JP4507928B2 - Holographic grating manufacturing method - Google Patents

Holographic grating manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP4507928B2
JP4507928B2 JP2005077466A JP2005077466A JP4507928B2 JP 4507928 B2 JP4507928 B2 JP 4507928B2 JP 2005077466 A JP2005077466 A JP 2005077466A JP 2005077466 A JP2005077466 A JP 2005077466A JP 4507928 B2 JP4507928 B2 JP 4507928B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
pattern
photoresist
grating
holographic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005077466A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006259325A (en
Inventor
佐藤  誠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP2005077466A priority Critical patent/JP4507928B2/en
Publication of JP2006259325A publication Critical patent/JP2006259325A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4507928B2 publication Critical patent/JP4507928B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Description

本発明は、分光器や分波器に使用される波長分離/選択素子であるグレーティング(回折格子)に係り、特に、ホログラフィック露光法を使用して製作するホログラフィックグレーティング製造方法に関するものである。   The present invention relates to a grating (diffraction grating) which is a wavelength separation / selection element used in a spectroscope or a duplexer, and more particularly to a holographic grating manufacturing method manufactured using a holographic exposure method. .

グレーティング(回折格子)の製作方法として、基板上に機械的にグレーティング溝を刻線する機械的方法と、基板上に塗布したフォトレジスト膜に2光束干渉による干渉縞を露光・現像し、フォトレジストパターンを製作し、それをエッチングすることにより基板に製作するホログラフィック法がある。ホログラフィック法によって製作された回折格子をホログラフィックグレーティングと呼んでいる。
グレーティングを製作するためには多くの手順を要するため高価なものになり、また、性能にも個体差が生じることは避けられない。そのため、1個のオリジナルグレーティングから樹脂複製によるネガ・グレーティングが製作され、このネガ・グレーティングから再度複製したレプリカ・グレーティングが製作される。
As a method of manufacturing a grating (diffraction grating), a mechanical method of mechanically engraving a grating groove on a substrate, and exposure and development of an interference fringe due to two-beam interference on a photoresist film applied on the substrate, the photoresist There is a holographic method in which a pattern is produced on a substrate by etching it. A diffraction grating manufactured by the holographic method is called a holographic grating.
Producing a grating requires many steps and is therefore expensive, and it is inevitable that there will be individual differences in performance. For this reason, a negative grating is produced from one original grating by resin duplication, and a replica grating is produced by duplicating the negative grating again.

図3に、従来のホログラフィックグレーティング製造方法の原版製作工程(a、b、c、d、e、f)、ネガ版製作工程(g、h、i)、レプリカ版製作工程(j)を示す。
原版製作工程の(a)はフォトレジスト膜11の塗布を示し、光学研磨され洗浄された光学ガラス製の基板12に、ホログラフィック露光が可能なフォトレジスト膜11をスピンナーで塗布し、オーブンでベーキングし、厚さ300nmのフォトレジスト膜11を形成する。
(b)は正弦半波状レジストパターン形成を示し、図4に示すホログラフィック露光装置で露光する。図4のホログラフィック露光装置は、He−Cdレーザ(λ=441.6nm)21の2光束干渉によるホログラフィック露光法で、レーザ光がミラー22で反射され、ビームスプリッタ23で反射/透過によりミラー22a及び22bに入射し反射してそれぞれスペイシャルフィルタ24a及びスペイシャルフィルタ24bを透過する。透過した光はワーク(図3(a)で処理された基板12)25上のフォトレジスト膜11に900本/mmの干渉縞の潜像を露光した後、現像され純水リンスされてフォトレジスト11aの回折格子パターンが製作される。
このとき、2光束干渉の干渉縞の強度分布は正弦波であるため作製されたフォトレジスト11aの回折パターンも正弦半波状の断面形状となる。
(c)はイオンビーム照射を示し、イオンビームエッチングを行う。使用するエッチングガスはCF、ガス圧1.5×10Torrとし、フォトレジスト11aのパターンの刻線方向に垂直で且つ基板12の斜め上方から照射する。
(d)は基板12のエッチングを示し、イオンビーム照射を続け、基板12にパターンが完全に直接刻線されるまで行い、鋸歯状の回折格子が製作され、(e)基板12に傾斜度7.5°、パターンピッチ1.25μmの鋸歯状断面を有する刻線パターンを形成する。
(f)は反射膜コーティングを示し、エッチングが完了したオリジナルグレーティングを洗浄し、真空蒸着装置にて、使用波長範囲(紫外から可視領域)で最適な材料として、アルミニウムAlを基板12にコーティングし、Al膜13を反射膜とする。以上の工程で原版製作工程を終了する。
FIG. 3 shows an original plate manufacturing process (a, b, c, d, e, f), a negative plate manufacturing process (g, h, i), and a replica plate manufacturing process (j) of a conventional holographic grating manufacturing method. .
(A) of the original production process shows the application of the photoresist film 11, and the optically polished and cleaned optical glass substrate 12 is coated with a holographic exposure-possible photoresist film 11 with a spinner and baked in an oven. Then, a 300 nm thick photoresist film 11 is formed.
(B) shows the formation of a sinusoidal half-wave resist pattern, which is exposed by the holographic exposure apparatus shown in FIG. The holographic exposure apparatus shown in FIG. 4 is a holographic exposure method using a two-beam interference of a He—Cd laser (λ = 441.6 nm) 21, and the laser beam is reflected by a mirror 22 and reflected / transmitted by a beam splitter 23. The light enters and is reflected by 22a and 22b and passes through the spatial filter 24a and the spatial filter 24b, respectively. The transmitted light exposes a 900 / mm latent image of interference fringes on the photoresist film 11 on the workpiece (substrate 12 processed in FIG. 3A) 25, and is then developed, rinsed with pure water, and photoresist. The diffraction grating pattern 11a is manufactured.
At this time, since the intensity distribution of the interference fringes of the two-beam interference is a sine wave, the diffraction pattern of the produced photoresist 11a also has a sine half-wave cross section.
(C) shows ion beam irradiation, and ion beam etching is performed. The etching gas to be used is CF 4 and the gas pressure is 1.5 × 10 4 Torr, and irradiation is performed perpendicularly to the engraving direction of the pattern of the photoresist 11a and obliquely from above the substrate 12.
(D) shows etching of the substrate 12, ion beam irradiation is continued until the pattern is completely directly engraved on the substrate 12, a sawtooth diffraction grating is manufactured, and (e) a gradient of 7 is applied to the substrate 12. A scored line pattern having a serrated cross section with a pattern pitch of 1.25 μm is formed at 5 °.
(F) shows a reflective coating, the original grating after etching is cleaned, and aluminum Al is coated on the substrate 12 as an optimum material in the operating wavelength range (ultraviolet to visible region) with a vacuum deposition apparatus. The Al film 13 is used as a reflective film. The original production process is completed by the above process.

