JP3309911B2 - 回折格子のパターニング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透明基板に回折格子を
パターニングする方法に関し、特に、透明基板の一方の
面に形成された回折格子と同様の方位の回折格子を該透
明基板の他方の面にパターニングする方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種光応用技術に利用されている
偏光ビームスプリッタの代用として、平板状の透明基板
の両面に、方位が一致した状態で回折格子がそれぞれ形
成された両面偏光回折素子が開発されている。

【０００３】このような両面偏光回折素子は、片面に回
折格子が形成された２枚の透明基板を、各基板の回折格
子が形成されていない面同士を貼り合わせて製造する方
法が考えられる。この場合、各基板の回折格子の方位が
所定状態になるように、各基板を位置合わせする必要が
あり、通常、各基板に設けられた位置合わせマーカー
を、光学顕微鏡で観察して、各基板の位置合わせを行わ
なければならない。

【０００４】透明基板上に回折格子を形成する場合は、
通常、カッターによって機械的に形成する方法が採用さ
れていたが、最近では、回折格子を高精度で形成するた
めに、基板の表面にフォトレジストを塗布し、このフォ
トレジストに、レーザー光のようなコヒーレントな２光
束を、所定ピッチの干渉縞が形成されるように照射して
形成する方法も開発されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】両面偏光回折素子を製
造するに際して、片面に回折格子が形成された一対の透
明基板同士を貼り合わせる方法では、回折格子の格子ピ
ッチが光の波長程度に狭い場合には、各回折格子同士の
方位を高精度で一致させることができない。また、各透
明基板同士を貼り合わせる場合に誤差が発生することは
避けられず、各回折格子同士の方位を合わせることは容
易ではない。

【０００６】このように一対の透明基板同士を貼り合わ
せる方法に替えて、単一の透明基板の両面にそれぞれ回
折格子を形成する方法も開発されている。この場合に
は、１枚の透明基板の一方の面に第１の回折格子を形成
し、その後に、この回折格子と方位が一致するように透
明基板の他方の面に第２の回折格子を形成する必要があ
る。しかし、透明基板の一方の面に第１の回折格子を形
成した後に、透明基板の他方の面に第２の回折格子を、
第１の回折格子とは方位を一致させて形成することは容
易ではなく、そのために、短時間で高精度に両面偏光回
折格子を製造できないという問題がある。

【０００７】本発明はこのような問題点を解決するもの
であり、その目的は、透明基板の一方の面に形成された
回折格子と方位が高精度で一致された回折格子を透明基
板の他方の面に短時間に形成できる回折格子のパターニ
ング方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の回折格子のパタ
ーニング方法は、一方の面に第１の回折格子が形成され
た基板の他方の面にフォトレジストを塗布して、２光束
を該フォトレジストに照射することによって、該第１の
回折格子と方位が一致した所定ピッチの第２の回折格子
をパターニングする方法であって、前記２光束の一方の
光束による第１の回折格子からの回折光と前記２光束の
他方の光束による第１の回折格子からの透過光とで形成
される干渉縞、または、前記２光束の一方の光束による
第１の回折格子あるいは前記基板の表面からの反射光と
前記２光束の他方の光束による第１の回折格子からの反
射回折光とで形成される干渉縞に基づいて、該基板の第
１の回折格子の方位と前記２光束により該基板上に形成
される前記第２の回折格子を形成するための干渉縞の方
位とを一致させる工程、を包含してなり、そのことによ
り、上記目的が達成される。

