CN101688934B - 光学元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的尤其在于提供一种光学元件，能够对阶梯差为1.5μm以上且侧面形成为倾斜面的深槽结构提高反射防止效果。在第一成形体(2)形成有由凸部(6)和凹部(7)形成的衍射图案(5)。上述凸部(6)和凹部(7)之间的阶梯差(H1)为1.5μm以上。在凸部上表面(6a)和凹部底面(7a)之间的至少接近上述底面(7a)的部分，设置有用于提高分型性的倾斜面(10)，所以能够高精度地形成1.5μm以上的深槽的衍射图案，并且在凸部上表面(6a)、凹部底面(7a)以及上述倾斜面(10)形成有微小的凹凸形状的反射防止结构(8)，所以能够进一步适当地提高反射防止效果，从而能够适当地提高作为衍射光栅的性能。

Description

光学元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及例如CD或DVD的光拾取用光学元件及其制造方法。

背景技术

例如，在以下的专利文献1中公开了在光拾取用光学元件的凸部(峰部)表面以及凹部(谷部)表面上形成有反射防止结构的发明。

以往，如专利文献1的[0003]栏中所述，在光学元件上形成介电膜从而形成反射防止涂层，但在凹部底面尤其难于使上述介电膜形成规定膜厚，在专利文献1中，如专利文献1的图8所示，在凸部(峰部)的上表面以及凹部(谷部)的底面涂敷抗蚀剂，利用例如电子束(EB)曝光，在上述抗蚀剂上形成规定图案，然后通过实施蚀刻，在上述凸部上表面以及凹部底面上形成纳米结构的反射防止结构(专利文献1的[0029]栏～[0032]栏)。

专利文献1：日本特开2006-185562公报

专利文献2：日本特开2003-75602号公报

专利文献3；日本特开2003-315521号公报

但是，为实现光拾取设备的小型化以及高分辨率化，需要有按照每个波长具有良好对比度的衍射光栅，为了以特定波长得到高衍射效率，优选使衍射图案中的上述凸部与凹部之间的阶梯差变大。

但是，在现有的技术中，对于上述凸部与凹部之间的阶梯差为超过1μm的深槽结构，不能够在凸部上表面以及凹部底面的双方上都适当地形成反射防止结构。而且，在上述专利文献中没有公开针对这样的深槽结构适当地形成反射防止结构的具体的制法。

另外，在利用铸模制造具备上述深槽结构的衍射图案的成形品时，需要使上述凸部上表面与上述凹部底面之间的侧面形成为倾斜面，来提高分型性，在上述专利文献中没有公开具备上述倾斜面的光学元件的优选反射防止结构，另外，当然也没有公开其制造方法。

另外，在上述专利文献中没有公开对于曲率半径小于10mm的透镜而言优选的反射防止结构，另外，当然也没有公开其制造方法。

发明内容

因此，本发明用于解决上述现有的课题，其目的在于提供一种光学元件及其制造方法，尤其对于1.5μm以上的深槽的衍射图案，或者具备高度为50μm以上且曲率半径小于10mm的陡峭突出的曲面状的凸部，能够适当地提高反射防止效果。

本发明的光学元件，其特征在于，在表面形成有凹凸形状的衍射图案，上述衍射图案的凸部和凹部之间的阶梯差为1.5μm以上，位于上述凸部的上表面和上述凹部的底面之间的侧面至少在接近上述底面的部分，具有上述凸部的宽度尺寸朝向上述凹部的底面方向逐渐变宽的倾斜面，在上述凸部的上表面、上述凹部的底面以及上述倾斜面的表面形成有微小凹凸形状的反射防止结构。

在本发明的光学元件中，由于至少在接近上述凹部底面的部分上设置用于提高分型性的倾斜面，所以能够高精度地形成1.5μm以上的深槽的衍射图案，并且还在凸部上表面、凹部底面以及上述倾斜面形成有上述反射防止结构，因此能够进一步适当地提高反射防止效果，从而能够适当地提高衍射光栅的性能。

或者，在本发明中，形成有表面突出为曲面状的凸部，从上述凸部的底部至上述凸部的顶点的高度为50μm以上，并且曲率半径小于10mm，在上述曲面状的凸部表面形成有微小凹凸形状的反射防止结构。

在上述那样的突出为曲面状的凸部表面上也能够适当地形成反射防止结构，从而能够适当地提高反射防止效果。

在本发明中，在上述微小凹凸形状中的微小凸部的间距为250nm以下时，能够更加适当地提高反射防止效果，是优选的。

本发明的光学元件的制造方法的特征在于具有以下工序，即，

(a)在基板表面形成凹凸形状的衍射图案，此时使上述衍射图案的凸部和凹部之间的阶梯差形成为1.5μm以上的工序；

(b)从上述凸部的上表面至上述凹部的底面蒸镀抗蚀剂(rasist)的工序；

(c)沿着上述凸部的上表面至上述凹部的底面的阶梯形状，驱动进行电子束曝光时的电子枪进行曝光，从而在上述抗蚀剂上形成微小凹凸形状的反射防止结构的图案的工序；

(d)对没有被上述抗蚀剂覆盖的上述基板表面进行蚀刻，在上述凸部的上表面以及上述凹部的底面形成上述反射防止结构的工序；以及

(e)除去上述抗蚀剂的工序。

通过上述(b)工序，能够适当地利用蒸镀抗蚀剂覆盖阶梯差为1.5μm以上的深槽结构的凸部上表面至凹部底面，在(c)工序中，沿着阶梯形状驱动进行电子束曝光时的电子枪进行曝光，由此能够在凸部上表面以及凹部底面的双方上适当地形成反射防止结构的图案，因此，能够适当且容易地在深槽结构的凸部上表面以及凹部底面上形成反射防止结构。

