CN101153927A - 光学元件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种简易的光学元件的制造方法。作为解决手段，衍射光学元件的制造方法包括执行如下处理的工序：准备基板；对基板进行包括使用光掩模进行的曝光处理的构图，形成抗蚀剂图形，所述光掩模是用于形成抗蚀剂图形的曝光用的光掩模，其具有掩模基板、以及与该掩模基板紧密结合且以矩阵方式排列而成的多个掩模单元，该掩模单元具有光透过区域和利用设置于掩模基板上的遮光膜形成的遮光区域中的任意一方或双方，掩模单元的透过光的光强是归一化光强，且多个掩模单元的透过光的光强是不同的；以及将抗蚀剂图形用作蚀刻掩模，进行构图。

Description

光学元件的制造方法
技术领域
本发明涉及微小光学元件，本发明特别涉及安装到硅基板等基板上的衍射光学元件(DOE：Diffractive Optical Elements)的制造方法。
背景技术
利用衍射现象来控制入射光的、特别是通过微小的多个阶梯状的结构单位来近似以曲面形成的栅格截面形状的衍射光学元件被用于透镜、分波/合波、光强分布变换、波长滤波器、各种衍射图形的形成等。
作为这种衍射光学元件，已知具有各种形状的衍射光学元件。对于该形状，若考虑理论衍射效率，则优选具有作为截面观察时平缓的曲面的连续排列多个锯齿形状的结构单位而形成的形状。
但是，这样的具有将锯齿形状的结构单位排列多个而形成的复杂结构的衍射光学元件很难制造。
已公开有如下方法：应用所谓的晶片处理(wafer process)、即光刻工序以及蚀刻工序，在硅基板上排列多个截面为阶梯状的结构单位来形成，排列多个该结构单位，近似地再现衍射光学元件的光学特性(参照例如专利文献1以及非专利文献1。)。
根据专利文献1以及非专利文献1所公开的衍射光学元件的制造方法，使用m张(m为自然数。)的光掩模，进行曝光工序、显影工序、蚀刻工序。通过重复m次这些一连串的工序，从而截面形状具有2m级的阶梯状的形状。
作为衍射光学元件整体，从上面侧观看时，直径互不相同的多个圆环状的结构单位被以同心圆状进行了配置。
【专利文献1】日本特开平11-14813号公报
【非专利文献1】佐佐木浩纪，其他6人，“光源とシリコンマイクロレンズの高精度実装技术技術”，エレクトロニクス実装学会誌，2002年，Vol 5，No.5，P466-472
但是，在已说明的衍射光学元件的制造方法中，需要使用多张光掩模，重复进行多次曝光工序、显影工序、蚀刻工序。
因此，在曝光工序中，例如难以通过使用校准标记来对准掩模图形，有时在各蚀刻工序的蚀刻位置上出现偏差。在这种情况下，所形成的图形形状不是希望的形状。作为结果，有可能失去所形成的衍射光学元件的光学特性。
并且，非常难以形成混合存在有级数不同的结构单位的衍射光学元件。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而提出的。在解决上述课题时，根据本发明的衍射光学元件的制造方法，包括如下工序。
即，准备基板。
对基板进行包括使用光掩模进行的曝光处理的构图(patterning)，形成抗蚀剂图形(resist pattem)，所述光掩模是用于形成抗蚀剂图形的曝光用的光掩模，其具有掩模基板和与该掩模基板紧密结合且以矩阵方式排列而成的多个掩模单元(mask cell)，掩模单元具有光透过区域和利用设置于掩模基板上的遮光膜形成的遮光区域中的任意一方或双方，掩模单元的透过光的光强是归一化光强，且多个掩模单元的透过光的光强是不同的。
将该抗蚀剂图形用作蚀刻掩模，进行构图。
在该抗蚀剂图形的形成工序中，例如可以对基板进行包括使用光掩模进行的曝光处理的构图，形成抗蚀剂图形，所述抗蚀剂图形具有：抗蚀剂中心部，其膜厚从中心点沿着外周以m级的阶梯状变化；以及多个圆环状的抗蚀剂结构单位，其环绕该抗蚀剂中心部，以中心点为中心排列成同心圆状，且膜厚以n级(m和n是相同的任意的正整数。)的阶梯状变化，所述光掩模是用于形成抗蚀剂图形的曝光用的光掩模，其具有透明的掩模基板以及与掩模基板紧密结合且以矩阵方式排列而成的多个正方形的掩模单元，掩模单元具有光透过区域和利用设置于掩模基板上的遮光膜形成的遮光区域中的任意一方或双方，掩模单元的透过光的光强是归一化光强，多个掩模单元的透过光的光强的设定如下：将抗蚀剂中心部的中心点以及由抗蚀剂结构单位勾画出第1级的高度的掩模单元的光强设为第1光强，将包括位于该第1级的外侧而依次排列的1个或2个以上的级、且勾画出作为相应级的最终级的第X级的高度的掩模单元的所有光强设为第X光强(其中，第1光强和第X光强为0≤第1光强＜第2光强...第X-1光强＜第X光强。)，抗蚀剂中心部的中心点以及沿抗蚀剂结构单位的外周方向顺序的掩模单元的光强从第1光强变化到第X光强(X是与m和n相等的2以上的正整数。)。
若将这些m、n以及Y均设为7，则能够获得7阶段的级差。
在这种形成抗蚀剂图形的工序中对基板使用光掩模，所述光掩模是用于形成抗蚀剂图形的曝光用的光掩模，所述抗蚀剂图形具有：抗蚀剂中心部，其膜厚从中心点沿外周以m级的阶梯状变化；以及多个圆环状的抗蚀剂结构单位，其环绕抗蚀剂中心部，以中心点为中心排列成同心圆状，且膜厚以n级(n可以是针对每个抗蚀剂结构单位而不同的作为正整数的任意的变量，m和n可以是相同或不同的任意的正整数。)的阶梯状变化，所述光掩模具有透明的掩模基板以及与掩模基板紧密结合且以矩阵方式排列而成的多个正方形的掩模单元，掩模单元具有光透过区域和利用设置于掩模基板上的遮光膜形成的遮光区域中的任意一方或双方，掩模单元的透过光的光强是归一化光强，且多个掩模单元的透过光的光强的设定如下：将抗蚀剂中心部的中心点以及由抗蚀剂结构单位勾画出第1级的高度的掩模单元的光强设为第1光强，将包括位于该第1级的外侧而依次排列的1个或2个以上的级、勾画出作为相应级的最终级的第X级(X是m和n中的最大值。)的高度的掩模单元的所有光强设为第X光强(其中，第1光强和第X光强为0≤第1光强＜第2光强...第X-1光强＜第X光强。)，将最终级为第Y级的相应第Y级(Y是m和n中小于X的正整数。)的第Y光强设为与所述第X光强相等的强度，将最上级的光强设为第1光强。
将这些m和n均设为7、且将Y设为6时，能够一并形成具有7级和6级的阶梯状的结构这样的多种级数的结构。
在上述的衍射光学元件的制造方法中，将掩模单元的一边的长度设定为短于使用光掩模的曝光装置的光学系统的分辨极限长度，将光强分别设定为如下的值：按照抗蚀剂中心部和每个抗蚀剂结构单位而相互离散，且沿外周方向而使前后的掩模单元之间的变化量增大。
通过这样做，能够更加精密地近似曲面(球面)。
并且，该制造方法中适合应用的光掩模具有如下结构。
即，光掩模是用于形成抗蚀剂图形的曝光用的光掩模，所述抗蚀剂图形具有：抗蚀剂中心部，其膜厚从中心点沿外周以m级的阶梯状变化；以及多个圆环状的抗蚀剂结构单位，其环绕抗蚀剂中心部，以中心点为中心排列成同心圆状，且膜厚以n级(m和n是相同的任意的正整数。)的阶梯状变化，所述光掩模具有透明的掩模基板以及与该掩模基板紧密结合且以矩阵方式排列而成的多个正方形的掩模单元，该掩模单元具有光透过区域和利用设置于掩模基板上的遮光膜形成的遮光区域中的任意一方或双方，掩模单元的透过光的光强是归一化光强，且多个掩模单元的透过光的光强的设定如下：将抗蚀剂中心部的中心点以及由抗蚀剂结构单位勾画出第1级的高度的掩模单元的光强设为第1光强，将包括位于该第1级的外侧而依次排列的1个或2个以上的级、勾画出作为相应级的最终级的第X级的高度的掩模单元的所有光强设为第X光强(其中，第1光强和第X光强为0≤第1光强＜第2光强...第X-1光强＜第X光强。)，使抗蚀剂中心部的中心点以及沿抗蚀剂结构单位的外周方向顺序的掩模单元的光强从第1光强变化到第X光强(X是与m和n相等的2以上的正整数。)。
