JP2002350623A

JP2002350623A - 回折光学素子の製造方法

Info

Publication number: JP2002350623A
Application number: JP2001154138A
Authority: JP
Inventors: Nobuto Toyama; 登山　　伸人; Hiroshi Fujita; 浩藤田; Moichi Fujimoto; 茂一藤本; Kichi Watanabe; 吉渡辺
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】階段状回折光学素子を製造するにあたって、
複数回ドライエツチング加工工程を行う際、各工程間で
の位置合わせ精度が要求されるレベルに満たない場合で
あっても、素子面の段部境に壁や溝が無く、充分な光の
回折効率を得るこができる、階段状回折光学素子の製造
方法を提供する。【解決手段】順に、（Ａ）製版処理を伴なうドライエ
ッチング加工工程を所定数だけ繰り返し、作成する階段
部の各段の境に、各階段部領域を狭める壁あるいは突起
を残した形態に加工用素材を加工する、ドライエッチン
グ加工処理と、（Ｂ）加工用素材の、壁あるいは突起が
残っている側の面全体にウエットエッチングを施し、前
記壁あるいは突起を除去するウエットエッチング処理と
を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、板状の加工用素材
の表面にドライエッチングにより階段状の階段部を形成
して、回折光学素子を作製する、回折光学素子の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光路制御用光学素子として
は、レンズやプリズムなどの光屈折系媒体や鏡などの反
射系光学素子が従来から知られているが、近年、光通信
あるいは光産業の普及に伴い、わずかな光の波長の違い
をもとに光路を制御する素子の研究、開発が盛んになっ
てきた。そして、わずかな光の波長の違いを検出した
り、抽出する場合などに、微細加工された、素子形状に
より光の進行方向と位相を制御するための素子である回
折光学素子の需要が大きくなってきている。回折光学素
子の表面は、図３（ａ）に示されるように、断面が、不
連続な斜面部３１１で段状に表現される鋸歯状態である
必要があるが、このような断面が非線形な鋸歯形状を、
微細に加工することは、加工精度の面から難しく、通常
は、図３（ｂ）に示される階段形状で近似して作製され
る。図３中、３１２は階段部で、３１２ａは段部であ
る。尚、図３（ｂ）に示すような表面を階段状とした回
折光学素子を、以下、階段状回折光学素子とも言い、階
段状に加工された部分を階段とも言う。そして、階段の
段１つ分の幅（最小幅とも言う）δはどこも同じとして
いる。図３（ｂ）に示す階段状回折光学素子の場合、階
段の段１つ分の幅（最小幅とも言う）δを用いる光の波
長の１／２程度にすることで、鋸歯形状を階段形状にて
近似し、同様の光学特性を得ることができる。

【０００３】階段部の作製方法としては、各段毎に各段
の形状、サイズに合った設計データを作成し、各段毎に
描画露光装置により設計データをもとに描画露光して、
現像し、各段の深さに対応したドライエッチングを施し
作製する方法が一般には採られている。図６は、このよ
うな階段形状を製造するための階段構造と設計データの
関係を示している。図６の（ａ）は、製造しようとして
いる階段構造の断面を示した図である。６０１〜６０８
に示すような個々の深さを持つ階段形状を製造する場合
には、それぞれ段部毎に、それぞれ描画露光用データを
用い、製版ドライエッチングを行なう場合、図６（ｂ）
〜（ｉ）の６０１Ａ〜６０８Ａに相当する８種のデータ
が必要となる。（ただし、（ｂ）は準備しないこともあ
る）このため、鋸歯形状を８段階の階段形状で近似したとき
には、７回のドライエツチングによる掘り込み製造工程
が必要である。各段の段差は、光の波長により決定され
るが、光通信系で用いられる約１．５ミクロンの波長で
は、１００ｎｍ前後である。

【０００４】図６に示す作製方法にて多段階の階段を製
造しようとする場合、段数分のドライエッチングプロセ
スが必要となるため、処理が多くなるため、別の作製方
法も採られるようになってきた。図７の（ａ）は、図６
（ａ）と同じ、製造しようとしている階段構造の断面を
示した図で、６０１〜６０８に示すような８種の個々の
深さを示すが、例えば、図７（ａ）に示す階段部を製造
する場合、図７（ｃ）〜図６（ｅ）に示す３種の加工用
データを用い、それぞれ、所定の深さでエッチング加工
して、階段部を形成する。図７（ａ）に示す階段部の深
さ６０１〜６０８は、二値化して表記し、それぞれ、０
００、００１、０１０、０１１、１００、１０１、１１
０、１１１となるが、これを、それぞれ、図６（ｂ）か
ら図６（ｆ）に表されるデータに対応させ、更に、各桁
が”１”のデータを合わせこみ、各桁が１の段部を合せ
た図形データを描画露光用のデータとするもので、各描
画露光用のデータ毎に所定の深さでドライエッチング加
工する。この場合、下１桁目が１の段部（深さ００１、
０１１、１０１、１１１の各段部）、下２桁目が１のも
の（深さ０１０、０１１、１１０、１１１の各段部）、
下３桁目が１のもの（深さ１００、１０１、１１０、１
１１の各段部）を、それぞれ一緒にしたデータが、それ
ぞれ、７０２、７０３、７０４の各データに相当し、こ
れらが描画露光用のデータで、これらのデータに対応し
た所定の深さでエッチング加工して、目的の形状を得
る。個々のエッチングの深さ（掘り込み量とも言う）
は、図７（ｃ）のデータ７０２を使用した場合に比べ、
図７（ｄ）のデータ７０３を使用した場合は２倍、図６
（ｄ）のデータ７０３を使用した場合に比べ、図７
（ｅ）のデータ７０４を使用した場合には２倍となる。
これにより、ドライエッチングプロセスは３回で済むこ
とになる。

