(57)【要約】【課題】迷光の少ないホログラフィック回折格子を提供する。【解決手段】レーザー光３を吸収する色ガラスフィルターを回折格子の基板１として使用し、この上にフォトレジスト層２を塗着し、ホログラフィック露光法によって２光束干渉縞を露光する。基板１の側面から基板１内部にレーザー光３が侵入して干渉縞を乱す現象は、基板１に色ガラスフィルターを用いた場合は発生しない。このため、スムーズで規則正しい回折格子パターン２１が形成され、その結果、回折格子の溝形状も滑らかで規則正しいものとなり、迷光の少ない回折格子が作製される。【選択図】          図１
2006171565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にフォトレジスト層を塗着し、レーザー光によるホログラフィック露光法によって前記フォトレジスト層に回折格子パターンを形成する方法によって製作される回折格子であって、前記基板が前記レーザー光を透過しない材料であることを特徴とする回折格子。
【請求項２】
基板の材料が前記レーザーの光を吸収する色ガラスフィルターであることを特徴とする請求項１記載の回折格子。
【請求項３】
色ガラスフィルターが、波長３００ｎｍ〜５２０ｎｍの光を吸収する特性を有することを特徴とする請求項２記載の回折格子。
【請求項４】
基板の材料が前記レーザー光を反射する特性を有するものであることを特徴とする請求項１記載の回折格子。
【請求項５】
基板の材料がＳｉまたはＧｅであることを特徴とする請求項４記載の回折格子。
【請求項６】
基板上にフォトレジスト層を塗着し、レーザー光によるホログラフィック露光法によって前記フォトレジスト層に回折格子パターンを形成する方法によって製作される回折格子であって、前記基板の表面が前記レーザー光の波長の光を透過しない材料によってコーティングされていることを特徴とする回折格子。
【請求項７】
コーティングの材料がアルミニウム（Ａｌ）薄膜、または金（Ａｕ）薄膜、あるいは誘電体薄膜であることを特徴とする請求子６記載の回折格子。
【請求項８】
請求項１あるいは請求項６に記載された回折格子をオリジナル回折格子として製作するレプリカ回折格子の制作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光器や分波器に使用される波長分離／選択素子である回折格子に関するものであり、特にホログラフィック露光法を使用して作製される回折格子に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折格子は分光器や分波器に使用される波長分離／選択素子である。これは、ガラス等の光学材料の高度に研磨された表面に極めて微細な縞状の溝を形成させたものであり、その製作には最高度の精密性と複雑で長時間にわたる工程を必要とする。このため回折格子の量産には、１個のオリジナル回折格子の溝形状を樹脂複製によって一旦ネガ回折格子に転写し、さらにネガ回折格子から再度複製転写によってレプリカ回折格子を作成し供給する方法が最も広く用いられている。この時使用されるオリジナル回折格子の作製方法は、ルーリングエンジン等によって機械的に微細な溝を基板上に刻削する機械的方法と、基板上に塗布したフォトレジスト層に２光束干渉により干渉縞を露光・現像するホログラフィック露光法による方法とに大別される。後者の方法によって製作される回折格子を以下にホログラフィック回折格子と称する。
【０００３】
一般的に使用されているオリジナルのホログラフィック回折格子の製作方法の１例を図１と図２を用いて説明する。図１はホログラフィック回折格子の製作方法の１例を（ａ）から（ｆ）まで段階的に示したものであり、図２はホログラフィック露光の工程（図１（ｃ）の段階）において使用される露光装置の１例を概念的に示したものである。
【０００４】
図１（ａ）に示す基板１には、通常は光学ガラス、人工石英等の広い波長範囲にわたって高い透過率を示す光学材料が用いられる。このような光学材料を所望の大きさに裁断して得た基板１は、まずその表面を光学研磨された後、超音波洗浄によって表面が洗浄される。
【０００５】
次に基板１の表面にフォトレジスト層２を形成する（図１（ｂ））。フォトレジストは、たとえばシフレイ社製ＭＰ１８００シリーズや東京応化社製ＯＦＰＲ５０００などが使用され、スピンコート法によって基板１上に所定の厚さで塗着される。
【０００６】
