(57)【要約】【課題】基板１１の上面に形成した感光層１２の表面に２本のコヒーレント光を入射させて干渉縞を形成することにより感光層１２に溝パターンを作製する工程を有する回折格子の製造方法において、基板１１内を通過して基板１１の下面で反射した基板内下面反射光によるノイズ干渉縞の発生を防ぐ。【解決手段】コヒーレント光の一部を感光層１２の手前で分割し、基板１１の下面から基板１１内に入射させる。その際、NDフィルタ２４１、２４２により、下面入射光２９１、２９２と前記基板内下面反射光が基板１１内において同じ強度になるように下面入射光２９１、２９２の強度を調整すると共に、位相可変素子２５１、２５２により、前記基板内下面反射光と下面入射光２９１、２９２の位相が反転するように下面入射光２９１、２９２の位相を調整する。これにより、基板内下面反射光と下面入射光が干渉により打ち消されるため、ノイズ干渉縞の発生を防ぐことができる。【選択図】図３
2008107566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のコヒーレント光が透過可能な基板の上面に形成した感光層の表面に、同一強度を有する２本のコヒーレント光を入射させて干渉縞を形成することにより前記感光層に溝パターンを作製する工程を有する回折格子製造方法であって、
前記基板の下面を光沢面とし、
前記溝パターン作製工程において、
２本のコヒーレント光の各々を前記感光層の手前で、前記感光層の表面に入射させるための表面入射光と基板の下面に入射させるための下面入射光に分割し、
前記基板内において前記２本の下面入射光の各々の強度と前記表面入射光のうち前記感光層及び前記基板内を通過して前記基板下面で反射する基板内下面反射光の強度が同じとなり、且つ両者の位相が反転するように、前記下面入射光又は／及び前記表面入射光の強度及び位相を調整する、
ことを特徴とする回折格子製造方法。
【請求項２】
所定のコヒーレント光が通過可能であって下面が光沢面である基板の上面に形成した感光層の表面に、同一強度を有する２本の前記コヒーレント光を入射させて干渉縞を形成することにより前記感光層に溝パターンを作製する露光装置において、
a) ２本のコヒーレント光の各々につき前記感光層の手前の光路上に設けられた、前記コヒーレント光を前記感光層の表面に入射させるための表面入射光と基板の下面に入射させるための下面入射光に分割するビームスプリッタと、
b) 前記２本の下面入射光の各々を前記基板の下面に入射させる下面入射光学系と、
c) 前記基板内において前記基板下面を通過する前記２本の下面入射光の各々の強度と前記表面入射光のうち前記感光層及び前記基板内を通過して前記基板下面で反射する基板内下面反射光の強度が同じになるように、前記下面入射光又は／及び前記表面入射光の強度を調整する強度調整手段と、
d) 前記基板内において前記２本の下面入射光と前記基板内下面反射光の位相が反転するように、前記下面入射光又は／及び前記表面入射光の位相を調整する位相調整手段と、
を備えることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィック露光法により溝パターンを形成する際の迷光の影響を排除することにより、高精度の回折格子を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折格子を製造する方法の１つに、干渉縞を生成して露光することにより基板の表面に溝パターンを形成するホログラフィック露光法がある。図１を用いて、ホログラフィック露光法の原理を説明する。図１(a)はこの露光法を示す全体図であり、(b)は基板付近の拡大図である。
【０００３】
まず、基板１１の上面に感光剤を塗布することにより感光層１２を形成する。次に、コヒーレントな光１３をビームスプリッタ１４により同じ強度を持つ２本の光１３１及び１３２に分割し、これら２本の光１３１及び１３２が感光層１２の表面で重なるようにその表面に照射する。これにより、光１３１と光１３２が干渉して感光層１２の表面に干渉縞１５が形成され、感光層１２が干渉縞１５内の光の強弱に応じて感光する。
このように感光層１２を感光させた後に現像すると、感光層１２には干渉縞１５のパターンに応じて基板１１が露出する部分と感光剤が残る部分がそれぞれ縞状に形成される。そして、イオンビーム法等を用いて、残された感光剤をマスクとして基板１１の上面をエッチングすることにより、この基板１１上面に縞状の凹凸パターン、即ち回折格子の溝が形成される。
【０００４】