【０００５】図７にその作製方法の要部概略を示す従来
の製造方法における、回折光学素子の製造を、図４に基
づいて、簡単に説明しておく。尚、説明を簡単にするた
め、図３（ｂ）のような４段の階段状回折光学素子を作
製する場合について説明する。予め、図７に示す方法に
より、描画露光用のデータを、各ドライエッチング加工
工程に合せ、それぞれ準備しておく。そして、光屈折系
の媒体からなる板状の加工用素材４１０の一方の表面に
クロム膜４２０をスパッタリング法、蒸着法等により成
膜しておき、クロム膜４２０上に感光性のポジ型のレジ
スト４３０を形成しておく。（図４（ａ））加工用素材４１０としては、石英ガラス基板（合成石英
基板を含む）が通常用いられるがこれに限定はされな
い。次いで、所定の描画露光用データを用いて、所定領
域を露光し、現像し、所定領域に（レジストの）開口４
３１を設ける。（図４（ｂ））次いで、開口４３１を設けたレジスト４３０を耐エッチ
ングマスクとして、開口４３１から露出したクロム膜４
２０をエッチング除去し、レジストの開口４３１に対応
してクロム膜の開口を設けた（図示していない）後、所
定領域を開口したクロム膜４２０あるいはクロム膜４２
０とレジスト４３０を耐エッチングマスクとして、ドラ
イエッチングを行ない、所定の深さだけエッチングす
る。（図４（ｃ））クロム膜のエッチングは、クロム膜を塩素系のガスを用
いたドライエッチングあるいは、過塩素酸と硝酸第二セ
リウムアンモンからなるエッチング液による湿式エッチ
ングで行なう。加工用素材４１０が石英ガラス基板（合
成石英基板を含む）の場合は、ＣＦ₄、ＣＦＨ₃等のフ
ッ素系のガスを用いて、ドライエッチングを行なう。こ
のようにして、１回目のドライエッチング加工工程を行
った後、レジスト４３０を除去し、ドライエッチング加
工部４１１ａ側全面に新たにレジスト４３５を配設し
（図４（ｄ））、所定の描画露光用データを用いて描画
露光、現像を行ない、所定領域のみを開口させ、開口４
３６から露出しているクロム膜４２０をエッチング除去
し（図４（ｅ））、先と同様にして、所定領域を開口し
たクロム膜４２０あるいはクロム膜４２０とレジスト４
３５を耐エッチングマスクとして、ドライエッチングを
行ない、所定の深さだけエッチングする。（図４
（ｆ））このようにして、２回目のドライエッチング加工工程を
行った後、レジスト４３５、クロム膜４２０を順に除去
して、目的とする回折光学素子を得る。（図４（ｈ））

