JP2000089011A - 回折格子とその製造方法 - Google Patents

回折格子とその製造方法

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JP2000089011A JP11257541A JP25754199A JP2000089011A JP 2000089011 A JP2000089011 A JP 2000089011A JP 11257541 A JP11257541 A JP 11257541A JP 25754199 A JP25754199 A JP 25754199A JP 2000089011 A JP2000089011 A JP 2000089011A
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facet
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ジー オザルスキー ロバート
L Crowley John
エル クラウリー ジョン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きく高品質の回折格子。 【解決手段】 注意深く形成されたブレーズ角と欠陥の
ない反射表面を有する大きく高品質の回折格子が、写真
平版又は微小機械加工技術を使用して、特別に方向付け
た基板上に製造できる。表面が基板のある結晶面に対し
て分かった角度である単結晶基板を選択することによ
り、基板の異方性エッチングにより、特定の結晶面に対
応する反射表面を有する回折格子の溝を形成できる。基
板の表面と特定の結晶面の間の角度により、回折格子の
ブレーズ角が決まる。従って、例えばレーザー装置に使
用する、又はレプリカ格子の製造でマスター格子として
使用する大きい高品質の回折格子を製造することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回折格子に関し、
特に写真平版技術により製造された回折格子に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザーは、例えば研究、開発、製造、
医学、通信、及び消費者製品等の多くの用途を有する。
多くのこれらの用途で、レーザーを使用する１つの利点
は、それがほぼ単色光を生じることである。例えば、レ
ーザーは、集積回路製造のため、深紫外線（ＤＵＶ）
（約180〜280ｎｍ）写真平版に使用され、それによりレ
ーザーのより短い波長を活用することにより小さい構造
を生じることができるようにする。集積回路製造に使用
する感光性マスクを露光するのに、約248ｎｍのレーザ
ー光を生じるエキシマレーザーが使用される。写真平版
にレーザーが使用されるとき、レーザーからの光の波長
帯域を比較的狭くして、マスキング層上の光の焦点合わ
せに悪影響を及ぼす波長の変化を最小限にして、写真平
版の特徴である品質と鮮明さに作用するようにするのが
好ましい。
【０００３】レーザーのスペクトルを狭くする最も普通
の方法の１つは、回折格子をレーザーキャビティ自体の
一部として使用するか、又は特定の好ましい又は好まし
くない波長を濾波することである。全ての異なる種類の
回折格子の中で、エシェル格子、即ちエシェルが、エキ
シマレーザーでスペクトルを狭くするのに特に有用であ
る。一般に、エシェルは、高回折角度と高次元スペクト
ルで使用される粗いが正確に刻線された格子である。一
般的な溝の本数は、316本/ｍｍ又はそれ以下である。エ
シェルの特別な性質は、高分散であり小型で高スループ
ットのシステムができ、ある大きさの格子としては高分
解能であり、また損傷に抵抗性があることである。さら
に、それらはブレーズの方向から遠くではめったに使用
されないので、その効率は大きいスペクトル範囲で比較
的高い。図１は、リトロー構成のエシェル格子の断面図
である。格子100は平行な溝110を備え、該溝はそれぞれ
2つのファセットを有し、溝の間隔はｄである。ファセ
ット120は、格子の平面に対してブレーズ角θで位置す
る。入射角αが回折角βと等しいとき、入射光130は、
ある回折次数140(即ち、ｍ次)で、光源に向かって戻る
ように伝播する。リトロー構成は回折の最大効率と対応
し、次式により示される。 ここに、λは入射光の波長である。例えば、エキシマレ
ーザーで約248ｎｍ、α＝β＝θ＝78.80°で使用するの
に好適なエシェルは、ｍ＝79次の回折ビームでは溝間隔
ｄ＝10μｍである。
【０００４】エシェルの他の特徴は、そのλ/ｍで与え
