CN1504842A - 全息元件 - Google Patents

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Abstract

提供一种光掩膜，用于制造具有期望的光学特性的全息元件；一种方法，用于制造一个全息元件；和一种全息元件，具有期望的光学特性。第一光掩膜(30)用于基于光刻法的一个全息元件的制造，这个全息元件具有一个全息图，全息图分成两个各带有一个衍射光栅的区域。为了形成全息图区域的衍射光栅，第一光掩膜30包括第一、第二掩膜区域(31，32)，掩膜区域(31，32)具有非光透射掩膜部分(31a，32a)和光透射部分(31b，32b)。两个掩膜区域在对于光透射部分的准直方向上排列间隔(E1，E2)不同，和对于光透射部分的准直方向上的宽度(e1，e2)与准直方向上的排列间隔(E1，E2)的比值(e1/E1，e2/E2)不同。

Description

全息元件
发明背景
发明领域
本发明涉及一种光掩膜，用于一种全息元件的生产，此元件设计用于一种光学拾取装置，此装置装配于一种光盘记录/重放仪器中；一种使用光掩膜生产全息元件的方法；和一种全息元件。
相关技术描述
一种光盘例如光盘(缩写为CD)或数字万用盘(缩写为DVD)能够以高记录密度记录大量信息，并从而得到更广泛的应用。例如，它使用于视听系统和计算机中。
附图15是常规设计的光学拾取装置1的透视图。光学拾取装置1由一个光电探测器2、一个分束器3、一个准直透镜4、一个物镜5、和一个光源6组成。光源6中发射出来的光从分束器3上反射，并随后通过准直透镜4转换为平行光。平行光通过物镜5聚焦在一个光盘10的信息记录表面上。在被光盘10的信息记录表面反射后，信号光包括有记录在光盘10中的信息，经过物镜5、准直透镜4、和分束器3而入射到光电探测器2上。
为了增强这个安装在一个光盘记录/重放仪器中的光学拾取装置的重放特性，来读出记录在光盘上的信息，需要尽可能多的重放信号光入射到光探测器上。通过使用一个偏振光学系统，到目前为止已经提高了这个重放信号的品质。然而，即使信号光不是足够强，使用目前在磁盘驱动器上和在包括光接收元件的光探测部分技术上的改进，也能够获得满意的重放特性。此外，对于一件仪器提出了更高的要求，要求尺寸更小和价格更低。做为这样一种趋势的自然结果，一种结构更简单的光学系统代替偏振光学系统，已经投入广泛使用中。其中，作为有代表性的例子，已知一种集成单元光学系统，它通过结合一个光源和一个使用一个衍射元件的光探测部分来构成。
附图16是另一种常规设计的使用一个集成单元光学系统的光学拾取装置11的透视图。光学拾取装置11具有简单的结构，它大体包括一个集成单元12和一个物镜13。在这个光学拾取装置11中，集成单元12这样设置，集成单元12发射的光的光轴与光盘10的信息记录表面平行排列。此外，在光学拾取装置11中，准直透镜14设置在集成单元12与物镜13之间的区域内。注意，在使用了这样一个集成单元12的光学拾取装置11中，一面升起的镜子可以附加的设置在集成单元12与物镜13之间的区域内。这面升起的镜子用于偏转集成单元12发射的光，使得聚焦在光盘10的信息记录表面上光的光轴垂直于信息记录表面。
集成单元12由一个全息元件15，一个做为光源的激光元件17，和一个做为光探测部分的光接收元件18组成。全息元件15提供有一个全息图16。全息图16分为两个区域，在每个区域上形成有衍射光栅。激光元件17发射的光以这样的顺序通过全息元件15的全息图16和准直透镜14，并随后通过物镜13聚焦在光盘10的信息记录表面上。从光盘10上反射的光经过物镜13和准直透镜14，并随后入射到全息图16上，在这里，光由设置在每个全息区域中的衍射光栅衍射，从而转换为一阶衍射光。一阶衍射光入射到光探测部分18上。由全息图16的一个区域衍射的反射光用于探测记录在光盘10上的凹坑数据，而由另一个区域衍射的反射光束用于探测凹坑数据和一个聚焦误差信号。
此外，利用在全息图16各自区域上所衍射的光束之间强度的不同，探测一个跟踪误差信号。此时，如果各自全息区域的衍射光栅在一阶衍射效率(即，一阶衍射光总量与所有光总量的比率)上不同，则在跟踪误差信号中产生一个偏移量，并因此这个光学拾取装置通过一束光束不能完成在光盘上的磁轨跟随。结果，不能够正确地探测凹坑数据。为了解决这个问题，全息元件通常这样设计，在各自全息区域的衍射光栅之间一阶衍射效率比保持在0.9～1.1的范围内。组成全息图的衍射光栅的一阶衍射效率根据衍射光栅的沟槽深度和表示为沟槽开口宽度与光栅间隔比率的占空比来确定。然而，适当地控制衍射光栅的沟槽深度和沟槽开口宽度是困难的。
图17A～17F是截面图，示出了依照光刻法制造全息模的工序步骤。首先，在图17A所示的衬底清洁工序中，要清洁一个玻璃衬底21的一个表面。随后，在图17B所示的抗蚀剂涂层工序中，抗蚀剂22，即一种感光体根据旋转涂层法应用于玻璃衬底21的表面，接下来通过烤漆来挥发溶剂。
在图17C所示的曝光工序中，一个光掩膜通过抗蚀剂22与玻璃衬底21紧密接触。这个光掩膜对于构造全息图具有很好的衍射光栅图案。然后，对其施加紫外线，在抗蚀剂22上形成很好的衍射光栅图案。其后，在图17D中所示的刻蚀工序中，通过曝光工序在抗蚀剂上形成了很好的衍射光栅图案，使用一种无功离子刻蚀(缩写为RIE)装置对具有这种抗蚀剂22的玻璃衬底21进行干法刻蚀。这里用作刻蚀气体的是例如四氟化碳(化学式：CF4)气体或三氟甲烷(化学式：CHF3)气体。
在图17E所示的抛光工序中，通过使用溶剂或在氧气环境中执行一个抛光去除操作，去除剩余在玻璃衬底21上的残留抗蚀剂22；因此，对应于抗蚀剂图案的凹坑和凸起形成在玻璃衬底21上。在图17F所示的分离工序中，形成在玻璃衬底21上的许多全息图被分离，实现最终需要的结构。
图18是一个流程图，表明如在根据光刻法制造全息图的过程中得到的控制衍射效率比的程序。在步骤u0，开始衍射效率比控制，并且程序进入到步骤u1。在步骤u1，紧接着光掩膜的改变，光掩膜与玻璃盘紧密接触。随后，程序进入到步骤u2。在步骤u2，每个全息图区域的一阶衍射效率使用不同的曝光时间测量三次。然后，程序进入到步骤u3。
在步骤u3，无论一阶衍射效率比是否保持在0.9～1.1的范围内都将被检测。当光总量的积分达到衍射光栅占空比为0.5的确定值时，一阶衍射效率处于它的峰值。从而，首先确定的是对于光总量积分的最佳值，在此值处每个区域内测量的一阶衍射效率最大。然后，获得了对应于最佳光总量积分的一个一阶衍射效率比。光总量积分是光总量和曝光持续时间的产物。无论一阶衍射效率比是否保持在0.9～1.1的范围内都将被检测，如果没有，则程序返回到步骤u2，在那里再一次改变曝光条件。重复步骤u2到u3的操作直到一阶衍射效率比落入0.9～1.1的范围内。
在步骤u3中，如果一阶衍射效率比被判断为落入了0.9～1.1的范围内，就确定了一个最佳的曝光条件，并且程序进入到步骤u4。在步骤u4，根据确定的曝光时间制造出大量的全息图，并且程序进入到步骤u5。在步骤u5，控制衍射效率比的程序完成了。这样，无论光掩膜如何改变，通过执行最佳的曝光量控制，在两个全息区域之间的一阶衍射效率比总是能够持续保持在0.9～1.1的范围内。