次に、ネガ版製作工程の(g)は離形剤14を塗布後、Al膜15の蒸着を示す。(f)工程で完成した原版(基板12+Al膜13)に、再び真空蒸着装置で、離形剤14として例えばシリコーングリースなどで薄い油膜(厚さ約1nm)を形成し、続いてアルミニウムを真空蒸着し、薄膜(厚さ約0.2μm)のAl膜15を形成する。
(h)は接着材17を塗布しネガ基板16の接着を示す。真空蒸着装置から(f)工程で処理された基板12を取出し、接着材17としてエポキシ樹脂などを用い、ネガ基板16(ガラス基板など)を接着する。接着材17の硬化後、ネガ基板16を原版(基板12+Al膜13)から剥離すると、離形剤14を境にしてネガ版(ネガ基板16+接着材17+Al膜15)ができる。
(i)はネガ版を示す。剥離したネガ版(ネガ基板16+接着材17+Al膜15)の表面に離形剤が残っているので、フレオンなどの溶剤で洗浄して除去する。このようにして原版の回折格子が表面に転写され、ネガ版が完成する。
Next, (g) of the negative plate manufacturing process shows the deposition of the Al film 15 after the release agent 14 is applied. (F) A thin oil film (thickness of about 1 nm) is formed on the original plate (substrate 12 + Al film 13) completed in the process by using, for example, silicone grease as the release agent 14 again with a vacuum deposition apparatus, and then aluminum is vacuum deposited. Then, a thin Al film 15 (thickness: about 0.2 μm) is formed.
(H) shows adhesion of the negative substrate 16 by applying the adhesive 17. The substrate 12 processed in the step (f) is taken out from the vacuum deposition apparatus, and an epoxy resin or the like is used as the adhesive 17 to bond a negative substrate 16 (glass substrate or the like). When the negative substrate 16 is peeled off from the original plate (substrate 12 + Al film 13) after the adhesive 17 is cured, a negative plate (negative substrate 16 + adhesive 17 + Al film 15) is formed with the release agent 14 as a boundary.
(I) shows a negative version. Since the release agent remains on the surface of the peeled negative plate (negative substrate 16 + adhesive 17 + Al film 15), it is removed by washing with a solvent such as Freon. In this way, the original diffraction grating is transferred to the surface to complete the negative plate.

次に、レプリカ版製作工程(j)では、ネガ版製作工程と同じで、ネガ版に離形剤層、Al膜18を形成し、接着材19によりレプリカ基板20を接着した後、剥離を行う。ネガ版の溝形状は再度反転され、レプリカ版に転写され、結果として原版と等しい溝形状を持つレプリカ版が製作される(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。
特開平1−161302号公報 (第7頁、第1図〜第4図) 特開2001−235611号公報 (第6頁、第1図)
Next, in the replica plate manufacturing step (j), the same as the negative plate manufacturing step, a release agent layer and an Al film 18 are formed on the negative plate, and the replica substrate 20 is bonded by the adhesive 19 and then peeled off. . The groove shape of the negative plate is reversed again and transferred to the replica plate, and as a result, a replica plate having a groove shape equal to that of the original plate is produced (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
JP-A-1-161302 (Page 7, FIGS. 1 to 4) JP 2001-235611 A (Page 6, FIG. 1)