在本发明中，优选上述(c)工序时，将对形成在上述凸部和上述凹部之间的阶梯部附近的上述抗蚀剂层进行曝光的曝光宽度设定为比对离开上述阶梯部附近的位置上的上述抗蚀剂层进行曝光的曝光宽度窄。

能够利用曝光宽度校正由阶梯部附近产生的电荷充电引起的过曝光状态，由此，即使在阶梯部附近也能够适当地形成反射防止结构。另外，例如在专利文献2和专利文献3中公开了通过调整剂量(dose)而进行的曝光方法，但在这样的曝光方法中曝光时间长，与此相对，在如本发明那样调整曝光宽度的曝光方法中，与通过调整剂量而进行的曝光方法相比，能够缩短曝光时间，从而能够使制造方法容易化。

另外，在本发明中，在上述(c)工序中，对在凸部上表面或凹部底面的其中一个区域上形成的抗蚀剂进行电子束曝光，接着，对在另外一个区域上形成的抗蚀剂进行电子束曝光，这样能够高效率地进行曝光，是优选的。

另外，在本发明中，优选在上述(a)工序时，使位于上述衍射图案的凸部上表面和凹部底面之间的侧面形成为至少接近上述底面的部分为上述凸部的宽度尺寸朝向上述凹部底面方向逐渐变宽的倾斜面，在上述(b)工序中，从上述凸部的上表面至上述倾斜面的表面以及上述凹部的底面蒸镀抗蚀剂，在上述(d)工序中，在上述凸部的上表面、上述凹部的底面以及上述倾斜面的表面上形成上述反射防止结构。

如上所述，在倾斜面上也能够适当地形成反射防止结构，由此，能够适当且简单地制造反射防止效果好的光学元件。这样在本发明中，能够在上述倾斜面上形成反射防止结构，因此与以往相比，从分型性的观点出发能够易于自由地设定上述倾斜面的倾斜角度，从而能够使制造方法容易化。

另外，在本发明中，也可以是将经上述(a)工序至上述(e)工序形成的基板作为母模，利用上述基板形成铸模，利用上述铸模，在光学元件材料的表面上转印上述衍射图案以及上述反射防止结构，从而制造光学元件。

另外，在本发明中，也可以是将经上述(a)工序至上述(e)工序形成的基板作为铸模，利用上述铸模，在光学元件材料的表面上转印上述衍射图案以及上述反射防止结构，从而制造光学元件。

在本发明中，如上所述，利用铸模能够适当且容易地制造为衍射图案的阶梯差为1.5μm以上的深槽结构而且在凸部上表面、凹部底面以及倾斜面表面形成有反射防止结构的光学元件。而且，由于铸模的凸部上表面和凹部底面之间的至少接近上述底面的部分形成为倾斜面，由此能够利用铸模制造分型性良好的成形品。

另外，本发明的光学元件的制造方法的特征在于具有以下的工序。

(f)在基板表面形成突出为曲面状的凸部，此时形成为从上述凸部的底部至上述凸部的顶点的高度为50μm以上且曲率半径小于10mm的工序；

(g)在上述曲面状的凸部表面上蒸镀抗蚀剂的工序；

(h)沿着上述凸部表面的曲面形状驱动进行电子束曝光时的电子枪进行曝光，在上述抗蚀剂上形成微小凹凸形状的反射防止结构的图案的工序；

(i)对没有被上述抗蚀剂覆盖的上述凸部表面进行蚀刻，在上述凸部表面形成上述反射防止结构的工序；以及

(j)除去上述抗蚀剂的工序。

根据上述的(g)工序，能够利用蒸镀抗蚀剂适当地覆盖曲面状的凸部表面，沿着曲面形状驱动进行电子束曝光时的电子枪来进行(h)工序中的曝光，由此，能够在凸部的表面上适当地形成反射防止结构的图案，因此能够在上述凸部表面适当且容易地形成反射防止结构。

另外，在本发明中，优选在上述(h)工序时，将对形成在上述凸部表面的底部侧的抗蚀剂进行曝光的曝光宽度设定为比对形成在上述凸部表面的顶点侧的抗蚀剂进行曝光的曝光宽度窄，来适当地在上述凸部表面形成反射防止结构。

另外，在本发明中，也可以是将经上述(f)工序至上述(j)工序形成的基板作为母模，利用上述基板形成铸模，利用上述铸模，在光学元件材料的表面上转印曲面状的凸部以及上述反射防止结构，来制造光学元件。由此，能够利用铸模适当且容易地制造从凸部的底部至上述凸部的顶点的高度为50μm以上且曲率半径小于10mm的、在上述凸部表面上形成有反射防止结构的光学元件。

