專利名稱：全息元件的制作方法
背景技術：
發明領域本發明涉及一種光掩膜，用于一種全息元件的生產，此元件設計用于一種光學拾取裝置，此裝置裝配于一種光盤記錄/重放儀器中；一種使用光掩膜生產全息元件的方法；和一種全息元件。
相關技術描述一種光盤例如光盤(縮寫為CD)或數字萬用盤(縮寫為DVD)能夠以高記錄密度記錄大量信息，并從而得到更廣泛的應用。例如，它使用于視聽系統和計算機中。
附
圖15是常規設計的光學拾取裝置1的透視圖。光學拾取裝置1由一個光電探測器2、一個分束器3、一個準直透鏡4、一個物鏡5、和一個光源6組成。光源6中發射出來的光從分束器3上反射，并隨后通過準直透鏡4轉換為平行光。平行光通過物鏡5聚焦在一個光盤10的信息記錄表面上。在被光盤10的信息記錄表面反射后，信號光包括有記錄在光盤10中的信息，經過物鏡5、準直透鏡4、和分束器3而入射到光電探測器2上。
為了增強這個安裝在一個光盤記錄/重放儀器中的光學拾取裝置的重放特性，來讀出記錄在光盤上的信息，需要盡可能多的重放信號光入射到光探測器上。通過使用一個偏振光學系統，到目前為止已經提高了這個重放信號的品質。然而，即使信號光不是足夠強，使用目前在磁盤驅動器上和在包括光接收元件的光探測部分技術上的改進，也能夠獲得滿意的重放特性。此外，對于一件儀器提出了更高的要求，要求尺寸更小和價格更低。做為這樣一種趨勢的自然結果，一種結構更簡單的光學系統代替偏振光學系統，已經投入廣泛使用中。其中，作為有代表性的例子，已知一種集成單元光學系統，它通過結合一個光源和一個使用一個衍射元件的光探測部分來構成。
附圖16是另一種常規設計的使用一個集成單元光學系統的光學拾取裝置11的透視圖。光學拾取裝置11具有簡單的結構，它大體包括一個集成單元12和一個物鏡13。在這個光學拾取裝置11中，集成單元12這樣設置，集成單元12發射的光的光軸與光盤10的信息記錄表面平行排列。此外，在光學拾取裝置11中，準直透鏡14設置在集成單元12與物鏡13之間的區域內。注意，在使用了這樣一個集成單元12的光學拾取裝置11中，一面升起的鏡子可以附加的設置在集成單元12與物鏡13之間的區域內。這面升起的鏡子用于偏轉集成單元12發射的光，使得聚焦在光盤10的信息記錄表面上光的光軸垂直于信息記錄表面。
集成單元12由一個全息元件15，一個做為光源的激光元件17，和一個做為光探測部分的光接收元件18組成。全息元件15提供有一個全息圖16。全息圖16分為兩個區域，在每個區域上形成有衍射光柵。激光元件17發射的光以這樣的順序通過全息元件15的全息圖16和準直透鏡14，并隨后通過物鏡13聚焦在光盤10的信息記錄表面上。從光盤10上反射的光經過物鏡13和準直透鏡14，并隨后入射到全息圖16上，在這里，光由設置在每個全息區域中的衍射光柵衍射，從而轉換為一階衍射光。一階衍射光入射到光探測部分18上。由全息圖16的一個區域衍射的反射光用于探測記錄在光盤10上的凹坑數據，而由另一個區域衍射的反射光束用于探測凹坑數據和一個聚焦誤差信號。
此外，利用在全息圖16各自區域上所衍射的光束之間強度的不同，探測一個跟蹤誤差信號。此時，如果各自全息區域的衍射光柵在一階衍射效率(即，一階衍射光總量與所有光總量的比率)上不同，則在跟蹤誤差信號中產生一個偏移量，并因此這個光學拾取裝置通過一束光束不能完成在光盤上的磁軌跟隨。結果，不能夠正確地探測凹坑數據。為了解決這個問題，全息元件通常這樣設計，在各自全息區域的衍射光柵之間一階衍射效率比保持在0.9～1.1的范圍內。組成全息圖的衍射光柵的一階衍射效率根據衍射光柵的溝槽深度和表示為溝槽開口寬度與光柵間隔比率的占空比來確定。然而，適當地控制衍射光柵的溝槽深度和溝槽開口寬度是困難的。
圖17A～17F是截面圖，示出了依照光刻法制造全息模的工序步驟。首先，在圖17A所示的襯底清潔工序中，要清潔一個玻璃襯底21的一個表面。隨后，在圖17B所示的抗蝕劑涂層工序中，抗蝕劑22，即一種感光體根據旋轉涂層法應用于玻璃襯底21的表面，接下來通過烤漆來揮發溶劑。
在圖17C所示的曝光工序中，一個光掩膜通過抗蝕劑22與玻璃襯底21緊密接觸。這個光掩膜對于構造全息圖具有很好的衍射光柵圖案。然后，對其施加紫外線，在抗蝕劑22上形成很好的衍射光柵圖案。其后，在圖17D中所示的刻蝕工序中，通過曝光工序在抗蝕劑上形成了很好的衍射光柵圖案，使用一種無功離子刻蝕(縮寫為RIE)裝置對具有這種抗蝕劑22的玻璃襯底21進行干法刻蝕。這里用作刻蝕氣體的是例如四氟化碳(化學式CF4)氣體或三氟甲烷(化學式CHF3)氣體。
在圖17E所示的拋光工序中，通過使用溶劑或在氧氣環境中執行一個拋光去除操作，去除剩余在玻璃襯底21上的殘留抗蝕劑22；因此，對應于抗蝕劑圖案的凹坑和凸起形成在玻璃襯底21上。在圖17F所示的分離工序中，形成在玻璃襯底21上的許多全息圖被分離，實現最終需要的結構。
圖18是一個流程圖，表明如在根據光刻法制造全息圖的過程中得到的控制衍射效率比的程序。在步驟u0，開始衍射效率比控制，并且程序進入到步驟u1。在步驟u1，緊接著光掩膜的改變，光掩膜與玻璃盤緊密接觸。隨后，程序進入到步驟u2。在步驟u2，每個全息圖區域的一階衍射效率使用不同的曝光時間測量三次。然后，程序進入到步驟u3。
在步驟u3，無論一階衍射效率比是否保持在0.9～1.1的范圍內都將被檢測。當光總量的積分達到衍射光柵占空比為0.5的確定值時，一階衍射效率處于它的峰值。從而，首先確定的是對于光總量積分的最佳值，在此值處每個區域內測量的一階衍射效率最大。然后，獲得了對應于最佳光總量積分的一個一階衍射效率比。光總量積分是光總量和曝光持續時間的產物。無論一階衍射效率比是否保持在0.9～1.1的范圍內都將被檢測，如果沒有，則程序返回到步驟u2，在那里再一次改變曝光條件。重復步驟u2到u3的操作直到一階衍射效率比落入0.9～1.1的范圍內。
在步驟u3中，如果一階衍射效率比被判斷為落入了0.9～1.1的范圍內，就確定了一個最佳的曝光條件，并且程序進入到步驟u4。在步驟u4，根據確定的曝光時間制造出大量的全息圖，并且程序進入到步驟u5。在步驟u5，控制衍射效率比的程序完成了。這樣，無論光掩膜如何改變，通過執行最佳的曝光量控制，在兩個全息區域之間的一階衍射效率比總是能夠持續保持在0.9～1.1的范圍內。
除了上面所述的玻璃元件，一個由紫外線硬化樹脂制造的元件也可以用作全息元件，來用于這樣一個光學系統中(例如，參見專利文獻1和2)。通過使用這樣一種紫外線硬化樹脂元件，與使用常用的玻璃元件的情況相比，不但可能以更低的成本制備要求的材料，而且作為一種制造方法，還可采用所謂的光敏聚合物法(縮寫為2P方法)，這種方法有極好的生產效率。這有助于減少全息元件的生產成本。
圖19A～19C是截面圖，示出了根據光敏聚合物法制造全息圖的工序步驟。首先，如圖19A所示，準備一對壓模23A和23B，以及一個樹脂襯底24。通過根據上述光刻法在玻璃襯底上形成一衍射光柵圖案，構造每個壓模23A和23B。壓模23A設置為，其帶有衍射光柵圖案的一側表面朝向樹脂襯底24的一個表面。壓模23B設置為，其帶有衍射光柵圖案的一側表面朝向樹脂襯底24的另一個表面。隨后，紫外線硬化樹脂25施加到樹脂襯底24的一個表面上。紫外線硬化樹脂25還施加到帶有衍射光柵圖案的壓模23B的那個表面上。作為用于形成樹脂襯底24的樹脂材料，希望使用一種透明樹脂材料，當用激光照射時能夠抗劣化。特別地，通常使用丙烯酸樹脂。