并且，光掩模的多个掩模单元的透过光的光强的设定如下：将抗蚀剂中心部的中心点以及由抗蚀剂结构单位勾画出第1级的高度的掩模单元的光强设为第1光强，将包括位于该第1级的外侧而依次排列的1个或2个以上的级、勾画出作为相应级的最终级的第X级(X是m和n之中的最大值。)的高度的掩模单元的所有光强设为第X光强(其中，第1光强和第X光强为0≤第1光强＜第2光强...第X-1光强＜第X光强。)，将最终级为第Y级的相应第Y级(Y是m和n之中小于X的正整数。)的第Y光强设为与所述第X光强相等的强度，将最上级的光强设为第1光强。
根据本发明的衍射光学元件的制造方法，使用新结构的光掩模，仅通过利用1次曝光工序和显影工序形成包括多个级的阶梯形状的抗蚀剂掩模的工序，以及使用该抗蚀剂掩模的1次蚀刻工序来进行基板的构图，能够制造排列多个阶梯状的结构单位的光学元件。即，能够以非常简单的工序制造光学元件。
并且，根据本发明的光学元件的制造方法，例如即使是具有混合存在不同级数的阶梯状的结构单位、且各级的面积不同的结构的衍射光学元件，也能够仅仅通过利用单一的光掩模对膜厚不一样的例如以阶梯状变化的抗蚀剂图形进行的1次曝光工序、以及1次蚀刻工序所进行的基板的构图，制造衍射光学元件。
附图说明
图1(A)、(B)以及(C)是用于说明光掩模的构成例的示意图。
图2是示出使用该光掩模进行曝光、显影时的1节距的光透过区域的宽度和残留的抗蚀剂图形的膜厚之间的关系的曲线图。
图3(A)是说明在该例的制造工序中应用的优选的掩模单元上所设定的光透过区域和遮光区域的构成例的示意图，图3(B)是示意性地示出与各阶段(级)对应的抗蚀剂膜厚的图。
图4(A)是示出沿着通过衍射光学元件中心的直线切割的端面的示意图，图4(B)是示出沿着图4(A)所示的通过衍射光学元件中心的直线I-I’切割的端面的示意图。
图5(A)和图5(B)是示出将衍射光学元件的制造途中的结构体切割而得到的切口的示意图。
图6(A)是示出沿通过衍射光学元件的中心的直线切割的端面的示意图，图6(B)是示出沿图6(A)所示的通过衍射光学元件的中心的直线I-I’切割的端面的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的实施方式。另外，附图中只不过概要地示出了能够理解本发明程度的各构成成分的形状、大小以及配置关系，并不由此限定本发明。并且，在下面的说明中，使用了特定的材料、条件以及数值条件等，但这些也只不过是优选例之一，因此，本发明不限于此。
另外，本发明的衍射光学元件的制造方法中的各制造工序中，除了光掩模之外，原则上可以使用现有公知的材料以及制造装置来实施。因此，有时省略各制造工序中的材料、条件等的详细说明。
(光掩模)
首先，说明应用于本发明的衍射光学元件的制造方法的优选的光掩模的构成例。
参照图1(A)、(B)以及(C)，说明本发明的衍射光学元件的制造方法中应用的用于形成抗蚀剂图形的光掩模的构成。
图1(A)、(B)以及(C)是用于说明光掩模的构成例的示意图。图1(A)是从上方观看到的光掩模的一部分的示意俯视图，图1(B)是示出沿图1(A)的A-A线的面切割的截面的图。图1(C)是用于说明沿图1(A)的A-A线的方向(X方向)的位置和透过光的光强之间的关系的图。图1(C)中，横轴表示X方向的位置，纵轴表示透过光的光强。
光掩模110在石英玻璃等透明的掩模基板120上具有多个相同尺寸的正方形的掩模单元140。掩模单元140被设定在掩模基板120的一个主表面上所勾画出的多个单位掩模单元区域上。
这些单位掩模单元区域以相互紧密结合的状态设置。例如，单位掩模单元区域可以是利用多个假想栅格状线146在掩模基板120的一个主表面上等间隔地隔开而设定的区域，所述多个假想栅格状线146是延着相互正交的X方向(或称为行方向。)以及Y方向(或称为列方向。)画出的直线。因此，在该情况下，这些单位掩模单元区域以正交矩阵排列方式排列。
掩模单元140上设置有光透过区域144和遮光区域142中的任意一个或两者。
在掩模基板120上的遮光区域142上例如通过蒸镀铬等来设置有遮光膜130。该掩模单元140是控制透过光掩模110的光强的基本单位。
掩模单元140的面积相同的情况下，根据光透过区域144与掩模单元140的面积比，提供透过掩模单元140的光强。即，掩模单元140中的光透过区域144的面积越大，则透过掩模单元140的光强越大(图1(C))。
此处，多个掩模单元之中、沿列方向连续排列的掩模单元具有遮光区域的情况下，这些遮光区域沿列方向依次连接并连续设置。
并且，多个掩模单元之中、沿行方向连续排列的掩模单元具有光透过区域和遮光区域的情况下，这些遮光区域沿行方向依次不连续设置。
此外，图1(A)示出如下示例：设置有光透过区域144和遮光区域142这两者的掩模单元140被Y方向的假想二分线148分为两部分，在假想二分线148的一侧(图中假想二分线的右侧)设定光透过区域144，而且在假想二分线148的另一侧(图中假想二分线的左侧)设定遮光区域142。
另外，对于各掩模单元而言，优选光透过区域144相对于假想二分线148设定在同一侧。下面，说明其理由。
在抗蚀剂图形的膜厚不改变的区域中，有时连续设定相同光强的掩模单元140。
对于各掩模单元140，若采用相对于假想二分线148在同一侧设定光透过区域144的结构，则对于沿Y方向连续设置的相同光强的掩模单元140，遮光区域构成为一个矩形。
根据构成掩模图形的矩形数量的增减，生成掩模图形所需的数据量也有所增减。因此，若将各掩模单元140的遮光膜130总括形成为一个矩形，则能够削减生成掩模图形所需的数据量。其结果，能够缩短制造光掩模所需的时间，并且能够削减成本。
图1(A)和图1(B)中示出了对所有掩模单元140设置光透过区域144和遮光区域142的例子，但不限于该例。
即，光掩模110可以具有仅设定了光透过区域144、即没有遮光区域的掩模单元，或者，具有在掩模单元140仅设定了遮光区域142、即没有光透过区域的掩模单元。
掩模单元140的一边的长度(下面也称为屏蔽点距(mask Pitch)。)P有时设定为小于使用该光掩模110的曝光装置的光学系统的分辨极限长度。该情况下，使用光掩模110对抗蚀剂层进行曝光处理时，不能获得达到能够分辨光掩模的掩模图形程度的对比度。
因此，该情况下，使用光掩模110对抗蚀剂层进行曝光之后显影时，例如涂布于基板的抗蚀剂层不从该基板分离，就能够获得接近膜厚连续变化的曲面的抗蚀剂图形形状。
作为曝光装置，使用例如波长λ为365nm、缩小投影倍率为5倍的所谓的i线步进曝光装置时，曝光光学系统的分辨性能取决于投影透镜的数值孔径NA以及相关系数σ。
表1示出光学对比度M对节距(Pitch)、数值孔径NA以及相关系数σ的依赖性。此处，光透过区域(空间)44的宽度D与遮光区域(行)142的宽度W之比为1∶1。
节距相当于将屏蔽点距P投影到抗蚀剂层上表面的长度。缩小投影倍率为5倍时，该节距为屏蔽点距P的1/5。
光学对比度M表示为M＝(Imax-Imin)/(Imax+Imin)。透过光掩模的光的光强按照正弦波方式变化，其1周期内的光强的最大值为Imax，最小值为Imin。
【表1】
  NA节距(nm)σ   0.50   0.55   0.60
  0.3   0.5   0.7   0.3   0.5   0.7   0.3   0.5   0.7
