(57)【要約】【課題】  本発明はサブミクロンオーダーの微細な凹凸部を正確に形成することが可能であり、微細な凹凸部を備えた回折格子を提供できる構造とその製造方法の提供を目的とする。【解決手段】  本発明は、基板１の表面部に、前記基板１と別種の材料からなる複数の微細凸部２が、それぞれの間に微細間隙をおいて突設して配置され、前記複数の微細凸部２と前記微細間隙の底面である前記基板１の表面部１ａとによって光を回折可能な微細凹凸部５が形成されてなり、前記基板１の構成材料と前記微細凸部２の構成材料がエッチング選択比が異なる材料とされてなる。【選択図】      図１
2006010772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面部に、前記基板と別種の材料からなる複数の微細凸部が、それぞれの間に微細間隙をおいて突設して配置され、前記複数の微細凸部と前記微細間隙の底面である前記基板の表面部とによって光を回折可能な微細凹凸部が形成されてなり、前記基板の構成材料と前記微細凸部の構成材料がエッチング選択比が異なる材料とされてなることを特徴とする回折格子。
【請求項２】
前記基板が特定のエッチング材によってその深さ方向に優先的に選択的にエッチングされる材料からなり、前記微細凸部を構成する材料が前記特定のエッチング材によりエッチングされ難い材料からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
【請求項３】
前記複数の微細凸部が個々に基板表面内部側に延出された基底部を有するとともに、前記複数の微細凸部の各基底部が少なくとも１つの他の微細凸部の基底部と基板内部側において一体化されてなることを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
【請求項４】
前記複数の微細凸部が個々に基板表面内部側に延出された基底部を有するとともに、前記複数の微細凸部の各基底部が少なくとも１つの他の微細凸部の基底部と基板内部側において一体化されてなるとともに、
前記複数の微細凸部のうち、隣接する一対の微細凸部の基底部どうしが一体化され、該一体化された微細凸部の両側に順次位置する他の微細凸部どうしが先の基底部一体化部分よりも更に深い部分において順次相互に一体化されてなることを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
【請求項５】
前記基板が面指数（１００）の結晶体からなり、前記複数の微細凸部が面指数（１００）の結晶体からなることを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
【請求項６】
前記基板が面指数（１００）のＳｉからなり前記微細突起が面指数（１００）のＳｉＧｅからなることを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
【請求項７】
前記微細凸部の間隔が０.５μｍ以下とされてなることを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
【請求項８】
一定方向の結晶方位を有し、深さ方向に選択的エッチングが可能な単結晶基板を用いてその一部表面領域を加工して該表面領域に凹凸部を形成し、次に、該凹凸部上に前記基板材料と異なる材料で前記基板材料に対してエッチング選択比が高い材料からなる単結晶エピタキシャル膜を積層する工程と、該単結晶エピタキシャル膜上に前記単結晶基板の構成材料の単結晶エピタキシャル被膜層を積層する工程を複数回繰り返し行って、前記単結晶エピタキシャル膜と前記単結晶エピタキシャル皮膜層からなる凹凸形状部を有する積層体を形成し、
その後に前記単結晶基板上の凹凸部のうち、凸部上に積層された単結晶エピタキシャル膜が無くなるレベルまで各膜を上部側から除去することで前記単結晶エピタキシャル膜と前記単結晶エピタキシャル被膜層とが縞状に露出された加工面を得るとともに、
