CN107290812A - 衍射光栅的制造方法、衍射效率计算方法及衍射光栅 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种衍射光栅的制造方法、衍射效率计算方法及衍射光栅，无需另外准备镜子，而能够容易且正确地计算出衍射效率。在主基板的表面涂布抗蚀剂(图1(a))。对抗蚀剂的表面的一部分施加掩模(图1(b))。通过从两个方向对涂布有抗蚀剂的主基板的表面进行曝光而产生干涉条纹，在主基板的表面形成对应于此干涉条纹的抗蚀剂图案(图1(c))。通过对抗蚀剂图案进行蚀刻，在主基板的表面形成对应于抗蚀剂图案的衍射光栅槽(图1(d))。获得主衍射光栅，此主衍射光栅在未施加掩模的区域中形成有衍射光栅槽，在施加了掩模的区域中未形成衍射光栅槽。

Description

衍射光栅的制造方法、衍射效率计算方法及衍射光栅

技术领域

本发明涉及一种通过在基板的表面形成衍射光栅槽来制造衍射光栅的方法、计算出衍射光栅的衍射效率的方法、及衍射光栅。

背景技术

在制造衍射光栅时，例如，在基板的表面涂布抗蚀剂(resist)，对所述抗蚀剂的表面进行曝光后，进行显影，由此形成规定的抗蚀剂图案(resist pattern)。接着，通过对抗蚀剂图案进行蚀刻(etching)，在基板的表面形成对应于抗蚀剂图案的衍射光栅槽。作为对抗蚀剂的表面进行曝光的方法，例如，如下方法(双光束干涉曝光)已为人所知，此方法如下述专利文献1所述，通过从两个方向对抗蚀剂的表面进行曝光而产生干涉条纹，在基板的表面形成对应于所述干涉条纹的抗蚀剂图案。

以所述方式制造出的衍射光栅，能够用作主(master)衍射光栅，用以制造复制(replica)衍射光栅。具体来说，使脱模剂在主衍射光栅的表面成膜，在该脱模剂上形成包含铝(aluminum)等金属的薄膜后，通过粘合剂使复制基板粘合在所述金属膜上。接着，在粘合剂固化后，从主衍射光栅上剥离复制基板。由此，金属膜转移至复制基板侧，从而获得复制衍射光栅。

在以所述方式获得的衍射光栅(复制衍射光栅)的整个面上形成有衍射光栅槽。在评估衍射光栅的光学性能时，基于来自衍射光栅槽的反射光的光接收强度、与来自镜子(mirror)表面的反射光的光接收强度，计算出所述两个光接收强度之比作为相对衍射效率，所述来自衍射光栅槽的反射光是通过将光照射至衍射光栅而获得，所述来自镜子表面的反射光是通过将光照射至镜子而获得。

[专利文献1]日本专利特开2001-7020号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

但是，为了利用如上所述的方法来计算出衍射效率，必须准备包含与衍射光栅不同的构件的镜子。接着，对于测定装置而言，需要依次更换衍射光栅与镜子来进行测定。因此，会耗费成本(cost)且测定作业繁琐。

而且，由于衍射光栅与镜子是不同的构件，所以难以在完全相同的条件下形成各构件的反射面。因此，存在如下问题：来自衍射光栅及镜子的反射光的光接收强度会产生与所述条件对应的误差(覆盖层(overcoat)差)，结果无法计算出正确的衍射效率。

本发明是鉴于所述实际情况而成的发明，目的在于，提供衍射光栅的制造方法、衍射效率计算方法及衍射光栅，无需另外准备镜子，而能够容易且正确地计算出衍射效率。

[解决问题的技术手段]

