is maximum is the ground, the change in the dot pattern density from the ground is a predetermined constant value or more, and the uneven pattern is abruptly changed. For a portion corresponding to a portion, a dot pattern density region corresponding to a region where the amount of transmitted light at the steeply changing portion is maximum and / or minimum adjacent to the ground is set to data having a predetermined width. The form of the invention of claim 7 which is to be replaced is mentioned.
In this case, the steep uneven area of the target diffractive optical element can be formed without impairing the actual process, thereby improving the diffraction efficiency and improving the S / N ratio. It is said.
When the photosensitive material layer is a negative type, the change in the dot pattern density from the ground is an area having a dot pattern density of 0 (0%), and the uneven pattern For a portion corresponding to the steep change portion, a dot pattern density region corresponding to the region where the amount of transmitted light in the steep change portion is maximum and minimum is arranged adjacent to the ground with a predetermined width. It replaces the data.
The same applies to the positive type.

本発明の回折光学素子は、このような構成にすることにより、上記従来の、階段状回折光学素子の作製方法により作製された回折光学素子の場合の、作製エラーに起因する光学素子の特性の劣化をなくすことができ、且つ、より回折効率の向上させ、よりSN比の良化をさせることができる回折光学素子の提供を可能としている。   With such a configuration, the diffractive optical element of the present invention has characteristics of the optical element due to a manufacturing error in the case of the diffractive optical element manufactured by the above-described conventional stepwise diffractive optical element manufacturing method. It is possible to provide a diffractive optical element that can eliminate deterioration, improve the diffraction efficiency, and improve the SN ratio.

本発明のレチクルマスクは、このような構成にすることにより、上記本発明の回折光学素子の作製方法において用いられ、上記従来の、階段状回折光学素子の作製方法により作製された回折光学素子の場合の、作製エラーに起因する光学素子の特性の劣化をなくすことができ、且つ、より回折効率の向上させ、よりSN比の良化をさせることができる回折光学素子を作製することを可能としている。   With such a configuration, the reticle mask of the present invention is used in the method for manufacturing a diffractive optical element of the present invention, and the reticle mask of the diffractive optical element manufactured by the conventional method for manufacturing a stepped diffractive optical element is used. In this case, it is possible to manufacture a diffractive optical element that can eliminate the deterioration of the characteristics of the optical element due to a manufacturing error, and that can further improve the diffraction efficiency and improve the SN ratio. Yes.

本発明は、上記のように、従来の、階段状回折光学素子の作製方法において、発生するアライメントエラー、エッチング深さエラー、寸法エラーなどの作製エラーに起因する光学素子の特性の劣化をなくすことができ、更には、該方法に比べて飛躍的に量産性を向上させた、回折光学素子の作製方法の提供を可能とした。
同時に、そのような微細な回折光学素子の作製を可能とした。
As described above, the present invention eliminates the deterioration of the characteristics of the optical element due to the production errors such as the alignment error, the etching depth error, and the dimension error that occur in the conventional method for producing the stepped diffractive optical element. In addition, it is possible to provide a method for manufacturing a diffractive optical element, which is dramatically improved in mass productivity as compared with the method.
At the same time, it was possible to produce such a fine diffractive optical element.

本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図1は本発明の回折光学素子の作製方法の実施の形態の1例の処理フロー図で、図2はレチクルマスクの作製工程を説明するための処理フロー図で、図3は回折光学素子の凹凸形状を得るシミュレーションを説明するための概略図で、図4は回折光学素子の一部領域の凹凸を濃淡で表示した図で、図5は図4に対応するドットパターンを示した図で、図6(a)は所望の回折光学素子の凹凸を形成するためのレジストの所望の凹凸状態を示した図で、図6(b)はパターン領域分割ドット配置法により作製されたレチクルマスク用のパターンデータの図6(a)の箇所に相当する箇所のドットパターン密度を示した図で、図6(c)は図6(b)に示す箇所のドットパターン密度を一部置き換えて配置した場合を示した図で、図7(a)は所望の回折光学素子の凹凸を形成するためのレジストの所望の凹凸状態を示した図で、図7(b)はオーダードディザ法により作製されたレチクルマスク用のパターンデータの図7(a)の箇所に相当する箇所のドットパターン密度を示した図で、図7(c)は図7(b)に示す箇所のドットパターン密度を一部置き換えて配置した場合を示した図で、図8(a)は現像後のレジストの所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を表した図で、図8(b)は図8(a)に示す露光量分布における所定のX−Y座標位置でのZ座標上の値zの一覧を示した図で、図9はオーダードディザ法を説明するための図で、図10は最大値を1としたディザ行列を示した図で、図11は誤差分散法を説明するための図で、図12は図8に示す所定のX−Y座標位置でのZ座標上の値zの一覧に基づき誤差分散法を実施した結果を示した図で、図13は誤差分散行列を用いた誤差分散法を数式により説明するための図で、図14は各種のディザ行列の例を表した図で、図15(a)は誤差分散法の各種走査方向を示した図で、図15(b)は各種誤差分散行列の例を示した図で、図16は現像後レジストの残膜厚と透過光量の関係を示した図で、図17はステッパー露光から加工用基板の一面への凹凸形成までを説明するための工程図である。
図1中のS1〜S9、図2中のS11〜S23は、図3中のS31〜S39は処理ステップを示している。
図4においては、白いほど凸で黒いほど凹であり、図5において白部が多い領域ほど透過光量(露光量)は多いことを示す。
図17は、光学系(レンズ系)を省略して示してある。
図6、図7、図17において、310はレチクルマスク、320、320Aは露光光、330はレジスト、335はレジスト残膜部、336は第1の凹凸パターン、340は加工用基板、346は第2の凹凸パターン、350はXYステージ、410は地、420は急峻部、430は置き換え部、D0は(所定の)一定値、W0は所定幅である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a process flow chart of an example of an embodiment of a method for manufacturing a diffractive optical element of the present invention, FIG. 2 is a process flow chart for explaining a reticle mask manufacturing process, and FIG. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a simulation for obtaining a concavo-convex shape, FIG. 4 is a diagram showing the concavo-convex of a partial region of the diffractive optical element in shades, and FIG. 5 is a diagram showing a dot pattern corresponding to FIG. FIG. 6A is a view showing a desired uneven state of a resist for forming uneven portions of a desired diffractive optical element, and FIG. 6B is a view for a reticle mask manufactured by a pattern region dividing dot arrangement method. FIG. 6C is a diagram showing the dot pattern density of the portion corresponding to the portion of FIG. 6A of the pattern data, and FIG. 6C is a case where the dot pattern density of the portion shown in FIG. FIG. 7 (a) shows the location. FIG. 7B is a view showing a desired uneven state of the resist for forming the unevenness of the diffractive optical element, and FIG. 7B is a pattern data for the reticle mask produced by the ordered dither method in FIG. 7A. FIG. 7C is a diagram showing a case where the dot pattern density at a portion corresponding to the portion is replaced, and FIG. 7C is a diagram showing a case where the dot pattern density at the portion shown in FIG. FIG. 8A is a view showing an exposure amount distribution of a photomask pattern for obtaining a desired resist profile after development. FIG. 8B is a diagram showing a predetermined X in the exposure amount distribution shown in FIG. FIG. 9 is a diagram showing a list of values z on the Z coordinate at the Y coordinate position, FIG. 9 is a diagram for explaining the ordered dither method, and FIG. 10 is a diagram showing a dither matrix with a maximum value of 1. FIG. 11 is a diagram for explaining the error dispersion method. FIG. 13 is a diagram showing a result of performing the error variance method based on a list of values z on the Z coordinate at predetermined XY coordinate positions shown in FIG. 8, and FIG. 13 shows an error variance method using an error variance matrix. FIG. 14 is a diagram illustrating examples of various dither matrices, FIG. 15A is a diagram illustrating various scanning directions of the error dispersion method, and FIG. FIG. 16 is a diagram showing an example of an error dispersion matrix, FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the remaining resist film thickness after development and the amount of transmitted light, and FIG. 17 is an explanation from stepper exposure to the formation of irregularities on one surface of the processing substrate. It is process drawing for doing.
S1-S9 in FIG. 1 and S11-S23 in FIG. 2 indicate processing steps in S31-S39 in FIG.
In FIG. 4, the whiter is convex and the black is concave, and in FIG. 5, the region with more white parts has a larger amount of transmitted light (exposure amount).
In FIG. 17, the optical system (lens system) is omitted.
6, 7, and 17, 310 is a reticle mask, 320 and 320 A are exposure light, 330 is a resist, 335 is a resist residual film portion, 336 is a first uneven pattern, 340 is a processing substrate, and 346 is a first substrate. 2 is an uneven pattern, 350 is an XY stage, 410 is a ground, 420 is a steep portion, 430 is a replacement portion, D0 is a (predetermined) constant value, and W0 is a predetermined width.