另外，优选上述反射防止结构的微小凸部的间距形成为250nm以下。

发明效果

对于本发明的光学元件，由于在衍射图案的凸部上表面和凹部底面之间的至少接近上述底面的部分，设置有用于提高分型性的倾斜面，所以能够高精度地形成1.5μm以上的深槽的衍射图案，并且，由于在凸部上表面、凹部底面以及上述倾斜面上也能够形成上述反射防止结构，所以能够更加合适地提高反射防止效果，从而能够适当地提高作为衍射光栅的性能。

另外，在本发明的光学元件中，在高度为50μm以上且曲率半径小于10mm的曲面状的凸部表面上也能够适当地形成反射防止结构，从而能够适当地提高反射防止效果。

另外，根据本发明的光学元件的制造方法，由于具有利用蒸镀抗蚀剂覆盖阶梯差为1.5μm以上的深槽结构的凸部上表面至凹部底面，或者覆盖高度为50μm以上且曲率半径小于10mm的曲面状的凸部表面的工序，和沿着阶梯形状驱动进行电子束曝光时的电子枪进行曝光的工序，所以能够在深槽结构的凸部上表面以及凹部底面，或者上述曲面状的凸部表面上适当且容易地形成反射防止结构。

附图说明

图1是从膜厚方向剖切本实施方式的光学元件(衍射光栅)而得到的局部剖视图。

图2是从膜厚方向剖切本实施方式的光学元件(透镜)而得到的局部剖视图。

图3是表示构成图1所示的衍射光栅的第一成形体的制造方法的一个工序图(局部剖视图)。

图4是图3之后进行的一个工序图(局部剖视图)。

图5是图4之后进行的一个工序图(局部剖视图)。

图6是在图5所示的基板表面上形成的第二抗蚀剂层的各区域形成反射防止结构的图案时，综合考虑阶梯差等而通过计算求出的曝光宽度(计算值)的示意图。

图7是表示将经图3至图5的工序而形成的基板作为母模，利用上述基板形成铸模的工序的剖视图。

图8是表示利用根据图7形成的铸模在光学元件材料的表面冲压加工衍射图案以及反射防止结构时的工序的剖视图。

图9是表示图2所示的透镜的制造方法的一个工序图(局部剖视图)。

图10是图9之后进行的一个工序图(局部剖视图)。

图11是图10之后进行的一个工序图(局部剖视图)。

图12是表示在阶梯部附近也适当地形成有反射防止结构的情况的基于FIB(聚焦离子束)的剖面图像(实施例)。

图13是表示在阶梯部附近没有形成反射防止结构的情况的基于FIB(聚焦离子束)的剖面图像(比较例)。

附图标记说明

1衍射光栅

2第一成形体

5衍射图案

6、16、22凸部

6a(凸部的)上表面

7、23凹部

7a(凹部的)底面

8、17反射防止结构

9、18微小凸部

10、24倾斜面

12、26垂直面

15透镜

16a底部

16b顶点

20基板

21第一抗蚀剂层

25第二抗蚀剂层

30电子枪

31、32曝光区域

40铸模

50光学元件材料

51抗蚀剂层

H1、H3阶梯差

具体实施方式

图1是从膜厚方向剖切本实施方式的光学元件(衍射光栅)而得到的局部剖视图。

图1所示的衍射光栅1具备第一成形体2、支撑体3和第二成形体4。第一成形体2紧固在上述支撑体3的一个面3a上，第二成形体4紧固在上述支撑体2的另一个面3b上。

上述第一成形体2、支撑体3以及第二成形体4分别由树脂或玻璃等形成。

如图1所示，在上述第一成形体2的表面，形成有凹凸形状的衍射图案5。

上述衍射图案5的凸部6与凹部7之间的阶梯差H1为1.5μm以上。另外，上述凸部6之间的最小间隔T1为5～20μm左右。

另外，如图1所示，在上述凸部6的上表面6a以及上述凹部7的底面7a分别形成有微小的凹凸形状的反射防止结构8。在此，上述衍射图案5的凸部6与凹部7之间的阶梯差H1例如通过形成在上述凸部6的上表面6a上的上述反射防止结构8的微小凸部9的顶点与形成在上述凹部7的底面7a上的上述反射防止结构8的微小凸部9的顶点之间的高度尺寸来规定。

如图1所示，位于上述凸部6的上表面6a与上述凹部7的底面7a之间的侧面具有：从上述凸部6的上表面6a的两侧朝向下方向(凹部7的底面7a方向)形成的垂直面12；以及形成在上述垂直面12的下端部与上述凹部7的底面7a之间(上述侧面的底部)的倾斜面10。上述宽度尺寸T2的最小值，即上述凸部6的上表面6a处的宽度尺寸为5～20μm左右。从上述凹部7的底面7a朝向上方至与上述垂直面12的下端部接触的位置，以高度尺寸H4形成上述倾斜面10。上述高度尺寸H4为0.1～0.5μm。

在上述倾斜面10的相对于膜厚方向(相对于支撑体3表面的垂直方向)的倾角θ1如图所示仅形成在底边部的情况下，能够将该倾角设定为1～45°的较宽范围。倾斜面10也可以形成在从凸部的上表面至凹部的底面的整个范围上，此时的θ1优选在1～10°的范围内。

