JP3501127B2 - 回折型光学部品 - Google Patents
回折型光学部品Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
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- G02B5/1857—Manufacturing methods using exposure or etching means, e.g. holography, photolithography, exposure to electron or ion beams
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、一般に、回折型
光学部品に関するものであり、より特定的には、平滑な
エッチング面を有するように改良された回折型光学部品
に関する。
光学部品に関するものであり、より特定的には、平滑な
エッチング面を有するように改良された回折型光学部品
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、従来の、ＺｎＳｅ多結晶を用い
た回折型光学部品（Diffractive Optical Element：Ｄ
ＯＥ）の製造方法の工程を示す図である。
た回折型光学部品（Diffractive Optical Element：Ｄ
ＯＥ）の製造方法の工程を示す図である。
【０００３】図３（Ａ）を参照して、ＺｎとＨ2Ｓｅよ
り、ＺｎＳｅ多結晶体を合成する。図３（Ｂ）を参照し
て、ＺｎＳｅ多結晶体を切出して、ＺｎＳｅ多結晶体基
板１を形成する。図３（Ｃ）を参照して、ＺｎＳｅ多結
晶体基板１の上にレジスト膜２を形成する。
り、ＺｎＳｅ多結晶体を合成する。図３（Ｂ）を参照し
て、ＺｎＳｅ多結晶体を切出して、ＺｎＳｅ多結晶体基
板１を形成する。図３（Ｃ）を参照して、ＺｎＳｅ多結
晶体基板１の上にレジスト膜２を形成する。
【０００４】図３（Ｄ）を参照して、フォトマスク３を
用いて、光４を選択的に照射し、レジスト膜２中にパタ
ーンを焼き付ける。
用いて、光４を選択的に照射し、レジスト膜２中にパタ
ーンを焼き付ける。
【０００５】図３（Ｄ）と（Ｅ）を参照して、レジスト
膜２を現像し、レジストパターン５を形成する。図３
（Ｆ）と（Ｇ）を参照して、レジストパターン５を用い
て、ＺｎＳｅ多結晶基板１を反応性イオンエッチング
し、ＺｎＳｅ多結晶体基板１にパターン１ａを形成す
る。
膜２を現像し、レジストパターン５を形成する。図３
（Ｆ）と（Ｇ）を参照して、レジストパターン５を用い
て、ＺｎＳｅ多結晶基板１を反応性イオンエッチング
し、ＺｎＳｅ多結晶体基板１にパターン１ａを形成す
る。
【０００６】図３（Ｈ）を参照して、ＺｎＳｅ多結晶基
板１の上にＡＲコート（無反射コート）６を形成する
と、ＤＯＥが得られる。
板１の上にＡＲコート（無反射コート）６を形成する
と、ＤＯＥが得られる。
【０００７】このようにして得られたＤＯＥは、従来の
屈折・反射を利用する光学部品とは異なり、光の回折現
象を利用し、位相を直接制御することにより、たとえ
ば、多点分光機能など、幅広い応用分野が期待できる光
学部品となる。
屈折・反射を利用する光学部品とは異なり、光の回折現
象を利用し、位相を直接制御することにより、たとえ
ば、多点分光機能など、幅広い応用分野が期待できる光
学部品となる。
【０００８】その中で、図４を参照して、炭酸ガスレー
ザ用光学部品の利用例がある。これは、特開２０００−
２８０２２６号公報や特開２０００−２８０２２５号公
報にあるように、１本の加工用レーザビームを多点に分
岐して複数個の孔を同時に明けることで、微細な孔明け
加工の高速化を実現している。
ザ用光学部品の利用例がある。これは、特開２０００−
２８０２２６号公報や特開２０００−２８０２２５号公
報にあるように、１本の加工用レーザビームを多点に分
岐して複数個の孔を同時に明けることで、微細な孔明け
