(57)【要約】【課題】安定した目盛り精度を有する光学格子を提供する。【解決手段】光学格子の製造方法は、ガラス基板１０の少なくとも一方の表面に光によりフリーラジカルとなって脱離可能な芳香族環を有する物質からなる第１の膜１２を形成する第１の膜形成工程（Ｓ１００）と、芳香族環をフリーラジカルとして脱離可能な波長を用いて第１の膜１２上に格子状に露光する露光工程（Ｓ１０２）と、露光された第１の膜１２表面を水洗し露光された部分に水酸基１６を露出させる水洗工程（Ｓ１０４）と、水洗によって第１の膜１２上に格子状に露出した水酸基と結合可能なアミノ基を有する物質を塗布し反応させて第２の膜１８を形成する第２の膜形成工程（１０６）と、第２の膜１８に触媒核を付与して触媒核層を形成する触媒核付与工程と、触媒核上に無電解めっきにより光反射層を形成する光反射層形成工程（Ｓ１１０）とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長範囲の光の反射を検出する光電式エンコーダに用いられる光学格子であって、
基板と、
前記基板の少なくとも一方の表面に形成され光によりフリーラジカルとなって脱離可能な芳香族環を有する物質からなる第１の膜と、
前記第１の膜上に格子状に形成されアミノ基がその表面に露出した第２の膜と、
前記第２の膜のアミノ基と結合可能な触媒核からなる触媒核層と、
前記触媒核層上に形成された光反射層と、
を有することを特徴とする光学格子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学格子において、
前記基板はガラス基板であり、
前記第１の膜を構成する光によりフリーラジカルとなって脱離可能な芳香族環を有する物質は、芳香族有機シランであることを特徴とする光学格子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光学格子において、
前記触媒核は鉛であり、
前記光反射層はニッケルからなることを特徴とする光学格子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学格子をスケールとして用いるリニアエンコーダ。
【請求項５】
請求項４に記載のリニアエンコーダを備えた光学顕微鏡。
【請求項６】
所定の波長範囲の光の反射を検出する光電式エンコーダに用いられる光学格子の製造方法であって、
基板の少なくとも一方の表面に、光によりフリーラジカルとなって脱離可能な芳香族環を有する物質からなる第１の膜を形成する第１の膜形成工程と、
前記芳香族環を有する物質から芳香族環をフリーラジカルとして脱離可能な波長を用いて前記第１の膜上に格子状に露光する露光工程と、
露光された第１の膜表面を水洗する水洗工程と、
水洗によって前記第１の膜上に格子状に露出した水酸基と結合可能なアミノ基を有する物質を塗布し反応させて第２の膜を形成する第２の膜形成工程と、
第２の膜上に格子状に露出したアミノ基と結合可能な触媒核を付与する触媒核付与工程と、
前記触媒核上に無電解めっきにより光反射層を形成する光反射層形成工程と、
を有することを特徴とする光学格子の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の光学格子の製造方法において、
前記基板はガラス基板であり、
前記第１の膜形成工程における芳香族環を有する物質は、芳香族有機シランであり、
前記露光工程における露光波長は、遠視外線であり、
前記第２の膜形成工程におけるアミノ基を有する物質は、珪酸エステルアミンであることを特徴とする光学格子の製造方法。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の光学格子の製造方法において、
前記触媒核は鉛であり、
前記光反射層はニッケルからなることを特徴とする光学格子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電式エンコーダに用いられる光学格子及びその製造方法、光学格子を備えたリニアエンコーダ及び光学顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電式エンコーダに用いられるスケールは、振幅格子型スケールと位相格子型スケールに大別される。いずれのスケールにおいても、基板上に形成された格子のパターン精度によってスケールの精度が決まる。
【０００３】
