專利名稱：衍射光學元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及衍射光學元件以及衍射光學元件的制造方法，特別涉 及具有臺階形狀的元件的衍射光學元件及其制造方法。
背景技術：
近年來，利用周期性微細形狀來控制光的行進方向和相位的衍射 光學元件的需求一直在增長。衍射光學元件的形狀有多種，其中，理 論上是剖面為鋸齒形狀的元件其衍射效率高，但是，實際近似該鋸齒 形狀的臺階形狀的元件要容易制作，并多被使用。 一般地，作為制造 具有臺階形狀的衍射光學元件的方法，公知有如下的方法利用半導 體的微細加工技術，使用m(m為自然數(shù))片掩模圖形反復進行曝光、 顯影、刻蝕的一系列工藝過程，制造2"級的衍射光學元件(例如，參 照專利文獻l、非專利文獻l)。
在這樣的制造方法中，公知有如下方法在制作圖形的最小線寬 比光刻的分辨力細的圖形的情況下，如圖11 (a)所示，將8級臺階形 狀作成4級或者2級，擴大臺階的寬度(例如，參照非專利文獻2)。 此時，在以8級和4級的臺階形狀來近似透鏡曲面的情況下，在8級 臺階形狀和4級臺階形狀的交界線處，光的相位產(chǎn)生偏移，結果透鏡 的光學特性惡化。為了防止這種光學特性的惡化，在非專利文獻2中 公開了如下方法調整臺階形狀的臺階高差(高度)或者寬度(間隔)， 進行相位校正。
圖11 (b)表示了調整臺階高差的相位校正。在圖11 (b)中，將 4級臺階形狀的高度向朝向下級的方向校正入/16，將2級臺階形狀的 高度再校正入/8。圖11 (c)表示了調整寬度的相位校正。在圖11 (c) 中，將4級臺階形狀向靠近8級臺階形狀的方向校正入/8，將2級臺 階形狀向靠近4級臺階形狀的方向再校正入/4 (共計入/8+入/4)。 [專利文獻l]特開平11-14813號公報佐佐木浩紀，其他6人，"光源與硅微透鏡的高精 度安裝技術"，電子安裝學會雜志，2002年，Vol5， No. 5， p. 466 - 472Yuko 0rihara， Werner Klaus, Makoto Fujino，and Kashiko Kodate， "Optimization and application of hybrid—level binary zone plates" ，Appl.Opt. 40, 5877-5885 (2001).
但是，圖11 (b)、 (c)所示的相位校正中存在以下所示的問題。
(1) 利用臺階高差進行的相位校正
雖然在8級的臺階形狀中，通常通過入/8、入/4、 X/2的深度的 刻蝕來制作臺階形狀，但是，在8級和4級的交界線處需要形成入/16 的臺階高差，需要追加刻蝕步驟。此外，為了該追加步驟，就需要追 加1片或2片掩模圖形。
(2) 利用寬度進行的相位校正
為了使8級和4級或者4級和8級的交界線縮短，如圖11 ( c)所 示，需要形成更細的線寬。通常，因為級數(shù)的轉換部分在分辨極限部 分進行，所以實質上不可能制作出線寬更細的部分。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有的衍射光學元件的制造方法所具有的上述問題 點而進行的，本發(fā)明的目的在于提供一種可不追加刻蝕步驟、還不 受光刻的分辨力的限制地來進行相位校正的、新的并且被改良了的衍 射光學元件以及衍射光學元件的制造方法。
為了解決上述課題，按照本發(fā)明的第1觀點，提供了一種衍射光 學元件。本發(fā)明的衍射光學元件是在1個襯底上形成具有n級臺階形 狀的元件以及具有m級臺階形狀的元件(n>m)的衍射光學元件，其特 征在于所述m級臺階形狀的第1級形成在與所述n級臺階形狀的第2 級相同的級上。
按照這種結構，進行刻蝕的臺階高差可只作成1級的臺階高差來 制作臺階形狀，不需要進行掩模圖形或者刻蝕的追加工藝，就可制作 相位校正的多級型衍射光學元件。此外，因為橫向的相位校正是擴大
距離的方向，所以，即使線寬是光刻的極限區(qū)域，也可進行制作。
本發(fā)明的衍射光學元件中，所述m級臺階形狀的所有級都形成在 與所述n級臺階形狀的某一級相同的級上。
此夕卜，所述n級臺階形狀和m級臺階形狀的相位校正是(1/m - 1/n) 7t，臺階高差方向的相位校正是Att (將朝向下級的方向作為正)，臺 階高差方向和垂直方向的相位校正是B丌(將所述m級臺階形狀靠近所 述n級臺階形狀的方向作為正)，設成A〉l/m-l/n、 A+B=l/m-1/n。