除了上面所述的玻璃元件，一个由紫外线硬化树脂制造的元件也可以用作全息元件，来用于这样一个光学系统中(例如，参见专利文献1和2)。通过使用这样一种紫外线硬化树脂元件，与使用常用的玻璃元件的情况相比，不但可能以更低的成本制备要求的材料，而且作为一种制造方法，还可采用所谓的光敏聚合物法(缩写为2P方法)，这种方法有极好的生产效率。这有助于减少全息元件的生产成本。
图19A～19C是截面图，示出了根据光敏聚合物法制造全息图的工序步骤。首先，如图19A所示，准备一对压模23A和23B，以及一个树脂衬底24。通过根据上述光刻法在玻璃衬底上形成一衍射光栅图案，构造每个压模23A和23B。压模23A设置为，其带有衍射光栅图案的一侧表面朝向树脂衬底24的一个表面。压模23B设置为，其带有衍射光栅图案的一侧表面朝向树脂衬底24的另一个表面。随后，紫外线硬化树脂25施加到树脂衬底24的一个表面上。紫外线硬化树脂25还施加到带有衍射光栅图案的压模23B的那个表面上。作为用于形成树脂衬底24的树脂材料，希望使用一种透明树脂材料，当用激光照射时能够抗劣化。特别地，通常使用丙烯酸树脂。
随后，如图19B所示，压膜23A和23B分别与树脂衬底24邻接，接着如期望的那样加压，使得紫外线硬化树脂25在压力作用下在树脂衬底24的表面上充分展开。然后，对那里施加紫外线来固化紫外线硬化树脂25。那之后，如图19C所示，压膜23A和23B从带有紫外线硬化树脂25的树脂衬底24上移开，从而在树脂衬底24上形成了一个衍射光栅。
根据这些已经提到的常用方法实现全息元件的衍射光栅。这里，使用的光掩膜这样设计，各个全息图区域在光栅间隔和曲率上各不相同。这允许入射到全息图上的信号光聚焦并进入到如图16所示的形成在光接收元件18上的各自的光接收区域中。此外，光掩膜这样设计，当沟槽具有相同的深度时，每个全息图区域的占空比为0.5，此时获得最大的一阶衍射效率。
在日本未审查的专利公开JP-A 10-187014和JP-A 10-254335中，披露了相关的技术。
通常，全息图的衍射光栅上覆盖有一个防反射膜，使得激光输出的可用性最大化。然而，这时如果全息元件是使用上述光掩膜制造的，该光掩膜设计成每个全息区域的占空比为0.5，那么一阶衍射效率比或，在大量生产的情况下，一阶衍射效率比的平均值可能会偏离最佳值1.0，如果有什么区别的话，将落在0.9～1.1的范围之外。
图20示出了当在具有不同衍射光栅间隔的两个区域中的每个中观察时，一阶衍射效率和曝光量之间的关系。图20中，实线L10表示当在具有光栅间隔为Δ的第一区域中观察时，一阶衍射效率和曝光量之间的关系，而长双点划线L11表示当在具有光栅间隔为δ的第二区域中观察时，一阶衍射效率和曝光量之间的关系，光栅间隔δ小于第一区域中的光栅间隔Δ。
根据光刻法，如从实线L10和长双点划线L11中看到的，曝光量越大，一阶衍射效率可能越高。当曝光量达到某个水平时，一阶衍射效率取得最大值。这之后，随着曝光量的增加，一阶衍射效率减小。此外，如从实线L10和长双点划线L11中看到的，在具有较短的光栅间隔的第二区域中比在具有较长的光栅间隔的第一区域中，相对于曝光量变化的一阶衍射效率的变化更为显著。仅当曝光量达到占空比设定为0.5的确定水平时，即，第一和第二区域分别取得最大的一阶衍射效率时，第一和第二区域在一阶衍射效率上才可以相等，即，在第一和第二区域之间的一阶衍射效率比定为1.0：最佳值。当曝光量所处的水平不同于上述水平时，具有较短的光栅间隔的区域取得较低的一阶衍射效率。
图21示出了当在具有不同衍射光栅间隔的两个区域中的每个中观察时，在蒸汽淀积一个防反射膜前后获得的一阶衍射效率和曝光量之间的关系。图21中，虚线L12表示当在具有光栅间隔为Δ的第一区域中观察时，在防反射膜蒸汽淀积前获得的一阶衍射效率和曝光量之间的关系；实线L13表示当在第一区域中观察时，防反射膜蒸汽淀积后获得的一阶衍射效率和曝光量之间的关系；长的点划线L14表示当在具有光栅间隔为δ的第二区域中观察时，在防反射膜蒸汽淀积前获得的一阶衍射效率和曝光量之间的关系，其中的光栅间隔δ小于第一区域中的光栅间隔Δ；和长的双点划线L15表示当在第二区域中观察时，防反射膜蒸汽淀积后获得的一阶衍射效率和曝光量之间的关系。
通常，根据蒸汽沉积法，通过分层堆积介电薄膜，在衍射光栅上形成防反射膜。然而，这样一个蒸汽沉积过程不利地影响了通过光刻法构造的衍射光栅的理想空间结构，导致第一和第二区域中的一阶衍射效率减小。特别的，如图21所示，在第一区域中，一阶衍射效率从虚线L12所示的一个状态变化到实线L13所示的一个状态，而在第二区域中，一阶衍射效率从长点划线L14所示的一个状态变化到长双点划线L15所示的一个状态。从图21中可以看出，具有较短光栅间隔的第二区域在一阶衍射效率上经历了较明显的下降。结果，在两个区域之间的一阶衍射效率中产生了不一致，并因此一阶衍射效率比大大偏离了最佳值：1.0。
在设计用于一种光学介质重放仪器的全息元件中，此仪器是用于读写要求信息写入的光学介质，例如一种可记录光盘驱动器(缩写为CD-R)，一阶衍射效率是低的，并且在一阶衍射效率上的改变对于在光学介质上的读写有重大的影响。
发明概述
因此，本发明的一个目的是提供一种光掩膜，用于制造具有期望的光学特性的全息元件，一种方法，用于制造一个全息元件，和一种全息元件，具有期望的光学特性。
本发明提供一个光掩膜，用于基于光刻法的一个全息元件的制造，这个全息元件包括一个全息图，该全息图分成多个区域，每个区域上形成有一个衍射光栅，该光掩膜包括：
形成全息图各自区域的衍射光栅的许多掩膜区域，掩膜区域由一个非光透射掩膜部分和一个光透射掩膜部分组成，
其中，在许多掩膜区域中，在光透射部分在一个准直方向上排列的排列间隔中，和在光透射部分的准直方向上的宽度与光透射部分的准直方向上的排列间隔的比值中，至少两个掩膜区域构造得相互不同。
根据本发明，光掩膜包括许多掩膜区域，用以形成全息图的各自区域的衍射光栅。这些掩膜区域由一个非光透射掩膜部分和一个光透射掩膜部分组成。在许多掩膜区域中，在光透射部分在一个准直方向上排列的排列间隔中，和在光透射部分的准直方向上的宽度与光透射部分的准直方向上的排列间隔的比值中，至少两个掩膜区域构造得相互不同。在使用光掩膜通过基于光刻曝光处理制成的一个全息元件中，它的全息图这样设置，即在许多全息区域中，至少两个区域具有不同的衍射光栅间隔和不同的占空比。占空比是指在衍射光栅内准直方向方式上的沟槽开口宽度与光栅间隔的比值。
在这样设计的全息元件中，在许多全息区域中，至少两个区域具有不同的衍射光栅间隔。从而，在这些区域的衍射光栅形成中的曝光量与一阶衍射效率之间的关系上，在这些区域之间产生了不同。在全息元件中，即使这些全息区域具有不同的衍射光栅间隔，只要这些区域的衍射光栅具有相同的占空比，那么这些区域在一阶衍射效率上相等的那个曝光量值通常表示这些区域分别获得最大一阶衍射效率的那个曝光量值。此时，这些区域对于一阶衍射效率的最大值也是相等的。从而，通过这样设计全息元件，即这些全息区域的衍射光栅具有不同的占空比，在对应于最大一阶衍射效率的曝光量值上，在区域间产生了不同。因此，能够设置区域间的一阶衍射效率比为一个期望的值，并由此能够制造表现出期望的光学特性的全息元件。