  400   0   0   0   0   0   0.02   0   0   0.15
  500   0   0.03   0.22   0   0.25   0.40   0.20   0.46   0.55
  600   0.19   0.46   0.55   0.57   0.67   0.69   0.87   0.84   0.81
通常，曝光光学系统的分辨率与λ/NA成正比。因此，波长越短，或者数值孔径NA越大，则光学对比度M成为0的节距、即无法获得达到能够分辨光掩模的掩模图形程度的对比度的节距减小。
例如数值孔径NA为0.5、相关系数σ为0.5时，若抗蚀剂层上表面上的节距为480nm(屏蔽点距P为2.4μm)以下，则投影到晶片上的透过光的光强的光学对比度M为0。
其中，光学对比度M不限于0，即使产生微弱的光学对比度M，只要光学对比度M给抗蚀剂材料带来的影响在可容许的范围内即可。
例如数值孔径NA为0.5、相关系数σ为0.5时，若将节距设为500nm，则光学对比度M为0.03，该情况时的光学对比度M给抗蚀剂材料带来的影响在可容许的范围内。
如上所述，屏蔽点距P的上限取决于通过曝光光学系统使光学对比度M为0的大小。
另一方面，屏蔽点距P越短，则水平方向的分辨率越高。但是，从技术上来说，减小光透过区域144的宽度D或遮光区域142的宽度W，很难制造光掩模。因此，若固定光透过区域144的宽度D以及遮光区域142的宽度W的最小值，减少掩模单元140的一边的长度P，则光强的可变宽度减小。
例如，抗蚀剂图形等级中的节距为480nm时，可以使用的掩模制造技术中的抗蚀剂图形等级的最小尺寸为150nm。
另外，在下面的说明中，除了特别说明的情况以外，作为尺寸使用换算成抗蚀剂图形后的尺寸。光掩模的尺寸可以通过对抗蚀剂图形等级中的尺寸乘以缩小投影倍率、此处为5倍而获得。此时，空间宽度、即换算成抗蚀剂图形等级中的尺寸的光透过区域的宽度设定为150nm～330nm。
另一方面，设节距为400nm时，能够使用的掩模制造技术的最小尺寸为150nm。此时，可设定的空间宽度为150nm～250nm的范围。
以1nm刻度控制空间宽度时的光的灰度值在节距为480nm时为181，节距为400nm时为101。
若节距小，则光的灰度值、即光强的分辨率下降。并且，节距为480nm时，单元内的孔径面积比在31％～69％的范围内，节距为400nm时，单元内的孔径面积比在38％～63％的范围内。即，节距小时，光强的可变宽度变窄。
若使用高精度的掩模制造技术、即减小掩模制造技术中的最小尺寸，则能够在保持同等的灰度值的状态下缩小抗蚀剂图形中的节距。
例如，将节距设为300nm，将抗蚀剂图形中的最小尺寸设为70nm时，可设定的空间宽度在70nm～230nm的范围内，以1nm刻度进行控制时的灰度值为161。
但是，减小最小尺寸会导致掩模成本增加。因此，抗蚀剂图形中的节距需要考虑对象图形、曝光光学系统、掩模制造技术中的最小尺寸、掩模成本来选择最佳的条件。作为对象的抗蚀剂图形的大小为几十μm到几百μm而充分大时，抗蚀剂图形中的节距优选为400nm～500nm的范围。
根据上述的用于形成抗蚀剂图形的光掩模，可以对每个掩模单元设定要透过的光强。因此，在平坦面上形成例如具有级部的任意形状的抗蚀剂图形、离中心的距离相等位置的抗蚀剂膜厚不相等的任意形状的抗蚀剂图形等时，能够容易获得所需的光掩模。
在本发明的光学元件的制造方法中，若例示出形成抗蚀剂图形时优选应用的光掩模的尺寸，则节距为400nm，最小的空间宽度、即光透过区域的宽度为120nm，并且，最大的空间宽度为280nm。
另外，该曝光处理可以使用现有公知的i线步进机进行。作为优选应用的i线步进机的例子，可以举出尼康株式会社制造的NSR-2205i11D(商品名)(下面简称为i线步进机A。)。并且，作为优选应用的抗蚀剂材料，可以举出JSR株式会社制造的IX 410(下面简称为抗蚀剂材料A。)。
图2示出使用该光掩模和上述的抗蚀剂材料A进行曝光、显影时的1节距的光透过区域的宽度和残留的抗蚀剂图形的膜厚之间的关系的曲线图。
光透过区域的宽度越大，则残留的抗蚀剂图形的膜厚越小。
由此可知，根据光透过区域的宽度和残留的抗蚀剂图形的膜厚之间的关系，能够将光掩模110的掩模单元140的配置优化，以便获得预定的抗蚀剂图形形状。
本发明的光学元件的制造工序中优选应用的光掩模110的掩模单元140的透过光的光强可以设为归一化光强。即，归一化光学强度是指将透过多个掩模单元中的任意一个掩模单元的光强最大时的该最大光强设为“1”来确定透过其它掩模单元的光强的值。因此，归一化光强可以取包括“1”和“0”在内的其之间的任意值。考虑通过蚀刻会形成具有什么样的高度变化的产物或为此需要形成什么样的抗蚀剂图形，对各掩模单元分别分配设计上所决定的归一化光强。
参照图3和表2，说明使用了抗蚀剂A时的掩模单元的光透过区域的宽度W、遮光区域的宽度D以及残留的抗蚀剂图形的膜厚R之间的关系。该例中，说明形成7阶段、即7级的阶梯状的结构单位的例。
图3(A)是说明该例的制造工序中优选应用的掩模单元140上所设定的光透过区域144和遮光区域142的构成例的示意图，图3(B)是示意性地示出与各阶段(级)对应的抗蚀剂膜厚的图。
表2示出与各级对应的光透过区域144的横宽D和基板上残留的残留抗蚀剂膜厚R之间的关系。另外，节距P为400nm。
【表2】
级  光透过区域(D)(nm)  残留抗蚀剂膜厚(R)(μm)
 第7级  290  0
 第6级  250  0.55
 第5级  220  1.1
 第4级  190  1.65
 第3级  160  2.2
 第2级  140  2.75
 第1级  120  3.3
如图3(B)和表2所示，与第7级(S×7)对应的光透过区域144的横宽D为290nm，该情况下，残留抗蚀剂膜厚R为0(零)，即未残留抗蚀剂，基板20的表面20a露出。
与第6级(S×6)对应的光透过区域144的横宽D为250nm，该情况下，残留抗蚀剂膜厚R为0.55μm。
与第5级(S×5)对应的光透过区域144的横宽D为220nm，该情况下，残留抗蚀剂膜厚R为1.1μm。
与第4级(S×4)对应的光透过区域144的横宽D为190nm，该情况下，残留抗蚀剂膜厚R为1.65μm。
与第3级(S×3)对应的光透过区域144的横宽D为160nm，该情况下，残留抗蚀剂膜厚R为2.2μm。
与第2级(S×2)对应的光透过区域144的横宽D为140nm，该情况下，残留抗蚀剂膜厚R为2.75μm。
与第1级(S×1)对应的光透过区域144的横宽D为120nm，该情况下，残留抗蚀剂膜厚R为3.3μm。
另外，该情况下，可以如下地设定曝光条件：将数值孔径NA设为0.5，将相关系数σ设为0.5，并且，将缩小投影倍率设为5倍。
作为这种掩模单元，使用以能够获得与希望的抗蚀剂形状的各部对应的光透过量的方式适当配置而成的掩模单元，通过仅1次的曝光工序形成上述的例如7阶段的阶梯状的抗蚀剂图形。
(第一实施方式)
1.衍射光学元件
参照图4，说明通过本发明的制造方法形成的衍射光学元件的构成例。
图4(A)是示出沿着通过衍射光学元件中心的直线切割的端面的示意图。图4(B)是示出沿着图4(A)所示的通过衍射光学元件中心的直线I-I’切割的端面的示意图。
在图4(A)和图4(B)所示的构成例中，衍射光学元件10刻入形成在例如作为硅晶片的基板20上。该例的衍射光学元件10具有所谓的菲涅耳透镜(Fresnel lens)的形态。
