JPH0416902A - 回折格子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、偏波面依存性がほとんどなく、かつ回折効率
が高く、かつ熱的な長期信顛性に優れた回折格子の製造
方法に関する。

従来の技術 従来の回折格子として、その断面形状が、複数の正弦波
の重ね合わせで表わされる、いわゆるフーリエ回折格子
が知られている。フーリエ回折格子はその断面形状を、
適当に制御することにより、偏波面依存性が少なくかつ
回折効率の高いものが得られることが知られている（例
えば特開平１１７２９０２号公報など）。このような特
性を実際に示す回折格子も実際に得られている。その作
り方は、基板上にホトレジストを塗布し、２つのレーザ
ーを干渉させて形成される干渉縞で露光し、現像するこ
とによって、前記干渉縞に垂直方向の断面が、複数の正
弦波の重ね合わせで表わされる形状を有するホトレジス
ト膜を形成した後、その上から全面に金属膜を形成する
ものである。

発明が解決しようとする課題 上記の方法で得られるフーリエ回折格子は、ホトレジス
ト膜をそのまま回折格子の一部として用いているため、
熱的長期信転性に乏しい。その原因は、ホトレジスト自
身が有機物であるため、熱的に劣化しやすいことと、基
板とホトレジストの熱膨張率が大きく異なるため、熱的
変化が繰り返し加わると、基板とホトレジストの間に、
一部剥離が生ずることにある。熱膨張をできるだけあわ
せるように基板を選ぶ方法も検討されているが、信転性
の観点からは、どうしても無機物の基板が望ましく、そ
うすると適当な基板がないなどの問題があった。ホトレ
ジストを用いずに、所望の形状をもったフーリエ回折格
子を得るのに他に適当な製造方法がない。

フーリエ回折格子以外ごこ、各種断面形状を持った回折
格子が知られている。最も一般的なものは、鋸歯状の断
面を持つ、いわゆるブレーズド型の回折格子が知られて
いる。これは機械的に刻みを形成する方法であり、特性
的には安定したものが得られるが、このように直線を土
成分として形成された回折格子の場合には、入射光の偏
波面によって回折効率が著しく異なり、使用面で制約を
受ける。とくに光通信などのようにレーザーを用いたソ
ステムにおいては、偏波面に依存しない回折格子が必要
とされている。フーリエ回折格子は、偏波面依存性が少
なく、回折効率も高いが、前述したように、熱的に長期
安定なものは得られていない。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明では、従来知られた
、ホトレジスト膜を用いたフーリエ回折格子において、
適当な長さでホトレジスト膜を分離することによって、
熱膨張率の違いによる歪を軽減して熱的長期信顛性を改
善したり、最終の構成からはホトレジストを除去するこ
とによって、熱的長期信頬性を向上させるようにしたも
のである。さらに具体的には、基板上にホトレジストを
塗布し、２つのレーザーを干渉させて形成される干渉縞
で露光し、現像することによって、前記干渉縞に垂直方
向の断面が、複数の正弦波の重ね合わせで表わされる形
状を有するホトレジスト膜を形成した後、その上から等
速なエツチング方法により、前記断面の谷の部分の基板
の表面を露出させ、その上から全面に金属膜を形成する
方法、また、その後にホトレジストを除去することがで
きるような製造方法を加えた方法、および第１の方法と
同様に、２つのレーザーを干渉させて形成される干渉縞
で露光した後、干渉縞と垂直方向に、前記干渉縞ピッチ
の１０倍以上の間隔をおいて、その間隔の１／ｌＯ以下
の幅をもつスリットを残してマスクして、露光した後、
現像し、その上から等速なエツチング方法により、前記
ホトレジスト膜の干渉縞露光により生した谷の部分と、
前記スリット部の基板の表面を露出させ、その上から全
面に金属膜を形成する方法、また第１の方法で、全面に
金属膜を形成した後、前記干渉縞と垂直方向に、前記干
渉縞ピッチの１０倍以上の間隔をおいて、その間隔の１
７１Ｏ以下の幅のスリット部を除いてマスクし、露光し
た後、現像することによって、線状スリットの部分のみ
を露出させ、その部分の金属膜をエツチングにより除去
した後、その部分からレジスト除去液を浸透させること
によって、ホトレジストを除去する方法などにより、ホ
トレジスト膜を分離したり、あるいは金属膜だけからな
る構造としたものである。

作用 上記のように構成することにより、偏波面依存性がなく
、回折効率が高く、熱的に長期信転性の高い回折格子を
得ることができる。

実施例 以下本発明の一実施例の回折格子の構成とその製造方法
について、図面を参照しながら説明する。

実施例１ 本実施例の回折格子の構成の第１の例を、第１図に示す
。圀において、１はガラス基板、２はホトレジスト膜、
３は金からなる金属膜である。次に本構成の回折格子の
製造方法を説明する。ガラス基板上にまずホトレジスト
を塗布し、次にＨｅＣｄレーザーを２つ用い、ホトレジ
スト上で干渉縞かできるような条件で露光し、現像する
。