前記加工面表面側から選択的エッチングを行って前記単結晶エピタキシャル被膜層をその深さ方向に選択的に除去して前記単結晶エピタキシャル膜からなる複数の微細凸部を形成することを特徴とする回折格子の製造方法。
【請求項９】
前記単結晶基板の凹凸部を断面矩形波形状とすることを特徴とする請求項８に記載の回折格子の製造方法。
【請求項１０】
前記単結晶基板材料に対してエッチング選択比が高い単結晶エピタキシャル膜の材料としてエッチング選択比１００以上のものを選択することを特徴とする請求項８に記載の回折格子の製造方法。
【請求項１１】
前記単結晶基板を面指数（１００）のＳｉ基板とし、前記単結晶エピタキシャル被膜層を面指数（１００）のＳｉＧｅとすることを特徴とする請求項８に記載の回折格子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれかに記載の回折格子を備えたことを特徴とする分光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光やＸ線などの回折が可能で分光光学素子などとしての適用が可能な回折格子およびその製造方法と先の回折格子を備えた分光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の回折格子として、Ｓｉ単結晶における結晶の面間隔を利用してブラッグ反射による回折効果により分光させるようにしたもの、石英基板に格子溝を直接刻設したもの、石英基板上にＡｕやＰｔをコーティングしてから格子溝を形成したものなどが知られている。
そしてこれらの回折格子を製造するには一般に、基板上にフォトレジストを塗布してからエッチングを行う手法として知られているフォトリソグラフィ技術を利用して基板上に微細な凹凸部を形成することで回折格子を製造している。
【０００３】
先のフォトリソグラフィ技術を利用した従来のこの種の回折格子の製造方法の一例として、焼結炭化珪素からなる基体上に、結晶面がミラー指数表示における（２２０）面に強配向されており、かつ、表面の粗さを５Å以下に調製した炭化珪素の化学蒸着膜を形成し、この蒸着膜の表面にエッチングにより格子溝を形成する方法が知られている。（特許文献１、請求項１参照）
【０００４】
また、従来の回折格子の製造方法のその他の例として、格子素材にＳｉＯ２を主成分とする無機質材料を用い、その上にフォトレジスト層による回折格子パターンを形成する際、炭化水素フッ化物にＡｒを混合したガスを用いて格子素材面に垂直の方向からイオンビームエッチングを行って格子溝を形成する方法が知られている。（特許文献２、請求項１参照）
【特許文献１】特開平５−２５７００６号公報
【特許文献２】特開平５−１５０１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種従来の回折格子は年々小型化、微細化が進められており、回折するべき光の波長が短くなると、回折格子表面の凹凸部も微細化してゆく必要があるが、現在一般的に用いられているレジストと露光技術を用いるフォトリソグラフィ技術によって形成できる凹凸部の大きさは、基板表面単位の大面積に均一に形成する必要があるとして見れば数μｍ程度、部分的な小さい面積だと仮定して高精度が要求された場合でもサブミクロンオーダー、例えば０.３μｍ程度が限界であるという問題がある。
例えば通常のフォトレジストとエッチング液を用いた一般的な精度のフォトリソグラフィ技術では凹凸形状がサブミクロンオーダーの微細形状になってくると凹凸部の形が崩れやすく、高精度の加工は困難とされている。また、ウエットエッチングよりも高精度で加工が可能とされるドライエッチング法によってサブミクロンオーダーの凹凸加工ができないわけではないが、サブミクロンオーダーの回折格子を製造するためには極めて高価なドライエッチング装置を利用する必要があり、製造コストが極めて高くなる問題を有していた。
