[发明专利]光学元件的制造方法

说明书

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2^m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。