(57)【要約】【課題】  安定して所望の鋸歯波パターンを製作することができるホログラフィックグレーティング製造方法を提供する。【解決手段】  第１工程で、（ａ）基板２にフォトレジスト膜１を塗布し、（ｂ）ホログラフィック露光装置を用いて正弦半波状のフォトレジスト１ａのパターンを基板２上に形成し、第２工程で、（ｃ）ＣＦ４ガスによるイオンビームを垂直に照射し、（ｄ）フォトレジスト１ａを完全に消失するまで基板２を刻線し、正弦半波状のパターンを形成する。そして、第３工程で、（ｅ）斜めからＡｒイオンビームを照射し、（ｆ）基板２をエッチングして、（ｇ）所望の鋸歯状波に刻線し、（ｈ）反射膜としてＡｌ膜３を基板２に真空蒸着でコーティングする。【選択図】          図１
2006259325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ガラス基板上に設けたフォトレジスト膜に、フォトレジストパターンをホログラフィック露光法により刻線する第１工程と、前記フォトレジストパターンが形成された光学ガラス基板に対し垂直なイオンビームにより光学ガラス基板をエッチングする第２工程と、イオンビームを刻線方向に垂直で且つ基板の法線方向に対して傾斜した方向から照射して鋸歯状パターンを製作する第３工程とからなることを特徴とするホログラフィックグレーティング製造方法。
【請求項２】
光学ガラス基板上に設けたフォトレジスト膜に、フォトレジストパターンをホログラフィック露光法により刻線する第１工程と、前記フォトレジストパターンが形成された光学ガラス基板に対し垂直なイオンビームにより光学ガラス基板をエッチングする第２工程と、イオンビームを刻線方向に垂直で且つ基板の法線方向に対して傾斜した方向から照射して鋸歯状パターンを製作する第３工程にて製作されたホログラフィックグレーティングを基体とし、転写による工程を経てネガ・グレーティング及びまたはレプリカ・グレーティングを製作することを特徴とするホログラフィックグレーティング製造方法。
【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／選択素子であるグレーティング（回折格子）に係り、特に、ホログラフィック露光法を使用して製作するホログラフィックグレーティング製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
グレーティング（回折格子）の製作方法として、基板上に機械的にグレーティング溝を刻線する機械的方法と、基板上に塗布したフォトレジスト膜に２光束干渉による干渉縞を露光・現像し、フォトレジストパターンを製作し、それをエッチングすることにより基板に製作するホログラフィック法がある。ホログラフィック法によって製作された回折格子をホログラフィックグレーティングと呼んでいる。
グレーティングを製作するためには多くの手順を要するため高価なものになり、また、性能にも個体差が生じることは避けられない。そのため、１個のオリジナルグレーティングから樹脂複製によるネガ・グレーティングが製作され、このネガ・グレーティングから再度複製したレプリカ・グレーティングが製作される。
【０００３】
図３に、従来のホログラフィックグレーティング製造方法の原版製作工程（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ）、ネガ版製作工程（ｇ、ｈ、ｉ）、レプリカ版製作工程（ｊ）を示す。
原版製作工程の（ａ）はフォトレジスト膜１１の塗布を示し、光学研磨され洗浄された光学ガラス製の基板１２に、ホログラフィック露光が可能なフォトレジスト膜１１をスピンナーで塗布し、オーブンでベーキングし、厚さ３００ｎｍのフォトレジスト膜１１を形成する。
（ｂ）は正弦半波状レジストパターン形成を示し、図４に示すホログラフィック露光装置で露光する。図４のホログラフィック露光装置は、Ｈｅ−Ｃｄレーザ（λ＝４４１．６ｎｍ）２１の２光束干渉によるホログラフィック露光法で、レーザ光がミラー２２で反射され、ビームスプリッタ２３で反射／透過によりミラー２２ａ及び２２ｂに入射し反射してそれぞれスペイシャルフィルタ２４ａ及びスペイシャルフィルタ２４ｂを透過する。透過した光はワーク（図３（ａ）で処理された基板１２）２５上のフォトレジスト膜１１に９００本／ｍｍの干渉縞の潜像を露光した後、現像され純水リンスされてフォトレジスト１１ａの回折格子パターンが製作される。
