JP2002107521A

JP2002107521A - 回折光学素子用金型、回折光学素子、及びその作製方法

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Publication number: JP2002107521A
Application number: JP2000295766A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Tejima; 隆行手島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2002-04-10
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: JP3548511B2

Abstract

(57)【要約】【課題】作製プロセスが容易で、制御性が高く、回折効
率が高く、強固な回折光学素子、そうした回折光学素子
用の金型、及びその作製方法である。【解決手段】回折光学素子用金型の作製方法において、
導電性部２を有する基板１を用意し、導電性部２上に絶
縁性のマスク層３を形成し、マスク層３に所望の回折光
学素子ピッチに対応した間隔で複数の細長い開口部４を
形成して導電性部２を露出し、開口部４が隔壁間におい
て偏心した位置にくるように隔壁５をマスク層３上に形
成し、基板を陰極として、電気メッキないし電着により
開口部４を通じて開口部４及びマスク層３上に、断面が
ほぼ扇形のブレード形状のメッキ層６ないし電着層を形
成し、少なくとも隔壁５を除去し、メッキ層６ないし電
着層から導電性部２或いはマスク層３にわたり連続膜７
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回折光学素子用金
型（本明細書では、特に区別する場合を除いて、金型と
言う場合は金型及び金型マスターを含めた意味で使用す
る）、回折光学素子、及びその作製方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】回折光学素子は、透明板に微細ピッチの
適当な形状の凹凸や濃淡の縞を連続的に形成し、光波の
回折現象を利用してレンズ作用を生じさせるものであ
る。近年の光学系の高性能化や小型軽量化に伴い、回折
光学素子は、光学系の薄型化と軽量化が計れることから
注目を集めている。

【０００３】従来、回折光学素子を作製するのに、その
加工の容易さから、感光層をフォトリソグラフィにてブ
レード形状に形成する方法（特開昭５４−１１０８５７
号公報）が知られていた。ところが、この方法では感光
材料のみに限定されるほか、斜め方向からの露光をする
ため、リング状の回折光学素子を形成することは困難で
ある。

【０００４】また、フォトリソグラフィとドライエッチ
ングによってレジストパターンを基板に転写する方法
（特開昭６０−１０３３１１号公報）も知られている。
この方法により、ガラス，シリコン、石英基板等の耐磨
耗性の基板に形状を転写することができる。しかしなが
ら、この方法では、レジスト膜厚が露光量に対し直線的
に変化しないため、ブレード形状を得ようとする場合に
はレジストの特性に合わせて露光量を精密に制御しなけ
ればならない。さらに、露光に用いる光のレジスト内で
の散乱あるいは近接効果によって、微細領域にてパター
ン形状が設計値からずれる場合がある。そのため、散
乱、近接効果を設計時に考慮しなければならない。ま
た、ドライエッチングにより基板に形状を転写する為に
は、レジストと基板とのエッチング速度差も設計対象と
なり、設計が複雑になってしまう。また更に、ドライエ
ッチング装置は高価であり回折光学素子の単価上昇につ
ながってしまう。

【０００５】他の方法としては、基板上にフォトリソグ
ラフィによってレジストパターンを形成し、エッチング
あるいは成膜を数回繰り返して近似ブレードを形成する
方法（特開平２−１１０９号公報）がある。この方法で
は、ブレード形状を階段形状に近似したものであり、回
折効率が低下してしまう。更に、工程数が多くなるため
生産コストが大きくなってしまう。

【０００６】また、旋盤のような刃物で曲率の大きな先
端部の領域を機械加工し、機械加工では不可能に近い曲
率の大きな溝部の加工を収束イオンビームで行なう方法
（特開平３−１２０５０１号公報）がある。これによっ
て微細な加工は可能ではあるが、イオン源の侵入深さや
安定性に問題がある。さらに、イオンビーム加工速度は
遅く、量産の観点からも問題がある。

【０００７】これらの問題を解決する方法に、金型を利
用する方法がある。例えば、金型を作製する方法として
は特開平１１−３２０５７２号公報に開示のものがあ
る。この方法では、金属層上に開口部を有する絶縁膜を
形成し、その開口部が偏心した位置にくるようにグリッ
ド状の壁を絶縁膜上に形成する。その後、電気メッキを
行ってブレード形状のメッキ層を形成し、それを金型と
するものである。金型を形成すれば、簡略な工程で樹脂
モールディングによってレプリカを安価にて量産するこ
とが可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この方法は、ブレード
状のメッキ層間の開口部から同様なブレード状のメッキ
層を形成し、各ブレード間の隙間を無くす方法である。
ところが、この方法では、グリッド状の隔壁を、最初に
形成したブレード状のメッキ層上に形成し、メッキ層を
絶縁することによって該メッキ層間の開口部からブレー
ド状の新たなメッキ層を形成するのであるが、最初のメ
ッキ層の周りには隔壁があるため該メッキ層間から成長
したメッキ層は、最初に形成したメッキ層に接すること
ができない。したがって、各ブレード間の隙間を完全に
無くすことができず、回折効率の低下を招いてしまうと
いう問題点がある。また、隔壁を形成する工程が2回の
プロセスに分かれており、位置ずれを招く恐れもある。