従来、例えば電磁誘導式変位検出スケールは、絶縁性のガラスエポキシ基板上に、導電度の高い銅などの導電性金属からなる格子パターンが形成されている。しかし、ガラスエポキシ基板は面精度が悪く、膨張係数が高いことから、格子パターンが剥離しやすく、分解能が１０μｍ以下の高い精度のスケールを製造することは難しかった。
【０００４】
そこで、特許文献１には、上記ガラスエポキシ基板に代え、ガラス基板を用い、さらにガラス基板上に無電解めっきにより無電解銅めっき層を形成し、該無電解銅めっき層上に格子パターンの形状に合ったレジストパターンを形成し、このレジストパターンに基づいて前記無電解銅めっき層をエッチングすることによってスケールを製造することが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したレジストを用いたリソグラフィによる光学格子の製造では、加熱工程（例えば、プリベーク）が必要となる。一方、この加熱工程による熱によりガラス基板の膨張は目盛り精度（スケール精度）に悪影響を与えるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板を加熱することなく、常温または低温にて光学素子を製造し、基板に対する熱の影響を低減させた、安定した目盛り精度を有する光学素子及びその製造方法、リニアエンコーダ及び光学顕微鏡を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光学素子及びその製造方法、リニアエンコーダ及び光学顕微鏡は以下の特徴を有する。
【０００９】
（１）所定の波長範囲の光の反射を検出する光電式エンコーダに用いられる光学格子であって、基板と、前記基板の少なくとも一方の表面に形成され光によりフリーラジカルとなって脱離可能な芳香族環を有する物質からなる第１の膜と、前記第１の膜上に格子状に形成されアミノ基がその表面に露出した第２の膜と、前記第２の膜のアミノ基と結合可能な触媒核からなる触媒核層と、前記触媒核層上に形成された光反射層と、を有する光学格子である。
【００１０】
加熱工程を介さず、第１の膜、第２の膜、触媒核層及び光反射層が化学結合反応に基づいて、基板上に格子パターンとなる光反射層が形成される。したがって、基板に対する熱の影響を低減させ、得られた光学格子は安定した目盛り精度を有する。
【００１１】
（２）上記（１）に記載の光学格子において、前記基板はガラス基板であり、前記第１の膜を構成する光によりフリーラジカルとなって脱離可能な芳香族環を有する物質が、芳香族有機シランである。
【００１２】
芳香族有機シランでガラス表面を処理するとガラス基板表面の水酸基と有機シラン分子が化学反応し、有機シラン分子同士の相互作用により三次元の網目構造を形成し、いわゆる自己組織化膜を形成し、これにより、加熱工程を介さずに第１の膜がガラス基板に強固に膜形成される。
【００１３】
（３）上記（１）または（２）に記載の光学格子において、前記触媒核は鉛であり、前記光反射層はニッケルからなる。
【００１４】
第２の膜上に露出したアミノ基と触媒核である鉛が化学結合することにより、触媒核層を精度よく格子状の格子パターンに形成することができ、鉛からなる触媒核層を用いて例えば無電解めっきでニッケルからなる光反射層を形成することができる。
【００１５】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の光学格子をスケールとして用いるリニアエンコーダである。
【００１６】
光学格子が安定した目盛り精度を有するため、この光学格子をスケールとして用いるリニアエンコーダの精度のより向上する。さらに、ナノオーダーであっても目盛り精度を高く保てるため、分解能が例えばナノオーダーのリニアエンコーダを得ることができる。
【００１７】
（５）上記（４）に記載のリニアエンコーダを備えた光学顕微鏡である。
【００１８】
精度が高く、また分解能がナノオーダーのリニアエンコーダを備えることにより、ナノオーダーの精度の高い光学顕微鏡を提供することができる。
【００１９】
（６）所定の波長範囲の光の反射を検出する光電式エンコーダに用いられる光学格子の製造方法であって、基板の少なくとも一方の表面に光によりフリーラジカルとなって脱離可能な芳香族環を有する物質からなる第１の膜を形成する第１の膜形成工程と、前記芳香族環を有する物質から芳香族環をフリーラジカルとして脱離可能な波長を用いて前記第１の膜上に格子状に露光する露光工程と、露光された第１の膜表面を水洗する水洗工程と、水洗によって前記第１の膜上に格子状に露出した水酸基と結合可能なアミノ基を有する物質を塗布し反応させて第２の膜を形成する第２の膜形成工程と、第２の膜上に格子状に露出したアミノ基と結合可能な触媒核を付与する触媒核付与工程と、前記触媒核上に無電解めっきにより光反射層を形成する光反射層形成工程と、を有する光学格子の製造方法である。