在本发明中，最好在具有较短光透射部分排列间隔的掩膜区域中，光透射部分准直方向上的宽度与准直方向上排列间隔的比值，做成小于在具有较长光透射部分排列间隔的掩膜区域中，光透射部分准直方向上的宽度与准直方向上的排列间隔的比值。
根据本发明，光掩膜包括许多掩膜区域，用以形成全息图的各自区域的衍射光栅。这些掩膜区域由一个非光透射掩膜部分和一个光透射掩膜部分组成。在许多掩膜区域中，至少两个掩膜区域在对于光透射部分的准直方向上的排列间隔上构造得相互不同。此外，对于光透射部分在准直方向上的宽度与准直方向上的排列间隔的比值，具有较短的光透射部分排列间隔的掩膜区域做成小于具有较长的光透射部分排列间隔的掩膜区域。在使用这个光掩膜通过基于光刻曝光过程制造的全息元件中，它的全息图这样设置，即在许多全息区域中，至少两个区域具有不同的衍射光栅间隔。此外，在占空比方面，占空比是指在衍射光栅内准直方向上的沟槽开口宽度与光栅间隔的比值，具有较短光栅间隔的衍射光栅做成在占空比上小于具有较长光栅间隔的衍射光栅。在这样构造的全息元件中，在许多全息区域中，至少两个区域具有不同的衍射光栅间隔。因此，在这些区域的衍射光栅形成中的曝光量与一阶衍射效率之间的关系上，在区域之间产生了不同。
在全息元件中，即使这些全息区域具有不同的衍射光栅间隔，只要这些区域的衍射光栅有相同的占空比，那么这些区域在一阶衍射效率上相等的那个曝光量值通常表示这些区域分别获得最大一阶衍射效率的那个曝光量值。此外，已经知道，全息图中衍射光栅的占空比越小，对应于最大一阶衍射效率的曝光量值越大。进一步，一个曲线图表明了在每个全息区域的衍射光栅制造中的曝光量与一阶衍射效率之间的关系，此图通常是一个凸起的形状，其中当曝光量达到某个水平时一阶衍射效率取得最大值。在曲线图中，光栅间隔越大，曲线图的弯曲就越平缓，此弯曲与表示对应于最大一阶衍射效率的一个曝光量值的顶点有关。从而，在全息元件中，通过调整具有较短光栅间隔的衍射光栅的占空比，使其小于具有较长光栅间隔的衍射光栅的占空比，能够使得在具有较短光栅间隔的衍射光栅所在区域中，对应于最大一阶衍射效率的曝光量值大于具有较长光栅间隔的衍射光栅所在区域中的值。此外，能够给曝光量指定一个期望值，在此值处这些全息区域具有相等的一阶衍射效率。这样，能够给曝光量指定一个期望值，在此值处这些全息区域具有相等的一阶衍射效率，换句话说，在区域间的一阶衍射效率比设定为1.0。因此，在基于光刻曝光的过程中，可以防止光刻胶经受由小于期望值的曝光量导致的曝光不足。进一步，表现出期望的光学特性的全息元件必定能实现。
在本发明中，最好在每个区域中，对于光透射部分，准直方向上的宽度与准直方向上的排列间隔的比值设为0.5或以下。
根据本发明，光掩膜包括许多掩膜区域，用以形成全息图的各自区域的衍射光栅。这些掩膜区域由一个非光透射掩膜部分和一个光透射掩膜部分组成。在许多掩膜区域中，至少两个掩膜区域对于光透射部分在准直方向上的排列间隔上构造得相互不同。此外，在每个区域中，对于光透射部分，准直方向上的宽度与准直方向上的排列间隔的比值设为0.5或以下。在使用这个光掩膜通过基于光刻曝光过程制造的全息元件中，它的全息图这样设置，在许多全息区域中，至少两个区域具有不同的衍射光栅间隔，和占空比设为0.5或以下，占空比是指在衍射光栅内准直方向上的沟槽开口宽度与光栅间隔的比值。在这样构造的全息元件中，在许多全息区域中，至少两个区域具有不同的衍射光栅间隔。因此，在这些区域的衍射光栅形成中的曝光量与一阶衍射效率之间的关系上，在区域之间产生了不同。
在全息元件中，即使这些全息区域具有不同的衍射光栅间隔，只要这些区域的衍射光栅有相同的占空比，那么这些区域在一阶衍射效率上相等的那个曝光量值通常表示这些区域分别获得最大一阶衍射效率的那个曝光量值。此外，已经知道，全息图中衍射光栅的占空比越小，对应于最大一阶衍射效率的曝光量值越大。此外，一个曲线图表明了在每个全息区域的衍射光栅制造中的曝光量与一阶衍射效率之间的关系，此图通常是一个凸起的形状，其中当曝光量达到某个水平时一阶衍射效率取得最大值。在曲线图中，光栅间隔越大，曲线图的弯曲就越平缓，此弯曲与表示对应于最大一阶衍射效率的一个曝光量的顶点有关。从而，在全息元件中，通过调整全息图的占空比到0.5或以下，能够给曝光量指定一个期望值，在此值处这些全息区域具有相等的一阶衍射效率。这样，能够给曝光量指定一个期望值，在此值处这些全息区域具有相等的一阶衍射效率，换句话说，在区域间的一阶衍射效率比设定为1.0。因此，在基于光刻曝光的过程中，可以防止光刻胶经受由小于期望值的曝光量导致的曝光不足。进一步，表现出期望的光学特性的全息元件必定能实现。
本发明提供一种制造全息元件的方法，包括：通过使用光刻法执行曝光，其中使用上述光掩膜，曝光量控制在一个水平上，在那里具有衍射光栅的各自全息区域在一阶衍射效率上相等。
根据本发明，通过执行曝光制造一个全息元件，曝光量控制在一个水平上，在那里具有衍射光栅的各自全息区域在一阶衍射效率上相等。从而，在全息区域间的一阶衍射效率比设定为1.0。使得能够制造出表现最优光学特性的全息元件。
本发明提供一种制造全息元件的方法，包括：通过使用光刻法执行曝光，其中使用上述光掩膜，曝光量控制在一个水平上，在那里具有较短光栅间隔的衍射光栅的全息区域，在一阶衍射效率上做成大于具有较长光栅间隔的衍射光栅的全息区域。
根据本发明，通过执行曝光制造一个全息元件，曝光量控制在一个水平上，在那里具有较短光栅间隔的衍射光栅的全息区域，在一阶衍射效率上做成大于具有较长光栅间隔的衍射光栅的全息区域。在施加一层防反射膜到全息元件的情况下，通常，在具有较短光栅间隔的全息区域中，一阶衍射效率的降低程度高于在具有较长光栅间隔的全息区域中的情况。这使得难于让这些区域的一阶衍射效率相等，换句话说，难于设置区域间的一阶衍射效率比为1.0。考虑到这种情况，全息元件预先这样设置，将具有较短光栅间隔的全息区域的一阶衍射效率，做成大于具有较长光栅间隔的全息区域的一阶衍射效率。通过这样做，即使一层防反射膜用于全息元件上，这些区域的一阶衍射效率也能够相等，换句话说，能够设置区域间的一阶衍射效率比为最佳值1.0。结果，一定能制造出表现最佳光学特征的全息元件。
本发明提供一种全息元件，包括：
一个全息图，分成许多区域，每个区域上形成一个衍射光栅，
其中，这些区域中，至少两个区域具有不同的衍射光栅间隔和不同的占空比，占空比是指在衍射光栅内准直方向上的沟槽开口宽度与光栅间隔的比值。
根据本发明，全息元件包括一个全息图，全息图分成多个区域，每个区域上形成有一个衍射光栅。在这些区域中，至少两个区域具有不同的衍射光栅间隔和不同的占空比。占空比是指在衍射光栅内准直方向上的沟槽开口宽度与光栅间隔的比值。在这样构造的全息元件中，由于至少两个全息区域具有不同的衍射光栅间隔，因此在这些区域的衍射光栅形成中的曝光量与一阶衍射效率之间的关系上，在区域之间产生了不同。
在全息元件中，即使这些全息区域具有不同的衍射光栅间隔，只要这些区域的衍射光栅有相同的占空比，那么这些区域在一阶衍射效率上相等的那个曝光量值通常表示这些区域分别获得最大一阶衍射效率的那个曝光量值。此时，这些区域在一阶衍射效率的最大值上也相等。从而，通过设计这些全息元件使得全息图区域的衍射光栅具有不同的占空比，在对应于最大一阶衍射效率的曝光量值上，在这些区域之间产生了不同。因此，能够设定区域间的一阶衍射效率比为一期望值，并从而使全息元件成功的提供了期望的光学特性。