従来のホログラフィックグレーティング製造方法は以上のように構成されているが、フォトレジスト11aのパターンと基板12のエッチングされる速度が異なるが、これらの速度の比が設定どおりに安定していることが、所望の鋸歯波パターンを得るために重要である。しかし、エッチングに用いるガスの種類、混合ガスの場合はその比率、イオンビームの密度、速度などが変化すると、この比が大きく変化するため、安定して所望の鋸歯波パターンを製作することができないという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、安定して所望の鋸歯波パターンを製作することができるホログラフィックグレーティング製造方法を提供することを目的とする。
Although the conventional holographic grating manufacturing method is configured as described above, the pattern of the photoresist 11a and the etching speed of the substrate 12 are different, but the ratio of these speeds is stable as set. It is important to obtain the desired sawtooth wave pattern. However, if the type of gas used for etching, the ratio in the case of a mixed gas, the density of the ion beam, the velocity, etc. change, this ratio changes greatly, so that a desired sawtooth wave pattern cannot be produced stably. There is a problem.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a holographic grating manufacturing method capable of stably producing a desired sawtooth wave pattern.

上記の目的を達成するため、本発明のホログラフィックグレーティング製造方法は、光学ガラス基板上に設けたフォトレジスト膜に、フォトレジストパターンをホログラフィック露光法により刻線する第1工程と、前記フォトレジストパターンが形成された光学ガラス基板に垂直なイオンビームにより光学ガラス基板をエッチングして、正弦波状または正弦半波状の刻線パターンを形成する第2工程と、イオンビームを前記刻線パターンの刻線方向に垂直で且つ基板の法線方向に対して傾斜した方向から照射して鋸歯状パターンを製作する第3工程とからなるものである。 In order to achieve the above object, a holographic grating manufacturing method of the present invention includes a first step of marking a photoresist pattern on a photoresist film provided on an optical glass substrate by a holographic exposure method, and the photoresist. A second step of etching the optical glass substrate with an ion beam perpendicular to the optical glass substrate on which the pattern is formed to form a sinusoidal or sinusoidal engraving pattern; and the ion beam is engraved on the engraving pattern. And a third step of producing a sawtooth pattern by irradiation from a direction perpendicular to the direction and inclined with respect to the normal direction of the substrate.

さらに、本発明のホログラフィックグレーティング製造方法は、光学ガラス基板上に設けたフォトレジスト膜に、フォトレジストパターンをホログラフィック露光法により刻線する第1工程と、前記フォトレジストパターンが形成された光学ガラス基板に垂直なイオンビームにより光学ガラス基板をエッチングして、正弦波状または正弦半波状の刻線パターンを形成する第2工程と、イオンビームを前記刻線パターンの刻線方向に垂直で且つ基板の法線方向に対して傾斜した方向から照射して鋸歯状パターンを製作する第3工程にて製作されたホログラフィックグレーティングを基体とし、転写による工程を経てネガ・グレーティング及びまたはレプリカ・グレーティングを製作するものである。
Furthermore, the holographic grating manufacturing method of the present invention includes a first step of engraving a photoresist pattern on a photoresist film provided on an optical glass substrate by a holographic exposure method, and an optical in which the photoresist pattern is formed. Etching the optical glass substrate with an ion beam perpendicular to the glass substrate to form a sinusoidal or sine half-wave engraved pattern; and an ion beam perpendicular to the engraving direction of the engraving pattern and the substrate The negative holographic grating and / or the replica grating are manufactured through the transfer process using the holographic grating manufactured in the third step of manufacturing the sawtooth pattern by irradiating from the direction inclined with respect to the normal direction of To do.

本発明のホログラフィックグレーティング製造方法は上記のように構成されており、第1工程で、スピンナーなどによってフォトレジスト材を光学ガラス基板上に塗布する。そして、ホログラフィック露光装置を用い、He−Cdレーザ(λ=441.6nm)などの2光束干渉によるホログラフィック露光法で、フォトレジストパターンを刻線する。次に、第2工程で、CFガス等を用いイオンビームエッチングを基板に対し垂直方向から行い、フォトレジストが完全に消失するまでエッチングし、基板に正弦半波状のパターンを刻線する。そして、第3工程で、Arガス等を用いてイオンビームを刻線方向に垂直で且つ基板の法線方向に対して傾斜した方向から照射して鋸歯状パターンを製作する。最後に反射効率を上げるために表面にAlなどを真空蒸着して反射膜を形成し、原版を製作する。
また、ネガ版製作工程では、原版に、離形剤、続いてAl膜を形成し、接着材(エポキシ樹脂など)によりガラス基板を接着し、硬化後、原版から剥離して、表面に残存する離形剤を溶剤で洗浄し、ネガ版を転写して製作する。
次に、レプリカ版も同様に、ネガ版に離形剤、続いてAl膜を形成し、接着材(エポキシ樹脂など)によりガラス基板を接着し、硬化後、ネガ版から剥離して、表面に残存する離形剤を溶剤で洗浄し、レプリカ版を転写して製作する。
The holographic grating manufacturing method of the present invention is configured as described above. In the first step, a photoresist material is applied onto an optical glass substrate by a spinner or the like. Then, using a holographic exposure apparatus, a photoresist pattern is engraved by a holographic exposure method using two-beam interference such as a He—Cd laser (λ = 441.6 nm). Next, in a second step, ion beam etching is performed from the direction perpendicular to the substrate using CF 4 gas or the like, and etching is performed until the photoresist completely disappears, and a sinusoidal half-wave pattern is engraved on the substrate. Then, in a third step, an ion beam is irradiated from a direction perpendicular to the engraving direction and inclined with respect to the normal direction of the substrate using Ar gas or the like to produce a sawtooth pattern. Finally, in order to increase the reflection efficiency, a reflective film is formed by vacuum-depositing Al or the like on the surface, and an original plate is manufactured.
Also, in the negative plate production process, a mold release agent and then an Al film are formed on the original plate, and a glass substrate is adhered with an adhesive (such as an epoxy resin), and after curing, peeled off from the original plate and remains on the surface The mold release agent is washed with a solvent, and the negative plate is transferred and manufactured.
Next, similarly for the replica plate, a release agent and then an Al film are formed on the negative plate, and the glass substrate is bonded with an adhesive (such as an epoxy resin). The remaining mold release agent is washed with a solvent, and a replica plate is transferred and manufactured.