この方法においては、感光層１２に到達する光１３１及び１３２の一部は感光層１２を通過して基板１１内に入る（通過光１６１及び１６２）。そして、それら通過光１６１及び１６２のうちの一部は基板１１の下面１１１により反射され（反射光１７１及び１７２）、再び感光層１２に入射する。これら反射光１７１と反射光１７２が感光層１２において干渉することにより、正規の干渉縞１５にノイズとなる干渉縞が重畳されてしまう。このようなノイズ干渉縞を持つ回折格子を分光測定に用いると、回折格子パターンの乱れにより迷光が発生し、測定精度が低下する。
【０００５】
特許文献１には、図２(a)に示すように、ホログラフィック露光を実施する際に基板下面に黒色の塗料１８を塗布しておくことが記載されている。これにより、通過光１６１、１６２を黒色塗料１８で吸収することができ、感光層１２に入射する反射光１７１、１７２を抑制することができる。また、この文献には、図２(b)に示すように、基板下面をすりガラス状にすることも記載されている。これにより、すりガラス状下面１９において通過光１６１、１６２を散乱させることができ、反射光同士が干渉してノイズ干渉縞が形成されることを防ぐことができる。
【０００６】
しかし、黒色塗料を用いた場合には、黒色塗料が通過光を完全には吸収することはできないため、ノイズ干渉縞が形成されることを（黒色塗料がない場合よりも振幅が小さくなるものの）完全には防ぐことができない。また、基板下面をすりガラス状にした場合には、ノイズ干渉縞は形成されないが、散乱光が感光層全体にほぼ一様な強度で入射するため、本来の干渉縞のコントラストが低下するという問題が生じる。
【０００７】
【特許文献１】特開平07-098404号公報（[0007]〜[0015], 図1）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、ノイズ干渉縞の発生及び本来の干渉縞のコントラストの低下を防ぐことができる回折格子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために成された本発明に係る回折格子の製造方法は、所定のコヒーレント光が透過可能な基板の上面に形成した感光層の表面に、同一強度を有する２本のコヒーレント光を入射させて干渉縞を形成することにより前記感光層に溝パターンを作製する工程を有する回折格子製造方法であって、
前記基板の下面を光沢面とし、
前記溝パターン作製工程において、
２本のコヒーレント光の各々を前記感光層の手前で、前記感光層の表面に入射させるための表面入射光と基板の下面に入射させるための下面入射光に分割し、
前記基板内において前記２本の下面入射光の各々の強度と前記表面入射光のうち前記感光層及び前記基板内を通過して前記基板下面で反射する基板内下面反射光の強度が同じとなり、且つ両者の位相が反転するように、前記下面入射光又は／及び前記表面入射光の強度及び位相を調整する、
ことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る露光装置は、所定のコヒーレント光が通過可能であって下面が光沢面である基板の上面に形成した感光層の表面に、同一強度を有する２本の前記コヒーレント光を入射させて干渉縞を形成することにより前記感光層に溝パターンを作製する露光装置において、
a) ２本のコヒーレント光の各々につき前記感光層の手前の光路上に設けられた、前記コヒーレント光を前記感光層の表面に入射させるための表面入射光と基板の下面に入射させるための下面入射光に分割するビームスプリッタと、
b) 前記２本の下面入射光の各々を前記基板の下面に入射させる下面入射光学系と、
c) 前記基板内において前記基板下面を通過する前記２本の下面入射光の各々の強度と前記表面入射光のうち前記感光層及び前記基板内を通過して前記基板下面で反射する基板内下面反射光の強度が同じになるように、前記下面入射光又は／及び前記表面入射光の強度を調整する強度調整手段と、
d) 前記基板内において前記２本の下面入射光と前記基板内下面反射光の位相が反転するように、前記下面入射光又は／及び前記表面入射光の位相を調整する位相調整手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
本願では、各構成要素の位置関係を示すために便宜上、基板を基準として感光層側を「上」側と表現したが、これは単に一つの方向性を示すための便宜上の表記であって、本発明の回折格子製造方法の実施時の向きを何ら規定するものではない。
【００１２】
本発明によれば、２本の表面入射光から生じる２本の基板内下面反射光の各々は、基板内において下面入射光と同じ強度及び反転した位相を有するため、両者が干渉して消失する。これにより、２本の基板内下面反射光同士が干渉してノイズ干渉縞が発生することを防ぐことができる。一方、本来の干渉縞は２本の表面入射光により、従来と同様に形成することができる。
【００１３】