られるフリースペクトル範囲（ＦＳＲ）であり、これは
隣接する次数の（例えば、ｍとｍ＋１次）重なり合いが
起こらない波長範囲である。従って、上述の例では、エ
シェルのＦＳＲは約3.14ｎｍである。自由スペクトル範
囲が、エシェルに特に重要な概念であるのは、高次数に
おいて対応する短い自由スペクトル範囲で動作するから
である。分解能は、格子が（例えば、光源を分光的に持
て、又はレーザーのゲイン特性内の）隣接するスペクト
ル線を分離する能力を示すエシェルの他の重要な性質で
ある。リトロー構成で取り付けられた格子では、分解能
Ｒは次式で与えられる。 ここにＷは、溝間隔ｄに溝数Ｍをかけたもの、即ちＷは
格子の幅である。この関係を与えられると、高分解能を
得ようとすると、非常に広い格子が必要であることは明
らかである。
【０００５】回折格子特にエシェルを製造する１つの伝
統的な方法は、好適な基板上にアルミニウム又は金の薄
い層等を形成した良い光学表面上に刻線機械で一連の溝
を描く即ち刻線することである。しかし、格子の刻線に
は多くの困難がある。エシェルは、刻線するのがもっと
も難しい格子と考えられているのは、回折角が高いため
特別の刻線の正確さが必要であるが、機械の負荷が高く
粗い溝の間隔で行わなければならないからである。高効
率を保証するため、溝は、一貫して均一で正確な形状で
なければならない。高屈折次数で使用するには、ピーク
の回折エネルギーを1つのブレーズの次数に集中させよ
うとするなら、ブレーズの表面はナノメートルの公差で
平らでなければならない。溝は又、平行で均一な間隔を
あけて刻線しなければならない。溝の密度（例えば、溝
/ｍｍ）が分散を決め、溝の位置の正確さがスペクトル
像の品質を決めるからである。さらに、エシェルは、一
般に他の回折格子より深い溝を有し（例えば、大きいブ
レーズ角のため）、そのため金属コーティングを厚くし
なければならず、その結果エシェルの平面の均一性に影
響を及ぼす。このようのエシェルを製造するのに使用さ
れる刻線機械は、複雑な機械的装置で、遅く使用が難し
いので、格子が非常に高価で製造に長時間かかる。
【０００６】他の技術は、いわゆるホログラフィー格子
を製造する。２つの単色のコヒーレントビームにより生
じる干渉パターンを使用して、基板上のフォトレジスト
膜を露光する。露光後、フォトレジストを現像して、基
板をエッチングする。ホログラフィー格子は、比較的製
造が容易であるが、このような格子に所望のブレーズ角
でエッチングするのは容易でなく、寸法が100ｍｍを超
える高品質のホログラフィー格子を製造するのは非常に
難しい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、比較的製作が
容易で従来の格子製造方法と比較して迅速で安価に製作
できる大きく高品質の回折格子特にエシェルを得られる
ことが望ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】注意深く形成されたブレ
ーズ角と欠陥のない反射表面を有する大きく高品質の回
折格子が、写真平版又は微小機械加工技術を使用して、
特別に方向付けた基板上に製作できることが分かった。
表面が基板のある結晶面に対して分かった角度である単
結晶基板を選択することにより、基板の異方性エッチン
グにより、特定の結晶面に対応する反射表面を有する回
折格子の溝を形成できる。基板の表面と特定の結晶面の
間の角度により、回折格子のブレーズ角が決まる。従っ
て、例えばレーザー装置に使用する、又はレプリカ格子
の製造においてマスター格子として使用する大きい高品
質の回折格子を製作することができる。
【０００９】従って本発明の１つの局面は、表面を有す
る単結晶基板と、基板に形成された複数のほぼ平行な溝
とを備えるエシェルを提供する。各溝は、基板の第１結
晶面とほぼ同一平面の第1ファセットと、第1ファセット
と平行でなく基板の第２結晶面とほぼ同一平面の第２フ
ァセットとを備える。回折格子は、基板の表面と第1フ
ァセットとにより形成されるブレーズ角を有する。本発
明の他の局面は、レプリカの回折格子を提供する。レプ
リカの回折格子は、基板と、基板の表面上に配置された
樹脂層とを備える。樹脂層は、マスター回折格子と接触
させることにより形成された第１の複数のほぼ平行な溝
を備える。マスター回折格子は、表面を有する単結晶基
板と、基板に形成された複数のほぼ平行な溝とを備え
る。各溝は、基板の第１結晶面とほぼ同一平面の第1フ
ァセットと、第1ファセットと平行でなく基板の第２結
晶面とほぼ同一平面の第２ファセットとを備える。マス
ター回折格子は、基板の表面と第1ファセットとにより