また、０.５μｍを下回るオーダーの凹凸部を正確に形成するには、現在、Ｘ線露光装置や電子ビームによる直接露光法しか対応手段が無く、これらの装置で直接凹凸部を広い面積に多数形成していたのでは、装置コストの上昇、加工時間がかかるなどの問題があって製品単価が極めて高くなる問題がある。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、一般的なエッチング液を用いたウエットエッチング法によってもサブミクロンオーダーの微細な凹凸部を正確に形成することが可能であり、微細な凹凸部を備えた回折格子を提供できる構造とその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、基板の表面部に、前記基板と別種の材料からなる複数の微細凸部が、それぞれの間に微細間隙をおいて突設して配置され、前記複数の微細凸部と前記微細間隙の底面である前記基板の表面部とによって光を回折可能な微細凹凸部が形成されてなり、前記基板の構成材料と前記微細凸部の構成材料がエッチング選択比が異なる材料とされてなることを特徴とする。
本発明は、前記基板が特定のエッチング材によってその深さ方向に優先的に選択的にエッチングされる材料からなり、前記微細凸部を構成する材料が前記特定のエッチング材によりエッチングされないものであることを特徴とする。
【０００８】
本発明は、前記複数の微細凸部が個々に基板表面内部側に延出された基底部を有するとともに、前記複数の微細凸部の各基底部が少なくとも１つの他の微細凸部の基底部と基板内部側において一体化されてなることを特徴とする。
本発明は、前記複数の微細凸部が個々に基板表面内部側に延出された基底部を有するとともに、前記複数の微細凸部の各基底部が少なくとも１つの他の微細凸部の基底部と基板内部側において一体化されてなるとともに、前記複数の微細凸部のうち、隣接する一対の微細凸部の基底部どうしが一体化され、該一体化された微細凸部の両側に順次位置する他の微細凸部どうしが先の基底部一体化部分よりも更に深い部分において順次相互に一体化されてなることを特徴とする。
本発明は、前記基板が面指数（１００）の結晶体からなり、前記複数の微細凸部が面指数（１００）の結晶体からなることを特徴とする。
本発明は、前記基板が面指数（１００）のＳｉからなり前記微細突起が面指数（１００）のＳｉＧｅからなることを特徴とする。
本発明は、前記微細凸部の間隔が０.５μｍ以下とされてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の製造方法は、一定方向の結晶方位を有し、深さ方向に選択的エッチングが可能な単結晶基板を用いてその一部表面領域を加工して該表面領域に凹凸部を形成し、次に、該凹凸部上に前記基板材料と異なる材料で前記基板材料に対してエッチング選択比が高い材料からなる単結晶エピタキシャル膜を積層する工程と、該単結晶エピタキシャル膜上に前記単結晶基板の構成材料の単結晶エピタキシャル被膜層を積層する工程を複数回繰り返し行って、前記単結晶エピタキシャル膜と前記単結晶エピタキシャル皮膜層からなる凹凸形状部を有する積層体を形成し、その後に前記単結晶基板上の凹凸部のうち、凸部上に積層された単結晶エピタキシャル膜が無くなるレベルまで各膜を上部側から除去することで前記単結晶エピタキシャル膜と前記単結晶エピタキシャル被膜層とが縞状に露出された加工面を得るとともに、前記加工面表面側から選択的エッチングを行って前記単結晶エピタキシャル被膜層をその深さ方向に選択的に除去して前記単結晶エピタキシャル膜からなる複数の微細凸部を形成することを特徴とする。
本発明の製造方法は、前記単結晶基板の凹凸部を断面矩形波形状とすることを特徴とする。
【００１０】
本発明の製造方法は、前記単結晶基板材料に対してエッチング選択比が高い単結晶エピタキシャル膜の材料としてエッチング選択比１００以上のものを選択することを特徴とする。