隨后，如圖19B所示，壓膜23A和23B分別與樹脂襯底24鄰接，接著如期望的那樣加壓，使得紫外線硬化樹脂25在壓力作用下在樹脂襯底24的表面上充分展開。然后，對那里施加紫外線來固化紫外線硬化樹脂25。那之后，如圖19C所示，壓膜23A和23B從帶有紫外線硬化樹脂25的樹脂襯底24上移開，從而在樹脂襯底24上形成了一個衍射光柵。
根據這些已經提到的常用方法實現全息元件的衍射光柵。這里，使用的光掩膜這樣設計，各個全息圖區域在光柵間隔和曲率上各不相同。這允許入射到全息圖上的信號光聚焦并進入到如圖16所示的形成在光接收元件18上的各自的光接收區域中。此外，光掩膜這樣設計，當溝槽具有相同的深度時，每個全息圖區域的占空比為0.5，此時獲得最大的一階衍射效率。
在日本未審查的專利公開JP-A 10-187014和JP-A 10-254335中，披露了相關的技術。
通常，全息圖的衍射光柵上覆蓋有一個防反射膜，使得激光輸出的可用性最大化。然而，這時如果全息元件是使用上述光掩膜制造的，該光掩膜設計成每個全息區域的占空比為0.5，那么一階衍射效率比或，在大量生產的情況下，一階衍射效率比的平均值可能會偏離最佳值1.0，如果有什么區別的話，將落在0.9～1.1的范圍之外。
圖20示出了當在具有不同衍射光柵間隔的兩個區域中的每個中觀察時，一階衍射效率和曝光量之間的關系。圖20中，實線L10表示當在具有光柵間隔為Δ的第一區域中觀察時，一階衍射效率和曝光量之間的關系，而長雙點劃線L11表示當在具有光柵間隔為δ的第二區域中觀察時，一階衍射效率和曝光量之間的關系，光柵間隔δ小于第一區域中的光柵間隔Δ。
根據光刻法，如從實線L10和長雙點劃線L11中看到的，曝光量越大，一階衍射效率可能越高。當曝光量達到某個水平時，一階衍射效率取得最大值。這之后，隨著曝光量的增加，一階衍射效率減小。此外，如從實線L10和長雙點劃線L11中看到的，在具有較短的光柵間隔的第二區域中比在具有較長的光柵間隔的第一區域中，相對于曝光量變化的一階衍射效率的變化更為顯著。僅當曝光量達到占空比設定為0.5的確定水平時，即，第一和第二區域分別取得最大的一階衍射效率時，第一和第二區域在一階衍射效率上才可以相等，即，在第一和第二區域之間的一階衍射效率比定為1.0最佳值。當曝光量所處的水平不同于上述水平時，具有較短的光柵間隔的區域取得較低的一階衍射效率。
圖21示出了當在具有不同衍射光柵間隔的兩個區域中的每個中觀察時，在蒸汽淀積一個防反射膜前后獲得的一階衍射效率和曝光量之間的關系。圖21中，虛線L12表示當在具有光柵間隔為Δ的第一區域中觀察時，在防反射膜蒸汽淀積前獲得的一階衍射效率和曝光量之間的關系；實線L13表示當在第一區域中觀察時，防反射膜蒸汽淀積后獲得的一階衍射效率和曝光量之間的關系；長的點劃線L14表示當在具有光柵間隔為δ的第二區域中觀察時，在防反射膜蒸汽淀積前獲得的一階衍射效率和曝光量之間的關系，其中的光柵間隔δ小于第一區域中的光柵間隔Δ；和長的雙點劃線L15表示當在第二區域中觀察時，防反射膜蒸汽淀積后獲得的一階衍射效率和曝光量之間的關系。
通常，根據蒸汽沉積法，通過分層堆積介電薄膜，在衍射光柵上形成防反射膜。然而，這樣一個蒸汽沉積過程不利地影響了通過光刻法構造的衍射光柵的理想空間結構，導致第一和第二區域中的一階衍射效率減小。特別的，如圖21所示，在第一區域中，一階衍射效率從虛線L12所示的一個狀態變化到實線L13所示的一個狀態，而在第二區域中，一階衍射效率從長點劃線L14所示的一個狀態變化到長雙點劃線L15所示的一個狀態。從圖21中可以看出，具有較短光柵間隔的第二區域在一階衍射效率上經歷了較明顯的下降。結果，在兩個區域之間的一階衍射效率中產生了不一致，并因此一階衍射效率比大大偏離了最佳值1.0。
在設計用于一種光學介質重放儀器的全息元件中，此儀器是用于讀寫要求信息寫入的光學介質，例如一種可記錄光盤驅動器(縮寫為CD-R)，一階衍射效率是低的，并且在一階衍射效率上的改變對于在光學介質上的讀寫有重大的影響。
發明概述因此，本發明的一個目的是提供一種光掩膜，用于制造具有期望的光學特性的全息元件，一種方法，用于制造一個全息元件，和一種全息元件，具有期望的光學特性。
本發明提供一個光掩膜，用于基于光刻法的一個全息元件的制造，這個全息元件包括一個全息圖，該全息圖分成多個區域，每個區域上形成有一個衍射光柵，該光掩膜包括形成全息圖各自區域的衍射光柵的許多掩膜區域，掩膜區域由一個非光透射掩膜部分和一個光透射掩膜部分組成，其中，在許多掩膜區域中，在光透射部分在一個準直方向上排列的排列間隔中，和在光透射部分的準直方向上的寬度與光透射部分的準直方向上的排列間隔的比值中，至少兩個掩膜區域構造得相互不同。
根據本發明，光掩膜包括許多掩膜區域，用以形成全息圖的各自區域的衍射光柵。這些掩膜區域由一個非光透射掩膜部分和一個光透射掩膜部分組成。在許多掩膜區域中，在光透射部分在一個準直方向上排列的排列間隔中，和在光透射部分的準直方向上的寬度與光透射部分的準直方向上的排列間隔的比值中，至少兩個掩膜區域構造得相互不同。在使用光掩膜通過基于光刻曝光處理制成的一個全息元件中，它的全息圖這樣設置，即在許多全息區域中，至少兩個區域具有不同的衍射光柵間隔和不同的占空比。占空比是指在衍射光柵內準直方向方式上的溝槽開口寬度與光柵間隔的比值。
在這樣設計的全息元件中，在許多全息區域中，至少兩個區域具有不同的衍射光柵間隔。從而，在這些區域的衍射光柵形成中的曝光量與一階衍射效率之間的關系上，在這些區域之間產生了不同。在全息元件中，即使這些全息區域具有不同的衍射光柵間隔，只要這些區域的衍射光柵具有相同的占空比，那么這些區域在一階衍射效率上相等的那個曝光量值通常表示這些區域分別獲得最大一階衍射效率的那個曝光量值。此時，這些區域對于一階衍射效率的最大值也是相等的。從而，通過這樣設計全息元件，即這些全息區域的衍射光柵具有不同的占空比，在對應于最大一階衍射效率的曝光量值上，在區域間產生了不同。因此，能夠設置區域間的一階衍射效率比為一個期望的值，并由此能夠制造表現出期望的光學特性的全息元件。
在本發明中，最好在具有較短光透射部分排列間隔的掩膜區域中，光透射部分準直方向上的寬度與準直方向上排列間隔的比值，做成小于在具有較長光透射部分排列間隔的掩膜區域中，光透射部分準直方向上的寬度與準直方向上的排列間隔的比值。