【０００９】また、本発明の回折格子のパターニング方
法は、一方の面に第１の回折格子が形成された加工用基
板の他方の面にフォトレジストを塗布して、２光束を該
フォトレジストに照射することによって、該第１の回折
格子と方位が一致した所定ピッチの第２の回折格子をパ
ターニングする方法であって、形成すべき第２の回折格
子と方位およびピッチが同一の回折格子が一方の面に形
成された基準基板に前記２光束を照射する工程と、前記
２光束の一方の光束による前記基準基板の回折格子から
の回折光と、前記２光束の他方の光束による前記基準基
板の回折格子からの透過光とで形成される干渉縞、また
は２光束の一方の光束による前記基準基板の回折格子あ
るいは前記基準基板表面からの反射光と、２光束の他方
の光束による反射回折光とで形成される干渉縞に基づい
て、該基準基板の回折格子の方位と前記２光束によって
該基準基板上に形成される干渉縞の方位とを一致させる
工程と、前記２光束が位置する平面内において前記基準
基板の回折格子へ格子方位検出光を入射させて、該格子
方位検出光の該回折格子からの回折光の位置に基づいて
該回折格子に対する該格子方位検出光の入射角度を調整
する工程と、該格子方位検出光が照射されるように前記
加工用基板を位置させて、該加工用基板における第１の
回折格子に格子方位検出光を照射し、該第１の回折格子
からの回折光に基づいて、加工用基板に形成する第２の
回折格子の方位が該基準基板の回折格子の方位に一致す
るように加工基板における第１の回折格子の方位を調整
する工程と、を包含してなり、そのことにより、上記目
的が達成される。

【００１０】

【作用】本発明の回折格子のパターニング方法では、一
方の面に回折格子が形成された基板の他方の面に、２光
束干渉縞によって回折格子を形成するに際して、その２
光束干渉縞を使用して、予め形成された回折格子の方位
と、干渉縞の方位とが一致される。その後に、２光束干
渉縞が基板のフォトレジストに照射されて、回折格子が
パターニングされる。

【００１１】また、形成すべき回折格子と同様の回折格
子が形成された基準基板によって、その回折格子と２光
束干渉縞との方位合わせを行った状態で、基準基板の回
折格子に格子方位検出光が所定の入射角度となるように
調整される。その後に、基準基板に替えて加工用基板に
格子方位検出光が照射されて、該加工用基板の回折格子
に対して所定の入射角度となるように、該回折格子の方
位が調整される。このような状態で、２光束干渉縞が、
加工用基板に塗布されたフォトレジストに照射されて回
折格子がパターニングされる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明を実施例について説明する。本
発明の回折格子のパターニング方法は、一方の面に回折
格子が形成された透明基板の他方の面に、その回折格子
と方位を一致させた回折格子を形成するに際して実施さ
れる。本発明方法は、例えば、図１に平面図が示された
装置によって実施される。この装置は、２光束干渉縞を
利用して回折格子を製造する。該露光装置は、基台10に
支持されて図１に矢印Ａで示す方向への移動可能になっ
た移動ステージ15と、この移動ステージ15に回転および
高さ調整可能に取り付けられた回転ステージ11とを有し
ている。該回転ステージ11には、回折格子を形成すべき
加工用基板14、および、所定の格子ピッチで回折格子が
形成された基準基板12が着脱可能に固定されるようにな
っている。

【００１３】回転ステージ11の側方には、２光束干渉縞
を形成するための露光用レーザ光源40が配設されてい
る。該露光用レーザ光源40は、コヒーレント光としての
Ａｒレーザ光41を、電磁シャッター42を介して反射ミラ
ー43に照射するようになっている。該反射ミラー43にて
反射されたレーザ光は、ビームエキスパンダー44によ
り、光束の径を大きくされて、ハーフミラー45に照射さ
れる。ハーフミラー45は、照射されるレーザ光41を、透
過光41aと反射光41bとに分割しており、ハーフミラー45
の透過光41aが第１反射ミラー46により反射されて、回
転ステージ11上に照射される。また、ハーフミラー45に
て反射されたレーザ光41bも、第２反射ミラー47によっ
て反射されて、回転ステージ11上に照射される。各反射
ミラー46および47にて反射されたレーザ光は、例えば回
転ステージ11上に固定された基準基板12または加工用基
板14に照射され、基準基板12または加工用基板14上に干
渉縞を形成する。加工用基板14上に形成される干渉縞が
パターニングすべき回折格子の方位と一致するように、
露光用レーザ光源40と回転ステージ11との相対位置が、
基準基板12によって調整される。回転ステージ11上にフ
ォトレジストが塗布された加工用基板14が固定されてい
る場合には、該フォトレジスト上に干渉縞が形成される
ことによって、回折格子がパターニングされる。