形成されるブレーズ角を有する。
【００１０】本発明のさらに他の局面では、回折格子を
製作する方法が開示される。上面をゆする単結晶基板が
設けられる。上面は、基板の第1結晶面との間にブレー
ズ角を形成するような向きである。フォトレジスト層が
基板上に形成される。フォトレジスト層は、露光され現
像されて、複数のほぼ平行なマスク形態を形成する。基
板を第1腐食液で第３結晶面に沿って選択エッチングし
て、複数の溝を形成し、各溝は、２つの隣接するマスク
形態の間に形成され、第1ファセットと第２ファセット
とを有する。第1ファセットは第１結晶面とほぼ同一平
面であり、第２ファセットは第２結晶面とほぼ同一平面
である。マスク形態は、除去される。
【００１１】本発明のさらに他の局面では、レプリカの
回折格子を製作する方法が開示される。マスター回折格
子が設けられる。マスター回折格子は、表面を有する単
結晶基板と、基板に形成された複数のほぼ平行な溝とを
備える。各溝は、基板の第１結晶面とほぼ同一平面の第
1ファセットと、第1ファセットと平行でなく基板の第２
結晶面とほぼ同一平面の第２ファセットとを備える。マ
スター回折格子は、基板の表面と第1ファセットとによ
り形成されるブレーズ角を有する。マスター回折格子
は、樹脂層でコーティングされる。レプリカ基板は、樹
脂層に結合される。マスター回折格子は、樹脂層と基板
とから分離される。
【００１２】本発明の他の局面では、装置は、光源と、
光源からの光を受取り、光源からの特定の波長範囲の光
を反射するように配置されたレプリカ回折格子を備え
る。レプリカ回折格子は、基板と、基板の表面上に配置
された樹脂層とを備える。樹脂層は、マスター回折格子
と接触させることにより形成された第１の複数のほぼ平
行な溝を備える。マスター回折格子は、表面を有する単
結晶基板と、基板に形成された複数のほぼ平行な溝とを
備える。各溝は、基板の第１結晶面とほぼ同一平面の第
1ファセットと、第1ファセットと平行でなく基板の第２
結晶面とほぼ同一平面の第２ファセットとを備える。マ
スター回折格子は、基板の表面と第1ファセットとによ
り形成されるブレーズ角を有する。
【００１３】本発明のさらに他の局面では、装置は、光
源と、光源からの光を受取り、光源からの特定の波長範
囲の光を反射するように配置されたエシェルとを備え
る。エシェルは、表面を有する単結晶基板と、基板に形
成された複数のほぼ平行な溝とを備える。各溝は、基板
の第１結晶面とほぼ同一平面の第1ファセットと、第1フ
ァセットと平行でなく基板の第２結晶面とほぼ同一平面
の第２ファセットとを備える。回折格子は、基板の表面
と第1ファセットとにより形成されるブレーズ角を有す
る。
【００１４】本発明のさらに他の局面では、レプリカの
回折格子を製作する方法が開示される。マスター回折格
子から、格子表面を有するスタンパーが形成される。マ
スター回折格子は、表面を有する単結晶基板と、基板に
形成された複数のほぼ平行な溝とをを備える。各溝は、
基板の第１結晶面とほぼ同一平面の第1ファセットと、
第1ファセットと平行でなく基板の第２結晶面とほぼ同
一平面の第２ファセットとを備える。マスター回折格子
は、基板の表面と第1ファセットとにより形成されるブ
レーズ角を有する。格子表面が型の内面になるように、
スタンパーが型内に配置される。型は、液体状のプラス
チックで満たされる。成形されたレプリカの回折格子
が、スタンパーから分離される。マスター回折格子は、
樹脂層でコーティングされる。レプリカ基板は、樹脂層
に結合される。マスター回折格子は、樹脂層と基板とか
ら分離される。
【００１５】ここに記述した回折格子と回折格子の製作
方法から、幾つかの利点が得られる。例えば直径300ｍ
ｍのシリコンウェハー等の大きな基板を使用して、大き
な格子を製造することができる。複数の格子を結合する
ことにより、更に大きい格子を製造することができる。
格子を迅速で安価に製造できるので、ある用途で使用す
る各格子をマスター格子とする、即ち、写真平版技術に
より製造し、他の格子のレプリカを作ることにはよらな
い格子とすることができる。レプリカの格子は、エッチ
ングに使用するマスクによる欠陥等のマスター格子の欠
陥を最小にするようにマスター格子から製造することが
できる。格子の正確な制御は、注意深いレチクル(retic
le)の製作により達成でき、それには電子ビーム書込
み、光学ビーム書込み、イオンビーム書込み等の色々の
技術がある。
【００１６】
【発明の実施の形態及び実施例】添付図面を参照すれ
ば、当業者は本発明をより良く理解でき、多くの目的、
態様、利点を理解できるであろう。微小機械加工又は写