下面入射光又は／及び前記表面入射光の強度はND(neutral density)フィルタ等、光の強度制御に通常用いられているものを使用することにより調整することができる。また、下面入射光又は／及び前記表面入射光の位相は、２枚の楔形ガラス基板を相対させた、トータルの厚みが可変の素子等の位相可変素子を用いたり、光路長を変化させたりすることにより調整することができる。
【００１４】
基板下面で基板内下面反射光が散乱すると、前述のように散乱した光が感光層全体に入射して本来の干渉縞のコントラストが低下すると共に、基板内下面反射光と下面入射光を完全には干渉させて消失させることができなくなる。そのため、本発明では基板下面を光沢面とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、基板内において基板内下面反射光と下面入射光を互いに干渉させることにより打ち消すことができるため、従来生じていた２本の基板内下面反射光によるノイズ干渉縞の発生を防ぐことができる。また、本発明では基板下面を光沢面とするため、基板内下面反射光と下面入射光をより確実に消失させてノイズ干渉縞の発生を防ぐことができると共に、散乱した光が感光層全体に入射して本来の干渉縞のコントラストが低下することを防ぐことができる。
【００１６】
本発明の方法で作製された回折格子を使用することにより、上述のような効果が得られるため、特にラマン分光等のように微弱な光を取り扱う測定分野において、より精密な測定が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る回折格子製造方法の一実施形態を図３を用いて説明する。図３は本方法を実施するための露光装置２０の概略構成図である。なお、図３中の太実線及び太破線はレーザ光の光路を示す。
【００１８】
光源２１から出力されるレーザ光は、まず第０ビームスプリッタ２２により２等分される。第０ビームスプリッタ２２により分割された２本のレーザ光は、第１ビームスプリッタ２３１及び第２ビームスプリッタ２３２により更に２等分される。ここでは、第１ビームスプリッタ２３１により分割されたレーザ光の一方を第１表面入射光２８１と呼び、他方を第１下面入射光２９１と呼ぶ。同様に、第２ビームスプリッタ２３２により分割されたレーザ光の一方を第２表面入射光２８２と呼び、他方を第２下面入射光２９２と呼ぶ。
【００１９】
第１ビームスプリッタ２３１と第２ビームスプリッタ２３２は、第１表面入射光２８１と第２表面入射光２８２が基板１１表面の感光層１２において重なるように調節する。基板１１は基板ホルダ２７により保持する。基板ホルダ２７には、例えば基板１１の側面を左右から支えるクランプのように、基板１１の上面及び下面への光の入射を遮らないものを用いる。
【００２０】
第１下面入射光２９１は反射鏡２６１及び２６２を用いて、第２下面入射光２９２は反射鏡２６３及び２６４を用いて、それぞれ基板１１の下面に入射するように光路を調整する。第１下面入射光２９１の光路上に第１NDフィルタ２４１を設け、基板１１内での第１下面入射光２９１が第１基板内下面反射光３１１の強度と同じになるように、第１下面入射光２９１の強度を調節する。また、第１下面入射光２９１の光路上に第１位相可変素子２５１を設け、基板１１内での第１下面入射光２９１と第１基板内下面反射光３１１が反転するように調整する。同様に、第２下面入射光２９２の光路上に、基板１１内での第２下面入射光２９２と第２基板内下面反射光３１２を同じ強度にするための第２NDフィルタ２４２及び両者の位相を反転させるための第２位相可変素子２５２を設ける。
【００２１】
この露光装置２０を用いて回折格子を製造する方法を、図４を用いて説明する。まず、基板１１の上面に、光源２１が発するレーザ光に感光する材料から成る感光層１２を形成する（図４(a)）。次に、基板１１を基板ホルダ２７に固定して光源２１からレーザ光を出力する。これにより、第１表面入射光２８１及び第２表面入射光２８２が感光層１２の表面に入射し、両者が干渉して干渉縞１５が形成され（図４(b)）、その干渉縞１５に対応したパターン３４が感光層１２に形成される。
【００２２】
その際、第１表面入射光２８１の一部は感光層１２及び基板１１の上面を通過して基板１１内に進入し、更にその通過光の一部が基板１１の下面で反射される（第１基板内下面反射光３１１）。一方、基板１１の下面には第１下面入射光２９１が入射し、その一部は基板１１内を通過する。上述のように第１NDフィルタ２４１及び第１位相可変素子２５１により第１下面入射光２９１の強度及び位相が調整されることにより、これら基板１１内での第１下面入射光２９１Ａと第１基板内下面反射光３１１は干渉により消失する。同様に、第２表面入射光２８２のうち基板１１内に進入して基板１１下面で反射される第２基板内下面反射光３１２と基板１１内での第２下面入射光２９２Ａが干渉により消失する。これにより、第１基板内下面反射光３１１と第２基板内下面反射光３１２が干渉してノイズ干渉縞が生じることを防ぐことができる。