在本发明中，最好具有最大光栅间隔的衍射光栅的占空比设为0.5或以下，而具有最小光栅间隔的衍射光栅的占空比设为0.5或以上，占空比是指在衍射光栅内准直方向上的沟槽开口宽度与光栅间隔的比值。
根据本发明，全息元件包括一个全息图，全息图分成多个区域，每个区域上形成有一个衍射光栅。在这些区域中，至少两个区域具有不同的衍射光栅间隔。此外，具有最大光栅间隔的衍射光栅的占空比设为0.5或以下，而具有最小光栅间隔的衍射光栅的占空比设为0.5或以上。占空比是指在衍射光栅内准直方向上的沟槽开口宽度与光栅间隔的比值。在这样构造的全息元件中，由于至少两个全息区域具有不同的衍射光栅间隔，因此在这些区域的衍射光栅形成中的曝光量与一阶衍射效率之间的关系上，在这些区域之间产生了不同。
在全息元件中，即使这些全息区域具有不同的衍射光栅间隔，只要这些区域的衍射光栅有相同的占空比，那么这些区域在一阶衍射效率上相等的那个曝光量值通常表示这些区域分别获得最大一阶衍射效率的那个曝光量值。此外，已经知道，全息图中的衍射光栅的占空比越小，对应于最大一阶衍射效率的曝光量值越大。进一步，一个曲线图表明了在每个全息区域的衍射光栅制造中的曝光量与一阶衍射效率之间的关系，此图通常是一个凸起的形状，其中当曝光量达到某个水平时一阶衍射效率取得最大值。在曲线图中，光栅间隔越大，曲线图的弯曲就越平缓，此弯曲与表示对应于最大一阶衍射效率的一个曝光量的顶点有关。从而，通过这样设计全息元件，即具有最大光栅间隔的衍射光栅的占空比设为0.5或以下，而具有最小光栅间隔的衍射光栅的占空比设为0.5或以上，占空比是指在衍射光栅内准直方向上的沟槽开口宽度与光栅间隔的比值，能够给曝光量指定一个期望值，在此值处这些全息区域具有相等的一阶衍射效率。这样，由于能够给曝光量指定一个期望值，在此值处这些全息区域具有相等的一阶衍射效率，换句话说，在区域间的一阶衍射效率比设定为1.0，所以全息元件成功的提供了期望的光学特性。
本发明提供一种全息元件包括：
一个全息图，分成许多区域，每个区域上形成一个衍射光栅，
其中，在这些区域中，至少两个区域在衍射光栅间隔上不同，但是在一阶衍射效率上相等。
根据本发明，全息元件包括一个全息图，全息图分成多个区域，每个区域上形成有一个衍射光栅。在这些区域中，至少两个区域具有不同的衍射光栅间隔，但一阶衍射效率相等。在这样构造的全息元件中，由于至少两个全息区域具有不同的衍射光栅间隔，因此在这些区域的衍射光栅形成中的曝光量与一阶衍射效率之间的关系上，在区域之间产生了不同。此外，由于这些区域具有相等的一阶衍射效率，在区域间的一阶衍射效率比设定为1.0。所以全息元件成功地提供了期望的光学特性。
本发明提供一种全息元件，包括：
一个全息图，分成许多区域，每个区域上形成一个衍射光栅，
其中，在这些区域中，至少两个区域具有不同的衍射光栅间隔，
和其中在覆盖了一层防反射膜的情况下，全息图的区域在一阶衍射效率上彼此相等。
根据本发明，全息元件包括一个全息图，全息图分成多个区域，每个区域上形成有一个衍射光栅。在这些区域中，至少两个区域具有不同的衍射光栅间隔，和在覆盖一层防反射膜的情况下，这些区域具有相同的一阶衍射效率。在这样构造的全息元件中，由于至少两个全息区域具有不同的衍射光栅间隔，因此在这些区域的衍射光栅形成中的曝光量与一阶衍射效率之间的关系上，在区域之间产生了不同。此外，由于这些区域在覆盖一层防反射膜的情况下具有相等的一阶衍射效率，所以在这些全息区域间的一阶衍射效率比设定为1.0。从而，即使在这些全息区域覆盖了一层防反射膜的情况下，全息元件还是成功地提供了期望的光学特性。
附图简要说明
本发明的其它的或更多的目的、特征和优点将在下面参照附图详细描述，
其中：
图1是根据本发明一个实施例的一个第一光掩膜的平面图，在放大的状态下示出了一个第一掩膜区域和一个第二掩膜区域；
图2是一个平面图，作为一个整体示出了这个第一光掩膜；
图3是一个平面图，示出了一个第一光掩膜族；
图4是根据本发明另一个实施例的一个第二光掩膜的平面图，在放大的状态下示出了一个第一掩膜区域、一个第二掩膜区域和一个第三掩膜区域；
图5是一个平面图，作为一个整体示出了这个第二光掩膜；
图6是一个平面图，示出了一个第二光掩膜族；
图7A是一个带有沟槽的衍射光栅截面图，此沟槽具有矩形的截面轮廓，当在沟槽排列方向上观察时，它示出了一个光栅间隔D和一个开口宽度d；
图7B是一个带有沟槽的衍射光栅截面图，此沟槽具有锥形的侧壁，即梯形截面轮廓，当在沟槽排列方向上观察时，它示出了一个光栅间隔D和一个开口宽度d；
图8示出了在每个全息区域中观察时，全息元件制造过程中的曝光量和一阶衍射效率之间的关系。
图9示出了在每个全息区域中观察时，在覆盖有一层防反射膜的全息元件制造过程中的曝光量和一阶衍射效率之间的关系。
图10是一个流程图，根据本发明的另一个实施例，表明了一个全息元件制造方法的流程。
图11是一个平面图，示出了根据本发明另一个实施例的一个第一全息元件；
图12是一个全息图的截面图，示出了一个第一区域和一个第二区域；
图13是一个根据本发明再一个实施例的一个第二全息元件的截面图，示出了全息图的一个第一区域和一个第二区域；
图14是一个平面图，示出了根据本发明再一个实施例的一个第四全息元件；
图15是一个透视图，示出了根据一种现有技术的一个光学拾取设备；
图16是一个透视图，示出了根据另一种现有技术使用集成单元光学系统的一个光学拾取设备；
图17A～17F是截面图，示出了依照光刻法制造全息模的工序步骤；
图18是一个流程图，表明在根据光刻法制造全息图的过程中控制衍射效率比的程序；
图19A～19C是截面图，示出了根据光敏聚合物法制造全息图的工序步骤；
图20示出了当在具有不同衍射光栅间隔的两个区域中的每个中观察时，一阶衍射效率和曝光量之间的关系；和
图21示出了当在具有不同衍射光栅间隔的两个区域中的每个中观察时，在蒸汽淀积一个防反射膜前后获得的一阶衍射效率和曝光量之间的关系。
最佳实施例详细描述
现在参照附图，下面详细描述本发明的优选实施例。
图1是根据本发明一个实施例的一个第一光掩膜30的平面图，在放大的状态下示出了一个第一掩膜区域31和一个第二掩膜区域32。图2是一个平面图，作为一个整体示出了这个第一光掩膜30。图1是一个放大的图，示出了在图2中第一和第二掩膜区域31和32之间的边界附近的部分I。第一光掩膜30设计用于基于光刻的一种a型全息元件的制造，此元件包括分成多个区域的全息图，在这个实施例中是两个区域：一个第一区域和一个第二区域，在每个区域中形成有一衍射光栅。
为了形成构成a型全息元件的全息图的第一和第二区域的衍射光栅，第一光掩膜30包括许多掩膜区域，在这个实施例中是两个区域，一个第一掩膜区域31和一个第二掩膜区域32。第一掩膜区域31由一个非光透射掩膜部分31a和一个光透射部分31b组成。第二掩膜区域32由一个非光透射掩膜部分32a和一个光透射部分32b组成。更特别的，第一、第二掩膜区域31、32的光透射部分31b、32b成形为一个开口部分，在厚度方向上穿透第一光掩膜30。在第一光掩膜30中，除了第一、第二掩膜区域31、32的光透射部分31b、32b之外的区域保持不透明。
