JP7266275B2 - Grating structure made of quartz and method for manufacturing diffraction grating - Google Patents
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Description
本発明は、石英製の格子構造体および回折格子ならびにこれらの製造方法に関する。 The present invention relates to grating structures and diffraction gratings made of quartz and methods for their manufacture.
近年、分光計測の分野において、広い波長範囲を同時に計測するためにエシェル分光法が広く利用されるようになった。エシェル分光法では、高次回折光を利用する高分散回折格子とプリズムや低分散の回折格子等の垂直分散素子等とを組み合わせて、2次元撮像装置にスペクトルを折り込んでいる。 In recent years, in the field of spectroscopy, echelle spectroscopy has come to be widely used for simultaneously measuring a wide wavelength range. In echelle spectroscopy, a high-dispersion diffraction grating that uses high-order diffracted light is combined with a vertical dispersion element such as a prism or a low-dispersion diffraction grating to fold the spectrum into a two-dimensional imaging device.
また、天文学観測においては、望遠鏡の大型化に伴って分光観測装置も巨大化するため、光学系の小型化が可能となる角度分散が大きな透過型回折格子の開発が求められている。特に入射角(入射光と回折格子法線のなす角)と回折角(回折光と回折格子法線のなす角)が45°の回折格子は、光軸が直角に折れ曲がるため、分光器等の光学系の配置が簡素になり、装置の小型化や光学調整の簡便さに貢献できる。角度分散:dβ/dλは、Nが格子の本数、mが回折次数、βが回折角、λが波長である場合に、
dβ/dλ=Nm/cosβ
であり、Nとmの積が大きく、βが90°に近いほど大きな値になる。従来の鋸歯形状(階段形状)を有する表面刻線型の透過型回折格子は、回折角が大きくなると回折効率が低下してしまうために、回折角が20°以下で使用されることが多い。
In astronomical observations, as telescopes become larger, spectroscopic observation devices also become larger. Therefore, there is a demand for the development of transmission diffraction gratings with large angular dispersion that enable miniaturization of optical systems. In particular, a diffraction grating with an incident angle (the angle between the incident light and the diffraction grating normal) and a diffraction angle (the angle between the diffracted light and the diffraction grating normal) of 45° bends the optical axis at right angles, making it This simplifies the arrangement of the optical system, contributing to the miniaturization of the device and the ease of optical adjustment. Angular dispersion: dβ/dλ, where N is the number of gratings, m is the diffraction order, β is the diffraction angle, and λ is the wavelength,
dβ/dλ = Nm/cosβ
, and the larger the product of N and m and the closer β is to 90°, the larger the value. Conventional saw-toothed surface-ruled transmission diffraction gratings are often used at a diffraction angle of 20° or less because the diffraction efficiency decreases as the diffraction angle increases.
このような状況の下、たとえば、現在建設中の30m望遠鏡(TMT)の第一期観測装置であるWFOS(Wide-Field Optical Spectrometer)では、紫外線から近赤外線の波長(30
0~1000nm)に対して、大きな回折角(たとえば36°~53°)で、高次回折光を精度良く測定可能な透過型回折格子の開発が求められている。
Under these circumstances, for example, the WFOS (Wide-Field Optical Spectrometer), which is the first phase observation instrument of the 30-m telescope (TMT) currently under construction, has wavelengths from ultraviolet to near-infrared (30
0 to 1000 nm), there is a demand for the development of a transmission type diffraction grating that can accurately measure high-order diffracted light at a large diffraction angle (for example, 36° to 53°).
前述の従来の表面刻線型の透過型回折格子は、回折角が大きくなる(角度分散が大きくなる)のにしたがって、格子を満たす媒質の屈折率を大きくしなければならない。例えば、入射角と回折角が45°の場合に格子を満たす媒質の屈折率が2.3以下の場合に回折光が
格子の外に現れなくなる。しかし、可視光において屈折率が2.3以上の透明な媒質はZnSeやZnS、TiO2、ダイアモンド等に限られる。さらに、波長400nm以下では、屈折率が2.3以上の透明な媒質はダイアモンド以外に存在しない。
In the above-described conventional surface ruled transmission grating, the refractive index of the medium filling the grating must be increased as the diffraction angle increases (angle dispersion increases). For example, when the incident angle and the diffraction angle are 45°, the diffracted light does not appear outside the grating if the refractive index of the medium filling the grating is 2.3 or less. However, transparent media having a refractive index of 2.3 or higher for visible light are limited to ZnSe, ZnS, TiO 2 , diamond, and the like. Furthermore, at a wavelength of 400 nm or less, diamond is the only transparent medium with a refractive index of 2.3 or more.