本発明の回折光学素子の作製方法の実施の形態の1例を、以下、説明する。
本例の回折光学素子の作製方法は、加工用基板の一面を加工して凹凸を配した回折光学素子を形成するための、回折光学素子の作製方法で、大筋としては、図1に示す処理フロー図のように、その処理を行うものである。
はじめに、本例における処理フローの大筋を図1に基づいて説明する。
先ず、光屈折系の媒体からなる板状の加工用基板を用意し(S1)、該加工用基板の一面上に、ネガ型の感光性材層を配設し(S2)、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量(露光量)分布を制御するレチクルマスク(S9)を用い、ステッパー露光方式で、前記感光性材層を露光し(S3)、現像して(S4)、加工用基板の一面上に、前記感光性材層を素材とした硬化物からなる第1の凹凸パターンを形成する。(S5)
次いで、第1の凹凸パターン形成側から、ドライエッチング法により、該第1の凹凸パターンと前記加工用基板の一面とを共にエッチングして、前記第1の凹凸パターンが無くなり、前記加工用基板の一面自体に前記第1の凹凸パターンの凹凸形状に対応した、第2の凹凸パターンを回折光学素子の凹凸として形成する、第2の凹凸パターン形成工程とを行う。(S6〜S7)
図17(a)に示すように、図示していない光学系(レンズ系)を介して、レチクルマスク210の絵柄は、加工用基板240の一面上に塗布されたレジスト230に、縮小投影されて露光される。
この後、現像して、図17(b)に示すように、第1の凹凸パターン236が形成される。
更に、ドライエッチングされて、図17(c)に示すように、第2の凹凸パターン246が形成される。
尚、通常、このように、第1の凹凸パターン236を形成した後、更に、ドライエッチングにより、第2の凹凸パターン246を形成する方法をバックエッチ法とも言う。
そして、洗浄処理等を経て、回折光学素子を得る。(S8)
An example of an embodiment of a method for producing a diffractive optical element of the present invention will be described below.
The method for producing a diffractive optical element of this example is a method for producing a diffractive optical element for forming a diffractive optical element having an uneven surface by processing one surface of a processing substrate. As a general rule, the process shown in FIG. The processing is performed as shown in the flowchart.
First, the outline of the processing flow in this example will be described with reference to FIG.
First, a plate-shaped processing substrate made of a photorefractive medium is prepared (S1), and a negative photosensitive material layer is disposed on one surface of the processing substrate (S2). Using a reticle mask (S9) for controlling the distribution of transmitted light amount (exposure amount) during exposure according to the distribution state of fine dot patterns that do not image, the photosensitive material layer is exposed by a stepper exposure method (S3), Development (S4) is performed to form a first concavo-convex pattern made of a cured material using the photosensitive material layer on one surface of the processing substrate. (S5)
Next, from the first concavo-convex pattern forming side, the first concavo-convex pattern and one surface of the processing substrate are etched together by a dry etching method so that the first concavo-convex pattern disappears, and the processing substrate A second concavo-convex pattern forming step is performed in which a second concavo-convex pattern corresponding to the concavo-convex shape of the first concavo-convex pattern is formed on one surface itself as the concavo-convex pattern of the diffractive optical element. (S6-S7)
As shown in FIG. 17A, the pattern of the reticle mask 210 is reduced and projected onto a resist 230 applied on one surface of the processing substrate 240 through an optical system (lens system) (not shown). Exposed.
Thereafter, development is performed to form a first concavo-convex pattern 236 as shown in FIG.
Further, dry etching is performed to form a second concavo-convex pattern 246 as shown in FIG.
Normally, after forming the first concavo-convex pattern 236 as described above, the method of further forming the second concavo-convex pattern 246 by dry etching is also referred to as a back etching method.
Then, a diffractive optical element is obtained through a cleaning process and the like. (S8)