上述倾斜面10是为了例如在利用铸模将衍射图案5以及反射防止结构8转印在第一成形体2的表面之后容易从铸模拔出上述第一成形体2而设置的。例如，如果在上述凹部7的接近底面7a的部分上没有形成倾斜面10，而上述整个侧面为垂直面12时，则分型性恶化，因此不能高精度形成1.5μm以上的深槽的衍射图案5，而仅能够形成小于1.5μm的浅槽的衍射图案。相对于此，在本实施方式中，通过设置倾斜面10提高分型性，由此高精度地形成1.5μm以上的深槽的衍射图案5。

上述倾斜面10的从图1所示的膜厚方向观察的剖面形状呈现直线状或曲面状。

如图1所示，在上述倾斜面10也形成有微小的凹凸形状的反射防止结构8。

在如图1所示的实施方式中，上述反射防止结构8形成在凸部6的上表面6a、凹部7的底面7a以及倾斜面10的表面上。此外，上述反射防止结构8不形成在上述垂直面12上。在此，上述反射防止结构8除了形成在凸部6的上表面6a、凹部7的底面7a以及倾斜面10的表面的整个面上之外，还可以形成在各面的一部分上。

另外，上述反射防止结构8可以是上述微小凸部9隔开间距T3在垂直于纸面方向上较长地延伸而成为波状的结构，或者可以是上述微小凸部9以大量的点状形成的结构。上述微小凸部9的从图1所示的膜厚方向观察的剖面形状可以是矩形、梯形、半圆形等，但由于前端尖的三角形能够提高反射防止效果所以优选。

上述反射防止结构8的微小凸部9的间距T3(微小凸部9的顶点间距离)设定在250nm以下。此外，优选上述间距T3在50nm以上250nm以下。由此能够提高反射防止效果。

在图1所示的实施方式中，在上述第二成形体4的表面也形成有反射防止结构8。

在图1所示的衍射光栅1中，在凸部6的上表面6a和凹部7的底面7a之间设置有用于提高分型性的倾斜面10，因此，能够高精度地形成1.5μm以上的深槽的衍射图案5，并且，不仅在凸部6的上表面6a以及凹部7的底面7a还在上述倾斜面10上形成微小凸部9的间距T3为250nm以下的反射防止结构8，因此能够进一步适当地提高反射防止效果，从而能够适当地提高衍射光栅的性能。

在图1所示的衍射光栅1中，能够利用特定波长得到高衍射效率，由此，例如在光拾取的设备上搭载上述衍射光栅1时，能够实现上述设备小型化以及高分辨率化。

图1所示的衍射光栅1可以由第一成形体2构成，或者可以由第一成形体2和支撑体3构成，或者可以由第一成形体2和第二成形体4构成。

另外，上述倾斜面10可以形成在上述凸部6的上表面6a和凹部7的底面7a之间的整个侧面上，但如图1所示，仅在接近上述底面7a的部分上形成上述倾斜面10方式能够适当地维持衍射光栅1的性能从而优选。

图2是从膜厚方向剖切本实施方式的光学元件(透镜)而得到的局部剖视图。

图2所示的透镜15例如由Si(硅)形成。如图2所示，在上述透镜15的表面15a形成有突出为曲面状的凸部16。从上述凸部16的底部16a至上述凸部16的顶点16b的高度尺寸H2形成为50μm以上。另外，上述凸部16的曲率半径小于10mm。

如图2所示，在上述凸部16的表面形成有微小的凹凸形状的反射防止结构17。在此，上述凸部16的高度尺寸H2通过形成在上述凸部16的最高位置上的构成上述反射防止结构17的微小凸部18的顶点至上述底部16a(上述凸部16的宽度尺寸最宽的位置的端部)为止的高度尺寸来规定。

另外，在图2所示的实施方式中，上述微小凸部18的间距T3与图1相同，形成为250nm以下，优选在50nm以上250nm以下。

在图2所示的实施方式中，在上述透镜15的背面15b，在膜厚方向与上述凸部16相对置的位置上也形成有反射防止结构19。

在图2所示的方式中，在突出成曲面状的凸部16的表面上也能够适当地形成反射防止结构17，从而能够可靠地提高反射防止效果。

说明构成图1的衍射光栅1的第一成形体2的制造方法。图3至图5是与图1同样从膜厚方向剖切第一成形体2的制造过程中的形态进行表示的剖视图。

图3所示的附图标记20是例如由Si形成的基板。如图3所示，通过旋涂法(spin coat)在上述基板20的整个表面20a上涂敷第一抗蚀剂层21。然后，对上述第一抗蚀剂层21进行曝光显影，从而上述第一抗蚀剂层21作为衍射图案形状留下。

上述第一抗蚀剂层21的两侧侧面21a为垂直面。接着，通过例如反应离子蚀刻(RIE)切削没被上述第一抗蚀剂层21覆盖的基板20的部分。沿着图3所示的虚线部分切削基板20。

由此，在上述基板20的表面20a上，形成凸部22和凹部23交替反复而成的衍射图案。

在图3所示的工序中，以使上述凸部22和上述凹部23之间的阶梯差H3为1.5μm以上的方式蚀刻基板20。

此时，在位于上述凸部22的上表面和凹部23的底面之间的侧面上，在接近上述凹部23的底面的部分上，形成上述凸部22的宽度尺寸朝向上述凹部23的底面方向逐渐变宽的倾斜面24。另外，从上述凸部22的上表面至上述倾斜面23的上端部为止的上述侧面形成为垂直面26。