本発明の製造方法は、前記単結晶基板を面指数（１００）のＳｉ基板とし、前記単結晶エピタキシャル被膜層を面指数（１００）のＳｉＧｅとすることを特徴とする。
本発明の分光素子は、先に記載の回折格子を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では基板の構成材料と微細凸部の構成材料がエッチング選択比の異なる材料からなるので、基板の構成材料を選択的にエッチングして部分的に除去し、微細凸部の構成材料を残した凹凸構造として製造することが可能となる。これにより、基板構成材料と微細凸部の構成材料が交互積層された積層体を構成し、この積層体に対して選択的エッチングを行って基板の構成材料を一定の厚み分除去するとエッチングされ難い構成材料からなる層構造が部分的に残り、この構成材料の層構造で残った部分が微細凸部を構成するので、微細凸部を有する構造を作り込むことが一般的なエッチング手段の利用により可能となる。
【００１２】
前記基板が特定のエッチング材によってその深さ方向に優先的に選択的にエッチングされる材料からなり、前記微細凸部を構成する材料が前記特定のエッチング材によりエッチングされないものである場合、基板表面部分に縞構造となるような積層体を用意し、基板表面部分のみを選択的に深さ方向にエッチングすることで、基板表面部分の基板構成材料が除去される結果として残りの他の材料からなる部分が微細凸部として残留する。
微細凸部の形態として、微細凸部の基板内部側の基底部が他の微細凸部の基底部と接続された構造を採用することができ、それによって微細凸部の構造強度が向上し、微細凸部の形状維持性能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の構成について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る第１の実施の形態の回折格子の断面構造を示すもので、この形態の回折格子Ａは、Ｓｉからなる基板１の上面側にＳｉＧｅからなる複数の微細凸部２が整列状態で突設された構造とされている。また、複数の微細凸部２…間には微細凸部２、２で挟まれる形の微細凹部３が形成されていて、これらの凹凸により微細凹凸部５が形成されている。
より詳細には、図１に示す断面構造の如く紙面に垂直な方向に所定長さの断面矩形型の微細凸部２が、複数、紙面左右方向に所定の間隔で基板１の表面側に規定の高さ突出された状態で整列形成されている。
これらの微細凸部２は全てがほぼ同じ厚さでほぼ同じ幅（図１の紙面垂直方向の幅）、ほぼ同じ高さに形成されている。なお、ここで意味するほぼ同じ厚さとは、現状で得られる成膜技術によって同一膜厚の膜を形成した場合、必然的に誤差として生じる得る範囲の膜厚差を含む程度で同じ厚さを意味するので、現状の成膜技術では０Å〜５０Å程度の膜厚差を含む範囲を意味する。
【００１４】
また、ほぼ同じ高さとは、現状で得られる成膜技術によって膜を形成し、それを後述する製造方法で採用するＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシュ）加工で研磨した場合に必然的に誤差として生じる程度の高さ方向の差異を含む範囲０〜０.１μｍ程度の誤差内で同じ高さを意味する。
これら複数の微細凸部２は、いくつかの微細凸部２を集合させた群６を複数基板１上に定間隔で備えて構成されている。
これらのうちの１つの群６は、その中央部側に左右一対離間して設けられた微細凸部２、２を備え、更にこれらの微細凸部２、２の底部を接続一体化させてなる基底部２Ａを備えている。更にこれらの微細凸部２、２はそれらに共通の基底部２Ａを基板１の表層部内に埋設させて基板１の表面部１ａからほぼ垂直に突出するように基板１に形成されている。なお、この形態の構造では微細凸部２、２と基底部２Ａとはほぼ直角に接続され、微細凸部２、２と基底部２Ａとが一体化された全体の断面形状は凹型形状とされている。