このとき、２光束干渉の干渉縞の強度分布は正弦波であるため作製されたフォトレジスト１１ａの回折パターンも正弦半波状の断面形状となる。
（ｃ）はイオンビーム照射を示し、イオンビームエッチングを行う。使用するエッチングガスはＣＦ４、ガス圧１．５×１０４Ｔｏｒｒとし、フォトレジスト１１ａのパターンの刻線方向に垂直で且つ基板１２の斜め上方から照射する。
（ｄ）は基板１２のエッチングを示し、イオンビーム照射を続け、基板１２にパターンが完全に直接刻線されるまで行い、鋸歯状の回折格子が製作され、（ｅ）基板１２に傾斜度７．５°、パターンピッチ１．２５μｍの鋸歯状断面を有する刻線パターンを形成する。
（ｆ）は反射膜コーティングを示し、エッチングが完了したオリジナルグレーティングを洗浄し、真空蒸着装置にて、使用波長範囲（紫外から可視領域）で最適な材料として、アルミニウムＡｌを基板１２にコーティングし、Ａｌ膜１３を反射膜とする。以上の工程で原版製作工程を終了する。
【０００４】
次に、ネガ版製作工程の（ｇ）は離形剤１４を塗布後、Ａｌ膜１５の蒸着を示す。（ｆ）工程で完成した原版（基板１２＋Ａｌ膜１３）に、再び真空蒸着装置で、離形剤１４として例えばシリコーングリースなどで薄い油膜（厚さ約１ｎｍ）を形成し、続いてアルミニウムを真空蒸着し、薄膜（厚さ約０．２μｍ）のＡｌ膜１５を形成する。
（ｈ）は接着材１７を塗布しネガ基板１６の接着を示す。真空蒸着装置から（ｆ）工程で処理された基板１２を取出し、接着材１７としてエポキシ樹脂などを用い、ネガ基板１６（ガラス基板など）を接着する。接着材１７の硬化後、ネガ基板１６を原版（基板１２＋Ａｌ膜１３）から剥離すると、離形剤１４を境にしてネガ版（ネガ基板１６＋接着材１７＋Ａｌ膜１５）ができる。
（ｉ）はネガ版を示す。剥離したネガ版（ネガ基板１６＋接着材１７＋Ａｌ膜１５）の表面に離形剤が残っているので、フレオンなどの溶剤で洗浄して除去する。このようにして原版の回折格子が表面に転写され、ネガ版が完成する。
【０００５】
次に、レプリカ版製作工程（ｊ）では、ネガ版製作工程と同じで、ネガ版に離形剤層、Ａｌ膜１８を形成し、接着材１９によりレプリカ基板２０を接着した後、剥離を行う。ネガ版の溝形状は再度反転され、レプリカ版に転写され、結果として原版と等しい溝形状を持つレプリカ版が製作される（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１−１６１３０２号公報  （第７頁、第１図〜第４図）
【特許文献２】特開２００１−２３５６１１号公報  （第６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のホログラフィックグレーティング製造方法は以上のように構成されているが、フォトレジスト１１ａのパターンと基板１２のエッチングされる速度が異なるが、これらの速度の比が設定どおりに安定していることが、所望の鋸歯波パターンを得るために重要である。しかし、エッチングに用いるガスの種類、混合ガスの場合はその比率、イオンビームの密度、速度などが変化すると、この比が大きく変化するため、安定して所望の鋸歯波パターンを製作することができないという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、安定して所望の鋸歯波パターンを製作することができるホログラフィックグレーティング製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明のホログラフィックグレーティング製造方法は、光学ガラス基板上に設けたフォトレジスト膜に、フォトレジストパターンをホログラフィック露光法により刻線する第１工程と、前記フォトレジストパターンが形成された光学ガラス基板に垂直なイオンビームにより光学ガラス基板をエッチングする第２工程と、イオンビームを刻線方向に垂直で且つ基板の法線方向に対して傾斜した方向から照射して鋸歯状パターンを製作する第３工程とからなるものである。