本発明のホログラフィックグレーティング製造方法は上記のように構成されており、従来技術ではフォトレジストと基板の材質の違いによるエッチングされる速度の比が設定どおりに安定せず、イオンビームエッチングの諸条件によって変化するのに対して、本製作の第3工程においては、第2工程で製作されたパターン部の材質と基板の材質が同一であり、パターンと基板のエッチングされる速度比が同じで、斜めからイオンビームエッチングを行い安定して所望の鋸歯波パターンを製作することができる。
また、従来技術で多く用いられるCFガスはフォトレジストのエッチング速度と基板のエッチング速度の比が1:2程度であるが、ある角度の鋸歯状波パターンを形成しようとするとき、この比が小さいほど、イオンビームの入射角が大きく取れる。本発明の製造方法ではこの比は、常に1:1であり、イオンビームの入射角が大きく取れ、凹面グレーティングの製作では、イオンビームが基板の縁の陰になりにくく製作面で加工しやすくなる。
The holographic grating manufacturing method of the present invention is configured as described above. In the prior art, the ratio of the etching rate due to the difference in the material of the photoresist and the substrate is not stabilized as set, and various conditions of ion beam etching In the third step of the production, the material of the pattern part and the material of the substrate manufactured in the second step are the same, and the rate ratio of etching the pattern and the substrate is the same. A desired sawtooth wave pattern can be stably produced by performing ion beam etching from an oblique direction.
In addition, the ratio of the etching rate of the photoresist to the etching rate of the substrate is about 1: 2 in the CF 4 gas often used in the prior art, but when the sawtooth wave pattern of an angle is to be formed, this ratio is The smaller the value, the larger the incident angle of the ion beam. In the manufacturing method of the present invention, this ratio is always 1: 1, and the incident angle of the ion beam can be made large, and in the production of the concave grating, the ion beam is less likely to be behind the edge of the substrate and is easy to process on the production surface. .

本発明が提供するホログラフィックグレーティング製造方法は、ホログラフィック露光法によって正弦波状のフォトレジストを形成する第1工程と、そのフォトレジストが形成されたガラス基板に垂直なイオンビームでエッチングする第2工程と、斜めからイオンビームを照射して、パターンと基板の同一材質をエッチングし、安定して所望の鋸歯波パターンを製作する第3工程を有することを特徴とするものである。   A holographic grating manufacturing method provided by the present invention includes a first step of forming a sinusoidal photoresist by a holographic exposure method, and a second step of etching with an ion beam perpendicular to the glass substrate on which the photoresist is formed. And the third step of irradiating the ion beam obliquely, etching the same material of the pattern and the substrate, and stably producing a desired sawtooth wave pattern.

本発明のホログラフィックグレーティング製造方法の1実施例を、図1を参照しながら説明する。図1は、本ホログラフィックグレーティング製造方法の製造工程を示す図である。
本発明のホログラフィックグレーティング製造方法は、第1工程として、(a)光学ガラスの基板2上にフォトレジスト膜1を塗布し、(b)塗布されたフォトレジスト膜1にホログラフィック露光装置を用いて正弦半波状のフォトレジスト1aを基板2上に形成し、第2工程として、(c)基板2上に形成されたフォトレジスト1aを垂直方向からCHガスによってイオンビームエッチングを行い、(d)基板2上のフォトレジスト1aが消失するまでイオンビームエッチングを行い基板2に正弦半波状の刻線パターンを形成し、そして、第3工程として、(e)Arガスのイオンビームエッチングを基板2に対して水平位から16°斜めからの照射を行い、(f)基板2にイオンビームエッチングを続け、(g)基板2に傾斜度7.5°、パターンピッチ1.25μmの鋸歯状断面を有する刻線パターンを形成し、(h)真空蒸着により基板2の表面に反射膜のAl膜3を形成する、上記の第1工程と第2工程と第3工程とから構成される。
One embodiment of the holographic grating manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing process of the holographic grating manufacturing method.
In the holographic grating manufacturing method of the present invention, as a first step, (a) a photoresist film 1 is applied on a substrate 2 of optical glass, and (b) a holographic exposure apparatus is used for the applied photoresist film 1. Then, a sinusoidal half-wave photoresist 1a is formed on the substrate 2, and as a second step, (c) the photoresist 1a formed on the substrate 2 is subjected to ion beam etching with CH 4 gas from the vertical direction (d ) Ion beam etching is performed until the photoresist 1a on the substrate 2 disappears to form a sinusoidal wave-shaped engraving pattern on the substrate 2, and (e) Ar gas ion beam etching is performed on the substrate 2 as a third step. Is irradiated at an angle of 16 ° from the horizontal position, (f) ion beam etching is continued on the substrate 2, and (g) a gradient of 7.5 is applied to the substrate 2. Forming a scored pattern having a sawtooth cross section with a pattern pitch of 1.25 μm, and (h) forming a reflective Al film 3 on the surface of the substrate 2 by vacuum deposition, the first and second steps described above, And the third step.