【００２０】
加熱工程を介さず、第１の膜、第２の膜、触媒核層及び光反射層が化学結合反応に基づいて、基板上に格子パターンとなる光反射層を形成することができる。したがって、基板に対する熱の影響を低減させ、安定した目盛り精度を有する光学格子を製造することができる。
【００２１】
（７）上記（６）に記載の光学格子の製造方法において、前記基板はガラス基板であり、前記第１の膜形成工程における芳香族環を有する物質は、芳香族有機シランであり、前記露光工程における露光波長は、遠視外線であり、前記第２の膜形成工程におけるアミノ基を有する物質は、珪酸エステルアミンである。
【００２２】
芳香族有機シランでガラス表面を処理するとガラス基板表面の水酸基と有機シラン分子が化学反応し、有機シラン分子同士の相互作用により三次元の網目構造を形成し、いわゆる自己組織化膜を形成し、これにより、加熱工程を介さずに第１の膜がガラス基板に強固に膜形成される。さらに、露光波長を遠紫外線とすることにより、露光された部分の芳香族環が遠紫外線を吸収して励起してさらにフリーラジカルとなって脱離し、脱離後の露光された部分にもう一方のラジカルが残留する。ここで水洗することによって、残留ラジカル部に水酸基が付与され、さらにこの水酸基と珪酸エステルアミンとの脱水縮合反応により、第１の膜とは強固な珪酸塩の連鎖による三次元の網目構造を形成し、一方第２の膜表面に格子状にアミノ基が露出することになる。これにより、第２の膜上に露出したアミノ基のみに触媒核が結合し、この触媒核からなる触媒核層のみに無電解めっき層が形成されるため、目盛り精度の高い、また例えばナノオーダーであっても精度の高い光学格子を製造することができる。
【００２３】
（８）上記（６）または（７）に記載の光学格子の製造方法において、前記触媒核は鉛であり、前記光反射層はニッケルからなる。
【００２４】
第２の膜上に露出したアミノ基と触媒核である鉛が化学結合することにより、触媒核層を精度よく格子状の格子パターンに形成することができ、鉛からなる触媒層を用いて、無電解めっきでニッケルからなる光反射層を形成することができる。したがって、基板に対する熱の影響を低減し、目盛り精度の高い光学格子を製造することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、例えばナノオーダーであっても格子状の格子パターン精度の高い光学格子を提供することができる。また、光学格子を用いた精度の高いリニアエンコーダ及び光学顕微鏡を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
［光学格子及びその製造方法］
本発明の実施の形態における光学格子の製造方法について図１から図６を用いて以下に説明する。
【００２７】
図１及び図２に示すように、ガラス基板１０の少なくとも一方の表面に、光によりフリーラジカルとなって脱離可能な芳香族環を有する物質からなる第１の膜１２を形成する第１の膜形成工程（ステップＳ１００）と、芳香族環を有する物質から芳香族環をフリーラジカルとして脱離可能な波長を用いて第１の膜１２上に格子状に露光する露光工程（ステップＳ１０２）と、露光された第１の膜１２表面を水洗し、露光された部分に水酸基１６を露出させる水洗工程（ステップＳ１０４）と、水洗によって第１の膜１２上に格子状に露出した水酸基と結合可能なアミノ基を有する物質を塗布し反応させて第２の膜１８を形成する第２の膜形成工程（ステップＳ１０６）と、第２の膜１８上に格子状に露出したアミノ基と結合可能な触媒核を付与して触媒核層２０を形成する触媒核付与工程（ステップＳ１０８）と、触媒核上に無電解めっきにより光反射層２２を形成する光反射層形成工程（ステップＳ１１０）とを有し、さらに劣化防止を考慮し、第１の膜１２、触媒核層２０及び光反射層２２の表面に保護層２４を形成する保護層形成工程（ステップＳ１１２）を設けてもよい。
【００２８】
次に、上述した製造方法の各工程及び各工程に使用される材料に関し、図１から図６を用いて、以下に詳細に説明する。
【００２９】