干渉縞のできる条件とホトレジストの露光条件を適当に
設定することにより、ホトレジスト膜の干渉縞に垂直方
向の断面部分の形状を、複数の正弦波の重ね合わせで表
わせる、いわゆるフーリエ回折格子の形状に形成するこ
とができる。次にリアクティブイオンエンチング法によ
り、ホトレジスト膜を、現像した時の形状が保たれたま
ま等速でエツチングをおこなう。レジスト膜の一番薄い
、いわゆる谷の部分が一様に露出した時点で、エツチン
グを中止し、上から全面に金を痕着する。これ番こより
第１図の構成の回折格子が得られる。

実施例２ 第２図に本発明の他の実施例を示す。第２図において、
１はガラス基板、３は金の蒸着膜、４ば金のめっき膜で
ある。次に本構成の回折格子の製造方法を説明する。ガ
ラス基板上に、実施例１と同様の方法で、フーリエ回折
格子型の断面形状を有する、ホトレジスト膜を形成、リ
アクティブオンエツチング後、上から全面に金を蒸着す
る。その後めっきにより金の厚膜を形成する。次にホト
レジストの溶剤中に浸し、ホトレジストを除去すること
によって、第２図の構成の回折格子が得られる。金めつ
きで金属膜の膜厚を厚くせずに、ホトレジスト除去を行
うと、除去時に金属膜が変形したり剥離したりするが、
金めつきにより１ミクロン以上に厚くすると、機械的強
度を十分もたせることができる。

実施例３ 本実施例の回折格子の構成の他の実施例を、第３図に示
す。図において、１はガラス基板、２はホトレジスト膜
、３は金からなる金属膜、５はスリット部である。次に
本構成の回折格子の製造方法を説明する。実施例１と同
様の方法にて、ガラス基板上にホトレジストを塗布、Ｈ
ｅＣｄレーザーを２つ用い、ホトレジスト上で干渉縞が
できるような条件で露光した後、干渉縞と垂直方向に、
前記干渉縞ピッチの１０倍以上の間隔をおいて、その間
隔の１７１Ｏ以下の幅をもつスリットを残してマスクし
、露光した後、現像する。その後実施例１と同様の方法
で、リアクティブイオンエツチング法により、ホトレジ
スト膜を、現像した時の形状が保たれたまま等速でエツ
チングをおこなう。レジスト膜の一番薄い、谷の部分が
一様に露出した時点で、エツチングを中止し、上から全
面に金を蒸着する。これにより第３図の構成の回折格子
が得られる。

実施例４ 本実施例の回折格子の構成の他の実施例を、第４図に示
す。図において、１はガラス基板、３は蒸着された金薄
薄膜、４はめっきにより形成した金厚膜、５はスリット
部である。次に本構成の回折格子の製造方法を説明する
。実施例１と同様の方法にて、ガラス基板上にホトレジ
ストを塗布、ＨｅＣｄレーザーを２つ用い、ホトレジス
ト上で干渉縞ができるような条件で露光した後、現像す
る。その後実施例１と同様の方法で、リアクティブイオ
ンエンチング法により、ホトレジスト膜を、現像した時
の形状が保たれたまま等速でエツチングをおこなう。レ
ジスト膜の一番薄い、谷の部分が一様に露出した時点で
、エンチングを中止し、上から全面に金を蒸着する。そ
の後前記干渉縞と垂直方向に、前記干渉縞ピッチの１０
倍以上の間隔をおいて、その間隔の１／１０以下の幅の
スリット部を除いてマスクし、露光した後、現像するこ
とによって、線状スリットの部分のみを露出させ、その
部分の金属膜をエンチングにより除去した後、その部分
からレジスト除去液を浸透させることによって、ホトレ
ジストを除去することにより、前記スリット部で、分離
されかつ金属膜だけからなる第４図の構成の回折格子が
得られる。

発明の効果 本発明は、以上説明したような構成と製造方法から成る
ので、以下に記載されるような効果を示す。

いずれの実施例においても、まず第１に、干渉縞と垂直
な方向については、各谷の部分でホトレジスト膜がない
ので、その方向に対する熱膨張歪は、大幅に軽減される
。なぜなら谷から谷までの距離は、はぼ露光に使用した
レーザーの波長と同程度であり、１ミクロン程度である
のに対して、回折格子として使用する場合の大きさは、
数ミリ角必要であるからである。すなわち従来は数ミリ
角にわたってホトレジストは１枚のシート状に全面でつ
ながっていたものが、本構成では、１ミクロン程度の縞
状に分離されているからである。リアクティブイオンエ
ツチングにより谷部分が露出され、その部分の形状は、
ホトレノストに形成された形状とずれてくるが、谷の部
分が回折格子としての性能に及ぼす効果は小さいため、
特性はほとんど落ちない。