加工の高速化を実現している。
【０００９】携帯電話、パソコンなどに用いられる電子
部品、デバイスの小型化が進み、それらに対して、益々
微細で高速孔明けが要求されており、ＤＯＥは、この要
求を満足させるキーデバイスである。炭酸ガスレーザ用
光学部品の素材としては、赤外光の透過性がよいＺｎＳ
ｅが用いられる。光学部品としてよく用いられる直径１
インチあるいは２インチ、厚み数ｍｍの大きさのＺｎＳ
ｅとしては、コスト的な面では単結晶ではなく多結晶が
用いられ、多結晶でもＣＶＤ（Chemical VaporDepositi
on：化学気相堆積）法で合成された高純度のものが用い
られている。
部品、デバイスの小型化が進み、それらに対して、益々
微細で高速孔明けが要求されており、ＤＯＥは、この要
求を満足させるキーデバイスである。炭酸ガスレーザ用
光学部品の素材としては、赤外光の透過性がよいＺｎＳ
ｅが用いられる。光学部品としてよく用いられる直径１
インチあるいは２インチ、厚み数ｍｍの大きさのＺｎＳ
ｅとしては、コスト的な面では単結晶ではなく多結晶が
用いられ、多結晶でもＣＶＤ（Chemical VaporDepositi
on：化学気相堆積）法で合成された高純度のものが用い
られている。
【００１０】また、ＤＯＥは、図５を参照して、レーザ
加工にも適用される。
加工にも適用される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】さて、ＲＩＥ法では、
活性種とＺｎＳｅが化学反応して１次生成物が生成し、
その２次生成物をスパッタで除去して、エッチングが進
んでいく。
活性種とＺｎＳｅが化学反応して１次生成物が生成し、
その２次生成物をスパッタで除去して、エッチングが進
んでいく。
【００１２】しかし、図６を参照して、単結晶でよく用
いられる炭化水素系のガスを用いると、蒸気圧が高い２
次生成物（ジメチルジンク、ジメチルセレン等の有機金
属化合物）が発生する。これらの２次生成物は発生と同
時に離脱する傾向が強く、スパッタによる離脱効果が少
ない。したがって、多結晶体の結晶粒の面方位依存性が
強く出てしまう。
いられる炭化水素系のガスを用いると、蒸気圧が高い２
次生成物（ジメチルジンク、ジメチルセレン等の有機金
属化合物）が発生する。これらの２次生成物は発生と同
時に離脱する傾向が強く、スパッタによる離脱効果が少
ない。したがって、多結晶体の結晶粒の面方位依存性が
強く出てしまう。
【００１３】したがって、図７を参照してＺｎＳｅ多結
晶体基板の表面が荒れ、ＤＯＥの光学特性を悪化させる
という問題点があった。
晶体基板の表面が荒れ、ＤＯＥの光学特性を悪化させる
という問題点があった。
【００１４】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、平滑なエッチング面を有する
ことができるように改良された回折型光学部品を提供す
ることを目的とする。
るためになされたもので、平滑なエッチング面を有する
ことができるように改良された回折型光学部品を提供す
ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この発明に係る回折型光
学部品は、多結晶体基板を備える。上記多結晶体基板の
上に、上記多結晶体基板と同じ材質であり、かつ結晶粒
径がそれより小さい上層膜あるいはアモルファス状の上
層膜が積層されている。上記上層膜はドライエッチング
されている。
学部品は、多結晶体基板を備える。上記多結晶体基板の
上に、上記多結晶体基板と同じ材質であり、かつ結晶粒
径がそれより小さい上層膜あるいはアモルファス状の上
層膜が積層されている。上記上層膜はドライエッチング
されている。
【００１６】この発明によれば、上層膜が、微細粒また
はアモルファス状になっているので、エッチングレート
の面方位依存性が少なくなる。
はアモルファス状になっているので、エッチングレート
の面方位依存性が少なくなる。
