[发明专利]衍射光学元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有阶梯形状的衍射光学元件的制造方法。

背景技术

近年来，根据周期性的细微形状控制光的行进方向和相位的衍射光学元件的需求在增加。衍射光学元件的形状有多种，其中，断面是锯齿形状的衍射光学元件，其逻辑衍射效果高，而实际上，近似该锯齿形状的阶梯形状的衍射光学元件容易制作而被广泛使用。一般，作为制造具有阶梯形状的衍射光学元件的方法，有如下述非专利文献1记载的方法，该方法通过利用半导体的微加工技术，使用m(m是自然数)张掩模来反复进行曝光、显影、蚀刻的一系列处理，制造2^m级的衍射光学元件。例如，在8级阶梯形状的情况下，使用3张掩模来反复进行3次的曝光、显影、蚀刻。参照图12对该制造工序进行说明。

在以下说明中，设形成有阶梯形状的周期宽度为P，在最终处理中形成的阶梯的宽度为L，级差为D。周期宽度P是所谓的光栅间距P，在图中由点划线表示该区域。假定阶梯的宽度全部相等，设L＝P/k。这里，k是级数，在例如8级阶梯形状的情况下是k＝8。并且，当设阶梯整体的高度为H时，级差D由D＝H/(k-1)表示。图12(7)示出最终形成的阶梯形状和上述的P、L、D、H。

图12是各处理中的工序断面图。首先，在第1处理中，如图12(1)所示，在基板1上涂布抗蚀剂2。然后，使用图12(2)所示的掩模11进行曝光、显影，形成图12(2)所示的抗蚀剂图形71。掩模11在光栅间距P中具有各1个遮光部和开口部，遮光部和开口部的图形宽度分别是4L。然后，使用抗蚀剂图形71进行蚀刻直到深度4D，形成图12(3)所示的槽形状。然后，去除抗蚀剂图形71。

然后转移到第2处理。首先，在具有在第1处理中形成的槽形状的基板上涂布抗蚀剂。然后，使用图12(4)所示的掩模12进行曝光、显影，形成图12(4)所示的抗蚀剂图形72。掩模12在光栅间距P中具有各2个遮光部和开口部，遮光部和开口部的图形宽度分别是2L。然后，使用抗蚀剂图形72进行蚀刻直到深度2D，形成图12(5)所示的槽形状。然后，去除抗蚀剂图形72。

然后转移到第3处理。首先，在具有在第2处理中形成的槽形状的基板上涂布抗蚀剂。然后，使用图12(6)所示的掩模13进行曝光、显影，形成图12(6)所示的抗蚀剂图形73。掩模13在光栅间距P中具有各4个遮光部和开口部，遮光部和开口部的图形宽度分别是L。然后，使用抗蚀剂图形73进行蚀刻直到深度D，形成图12(7)所示的槽形状。然后，通过去除抗蚀剂图形73，获得具有8级阶梯形状的衍射光学元件。

并且，作为使用3张掩模反复进行相同处理来制造7级阶梯状衍射光学元件的方法，有下述专利文献1记载的方法。参照图13对该制造工序进行说明。在下述说明中使用的P、L、D的定义与上述相同，考虑了k＝7的情况。

图13是各处理中的工序断面图。首先，在第1处理中，如图13(1)所示，在基板1上涂布抗蚀剂2。然后，使用图13(2)所示的掩模21进行曝光、显影，形成图13(2)所示的抗蚀剂图形81。掩模21在光栅间距P中具有各1个遮光部和开口部，遮光部和开口部的图形宽度分别是3L、4L。然后，使用抗蚀剂图形81进行蚀刻，形成图13(3)所示的槽形状。该第1处理中的蚀刻深度Dc₁是4D。然后，去除抗蚀剂图形81。

然后转移到第2处理。首先，在具有在第1处理中形成的槽形状的基板上涂布抗蚀剂。然后，使用图13(4)所示的掩模22进行曝光、显影，形成图13(4)所示的抗蚀剂图形82。掩模22在光栅间距P中具有各2个遮光部和开口部，2个遮光部的图形宽度上级侧和下级侧分别是L、2L，2个开口部的图形宽度都是2L。然后，使用抗蚀剂图形82进行蚀刻，形成图13(5)所示的槽形状。该第2处理中的蚀刻深度Dc₂是2D。然后，去除抗蚀剂图形82。

然后转移到第3处理。首先，在具有在第2处理中形成的槽形状的基板上涂布抗蚀剂。然后，使用图13(6)所示的掩模23进行曝光、显影，形成图13(6)所示的抗蚀剂图形83。掩模23在光栅间距P中具有3个遮光部和4个开口部，遮光部和开口部的图形宽度全是L。然后，使用抗蚀剂图形83进行蚀刻，形成图13(7)所示的槽形状。该第3处理中的蚀刻深度Dc₃是D。然后，通过去除抗蚀剂图形83，获得具有7级阶梯形状的衍射光学元件。

非专利文献1：佐佐木浩紀，其他6人，“光源とシリコンマィク口レンズの高精度実装技術”，エレクトロニクス実装学会誌，2002年，Vol 5，No.5，p.466-472

专利文献1：日本特开平11-14813号公报