まず、本実施の形態における基板は、透明性を考慮し、ガラス基板１０を用いている。また、ガラス基板１０としては、熱膨張による影響を低減するため低膨張ガラス基板が好適である。
【００３０】
第１の膜形成工程（ステップＳ１００）では、光によりフリーラジカルとなって脱離可能な芳香族環を有する物質を常温（例えば２５℃）にて塗布することにより第１の膜１２を形成する。光によりフリーラジカルとなって脱離可能な芳香族環を有する物質としては、例えば芳香族有機シランを用いることができ、芳香族有機シランとして、単環式芳香族有機シランまたは多環式芳香族有機シランからなる群から選択することができる。また、単環式芳香族有機シランとしては、例えばフェニルトリクロロシランを用いることができる。芳香族有機シランとしてフェニルトリクロロシランを用い、フェニルトリクロロシランをガラス基板１０に塗布し、常温（例えば２５℃）で所定時間放置することにより、ガラス基板表面の水酸基とフェニルトリクロロシランとの化学反応により自己組織化して、図３に示すような［Ｐｈ−ＳｉＯ３］ｎからなる第１の膜１２（以下「第１の自己組成化膜」ともいう）が形成される。
【００３１】
次に、露光工程（ステップＳ１０２）では、芳香族環をフリーラジカルとして脱離可能な波長を用いて第１の膜１２上の格子パターンとなる部分となる個所を露光する。ここで、第１の膜１２が単環式芳香族有機シランからなる場合、フェニル基が吸収可能な遠紫外線、例えば１９３ｎｍまたは２４８ｎｍの波長を有する光によって露光する。これにより、図３に示すように、フェニル基が励起しフリーラジカルとして脱離して、第１の膜１２の脱離した部分にはラジカルが残留する。また、芳香族有機シランとして多環式方向増有機シランを用いる場合、ナフチル基、アントラセニル基などの多環基の最大吸収波長に等しい波長の光で露光することが好ましい。露光幅は、例えばナノオーダーの格子パターンの場合、１０ｎｍから３０ｎｍ、好ましくは２０ｎｍである。
【００３２】
第１の膜１２上の格子パターンとなる部分を露光する方法としては、図１及び図３に示すようなフォトマスク１４を用いる方法と、干渉縞を用いた方法とが挙げられる。
【００３３】
次に、水洗工程（ステップＳ１０４）では、露光された第１の膜１２表面を水洗することによって、図１及び図４に示すように、露光工程において第１の膜１２に格子パターン状に残留したラジカル部分に水酸基（−ＯＨ基）１６が付与される。
【００３４】
次いで、第２の膜形成工程（ステップＳ１０６）では、水洗によって第１の膜１２上に格子状に露出した水酸基と結合可能なアミノ基を有する物質を塗布し反応させて第２の膜１８が形成される。アミノ基を有する物質としては、水酸基と結合可能な脂肪族１級または２級アミンを用いることができる。ここで、上記アミンにおける脂肪族の炭素数は、２から６が好ましく、反応性を考慮すると１級アミンが好ましく、例えば珪酸エステルアミンを用いることができる。珪酸エステルアミンとしては、例えば３−アミノプロピルトリエトキシシラン（（ＣＨ３ＣＨ２Ｏ）３−Ｓｉ−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２）を用いることができる。例えば、３−アミノプロピルトリエトキシシランが、第１の膜１２の格子パターン状に露出した水酸基と脱水縮合反応し、図５及び図６に示すように、第１の膜１２の格子パターン状にアミノ基を露出した第２の膜１８が形成される。
【００３５】
さらに、触媒核付与工程（ステップＳ１０８）では、図２及び図６に示すように、第２の膜１８上に格子状に露出したアミノ基と結合可能な触媒核を触媒液によるウェット処理により付与する。触媒核としては、後工程を考慮して、金属鉛（Ｐｄ）が好ましい。
【００３６】
次いで、光反射層形成工程（ステップＳ１１０）では、触媒核上に無電解めっきにより光反射層２２を形成する。この工程の一例として、例えば、触媒核層２０が形成された基板を、ニッケル金属イオンを含むめっき液と還元を純水により希釈した溶液に浸漬し、無電解ニッケルめっきを行い、光反射層２２を形成する。光反射層２２の厚みは、光学格子に用いる波長λに対してλ／４の厚みを有し、例えば光学素子に用いる波長が６４０ｎｍの場合、触媒核層２０の厚みは１６０ｎｍである。例えば、無電解ニッケルめっきは、めっき浴のｐＨが５．６から６．２であって、温度８８℃から９２℃にて約１分間浸漬することによって、所望の厚みのニッケルからなる光反射層が形成される。
【００３７】