【００１７】この発明の好ましい実施態様によれば、上
記多結晶体基板と上記上層膜との間に、剥離を防止する
ためのバッファ層が設けられている。
記多結晶体基板と上記上層膜との間に、剥離を防止する
ためのバッファ層が設けられている。
【００１８】この発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、上記バッファ層は、対象とする光を透過する材料で
形成されている。
ば、上記バッファ層は、対象とする光を透過する材料で
形成されている。
【００１９】この発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、上記多結晶体基板は、ＺｎＳｅで形成されている。
ば、上記多結晶体基板は、ＺｎＳｅで形成されている。
【００２０】この発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、上記多結晶体基板は、ＣＶＤ法で形成されている。
ば、上記多結晶体基板は、ＣＶＤ法で形成されている。
【００２１】さらに、上記バッファ層は、ＢａＦ2，Ｔ
ｈＦ4、ＹｂＦ3等のフッ素化合物で形成されるのが好ま
しい。
ｈＦ4、ＹｂＦ3等のフッ素化合物で形成されるのが好ま
しい。
【００２２】また、上記上層膜および上記バッファ層
は、気相成長法で形成されているのが好ましい。
は、気相成長法で形成されているのが好ましい。
【００２３】また、上記上層膜および上記バッファ層
は、蒸着法（電子ビーム法、イオンアシスト法、抵抗加
熱法）で形成してもよい。
は、蒸着法（電子ビーム法、イオンアシスト法、抵抗加
熱法）で形成してもよい。
【００２４】また、上記ドライエッチングは、反応性イ
オンエッチングで行なわれるのが好ましい。
オンエッチングで行なわれるのが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。
について説明する。
【００２６】図１は、本発明の実施の形態に係る回折型
光学部品の製造方法の順序の各工程における半導体装置
の断面図である。
光学部品の製造方法の順序の各工程における半導体装置
の断面図である。
【００２７】図１（Ａ）を参照して、ＺｎＳｅの多結晶
体１を準備する。図１（Ｂ）を参照して、多結晶体基板
１の上に、ＴｈＦ4膜７を形成する。ＴｈＦ4膜７の上
に、多結晶体基板１と同じ材質であり、かつ結晶粒径が
それより小さい上層膜あるいはアモルファス状の上層膜
を積層する。本実施の形態では、この上層膜として、Ｚ
ｎＳｅ膜８を積層する。
体１を準備する。図１（Ｂ）を参照して、多結晶体基板
１の上に、ＴｈＦ4膜７を形成する。ＴｈＦ4膜７の上
に、多結晶体基板１と同じ材質であり、かつ結晶粒径が
それより小さい上層膜あるいはアモルファス状の上層膜
を積層する。本実施の形態では、この上層膜として、Ｚ
ｎＳｅ膜８を積層する。
【００２８】ＺｎＳｅ膜８の膜厚は、少なくとも３μｍ
以上必要である。なぜなら、３μｍ以上、エッチングに
より、この表面を掘る必要があるからである。
以上必要である。なぜなら、３μｍ以上、エッチングに
より、この表面を掘る必要があるからである。
【００２９】ＴｈＦ4膜７は、多結晶体基板１とＺｎＳ
ｅ膜８との剥離を防止するための層である。
ｅ膜８との剥離を防止するための層である。
【００３０】なお、多結晶体基板１の上に、ＺｎＳｅ膜
８を、剥離しないように、形成することができる条件に
おいては、ＴｈＦ4膜７は不要である。すなわち、多結
晶体基板１の表面の平滑性を高めるため、乾式あるいは
湿式で表面処理後、ＺｎＳｅ膜８を形成すれば、ＴｈＦ
4膜７は不要である。
８を、剥離しないように、形成することができる条件に
おいては、ＴｈＦ4膜７は不要である。すなわち、多結
晶体基板１の表面の平滑性を高めるため、乾式あるいは
湿式で表面処理後、ＺｎＳｅ膜８を形成すれば、ＴｈＦ
4膜７は不要である。
【００３１】図１（Ｃ）を参照して、ＺｎＳｅ膜８の上