【００１４】このように、ハーフミラー45にて分割され
たレーザ光41aおよび41bは、回転ステージ11上に固定さ
れた基準基板12または加工用基板14上に干渉縞を形成す
るが、それぞれのレーザ光41aまたは41bの一部は、基準
基板12または加工用基板14の回折格子にて回折される。
このとき、図２に示すように、一方のレーザ光41aの反
射光41a'と他方のレーザ光の反射回折光41b'とが干渉し
た状態で、反射ミラー47に照射され、その干渉光が第２
反射ミラー47にて反射されて、ハーフミラー45を介して
スクリーン50上に照射される。従って、該スクリーン50
上には、レーザ光41aの反射光41a'とレーザ光41bの反射
回折光41b'との干渉によって形成される干渉縞が投影さ
れる。

【００１５】回転ステージ11には、方位検出用レーザ光
源30から出射される方位検出用コヒーレント光としての
Ｈｅ−Ｎｅレーザ光31が照射されるようになっている。
この方位検出用レーザ光源30から出射される格子方位検
出光31は、露光用レーザ光源40から出射されてハーフミ
ラー45により分割されたレーザ光41aおよび41bと同一平
面内に位置されており、該レーザ光31は、ハーフミラー
32を透過して、回転ステージ11上に固定された基準基板
12または加工用基板14へ照射されるようになっている。
該方位検出用レーザ光源30は、出射された格子方位検出
光31が、回転ステージ11上に固定された基準基板12また
は加工用基板14の回折格子に対してブラッグ角で入射さ
れるように調整される。基準基板12または加工用基板14
の回折格子に対して格子方位検出光31がブラッグ角で入
射されると、その反射回折光は、入射光と同様の光路を
たどる。方位検出用レーザ光源30から出射される格子方
位検出光31の光路には、ハーフミラー32が介装されてお
り、基準基板12または加工用基板14の回折格子による反
射回折光は、該ハーフミラー32にて反射されて位置検出
器33に受光されるようになっている。該位置検出器33
は、受光されるレーザ光の位置を検出するようになって
おり、その位置に基づいて、方位検出用レーザ光源30に
よる出射光の方向が微調整されて、回転ステージ11上に
固定された基準基板12または加工用基板14の回折格子に
対して、レーザ光31がブラッグ角にて入射されるように
される。

【００１６】一般に、図３（ａ）に示すように、回折格
子63に入射されるレーザ光61は、該回折格子63により回
折されて、透過する回折光（回折光）61a、透過光61b、
反射する回折光（反射回折光）61c、反射光61dに分かれ
る。

【００１７】基板に対して透過する光について言えば、
回折光61aの回折方向は、回折格子63の方位に対する入
射レーザ光61との相対角度によって決定され、図３
（ｂ）に示すように、回折格子63の方位に対して垂直平
面内に入射レーザ光61が位置している場合には、回折光
61aおよび透過光61bはその垂直平面内に位置されてい
る。しかしながら、図３（ｃ）に示すように、入射レー
ザ光が回折格子63の方位に対する垂直平面からずれた状
態になっていても、回折光61a'は、回折格子63の格子の
方位に対して直交する平面内に位置される。基板に対し
て反射する光について言えば、回折光61aに対応するの
は反射回折光61cであり、入射レーザ光61が回折格子63
の方位に対する垂直平面からずれた状態になっていて
も、反射回折光61c'は回折格子63の格子の方位に直交す
る平面内に位置される。

【００１８】従って、入射レーザ光61が回折格子の方位
と直交する平面に対してずれた平面内にある場合には、
回折光61a'および反射回折光61c'は、そのずれに応じて
変化することになる。このことは、ブラッグ回折におい
ても同様であり、回折格子63の格子方位に対する垂直平
面から入射レーザ光61が微少にずれていても、光の方向
はそのずれに対応する。