触媒核からなる触媒核層２０のみに無電解めっきにより形成された光反射層２２が形成されるため、目盛り精度の高い、また例えばピッチＰがナノオーダーであっても精度の高い光学格子を製造することができる。
【００３８】
さらに劣化防止を考慮し、保護層形成工程（ステップＳ１１２）では、第１の膜１２、触媒核層２０及び光反射層２２の表面に保護層２４が形成される。保護層２４としては、例えばＡＬＤ法でアルミナを主成分とする保護層や、フッ素系樹脂からなる保護層などが挙げられる。
【００３９】
上述した製造方法により形成された本実施の形態の光学格子２００は、図２に示すように、ガラス基板１０と、ガラス基板１０の少なくとも一方の表面に形成され光によりフリーラジカルとなって脱離可能な芳香族環を有する物質からなる第１の膜１２と、第１の膜１２上に格子状に形成されアミノ基がその表面に露出した第２の膜１８と、前記第２の膜１８のアミノ基と結合可能な触媒核からなる触媒核層２０と、触媒核層２０上に形成された光反射層２２と、を有し、さらに必要に応じて、第１の膜１２、触媒核層２０及び光反射層２２の表面に保護層２４が形成されている。なお、上記ガラス基板１０、第１の膜１２、第２の膜１８及び触媒核層２０は、上述同様であるため、ここでは更なる説明を省略する。
【００４０】
［リニアエンコーダ及び光学顕微鏡］  
本実施の形態のリニアエンコーダは、上述した光学格子をスケールとして用いるリニアエンコーダである。また、本実施の形態の光学顕微鏡は、上述した光学格子をスケールとして用いるリニアエンコーダを備えた光学顕微鏡である。
【実施例】
【００４１】
実施例１．
線膨張係数０．０２×１０−６／Ｋの低膨張のガラス基板１０上に、フェニルトリクロロシランを塗布し、２５℃で所定時間放置して、乾燥膜厚数ｎｍ以下の、図１に示すような第１の膜１２を形成した。次いで、干渉縞を用い、２０μｍ幅の格子状の格子パターンを有し、格子パターンのピッチ幅が４０μｍになるように２４８ｎｍの波長を有する紫外線を用いて数秒間露光した。次いで、純水にて、露光された第１の膜１２の表面を数分間水洗し、次いで、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（（ＣＨ３ＣＨ２Ｏ）３−Ｓｉ−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２）を用いる塗布し、脱水縮合反応により第２の膜１８を形成した。さらに触媒液によるウェット処理により金属鉛を第２の膜１８のみに積層して触媒核層２０を形成し、次いで、ｐＨが５．６から６．２であるめっき浴に、温度９０℃にて約１分間浸漬し、厚み１６０ｎｍのニッケルからなる光反射層２２を形成した。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態における光学格子の製造方法の一例を説明する図であって、第１の膜形成工程（ステップＳ１００）から第２の膜形成工程（ステップＳ１０６）までの構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態における光学格子の製造方法の一例を説明する図であって、触媒核付与工程（ステップＳ１０８）から保護層形成工程（ステップＳ１１２）までの構成を説明するである。
【図３】本発明の実施の形態における光学格子の製造方法において露光工程（ステップＳ１０２）の一例を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態における光学格子の製造方法において水洗工程（ステップＳ１０４）の一例を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態における光学格子の製造方法において第２の膜形成工程（ステップＳ１０６）の一例を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態における光学格子の製造方法において触媒核付与工程（ステップＳ１０８）の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  ガラス基材、１２  第１の膜、１４  フォトマスク、１６  水酸基、１８  第２の膜、２０  触媒核層、２２  光反射層、２４  保護層、２００  光学格子。
【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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