(1)本发明的衍射光栅的制造方法包括抗蚀剂涂布工序、曝光工序、蚀刻工序及掩模(masking)工序。在所述抗蚀剂涂布工序中，在基板表面涂布抗蚀剂。在所述曝光工序中，通过从两个方向对涂布有抗蚀剂的所述基板表面进行曝光而产生干涉条纹，在所述基板表面形成对应于此干涉条纹的抗蚀剂图案。在所述蚀刻工序中，通过对所述抗蚀剂图案进行蚀刻，在所述基板表面形成对应于此抗蚀剂图案的衍射光栅槽。在所述掩模工序中，在所述抗蚀剂涂布工序与所述曝光工序之间、或所述曝光工序与所述蚀刻工序之间，对所述抗蚀剂的表面的一部分施加掩模。通过所述蚀刻工序获得如下衍射光栅，此衍射光栅在未施加所述掩模的区域中形成有衍射光栅槽，在施加了所述掩模的区域未形成衍射光栅槽。

根据如上所述的结构，在抗蚀剂涂布工序与曝光工序之间、或曝光工序与蚀刻工序之间，对抗蚀剂的表面的一部分施加掩模。因此，通过蚀刻工序获得如下衍射光栅，此衍射光栅在未施加掩模的区域中形成有衍射光栅槽，在施加了掩模的区域中未形成衍射光栅槽。而且，只要将所获得的衍射光栅用作主衍射光栅，则可获得复制衍射光栅。

能够基于将光照射至形成有衍射光栅槽的区域而获得的反射光的光接收强度、与将光照射至未形成衍射光栅槽的区域(镜子表面)而获得的反射光的光接收强度，计算出如上所述的衍射光栅的衍射效率。因此，即使未准备包含与衍射光栅不同的构件的镜子，只要将光照射至设置于衍射光栅的镜子表面即可，因此，无需对衍射光栅与镜子进行更换的作业。而且，因为使用来自镜子表面的反射光计算出衍射效率，所述镜子表面是在与衍射光栅槽完全相同的条件下形成的表面，所以不会产生对应于所述条件的误差(覆盖层差)。结果无需另外准备镜子，能够容易且正确地计算出衍射效率。

(2)本发明的衍射效率计算方法包括准备工序、第一测定工序、第二测定工序及运算工序。在所述准备工序中准备衍射光栅，此衍射光栅在表面具有形成有衍射光栅槽的区域、及未形成衍射光栅槽的区域。在所述第一测定工序中，将光照射至所述衍射光栅中的形成有衍射光栅槽的第一区域，测定来自此第一区域的第一反射光的光接收强度。在所述第二测定工序中，将光照射至所述衍射光栅中的未形成衍射光栅槽的第二区域，测定来自此第二区域的第二反射光的光接收强度。在所述运算工序中，基于在所述第一测定工序中测定出的所述第一反射光的光接收强度及所述第二测定工序中测定出的第二反射光的光接收强度，来计算出衍射效率。

根据如上所述的结构，能够基于将光照射至形成有衍射光栅槽的区域而获得的反射光的光接收强度、与将光照射至未形成衍射光栅槽的区域(镜子表面)而获得的反射光的光接收强度，计算出衍射光栅的衍射效率。因此，即使未准备包含与衍射光栅不同的构件的镜子，只要将光照射至设置于衍射光栅的镜子表面即可，因此，无需对衍射光栅与镜子进行更换的作业。而且，因为使用来自镜子表面的反射光计算出衍射效率，所述镜子表面是在与衍射光栅槽完全相同的条件下形成的表面，所以不会产生对应于所述条件的误差(覆盖层差)。结果无需另外准备镜子，能够容易且正确地计算出衍射效率。

(3)本发明的衍射光栅包括在表面形成有衍射光栅槽区域与镜子区域的基板，所述衍射光栅槽区域形成有通过反射入射光而使此入射光分散成各波长的光的衍射光栅槽，所述镜子区域反射入射光而不会使此入射光分散。