【００１５】
先の群６の中央部側に位置するこれらの微細凸部２、２の両外側には、これらの微細凸部２、２から所定間隔離間して更に他の微細凸部２、２が突設され、更にそれらの微細凸部２、２の両外側には、これらの微細凸部２、２から更に所定間隔離間して更に他の微細凸部２、２が突設されるというように、繰り返し微細凸部２、２が突設され配置されている。
これによって図１に示す形態の構造では、中心部側から外側に向いて４対の微細凸部２が、合計するとこの形態の群６では８個の微細凸部２が基板１上に所定の間隔で整列形成されている。そして、これらの内、群６の中央部側に位置する一対の微細凸部２、２の両外側の対になる微細凸部２、２どうしの底部が基板１の表層部内に埋設されてこれらの微細凸部２、２どうしの底部を接続一体化する基底部２Ｂにより接続されており、以下、それらの両外側に順次位置する対になる微細凸部２、２どうしが基底部２Ｃ、２Ｄによって接続一体化されている。また、これらの基底部２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄは基板１の表層部において互いに離間して順次深い位置に埋設され、これら基底部２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの間は基板１の構成材料で埋められている。また、基板１に形成された他の群６も全て同一の構造とされている。
以上のことから基板１上には、微細凸部２とそれらの間に位置する基板１の表面部１ａからなる微細凹凸部５が形成され、微細凸部２、２の間には微細凸部２、２と基板表面部１ａとからなる微細凹部３が形成されるとともに、各群６の中央部には微細凸部２、２とそれらの間に位置する基底部２Ａからなる微細凹部３が形成されている。
【００１６】
前記基板１は結晶表面のミラー指数が（１００）のＳｉ単結晶基板からなり、前記微細凸部２は結晶表面のミラー指数が（１００）のＳｉＧｅ層からなる。
なお、Ｓｉ単結晶基板あるいはＳｉＧｅ単結晶層において結晶学的に（１００）面、（０１０）面、（００１）面、（１００）面、（０１０）面、（００１）面は原子配列から見て全て等価な面であると考えるので、本発明に用いる基板１はこれら６通りの面のいずれを配向させたものでも良い。次に、前記微細凸部２及び基底部２Ａ〜２Ｄを構成するのはＳｉＧｅからなる層であり、基板１の表面に突設された微細凸部２の先端面も結晶表面のミラー指数が（１００）のＳｉＧｅ層からなる。（なお、結晶学的な面のミラー指数の負側の面は一般的には数値にオーバーラインを付して記載されるが、本願明細書ではオーバーラインの代わりにアンダーラインを付して例えば（１００）のように示した。）
【００１７】
前述の微細凸部２は例えば回折しようとする光（例えばＸ線）の波長の４倍以上、例えば数１００Å〜数１０００Åの範囲程度であれば良い。なお、微細凸部２の長さはできるだけ長い方が回折効率が向上するので好ましい。
【００１８】
次に本発明に係る回折格子の製造方法の一例について説明する。
図２〜図４は先に詳述した図１に示す回折格子Ａを製造するための方法を工程順に示すものである。
本発明においては第１に（１００）面配向させたＳｉ単結晶基板１０を用意し、この基板１０の上面の必要部分を通常のレジストと露光処理を用いたフォトリソグラフィ技術により凹部状に除去して図２に示すような凸部１１を所定間隔で複数形成する。また、これらの凸部１１の間には凹部１２が形成されることとなる。なお、図２においては説明の簡略化のために、複数の凸部１１のうちの２つの凸部１１のみを示した。
ここで形成する凸部１１は一般的なフォトリソグラフィ技術を利用して形成するので、サブミクロンオーダーである必要はなく、例えば、厚さ１μｍ程度、高さ１〜数１０μｍ程度、幅（図２の紙面垂直方向の幅）は回折格子として必要な値、例えば１μｍ〜数１０μｍ、凸部の間隔は数１０〜１００μｍ程度とする。ここでは凸部１１の断面形状を正確に矩形波状とするためにドライエッチング法を用いることができる。