この問題を解決する手段として、図9に示すような厚い矩形回折格子(Volume Binary grating。以下、VB回折格子と称する)が提案されている。 As a means for solving this problem, a thick rectangular diffraction grating (Volume Binary grating, hereinafter referred to as a VB diffraction grating) as shown in FIG. 9 has been proposed.
VB回折格子は、S偏光とP偏光の特性を一致させて自然光偏光や円偏光に対して高い回折効率を達成することができる。たとえば、畝の屈折率が1.55、溝の屈折率が1.0、入射角と回折角が45°の場合は、畝の幅(L)に対する溝の幅(S)の比(デューティ比)を4:1、溝の幅(S)に対する深さ(t)の比(アスペクト比)が1:20程度となる。一方、高次回折光では、畝の屈折率が1.55、溝の屈折率が1.0、入射角と回折角が45°、デューティ比(L:S)が19:1、アスペクト比(S:t)が1:40程度の場合に6次以上において高い回折効率を達成することができる。 The VB diffraction grating can match the characteristics of S-polarized light and P-polarized light to achieve high diffraction efficiency for natural light polarized light and circularly polarized light. For example, if the refractive index of the ridge is 1.55, the refractive index of the groove is 1.0, and the incident and diffraction angles are 45°, the ratio of the groove width (S) to the ridge width (L) (duty ratio ) is 4:1, and the ratio (aspect ratio) of the depth (t) to the width (S) of the groove is about 1:20. On the other hand, for high-order diffracted light, the refractive index of the ridge is 1.55, the refractive index of the groove is 1.0, the incident and diffraction angles are 45°, the duty ratio (L:S) is 19:1, and the aspect ratio (S When :t) is about 1:40, high diffraction efficiency can be achieved in the 6th order or higher.
石英の異方性エッチングやフォトレジストの紫外線露光等によって、溝のアスペクト比が1:10を超えるような格子構造体を製造する製造することは極めて困難である。可視光の1次回折光用として、石英のVB回折格子の試作が非特許文献1に報告されている。非特許文献1に記載のVB回折格子は、格子周期Λ~0.44μm、L:S=0.22μ
m:0.22μm、溝のアスペクト比が1:10(溝の深さt=2.2μm)である。しかしながら、この形状ではS偏光とP偏光の回折効率を一致させることができない。
It is extremely difficult to fabricate grating structures with groove aspect ratios greater than 1:10, such as by anisotropic etching of quartz or UV exposure of photoresist. Non-Patent Document 1 reports a prototype of a quartz VB diffraction grating for first-order diffracted light of visible light. The VB diffraction grating described in Non-Patent Document 1 has a grating period Λ ~ 0.44 µm, L: S = 0.22 µm
m: 0.22 μm, and the groove aspect ratio is 1:10 (groove depth t=2.2 μm). However, with this shape, the diffraction efficiencies of S-polarized light and P-polarized light cannot be matched.
また、非特許文献2では、溝のアスペクト比が1:15(L=0.22μm:t=3.3μm)の溝の加工が試みられているが、理想的な形状が得られていない。 In Non-Patent Document 2, an attempt is made to process grooves having an aspect ratio of 1:15 (L=0.22 μm:t=3.3 μm), but an ideal shape cannot be obtained.
このように、アスペクト比の高い石英製の格子構造体を製造することが望まれている。 Thus, it would be desirable to produce a grating structure made of quartz having a high aspect ratio.