【０００９】本発明は、上記従来技術の有する問題点を
鑑み成されたものであり、その目的は、（１）作製プロ
セスが容易で、かつ制御性が高く、（２）回折効率が高
く、（３）強固な回折光学素子、そうした回折光学素子
用の金型、及びその作製方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
する回折光学素子用金型の作製方法は、（１）導電性基
板又は電極層を有する基板（すなわち、導電性部を有す
る基板）を用意する工程、（２）前記導電性部上に絶縁
性のマスク層を形成する工程、（３）マスク層に所望の
回折光学素子ピッチに対応した間隔で複数の細長い開口
部を形成して導電性部を露出する工程、（４）前記開口
部が隔壁間において偏心した位置にくるように隔壁（典
型的には、マスク面に対して垂直に立つ）をマスク層上
に形成する工程、（５）前記基板を陰極として、電気メ
ッキないし電着により前記開口部を通じて開口部及びマ
スク層上に、断面がほぼ扇形のブレード形状のメッキ層
ないし電着層を形成する工程、（６）少なくとも前記隔
壁を除去する工程、（７）前記メッキ層ないし電着層か
ら導電性部或いはマスク層にわたり連続膜を形成する工
程、を有することを特徴とする。

【００１１】この作製方法では、隔壁を形成する工程が
１回であるので作製プロセスが容易である。また、隔壁
の高さと幅及び開口部幅とピッチによって、前記ブレー
ド形状のメッキ層ないし電着層のピッチ及び曲率を制御
でき、かつ前記連続膜の膜厚によって前記ブレード形状
のメッキ層ないし電着層の曲率を制御できるので、方法
の制御性が高い。更に、連続膜でメッキ層ないし電着層
が基板に強固に固定されるので、作製される金型は強固
であり、前記ブレード形状間の平面部が容易に無くせる
ので、この金型で作製される回折光学素子の回折効率を
高くできる。

【００１２】上記の基本構成に基づいて、以下の如き、
より具体的な態様も可能である。前記工程（６）におい
ては、材料（例えば、電極層との密着性の良いＰＳＧ(P
hosphosilicate glass)）によってはマスク層を残して
もよいが、典型的には、マスク層及び隔壁を除去し、前
記工程（７）においてメッキ層ないし電着層からマスク
層にわたり連続膜を形成する。

【００１３】前記工程（３）においては、半導体フォト
リソグラフィプロセスとエッチングなどにより開口部を
できるが、電子ビーム描画によるフォトリソグラフィを
用いて開口部を形成することで、狭いピッチを有する回
折光学素子を作製する為の金型を作製することもでき
る。

【００１４】前記工程（７）においては、典型的には、
回折効率の高い回折光学素子を作製できる様に、隣接す
るメッキ層ないし電着層間の平面部が無くなる様な厚さ
まで連続膜を形成する。

【００１５】前記工程（７）において、前記連続膜は無
電解メッキ、薄膜蒸着、CVD（Chemical Vapor Deposi
tion）、電気メッキないし電着などによって形成されう
る。無電解メッキ、薄膜蒸着、CVDなどで形成すること
で、ほぼ均一な厚さの連続膜を容易に形成できて、前記
ブレード形状を制御性良く作製できる。

【００１６】また、前記回折光学素子用金型の作製方法
は、典型的には、連続膜が形成された構造を金型マスタ
ーとして用いてその上に回折光学素子用金型を形成した
後に該金型を分離する工程を有する。

【００１７】更に、上記目的を達成する回折光学素子の
作製方法は、上記の回折光学素子用金型の作製方法で作
製された金型上に回折光学素子となる材料を塗布した後
に、これを剥離することで回折光学素子を作製すること
を特徴とする。これにより、回折効率が高く、強固な回
折光学素子を容易にかつ制御性高く作製できる。

【００１８】更に、上記目的を達成する回折光学素子用
金型は、導電性部を有する基板上に、所望の回折光学素
子ピッチに対応した間隔で形成された断面がほぼ扇形の
ブレード形状の複数の細長いメッキ層ないし電着層、該
メッキ層ないし電着層ならびに導電性部或いはメッキ層
ないし電着層を形成する際に用いられたマスク層上に形
成された連続膜からなることを特徴とする。この金型の
構成においては、ブレード形状のメッキ層ないし電着層
のピッチ及び曲率を良好に制御でき、連続膜でメッキ層
ないし電着層が基板に強固に固定されうるので、金型は
強固であり、更に、前記ブレード形状間の平面部が容易
に無くせるので、この金型で作製される回折光学素子の
回折効率を高くできる。

【００１９】前記メッキ層ないし電着層は直線状或いは
曲線状に互いに平行に形成されたり、前記メッキ層ない
し電着層は等間隔或いは変化する間隔で形成されたりす
る。これらの設計は、所望する回折光学素子に応じて適
当に決めればよい