【００１９】位置検出器33は、基準基板12の回折格子に
入射される光の光路内において、該回折格子の反射回折
光の位置を検出するようになっており、従って、該位置
検出器33の検出結果に基づいて、方位検出用レーザ光源
30から出射される格子方位検出光31に対する回折格子の
方位のずれを検出できる。

【００２０】回転ステージ11には、該回転ステージ11上
に固定される基準基板12および加工用基板14の傾きを検
出するために、傾斜検出用レーザー光源20から出射され
るＨｅ−Ｎｅレーザー光21が照射されるようになってい
る。該基準基板12または加工用基板14により反射された
レーザ光21は、傾斜検出器22にて受光されるようになっ
ている。該傾斜検出器22は、受光されるレーザ光の傾斜
度、すなわち、回転ステージ11上に固定された基準基板
12あるいは加工用基板14の傾斜状態が検出される。

【００２１】このような装置によって、本発明の回折格
子の形成方法が実施される。例えば、一方の面に回折格
子が形成された加工用基板14の他方の面に、その回折格
子の方位と同じ方位の回折格子を同ピッチで形成するに
際して、まず、加工用基板14に形成すべき回折格子と同
様の回折格子が形成された基準基板12を準備する。そし
て、この基準基板12を、図１に示すように、回折格子13
が形成された面が回転ステージ11に密着するように固定
する。このような状態で、露光用レーザ光源40からＡr
レーザ光41が出射されると、ハーフミラー45にて分割さ
れた２ビーム41aおよび41bが基準基板12に照射されて干
渉縞（露光パターン）が形成される。このとき、一方の
レーザビーム41aの回折格子13による反射光41a'と、他
方のレーザビーム41bの反射回折光41b'との干渉光が、
スクリーン50上に投影されて、該スクリーン50上には干
渉縞が形成される。スクリーン50上に形成される干渉縞
は、基準基板12に予め設けられた回折格子と、基準基板
12に照射される２つのレーザビームによって該基準基板
12上に形成される干渉縞との方位が一致した状態になる
と、縞模様がなくなるが、両者の方位がずれている場合
には、図４（ａ）に示すように、横方向（図４に矢印Ｂ
で示す格子方向に直交する方向）に縞模様が発生する。
従って、基準基板12が固定された回転ステージ11を回転
させて、スクリーン50上の干渉縞が発生しないようにす
れば、基準基板12における回折格子13と、露光レーザ光
源40から照射されて分割された２つのレーザビームによ
る干渉パターン（露光パターン）の方位とが一致した状
態になる。

【００２２】この場合の方位合わせの精度は、基準基板
12に形成された回折格子の大きさによって異なるが、ス
クリーン50上に形成される干渉縞の１周期が、露光レー
ザ光の1／2波長のずれに対応するために、４mmの範囲内
において干渉縞が１周期以下になるように調整すること
によって、基準基板12の回転角度は、20"以内に方位が
合わせられる。

【００２３】このとき、露光レーザ光源40からレーザビ
ーム41が照射されている状態で、傾斜検出用レーザ光源
20からＨｅ−Ｎｅレーザ光21が出射される。該レーザ光
21は、基準基板12にて反射されて、傾斜検出器22にて捉
えられており、該傾斜検出器22により、基準基板12の傾
斜状態が検出される。

【００２４】なお、図４（ｂ）は、スクリーン50上に形
成される干渉縞が、基準基板12の回折格子13の格子方向
Ｂに沿って形成される場合であり、この場合は、回折格
子13と、基準基板12に入射される２つのレーザビームに
よる干渉縞とにピッチ差があり、すなわちレーザビーム
の入射角がブラッグ角からずれている。このような場合
には、10mmの範囲内に１周期以下の干渉縞が形成される
ように調整することによって、そのピッチ差が１オング
ストローム以下になる。このことを利用して、片面に回
折格子が形成された基準基板12を使用して、露光レーザ
光源40から基準基板12に入射される２レーザビームのブ
ラツグ角のずれのチェックが行える。