なお、石英製の格子構造体は回折格子以外にも、流路モジュール・加速度センサ・圧力センサ・ジャイロスコープのようなMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)にも好適に利用できる。石英は可視光を透過しかつ耐熱性を有するためである。 In addition to the diffraction grating, the grating structure made of quartz can also be suitably used for MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) such as flow path modules, acceleration sensors, pressure sensors, and gyroscopes. This is because quartz transmits visible light and has heat resistance.
このような問題を考慮して、本発明は、石英製の格子構造体を提供することを目的とする。 In view of these problems, the object of the present invention is to provide a grating structure made of quartz.
本発明の第一の態様は、
石英製の格子構造体の製造方法であって、
SOQ(Silicon on Quartz)基板を用意する工程と、
前記SOQ基板のシリコン側表面にレジストパターンを描画する工程と、
前記レジストパターンをマスクとしてエッチングにより前記シリコン側表面に、前記SOQ基板の石英層に接するシリコン製の接合層が残るように溝を掘ることにより、シリコン製の畝部を作製する工程と、
前記シリコン製の畝部および前記接合層を含む前記SOQ基板のシリコンの全体を酸化させることにより石英製の畝部を得る工程と、
を含む、方法である。
A first aspect of the present invention is
A method for manufacturing a grating structure made of quartz, comprising:
A step of preparing an SOQ (Silicon on Quartz) substrate;
drawing a resist pattern on the silicon-side surface of the SOQ substrate;
a step of forming silicon ridges by digging grooves on the silicon side surface by etching using the resist pattern as a mask so that a silicon bonding layer in contact with the quartz layer of the SOQ substrate remains;
obtaining quartz ridges by oxidizing the entire silicon of the SOQ substrate including the silicon ridges and the bonding layer ;
A method comprising:
このように加工性のよいシリコンに対してエッチングにより溝を形成し、その後に酸化させることで、石英製の格子構造体が容易に製造できる。この製造方法であれば、高アスペクト比の格子構造体が製造できる。 By forming grooves in silicon with good workability in this way by etching and then oxidizing it, a lattice structure made of quartz can be easily manufactured. With this manufacturing method, a lattice structure with a high aspect ratio can be manufactured.
また、本態様に係る製造方法において、前記シリコンの一部を酸化させる工程と、酸化シリコン層を除去する工程と、が前記溝を掘る工程の後に行われてもよい。これら2つの工程は、1回のみ行われてもよいし、複数回行われてもよい。 Further, in the manufacturing method according to this aspect, the step of partially oxidizing the silicon and the step of removing the silicon oxide layer may be performed after the step of digging the trench. These two steps may be performed only once or may be performed multiple times.
シリコンの一部の酸化と酸化シリコン層の除去により、格子構造体の畝部(以下、畝部)の幅を薄くすることができ、したがってレジストパターンの限界よりも細い幅の畝部を製造できる。また、エッチングの際に生じるスキャロップと呼ばれる表面粗さを除去して、表面をなめらかにできる。 By partially oxidizing the silicon and removing the silicon oxide layer, it is possible to reduce the width of the ridges (hereafter referred to as ridges) of the lattice structure, so that the width of the ridges can be narrower than the limit of the resist pattern. . In addition, surface roughness called scallops generated during etching can be removed to make the surface smooth.
本態様に係る製造方法において、前記レジストパターンは、所定の幅の細線が複数並んだパターンであり、それぞれの細線には所定の間隔でギャップが設けられていてもよい。 In the manufacturing method according to this aspect, the resist pattern may be a pattern in which a plurality of fine lines with a predetermined width are arranged, and each fine line may be provided with a gap at a predetermined interval.
このようなレジストパターンを用いることで、生成される畝部も所定の間隔でギャップが設けられる。酸化の際に畝部が破断したり波打ったり倒れてしまうおそれがあるが、畝部にギャップを設けることで応力集中を避けられるので、このような事態を防止できる。 By using such a resist pattern, the generated ridges are also provided with gaps at predetermined intervals. Although there is a risk that the ridges may break, undulate, or collapse during oxidation, such a situation can be prevented by providing gaps in the ridges to avoid stress concentration.
本態様に係る製造方法において、前記レジストパターンは、隣り合う細線の間に連結部を有していてもよい。 In the manufacturing method according to this aspect, the resist pattern may have a connecting portion between adjacent fine lines.