【００２０】更に、上記目的を達成する回折光学素子
は、導電性部を有する基板上に、所望のピッチで形成さ
れた断面がほぼ扇形のブレード形状の複数の細長いメッ
キ層ないし電着層、該メッキ層ないし電着層ならびに導
電性部或いはメッキ層ないし電着層を形成する際に用い
られたマスク層上に形成された連続膜からなることを特
徴とする。

【００２１】上記構成の金型は、各部の材料が使用光に
対して適当な性質（透光性、屈折率など）を持っていれ
ば、そのまま回折光学素子として用いることもできる。

【００２２】以上が本発明の回折光学素子、回折光学素
子用金型、その作製方法の基本的及びより具体的な構成
であり、その詳細及び作用について典型的な例に沿って
以下に説明する。

【００２３】まず、ブレード状のメッキ層ないし電着層
の形成原理について述べる。導電性基板又は電極層を有
する基板上に形成された絶縁層の微細な開口部に電気メ
ッキないし電着を行うと、まず開口部内にメッキ層ない
し電着層が析出し、さらに電気メッキないし電着を行う
と開口部及びマスク層上にメッキ層ないし電着層が成長
し始める。電気メッキないし電着の陽極に比べて開口部
寸法が十分に小さいと、メッキ層ないし電着層は開口部
の中心に対して等方的に成長する。ここで、細長い開口
部の一辺或いはその近くに隔壁を設けることによって、
隔壁方向への成長は抑制或いは起こらず、主に片側方向
のみの成長となりブレード状（典型的には、断面が図１
に示すような直線と円弧で画成される扇形である形状）
のメッキ層ないし電着層が形成できる。

【００２４】この方法はエッチングにより原版を形成す
る方法に比べて、所望の形状が得られた時点で陽極と陰
極との間に流れる電流を停止すればメッキの析出ないし
電着を停止できるために、水洗までの時間でエッチング
されてしまう様な不測の形状誤差を回避でき、作製の制
御性が良い。

【００２５】次に、回折光学素子用金型の作製方法を示
す。まず、導電性基板又は電極層を有する基板上に絶縁
性のマスク層を形成する。メッキないし電着用基板材料
としては、金属、半導体、絶縁体の何れの材料でもよ
く、平坦性の良好な金属板、ガラス基板、シリコンウエ
ハ等を使用することが可能である。基板として金属材料
を使用するのであれば、電極層を形成する必要はない。
また、半導体を用いる場合、電気メッキないし電着が可
能な程度の電導性を有するのであれば、必ずしも電極層
を形成する必要はない。電極層としては、メッキ液ない
し電着液（電着性有機化合物（アニオン型電着のアクリ
ル系樹脂、カチオン型電着のエポキシ系樹脂等））にさ
らされる為に、使用する液に腐蝕されない材料より選択
される。

【００２６】マスク層は絶縁性を有する材料であればよ
く、無機絶縁体、有機絶縁体のいずれも使用することが
できる。電極層及びマスク層の形成方法としては、真空
蒸着法、スピンコート法、ディップ法、化学堆積法（Ｃ
ＶＤ）等の薄膜形成方法を用いる。

【００２７】次に、マスク層に開口部を形成する。開口
部ピッチないし間隔は、所望の回折光学素子のピッチな
いし間隔に対応して設定する。開口部を輪帯状にし、か
つ外側に向かって開口部間隔が小さくなる様に形成する
ことにより、フレネル回折光学素子を作製することも可
能である。開口部形成に当たっては、微小ないし微細な
開口を形成することが可能な半導体フォトリソグラフィ
プロセスとエッチングにより開口部を形成する。マスク
層として、フォトレジストを用いるとエッチングの工程
を省略できる。また、このとき電子ビーム描画法とフォ
トリソグラフィを用いることより、波長以下のピッチを
有する回折光学素子を形成することもできる。

【００２８】次に、開口部が隔壁間において偏心した位
置にくるように、隔壁を形成する。隔壁は絶縁性を有す
る材料であればよく、無機絶縁体、有機絶縁体のいずれ
も使用することができる。隔壁は、真空蒸着法、スピン
コート法、ディップ法、化学堆積法（ＣＶＤ）等の薄膜
形成方法と半導体フォトリソグラフィプロセスとエッチ
ングにより形成することができる。隔壁として、フォト
レジストを用いると該エッチングの工程を省略できる。

【００２９】ここで、隔壁の高さと幅及び開口部幅によ
って、後の工程で形成される電気メッキ層ないし電着層
から成るブレード形状の制御が可能になる。

【００３０】電気メッキないし電着は次の方法で行な
う。メッキないし電着用基板をワークとして金属イオン
を含むメッキ液或いは上記した電着液に漬け、陽極板と
の間に外部電源を繋げて電流を流し、開口部にメッキ層
ないし電着層を形成する。開口部にメッキないし電着層
が形成され、さらに続けることで開口部及びマスク層上
にメッキ層ないし電着層が成長し始める。陽極に比べて
開口部寸法が十分に小さいと、メッキ層ないし電着層は
等方的に成長する。ここで、開口部の一辺或いはその近
くに隔壁があることによって隔壁方向への成長は抑制或
いは起こらず、主に片側方向のみの成長となってブレー
ド状のメッキ層ないし電着層が形成される。ブレード状
のメッキ層はメッキ浴中の金属イオンが電気化学反応に
より析出することにより形成される。