一般地，n級臺階形狀和m級臺階形狀的相位差是(l/m-l/n)兀。 因此，將臺階高差方向的相位校正(將朝向下級的方向作為正)設為A 7t、將臺階高差方向和垂直方向的相位校正(將m級臺階形狀靠近n 級臺階形狀的方向作為正)設為b7t時，需要4吏A+B-l/m-l/n。此時， A>l/m-l/n，由此，B<0。即，可將臺階高差方向和垂直方向的相位校 正作成m級臺階形狀遠離n級臺階形狀的方向。這樣，因為臺階高差 方向和垂直方向的相位校正是擴大臺階形狀間的距離的方向，所以，
即使線寬是光刻的極限區(qū)域也可容易地制作。
此外，所述n級臺階形狀和m級臺階形狀的結合部的寬度也可比
所述n級臺階形狀的第n級的寬度寬。
此外，具體地說，所述n可以是7，所述m可以是3。如7級和3 級那樣，即使是非常復雜的相位校正，也可通過調整臺階形狀的上下 左右，從而設計與制造工藝匹配的臺階形狀，進行相位校正。進而， 可制造具有7級臺階形狀和3級臺階形狀的透鏡元件，這種透鏡元件 可進行衍射效率等光學特性的大幅改善。
為解決上述課題，按照本發(fā)明的第2觀點，提供一種衍射光學元 件的制造方法。本發(fā)明的衍射光學元件的制造方法中，多次重復由刻 蝕對村底進行表面加工的工藝，在1個襯底上形成具有8級臺階形狀 的元件、具有4級臺階形狀的元件以及具有2級臺階形狀的元件，從 而制造衍射光學元件，其特征在于，包括第1步驟，以所述臺階形 狀的臺階高差即深度L，對成為所述8級臺階形狀的第2、 4、 6、 8級 的區(qū)域、成為所述4級臺階形狀的第1、 2、 3、 4級的區(qū)域以及成為所 述2級臺階形狀的第1、 2級的區(qū)域進行刻蝕；第2步驟，以所述臺階 形狀的臺階高差的2倍即深度2L，對成為所述8級臺階形狀的第7、 8 級的區(qū)域、成為所述4級臺階形狀的第4級的區(qū)域以及成為所述2級
臺階形狀的第2級的區(qū)域進行刻蝕；第3步驟，以所述深度孔對成為 所述8級臺階形狀的第5、 6、 7、 8級的區(qū)域、成為所述4級臺階形狀 的第3、 4級的區(qū)域以及成為所述2級臺階形狀的第2級的區(qū)域進行刻 蝕；以及第4步驟，以所述深度2L對成為所述8級臺階形狀的第3、 4、 5、 6、 7、 8級的區(qū)域、成為所述4級臺階形狀的第2、 3、 4級的區(qū)域 以及成為所述2級臺階形狀的第1、 2級的區(qū)域進行刻蝕。
按照這種制造方法，可將進行刻蝕的臺階高差只作成1級的臺階 高差來制作臺階形狀，不需要進行掩模圖形或者刻蝕的追加工藝，就 能制作相位校正的多級型衍射光學元件。此外，因為橫向的相位校正 是擴大距離的方向，所以，即使線寬是光刻的極限區(qū)域也可進行制作。
此外，本發(fā)明的另一衍射光學元件的制造方法中，多次重復由刻 蝕對襯底進行表面加工的工藝，制造在1個襯底上形成具有7級臺階 形狀的元件以及具有3級臺階形狀的元件的衍射光學元件，其特征在 于，包含第1步驟，以所述臺階形狀的臺階高差的2倍即深度2L， 對成為所述7級臺階形狀的第7級的區(qū)域以及成為所述3級臺階形狀 的第3級的區(qū)域進行刻蝕；第2步驟，以所述臺階形狀的臺階高差即 深度L，對成為所述7級臺階形狀的第2、 4、 6級的區(qū)域以及成為所述 3級臺階形狀的第1級的區(qū)域進行刻蝕；第3步驟，以所述深度2L對 成為所述7級臺階形狀的第5、 6、 7級的區(qū)域以及成為所述3級臺階 形狀的第2、 3級的區(qū)域進行刻蝕；以及笫4步驟，以所述深度孔對 成為所述7級臺階形狀的第3、 4、 5、 6、 7級的區(qū)域以及成為所述3 級臺階形狀的第2、 3級的區(qū)域進行刻蝕。
按照這種制造方法，可將進行刻蝕的臺階高差只作成1級的臺階 高差來制作臺階形狀，不需要進行掩模圖形或者刻蝕的追加工藝，就 可制作相位校正的多級型衍射光學元件。此外，因為橫向的相位校正 是擴大距離的方向，所以，即使線寬是光刻的極限區(qū)域也可進行制作。 此外，如7級和3級那樣，即使是非常復雜的相位校正，也可通過調 整臺階形狀的上下左右，從而設計與制造工藝匹配的臺階形狀，進行 相位校正。進而，可制造具有7級臺階形狀和3級臺階形狀的透鏡元 件，這種透鏡元件可進行衍射效率等光學特性的大幅改善。
此外，本發(fā)明的另一衍射光學元件的制造方法中，多次重復由刻 蝕對襯底進行表面加工的工藝，制造在1個襯底上形成具有6級臺階
