CN101171534A - 衍射光学元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可高精度地制造衍射光学元件、可实现衍射效率提高的衍射光学元件的制造方法。使用掩模来反复进行使涂布有抗蚀剂(2)的基板(1)曝光、显影、形成抗蚀剂图形并对该抗蚀剂图形进行蚀刻的一系列的处理，制造具有周期性的阶梯形状的衍射光学元件。在第1处理中，形成与阶梯宽度相同宽度的图形，在以后的处理中，增大图形宽度。在制造7级阶梯形状的衍射光学元件的情况下，当设阶梯的级差为D时，在第1处理中，以深度D对第2、4、6级部分进行蚀刻，在第2处理中，以深度2D对第9级部分进行蚀刻，在第3处理中，以深度2D对第5、6、7级部分进行蚀刻，在第4处理中，以深度2D对第3、4、5、6、7级部分进行蚀刻。

Description

衍射光学元件的制造方法

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

在上述所示的现有的阶梯状衍射光学元件的制造方法中，随着工序的进行，掩模的图形宽度变细。因此，光栅间距P中包含的遮光部和开口部的数量增加，遮光部和开口部之间的边界也增加。并且，随着工序的进行，基板的级数增加。图14(1)是图12所示的第3处理的曝光时的工序断面图。在图14(1)中，为了区别抗蚀剂2中被遮光的部分和被曝光的部分，由方向不同的斜线表示。如图14(1)所示，在使用掩模13的第3处理中，在光栅间距P中有4个曝光部31、32、33、34，遮光部和开口部之间的边界有7处。各曝光部的级不同，因此所涂布的抗蚀剂厚度也不同。图14(2)是对图14(1)所示的部分进行曝光、显影所获得的抗蚀剂图形73的一例。当关注与遮光部之间的边界时，所形成的抗蚀剂图形73不具有掩模图形那样的形状。这是因为，由于在基板上涂布的抗蚀剂厚度根据各级而不同，因而4个曝光部的最佳曝光条件分别不同。在超过了最佳曝光时间的曝光部31中，邻接的遮光部的抗蚀剂2被额外地去除，其图形宽度比设计值宽。在最佳曝光时间不足的曝光部33、34中，残留有抗蚀剂，其图形宽度比设计值窄。图14(3)是使用图14(2)的抗蚀剂图形73进行蚀刻并去除了抗蚀剂图形73后的断面图。在图14(3)中，设计值的形状由虚线表示，实际形成的形状由实线表示。如图14(3)所示，在与曝光部31相当的部位，产生宽度比设计值相宽的级41。并且，在与曝光部33、34相当的部位，在阶梯形状的边缘部产生突起43，产生宽度比设计值窄的级44。这样，在现有的制造方法中，有时形成与设计值不同的尺寸的阶梯形状，或者在边缘部产生突起，因此具有招致衍射效率下降的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而作成的，本发明的目的是提供一种可高精度地制造具有阶梯形状的衍射光学元件的新型且得到改良的衍射光学元件的制造方法。

为了解决上述课题，根据本发明的一观点，提供了一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有周期性的k(k是大于等于2的自然数)级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，在第1次处理中，对于1周期的区域内的蚀刻部的数量和非蚀刻部的数量而言，在k是偶数的情况下相应数量都是k/2，在k是奇数的情况下相应数量分别是(k-1)/2和(k+1)/2，在第2次以后的处理中，1周期的区域内的蚀刻部的数量和非蚀刻部的数量分别比第1次处理中相应数量少。这里，1周期的区域是用于构成阶梯形状的区域，不包含不涉及阶梯形状的构成的区域。蚀刻部是在蚀刻工序中被蚀刻的部分，非蚀刻部是在蚀刻工序中不被蚀刻的部分。与所形成的阶梯的级无关地，把1周期的区域内的连续的蚀刻部计数为1个蚀刻部，把1周期的区域内的连续的非蚀刻部计数为1个非蚀刻部。抗蚀剂图形是由抗蚀剂去除部和抗蚀剂残留部构成的图形。当把该抗蚀剂图形形成在基板表面来进行蚀刻时，抗蚀剂去除部被蚀刻，抗蚀剂残留部不被蚀刻，通过使用规定的抗蚀剂图形，可对期望的区域进行蚀刻。因此，蚀刻部和非蚀刻部的数量直接相当于抗蚀剂去除部和抗蚀剂残留部的数量。一般，越是后工序，越容易产生各级的抗蚀剂厚度之差，抗蚀剂图形形状越容易产生误差。误差是在抗蚀剂去除部和抗蚀剂残留部之间的边界产生的。根据本发明的结构，1周期的区域内的蚀刻部和非蚀刻部的数量在第1次处理中最多，在后续处理中随之减少。1周期的区域内的抗蚀剂去除部和抗蚀剂残留部的数量也在第1次处理中最多，在后续处理中随之减少。抗蚀剂去除部和抗蚀剂残留部之间的边界数量在第1次处理中最多，在后续处理中随之减少。因此，根据本发明的结构，在各级的抗蚀剂厚度差变得显著的后工序中，可减少容易发生误差的部分即边界的数量。因此，可减少误差，可高精度地制造具有阶梯形状的衍射光学元件。

在上述制造方法中，优选的是，在第2次以后的处理中，1周期的区域内的蚀刻部的数量和非蚀刻部的数量都是1个。根据该结构，在级数增加的第2次以后的处理中，抗蚀剂去除部和抗蚀剂残留部之间的边界是1个。因此，考虑上述抗蚀剂图形的误差的部位仅是1处，由于只要将曝光条件决定成不在该部位产生误差即可，因而可容易决定最佳条件。

并且，根据本发明的另一观点，提供了一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有周期性的阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，在第1次处理中，1周期的区域内的蚀刻部的图形宽度与阶梯的最小宽度大致相同。这里，对于阶梯的最小宽度而言，在最终形成的阶梯的各级的宽度不同的情况下，具有最小宽度的级的宽度，在最终形成的阶梯的各级的宽度全部相同的情况下，是1个级的宽度。一般，随着进行到后工序，级差增加，各级的抗蚀剂厚度之差增加，因而难以在后工序中高精度地形成最小图形宽度。根据本发明的结构，在第1次处理中对成为最小图形宽度的部分进行蚀刻加工。在第1次处理中在平坦的基板上涂布抗蚀剂，由于抗蚀剂厚度均匀，因而容易在该状态下高精度地形成最小图形宽度。