【００３１】電気メッキでは、メッキ時間、メッキ温度
を制御してメッキ層の厚さを容易に制御することが可能
である。主なメッキの金属としては、単金属では、Ｎ
ｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等、合金で
は、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｚｎ−Ｎｉ
等が使用可能である。他の電気メッキが可能な材料も用
いることは可能である。電着についても同様であり、そ
の材料は既に述べた通りである。

【００３２】次に、マスク層と隔壁を除去し（マスク層
はＰＳＧなどの場合、残してもよい）、メッキ層ないし
電着層から電極層にかけて連続膜を形成する。連続膜の
形成方法としては、電気メッキ、電着、無電解メッキの
何れでも良いが、無電解メッキを用いることにより光沢
度の高い回折光学素子、或いは回折光学素子用金型が得
られる。また、ここでも、連続膜の膜厚によってブレー
ド形状を制御することが可能となる。

【００３３】これによって、メッキ層ないし電着層は電
極層上に強固に固定され、その後の工程においてメッキ
層ないし電着層が脱落することが防止できて回折光学素
子用金型の耐久性が良くなる。

【００３４】ここで、隣接するメッキ層ないし電着層間
の平面部が無くなる様の厚さまで連続膜を形成すること
によって、隣接するブレード間の隙間は無くなり、回折
効率の高い回折光学素子、及びそうした回折光学素子を
作製できる金型を作製することが可能になる。

【００３５】回折光学素子用金型は、上記の構造を回折
光学素子用金型マスター（原版）として用いこれに金型
材料を形成した後、金型を剥離することで得られる。回
折光学素子用金型は、電気メッキなどにて形成した原版
から直接形成できるために、高価な設備を必要とせず、
低コストで作製できる。剥離の方法としては、機械的に
原版と金型を剥離すればよい。しかしながら、大判化す
ると剥離時に変形する場合がある為、基板、メッキ層な
いし電着層、連続膜を順次裏面よりエッチング除去する
方法を取ってもよい。

【００３６】連続膜上に犠牲層を設けた後に金型を形成
する場合には、犠牲層を除去することにより金型と基板
を剥離することが可能である。この場合、犠牲層をエッ
チングするエッチャントにより金型が腐蝕されないよう
な犠牲層の材料を選ぶ。犠牲層をエッチングするエッチ
ャントにより連続膜、メッキ層ないし電着層及び基板も
腐蝕されない場合、連続膜、メッキ層ないし電着層を形
成した基板を原版として、複数回使用することが可能で
ある。そして、原版が複数回の使用により傷、汚れ等に
より使用できなくなった場合に、同様の方法により金型
を容易に作製することができる。

【００３７】回折光学素子用金型の材料としては、連続
膜、メッキ層ないし電着層を形成した基板（金型マスタ
ー）上に形成でき、かつ剥離できるものであれば、樹
脂、金属、絶縁体等の何れの材料も用いることができ
る。

【００３８】簡略な金型の形成方法としては、樹脂や金
属、ガラスの溶融または溶解した溶液を、連続膜、メッ
キ層ないし電着層が形成された基板上に塗布し硬化した
後に、上述した剥離の方法により剥離し形成する。この
場合、金型材料としては基板や連続層と合金化しない材
料を選択する。

【００３９】他の方法としては、基板を陰極として連続
膜上に金型を電気メッキして形成する。犠牲層を用いる
のであれば、犠牲層上に金型用電極層を形成し該金型用
電極層を陰極として電気メッキを行う。

【００４０】さらに、上記回折光学素子用金型上に回折
光学素子となる材料を形成した後、これを剥離すること
により回折光学素子を形成できる。これにより、低コス
トで且つ容易に、同一の形状の回折光学素子を作製する
ことが可能となる。回折光学素子の材料としては、回折
光学素子用金型との剥離性が良好な材料が用いられる。
回折光学素子材料として樹脂を用いる場合は、光透過性
の熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂等を回
折光学素子用金型上に塗布した後、紫外光照射、電子線
照射等により硬化させる。硬化時には、気泡が形成され
ないようにする。樹脂を塗布する場合には、脱気を行う
と良い。硬化後に、樹脂は金型から剥離され回折光学素
子が形成される。回折光学素子となる樹脂としては、回
折光学素子を用いる受光または発光装置が利用する光の
波長領域で光透過可能な材料を用いる。

【００４１】上記方法で回折光学素子を作製する場合に
は、アルカリガラスが必須とはならず、イオン交換法と
比べて、回折光学素子、支持基板の材料の制限を少なく
することができる。樹脂の代わりに溶融したガラスを使
用すれば、ガラスの回折光学素子を作製できる。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しつつ発明の
実施の形態ないし実施例を説明する。