如图1所示，第一和第二掩膜区域31和32在某些方面具有相互不同的构造。首先，第一掩膜区域31的光透射部分31b排列在准直方向上(即，准直方向上排列间隔E1)的间隔，不同于第二掩膜区域32的光透射部分32b排列在准直方向上(即，准直方向上排列间隔E2)的间隔。第二，对于第一掩膜区域31的光透射部分31b，准直方向上的宽度e1与准直方向上排列间隔E1的比值(即e1/E1)，做成不同于对于第二掩膜区域32的光透射部分32b来说，准直方向上的宽度e2与准直方向上排列间隔E2的比值(即e2/E2)。
特别地，为第二掩膜区域32的光透射部分32b设置的排列间隔E2，做成小于为第一掩膜区域31的光透射部分31b设置的排列间隔E1。此外，对于第二掩膜区域32的光透射部分32b，准直方向上的宽度e2与准直方向上排列间隔E2的比值(即e2/E2)，做成小于对于第一掩膜区域31的光透射部分31b来说，准直方向上的宽度e1与准直方向上排列间隔E1的比值(即e1/E1)。更特别地，在第一掩膜区域31中，对于光透射部分31b的准直方向上的宽度e1与准直方向上排列间隔E1的比值(即e1/E1)设定为0.5或更小，在这个实施例中设为0.5。另一方面，在第二掩膜区域32中，对于光透射部分32b的准直方向上的宽度e2与准直方向上排列间隔E2的比值(即e2/E2)设定为0.4或更小，在这个实施例中设为0.4。
如图2所示，第一和第二掩膜区域31和32各自是半圆形，和它们的曲率半径在尺寸上是相同的。在第一和第二掩膜区域31和32中，它们的弧在相对的末端是相互连续的，而它们的弦是相互接触的。这样，第一和第二掩膜区域31和32相互连接，形成一个圆形区域。第一和第二掩膜区域31和32大致排列在第一光掩膜30的中心位置。第一光掩膜30包括一个识别标记33，一个第一测试图案34，一个第二测试图案35，一个图像处理标记36，和一个划线标记37。
识别标记33，例如用字母如数字符号表示，用于识别使用第一光掩膜30生产的全息元件的型号。第一测试图案34由直线段以与全息图光栅间隔的中间值相等的间距并排排列而组成。当制造了一个有缺陷的全息元件时，第一测试图案34用于分析原因。第二测试图案35由直线段以与全息图光栅间隔的中间值相等的间距并排排列而组成，用于在光掩膜生产中进行的检验。当一个完成形式的全息元件固定到一个包装中时，图像处理标记36用于调整这个全息元件的方位。此外，全息元件的一个装配体使用如图3所示的一族光掩膜制造(后面描述)，经过切割而获得单独的全息元件。此时，参照划线标记37执行切割操作。
图3是一个平面图，示出了一个第一光掩膜族300。第一光掩膜族300由大量第一光掩膜30和在其上形成了无掩膜图案的大量无光透射、图案缺失掩膜304组成。第一光掩膜族300还包括一个第一校准图案301，一个第二校准图案302，和一个方向识别标识303。
第一和第二校准图案301和302用于在曝光的时侯执行校准。方向识别标识303类似于图案缺失掩膜304，用于在校准过程中执行方向调整。由于设置在曝光装置中的透镜是圆形的，从曝光装置中发射出来的光表现出圆形的亮度分布。相应地第一光掩膜30大致呈圆形排列。
图4是根据本发明另一个实施例的一个第二光掩膜40的平面图，在放大的状态下示出了一个第一掩膜区域41、一个第二掩膜区域42和一个第三掩膜区域43。图5是一个平面图，作为一个整体示出了这个第二光掩膜40。图4是一个放大的图，示出了在图5中第一、第二和第三掩膜区域41、42和43中边界附近的部分IV。第二光掩膜40设计用于基于光刻的一种b型全息元件的制造，此元件具有分成多个区域的全息图，在这个实施例中是三个区域：一个第一区域、一个第二区域和一个第三区域，在每个区域中形成有一衍射光栅。
为了形成构成b型全息元件的全息图的第一、第二和第三区域的衍射光栅，第二光掩膜40包括许多掩膜区域，在这个实施例中是三个区域，第一掩膜区域41、第二掩膜区域42和第三掩膜区域43。第一掩膜区域41由一个非光透射掩膜部分41a和一个光透射部分41b组成。第二掩膜区域42由一个非光透射掩膜部分42a和一个光透射部分42b组成。第三掩膜区域43由一个非光透射掩膜部分43a和一个光透射部分43b组成。更特别的，第一、第二、第三掩膜区域41、42、43的光透射部分41b、42b、43b成形为一个开口部分，在厚度方向上穿透第二光掩膜40。在第二光掩膜40中，除了第一、第二、第三掩膜区域41、42、43的光透射部分41b、42b、43b之外的区域保持不透明。
如图4所示，第一和第二掩膜区域41和42在某些方面具有相互不同的构造。首先，第一掩膜区域41的光透射部分41b排列在准直方向上(即，准直方向上排列间隔F1)的间隔，做成不同于第二掩膜区域42的光透射部分42b排列在准直方向上(即，准直方向上排列间隔F2)的间隔。第二，对于第一掩膜区域41的光透射部分41b，准直方向上的宽度f1与准直方向上排列间隔F1的比值(即f1/F1)，做成不同于对于第二掩膜区域42的光透射部分42b来说，准直方向上的宽度f2与准直方向上排列间隔F2的比值(即f2/F2)。此外，第一和第三掩膜区域41和43在某些方面也具有相互不同的构造。首先，第一掩膜区域41的光透射部分41b排列在准直方向上(即，准直方向上排列间隔F1)的间隔，做成不同于第三掩膜区域43的光透射部分43b排列在准直方向上(即，准直方向上排列间隔F3)的间隔。第二，对于第一掩膜区域41的光透射部分41b，准直方向上的宽度f1与准直方向上排列间隔F1的比值(即f1/F1)，做成不同于对于第三掩膜区域43的光透射部分43b来说，准直方向上的宽度f3与准直方向上排列间隔F3的比值(即f3/F3)。
特别地，为第二掩膜区域42的光透射部分42b设置的排列间隔F2做成小于为第一掩膜区域41的光透射部分41b设置的排列间隔F1。此外，对于第二掩膜区域42的光透射部分42b，准直方向上的宽度f2与准直方向上排列间隔F2的比值(即f2/F2)，做成小于对于第一掩膜区域41的光透射部分41b来说，准直方向上的宽度f1与准直方向上排列间隔F1的比值(即f1/F1)。更特别地，在第一掩膜区域41中，对于光透射部分41b的准直方向上的宽度f1与准直方向上排列间隔F1的比值(即f1/F1)设定为0.5或更小，在这个实施例中设为0.5。另一方面，在第二掩膜区域42，对于光透射部分42b的准直方向上的宽度f2与准直方向上排列间隔F2的比值(即f2/F2)设定为0.5或更小，在这个实施例中设为0.45。
另外，特别地，为第三掩膜区域43的光透射部分43b设置的排列间隔F3做成小于为第一掩膜区域41的光透射部分41b设置的排列间隔F1。此外，对于第三掩膜区域43的光透射部分43b，准直方向上的宽度f3与准直方向上排列间隔F3的比值(即f3/F3)，做成小于对于第一掩膜区域41的光透射部分41b来说，准直方向上的宽度f1与准直方向上排列间隔F1的比值(即f1/F1)。更特别地，在第一掩膜区域41中，对于光透射部分41b的准直方向上的宽度f1与准直方向上排列间隔F1的比值(即f1/F1)设定为0.5或更小，在这个实施例中设为0.5。另一方面，在第三掩膜区域43，对于光透射部分43b的准直方向上的宽度f3与准直方向上排列间隔F3的比值(即f3/F3)设定为0.5或更小，在这个实施例中设为0.45。