【０００６】上記のように、図４、図７にその作製方法
を示す、あるいは図６に作成方法の要部概略を示す従来
の製造方法においては、作製する光学素子の加工用素材
表面をドライエッチングにて階段形状で近似するわけ
で、いずれも、レジスト塗布、露光、現像、ドライッチ
ングの一連の工程を、複数回（多段階とも言う）繰り返
す必要がある。そして、このような一連の工程を繰り返
し目的とする階段部を形成するには、各一連の工程で高
い位置合わせの精度が必須となる。しかし、微細加工に
おける位置合わせ精度は充分でなく、通常、１００ｎｍ
程度の誤差が発生するため、従来の階段部作製方法を用
いた場合、位置合わせ誤差により、図５（ｃ）に示すよ
うに、段部の境に壁（ないし突起）４１５が発生した
り、図５（ｆ）に示すように、段部の境に溝４１６が発
生することがある。例えば、図４、図７にその作製方法
を示す、あるいは図６に作成方法の要部概略を示す従来
の製造方法において、１回目のドライエッチング加工工
程の後、２回目のレジスト塗布および現像による製版処
理で位置ずれが発生し、図５（ａ）のようになった場
合、図５（ｂ）のように２回目のドライエッチングがな
され、結局、図５（ｃ）のように、段部の境に壁（ない
し突起）４１５が発生してしまう。また、１回目のドラ
イエッチング加工工程の後、２回目のレジスト塗布およ
び現像による製版処理で位置ずれが発生し、図５（ｄ）
のようになった場合、図５（ｅ）のように２回目のドラ
イエッチングがなされ、結局、図５（ｆ）のように、段
部の境に溝４１６が発生してしまう。このように、各一
連の工程間で、位置合わせ誤差が発生したときに、１０
０ｎｍ前後の幅の溝や壁が出来上がってしまうわけであ
るが、この１００ｎｍ前後の幅の溝や壁が光の回折効率
を数十％も下げてしまい問題となっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の通り、従来の、
回折光学素子の回折面を多段階のエッチング加工により
形成する階段状回折光学素子の製造方法においては、レ
ジスト塗布、露光、現像、ドライッチングの一連の工程
（これをドライエッチング加工工程と言う）を、複数回
（多段階とも言う）繰り返す必要があるが、各一連の工
程間での位置合わせの誤差に起因して、１００ｎｍ前後
の幅で溝や壁（ないし突起）が発生し、この１００ｎｍ
前後の幅の溝や壁（ないし突起）が光の回折効率を数十
％も下げてしまい問題となっていた。本発明は、これに
対応するもので、階段状回折光学素子を製造するにあた
って、複数回ドライエツチング加工工程を行う際、各工
程間での位置合わせ精度が要求されるレベルに満たない
場合であっても、素子面の段部の境に壁ないし突起や溝
が無く、充分な光の回折効率を得るこができる、階段状
回折光学素子の製造方法を提供しようとするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の回折光学素子の
製造方法は、光屈折系の媒体からなる板状の加工用素材
の表面に、レジストの塗布、描画露光、現像の各処理を
行なう製版処理を施し、製版処理後のレジストの開口領
域の全域あるいは所定域の加工用素材をドライエッチン
グ加工する、一連の処理からなる製版処理を伴なうドラ
イエッチング加工工程を、複数回段階的に繰り返す、多
段階のエッチング加工方法により、前記加工用素材の表
面に階段部を形成して回折光学素子を作製する、回折光
学素子の製造方法であって、順に、（Ａ）製版処理を伴
なうドライエッチング加工工程を所定数だけ繰り返し、
作成する階段部の各段の境に、各階段部領域を狭める壁
あるいは突起を残した形態に加工用素材を加工する、ド
ライエッチング加工処理と、（Ｂ）加工用素材の、壁あ
るいは突起が残っている側の面全体にウエットエッチン
グを施し、前記壁あるいは突起を除去するウエットエッ
チング処理とを行なうことを特徴とするものである。そ
して、上記において、ドライエッチング加工処理が、作
製される階段部の設計サイズに合せて、各ドライエッチ
ング加工工程毎に準備された描画露光用のデータを、各
々、規定量だけアンダーサイズし、各ドライエッチング
加工工程に対応した描画露光用のデータを作成した後、
作成された各ドライエッチング加工工程に対応する露光
描画用データを用いて、製版処理を施し、レジストの開
口領域の加工用素材を、所定の深さだけドライエッチン
グ加工する各ドライエッチング加工工程を、全て行な
い、ドライエッチングが施されない階段部の各段の境
に、壁あるいは突起を残して、階段部を形成するもので
あることを特徴とするものであり、各ドライエッチング
加工工程毎に準備された描画露光用のデータは、階段部
の各段のあらかじめ決められた規定の深さを二進数化し
て二進数として表し、前記二進数の各桁が同一である全
ての段部に対応する図形データを論理和図形演算して得
たものであることを特徴とするものである。あるいはま
た、上記において、ドライエッチング加工処理が、作製
される階段部同士の全ての境界に所定幅に、加工用素材
をドライエッチングする際の耐エッチングマスク部を形
成した後、作製される階段部の設計サイズに合せて、各
ドライエッチング加工工程毎に準備された描画露光用の
データを用いて、製版処理を施し、レジストの開口領域
の加工用素材を、所定の深さだけドライエッチング加工
する各ドライエッチング加工工程を、全て行ない、ドラ
イエッチングが施されない階段部の各段の境に、壁ある
いは突起を残して、階段部を形成するものであることを
特徴とするものである。尚、ここで、「作製される階段
部の設計サイズに合せて」とは、作製される階段部の設
計サイズと同じサイズのことを言う。

【０００９】

【作用】本発明の回折光学素子の製造方法は、このよう
な構成にすることにより、階段状回折光学素子を製造す
るにあたって、複数回ドライエツチング加工工程を行う
際、各工程間での位置合わせ精度が要求されるレベルに
満たない場合であっても、素子面の段部の境に壁ないし
突起や溝が無く、充分な光の回折効率を得るこができ
る、階段状回折光学素子の製造方法の提供を可能とする
ものである。即ち、従来の階段部作製方法における位置
精度不良の場合のように、段部の境に壁ないし突起と、
溝を発生させるのではなく、本発明の回折光学素子の製
造方法においては、ドライエッチング加工処理後に、段
部の境に壁ないし突起のみ残すことを前提とするもので
あり、且つ、ドライエッチング加工処理後更に、ウェッ
トエッチングを全面に施し、階段部の形状を損なうこと
なく、想定される所定幅以下の壁ないし突起を除去する
ものであり、これにより、従来その修復が不可能とされ
ていた段部の境の溝発生を無くし、比較的低い位置精度
でも、目的とする形状、サイズの階段部の形成を可能と
している。

【００１０】具体的には、ドライエッチング加工処理
が、作製される階段部の設計サイズに合せて、各ドライ
エッチング加工工程毎に準備された描画露光用のデータ
を、各々、規定量だけアンダーサイズし、各ドライエッ
チング加工工程に対応した描画露光用のデータを作成し
た後、作成された各ドライエッチング加工工程に対応す
る露光描画用データを用いて、製版処理を施し、レジス
トの開口領域の加工用素材を、所定の深さだけドライエ
ッチング加工する各ドライエッチング加工工程を、全て
行ない、ドライエッチングが施されない階段部の各段の
境に、壁あるいは突起を残して、階段部を形成するもの
が挙げられ、この場合、各ドライエッチング加工工程毎
に準備された描画露光用のデータが、階段部の各段のあ
らかじめ決められた規定の深さを二進数化して二進数と
して表し、前記二進数の各桁が同一である全ての段部に
対応する図形データを論理和図形演算して得たものであ
る場合には、ドライエッチング加工工程の数を少なくで
き、より効果的である。