【００４３】（第1実施例）第1実施例を図1から図6の作
製工程図を用いて説明する。先ず、酸化ガスを用いて熱
酸化し、両面に１μｍ厚の二酸化シリコン膜が形成され
た４インチφのシリコンウエハを、図１に示す基板１と
して用いる。このウエハ１に、薄膜形成法の１つである
真空スパッタ法によりＴｉとＰｔを夫々５０Å、５００
Å連続して成膜し、電極層２を形成する（図１
（ａ））。その上にポジ型フォトレジスト（Ａｚ１５０
０：クライアント社製）を塗布し膜厚1μｍのマスク層
３を形成する。次に、マスク層３上にフォトレジストを
成膜し、フォトリソグラフィーにより該フォトレジスト
を露光、現像し、これをマスクとしてエッチングして電
極層２を部分的に露出させ、細長い開口部４を形成す
る。ここでは、開口部４はシリコンウエハ面内の９５ｍ
ｍ角の領域内に真っ直ぐなライン状に設けた。その開口
幅は2μｍであり、隣接する開口部４との間隔は１0μm
である（図１（ｂ）が断面図、図２が斜視図）。

【００４４】次に、ポジ型フォトレジスト（ＡｚＰ４６
２０：クライアント社製）を塗布、露光、現像し、隔壁
5を形成する。ここでは、隔壁５の幅は３μｍ、高さは
５μｍであり、ピッチ１０μｍで開口部４の縁に沿って
ライン状に形成した（図１（ｃ）が断面図、図３が斜視
図）。

【００４５】この基板１をワークとして用いて、電極層
２を陰極とし、硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及
び光沢剤からなるＮｉメッキ浴を用いて、無攪拌にて浴
温５０℃、陰極電流密度４０Ａ／ｄｍ^２でＮｉメッキを
行なう。Ｎｉからなるメッキ層６はまず開口部４から析
出、成長し、更にマスク層３上にもメッキ層６が広が
る。そのとき、隔壁側へは隔壁５があるのでメッキ層６
は成長しないため、図１に示すような断面がほぼ扇形の
ブレード状のメッキ層６が得られる。このとき、ブレー
ド状のメッキ層６の高さは６μｍで、幅は６μｍであっ
た（図１（ｄ）が断面図、図４が斜視図）。

【００４６】次に、アセトンとＮ,Ｎ-ジメチルホルムア
ミドでマスク層３及び隔壁５を除去する（図１（ｅ）が
断面図、図5が斜視図）。

【００４７】次に、次亜リン酸塩の還元剤を含む無電解
Ｎｉメッキ液（アルニックCT、パックス社製）を用い
て、浴温９０℃でＮｉ無電解メッキを行ない、連続膜7
を隣接するメッキ層６間の平面部が無くなる様な厚さま
で形成する（図１（ｆ）が断面図、図6が斜視図）。

【００４８】これによって、メッキ層６は電極層２上に
強固に固定され、回折効率の高い回折光学素子用の金型
が得られた。連続膜７の形成に無電解メッキを用いるこ
とにより光沢度の高い回折光学素子用金型が得られた。

【００４９】以上、本実施例により、作製プロセスが容
易で、制御性が高く、かつ強固な回折光学素子用金型の
製造方法、及び回折効率の高い回折光学素子を提供する
ことができた。

【００５０】次に、上記金型をマスターとして用いこの
上に電鋳用離型剤を塗布する。この基板を陰極として、
スルファミン酸ニッケルと臭化ニッケルとほう酸及び光
沢剤からなるＮｉメッキ浴を用いて、浴温５０℃、陰極
電流密度５Ａ／ｄｍ^２でＮｉ電気メッキを行ない、回折
光学素子用金型を形成する。その後、基板から金型を離
型して回折光学素子用金型を形成する。

【００５１】この回折光学素子用金型を用いて回折光学
素子は次の様に作製する。この金型に紫外線硬化樹脂を
塗布後、支持基板となるガラス基板をその上に載せる。
紫外線照射により該樹脂を硬化させた後に剥離すること
により、回折光学素子が作製できる。この回折光学素子
は各ブレード間に平らな隙間が無く、高い回折効率を有
している。

【００５２】（第２実施例）第２実施例を図7の作製工
程図を用いて説明する。第１実施例と若干異なって、酸
化ガスを用いて熱酸化し、両面に１μｍ厚の二酸化シリ
コン膜が形成された４インチφのシリコンウエハを図7
に示す基板１として用いる。このウエハに、薄膜形成法
の１つである真空スパッタ法によりＴｉとＰｔを夫々５
０Å、５００Å連続して成膜し、電極層２を形成する
（図7（ａ）参照）。その上にポジ型フォトレジスト
（Ａｚ１５００：クライアント社製）を塗布し、膜厚1
μｍのマスク層３を形成する。次に、フォトリソグラフ
ィーによりフォトレジストを露光、現像し、電極層２を
露出させ、開口部４を形成する。ここでは、開口部４は
シリコンウエハ面内の９５ｍｍφの領域内に輪帯状に設
けた。その開口幅は2μｍであり、隣接する同心の開口
部４との間隔は等間隔で１0μmである（図7（ｂ）参
照）。