例如，在通过RIE将上述凸部22和上述凹部23之间的阶梯差形成为1μm以上之后，在60℃的20％KOH水溶液中浸渍一分钟，蚀刻约0.5μm左右，此时，在与上述凹部23底面接近的Si基板的[111]面突出的部位，能够形成倾斜面24。另外，由于上述凸部22和上述凹部23之间的阶梯差H3为1.5μm以上的深槽，所以在例如干刻中，上述凸部22的上表面和凹部23的底面之间的侧面成为阴影(阴影效应)，由此接近上述凹部23底面的部分变得难于切削，从而接近上述凹部23底面的部分形成为倾斜面24。

上述倾斜面24能够设定为相对于基板20的膜厚方向(相对于基板20的表面20a的垂直方向)在1～45°的较宽范围。随着在侧面上倾斜面24的起始点越高(作为凹部越浅)该角度越小，在以整个侧面为倾斜面时，优选倾斜角度θ1形成为1～10°。

接着，在除去上述第一抗蚀剂层21后，在图4所示的工序中，在上述凸部22的上表面22a、凹部23的底面23a、垂直面26以及倾斜面24的表面上，蒸镀聚苯乙烯、α-甲基苯乙烯、杯芳烃(calixarene)、固醇(sterol)类等芳香族的低分子量高分子材料，来形成第二抗蚀剂层25。在本实施方式中，上述第二抗蚀剂层25例如为负性。

由于这样通过蒸镀形成上述第二抗蚀剂层25，所以即使凸部22和凹部23之间的阶梯差H3是1.5μm以上的深槽结构，也能够通过上述第二抗蚀剂层25适当地覆盖凸部22的上表面22a、垂直面26的表面、倾斜面24的表面以及凹部23的底面23a的整体。上述第二抗蚀剂层25的平均膜厚为0.05～0.2μm左右。此外，形成在上述垂直面26的表面上的上述第二抗蚀剂层25的膜厚也比其他部位薄。另外，第二抗蚀剂层25可以不形成在上述垂直面26的表面。

接着，利用电子束曝光装置，在上述第二抗蚀剂层25形成微小的凹凸形状的反射防止结构的图案。

如图5所示，在将上述电子束曝光装置的电子枪30在基板20的表面的上方进行驱动而对上述第二抗蚀剂层25进行曝光时，上述电子枪30的高度由Z轴台架进行调整，为了与凸部22的上表面22a至凹部23的底面23a的阶梯形状相对应地驱动上述电子枪30，沿着图5的(1)～(9)的各空间区域中的轨迹A驱动上述电子枪30。此外，(1)～(9)的各空间区域中的电子枪30的驱动顺序可以是(1)～(9)的顺序，也可以不同于该顺序。优选后述的驱动顺序。

在图5所示的(1)、(5)、(9)的各区域中都是电子枪30位于凹部23的底面23a的上方，在(2)、(4)、(6)、(8)的各区域中都是电子枪30位于倾斜面24的上方，在(3)、(7)的各区域中都是电子枪30位于凸部22的上表面22a的上方，在各区域中，电子枪30与基板20的表面之间的距离大致保持一定。

在本实施方式中，将从形成在上述凹部23的底面23a的阶梯部附近至倾斜面24以及凸部22的上表面22a的阶梯部附近的第二抗蚀剂层25的曝光宽度设定为比形成在上述凹部23的底面23a的中央部或上述凸部22的上表面22a的中央部上的第二抗蚀剂层25的曝光宽度窄。

图6是通过电子束曝光装置曝光在图5所示的基板20表面上形成的第二抗蚀剂层25的各区域时，综合考虑阶梯差等通过计算求出的曝光宽度(计算值)。在此，值得注意的是，上述曝光宽度(计算值)并不是表示实际对凹部23、倾斜面24以及凸部22的各面上的第二抗蚀剂层25进行曝光时的宽度。上述曝光宽度(计算值)被设定在电子束曝光装置中，根据该曝光宽度(计算值)通过电子枪30对第二抗蚀剂层25进行曝光，但如后述那样，在阶梯部附近会成为过曝光状态，因此实际上，在阶梯部附近的曝光宽度大于计算值。以下的曝光区域31、32的宽度尺寸T6、T7都是上述的计算值。

如图6所示，将对位于上述凹部23的底面23a的阶梯部附近的侧部上的第二抗蚀剂层25进行曝光的曝光区域31的宽度尺寸T6设定为比对上述凹部23的底面23a的中央部上的第二抗蚀剂层25进行曝光的曝光区域32的宽度尺寸T7窄。

同样，将对位于上述凸部22的上表面22a的阶梯部附近的侧部上的第二抗蚀剂层25进行曝光的曝光区域31的宽度尺寸T6设定为比对上述凸部22的上表面22a的中央部上的第二抗蚀剂层25进行曝光的曝光区域32的宽度尺寸T7窄。