【００１１】別には、ドライエッチング加工処理が、作
製される階段部同士の全て境界に所定幅に、加工用素材
をドライエッチングする際の耐エッチングマスク部を形
成した後、作製される階段部の設計サイズに合せて、各
ドライエッチング加工工程毎に準備された描画露光用の
データを用いて、製版処理を施し、レジストの開口領域
の加工用素材を、所定の深さだけドライエッチング加工
する各ドライエッチング加工工程を、全て行ない、ドラ
イエッチングが施されない階段部の各段の境に、壁ある
いは突起を残して、階段部を形成するものが挙げられ、
この場合、各ドライエッチング加工工程毎に準備された
描画露光用のデータが、階段部の各段のあらかじめ決め
られた規定の深さを二進数化して二進数として表し、前
記二進数の各桁が同一である全ての段部に対応する図形
データを論理和図形演算して得たものである場合には、
ドライエッチング加工工程の数を少なくでき、より効果
的である。この方法の場合、階段部同士の全ての境界に
所定幅に設けられた耐エッチングマスク部を設けておく
ことにより、各ドライエッチングのための製版における
描画露光の位置精度は、それほど精密に要求されない。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態例を挙げ、図
に基づいて説明する。図１は本発明の回折光学素子の製
造方法の実施の形態の１例の工程の一部を示した工程断
面図で、図２は図１に続く工程を示した工程断面図で、
図８は、図１、図２に示す実施の形態例の回折光学素子
の製造方法における、使用する描画用データを説明する
ための図であって、図８（ａ）は全ドライエッチング工
程完了後の断面形状の図で、図８（ｂ）〜図８（ｅ）は
使用する描画データを示したもので、図８（ｆ）はウエ
ットエッチング前の断面形状の図である。図１中、１１
０は加工用素材、１１１はエッチング加工部（凹部ない
しエッチング部とも言う）、１１１ａ、１１１ｂはドラ
イエッチング加工部（凹部ないしドライエッチング部と
も言う）、１１５は壁部、１２０はクロム膜、１２１は
（クロム膜の）開口、１３０はレジスト、１３１は（レ
ジストの）開口、１３５はレジスト、１３６は（レジス
トの）開口であり、図８中、８００は加工用素材、８０
０ａは段部、８０１〜８０８は各段部の深さで、８０１
Ａ〜８０４Ａは使用する描画データである。

【００１３】本発明の回折光学素子の製造方法の実施の
形態の１例を図１、図２に基づいて説明する。本例は、
レジストの塗布、描画露光、現像の各処理を行なう製版
処理と、製版処理後のレジストの開口領域の加工用素材
をドライエッチング加工する一連の処理からなるドライ
エッチング加工工程を、複数回段階的に繰り返す、多段
階のエッチング加工方法により、光屈折系の媒体からな
る板状の加工用素材の表面に階段状の階段部を形成し
て、回折光学素子を作製する、回折光学素子の製造方法
である。尚、ここでは、説明を簡単にするため、図３
（ｂ）に示すような４段の階段状の回折光学素子の作製
の工程としたが、段数はこれに限定はされない。

【００１４】本例の回折光学素子の製造方法は、図６
（ａ）、図７（ａ）に示す断面形状と同じ、図８（ａ）
に示す断面形状に形成しようとする場合、ドライエッチ
ング加工工程を複数回行ない、一旦、図８（ｆ）に示す
ように壁部（ないし突起部）８００ｂを形成した後、更
に全面にウェットエッチングを施し、余分な壁部（ない
し突起部）８００ｂを除去して形成するものであるた
め、予め、作製される階段部の設計サイズに合せて、各
ドライエッチング加工工程毎に準備された描画露光用の
データを、各々、規定量だけアンダーサイズするアンダ
ーサイズデータ処理を施して、各々、露光描画用デ一タ
を作成しておく。各ドライエッチング加工工程における
描画露光用データの準備は、例えば、以下のように行な
う。図６（ｂ）〜図６（ｉ）に示す、各段部に対応した
各段部の設計サイズの、各図形データに代え、該各図形
データよりも規定量だけアンダーサイズした図形データ
（図示していない）を準備し、且つ、各段部のあらかじ
め決められた規定の深さを二進数化して二進数として表
しておき、表された二進数の各桁が同一である全ての段
部に対応する図形データを論理和図形演算して得た、図
形データ８０１〜８０４を、それぞれ、各ドライエッチ
ング加工工程毎に準備された描画露光用のデータとして
用いる。図形データ８０１、８０２、８０３、８０４
は、それぞれ、図７（ｂ）〜図７（ｃ）に示す図形デー
タ７０１、７０２、７０３、７０４の各データをアンダ
ーサイズした図形データでもある。尚、本例において
は、予め想定される位置精度に合せて、段部の境に溝が
発生することがないように、描画露光用の図形データの
アンダーサイズ量を決める。通常、アンダーサイズ量は
１００〜２００ｎｍ程度で、アンダーサイズ量は、ドラ
イエッチング加工工程間の位置合せ精度より大とする。

