(57)【要約】【課題】大面積の被エッチング基板に対してもスラント凹凸パターンを形成することができるスラント凹凸パターンを形成する基板のドライエッチング方法及びスラント凹凸パターンを形成した基板を提供する。【解決手段】開口を有するマスクを基板上に設け、ドライエッチング装置のエッチング方向に対して基板１１を斜めに傾けて配置し、該ドライエッチング装置と基板１１を相対的に移動させて基板１１面をスキャンさせながらエッチングする。ドライエッチング装置はＲＩＢＥドライエッチング装置２４が望ましい。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有するマスクを基板上に設け、ドライエッチング装置のエッチング方向に対して基板面を斜めに傾けて配置し、該ドライエッチング装置と基板を相対的に移動させて基板面をスキャンさせながらエッチングすることを特徴とするスラント凹凸パターンの形成方法。
【請求項２】
前記ドライエッチング装置がＲＩＥ又はＲＩＢＥである請求項１記載のスラント凹凸パターンの形成方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のスラント凹凸パターンの形成方法により形成された、基板面に対して中心線が傾斜する複数の溝を形成してなるスラント凹凸パターンを有する基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
基板に対して斜めにエッチングするスラント凹凸パターンの形成方法及びスラント凹凸パターンを形成した基板に関し、さらに、スラント凹凸パターンを有する表面レリーフ型回折格子、ホログラフィック光学素子等の光学素子を形成するスラント凹凸パターンの形成方法及び前記光学素子に代表されるスラント凹凸パターンを形成した基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−９６８０７号公報
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．２３，ｐｐ．５７１７−５７２６
【非特許文献２】Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｃｏｕｐｌｅｒｓ  Ｓ．Ｊ．Ｓｈｅａｒｄ，  Ｍｉｎｇ  Ｌｉ，  Ｄｉ  Ｌｉａｏ，  Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ    Ｓｃｉｅｎｃｅ，  Ｏｘｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，  Ｐａｒｋｓ  Ｒｏａｄ，  Ｏｘｆｏｒｄ  ＯＸ１  ３ＰＪ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｋｉｎｇｄｏｍ  （ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｎｇ．ｏｘ．ａｃ．ｕｋ／｀  ｈｏｌｓｊｓ／ｒｅｓｅａｒｃｈ／ｆｉｌｅｓ／ｃｏｕｐｌｅｒｓ．ｐｄｆ）
【０００４】
平行な溝壁を持ち且つ基板面に対して斜めに傾く複数の溝を形成してなるスラント凹凸パターンを設けたものは、表面レリーフ型回折格子（非特許文献１）として、或いは、ホログラフィック光学素子（特許文献１）として知られている。前記非特許文献１の表面レリーフ型回折格子は、光学的相互接続におけるインプット及びアウトプットのカップラーとして有用であることが示されている。また、前記特許文献１のホログラフィック光学素子は、０次回折光、一次回折光、透過以外の高次回折光がほとんど発生せず、しかも、波長依存性がほとんどない回折格子が示されている。
【０００５】
基板にスラント凹凸パターンを形成する方法として、透明基板上にスピンコーティング等により塗布してなるフォトレジスト上に金属薄膜のマスクを設け、目的とするスラントの傾きと同じ角度に傾いた台上に載せ、次いでＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）又はＲＩＢＥ（リアクティブイオンビームエッチング）により直接的にイオンにて書き込みして作製したものである（非特許文献１、特許文献１）。このようにしてドライエッチングされた透明基板には、図１に示されるように、平行な溝壁を持ち且つイオンの方向にエッチングされた基板面に対して斜めに傾く複数の溝を持つスラント凹凸パターンが形成される。