【００５３】次に、ポジ型フォトレジスト（ＡｚＰ４６
２０：クライアント社製）を塗布、露光、現像し、隔壁
５を形成する。ここでは、隔壁５の幅は３μｍ、高さは
５μｍであり、リング状の開口部４の内側の縁に沿って
ピッチ１０μｍで輪帯状に形成した（図7（ｃ）参
照）。

【００５４】この基板１をワークとして用いて、電極層
２を陰極とし、硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及
び光沢剤からなるＮｉメッキ浴を用いて、無攪拌にて浴
温５０℃、陰極電流密度４０Ａ／ｄｍ^２でＮｉメッキを
行なう。Ｎｉからなるメッキ層５はまず開口部４から析
出、成長し、更にマスク層３上にもメッキ層６が広が
る。そのとき、隔壁側へは隔壁５があるのでメッキ層６
は成長しないため、ブレード状のメッキ層６が得られ
る。このとき、ブレード状のメッキ層６の高さは６μｍ
で幅は６μｍであった（図7（ｄ）参照）。

【００５５】次に、アセトンとＮ,Ｎ-ジメチルホルムア
ミドでマスク層３及び隔壁５を除去する（図7（ｅ）参
照）。

【００５６】次に、次亜リン酸塩の還元剤を含む無電解
Ｎｉメッキ液（アルニックCT、パックス社製）を用い
て、浴温９０℃でＮｉ無電解メッキを行ない、隣接する
メッキ層６間の平面部が無くなる様な厚さまで連続膜7
を形成する（図7（ｆ））。

【００５７】これによっても、メッキ層６は電極層２上
に強固に固定された回折効率の高い回折光学素子用の金
型が得られた。連続膜形成に無電解メッキを用いること
により光沢度の高い回折光学素子用金型が得られた。

【００５８】以上、本実施例により、作製プロセスが容
易で、制御性が高く、かつ強固な回折光学素子用金型の
製造方法、及び回折効率の高い回折光学素子を提供する
ことができた。

【００５９】上記構造をマスターとして用いて回折光学
素子用金型を作製できること、この回折光学素子用金型
を用いて回折光学素子を作製できることは、第１実施例
のところで述べた通りである。

【００６０】（第３実施例）第３実施例では、連続膜の
形成方法としてCVD法を用いるフレネル型回折光学素子
の作製方法を示す。

【００６１】第２実施例と同様に、酸化ガスを用いて熱
酸化し、両面に１μｍ厚の二酸化シリコン膜が形成され
た４インチφのシリコンウエハを基板として用いる。こ
のウエハに薄膜形成法の１つである真空スパッタ法によ
りＴｉとＰｔを夫々５０Å、５００Å連続して成膜し、
電極層２を形成する。その上にポジ型フォトレジスト
（Ａｚ１５００：クライアント社製）を塗布して、膜厚
1μｍのマスク層３を形成する。次に、フォトリソグラ
フィーによりフォトレジストを露光、現像して電極層２
を部分的に露出させ、開口部４を形成する。開口部４
は、図８に示すように、シリコンウエハ面内の９５ｍｍ
φの領域内に輪帯状に設ける。ここでは、開口部４は、
外側に向かうにつれてピッチ間隔が小さくなるようにリ
ング状に形成した（図８）。但し、中心には円形開口部
４を形成した（図８）。

【００６２】次に、ポジ型フォトレジスト（ＡｚＰ４６
２０：クライアント社製）を塗布、露光、現像して隔壁
5を形成する（図７（ｃ）参照）。

【００６３】この基板１をワークとして用いて、電極層
２を陰極とし、硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及
び光沢剤からなるＮｉメッキ浴を用いて、無攪拌にて浴
温５０℃、陰極電流密度４０Ａ／ｄｍ^２でＮｉメッキを
行なう。Ｎｉからなるメッキ層６はまず開口部４から析
出、成長し、更にマスク層３上にも広がる。そのとき、
隔壁側へは隔壁５があるのでメッキ層６は成長しないた
め、ブレード状のメッキ層６が得られる（図７（ｄ）参
照）。なお、中心部に関しては、円形開口部４にメッキ
層６が成長して半球形状のメッキ層６が得られる。この
とき、それぞれのブレード状のメッキ層６同士及び中心
部の半球状のメッキ層６の曲率は等しかった。

【００６４】次に、アセトンとＮ,Ｎ-ジメチルホルムア
ミドでマスク層３及び隔壁５を除去する（図７（ｅ）参
照）。そして、常圧ＣＶＤ法によりＰＳＧ(Phosphosili
categlass)を３５０℃にて成膜して連続膜７を形成する
（図７（ｆ）参照）。連続膜７は電極層２及びメッキ層
６上に等方的に積層したため、ブレードと中心の半球と
の曲率は等しいままであった。