また、本発明のホログラフィックグレーティング製造方法のネガ版製造方法とレプリカ版製造方法の1実施例を、図2を参照しながら説明する。図2は、前記の第1工程と第2工程と第3工程で製作されたホログラフィックグレーティング原版からネガ版及びレプリカ版を製作する工程を示す。
ネガ版製作工程では、(i)ホログラフィックグレーティング原版((h)工程で製作した原版)にグリースなどの離形剤4を塗布し、Al膜5を真空蒸着で形成し、その上に(j)エポキシ樹脂などの接着材7を塗布し、そして、ガラス基板などの新しいネガ基板6を接着し、(k)Al膜5付の転写成形された接着材7を有するネガ基板6を原版から離形し、表面に残存する離形剤4を溶剤で洗浄してネガ版を完成する。
レプリカ版製作工程では、(l)ネガ版((k)工程で製作したネガ版)にグリースなどの離形剤を塗布し、Al膜8を真空蒸着で形成し、その上にエポキシ樹脂などの接着材9を塗布し、そして、新しいレプリカ基板10を接着し、Al膜8付の転写成形された接着材9を有するレプリカ基板10をネガ基板6から離形し、表面に残存する離形剤を溶剤で洗浄してレプリカ版を完成する。
One embodiment of the negative plate manufacturing method and replica plate manufacturing method of the holographic grating manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a process of manufacturing a negative plate and a replica plate from the holographic grating original plate manufactured in the first step, the second step, and the third step.
In the negative plate production process, (i) a release agent 4 such as grease is applied to the holographic grating original plate (original plate produced in the step (h)), an Al film 5 is formed by vacuum deposition, and (j ) Adhesive material 7 such as epoxy resin is applied, and a new negative substrate 6 such as a glass substrate is adhered. (K) The negative substrate 6 having the transfer-formed adhesive material 7 with the Al film 5 is separated from the original. Then, the mold release agent 4 remaining on the surface is washed with a solvent to complete a negative plate.
In the replica plate production process, (l) a release agent such as grease is applied to the negative plate (negative plate produced in the (k) step), an Al film 8 is formed by vacuum deposition, and an epoxy resin or the like is formed thereon. The adhesive 9 is applied, the new replica substrate 10 is adhered, the replica substrate 10 having the transfer molded adhesive 9 with the Al film 8 is released from the negative substrate 6, and the release agent remaining on the surface Wash the with solvent to complete the replica version.

本発明のホログラフィックグレーティング製造方法と従来の製造方法と異なるところは、従来の製造方法は、図3に示すように、基板12にフォトエッチングされた正弦半波状のフォトレジスト膜11を、傾斜した方向からイオンビームを照射し、材質の異なるフォトレジスト11aと基板12を同時にエッチングしながら、最終的に基板12にパターンが完全に直接刻線されるまで行い、溝形状が鋸歯状の回折格子を製作する。これに対し、本発明のホログラフィックグレーティング製造方法は、第1工程で、基板2に正弦半波状のフォトレジスト1aを形成し、第2工程で、垂直方向からイオンビームを照射し、完全にフォトレジスト1aが消失するまでエッチングを続け基板2に正弦半波状の刻線パターンを形成し、第3工程で、基板2の水平位に対し16°方向からイオンビームを照射し、同材質の形成されたパターンと基板2とをエッチングする。パターンと基板2のエッチングされる速度比が同じであり、安定して所望の鋸歯波パターンを製作することができる。   The difference between the holographic grating manufacturing method of the present invention and the conventional manufacturing method is that the conventional manufacturing method has an inclined sinusoidal half-wave photoresist film 11 photoetched on the substrate 12, as shown in FIG. Irradiating with an ion beam from the direction, etching the photoresist 11a and the substrate 12 of different materials at the same time, until the pattern is completely engraved directly on the substrate 12, and forming a diffraction grating with a sawtooth groove shape To manufacture. On the other hand, in the holographic grating manufacturing method of the present invention, a sine half-wave photoresist 1a is formed on the substrate 2 in the first step, and the ion beam is irradiated from the vertical direction in the second step. Etching is continued until the resist 1a disappears, and a sinusoidal wave-shaped engraving pattern is formed on the substrate 2, and in the third step, an ion beam is irradiated from the direction of 16 ° with respect to the horizontal position of the substrate 2 to form the same material. The etched pattern and the substrate 2 are etched. The pattern and the etching rate ratio of the substrate 2 are the same, and a desired sawtooth wave pattern can be manufactured stably.