【０００６】
しかしながら、非特許文献１或いは特許文献１のようにエッチング方向に対して基板を相対的に斜めに配置すると、基板の面積が大きくなるにつれて、基板中央部と基板周辺部において、イオン生成室出口（電極又はプラズマ出口）と基板との距離に大きな差異が生じるため、基板面の位置によって、イオンビームの放射角度やエッチング強度が一様とはならないことが原因で加工特性にムラが生ずる。例えば、得られたエッチング物のスラント角度や深さが一様とならないため、光学特性にムラが生ずるという問題があった。
【０００７】
このような状況から、従来のスラント凹凸パターンを形成した基板において、基板に均一な加工を施すことが可能な範囲は微小領域に限られていた。例えば、非特許文献１は、２ｍｍ四方角のパターンを形成しているに過ぎない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、ドライエッチング法によりスラント凹凸パターンを形成する方法において、大面積の被エッチング基板に対してもスラント凹凸パターンを形成することができるスラント凹凸パターンを形成する基板のエッチング方法及びスラント凹凸パターンを形成した基板を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決する本発明のスラント凹凸パターンの形成方法は、開口を有するマスクを基板上に設け、ドライエッチング装置のエッチング方向に対して基板面を斜めに傾けて配置し、該ドライエッチング装置と基板を相対的に移動させて基板面をスキャンさせながらエッチングすることを特徴とする。前記ドライエッチング装置はＲＩＥ又はＲＩＢＥであることが望ましい。
【００１０】
また、本発明のスラント凹凸パターンを有する基板は、前記スラント凹凸パターンの形成方法により形成された、基板面に対して中心線が傾斜する複数の溝を形成してなる基板である。本発明のスラント凹凸パターンの形成方法により得られた基板は、図１に示されるように、電離放射線の照射方向にエッチングされた透明基板１１面に対して中心線が傾斜する複数の溝１２を持つスラント凹凸パターンが形成されている。該溝１２の断面形状は平行四辺形、台形、三角形等の中心線が傾斜するものが挙げられる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を挙げて更に説明する。
【００１２】
図２及び図３を例に用いて、本発明のスラント凹凸パターンの形成方法を説明する。図２は本発明のスラント凹凸パターンの形成方法の一例を示す工程図である。まず、図２（ａ）に示すように、光学研磨された石英ガラスのような透明基板１１を用意し、その表面上に電離放射線により硬化するレジスト層１３をコーティングし、電離放射線照射装置により電離放射線１４を照射して所定のパターンをそのレジスト層１３に描画する。その後、この描画されたレジスト層１３を現像して、図２（ｂ）に示すようなレジストパターン１５を透明基板１１表面に形成する。
【００１３】
次に、図２（ｃ）に示すように、目的とする溝１２の傾き角φと同じ角度に傾いた基板台１６上にこのレジストパターン１５が形成された透明基板１１を載せ、ＲＩＢＥドライエッチング装置によりイオンビーム１７を照射してＣＦ４  とＯ２  の混合ガスからなるプラズマを発生させて、透明基板１１面の斜め上方からプラズマエッチングを行う。ＲＩＢＥドライエッチング装置は、例えば、図３に示すような、プラズマ生成室２１、エッチング室２２、該エッチング室２２内に配置される、所定の角度に傾いた透明基板１１を載置するための基板台であって、基板面方向に移動可能な基板台２３を有するＲＩＢＥドライエッチング装置２４を用いることができる。
【００１４】
このとき、ＲＩＢＥドライエッチング装置２４のイオン出口（プラズマ出口）と透明基板１１を相対的に移動させて透明基板１１面を、例えば、図４に示す基板面の矢印で示す方向にスキャンしながらイオンビーム１７を基板面に対して斜めに照射してエッチングし、且つエッチング時間を精密に制御することにより、エッチングの深さｄ（図１）を所定の値に制御し、平行な溝壁を持ち、イオンビーム１７の方向で、所定の深さに正確にエッチングされた、透明基板１１面に対して斜めに傾く複数の繰返し溝１２を持つスラント凹凸パターンを、透明基板１１面の均一加工領域３０内に形成する（図２（ｄ）、図４）。本発明によれば、図４の点線で囲った均一加工領域３０の大きさは５０ｍｍ四方角が可能である。スキャン加工についてスキャン範囲がその領域を含み、かつスキャン間隔とイオンビーム１７の影響範囲との兼ね合いでムラが生じないようにスキャン間隔を定めることが必要である。