真平版製作は、しばしば所望の構造を得るためエッチン
グ技術により選択的に材料を除去する。一般に、エッチ
ング技術は、等方性で全方向に同じエッチング特性を示
すか、又は異方性で異なる方向で異なるエッチング特性
（例えば、エッチング速度）を有する。さらに、エッチ
ング技術は、一般に湿式でエッチングを行うのに液体溶
媒を使用するか、または乾式で材料を除去するのに例え
ばガス又はプラズマを使用する。シリコンエッチングの
場合、単結晶シリコンと多結晶シリコンの両方は、硝酸
（ＨＮＯ3）とフッ化水素酸（ＨＦ）の混合物で湿式エ
ッチングすることができ、混合物の組成を変えてエッチ
ング速度を変えることができる。単結晶シリコン内又は
その上に形成された二酸化珪素層をエッチングするの
に、ＨＦもまた使用することができる。
【００１７】ある用途で、例えば所望のブレーズ角の格
子を製作する場合、シリコンをある結晶面に沿って他の
面より急速にエッチングすることが有益である。この異
方性エッチングにより、エッチングを著しく遅くし、又
はシリコン中に特定の形状又は構造をエッチングするこ
とができる。シリコンのダイヤモンドラチスでは、(11
1)面（又は{111}面と呼ばれるそれと同等の面）は、(10
0)面より稠密に充填されている。その結果、(111)方向
面のエッチング速度は、(100)方向より遅いと予想され
る。１つの共通のシリコンの異方性湿式腐食液は、水酸
化カリウム（ＫＯＨ）とイソプロピルアルコールの混合
物である。この腐食液のエッチング速度は、(111)面に
沿ってより(100)面に沿って100倍速い。
【００１８】ファセットが相互に所望の角度をなす溝を
有する回折格子をエッチングするためには、単結晶基板
の結晶面の相対的角度と、回折格子の面、例えば基板の
面に対するこれらの面の方向との両方を考慮して、単結
晶基板を注意深く選択しなければならない。図２は、単
結晶シリコン200のブールを示す。高純度単結晶シリコ
ンは、ＣＺ法、フローティングゾーン法等の色々の技術
を使用して成長する。さらに、単結晶シリコンは、所望
の用途に応じて色々の方向に成長する。シリコンブール
200は、(100)面をブールの長さ方向(即ち、成長方向）
に直角にして成長し、これは、半導体製造に共通な方向
である。その結果、ブールから成長軸に直角に切出され
たウェハーは、(100)方向の表面を有する。シリコンブ
ール200は、例えば研削によりブールに形成された平面2
02と204を備え、シリコンの結晶軸を示すのを助ける。
上述したように、{111}面の異方性エッチングを利用す
るためには、エッチングするウェハーは、(100)面の直
角に対して角度φでブールから切出さし、続くエッチン
グで所望角度の格子溝のファセットの形態を生じるよう
にしなければならない。例えば、基板ウェハーの面即ち
表面に対して78.81°の角度(即ち、格子のブレーズ角)
で、異方性エッチングを使用して格子溝のファセットを
製作するためには、表面と１つの{111}面との角度が78.
81°になるように、基板ウェハーをブールから切出さな
ければならない。従って、基板300は、(100)面、矢印22
0で示す方向の直角に対して角度φ＝24.07°でブール20
0から切出さなければならない（なぜなら、(111)面は(1
00)面と54.74°の角度を形成するからである）。次に基
板300は、両面を研磨して均一な厚さで平坦(例えば、5
μｍより小さい平坦度)にすることを含む通常のウェハ
ー製造プロセスを行う。
【００１９】図３Ａは、それぞれ302,304,306で示す{10
0}面と２つの{111}面の位置を含む基板300の断面を示
す。基板300はまた、酸化層310を備える。結晶軸を正確
に求めるため、アライメントマーク（図示せず）が基板
にエッチングされる。アライメントマークは、格子の溝
のエッチングとして後述するのと同じステップでエッチ
ングすることができる。アライメントマークを含む開示
された格子の製作に使用するのに適した色々の写真平版
と微小機械技術があることを当業者は理解するであろ
う。
【００２０】図３Ｂは、複数のフォトレジストマスクの
形態320を示す。フォトレジストマスク形態320は、基板
にフォトレジストの層をコーティングし、フォトレジス
トを例えば密着焼付技術又は直接書込みを使用してフォ
トマスクを通して露光し、フォトレジストを現像し、必
要に応じてフォトレジストを硬化（例えば、加熱乾燥）
することにより形成される。フォトマスクは、例えば電
子ビームにより生じることができ、複数の平行なストラ
イプを有する。ストライプの幅が、エッチングマスクの