【０００８】
さらに、本発明のホログラフィックグレーティング製造方法は、光学ガラス基板上に設けたフォトレジスト膜に、フォトレジストパターンをホログラフィック露光法により刻線する第１工程と、前記フォトレジストパターンが形成された光学ガラス基板に垂直なイオンビームにより光学ガラス基板をエッチングする第２工程と、イオンビームを刻線方向に垂直で且つ基板の法線方向に対して傾斜した方向から照射して鋸歯状パターンを製作する第３工程にて製作されたホログラフィックグレーティングを基体とし、転写による工程を経てネガ・グレーティング及びまたはレプリカ・グレーティングを製作するものである。
【０００９】
本発明のホログラフィックグレーティング製造方法は上記のように構成されており、第１工程で、スピンナーなどによってフォトレジスト材を光学ガラス基板上に塗布する。そして、ホログラフィック露光装置を用い、Ｈｅ−Ｃｄレーザ（λ＝４４１．６ｎｍ）などの２光束干渉によるホログラフィック露光法で、フォトレジストパターンを刻線する。次に、第２工程で、ＣＦ４ガス等を用いイオンビームエッチングを基板に対し垂直方向から行い、フォトレジストが完全に消失するまでエッチングし、基板に正弦半波状のパターンを刻線する。そして、第３工程で、Ａｒガス等を用いてイオンビームを刻線方向に垂直で且つ基板の法線方向に対して傾斜した方向から照射して鋸歯状パターンを製作する。最後に反射効率を上げるために表面にＡｌなどを真空蒸着して反射膜を形成し、原版を製作する。
また、ネガ版製作工程では、原版に、離形剤、続いてＡｌ膜を形成し、接着材（エポキシ樹脂など）によりガラス基板を接着し、硬化後、原版から剥離して、表面に残存する離形剤を溶剤で洗浄し、ネガ版を転写して製作する。
次に、レプリカ版も同様に、ネガ版に離形剤、続いてＡｌ膜を形成し、接着材（エポキシ樹脂など）によりガラス基板を接着し、硬化後、ネガ版から剥離して、表面に残存する離形剤を溶剤で洗浄し、レプリカ版を転写して製作する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のホログラフィックグレーティング製造方法は上記のように構成されており、従来技術ではフォトレジストと基板の材質の違いによるエッチングされる速度の比が設定どおりに安定せず、イオンビームエッチングの諸条件によって変化するのに対して、本製作の第３工程においては、第２工程で製作されたパターン部の材質と基板の材質が同一であり、パターンと基板のエッチングされる速度比が同じで、斜めからイオンビームエッチングを行い安定して所望の鋸歯波パターンを製作することができる。
また、従来技術で多く用いられるＣＦ４ガスはフォトレジストのエッチング速度と基板のエッチング速度の比が１：２程度であるが、ある角度の鋸歯状波パターンを形成しようとするとき、この比が小さいほど、イオンビームの入射角が大きく取れる。本発明の製造方法ではこの比は、常に１：１であり、イオンビームの入射角が大きく取れ、凹面グレーティングの製作では、イオンビームが基板の縁の陰になりにくく製作面で加工しやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明が提供するホログラフィックグレーティング製造方法は、ホログラフィック露光法によって正弦波状のフォトレジストを形成する第１工程と、そのフォトレジストが形成されたガラス基板に垂直なイオンビームでエッチングする第２工程と、斜めからイオンビームを照射して、パターンと基板の同一材質をエッチングし、安定して所望の鋸歯波パターンを製作する第３工程を有することを特徴とするものである。
【実施例】
【００１２】
本発明のホログラフィックグレーティング製造方法の１実施例を、図１を参照しながら説明する。図１は、本ホログラフィックグレーティング製造方法の製造工程を示す図である。