このように準備されたフォトレジスト層２に対して、次の段階（図１（ｃ））でレーザー光３によってホログラフィック露光が施される。具体的には、図１（ｂ）の段階で準備されたフォトレジスト層２と基板１のセットは、図２で示す露光装置に設置される。図２の露光装置において、光源のレーザー５として、波長４４１．６ｎｍの単色光を発するＨｅ−Ｃｄレーザーが最も一般的に使用される。レーザー５からの光は平面鏡６０でビームスプリッター９に送られ、２光束に分けられる。平面鏡６１、６２で反射された後スペイシャルフィルター７１、７２で拡散光とされた両光束は、軸外放物面鏡８１、８２によって平行光束とされ、最終的に平面鏡６３、６４によってフォトレジスト層２上に送られる。フォトレジスト層２上を照射する２つの平行光束によって、フォトレジスト層２の表面上の２光束の重なった領域に図２の紙面に垂直な方向の平行で等間隔の干渉縞が生じる。干渉縞の間隔、言い換えれば単位長さ当たりの縞の数は作製する回折格子の分散を決定する最も重要な要素の一つであり、回折格子の使用目的に応じて最適な縞数になるように、図２の露光装置における平面鏡６３、６４の傾きと基板１（フォトレジスト層２を含む）の位置を調節することによって両光束のフォトレジスト層２上での交差角θが選択・決定される。（特許文献１参照）
【０００７】
干渉縞を露光した後の基板１とフォトレジスト層２のセットを専用の現像液で現像し、純水で洗浄することにより、フォトレジスト層２の露光度の大きい部分が除去され、干渉縞に対応した等間隔で平行な回折格子パターン２１が得られる（図１（ｄ））。２光束干渉の干渉縞の強度分布は正弦波状であるため、回折格子パターン２１の断面もまた、露光時間と現像時間の大きさによって決まる溝の深さ（振幅）をもった正弦波となるが、露光時間と現像時間を最適に制御することにより、図１（ｄ）に例示するような半波正弦波形の溝断面をもった回折格子パターン２１を作ることもしばしば行われている。
【０００８】
次の段階（図１（ｅ））において反応性イオンビームエッチングを行う。通常使用されるエッチングガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３、あるいはＣＢｒＦ３等のフッ素系ガスと酸素あるいはアルゴンの混合ガスで、基板１の材質と所望の溝深さに応じて最適のガス種と混合比が適用される。図１（ｅ）の例においては、イオンビーム４は回折格子パターン２１の縞に垂直斜め上方より照射される。照射時間を最適に設定することにより、フォトレジスト層２に残った回折格子パターン２１が完全に消滅し、イオンビーム４によって基板１に直接溝が刻削されたオリジナル回折格子が作製される（図１（ｆ））。この製作法によって得られる回折格子の溝の断面は、図１（ｆ）に示すように鋸歯状波形であり、波面の水平線となす角度は回折格子の回折効率が最も高くなる波長を決定する。この角度はイオンビーム４の照射角度を調節することにより選択できる。上記の方法で作製されたオリジナル回折格子を用いて多数のレプリカ回折格子が製作される。（特許文献２参照）
【特許文献１】特開平６−３４８０７号公報
【特許文献１】特開２００１−２３５６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のホログラフィック回折格子は上記の方法によって作製されるが、この方法には以下に示す問題がある。
【００１０】
回折格子を用いて白色光から単色光を高純度で抽出する場合や、光を正確にスペクトルに分解する場合に、本来得られるべき波長の光の中に、迷光と呼ばれる不要な波長の光が混入する現象がある。迷光の量を抑えるためには、回折格子の溝が極めて規則正しく形成されていること、また溝の表面が滑らかで、光を不規則に散乱させるような微細な凹凸による乱れが最小限に抑えられていることが非常に重要である。このためには、先に述べたホログラフィック露光の工程において、フォトレジスト層上に形成される２光束干渉による干渉縞が極めて正確に、規則正しく形成されなければならない。もし、たとえばフォトレジスト層に２つの平行光束以外の別の方角からの光が混入したような場合には、形成される干渉縞の規則性と波形が乱され、その結果、最終的に得られる回折格子の溝の規則性と溝表面の滑らかさが失われる。このため、迷光の少ない回折格子を製作するためには、ホログラフィック露光の工程でフォトレジスト層への不要な光の混入が最小限に抑えられることが要求される。
【００１１】
しかしながら、従来のホログラフィック回折格子作製に使用される基板の材料では、上記の要求を満たすことは不可能である。従来基板の材料としては、光学研磨が可能で、しかも熱膨張係数の小さい材料として、パイレックス（登録商標）ガラス、ソーダガラス、石英ガラス、ＳＣＨＯＴＴ社製ＢＫ７などの光学材料が使われている。しかし、これらの材料はいずれも広い波長域にわたって高い透過率を有しているため、４４１．６ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザーの光を容易に透過させる。基板の側面は通常、光の混入を防止するためにつや消し処理がなされているが、図３に示すように、ホログラフィック露光のレーザー光３の２つの平行光束（実践と点線で区別）のうち一部分が基板の側面に入射することは避けられない。