根据如上所述的结构，能够基于将光照射至衍射光栅槽区域而获得的反射光的光接收强度、与将光照射至镜子区域而获得的反射光的光接收强度，计算出衍射光栅的衍射效率。因此，即使未准备包含与衍射光栅不同的构件的镜子，只要将光照射至设置于衍射光栅的镜子区域即可，因此，无需对衍射光栅与镜子进行更换的作业。而且，因为使用来自镜子区域的反射光计算出衍射效率，所述镜子区域是在与衍射光栅槽完全相同的条件下形成的区域，所以不会产生对应于所述条件的误差(覆盖层差)。结果无需另外准备镜子，能够容易且正确地计算出衍射效率。

[发明的效果]

根据本发明，即使未准备包含与衍射光栅不同的构件的镜子，只要将光照射至设置于衍射光栅的镜子表面即可，因此，无需对衍射光栅与镜子进行更换的作业。而且，根据本发明，因为使用来自镜子表面的反射光计算出衍射效率，所述镜子表面是在与衍射光栅槽完全相同的条件下形成的表面，所以不会产生对应于所述条件的误差(覆盖层差)。

附图说明

图1(a)～图1(d)是分阶段地表示本发明一实施方式的主衍射光栅的制造方法的概略剖视图。

图2是表示进行曝光工序时所使用的曝光装置的结构例的概略图。

图3是用以对进行曝光工序时的方式进行说明的主基板周边的概念图。

图4是表示复制衍射光栅的一例的概略平面图。

图5是表示用以计算出衍射光栅的衍射效率的装置的一例的概略图。

[符号的说明]

1：曝光装置 11：激光光源

12：半反射镜 13：反射镜

14：反射镜 100：主衍射光栅

101：主基板 102：光致抗蚀剂层

103：衍射光栅槽 120：掩模

130：抗蚀剂图案 131：干涉条纹

200：复制衍射光栅 201：衍射光栅槽区域

202：镜子区域 210：复制基板

301：保持部 302：光源

303：光接收部 304：控制部

A1、A2：区域

具体实施方式

以下，对主衍射光栅的制作工序的一例进行说明。主衍射光栅是：例如，在量产衍射光栅时用作模版的衍射光栅，能够使用所述主衍射光栅来制作多个复制衍射光栅。

1.主衍射光栅的制造方法

图1(a)～图1(d)是分阶段地表示本发明实施方式的主衍射光栅100的制造方法的概略剖视图。在制作主衍射光栅100时，首先，如图1(a)所示，通过在主基板101的表面涂布抗蚀剂，而形成光致抗蚀剂(photoresist)层102(抗蚀剂涂布工序)。

主基板101例如是表面包含平坦面的板状构件。能够使用例如包含钠玻璃(soda glass)或石英玻璃等的玻璃基板作为主基板101。但是，主基板101并不限于由所述材料形成的结构。

如图1(b)所示，对光致抗蚀剂层102的表面的一部分施加掩模120(掩模工序)。接着，在对光致抗蚀剂层102的表面进行曝光后，进行显影，由此，如图1(c)所示，在主基板101的表面形成抗蚀剂图案130(曝光工序)。即，在本实施方式中，在抗蚀剂涂布工序(参照图1(a))与曝光工序(参照图1(c))之间，进行掩模工序(参照图1(b))。

图2是表示在进行曝光工序时所使用的曝光装置1的结构例的概略图。在本实施方式中，通过所谓的双光束干涉曝光，来对主基板101的表面进行曝光。所述曝光装置1包括：激光光源11、半反射镜(half mirror)12及反射镜13、14等。

从激光光源11射出的激光光束的一部分透过半反射镜12，剩余的激光光束被半反射镜12反射。透过半反射镜12后的激光光束由反射镜13反射，而被引导至主基板101的表面侧。另一方面，被半反射镜12反射后的激光光束由反射镜14反射，而被引导至主基板101的表面侧。由各反射镜13、14反射后的激光光束分别以不同的角度，射入至形成在主基板101的表面的光致抗蚀剂层102。

图3是用以对进行曝光工序时的方式进行说明的主基板101周边的概念图。如上所述，在从两个方向对光致抗蚀剂层102的表面进行曝光的情况下，如图3所示，能够使光致抗蚀剂层102上产生干涉条纹131。