【００２５】露光レーザ光源40からのレーザビームに基
づいて、基準基板12の回折格子の方位が、該レーザビー
ムによる露光パターンに一致された状態にされ、また、
傾斜検出器22により、基準基板12の傾斜状態が検出され
ると、その後に、方位検出用レーザ光源30から、Ｈｅ−
Ｎｅレーザ光である方位検出光31が、回転ステージ11上
の基準基板12に照射される。このとき、方位検出光31
は、基準基板12の回折格子13に対してブラッグ角で入射
されるように、位置検出器33により検出される反射回折
光の位置に基づいて調整される。

【００２６】このようにして、基準基板12は、その回折
格子13の方位が、露光レーザ光41によって形成される干
渉縞の方位と一致されて、傾斜検出用レーザ光源20によ
り、傾斜状態が検出されるとともに、方位検出用レーザ
光源30から出射される方位検出光31が、該基準基板12の
回折格子13に対してブラッグ角で入射される状態とされ
る。

【００２７】このような状態で、回転ステージ11から基
準基板12が取り除かれて、新たに、一方の面に回折格子
が形成されて他方の面にフォトレジストが塗布された加
工用基板14が固定される。そして、該加工用基板14に傾
斜検出用レーザ光源20からＨｅ−Ｎｅレーザ光21が出射
されて、該加工用基板14の傾斜状態が、前述の基準基板
12の傾斜状態と等しくなるように、回転ステージ11の傾
斜状態が、傾斜検出器22の検出結果に基づいて調整され
る。さらに、方位検出用レーザ光源30からは方位検出光
31が出射され、加工用基板14の回折格子にて反射されて
位置検出器33にて捉えられる反射回折光の強度が最大と
なるように、回転ステージ11が回転される。前述のよう
に、方位検出用レーザ光源30から出射される方位検出光
は、回転ステージ11上に固定された基準基板12の回折格
子に対してブラッグ角で入射されるように調整されてお
り、従って、基準基板12に替えて回転ステージ11上に固
定された加工用基板14の反射回折光の位置検出器33上で
の位置に基づいて回転ステージ11が回転調整されると、
回転ステージ11上に固定された加工用基板14の回折格子
は、方位検出用レーザ光源30の格子方位検出光31に対し
て、前工程において回転ステージ11に固定された基準基
板12の方位に一致した状態になる。その結果、該加工用
基板14に予め形成された回折格子が、露光用レーザ光源
40の露光パターンの干渉縞とは方位が一致された状態に
なる。

【００２８】この場合、方位検出用レーザ光源30および
傾斜検出用レーザ光源20から出射されるレーザ光は、露
光用レーザ光源40から出射されるＡｒレーザ光とは波長
が異なるＨｅ−Ｎｅレーザ光であるために、加工用基板
14に塗布されたフォトレジストがそのＨｅ−Ｎｅレーザ
光によって感光するおそれがない。

【００２９】このようにして、加工用基板14が、回転ス
テージ11上にて所定の方位とされると、露光用レーザ光
源40からレーザ光41が照射される。該露光用レーザ光源
40から照射されたレーザビーム41は、２分割されて、基
準基板12および加工用基板14上に干渉縞を形成するよう
に照射される。このとき、加工用基板14に予め形成され
た回折格子の方位が、該加工用基板14上に形成される干
渉縞の方位と一致された状態になっているために、その
干渉縞が、加工用基板14上に塗布されたフォトレジスト
上に照射されることによって、予め形成された回折格子
とは方位が一致した回折格子がパターニングされる。

【００３０】なお、上記実施例では、露光用レーザ光源
40による露光パターンの方位を調整するに際して、予め
所定の回折格子が形成された基準基板を使用し、その露
光パターンの方位を調整した後に加工用基板14を回転ス
テージ11上に固定するようにしたが、このような基準基
板12を使用することなく、一方の片面に予め回折格子が
形成された加工用基板14を、他方の片面にフォトレジス
トが塗布された状態で直接使用してもよい。この場合に
は、露光用パターンと予め形成された回折格子との方位
を調整する際に、フォトレジストの一部が露光用パター
ンの投影により影響を受けるが、基準基板によって回折
格子の方位を調整する必要がないために、回折格子の形
成が容易になり、さらに、回折格子の方位合わせの精度
も向上する。

