JP3548511B2 - 回折光学素子用金型、回折光学素子、及びその作製方法 - Google Patents
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Description
【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(Phosphosilicate 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 Deposition)、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(CVD)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、Ni、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、500Å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(Az1500: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95mm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(AzP4620: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/dm2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/dm2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50Å、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、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(AzP4620: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/dm2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95mmφ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(AzP4620: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/dm2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(Phosphosilicateglass)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/dm2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95mmφ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/dm2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(Phosphosilicate 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
Claims (19)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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