根据本发明的另一观点，提供了一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有7级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，该制造方法包含：第1工序，以第1深度对成为第2、4、6级的部分进行蚀刻，其中，上述第1深度是阶梯的级差；第2工序，以第1深度2倍的深度对成为最下级的部分进行蚀刻；第3工序，以第1深度2倍的深度对成为第5、6、7级的部分进行蚀刻；以及第4工序，以第1深度2倍的深度对成为第3、4、5、6、7级的部分进行蚀刻。另外，把最上级作为第1级，从上至下依次作为第2级、第3级。根据该结构，在第1工序中使用最小的图形宽度，在以后工序中，随着工序的进行，可使用更大的图形宽度。越是级差增加、且各级的抗蚀剂厚度之差变得显著的后工序，越采用大的图形宽度，因而抗蚀剂图形形状难以产生误差。因此，可高精度地制造具有阶梯形状的衍射光学元件。

并且，根据本发明的另一观点，提供了一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有9级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，该制造方法包含：第1工序，以第1深度对成为第2、4、6、8级的部分进行蚀刻，其中，上述第1深度是阶梯的级差；第2工序，以第1深度2倍的深度对成为最下级的部分进行蚀刻；第3工序，以第1深度2倍的深度对成为第3、4、7、8、9级的部分进行蚀刻；以及第4工序，以第1深度4倍的深度对成为第5、6、7、8、9级的部分进行蚀刻。

并且，根据本发明的另一观点，提供了一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有8级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，该制造方法包含：第1工序，以第1深度对成为第2、4、6、8级的部分进行蚀刻，其中，上述第1深度是阶梯的级差；第2工序，以第1深度2倍的深度对成为第7、8级的部分进行蚀刻；第3工序，以第1深度2倍的深度对成为第5、6、7、8级的部分进行蚀刻；以及第4工序，以第1深度2倍的深度对成为第3、4、5、6、7、8级的部分进行蚀刻。

并且，根据本发明的另一观点，提供了一种衍射光学元件的制造方法在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有5级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，该制造方法包含：第1工序，以第1深度对成为第2、4级的部分进行蚀刻，其中，上述第1深度是阶梯的级差；第2工序，以第1深度2倍的深度对成为最下级的部分进行蚀刻；以及第3工序，以第1深度2倍的深度对成为第3、4、5级的部分进行蚀刻。

并且，根据本发明的另一观点，提供了一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有7级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，该制造方法包含：第1工序，以第1深度对成为最下级的部分进行蚀刻，其中，上述第1深度是阶梯的级差的2倍；第2工序，以第2深度对成为第2、4、6级的部分进行蚀刻，其中，上述第2深度是阶梯的级差；第3工序，以第1深度对成为第5、6、7级的部分进行蚀刻；以及第4工序，以第1深度对成为第3、4、5、6、7级的部分进行蚀刻。

并且，根据本发明的另一观点，提供了一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有9级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，该制造方法包含：第1工序，以第1深度对成为最下级的部分进行蚀刻，其中，上述第1深度是阶梯的级差的2倍；第2工序，以第2深度对成为第2、4、6、8级的部分进行蚀刻，其中，上述第2深度是阶梯的级差；第3工序，以第1深度对成为第3、4、7、8、9级的部分进行蚀刻；以及第4工序，以第1深度2倍的深度对成为第5、6、7、8、9级的部分进行蚀刻。

并且，根据本发明的另一观点，提供了一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有5级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，该制造方法包含：第1工序，以第1深度对成为最下级的部分进行蚀刻，其中，上述第1深度是阶梯的级差的2倍；第2工序，以第2深度对成为第2、4级的部分进行蚀刻，其中，上述第2深度是阶梯的级差；以及第3工序，以第1深度对成为第3、4、5级的部分进行蚀刻。

在上述记载的所有制造方法中，优选的是，蚀刻是各向异性蚀刻。另外，基板可以使用硅、石英、GaAs、以及InP中的任一种。

如上所述，根据本发明的衍射光学元件的制造方法，可高精度地制造具有阶梯形状的衍射光学元件，由此，可实现衍射效率的提高。

附图说明

图1是示出衍射光学元件的例子的示意图。

图2是示出衍射光学元件的例子的示意图。

图3是根据本发明的第1实施方式的衍射光学元件的制造方法的工序断面图。

图4是示出继图1之后的工序的工序断面图。

图5是用于对所制造的衍射光学元件的制造方法的判别法进行说明的图。

图6是根据本发明的第2实施方式的衍射光学元件的制造方法的工序断面图。

图7是根据本发明的第3实施方式的衍射光学元件的制造方法的工序断面图。

图8是根据本发明的第4实施方式的衍射光学元件的制造方法的工序断面图。

图9是根据本发明的第5实施方式的衍射光学元件的制造方法的工序断面图。

图10是示出继图9之后的工序的工序断面图。

图11是根据本发明的变形例的衍射光学元件的制造方法的工序断面图。

图12是现有的衍射光学元件的制造方法的工序断面图。

图13是现有的衍射光学元件的制造方法的工序断面图。

图14是用于对现有的衍射光学元件的制造方法的问题进行说明的图。

符号说明

1：基板；2：抗蚀剂；11，12，13，14：掩模；101，102，103，104：掩模。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，在本说明书和附图中，对于具有实质相同的功能结构的构成要素，通过附上相同符号来省略重复说明。

在根据本发明的实施方式的衍射光学元件的制造方法中，通过反复进行利用半导体的微加工技术的一系列处理，来制造具有周期性阶梯形状的衍射光学元件。一系列的处理是指，在基板上进行抗蚀剂涂布，使用形成有规定图形的掩模来对该基板进行曝光和显影，形成由抗蚀剂去除部和抗蚀剂残留部构成的抗蚀剂图形，使用该抗蚀剂图形来进行蚀刻。

另外，衍射光学元件有各种，其中2个例子的示意图分别由图1和图2示出。图1示出衍射光栅呈直线状以一定的光栅间距排列的衍射光学元件。图1(a)是该衍射光学元件的俯视图，用直线示出衍射光栅的排列状态。图1(b)是在将图1(a)的衍射光学元件沿垂直于纸面的面切断的情况下的断面的部分放大图。在图1(b)中示出各级的宽度相等的周期性阶梯形状的结构。以下把图1所示的例子称为线性光栅型的衍射光学元件。图2示出衍射光栅呈圆环状来排列、其光栅间距随着从圆的中心接近外侧而减小的衍射光学元件。图2(a)是该衍射光学元件的俯视图，用圆周示出衍射光栅的排列状态。图2(b)是将图2(a)所示的衍射光学元件以通过圆的中心且垂直于纸面的面切断的断面图。图2(c)是图2(b)的部分放大图。图2(b)示出将平凸镜沿光轴方向按一定厚度切成圆片、并在保持其表面形状的状态下将相位变化在面内为恒定的区域以不倒翁式斜边的方式去除后的形状。图2(c)的虚线表示在图2(b)中表示的曲面，在图2(c)中示出将该曲面作了近似后的周期性阶梯形状的结构。以下，将图2所示的例子称为菲涅耳透镜型衍射光学元件。以下，使用第1～第4实施方式对线性光栅型的衍射光学元件的制法例进行说明，并使用第5实施方式对菲涅耳透镜型的衍射光学元件的制法例进行说明。