図1に示す処理フローにて用いられるレチクルマスクは、図2に示す作製工程により作製することができる。
予め、所望の現像後のプロファイルを得る感光性レジスト材料(単にレジストとも言う)と、この感光性レジスト材料を露光する露光波長を決めておく。(S11、S12)
先ず、決められた感光性レジスト材料を、所定の膜厚に前記現像後のプロファイルを形成する基板と同等の基板上に塗布し、各種露光量にて所定サイズの領域を露光し、現像して(S13)、露光量とレジストの残膜厚の関係データを求める。(S14)
これより、数式化した露光量とレジストの残膜厚の関係データとしても良い。
感光性レジスト材料としてネガ型のレジストを用い、レチクルマスクで露光する場合の、露光量、即ちレチクルマスクの透過光量と残膜厚の関係は、通常、図16のようになる。
尚、図16においては、透過光量(露光量)、残膜厚とも正規化して示してある。
作製する現像後のレジスト像によっては、絵柄の形状や粗密によって、透過光量と残膜厚の関係データが異なるため、絵柄状態に対応し、数種のデータ採り込みを行なう必要がある。
尚、必要な種類の、所望の現像後のプロファイルを得るための感光性レジスト材料の、透過光量に対する残膜厚特性が分かっていれば、その都度、透過光量と残膜厚の関係データを求めることは必ずしも必要ではない。
この透過光量(露光量)とレジストの残膜厚の関係データを用い、被加工物の所望のプロファイル(S16)にあったフォトマスクのパターンの露光量分布を求める。(S17)
回折光学素子の所望のプロファイルは、例えば、図3に示すようなシミュレーションにより求めることができる。
上記S13〜S14およびS15〜S16を経てS17に至る一連の処理が透過光量(露光量)分布把握処理である。
尚、通常は、得たいプロファイルの関数について、レジスト、露光系などに対して最適化した補正式をかける。
レチクルマスクのパターン形成平面をX−Y座標として、その座標値x、yを関数として透過光量(露光量)分布をZ座標上のz値として表す。
ここでは、z=F(x、y)と透過光量(露光量)分布を表す。
例えば、簡単な球面状凹部の露光量分布は、図8(a)に示すように表される。
一方、レチクルマスクの、決められた露光波長のステッパー露光では解像しないパターン領域のサイズを所定サイズに決定しておく。(S18)
ここでは、X方向幅a、Y方向幅aとする。
先にも述べた通り、露光波長による光学的解像性の他、現像後のレジストの所望のプロファイル表現、レチクルマスク作製の際に用いる描画用の露光機の性能上の制約を考慮して決める。
次いで、求められた、z=F(x、y)の関係データと、決められた露光波長では解像しないパターン領域のサイズとから、再現性のある所定のアルゴリズム(S19)を用いて、露光波長では解像しない所定サイズのドットパターンを、X−Y座標上、該サイズに分割された各領域毎に、配置の有無を決定する。(S20)
所定のアルゴリズムとしては、誤差分散法、オーダードディザ法、パターン領域分割ドット配置法が挙げられる。
そして、この決定に基づき、CADツールにより、X−Y座標上、所定の位置にドットパターンを配置してパターンデータを作製する。(S21)
上記の、S19〜S21に至る一連の処理がドットパターンの生成処理である。
このようにして、パターンデータを作製することができるが、例えば、図4に示す凹凸形状の場合、透過光量(露光量)分布z=F(x、y)に対応するパターンデータは、誤差分散法、オーダードディザ法によれば、図5のようになる。
図4においては、白いほど凸で黒いほど凹であることを示しており、図5において白部が多い領域ほど透過光量(露光量)は多いことを示している。
尚、図5中では、最小の正方形の黒ドット部が、単位のドット(単位パターンとも言う)の領域で、黒部領域はこの単位の黒ドット部の集合として構成され、白部は、単位のドットがない領域である。
単位のドットのサイズは、露光波長では解像しない所定サイズである。
The reticle mask used in the processing flow shown in FIG. 1 can be manufactured by the manufacturing process shown in FIG.
A photosensitive resist material (also simply referred to as a resist) that obtains a desired post-development profile and an exposure wavelength for exposing the photosensitive resist material are determined in advance. (S11, S12)
First, a predetermined photosensitive resist material is applied on a substrate equivalent to the substrate on which the developed profile is formed to a predetermined film thickness, and an area of a predetermined size is exposed and developed with various exposure amounts. (S13), the relationship data of the exposure amount and the remaining film thickness of the resist is obtained. (S14)
From this, it is good also as the relationship data of the exposure amount and the residual film thickness of the resist which were formulated.
When a negative resist is used as the photosensitive resist material and exposure is performed with a reticle mask, the relationship between the exposure amount, that is, the amount of light transmitted through the reticle mask and the remaining film thickness is usually as shown in FIG.
In FIG. 16, both the transmitted light amount (exposure amount) and the remaining film thickness are normalized.
Depending on the resist image after development, the relational data of the amount of transmitted light and the remaining film thickness varies depending on the shape and density of the pattern, so it is necessary to incorporate several types of data corresponding to the pattern state.
In addition, if the remaining film thickness characteristic with respect to the transmitted light amount of the photosensitive resist material for obtaining a desired post-development profile is known, the relationship data between the transmitted light amount and the remaining film thickness is obtained each time. It is not always necessary.
Using the relational data between the transmitted light amount (exposure amount) and the residual film thickness of the resist, the exposure amount distribution of the photomask pattern corresponding to the desired profile (S16) of the workpiece is obtained. (S17)
The desired profile of the diffractive optical element can be obtained, for example, by simulation as shown in FIG.
A series of processes from S13 to S14 and S15 to S16 to S17 is a transmitted light amount (exposure amount) distribution grasping process.
Normally, a correction formula optimized for the resist, exposure system, etc. is applied to the profile function to be obtained.
The pattern formation plane of the reticle mask is taken as an XY coordinate, and the transmitted light amount (exposure amount) distribution is expressed as a z value on the Z coordinate with the coordinate values x and y as a function.
Here, z = F (x, y) and the transmitted light amount (exposure amount) distribution are represented.
For example, the exposure dose distribution of a simple spherical recess is represented as shown in FIG.
On the other hand, the size of the pattern area of the reticle mask that is not resolved by stepper exposure with a predetermined exposure wavelength is determined to be a predetermined size. (S18)
Here, it is set as the X direction width a and the Y direction width a.
As described above, in addition to the optical resolution depending on the exposure wavelength, the desired profile of the resist after development and the performance constraints of the lithography tool used for reticle mask fabrication are determined. .
Next, exposure is performed by using a predetermined algorithm (S19) having reproducibility based on the obtained relationship data of z = F (x, y) and the size of the pattern area that is not resolved at the determined exposure wavelength. Presence / absence of arrangement of a dot pattern of a predetermined size that is not resolved at the wavelength is determined for each region divided into the size on the XY coordinates. (S20)
Examples of the predetermined algorithm include an error dispersion method, an ordered dither method, and a pattern area division dot arrangement method.
Based on this determination, a CAD tool creates a pattern data by arranging a dot pattern at a predetermined position on the XY coordinates. (S21)
A series of processes from S19 to S21 described above is a dot pattern generation process.
In this way, the pattern data can be created. For example, in the case of the uneven shape shown in FIG. 4, the pattern data corresponding to the transmitted light amount (exposure amount) distribution z = F (x, y) is error variance. According to the method and the ordered dither method, it is as shown in FIG.
In FIG. 4, it is shown that the white is convex and the black is concave, and in FIG. 5, the region where the white part is large indicates that the transmitted light amount (exposure amount) is large.
In FIG. 5, the smallest square black dot portion is an area of unit dots (also referred to as a unit pattern), the black portion area is configured as a set of black dot portions of this unit, and the white portion is the unit It is an area without dots.
The size of the unit dot is a predetermined size that is not resolved at the exposure wavelength.