将对上述倾斜面24上的抗蚀剂层25进行曝光的曝光区域31设定为与上述凸部22以及凹部23的侧部上的曝光区域31一样窄。

曝光区域31、32的宽度尺寸T6、T7能够根据通过曝光区域31、32内的电子枪30的曝光扫描次数自由地进行设定。上述电子枪30的电子束直径为曝光区域31的宽度尺寸T6以下，还小于曝光区域32的宽度尺寸T7。在沿图示Y方向驱动电子枪30按照上述电子束直径进行曝光之后，向图示X方向微小地使电子枪30进给，再次沿图示Y方向进行驱动，按照上述电子束直径进行曝光。通过这样反复，在宽度方向上曝光区域扩大。例如，在将形成宽的宽度尺寸T7的曝光区域32时的电子枪30的曝光扫描次数设为3次的情况下，为了形成窄的宽度尺寸T6的曝光区域31，使电子枪30的曝光扫描次数为2次。

例如，在将宽的曝光区域32的宽度尺寸T7设为1时，以0.5～0.7的比例设定窄的曝光区域31的宽度尺寸T6。

阶梯部附近因电荷充电(electric charge)而成为过曝光状态，因此，实际对第二抗蚀剂层25进行曝光的曝光区域31的宽度尺寸宽于T6。但是，在本实施方式中，由于预先较窄地设定电子枪30的曝光区域31的宽度尺寸T6，所以即使宽度尺寸T6变宽而对第二抗蚀剂层25进行曝光，也能够对凹部23的底面23a的侧部、倾斜面24的表面以及凸部22的上表面22a的侧部上的过曝光状态进行校正，从而能够在凹部23的底面23a的侧部、倾斜面24的表面以及凹部22的上表面22a的侧部适当地形成反射防止结构的图案。

另外，在利用剂量进行调整的曝光方法中程序非常复杂，对第二抗蚀剂层25进行曝光的曝光时间非常长，相反，在本实施方式中，例如如上所述，仅通过改变对曝光区域31、32进行曝光的电子枪30的曝光扫描次数就能够简单地将曝光宽度调整为规定宽度，从而能够缩短曝光时间。

另外，由于通过蒸镀抗蚀剂形成的第二抗蚀剂层25的曝光灵敏度低，所以可以预先向整个第二抗蚀剂层25较弱地照射电子射线，使上述第二抗蚀剂层25的电子射线交联进行某个程度，然后真正地形成图6所示的曝光区域31、32。由此，能够降低图6所示的曝光时的电子枪30的照射量，从而能够缩短曝光时间。

另外，例如，使电子枪30在图5的(3)、(7)的区域中移动，对形成在凸部22的上表面22a上的第二抗蚀剂层25进行曝光，然后，使电子枪30在图5的(1)、(5)、(9)的区域中进行移动，对形成在凹部23的底面23a上的第二抗蚀剂层25进行曝光，然后，使电子枪30在图5的(2)、(6)的区域中移动，对形成在倾斜方向相同的倾斜面24上的第二抗蚀剂层25进行曝光，最后，使电子枪30在图5的(4)、(8)的区域移动，对形成在倾斜方向相同的倾斜面24上的第二抗蚀剂层25进行曝光。

通过这样对形成在高度相同的面或倾斜方向相同的面上的每个第二抗蚀剂层25分别进行曝光，能够使电子枪30在Z轴方向的驱动减少，从而能够高效地进行曝光，能够缩短曝光时间，并且能够高精度地进行曝光。

或者，如图6所示，在将曝光宽度(计算值)设定为不同值的情况下，可以按照设定成相同曝光宽度的区域进行曝光。

在对第二抗蚀剂层25曝光后，通过进行显影除去图5的虚线部分的第二抗蚀剂层25，从而上述第二抗蚀剂层25作为反射防止结构的图案形状留下。此外，在本实施方式中，调整反射防止结构的图案之间的间隔，使反射防止结构的微小凸部之间的间距为250nm以下。

此外，如上所述，在本实施方式中，第二抗蚀剂层25为负性，因此通过曝光显影，被曝光的位置作为图案残留下，而没有被曝光的位置被除去。

接着，例如，通过反应离子蚀刻(RIE)切削没有被上述第二抗蚀剂层25覆盖的基板20表面。由此，能够在上述凸部22的上表面22a、凹部23的底面23a以及倾斜面24的表面形成与图1相同的微小的凹凸形状的反射防止结构8。另外，此时，能够使上述反射防止结构8的微小凸部之间的间距T3成为250nm以下。然后，除去上述第二抗蚀剂层25。此外，在上述垂直面26的表面没有被上述第二抗蚀剂层25覆盖时，上述垂直面26也有可能受到上述反应离子蚀刻的影响，但原本仅是略微进行用于形成反射防止结构的反应离子蚀刻，而且是各向异性蚀刻，因此，与其他部位相比，蚀刻的影响非常小，对上述垂直面26的削除量很小。

以上，在本实施方式中，通过图4所示的蒸镀抗蚀剂，能够将第二抗蚀剂层25适当地覆盖在1.5μm以上的深槽结构的凸部22的上表面22a至凹部23的底面23a以及倾斜面24上，进一步，沿着阶梯形状驱动电子束曝光时的电子枪30，进行图5的工序中的曝光，从而适当且容易地在深槽结构的凸部22的上表面22a、倾斜面24的表面以及凹部23的底面23a形成反射防止结构。