【００２３】
このように感光層１２にパターン３４を形成した後、従来の回折格子製造方法と同様に、反応性イオンビームエッチング等の方法を用いてパターン３４の上から基板１１の表面をエッチングし（図４(c)）、その後パターン３４を除去することにより、基板１１の表面に格子溝が形成された回折格子３０を得ることができる（図４(d)）。また、こうして得られた回折格子３０をマスタとして、まずガラス基板３６１の表面に塗布した樹脂３５１にマスタを押し当てそのまま加熱硬化させることによりマスタのネガ型を転写し（ネガマスタ３７、図４(e)）、次にマスタ３０とネガマスタ３７を分離した後、同様に別のガラス基板３６２に塗布した樹脂３５２にネガマスタ３７の型を転写させる（図４(f)）ことにより、レプリカの回折格子３８を得ることができる（図４(g)）。
【００２４】
次に、本実施形態の回折格子製造方法における第１下面入射光２９１及び第２下面入射光２９２の強度の調整方法について説明する。ここでは第１下面入射光２９１を例にして説明するが、第２下面入射光２９２についても同様に調整することができる。
まず、第１表面入射光２８１及び第１下面入射光２９１がs偏光である場合について説明する。
基板１１の屈折率をn、基板１１の上面への入射角をθ、基板１１上面での屈折角をχとする（図５）と、真空中から基板１１上面に入射する第１表面入射光２８１の透過係数ts1n及び反射係数rs1nは、屈折角χ及び入射角θを用いて
ts1n=2 cosθ/(cosθ+n cosχ)            …(1)
rs1n=(cosθ-n cosχ)/(cosθ+n cosχ)    …(2)
と表される。
そして、屈折角χで屈折して基板１１内に進入した光は基板１１の下面に入射角χで入射し、その一部は屈折角θで基板１１下面から真空中へ透過すると共に、残りは反射角χで反射する。その際の基板１１下面でのs偏光の透過係数tsn1及び反射係数rsn1は、
tsn1=2n cosχ/(n cosχ+cosθ)           …(3)
rsn1=(n cosχ-cosθ)/(n cosχ+cosθ)    …(4)
と表される。
基板１１下面における第１基板内下面反射光３１１の強度は、第１表面入射光２８１の（ts1n×rsn1）倍となる。
一方、基板１１下面から基板１１内に進入した第１下面入射光２９１Ａの強度は、基板１１内への進入前の強度のts1n倍になる。
従って、基板１１内への進入前の第１下面入射光２９１のs偏光の強度を第１表面入射光２８１のs偏光の
(ts1n×rsn1)/ts1n倍
=rsn1 倍
=(n cosχ-cosθ)/(n cosχ+cosθ) 倍    …(5)
となるように第１NDフィルタ２４１を調整することにより、基板１１内での第１下面入射光２９１Ａと第１基板内下面反射光３１１の強度を一致させることができる。
【００２５】
第１表面入射光２８１及び第１下面入射光２９１がp偏光である場合にも同様に強度を計算することができる。即ち、真空中から基板１１上面に入射するp偏光の透過係数tp1n及び反射係数rp1nは、
tp1n=2 cosθ/(n cosθ+cosχ)            …(6)
rp1n=(cosθ-n cosχ)/(cosθ+n cosχ)    …(7)
と表され、基板１１上面から基板１１内に透過した光の基板１１下面での透過係数tpn1及び反射係数rpn1は、
tpn1=2n cosχ/(cosχ+n cosθ)           …(8)
rpn1=(cosχ-n cosθ)/(cosχ+n cosθ)    …(9)
と表される。一方、基板１１内での第１下面入射光２９１Ａの強度は基板１１内への進入前のtp1n倍になる。従って、基板１１内での第１下面入射光２９１Ａと第１基板内下面反射光３１１の強度を一致させるためには、基板１１への入射前の第１下面入射光２９１のp偏光の強度を第１表面入射光２８１のp偏光の
(tp1n×rpn1)/tp1n倍
=rpn1 倍
=(cosχ-n cosθ)/(cosχ+n cosθ) 倍    …(10)
となるように第１NDフィルタ２４１を調整すればよい。
【００２６】
なお、ここで示した計算では感光層１２における光の反射や吸収を無視した。そのため、実際には、基板１１内での第１下面入射光２９１Ａと第１基板内下面反射光３１１、及び基板１１内での第２下面入射光２９２Ａと第２基板内下面反射光３１２を完全に打ち消すためには、予備実験を行うことにより、第１下面入射光２９１及び第２下面入射光２９２の強度を上述の計算により求めた値から微修正すればよい。