なお、ここで用いるドライエッチング装置では、厚さ１μｍ程度、高さ１μｍ程度、間隔１００μｍ程度の凸部を形成すれば良いので、それほど精度を必要としない関係から、ドライエッチング装置としてはそれほど高価な装置ではなくとも良い。また、通常のフォトレジストとエッチング液を用いたウエットエッチングにより先の凸部１１を形成しても良い。これらのサイズの凹凸部を形成するのは、ドライエッチングであればフロロカーボン系あるいは塩素系のガスを用いたドライエッチング、ウエットエッチングであればフッ酸などにより容易に実施できる。
【００１９】
前述の基板１０に複数の凸部１１と複数の凹部１２を形成したならば、基板１０をＳｉＧｅの成膜装置に投入して、凸部１１…と凹部１２…上に、目的とする回折格子のスリット幅と同じ膜厚、例えば、１０Å〜１μｍ程度の膜厚の第１のＳｉＧｅのエピタキシャル単結晶膜１３を積層する。この場合に成膜するＳｉＧｅのエピタキシャル単結晶膜１３は、ホウ素を１×１０１９ｃｍ−３程度あるいはそれ以上ドープしたものとすることが好ましく、ＳｉＧｅにおいてＧｅ濃度は１０％程度とすることが好ましい。ここでＳｉの基板１０の（１００）面あるいはそれと等価な面に対してＳｉＧｅ層は容易にエピタキシャル成長させることができるので、凸部１１の側面と上面並びに凹部１２の底面上に膜厚１０Å〜１μｍ程度のＳｉＧｅの単結晶エピタキシャル膜１３を容易に成膜できるが、膜厚制御の正確性に鑑みると１０Å〜５００Å程度の膜厚とすることがより好ましい。これは、膜を薄くしすぎると膜に欠陥が生じやすく、逆に膜を厚くしすぎても目的の回折格子に不必要な凹凸部となるためである。
【００２０】
次に、第１の単結晶エピタキシャル膜１３を形成した基板１０に対して同じ成膜装置内でＧｅを供給することを止めてＳｉのみをエピタキシャル成長させ、先のスリット間隔幅と同じ幅の非ドープ型のシリコン単結晶膜からなる第１のエピタキシャル皮膜層１５を得る。ここでＳｉＧｅの単結晶エピタキシャル膜１３の（１００）面あるいはそれと等価な面に対してＳｉは容易にエピタキシャル成長させることができるので、膜厚１０Å〜１μｍ程度のＳｉの第１のエピタキシャル皮膜層１５を容易に成膜できる
【００２１】
次いでこれらの操作を必要回数繰り返し施し、図３に示すようにこの例では単結晶エピタキシャル膜１３を４層、エピタキシャル皮膜層１５を３層交互に積層し、最後にＳｉＧｅのエピタキシャル単結晶膜１３を成膜する。ここで成膜装置でＳｉ層とＳｉＧｅ層を形成するには、１つの成膜装置内で雰囲気ガス中に含まれるＧｅの量を制御するのみで２種の膜の変更ができるので、両膜とも容易に形成できる。
このようにして基板１０の凸部１１上と凹部１２上にほぼ均一な膜厚でＳｉＧｅの単結晶エピタキシャル膜１３とＳｉのエピタキシャル皮膜層１５を交互に結晶成長させることができ、これにより図２に示す積層構造の積層体１６を得ることができる。
なお、この例では基板１０の上に合計７層の膜を形成したが、これらの膜の数は任意の数でよい。しかし、凹部１２上に形成された各膜で凹部１２が完全に埋まってしまわない程度の積層数とする必要がある。即ち、基板１０の凹部１２の上には凹部１７が少し残るように各膜を形成する。また、先の工程ではＳｉＧｅ単結晶エピタキシャル膜の結晶性を劣化させないために６００℃以下で成膜することが好ましい。
【００２２】
図３に示す積層体１６を得たならばこの積層体１６を成膜装置から取り出してその上部側からＣＭＰ（機械化学研磨法）により研磨して除去し、基板１０の凸部１１の直上のＳｉＧｅの単結晶エピタキシャル膜１３が無くなるまで研磨する。ＣＭＰ加工は例えば市販のＳｉ用スラリーを使用して研磨を行う方法であり、十分に平坦な表面を得ることができる。また、ＣＭＰ加工の後に乾燥しないうちにスクラブ洗浄等の純水による洗浄を行い、スラリー粉と削りくず等を十分に除去しておくことが好ましい。