形狀的元件以及具有3級臺階形狀的元件的衍射光學元件，其特征在 于，包含第1步驟，以所述臺階形狀的臺階高差即深度L，對成為所 述6級臺階形狀的第2、 4、 6級的區(qū)域以及成為所述3級臺階形狀的 第1、 2、 3級的區(qū)域進行刻蝕；第2步驟，以所述臺階形狀的臺階高 差的2倍即深度2L，對成為所述6級臺階形狀的第5、 6級的區(qū)域以及 成為所述3級臺階形狀的第3級的區(qū)域進行刻蝕；以及第3步驟，以 所述深度2L對成為所述6級臺階形狀的笫3、 4、 5、 6級的區(qū)域以及 成為所述3級臺階形狀的第2、 3級的區(qū)域進行刻蝕。
按照這種制造方法，可將進行刻蝕的臺階高差只作成1級的臺階 高差來制作臺階形狀，不需要進行掩模圖形或者刻蝕的追加工藝，就 可制作相位校正的多級型衍射光學元件。此外，因為橫向的相位校正 是擴大距離的方向，所以，即使線寬是光刻的極限區(qū)域也可進行制作。
本發(fā)明的衍射光學元件的制造方法中，可將所述刻蝕作成各向異 性刻蝕。
此外，所述襯底可由硅、石英、GaAs、或者InP的任意一種構成。 如上所述，按照本發(fā)明，能夠提供一種可不追加刻蝕步驟、還不
受光刻的分辨力的限制地進行相位校正的衍射光學元件以及衍射光學
元件的制造方法。


圖1是第1實施方式的衍射光學元件的說明圖，U)表示相位校 正前，(b)表示相位校正后。
圖2是第2實施方式的衍射光學元件的說明圖，(a)表示相位校 正前，(b)表示相位校正后。
圖3是第3實施方式的衍射光學元件的說明圖，(a)表示相位校 正前，(b)表示相位校正后。
圖4是表示在第4實施方式的衍射光學元件的制造步驟中掩模圖 形與臺階形狀的關系的說明圖。
圖5是表示第4實施方式的衍射光學元件的制造步驟的說明圖。
圖6是表示在第5實施方式的衍射光學元件的制造步驟中掩模圖 形與臺階形狀的關系的說明圖。
圖7是表示第5實施方式的衍射光學元件的制造步驟的說明圖。
圖8是表示在第6實施方式的衍射光學元件的制造步驟中掩模困 形與臺階形狀的關系的說明圖.
圖9是表示第6實施方式的衍射光學元件的制造步稞的說明困. 圖IO是表示衍射光學元件的制造方法的應用例的說明圖， 圖ll是表示現(xiàn)有的衍射光學元件的說明田， 符號說明
100、 200、 300 珪晶片 100a 8級臺階形狀 100b 4級臺階形狀 100c 2級臺階形狀 200a 7級臺階形狀 200b 3級臺階形狀 300a 6級臺階形狀 300b 3級臺階形狀
M11~M14、 M21-M24、 M31-M33 掩模閨形 R11~R14、 R21-R24、 R31-R33 抗蝕刑困形
具體實施例方式
下面，參照附困的同時對本發(fā)明的衍射光學元件以及衍射光學元 件的制造方法的優(yōu)選實施方式進行詳細說明.另外，在本說明書以及 附圖中，對實質上具有相同的功能結構的結構要素付以相同的符號， 并省略重復說明.
(第1實施方式)
圖1中示出具有8級、4級、2級臺階形狀的衍射光學元件的示意 圖.困1 (a)是未進行相位校正的硅晶片10的形狀，閨1 (b)是進 行相位校正后的硅晶片100的形狀.另外，在圖1中，為了說明上的 方便，8級、4級、2級臺階形狀分別各示出了 2個，但是，并不限于 此，臺階形狀的數(shù)量是任意的.此外，示出了在各臺階形狀中臺階的 寬度一定、臺階的臺階高差(高度)也一定的情況.
首先，參照困1 (a)的同時對進行相位校正前的衍射光學元件的 形狀進行說明，
在圖1 (a)所示的硅晶片10上，4級臺階形狀10b的笫l級形成
在與8級臺階形狀10a的第1級相同的級上。進而，4級臺階形狀10b 的臺階高差形成為8級臺階形狀10a的臺階高差的2倍。因此，4級臺 階形狀10b的所有臺階高差都形成在與8級臺階形狀10a的某一臺階 高差相同的級上。即，4級臺階形狀10b的第2級與8級臺階形狀10a 的笫3級、4級臺階形狀10b的第3級與8級臺階形狀10a的第5級、 4級臺階形狀10b的第4級與8級臺階形狀10a的第7級分別形成在相 同的級上。
同樣，2級臺階形狀10c的第1級形成在與4級臺階形狀10b的第 l級相同的級上。進而，2級臺階形狀10c的臺階高差形成為4級臺階 形狀10b的臺階高差的2倍。因此，2級臺階形狀10c的所有臺階高差 都形成在與4級臺階形狀10b的某一臺階高差相同的級上。即，2級臺 階形狀10c的第2級形成在與4級臺階形狀10b的第3級相同的級上。
進而，在圖1 (a)所示的形狀中，8級臺階形狀10a和4級臺階 形狀10b的結合部的寬度形成為與8級臺階形狀10a的第8級的寬度 相同。此外，4級臺階形狀10b和2級臺階形狀10c的結合部的寬度形 成為與4級臺階形狀10b的第4級的寬度相同。
然后，對相位校正進行說明。
一般地，公知n級和m級(n>m)的相位差是(1/m-l/n)丌(例
如，參照非專利文獻2。)。此外，針對波長的大小是相位差的入/2 7t倍，
即，(1/m-l/n)入/2。
8級和4級之間的相位差是(1/4-1/8) tt = tt/8，針對波長的大小 是入/16。因此，在圖1 (a)中，為了進行相位校正而使4級臺階形狀 10b移動的移動量，向朝向下級的方向是入/16，或者向靠近8級臺階 形狀的方向是入/8。在圖1 (b)中，使4級臺階形狀100b向朝向下級 的方向移動入/8 (2入/16)。即，多移動入/16。因此，為了抵消多移 動入/16的部分，將4級臺階形狀100b向遠離8級臺階形狀100a的方 向移動入/8。其結果是，8級和4級之間的相位差變?yōu)閠t/8，可進行適 當?shù)南辔恍Ｕ?br> 同樣，在4級和2級的部分中，4級與2級之間的相位差是(1/2-1/4) 丌=丌/4，針對波長的大小是入/8。因此，在圖1 (a)中，為了進行相 位校正而使2級臺階形狀10c移動的移動量，向朝向下級的方向是入 /8，或者向靠近4級臺階形狀的方向是入/4。在圖1 (b)所示的硅晶
片100b上，使2級臺階形狀100c向朝向下級的方向移動A/4 ( = 2入 /8)。即，多移動入/8。因此，為了抵消多移動入/8的部分，將2級臺 階形狀100c向遠離4級臺階形狀100b的方向移動入/4。即，在與圖1 (a)的比較中，將2級臺階形狀100c向遠離4級臺階形狀100b的方 向移動(入/8+入/4)。其結果是，4級和2級之間的相位差變?yōu)樨?4， 進行相位校正。
參照圖1 (b)的同時對如上所述進行了相位校正的衍射光學元件 的形狀進行說明。
在圖1 (b)所示的形狀中，4級臺階形狀100b的第1級形成在與 8級臺階形狀100a的第2級相同的級上。進而，因為4級臺階形狀100b 的臺階高差是8級臺階形狀100a的臺階高差的2倍，所以，4級臺階 形狀100b的所有臺階高差都形成在與8級臺階高差100a的某一臺階 高差相同的級上。即，4級臺階形狀100b的第2級與8級臺階形狀100a 的第4級、4級臺階形狀100b的第3級與8級臺階形狀100a的第6級、 4級臺階形狀100b的第4級與8級臺階形狀100a的第8級分別形成在 相同的級上。
同樣,2級臺階形狀100c的第1級形成在與4級臺階形狀100b的 第2級相同的級上。進而，因為2級臺階形狀100c的臺階高差是4級 臺階形狀100b的臺階高差的2倍，所以，2級臺階形狀100c的所有臺 階高差都形成在與4級臺階形狀100b的某一臺階高差相同的級上。即， 2級臺階形狀100c的第2級形成在與4級臺階形狀100b的第4級相同 的級上。
進而，在圖1 (b)所示的形狀中，8級臺階形狀100a與4級臺階 形狀100b的結合部的寬度形成為比8級臺階形狀100a的第8級的寬 度寬入/8。此外，4級臺階形狀100b與2級臺階形狀100c的結合部的 寬度形成為比4級臺階形狀100b的笫4級的寬度寬(入/8+入/4)。 (第1實施方式的效果)
通過作成以上說明的結構，可將進行刻蝕的臺階高差只作成1級 的臺階高差來制作臺階形狀，不需要進行掩模圖形或者刻蝕的追加工 藝，就可制作相位校正的多級型衍射光學元件。此外，因為橫向的相 位校正是擴大距離的方向，所以，即使線寬是光刻的極限區(qū)域也可進 行制作。
(第2實施方式)
圖2中示出具有7級和3級臺階形狀的衍射光學元件的示意圖。 圖2 (a)是未進行相位校正的硅晶片20的形狀，圖2 (b)是進行相 位校正后的硅晶片200的形狀。另外，在圖2中，為了說明上的方便， 7級和3級臺階形狀分別各示出了 2個，但是，并不限于此，臺階形狀 的數(shù)量是任意的。
首先，參照圖2(a)的同時對進行相位校正前的衍射光學元件的 形狀進行說明。
在圖2 (a)所示的硅晶片20中，3級臺階形狀20b的第1級形成 在與7級臺階形狀20a的第1級相同的級上。進而，3級臺階形狀20b 的臺階高差形成為7級臺階形狀20a的臺階高差的整數(shù)倍(圖2的例 中為2倍或者3倍)。因此，3級臺階形狀20b的所有臺階高差都形成 在與7級臺階形狀20a的某一臺階高差相同的級上。即，3級臺階形狀 20b的第2級與7級臺階形狀20a的笫4級、3級臺階形狀20b的第3 級與7級臺階形狀20a的第6級分別形成在相同的級上。