如图5所示，第一掩膜区域41是半圆形的。第二和第三掩膜区域各自是扇形的，并且它们的曲率半径在尺寸上与第一掩膜区域41是相同的。特别地，第二和第三掩膜区域42和43分别具有一个扇形形状，其中将此弧的一个末端和曲率中心相连的线与将此弧的另一个末端和曲率中心相连的线之间形成的角度是90°。在第二和第三掩膜区域42和43中，它们的弧在一个末端是相互连续的，并且它们的一条线段，各自连接此弧的一个末端和曲率中心，相互接触。这样，第二和第三掩膜区域42和43相互连接，形成一个半圆形区域。此外，在第一、第二和第三掩膜区域41、42和43中，它们的弧是相互连续的，而它们的弦相互接触。这样，第一、第二和第三掩膜区域41、42和43相互连接，形成一个圆形区域。第一、第二和第三掩膜区域41、42和43大致排列在第二光掩膜40的中心位置。第二光掩膜40包括一个识别标记44，一个第一测试图案45，一个第二测试图案46，一个图像处理标记47，和一个划线标记48。
识别标记44，例如用字母如数字符号表示，用于识别使用第二光掩膜40生产的全息元件的型号。第一测试图案45由直线段以与全息图光栅间隔的中间值相等的间距并排排列而组成。当制造了一个有缺陷的全息元件时，第一测试图案45用于分析原因。第二测试图案46由直线段以与全息图光栅间隔的中间值相等的间距并排排列而组成，用于在光掩膜生产中进行的检验。当一个完成形式的全息元件固定到一个包装中时，图像处理标记47用于调整这个全息元件的方位。此外，全息元件的一个装配体使用如图6所示的一族光掩膜制造(后面描述)，经过分割而获得单独的全息元件。此时，参照划线标记48执行分割操作。
图6是一个平面图，示出了一个第二光掩膜族400。第二光掩膜族400由大量第二光掩膜40组成。第二光掩膜族400还包括一个第一校准图案401和一个第二校准图案402。第一和第二校准图案401和402用于在曝光的时侯执行校准。
表1中所列的是当在使用第一光掩膜30制造的a型全息元件以及使用第二光掩膜40制造的b型全息元件的每个区域中观察时，所得到的光栅间隔、构槽开口宽度和占空比。
表1
  型号 分区数     区域   光栅间隔 构槽开口宽度   占空比
a 2   第一区域   1.608μm   0.804μm   0.5
  第二区域   1.276μm   0.508μm   0.4
  b   3   第一区域   2.274μm   1.137μm   0.5
  第二区域   1.676μm   0.754μm   0.45
  第三区域   1.676μm   0.754μm   0.45
图7A是一个带有沟槽的衍射光栅截面图，此沟槽具有矩形的截面轮廓，示出了一个光栅间隔D和一个准直方向上的沟槽开口宽度d。图7B是一个带有沟槽的衍射光栅截面图，此沟槽具有锥形的侧壁，即具有梯形截面轮廓，示出了一个光栅间隔D和一个准直方向上的沟槽开口宽度d。占空比定义为d/D，即衍射光栅中准直方向上的沟槽开口宽度d与光栅间隔D的比值。在带有如图7B所示具有梯形截面轮廓沟槽的衍射光栅中，准直方向上的沟槽开口宽度d定义为在沟槽深度t的一半高度处获得的开口宽度。
图8示出了在全息元件制造过程中的曝光量和每个全息区域的一阶衍射效率之间的关系。图8特别相关于根据光刻法使用例如图2所示的第一光掩膜30制造的a型全息元件(参见表1)。图8中，实线L1表示在此全息图第一区域的衍射光栅(光栅间隔为1.608μm；和占空比为0.5)构成中的曝光量，与第一区域的一阶衍射效率之间的关系；虚线L2表示在此全息图第二区域的衍射光栅(光栅间隔为1.276μm；和占空比为0.4)构成中的曝光量，与第二区域的一阶衍射效率之间的关系。此外，图8中，长的双点划线L3表示具有光栅间隔为1.276μm(等于第二区域中的光栅间隔)和占空比为0.5(等于第一区域中的占空比)的衍射光栅构成中的曝光量，与这个衍射光栅的一阶衍射效率之间的关系。从图8中可以看到，此图表明了在每个全息区域的衍射光栅制造中的曝光量与一阶衍射效率之间的关系，此图通常是一个凸起的形状，其中当曝光量达到一定水平时一阶衍射效率取得最大值。从实线L1和虚线L2中可以看出，光栅间隔越大，曲线图的弯曲就越平缓，此弯曲与表示对应于最大一阶衍射效率的一个曝光值的顶点有关。
在全息元件中，即使各自全息区域具有不同的衍射光栅间隔，只要个区域的衍射光栅有相同的占空比，如图8中线L1和L3所表示的，区域在一阶衍射效率上相等的这个曝光值通常表示，区域分别取得最大一阶衍射效率的这个曝光值。此时，这些区域在一阶衍射效率的最大值上也相等。从而，在a型全息元件中，它的全息图这样构造，第一区域的占空比为0.5，而第二区域的占空比为0.4。这样，通过这种设计的全息元件，全息区域的衍射光栅具有不同的占空比，全息区域在对应于最大一阶衍射效率的那个曝光量值中能制成相互不同的。详细地，如图8中虚线L2(占空比0.4)和长的双点划线L3(占空比0.5)所示，曲线图以这样的方式变化，即全息图中衍射光栅的占空比越小，对应于最大一阶衍射效率的曝光量值越大。
在全息元件的制造过程中，通过调整具有较短光栅间隔的衍射光栅占空比，使其小于具有较长光栅间隔的衍射光栅占空比，能够获得一个曝光范围，在这个范围中，具有较短光栅间隔的衍射光栅所在区域中的一阶衍射效率，大于具有较长光栅间隔的衍射光栅所在区域中的一阶衍射效率(参见图8中所示的部分H)。从而，在区域之间的一阶衍射效率比能设置成一个期望的值。
通过调整具有较短光栅间隔的衍射光栅占空比，使其小于具有较长光栅间隔的衍射光栅占空比，可以获得另一个好处。如图8所示，当分别与实线L1和长双短划线L3表示的两条曲线图的交点P3比较时，交点P3是在衍射光栅具有相同的占空比时获得的，两个曲线图：包括具有一个较长光栅间隔的衍射光栅区域的曲线图和包括具有一个较短光栅间隔的衍射光栅区域的曲线图，它们的交点P1、P2能设置在获得更大的曝光量值处的曲线图位置上。这使得为某个曝光量指定一个期望的值成为可能，在这个曝光量处包括带有一个较长光栅间隔的衍射光栅区域的曲线图和包括带有一个较短光栅间隔的衍射光栅区域的曲线图相互交叉，即，在区域之间的一阶衍射效率比设为1.0。从而，在基于光刻曝光的过程中，可以防止光刻胶经受由小于期望值的曝光量导致的曝光不足。进一步，表现出期望的光学特性的全息元件必定能实现。
图9示出了在覆盖有一层防反射膜的全息元件制造过程中的曝光量和每个全息区域的一阶衍射效率之间的关系。通过应用一层防反射膜到上述a型全息元件上，构造成与图9相关的全息元件。图9中，实线L4表示在覆盖一层防反射膜的全息图第一区域的衍射光栅构成中的曝光量，与第一区域的一阶衍射效率之间的关系；虚线L5表示在覆盖一层防反射膜的全息图第二区域的衍射光栅构成中的曝光量，与第二区域的一阶衍射效率之间的关系。此外，图9中，长的双点划线L6表示具有光栅间隔等于第二区域中的光栅间隔和占空比等于第一区域中的占空比的、覆盖有防反射膜的衍射光栅构成中的曝光量，与这个衍射光栅的一阶衍射效率之间的关系。