次に、本ホログラフィックグレーティング製造方法の各素材、及び、製法について説明する。
基板2は、光学ガラス製の基板2が用いられ、光学ガラスは熱変形による膨張率が低く、光学素子である回折格子の基板材料として優れている。例えば、BK7、BSC2、耐熱強化ガラス、ソーダガラス、石英ガラスなどが良好に使用できる。そして、光学研磨し、超音波洗浄して表面がクリーンにされる。
フォトレジスト膜1は、ホログラフィック露光が可能なものであればよく、例えば、Mp1400(シフレイ社製)や、OFPR5000(東京応化社製)などが使用できる。そして、スピンナー装置を用いて、高速に回転する基板2上にフォトレジスト剤を滴下しフォトレジスト膜1を広げて、厚さ300nm程度に形成する。
ホログラフィック露光は、図4に示す露光装置を用いて、He−Cdレーザ(λ=441.6nm)21の2光束干渉によるホログラフィック露光法で、レーザ光が基板2上のフォトレジスト膜1をフォトエッチングして、900本/mmの干渉縞の潜像を露光した後、現像し純水リンスしてフォトレジスト1aのピッチ1.25μm、高さ125nmの正弦半波状のパターンを製作する。
第2工程のイオンビーム照射は、CFガス等を用いイオンビームエッチングを基板2に対し垂直方向から行い、フォトレジスト1aが完全に消失するまでエッチングし、基板2に高さ250nmの正弦半波状のパターンを刻線する。
第3工程のイオンビーム照射は、Arガス等によるイオンビームエッチングを基板2に対し水平位から16°の傾斜方向からのエッチングを行う。正弦半波パターンのエッチングと同時に基板2の同じ材料のエッチングが同じ速度で行われ、基板2は傾斜角度7.5°、パターンピッチ1.25μmの鋸歯状波の刻線パターンが形成される。
Al膜3は、真空蒸着によりアルミニウムの膜が、鋸歯状波の刻線パターンが形成された基板2上に蒸着され反射膜とする。使用波長領域によっては反射膜を蒸着しなくても、反射率が十分に高いためそのままの状態で使用可能であるが、他の波長領域では必要に応じてAuやPt、あるいはX線多層膜などでコーティングすることにより反射率や耐久性を上げて使用する。
離形剤4は、ネガ版及びレプリカ版を製作するときに使用される。例えば、シリコーングリースなどで薄い油膜(厚さ約1nm)が形成され、原版またはネガ版に離形剤4が形成されて、転写されネガ版又はレプリカ版が剥離されて製作される。
Al膜5、8は、ネガ版またはレプリカ版の反射膜として使用されるもので、離形剤4またはレプリカ版製作時の離形剤4上に蒸着され、剥離時にネガ版またはレプリカ版側に剥離され、Al膜3と同様の役割を果たす。
接着材7、9は、エポキシ樹脂を使用したが、他にも耐熱性の熱硬化性樹脂である尿素樹脂、メラニン樹脂、フェノール樹脂などを利用しても良い。
ネガ版製作のときは、接着材7の硬化後、原版(母材)より離形剤4を境にしてネガ版を剥離させ、離形剤4をフレオンなどの溶剤で洗浄して除去しネガ版を製作する。
レプリカ版製作のときは、接着材9の硬化後、ネガ版(母材)より離形剤を境にしてレプリカ版を剥離させ、離形剤をフレオンなどの溶剤で洗浄して除去しレプリカ版を製作する。
Next, each material and manufacturing method of the holographic grating manufacturing method will be described.
As the substrate 2, a substrate 2 made of optical glass is used. The optical glass has a low expansion coefficient due to thermal deformation, and is excellent as a substrate material for a diffraction grating which is an optical element. For example, BK7, BSC2, heat-resistant tempered glass, soda glass, quartz glass and the like can be used favorably. Then, the surface is cleaned by optical polishing and ultrasonic cleaning.
The photoresist film 1 only needs to be capable of holographic exposure. For example, Mp1400 (manufactured by Shifley Co., Ltd.) or OFPR5000 (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) can be used. Then, using a spinner device, a photoresist agent is dropped on the substrate 2 that rotates at high speed to spread the photoresist film 1 to a thickness of about 300 nm.
The holographic exposure is performed by a holographic exposure method using two-beam interference of a He—Cd laser (λ = 441.6 nm) 21 using an exposure apparatus shown in FIG. Photoetching is performed to expose a 900 / mm interference fringe latent image, which is then developed and rinsed with pure water to produce a sine half-wave pattern having a pitch of 1.25 μm and a height of 125 nm of the photoresist 1a.
In the second step, ion beam irradiation is performed using CF 4 gas or the like from the direction perpendicular to the substrate 2 and etching is performed until the photoresist 1a completely disappears, and the substrate 2 has a sinusoidal half-wave shape with a height of 250 nm. Engrave the pattern.
In the ion beam irradiation in the third step, ion beam etching with Ar gas or the like is performed from a horizontal direction with respect to the substrate 2 in an inclined direction of 16 °. Simultaneously with the etching of the half-sine wave pattern, the same material of the substrate 2 is etched at the same speed, and the substrate 2 is formed with a sawtooth pattern having a tilt angle of 7.5 ° and a pattern pitch of 1.25 μm.
The Al film 3 is formed as a reflective film by depositing an aluminum film by vacuum deposition on the substrate 2 on which the sawtooth pattern is formed. Depending on the wavelength range used, even if no reflective film is deposited, the reflectance is sufficiently high so that it can be used as it is. However, in other wavelength ranges, Au, Pt, or an X-ray multilayer film can be used as necessary. Use with increased reflectance and durability by coating with.
The release agent 4 is used when producing a negative plate and a replica plate. For example, a thin oil film (thickness: about 1 nm) is formed with silicone grease, and the release agent 4 is formed on the original plate or negative plate, transferred, and the negative plate or replica plate is peeled off.
The Al films 5 and 8 are used as reflection films for negative plates or replica plates, and are deposited on the release agent 4 or the release agent 4 at the time of producing the replica plate. Peeled and plays the same role as the Al film 3.
Adhesives 7 and 9 are made of epoxy resin, but other heat-resistant thermosetting resins such as urea resin, melanin resin, and phenol resin may also be used.
When producing a negative plate, after the adhesive 7 is cured, the negative plate is peeled off from the original plate (base material) with the release agent 4 as a boundary, and the release agent 4 is removed by washing with a solvent such as Freon. Make a plate.
When making a replica plate, after the adhesive 9 is cured, the replica plate is peeled off from the negative plate (base material) at the boundary of the release agent, and the release agent is washed and removed with a solvent such as Freon. Is produced.