ここで、図3に示す、回折光学素子の所望の位相情報またはプロファイルのデータを求めるためのシミュレーションを、簡単に説明しておく。
図3において、入力面、出力面での光学条件を、それぞれ、所定の光学条件に設定して、出力面での目標の強度分布を、その位相分布とから、フーリエ変換して、入力面での回折光学素子の位相情報を生成する第1の処理ステップ(S32〜S34)と、所定の収束条件で、第1の処理ステップにて得られた位相情報から逆フーリエ変換して、目標の強度分布に対応する画像のシミュレーション結果としての、前記出力面での強度分布および位相分布とを求め(S34〜S37)、これをもとに新たに、目標値を設定して前記第1の処理ステップの入力データ(S38)とする第2の処理ステップとを、繰り返し行う、反復アルゴリズムにより、回折光学素子の位相情報を求める。
目標とする強度分布に対し、所定の許容範囲以内に入った場合、そのときの回折光学素子の位相情報を、新たに作製する回折光学素子の情報として、加工用のデータとする。
前記所定の光学条件は、例えば、回折光学素子の入力面での拘束条件を強度分布一定とし、出力面での拘束条件を目標の強度分布とするものである。
このようにして、得られた折光学素子の位相情報から、回折光学素子の所望のプロファイルのデータが得られる。
尚、シミュレーションにおける収束条件としては、例えば、反復アルゴリズムを反復する回数をNとし、Nに達した時点で、そのときの回折光学素子の位相情報を以って、回折光学素子の所望のプロファイルのデータとする。
尚、他の方法として目標値と計算値を絶えず比較し、回折効率、SN比、強度分布の平坦性など求め、所定の条件を満たした時点での位相情報を以って、回折光学素子の所望のプロファイルのデータとする。
Here, a simulation for obtaining desired phase information or profile data of the diffractive optical element shown in FIG. 3 will be briefly described.
In FIG. 3, the optical conditions on the input surface and the output surface are set to predetermined optical conditions, respectively, and the target intensity distribution on the output surface is Fourier-transformed from the phase distribution, The first processing step (S32 to S34) for generating phase information of the diffractive optical element and inverse Fourier transform from the phase information obtained in the first processing step under a predetermined convergence condition to obtain the target intensity An intensity distribution and a phase distribution on the output surface as a simulation result of an image corresponding to the distribution are obtained (S34 to S37), and a new target value is set based on the distribution and the first processing step. The phase information of the diffractive optical element is obtained by an iterative algorithm that repeatedly performs the second processing step as input data (S38).
When the target intensity distribution falls within a predetermined allowable range, the phase information of the diffractive optical element at that time is used as processing data as information of a newly produced diffractive optical element.
The predetermined optical condition is, for example, that the constraint condition on the input surface of the diffractive optical element is a constant intensity distribution, and the constraint condition on the output surface is a target intensity distribution.
In this manner, data of a desired profile of the diffractive optical element can be obtained from the phase information of the obtained folding optical element.
The convergence condition in the simulation is, for example, that the number of iterations of the iterative algorithm is N, and when N is reached, the phase information of the diffractive optical element at that time indicates the desired profile of the diffractive optical element. Data.
As another method, the target value and the calculated value are constantly compared, the diffraction efficiency, the SN ratio, the flatness of the intensity distribution, etc. are obtained, and the phase information at the time when the predetermined condition is satisfied is used. The data of the desired profile is used.

オーダードディザ法は、主に新聞や雑誌などの印刷におけるハーフトーン処理に用いられる方法と知られれており、元の画像の濃度値とデイザマトリクスとよばれる数字の並びとを比較して、その画素を白にするか黒にするかを決める方法で、イラストのように、元の画像とディザマトリクスを比較して、もし元画像の数字のほうが大きければ、その点を黒とし、小さければ白とする操作を、ずらしながら、画像全体に行う。
こうすることで、中間レベルの濃度値の画素が、適当な割合で白と黒に変換されて、ハーフトーン処理の場合と同じように、少し離れて見ると白と黒の画素が適当に混ざり合って、中間の階調を表現できる。
また、後に述べるが、誤差拡散法は、まず画素の濃度値が中間の濃度値(例えば、256階調なら128)より大きいか小さいかで白か黒かに分類し、次に、元の画像の濃度値と変換後の濃度値との誤差を適当な割合で間りの画素に分散させる方法であり、元の画像では灰色だったものが黒に変換された場合、周りの画素のうち黒くなっている画素を適当な割合で白の画素に変えるものである。
このようにすれば、画像全体で擬似的に階調が表現できる。
また、ここで言うパターン領域分割ドット配置法は、透過光量(露光量)z=F(x、y)について、z値に対応して、z値の所定の範囲毎にX−Y領域(パターン領域)を分割し、各分割された分割領域毎に、対応した所定の一定の密度で前記ドットパターンを生成配置するものであり、
上記、オーダードディザ法、誤差拡散法、パターン領域分割ドット配置法は、いずれも、再現性のある手法である。
The ordered dither method is known as a method mainly used for halftone processing in printing such as newspapers and magazines, comparing the density value of the original image with a sequence of numbers called a dither matrix, Compare the original image and the dither matrix, as shown in the illustration, by determining whether the pixel is white or black. If the number in the original image is larger, the point is black. The white operation is performed on the entire image while shifting.
By doing this, pixels with intermediate density values are converted into white and black at an appropriate ratio, and white and black pixels are mixed appropriately when viewed from a distance, as in the case of halftone processing. Accordingly, intermediate gradations can be expressed.
As will be described later, the error diffusion method first classifies the pixel density value as white or black depending on whether it is larger or smaller than an intermediate density value (for example, 128 for 256 gradations), and then the original image. This is a method in which the error between the density value after conversion and the density value after conversion is distributed to the intervening pixels at an appropriate ratio. If the original image is converted to black, it becomes black in the surrounding pixels. The pixel is changed to a white pixel at an appropriate ratio.
In this way, pseudo gradation can be expressed in the entire image.
In addition, the pattern region divided dot arrangement method referred to here is an XY region (pattern) for each predetermined range of the z value corresponding to the z value with respect to the transmitted light amount (exposure amount) z = F (x, y). Area), and for each divided area, the dot pattern is generated and arranged at a predetermined constant density corresponding to each of the divided areas.
The ordered dither method, error diffusion method, and pattern area division dot arrangement method are all reproducible methods.

ここで、所望の現像後のプロファイルを得る露光量分布が、図8(a)に示す露光量分布、z=F1(x、y)であり、各位置(x、y)のz値が図8(b)の表のようになる場合について、オーダードディザ法を適用する場合を、図9に基づいて、その手順のみを簡単に説明しておく。
図8(b)に示す表は図9(a)の表と同じであるが、図9(a)の表のように、各位置におけるz値は配列される。
一方、例えば、図9(a)に示す表の配列に合せ、図10に示す最大値を1とした4行×4列のディザ行列を、図10(b)のように配列させておく。
ここで、図10(a)の表の配列と、図10(b)の表の配列について、対応する位置毎に、その大小を比較し、図10(b)の表側が図10(a)側よりも小の場合1、そうでない場合を0として、図10(c)に示すように、同様の配列を求める。
ここでは、1の領域の場合はドットパターンを配置しない領域とし、0の領域の場合はドットパターンを配置する領域とする。
ドットパターンのX方向、Y方向サイズと図9(a)に示す各位置間距離とを同じとするほうが精度面で好ましいが、計算量が大きくなる。
尚、ドットパターンのX方向、Y方向サイズと図9(a)に示す各位置間距離を必ずしも同じとする必要はない。
また、ディザ行列には、図14に示すような様々なパターンが考えられ、得たい露光分布に合わせて適宜選択して使用する。
Here, the exposure dose distribution for obtaining a desired developed profile is the exposure dose distribution shown in FIG. 8A, z = F1 (x, y), and the z value at each position (x, y) is shown in FIG. Only the procedure for applying the ordered dither method will be briefly described with reference to FIG.
The table shown in FIG. 8B is the same as the table of FIG. 9A, but the z values at the respective positions are arranged as in the table of FIG. 9A.
On the other hand, for example, in accordance with the arrangement of the table shown in FIG. 9A, a dither matrix of 4 rows × 4 columns with the maximum value shown in FIG. 10 as 1 is arranged as shown in FIG.
Here, the arrangement of the table of FIG. 10A and the arrangement of the table of FIG. 10B are compared for each corresponding position, and the front side of FIG. As shown in FIG. 10 (c), a similar arrangement is obtained with 1 being smaller than the side and 0 being not.
Here, in the case of the 1 region, the dot pattern is not arranged, and in the case of the 0 region, the dot pattern is arranged.
Although it is preferable in terms of accuracy to make the X-direction and Y-direction sizes of the dot pattern the same as the distances between positions shown in FIG. 9A, the amount of calculation becomes large.
Note that the X-direction and Y-direction sizes of the dot pattern and the distances between positions shown in FIG. 9A are not necessarily the same.
Further, various patterns as shown in FIG. 14 are conceivable for the dither matrix, which are appropriately selected and used according to the exposure distribution to be obtained.

次に、誤差分散法を適用する場合について説明する。
先ず、図11に基づいて、誤差分散法の手順を簡単に説明しておく。
例えば、表の横方向を、縦方向をX方向、Y方向とし、それぞれ、所定ピッチでセル(画素とも言い、ピッチに対応するサイズである)を設け、各セルに図11(a)のように、値が配列されている場合について、表の左上から右下方向にかけて以下の処理を順次行なう。
先ず、左上セルP0について、中間値(0. 5)を閾値とし、2値化を行なう。(図11(b)
左上セルP0の値0. 1は2値化により0となる。
次いで、このセルP0に隣接するセルに重み付け加算(あるいは減算)して、図11(c)のようになる。
図11(b)中、丸印1、丸印2、丸印3は、セルP0に対し、重み付け加算(あるいは減算)する隣接セルとその値を示している。
次に、隣のセルP1にに移り、2値化、重み付け加算(あるいは減算)して図11(d)を得る。
更に、その隣のセルP2に移り、同様に、値化、重み付け加算(あるいは減算)して図11(e)を得る。
以降、図11(e)の矢印の方向に順次、各セルに対し、同様の処理を行ない、得られた結果が求めるものである。
Next, a case where the error variance method is applied will be described.
First, the procedure of the error dispersion method will be briefly described with reference to FIG.
For example, the horizontal direction of the table is the vertical direction as the X direction and the Y direction, and cells (also referred to as pixels, which have a size corresponding to the pitch) are provided at predetermined pitches, and each cell is as shown in FIG. When the values are arranged, the following processing is sequentially performed from the upper left to the lower right of the table.
First, binarization is performed for the upper left cell P0 with the intermediate value (0.5) as a threshold value. (FIG. 11 (b)
The value 0.1 of the upper left cell P0 becomes 0 by binarization.
Next, weighted addition (or subtraction) is performed on the cells adjacent to the cell P0, as shown in FIG.
In FIG. 11B, circles 1, 2, and 3 indicate adjacent cells to be weighted (or subtracted) from the cell P0 and their values.
Next, the process moves to the adjacent cell P1, and binarization and weighted addition (or subtraction) are performed to obtain FIG. 11 (d).
Further, the process moves to the cell P2 next to it, and similarly, it is converted into a value and weighted (or subtracted) to obtain FIG. 11 (e).
Thereafter, the same processing is sequentially performed on each cell in the direction of the arrow in FIG. 11E, and the obtained result is obtained.

図8(b)に示す表の場合、図12のようになる。
即ち、図8(a)に示す露光量分布、Z=F1(x、y)の場合、図12に示す1の領域の場合はドットパターンを配置しない領域とし、図12に示す0の領域の場合はドットパターンを配置する領域とする。
上記は、図15(a)のように、表の左上から右下方向にかけて処理を順次行なったが、これに限定はされない。
図15(b)、図15(c)の方向で処理を行なっても良い。
The table shown in FIG. 8B is as shown in FIG.
That is, in the case of the exposure amount distribution shown in FIG. 8A and Z = F1 (x, y), in the case of the 1 area shown in FIG. 12, the dot pattern is not arranged, and the 0 area shown in FIG. In this case, it is an area where a dot pattern is arranged.
In the above, the processing is sequentially performed from the upper left to the lower right of the table as shown in FIG. 15A, but the present invention is not limited to this.
You may process in the direction of FIG.15 (b) and FIG.15 (c).

上記操作を、図15(b)(イ)、図15(b)(ロ)に示すような誤差分散行列を用いて、座標(0、0)からはじめて、順次全セルに対して繰り返す誤差分散方法もある。 f(x、y)を元データ、fnew(x、y)を誤差分散を行った後のデータ、g(x、y)を閾値0. 5で2値化したデータ、Exyを2値化により生じた誤差とした場合、それぞれの関係は、図13の(1)式〜(5)式のように表される。
これらの関係式に基づいて、上記と同様にして、図12に相当する配列を求めることもできる。
Error variance is repeated for all cells in sequence starting from coordinates (0, 0) using an error variance matrix as shown in FIGS. 15 (b), (b), and (b), (b). There is also a method. f (x, y) is original data, fnew (x, y) is data after error variance, g (x, y) is binarized with a threshold value of 0.5, and Exy is binarized. In the case of an error that has occurred, the respective relationships are expressed as equations (1) to (5) in FIG.
Based on these relational expressions, an array corresponding to FIG. 12 can be obtained in the same manner as described above.

上記のように、本例の回折光学素子の作製方法は行われるが、これに限定はされない。 例えば、本例のレチクルマスク用の、ドットパターンを生成配置して得たパターンデータにおいて、レチクルマスクにおける透過光量が最大の領域に対応するドットパターン密度の領域を地として、該地からのドットパターン密度の変化が所定の一定値以上で、且つ、凹凸パターンの急峻な変化部に相当する箇所については、該地に隣接して、レチクルマスクにおける透過光量が最小の領域に対応するドットパターン密度の領域を、所定の幅、配設したデータに置き代えたパターンデータを用いた、形態例も挙げられる。
例えば、ネガ型の感光性材層を用いて回折光学素子を作製する際、所望の回折光学素子の凹凸を形成するためのレジストの所望の一断面の凹凸状態が、図6(a)のように表される場合、これに対応する、パターン領域分割ドット配置法により作製されるレチクルマスク用のパターンデータのドットパターン密度は、図6(b)のようになる。
ここでは、図6(b)において、ドットパターン密度が0(0%)を地410として、該地410からのドットパターン密度の変化が所定の一定値以上で、且つ、凹凸パターンの急峻な変化部に相当する箇所(急峻部420)については、図6(c)に示すように、該地410に隣接して、ドットパターン密度が1(100%)の領域、0(0%)の領域を、それぞれ、所定の幅、配設したデータに置き代える。
ここでは、ドットパターン密度の変化の所定の一定値をD0、所定幅をW0としている。
このようにすることにより、実際の作製される回折光学素子の凹凸がなまり高周波特性が劣化することを防止できるものとしている。
また、所望の回折光学素子の凹凸を形成するためのレジストの所望の一断面の凹凸状態が、図7(a)のように表される場合、これに対応する、オーダードディザ法により作製されるレチクルマスク用のパターンデータのドットパターン密度は、図7(b)のようになるが、同様にして、急峻部420については、図7(c)に示すように、該地410に隣接して、ドットパターン密度が1(100%)の領域、0(0%)の領域を、それぞれ、所定の幅W0、配設したデータに置き代えることにより、実際の作製される回折光学素子の凹凸がなまり高周波特性が劣化することを防止できる。
As described above, the manufacturing method of the diffractive optical element of this example is performed, but the method is not limited to this. For example, in the pattern data obtained by generating and arranging the dot pattern for the reticle mask of this example, the dot pattern density from the area corresponding to the area where the amount of transmitted light in the reticle mask is maximum is the ground. For locations where the change in density is equal to or greater than a predetermined constant value and corresponds to a steeply changed portion of the concavo-convex pattern, the dot pattern density corresponding to the region where the amount of transmitted light in the reticle mask is minimum is adjacent to the ground. A form example using pattern data in which an area is replaced with data having a predetermined width is also included.
For example, when producing a diffractive optical element using a negative photosensitive material layer, the desired concavo-convex state of the resist for forming the concavo-convex of the desired diffractive optical element is as shown in FIG. In FIG. 6B, the dot pattern density of the pattern data for the reticle mask produced by the pattern area division dot arrangement method corresponding to this is as shown in FIG.
Here, in FIG. 6B, assuming that the dot pattern density is 0 (0%) in the ground 410, the change in the dot pattern density from the ground 410 is a predetermined constant value or more, and the uneven pattern is abruptly changed. As shown in FIG. 6C, the portion corresponding to the portion (the steep portion 420) is adjacent to the ground 410 and has an area where the dot pattern density is 1 (100%) and 0 (0%). Are replaced with data arranged in a predetermined width.
Here, the predetermined constant value of the change in the dot pattern density is D0, and the predetermined width is W0.
By doing so, it is possible to prevent the unevenness of the actually produced diffractive optical element from being reduced and the high frequency characteristics from being deteriorated.
Further, when the uneven state of a desired cross section of the resist for forming the unevenness of the desired diffractive optical element is expressed as shown in FIG. 7A, it is produced by an ordered dither method corresponding to this. The dot pattern density of the reticle mask pattern data is as shown in FIG. 7B. Similarly, the steep portion 420 is adjacent to the ground 410 as shown in FIG. 7C. Then, by replacing the area where the dot pattern density is 1 (100%) and the area where the dot pattern density is 0 (0%) with the predetermined data W0 and the arranged data, the unevenness of the actually produced diffractive optical element Therefore, it is possible to prevent the high frequency characteristics from being deteriorated.

本発明の回折光学素子の作製方法の実施の形態の1例の処理フロー図である。It is a processing flowchart of one example of embodiment of the manufacturing method of the diffractive optical element of this invention. レチクルマスクの作製工程を説明するための処理フロー図である。It is a processing flowchart for demonstrating the manufacturing process of a reticle mask. 回折光学素子の凹凸形状を得るシミュレーションを説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the simulation which obtains the uneven | corrugated shape of a diffractive optical element. 回折光学素子の一部領域の凹凸を濃淡で表示した図である。It is the figure which displayed the unevenness | corrugation of the one part area | region of a diffractive optical element with the shading. 図4に対応するドットパターンを示した図である。It is the figure which showed the dot pattern corresponding to FIG. 図6(a)は所望の回折光学素子の凹凸を形成するためのレジストの所望の凹凸状態を示した図で、図6(b)はパターン領域分割ドット配置法により作製されたレチクルマスク用のパターンデータの図6(a)の箇所に相当する箇所のドットパターン密度を示した図で、図6(c)は図6(b)に示す箇所のドットパターン密度を一部置き換えて配置した場合を示した図である。FIG. 6A is a view showing a desired uneven state of a resist for forming uneven portions of a desired diffractive optical element, and FIG. 6B is a view for a reticle mask manufactured by a pattern region dividing dot arrangement method. FIG. 6C is a diagram showing the dot pattern density of the portion corresponding to the portion of FIG. 6A of the pattern data, and FIG. 6C is a case where the dot pattern density of the portion shown in FIG. FIG. 図7(a)は所望の回折光学素子の凹凸を形成するためのレジストの所望の凹凸状態を示した図で、図7(b)はオーダードディザ法により作製されたレチクルマスク用のパターンデータの図7(a)の箇所に相当する箇所のドットパターン密度を示した図で、図7(c)は図7(b)に示す箇所のドットパターン密度を一部置き換えて配置した場合を示した図である。FIG. 7A is a view showing a desired uneven state of a resist for forming uneven portions of a desired diffractive optical element, and FIG. 7B is a pattern data for a reticle mask manufactured by an ordered dither method. FIG. 7C shows a dot pattern density at a location corresponding to the location of FIG. 7A, and FIG. 7C shows a case where the dot pattern density at the location shown in FIG. 7B is partially replaced. It is a figure. 図8(a)は現像後のレジストの所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を表した図で、図8(b)は図8(a)に示す露光量分布における所定のX−Y座標位置でのZ座標上の値zの一覧を示した図である。FIG. 8A shows a photomask pattern exposure distribution for obtaining a desired resist profile after development, and FIG. 8B shows the exposure distribution shown in FIG. 8A. It is the figure which showed the list of the value z on the Z coordinate in a predetermined XY coordinate position. オーダードディザ法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the ordered dither method. 最大値を1としたディザ行列を示した図である。It is the figure which showed the dither matrix which made the maximum value 1. 誤差分散法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an error dispersion method. 図8に示す所定のX−Y座標位置でのZ座標上の値zの一覧に基づき誤差分散法を実施した結果を示した図である。It is the figure which showed the result of having implemented the error dispersion method based on the list of the value z on the Z coordinate in the predetermined XY coordinate position shown in FIG. 誤差分散行列を用いた誤差分散法を数式により説明するための図である。It is a figure for demonstrating the error dispersion method using an error dispersion matrix by numerical formula. 各種のディザ行列の例を表した図である。It is a figure showing the example of various dither matrices. 図15(a)は誤差分散法の各種走査方向を示した図で、図15(b)は各種誤差分散行列の例を示した図である。FIG. 15A is a diagram showing various scanning directions of the error variance method, and FIG. 15B is a diagram showing examples of various error variance matrices. 現像後レジストの残膜厚と透過光量の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the residual film thickness of the resist after image development, and the transmitted light amount. ステッパー露光から加工用基板の一面への凹凸形成までを説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating from stepper exposure to the uneven | corrugated formation to one surface of the board | substrate for a process. 階段状回折光学素子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a step-like diffractive optical element. 階段状回折光学素子の作製方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of a step-like diffractive optical element. 作製エラーを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a production error.