【００１５】
なお、図２（ａ）に破線で示すエッチングストッパー層１８を予め透明基板１１中に設けておいて、エッチングの深さｄを所定の値になるようにしてもよいし、両者を併用してもよい。
【００１６】
最後に、レジストパターン１５を灰化除去等により除去することにより、図１に示すようなスラント凹凸パターンを有する基板を得る。
【００１７】
なお、以上において、ドライエッチングのためのマスクは、フォトリソグラフィックに形成されたレジストパターン１５を用いたが、最初に透明基板１１の表面上にクロム層を設け、その上に電離放射線硬化型のレジスト層１３をコートし、該電離放射線硬化型のレジスト層１３を所定のホログラムの干渉縞に相当するようにパターニングし、そのレジストパターン１５の開口から露出したクロム層をＣＨ２  Ｃｌ２  とＯ２  の混合ガス等からなるエッチングガスによりエッチングし、このレジストパターン１５とその下層のクロムパターンとからなるマスク、あるいは、レジストパターン１５を除去したクロムパターンのみからなるマスクを用いて透明基板１１をエッチングして、同様の斜めに傾いた繰り返し溝１２を形成するようにしてもよい。また、ドライエッチングは、リアクティブイオンエッチングやリアクティブイオンビームエッチングに限らず、イオンエッチング、イオンビームエッチング、中性ビームエッチング、フォカストイオンビームエッチング、スパッターエッチング等の他のドライエッチングでももちろんよい。
【００１８】
或いは、図５に示す本発明のスラント凹凸パターンの形成のプロセス図のように、透明基板３１の表面上にまずホログラフィック露光によるフォトレジスト層３２を設け（図５（ａ））、その上にアルミニウムで陰影コートを行って（図５（ｂ））アルミニウム層３３を形成し、酸素プラズマエッチングにより残余のフォトレジストを除去し（図５（ｃ））、その上にアルミニウムでコートし（図５（ｄ））、金属離昇することによりアルミニウム層からなるマスク３４を形成し、次いでＲＩＢＥによるイオンビームを斜角に照射し（図５（ｅ））、次いで、マスク３４を剥がして、図１に示すようなスラント凹凸パターンを有する基板を得る方法を用いてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、ドライエッチング装置のエッチング方向を基板面に対して斜めに傾けて配置し、エッチング装置と基板を相対的に移動させて基板面をスキャンさせながらエッチングするので、正確な形状のスラント凹凸パターンの形成において、従来のエッチング装置と基板との相対位置が固定される方法よりも、数百倍以上の大面積の均一加工領域を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】平行な溝壁を持ち且つイオンビームの方向にエッチングされた基板面に対して斜めに傾く複数の溝を持つスラント凹凸パターンを示す図である。
【図２】本発明のスラント凹凸パターンの形成方法の一例を示す工程図である。
【図３】プラズマ生成室、エッチング室を有するＲＩＢＥドライエッチング装置を示す図である。
【図４】基板面を矢印で示す方向にスキャンしながらイオンビーム照射することを示す図である。
【図５】本発明のスラント凹凸パターンの形成のプロセス図である。
【符号の説明】
１１    透明基板
１２    溝
１３    レジスト層
１４    電離放射線
１５    レジストパターン
１６    基板台
１７    イオンビーム
１８    エッチングストッパー層
２１    プラズマ生成室
２２    エッチング室
２３    基板台
２４    ＲＩＢＥドライエッチング装置
３０    均一加工領域
３１    透明基板
３２    フォトレジスト層
３３    アルミニウム層
３４    マスク
【図１】
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【図２】
2005004068.tif 000004
【図３】
2005004068.tif 000005
【図４】
2005004068.tif 000006
【図５】
2005004068.tif 000007