上記の実施例では、エッチングガスとしてCFとArガスを用いたが、これに限らず、イオンビーム用ガスであれば良い。また、混合ガスでも良い。
また、フォトレジストのパターン(図1(b))は正弦半波状に限らず、正弦波状、又はそれらが傾いたものなどでも良い。
また、第2工程のエッチング(図1(c))は垂直に限らず、角度をつけたエッチングでも良い。
また、第2工程による基板2上のパターン(図1(d))は正弦半波状に限らず、正弦波状、又は、それらが傾いた状態のパターン等でも良い。
In the above embodiment, CF 4 and Ar gas are used as the etching gas. However, the present invention is not limited to this, and any ion beam gas may be used. A mixed gas may also be used.
Further, the photoresist pattern (FIG. 1B) is not limited to a sine half wave shape, but may be a sine wave shape or a slanted one.
Further, the etching in the second step (FIG. 1C) is not limited to being vertical, but may be performed with an angle.
Further, the pattern on the substrate 2 in the second step (FIG. 1D) is not limited to a sine half wave shape, but may be a sine wave shape or a pattern in which they are inclined.

本発明の活用例として、分光器や分波器に使用される波長分離/選択素子であるグレーティング(回折格子)に係り、特に、ホログラフィック露光法を使用して製作するホログラフィックグレーティング製造方法に関するものである。   As an application example of the present invention, it relates to a grating (diffraction grating) which is a wavelength separation / selection element used in a spectroscope or a demultiplexer, and more particularly to a holographic grating manufacturing method manufactured using a holographic exposure method. Is.

本発明のホログラフィックグレーティング製造方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the holographic grating manufacturing method of this invention. 本発明のホログラフィックグレーティングのレプリカ製造方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the replica manufacturing method of the holographic grating of this invention. 従来のホログラフィックグレーティング製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional holographic grating manufacturing method. ホログラフィック露光装置の構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the structure of the holographic exposure apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1、11 フォトレジスト膜
1a、11a フォトレジスト
2 基板
3、5、8、13、15、18 Al膜
4、14 離形剤
6 ネガ基板
7、9、17、19 接着材
接着材
10、20 レプリカ基板
12 基板
16 ネガ基板
21 He−Cdレーザ
22、22a、22b ミラー
23 ビームスプリッタ
24a、24b スペイシャルフィルタ
25 ワーク
1, 11 Photoresist film 1a, 11a Photoresist 2 Substrate 3, 5, 8, 13, 15, 18 Al film 4, 14 Release agent 6 Negative substrate 7, 9, 17, 19 Adhesive Adhesive 10, 20 Replica Substrate 12 Substrate 16 Negative substrate 21 He-Cd laser 22, 22a, 22b Mirror 23 Beam splitter 24a, 24b Spatial filter 25 Workpiece

Claims (2)