由此，如图1(c)所示，在主基板101的表面的未施加掩模120的区域中，形成对应于干涉条纹131的抗蚀剂图案130。另一方面，在主基板101的表面的施加了掩模120的区域中，未形成抗蚀剂图案130。

此时，在使用了正型抗蚀剂的情况下，形成如下抗蚀剂图案130，此抗蚀剂图案130是将经过曝光的部分的光致抗蚀剂层102去除而成的抗蚀剂图案。相对于此，在使用了负型抗蚀剂的情况下，形成如下抗蚀剂图案130，此抗蚀剂图案130是将未经过曝光的部分的光致抗蚀剂层102去除而成的抗蚀剂图案。

再次参照图1(a)～图1(d)，在曝光工序后，对形成有抗蚀剂图案130的主基板101的表面实施蚀刻(蚀刻工序)。通过此种对于抗蚀剂图案130的蚀刻，如图1(d)所示，在主基板101的表面形成对应于抗蚀剂图案130的衍射光栅槽103。

作为蚀刻方法，能够例示例如离子束蚀刻(ion beam etching)等的干式蚀刻(dry etching)。使抗蚀剂图案130作为针对由蚀刻引起的化学反应的掩模而发挥功能，由此，如图1(d)所示，能够在主基板101的表面形成火焰(blaze)状(锯齿状)的衍射光栅槽103。

此时，施加了掩模120的区域是：在未形成抗蚀剂图案130而均一地残留有光致抗蚀剂层102的状态下受到蚀刻，因此，如图1(d)所示，未形成衍射光栅槽103。由此，获得如下主衍射光栅100，此主衍射光栅100在未施加掩模120的区域A1中形成有衍射光栅槽103，在施加了掩模120的区域A2中未形成衍射光栅槽103。

但是，掩模工序也可以在曝光工序(参照图1(c))与蚀刻工序(参照图1(d))之间进行，而非在抗蚀剂涂布工序(参照图1(a))与曝光工序(参照图1(c))之间进行。即，只要在蚀刻工序之前，利用掩模120来覆盖光致抗蚀剂层102的一部分，则能够获得在所述部分未形成衍射光栅槽103的主衍射光栅100。

2.复制衍射光栅的制造方法

能够通过如上所述的制作工序，来制作用以使金属薄膜转印至复制基板的主衍射光栅100。由主衍射光栅100制作复制衍射光栅的工序已众所周知，所以省略详细说明，以下简单地对一例进行说明。

在制作复制衍射光栅时，首先，在主衍射光栅100的表面形成脱模剂层。然后，通过在脱模剂层上形成金属薄膜，整个脱模剂层成为被金属薄膜覆盖的状态。另一方面，在用以供金属薄膜从主衍射光栅100转印的复制基板的表面，薄薄地涂布粘合剂。

接着，经由粘合剂使复制基板粘附于金属薄膜，并使粘合剂固化，所述金属薄膜隔着脱模剂层而形成在主衍射光栅100的表面。然后，使复制衍射光栅离开主衍射光栅100，并在脱模剂层上剥离金属薄膜，由此，使金属薄膜从主衍射光栅100转印至复制基板，从而能够制作出复制衍射光栅。

图4是表示复制衍射光栅200的一例的概略平面图。在利用如图1(a)～图1(d)所示的方法制作了主衍射光栅100，并使用所述主衍射光栅100制作了复制衍射光栅200的情况下，如图4所示，在复制衍射光栅200的表面形成衍射光栅槽区域201及镜子区域202。复制衍射光栅200的整个表面由铝或金等的金属薄膜覆盖。

衍射光栅槽区域201是与主衍射光栅100中的形成有衍射光栅槽103的区域A1对应的区域。即，所述衍射光栅槽区域201是使金属薄膜从图1(d)所示的主衍射光栅100的区域A1转印至复制基板210而成的区域，与主衍射光栅100同样地，在所述衍射光栅槽区域201中形成有衍射光栅槽。射入至衍射光栅槽区域201的光，因被衍射光栅槽反射，而分散成各波长的光。