進而，在圖2 (a)所示的形狀中，7級臺階形狀20a和3級臺階 形狀20b的結合部的寬度，形成為與7級臺階形狀20a的第7級的寬 度相同。
然后，對相位校正進行說明。
7級和3級之間的相位差是(1/3-1/7)丌=4丌/21,針對波長的大 小是2入/21。因此，在圖2(a)中，為了進行相位校正而使3級臺階 形狀20b移動的移動量，向朝向下級的方向是2入/21，或者向靠近7 級臺階形狀的方向是4入/21。在圖2 (b)所示的硅晶片200中，使3 級臺階形狀200b向朝向下級的方向移動入/7 ( =3A/21)。即，多移 動入/21。因此，為了抵消多移動入/21的部分，將3級臺階形狀200b 向遠離7級臺階形狀200a的方向移動2入/21。其結果是，7級和3級 之間的相位差變?yōu)?丌/21，可進行適當?shù)南辔恍Ｕ?br> 參照圖2(b)的同時對如上所述進行了相位校正的衍射光學元件 的形狀進行說明。
在圖2 (b)所示的形狀中，3級臺階形狀200b的第1級形成在與 7級臺階形狀200a的第2級相同的級上。進而，因為3級臺階形狀200b 的臺階高差是7級臺階形狀200a的臺階高差的整數(shù)倍(在圖2的例中
是2倍或者3倍)，所以，3級臺階形狀200b的所有臺階高差都形成在 與7級臺階形狀200a的某一臺階高差相同的級上。即，3級臺階形狀 200b的笫2級與7級臺階形狀200a的第5級、3級臺階形狀200b的 第3級與7級臺階形狀200a的第7級分別形成在相同的級上。
進而，在圖2 (b)所示的形狀中，7級臺階形狀200a與3級臺階 形狀200b的結合部的寬度形成為比7級臺階形狀200a的第7級的寬 度寬2入/21。
(第2實施方式的效果)
通過作成以上說明的結構，可將進行刻蝕的臺階高差只作成1級 的臺階高差來制作臺階形狀，不需要進行掩模圖形或者刻蝕的追加工 藝，就可制作相位校正的多級型衍射光學元件。此外，因為橫向的相 位校正是擴大距離的方向，所以，即使線寬是光刻的極限區(qū)域也可進 行制作。
此外，如7級和3級那樣，即使是非常復雜的相位校正，也可通 過調整臺階形狀的上下左右，從而設計與制造工藝匹配的臺階形狀， 進行相位校正。
(第3實施方式)
圖3中示出具有6級和3級臺階形狀的衍射光學元件的示意圖。 圖3 (a)是未進行相位校正的硅晶片30的形狀，圖3 (b)是進行相 位校正后的硅晶片300的形狀。另外，在圖3中，為了說明上的方便， 6級和3級的臺階形狀分別各示出了 2個，但是，并不限于此，臺階形
狀的數(shù)量是任意的。
首先，參照圖3 (a)的同時對進行相位校正前的衍射光學元件的 形狀進行說明。
在圖3 (a)所示的硅晶片30中，3級臺階形狀30b的第1級形成 在與6級臺階形狀30a的第1級相同的級上。進而，3級臺階形狀30b 的臺階高差形成為6級臺階形狀30a的臺階高差的2倍。因此，3級臺 階形狀30b的所有臺階高差都形成在與6級臺階形狀30a的某一臺階 高差相同的級上。即，3級臺階形狀30b的第2級與6級臺階形狀30a 的第3級、3級臺階形狀30b的第3級與6級臺階形狀30a的第5級分 別形成在相同的級上。
進而，在圖3 (a)所示的形狀中，6級臺階形狀30a和3級臺階
形狀30b的結合部的寬度形成為與6級臺階形狀30a的第6級的寬度 相同。
然后，對相位校正進行說明。
6級和3級之間的相位差是(l/3-1/6) 7t-tt/6，針對波長的大小 是入/12。因此，在圖3 (a)中，為了進行相位校正而使3級臺階形狀 30b移動的移動量，向朝向下級的方向是入/12,或者向靠近6級臺階 形狀的方向是人/6。在圖3 (b)所示的硅晶片300中，使3級臺階形 狀300b向朝向下級的方向移動入/6 ( =2入/12)。即，多移動入/12。 因此，為了抵消多移動入/12的部分，將3級臺階形狀300b向遠離6 級臺階形狀300a的方向移動入/6。其結果是，6級和3級之間的相位 差變?yōu)樨?6，可進行適當?shù)南辔恍Ｕ?br> 參照圖3(b)的同時對如上所述進行了相位校正的衍射光學元件 的形狀進行說明。
在圖3 (b)所示的形狀中，3級臺階形狀300b的第1級形成在與 6級臺階形狀300a的第2級相同的級上。進而，因為3級臺階形狀300b 的臺階高差是6級臺階形狀300a的臺階高差的2倍，所以，3級臺階 形狀300b的所有臺階高差都形成在與6級臺階高差300a的某一臺階 高差相同的級上。即，3級臺階形狀300b的第2級與6級臺階形狀300a 的第4級、3級臺階形狀300b的第3級與6級臺階形狀300a的第6級 分別形成在相同的級上。