このようなレジストパターンを用いることで、隣接する2つの畝部の間を連結する補強部が作られる。したがって、酸化の際に畝部が倒れたりする事態を防止できる。 By using such a resist pattern, a reinforcing portion connecting between two adjacent ridges is created. Therefore, it is possible to prevent the ridges from collapsing during oxidation.
本発明の第2の態様は、回折格子の製造方法であり、
上述の各工程と、
前記格子構造体の溝部分に、石英よりも高屈折率の樹脂を充填する工程と、
を含むことを特徴とする。
A second aspect of the present invention is a method for manufacturing a diffraction grating,
each of the steps described above;
filling the grooves of the grating structure with a resin having a higher refractive index than quartz;
characterized by comprising
本発明は、上述の石英製の格子構造体を有するマイクロ流路モジュール、圧力センサ、加速度センサ、ジャイロスコープなどとしても捉えることもできる。また、本発明は、上述の高アスペクト比の格子構造体を有する空中映像結像光学素子として捉えることもできる。 The present invention can also be regarded as a microchannel module, a pressure sensor, an acceleration sensor, a gyroscope, etc. having the lattice structure made of quartz described above. The present invention can also be viewed as an aerial imaging optical element having the high aspect ratio grating structure described above.
本発明によれば、石英製の格子構造体を容易に製造することができ、特にアスペクト比の高い石英製の格子構造体も製造可能である。 According to the present invention, a grating structure made of quartz can be easily produced, and in particular, a grating structure made of quartz having a high aspect ratio can also be produced.
<第1実施形態>
近年、分光計測の分野において、広い波長範囲を同時に計測するためにエシェル分光法が広く利用されるようになった。エシェル分光法では、高次回折光を利用する高分散回折格子とプリズムや低分散の回折格子等の垂直分散素子等とを組み合わせて、2次元撮像装置にスペクトルを折り込んでいる。
<First embodiment>
In recent years, in the field of spectroscopy, echelle spectroscopy has come to be widely used for simultaneously measuring a wide wavelength range. In echelle spectroscopy, a high-dispersion diffraction grating that uses high-order diffracted light is combined with a vertical dispersion element such as a prism or a low-dispersion diffraction grating to fold the spectrum into a two-dimensional imaging device.
本実施形態は、エシェル分光法に用いる高分散回折格子10(以下、単に回折格子10ともいう)である。図1に回折格子10の構造を示す。
This embodiment is a high-dispersion diffraction grating 10 (hereinafter simply referred to as diffraction grating 10) used for echelle spectroscopy. FIG. 1 shows the structure of the
回折格子10は、石英(SiO2)製の格子構造体11と、格子構造体11の溝部に充填された高屈折率の樹脂13(充填部)と、樹脂13の上に設けられたガラス基板14とを含む。格子構造体11は、基部の一方の面の上に複数の畝部12が互いに平行に並んで設けられた構造体を有する。畝部12は、直立した矩形形状を有する。畝部12は、フィンや櫛歯とも称される。
The
本実施形態において、波長1.65μmの3次回折光の入射角と回折角が28°である場合に、畝部12の幅Lが0.5μm、隣接する畝部12の間の間隔Sが4.6μmであり、繰り返し周期Λが5.1μmである。また、畝部12の高さ(溝の深さ)tは16μmであり、アスペクト比L:tは1:32である。本実施形態では、畝部12の幅Lや間隔Sは一定であるが、位置に応じて幅Lや間隔Sが異なっていても構わない。
In this embodiment, when the incident angle and the diffraction angle of the third-order diffracted light with a wavelength of 1.65 μm are 28°, the width L of the