另一方面，镜子区域202是与主衍射光栅100中的未形成有衍射光栅槽103的区域A2对应的区域。即，所述镜子区域202是使金属薄膜从图1(d)所示的主衍射光栅100的区域A2转印至复制基板210而成的区域，与主衍射光栅100同样地，在所述镜子区域202中未形成衍射光栅槽。镜子区域202仅是平坦的反射面，因此，其反射入射光而不会使入射光分散。

镜子区域202优选为小于衍射光栅槽区域201的区域。在本例中，在复制基板210的一个角部形成镜子区域202，其他区域全部为衍射光栅槽区域201。但是，并不限于此种结构，既可以在复制基板210的多个角部形成镜子区域202，也可以在角部以外的部分形成镜子区域202。

3.衍射光栅的衍射效率计算方法

在评估以所述方式制作出的复制衍射光栅200的光学性能时，将光照射至复制衍射光栅200的表面，并测定来自所述表面的反射光，由此，计算出复制衍射光栅200的衍射效率。以下，对使用主衍射光栅100制作出的复制衍射光栅200的衍射效率的计算方法进行说明，但所述计算方法也能适用于计算主衍射光栅100的衍射效率。

图5是表示用以对衍射光栅的衍射效率进行计算的装置的一例的概略图。如图4所示的复制衍射光栅200由能移位的保持部301保持。光从光源302照射至保持部301所保持的复制衍射光栅200的表面，来自所述表面的反射光由光接收部303接收。

保持部301能通过控制部304的控制，沿着与复制衍射光栅200平行的方向移位。控制部304通过使保持部301移位，能够使复制衍射光栅200移动至从光源302照射出的光射入至衍射光栅槽区域201时的位置、及射入至镜子区域202时的位置。

被衍射光栅槽区域201或镜子区域202反射后的光由光接收部303接收，将表示所述光的光接收强度的信号输入至控制部304。控制部304例如为包含中央处理器(Central Processing Unit，CPU)的结构，CPU基于来自光接收部303的输入信号进行运算，由此，计算出复制衍射光栅200的衍射效率。

在计算衍射光栅的衍射效率时，首先，准备成为测定对象的衍射光栅(准备工序)。此时所准备的衍射光栅例如为如图4所示的复制衍射光栅200，所述复制衍射光栅200在表面具有形成有衍射光栅槽的区域(衍射光栅槽区域201)、及未形成衍射光栅槽的区域(镜子区域202)。

接着，利用保持部301保持复制衍射光栅200，并使保持部301移位，由此，使复制衍射光栅200移动至从光源302照射出的光射入至衍射光栅槽区域201时的位置。在此状态下，将光从光源302照射至衍射光栅槽区域201，并利用光接收部303接收来自衍射光栅槽区域201的反射光，由此，测定所述反射光的光接收强度(第一测定工序)。

然后，使保持部301移位，由此，使复制衍射光栅200移动至从光源302照射出的光射入至镜子区域202时的位置。在此状态下，将光从光源302照射至镜子区域202，并利用光接收部303接收来自镜子区域202的反射光，由此，测定所述反射光的光接收强度(第二测定工序)。但是，第一测定工序及第二测定工序均可先进行。

控制部304基于在第一测定工序中测定出的反射光的光接收强度、与在第二测定工序中测定出的反射光的光接收强度，计算出作为测定对象的复制衍射光栅200的衍射效率(运算工序)。具体来说，根据下述式(1)计算出衍射效率(相对衍射效率)作为如下值，此值表示在第一测定工序中测定出的反射光的光接收强度I1、与在第二测定工序中测定出的反射光的光接收强度I2之比。

衍射效率＝(I1/I2)×100(％)···(1)