【００１５】一方、光屈折系の媒体からなる板状の加工
用素材１１０の一方の表面クロム膜１２０をスパッタリ
ング法、蒸着法等により成膜しておき、クロム膜１２０
上に感光性のポジ型のレジストを形成しておく。（図１
（ａ））加工用素材１１０としては、石英ガラス基板（合成石英
基板も含む）が通常用いられるがこれに限定はされな
い。ここでは、加工用素材１１０を、以下、石英ガラス
基板とする。また、ここでは、描画露光を電子線描画装
置で行なう場合のチャージアップ防止のため、あるいは
加工用素材をドライエッチングする際のドライエッチン
グ耐性、処理性等からクロム膜を用いているが、クロム
膜を主体とし酸化クロム膜他をこれに積層したもの等で
も良い。次いで、所定の描画露光用データを用いて、所
定領域を露光し、現像し、所定領域に（レジストの）開
口１３１を設ける。（図１（ｂ））次いで、開口１３１を設けたレジスト１３０を耐エッチ
ングマスクとして、開口１３１から露出したクロム膜１
２０をエッチング除去し、レジストの開口１３１に対応
してクロム膜の開口１２１を設ける。（図１（ｃ））レジスト１３０としては、所定の解像性を有し、クロム
膜をエッチングする際の耐エッチング性を有することが
必要で、更に、加工用素材をドライエッチングする際の
耐ドライエッチング性を備えていることが好ましい。勿
論、処理性の良いものが好ましい。クロム膜のエッチン
グは、クロム膜を塩素系のガスを用いたドライエッチン
グあるいは、過塩素酸と硝酸第二セリウムアンモンから
なるエッチング液による湿式エッチングで行なう。次い
で、ＣＦ₄、ＣＦＨ₃等のフッ素系のガスを用いて、所
定領域を開口したクロム膜１２０あるいはクロム膜１２
０とレジスト１３０を耐エッチングマスクとして、ドラ
イエッチングを行ない、所定の深さだけエッチングす
る。（図１（ｄ））深さの管理は、位相差測定装置（レーザテック製、ＭＰ
Ｍー２４８）等を用い、正確に行なうことができる。こ
のように、１回目のドライエッチング加工工程が行われ
る。

【００１６】次いで、レジスト１３０を除去し、ドライ
エッチング加工部１１１ａ側前面に再度レジスト１３５
を配設した（図１（ｅ））後、１回目のドライエッチン
グ加工工程の場合とは別の所定の描画露光用データを用
いて、所定領域を露光し、現像し、所定領域に（レジス
トの）開口１３６を設ける。（図１（ｆ））次いで、開口１３６を設けたレジスト１３５を耐エッチ
ングマスクとして、開口１３１から露出したクロム膜１
２０をエッチング除去し、レジストの開口１３６に対応
してクロム膜の開口１２１を設ける。（図２（ｇ））レジスト１３５としては、所定の解像性を有し、クロム
膜をエッチングする際の耐エッチング性、加工用素材を
ドライエッチングする際の耐ドライエッチング性を備え
ていることが必要である。そして、処理性の良いものが
好ましい。ここでも、クロム膜のエッチングは、クロム
膜を塩素系のガスを用いたドライエッチングあるいは、
過塩素酸と硝酸第二セリウムアンモンからなるエッチン
グ液による湿式エッチングで行なう。次いで、ＣＦ₄、
ＣＦＨ₃等のフッ素系のガスを用いて、所定領域を開口
したクロム膜１２０あるいはクロム膜１２０とレジスト
１３５を耐エッチングマスクとして、ドライエッチング
を行ない、所定の深さだけエッチングする。（図２
（ｈ））このように、２回目のドライエッチング加工工程が行わ
れる。

【００１７】先に述べたように、描画露光用データは、
段部の境に溝（図５の溝４１６に相当）が発生しないよ
うに、アンダーサイズされているため、この段階では、
１回目のドライエッチング加工工程と２回目のドライエ
ッチング加工工程との位置合せ精度により、基本的に各
段の境には、壁部ないし突起部が形成される。本例で
は、壁部１１５が形成されるとして図１、図２に図示さ
れているが、場合によっては、突起部も形成される。次
いで、レジスト１３５を除去し（図２（ｉ）、残存する
クロム膜１２０を除去した（図２（ｊ））後、ドライエ
ッチング加工部１１１ｂ側全面にウエットエッチングを
施し、壁部１１５を除去し、必要に応じ洗浄処理等を施
し、目的とする回折光学素子を得る。（図２（ｋ））ウエットエッチングは、ふっ酸系のエッチング液、ある
いは、高温のＮａＯＨ水溶液などアルカリ液等が用いら
れる。

【００１８】このようにして、４段の階段状回折光学素
子が形成されるが、５段以上についても、基本的には同
様に、各段の境に一旦、壁部ないし突起を形成した、階
段部を形成し、階段部が形成された加工用素材面側を全
面ウエットエッチングすることにより、目的とする階段
状回折光学素子を作製できる。また、描画露光用のデー
タの組み合せも種々あり、できるだけ処理数を減らす方
法の方が好ましい。