符号の説明Explanation of symbols

10 加工用素材
11 不連続な斜面部
12 階段部
12a 段部
110 加工用素材
111、111a ドライエッチング加工部
120 クロム膜
130 レジスト
131 開口
135 レジスト
136 開口
210 加工用素材
212 段部
215 溝部
216 突起部(壁部)
217 深さ不良部
218 深さ不良部
310 レチクルマスク
320、320A 露光光
330 レジスト
335 レジスト残膜部
336 第1の凹凸パターン
340 加工用基板
346 第2の凹凸パターン
350 XYステージ
410 地
420 急峻部
430 置き換え部
D0 (所定の)一定値
W0 所定幅を

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Processing material 11 Discontinuous slope part 12 Step part 12a Step part 110 Processing material 111, 111a Dry etching processing part 120 Chromium film 130 Resist 131 Opening 135 Resist 136 Opening 210 Processing material 212 Step part 215 Groove part 216 Protrusion part (Wall)
217 Defect defect portion 218 Depth defect portion 310 Reticle mask 320, 320A Exposure light 330 Resist 335 Resist residual film portion 336 First uneven pattern 340 Processing substrate 346 Second uneven pattern 350 XY stage 410 Base 420 Steep portion 430 Replacement unit D0 (predetermined) constant value W0 predetermined width

Claims (10)