在以下的第1～第4实施方式的说明中，设形成阶梯形状的周期宽度为P，设在最终处理中形成的阶梯的宽度为L，设级差为D。周期宽度P是指所谓的光栅间距P，由图中的点划线表示该区域。假定阶梯的宽度全部相等，则为L＝P/k。这里，k是级数，例如在8级阶梯形状的情况下是k＝8。并且，当把阶梯整体的高度设为H时，级差D由D＝H/(k-1)表示。并且，把阶梯的最上级称为第1级，然后从上至下依次称为第2级、第3级、…。另外，图中描绘的基板的厚度不一定是准确的。并且，为了有助于理解，在示出蚀刻工序的图中，通过蚀刻形成了槽的区域由箭头表示。在以下说明中，当对蚀刻部和非蚀刻部进行计数时，将光栅间距P内的连续的区域计数为1个。例如，蚀刻部或非蚀刻部即使为涉及阶梯的多个级的区域，也仍是涉及邻接的多个级的区域，当是连续的区域时，计数为1个蚀刻部或1个非蚀刻部。这里列举一例，如后所述，在图3(9)所示的工序中，从第1级到第6级是连续不被蚀刻的区域，把该区域视为1个非蚀刻部。

参照图3和图4对根据本发明的第1实施方式的衍射光学元件的制造方法进行说明。图3是示出根据本发明的第1实施方式的衍射光学元件的制造方法的工序的断面图，图4是示出继图3之后的工序的断面图。在本实施方式中，对制造具有周期性形成的7级阶梯形状的7相位阶梯状衍射光学元件的方法进行描述。图4(10)示出最终获得的7级阶梯形状和上述的P、L、D、H。在以下的工序中，全部使用硅作为基板，在蚀刻工序中，使用反应性离子蚀刻装置(RIE装置)，并使用SF₆作为蚀刻气体来进行了各向异性的干蚀刻。并且，在光刻工序中，使用了i线步进机和标准的正型抗蚀剂。

图3(1)～图3(5)是第1处理中的断面图。首先，如图3(1)所示，在基板1上涂布抗蚀剂2。然后，如图3(2)所示，使用掩模101进行曝光。掩模101在光栅间距P中具有4个遮光部和3个开口部，遮光部和开口部的图形宽度分别是L。然后，进行显影，形成图3(3)所示的抗蚀剂图形121。抗蚀剂图形121的抗蚀剂残留部和抗蚀剂去除部的图形宽度也分别是L。然后，使用抗蚀剂图形121进行蚀刻，形成图3(4)所示的槽形状。该第1处理中的蚀刻深度Dp₁是D。即，以深度D对成为第2、4、6级的区域进行蚀刻。第1、3、5、7级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有4个非蚀刻部和3个蚀刻部。然后，去除抗蚀剂图形121，形成图3(5)所示的槽形状。这样，在第1处理中形成由宽度L的槽构成的凹凸的周期结构。

然后转移到第2处理。图3(6)～图3(10)是第2处理中的断面图。首先，如图3(6)所示，在具有在第1处理中形成的槽形状的基板上涂布抗蚀剂2。然后，如图3(7)所示，使用掩模102进行曝光。掩模102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6L、L。然后，进行显影，形成图3(8)所示的抗蚀剂图形122。抗蚀剂图形122的抗蚀剂残留部和抗蚀剂去除部的图形宽度也分别是6L、L。然后，使用抗蚀剂图形122进行蚀刻，形成图3(9)所示的槽形状。该第2处理中的蚀刻深度Dp₂是2D。即，以深度2D对成为第7级的区域进行蚀刻。第1～6级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有1个非蚀刻部和1个蚀刻部。然后，去除抗蚀剂图形122，形成图3(10)所示的槽形状。

然后转移到第3处理。图4(1)～图4(5)是第3处理中的断面图。首先，如图4(1)所示，在具有在第2处理中形成的槽形状的基板上涂布抗蚀剂2。然后，如图4(2)所示，使用掩模103进行曝光。掩模103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、3L。然后，进行显影，形成图4(3)所示的抗蚀剂图形123。抗蚀剂图形123的抗蚀剂残留部和抗蚀剂去除部的图形宽度也分别是4L、3L。然后，使用抗蚀剂图形123进行蚀刻，形成图4(4)所示的槽形状。该第3处理中的蚀刻深度Dp₃是2D。即，以深度2D对成为第5～7级的区域进行蚀刻。第1～4级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有1个非蚀刻部和1个蚀刻部。然后，去除抗蚀剂图形123，形成图4(5)所示的槽形状。

然后转移到第4处理。图4(6)～图4(10)是第4处理中的断面图。首先，如图4(6)所示，在具有在第3处理中形成的槽形状的基板上涂布抗蚀剂2。然后，如图4(7)所示，使用掩模104进行曝光。掩模104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2L、5L。然后，进行显影，形成图4(8)所示的抗蚀剂图形124。抗蚀剂图形124的抗蚀剂残留部和抗蚀剂去除部的图形宽度也分别是2L、5L。然后，使用抗蚀剂图形124进行蚀刻，形成图4(9)所示的槽形状。该第4处理中的蚀刻深度Dp₄是2D。即，以深度2D对成为第3～7级的区域进行蚀刻。第1、2级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有1个非蚀刻部和1个蚀刻部。然后，通过去除抗蚀剂图形124，获得图4(10)所示的具有7级阶梯形状的衍射光学元件。