なおここで研磨する位置の最低位置は、先の積層体１６の凹部１７の最奥部に到達している最上層の単結晶エピタキシャル膜１３の側壁部分１３ａが回折格子に必要高さ残るような段階で終了するものとする。このようなＣＭＰ加工が終了した段階では図３に示すように研磨終了面において単結晶エピタキシャル膜１３とエピタキシャル皮膜層１５とが縞状に交互に露出された加工面１８が得られる。
【００２３】
次に先の積層体１６の加工面１８に対してＳｉ（１００）面を選択的にエッチングすることが可能であって、ＳｉＧｅ（１００）面はほとんどエッチングしないエッチング液、例えばＥＰＷ（エチレンジアミン１Ｌ、ピロカテコール１６０ｇ、水１３３ｍｌおよびピラジン６ｇを含有するＳ−タイプのＥＤＰ溶液（エチレンジアミン−ピロカテコール溶液；ＥＰＷ溶液「エチレンジアミン−ピロカテコールウオーター溶液」とも称す。）を用いてウエットエッチング処理を行う。
このウエットエッチング処理により加工面１８に露出しているＳｉ（１００）面を必要深さ選択的に図５に示すようにエッチングし、除去する。このエッチングの際、自然酸化が存在するとエッチングが進行しなくなるので、１％ＤＨＦ（希フッ酸）溶液に１分以上浸漬し、最表面の自然酸化膜を除去した後、流水で水洗し、直ちにＥＤＰ溶液に浸漬する必要がある。そのエッチングの深さは最後に成膜したシリコンゲルマニウムの間隔部の底面位置と同じ深さになるように、時間により制御することが好ましい。
これによりＳｉ（１００）のエピタキシャル皮膜層１５は次第に選択的にエッチングされて除去されるが、ＳｉＧｅの単結晶エピタキシャル膜１３は除去されないので、必要深さエッチングすることで、図１に示す形状の単結晶エピタキシャル膜が突出して間欠的に残る形状の回折格子Ａを得ることができる。
【００２４】
以上のように製造された回折格子Ａは、先の積層体１６に形成されていたエピタキシャル皮膜層１５の厚さと同一の厚さの微細凸部２が、先の積層体１６に形成されていた単結晶エピタキシャル膜１３の厚さと同じ間隔で形成されているので、エピタキシャル皮膜層１５の厚さとして選択できる１０Å〜５００Å（０.００１μｍ〜０.０５μｍ）の範囲の厚さの微細凸部２とすることができるとともに、単結晶エピタキシャル膜１３の厚さとして選択できる１０Å（０.００１μｍ）〜１μｍの範囲の間隔（換言すると微細凹部３の幅）で微細凸部２を形成できる。
従って、従来の一般的なレジストと露光を利用して行うエッチングよりも遙かに微細なサイズの微細凸部２と微細凹部３を形成することができる。
【００２５】
また、微細凸部２の間隔はエピタキシャル皮膜層１５の積層時の膜厚によるので、積層するエピタキシャル皮膜層１５の膜厚を調整すれば自由に制御でき、微細凹部３の幅は単結晶エピタキシャル膜１３の厚さによるので、単結晶エピタキシャル膜１３の厚さを調節すれば自由に制御できる。従ってエピタキシャル皮膜層１５と単結晶エピタキシャル膜１３の厚さを適宜調整することにより、従来の一般的なフォトレジストと露光処理を用いた方法では実現不可能な厚さと間隔の微細凸部２を形成できる。従って従来の一般的なエッチング処理では実現できなかった微細な凹凸部を有する回折格子を得ることができる。
【００２６】
次に、先に説明した積層体１６から得た微細凸部２の基底部側は１組の隣接するものが、あるいは飛び飛びで隣接するものが相互に基底部２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄにより接続一体化されるので、これらがアンカー効果を発揮して基板１上に強固に立設された構造となる。従って製造工程の途中において微細凸部２が倒れたり、変形する虞が少なく、強度が高い凹凸構造を得ることができる。
【００２７】