幅を形成し、ストライプのピッチ（即ち、1つのストラ
イプの開始端部と次のストライプの開始端部の間の距
離）が、最終的な溝の間隔ｄに関連する。例えば、スト
ライプの幅は約3μｍで、ピッチは約12μｍとすること
ができる。
【００２１】次に、酸化層310が等方的にエッチングさ
れ、フォトレジストマスク形態320は除去され、図３Ｃ
に示すように、複数の酸化物ハードマスク形態330を残
す。図３Ｄは、{100}面が他の結晶面より急速にエッチ
ングされる基板300の異方性エッチングの結果を示す。
それぞれ複数のファセット342と344を有する複数の溝34
0が形成される。ここに示す例では、両方のファセット
は{100}面であり、ファセット間の角度は、単結晶シリ
コンの{100}面の間の固有の角度により形成される。酸
化物ハードマスク形態330は除去され、基板は洗浄さ
れ、図３Ｅに示すように、ＤＵＶ光線に対して高反射率
の真空蒸着アルミニウム等の反射材料のコーティング35
0が、エッチングされた基板表面上に形成される。反射
コーティングを形成する前に、ＳｉＯ2、ＳｉＮ4、Ｍｇ
Ｆ2等の保護コーティングを形成することができる。さ
らに、回折格子の特定の用途により、色々の異なる金属
（例えば、クロムとニッケル）と、誘電性コーティング
（単層又は多層）を形成することができる。保護コーテ
ィングは、反射コーティングの上に形成することもでき
る。いったん完成すると、基板300の残りの部分は、取
付けのための基板として使用できる。又は、格子を他の
基板材料に取り付けることもできる。幾つかの格子を１
つの基板に取り付けることにより、１つの大きい格子を
得ることができる。
【００２２】隣接する溝340間の頂端部の平面360は、溝
をエッチングするのに使用したマスクによる。平面360
は、入射光がファセット342等のブレーズのファセット
から反射しないようにするので、一般に好ましくない。
シリコンをオーバーエッチングし、又はマスク形体の幅
を最小にすることにより、平面360を少なくしある環境
ではなくすこともできる。又は、図４Ａ〜Ｅに示すよう
に、格子のレプリカを作ることにより、平面をなくすこ
とができる。
【００２３】レプリカ格子の製作は、格子400等のマス
ター格子で始まる。格子400は図３Ｅの格子に似ている
が、反射コーティング350は形成されず、分離混合物410
の薄膜が格子の上に形成される。又は、分離混合物410
は反射コーティング350の頂部に形成され、又はある環
境では分離混合物は使用されない。図４Ｂは、反射コー
ティング420が分離混合物の薄膜上に形成されることを
示す。反射コーティング420は、レプリカ格子の反射表
面を形成する。又は、複製プロセスのこの点で、反射コ
ーティングを形成することはできず、その代わりレプリ
カ格子がマスター格子から分離した後反射コーティング
を加えることができる。次に、図４Ｃに示すように、樹
脂430を使用してコーティングしたマスター格子400をレ
プリカ基板440に結合し、樹脂を重合させる。レプリカ
基板440は、ＢＫ−７、ＰｙｒｅｘTM、ＺｅｒｏＤｕｒ
TM、ＵＬＥ等の標準光学ガラス、又は溶融シリカ等のガ
ラスで作ることができる。金属又は軽量複合物等の他の
材料を使用することもできる。さらに、ポリエステルと
エポキシベースの樹脂等の色々の異なる樹脂が、樹脂43
0に適する。図４Ｄは、樹脂430が十分に硬化した後にマ
スター格子をレプリカから分離することを示す。分離層
と樹脂があるので、反射コーティング420は、レプリカ
格子450に付いたままである。マスター格子の各溝の底
部でファセットが合うので、レプリカ格子の溝間の頂端
部460は一般に鋭いエッジとなり、図３Ｅに示す平面360
はない。
【００２４】レプリカ格子を製作する他の技術の例は、
コンパクトディスク（ＣＤ）製造技術を使用する。ＣＤ
では、マスターを作るプロセスは、一般に研磨した平ら
なガラスマスターで始まる。マスターにフォトレジスト
の層をコーティングし、次に記録レーザーからの光に露
光する。フォトレジストがポジのフォトレジストであれ
ば、光に露光したフォトレジストの部分は、次の現像ス
テップで除去される。フォトレジストがネガのフォトレ
ジストであれば、光に露光されないフォトレジストの部
分は、次の現像ステップで除去される。従って、マスタ
ーには、ディスクに記録された二進データを表すピット
又は突起が作られる。次にマスターは、金属の薄層（例
えば、銀及び／又はニッケル）でコーティングされる。
金属被覆されたマスターは、次に電気鋳造プロセスにか
けられ、電気めっき等により追加の金属が、要求される