に、レジスト膜２を形成する。図１（Ｃ）と（Ｄ）を参
照して、フォトマスク（図示せず）を用いて、レジスト
膜２を選択的に露光し、レジスト膜２にパターンを焼き
付ける。その後、現像して、レジストパターン５を形成
する。
に、レジスト膜２を形成する。図１（Ｃ）と（Ｄ）を参
照して、フォトマスク（図示せず）を用いて、レジスト
膜２を選択的に露光し、レジスト膜２にパターンを焼き
付ける。その後、現像して、レジストパターン５を形成
する。
【００３２】図１（Ｄ）と（Ｅ）を参照して、レジスト
パターン５をマスクに用いて、ＺｎＳｅ膜８を反応性イ
オンエッチング法により、ドライエッチングする。この
とき、ＺｎＳｅ膜８は、微細粒またはアモルファス状に
なっているので、エッチングレートの面方位依存性が少
ない。したがって、ＺｎＳｅ膜８のエッチング面は、荒
れない。
パターン５をマスクに用いて、ＺｎＳｅ膜８を反応性イ
オンエッチング法により、ドライエッチングする。この
とき、ＺｎＳｅ膜８は、微細粒またはアモルファス状に
なっているので、エッチングレートの面方位依存性が少
ない。したがって、ＺｎＳｅ膜８のエッチング面は、荒
れない。
【００３３】ＺｎＳｅ膜８のエッチングした面の状態を
図２に示す。その表面は荒れていないことが確認され
た。エッチング深さは、約４μｍで表面粗さＲａ＝３ｎ
ｍであった。
図２に示す。その表面は荒れていないことが確認され
た。エッチング深さは、約４μｍで表面粗さＲａ＝３ｎ
ｍであった。
【００３４】図１（Ｅ）と（Ｆ）を参照して、レジスト
パターン５を除去する。図１（Ｇ）を参照して、ＺｎＳ
ｅ膜８の上および、多結晶体基板１の膜を積層していな
い面に、ＡＲコート（無反射コート）６を形成すると、
ＤＯＥが得られる。
パターン５を除去する。図１（Ｇ）を参照して、ＺｎＳ
ｅ膜８の上および、多結晶体基板１の膜を積層していな
い面に、ＡＲコート（無反射コート）６を形成すると、
ＤＯＥが得られる。
【００３５】
【実施例】ＣＶＤ法で合成したＺｎＳｅ多結晶体を素材
として切出し、研磨して作製した直径５０ｍｍ、厚み５
ｍｍの基板（表面粗さＲａ＝２ｎｍ）の片面に、ＴｈＦ
4膜（０．２μｍ）およびＺｎＳｅ膜（６μｍ）を抵抗
加熱蒸着法で積層した。ＺｎＳｅ膜は成長方向に０．０
６μｍ幅の結晶粒であった。また、ＺｎＳｅ膜の表面粗
さは基板と同様、Ｒａ＝２ｎｍであった。
として切出し、研磨して作製した直径５０ｍｍ、厚み５
ｍｍの基板（表面粗さＲａ＝２ｎｍ）の片面に、ＴｈＦ
4膜（０．２μｍ）およびＺｎＳｅ膜（６μｍ）を抵抗
加熱蒸着法で積層した。ＺｎＳｅ膜は成長方向に０．０
６μｍ幅の結晶粒であった。また、ＺｎＳｅ膜の表面粗
さは基板と同様、Ｒａ＝２ｎｍであった。
【００３６】このようにして得られたＺｎＳｅ基板に積
層したＺｎＳｅ蒸着膜を、ＲＩＥ法にてエッチングし
た。エッチング条件は、以下のとおりであった。
層したＺｎＳｅ蒸着膜を、ＲＩＥ法にてエッチングし
た。エッチング条件は、以下のとおりであった。
【００３７】ガス種：メタンガス
ガス流量：５ｓｃｃｍ
圧力：１Ｐａ
ＲＦパワー：０．５Ｗ／ｃｍ2
エッチング時間：１８０分
エッチング面は、図２に示すとおりであった。上述した
ように、エッチング深さは、約４μｍで表面粗さＲａ＝
３ｎｍであった。
ように、エッチング深さは、約４μｍで表面粗さＲａ＝
３ｎｍであった。
【００３８】一方、上述のような、上層膜（ＺｎＳｅ
膜）を蒸着せず、直接ＺｎＳｅ多結晶基板を上記と同じ
条件でエッチングした面の状態は、図７に示したとおり
である。エッチング深さは約４μｍ、表面粗さＲａ＝８
０ｎｍであり、その表面は鏡面ではなかった。
膜）を蒸着せず、直接ＺｎＳｅ多結晶基板を上記と同じ
条件でエッチングした面の状態は、図７に示したとおり
である。エッチング深さは約４μｍ、表面粗さＲａ＝８
０ｎｍであり、その表面は鏡面ではなかった。
【００３９】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明によれ