【００１２】
これら側面に入射した光は、不規則な散乱光３０となって基板１内部に侵入し、その一部が下方からフォトレジスト層２に混入する。また、正規の照射光の一部も、フォトレジスト層２を通過して基板１内に侵入し、さらにその一部が基板１の底面からの不規則な反射光３１となって、フォトレジスト層２に混入する。これらフォトレジスト層２の下方から混入するゴースト光は、微小ではあるが無視できない強度をもっており、これが正規の照射光との間で微小で複雑な干渉を生じ、これによって、干渉縞に不規則な乱れを惹起し、また干渉縞のコントラストを低下させ、その結果として最終的に回折格子の溝の規則性と滑らかさを低下させる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記のような従来法における問題点を解決するために、基板上にフォトレジスト層を塗着し、レーザー光によるホログラフィック露光法によって前記フォトレジスト層に回折格子パターンを形成する方法によって製作される本発明にかかる回折格子は、前記基板に前記レーザー光の波長の光を透過しない材料を使用していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によって、基板材料がレーザー光の波長の光を透過しないため、ホログラフィック露光時に基板側面から基板内部に侵入する散乱光は存在せず、また、フォトレジスト層を透過した光も基板内部に侵入することができないため基板底面からの反射光も存在しない。このように２光束干渉に擾乱を与えるゴースト光が消滅するため、本来の干渉縞に影響が現れず、安定した露光が可能となり、乱れのない回折格子パターンが形成され、その結果、迷光の少ない回折格子の製作が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態の一つは、基板の材料として、その材質自体がレーザー光を透過しないものを用いる方法である。さらにもう一つは、レーザー光を透過しない材料にて基板の表面をコーティングする方法である。
【実施例１】
【００１６】
第１の実施例は、基板の材料としてレーザー光を吸収する色ガラスフィルターを用いる。より具体的には、ＨＯＹＡ社製の色ガラスフィルターＯ−５６を使用する。この色ガラスフィルターは、約５６０ｎｍ以下の波長の光を吸収する特性を有している。このため、ホログラフィック露光に広く使用されているＨｅ−Ｃｄレーザーの光を透過しない。色ガラスフィルターＯ−５６を用いて本発明の回折格子を製作する過程を以下に説明する。製作過程は、基板材料の相違する点を除き、図１の過程と同一である。
【００１７】
まず、幅６０ｍｍ×長さ６０ｍｍ×厚さ１１．３ｍｍの色ガラスフィルターを用いた基板１（Ｏ−５６基板）の上面を光学研磨したのち、表面を超音波洗浄する（図１（ａ））。次に色ガラスフィルターの基板１の上にフォトレジスト層２を塗着する。本実施例においてはフォトレジストはシフレイ社製ＭＰ１８０５を使用し、３０００ｒｐｍの回転数で４０秒間スピンコートした後、コンヴェクション・オーヴンで９０℃で３０分ベーキングし、厚さ０．３μｍのフォトレジスト層２を塗着した（図１（ｂ））。このようにして得られた基板１とフォトレジスト層２のセットにレーザー光３によってホログラフィック露光を施す（図１（ｃ））。
【００１８】
ホログラフィック露光は、図２に示す露光装置を用いる。本実施例では、Ｈｅ−Ｃｄレーザー（波長４４１．６ｎｍ）を用いて、フォトレジスト層２に４３０本／ｍｍの干渉縞を露光した。この後、現像液で現像し、純水で洗浄して、溝深さ０．１μｍの半波正弦波状の回折格子パターン２１を形成した（図１（ｄ））。次にイオンビームエッチングを行う（図１（ｅ））。本実施例では、Ａｒ（アルゴン）とＣＦ４の混合ガスを、Ａｒ６０％、ＣＦ４４０％の混合比、２×１０-2Ｐａのガス圧力で使用した。回折格子パターン２１が消滅し色ガラスフィルターの基板１に溝が完全に刻削されるまで約２０分エッチングを継続し、最終的に溝深さ０．１５μｍのオリジナル回折格子が得られる（図１（ｆ））。
【００１９】
上記の方法で製作された本発明にかかる回折格子が従来の方法で製作された回折格子より優れていることを、図４〜図７に示す。図４は、色ガラスフィルターＯ−５６を基板とした本発明の回折格子の溝形状を原子間力顕微鏡を用いて撮影した写真である。図５は、従来のＢＫ７ガラスを基板として、同一条件で製作した回折格子の溝形状を原子間力顕微鏡を用いて撮影した写真である。また、図６および図７はそれぞれ、色ガラスフィルターＯ−５６を基板とした場合と、ＢＫ７ガラスを基板とした場合の回折格子パターン２１を原子間力顕微鏡を用いて撮影したものである。
【００２０】