次に、本実施形態に係る回折格子10の製造方法について説明する。図2は、本実施形態に係る回折格子10の製造工程を示す流れ図である。図3は、各工程を説明する図である。
Next, a method for manufacturing the
工程S10において、石英層31とシリコン層32が接合されたSOQ(Silicon on Quartz)基板を用意する(図3A)。SOQ基板の石英層は格子構造体11の基部となり、シリコン層32は格子構造体11の畝部12となる。シリコン層32の厚さは、目的とする回折格子10の溝の深さ(畝部12の高さ)tに応じて決定すればよい。本実施形態では、例えば、厚さ17μmのシリコン層32が接合されたSOQ基板を用いる
In step S10, an SOQ (Silicon on Quartz) substrate in which a
工程S20において、SOQ基板のシリコン層32の表面にフォトリソグラフによってレジストパターン33を描画する(図3B)。レジストパターン33は、図4に示すように、幅2.0μmの細線が、3.1μm間隔で複数並べられたストライプパターンとする。
In step S20, a resist
工程S30において、上記レジストパターンをマスクとしてサイクルエッチング(ボッシュプロセス)によって、高さ15.86μmの溝を掘る(図3C)。ボッシュプロセスは、主に六フッ化硫黄(SF6)ガスを用いた等方性エッチングとテフロン系ガス(C4F8な
ど)による側壁保護とを繰り返し行う深掘り反応性イオンエッチング(RIE)である。この際、シリコン層32を全てエッチングせず石英層31と接合する接合層32aを残しておく。本実施形態では、接合層32aの厚さは1.14μmである。本実施形態では、格子の側壁は基板に対して垂直とし、幅を一定とするが、サイクルエッチングの条件を変えてテーパー形状の格子を形成してもよい。
In step S30, a groove with a height of 15.86 μm is dug by cycle etching (Bosch process) using the resist pattern as a mask (FIG. 3C). The Bosch process is mainly a deep reactive ion etching (RIE) that repeats isotropic etching using sulfur hexafluoride ( SF6 ) gas and side wall protection using Teflon-based gas ( C4F8 , etc.). be. At this time, the
工程S40においてシリコンを酸化させ(図3D)、工程S50において酸化シリコン層34を除去する(図3E)。工程S40とS50は、畝部12の幅が所望の値となるまで、複数回繰り返し行われる。本実施形態では、工程S40とS50を2回行うことで、畝部12の幅Lを2.0μmから0.22μmとする。畝部12の間隔Sは4.88μmである。酸化および酸化層の除去により、サイクルエッチングで生じる側壁の波打ち(スキャロップ)を除去し表面をなめらかにできる。また、接合層32aも薄くなるが完全には除去しないことが望まれる。
The silicon is oxidized in step S40 (FIG. 3D), and the
工程S60において、シリコン全体を例えば1100℃程度まで加熱して酸化させる(図3F)。ここまでの工程により、石英製の格子構造体11が得られる。工程S60の処理で得られる格子構造体11は、図5に示すとおり、複数の畝部12が並んだ構造である。なお、図5は構造を説明する概念図であり縮尺は正確ではない。酸化によりシリコン層が厚くなるため、得られる格子構造体11の畝部12の幅Lは0.5μm、間隔Sは4.6μm、高さtは16μmとすることができる。
In step S60, the entire silicon is heated to, for example, about 1100° C. to oxidize it (FIG. 3F). Through the steps up to this point, the
工程S70において、格子構造体11の溝部分に高屈折率の樹脂13を充填し(図3G)、さらに工程S80において樹脂13の上にガラス基板14(ZnSe,n=2.45@1.65μm)を接着する(図3H)。工程S70では、入射光が格子側壁において臨界角となる屈折率を有する樹脂13を使用する。
In step S70, the grooves of grating
図1において樹脂13の屈折率n2を求める。ガラス基板14と樹脂13との界面にお
ける樹脂13内部の屈折角をθ1とすると、
sinθ0=n2×sinθ1
である。格子側壁における臨界角の式は、
n1×sin90°=n2×cosθ1
である。以上より、
(sinθ0)/n1=tanθ1
となり、θ0とn1が既知であり、θ1が求まるので樹脂13の屈折率n2が求まる。
The refractive index n2 of the
sin θ 0 =n 2 ×sin θ 1
is. The formula for the critical angle at the lattice sidewall is
n 1 ×sin 90°=n 2 ×cos θ 1
is. From the above,
(sin θ 0 )/n 1 =tan θ 1
Since θ 0 and n 1 are known and θ 1 can be obtained, the refractive index n 2 of the
石英の屈折率はn1=1.44@1.65μmなので、θ0=28°の場合、上述の式よりn2≧1.516となる。また、θ0=45°の場合、上述の式よりn2≧1.60である。 Since the refractive index of quartz is n 1 =1.44@1.65 μm, for θ 0 =28°, n 2 ≧1.516 from the above equation. Further, when θ 0 =45°, n 2 ≧1.60 from the above equation.