加工用基板の一面を加工して凹凸を配した回折光学素子を形成するための、回折光学素子の作製方法であって、前記加工用基板の一面上に、感光性材層を配設し、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量(露光量)分布を制御するレチクルマスクを用い、投影露光方式で、前記感光性材層を露光し、現像して、加工用基板の一面上に、前記感光性材層を素材とした第1の凹凸パターンを形成する、第1の凹凸パターン形成工程と、前記第1の凹凸パターン形成側から、該第1の凹凸パターンと前記加工用基板の一面とを共にエッチングして、前記第1の凹凸パターンが無くなり、前記加工用基板の一面自体に前記第1の凹凸パターンの凹凸形状に対応した、第2の凹凸パターンを回折光学素子の凹凸として形成する、第2の凹凸パターン形成工程とを行うものであることを特徴とする回折光学素子の作製方法。   A method for producing a diffractive optical element for processing a surface of a processing substrate to form a diffractive optical element having unevenness, wherein a photosensitive material layer is disposed on one surface of the processing substrate, The photosensitive material layer is exposed and developed by a projection exposure method using a reticle mask that controls the distribution of transmitted light amount (exposure amount) during exposure according to the distribution of fine dot patterns that cannot be resolved at the exposure wavelength. Then, a first concavo-convex pattern forming step of forming a first concavo-convex pattern using the photosensitive material layer as a raw material on one surface of the processing substrate, and the first concavo-convex pattern forming side from the first concavo-convex pattern forming side The first concavo-convex pattern and the one surface of the processing substrate are etched together to eliminate the first concavo-convex pattern, and the second surface of the processing substrate itself corresponds to the concavo-convex shape of the first concavo-convex pattern. Concave and convex pattern on diffractive optical element Formed as unevenness, a method for manufacturing a diffractive optical element, characterized in that it performs a second concavo-convex pattern forming step. 請求項1に記載の回折光学素子の作製方法であって、前記投影露光方式がステッパー露光方式であることを特徴とする回折光学素子の作製方法。   2. The method for producing a diffractive optical element according to claim 1, wherein the projection exposure method is a stepper exposure method. 請求項1ないし2のいずれか1項に記載の回折光学素子の作製方法であって、前記レチクルマスクは、そのパターン形成平面をX−Y座標として、その座標値x、yの関数として、所望の露光する際の透過光量(露光量)分布を、Z座標上の値をzとして、z=F(x、y)として求め、求められたz値に対応した密度で、X−Y座標上の位置に、前記ドットパターンを配置したものであることを特徴とする回折光学素子の作製方法。   3. The method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 1, wherein the reticle mask has a pattern forming plane as an XY coordinate and a desired function as a function of coordinate values x and y. The distribution of the transmitted light amount (exposure amount) at the time of exposure is obtained as z = F (x, y) where z is the value on the Z coordinate, and on the XY coordinate at a density corresponding to the obtained z value. A method for producing a diffractive optical element, wherein the dot pattern is arranged at the position of. 請求項3に記載の回折光学素子の作製方法であって、前記レチクルマスクは、露光においてレチクルマスク面上は均一照度として、前記Z座標上のz値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムにより、露光波長では解像しない所定サイズのX−Y座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのX−Y座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理を行なって得た、パターンデータを用いて、描画露光される、フォトエッチング工程により作製されものであることを特徴とする回折光学素子の作製方法。   4. The method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 3, wherein the reticle mask has a reproducible predetermined value corresponding to a z value on the Z coordinate, with a uniform illuminance on the reticle mask surface in exposure. For each XY coordinate area of a predetermined size that is not resolved at the exposure wavelength, the algorithm determines whether or not a dot pattern of the area size is arranged, and the XY of the predetermined size is determined to have the pattern arrangement. Diffraction characterized by being produced by a photo-etching process in which a pattern of pattern data obtained by performing dot pattern generation processing is used to generate and place a dot pattern in the coordinate area. A method for manufacturing an optical element. 請求項4に記載の回折光学素子の作製方法であって、前記所定のアルゴリズムは、誤差分散法あるいはオーダードディザ法であることを特徴とする回折光学素子の作製方法。   5. The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 4, wherein the predetermined algorithm is an error dispersion method or an ordered dither method. 請求項4に記載の回折光学素子の作製方法であって、前記所定のアルゴリズムは、前記レチクルマスクのパターン領域を、前記Z座標上のz値に対応して、z値の所定の範囲毎に分割し、各分割された分割領域毎に、対応した所定の一定の密度で前記ドットパターンを生成配置する、パターン領域分割ドット配置法であることを特徴とする回折光学素子の作製方法。   5. The method for producing a diffractive optical element according to claim 4, wherein the predetermined algorithm is configured to change a pattern area of the reticle mask for each predetermined range of z values corresponding to z values on the Z coordinates. A method for producing a diffractive optical element, which is a pattern area divided dot arrangement method, wherein the dot pattern is generated and arranged at a predetermined predetermined density corresponding to each divided area. 請求項4に記載の回折光学素子の作製方法であって、前記所定のアルゴリズムは、誤差分散法、オーダードディザ法、パターン領域分割ドット配置法のいずれか1のアルゴリズムによりドットパターンを生成配置して得たパターンデータを作成し、該作成されたパターンデータにおいて、レチクルマスクにおける透過光量が最大の領域に対応するドットパターン密度の領域を地として、該地からのドットパターン密度の変化が所定の一定値以上で、且つ、凹凸パターンの急峻な変化部に相当する箇所については、該地に隣接して、該急峻な変化部における透過光量が最大、且つまたは最小の領域に対応するドットパターン密度の領域を、所定の幅、配設したデータに置き代えるものであることを特徴とする回折光学素子の作製方法。   5. The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 4, wherein the predetermined algorithm generates and arranges a dot pattern by any one of an error dispersion method, an ordered dither method, and a pattern area division dot arrangement method. The pattern data obtained in the above is created, and in the created pattern data, a dot pattern density change corresponding to the area where the amount of transmitted light through the reticle mask corresponds to the maximum area is a predetermined change in the dot pattern density from the ground. For locations that are equal to or greater than a certain value and that correspond to the steeply changed portion of the concavo-convex pattern, the dot pattern density corresponding to the region where the amount of transmitted light at the steeply changed portion is maximum and minimum adjacent to the ground. A method for producing a diffractive optical element, wherein the region is replaced with data having a predetermined width. 加工用基板の一面を加工して凹凸を配した回折光学素子であって、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の回折光学素子の作製方法により作製されたことを特徴とする回折光学素子。   A diffractive optical element in which a surface of a processing substrate is processed to provide unevenness, wherein the diffractive optical element is manufactured by the method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of claims 1 to 7. element. 基板の一面上に配設された感光性材層をステッパー露光方式で露光する際に用いられる、露光波長では解像しない微細なドットパターンの分布状態により、露光する際の透過光量(露光量)分布を制御するレチクルマスクであって、そのパターン形成平面をX−Y座標として、その座標値x、yの関数として、所望の露光する際の透過光量(露光量)分布を、Z座標上の値をzとして、z=F(x、y)として求め、求められたz値に対応した密度で、X−Y座標上の位置に、前記ドットパターンを配置したものであり、露光においてレチクルマスク面上は均一照度として、前記Z座標上のz値に対応して、再現性のある所定のアルゴリズムを用いて、露光波長では解像しない所定サイズのX−Y座標の領域毎に、該領域サイズのドットパターンの配置の有無を決め、パターンの配置が有と決められた、所定サイズのX−Y座標の領域には、ドットパターンを生成配置する、ドットパターンの生成処理を行なって得た、パターンデータを用いて、描画露光される、フォトエッチング工程により作製されたものであることを特徴とするレチクルマスク。   The amount of transmitted light (exposure amount) at the time of exposure due to the distribution of fine dot patterns that are not resolved at the exposure wavelength used when exposing the photosensitive material layer disposed on one side of the substrate by the stepper exposure method A reticle mask for controlling the distribution, wherein the pattern formation plane is an XY coordinate, and the transmitted light amount (exposure amount) distribution at the time of desired exposure is expressed as a function of the coordinate values x and y on the Z coordinate. The value is z, and z = F (x, y) is obtained, and the dot pattern is arranged at a position on the XY coordinate at a density corresponding to the obtained z value. A uniform illuminance on the surface, corresponding to the z value on the Z coordinate, using a reproducible predetermined algorithm, for each area of the XY coordinate of a predetermined size that is not resolved at the exposure wavelength Size dot pattern Pattern data obtained by performing dot pattern generation processing in which a dot pattern is generated and arranged in an area of XY coordinates of a predetermined size where the presence or absence of the pattern is determined and the pattern is determined to be present A reticle mask, which is produced by a photo-etching process, which is drawn and exposed using a mask. 請求項9に記載のレチクルマスクであって、前記所定のアルゴリズムとして誤差分散法あるいはオーダードディザ法を用い、ドットパターンを生成配置して得たパターンデータを用いて、あるいは、前記所定のアルゴリズムとして誤差分散法あるいはオーダードディザ法を用い、ドットパターンを生成配置して得たパターンデータの一部領域を、前記所定のアルゴリズムとして、前記レチクルマスクのパターン領域を、前記Z座標上のz値に対応して、z値の所定の範囲毎に分割し、各分割された分割領域毎に、対応した所定の一定の密度で前記ドットパターンを生成配置する、パターン領域分割ドット配置法を用いて、ドットパターンを生成配置して得たパターンデータの、前記一部領域に該当する領域のドットパターン配置で置き換えて、配置して得た、パターンデータを用いて、描画露光される、フォトエッチング工程により作製されたものであることを特徴とするレチクルマスク。

The reticle mask according to claim 9, wherein the predetermined algorithm uses an error dispersion method or an ordered dither method, uses pattern data obtained by generating and arranging a dot pattern, or as the predetermined algorithm. Using the error dispersion method or the ordered dither method, a partial area of the pattern data obtained by generating and arranging the dot pattern is used as the predetermined algorithm, and the pattern area of the reticle mask is changed to the z value on the Z coordinate. Correspondingly, using a pattern area divided dot arrangement method that divides into each predetermined range of the z value and generates and arranges the dot pattern with a predetermined predetermined density for each divided area. Replace the pattern data obtained by generating and arranging the dot pattern with the dot pattern arrangement of the area corresponding to the partial area. Arrangement was obtained, using the pattern data is rendered exposure, the reticle mask which is characterized in that which has been produced by photo-etching process.

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