在应用一层防反射膜到全息元件的情况下，通常，在具有一个较短光栅间隔的全息区域中，其一阶衍射效率的降低程度高于在具有一个较长光栅间隔的全息区域中的情况(参见图9中的实线L4和长双点划线L6)。从而，难于使这些区域的一阶衍射效率相等，换句话说，难于设置区域间的一阶衍射效率比为1.0。考虑到这种情况，全息元件预先这样设置，将具有一个较短光栅间隔的全息区域的一阶衍射效率做成大于具有一个较长光栅间隔的全息区域的一阶衍射效率(参见图9中所示的部分K)。通过这样做，即使一层防反射膜用于全息元件，区域的一阶衍射效率也能够相等(参见交点P4和P5)，换句话说，能够设置区域间的一阶衍射效率比为最佳值1.0。结果，一定能制造出表现最佳光学特征的全息元件。注意，在具有一个较长光栅间隔的衍射光栅中，占空比可以另外设置为一个大于0.5的值，例如0.6。
图10是一个流程图，根据本发明的另一个实施例，表明了一个全息元件制造方法的流程。跟着在步骤s0处制造一个全息元件程序的开始，程序进入到步骤s1。在步骤s1，形成了类似于上述第一和第二光掩膜30和40的一个光掩膜。然后，程序进入到步骤s2。
在步骤s2，使用在步骤s1中制作的光掩膜，伴随着变化的曝光量，重复执行刻蚀操作。每次执行刻蚀操作时，都对在形成防反射膜之后获得的一阶衍射效率进行测量。然后，程序进入到步骤s3。在步骤s3，不管在全息元件的全息区域间一阶衍射效率比的给定值是否接近于1.0，都要检查。一阶衍射效率比采用一个接近1.0的值，意味着用于一阶衍射效率比的这个值落入到相对于1.0的5％误差范围内。在步骤s3，如果断定一阶衍射效率比不接近1.0，程序返回到步骤s2。相反，如果断定一阶衍射效率比接近1.0，程序进入到步骤s4。
在步骤s4，重复执行刻蚀操作，伴随着曝光量保持在某个值，在这个值处一阶衍射效率接近1.0。在操作期间，通过改变曝光时间，改变衍射光栅的沟槽深度。每次执行刻蚀操作时，都对在形成防反射膜之后获得的一阶衍射效率进行测量。然后，程序进入到步骤s5。在步骤s5，不管全息元件的每个全息区域的一阶衍射效率是否接近于目标值，都要检查。一阶衍射效率采用一个接近于目标值的值，意味着用于一阶衍射效率的这个值落入到相对于目标值的5％误差范围内。在步骤s5，如果断定一阶衍射效率不接近目标值，程序返回到步骤s4。相反，如果断定一阶衍射效率接近目标值，程序进入到步骤s6，在那里，制造出了大量的全息元件。然后，程序进入到s7，于是制造全息元件的程序结束。
这样，在获得了某个曝光量值后，在此值处具有衍射光栅的全息区域在一阶衍射效率上做成相等的(图10所示的步骤s2和s3)，衍射光栅的沟槽深度改变了(图10所示的步骤s4和s5)用以制造全息元件(步骤s7)。注意，在每个全息区域的衍射光栅构成过程中，曝光量对每个区域的一阶衍射效率以及区域间的一阶衍射效率比有直接的影响。同时，衍射光栅的沟槽深度对于每个区域的占空比没有直接的影响，仅是改变衍射效率。从而，最好在获得了某个曝光量值之后改变衍射光栅的沟槽深度，在此值处衍射区域在一阶衍射效率上相等。这使得无误的制造一个表现期望的光学特性的全息元件，成为可能。
图11是一个平面图，示出了根据本发明另一个实施例的一个第一全息元件50。图12是一个全息图53的截面图，示出了一个第一区域51和一个第二区域52。图12中所示的全息图53具有一个衍射光栅，类似于图7A和7B中所示的衍射光栅。第一全息元件50是根据如上所述的全息元件制造方法制造的。第一全息元件50具有分成多个区域的第一型全息图53，在这个实施例中是两个区域：第一和第二区域51和52，在每个区域内形成有一个衍射光栅。第一和第二区域51和52的衍射光栅在光栅间隔和占空比上相互不同。第一全息元件50和全息图53各自由例如石英玻璃材料制成。注意，第一全息元件50和全息图53可以可选择地由任何其它的相似材料制成，只要它对于激光射线是透明的和硬的。其中优选的例子包括：钠钙玻璃；低碱性玻璃；和丙烯酸树脂。
根据这个实施例的第一全息元件50，第一全息元件50具有全息图53，全息图53分成第一和第二区域51和52，在每个区域上形成有一个衍射光栅。第一和第二区域51和52的衍射光栅在光栅间隔和占空比上相互不同。特别地，第一区域51的光栅间隔制成小于第二区域52的光栅间隔，第二区域52的占空比设为0.5，而第一区域51的占空比设为小于0.5。在如此设计的第一全息元件50的全息图53中，由于第一和第二区域51和52的衍射光栅具有不同的光栅间隔，所以第一和第二区域51和52在每个区域的衍射光栅形成过程中的曝光量和一阶衍射效率的关系上，相互不同。
在全息图53中，即使区域51和52的衍射光栅具有不同的光栅间隔，只要第一和第二区域51和52的衍射光栅在占空比上相等，在区域具有相等的一阶衍射效率处的曝光量值意味着，在这个曝光量值处区域分别具有最大的一阶衍射效率。此时，区域在一阶衍射效率的最大值上也相等。从而，在全息元件中，通过这样设计全息图，使区域的衍射光栅具有不同的占空比，全息图53的区域51和52在对应于最大一阶衍射效率的曝光量值上相互不同。这使得能够设置在全息图53的区域51和52之间的一阶衍射效率比为一个期望的数值，并因此将期望的光学特性赋予第一全息元件50。注意，在这个实施例中，具有较短光栅间隔的区域的衍射光栅占空比设置为小于0.5。然而，不必说，具有较短光栅间隔的区域的衍射光栅占空比可设置为大于0.5。
图13是一个根据本发明再一个实施例的一个第二全息元件60的截面图，示出了全息图63的一个第一区域61和一个第二区域62。根据如上所述的全息元件制造方法生产第二全息元件60。第二全息元件60具有分成多个区域的全息图63，在这个实施例中是两个区域：第一和第二区域61和62，在每个区域上形成有一个衍射光栅。全息图63由一层防反射膜64覆盖。第一和第二区域61和62的衍射光栅在光栅间隔和占空比上相互不同。此外，在第二全息元件60中，第一和第二区域61和62在一阶衍射效率上相同。
第二全息元件60和全息图63分别由石英玻璃、钠钙玻璃和低碱性玻璃中的任何一种构成。防反射膜64呈现任一种结构：一种单层结构，由氟化镁(化学式：MgF2)组成；一种双层结构，由氧化硅(化学式SiO)和二氧化硅(化学式SiO2)组成；一种三层结构，由氟化镁(化学式：MgF2)，二氧化锆(化学式ZrO2)和三氧化二铝(化学式Al2O3)组成。
根据这个实施例的第二全息元件60，第二全息元件60具有分成第一和第二区域61和62的全息图63，在每个区域上形成有一个衍射光栅。第一和第二区域61和62的衍射光栅具有不同的光栅间隔。在全息图63中，第一和第二区域61和62分别覆盖一层防反射膜64。在这种情况下，第一和第二区域61和62具有相同的一阶衍射效率。在如此设计的第二全息元件60的全息图63中，由于第一和第二区域61和62的衍射光栅具有不同的衍射间隔，那么在第一和第二区域61和62的衍射光栅形成中的曝光量与一阶衍射效率之间的关系上，在第一和第二区域61和62之间产生了差异。此外，由于第一和第二区域61和62在覆盖防反射膜64的情况下具有相同的一阶衍射效率，那么在全息图63的第一和第二区域61和62之间的一阶衍射效率比定为1.0。从而，即使在全息图63的第一和第二区域61和62覆盖有防反射膜64的情况下，第二全息元件60也能成功地提供最佳的光学特性。