図６と図７を比較すると、色ガラスフィルターＯ−５６を基板とした本発明の場合の回折格子パターンは、ＢＫ７ガラスを基板とした場合の回折格子パターンよりも表面がスムーズで、規則正しく配列されていることが明らかである。また、図４と図５を比較すると、最終の回折格子の溝形状においても、色ガラスフィルターＯ−５６を基板とした本発明の回折格子のほうが、従来法のものに比べて表面が滑らかで規則的であることが明らかに看取できる。さらに、本発明にかかる回折格子と、従来法の回折格子の表面にアルミニウム膜を０．２μｍの厚みで蒸着し、４００ｎｍにおける迷光量を実測した結果、本発明による回折格子の迷光は、従来のものより１５％減少した。
【００２１】
本発明に使用される色ガラスフィルターはＯ−５６に限定されるものではなく、その特性が、３００ｎｍ〜５２０ｎｍの波長域の光を吸収するものであれば、上記と同様な効果が期待できる。また、ＧｅやＳｉのような、レーザー光を反射する特性をもつ材料を基板に用いることも、レーザー光が基板内部に侵入することがないため、上記と同様な効果が期待できる。
【実施例２】
【００２２】
第２の実施例は、適当な基板材料の表面をレーザー光を透過しない材質の膜でコーティングする方法である。具体的にはＡｌ（アルミニウム）の薄膜を適当な光学材料の全面にコーティングしたものを基板とする。この基板を用いて図１に示した製作過程と同一の方法で回折格子を製作する。この方法によってもまた、ホログラフィック露光においてレーザー光が基板側面やフォトレジストとの境界から基板内に侵入することが防止できるため、実施例１の方法と同様に、回折格子パターンおよび、最終の溝形状がスムーズで規則正しいものとなり、その結果、迷光の少ない回折格子の作製が可能となる。
【００２３】
基板にコーティングする材料はアルミニウムに限定されず、Ａｕ（金）薄膜、あるいはより広く誘電体薄膜を用いることも可能である。
【００２４】
実施例１あるいは実施例２の方法によって製作された回折格子をオリジナル回折格子として多数のレプリカ回折格子を製作することができる。具体的には、まずオリジナル回折格子の溝形状を別個の基板上に塗着した樹脂に押印転写してネガ回折格子を製作し、次に前記ネガ回折格子から同様な押印転写法によってレプリカ回折格子を製作する。こうして製作されたレプリカ回折格子には、オリジナル回折格子のスムーズで規則正しい溝形状の特徴が継承維持されるため、レプリカ回折格子もまた、迷光の少ないものとなる。
【００２５】
本発明における特徴は、上述したとおりであるが、上記ならびに図示例に限定されるものではなく、種々の変形例を含む。たとえば、溝の形状が鋸歯状波に限らず、正弦波、あるいは矩形波状の回折格子など、その製作工程の中に、基板上に塗着したフォトレジスト層にホログラフィック露光法によって干渉縞を露光する過程を含む回折格子について本発明は適用できる。また、レプリカ回折格子の製作過程において、ネガ回折格子を経由せずにオリジナル回折格子から直接押印転写してレプリカ回折格子を製作する方法についても、本発明が適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、回折格子、特にホログラフィック露光による干渉縞を用いる回折格子ならびにレプリカ回折格子の制作方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ホログラフィック回折格子の製作過程を段階的に示す図である。
【図２】ホログラフィック露光装置の概念図である。
【図３】従来法の２光束干渉におけるゴースト光を示す図である。
【図４】色ガラスフィルターＯ−５６を用いた本発明にかかる回折格子の溝形状の原子間力顕微鏡による写真である。
【図５】ＢＫ７ガラスを用いた従来法による回折格子の溝形状の原子間力顕微鏡による写真である。
【図６】色ガラスフィルターＯ−５６を用いた本発明にかかる回折格子パターンの原子間力顕微鏡による写真である。
【図７】ＢＫ７ガラスを用いた従来法による回折格子パターンの原子間力顕微鏡による写真である。
【符号の説明】
【００２８】
１    基板
２    フォトレジスト層
２１  回折格子パターン
３    レーザー光
３０  散乱光
３１  反射光
４    イオンビーム
５    レーザー
６０  平面鏡
６１  平面鏡
６２  平面鏡
６３  平面鏡
６４  平面鏡
７１  スペイシャルフィルター
７２  スペイシャルフィルター
８１  軸外放物面鏡
８２  軸外放物面鏡
【図１】
2006171565.tif 000003
【図２】
2006171565.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006171565.tif 000006
【図５】
2006171565.tif 000007
【図６】
2006171565.tif 000008
【図７】
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