CN114174872A - 衍射光栅、衍射光栅的制造方法和光掩模 - Google Patents

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Abstract

本发明的衍射光栅的制造方法提高衍射光栅的性能。准备包括基板(7)、和具有由多个槽(GR1)构成的表面形状的抗蚀剂图案(6b)的成型构件(8)。多个槽(GR1)包括多个底部(BP1)和多个顶部(TP1)，多个底部(BP1)和多个顶部(TP1)在X方向上交替重复，并且分别在Y方向上延伸。另外，彼此相邻的底部(BP1)的间隔阶段性地变化。接下来，在抗蚀剂图案(6b)的表面上形成金属膜(9)，以覆盖多个槽(GR1)，然后从成型构件(8)剥离金属膜(9)。由此，形成具有与抗蚀剂图案(6b)的表面形状相反的表面形状的金属膜(9)。金属膜(9)的多个顶部(TP2)和多个底部(BP2)分别对应于抗蚀剂图案(6b)的多个底部(BP1)和多个顶部(TP1)。能使用这种金属膜(9)形成锯齿形状的衍射光栅。

Description

衍射光栅、衍射光栅的制造方法和光掩模
技术领域
本发明涉及衍射光栅、衍射光栅的制造方法和光掩模，尤其能适当地应用于具有锯齿形状的衍射光栅和用于形成锯齿形状的光掩模。
背景技术
在分光分析装置的分光器等中，为了将混合了各种波长的光(例如白色光)分成窄带的每个波长，使用了衍射光栅那样的光学元件。衍射光栅的表面是蒸镀有反射膜的光学材料表面，在光学材料表面刻有细微的槽。
作为衍射光栅的槽形状可例举正弦波或矩形等各种形状，由于具有锯齿形状的闪耀衍射光栅能够在闪耀波长下获得高衍射效率，因此上述闪耀衍射光栅被用于分光光度计等分光器。上述闪耀波长是当使入射光入射到衍射光栅时衍射效率达到最大的波长。当入射光和衍射光相对于槽的倾斜长边具有正反射关系时，在上述闪耀波长和长边的倾斜角α之间存在下述数学式1的关系。
[数学式1]
sinα＝λ/(2d·cosρ)
这里，d是衍射光栅的槽的周期，角度ρ是分光光度计中入射光、衍射光栅中心以及衍射光形成的角的1/2。
分光分析装置的分光器通常使用10mm×10mm～50mm×50mm左右大小的衍射光栅，而大型分析装置等则使用100mm×100mm以上的衍射光栅。
以往，在制造这种大面积衍射光栅的情况下，主要应用的是使用刻线机的机械刻线方式、或者使用激光的基于双光束干涉的全息曝光方式。例如，专利文献1公开了一种通过全息曝光在光刻胶膜上形成周期图案，并以该光刻胶膜为掩模进行斜离子束蚀刻，从而制造出闪耀衍射光栅的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平11-305023号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在对大面积的衍射光栅进行刻线时，采用刻线机的机械刻线方式中，使用工具逐条刻线从而形成槽。因此，刻线距离变长，制造时间较长成为问题。
另外，在衍射光栅的制造技术中，出于减少分光时产生的像差的目的，以及出于在具有分光作用的同时具有聚光作用和成像作用的目的，要求将槽的周期设为不等间隔。全息曝光方式只能制造正弦波形状或形状接近正弦波形状的衍射光栅，因此无法获得较高的衍射效率。此外，即使使用上述专利文献1公开的技术，也难以制造槽的周期不等间隔的衍射光栅。
另一方面，虽然也开发了利用光刻技术制造衍射光栅的技术，但到目前为止，关于使锯齿形状大面积化以及使槽的周期为不等间隔，还没有进行充分的研究。
本申请的目的之一是提供一种锯齿形状的面积较大且槽的周期不等间隔的衍射光栅(光学元件)，即提高衍射光栅的性能。此外，其他目的是在短时间内制造衍射光栅，抑制制造成本的上升。此外，其他目的是提供用于制造这种衍射光栅的光掩模。
其它目的、课题和新的特征根据本说明书的记载和附图将变得明确。
解决技术问题所采用的技术方案
根据一个实施方式，衍射光栅的制造方法包括：(a)准备包括第一基板、以及形成在所述第一基板上并且具有由多个槽构成的表面形状的抗蚀剂图案在内的成型构件的工序；(b)在所述抗蚀剂图案的表面上形成第一金属膜以覆盖多个所述槽的工序。此外，衍射光栅的制造方法包括：(c)通过从所述成型构件剥离所述第一金属膜，从而制备具有与所述抗蚀剂图案的表面形状相反的表面形状的所述第一金属膜的工序；(d)准备其表面形状为凸面的第二基板的工序；(e)在所述第二基板的表面上形成粘接层的工序。此外，衍射光栅的制造方法包括：(f)在所述(a)～(e)工序之后，将所述第一金属膜设置在所述第二基板的表面上，使得所述第一金属膜的背面面向所述第二基板的表面的工序；(g)在所述(f)工序之后，通过从所述第一金属膜的表面侧向所述第一金属膜施加载荷，从而以沿着所述第二基板的表面形状的方式，经由所述粘接层将所述第一金属膜粘贴到所述第二基板的表面上的工序。此外，衍射光栅的制造方法包括：(h)准备其表面形状为凹面的第三基板的工序；(i)在所述第三基板的表面上形成树脂层的工序；(j)在所述(g)～(i)工序之后，通过以所述第一金属膜的表面面向所述树脂层的表面的方式，将所述第一金属膜粘贴到所述树脂层上，从而使所述树脂层的表面形状与所述第一金属膜的表面形状相反的工序。这里，多个所述槽包括多个第一底部和多个第一顶部，多个所述第一底部和多个所述第一顶部在俯视下的第一方向上交替重复，并且分别在与所述第一方向正交的第二方向上延伸，在所述第一方向上彼此相邻的所述第一底部的间隔阶段性地变化。
根据一个实施方式，衍射光栅包括：基板，该基板的表面形状是凹面；树脂层，该树脂层形成在所述基板的表面上；以及反射膜，该反射膜以沿所述树脂层的表面形状的方式形成在所述树脂层的表面上并且由金属材料制成。这里，所述树脂层的表面形状由包括多个第一底部和多个第一顶部的多个槽构成，多个所述第一底部和多个所述第一顶部在俯视下的第一方向上交替地重复，并且分别在与所述第一方向正交的第二方向上延伸。此外，在所述第一方向上彼此相邻的所述第一底部的间隔连续地变化，在沿所述第二方向延伸的多个所述第一顶部各自的中途，存在局部地产生图案之间的偏差或尺寸偏差的边界区域，在俯视下的所述树脂层的中心位置不存在所述边界区域。
根据一个实施方式，光掩模包括形成有第一开口部的遮光膜。这里，所述第一开口部包括第一部位、以及在俯视下的第一方向上与所述第一部位连结并相通的第二部位，在所述第一方向中从所述第一部位朝向所述第二部位的方向上，所述第一部位和所述第二部位各自在与所述第一方向正交的第二方向上的长度阶段性地变长。此外，在所述第一方向上，所述第二部位的长度比所述第一部位的长度要长，所述第二部位的开口面积大于所述第一部位的开口面积。
发明效果
根据一个实施方式，能提高衍射光栅的性能。此外，能抑制衍射光栅的制造成本的上升。此外，能提供用于制造这种衍射光栅的光掩模。
附图说明
图1是示出实施方式1中的曝光装置的示意图。
图2是表示作为实施方式1中的光掩模的一部分的掩模图案的俯视图。
图3是表示对于抗蚀剂膜的曝光量与抗蚀剂图案厚度的关系的图表。
图4A是表示实施方式1中的显影处理前的抗蚀剂膜的剖视图。
图4B是表示实施方式1中的显影处理后的抗蚀剂图案的剖视图。
图4C是表示实施方式1中的显影处理后的抗蚀剂图案的剖视图。
图5是表示实施方式1中的成型构件和衍射光栅的制造工序的工艺流程图。
图6是表示实施方式1中的光掩模的俯视图。
图7是表示实施方式1中的成型构件的制造工序的俯视图。
图8是示出接着图7的制造工序的俯视图。
图9是示出接着图8的制造工序的俯视图。
图10是表示实施方式1中的成型构件的剖视图。
图11是表示实施方式1中的成型构件的剖视图。
图12是表示实施方式1中的成型构件的尺寸的剖视图。
图13是表示实施方式1中的衍射光栅的制造工艺的剖视图。
图14是示出接着图13的制造工序的剖视图。
图15是示出接着图14的制造工序的剖视图。
图16是示出接着图15的制造工序的剖视图。
图17是示出接着图16的制造工序的剖视图。
图18是示出接着图17的制造工序的剖视图。
图19是示出接着图18的制造工序的剖视图。
图20是示出接着图19的制造工序的剖视图。
图21是示出设置于光掩模的开口部的长度与光掩模的位置之间的关系的图表。
图22是示出实施方式1中的搭载了衍射光栅的分光分析装置的示意图。
图23是表示实施方式2中的光掩模的俯视图。
图24是表示实施方式2中的成型构件的制造工序的俯视图。
具体实施方式
下面，基于附图对实施方式进行详细说明。另外，在用于说明实施方式的所有图中，对具有相同功能的部件赋予相同的标号，并且省略重复的说明。另外，在以下实施方式中，除了特别需要的情况之外，原则上不重复相同或同样的部分的说明。
另外，在本实施方式中使用的附图中，为了使附图容易观察，即使是剖视图有时也省略阴影，即使是俯视图有时也附加阴影。
另外，在本申请中说明的X方向和Y方向彼此正交，并且由X方向和Y方向构成的面是平面。另外，Z方向与X方向和Y方向正交，并且是垂直于上述平面的竖直方向。在本申请中，可以将Z方向作为结构体的厚度方向或高度方向来进行说明。
(实施方式1)
以下，对实施方式1中的衍射光栅及其制造方法进行说明，在此之前，对用于制造衍射光栅的成型构件、以及用于制造成型构件的光掩模进行说明。
<曝光装置1的结构>
以下用图1说明实施方式1中的曝光装置1。如图1所示，曝光装置1包括光源2、平台4和设置在光源2和平台4之间的投影光学机构3。在曝光处理时，光掩模(中间掩模)5***光源2和投影光学机构3之间，例如由硅形成的基板(半导体基板)7和形成在基板7上的抗蚀剂膜6a的层叠体搭载在平台4上。
光源2使用例如汞灯的g线或i线或KrF或ArF那样的准分子激光。基板7例如由硅制成，并且基板7的口径例如为8英寸(φ200mm)。
在曝光装置1中，进行曝光处理，其中来自光源2的光LI1照射到光掩模5上，并且透过设置在光掩模5上的掩模图案的光经由投影光学机构3转印到抗蚀剂膜6a上。
作为曝光方式，已知有同步移动并扫描光掩模5、抗蚀剂膜6a和基板7的步进扫描方式和在使光掩模5、抗蚀剂膜6a和基板7静止的状态下对作为光掩模5的一部分的掩模图案进行批量曝光，并依次步进移动抗蚀剂膜6a和基板7的步进重复方式。在此，在使用了步进重复方式的情况下进行说明。也就是说，平台4可以在Y方向或X方向上移动，通过使平台4移动到规定位置并重复曝光处理，从而最大将规定图案转印到抗蚀剂膜6a的整个表面上。
在曝光处理之后，对抗蚀剂膜6a进行显影处理，并加工抗蚀剂膜6a的一部分从而形成抗蚀剂图案。
＜掩模图案5b的结构＞
图2示出实施方式1中的光掩模5的一部分即掩模图案5b的俯视图。在实施方式1的光掩模5中，如后述的图6所示，设置有多个掩模图案5a～5c，在此以掩模图案5b为代表进行说明。
光掩模5(掩模图案5b)包括玻璃或合成石英等的具有透明性的透明基板和形成在透明基板上的遮光膜LB。遮光膜LB具有对例如可见光那样的具有一定波长的光进行遮光的功能，例如由铬制成。
如图2所示，在遮光膜LB上形成贯通遮光膜LB的多个开口部OP。掩模图案5b中的开口部OP包括在X方向上彼此连接并相通的第一部位OPa～第三部位OPc。在X方向上，第一部位OPa和第二部位OPb连接并相通，第二部位OPb和第三部位OPc连接并相通。
第一部位OPa～第三部位Opc各自在Y方向上的长度不是恒定的，根据位置而变化。在X方向中的从第一部位OPa到第二部位OPb(第三部位OPc)的方向上，第一部位OPa～第三部位OPc各自在Y方向上的长度呈阶段性地变长。另外，在X方向上，第三部位OPc的长度比第二部位OPb的长度长，第二部位OPb的长度比第一部位OPa的长度长。因此，第三部位OPc的开口面积大于第二部位OPb的开口面积，第二部位OPb的开口面积大于第一部位OPa的开口面积。
换句话说，第一部位OPa由多个窗口WI构成，各个窗口WI的平面形状是四边形，并且彼此连接并相通。此外，在从第一部位OPa朝向第二部位OPb的方向上，窗口WI的开口面积阶段性地变大。另外，对于第二部位OPb和第三部位OPc，除了一个窗口WI在X方向上的长度比第一部位OPa长这点之外，窗口WI的开口面积阶段性地变大。
另外，开口部OP在Y方向上的长度中的最长距离L1和彼此相邻的开口部OP之间的距离L2基本相同。在实施方式1中，距离L1和距离L2被设定为图1所示的曝光装置1的分辨极限以下。因此，透过光掩模5的光的光量受到限制，并且透射率与每个位置的开口率成比例地阶段性变化。即，由于相对于抗蚀剂膜6a的曝光量在每个位置连续地变化，因此显影处理后的抗蚀剂图案的厚度连续地变化。
＜成型构件8(抗蚀剂图案6b)的一部分的结构及其制造方法＞
图3示出了对于抗蚀剂膜6a的曝光量与显影处理后的抗蚀剂图案6b的厚度之间的一般关系。另外，图表中的虚线表示紧接在基板7上涂布抗蚀剂膜6a之后的抗蚀剂膜6a的厚度。
光刻技术中使用的抗蚀剂膜6a是溶解性随光或电子束等变化的组合物，从与光或电子束的反应方法来看，大致可分为负型和正型。负型抗蚀剂膜6a在曝光时对显影液的溶解性降低，因此在显影处理之后，曝光部分作为抗蚀剂图案6b残留。与此相对，正型抗蚀剂膜6a在曝光时对显影液的溶解性增大，因此在显影处理后去除曝光部分。
因此，如图3所示，当增大对于负型抗蚀剂膜6a(实线)的曝光量时，抗蚀剂图案6b的厚度变大，当增大对于正型抗蚀剂膜6a(点划线)的曝光量时，抗蚀剂图案6b的厚度变小。
以下，说明经由图2中说明的光掩模5对图3中说明的抗蚀剂膜6a进行曝光处理和显影处理的情况。
图4A示出了紧接在基板7上涂布了图3所示的负型或正型抗蚀剂膜6a之后的状态。图4B示出显影处理后的抗蚀剂图案6b的状态，示出抗蚀剂膜6a为负型的情况。图4C示出了显影处理后的抗蚀剂图案6b的状态，并示出了抗蚀剂膜6a为正型的情况。
实施方式1中的成型构件8包括基板7和显影处理后的抗蚀剂图案6b。在后面会详细说明，成型构件8是用于形成作为衍射光栅15的主要结构的树脂层13的表面形状的构件。
抗蚀剂图案6b的表面形状由多个槽GR1构成并具有锯齿形状。多个槽GR1包括多个底部BP1和多个顶部TP1。多个底部BP1以及多个顶部TP1在X方向上交替重复，并且分别在Y方向上延伸。
此外，在光掩模5中，由于第一部位OPa～第三部位OPc各自的在Y方向上的长度阶段性地变长，所以抗蚀剂图案6b的厚度也不均匀，抗蚀剂图案6b的表面形状是由距离长、斜度小的斜面、和距离短、斜度大的斜面交替重复而形成的形状。换句话说，在X方向上彼此相邻的两个底部BP1中的一个与位于两个底部BP1之间的顶部TP1之间的距离长于两个底部BP1中的另一个与上述顶部TP1之间的距离。
另外，槽GR1的周期因位置而不同，阶段性地变大。换句话说，在X方向上彼此相邻的底部BP1的间隔是阶段性地变化的，阶段性地变宽的。
另外，曝光时的倍率能通过图1所示的投影光学机构3来调整。例如，在曝光时的倍率是等倍的情况下，第一部位OPa～第三部位OPc中的每一个在X方向上的长度等于槽GR1的周期。另外，如果曝光装置1具有可选择的倍率，则曝光时的倍率可以不是等倍，例如，可以使用缩小曝光方法来缩小掩模图案5b并进行曝光。在这种情况下，可以在光掩模5的设计中使用通过计算预先求出不等间隔的槽GR1的周期并将该周期乘以缩小的倍率后得到的值作为第一部位OPa～第三部位Opc各自在X方向上的长度，以获得期望的光学特性。
图5示出了实施方式1中的成型构件8和衍射光栅15的整体工艺流程。下面，参照图5所示的步骤S1至S11，用图6至20说明成型构件8和衍射光栅15的制造方法。
＜成型构件8的制造方法＞
下面用图6至图12说明成型构件8及其制造方法。由于如上所述说明了光掩模5的掩模图案5b和抗蚀剂图案6b的形状等一部分结构及其制造方法，因此这里省略重复的详细说明。
＜＜步骤S1＞＞
首先，准备图1所示的曝光装置1，将基板7和抗蚀剂膜6a的层叠体搭载在平台4上。优选地在将抗蚀剂膜6a涂布在基板7上之后，进行例如50至100℃的预焙处理。
图6是示出***在光源2和投影光学机构3之间的光掩模5的俯视图。除了用图2说明的掩模图案5b之外，在光掩模5上还设置有掩模图案5a和掩模图案5c。除了开口部OP的形状不同这点之外，掩模图案5a和掩模图案5c的各个结构与掩模图案5b的结构相同。
出于与掩模图案5b的第一部位OPa～第三部位OPc相同的目的，掩模图案5a和掩模图案5c的各个开口部OP由多个部位构成，并且由多个窗口构成。掩模图案5a的各个部位在X方向上的长度比第一部位OPa～第三部位OPc短，掩模图案5c的各个部位在X方向上的长度比第一部位OPa～第三部位OPc长。
＜＜步骤S2＞＞
在实施方式1中，进行3行×3列这样的奇数行×奇数列的多次曝光处理。
如图7所示，首先，使用掩模图案5a对抗蚀剂膜6a进行曝光处理。通过一次曝光处理，作为抗蚀剂膜6a的一部分区域的曝光区域8a被曝光。接着，使抗蚀剂膜6a(平台4)沿Y方向移动，从而依次对另一曝光区域8a进行曝光。这里，例示了进行合计3次曝光处理的情况。这些多个曝光区域8a在Y方向上彼此相邻，使得彼此连接在一起。
在通过这样的多次曝光处理将多个曝光区域8a连接在一起的情况下，曝光处理的次数优选为3次以上的奇数次。其原因与边界区域BR相关联，将在后面对其进行说明。
边界区域BR相当于多个曝光区域8a之间的接缝，在附图中用沿X方向延伸的实线表示。另外，在附图中，为了容易理解，用沿Y方向延伸的实线来表示在显影处理之后成为槽GR1的底部BP1的部位。这些在后述的图8和图9中也是相同的。
接着，如图8所示，通过使用掩模图案5b对抗蚀剂膜6a进行曝光处理，与曝光区域8a不同的曝光区域8b被曝光。曝光区域8b是抗蚀剂膜6a的一部分区域，并且是在X方向上与曝光区域8a相邻的区域。这里，掩模图案5a和掩模图案5b各自的位置被调整，使得掩模图案5a的开口部OP和掩模图案5b的开口部OP在X方向上连接并相通。这里，根据曝光装置的对准精度等，在曝光区域8a与曝光区域8b之间的边界处也存在边界区域BR。
接着，如图9所示，通过使用掩模图案5c对抗蚀剂膜6a进行曝光处理，从而与曝光区域8a和曝光区域8b不同的曝光区域8c被曝光。曝光区域8c是抗蚀剂膜6a的一部分区域，并且是在X方向上与曝光区域8b相邻的区域。这里，掩模图案5b和掩模图案5c各自的位置被调整，使得掩模图案5b的开口部OP和掩模图案5c的开口部OP在X方向上连接并相通。同样地，根据曝光装置的对准精度等，在曝光区域8b与曝光区域8c之间的边界处也存在边界区域BR。
＜＜步骤S3＞＞
在结束图7至图9的曝光处理之后，对抗蚀剂膜6a进行显影处理。由此，形成图10或图11所示的抗蚀剂图案6b。此后，对抗蚀剂图案6b实施例如150至200℃的后烘烤。图10或图11所示的抗蚀剂图案6b分别是抗蚀剂膜6a为负型或正型时的抗蚀剂图案。
抗蚀剂图案6b的表面形状由多个槽GR1构成并具有锯齿形状。多个槽GR1包括多个底部BP1和多个顶部TP1。多个底部BP1以及多个顶部TP1在X方向上交替重复，并且分别在Y方向上延伸。抗蚀剂图案6b的表面形状是由具有长距离和小斜度的斜面、以及具有短距离和大斜度的斜面交替重复的形状。换句话说，在X方向上彼此相邻的两个底部BP1中的一个与位于两个底部BP1之间的顶部TP1之间的距离比两个底部BP1中的另一个与上述顶部TP1之间的距离要长。另外，槽GR1的周期根据位置而不同，阶段性地变大。换句话说，在X方向上彼此相邻的底部BP1的间距阶段性地变化，并且阶段性地变宽。
图12表示实施方式1中的成型构件8的尺寸的一个示例。这里例示了抗蚀剂膜6a为负型的情况。槽GR1的周期W1，即在X方向上彼此相邻的底部BP1的间隔例如在1.60至1.70μm的范围内。抗蚀剂图案6b的厚度H1，即从基板7的表面到顶部TP1的高度例如在0.10至0.20μm的范围内。在基板7的表面上以水平的表面为基准时，槽GR1的距离较长的斜面的斜度(闪耀角)θ1为5至7度。成型构件8的尺寸不限定于上述数值。
如上所述，制造槽GR1的周期W1不等间隔的成型构件8。
另外，如实施方式1那样，通过使用在光掩模5上设置的多个掩模图案5a～5c将多个曝光区域8a～8c连接在一起，例如与在光掩模5上设置一个掩模图案的情况相比，能够制造表面积较大的成型构件8。也就是说，能实现锯齿形状的大面积化。
另外，连接在一起的组合优选为如实施方式1的3行×3列那样的奇数行×奇数列，优选为至少3行那样的奇数行。例如，在将多个曝光区域8a连接在一起的情况下，曝光处理的次数优选为三次以上的奇数次。
如上所述，将连接在一起的部位作为边界区域BR进行了说明，但是，由于边界区域BR是两个曝光区域的边界，因此，根据曝光装置的对准精度，可能发生边界处的图案之间的偏差或间距尺寸的偏差。即，在曝光图案的边界区域BR中，图10所示的底部BP1和顶部TP1的Y方向上的图案可能产生偏差，并且在X方向上也可能产生间距尺寸的偏差。
如后所述，衍射光栅15的表面形状是通过使金属膜9的表面形状反转后得到的形状，金属膜9的表面形状是通过使成型构件8的表面形状反转后得到的形状。因此，如果成型构件8的表面形状中含有图案之间的偏差或尺寸的偏差，则衍射光栅15的表面形状中含有对应于成型构件8的图案之间的偏差或尺寸的偏差。当在分光分析装置等上使用衍射光栅15时，衍射光栅15的中央部是用于衍射光的主区域。因此，如果在衍射光栅15的中心位置含有图案之间的偏差或间距尺寸的偏差，则光学特性(光的衍射效率等)可能降低。
因此，期望在成型构件8的中心位置不包括曝光区域的边界。在实施方式1中，例如在将多个曝光区域8a连接在一起的情况下，使曝光处理的次数为奇数次，因此边界区域BR不形成在成型构件8的中心附近。因此，由于在衍射光栅15的中心附近不包括图案之间的偏差或间距尺寸的偏差，因此能提高衍射光栅15的性能。
虽然图6中示出了掩模图案5a～5c在X方向上的长度不同的示例，但即使在X方向上的长度相同，也能通过在X方向上进行奇数个曝光来防止边界区域出现在衍射光栅的中心附近。
另外，作为变形例，能在光掩模5上预先形成图6中Y方向上的长度各不相同的掩模图案5a～5c。在这种情况下，即使Y方向上的曝光处理的次数不是奇数次，也能使边界区域BR从成型构件8的中心位置偏移。也可以将掩模图案5a至5c预先形成在单独的光掩模中，并且依次地进行曝光处理。
另外，在沿X方向延伸的边界区域BR中，如图10和图11所示，有时存在如低于顶部TP1的高度的凹部CC1或高于底部BP1的高度的凸部CV1那样的抗蚀剂膜厚度或/和形状异常的区域。。凹部CC1以及凸部CV1是局部存在于沿Y方向延伸的顶部TP1以及底部BP1的中途的部位，是成为上述图案间的偏差或者间距尺寸的偏差的痕迹的部位的一个示例。
＜衍射光栅15的制造方法＞
下面用图13～图17来说明衍射光栅15及其制造方法。这里，举例示出抗蚀剂膜6a为负型的情况，使用图11所示的成型构件8来进行说明。
＜＜步骤S4＞＞
首先，如图13所示，例如通过电场电镀法，在抗蚀剂图案6b(成型构件8)的表面上形成例如由镍制成的金属膜9。构成金属膜9的材料不限于镍，只要是通常用于电解电镀法的金属材料即可。沿抗蚀剂图案6b的表面形状形成金属膜9，并形成为覆盖包括多个顶部TP1和多个底部BP1的多个槽GR1。
＜＜步骤S5＞＞
接下来，如图14所示，从成型构件8上剥离金属膜9。以这种方式制备的金属膜9的表面形状为通过使抗蚀剂图案6b的表面形状反转后得到的锯齿形状。即，金属膜9的表面形状由包括多个顶部TP2和多个底部BP2的多个槽GR2构成，金属膜9的底部BP2对应于抗蚀剂图案6b的顶部TP1，金属膜9的顶部TP2对应于抗蚀剂图案6b的底部BP1。因此，槽GR2的周期和构成槽GR2的斜面的斜度等的尺寸与用图12说明的槽GR1所涉及的尺寸相同。
此外，如上所述，当凹部CC1或凸部CV1由于边界区域BR而形成在成型构件8上时，在金属膜9上形成有凸部CV2或凹部作为其反转形状。然而，由于在金属膜9的中心位置处不含有凸部CV2或凹部，因此能抑制衍射光栅15的光学特性降低的可能性。
＜＜步骤S6＞＞
接着，如图15所示，准备例如由蓝板玻璃或白板玻璃构成且其表面形状为凸面的凸面基板(基板)10。接下来，在凸面基板10的表面上形成由例如环氧树脂那样的树脂材料形成的粘接层11。步骤S6可以在上述步骤S1～S5之前进行，也可以在上述步骤S1～S5之后进行。
＜＜步骤S7＞＞
接下来，如图16所示，将金属膜9设置在凸面基板10的表面上，使得金属膜9的背面与凸面基板10的表面相对。之后，在Z方向上，通过从金属膜9的表面侧向金属膜9施加载荷，从而以沿着凸面基板10的表面形状的方式，经由粘接层11将金属膜9粘贴到凸面基板10的表面上。作为施加载荷的手段，使用例如使用气压或水压等的压力施加方法，以使载荷分布均匀。
＜＜步骤S8＞＞
接着，如图17所示，准备例如由蓝板玻璃或白板玻璃构成且其表面形状为凹面的凹面基板(基板)12。接下来，在凸面基板12的表面上形成由例如环氧树脂那样的树脂材料形成的粘接层13。步骤S8可以在上述步骤S1～S7之前进行，也可以在上述步骤S1～S7之后进行。
＜＜步骤S9＞＞
接下来，如图18所示，设置凸面基板10和凹面基板12，使得经由粘接层11粘贴在凸面基板10上的金属膜9的表面与形成在凹面基板12上的树脂层13的表面相对，并将金属膜9粘贴到树脂层13上。之后，使树脂层13固化。
＜＜步骤S10＞＞
接下来，如图19所示，剥离凸面基板10、粘接层11和金属膜9。由此制备得到的树脂层13的表面形状成为通过使金属膜9的表面形状反转后得到的锯齿形状。即，树脂层13的表面形状由包括多个顶部TP3和多个底部BP3的多个槽GR3构成，树脂层13的底部BP3对应于金属膜9的顶部TP2，树脂层13的顶部TP3对应于金属膜9的底部BP2。因此，槽GR3的周期以及构成槽GR3的斜面的斜度等的尺寸与金属膜9的尺寸相同。
＜＜步骤S11＞＞
接下来，如图20所示，以沿着树脂层13的表面形状的方式，通过例如蒸镀法在树脂层13的表面上形成由例如铝或金的薄膜形成的反射膜14。构成反射膜14的金属材料可以是具有高反射率的材料，而不限于铝或金。由此，获得凹面基板12、其表面形状为锯齿形状的树脂层13、以及包括反射膜14的衍射光栅15。
如上所述，使用槽GR1的周期W1不等间隔的成型构件8来制造槽GR3的周期不等间隔的衍射光栅15。此外，由于利用设置在光掩模5上的多个掩模图案5a～5c来制造表面积较大的成型构件8，利用该成型构件8来制造衍射光栅15，因此能够实现锯齿形状的大面积化。此外，由于使用成型构件8来制造衍射光栅15而不使用机械刻线方式或全息曝光方式，并且使用光刻技术来制造成型构件8，因此能在比较短的时间内制造衍射光栅15。此外，还能抑制制造成本的上升。
以下是关于衍射光栅15的槽GR3的周期与光掩模5的开口部OP(第一部位OPa～第三部位OPc)的长度之间的关系的研究。图21所示的图表的实线表示实施方式1中的光掩模5的开口部OP(第一部位OPa～第三部位OPc)的长度。图21的虚线表示衍射光栅15的槽GR3的周期f(x)，周期f(x)用下述数学式2表示。
[数学式2]
Figure BDA0003492708560000171
这里，σ0是衍射光栅15的在中心附近的槽数(条/mm)，R是曲率半径。b2、b3、b4是系数，并且根据所使用的波长范围确定，使得衍射光的在成像位置处的像差最小。
例如，对于大小为20mm×20mm、曲率半径R＝100mm、槽数为600个/mm的衍射光栅15，需要使槽GR2的周期在1.617μm～1.714μm的范围内，由窄间隔向宽间隔连续变化。
光掩模5的开口部OP(第一部位OPa～第三部位OPc)在X方向上的长度是相对于用数学式2计算的衍射光栅15的槽GR3的周期呈阶梯状近似的图18中的用虚线表示的长度。
另外，这里虽然已经说明了曝光装置1的倍率为等倍的情况，但是即使在使用缩小曝光方法的情况下，也能通过根据曝光时的倍率设计开口部OP在X方向上的长度，来实现期望的槽GR3的周期。
＜使用了衍射光栅15的分光分析装置20的结构＞
以下使用图22，作为实施方式1中的衍射光栅15的使用例，对分光分析装置20进行说明。
如图22所示，分光分析装置20包括白色光源21、聚光透镜22a、22b、容器23、狭缝25以及检测器(分光器)26。在进行分析时，作为分析对象的试料24被搭载于容器23的内部，在狭缝25的下方设置有实施方式1中的衍射光栅15。
来自白色光源21的光LI2由聚光透镜22a聚光并在容器23的内部照射到试料24。从试料24透射的光通过聚光透镜22b聚光在狭缝25的开口部内。通过狭缝25的光被衍射光栅15衍射和波长分散从而形成光谱。衍射光栅15能使多波长的成像位置在平面上。例如，光电二极管被设置在检测器26的入射面的平面上，因此在检测器26中检测上述光谱。由此，通过使用槽GR2的周期不等间隔的衍射光栅15，能在分光分析装置20中发挥较高的分析性能。
(实施方式2)
以下使用图5、图23以及图24对实施方式2中的成型构件8进行说明。另外，在以下的说明中，主要说明与实施方式1的不同点。如图5所示，在实施方式2中，进行步骤S21～S23，来代替步骤S1～S3。
＜＜步骤S21＞＞
实施方式2中的步骤S21除了设置在光掩模50上的掩模图案50a以外，与实施方式1中的步骤S1基本相同。
在实施方式1中，在光掩模5上设置有多个掩模图案5a～5c，但如图23所示，在实施方式2中，在光掩模50上设置有一个掩模图案50a。光掩模5和光掩模50各自的大小相同。在实施方式2中，形成于掩模图案50a的开口部OP由在X方向上的第一部位OPa～第三部位OPc的数量以上的多个部位构成。
＜＜步骤S22＞＞
如图24所示，首先，使用掩模图案50a对抗蚀剂膜6a进行曝光处理。通过一次曝光处理，作为抗蚀剂膜6a的一部分区域的曝光区域80a被曝光。接下来，使抗蚀剂膜6a(平台4)沿Y方向移动，依次对另一曝光区域80a进行曝光。与实施方式1同样，由于担心边界区域BR，因而这样的多次曝光处理的次数优选为3次以上的奇数次。
在X方向上，在实施方式1中分为曝光区域8a～8c进行曝光处理，但在实施方式2中，对X方向上的长度较长的曝光区域80a进行曝光。因此，在实施方式2中，与实施方式1相比，曝光处理的次数较少，因此能够抑制制造工序的增加，抑制制造成本的增加。
另外，在实施方式1中，由于设置了X方向上的光掩模5的长度以上的曝光区域8a～8c，所以从成型构件8以及衍射光栅15的大面积化这样的观点来看，实施方式1比实施方式2更优异。但是，在制造较小面积的衍射光栅的情况等不要求大面积化的情况下，从制造成本的观点来看，实施方式2比实施方式1更优异。
＜＜步骤S23＞＞
接着，与实施方式1的步骤S3相同，对抗蚀剂膜6a进行显影处理。由此，形成了图10或图11所示的抗蚀剂图案6b。此后，对抗蚀剂图案6b进行例如150至200℃的后烘烤。
在实施方式1中，在曝光区域8a～8c中，掩模图案5a～5c的位置被调整为第一部位OPa～第三部位OPc连通，因此关于X方向上的边界区域BR的担心与Y方向相比非常小。在实施方式2中，由于更加不需要考虑上述担心，因此能够进一步抑制衍射光栅15的光学特性降低的可能性。
另外，可以预先在相同或多个掩模上形成与图23中的50a相当并且在Y方向上的长度不同的图案，并分别进行曝光。在这种情况下，即使在Y方向上的曝光处理的次数为偶数次的情况下，也能防止边界区域BR出现在衍射光栅的中心附近。
之后的制造工艺与实施方式1的步骤S4～S11相同，因此省略其说明。
以上，基于上述实施方式对由本申请发明人完成的发明具体地进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。
标号说明
1 曝光装置
2 光源
3 投影光学机构
4 平台
5 光掩模(中间掩模)
5a～5c 掩模图案
6a 抗蚀剂膜
6b 抗蚀剂图案
7 基板(半导体基板)
8 成型构件
8a～8c 曝光区域
9 金属膜
10 凸面基板(基板)
11 粘接层
12 凹面基板(基板)
13 树脂层
14 反射膜
15 衍射光栅(光学元件)
20 分光分析装置
21 白色光源
22a、22b 聚光透镜
23 容器
24 试料
25 狭缝
26 检测器
50 光掩模(中间掩模)
5a～50c 掩模图案
80a 曝光区域
BP1～BP3 底部
BR 边界区域
CC1 凹部
CV1、CV2 凸部
GR1～GR3 槽
LB 遮光部
LI1、LI2 光
OP 开口部
OPa～OPc 第一部位～第三部位
S1～S11、S21～S23 步骤
TP1～TP3 顶部。

Claims (15)

1.一种衍射光栅的制造方法，其特征在于，包括：
(a)准备包括第一基板、以及形成在所述第一基板上并且具有由多个槽构成的表面形状的抗蚀剂图案在内的成型构件的工序；
(b)在所述抗蚀剂图案的表面上形成第一金属膜以覆盖多个所述槽的工序；
(c)通过从所述成型构件剥离所述第一金属膜，从而制备具有与所述抗蚀剂图案的表面形状相反的表面形状的所述第一金属膜的工序；
(d)准备其表面形状为凸面的第二基板的工序；
(e)在所述第二基板的表面上形成粘接层的工序；
(f)在所述(a)～(e)工序之后，将所述第一金属膜设置在所述第二基板的表面上，使得所述第一金属膜的背面面向所述第二基板的表面的工序；
(g)在所述(f)工序之后，通过从所述第一金属膜的表面侧向所述第一金属膜施加载荷，从而以沿着所述第二基板的表面形状的方式，经由所述粘接层将所述第一金属膜粘贴到所述第二基板的表面上的工序；
(h)准备其表面形状为凹面的第三基板的工序；
(i)在所述第三基板的表面上形成树脂层的工序；
(j)在所述(g)～(i)工序之后，通过以所述第一金属膜的表面面向所述树脂层的表面的方式，将所述第一金属膜粘贴到所述树脂层上，从而使所述树脂层的表面形状与所述第一金属膜的表面形状相反的工序；
多个所述槽包括多个第一底部和多个第一顶部，
多个所述第一底部和多个所述第一顶部在俯视下的第一方向上交替重复，并且分别在与所述第一方向正交的第二方向上延伸，
在所述第一方向上彼此相邻的所述第一底部的间隔阶段性地变化。
2.如权利要求1所述的衍射光栅的制造方法，其特征在于，
在所述第一方向上彼此相邻的所述第一底部的间隔阶段性地变宽。
3.如权利要求2所述的衍射光栅的制造方法，其特征在于，
在所述第一方向上彼此相邻的两个所述第一底部中的一个与位于所述两个所述第一底部之间的所述第一顶部之间的距离大于所述两个所述第一底部中的另一个与位于所述两个所述第一底部之间的所述第一顶部之间的距离。
4.如权利要求1所述的衍射光栅的制造方法，其特征在于，
所述(a)工序具有：
(a1)准备包括光源、平台、以及设置在所述光源和所述平台之间的投影光学机构的曝光装置的工序；
(a2)将所述第一基板和形成在所述第一基板上的抗蚀剂膜的层叠体搭载在所述平台上的工序；
(a3)在所述光源和所述投影光学机构之间***至少具有第一掩模图案的光掩模的工序；
(a4)在所述(a1)～(a3)工序之后，进行向所述光掩模照射来自所述光源的光，并且将透过所述第一掩模图案的光经由所述投影光学机构转印到所述抗蚀剂膜上的第一曝光处理的工序；以及
(a5)在所述(a4)工序之后，通过对所述抗蚀剂膜进行显影处理来形成所述抗蚀剂图案的工序。
5.如权利要求4所述的衍射光栅的制造方法，其特征在于，
通过使所述平台向所述第二方向移动，从而进行三次以上的奇数次所述(a4)工序，
所述抗蚀剂膜中，通过进行三次以上的奇数次的所述第一曝光处理被曝光的区域分别在所述第二方向上相邻。
6.如权利要求5所述的衍射光栅的制造方法，其特征在于，
所述光掩模具有遮光膜，该遮光膜形成有多个第一开口部，
所述第一掩模图案由多个所述第一开口部构成，
多个所述第一开口部分别包括第一部位、以及在所述第一方向上与所述第一部位连结并相通的第二部位，
在所述第一方向中的从所述第一部位朝向所述第二部位的方向上，所述第一部位和所述第二部位各自在所述第二方向上的长度阶段性地变长，
在所述第一方向上，所述第二部位的长度比所述第一部位的长度要长，
所述第二部位的开口面积大于所述第一部位的开口面积。
7.如权利要求6所述的衍射光栅的制造方法，其特征在于，
所述光掩模还具有第二掩模图案，该第二掩模图案由形成在所述遮光膜上的多个第二开口部构成，
多个所述第二开口部分别包括第三部位、以及在所述第一方向上与所述第三部位连结并相通的第四部位，
在所述第一方向中的从所述第三部位朝向所述第四部位的方向上，所述第三部位和所述第四部位各自在所述第二方向上的长度阶段性地变长，
在所述第一方向上，所述第三部位的长度比所述第二部位的长度要长且比所述第四部位的长度要短，
所述第三部位的开口面积大于所述第二部位的开口面积且小于所述第四部位的开口面积，
所述(a4)工序还包括进行第二曝光处理的工序，该第二曝光处理中，在所述第一曝光处理之前或之后，向所述光掩模照射来自所述光源的光，并将透过所述第二掩模图案的光经由所述投影光学机构转印到所述抗蚀剂膜中的与进行所述第一曝光处理的区域不同的区域，
在所述(a4)工序中，调整所述第一掩模图案和所述第二掩模图案各自的位置，使得在所述第一方向上所述第二部位与所述第三部位连结并相通。
8.如权利要求6所述的衍射光栅的制造方法，其特征在于，
所述第一部位和所述第二部位各自在所述第二方向上阶段性地变长的长度中的最长距离在所述曝光装置的分辨极限以下。
9.如权利要求1所述的衍射光栅的制造方法，其特征在于，还包括：
(k)在所述(j)工序之后，在所述树脂层的表面上形成由金属材料制成的反射膜的工序。
10.一种衍射光栅，其特征在于，包括：
基板，该基板的表面形状是凹面；
树脂层，该树脂层形成在所述基板的表面上；以及
反射膜，该反射膜以沿所述树脂层的表面形状的方式形成在所述树脂层的表面上并且由金属材料制成，
所述树脂层的表面形状由包括多个第一底部和多个第一顶部的多个槽构成，
多个所述第一底部和多个所述第一顶部在俯视下的第一方向上交替地重复，并且分别在与所述第一方向正交的第二方向上延伸，
在所述第一方向上彼此相邻的所述第一底部的间隔连续地变化，
在沿所述第二方向延伸的多个所述第一顶部各自的中途，存在局部地产生图案之间的偏差或尺寸偏差的边界区域，
在俯视下的所述树脂层的中心位置不存在所述边界区域。
11.如权利要求10所述的衍射光栅，其特征在于，
在所述第一方向上彼此相邻的两个所述第一底部中的一个与位于所述两个所述第一底部之间的所述第一顶部之间的距离大于所述两个所述第一底部中的另一个与位于所述两个所述第一底部之间的所述第一顶部之间的距离。
12.一种光掩模，其特征在于，
包括形成有第一开口部的遮光膜，
所述第一开口部包括第一部位、以及在俯视下的第一方向上与所述第一部位连结并相通的第二部位，
在所述第一方向中从所述第一部位朝向所述第二部位的方向上，所述第一部位和所述第二部位各自在与所述第一方向正交的第二方向上的长度阶段性地变长，
在所述第一方向上，所述第二部位的长度比所述第一部位的长度要长，
所述第二部位的开口面积大于所述第一部位的开口面积。
13.如权利要求12所述的光掩模，其特征在于，
以在所述第二方向上彼此相邻的方式，在所述遮光膜上形成有多个所述第一开口部。
14.如权利要求13所述的光掩模，其特征在于，
还包括由多个所述第一开口部构成的第一掩模图案、以及由形成在所述遮光膜上的多个第二开口部构成的第二掩模图案，
多个所述第二开口部分别包括第三部位、以及在所述第一方向上与所述第三部位连结并相通的第四部位，
在所述第一方向中从所述第三部位朝向所述第四部位的方向上，所述第三部位和所述第四部位各自在所述第二方向上的长度阶段性地变长，
在所述第一方向上，所述第三部位的长度比所述第二部位的长度要长且比所述第四部位的长度要短，
所述第三部位的开口面积大于所述第二部位的开口面积且小于所述第四部位的开口面积。
15.如权利要求12所述的光掩模，其特征在于，
所述第一部位由各自的平面形状为四边形的多个第一窗口构成，
多个所述第一窗口彼此连结并相通，使得在从所述第一部位朝向所述第二部位的方向上，其开口面积阶段性地变大。
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