【００１９】

【実施例】実施例を挙げて本発明を更に説明する。（実施例１）本実施例は、設計仕様が、基本回折格子ピ
ッチ１６μｍ、位相段数８段、位相区画設計幅２μｍと
する、回折光学素子を、実施の形態例と同様にして、合
成石英を加工素材とし作製したものである。尚、回折光
学素子は透過光において使用するもので、中心波長５３
０ｎｍにおける加工素材である合成石英の屈折率１．６
１から１段あたりの高さ仕様は１０９ｎｍとした。本実
施例では、エッチング加工工程毎に、図８に示すアンダ
ーサイズされたデータ８０２〜８０４を描画露光用のデ
ータとして用いた。先ず、６インチ角の６．３５ｍｍ厚
の合成石英の一面に金属クロム膜を形成したフォトマス
ク用基板を準備し、金属クロム膜上にポジ型のＥＢレジ
スト、ＺＥＰ７０００（日本ゼオン株式会社製）を回転
塗布した後、描画露光用のデータ８０２を用い、電子線
描画装置にて露光描画し、所定の現像液を用い現像処理
を施した。描画データ図８（ｃ）の斜線領域に対応する
領域が現像により開口された。次いで、レジスト（図１
の１３０に対応）の開口から露出している金属クロム膜
を塩素系のガスを用いてドライエッチングしてこれを開
口した。尚、金属クロム膜９２０のドライエッチングに
はＵｎａｘｉｓ社製ドライエッチング装置ＺＶＥＲＳＡ
ＬＯＣＫ７０００を用いた。次いで、レジスト（図１の
１３０に対応）と金属クロム層（図１の１２０に対応）
を耐エッチング層として、フッ素系のガスを用いてドラ
イエッチングを行ない、１段分の高さだけ加工用素材に
エッチングを施した。加工用素材のドライエッチングに
は、日本真空株式会社製ＭＥＰＳ−６０２５Ｄを用い
た。エッチング深さは２段階エッチング法を用いて正確
に行った。

【００２０】次いで、所定の剥離液でレジスト層を除去
した後、加工面側全体に、ポジ型のｉ線レジストＴＨＭ
Ｒ−ｉＰ３５００（東京応化工業株式会社製）を回転塗
布した後、描画露光用のデータ８０３を用い、アライメ
ント機能を有するレーザー描画装置ＡＬＴＡ３０００
（ＥＴＥＣ社製）にて露光描画し、所定の現像液を用い
現像処理を施した。描画データ図８（ｄ）の斜線領域に
対応する領域が現像により開口された。次いで、同様に
して、レジストの開口から露出している金属クロム膜を
塩素系のガスを用いてドライエッチングしてこれを開口
し、レジスト（図１の１３５に対応）と金属クロム層
（図１の１２０に対応）を耐エッチング層として、フッ
素系のガスを用いてドライエッチングを行ない、２段分
の高さだけエッチングを施した。

【００２１】更に、同様に、所定の剥離液でレジスト層
を除去した後、加工面側全体に、ポジ型のｉ線レジスト
ＴＨＭＲ−ｉＰ３５００（東京応化工業株式会社製）を
回転塗布した後、描画露光用のデータ８０４を用い、ア
ライメント機能を有するレーザー描画装置ＡＬＴＡ３０
００（ＥＴＥＣ社製）にて露光描画し、所定の現像液を
用い現像処理を施した。描画データ図８（ｅ）の斜線領
域に対応する領域が現像により開口された。次いで、同
様にして、レジストの開口から露出している金属クロム
膜を塩素系のガスを用いてドライエッチングしてこれを
開口し、レジストと金属クロム層（図１の１２０に相
当）を耐エッチング層として、フッ素系のガスを用いて
ドライエッチングを行ない、４段分の高さだけエッチン
グを施した。

【００２２】残存するレジストと金属クロム膜を除去し
た後、図８（ｆ）に示す各段部の境に壁（突起状になる
場合もある）を残存する状態のものを得た。次いで、７
０℃に加熱した水酸化ナトリウム１０重量％水溶液に約
４０分間、浸漬して、全体をウエットエッチングして、
壁部８００ｂを除去して、図８（ａ）のような段部８段
の回折光学素子を得た。これにより、図１に示す実施の
形態例のようにして、回折効率の良好な回折光学素子が
得られた。

【００２３】（実施例２）本実施例も、実施例１と同
様、設計仕様が、基本回折格子ピッチ１６μｍ、位相段
数８段、位相区画設計幅２μｍとする、回折光学素子
を、実施の形態例と同様にして、合成石英を加工素材と
し作製したものである。実施例２も、回折光学素子は透
過光において使用するもので、中心波長５３０ｎｍにお
ける加工素材である合成石英の屈折率１．６１から１段
あたりの高さ仕様は１０９ｎｍとした。各段にて、波長
５３０ｎｍの透過光は各段の高さ当たり４５度の位相ず
れを起こす。本実施例では、エッチング加工工程毎に、
図８に示すアンダーサイズされたデータ８０２〜８０４
に対応するアンダーサイズされていないデータ８０２
Ａ、８０３Ａ、８０４Ａ（いずれも図示していない）を
描画露光用のデータとして用いた。そして、これの他
に、作成する階段部の各段の境界領域全てを含み、加工
部以外の領域を得るための境界データを用いた。境界部
が幅０．４０μｍとなるようにした。図９、図１０に基
づいて、以下、説明する。先ず、６インチ角の６．３５
ｍｍ厚の合成石英の一面に金属クロム膜を形成したフォ
トマスク用基板を準備し、金属クロム膜上にポジ型のＥ
Ｂレジスト、ＺＥＰ７０００（日本ゼオン株式会社製）
を回転塗布した（図９（ａ））後、描画露光用の境界デ
ータを用い、電子線描画装置にて露光描画し、所定の現
像液を用い現像処理を施した。これにより、境界領域と
加工領域の周辺領域以外の加工領域が現像により開口し
た。次いで、レジスト９３０の開口から露出している金
属クロム膜９２０を塩素系のガスを用いてドライエッチ
ングしてこれを開口した後（図９（ｂ））、レジスト９
３０を所定の剥離液にて除去した。尚、金属クロム膜９
２０のドライエッチングにはＵｎａｘｉｓ社製ドライエ
ッチング装置ＺＶＥＲＳＡＬＯＣＫ７０００を用いた。
これにより、加工領域の周辺領域と、加工領域の、作成
する各段の境界に対応する領域にのみに金属クロム膜９
２０が配設された状態となる。