厚さになるまで金属の薄層に加えられる。この薄い金属
層は、しばしば「ファザー」と呼ばれるが、次にマスタ
ーから分離され、マスターの反対の像を表す。ファザー
は、マスターの反対なので、スタンパーとして使用し
て、ＣＤを直接複製することができる。又は、ファザー
を使って電気鋳造プロセスを行って、別のマスター即ち
「マザー」を複製することもできる。次に、マザーを使
用して、ＣＤを作るのに必要なスタンパーの複数のコピ
ー（「息子」）を電気鋳造する。電気鋳造プロセスは、
色々の技術と材料を使用して行うことができる。マスタ
ー、ファザー、又はマザーと、次の電気めっきされた金
属層との間に分離層を形成する等の別のステップを設け
ることもできる。
【００２５】いったん好適なスタンパーが製造される
と、それは圧縮型又は射出成形型に組込まれる。ポリメ
チルアクリレート、又はポリカーボネート等の溶融プラ
スチックが、型内にスタンパーに対して高圧で射出され
る。次にプラスチックは、ディスクを除去する前に急速
に冷却される。次に、アルミニウム等の反射層が、ディ
スクのデータ側に形成される。最後に、アルミニウムの
上に保護層が形成される。
【００２６】レプリカ回折格子の複製用にこのプロセス
を修正すると、ＣＤガラスマスターは、図５Ａに示すよ
うに格子500等のマスター回折格子で置きかえられる。
格子500は図３Ｅの格子と似ているが、反射コーティン
グ350は形成されていない。図５Ｂに示すように、格子5
00は、射出成形又は圧縮型内のスタンパーとして使用す
ることができる。型550は、キャビティ552を備え、その
中にスタンパーとして使うため格子500を置く。キャビ
ティの残りの空間は、入口554により、ポリメタクリレ
ート又はポリカーボネート等のプラスチックで満たさ
れ、レプリカ格子530を形成する。プラスチックが冷却
して硬化した後、図５Ｃに示すように、格子530を型か
ら除去する。次にレプリカは、反射及び／又は保護材料
でコーティングし、所望により他の基板に取り付けるこ
とができる。マスター格子の各溝の底部でファセットが
出会うので、レプリカ格子の溝間の頂端部565は、一般
に鋭いエッジとなり、図３Ｅに示す平面360はない。
【００２７】ＣＤ複製の場合と同様に、スタンパーは、
ファザー、マザー、又はオリジナルのマスター回折格子
に基づいて電気鋳造された息子でも良い。上述のマスタ
ー回折格子から生じたレプリカの1つの利点は、溝間の
鋭い頂部エッジであり、好適なスタンパーは電気鋳造さ
れたマザーであり、これはマスター格子と同じ表面外形
でファザーから形成されたスタンパーであり、それはマ
スター回折格子から形成されたものである。マザースタ
ンパーを使用することにより、平面360が溝の底部に位
置することが保証され、溝間のエッジは鋭くなる。
【００２８】図６は、本発明の回折格子を使用すること
ができる装置の例、この場合はレーザーを示す。スペク
トルを狭くしたレーザー600は、パルス又は連続波（Ｃ
Ｗ）で作動するエキシマレーザー、色素レーザー、イオ
ンレーザー、固体レーザー等の色々の異なるレーザー技
術に基づくことができる。初めにゲイン生成媒体610
が、スペクトルの広いレーザー光を発生する。エキシマ
レーザーの場合、ゲイン生成媒体610は窓612と624を有
する放電室でも良い。放電室は、例えばネオン、クリプ
トン、フッ素等のガスの混合物を含有し、それが電気放
電により励起される。励起により、レーザー作動に必要
な反転分布でエキシマ分子ＫｒＦを形成し、レージング
が起こるとき、248ｎｍ付近の広い範囲で紫外レーザー
光が生じる。エキシマレーザーの他の例は、フッ化アル
ゴン（ＡｒＦ）、塩化キセノン（ＸｅＣｌ）、フッ化キ
セノン（ＸｅＦ）である。レーザー光は、窓612とアパ
ーチャ640を通り、そこでビーム拡大器630により拡大さ
れる。ビーム拡大器630は、レンズ、プリズム、又は他
の好適な光学要素により構成することができる。ビーム
拡大器630は、レーザー光の幅を拡大し、ビームが最小
幅を有するようにし、それが次にミラー620により反射
されて、レプリカ格子等の格子450へ行く。
【００２９】上述したように、格子を取り付ける方法
と、色々の格子のパラメータ（例えば、幅、ブレーズ
角、反射率、溝間隔、回折次数）により、ミラー620へ
反射されて戻る光が決まる。従って、特定の狭い帯域内
の光のみが格子450により反射される。好ましくない波
長は、ゲイン生成媒体へ行かないように反射される、例
えばミラー620により反射されず、又はアパーチャ640に
より除去される。ゲイン生成媒体610へ戻るレーザー光
は、誘発発光プロセスで増幅され、窓614とアパーチャ6