ば、多結晶体基板の上に、該多結晶体基板と同じ材質で
あり、かつ結晶粒子がそれより小さい上層膜あるいはア
モルファス状の上層膜を積層するので、これらの上層膜
は、微細粒またはアモルファス状になっている。したが
って、上層膜をドライエッチングすると、そのエッチン
グ面はエッチングレートの面方位依存性が少なくなる。
したがって、エッチング面は平坦となる。その結果、光
学特性の優れた回折型光学部品が得られる。
ば、多結晶体基板の上に、該多結晶体基板と同じ材質で
あり、かつ結晶粒子がそれより小さい上層膜あるいはア
モルファス状の上層膜を積層するので、これらの上層膜
は、微細粒またはアモルファス状になっている。したが
って、上層膜をドライエッチングすると、そのエッチン
グ面はエッチングレートの面方位依存性が少なくなる。
したがって、エッチング面は平坦となる。その結果、光
学特性の優れた回折型光学部品が得られる。
【図１】 本発明の実施の形態に係る回折型光学部品の
製造方法の各工程を示す図である。
製造方法の各工程を示す図である。
【図２】 ＺｎＳｅ蒸着膜のドライエッチング後の表面
状態を示す図である。
状態を示す図である。
【図３】 従来の回折型光学部品の製造方法の工程を示
す図である。
す図である。
【図４】 回折型光学部品のレーザ孔あけへの適用を示
す図である。
す図である。
【図５】 回折型光学部品のレーザ加工への適用を示す
図である。
図である。
【図６】 炭化水素系ガスを用いた、従来の回折型光学
部品の製造方法の問題点を示す図である。
部品の製造方法の問題点を示す図である。
【図７】 ＺｎＳｅ基板を直接エッチングした表面の状
態を示す図である。
態を示す図である。
１ 多結晶体基板、２ レジスト膜、５ レジストパタ
ーン、７ ＴｈＦ4膜、８ ＺｎＳｅ膜。
ーン、７ ＴｈＦ4膜、８ ＺｎＳｅ膜。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−335620（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−299227（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−3663（ＪＰ，Ａ)
特開2000−56111（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 5/18
Claims (9)
- 【請求項１】 多結晶体基板と、 前記多結晶体基板の上に積層された、該多結晶体基板と
同じ材質であり、かつ結晶粒径がそれより小さい上層膜
あるいはアモルファス状の上層膜と、を備え、 前記上層膜はドライエッチングされている、回折型光学
部品。 - 【請求項２】 前記多結晶体基板と前記上層膜との間に
設けられた、剥離を防止するためのバッファ層を、さら
に備えた、請求項１に記載の回折型光学部品。 - 【請求項３】 前記バッファ層は、対象とする光を透過
する材料で形成されている、請求項２に記載の回折型光
学部品。 - 【請求項４】 前記多結晶体基板は、ＺｎＳｅで形成さ
れている、請求項１〜３のいずれかに記載の回折型光学
部品。 - 【請求項５】 前記多結晶体基板は、化学的気相堆積法
で形成されている、請求項４に記載の回折型光学部品。 - 【請求項６】 前記バッファ層は、フッ素化合物で形成
されている、請求項２に記載の回折型光学部品。 - 【請求項７】 前記上層膜および前記バッファ層は、気
相成長法で形成されている、請求項２に記載の回折型光
学部品。 - 【請求項８】 前記上層膜および前記バッファ層は、蒸
着法で形成されている、請求項２に記載の回折型光学部
品。 - 【請求項９】 前記ドライエッチングは、反応性イオン
エッチングで行なわれている、請求項１に記載の回折型
光学部品。
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