図6は、本実施形態に係る回折格子10の回折効率を示す図である。図中の実線はS偏光の回折効率を示し、点線はP偏光の回折効率を示す。図から分かるように、回折格子10は、2次~6次において約60%以上の高い回折効率を達成することができる。
FIG. 6 is a diagram showing the diffraction efficiency of the
また、上記の説明では真空中あるいは空気中での利用(屈折率=1)を想定しているが、必ずしもその必要はない。回折格子が真空または空気以外と接していても構わない。その場合も上記と同様の手法によって形状の設計が可能である。 In addition, although the above description assumes use in vacuum or air (refractive index=1), it is not always necessary. It does not matter if the diffraction grating is in contact with something other than vacuum or air. Even in that case, the shape can be designed by the same technique as described above.
本実施形態にかかる透過型回折格子は、エシェル分光計測のための分散光学素子以外としても利用できる。回折格子10は、結像機能を持つため、画像を空中に投影するための空中映像結像光学素子としても利用できる。
The transmission diffraction grating according to this embodiment can be used as a dispersive optical element other than the echelle spectroscopic measurement. Since the
本実施経形態にかかる透過型回折格子は、さらに格子周期を数10μm~100mm程度とすれば、回折格子としてではなく、外光を天井や部屋の奥に導いて照明として利用する機能性の省エネ窓等の応用も可能である。 If the grating period of the transmission type diffraction grating according to the present embodiment is set to about several tens of μm to 100 mm, it is not used as a diffraction grating, but is used as lighting by guiding external light to the ceiling or the back of the room. Applications such as windows are also possible.
(第2実施形態)
第1実施形態の回折格子は、連続する畝部12が複数並んだ構造を有している。回折格子の面積を大きくするためには、畝部12の長さ(図1において紙面に直交する方向の長さ)を長くする必要がある。そうすると、シリコン酸化のために1100℃程度まで加熱する際に、畝部12が破断したり波打ったりするおそれがある。そこで、本実施形態では、第1実施形態と異なる構造の畝構造体を作成する。
(Second embodiment)
The diffraction grating of the first embodiment has a structure in which a plurality of
図7は、本実施形態のレジストパターン描画工程S20におけるレジストパターン33を示す。第1実施形態では図4に示すように、ストライプ状のパターンが用いられるが、本実施形態では、図7に示すように、ストライプの途中にギャップ71が含むパターンが用いられる。図7では1つのストライプに対してギャップ71は1つのみ設けられてストライプが2つのストライプセグメントに分割されているが、1つのストライプに対してギャップ71が2つ以上であってもよい。ギャップ71の間隔は、製造する回折格子の性能に影響を与えないような幅とすればよく、本実施形態では例えばギャップ71の間隔は3μmである。また、隣接する2つのストライプセグメントの間に連結部72が設けられる。図7では、隣接するストライプセグメント間に1つの連結部72が設けられているが、2つ以上設けられてもよい。
FIG. 7 shows the resist
本実施形態において、工程S60の処理で得られる格子構造体11を図8に示す。上述したようなレジストパターンを用いることにより、本実施形態に係る格子構造体11のそれぞれの畝部12にはギャップ81が設けられて分割される。また、隣接する畝部12セグメントの間に、連結部72に対応した補強部82が設けられる。このようにギャップ81や補強部82が設けられることで、酸化加熱時の破断や波打ちや倒壊を防止できる。すなわち、本実施形態によれば面積の大きな回折格子を製造することができる。
FIG. 8 shows the
(第3実施形態)
上記第1,第2実施形態は、格子構造体を回折格子として用いているが、上記で説明した格子構造体は回折格子以外の用途にも用いることができる。
(Third embodiment)
Although the first and second embodiments use the grating structure as a diffraction grating, the grating structure described above can be used for purposes other than the diffraction grating.