【００２７】
本発明に係る回折格子製造方法及び露光装置は上述の例には限られない。
上述の露光装置２０では第１ビームスプリッタ２３１と反射鏡２６１の間に第１NDフィルタ２４１を配置し、反射鏡２６２と基板１１の下面の間に第１位相可変素子２５１を配置した例を示したが、これら第１ビームスプリッタ２３１及び第１位相可変素子２５１は第１ビームスプリッタ２３１と基板１１の下面の間のいずれの位置に配置されていてもよい。第２ビームスプリッタ２３２及び第２位相可変素子２５２も同様である。
【００２８】
また、第１下面入射光２９１及び第２下面入射光２９２の位相は、位相可変素子を用いる代わりに、以下の方法により調整することができる。図６に示した露光装置４０は、前述の露光装置２０と同様に、下面入射光を基板１１の下面に入射させるために第１下面入射光２９１の光路上に反射鏡２６１及び２６２を、第２下面入射光２９２の光路上に反射鏡２６３及び２６４を、それぞれ備える。そして、これらの反射鏡を移動させて第１下面入射光２９１及び第２下面入射光２９２の光路長を変化させることにより、基板１１内に入射する第１下面入射光２９１及び第２下面入射光２９２の位相を調整することができる。このように、露光装置４０では位相可変素子を設けることなく、第１表面入射光２８１及び第２表面入射光２８２が基板１１の下面で反射された光と第１下面入射光２９１及び第２下面入射光２９２が逆位相になるように調整することができる。この位相可変手段を除いて、露光装置４０は露光装置２０と同じ構成を有する。また、露光装置４０の動作は位相の調整方法を除いて露光装置２０と同様である。
【００２９】
上述の露光装置２０及び４０では第１（第２）ビームスプリッタ２３１（２３２）によりレーザ光を第１（第２）表面入射光２８１（２８２）と第１（第２）下面入射光２９１（２９２）が同じ強度になるように２等分しているが、この分割時の強度比を変えることにより第１（第２）下面入射光２９１（２９２）の強度を調整するようにしてもよい。
【００３０】
ここまでは第１（第２）下面入射光２９１（２９２）の強度及び位相を調整する例を示したが、第１（第２）下面入射光２９１（２９２）の代わりに、又は第１（第２）下面入射光２９１（２９２）と共に、第１（第２）表面入射光２８１（２８２）の強度及び位相を調整するようにしてもよい。例えば、第１（第２）ビームスプリッタ２３１（２３２）と感光層１２の間にある第１（第２）下面入射光２９１（２９２）の光路上にNDフィルタや位相可変素子を設けたり、第１（第２）ビームスプリッタ２３１（２３２）と感光層１２の距離を変化させたりすることにより、第１（第２）表面入射光２８１（２８２）の強度及び位相を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ホログラフィック露光法の原理を説明するための図。
【図２】ノイズ干渉縞の形成を防ぐための従来の方法を示す縦断面図。
【図３】本発明に係る回折格子製造方法を実施するための装置の一形態を示す概略構成図。
【図４】本発明に係る回折格子製造方法の工程を示す縦断面図。
【図５】基板１１の上面及び下面における入射角及び屈折角を説明するための縦断面図。
【図６】本発明に係る回折格子製造方法を実施するための装置の他の一形態を示す概略構成図。
【符号の説明】
【００３２】
１１…基板
１１１…基板下面
１２…感光層
１３…光
１３１、１３２…分割された光
１４…ビームスプリッタ
１５…干渉縞
１６１…通過光
１７１…反射光
１８…黒色塗料
１８…塗料
１９…すりガラス状下面
２０、４０…露光装置
２１…光源
２２…第０ビームスプリッタ
２３１…第１ビームスプリッタ
２３２…第２ビームスプリッタ
２４１…第１NDフィルタ
２４２…第２NDフィルタ
２５１…第１位相可変素子
２５２…第２位相可変素子
２６１、２６２、２６３、２６４…反射鏡
２７…基板ホルダ
２８１…第１表面入射光
２８２…第２表面入射光
２９１…第１下面入射光
２９２…第２下面入射光
２９１Ａ…基板１１内に入射した第１下面入射光
２９２Ａ…基板１１内に入射した第２下面入射光
３０…回折格子
３１１…第１基板内下面反射光
３１２…第２基板内下面反射光
３４…感光層１２に形成されたパターン
３５１、３５２…樹脂
３６１、３６２…ガラス基板
３７…ネガマスタ
３８…レプリカの回折格子
【図１】
2008107566.tif 000003
【図２】
2008107566.tif 000004
【図３】
2008107566.tif 000005
【図４】
2008107566.tif 000006
【図５】
2008107566.tif 000007
【図６】
2008107566.tif 000008