如此，在本实施方式中，能够基于将光照射至形成有衍射光栅槽的衍射光栅槽区域201而获得的反射光的光接收强度、与将光照射至未形成衍射光栅槽的镜子区域202而获得的反射光的光接收强度，计算出复制衍射光栅200的衍射效率。因此，即使未准备包含与复制衍射光栅200不同的构件的镜子，只要将光照射至设置于复制衍射光栅200的镜子区域202即可，因此，无需对衍射光栅与镜子进行更换的作业。而且，因为使用来自镜子区域202的反射光计算出衍射效率，所述镜子区域202是在与衍射光栅槽区域201完全相同的条件下形成的区域，所以不会产生对应于所述条件的误差(覆盖层差)。结果无需另外准备镜子，能够容易且正确地计算出衍射效率。

4.变形例

在以上的实施方式中说明了如下结构，即，通过控制部304的控制，例如使保持部301移位来移动复制衍射光栅200或计算出复制衍射光栅200的衍射效率。但是，不限于此种结构，还可以采用如下结构，即，由作业者手动地进行各工序中的至少一个工序。而且，不限于通过使保持部301移位来对从光源302照射出的光射入至衍射光栅槽区域201时的位置、与射入至镜子区域202时的位置进行切换，还可以采用通过使光源302移位来进行所述切换的结构。

在所述实施方式中，说明了在平面上形成有衍射光栅槽的平面衍射光栅，但本发明不限于平面衍射光栅，还能适用于在凹弯曲面上形成有衍射光栅槽的凹面衍射光栅等。

Claims (8)

1.一种衍射光栅的制造方法，其特征在于包括:

抗蚀剂涂布工序，在基板的表面涂布抗蚀剂；

曝光工序，通过从两个方向对涂布有所述抗蚀剂的所述基板的表面进行曝光而产生干涉条纹，在所述基板的表面形成对应于所述干涉条纹的抗蚀剂图案；

蚀刻工序，通过对所述抗蚀剂图案进行蚀刻，在所述基板的表面形成对应于所述抗蚀剂图案的衍射光栅槽；以及

掩模工序，在所述抗蚀剂涂布工序与所述曝光工序之间、或所述曝光工序与所述蚀刻工序之间，对所述抗蚀剂的表面的一部分施加掩模，

其中，通过所述蚀刻工序获得衍射光栅，所述衍射光栅在未施加所述掩模的区域中形成有所述衍射光栅槽，在施加了所述掩模的区域中未形成所述衍射光栅槽。

2.一种衍射效率计算方法，其特征在于包括：

准备工序，准备衍射光栅，在所述衍射光栅的表面包括：形成有衍射光栅槽的区域、及未形成所述衍射光栅槽的区域；

第一测定工序，将光照射至所述衍射光栅中的形成有所述衍射光栅槽的第一区域，测定来自所述第一区域的第一反射光的光接收强度；

第二测定工序，将光照射至所述衍射光栅中的未形成所述衍射光栅槽的第二区域，测定来自所述第二区域的第二反射光的光接收强度；以及

运算工序，基于在所述第一测定工序中测定出的所述第一反射光的光接收强度及所述第二测定工序中测定出的所述第二反射光的光接收强度，来计算出衍射效率。

3.一种衍射光栅，其特征在于包括：

基板，在所述基板的表面形成有衍射光栅槽区域与镜子区域，

所述衍射光栅槽区域形成有通过反射入射光而使所述入射光分散成各波长的光的衍射光栅槽，

所述镜子区域反射入射光而不会使所述入射光分散。

4.根据权利要求3所述的衍射光栅，其特征在于：

所述镜子区域包含平坦的反射面。

5.根据权利要求3所述的衍射光栅，其特征在于：

所述镜子区域为小于所述衍射光栅槽区域的区域。

6.根据权利要求3所述的衍射光栅，其特征在于：

所述镜子区域形成在所述基板的至少一个角部。

7.根据权利要求3所述的衍射光栅，其特征在于：

在所述衍射光栅槽区域的平面上，形成有所述衍射光栅槽。

8.根据权利要求3所述的衍射光栅，其特征在于：

所述基板的整个表面由金属薄膜覆盖。