根據本發明，光掩膜包括許多掩膜區域，用以形成全息圖的各自區域的衍射光柵。這些掩膜區域由一個非光透射掩膜部分和一個光透射掩膜部分組成。在許多掩膜區域中，至少兩個掩膜區域在對于光透射部分的準直方向上的排列間隔上構造得相互不同。此外，對于光透射部分在準直方向上的寬度與準直方向上的排列間隔的比值，具有較短的光透射部分排列間隔的掩膜區域做成小于具有較長的光透射部分排列間隔的掩膜區域。在使用這個光掩膜通過基于光刻曝光過程制造的全息元件中，它的全息圖這樣設置，即在許多全息區域中，至少兩個區域具有不同的衍射光柵間隔。此外，在占空比方面，占空比是指在衍射光柵內準直方向上的溝槽開口寬度與光柵間隔的比值，具有較短光柵間隔的衍射光柵做成在占空比上小于具有較長光柵間隔的衍射光柵。在這樣構造的全息元件中，在許多全息區域中，至少兩個區域具有不同的衍射光柵間隔。因此，在這些區域的衍射光柵形成中的曝光量與一階衍射效率之間的關系上，在區域之間產生了不同。
在全息元件中，即使這些全息區域具有不同的衍射光柵間隔，只要這些區域的衍射光柵有相同的占空比，那么這些區域在一階衍射效率上相等的那個曝光量值通常表示這些區域分別獲得最大一階衍射效率的那個曝光量值。此外，已經知道，全息圖中衍射光柵的占空比越小，對應于最大一階衍射效率的曝光量值越大。進一步，一個曲線圖表明了在每個全息區域的衍射光柵制造中的曝光量與一階衍射效率之間的關系，此圖通常是一個凸起的形狀，其中當曝光量達到某個水平時一階衍射效率取得最大值。在曲線圖中，光柵間隔越大，曲線圖的彎曲就越平緩，此彎曲與表示對應于最大一階衍射效率的一個曝光量值的頂點有關。從而，在全息元件中，通過調整具有較短光柵間隔的衍射光柵的占空比，使其小于具有較長光柵間隔的衍射光柵的占空比，能夠使得在具有較短光柵間隔的衍射光柵所在區域中，對應于最大一階衍射效率的曝光量值大于具有較長光柵間隔的衍射光柵所在區域中的值。此外，能夠給曝光量指定一個期望值，在此值處這些全息區域具有相等的一階衍射效率。這樣，能夠給曝光量指定一個期望值，在此值處這些全息區域具有相等的一階衍射效率，換句話說，在區域間的一階衍射效率比設定為1.0。因此，在基于光刻曝光的過程中，可以防止光刻膠經受由小于期望值的曝光量導致的曝光不足。進一步，表現出期望的光學特性的全息元件必定能實現。
在本發明中，最好在每個區域中，對于光透射部分，準直方向上的寬度與準直方向上的排列間隔的比值設為0.5或以下。
根據本發明，光掩膜包括許多掩膜區域，用以形成全息圖的各自區域的衍射光柵。這些掩膜區域由一個非光透射掩膜部分和一個光透射掩膜部分組成。在許多掩膜區域中，至少兩個掩膜區域對于光透射部分在準直方向上的排列間隔上構造得相互不同。此外，在每個區域中，對于光透射部分，準直方向上的寬度與準直方向上的排列間隔的比值設為0.5或以下。在使用這個光掩膜通過基于光刻曝光過程制造的全息元件中，它的全息圖這樣設置，在許多全息區域中，至少兩個區域具有不同的衍射光柵間隔，和占空比設為0.5或以下，占空比是指在衍射光柵內準直方向上的溝槽開口寬度與光柵間隔的比值。在這樣構造的全息元件中，在許多全息區域中，至少兩個區域具有不同的衍射光柵間隔。因此，在這些區域的衍射光柵形成中的曝光量與一階衍射效率之間的關系上，在區域之間產生了不同。
在全息元件中，即使這些全息區域具有不同的衍射光柵間隔，只要這些區域的衍射光柵有相同的占空比，那么這些區域在一階衍射效率上相等的那個曝光量值通常表示這些區域分別獲得最大一階衍射效率的那個曝光量值。此外，已經知道，全息圖中衍射光柵的占空比越小，對應于最大一階衍射效率的曝光量值越大。此外，一個曲線圖表明了在每個全息區域的衍射光柵制造中的曝光量與一階衍射效率之間的關系，此圖通常是一個凸起的形狀，其中當曝光量達到某個水平時一階衍射效率取得最大值。在曲線圖中，光柵間隔越大，曲線圖的彎曲就越平緩，此彎曲與表示對應于最大一階衍射效率的一個曝光量的頂點有關。從而，在全息元件中，通過調整全息圖的占空比到0.5或以下，能夠給曝光量指定一個期望值，在此值處這些全息區域具有相等的一階衍射效率。這樣，能夠給曝光量指定一個期望值，在此值處這些全息區域具有相等的一階衍射效率，換句話說，在區域間的一階衍射效率比設定為1.0。因此，在基于光刻曝光的過程中，可以防止光刻膠經受由小于期望值的曝光量導致的曝光不足。進一步，表現出期望的光學特性的全息元件必定能實現。
本發明提供一種制造全息元件的方法，包括通過使用光刻法執行曝光，其中使用上述光掩膜，曝光量控制在一個水平上，在那里具有衍射光柵的各自全息區域在一階衍射效率上相等。
根據本發明，通過執行曝光制造一個全息元件，曝光量控制在一個水平上，在那里具有衍射光柵的各自全息區域在一階衍射效率上相等。從而，在全息區域間的一階衍射效率比設定為1.0。使得能夠制造出表現最優光學特性的全息元件。
本發明提供一種制造全息元件的方法，包括通過使用光刻法執行曝光，其中使用上述光掩膜，曝光量控制在一個水平上，在那里具有較短光柵間隔的衍射光柵的全息區域，在一階衍射效率上做成大于具有較長光柵間隔的衍射光柵的全息區域。
根據本發明，通過執行曝光制造一個全息元件，曝光量控制在一個水平上，在那里具有較短光柵間隔的衍射光柵的全息區域，在一階衍射效率上做成大于具有較長光柵間隔的衍射光柵的全息區域。在施加一層防反射膜到全息元件的情況下，通常，在具有較短光柵間隔的全息區域中，一階衍射效率的降低程度高于在具有較長光柵間隔的全息區域中的情況。這使得難于讓這些區域的一階衍射效率相等，換句話說，難于設置區域間的一階衍射效率比為1.0。考慮到這種情況，全息元件預先這樣設置，將具有較短光柵間隔的全息區域的一階衍射效率，做成大于具有較長光柵間隔的全息區域的一階衍射效率。通過這樣做，即使一層防反射膜用于全息元件上，這些區域的一階衍射效率也能夠相等，換句話說，能夠設置區域間的一階衍射效率比為最佳值1.0。結果，一定能制造出表現最佳光學特征的全息元件。
本發明提供一種全息元件，包括一個全息圖，分成許多區域，每個區域上形成一個衍射光柵，
其中，這些區域中，至少兩個區域具有不同的衍射光柵間隔和不同的占空比，占空比是指在衍射光柵內準直方向上的溝槽開口寬度與光柵間隔的比值。
根據本發明，全息元件包括一個全息圖，全息圖分成多個區域，每個區域上形成有一個衍射光柵。在這些區域中，至少兩個區域具有不同的衍射光柵間隔和不同的占空比。占空比是指在衍射光柵內準直方向上的溝槽開口寬度與光柵間隔的比值。在這樣構造的全息元件中，由于至少兩個全息區域具有不同的衍射光柵間隔，因此在這些區域的衍射光柵形成中的曝光量與一階衍射效率之間的關系上，在區域之間產生了不同。
在全息元件中，即使這些全息區域具有不同的衍射光柵間隔，只要這些區域的衍射光柵有相同的占空比，那么這些區域在一階衍射效率上相等的那個曝光量值通常表示這些區域分別獲得最大一階衍射效率的那個曝光量值。此時，這些區域在一階衍射效率的最大值上也相等。從而，通過設計這些全息元件使得全息圖區域的衍射光柵具有不同的占空比，在對應于最大一階衍射效率的曝光量值上，在這些區域之間產生了不同。因此，能夠設定區域間的一階衍射效率比為一期望值，并從而使全息元件成功的提供了期望的光學特性。
在本發明中，最好具有最大光柵間隔的衍射光柵的占空比設為0.5或以下，而具有最小光柵間隔的衍射光柵的占空比設為0.5或以上，占空比是指在衍射光柵內準直方向上的溝槽開口寬度與光柵間隔的比值。