【００２４】次いで、金属クロム膜９２０が配設された
側の面上全体に、ポジ型のｉ線レジストＴＨＭＲ−ｉＰ
３５００（東京応化工業株式会社製）を回転塗布した
後、描画露光用のデータ８０２Ａを用い、アライメント
機能を有するレーザー描画装置ＡＬＴＡ３０００（ＥＴ
ＥＣ社製）にて露光描画し、所定の現像液を用い現像処
理を施した。（図９（ｃ））描画データ８０２Ａに対応
する領域が現像により開口された。この場合、図９
（ｃ）に示すように、レジスト９３５の開口９３５Ａの
端が各段の境界に対応する領域の金属クロム膜９２０上
にかかる。次いで、レジスト９３５と金属クロム膜９２
０を耐エッチング層として、フッ素系のガスを用いてド
ライエッチングを行ない、１段分の高さだけ（位相４５
度変化分）エッチングを施した。（図９（ｄ））金属クロム膜９２０はドライエッチングを行なう際の耐
エッチングマスク部となっている。ドライエッチングに
は、日本真空株式会社製ＭＥＰＳ−６０２５Ｄを用い
た。エッチング深さは２段階エッチング法を用いて正確
に行った。

【００２５】次いで、所定の剥離液でレジスト層を除去
した後、加工面側全体に、ポジ型のｉ線レジストＴＨＭ
Ｒ−ｉＰ３５００（東京応化工業株式会社製）を回転塗
布した後、描画露光用のデータ８０３Ａを用い、アライ
メント機能を有するレーザー描画装置ＡＬＴＡ３０００
（ＥＴＥＣ社製）にて露光描画し、所定の現像液を用い
現像処理を施した。描画データ８０３Ａに対応する領域
が現像により開口された。この場合も、図９（ｅ）に示
すように、レジスト９３６の開口９３６Ａの端が各段の
境界に対応する領域の金属クロム膜９２０上にかかる。
次いで、レジスト（図９の９３５に対応）と金属クロム
層（図９の９２０に対応）を耐エッチング層として、フ
ッ素系のガスを用いてドライエッチングを行ない、２段
分の高さだけ（位相９０度変化分）エッチングを施し
た。（図９（ｅ））この場合も、金属クロム膜９２０はドライエッチングを
行なう際の耐エッチングマスク部となっている。

【００２６】更に、同様に、所定の剥離液でレジスト層
を除去した後、加工面側全体に、ポジ型のｉ線レジスト
ＴＨＭＲ−ｉＰ３５００（東京応化工業株式会社製）を
回転塗布した後、描画露光用のデータ８０４Ａを用い、
アライメント機能を有するレーザー描画装置ＡＬＴＡ３
０００（ＥＴＥＣ社製）にて露光描画し、所定の現像液
を用い現像処理を施した。描画データ８０４Ａに対応す
る領域が現像により開口された。次いで、レジスト（図
９の９３６に対応）と金属クロム層（図９の９２０に相
当）を耐エッチング層として、フッ素系のガスを用いて
ドライエッチングを行ない、４段分の高さだけ（位相１
８０度変化分）エッチングを施した。（図１０（ｆ））この場合も、図１０（ｆ）に示すように、レジスト９３
７の開口９３７Ａの端が各段の境界に対応する領域の金
属クロム膜９２０上にかかる。また、この場合も、金属
クロム膜９２０はドライエッチングを行なう際の耐エッ
チングマスク部となっている。

【００２７】次いで、残存するレジスト９３７を除去し
（図１０（ｇ））、金属クロム膜９２０を除去した。
（図１０（ｈ））次いで、７０℃に加熱した水酸化ナトリウム１０重量％
水溶液に約４０分間、浸漬して、全体をウエットエッチ
ングして、壁部９００ｂを除去して、図１０（ｉ）のよ
うな段部８段の回折光学素子を得た。これにより、実施
例１と同じ、段部８段の回折効率の良好な回折光学素子
が得られた。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、上記のように、階段状回折光
学素子を製造するにあたって、複数回ドライエツチング
加工工程を行う際、各工程間での位置合わせ精度が要求
されるレベルに満たない場合であっても、素子面の段部
の境に壁ないし突起や溝が無い、充分な光の回折効率を
得ることができる、階段状回折光学素子の製造方法の提
供を可能とした。これにより、複数回行なうドライエッ
チング加工工程間の位置合せ精度が緩和され、従来の方
法のように、回折光学素子表面の各段の境に溝や壁ない
し突起が存在しないようにするために必要とされた、高
価な高精度の位置合わせが可能な描画露光装置が不要と
なり、回折光学素子製造にかかわる費用を大幅に削減で
きるものとした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回折光学素子の製造方法の実施の形態
の１例の工程の一部を示した工程断面図