【００６５】これによって、メッキ層が電極層上に強固
に固定された回折効率の高いフレネル型回折光学素子用
金型が得られた。連続膜７にＰＳＧを用いることによ
り、耐食性の高いフレネル型回折光学素子用金型が得ら
れた。

【００６６】次に、上記の構造を金型マスターとして用
いてその上に電鋳用離型剤を塗布する。この基板を陰極
とし、スルファミン酸ニッケルと臭化ニッケルとほう酸
及び光沢剤からなるＮｉメッキ浴を用いて、浴温５０
℃、陰極電流密度５Ａ／ｄｍ^２でＮｉ電気メッキを行な
い、金型を形成する。その後、マスター基板から金型を
離型して回折光学素子用金型を形成する。

【００６７】この回折光学素子用金型を用いてフレネル
型回折光学素子は次の様に作製する。この回折光学素子
用金型に紫外線硬化樹脂を塗布後、支持基板となるガラ
ス基板をその上に載せる。紫外線照射により該樹脂を硬
化させた後に剥離することにより、フレネル型回折光学
素子が作製される。このフレネル型回折光学素子は各ブ
レード間に平らな隙間が無く、高い回折効率を有してい
る。

【００６８】（第４実施例）第４実施例では、開口部並
びに隔壁の形成方法として電子ビーム描画法を用いる。
本実施例でも、各部の符号は上記の実施例のものと同じ
ものを用いる。

【００６９】第２実施例と同様に、酸化ガスを用いて熱
酸化し、両面に１μｍ厚の二酸化シリコン膜が形成され
た４インチφのシリコンウエハを基板１として用いる。
このウエハに薄膜形成法の１つである真空スパッタ法に
よりＴｉとＰｔを夫々５０Å、５００Å連続して成膜
し、電極層２を形成する。その上にポジ型フォトレジス
トを塗布して膜厚０．1μｍのマスク層３を形成する。
次に、電子ビーム描画法にてフォトレジストを露光、現
像して電極層２を露出させ、開口部４を形成する。開口
部４は、第２実施例と同様に、シリコンウエハ面内の９
５ｍｍφの領域内に輪帯状に設ける。その開口幅は０．
５μｍであり、隣接する開口部４との間隔は０．５μm
とした。

【００７０】次に、ポジ型フォトレジストを塗布し、電
子ビーム描画法にてフォトレジストを露光、現像して隔
壁５を形成する。隔壁５の幅は０．２μｍ、高さは１．
５μｍであり、開口部４の縁に沿ってピッチ１μｍで輪
帯状に形成した。

【００７１】この基板をワークとして用いて、電極層２
を陰極とし、硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及び
光沢剤からなるＮｉメッキ浴を用いて、無攪拌にて浴温
５０℃、陰極電流密度４０Ａ／ｄｍ^２でＮｉメッキを行
なう。Ｎｉからなるメッキ層６はまず開口部から析出、
成長し、更にマスク層上にも広がる。そのとき、隔壁側
へは隔壁６があるのでメッキ層は成長しないため、ブレ
ード状のメッキ層６が得られる。このとき、ブレード状
のメッキ層６の高さは１．２μｍで、幅は０．８μｍで
あった。次に、アセトンとＮ,Ｎ-ジメチルホルムアミド
でマスク層３及び隔壁５を除去する。

【００７２】その後、常圧ＣＶＤ法によりＰＳＧ(Phosp
hosilicate glass)を３５０℃にて０．２μｍ成膜して
連続膜７を形成し、各ブレード間の平面部は無くする。

【００７３】これによって、メッキ層が電極層上に強固
に固定された回折効率の高い回折光学素子用金型が得ら
れた。また、電子ビーム描画法を用いることによって、
回折光学素子のブレード間ピッチが１μｍの狭ピッチな
回折光学素子用の金型が得られた。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、作
製プロセスが容易であり、制御性が高く、強固な回折光
学素子用金型及びその作製方法等を実現できた。本発明
の方法によって得られる回折光学素子は回折効率が高か
った。また、開口部及び隔壁を形成する際、電子ビーム
描画法を用いることにより、ブレードピッチが小さい回
折光学素子用金型、回折光学素子を形成することができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である回折光学素子用金型
の製造工程を示す断面図である。