進而，在圖3 (b)所示的形狀中，6級臺階形狀300a與3級臺階 形狀300b的結合部的寬度形成為比6級臺階形狀300a的第6級的寬 度寬入/6。
(第3實施方式的效果)
如以上說明，根據(jù)本實施方式，可將進行刻蝕的臺階高差只作成1 級的臺階高差來制作臺階形狀，不需要進行掩模圖形或者刻蝕的追加 工藝，就可制作相位校正的多級型衍射光學元件。此外，因為橫向的 相位校正是擴大距離的方向，所以，即使線寬是光刻的極限區(qū)域也可 進行制作。
在上述第1 ~第3實施方式中，對衍射光學元件的結構進行了說明。 下面，作為本發(fā)明的第4~第6實施方式，對上述衍射光學元件的 制造方法進行說明。另外，第4~第6實施方式中，對在元件的制作中使用硅晶片(Si村底)、光刻中使用i線步進器以及標準的正型抗蝕劑 的方法進行說明。對刻蝕中使用反應性離子刻蝕裝置(RIE裝置)、使 用SF6作為刻蝕氣體進行各向異性刻蝕的方法進行說明。 (第4實施方式)
對本發(fā)明的第4實施方式進行說明。本實施方式中，對上述第1 實施方式中說明的形成有8級、4級以及2級臺階形狀的衍射光學元件 的制造方法進行說明。
圖4是表示上述第1實施方式中說明的形成有8級、4級以及2級 臺階形狀的衍射光學元件(制造步驟的最終形狀)與各制造步驟中使 用的掩模圖形的關系的說明圖。本實施方式中，如圖4所示，依次使 用4片掩模圖形M11、 M12、 M13、 M14,對硅晶片100進行刻蝕處理。
掩模圖形Mil用于不刻蝕8級臺階形狀的第1、 3、 5、 7級而對其 以外的級進行1級刻蝕。掩模圖形M12用于不刻蝕8級臺階形狀的第1~ 6級、4級臺階形狀的第1 ~ 3級、2級臺階形狀的第1級而對其以外的 級進行2級刻蝕。掩模圖形M13用于不刻蝕8級臺階形狀的笫1 ~ 4級、 4級臺階形狀的第1、 2級、2級臺階形狀的第1級而對其以外的級進 行2級刻蝕。掩模圖形M14用于不刻蝕8級臺階形狀的第1、 2級、4 級臺階形狀的第1級而對其以外的級進行2級刻蝕。
圖5是表示本實施方式的衍射光學元件的制造方法的各步驟的說 明圖。
首先，在硅晶片IOO上涂敷抗蝕劑。而且，使用掩模圖形Mil進 行爆光、顯影，如圖5(a)所示，在硅晶片IOO上形成抗蝕劑圖形Rll。 而且，以深度L (1級的量)對未形成抗蝕劑圖形Rll的區(qū)域即8級形 狀的第2、 4、 6、 8級、4級臺階形狀的第1~4級、2級臺階形狀的第 1、 2級進行刻蝕。
然后，除去抗蝕劑圖形Rll之后，在硅晶片IOO上涂敷抗蝕劑， 使用掩模圖形M12進行曝光、顯影，如圖5 (b)所示，在硅晶片100 上形成抗蝕劑圖形R12。而且，以深度2L(2級的量)對未形成抗蝕劑 圖形R12的區(qū)域即8級形狀的第7、 8級、4級臺階形狀的第4級、2 級臺階形狀的第2級進行刻蝕。
同樣，如圖5 (c)所示，除去抗蝕劑圖形R12之后，使用掩模圖 形M13在硅晶片100上形成抗蝕劑圖形R13。而且，以深度2L(2級的 量)對未形成抗蝕劑圖形R13的區(qū)域即8級形狀的第5~8級、4級臺 階形狀的第3、 4級、2級臺階形狀的第2級進行刻蝕。
同樣，如圖5(d)所示，除去抗蝕劑圖形R13之后，使用掩模圖 形M14在硅晶片IOO上形成抗蝕劑圖形R14。而且，以深度2L(2級的 量)對未形成抗蝕劑圖形R14的區(qū)域即8級形狀的第5~8級、4級臺 階形狀的第2~4級、2級臺階形狀的第1、 2級進行刻蝕。
經(jīng)過以上的步驟，可制造上述第1實施方式中說明的形成有8級、 4級以及2級臺階形狀的衍射光學元件。另外，對于臺階形狀的各臺階 高差的寬度、臺階形狀間的間隔來說，可通過調整掩模圖形M11~M14 而任意地設定。在上述第1實施方式的形狀中，因為只要向擴大臺階 形狀間的間隔的方向進行調整即可，所以，即使線寬是光刻的極限區(qū) 域也可容易地制造。
(第5實施方式)
對本發(fā)明的第5實施方式進行說明。本實施方式中，對上述第2 實施方式中說明的形成有7級以及3級臺階形狀的衍射光學元件的制 造方法進行說明。
圖6是表示上述第2實施方式中說明的形成有7級以及3級臺階 形狀的衍射光學元件(制造步驟的最終形狀)與各制造步驟中使用的 掩模圖形的關系的說明圖。本實施方式中，如圖6所示，依次使用4 片掩模圖形M21、 M22、 M23、 M24,對硅晶片200進行刻蝕處理。