本発明のホログラフィックグレーティング製造方法は、第１工程として、（ａ）光学ガラスの基板２上にフォトレジスト膜１を塗布し、（ｂ）塗布されたフォトレジスト膜１にホログラフィック露光装置を用いて正弦半波状のフォトレジスト１ａを基板２上に形成し、第２工程として、（ｃ）基板２上に形成されたフォトレジスト１ａを垂直方向からＣＨ４ガスによってイオンビームエッチングを行い、（ｄ）基板２上のフォトレジスト１ａが消失するまでイオンビームエッチングを行い基板２に正弦半波状の刻線パターンを形成し、そして、第３工程として、（ｅ）Ａｒガスのイオンビームエッチングを基板２に対して水平位から１６°斜めからの照射を行い、（ｆ）基板２にイオンビームエッチングを続け、（ｇ）基板２に傾斜度７．５°、パターンピッチ１．２５μｍの鋸歯状断面を有する刻線パターンを形成し、（ｈ）真空蒸着により基板２の表面に反射膜のＡｌ膜３を形成する、上記の第１工程と第２工程と第３工程とから構成される。
【００１３】
また、本発明のホログラフィックグレーティング製造方法のネガ版製造方法とレプリカ版製造方法の１実施例を、図２を参照しながら説明する。図２は、前記の第１工程と第２工程と第３工程で製作されたホログラフィックグレーティング原版からネガ版及びレプリカ版を製作する工程を示す。
ネガ版製作工程では、（ｉ）ホログラフィックグレーティング原版（（ｈ）工程で製作した原版）にグリースなどの離形剤４を塗布し、Ａｌ膜５を真空蒸着で形成し、その上に（ｊ）エポキシ樹脂などの接着材７を塗布し、そして、ガラス基板などの新しいネガ基板６を接着し、（ｋ）Ａｌ膜５付の転写成形された接着材７を有するネガ基板６を原版から離形し、表面に残存する離形剤４を溶剤で洗浄してネガ版を完成する。
レプリカ版製作工程では、（ｌ）ネガ版（（ｋ）工程で製作したネガ版）にグリースなどの離形剤を塗布し、Ａｌ膜８を真空蒸着で形成し、その上にエポキシ樹脂などの接着材９を塗布し、そして、新しいレプリカ基板１０を接着し、Ａｌ膜８付の転写成形された接着材９を有するレプリカ基板１０をネガ基板６から離形し、表面に残存する離形剤を溶剤で洗浄してレプリカ版を完成する。
【００１４】
本発明のホログラフィックグレーティング製造方法と従来の製造方法と異なるところは、従来の製造方法は、図３に示すように、基板１２にフォトエッチングされた正弦半波状のフォトレジスト膜１１を、傾斜した方向からイオンビームを照射し、材質の異なるフォトレジスト１１ａと基板１２を同時にエッチングしながら、最終的に基板１２にパターンが完全に直接刻線されるまで行い、溝形状が鋸歯状の回折格子を製作する。これに対し、本発明のホログラフィックグレーティング製造方法は、第１工程で、基板２に正弦半波状のフォトレジスト１ａを形成し、第２工程で、垂直方向からイオンビームを照射し、完全にフォトレジスト１ａが消失するまでエッチングを続け基板２に正弦半波状の刻線パターンを形成し、第３工程で、基板２の水平位に対し１６°方向からイオンビームを照射し、同材質の形成されたパターンと基板２とをエッチングする。パターンと基板２のエッチングされる速度比が同じであり、安定して所望の鋸歯波パターンを製作することができる。
【００１５】
次に、本ホログラフィックグレーティング製造方法の各素材、及び、製法について説明する。
基板２は、光学ガラス製の基板２が用いられ、光学ガラスは熱変形による膨張率が低く、光学素子である回折格子の基板材料として優れている。例えば、ＢＫ７、ＢＳＣ２、耐熱強化ガラス、ソーダガラス、石英ガラスなどが良好に使用できる。そして、光学研磨し、超音波洗浄して表面がクリーンにされる。
フォトレジスト膜１は、ホログラフィック露光が可能なものであればよく、例えば、Ｍｐ１４００（シフレイ社製）や、ＯＦＰＲ５０００（東京応化社製）などが使用できる。そして、スピンナー装置を用いて、高速に回転する基板２上にフォトレジスト剤を滴下しフォトレジスト膜１を広げて、厚さ３００ｎｍ程度に形成する。
ホログラフィック露光は、図４に示す露光装置を用いて、Ｈｅ−Ｃｄレーザ（λ＝４４１．６ｎｍ）２１の２光束干渉によるホログラフィック露光法で、レーザ光が基板２上のフォトレジスト膜１をフォトエッチングして、９００本／ｍｍの干渉縞の潜像を露光した後、現像し純水リンスしてフォトレジスト１ａのピッチ１．２５μｍ、高さ１２５ｎｍの正弦半波状のパターンを製作する。