【図２】図１（ｂ）の工程での構造の斜視図である。

【図３】図１（ｃ）の工程での構造の斜視図である。

【図４】図１（ｄ）の工程での構造の斜視図である。

【図５】図１（ｅ）の工程での構造の斜視図である。

【図６】図１（ｆ）の工程での構造の斜視図である。

【図７】本発明の第２実施例である回折光学素子用金型
の製造工程を説明する断面図である。

【図８】本発明の第３実施例であるフレネル型回折光学
素子用金型の製造工程を説明する上面図である。

【符号の説明】

１基板２電極層３マスク層４開口部５隔壁６メッキ層７連続膜

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２５Ｄ 5/02 Ｃ２５Ｄ 5/02 Ｂ 5/48 5/48 7/00 7/00 ＦＧ０３Ｆ 7/20 ５０１Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０１５０４５０４ 7/40 ５２１ 7/40 ５２１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回折光学素子用金型の作製方法であって、（１）導電性部を有する基板を用意する工程、（２）前記導電性部上に絶縁性のマスク層を形成する工
程、（３）マスク層に所望の回折光学素子ピッチに対応した
間隔で複数の細長い開口部を形成して導電性部を露出す
る工程、（４）前記開口部が隔壁間において偏心した位置にくる
ように隔壁をマスク層上に形成する工程、（５）前記基板を陰極として、電気メッキないし電着に
より前記開口部を通じて開口部及びマスク層上に、断面
がほぼ扇形のブレード形状のメッキ層ないし電着層を形
成する工程、（６）少なくとも前記隔壁を除去する工程、（７）前記メッキ層ないし電着層から導電性部或いはマ
スク層にわたり連続膜を形成する工程、を有することを特徴とする回折光学素子用金型の作製方
法。
【請求項２】前記工程（６）において前記マスク層及び
隔壁を除去し、前記工程（７）において前記メッキ層な
いし電着層からマスク層にわたり連続膜を形成すること
を特徴とする請求項１に記載の回折光学素子用金型の作
製方法。
【請求項３】前記隔壁の高さと幅及び開口部幅とピッチ
によって、前記ブレード形状のメッキ層ないし電着層の
ピッチ及び曲率を制御することを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の回折光学素子用金型の作製方法。
【請求項４】前記連続膜の膜厚によって前記ブレード形
状のメッキ層ないし電着層の曲率を制御することを特徴
とする請求項１乃至３の何れかに記載の回折光学素子用
金型の作製方法。
【請求項５】前記工程（３）において電子ビーム描画に
よるフォトリソグラフィを用いて前記開口部を形成する
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の回折
光学素子用金型の作製方法。
【請求項６】前記工程（７）において隣接するメッキ層
ないし電着層間の平面部が無くなる様な厚さまで連続膜
を形成することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに
記載の回折光学素子用金型の作製方法。
【請求項７】前記工程（７）において前記連続膜は無電
解メッキによって形成されることを特徴とする請求項１
乃至６の何れかに記載の回折光学素子用金型の作製方
法。
【請求項８】前記工程（７）において前記連続膜は薄膜
蒸着によって形成されることを特徴とする請求項１乃至
６の何れかに記載の回折光学素子用金型の作製方法。
【請求項９】前記工程（７）において前記連続膜はCVD
（Chemical Vapor Deposition）によって形成される
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の回折
光学素子用金型の作製方法。
【請求項１０】前記工程（７）において連続膜は電気メ
ッキないし電着によって形成されることを特徴とする請
求項１乃至６の何れかに記載の回折光学素子用金型の作
製方法。
【請求項１１】前記連続膜が形成された構造を金型マス
ターとして用いてその上に回折光学素子用金型を形成し
た後に該金型を分離する工程を有することを特徴とする
請求項１乃至１０の何れかに記載の回折光学素子用金型
の作製方法。
【請求項１２】請求項１乃至１１の何れかに記載の回折
光学素子用金型の作製方法で作製された金型上に回折光
学素子となる材料を塗布した後に、これを剥離すること
で回折光学素子を作製することを特徴とする回折光学素
子の作製方法。
【請求項１３】導電性部を有する基板上に、所望の回折
光学素子ピッチに対応した間隔で形成された断面がほぼ
扇形のブレード形状の複数の細長いメッキ層ないし電着
層、該メッキ層ないし電着層ならびに導電性部或いはメ
ッキ層ないし電着層を形成する際に用いられたマスク層
上に形成された連続膜からなることを特徴とする回折光
学素子用金型。
【請求項１４】前記連続膜は、隣接するメッキ層ないし
電着層間の平面部が無くなる厚さまで形成されているこ
とを特徴とする請求項１３に記載の回折光学素子用金
型。
【請求項１５】前記メッキ層ないし電着層は直線状或い
は曲線状に互いに平行に形成されていることを特徴とす
る請求項１３または１４に記載の回折光学素子用金型。
【請求項１６】前記メッキ層ないし電着層は等間隔で形
成されていることを特徴とする請求項１３、１４または
１５に記載の回折光学素子用金型。
【請求項１７】前記メッキ層ないし電着層は変化する間
隔で形成されていることを特徴とする請求項１３、１４
または１５に記載の回折光学素子用金型。
【請求項１８】導電性部を有する基板上に、所望のピッ
チで形成された断面がほぼ扇形のブレード形状の複数の
細長いメッキ層ないし電着層、該メッキ層ないし電着層
ならびに導電性部或いはメッキ層ないし電着層を形成す
る際に用いられたマスク層上に形成された連続膜からな
ることを特徴とする回折光学素子。
【請求項１９】各部が透明な材料からなることを特徴と
する請求項１８に記載の回折光学素子。