【００３１】なお、これらの調整は、基板前面の反射方
向に出射される光に限定されない。透明基板の後側（透
過方向側）に出射される光を利用しても同様に行うこと
ができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明の回折格子のパターニング方法
は、このように、露光用パターンである干渉縞を使用し
て、基板に形成された回折格子の方位とその干渉縞の方
位とを直接位置合わせするようになっているために、一
面に回折格子が形成された基板に、方位が一致した回折
格子を高精度でしかも短時間に他方の面にパターニング
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回折格子の形成方法の実施に使用され
る装置の平面概略図。

【図２】その製造装置に使用される基準基板の回折状態
を説明するための断面図。

【図３】（ａ）は回折格子に対する入射光と回折光およ
び透過光の状態を説明するための断面図。（ｂ）は、入
射光が回折格子に対して垂直平面内に位置する場合の回
折光および透過光の状態を説明するための平面図。
（ｃ）は入射光が回折格子に対して垂直平面内に位置し
ない場合の反射光および透過光の状態を説明するための
平面図。

【図４】（ａ）および（ｂ）はそれぞれスクリーン上に
投影される干渉縞の一例を示す図。

【符号の説明】

10 基台 11 回転ステージ 12 基準基板 14 加工用基板 20 傾斜調整用レーザー光源 30 方位検出用レーザー光源 33 位置検出器 40 露光用レーザー光源 50 スクリーン

フロントページの続き (72)発明者 倉田 幸夫 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャー プ株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−143201（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−8801（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−278912（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−259702（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−211603（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−155801（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 5/18 G02B 5/30

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の面に第１の回折格子が形成された
   基板の他方の面にフォトレジストを塗布して、２光束を
   該フォトレジストに照射することによって、該第１の回
   折格子と方位が一致した所定ピッチの第２の回折格子を
   パターニングする方法であって、前記２光束の一方の光束による第１の回折格子からの回
   折光と前記２光束の他方の光束による第１の回折格子か
   らの透過光とで形成される干渉縞、または、前記２光束
   の一方の光束による第１の回折格子あるいは前記基板の
   表面からの反射光と前記２光束の他方の光束による第１
   の回折格子からの反射回折光とで形成される干渉縞 に基
   づいて、該基板の第１の回折格子の方位と前記２光束に
   より該基板上に形成される前記第２の回折格子を形成す
   るための干渉縞の方位とを一致させる工程、 を包含する回折格子のパターニング方法。
2. 【請求項２】 一方の面に第１の回折格子が形成された
   加工用基板の他方の面にフォトレジストを塗布して、２
   光束を該フォトレジストに照射することによって、該第
   １の回折格子と方位が一致した所定ピッチの第２の回折
   格子をパターニングする方法であって、 形成すべき第２の回折格子と方位およびピッチが同一の
   回折格子が一方の面に形成された基準基板に前記２光束
   を照射する工程と、前記２光束の一方の光束による前記基準基板の回折格子
   からの回折光と、前記２光束の他方の光束による前記基
   準基板の回折格子からの透過光とで形成される干渉縞、
   または２光束の一方の光束による前記基準基板の回折格
   子あるいは前記基準基板表面からの反射光と、２光束の
   他方の光束による反射回折光とで形成される干渉縞に基
   づいて、 該基準基板の回折格子の方位と前記２光束によ
   って該基準基板上に形成される干渉縞の方位とを一致さ
   せる工程と、 前記２光束が位置する平面内において前記基準基板の回
   折格子へ格子方位検出光を入射させて、該格子方位検出
   光の該回折格子からの回折光の位置に基づいて該回折格
   子に対する該格子方位検出光の入射角度を調整する工程
   と、 該格子方位検出光が照射されるように前記加工用基板を
   位置させて、該加工用基板における第１の回折格子に格
   子方位検出光を照射し、該第１の回折格子からの回折光
   に基づいて、加工用基板に形成する第２の回折格子の方
   位が該基準基板の回折格子の方位に一致するように加工
   基板における第１の回折格子の方位を調整する工程と、 を包含する回折格子のパターニング方法。