如上所述，在本实施方式的制造方法中，掩模的开口部的图形宽度在第1、第2、第3、第4处理中分别是L、L、3L、5L，后工序的图形宽度大于等于前工序的图形宽度。在第2处理以后，随着工序的进行，图形宽度增大。并且，如图3(7)、图4(2)、图4(7)所示，在第2、第3、第4处理中，光栅间距P内的遮光部和开口部的边界是1处。在第2、第3、第4处理的曝光时，决定曝光条件以使其边界部分的形状如设计值一样，然而由于边界部分只是1个部位，因而只要设定最佳曝光条件以使该部位的误差最小即可。因此，可将最佳曝光条件固定为一个，可高精度地形成期望的槽形状。另外，在第1处理中，遮光部和开口部之间的边界有多处，然而抗蚀剂厚度全部相同，因此可使用公知方法高精度地形成槽而没有任何问题。

在图14所示的现有方法中，光栅间距P内的遮光部和开口部之间的边界有多处，而且抗蚀剂深度不同，因而设定使所有部位最佳的曝光条件是困难的。因此，在现有方法中，由于曝光时间的多或少而产生突起或产生尺寸误差，然而在本实施方式中，可解决这种问题。因此，根据本实施方式，可高精度地制造构成衍射光学元件的阶梯形状。由此，可实现衍射效率的提高。

实际上，根据本实施方式的方法制造了光栅间距3.5μm、级的宽度0.5μm的7级衍射光学元件。在所制造的衍射光学元件中，级差的边缘部不产生突起，并且该级的宽度是0.47μm，其误差是约6％，可制造精密的衍射光学元件。

另外，以上对根据本发明的实施方式的7相位阶梯状衍射光学元件的制造方法作了描述，然而可判别已制成的7相位阶梯状衍射光学元件是否是使用本发明制造的衍射光学元件。参照图5(a)、图5(b)对2种判别方法进行描述。图5(a)示出使用上述的本实施方式的制造方法在基板上制造的7相位阶梯状衍射光学元件的级差形状与制造中使用的掩模101、102、103、104的图形的相对位置关系。图5(b)示出使用专利文献1记载的方法所制造的现有的7相位阶梯状衍射光学元件的级差形状与制造中使用的掩模21、22、23的图形的相对位置关系。根据衍射定律，可使用衍射光的波长λ和基板的折射率n，如下述式(1)那样表示H，并且，在7相位阶梯状衍射光学元件的情况下，可如下述式(2)那样表示D。

$H=\frac{6\mathrm{\λ}}{7(n-1)}---\left(1\right)$

$D=\frac{6\mathrm{\λ}}{7(n-1)}---\left(2\right)$

如图5(a)所示，在使用本发明的第1实施方式的方法制造的衍射光学元件中，基板表面和阶梯的最高部分一致。并且，从基板表面S到阶梯的最低部分的高低差Ha可如下述式(3)那样表示。

$\mathrm{Ha}=\frac{6\mathrm{\λ}}{7(n-1)}---\left(3\right)$

另一方面，如图5(b)所示，在使用专利文献1的方法制造的衍射光学元件中，基板表面S和阶梯的最高部分不一致。并且，从基板表面到阶梯的最低部分的高低差Hb可使用衍射光的波长λ和基板的折射率n，如下述式(4)那样表示。

$\mathrm{Hb}=\frac{\mathrm{\λ}}{n-1}---\left(4\right)$

因此，通过测定衍射光学元件和基板表面之间的高低差，并参照式(3)、式(4)，可知道7相位衍射光学元件是使用哪种制造方法制造的。

这是第1种判别方法。

下面对第2种判别方法进行描述。在上述的各处理的说明中，在使用掩模图形101、102、103、104对基板进行蚀刻时，使用级差D表示该蚀刻深度。然而严格地说，实际的蚀刻深度由于各种条件而包含微小误差，针对各蚀刻工序而不同。将使用本实施方式的制造方法制造的衍射光学元件的阶梯形状的各级的级差如图5(a)所示从最上级顺次设为Ha₁、Ha₂、…、Ha₆，如下所示。级差是该级与和该级邻接的下级之间的高度差。

Ha₁＝Dp₁

Ha₂＝Dp₄-Dp₁

Ha₃＝Dp₁

Ha₄＝Dp₃-Dp₁

Ha₅＝Dp₁

Ha₆＝Dp₂-Dp₁

由上述知道，

Ha₁＝Ha₃＝Ha₅＝Dp₁

即，阶梯的第奇数级的级差全部为Dp₁。

另一方面，将使用现有的制造方法的7相位阶梯状衍射光学元件的阶梯形状的各级的级差如图5(b)所示从最上级顺次设为Hb₁、Hb₂、…、Hb₆，如下所示。

Hb₁＝Dc₂-Dc₃

Hb₂＝Dc₃

Hb₃＝Dc₁-(Dc₂+Dc₃)

Hb₄＝Dc₃

Hb₅＝Dc₂-Dc₃

Hb₆＝Dc₃

由上述知道，

Hb₂＝Hb₄＝Hb₆＝Dc₃

即，阶梯的第偶数级的级差全部为Dc₃。因此，通过测定7相位阶梯状衍射光学元件的各级的级差，并参照上述关系式，可知道7相位衍射光学元件是使用哪种制造方法制造的。如上所述，在所制造的7相位阶梯状衍射光学元件中，通过测定其基板表面和光栅的最低级之间的高低差、或者光栅的各级差，可确认所制造的7相位阶梯状衍射光学元件的制作方法是否使用了本发明的技术。

下面，参照图6对根据本发明的第2实施方式的衍射光学元件的制造方法进行说明。图6是示出根据本发明的第2实施方式的衍射光学元件的制造方法的工序的断面图。在本实施方式中，对制造具有周期性形成的9级阶梯形状的9相位阶梯状衍射光学元件的方法进行描述。在下述说明中使用的P、L、D的定义与第1实施方式相同，考虑了k＝9的情况。在以下的工序中，全部使用硅作为基板，在蚀刻工序中，使用反应性离子蚀刻装置(RIE装置)，并使用SF₆作为蚀刻气体来进行了各向异性的干蚀刻。并且，在光刻工序中，使用了i线步进机和标准的正型抗蚀剂。

在第1处理中，首先，与第1实施方式的图3(1)所示的工序一样，在基板1上涂布抗蚀剂。然后，使用图6(1)所示的掩模201进行曝光、显影，形成图6(1)所示的抗蚀剂图形221。掩模201在光栅间距P中具有5个遮光部和4个开口部，遮光部和开口部的图形宽度分别是L。抗蚀剂图形221的抗蚀剂残留部和抗蚀剂去除部的图形宽度也分别是L。然后，使用抗蚀剂图形221进行蚀刻，形成图6(2)所示的槽形状。即，以深度D对成为第2、4、6、8级的区域进行蚀刻。第1、3、5、7、9级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有5个非蚀刻部和4个蚀刻部。然后，去除抗蚀剂图形221。这样，在第1处理中形成由宽度L的槽构成的凹凸的周期结构。