掩模圖形M21用于不刻蝕7級臺階形狀的第1 ~ 6級、3級形狀的 第1、 2級而對其以外的級進行2級刻蝕。掩模圖形M22用于不刻蝕7 級臺階形狀的第1、 3、 5級、3級臺階形狀的第2、 3級而對其以外的 級進行1級刻蝕。掩模圖形M23用于不刻蝕7級臺階形狀的第1 ~ 4級、 3級臺階形狀的第1級而對其以外的級進行2級刻蝕。掩模圖形M24用 于不刻蝕7級臺階形狀的第1、 2級、3級臺階形狀的第1級而對其以 外的級進行2級刻蝕。
圖7是表示本實施方式的衍射光學元件的制造方法的各步驟的說 明圖。
首先，在硅晶片200上涂敷抗蝕劑。而且，使用掩模圖形M21進 行啄光、顯影，如圖7(a)所示，在硅晶片200上形成抗蝕劑圖形R21。 而且，以深度2L (2級的量)對未形成抗蝕劑圖形R21的區(qū)域即7級
形狀的第7級和3級臺階形狀的笫3級進行刻蝕。
然后，除去抗蝕劑圖形R21之后，在硅晶片200上涂敷抗蝕劑， 使用掩模圖形M22進行曝光、顯影，如圖7 (b)所示，在硅晶片200 上形成抗蝕劑圖形R22。而且，以深度L (1級的量)對未形成抗蝕劑 圖形R22的區(qū)域即7級形狀的第2、 4、 6級和3級臺階形狀的第1級 進行刻蝕。
同樣，如圖7(c)所示，除去抗蝕劑圖形R22之后，使用掩模圖 形M23在硅晶片200上形成抗蝕劑圖形R23。而且，以深度2L ( 2級的 量)對未形成抗蝕劑圖形R23的區(qū)域即7級形狀的第5 ~ 7級和3級臺 階形狀的第2、 3級進行刻蝕。
同樣，如圖7 (d)所示，除去抗蝕劑圖形R23之后，使用掩模圖 形M24在硅晶片200上形成抗蝕劑圖形R24。而且，以深度2L(2級的 量)對未形成抗蝕劑圖形R24的區(qū)域即7級形狀的第3~ 7級和3級臺 階形狀的第2、 3級進行刻蝕。
經(jīng)過以上的步驟，可制造上述第2實施方式中說明的形成有7級 以及3級臺階形狀的衍射光學元件。另外，對于臺階形狀的各臺階高 差的寬度或者臺階形狀間的間隔來說，可通過調整掩模圖形M21~M24 而任意地設定。在上述第2實施方式的形狀中，因為只要向擴大臺階 形狀間的間隔的方向進行調整即可，所以，即使線寬是光刻的極限區(qū) 域也可容易地制造。
按照本實施方式，能夠制造直徑120/im、從中心開始在半徑方向 上到40jLim為7級臺階形狀、40-60Mm為3級臺階形狀的透鏡元件。 這種透鏡元件是將從半導體激光器射出的光變?yōu)槠叫泄獾耐哥R。測定 這種透鏡的光學特性的結果是可得到87%的衍射效率?，F(xiàn)有的透鏡元 件的衍射效率是84%,與此比較，發(fā)現(xiàn)有3%左右的改善。此外，因 為未形成3級臺階形狀的情況下的衍射效率為50%左右，所以，可大 幅度地改善特性。
(第6實施方式)
對本發(fā)明的第6實施方式進行說明。本實施方式中，對上述第3 實施方式中說明的形成有6級以及3級臺階形狀的衍射光學元件的制 造方法進行說明。
圖8是表示上述第3實施方式中說明的形成有6級以及3級臺階
形狀的衍射光學元件(制造步驟的最終形狀)與各制造步驟中使用的
掩模圖形的關系的說明圖。本實施方式中，如圖8所示，依次使用3 片掩模圖形M31、 M32、 M33,對硅晶片300進行刻蝕處理。
掩模圖形M31用于不刻蝕6級臺階形狀的第1、 3、 5級而對其以 外的級進行1級刻蝕。掩模圖形M32用于不刻蝕6級臺階形狀的第1 ~ 4級和3級臺階形狀的第1、 2級而對其以外的級進行2級刻蝕。掩模 圖形M33用于不刻蝕6級臺階形狀的第1、 2級和3級臺階形狀的第1 級而對其以外的級進行2級刻蝕。
圖9是表示本實施方式的衍射光學元件的制造方法的各步驟的說 明圖。
首先，在硅晶片300上涂敷抗蝕劑。而且，使用掩模圖形M31進 行曝光、顯影，如圖9(a)所示，在硅晶片300上形成抗蝕劑圖形R31。 而且，以深度L (1級的量)對未形成抗蝕劑圖形R31的區(qū)域即6級形 狀的第2、 4、 6級和3級臺階形狀的第1~3級進行刻蝕。
然后，除去抗蝕劑圖形R31之后，在硅晶片300上涂敷抗蝕劑， 使用掩模圖形M32進行曝光、顯影，如圖9 (b)所示，在硅晶片300 上形成抗蝕劑圖形R32。而且，以深度2L(2級的量)對未形成抗蝕劑 圖形R32的區(qū)域即6級形狀的第5、 6級和3級臺階形狀的第3級進行 刻蝕。
同樣，如圖9(c)所示，除去抗蝕劑圖形R32之后，使用掩模圖 形M33在硅晶片300上形成抗蝕劑圖形R33。而且，以深度2L ( 2級的 量)對未形成抗蝕劑圖形R33的區(qū)域即6級形狀的第3~ 6級和3級臺 階形狀的第2、 3級進行刻蝕。