光学ガラス基板上に設けたフォトレジスト膜に、フォトレジストパターンをホログラフィック露光法により刻線する第1工程と、
前記フォトレジストパターンが形成された光学ガラス基板に対し垂直なイオンビームにより光学ガラス基板をエッチングして、正弦波状または正弦半波状の刻線パターンを形成する第2工程と、
イオンビームを前記刻線パターンの刻線方向に垂直で且つ基板の法線方向に対して傾斜した方向から照射して鋸歯状パターンを製作する第3工程と
からなることを特徴とするホログラフィックグレーティング製造方法。
A first step of engraving a photoresist pattern by a holographic exposure method on a photoresist film provided on an optical glass substrate;
A second step of etching the optical glass substrate with an ion beam perpendicular to the optical glass substrate on which the photoresist pattern is formed to form a sinusoidal or sine half-wave marking pattern ;
Holographic grating, characterized in that and a third step of fabricating a sawtooth pattern with an ion beam is irradiated from a direction and inclined with respect to the normal direction of the substrate in the ruling direction perpendicular of the score line pattern Production method.
請求項1に記載の製造方法にて製作されたホログラフィックグレーティングを基体とし、転写による工程を経てネガ・グレーティング及びまたはレプリカ・グレーティングを製作することを特徴とするホログラフィックグレーティング製造方法。 A holographic grating manufacturing method, wherein the holographic grating manufactured by the manufacturing method according to claim 1 is used as a base, and a negative grating and / or a replica grating are manufactured through a transfer process.
JP2005077466A 2005-03-17 2005-03-17 Holographic grating manufacturing method Expired - Fee Related JP4507928B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005077466A JP4507928B2 (en) 2005-03-17 2005-03-17 Holographic grating manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005077466A JP4507928B2 (en) 2005-03-17 2005-03-17 Holographic grating manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006259325A JP2006259325A (en) 2006-09-28
JP4507928B2 true JP4507928B2 (en) 2010-07-21

Family

ID=37098661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005077466A Expired - Fee Related JP4507928B2 (en) 2005-03-17 2005-03-17 Holographic grating manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4507928B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5082421B2 (en) * 2006-12-13 2012-11-28 株式会社島津製作所 Diffraction grating
JP4873015B2 (en) * 2007-01-05 2012-02-08 株式会社島津製作所 Manufacturing method of blazed diffraction grating
CN101320207B (en) * 2008-07-14 2011-02-02 苏州大学 Method for preparing optical grating by holography-ion beam etching
JPWO2012157697A1 (en) 2011-05-19 2014-07-31 株式会社日立ハイテクノロジーズ Diffraction grating manufacturing method, spectrophotometer, and semiconductor device manufacturing method
US9938186B2 (en) * 2012-04-13 2018-04-10 Corning Incorporated Strengthened glass articles having etched features and methods of forming the same
CN102681366B (en) * 2012-05-28 2014-12-17 上海理工大学 Exposure light path system in production of concave holographic grating and method for adjusting gyration center

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6033501A (en) * 1983-08-05 1985-02-20 Agency Of Ind Science & Technol Production of blazed grating
JPS62231901A (en) * 1986-04-01 1987-10-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd Production of blazed diffraction grating
JP2001235611A (en) * 2000-02-25 2001-08-31 Shimadzu Corp Holographic grating

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6033501A (en) * 1983-08-05 1985-02-20 Agency Of Ind Science & Technol Production of blazed grating
JPS62231901A (en) * 1986-04-01 1987-10-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd Production of blazed diffraction grating
JP2001235611A (en) * 2000-02-25 2001-08-31 Shimadzu Corp Holographic grating

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006259325A (en) 2006-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4349104B2 (en) Blazed holographic grating, manufacturing method thereof, and replica grating
US7129028B2 (en) Method of forming holographic grating
JP2920164B2 (en) Reflective overcoat for replica gratings
JP3821069B2 (en) Method for forming structure by transfer pattern
JP4507928B2 (en) Holographic grating manufacturing method
JP2007523468A (en) Method and apparatus for forming a three-dimensional nanoscale structure
WO1999038040A1 (en) Phase mask for manufacturing diffraction grating, and method of manufacture
JP3442004B2 (en) Optical element manufacturing method
US8092701B2 (en) Grating, negative and replica gratings of the grating, and method of manufacturing the same
JPH01252902A (en) Low reflection diffraction grating and its production
JP5066815B2 (en) Reflective diffraction grating
US20060077554A1 (en) Diffraction gratings for electromagnetic radiation, and a method of production
US20030124313A1 (en) Grating, negative and replica gratings of the grating, and method of manufacturing the same
JP2004252130A (en) Optical element with fine surface structure and its manufacturing method
JP3307031B2 (en) Replica diffraction grating
JP2007264476A (en) Method for forming periodical structure pattern and interference exposure apparatus
US20040096782A1 (en) Hermetic seal for diffractive elements
JP3979225B2 (en) Manufacturing method of optical waveguide
KR100454191B1 (en) Grating, negative and replica gratings of the grating, and method of manufacturing the same
JP3136759B2 (en) Stamper, manufacturing method thereof, and optical recording medium
JP2000241616A (en) Diffraction grating, manufacture thereof and optical pickup
JP2006171565A (en) Diffraction grating
JPH05343806A (en) Manufacture of phase-shifting diffraction
JPH08146209A (en) Production of curved surface grating
JP4433357B2 (en) Hologram master and method for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071220

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100126

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100329

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100413

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100426

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130514

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4507928

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130514

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130514

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140514

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees