JP2005128377A

JP2005128377A - レプリカ光学素子

Info

Publication number: JP2005128377A
Application number: JP2003365627A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Harada; 善壽原田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】レプリカ回折格子の格子面の面粗さを抑え、分光器に使用した場合の迷光を減少させる。
【解決手段】レプリカ基板２１として、格子面が形成される側の面つまり接着剤２２が塗布される面２１ａが光沢面（面粗さ:約５ｎｍＲＭＳ）である基板を用い、この面２１ａに熱硬化型の接着剤２２を塗布し、その後、離型剤である油膜１３を介してアルミニウム薄膜２３を形成したマスター回折格子１０を張り合わせる。接着剤２２が硬化した後に油膜１３を境に両者を剥離させると、アルミニウム薄膜２３がレプリカ基板２１に反転転写され、レプリカ回折格子２０が完成する。面２１ａの面粗さが小さいので、レプリカ回折格子２０の格子面（薄膜２３の表面）の面粗さをマスター回折格子１０の面粗さと同程度に小さく抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レプリカ回折格子などのレプリカ光学素子に関する。

従来より、回折格子を量産する際に、マスター回折格子からレプリカ回折格子を製作する手法が広く採用されている。特許文献１などの記載に基づき、その手法を概略的に説明する。

まず、ガラス基板の一面にアルミニウムなどの金属の薄膜を蒸着し、該薄膜に格子溝を形成することによりマスター回折格子を製作する。このマスター回折格子を母型として、その格子面に離型剤として薄く油膜を形成し、その上に真空蒸着により金属薄膜を形成する。その後、この金属薄膜上に接着剤を介してレプリカ基板を接着し、接着剤が硬化したならばレプリカ基板を母型より剥離させる。これにより、格子溝が形成された金属薄膜が裏返し状態でレプリカ基板側に移り、レプリカ回折格子が完成する。

こうした回折格子は主として分光器に利用されるが、回折格子の格子面の面粗さは迷光の原因となる。そのため、この面粗さはできるだけ小さいことが望ましい。従来、レプリカ基板としてはガラス（ソーダガラス）、石英ガラスなどが使用されており、接着剤の付着性を良好にするために、接着剤の塗布面がいわゆるスリ面となったものが利用されている。こうしたレプリカ基板に接着剤を介して金属薄膜を貼り付けた場合、接着剤の樹脂は熱硬化等の硬化に伴って収縮を生じるため、スリ面の面粗さの影響がレプリカ表面にも現れてしまう。こうしたレプリカ回折格子の格子面の面粗さによる迷光は、取り扱う光の波長が比較的長い場合、具体的には赤外光や可視光であるときにはあまり問題とならないが、取り扱う波長を短波長化する場合、特に軟Ｘ線等の分光を行う際には大きな問題となる。

特開平７−２６１０１０号公報

本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、格子面等の光学処理面の面粗さを抑えて良好な光学処理を行うことができるレプリカ光学素子を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明は、マスター光学素子の光学処理面に金属薄膜を形成し、該金属薄膜とレプリカ基板とを接着剤を介して密着させた後に両者を剥離させ、前記金属薄膜を前記レプリカ基板に反転接着させることで形成されるレプリカ光学素子において、前記レプリカ基板は前記接着剤を介して前記金属薄膜と対向する面が光沢面であることを特徴としている。

本発明に係るレプリカ光学素子の代表はレプリカ回折格子であり、その場合、光学処理面とは格子面である。

発明の実施の形態、及び効果

本発明に係るレプリカ光学素子では、レプリカ基板にあって接着剤を介して金属薄膜と対向する面、つまり表面となる金属薄膜の下地となる面が光沢面であって面粗さが小さいので、接着剤が硬化した後でも接着剤の硬化収縮を無視することができ、レプリカ光学素子の光学処理面の粗さを小さくすることができる。したがって、本発明をレプリカ回折格子に適用した場合には、マスター回折格子と同程度の面粗さを実現することができ、分光器に使用した際に迷光を低減することができる。これによって、特に軟Ｘ線などの短波長領域における分析精度の向上に寄与する。

以下、本発明に係るレプリカ光学素子の一例であるレプリカ回折格子について説明する。図１はレプリカ回折格子の製作工程を示す概略図である。

まず、石英ガラス等である平面ガラス基板１１にフォトレジスタをコーティングし、ホログラフィック露光法などにより格子溝に相当する部分のフォトレジスタを除去する。次に、そのレジストパターンをマスクとしてイオンビームエッチング等により溝断面形状が所定プレーズ角度の鋸歯形状となるように格子溝を形成する。その上に膜厚０．２μｍ程度のアルミニウム薄膜１２を真空蒸着により形成し、その表面がアルミニウム薄膜１２で被覆された格子溝を有するマスター回折格子１０が完成する（図１（ａ）の状態）。通常、このときの面粗さは０．５ｎｍＲＭＳ程度とすることができる。

次に、上記マスター回折格子１０の格子面に、離型剤としてシリコングリース等による油膜１３を形成し（図１（ｂ）の状態）、その後に、真空蒸着によってアルミニウム薄膜２３を形成する（図１（ｃ）の状態）。このアルミニウム薄膜２３は後でレプリカ回折格子の格子面を被覆するものであり、膜厚は例えば０．２μｍ程度とするとよい。

次いで、ソーダガラスであるレプリカ基板２１を用意し（図１（ｄ）の状態）、接着剤２２を塗布する表面（格子面となる側の面）２１ａを洗浄した後に接着剤（熱硬化型エポキシ樹脂）２２を略均一厚に塗布する（図１（ｅ）の状態）。そして、この接着剤２２を介してレプリカ基板２１と先の図１（ｃ）の状態にあるマスター回折格子１０とを張り合わせ、適度な圧力で押しつける。それによって、接着剤２２はアルミニウム薄膜２３の断面鋸歯形状の溝を埋めるように広がる（図１（ｆ）の状態）。

さらに、これをベーク炉に収容し、例えば５５℃、３６時間の条件で熱を加えて接着剤２２の硬化を促進させる。接着剤２２が充分に硬化したならば、離型剤である油膜１３を境にしてレプリカ基板２１をマスター回折格子１０から引き剥がす。すると、断面鋸歯形状に成形されたアルミニウム薄膜２３が、接着剤２２を介してレプリカ基板２１に接着した状態で剥離する（図１（ｇ）の状態）。これによって、マスター回折格子１０の格子溝を反転転写した格子溝が形成された、レプリカ回折格子２０が得られる。

なお、図１（ｇ）では油膜１３の残滓を記載していないが、マスター回折格子１０とレプリカ回折格子２０とを剥離した状態ではその両面に油膜１３が残るので、洗浄によってこれを除去する必要があることは言うまでもない。

こうした熱硬化型エポキシ樹脂製の接着剤は、熱硬化の際に２％程度収縮する。そのため、面粗さが約５０ｎｍＲＭＳであるスリ面を有するレプリカ基板を用いてレプリカ回折格子を製作する場合、スリ面の約２％分（面粗さ：約１ｎｍＲＭＳ）の粗さがレプリカ表面（アルミニウム薄膜２３の表面）に現れ、マスター回折格子（面粗さ：約０．５ｎｍＲＭＳ）と比べて面粗さが無視できないほど大きくなってしまう。これに対し、この実施例のレプリカ回折格子では、レプリカ基板２１として接着剤２２を塗布する表面２１ａの面粗さがスリ面の１／２０程度（面粗さ：約５ｎｍＲＭＳ）である光沢面を持つガラス基板を利用している。これによって、接着剤２２の硬化収縮によるレプリカ表面の面粗さは０．１ｎｍＲＭＳ程度に抑えられ、無視できる程度に小さい。

本実施例によるレプリカ回折格子の効果を確認するために、レプリカ基板の接着剤塗布面がスリ面である場合と光沢面である場合とについて、それぞれ同一工程でレプリカ回折格子を製作し、レプリカ表面の面粗さを光波干渉計により観察した。その測定結果の観察画像を図２に示す。レプリカ基板をスリ面とした場合には、マスター回折格子の面粗さ０．５ｎｍＲＭＳがレプリカ回折格子の面粗さ１．２９ｎｍＲＭＳに劣化した（図２（ａ））。これに対し、レプリカ基板を光沢面とした場合には、マスター回折格子の面粗さ０．５ｎｍＲＭＳがレプリカ回折格子の面粗さ０．５２ｎｍＲＭＳとなり、殆ど劣化していないことが確認できた（図２（ｂ））。これにより、本実施例によるレプリカ回折格子では、マスター回折格子とほぼ同程度の凹凸の少ないものを量産できることが確認できた。

なお、上記実施例は本発明をレプリカ回折格子に適用したものであるが、回折格子に限らずミラー等の他の光学素子に適用できることは当然である。また、光学処理面が平面であるもののみならず、曲面である場合、例えば、放物面ミラーなどに適用し得ることも明らかである。また、上記実施例に記載の数値や材料などは単に一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。また、それ以外の点についても、本発明の趣旨の範囲で適宜に変更や修正を行えることは明らかである。

本発明の一実施例であるレプリカ回折格子の製作工程を示す概略断面図。光波干渉計による面粗さ観察結果を示す図。

符号の説明

１０…マスター回折格子
１１…平面ガラス基板
１２…アルミニウム薄膜
１３…油膜（離型剤）
２０…レプリカ回折格子
２１…レプリカ基板
２２…接着剤
２３…アルミニウム薄膜

Claims

マスター光学素子の光学処理面に金属薄膜を形成し、該金属薄膜とレプリカ基板とを接着剤を介して密着させた後に両者を剥離させ、前記金属薄膜を前記レプリカ基板に反転接着させることで形成されるレプリカ光学素子において、前記レプリカ基板は前記接着剤を介して前記金属薄膜と対向する面が光沢面であることを特徴とするレプリカ光学素子。
レプリカ回折格子であることを特徴とする請求項１に記載のレプリカ光学素子。