なお、これまでの説明ではＳｉ／ＳｉＧｅの交互積層体をエッチングして製造する方法について説明したが、交互積層体の各層の組み合わせは、非ドープＳｉ／高Ｂ濃度（１ｅ２０ｃｍ−３）ドープＳｉの組み合わせで、製造方法はＳｉＧｅの代わりに高Ｂ濃度（１ｅ２０ｃｍ−３）ドープＳｉをエピタキシャル成長させる方法でも良い。また、これらの層構造を採用した場合、先に説明したＳｉＧｅの際に用いたエッチング液と同等のものを使用すれば良い。
次に、先の回折格子１を分光素子としても利用することができる。先の回折格子１の微細凸部２と微細凹部３において特定の波長の光を回折させて波長に応じて光を分離して取り出すことができるように分光する光あるいは電磁波の波長に合わせて微細凸部２と微細凹部３の大きさを規定し、ミラーやレンズを含む光学装置を用いて分光する光を回折格子１に入射した後に取り出すことができるように構成すれば先の回折格子を分光素子として利用することができる。
【００２８】
図６は先の構成の回折格子Ａを取付基台Ｇ上に備えたものをハウジング５０の内部に収納し、ハウジング５０の内部に回折格子Ａの表面に対向する位置に凹面鏡Ｍ１、Ｍ２を上下に位置させて設け、先の凹面鏡Ｍ１の凹面に対向する位置のハウジング壁に入口スリット部Ｓ１を設け、先の凹面鏡Ｍ２の凹面に対向する位置のハウジング壁に出口スリットＳ２を設け、入口スリット部Ｓ１からハウジング内部の凹面鏡Ｍ１に分光するべき対象の入射光を入射できるように、また、出口スリット部Ｓ２から回折後の光を取り出すことができるように構成された分光器（分光素子）５１の構造を示している。先の取付基台Ｇは図示略のサインバーと称されるギア機構により矢印方向に回転できるように構成されている。なお、このギア機構については一般的な分光器に設けられているものと同等な構成のものである。
【００２９】
図６に示す構成の分光器５１によれば、分光したい光、即ち、入射光を図示略のレンズなどにより集光し、入口スリット部Ｓ１に導き、この入射光を凹面鏡Ｍ１に導いて平行光束として反射し、回折格子Ａに照射し、回折格子Ａの表面の凹凸にて回折した回折光を凹面鏡Ｍ２に導いて反射させ、出口スリット部Ｓ２に向けて集光して出口スリット部Ｓ２から取り出すことができる。また、前記取付基台Ｇを先のギア機構により回転させる際の回転角を適宜選択することで、特定の波長λの光のみを出口スリット部Ｓ２から取り出すことができ、この単色光の光強度を波長λの関数としてプロットすることで光スペクトルを得ることができるので分光器としての機能を奏することができる。
なお、図６に示す分光器５１は本発明に係る回折格子Ａを適用した一例に過ぎないものであり、本発明の回折格子Ａを適用して構成される分光器が図６に示す構成に限定されるものではないのは勿論であり、図６に示す構成以外に一般に広く知られている他の構造の分光器の回折格子として本発明に係る回折格子Ａを適用しても良いのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は本発明に係る回折格子の構造を示す断面図。
【図２】図２は図１に示す回折格子の製造方法を説明するためのもので、基板に凹凸部を形成した状態を示す断面図。
【図３】図３は同基板上に膜を複数積層した状態の積層体を示す断面図。
【図４】図４は図３に示す積層体の上部側を研磨した状態を示す断面図。
【図５】図５は図４に示す研磨後の積層体をエッチングした状態を示す断面図。
【図６】図６は先の回折格子を備えた分光器の一例を示す構成図。
【符号の説明】
【００３１】
Ａ…回折格子（分光素子）、１…基板、１ａ…表面部、２…微細凸部、３…微細凹部、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ…基底部、１０…基板、１１…凸部、１２…凹部、１３…単結晶エピタキシャル膜、１５…エピタキシャル皮膜層、１６…積層体、１７…凹部、１８…加工面、５１…分光器（分光素子）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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