尤其，在本实施方式中，如图6说明的那样，通过预先较窄地设定对阶梯部附近进行曝光的曝光区域31，能够适当地改变因在阶梯部附近产生的电荷充电而形成的过曝光状态，由此，即使在阶梯部附近也能够适当地形成反射防止结构。

另外，在如图6那样调整曝光宽度(计算值)时，例如可以将曝光宽度(计算值)设定为从凸部22侧向凹部23侧逐渐变窄。另外，在使上述反射防止结构8的微小凸部9为点状时，可以将阶梯部附近的曝光直径(＝曝光宽度)设定为小于离开上述阶梯部附近的区域中的曝光直径。

可以将经图3至图6所示的工序形成的基板20原样作为图1所示的第一成形体2，或者，将上述基板20作为母模，如图7所示，例如利用Ni电铸或SiC形成在表面上形成有衍射图案以及反射防止结构的铸模40。在从铸模40除去上述基板20后，如图8所示，使铸模40冲压软化状态的玻璃或热可塑性树脂等光学元件材料50的表面，从而转印衍射图案以及反射防止结构。然后使温度下降，上述光学元件材料50硬化之后，从上述铸模40取开上述光学元件材料50。由此，能够形成图1所示的第一成形体2。

在从铸模40分离出在上述光学元件材料50的表面转印衍射图案以及反射防止结构而成的第一成形体2时，与图1所示的方式相同，在衍射图案5的凸部6的上表面6a和凹部7的底面7a之间的侧面中接近上述底面7a的部分，形成倾斜面10，由此易于分型。

使上述倾斜面10的倾斜角度θ1变缓就能够提高分型性，但以往，对于衍射图案的阶梯差为1.5μm以上的深槽结构，没有能够在接近上述底面7a的部分形成的倾斜面10上形成反射防止结构的例子，因此，若使上述倾斜面10的倾斜角度θ1变缓，则存在由上述倾斜面10没有形成反射防止结构而引起的反射防止效果恶化的问题。因此，以往，不能够使上述倾斜面10的倾斜角度θ1变缓，这样分型性就会变差，从而不能够成为将衍射图案的阶梯差形成1.5μm以上的深槽结构，因此，以往，没有在衍射图案的阶梯差为1.5μm以上的深槽结构中，在凸部22的上表面22a、凹部23的底面23a以及倾斜面24的表面形成有反射防止结构的光学元件。

对此，在本实施方式中，在衍射图案为1.5μm以上的深槽结构的结构中，还能够在接近上述底面7a的部分上形成的倾斜面10上也形成反射防止结构8，因此能够使上述倾斜面10的倾斜角度θ1在1～45°的范围内变缓并，由此能够提高分型性，并且能够制造反射防止效果好的衍射光栅。

此外，可以将通过图3至图6的工序形成的基板20作为铸模，与图8所示的工序相同，通过冲压加工，在光学元件材料50的表面转印衍射图案以及反射防止结构，从而制造衍射光栅。

此外，在图3至图6所示的衍射光栅的制造方法中，还能够使位于图1所示的凸部6的上表面6a和凹部7的底面7a之间的整个侧面形成为垂直面。另一方面，还能够使上述整个侧面形成为倾斜面，但为了得到高性能的衍射光栅1，优选使接近上述倾斜面的凸部6的上表面6a的一侧形成为垂直面，使接近上述凹部23的底面23a的一侧形成为倾斜面。

图2所示的透镜15根据图3至图6所示的衍射光栅的制造方法制造的。图9至图11是表示与图2相同地从膜厚方向剖切制造工序中的透镜的形态的剖视图。

首先，准备图9所示的形状的透镜15。上述透镜15由例如Si(硅)形成。

如图9所示，在上述透镜15的表面15a上形成有突出为曲面状的凸部16。从上述凸部16的底部16a至上述凸部16的顶点16b的高度尺寸H2形成为50μm以上。另外，上述凸部16的曲率半径小于10mm。

接着，在图10所示的工序中，与图4的工序相同，通过蒸镀，在上述透镜15的表面15a形成抗蚀剂层51。由此，能够使从上述凸部16的表面向其两侧扩展的整个平面适当地附着抗蚀剂层51。

接着，在图11所示的工序中，与图5的工序相同，利用电子束曝光装置在上述抗蚀剂层51描绘反射防止结构的图案。

此时，在透镜表面15a的上方驱动上述电子束曝光装置的电子枪对上述抗蚀剂层51进行曝光时，一边通过Z轴台架调整上述电子枪的高度，一边沿着凸部16的曲面形状驱动上述电子枪。

另外，在电子束曝光时，将形成在上述底部16a附近的抗蚀剂层51的曝光宽度设定为小于形成在上述凸部16表面的顶点16b附近的抗蚀剂层51的曝光宽度，由此能够对因上述底部16a附近的电荷充电所引起的过曝光状态进行校正，从而能够跨及上述凸部16的顶点16b至底部16a适当地形成反射防止结构。

在电子束曝光后，通过显影工序，利用留下的抗蚀剂层51，如图11所示，在凸部16的表面形成反射防止结构的图案，利用例如反应离子蚀刻(RIE)切削没有被上述抗蚀剂层51覆盖的上述凸部16的表面，由此，如图2所示，在上述凸部16的表面形成由微小的凹凸形状形成的、微小凸部18的间距T3为250nm以下的反射防止结构17。