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，如图6(3)所示，使用掩模202进行曝光、显影，形成图6(3)所示的抗蚀剂图形222。掩模202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8L、L。抗蚀剂图形222的抗蚀剂残留部和抗蚀剂去除部的图形宽度也分别是8L、L。然后，使用抗蚀剂图形222进行蚀刻，形成图6(4)所示的槽形状。即，以深度2D对成为第9级的区域进行蚀刻。第1～8级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有1个非蚀刻部和1个蚀刻部。然后，去除抗蚀剂图形222。

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，如图6(5)所示，使用掩模203进行曝光、显影，形成图6(5)所示的抗蚀剂图形223。掩模203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都是2L，2个开口部的图形宽度的上级侧和下级侧分别是2L、3L。抗蚀剂图形223的抗蚀剂残留部的图形宽度是2L，抗蚀剂去除部的图形宽度的上级侧和下级侧分别是2L、3L。然后，使用抗蚀剂图形223进行蚀刻，形成图6(6)所示的槽形状。即，以深度2D对成为第3、4、7～9级的区域进行蚀刻。第1、2、5、6级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有2个非蚀刻部和2个蚀刻部。然后，去除抗蚀剂图形223。

然后转移到第4处理。首先，在具有在第3处理中形成的槽形状的基板上涂布抗蚀剂。然后，如图6(7)所示，使用掩模204进行曝光、显影，形成图6(7)所示的抗蚀剂图形224。掩模204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、5L。抗蚀剂图形224的抗蚀剂残留部和抗蚀剂去除部的图形宽度也分别是4L、5L。然后，使用抗蚀剂图形224进行蚀刻，形成图6(8)所示的槽形状。即，以深度4D对成为第5～9级的区域进行蚀刻。第1～4级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有1个非蚀刻部和1个蚀刻部。然后，通过去除抗蚀剂图形224，获得具有9级阶梯形状的衍射光学元件。

本实施方式的情况也与第1实施方式一样，可高精度地制造构成衍射光学元件的阶梯形状，可实现衍射效率的提高。实际上，根据本实施方式的方法制造了光栅间距4.5μm、级的宽度0.5μm的9级衍射光学元件。在所制造的衍射光学元件中，级差的边缘部不产生突起，并且该级的宽度是0.48μm，其误差是约4％，可制造精密的衍射光学元件。

下面，参照图7对根据本发明的第3实施方式的衍射光学元件的制造方法进行说明。图7是示出根据本发明的第3实施方式的衍射光学元件的制造方法的工序的断面图。在本实施方式中，对制造具有周期性形成的8级阶梯形状的8相位阶梯状衍射光学元件的方法进行描述。在下述说明中使用的P、L、D的定义与第1实施方式相同，考虑了k＝8的情况。在以下的工序中，全部使用硅作为基板，在蚀刻工序中，使用反应性离子蚀刻装置(RIE装置)，并使用SF₆作为蚀刻气体来进行了各向异性的干蚀刻。并且，在光刻工序中，使用了i线步进机和标准的正型抗蚀剂。

在第1处理中，首先，与第1实施方式的图3(1)所示的工序一样，在基板1上涂布抗蚀剂。然后，使用图7(1)所示的掩模301进行曝光、显影，形成图7(1)所示的抗蚀剂图形321。掩模301在光栅间距P中具有4个遮光部和4个开口部，遮光部和开口部的图形宽度分别是L。抗蚀剂图形321的抗蚀剂残留部和抗蚀剂去除部的图形宽度也分别是L。然后，使用抗蚀剂图形321进行蚀刻，形成图7(2)所示的槽形状。即，以深度D对成为第2、4、6、8级的区域进行蚀刻。第1、3、5、7级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有4个非蚀刻部和4个蚀刻部。然后，去除抗蚀剂图形321。这样，在第1处理中形成由宽度L的槽构成的凹凸的周期结构。

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，如图7(3)所示，使用掩模302进行曝光、显影，形成图7(3)所示的抗蚀剂图形322。掩模302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6L、2L。抗蚀剂图形322的抗蚀剂残留部和抗蚀剂去除部的图形宽度也分别是6L、2L。然后，使用抗蚀剂图形322进行蚀刻，形成图7(4)所示的槽形状。即，以深度2D对成为第7、8级的区域进行蚀刻。第1～6级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有1个非蚀刻部和1个蚀刻部。然后，去除抗蚀剂图形322。

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，如图7(5)所示，使用掩模303进行曝光、显影，形成图7(5)所示的抗蚀剂图形323。掩模303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都是4L。抗蚀剂图形323的抗蚀剂残留部和抗蚀剂去除部的图形宽度也都是4L。然后，使用抗蚀剂图形323进行蚀刻，形成图7(6)所示的槽形状。即，以深度2D对成为第5～8级的区域进行蚀刻。第1～4级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有1个非蚀刻部和1个蚀刻部。然后，去除抗蚀剂图形323。

然后转移到第4处理。首先，在具有在第3处理中形成的槽形状的基板上涂布抗蚀剂。然后，如图7(7)所示，使用掩模304进行曝光、显影，形成图7(7)所示的抗蚀剂图形324。掩模304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2L、6L。抗蚀剂图形324的抗蚀剂残留部和抗蚀剂去除部的图形宽度也分别是2L、6L。然后，使用抗蚀剂图形324进行蚀刻，形成图7(8)所示的槽形状。即，以深度2D对成为第3～8级的区域进行蚀刻。第1、2级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有1个非蚀刻部和1个蚀刻部。然后，通过去除抗蚀剂图形324，获得具有8级阶梯形状的衍射光学元件。

本实施方式的情况也与第1实施方式一样，可高精度地制造构成衍射光学元件的阶梯形状，可实现衍射效率的提高。实际上，根据本实施方式的方法制造了光栅间距4.0μm、级的宽度0.5μm的8级衍射光学元件。在所制造的衍射光学元件中，级差的边缘部不产生突起，并且该级的宽度是0.47μm，其误差是约6％，可制造精密的衍射光学元件。

下面，参照图8对根据本发明的第4实施方式的衍射光学元件的制造方法进行说明。图8是示出根据本发明的第4实施方式的衍射光学元件的制造方法的工序的断面图。在本实施方式中，对制造具有周期性形成的5级阶梯形状的5相位阶梯状衍射光学元件的方法进行描述。在下述说明中使用的P、L、D的定义与第1实施方式相同，考虑了k＝5的情况。在以下的工序中，全部使用硅作为基板，在蚀刻工序中，使用反应性离子蚀刻装置(RIE装置)，并使用SF₆作为蚀刻气体来进行了各向异性的干蚀刻。并且，在光刻工序中，使用了i线步进机和标准的正型抗蚀剂。

在第1处理中，首先，与第1实施方式的图3(1)所示的工序一样，在基板1上涂布抗蚀剂。然后，使用图8(1)所示的掩模401进行曝光、显影，形成图8(1)所示的抗蚀剂图形421。掩模401在光栅间距P中具有3个遮光部和2个开口部，遮光部和开口部的图形宽度分别是L。抗蚀剂图形421的抗蚀剂残留部和抗蚀剂去除部的图形宽度也分别是L。然后，使用抗蚀剂图形421进行蚀刻，形成图8(2)所示的槽形状。即，以深度D对成为第2、4级的区域进行蚀刻。第1、3、5级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有3个非蚀刻部和2个蚀刻部。然后，去除抗蚀剂图形421。这样，在第1处理中形成由宽度L的槽构成的凹凸的周期结构。

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，如图8(3)所示，使用掩模402进行曝光、显影，形成图8(3)所示的抗蚀剂图形422。掩模402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、L。抗蚀剂图形422的抗蚀剂残留部和抗蚀剂去除部的图形宽度也分别是4L、L。然后，使用抗蚀剂图形422进行蚀刻，形成图8(4)所示的槽形状。即，以深度2D对成为第5级的区域进行蚀刻。第1～4级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有1个非蚀刻部和1个蚀刻部。然后，去除抗蚀剂图形422。

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，如图8(5)所示，使用掩模403进行曝光、显影，形成图8(5)所示的抗蚀剂图形423。掩模403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2L、3L。抗蚀剂图形423的抗蚀剂残留部和抗蚀剂去除部的图形宽度也分别是2L、3L。然后，使用抗蚀剂图形423进行蚀刻，形成图7(6)所示的槽形状。即，以深度2D对成为第3、4、5级的区域进行蚀刻。第1、2级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有1个非蚀刻部和1个蚀刻部。然后，通过去除抗蚀剂图形423，获得具有5级阶梯形状的衍射光学元件。本实施方式的情况也与第1实施方式一样，可高精度地制造构成衍射光学元件的阶梯形状，可实现衍射效率的提高。

下面，使用第5实施方式和变形例对菲涅耳透镜型衍射光学元件的制法例进行说明。首先，参照图9、图10对根据本发明的第5实施方式的衍射光学元件的制造方法进行说明。图9是示出根据本发明的第5实施方式的衍射光学元件的制造方法的工序的断面图，图10是示出继图9之后的工序的断面图。在本实施方式中，对制造具有周期性形成的7级阶梯形状的菲涅耳透镜型7相位阶梯状衍射光学元件的方法进行描述。图10(4)示出最终获得的7级阶梯形状。在菲涅耳透镜型衍射光学元件中，由于构成近似曲面的阶梯形状，因而光栅间距内的阶梯的宽度不是恒定的，随着应近似的曲面的曲线变陡，阶梯的宽度逐渐变窄。本实施方式可考虑为根据第1实施方式变更了阶梯宽度后的实施方式。

在以下的第5实施方式和变形例的说明中，设形成阶梯形状的周期宽度为P，设级差为D。周期宽度P是指所谓的光栅间距P，由图中的点划线表示该区域。并且，把阶梯的最上级称为第1级，然后从上至下依次称为第2级、第3级、…。另外，图中描绘的基板的厚度不一定是准确的。并且，为了有助于理解，在示出蚀刻工序的图中，通过蚀刻形成了槽的区域由箭头表示。蚀刻部和非蚀刻部的计数方法与第1～第4实施方式相同。在以下的工序中，全部使用硅作为基板，在蚀刻工序中，使用反应性离子蚀刻装置(RIE装置)，并使用SF₆作为蚀刻气体来进行了各向异性的干蚀刻。并且，在光刻工序中，使用了i线步进机和标准的正型抗蚀剂。

在第1处理中，首先，与第1实施方式的图3(1)所示的工序一样，在基板1上涂布抗蚀剂。然后，使用图9(1)所示的掩模501进行曝光、显影，形成图9(1)所示的抗蚀剂图形521。掩模501在光栅间距P中具有4个遮光部和3个开口部。然后，使用抗蚀剂图形521进行蚀刻，形成图9(2)所示的槽形状。即，以深度D对成为第2、4、6级的区域进行蚀刻。第1、3、5、7级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有4个非蚀刻部和3个蚀刻部。然后，去除抗蚀剂图形521。这样，在第1处理中形成凹凸的周期结构。

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，如图9(3)所示，使用掩模502进行曝光、显影，形成图9(3)所示的抗蚀剂图形522。掩模502在光栅间距P中具有各1个遮光部和开口部。然后，使用抗蚀剂图形522进行蚀刻，形成图9(4)所示的槽形状。即，以深度2D对成为第7级的区域进行蚀刻。第1～6级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有1个非蚀刻部和1个蚀刻部。然后，去除抗蚀剂图形522。

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，如图9(5)所示，使用掩模503进行曝光、显影，形成图9(5)所示的抗蚀剂图形523。掩模503在光栅间距P中具有各1个遮光部和开口部。然后，使用抗蚀剂图形523进行蚀刻，形成图10(1)所示的槽形状。即，以深度2D对成为第5～7级的区域进行蚀刻。第1～4级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有1个非蚀刻部和1个蚀刻部。然后，去除抗蚀剂图形523。

然后转移到第4处理。首先，在具有在第3处理中形成的槽形状的基板上涂布抗蚀剂。然后，如图10(2)所示，使用掩模504进行曝光、显影，形成图10(2)所示的抗蚀剂图形524。掩模504在光栅间距P中具有各1个遮光部和开口部。然后，使用抗蚀剂图形524进行蚀刻，形成图10(3)所示的槽形状。即，以深度2D对成为第3～7级的区域进行蚀刻。第1、2级不被蚀刻。这样，在光栅间距P中具有1个非蚀刻部和1个蚀刻部。然后，通过去除抗蚀剂图形524，获得图10(4)所示的具有7级阶梯形状的菲涅耳透镜型衍射光学元件。