根據本發明，全息元件包括一個全息圖，全息圖分成多個區域，每個區域上形成有一個衍射光柵。在這些區域中，至少兩個區域具有不同的衍射光柵間隔。此外，具有最大光柵間隔的衍射光柵的占空比設為0.5或以下，而具有最小光柵間隔的衍射光柵的占空比設為0.5或以上。占空比是指在衍射光柵內準直方向上的溝槽開口寬度與光柵間隔的比值。在這樣構造的全息元件中，由于至少兩個全息區域具有不同的衍射光柵間隔，因此在這些區域的衍射光柵形成中的曝光量與一階衍射效率之間的關系上，在這些區域之間產生了不同。
在全息元件中，即使這些全息區域具有不同的衍射光柵間隔，只要這些區域的衍射光柵有相同的占空比，那么這些區域在一階衍射效率上相等的那個曝光量值通常表示這些區域分別獲得最大一階衍射效率的那個曝光量值。此外，已經知道，全息圖中的衍射光柵的占空比越小，對應于最大一階衍射效率的曝光量值越大。進一步，一個曲線圖表明了在每個全息區域的衍射光柵制造中的曝光量與一階衍射效率之間的關系，此圖通常是一個凸起的形狀，其中當曝光量達到某個水平時一階衍射效率取得最大值。在曲線圖中，光柵間隔越大，曲線圖的彎曲就越平緩，此彎曲與表示對應于最大一階衍射效率的一個曝光量的頂點有關。從而，通過這樣設計全息元件，即具有最大光柵間隔的衍射光柵的占空比設為0.5或以下，而具有最小光柵間隔的衍射光柵的占空比設為0.5或以上，占空比是指在衍射光柵內準直方向上的溝槽開口寬度與光柵間隔的比值，能夠給曝光量指定一個期望值，在此值處這些全息區域具有相等的一階衍射效率。這樣，由于能夠給曝光量指定一個期望值，在此值處這些全息區域具有相等的一階衍射效率，換句話說，在區域間的一階衍射效率比設定為1.0，所以全息元件成功的提供了期望的光學特性。
本發明提供一種全息元件包括一個全息圖，分成許多區域，每個區域上形成一個衍射光柵，其中，在這些區域中，至少兩個區域在衍射光柵間隔上不同，但是在一階衍射效率上相等。
根據本發明，全息元件包括一個全息圖，全息圖分成多個區域，每個區域上形成有一個衍射光柵。在這些區域中，至少兩個區域具有不同的衍射光柵間隔，但一階衍射效率相等。在這樣構造的全息元件中，由于至少兩個全息區域具有不同的衍射光柵間隔，因此在這些區域的衍射光柵形成中的曝光量與一階衍射效率之間的關系上，在區域之間產生了不同。此外，由于這些區域具有相等的一階衍射效率，在區域間的一階衍射效率比設定為1.0。所以全息元件成功地提供了期望的光學特性。
本發明提供一種全息元件，包括一個全息圖，分成許多區域，每個區域上形成一個衍射光柵，其中，在這些區域中，至少兩個區域具有不同的衍射光柵間隔，和其中在覆蓋了一層防反射膜的情況下，全息圖的區域在一階衍射效率上彼此相等。
根據本發明，全息元件包括一個全息圖，全息圖分成多個區域，每個區域上形成有一個衍射光柵。在這些區域中，至少兩個區域具有不同的衍射光柵間隔，和在覆蓋一層防反射膜的情況下，這些區域具有相同的一階衍射效率。在這樣構造的全息元件中，由于至少兩個全息區域具有不同的衍射光柵間隔，因此在這些區域的衍射光柵形成中的曝光量與一階衍射效率之間的關系上，在區域之間產生了不同。此外，由于這些區域在覆蓋一層防反射膜的情況下具有相等的一階衍射效率，所以在這些全息區域間的一階衍射效率比設定為1.0。從而，即使在這些全息區域覆蓋了一層防反射膜的情況下，全息元件還是成功地提供了期望的光學特性。
附圖簡要說明本發明的其它的或更多的目的、特征和優點將在下面參照附圖詳細描述，其中圖1是根據本發明一個實施例的一個第一光掩膜的平面圖，在放大的狀態下示出了一個第一掩膜區域和一個第二掩膜區域；圖2是一個平面圖，作為一個整體示出了這個第一光掩膜；圖3是一個平面圖，示出了一個第一光掩膜族；圖4是根據本發明另一個實施例的一個第二光掩膜的平面圖，在放大的狀態下示出了一個第一掩膜區域、一個第二掩膜區域和一個第三掩膜區域；圖5是一個平面圖，作為一個整體示出了這個第二光掩膜；圖6是一個平面圖，示出了一個第二光掩膜族；圖7A是一個帶有溝槽的衍射光柵截面圖，此溝槽具有矩形的截面輪廓，當在溝槽排列方向上觀察時，它示出了一個光柵間隔D和一個開口寬度d；圖7B是一個帶有溝槽的衍射光柵截面圖，此溝槽具有錐形的側壁，即梯形截面輪廓，當在溝槽排列方向上觀察時，它示出了一個光柵間隔D和一個開口寬度d；圖8示出了在每個全息區域中觀察時，全息元件制造過程中的曝光量和一階衍射效率之間的關系。
圖9示出了在每個全息區域中觀察時，在覆蓋有一層防反射膜的全息元件制造過程中的曝光量和一階衍射效率之間的關系。
圖10是一個流程圖，根據本發明的另一個實施例，表明了一個全息元件制造方法的流程。
圖11是一個平面圖，示出了根據本發明另一個實施例的一個第一全息元件；圖12是一個全息圖的截面圖，示出了一個第一區域和一個第二區域；圖13是一個根據本發明再一個實施例的一個第二全息元件的截面圖，示出了全息圖的一個第一區域和一個第二區域；圖14是一個平面圖，示出了根據本發明再一個實施例的一個第四全息元件；圖15是一個透視圖，示出了根據一種現有技術的一個光學拾取設備；圖16是一個透視圖，示出了根據另一種現有技術使用集成單元光學系統的一個光學拾取設備；圖17A～17F是截面圖，示出了依照光刻法制造全息模的工序步驟；圖18是一個流程圖，表明在根據光刻法制造全息圖的過程中控制衍射效率比的程序；圖19A～19C是截面圖，示出了根據光敏聚合物法制造全息圖的工序步驟；圖20示出了當在具有不同衍射光柵間隔的兩個區域中的每個中觀察時，一階衍射效率和曝光量之間的關系；和圖21示出了當在具有不同衍射光柵間隔的兩個區域中的每個中觀察時，在蒸汽淀積一個防反射膜前后獲得的一階衍射效率和曝光量之間的關系。
最佳實施例詳細描述現在參照附圖，下面詳細描述本發明的優選實施例。
圖1是根據本發明一個實施例的一個第一光掩膜30的平面圖，在放大的狀態下示出了一個第一掩膜區域31和一個第二掩膜區域32。圖2是一個平面圖，作為一個整體示出了這個第一光掩膜30。圖1是一個放大的圖，示出了在圖2中第一和第二掩膜區域31和32之間的邊界附近的部分I。第一光掩膜30設計用于基于光刻的一種a型全息元件的制造，此元件包括分成多個區域的全息圖，在這個實施例中是兩個區域一個第一區域和一個第二區域，在每個區域中形成有一衍射光柵。
為了形成構成a型全息元件的全息圖的第一和第二區域的衍射光柵，第一光掩膜30包括許多掩膜區域，在這個實施例中是兩個區域，一個第一掩膜區域31和一個第二掩膜區域32。第一掩膜區域31由一個非光透射掩膜部分31a和一個光透射部分31b組成。第二掩膜區域32由一個非光透射掩膜部分32a和一個光透射部分32b組成。更特別的，第一、第二掩膜區域31、32的光透射部分31b、32b成形為一個開口部分，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、第二掩膜區域31、32的光透射部分31b、32b之外的區域保持不透明。
如圖1所示，第一和第二掩膜區域31和32在某些方面具有相互不同的構造。首先，第一掩膜區域31的光透射部分31b排列在準直方向上(即，準直方向上排列間隔E1)的間隔，不同于第二掩膜區域32的光透射部分32b排列在準直方向上(即，準直方向上排列間隔E2)的間隔。第二，對于第一掩膜區域31的光透射部分31b，準直方向上的寬度e1與準直方向上排列間隔E1的比值(即e1/E1)，做成不同于對于第二掩膜區域32的光透射部分32b來說，準直方向上的寬度e2與準直方向上排列間隔E2的比值(即e2/E2)。