第２工程のイオンビーム照射は、ＣＦ４ガス等を用いイオンビームエッチングを基板２に対し垂直方向から行い、フォトレジスト１ａが完全に消失するまでエッチングし、基板２に高さ２５０ｎｍの正弦半波状のパターンを刻線する。
第３工程のイオンビーム照射は、Ａｒガス等によるイオンビームエッチングを基板２に対し水平位から１６°の傾斜方向からのエッチングを行う。正弦半波パターンのエッチングと同時に基板２の同じ材料のエッチングが同じ速度で行われ、基板２は傾斜角度７．５°、パターンピッチ１．２５μｍの鋸歯状波の刻線パターンが形成される。
Ａｌ膜３は、真空蒸着によりアルミニウムの膜が、鋸歯状波の刻線パターンが形成された基板２上に蒸着され反射膜とする。使用波長領域によっては反射膜を蒸着しなくても、反射率が十分に高いためそのままの状態で使用可能であるが、他の波長領域では必要に応じてＡｕやＰｔ、あるいはＸ線多層膜などでコーティングすることにより反射率や耐久性を上げて使用する。
離形剤４は、ネガ版及びレプリカ版を製作するときに使用される。例えば、シリコーングリースなどで薄い油膜（厚さ約１ｎｍ）が形成され、原版またはネガ版に離形剤４が形成されて、転写されネガ版又はレプリカ版が剥離されて製作される。
Ａｌ膜５、８は、ネガ版またはレプリカ版の反射膜として使用されるもので、離形剤４またはレプリカ版製作時の離形剤４上に蒸着され、剥離時にネガ版またはレプリカ版側に剥離され、Ａｌ膜３と同様の役割を果たす。
接着材７、９は、エポキシ樹脂を使用したが、他にも耐熱性の熱硬化性樹脂である尿素樹脂、メラニン樹脂、フェノール樹脂などを利用しても良い。
ネガ版製作のときは、接着材７の硬化後、原版（母材）より離形剤４を境にしてネガ版を剥離させ、離形剤４をフレオンなどの溶剤で洗浄して除去しネガ版を製作する。
レプリカ版製作のときは、接着材９の硬化後、ネガ版（母材）より離形剤を境にしてレプリカ版を剥離させ、離形剤をフレオンなどの溶剤で洗浄して除去しレプリカ版を製作する。
【００１６】
上記の実施例では、エッチングガスとしてＣＦ４とＡｒガスを用いたが、これに限らず、イオンビーム用ガスであれば良い。また、混合ガスでも良い。
また、フォトレジストのパターン（図１（ｂ））は正弦半波状に限らず、正弦波状、又はそれらが傾いたものなどでも良い。
また、第２工程のエッチング（図１（ｃ））は垂直に限らず、角度をつけたエッチングでも良い。
また、第２工程による基板２上のパターン(図１（ｄ）)は正弦半波状に限らず、正弦波状、又は、それらが傾いた状態のパターン等でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明の活用例として、分光器や分波器に使用される波長分離／選択素子であるグレーティング（回折格子）に係り、特に、ホログラフィック露光法を使用して製作するホログラフィックグレーティング製造方法に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のホログラフィックグレーティング製造方法を示した説明図である。
【図２】本発明のホログラフィックグレーティングのレプリカ製造方法を示した説明図である。
【図３】従来のホログラフィックグレーティング製造方法を説明するための図である。
【図４】ホログラフィック露光装置の構成を示した説明図である。
【符号の説明】
【００１９】
１、１１  フォトレジスト膜
１ａ、１１ａ  フォトレジスト
２  基板
３、５、８、１３、１５、１８  Ａｌ膜
４、１４  離形剤
６  ネガ基板
７、９、１７、１９  接着材
接着材
１０、２０  レプリカ基板
１２  基板
１６  ネガ基板
２１  Ｈｅ−Ｃｄレーザ
２２、２２ａ、２２ｂ  ミラー
２３  ビームスプリッタ
２４ａ、２４ｂ  スペイシャルフィルタ
２５  ワーク
【図１】
2006259325.tif 000003
【図２】
2006259325.tif 000004
【図３】
2006259325.tif 000005
【図４】
2006259325.tif 000006