經(jīng)過以上的步驟，可制造上述第3實施方式中說明的形成有6級 以及3級臺階形狀的衍射光學元件。另外，對于臺階形狀的各臺階高 差的寬度、臺階形狀間的間隔來說，可通過調整掩模圖形M31~M33而 任意設定。在上述第3實施方式的形狀中，因為只要向擴大臺階形狀 間的間隔的方向進行調整即可，所以，即使線寬是光刻的極限區(qū)域也 可容易地制造。
以上，雖然參照附圖的同時對本發(fā)明的衍射光學元件以及衍射光 學元件的制造方法的優(yōu)選實施方式進行了說明，但是，本發(fā)明并不限 于這些例子。只要是本領域技術人員，就會明白在權利要求記載的技
術思想的范疇內可想到各種變形例或者修正例，關于這些，當然也屬 于本發(fā)明的技術范圍內。
例如，雖然在上述實施方式中使用硅晶片制造衍射光學元件，但
是，本發(fā)明不限于此，使用玻璃、鍺、InP等也可同樣制造衍射光學元 件。此外，對于硅晶片的刻蝕來說，不限于所述方法，還能采用可制 作希望的臺階高差形狀的任意方法。
此外，雖然上述實施方式中對將臺階形狀的寬度作成一定的情況 進行了說明，但是，可通過適當調整掩模圖形來任意設定臺階形狀的 寬度。此外，對于臺階形狀間的間隔來說，可任意設定。作為一例， 圖IO是在上述第2、第5實施方式中說明了的具有7級和3級臺階形 狀的衍射光學元件。雖然該圖10 (a) ~ (d)的各步驟與第5實施方 式中說明了的圖7 (a) ~ (d)相同，但是，如圖10 (d)所示，隨著 從臺階形狀的第1級到第2、 3級，臺階形狀200a，、 200b，的寬度形成 得較窄。此外，可將臺階形狀間的間隔形成得充分寬。
此外，雖然在上述實施方式中，使用掩模圖形來形成了抗蝕劑圖 形，但是，本發(fā)明并不限定于此，也可以使用以電子束直接進行繪圖 形成抗蝕劑圖形的方法。此外，所使用的抗蝕劑并不限定于正型，也 可使用負型抗蝕劑。此種情況下，作為掩模的圖形，與所述的各例中 示出的掩模圖形相對，是反轉后的圖形。此外，在光刻步驟中，不僅 可使用i線步進器，也可使用X射線光刻等的別的光刻法。另外，可
透^或光電二極管用聚光透鏡來加以應用。' g '
本發(fā)明可在衍射光學元件以及衍射光學元件的制造方法中利用，
利用
權利要求
1.一種衍射光學元件，在1個襯底上形成具有n級臺階形狀的元件以及具有m級臺階形狀的元件，其中n＞m，該衍射光學元件其特征在于，所述m級臺階形狀的第1級形成在與所述n級臺階形狀的第2級相同的級上。
2. —種衍射光學元件，在1個襯底上形成具有n級臺階形狀的元 件以及具有m級臺階形狀的元件，其中n>m，該衍射光學元件其特征在 于，所述m級臺階形狀的所有級形成在與所述n級臺階形狀的任一級 相同的級上。
3. 如權利要求1或2中記栽的衍射光學元件，其特征在于，所述n級臺階形狀和所述m級臺階形狀的相位校正是(1/m - 1/n )臺階高差方向的相位校正是A7T，其中將朝向下級的方向作為正，臺階高差方向和垂直方向的相位校正是BTi ，其中將所述m級臺階形狀 靠近所述n級臺階形狀的方向作為正， A>l/m-l/n， A+B=l/m-l/n。
4. 如權利要求3中記載的衍射光學元件，其特征在于，所述n級臺階形狀和m級臺階形狀的結合部的寬度比所述n級臺 階形狀的第n級的寬度寬。
5. 如權利要求1或2中記載的衍射光學元件，其特征在于， 所述n是7，所述m是3。
全文摘要
本發(fā)明涉及衍射光學元件，提供一種可不追加刻蝕步驟、還不受光刻的分辨力的限制地來進行相位校正的衍射光學元件的制造方法。其包含(a)第1步驟，以臺階形狀的臺階高差的2倍即深度2L對成為7級臺階形狀的第7級的區(qū)域和成為3級臺階形狀的第3級的區(qū)域進行刻蝕；(b)第2步驟，以臺階形狀的臺階高差即深度L對成為7級臺階形狀的第2、4、6級的區(qū)域和成為3級臺階形狀的第1級的區(qū)域進行刻蝕；(c)第3步驟，以深度2L對成為7級臺階形狀的第5、6、7級的區(qū)域和成為3級臺階形狀的第2、3級的區(qū)域進行刻蝕；(d)第4步驟，以深度2L對成為7級臺階形狀的第3、4、5、6、7級的區(qū)域和成為3級臺階形狀的第2、3級的區(qū)域進行刻蝕。
文檔編號G02B5/18GK101349773SQ20081021443
公開日2009年1月21日 申請日期2006年4月21日 優(yōu)先權日2005年6月8日
發(fā)明者前野仁典 申請人:沖電氣工業(yè)株式會社