衍射光学元件10具有中心部22，该中心部22的膜厚从中心点C沿外周以m级、即该例中以7级的阶梯状变化。
中心部22从上面侧观看的形状为正圆形，其截面形状具有6级圆环状的阶段(Sa2、Sa3、Sa4、Sa5、Sa6以及Sa7)，所述6级圆环状的阶段是通过如下方式设置而成的：将包含中心C的第1次表面20a1设为高度最高的圆柱状的第1级(Sa1)、将通过后述的蚀刻工序生成的第2次表面20a2设为高度最低的第7级(Sa7)，并各级环绕第1级(Sa1)周围。第7级(Sa7)与第2次表面20a2一致。通过这些多个阶段，作为整体近似为大致球面(弧矢)状的曲面。
如表2所示，该例中相邻的阶段彼此之间的高度差均相等。但是，通过在可能的范围内适当变更已说明的光掩模的遮光区域142的面积，能够使相邻的阶段彼此之间的高度差不同。
并且，对于除了第1级(Sa1)和第7级(Sa7)以外的各阶段(Sa2、Sa3、Sa4、Sa5以及Sa6)的面积，示出了相互相等的例子，但不限于此。
即，通过在可能的范围内适当变更光掩模的掩模单元140的配置(配置形状和配置数量)，能够将这些各阶段(Sa2、Sa3、Sa4、Sa5以及Sa6)的面积、以及第1级(Sa1)和第7级(Sa7)的面积分别设定为任意的适当面积。
例如，可以使各阶段(Sa2、Sa3、Sa4、Sa5以及Sa6)的面积设定为按照其越趋近外周越小的方式互不相同。
衍射元件10包含多个圆环状的结构单位24。各结构单位24环绕中心部22。
多个结构单位24分别以中心点C为中心排列成同心圆状。结构单位24在本例中包含2个结构单位24、即第1结构单位24A和第2结构单位24B。另外，该结构单位24的数量只不过是示例，可以根据需要的光学特性，任意设定适当的数量。
第1结构单位24A配置于中心部22的外侧，以相隔一定距离的方式环绕该中心部22。并且，第2结构单位24B配置于该第1结构单位24A的外侧，与该第1结构单位24A成相隔一定距离而进行配置。
与中心部22相同，这些圆环状的结构单位24形成为其厚度沿着外周方向变薄的n级、本例中为与已说明的中心部22的级数m相同的7级的阶梯状。
此处，m和n可以相同或不同，可以是任意的正整数。即，结构单位24的级数n和中心部22的级数m可以相同也可以不同。
并且，对于结构单位24的级数n，当包括多个结构单位时、例如包括第1结构单位24A和第2结构单位24B时，各结构单位的级数可以相同也可以不同。
第1结构单位24A的第1级(Sb1)到第7级(Sb7)的各阶段、即Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sb5、Sb6以及Sb7的高度在本例中设定为，与中心部22的各阶段Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sa5、Sa6以及Sa7的高度相同的序号分别对应的高度、即相等的高度。
以同样的方式，第2结构单位24B的第1级(Sc1)到第7级(Sc7)的各阶段、即Sc1、Sc2、Sc3、Sc4、Sc5、Sc6以及Sc7的高度在本例中设定为，与中心部22的各阶段Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sa5、Sa6和Sa7、以及第1结构单位24A的各阶段、即Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sb5、Sb6和Sb7的高度序号相同的序号分别对应的高度、即相等的高度。
但是，第1结构单位24A的各阶段的高度和序号所对应的中心部22的各阶段的高度也可以设定为互不相同的高度。
在衍射光学元件中，通常使得中心部22和结构单位24的序号相对应的各阶段的面积越趋近外周越小。
在本例中，中心部22的各阶段的面积、第1结构单位24A的各阶段的面积以及第2结构单位24B的各阶段的面积越趋近外周、即按照这种顺序依次减小。
如上所说，通过在可能的范围内适当变更光掩模的掩模单元140的配置(配置形状和配置数量)，能够将各阶段的面积分别设定为任意适当的面积。
2.衍射光学元件的制造方法
下面，参照附图，说明本发明的光学元件的制造方法。此处，以将硅基板用作基板的所谓的硅微透镜(Silicon Micro lens)的制造方法为例进行说明。
另外，该制造方法的特征在于，使用具有已说明的结构的光掩模进行曝光以及显影工序，通过该曝光以及显影工序形成抗蚀剂图形，将该抗蚀剂图形用作掩模。
对于该抗蚀剂图形的形成工序以外的工序，与现有的衍射光学元件、尤其是使用硅基板的硅微透镜的形成工序没有任何改变，所以省略对与以往相比没有改变的工序的图示和详细说明。
图5(A)和图5(B)是示出将衍射光学元件的制造途中的结构体切割而成的切口的示意图。
首先，准备平行平板状的基板20。基板20具有第1次表面20a1和与该一次表面20a1背对的第2面(也简称为背面。)20b。该第1次表面20a1上预先设定有透镜形成区域。
本发明中应用的基板20不限于硅基板，可以优选玻璃基板、锗基板、InP基板这样的各种类型的基板。
接着，本例中，在基板20的第1次表面20a1上涂布正型的抗蚀剂材料、例如上述的抗蚀剂材料A。
该抗蚀剂材料的涂布可以采用现有公知的使用旋涂机的旋转涂布的方法进行。
接着，对涂布有抗蚀剂材料的基板20进行预烤(pre-bake)处理。该预烤处理可以在与所选择的抗蚀剂材料对应的条件下进行。使用抗蚀剂材料A时，优选在例如90℃的气氛温度下进行60秒钟预烤处理。
接着，进行光刻工序的曝光处理。
曝光处理中使用具有上述结构的光掩模。即，根据本发明的制造方法，其特征在于，通过使用该光掩模的仅1次的曝光工序形成抗蚀剂图形。
在该曝光工序中，掩模单元140的透过光的光强如上所述设为归一化光强。
若将本例的多个掩模单元140的透过光的光强一般化，则在抗蚀剂中心部32的中心点C以及抗蚀剂结构单位34勾画出第1级的高度的掩模单元140的光强设为第1光强，将包括位于第1级外侧而依次排列的1个或2个以上的级、勾画出作为级的最终级的第X级的高度的掩模单元的所有光强设为第X光强(其中，第1光强和第X光强为0第1光强＜...＜第X光强。)时，抗蚀剂中心部32的中心点C以及沿抗蚀剂结构单位34的外周方向顺序的掩模单元的光强从所述第1光强变化到第X光强(X是与m和n相等的2以上的正整数。)。
例如使用上述的i线步进机A进行曝光处理时，优选进行例如280毫秒钟的曝光处理。
之后，进行曝光后烘烤处理。在上述的状态下，优选在例如110□的气氛温度下进行100秒钟的曝光后烘烤处理。
通过采用该光掩模，即使对于已说明的特别是多级的级差、或者由这些多级的级差近似得到的曲面这样的复杂形状，也能够通过仅1次的曝光工序形成精度非常高的抗蚀剂图形形状。
接着，使用显影液，进行显影处理。该显影液可以使用任意适合于所选择的抗蚀剂材料的显影液。在使用了抗蚀剂材料A时，优选使用例如碱性显影液、即东京应化工业株式会社制造的NMD-3(商品名)进行90秒钟的显影处理即可。
接着，在任意适合于所选择的材料的条件下进行显影后烘烤处理。在使用了抗蚀剂材料A时，优选在例如120℃的气氛温度下进行100秒钟的显影后烘烤处理，从而获得具有图5(A)和图5(B)所示结构的抗蚀剂图形30。
抗蚀剂图形30形成为具有要形成的结构、即具有与已说明的中心部22和结构单位24相似的形状的图形。具体地说，形成为从上侧观看的抗蚀剂图形30的俯视尺寸与期待的结构尺寸相同。并且，对于抗蚀剂图形30的立体形状、即基板20的厚度方向的抗蚀剂图形的尺寸，可以与期待的结构尺寸不同。基板20的厚度方向的抗蚀剂图形的尺寸、即蚀刻去除的深度可以通过蚀刻率来进行调节，只要作为与所选择的蚀刻率吻合的适当的尺寸，形成抗蚀剂图形30的立体形状即可。
即，抗蚀剂图形30具有抗蚀剂中心部32，所述抗蚀剂中心部32的膜厚从中心点C沿外周以m级、即本例中以7级的阶梯状变化，所述阶梯中的第7级是从抗蚀剂图形30露出的第1次表面20a1。
抗蚀剂中心部32从上面侧观察的形状为正圆形，其截面形状具有：包括中心C的位于高度最高位置的圆柱状的第1级(Sr1)；以及以环绕第1级(Sr1)周围的方式设置的6级圆环状的阶段(Sr2、Sr3、Sr4、Sr5以及Sr6)。
其结果，通过这些多个阶段，使整体近似为球面状的曲面。另外，与蚀刻后形成的第7级(S×7)、即位于蚀刻后高度最低位置的最终级对应的部分在本例中被设为露出面，不被抗蚀剂中心部32覆盖，而使基板20的第1次表面20a1露出。
本例中相邻的阶段彼此之间的高度差均相等。但是，通过在可能的范围内适当变更已说明的光掩模的遮光区域142的面积，能够使相邻的阶段彼此之间的高度差不同。
并且，对于除了第1级(Sr1)以外的各阶段(Sr2、Sr3、Sr4、Sr5以及Sr6)的面积，示出了相等的例子。
即，可以通过在可能的范围内适当变更光掩模的掩模单元140的配置(配置形状和配置数量)，将这些各级段(Sr2、Sr3、Sr4、Sr5以及Sr6)的面积、以及第1级(Sr1)和第7级(Sr7)的面积分别设定为任意的适当面积。
例如，各阶段(Sr2、Sr3、Sr4、Sr5以及Sr6)的面积可以互不相同。
抗蚀剂图形30包括多个圆环状的抗蚀剂结构单位34。各抗蚀剂结构单位34环绕抗蚀剂中心部32。
多个抗蚀剂结构单位34分别以中心点C为中心排列成同心圆状。本例中抗蚀剂结构单位34包括2个抗蚀剂结构单位34、即第1抗蚀剂结构单位34A和第2抗蚀剂结构单位34B。另外，该抗蚀剂结构单位34的数量只不过是示例，可以设定为需要的任意数量。
第1抗蚀剂结构单位34A配置于抗蚀剂中心部32的外侧，以相隔一定距离的方式环绕该抗蚀剂中心部32。
并且，第2抗蚀剂结构单位34B配置于该第1抗蚀剂结构单位34A的外侧，与该第1抗蚀剂结构单位34A相隔一定距离进行配置。
采用这种方式，在抗蚀剂中心部32和第1抗蚀剂结构单位34A之间、以及第1抗蚀剂结构单位34A和第2抗蚀剂结构单位34B之间露出基板20的第1次表面20a1。
与抗蚀剂中心部32相同，这些圆环状的抗蚀剂结构单位34形成为厚度沿外周方向变薄的n级、本例中与已说明的抗蚀剂中心部32的级数m相同的7级的阶梯状。其中，第7级是基板20的第1次表面20a1。
此处，m和n可以相同或不同，为任意的正整数。即，抗蚀剂结构单位34的级数n和中心部22的级数m可以相同也可以不同，无论哪种情况均能够通过一次曝光工序形成。
并且，对于抗蚀剂结构单位34的级数n，包括多个结构单位时、例如包括第1抗蚀剂结构单位34A和第2抗蚀剂结构单位34B时，各结构单位的级数可以相同也可以不同，无论哪种情况均能够通过一次的曝光工序形成。
第1抗蚀剂结构单位34A的第1级(Ss1)到第6级(Ss6)的各阶段、即Ss1、Ss2、Ss3、Ss4、Ss5以及Ss6的高度在本例中设定为与抗蚀剂中心部32的各阶段Sr1、Sr2、Sr3、Sr4、Sr5以及Sr6的高度序号相同的序号分别对应的高度、即相等的高度。
以同样的方式，第2抗蚀剂结构单位34B的第1级(St1)到第6级(St6)的各阶段、即St1、St2、St3、St4、St5以及St6的高度在本例中设定为，与抗蚀剂中心部32的各阶段Sr1、Sr2、Sr3、Sr4、Sr5和Sr6、以及抗蚀剂第1结构单位34A的各阶段、即Ss1、Ss2、Ss3、Ss4、Ss5和Ss6的高度序号相同的序号分别对应的高度、即相等的高度。
但是，第1抗蚀剂结构单位34A的各阶段的高度和序号所对应的抗蚀剂中心部32的各阶段的高度也可以不同。
在衍射光学元件中，如上所述，通常中心部22以及结构单位24的序号所对应的各阶段的面积越趋近外周越小。
抗蚀剂图形30的从上面侧观看的平面形状基本以保持原有形状转印到基板20上。因此，在该抗蚀剂图形30中，抗蚀剂中心部32的各阶段的面积、与其对应的第1抗蚀剂结构单位34A的各阶段的面积以及与其对应的第2抗蚀剂结构单位34B的各阶段的面积越趋近外周越小、即按照这种顺序减小。
如上所述，通过在可能的范围内适当变更光掩模的掩模单元140的配置(配置形状和配置数量)，能够将抗蚀剂图形30的各阶段的面积设定为任意的适当面积。
采用上述方式，使用已说明的光掩模对涂布于基板20的抗蚀剂材料进行光刻工序，形成具有多个不同深度的图形面的抗蚀剂图形30。
将该抗蚀剂图形30用作蚀刻掩模，按照常规方法进行构图。
在该构图工序中，抗蚀剂图形30在自我刮去的同时将其形状转印到硅基板20上。
在通过从垂直于基板面的方向的各向异性蚀刻将抗蚀剂图形30蚀刻去除的同时进行该构图工序。通过蚀刻的进行，抗蚀剂图形30的轮廓形状平行移动，抗蚀剂图形30的高度低的部分(阶段)消除，依次按照露出的基板20的露出顺序剥离，形成图形。
即，在蚀刻开始的同时，抗蚀剂图形30的露出面、即相当于第7级的第1次表面20a1剥离。通过进一步的蚀刻进行，抗蚀剂图形30的第6级、第5级、第4级、第3级以及第2级依次消除，越是相当于第1次表面20a1露出的定时早的级部分蚀刻越深。
该蚀刻在抗蚀剂图形30的第1级蚀刻消除的同时、即抗蚀剂图形30的第1级消除的时刻停止。
因此，位于抗蚀剂图形30的第1级正下位置的第1次表面20a1残留。此处，将蚀刻最深、相当于中心部22以及结构单位24的第7级的、成为基板20的新表面的面作为第2次表面20a2。
该构图工序优选使用例如具有RF(高频)电源的现有公知的蚀刻装置进行。此时，作为蚀刻剂优选使用SF6气体以及O2气体的混合气体。
另外，所形成的中心部22以及结构单位24的各阶段的高度不限于抗蚀剂图形30的各阶段的高度，通过调节蚀刻率，可以设定为任意预定的高度。
接着，还可以进行为了切割成任意形状的衍射光学元件的进一步的光刻工序以及蚀刻工序、即构图工序。
根据本发明的光学元件的制造方法，仅通过采用1次曝光工序、显影工序来形成包含多级的阶梯形状的抗蚀剂掩模的工序、以及使用该抗蚀剂掩模进行1次蚀刻工序来实施基板的构图，能够制造阶梯状的结构单位平行排列多个的光学元件。即，能够以非常简单的工序制造光学元件。
(第二实施方式)
1.衍射光学元件
参照图6，说明通过本发明的制造方法形成的光学元件的结构例。
图6(A)是示出沿通过衍射光学元件的中心的直线切割的端面的示意图。图6(B)是示出沿图6(A)所示的通过衍射光学元件的中心的直线I-I’切割的端面的示意图。
另外，本例的衍射光学元件的特征在于，中心部22的级数和结构单位24的阶梯状结构的级数不同。而且，对于除此之外的结构，与已说明的例子相同，所以省略详细说明。
图6(A)和图6(B)所示的结构例中，衍射光学元件10具有中心部22，该中心部22的膜厚从中心点C沿外周以m级、即本例中以7级的阶梯状变化。
中心部22从上面侧观看的形状为正圆形，其截面形状具有将包含中心C的第1次表面20a1设为高度最高的圆柱状的第1级(Sa1)、将通过后述的蚀刻工序生成的第2次表面20a2设为高度最低的第7级(Sa7)、以环绕在第1级(Sa1)周围的方式设置的6级的圆环状的阶段(Sa2、Sa3、Sa4、Sa5、Sa6以及Sa7)。第7级(Sa7)与第2次表面20a2一致。通过这些多个阶段，作为整体近似为大致球面(弧矢)状的曲面。
该例中相邻的阶段彼此之间的高度差均相等。但是，通过在可能的范围内适当变更已说明的光掩模的遮光区域142的面积，能够使相邻的阶段彼此之间的高度差不同。
并且，除了第1级(Sa1)和第7级(Sa7)以外的各阶段(Sa2、Sa3、Sa4、Sa5以及Sa6)的面积示出了相互相等的例子，但不限于此。
即，通过在可能的范围内适当变更光掩模的掩模单元140的配置(配置形状和配置数量)，能够将这些各阶段(Sa2、Sa3、Sa4、Sa5以及Sa6)的面积、以及第1级(Sa1)和第7级(Sa7)的面积分别设定为任意的适当面积。
例如，可以使各阶段(Sa2、Sa3、Sa4、Sa5以及Sa6)的面积互不相同。
多个结构单位24分别以中心点C为中心排列成同心圆状。结构单位24在本例中包含2个结构单位24、即第1结构单位24A和第2结构单位24B。另外，该结构单位24的数量只不过是示例，可以根据需要的光学特性，任意设定适当的数量。
第1结构单位24A配置于中心部22的外侧，以相隔一定距离的方式环绕该中心部22。并且，第2结构单位24B配置于该第1结构单位24A的外侧，与该第1结构单位24A相隔一定距离地进行了配置。
与中心部22相同，这些圆环状的结构单位24形成为厚度沿外周方向变薄的n级、本例中为将第1结构单位24A的级数设定为与已说明的中心部22的级数m相同的7级的阶梯状。
并且，第2结构单位24B在本例中的级数为6级，即比第1结构单位24A的级数少一级。
即，本例是级数n包含多种级数(数值)、且级数m和级数n不同的例子。
第1结构单位24A的第1级(Sb1)到第7级(Sb7)的各阶段、即Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sb5、Sb6以及Sb7的高度在本例中设定为与中心部22的各阶段的高度序号相同的序号分别对应的高度、即相等的高度。
因此，第1结构单位24A的总高度与中心部22的总高度、即第1级(Sa1)的高度(位置)相等。
第2结构单位24B的第1级(Sc2)与中心部22的总高度、即第1级(Sa1)的高度相等。并且，第2结构单位24B的第6级(Sc7)与中心部22的第7级(Sa7)的高度相等。
并且，第2结构单位24B的第2级(Sc3)到第5级(Sc6)的各阶段、即Sc4、Sc5、以及Sc6的高度在本例中设定为与中心部22的各阶段的相同序号对应的阶段不同的高度。
即，Sc6存在于Sb6和Sb5之间的高度。Sc5存在于Sb5和Sb4之间的高度。Sc4存在于Sb4和Sb3之间的高度。Sc3存在于Sb3和Sb2之间的高度。
因此，第1结构单位24A的总高度、即第1级(Sb1)的高度(位置)和第2结构单位24B的总高度、即第1级(Sc2)的高度(位置)大致相同。
本例中，将中心部22和第1结构单位24A的级数均设为7级，将第2结构单位24B的级数设为6级，但本发明不限于此。
例如，还可以在第2结构单位24B的外侧进一步设置级数更加减少的、例如5级、4级这样的、级数依次减少的结构单位。
这样的构成在例如存在1相位的线宽度小于屏蔽点距的区域时有効。
即，通过本发明的制造方法制造的衍射光学元件可以使衍射光学元件中包含的中心部、结构单位的阶梯状的级差分别为任意的相同或不同的级数。
2.衍射光学元件的制造方法
下面，说明本例的衍射光学元件的制造方法。
另外，本发明的制造方法的特征在于，使用具有已说明的结构的光掩模进行曝光以及显影工序，并且通过该曝光以及显影工序形成中心部22和第2结构单位24B的级数以及第1结构单位24A的级数各不相同的抗蚀剂图形，将该抗蚀剂图形用作掩模。
即，本例的制造方法与已说明的第一实施方式相比，除了所形成的抗蚀剂图形的形状以外没有其它改变，所以对于该工序以外的部分省略详细说明。
首先，准备平行平板状的基板20。
接着，本例中，在基板20的第1次表面20a1上涂布正型的抗蚀剂材料、例如上述的抗蚀剂材料A。
接着，对涂布有抗蚀剂材料的基板20进行预烤处理。
然后，进行光刻工序的曝光处理。
曝光处理中使用具有上述掩模单元结构的光掩模。即，根据本发明的制造方法，其特征在于，通过使用该光掩模的仅1次的曝光工序形成抗蚀剂图形。
在该曝光工序中，掩模单元140的透过光的光强如上所述设为归一化光强。
对于本例的多个掩模单元140的透过光的光强，多个掩模单元140的透过光的光强如下：将抗蚀剂中心部的中心点C以及由抗蚀剂结构单位勾画出第1级的高度的掩模单元的光强设为第1光强，将包括位于该第1级的外侧而依次排列的1个或2个以上的级、勾画出作为级的最终级的第X级(X为抗蚀剂中心部的级数m以及抗蚀剂结构单位的级数n之中的最大值。)的高度的掩模单元的所有光强设为第X光强(其中，第1光强和第X光强为0≤第1光强＜...＜第X光强。)，将最终级为第Y级的相应第Y级(Y是抗蚀剂中心部的级数m以及抗蚀剂结构单位的级数n之中小于X的正整数。)的第Y光强设为与所述第X光强相等的强度，将最上级的光强设为第1光强。
之后，进行曝光后烘烤处理。
通过采用该光掩模，即使是已说明的特别是多级的级差、或者这些多级的级差所近似的曲面这样的复杂形状，也能够通过仅1次的曝光工序形成精度非常高的抗蚀剂图形形状。
接着，使用显影液，进行显影处理。
接着，在任意适合于所选择的材料的条件下进行显影后烘干处理。
抗蚀剂图形30形成为具有要形成的构造、即具有与已说明的中心部22和结构单位24相似形状的图形。具体地说，形成为从上侧观看的抗蚀剂图形的平面尺寸与期待的构成尺寸相同。并且，对于抗蚀剂图形的立体形状、即基板20的厚度方向的抗蚀剂图形的尺寸，可以与期待的结构尺寸不同。基板20的厚度方向的抗蚀剂图形的尺寸、即蚀刻去除的深度可以通过蚀刻率来进行调节，所以只要作为与所选择的蚀刻率吻合的适当的尺寸，形成抗蚀剂图形的立体形状即可。
即，抗蚀剂图形具有抗蚀剂中心部，所述抗蚀剂中心部的膜厚从中心点沿外周以m级、即本例中以7级的阶梯状变化，所述阶梯中的第7级是从抗蚀剂图形露出的第1次表面20a1。
抗蚀剂中心部从上面侧观看的形状为正圆形，其截面形状具有：包括中心C且位于高度最高位置的圆柱状的第1级；以及以环绕在第1级周围的方式设置的6级圆环状的阶段。
其结果，通过这些多个阶段，使整体近似为球面状的曲面。另外，蚀刻后形成的第7级、即与位于蚀刻后高度最低位置的最终级对应的部分在本例中设为露出面，不覆盖抗蚀剂中心部，而使基板20的第1次表面20a1露出。
本例中相邻的阶段彼此之间的高度差均相等。但是，通过在可能的范围内适当变更已说明的光掩模的遮光区域142的面积，能够使相邻的阶段彼此之间的高度差不同。
并且，对于除了第1级以外的各阶段的面积相等。
即，通过在可能的范围内适当变更光掩模的掩模单元140的配置(配置形状和配置数量)，能够将这些各阶段的面积、以及第1级和第7级的面积分别设定为任意的适当面积。
例如，各阶段的面积可以互不相同。
抗蚀剂图形包括多个圆环状的抗蚀剂结构单位。各抗蚀剂结构单位环绕抗蚀剂中心部。
多个抗蚀剂结构单位分别以中心点C为中心排列成同心圆状。抗蚀剂结构单位在本例中包括2个抗蚀剂结构单位、即第1抗蚀剂结构单位和第2抗蚀剂结构单位。另外，该抗蚀剂结构单位的数量只不过是示例，可以设定为需要的任意适当的数量。
第1抗蚀剂结构单位配置于抗蚀剂中心部的外侧，以相隔一定距离的方式环绕该抗蚀剂中心部。
并且，第2抗蚀剂结构单位配置于该第1抗蚀剂结构单位的外侧，与该第1抗蚀剂结构单位相隔一定距离地进行了配置。
采用这种方式，在抗蚀剂中心部和第1抗蚀剂结构单位之间、以及第1抗蚀剂结构单位和第2抗蚀剂结构单位之间露出基板20的第1次表面20a1。
与抗蚀剂中心部相同，这些圆环状的抗蚀剂结构单位尤其是第2结构单位形成为厚度沿外周方向变薄的n级、本例中与已说明的抗蚀剂中心部的级数m相同的7级的阶梯状，第1结构单位也相同地采用7级的阶梯状的结构。其中，第1结构单位的第7级以及第1抗蚀剂结构单位和中心部的第7级是基板20的第1次表面20a1。
第1抗蚀剂结构单位的各阶段的高度在本例中设定为与抗蚀剂中心部的各阶段分别对应的高度、即相等的高度。
并且，第2抗蚀剂结构单位的第2阶段到第6阶段的高度在本例中设定为与抗蚀剂中心部以及第1抗蚀剂结构单位的各阶段的高度不同的高度。
即，第2抗蚀剂结构单位的第1阶段和第6阶段的高度设定为分别与抗蚀剂中心部和第1抗蚀剂结构单位的第1阶段和第7阶段的高度相等。
因此，第2抗蚀剂结构单位的第2阶段到第5阶段的高度在本例中设定为与抗蚀剂中心部和第1抗蚀剂结构单位的各阶段的高度不同的高度。
采用这样方式，通过使用已说明的光掩模对涂布于基板20的抗蚀剂材料进行光刻工序，形成具有多个不同深度的图形面的抗蚀剂图形。
将该抗蚀剂图形用作蚀刻掩模，按照常规方法形成图形。
在该构图工序中，抗蚀剂图形在自我刮去的同时将其形状转印到硅基板上。
即，在蚀刻开始的同时，抗蚀剂图形30的露出面、即相当于第7级的第1次表面20a1剥离。通过进一步进行蚀刻，抗蚀剂图形的第6级、第5级、第4级、第3级以及第2级依次消除，越是相当于第1次表面20a1露出的定时早的级部分蚀刻越深。
该蚀刻在抗蚀剂图形的最上级、即本例中抗蚀剂中心部和第2抗蚀剂结构单位的第1级蚀刻消除的同时、即第1级消除的时刻停止。
因此，位于中心部和第2抗蚀剂结构单位的第1级正下方的第1次表面20a1残留。此处，将蚀刻最深的、相当于中心部和结构单位的第7级的、成为基板20的新表面的面作为第2次表面20a2。
该构图工序优选使用例如具有RF(高频)电源的现有公知的蚀刻装置进行。此时，作为蚀刻剂优选使用SF6气体以及O2气体的混合气体。
另外，所形成的中心部以及结构单位的各阶段的高度不限于抗蚀剂图形的各阶段的高度，通过调节蚀刻率，也可以设定为任意预定的高度。
接着，还可以进行用于切割成任意形状的衍射光学元件的进一步的光刻工序以及蚀刻工序、即构图工序。
根据本例的衍射光学元件的制造方法，即使是混合存在不同级数的阶梯状的结构单位的衍射光学元件，也能够仅通过1次的蚀刻工序来实施基板的构图，制造衍射光学元件。

Claims (8)

1.一种光学元件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括执行如下处理的工序：
准备基板；
对所述基板进行包括使用光掩模进行的曝光处理的构图，形成抗蚀剂图形，其中，所述光掩模是用于形成抗蚀剂图形的曝光用的光掩模，且所述光掩模具有掩模基板、以及与该掩模基板紧密结合且以矩阵方式排列而成的多个掩模单元，所述掩模单元具有光透过区域和利用设置于所述掩模基板上的遮光膜形成的遮光区域中的任意一方或双方，所述掩模单元的透过光的光强是归一化光强，且多个所述掩模单元的透过光的光强是不同的；以及
将所述抗蚀剂图形用作蚀刻掩模，进行构图。
2.根据权利要求1所述的光学元件的制造方法，其特征在于，在所述形成抗蚀剂图形的工序中，对基板进行包括使用光掩模进行曝光处理的构图，形成抗蚀剂图形，其中，
所述光掩模是用于形成抗蚀剂图形的曝光用的光掩模，其具有透明的掩模基板以及与该掩模基板紧密结合且以矩阵方式排列而成的多个正方形的掩模单元，
所述抗蚀剂图形具有：抗蚀剂中心部，其膜厚从中心点沿外周以m级的阶梯状变化；以及多个圆环状的抗蚀剂结构单位，其环绕该抗蚀剂中心部，以所述中心点为中心排列成同心圆状，并且，膜厚以n级的阶梯状变化，其中，m和n是相同的任意的正整数，
所述掩模单元具有光透过区域和利用设置于所述掩模基板上的遮光膜形成的遮光区域中的任意一方或双方，
所述掩模单元的透过光的光强是归一化光强，且多个所述掩模单元的透过光的光强的设定如下：将所述抗蚀剂中心部的所述中心点以及由所述抗蚀剂结构单位勾画出第1级的高度的掩模单元的光强设为第1光强，将包括位于该第1级的外侧而依次排列的1个或2个以上的级、且勾画出作为相应级的最终级的第X级的高度的掩模单元的所有光强设为第X光强，所述抗蚀剂中心部的所述中心点以及沿所述抗蚀剂结构单位的外周方向顺序的掩模单元的光强从所述第1光强变化到第X光强，其中，第1光强和第X光强为0≤第1光强＜第2光强…第X-1光强＜第X光强，X是与m和n相等的2以上的正整数。
3.根据权利要求1所述的光学元件的制造方法，其特征在于，在所述形成抗蚀剂图形的工序中，对所述基扳使用光掩模，其中，
所述光掩模是用于形成抗蚀剂图形的曝光用的光掩模，其具有：透明的掩模基板以及与该掩模基板紧密结合且以矩阵方式排列而成的多个正方形的掩模单元，
所述抗蚀剂图形具有：抗蚀剂中心部，其膜厚从中心点沿外周以m级的阶梯状变化；以及多个圆环状的抗蚀剂结构单位，其环绕该抗蚀剂中心部，以所述中心点为中心排列成同心圆状，并且膜厚以n级的阶梯状变化，其中，n是按照每个抗蚀剂结构单位而不同的作为正整数的任意的变量，m和n是相同或不同的任意的正整数，
所述掩模单元具有光透过区域和利用设置于所述掩模基板上的遮光膜形成的遮光区域中的任意一方或双方，
所述掩模单元的透过光的光强是归一化光强，且多个掩模单元的透过光的光强的设定如下：将所述抗蚀剂中心部的所述中心点以及由所述抗蚀剂结构单位勾画出第1级的高度的掩模单元的光强设为第1光强，将包括位于该第1级的外侧而依次排列的1个或2个以上的级、且勾画出作为相应级的最终级的第X级的高度的掩模单元的所有光强设为第X光强，将最终级为第Y级的相应第Y级的第Y光强设为与所述第X光强相等的强度，将最上级的光强设为第1光强，其中，X是m和n中的最大值，第1光强和第X光强为0≤第1光强＜第2光强…第X-1光强＜第X光强，Y是m和n中小于X的正整数。
4.根据权利要求2所述的光学元件的制造方法，其特征在于，所述m、所述n以及所述Y均为7。
5.根据权利要求3所述的光学元件的制造方法，其特征在于，所述m和所述n均为7，并且，所述Y为6。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的光学元件的制造方法，其特征在于，所述掩模单元的一边的长度被设定为短于使用所述光掩模的曝光装置的光学系统的分辨极限长度，所述光强被分别设定为如下的值：按照所述抗蚀剂中心部以及每个所述抗蚀剂结构单位而相互离散，且沿外周方向而使前后的掩模单元之间的变化量增大。
7.一种光掩模，所述光掩模用于形成抗蚀剂图形时的曝光，其中，所述抗蚀剂图形具有：抗蚀剂中心部，其膜厚从中心点沿外周以m级的阶梯状变化；以及多个圆环状的抗蚀剂结构单位，其环绕该抗蚀剂中心部，以所述中心点为中心排列成同心圆状，并且，膜厚以n级的阶梯状变化，其中，m和n是相同的任意的正整数，
所述光掩模的特征在于，
所述光掩模具有透明的掩模基板以及与该掩模基板紧密结合且以矩阵方式排列而成的多个正方形的掩模单元，
该掩模单元具有光透过区域和利用设置于所述掩模基板上的遮光膜形成的遮光区域中的任意一方或双方，
所述掩模单元的透过光的光强是归一化光强，且多个所述掩模单元的透过光的光强的设定如下：将所述抗蚀剂中心部的所述中心点以及由所述抗蚀剂结构单位勾画出第1级的高度的掩模单元的光强设为第1光强，将包括位于该第1级的外侧而依次排列的1个或2个以上的级、且勾画出作为相应级的最终级的第X级的高度的掩模单元的所有光强设为第X光强，使所述抗蚀剂中心部的所述中心点以及沿所述抗蚀剂结构单位的外周方向顺序的掩模单元的光强从所述第1光强变化到第X光强，其中，第1光强和第X光强为0≤第1光强＜第2光强…第X-1光强＜第X光强，X是与m和n相等的2以上的正整数。