50を通ってミラー660へ行く。ミラー660は、一部反射性
で、レーザー光のある割合（例えば90％）が通過し、光
の残りの部分がゲイン生成媒体へ反射して戻り、さらな
る増幅とスペクトルを狭くするのに使用される。格子45
0のような注意深く成形されたブレーズ角と欠陥のない
反射表面を有する大きい高品質回折格子等のスペクトル
を狭くする技術を使用して、数百から1000ｐｍの広いゲ
インプロファイルを有するＫｒＦエキシマレーザーは、
ライン幅約1〜3ｐｍにスペクトルを狭くすることができ
る。本発明の格子が、光源を有しスペクトルを狭くする
又は分離する形式を要する色々の光学装置、例えばレー
ザー装置、分光計、波長計等に使用できることを当業者
は理解するであろう。
【００３０】本発明のマスター回折格子は、シリコンか
ら作られることを示したが、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）
等の多くの他の異なる単結晶材料を使用することができ
る。さらに、色々の異なる湿式と乾式の腐食液を使用し
て、所望の選択的エッチングを行い、材料がエッチング
されると、特定の格子の形態、材料の結晶面の方向、及
び格子基板の表面の方向になるようにすることができ
る。ここに述べた発明の記述は例示であり、特許請求の
範囲に記載した発明の範囲を制限することを意図してい
ない。特許請求の範囲に記載した発明の範囲と精神から
離れることなく、ここに記載した発明の詳細な説明に基
づいて、ここに開示した実施例の変更と修正を行うこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 リトロー構成のエシェル格子の幾何学的形態
を示す。
【図２】 回折格子の基板がシリコンのブールからどの
ように切断されるかを示す。
【図３Ａ】 回折格子製作プロセスの各点における回折
格子の断面図。
【図３Ｂ】 回折格子製作プロセスの各点における回折
格子の断面図。
【図３Ｃ】 回折格子製作プロセスの各点における回折
格子の断面図。
【図３Ｄ】 回折格子製作プロセスの各点における回折
格子の断面図。
【図３Ｅ】 回折格子製作プロセスの各点における回折
格子の断面図。
【図４Ａ】 図３Ａ−３Ｅの回折格子又は同様の回折格
子から形成されたレプリカ回折格子の断面図。
【図４Ｂ】 図３Ａ−３Ｅの回折格子又は同様の回折格
子から形成されたレプリカ回折格子の断面図。
【図４Ｃ】 図３Ａ−３Ｅの回折格子又は同様の回折格
子から形成されたレプリカ回折格子の断面図。
【図４Ｄ】 図３Ａ−３Ｅの回折格子又は同様の回折格
子から形成されたレプリカ回折格子の断面図。
【図４Ｅ】 図３Ａ−３Ｅの回折格子又は同様の回折格
子から形成されたレプリカ回折格子の断面図。
【図５Ａ】 図３Ａ−３Ｅの回折格子又は同様の回折格
子から形成された他のレプリカ回折格子の断面図。
【図５Ｂ】 図３Ａ−３Ｅの回折格子又は同様の回折格
子から形成された他のレプリカ回折格子の断面図。
【図５Ｃ】 図３Ａ−３Ｅの回折格子又は同様の回折格
子から形成された他のレプリカ回折格子の断面図。
【図６】 本発明の回折格子を備えるレーザー装置の概
略図。
【符号の説明】
100 格子 110 溝 120 ファセット 130 入射光 200 単結晶シリコン 202,204 平面 300 基板 310 酸化層 320 フォトレジストマスク形態 330 ハードマスク形態 340 溝 342,344 ファセット 350 反射コーティング
フロントページの続き (72)発明者 ジョン エル クラウリー アメリカ合衆国 ネヴァダ州 89403 デ イトン リヴァー ヴィスタ ドライヴ 33

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エシェルにおいて、 表面を有する単結晶基板、 前記基板に形成された複数のほぼ平行な溝、を備え、 各溝は、前記基板の第１結晶面とほぼ同一平面の第1フ
    ァセットと、 前記第1ファセットと平行でなく前記基板の第２結晶面
    とほぼ同一平面の第２ファセットとを有し、 前記基板の前記表面と前記第1ファセットとにより形成
    されるブレーズ角を有する回折格子を備えることを特徴
    とするエシェル。
  2. 【請求項２】 レプリカ回折格子において、 基板、 基板の表面上に配置された樹脂層を備え、前記樹脂層
    は、マスター回折格子と接触させることにより形成され
    た第１の複数のほぼ平行な溝を備え、前記マスター回折
    格子は、 表面を有する単結晶基板と、 前記単結晶基板基板に形成された第2の複数のほぼ平行