本实施方式的情况也与第1实施方式一样，可高精度地制造构成衍射光学元件的阶梯形状，可实现衍射效率的提高。特别是，在本实施方式中，仅从第1实施方式变更掩模的图形宽度，其他都相同，可获得具有近似规定曲面的阶梯形状的菲涅耳透镜型衍射光学元件。另外，菲涅耳透镜型衍射光学元件的制造方法不限于7级阶梯形状，在其他级数的情况下，也可仅变更掩模的图形宽度，来同样制作。

根据上述的第1～第5实施方式的制法和现有制法中的各处理中的非蚀刻部和蚀刻部的数量如下表所示。表中的现有例1和现有例2分别使用在本说明书的背景技术中说明的8级和7级阶梯形状的制法。这些现有例中的蚀刻部和非蚀刻部的计数方法也与第1～第5实施方式相同。

[表1]

从表中知道，在根据本发明的第1～第5实施方式的制造方法中，当设阶梯的级数为k时，在第1处理中，1周期的区域(光栅间距P的区域)内的蚀刻部的数量和非蚀刻部的数量在k是偶数的情况下都是k/2，在k是奇数的情况下分别是(k-1)/2和(k+1)/2，在第2处理中，1周期的区域内的蚀刻部的数量和非蚀刻部的数量分别比第1次处理时的相应数量少。特别是，在根据第1、第3～第5实施方式的制造方法中，在第2处理以后中1周期的区域内的蚀刻部的数量和非蚀刻部的数量都是1个。反之，在现有的制造方法中，蚀刻部和非蚀刻部的数量在第1处理中是1个，在第2处理以后中顺次增加。

蚀刻部和非蚀刻部的数量直接相当于抗蚀剂去除部和抗蚀剂残留部的数量。根据本发明的实施方式的制法，1周期的区域内的抗蚀剂去除部和抗蚀剂残留部的数量在第1次处理中最多，在后续处理中随之减少。因此，抗蚀剂去除部和抗蚀剂残留部之间的边界数量在第1次处理中最多，在后续处理中随之减少。一般，越是后工序，越容易产生各级的抗蚀剂厚度之差，抗蚀剂图形形状越容易产生误差。误差是在抗蚀剂去除部和抗蚀剂残留部之间的边界产生的。以上，根据本发明的实施方式的制法，可减少误差，可高精度地制造具有阶梯形状的衍射光学元件。特别是，在根据第1、第3～第5实施方式的制造方法中，在级数增加的第2次以后的处理中，1周期的区域内的边界是1个。因此，考虑抗蚀剂图形的误差的部位仅是1处，由于只要将曝光条件决定成在该部位不产生误差即可，因而可容易决定最佳条件。

下面，参照图11对根据第5实施方式的变形例的衍射光学元件的制造方法进行说明。图11是示出根据本变形例的衍射光学元件的制造方法的工序的断面图。本变形例涉及替换第5实施方式的第1处理和第2处理的顺序来制造图10(4)所示的具有7级阶梯形状的菲涅耳透镜型衍射光学元件的方法。着眼于该不同点进行说明，相同点省略一部分重复说明。

在第1处理中，首先，与第1实施方式的图3(1)所示的工序一样，在基板1上涂布抗蚀剂。然后，使用图11(1)所示的掩模601进行曝光、显影，形成图11(1)所示的抗蚀剂图形621。然后，使用抗蚀剂图形621进行蚀刻，形成图11(2)所示的槽形状。即，以深度2D对成为第7级的区域进行蚀刻。成为最下级的第7级的区域是在光栅间距P中宽度最窄的区域。然后，去除抗蚀剂图形621。

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，如图11(3)所示，使用掩模602进行曝光、显影，形成图11(3)所示的抗蚀剂图形622。然后，使用抗蚀剂图形622进行蚀刻，形成图11(4)所示的槽形状。即，以深度D对成为第2、4、6级的区域进行蚀刻。然后，去除抗蚀剂图形622。在该时刻形成在基板1上的槽形状与图9(4)所示相同。因此，然后转移到第5实施方式的第3处理，后面一样通过在使用图9(5)和图10(1)～图10(3)所说明的处理中进行制作，在本变形例的情况下，也获得图10(4)所示的具有7级阶梯形状的菲涅耳透镜型衍射光学元件。

本变形例的特征点是，在第1处理中对宽度最窄的最下级进行蚀刻加工。一般，随着后工序的进行，级差增加，各级的抗蚀剂厚度之差增加，因而越是后工序，越难以高精度地形成最小图形宽度。另一方面，在第1处理中，在平坦的基板上涂布抗蚀剂，由于抗蚀剂厚度均匀，因而容易在该状态下高精度地形成最小图形宽度。在本变形例的制法中，由于在该第1处理中对成为最小图形宽度的部分进行加工，因而可容易高精度地形成最小图形宽度。

另外，本变形例的方法由于替换了第5实施方式的方法的第1处理和第2处理，因而当然也能应用于涉及7级阶梯形状的第1实施方式。并且，在涉及5、9级阶梯形状的第4、第2实施方式中，通过替换第1处理和第2处理，可采用本变形例的方法。而且，本变形例也能应用于变更第4、第2实施方式的图形宽度来获得具有5、9级阶梯形状的菲涅耳透镜型衍射光学元件的情况。

以上，参照附图对本发明的优选实施方式作了说明，然而本发明当然不限于上述例子。只要是本领域技术人员，显然在权利要求记载的范畴内能想到各种变更例或修改例，并应理解，这些变更例或修改例当然也属于本发明的技术范围。