8.根据权利要求7所述的光掩模，其特征在于，多个所述掩模单元的透过光的光强的设定如下：将所述抗蚀剂中心部的所述中心点以及由所述抗蚀剂结构单位勾画出第1级的高度的掩模单元的光强设为第1光强，将包括位于该第1级的外侧而依次排列的1个或2个以上的级、且勾画出作为相应级的最终级的第X级的高度的掩模单元的所有光强设为第X光强，将最终级为第Y级的相应第Y级的第Y光强设为与所述第X光强相等的强度，将最上级的光强设为第1光强，其中，X是m和n之中的最大值，第1光强和第X光强为0≤第1光强＜第2光强...第X-1光强＜第X光强，Y是m和n之中小于X的正整数。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102402122A (zh) * 2010-09-07 2012-04-04 无锡华润上华半导体有限公司 光刻机漏光检测方法及系统
CN110998375A (zh) * 2017-06-02 2020-04-10 迪斯帕列斯有限公司 制造母板的方法和母板
CN112840238A (zh) * 2018-10-15 2021-05-25 Ａｇｃ株式会社 衍射光学元件及照明光学系统
CN114174872A (zh) * 2019-08-29 2022-03-11 株式会社日立高新技术 衍射光栅、衍射光栅的制造方法和光掩模

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL2004297A (en) 2009-03-20 2010-09-21 Asml Holding Nv Improving alignment target contrast in a lithographic double patterning process.
NL2004365A (en) * 2009-04-10 2010-10-12 Asml Holding Nv Method and system for increasing alignment target contrast.
US9659129B2 (en) * 2013-05-02 2017-05-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Standard cell having cell height being non-integral multiple of nominal minimum pitch
US9547743B2 (en) * 2015-02-25 2017-01-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Manufacturing method for a semiconductor device, pattern generating method and nontransitory computer readable medium storing a pattern generating program
CN110989290A (zh) * 2019-11-27 2020-04-10 无锡中微掩模电子有限公司 一种高精度多台阶衍射光学图案的制作方法
TWI845947B (zh) * 2022-05-23 2024-06-21 友達光電股份有限公司 光柵結構的製造方法及光學元件

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020019305A1 (en) * 1996-10-31 2002-02-14 Che-Kuang Wu Gray scale all-glass photomasks
JPH1112769A (ja) * 1997-06-27 1999-01-19 Canon Inc エッチング方法並びに装置及び回折光学素子の製造方法並びに装置
JP2001174615A (ja) * 1999-04-15 2001-06-29 Nikon Corp 回折光学素子、該素子の製造方法、該素子を備える照明装置、投影露光装置、露光方法、及び光ホモジナイザー、該光ホモジナイザーの製造方法
JP2001343582A (ja) * 2000-05-30 2001-12-14 Nikon Corp 投影光学系、当該投影光学系を備えた露光装置、及び当該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法
JP3708877B2 (ja) * 2001-05-01 2005-10-19 松下電器産業株式会社 フォトマスク
JP3754378B2 (ja) * 2002-02-14 2006-03-08 株式会社ルネサステクノロジ 半導体集積回路装置の製造方法
US7365909B2 (en) * 2002-10-17 2008-04-29 Xradia, Inc. Fabrication methods for micro compounds optics
US6828068B2 (en) * 2003-01-23 2004-12-07 Photronics, Inc. Binary half tone photomasks and microscopic three-dimensional devices and method of fabricating the same
JP4296943B2 (ja) * 2003-01-28 2009-07-15 ソニー株式会社 露光用マスクの製造方法および露光方法ならびに３次元形状の製造方法
JP4623723B2 (ja) * 2004-06-18 2011-02-02 大日本印刷株式会社 回折光学素子及びこれを利用した光学ローパスフィルター
JP5048930B2 (ja) * 2005-06-08 2012-10-17 ラピスセミコンダクタ株式会社 回折光学素子，および，回折光学素子の製造方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102402122A (zh) * 2010-09-07 2012-04-04 无锡华润上华半导体有限公司 光刻机漏光检测方法及系统
CN102402122B (zh) * 2010-09-07 2013-09-18 无锡华润上华半导体有限公司 光刻机漏光检测方法及系统
CN110998375A (zh) * 2017-06-02 2020-04-10 迪斯帕列斯有限公司 制造母板的方法和母板
CN112840238A (zh) * 2018-10-15 2021-05-25 Ａｇｃ株式会社 衍射光学元件及照明光学系统
CN112840238B (zh) * 2018-10-15 2023-08-22 Ａｇｃ株式会社 衍射光学元件及照明光学系统
CN114174872A (zh) * 2019-08-29 2022-03-11 株式会社日立高新技术 衍射光栅、衍射光栅的制造方法和光掩模
CN114174872B (zh) * 2019-08-29 2023-10-17 株式会社日立高新技术 衍射光栅、衍射光栅的制造方法和光掩模

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