并且，在除去上述抗蚀剂层51时，完成了在图2所示的凸部16表面形成有反射防止结构17的透镜15。

如上所述，可以基于图9至图11所示的工序，形成作为最终产品的透镜15，或者可以通过图9至图11所示的工序，首先形成与图2形状相同的母模，然后与图7所说明的一样，利用上述母模形成铸模，然后与图8所说明的一样，使上述铸模冲压软化状态的玻璃或热可塑性树脂等光学元件材料50的表面，来转印衍射图案以及反射防止结构，形成上述透镜15。

另外，基于图9至图11，可以首先在形成母模时，通过机械加工等使例如Cu基板形成图9的形态，接着，在上述基板的表面形成例如Si膜，再通过图10～图11的工序在上述Si膜上形成反射防止结构。

实施例

图12是在将对蒸镀抗蚀剂进行曝光的曝光宽度(计算值)设定为在阶梯部附近较窄的情况下，在衍射图案的阶梯差形成为1.5μm的Si基板的凸部上表面以及凹部底面形成的反射防止结构的基于FIB(聚焦离子束)的剖面图像。在将中央部的曝光宽度(计算值)设为1时，以0.5的比例形成阶梯部附近的曝光宽度(计算值)。

如图12所示，可知还能够在凸部的上表面以及凹部的底面的阶梯部附近也适当地形成微小凹凸形状的反射防止结构。

[比较例]

图13是在不管是不是阶梯部附近都将对蒸镀抗蚀剂进行曝光的曝光宽度(计算值)设定为一定的情况下，在衍射图案的阶梯差形成为1.5μm的Si基板的凸部上表面以及凹部底面形成的反射防止结构的基于FIB(聚焦离子束)的剖面图像。

如图13的圆圈所包围的部分所示，可知在凹部底面的阶梯部附近不形成反射防止结构。

Claims (8)

1.一种光学元件，在表面形成有凹凸形状的衍射图案，上述衍射图案的凸部和凹部之间的阶梯差为1.5μm以上，其特征在于，

位于上述凸部的上表面和上述凹部的底面之间的侧面具有：从上述上表面朝向上述底面方向形成的垂直面、以及在该垂直面的下端部与上述凹部的底面之间接近上述底面的部分，上述凸部的宽度尺寸朝向上述凹部的底面方向逐渐变宽而成的倾斜面，

在上述凸部的上表面、上述凹部的底面以及上述倾斜面的表面上形成有微小凹凸形状的反射防止结构，在上述垂直面不形成上述反射防止结构。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

上述微小凹凸形状中的微小凸部的间距为250nm以下。

3.一种光学元件的制造方法，其特征在于，包括：

(a)在基板表面形成凹凸形状的衍射图案，此时使上述衍射图案的凸部和凹部之间的阶梯差形成为1.5μm以上的工序；

(b)在上述凸部的上表面至上述凹部的底面上蒸镀抗蚀剂的工序；

(c)沿着上述凸部的上表面至上述凹部的底面的阶梯形状驱动进行电子束曝光时的电子枪进行曝光，从而在上述抗蚀剂上形成微小凹凸形状的反射防止结构的图案的工序；

(d)对没有被上述抗蚀剂覆盖的上述基板表面进行蚀刻，在上述凸部的上表面以及上述凹部的底面上形成上述反射防止结构的工序；以及

(e)除去上述抗蚀剂的工序，

在上述(a)工序时，将位于上述衍射图案的凸部上表面和凹部底面之间的侧面形成为，具有从上述上表面朝向上述底面方向形成的垂直面、以及在该垂直面的下端部与上述凹部的底面之间接近上述底面的部分，上述凸部的宽度尺寸朝向上述凹部底面方向逐渐变宽而成的倾斜面，

在上述(b)工序中，在上述凸部的上表面至上述倾斜面的表面以及上述凹部的底面上蒸镀抗蚀剂，

在上述(d)工序中，在上述凸部的上表面、上述凹部的底面以及上述倾斜面的表面上形成上述反射防止结构。

4.根据权利要求3所述的光学元件的制造方法，其特征在于，

在上述(c)工序时，将对形成在上述凸部和上述凹部之间的阶梯部附近的上述抗蚀剂层进行曝光的曝光宽度设定为比对离开上述阶梯部附近的位置上的上述抗蚀剂层进行曝光的曝光宽度窄。

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，

在上述(c)工序中，对在凸部上表面或凹部底面的其中一个区域中形成的抗蚀剂先进行电子束曝光，接着对在另一个区域中形成的抗蚀剂进行电子束曝光。

6.根据权利要求3所述的光学元件的制造方法，其特征在于，

将经上述(a)工序至上述(e)工序形成的基板作为母模，利用上述基板形成铸模，利用上述铸模在光学元件材料的表面上转印上述衍射图案以及上述反射防止结构。

7.根据权利要求3所述的光学元件的制造方法，其特征在于，

将经上述(a)工序至上述(e)工序形成的基板作为铸模，利用上述铸模在光学元件材料的表面上转印上述衍射图案以及上述反射防止结构。

8.根据权利要求3所述的光学元件的制造方法，其特征在于，

上述反射防止结构的微小凸部的间距形成为250nm以下。

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