    な溝とを有し、各溝は、 前記基板の第１結晶面とほぼ同一平面の第1ファセット
    と、 前記第1ファセットと平行でなく前記基板の第２結晶面
    とほぼ同一平面の第２ファセットとを有し、 前記基板の前記表面と前記第1ファセットとにより形成
    されるブレーズ角を有するマスター回折格子を備える回
    折格子。
  3. 【請求項３】 回折格子を製造する方法において、 上面を有する単結晶基板を形成し、前記上面は、前記基
    板の第1結晶面に対してブレーズ角を形成する向きであ
    り、 前記基板上にフォトレジスト層を形成し、 前記フォトレジスト層を露光し現像して、複数のほぼ平
    行なマスク形態を形成し、 前記基板を第1腐食液で第３結晶面に沿って選択エッチ
    ングして、複数の溝を形成し、各溝は、２つの隣接する
    マスク形態の間に形成され、前記第１結晶面とほぼ同一
    平面の第1ファセットと、前記第２結晶面とほぼ同一平
    面の第２ファセットとを有し、 前記マスク形態を除去する、ことを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 レプリカ回折格子を製造する方法におい
    て、 マスター回折格子を設け、該マスター回折格子は、 表面を有する単結晶基板と、 前記基板に形成された複数のほぼ平行な溝とを有し、各
    溝は、 前記基板の第１結晶面とほぼ同一平面の第1ファセット
    と、 前記第1ファセットと平行でなく前記基板の第２結晶面
    とほぼ同一平面の第２ファセットとを有し、 前記マスター回折格子は、前記基板の前記表面と前記第
    1ファセットとにより形成されるブレーズ角を有し、 前記マスター回折格子に樹脂層でコーティングし、 レプリカ基板を前記樹脂層に結合し、 前記マスター回折格子を、前記樹脂層と基板から分離す
    る、ことを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 光源、 前記光源からの光を受取り、前記光源からの特定の波長
    範囲の光を反射するように配置されたレプリカ回折格子
    を備え、 前記レプリカ回折格子は、 基板と、 前記基板の表面上に配置された樹脂層とを有し、前記樹
    脂層は、マスター回折格子と接触させることにより形成
    された第１の複数のほぼ平行な溝を有し、前記マスター
    回折格子は、 表面を有する単結晶基板と、 前記単結晶基板に形成された第２の複数のほぼ平行な溝
    とを有し、各溝は、 前記基板の第１結晶面とほぼ同一平面の第1ファセット
    と、 前記第1ファセットと平行でなく前記基板の第２結晶面
    とほぼ同一平面の第２ファセットとを有し、 前記マスター回折格子は、前記単結晶基板の前記表面と
    前記第1ファセットとにより形成されるブレーズ角を有
    することを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】 光源、 前記光源からの光を受取り、前記光源からの特定の波長
    範囲の光を反射するように配置されたエシェルを備え、
    前記エシェルは、 表面を有する単結晶基板と、 前記基板に形成された複数のほぼ平行な溝とを有し、 各溝は、 前記基板の第１結晶面とほぼ同一平面の第1ファセット
    と、 前記第1ファセットと平行でなく前記基板の第２結晶面
    とほぼ同一平面の第２ファセットとを有し、 回折格子は、前記単結晶基板の前記表面と前記第1ファ
    セットとにより形成されるブレーズ角を有することを特
    徴とする装置。
  7. 【請求項７】 レプリカ回折格子を製造する方法におい
    て、 マスター回折格子から、格子表面を有するスタンパーを
    形成し、 前記マスター回折格子は、 表面を有する単結晶基板と、 前記基板に形成された複数のほぼ平行な溝とを有し、 各溝は、 前記基板の第１結晶面とほぼ同一平面の第1ファセット
    と、 前記第1ファセットと平行でなく前記基板の第２結晶面
    とほぼ同一平面の第２ファセットとを有し、 前記マスター回折格子は、前記基板の前記表面と前記第
    1ファセットとにより形成されるブレーズ角を有し、 前記格子表面が型の内面になるように、前記スタンパー
    を前記型内に配置し、 前記型に液体状のプラスチックを満たし、 成形されたレプリカ回折格子を前記スタンパーから分離
    する、ことを特徴とする方法。
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