在上述第1～第4实施方式中，作为基板使用了Si，作为蚀刻气体使用了SF₆，然而还能使用GaAs、InP、石英等的可用作透镜的材料、以及可进行与该材料对应的各向异性蚀刻的蚀刻气体。例如，在基板使用Si的情况下，作为蚀刻气体可使用C₄F₈、CBrF₃、CF₄+O₂、Cl₂、SiCl₄+Cl₂、SF₆+N₂+Ar、BCl₂+Cl₂+Ar，在基板使用poly-Si的情况下，作为蚀刻气体可使用Cl₂、Cl₂+HBr、Cl₂+O₂、CF₄+O₂、SF₆、Cl₂+N₂、Cl₂+HCl、HBr+Cl₂+SF₆、在基板使用Si₃N₄的情况下，作为蚀刻气体可使用CF₄、CF₄+O₂、CF₄+H₂、CHF₃+O₂、C₂F₆、CHF₃+O₂+CO₂、CH₂F₂+CF₄，在基板使用SiO₂的情况下，作为蚀刻气体可使用CF₄、C₄F₈+O₂+Ar、C₅F₈+O₂+Ar、C₃F₆+O₂+Ar、C₄F₈+CO、CHF₃+O₂、CF₄+H₂，在基板使用Al的情况下，作为蚀刻气体可使用BCl₃+Cl₂、BCl₃+CHF₃+Cl₂、BCl₃+CH₂+Cl₂、B+Br₃+Cl₂、BCl₃+Cl₂+N₂、SiO₄+Cl₂，在基板使用Cu的情况下，作为蚀刻气体可使用Cl₂、SiCl₄+Cl₂+N₂+NH₃、SiCl₄+Ar+N₂、BCl₃+SiCl₄+N₂+Ar、BCl₃+N₂+Ar，在基板使用Ta₂O₅的情况下，作为蚀刻气体可使用CF₄+H₂+O₂，在基板使用TiN的情况下，作为蚀刻气体可使用CF₄+O₂+H₂+NH₃、C₂F₆+CO、CH₃F+CO₂、BC₃+Cl₂+N₂、CF₄，在基板使用SiOF的情况下，作为蚀刻气体可使用CF₄+C₄F₈+CO+Ar。

并且，在上述实施方式中，使用掩模图形来形成抗蚀剂图形，然而本发明不限于此，可以使用利用电子束直接进行描绘来形成抗蚀剂图形的方法。并且，要使用的抗蚀剂不限于正型抗蚀剂，还能使用负型抗蚀剂。在该情况下，掩模图形相对于上述各例所示的掩模图形进行了反转。并且，在光刻工序中，不仅可以使用i线步进机，还可以使用X线光刻等的另外的光刻方法。另外，上述菲涅耳透镜型衍射光学元件可考虑应用于例如光通信用的激光准直透镜和光电二极管用聚光透镜。

产业上的可利用性

本发明可应用于具有周期性的阶梯形状的衍射光学元件的制造方法，例如应用于作为透镜元件执行功能的衍射光学元件的制造方法。

Claims (12)

1.一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有7级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，该制造方法包含：

第1工序，以第1深度对成为第2、4、6级的部分进行蚀刻，其中，上述第1深度是上述阶梯的级差；

第2工序，以上述第1深度2倍的深度对成为最下级的部分进行蚀刻；

第3工序，以上述第1深度2倍的深度对成为第5、6、7级的部分进行蚀刻；以及

第4工序，以上述第1深度2倍的深度对成为第3、4、5、6、7级的部分进行蚀刻。

2.一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有9级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，该制造方法包含：

第1工序，以第1深度对成为第2、4、6、8级的部分进行蚀刻，其中，上述第1深度是上述阶梯的级差；

第2工序，以上述第1深度2倍的深度对成为最下级的部分进行蚀刻；

第3工序，以上述第1深度2倍的深度对成为第3、4、7、8、9级的部分进行蚀刻；以及

第4工序，以上述第1深度4倍的深度对成为第5、6、7、8、9级的部分进行蚀刻。

3.一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有8级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，该制造方法包含：

第1工序，以第1深度对成为第2、4、6、8级的部分进行蚀刻，其中，上述第1深度是上述阶梯的级差；

第2工序，以上述第1深度2倍的深度对成为第7、8级的部分进行蚀刻；

第3工序，以上述第1深度2倍的深度对成为第5、6、7、8级的部分进行蚀刻；以及

第4工序，以上述第1深度2倍的深度对成为第3、4、5、6、7、8级的部分进行蚀刻。

4.一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有5级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，该制造方法包含：

第1工序，以第1深度对成为第2、4级的部分进行蚀刻，其中，上述第1深度是上述阶梯的级差；

第2工序，以上述第1深度2倍的深度对成为最下级的部分进行蚀刻；以及

第3工序，以上述第1深度2倍的深度对成为第3、4、5级的部分进行蚀刻。

5.一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有7级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，该制造方法包含：

第1工序，以第1深度对成为最下级的部分进行蚀刻，其中，上述第1深度是上述阶梯的级差的2倍，；

第2工序，以第2深度对成为第2、4、6级的部分进行蚀刻，其中，上述第2深度是上述阶梯的级差；

第3工序，以上述第1深度对成为第5、6、7级的部分进行蚀刻；以及

第4工序，以上述第1深度对成为第3、4、5、6、7级的部分进行蚀刻。

6.一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有9级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，该制造方法包含：

第1工序，以第1深度对成为最下级的部分进行蚀刻，其中，上述第1深度是上述阶梯的级差的2倍；

第2工序，以第2深度对成为第2、4、6、8级的部分进行蚀刻，其中，上述第2深度是上述阶梯的级差；

第3工序，以上述第1深度对成为第3、4、7、8、9级的部分进行蚀刻；以及

第4工序，以上述第1深度2倍的深度对成为第5、6、7、8、9级的部分进行蚀刻。

7.一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有5级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，该制造方法包含：

第1工序，以第1深度对成为最下级的部分进行蚀刻，其中，上述第1深度是上述阶梯的级差的2倍；

第2工序，以第2深度对成为第2、4级的部分进行蚀刻，其中，上述第2深度是上述阶梯的级差；以及

第3工序，以上述第1深度对成为第3、4、5级的部分进行蚀刻。

8.一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有周期性的k(k是大于等于2的自然数)级阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，

在第1次处理中，对于1周期的区域内的蚀刻部的数量和非蚀刻部的数量而言，在k是偶数的情况下相应数量都是k/2，在k是奇数的情况下相应数量分别是(k-1)/2和(k+1)/2，

在第2次以后的处理中，1周期的区域内的蚀刻部的数量和非蚀刻部的数量分别比第1次处理中的相应数量少。

9.根据权利要求8所述的衍射光学元件的制造方法，其特征在于，在第2次以后的处理中，1周期的区域内的上述蚀刻部的数量和上述非蚀刻部的数量都是1个。

10.一种衍射光学元件的制造方法，在该制造方法中，通过使用抗蚀剂图形的蚀刻对基板进行表面加工，通过反复进行多次这样的处理，制造具有周期性的阶梯形状的衍射光学元件，该制造方法的特征在于，

在第1次处理中，1周期的区域内的蚀刻部的图形宽度与上述阶梯的最小宽度大致相同。

11.根据权利要求1～10中的任一项所述的衍射光学元件的制造方法，其特征在于，上述蚀刻是各向异性蚀刻。

12.根据权利要求1～11中的任一项所述的衍射光学元件的制造方法，其特征在于，上述基板使用硅、石英、GaAs、以及InP中的任一种。

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