【図２】図１に続く工程を示した工程断面図

【図３】回折光学素子を説明するための図

【図４】従来の回折光学素子の製造方法の工程断面図

【図５】位置合わせ誤差による壁部（ないし突起部）と
溝部の発生を説明するための図

【図６】描画露光用データを説明するための図

【図７】描画露光用データを説明するための図

【図８】図１、図２に示す実施の形態例の回折光学素子
の製造方法における、使用する描画用データを説明する
ための図であって、図８（ａ）は全ドライエッチング工
程完了後の断面形状の図で、図８（ｂ）〜図８（ｅ）は
使用する描画データを示したもので、図８（ｆ）はウエ
ットエッチング前の断面形状の図である。

【図９】実施例２の工程の一部を示した工程断面図

【図１０】実施例２の図９に続く工程を示した工程断面
図

【符号の説明】

１１０加工用素材１１１エッチング加工部（凹部ないし
エッチング部とも言う）１１１ａ、１１１ｂドライエッチング加工部（凹部
ないしドライエッチング部とも言う）１１５壁部１２０クロム膜１２１（クロム膜の）開口１３０レジスト１３１（レジストの）開口１３５レジスト１３６（レジストの）開口３１０加工用素材３１１斜面部３１２階段部３１２ａ段部４１０加工用素材４１１ドライエッチング加工部４１１ａドライエッチング加工部４１５壁（ないし突起）４１６溝４２０クロム膜４３０ポジ型のレジスト４３１（レジストの）開口４３５レジスト４３６（レジストの）開口６００加工用素材６００ａ段部６０１〜６０８深さ６０１Ａ〜６０８Ａデータ７０１〜７０４データ８００加工用素材８００ａ段部８００ｂ壁部８０１〜８０４使用する描画データ９１０加工用素材９１１ａ、９１１ｂドライエッチング加工部（凹部
ないしドライエッチング部とも言う）９１５壁部９２０金属クロム膜（単にクロム膜と
も言う）９３０レジスト９３５、９３６、９３７レジスト９３５Ａ、９３６Ａ、９３７Ａ（レジストの）開口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤本茂一東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号大日本印刷株式会社内 (72)発明者渡辺吉東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号大日本印刷株式会社内Ｆターム(参考） 2H049 AA33 AA37 AA48 AA53 2H096 AA28 BA01 BA09 KA18 LA01 2H097 GB04 KA01 LA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光屈折系の媒体からなる板状の加工用素
材の表面に、レジストの塗布、描画露光、現像の各処理
を行なう製版処理を施し、製版処理後のレジストの開口
領域の全域あるいは所定域の加工用素材をドライエッチ
ング加工する、一連の処理からなる製版処理を伴なうド
ライエッチング加工工程を、複数回段階的に繰り返す、
多段階のエッチング加工方法により、前記加工用素材の
表面に階段部を形成して回折光学素子を作製する、回折
光学素子の製造方法であって、順に、（Ａ）製版処理を
伴なうドライエッチング加工工程を所定数だけ繰り返
し、作成する階段部の各段の境に、各階段部領域を狭め
る壁あるいは突起を残した形態に加工用素材を加工す
る、ドライエッチング加工処理と、（Ｂ）加工用素材
の、壁あるいは突起が残っている側の面全体にウエット
エッチングを施し、前記壁あるいは突起を除去するウエ
ットエッチング処理とを行なうことを特徴とする回折光
学素子の製造方法。
【請求項２】請求項１において、ドライエッチング加
工処理が、作製される階段部の設計サイズに合せて、各
ドライエッチング加工工程毎に準備された描画露光用の
データを、各々、規定量だけアンダーサイズし、各ドラ
イエッチング加工工程に対応した描画露光用のデータを
作成した後、作成された各ドライエッチング加工工程に
対応する露光描画用データを用いて、製版処理を施し、
レジストの開口領域の加工用素材を、所定の深さだけド
ライエッチング加工する各ドライエッチング加工工程
を、全て行ない、ドライエッチングが施されない階段部
の各段の境に、壁あるいは突起を残して、階段部を形成
するものであることを特徴とする回折光学素子の製造方
法。
【請求項３】請求項２において、各ドライエッチング
加工工程毎に準備された描画露光用のデータは、階段部
の各段のあらかじめ決められた規定の深さを二進数化し
て二進数として表し、前記二進数の各桁が同一である全
ての段部に対応する図形データを論理和図形演算して得
たものであることを特徴とする回折光学素子の製造方
法。
【請求項４】請求項１において、ドライエッチング加
工処理が、作製される階段部同士の全ての境界に所定幅
に、加工用素材をドライエッチングする際の耐エッチン
グマスク部を形成した後、作製される階段部の設計サイ
ズに合せて、各ドライエッチング加工工程毎に準備され
た描画露光用のデータを用いて、製版処理を施し、レジ
ストの開口領域の加工用素材を、所定の深さだけドライ
エッチング加工する各ドライエッチング加工工程を、全
て行ない、ドライエッチングが施されない階段部の各段
の境に、壁あるいは突起を残して、階段部を形成するも
のであることを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項５】請求項４において、各ドライエッチング
加工工程毎に準備された描画露光用のデータは、階段部
の各段のあらかじめ決められた規定の深さを二進数化し
て二進数として表し、前記二進数の各桁が同一である全
ての段部に対応する図形データを論理和図形演算して得
たものであることを特徴とする回折光学素子の製造方
法。