格子構造体11は、例えば、マイクロ流路モジュール(マイクロ流体デバイス)における流路や反応容器を規定するために用いることができる。例えば、DNAを蛍光顕微鏡で観察する際に格子構造体11を有するマイクロ流路モジュールを用いると、石英は蛍光を発生しないことから背景光を抑制することができる。あるいは、格子構造体11は、加速度センサ・圧力センサ・ジャイロスコープなどのような、その他のMEMSデバイスにも利用できる。他にも、格子構造体の表面を薄い金属膜等で覆って表面プラズモン共鳴を引き起こすことで光を増幅する光増幅器として用いることもできる。さらに、格子構造体11を、シリコン、金属、非線形光学結晶等と組み合わせることにより、全光コンピュータの論理ゲート、配線、フィルタなどに応用できることが見込まれる。
The
従来、対象とする波長の光に対して透明な格子構造体が必要な場合に、樹脂を用いることがあったが、耐熱性が低いという問題があった。本実施形態の石英製の格子構造体は、光(可視光)に対して透明であり、かつ、熱にも強いので、様々な用途のMEMSデバイスに好適に利用できる。 In the past, when a lattice structure transparent to light of a target wavelength was required, resin was sometimes used, but there was a problem of low heat resistance. The lattice structure made of quartz of this embodiment is transparent to light (visible light) and resistant to heat, so it can be suitably used for MEMS devices for various purposes.
10:回折格子 11:格子構造体 12:格子構造体の畝部
13:樹脂(充填部) 14:ガラス基板
31:石英層 32:シリコン層 33:レジストパターン 34:酸化シリコン層
10: Diffraction Grating 11: Grating Structure 12: Ridges of Grating Structure 13: Resin (Filling Portion) 14: Glass Substrate 31: Quartz Layer 32: Silicon Layer 33: Resist Pattern 34: Silicon Oxide Layer
Claims (6)
SOQ(Silicon on Quartz)基板を用意する工程と、
前記SOQ基板のシリコン側表面にレジストパターンを描画する工程と、
前記レジストパターンをマスクとしてエッチングにより前記シリコン側表面に、前記SOQ基板の石英層に接するシリコン製の接合層が残るように溝を掘ることにより、シリコン製の畝部を作製する工程と、
前記シリコン製の畝部および前記接合層を含む前記SOQ基板のシリコンの全体を酸化させることにより石英製の畝部を得る工程と、
を含む、方法。 A method for manufacturing a grating structure made of quartz, comprising:
A step of preparing an SOQ (Silicon on Quartz) substrate;
drawing a resist pattern on the silicon-side surface of the SOQ substrate;
a step of forming silicon ridges by digging grooves on the silicon side surface by etching using the resist pattern as a mask so that a silicon bonding layer in contact with the quartz layer of the SOQ substrate remains;
obtaining quartz ridges by oxidizing the entire silicon of the SOQ substrate including the silicon ridges and the bonding layer ;
A method, including
請求項1に記載の方法。 oxidizing a portion of the silicon and removing a silicon oxide layer are performed after creating the ridge ;
The method of claim 1.
請求項2に記載の方法。 the step of partially oxidizing the silicon and the step of removing the silicon oxide layer are performed multiple times;
3. The method of claim 2.
請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。 The resist pattern is a pattern in which a plurality of thin lines with a predetermined width are arranged, and each thin line is provided with a gap at a predetermined interval.
4. A method according to any one of claims 1-3.
請求項4に記載の方法。 The resist pattern has a connecting portion between adjacent fine lines,
5. The method of claim 4.
前記格子構造体の溝部分に、石英よりも高屈折率の樹脂を充填する工程と、
を含む、回折格子の製造方法。 each step of the method for manufacturing a lattice structure made of quartz according to any one of claims 1 to 5;
filling the grooves of the grating structure with a resin having a higher refractive index than quartz;
A method of manufacturing a diffraction grating, comprising:
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