特別地，為第二掩膜區域32的光透射部分32b設置的排列間隔E2，做成小于為第一掩膜區域31的光透射部分31b設置的排列間隔E1。此外，對于第二掩膜區域32的光透射部分32b，準直方向上的寬度e2與準直方向上排列間隔E2的比值(即e2/E2)，做成小于對于第一掩膜區域31的光透射部分31b來說，準直方向上的寬度e1與準直方向上排列間隔E1的比值(即e1/E1)。更特別地，在第一掩膜區域31中，對于光透射部分31b的準直方向上的寬度e1與準直方向上排列間隔E1的比值(即e1/E1)設定為0.5或更小，在這個實施例中設為0.5。另一方面，在第二掩膜區域32中，對于光透射部分32b的準直方向上的寬度e2與準直方向上排列間隔E2的比值(即e2/E2)設定為0.4或更小，在這個實施例中設為0.4。
如圖2所示，第一和第二掩膜區域31和32各自是半圓形，和它們的曲率半徑在尺寸上是相同的。在第一和第二掩膜區域31和32中，它們的弧在相對的末端是相互連續的，而它們的弦是相互接觸的。這樣，第一和第二掩膜區域31和32相互連接，形成一個圓形區域。第一和第二掩膜區域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包括一個識別標記33，一個第一測試圖案34，一個第二測試圖案35，一個圖像處理標記36，和一個劃線標記37。
識別標記33，例如用字母如數字符號表示，用于識別使用第一光掩膜30生產的全息元件的型號。第一測試圖案34由直線段以與全息圖光柵間隔的中間值相等的間距并排排列而組成。當制造了一個有缺陷的全息元件時，第一測試圖案34用于分析原因。第二測試圖案35由直線段以與全息圖光柵間隔的中間值相等的間距并排排列而組成，用于在光掩膜生產中進行的檢驗。當一個完成形式的全息元件固定到一個包裝中時，圖像處理標記36用于調整這個全息元件的方位。此外，全息元件的一個裝配體使用如圖3所示的一族光掩膜制造(后面描述)，經過切割而獲得單獨的全息元件。此時，參照劃線標記37執行切割操作。
圖3是一個平面圖，示出了一個第一光掩膜族300。第一光掩膜族300由大量第一光掩膜30和在其上形成了無掩膜圖案的大量無光透射、圖案缺失掩膜304組成。第一光掩膜族300還包括一個第一校準圖案301，一個第二校準圖案302，和一個方向識別標識303。
第一和第二校準圖案301和302用于在曝光的時侯執行校準。方向識別標識303類似于圖案缺失掩膜304，用于在校準過程中執行方向調整。由于設置在曝光裝置中的透鏡是圓形的，從曝光裝置中發射出來的光表現出圓形的亮度分布。相應地第一光掩膜30大致呈圓形排列。
圖4是根據本發明另一個實施例的一個第二光掩膜40的平面圖，在放大的狀態下示出了一個第一掩膜區域41、一個第二掩膜區域42和一個第三掩膜區域43。圖5是一個平面圖，作為一個整體示出了這個第二光掩膜40。圖4是一個放大的圖，示出了在圖5中第一、第二和第三掩膜區域41、42和43中邊界附近的部分IV。第二光掩膜40設計用于基于光刻的一種b型全息元件的制造，此元件具有分成多個區域的全息圖，在這個實施例中是三個區域一個第一區域、一個第二區域和一個第三區域，在每個區域中形成有一衍射光柵。
為了形成構成b型全息元件的全息圖的第一、第二和第三區域的衍射光柵，第二光掩膜40包括許多掩膜區域，在這個實施例中是三個區域，第一掩膜區域41、第二掩膜區域42和第三掩膜區域43。第一掩膜區域41由一個非光透射掩膜部分41a和一個光透射部分41b組成。第二掩膜區域42由一個非光透射掩膜部分42a和一個光透射部分42b組成。第三掩膜區域43由一個非光透射掩膜部分43a和一個光透射部分43b組成。更特別的，第一、第二、第三掩膜區域41、42、43的光透射部分41b、42b、43b成形為一個開口部分，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、第三掩膜區域41、42、43的光透射部分41b、42b、43b之外的區域保持不透明。
如圖4所示，第一和第二掩膜區域41和42在某些方面具有相互不同的構造。首先，第一掩膜區域41的光透射部分41b排列在準直方向上(即，準直方向上排列間隔F1)的間隔，做成不同于第二掩膜區域42的光透射部分42b排列在準直方向上(即，準直方向上排列間隔F2)的間隔。第二，對于第一掩膜區域41的光透射部分41b，準直方向上的寬度f1與準直方向上排列間隔F1的比值(即f1/F1)，做成不同于對于第二掩膜區域42的光透射部分42b來說，準直方向上的寬度f2與準直方向上排列間隔F2的比值(即f2/F2)。此外，第一和第三掩膜區域41和43在某些方面也具有相互不同的構造。首先，第一掩膜區域41的光透射部分41b排列在準直方向上(即，準直方向上排列間隔F1)的間隔，做成不同于第三掩膜區域43的光透射部分43b排列在準直方向上(即，準直方向上排列間隔F3)的間隔。第二，對于第一掩膜區域41的光透射部分41b，準直方向上的寬度f1與準直方向上排列間隔F1的比值(即f1/F1)，做成不同于對于第三掩膜區域43的光透射部分43b來說，準直方向上的寬度f3與準直方向上排列間隔F3的比值(即f3/F3)。
特別地，為第二掩膜區域42的光透射部分42b設置的排列間隔F2做成小于為第一掩膜區域41的光透射部分41b設置的排列間隔F1。此外，對于第二掩膜區域42的光透射部分42b，準直方向上的寬度f2與準直方向上排列間隔F2的比值(即f2/F2)，做成小于對于第一掩膜區域41的光透射部分41b來說，準直方向上的寬度f1與準直方向上排列間隔F1的比值(即f1/F1)。更特別地，在第一掩膜區域41中，對于光透射部分41b的準直方向上的寬度f1與準直方向上排列間隔F1的比值(即f1/F1)設定為0.5或更小，在這個實施例中設為0.5。另一方面，在第二掩膜區域42，對于光透射部分42b的準直方向上的寬度f2與準直方向上排列間隔F2的比值(即f2/F2)設定為0.5或更小，在這個實施例中設為0.45。
另外，特別地，為第三掩膜區域43的光透射部分43b設置的排列間隔F3做成小于為第一掩膜區域41的光透射部分41b設置的排列間隔F1。此外，對于第三掩膜區域43的光透射部分43b，準直方向上的寬度f3與準直方向上排列間隔F3的比值(即f3/F3)，做成小于對于第一掩膜區域41的光透射部分41b來說，準直方向上的寬度f1與準直方向上排列間隔F1的比值(即f1/F1)。更特別地，在第一掩膜區域41中，對于光透射部分41b的準直方向上的寬度f1與準直方向上排列間隔F1的比值(即f1/F1)設定為0.5或更小，在這個實施例中設為0.5。另一方面，在第三掩膜區域43，對于光透射部分43b的準直方向上的寬度f3與準直方向上排列間隔F3的比值(即f3/F3)設定為0.5或更小，在這個實施例中設為0.45。
如圖5所示，第一掩膜區域41是半圓形的。第二和第三掩膜區域各自是扇形的，并且它們的曲率半徑在尺寸上與第一掩膜區域41是相同的。特別地，第二和第三掩膜區域42和43分別具有一個扇形形狀，其中將此弧的一個末端和曲率中心相連的線與將此弧的另一個末端和曲率中心相連的線之間形成的角度是90°。在第二和第三掩膜區域42和43中，它們的弧在一個末端是相互連續的，并且它們的一條線段，各自連接此弧的一個末端和曲率中心，相互接觸。這樣，第二和第三掩膜區域42和43相互連接，形成一個半圓形區域。此外，在第一、第二和第三掩膜區域41、42和43中，它們的弧是相互連續的，而它們的弦相互接觸。這樣，第一、第二和第三掩膜區域41、42和43相互連接，形成一個圓形區域。第一、第二和第三掩膜區域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包括一個識別標記44，一個第一測試圖案45，一個第二測試圖案46，一個圖像處理標記47，和一個劃線標記48。
識別標記44，例如用字母如數字符號表示，用于識別使用第二光掩膜40生產的全息元件的型號。第一測試圖案45由直線段以與全息圖光柵間隔的中間值相等的間距并排排列而組成。當制造了一個有缺陷的全息元件時，第一測試圖案45用于分析原因。第二測試圖案46由直線段以與全息圖光柵間隔的中間值相等的間距并排排列而組成，用于在光掩膜生產中進行的檢驗。當一個完成形式的全息元件固定到一個包裝中時，圖像處理標記47用于調整這個全息元件的方位。此外，全息元件的一個裝配體使用如圖6所示的一族光掩膜制造(后面描述)，經過分割而獲得單獨的全息元件。此時，參照劃線標記48執行分割操作。
圖6是一個平面圖，示出了一個第二光掩膜族400。第二光掩膜族400由大量第二光掩膜40組成。第二光掩膜族400還包括一個第一校準圖案401和一個第二校準圖案402。第一和第二校準圖案401和402用于在曝光的時侯執行校準。
表1中所列的是當在使用第一光掩膜30制造的a型全息元件以及使用第二光掩膜40制造的b型全息元件的每個區域中觀察時，所得到的光柵間隔、構槽開口寬度和占空比。
表1
圖7A是一個帶有溝槽的衍射光柵截面圖，此溝槽具有矩形的截面輪廓，示出了一個光柵間隔D和一個準直方向上的溝槽開口寬度d。圖7B是一個帶有溝槽的衍射光柵截面圖，此溝槽具有錐形的側壁，即具有梯形截面輪廓，示出了一個光柵間隔D和一個準直方向上的溝槽開口寬度d。占空比定義為d/D，即衍射光柵中準直方向上的溝槽開口寬度d與光柵間隔D的比值。在帶有如圖7B所示具有梯形截面輪廓溝槽的衍射光柵中，準直方向上的溝槽開口寬度d定義為在溝槽深度t的一半高度處獲得的開口寬度。
圖8示出了在全息元件制造過程中的曝光量和每個全息區域的一階衍射效率之間的關系。圖8特別相關于根據光刻法使用例如圖2所示的第一光掩膜30制造的a型全息元件(參見表1)。圖8中，實線L1表示在此全息圖第一區域的衍射光柵(光柵間隔為1.608μm；和占空比為0.5)構成中的曝光量，與第一區域的一階衍射效率之間的關系；虛線L2表示在此全息圖第二區域的衍射光柵(光柵間隔為1.276μm；和占空比為0.4)構成中的曝光量，與第二區域的一階衍射效率之間的關系。此外，圖8中，長的雙點劃線L3表示具有光柵間隔為1.276μm(等于第二區域中的光柵間隔)和占空比為0.5(等于第一區域中的占空比)的衍射光柵構成中的曝光量，與這個衍射光柵的一階衍射效率之間的關系。從圖8中可以看到，此圖表明了在每個全息區域的衍射光柵制造中的曝光量與一階衍射效率之間的關系，此圖通常是一個凸起的形狀，其中當曝光量達到一定水平時一階衍射效率取得最大值。從實線L1和虛線L2中可以看出，光柵間隔越大，曲線圖的彎曲就越平緩，此彎曲與表示對應于最大一階衍射效率的一個曝光值的頂點有關。
在全息元件中，即使各自全息區域具有不同的衍射光柵間隔，只要個區域的衍射光柵有相同的占空比，如圖8中線L1和L3所表示的，區域在一階衍射效率上相等的這個曝光值通常表示，區域分別取得最大一階衍射效率的這個曝光值。此時，這些區域在一階衍射效率的最大值上也相等。從而，在a型全息元件中，它的全息圖這樣構造，第一區域的占空比為0.5，而第二區域的占空比為0.4。這樣，通過這種設計的全息元件，全息區域的衍射光柵具有不同的占空比，全息區域在對應于最大一階衍射效率的那個曝光量值中能制成相互不同的。詳細地，如圖8中虛線L2(占空比0.4)和長的雙點劃線L3(占空比0.5)所示，曲線圖以這樣的方式變化，即全息圖中衍射光柵的占空比越小，對應于最大一階衍射效率的曝光量值越大。
在全息元件的制造過程中，通過調整具有較短光柵間隔的衍射光柵占空比，使其小于具有較長光柵間隔的衍射光柵占空比，能夠獲得一個曝光范圍，在這個范圍中，具有較短光柵間隔的衍射光柵所在區域中的一階衍射效率，大于具有較長光柵間隔的衍射光柵所在區域中的一階衍射效率(參見圖8中所示的部分H)。從而，在區域之間的一階衍射效率比能設置成一個期望的值。
通過調整具有較短光柵間隔的衍射光柵占空比，使其小于具有較長光柵間隔的衍射光柵占空比，可以獲得另一個好處。如圖8所示，當分別與實線L1和長雙短劃線L3表示的兩條曲線圖的交點P3比較時，交點P3是在衍射光柵具有相同的占空比時獲得的，兩個曲線圖包括具有一個較長光柵間隔的衍射光柵區域的曲線圖和包括具有一個較短光柵間隔的衍射光柵區域的曲線圖，它們的交點P1、P2能設置在獲得更大的曝光量值處的曲線圖位置上。這使得為某個曝光量指定一個期望的值成為可能，在這個曝光量處包括帶有一個較長光柵間隔的衍射光柵區域的曲線圖和包括帶有一個較短光柵間隔的衍射光柵區域的曲線圖相互交叉，即，在區域之間的一階衍射效率比設為1.0。從而，在基于光刻曝光的過程中，可以防止光刻膠經受由小于期望值的曝光量導致的曝光不足。進一步，表現出期望的光學特性的全息元件必定能實現。
圖9示出了在覆蓋有一層防反射膜的全息元件制造過程中的曝光量和每個全息區域的一階衍射效率之間的關系。通過應用一層防反射膜到上述a型全息元件上，構造成與圖9相關的全息元件。圖9中，實線L4表示在覆蓋一層防反射膜的全息圖第一區域的衍射光柵構成中的曝光量，與第一區域的一階衍射效率之間的關系；虛線L5表示在覆蓋一層防反射膜的全息圖第二區域的衍射光柵構成中的曝光量，與第二區域的一階衍射效率之間的關系。此外，圖9中，長的雙點劃線L6表示具有光柵間隔等于第二區域中的光柵間隔和占空比等于第一區域中的占空比的、覆蓋有防反射膜的衍射光柵構成中的曝光量，與這個衍射光柵的一階衍射效率之間的關系。
在應用一層防反射膜到全息元件的情況下，通常，在具有一個較短光柵間隔的全息區域中，其一階衍射效率的降低程度高于在具有一個較長光柵間隔的全息區域中的情況(參見圖9中的實線L4和長雙點劃線L6)。從而，難于使這些區域的一階衍射效率相等，換句話說，難于設置區域間的一階衍射效率比為1.0。考慮到這種情況，全息元件預先這樣設置，將具有一個較短光柵間隔的全息區域的一階衍射效率做成大于具有一個較長光柵間隔的全息區域的一階衍射效率(參見圖9中所示的部分K)。通過這樣做，即使一層防反射膜用于全息元件，區域的一階衍射效率也能夠相等(參見交點P4和P5)，換句話說，能夠設置區域間的一階衍射效率比為最佳值1.0。結果，一定能制造出表現最佳光學特征的全息元件。注意，在具有一個較長光柵間隔的衍射光柵中，占空比可以另外設置為一個大于0.5的值，例如0.6。
圖10是一個流程圖，根據本發明的另一個實施例，表明了一個全息元件制造方法的流程。跟著在步驟s0處制造一個全息元件程序的開始，程序進入到步驟s1。在步驟s1，形成了類似于上述第一和第二光掩膜30和40的一個光掩膜。然后，程序進入到步驟s2。
在步驟s2，使用在步驟s1中制作的光掩膜，伴隨著變化的曝光量，重復執行刻蝕操作。每次執行刻蝕操作時，都對在形成防反射膜之后獲得的一階衍射效率進行測量。然后，程序進入到步驟s3。在步驟s3，不管在全息元件的全息區域間一階衍射效率比的給定值是否接近于1.0，都要檢查。一階衍射效率比采用一個接近1.0的值，意味著用于一階衍射效率比的這個值落入到相對于1.0的5％誤差范圍內。在步驟s3，如果斷定一階衍射效率比不接近1.0，程序返回到步驟s2。相反，如果斷定一階衍射效率比接近1.0，程序進入到步驟s4。
在步驟s4，重復執行刻蝕操作，伴隨著曝光量保持在某個值，在這個值處一階衍射效率接近1.0。在操作期間，通過改變曝光時間，改變衍射光柵的溝槽深度。每次執行刻蝕操作時，都對在形成防反射膜之后獲得的一階衍射效率進行測量。然后，程序進入到步驟s5。在步驟s5，不管全息元件的每個全息區域的一階衍射效率是否接近于目標值，都要檢查。一階衍射效率采用一個接近于目標值的值，意味著用于一階衍射效率的這個值落入到相對于目標值的5％誤差范圍內。在步驟s5，如果斷定一階衍射效率不接近目標值，程序返回到步驟s4。相反，如果斷定一階衍射效率接近目標值，程序進入到步驟s6，在那里，制造出了大量的全息元件。然后，程序進入到s7，于是制造全息元件的程序結束。
這樣，在獲得了某個曝光量值后，在此值處具有衍射光柵的全息區域在一階衍射效率上做成相等的(圖10所示的步驟s2和s3)，衍射光柵的溝槽深度改變了(圖10所示的步驟s4和s5)用以制造全息元件(步驟s7)。注意，在每個全息區域的衍射光柵構成過程中，曝光量對每個區域的一階衍射效率以及區域間的一階衍射效率比有直接的影響。同時，衍射光柵的溝槽深度對于每個區域的占空比沒有直接的影響，僅是改變衍射效率。從而，最好在獲得了某個曝光量值之后改變衍射光柵的溝槽深度，在此值處衍射區域在一階衍射效率上相等。這使得無誤的制造一個表現期望的光學特性的全息元件，成為可能。
圖11是一個平面圖，示出了根據本發明另一個實施例的一個第一全息元件50。圖12是一個全息圖53的截面圖，示出了一個第一區域51和一個第二區域52。圖12中所示的全息圖53具有一個衍射光柵，類似于圖7A和7B中所示的衍射光柵。第一全息元件50是根據如上所述的全息元件制造方法制造的。第一全息元件50具有分成多個區域的第一型全息圖53，在這個實施例中是兩個區域第一和第二區域51和52，在每個區域內形成有一個衍射光柵。第一和第二區域51和52的衍射光柵在光柵間隔和占空比上相互不同。第一全息元件50和全息圖53各自由例如石英玻璃材料制成。注意，第一全息元件50和全息圖53可以可選擇地由任何其它的相似材料制成，只要它對于激光射線是透明的和硬的。其中優選的例子包括鈉鈣玻璃；低堿性玻璃；和丙烯酸樹脂。
根據這個實施例的第一全息元件50，第一全息元件50具有全息圖53，全息圖53分成第一和第二區域51和52，在每個區域上形成有一個衍射光柵。第一和第二區域51和52的衍射光柵在光柵間隔和占空比上相互不同。特別地，第一區域51的光柵間隔制成小于第二區域52的光柵間隔，第二區域52的占空比設為0.5，而第一區域51的占空比設為小于0.5。在如此設計的第一全息元件50的全息圖53中，由于第一和第二區域51和52的衍射光柵具有不同的光柵間隔，所以第一和第二區域51和52在每個區域的衍射光柵形成過程中的曝光量和一階衍射效率的關系上，相互不同。
在全息圖53中，即使區域51和52的衍射光柵具有不同的光柵間隔，只要第一和第二區域51和52的衍射光柵在占空比上相等，在區域具有相等的一階衍射效率處的曝光量值意味著，在這個曝光量值處區域分別具有最大的一階衍射效率。此時，區域在一階衍射效率的最大值上也相等。從而，在全息元件中，通過這樣設計全息圖，使區域的衍射光柵具有不同的占空比，全息圖53的區域51和52在對應于最大一階衍射效率的曝光量值上相互不同。這使得能夠設置在全息圖53的區域51和52之間的一階衍射效率比為一個期望的數值，并因此將期望的光學特性賦予第一全息元件50。注意，在這個實施例中，具有較短光柵間隔的區域的衍射光柵占空比設置為小于0.5。然而，不必說，具有較短光柵間隔的區域的衍射光柵占空比可設置為大于0.5。
圖13是一個根據本發明再一個實施例的一個第二全息元件60的截面圖，示出了全息圖63的一個第一區域61和一個第二區域62。根據如上所述的全息元件制造方法生產第二全息元件60。第二全息元件60具有分成多個區域的全息圖63，在這個實施例中是兩個區域第一和第二區域61和62，在每個區域上形成有一個衍射光柵。全息圖63由一層防反射膜64覆蓋。第一和第二區域61和62的衍射光柵在光柵間隔和占空比上相互不同。此外，在第二全息元件60中，第一和第二區域61和62在一階衍射效率上相同。
第二全息元件60和全息圖63分別由石英玻璃、鈉鈣玻璃和低堿性玻璃中的任何一種構成。防反射膜64呈現任一種結構一種單層結構，由氟化鎂(化學式MgF2)組成；一種雙層結構，由氧化硅(化學式SiO)和二氧化硅(化學式SiO2)組成；一種三層結構，由氟化鎂(化學式MgF2)，二氧化鋯(化學式ZrO2)和三氧化二鋁(化學式Al2O3)組成。
根據這個實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區域61和62的全息圖63，在每個區域上形成有一個衍射光柵。第一和第二區域61和62的衍射光柵具有不同的光柵間隔。在全息圖63中，第一和第二區域61和62分別覆蓋一層防反射膜64。在這種情況下，第一和第二區域61和62具有相同的一階衍射效率。在如此設計的第二全息元件60的全息圖63中，由于第一和第二區域61和62的衍射光柵具有不同的衍射間隔，那么在第一和第二區域61和62的衍射光柵形成中的曝光量與一階衍射效率之間的關系上，在第一和第二區域61和62之間產生了差異。此外，由于第一和第二區域61和62在覆蓋防反射膜64的情況下具有相同的一階衍射效率，那么在全息圖63的第一和第二區域61和62之間的一階衍射效率比定為1.0。從而，即使在全息圖63的第一和第二區域61和62覆蓋有防反射膜64的情況下，第二全息元件60也能成功地提供最佳的光學特性。
注意，可能對圖11和12所示的第一全息元件進行一些修改。例如，全息圖53可能構造成，第一和第二區域51和52的衍射光柵具有不同的光柵間隔，和具有最大光柵間隔的衍射光柵占空比設為小于0.5；因此得到一個第三全息元件。另外，全息圖53可能構造成，第一和第二區域51和52的衍射光柵具有不同的光柵間隔，和具有最小光柵間隔的衍射光柵占空比設為大于0.5。
根據如上所述的全息元件，能夠給某個曝光量指定一個期望值，在此值處全息區域具有相等的一階衍射效率。這樣，由于能夠給某個曝光量指定一個期望值，在此值處全息區域具有相等的一階衍射效率，換句話說，在區域間的一階衍射效率比設定為1.0，所以上述全息元件成功地提供了期望的光學特性。
圖14是一個平面圖，示出了根據本發明再一個實施例的一個第四全息元件80。根據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具有分成多個區域的第三型全息圖84，在這個實施例中是三個區域第一、第二和第三區域81、82和83，在每個區域上形成有一個衍射光柵。第一和第二區域81和82的衍射光柵具有不同的光柵間隔，但是第一和第二區域81和82在一階衍射效率上相同。另一方面，第一和第三區域81和83的衍射光柵具有不同的光柵間隔，但是第一和第三區域81和83在一階衍射效率上相同。第四全息元件80和全息圖83分別由例如一種石英玻璃材料制成。注意，第四全息元件80和全息圖83可以可選擇的由任何其它的相似材料制成，只要它對于激光射線是透明的和硬的。其中優選的例子包括鈉鈣玻璃；低堿性玻璃；和丙烯酸樹脂。
根據本實施例的第四全息元件80，第四全息元件80具有分成第一、第二和第三區域81、82和83的全息圖84，在每個區域上形成有一個衍射光柵。在第一到第三區域81、82和83中，至少兩個區域在衍射光柵間隔上相互不同，但是在一階衍射效率上相等。在如此設計的第四全息元件80的全息圖84中，在第一到第三區域81到83中，至少兩個區域具有不同的衍射光柵間隔。因此，在區域81到83的衍射光柵形成中的曝光量與一階衍射效率之間的關系上，在區域之間產生了差異。此外，由于第一到第三區域81到83在一階衍射效率上相等，那么在全息圖84中得到的一階衍射效率比定為1.0。從而，第四全息元件80成功地提供了最佳的光學特性。
表2中列出了在分別相應于第一全息元件50、第三全息元件和第四全息元件80的第一型全息圖53、第二型全息圖和第三型全息圖84中，得到的光柵間隔的范圍。
表2
本發明可以用不脫離其中的精神和必要特征的其它特定形式具體表達。所以當前的實施例應總體認為是說明性的，而不是限制性的，本發明的保護范圍應當由所附的權利要求而不是由前面的敘述來表示，因此在與權利要求等價的含義和范圍內進行的所有改變包括在其中。
權利要求
1.一個光掩膜(30，40)用于基于光刻法的一個全息元件的制造，這個全息元件具有一個全息圖，該全息圖分成多個區域，每個區域中形成有一個衍射光柵，該光掩膜包括形成全息圖各自區域的衍射光柵的許多掩膜區域(31，32；41，42，43)，掩膜區域(31，32；41，42，43)由一個非光透射掩膜部分(31a，32a；41a，42a，43a)和一個光透射部分(31b，32b；41b，42b，43b)組成，其中，在許多掩膜區域(31，32；41，42，43)中，在光透射部分(31b，32b；41b，42b，43b)排列在一個準直方向上的排列間隔(E1，E2；F1，F2，F3)方面，和在光透射部分(31b，32b；41b，42b，43b)準直方向上的寬度(e1，e2；f1，f2，f3)與光透射部分(31b，32b；41b，42b，43b)準直方向上的排列間隔(E1，E2；F1，F2，F3)的比值(e1/E1，e2/E2；fl/F1，f2/F2，f3/F3)方面，至少兩個掩膜區域(31，32；41，42，43)構造得相互不同。
2.如權利要求1所述的光掩膜(30，40)，其中對于在具有較短光透射部分排列間隔的掩膜區域(32；42，43)中光透射部分(32b；42b，43b)，準直方向上的寬度(e2；f2，f3)與準直方向上的排列間隔(E2；F2，F3)的比值(e2/E2；f2/F2，f3/F3)，做成小于對于在具有較長光透射部分排列間隔的掩膜區域(31；41)中光透射部分(31b；41b)準直方向上的寬度(e1；f1)與準直方向上的排列間隔(E1；F1)的比值(e1/E1；f1/F1)。
3.如權利要求1所述的光掩膜(30，40)，其中在每個區域中，對于光透射部分(31b，32b；41b，42b，43b)，準直方向上的寬度(e1，e2；f1，f2，f3)與準直方向上的排列間隔(E1，E2；F1，F2，F3)的比值(e1/E1，e2/E2；f1/F1，f2/F2，f3/F3)設為0.5或以下。
4.一種制造全息元件的方法，包括通過使用光刻法執行曝光，其中使用如權利要求1到3中的任一種光掩膜(30，40)，曝光量控制在一個水平上，在那里具有衍射光柵的各自全息區域在一階衍射效率上相等。
5.一種制造全息元件的方法，包括通過使用光刻法執行曝光，其中使用如權利要求1到3中的任一種光掩膜(30，40)，曝光量控制在一個水平上，在那里具有較短光柵間隔的衍射光柵的全息區域在一階衍射效率上做成大于具有較長光柵間隔的衍射光柵的全息區域。
6.一種全息元件包括一個全息圖(53)，分成許多區域(51，52)，每個區域上形成一個衍射光柵，其中，這些區域(51，52)中，至少兩個區域具有不同的衍射光柵間隔和不同的占空比，占空比是指在衍射光柵內準直方向上的溝槽開口寬度與光柵間隔的比值。
7.如權利要求6所述的全息元件，其中具有最大光柵間隔的衍射光柵的占空比設為0.5或以下，而具有最小光柵間隔的衍射光柵的占空比設為0.5或以上，占空比是指在衍射光柵內準直方向上的溝槽開口寬度與光柵間隔的比值。
8.一種全息元件包括一個全息圖(84)，分成許多區域(81，82，83)，每個區域上形成一個衍射光柵，其中，在這些區域中，至少兩個區域在衍射光柵間隔上不同，但是在一階衍射效率上相等。
9.一種全息元件包括一個全息圖(63)，分成許多區域(61，62)，每個區域上形成一個衍射光柵，其中，在這些區域(61，62)中，至少兩個區域具有不同的衍射光柵間隔，和其中在覆蓋了一層防反射膜(64)的情況下，全息圖(63)的區域(61，62)在一階衍射效率上彼此相等。
全文摘要
提供一種光掩膜，用于制造具有期望的光學特性的全息元件；一種方法，用于制造一個全息元件；和一種全息元件，具有期望的光學特性。第一光掩膜(30)用于基于光刻法的一個全息元件的制造，這個全息元件具有一個全息圖，全息圖分成兩個各帶有一個衍射光柵的區域。為了形成全息圖區域的衍射光柵，第一光掩膜30包括第一、第二掩膜區域(31，32)，掩膜區域(31，32)具有非光透射掩膜部分(31a，32a)和光透射部分(31b，32b)。兩個掩膜區域在對于光透射部分的準直方向上排列間隔(E1，E2)不同，和對于光透射部分的準直方向上的寬度(e1，e2)與準直方向上的排列間隔(E1，E2)的比值(e1/E1，e2/E2)不同。
文檔編號G03F1/70GK1504842SQ20031012037
公開日2004年6月16日 申請日期2003年11月17日 優先權日2002年11月18日
發明者熊谷宗鄉 申請人:夏普株式會社