注意，可能对图11和12所示的第一全息元件进行一些修改。例如，全息图53可能构造成，第一和第二区域51和52的衍射光栅具有不同的光栅间隔，和具有最大光栅间隔的衍射光栅占空比设为小于0.5；因此得到一个第三全息元件。另外，全息图53可能构造成，第一和第二区域51和52的衍射光栅具有不同的光栅间隔，和具有最小光栅间隔的衍射光栅占空比设为大于0.5。
根据如上所述的全息元件，能够给某个曝光量指定一个期望值，在此值处全息区域具有相等的一阶衍射效率。这样，由于能够给某个曝光量指定一个期望值，在此值处全息区域具有相等的一阶衍射效率，换句话说，在区域间的一阶衍射效率比设定为1.0，所以上述全息元件成功地提供了期望的光学特性。
图14是一个平面图，示出了根据本发明再一个实施例的一个第四全息元件80。根据如上所述的全息元件制造方法制造第四全息元件80。第四全息元件80具有分成多个区域的第三型全息图84，在这个实施例中是三个区域：第一、第二和第三区域81、82和83，在每个区域上形成有一个衍射光栅。第一和第二区域81和82的衍射光栅具有不同的光栅间隔，但是第一和第二区域81和82在一阶衍射效率上相同。另一方面，第一和第三区域81和83的衍射光栅具有不同的光栅间隔，但是第一和第三区域81和83在一阶衍射效率上相同。第四全息元件80和全息图83分别由例如一种石英玻璃材料制成。注意，第四全息元件80和全息图83可以可选择的由任何其它的相似材料制成，只要它对于激光射线是透明的和硬的。其中优选的例子包括：钠钙玻璃；低碱性玻璃；和丙烯酸树脂。
根据本实施例的第四全息元件80，第四全息元件80具有分成第一、第二和第三区域81、82和83的全息图84，在每个区域上形成有一个衍射光栅。在第一到第三区域81、82和83中，至少两个区域在衍射光栅间隔上相互不同，但是在一阶衍射效率上相等。在如此设计的第四全息元件80的全息图84中，在第一到第三区域81到83中，至少两个区域具有不同的衍射光栅间隔。因此，在区域81到83的衍射光栅形成中的曝光量与一阶衍射效率之间的关系上，在区域之间产生了差异。此外，由于第一到第三区域81到83在一阶衍射效率上相等，那么在全息图84中得到的一阶衍射效率比定为1.0。从而，第四全息元件80成功地提供了最佳的光学特性。
表2中列出了在分别相应于第一全息元件50、第三全息元件和第四全息元件80的第一型全息图53、第二型全息图和第三型全息图84中，得到的光栅间隔的范围。
表2
型号                             光栅间隔
    第一区域     第二区域     第三区域
    1型   2.630～2.750μm   1.910～1.980μm
    2型   1.893～2.030μm   1.453～1.655μm
    3型   2.075～2.252μm   1.652～1.831μm   1.652～1.831μm
本发明可以用不脱离其中的精神和必要特征的其它特定形式具体表达。所以当前的实施例应总体认为是说明性的，而不是限制性的，本发明的保护范围应当由所附的权利要求而不是由前面的叙述来表示，因此在与权利要求等价的含义和范围内进行的所有改变包括在其中。

Claims (9)

1、一个光掩膜(30，40)用于基于光刻法的一个全息元件的制造，这个全息元件具有一个全息图，该全息图分成多个区域，每个区域中形成有一个衍射光栅，该光掩膜包括：
形成全息图各自区域的衍射光栅的许多掩膜区域(31，32；41，42，43)，掩膜区域(31，32；41，42，43)由一个非光透射掩膜部分(31a，32a；41a，42a，43a)和一个光透射部分(31b，32b；41b，42b，43b)组成，
其中，在许多掩膜区域(31，32；41，42，43)中，在光透射部分(31b，32b；41b，42b，43b)排列在一个准直方向上的排列间隔(E1，E2；F1，F2，F3)方面，和在光透射部分(31b，32b；41b，42b，43b)准直方向上的宽度(e1，e2；f1，f2，f3)与光透射部分(31b，32b；41b，42b，43b)准直方向上的排列间隔(E1，E2；F1，F2，F3)的比值(e1/E1，e2/E2；fl/F1，f2/F2，f3/F3)方面，至少两个掩膜区域(31，32；41，42，43)构造得相互不同。
2、如权利要求1所述的光掩膜(30，40)，其中对于在具有较短光透射部分排列间隔的掩膜区域(32；42，43)中光透射部分(32b；42b，43b)，准直方向上的宽度(e2；f2，f3)与准直方向上的排列间隔(E2；F2，F3)的比值(e2/E2；f2/F2，f3/F3)，做成小于对于在具有较长光透射部分排列间隔的掩膜区域(31；41)中光透射部分(31b；41b)准直方向上的宽度(e1；f1)与准直方向上的排列间隔(E1；F1)的比值(e1/E1；f1/F1)。
3、如权利要求1所述的光掩膜(30，40)，其中在每个区域中，对于光透射部分(31b，32b；41b，42b，43b)，准直方向上的宽度(e1，e2；f1，f2，f3)与准直方向上的排列间隔(E1，E2；F1，F2，F3)的比值(e1/E1，e2/E2；f1/F1，f2/F2，f3/F3)设为0.5或以下。
4、一种制造全息元件的方法，包括：
通过使用光刻法执行曝光，其中使用如权利要求1到3中的任一种光掩膜(30，40)，曝光量控制在一个水平上，在那里具有衍射光栅的各自全息区域在一阶衍射效率上相等。
5、一种制造全息元件的方法，包括：
通过使用光刻法执行曝光，其中使用如权利要求1到3中的任一种光掩膜(30，40)，曝光量控制在一个水平上，在那里具有较短光栅间隔的衍射光栅的全息区域在一阶衍射效率上做成大于具有较长光栅间隔的衍射光栅的全息区域。
6、一种全息元件包括：
一个全息图(53)，分成许多区域(51，52)，每个区域上形成一个衍射光栅，
其中，这些区域(51，52)中，至少两个区域具有不同的衍射光栅间隔和不同的占空比，占空比是指在衍射光栅内准直方向上的沟槽开口宽度与光栅间隔的比值。
7、如权利要求6所述的全息元件，其中具有最大光栅间隔的衍射光栅的占空比设为0.5或以下，而具有最小光栅间隔的衍射光栅的占空比设为0.5或以上，占空比是指在衍射光栅内准直方向上的沟槽开口宽度与光栅间隔的比值。
8、一种全息元件包括：
一个全息图(84)，分成许多区域(81，82，83)，每个区域上形成一个衍射光栅，
其中，在这些区域中，至少两个区域在衍射光栅间隔上不同，但是在一阶衍射效率上相等。
9、一种全息元件包括：
一个全息图(63)，分成许多区域(61，62)，每个区域上形成一个衍射光栅，
其中，在这些区域(61，62)中，至少两个区域具有不同的衍射光栅间隔，
和其中在覆盖了一层防反射膜(64)的情况下，全息图(63)的区域(61，62)在一阶衍射效率上彼此相等。
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