実施例２ムこおいては、さらにホトレノストが除去され
ているので、熱的な信顛性はさらに向上する。

実施例３においては、更に　干渉縞と垂直方向に、ある
距離をおいて、スリットが形成されているため、その方
向に対する熱膨張による歪が軽減され、実施例１の場合
よりも更に信頼性が向上する。スリ、トの間隔と幅は、
回折格子としての回折効率に大きく関係する。回折格子
のピッチに比ベスリ、ト部の占める面積がある程度以上
大きくなると、回折効率が著しく低下する６具体的には
、スリットの間隔が回折格子のピッチのＩＯ倍程度以上
あり、その幅がその間隔の１／ｌＯ以下か、回折格子の
ピッチ程度以下であれば、回折効率の低下は実質的に問
題とならない。

実施例４においては、実施例３の構造において、さらに
を機動たるホトレジストが完全に除去されているため、
実施例２．３の場合よりもさらに、熱的な信転性が向上
する。

実施例の構成のものは、いずれも、ＴＥ、ＴＭいずれの
偏波面の波に対してもほぼ９０％以上の高い回折効率が
得られた。次に６０°Ｃと一２５°Ｃでヒートサイクル
を実施したところ、本実施例のように等速エツチングに
より、谷をだす処理をおこなわずに、上に金の金属膜を
形成したものが、はぼ１０回以内のヒートサイクルで一
部損傷が起こったのに対して、実施例１のものは１（１
０回以上、実施例２のものは５（１０回以上、実施例３
のものは５（１０回以上、実施例４のものは、１（１０
０回以上のし一トサイクルに耐え、その熱的長期信顧性
が大幅に向上していた。

本実施例では、ガラス基板を用いたがこれに限定される
ものではない。また金属膜として金を用いたが、これは
光を有効に反射できるものであればよく金に限定される
ものではない。また最初の金属膜の形成を真空蒸着法で
形成したが、スパフタリングでも同様に金属膜を形成す
ることができた。また等速エツチングとしてリアクティ
ブイオンエツチング法を用いたが、等速エツチングの必
要な理由は、ホトレジストに形成された、複数の正弦波
の重ね合わせで表わされる断面形状のホトレジストの形
状を保つためのものであり、等速にエツチングできるも
のであれば、これに限定されるものではない。なお本実
施例では、エツチングを行うためのガスとしで、ＣＣ１
Ｖ、４を用いた。また露光にＨｅＣｄレーザーを用いた
が、これもこのレーザーに限定されるものではない。

本実施例において、ホトレジストとして、ポジ型（マス
クした部分のホトレジストが現像した時除去される）の
ものを用いたが、ネガ型のものを用いた場合、実施例３
および４においては、スリット部のマスクパターンを反
転しておけばよい。

またホトレジスト除去液としては、本実施例では、アセ
トンを用いた。

【図面の簡単な説明】

第１［Ｆは本発明の回折格子の一実施例の構成図、第２
図、第３図、第４図は本発明の他の一実施例の構成図で
ある。 ｌ・・・・・・ガラス基板、２・・・・・・ホトレジス
ト膜、３・・・・金属膜、４・・・・・・金属厚膜、５
・・・・スリット部。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名刀゛ラズ幕
拮 ゛（ 第２崗

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上にホトレジストを塗布し、２つのレーザー
   を干渉させて形成される干渉縞で露光した後、現像する
   ことによって、前記干渉縞に垂直方向の断面が、複数の
   正弦波の重ね合わせで表わされる形状を有するホトレジ
   スト膜を形成した後、その上から等速なエッチング方法
   により、前記断面の谷の部分の基板の表面を露出させ、
   その上から全面に金属膜を形成したことを特徴とする回
   折格子の製造方法。
2. （２）等速なエッチング方法として、リアクティブイオ
   ンエッチング法を用いた請求項（１）記載の回折格子の
   製造方法。
3. （３）基板上にホトレジストを塗布し、２つのレーザー
   を干渉させて形成される干渉縞で露光し、現像すること
   によって、前記干渉縞に垂直方向の断面が、複数の正弦
   波の重ね合わせで表わされる形状を有するホトレジスト
   膜を形成した後、その上から等速なエッチング方法によ
   り、前記断面の谷の部分の基板の表面を露出させ、その
   上から全面に金属膜を形成した後、前記ホトレジストを
   ホトレジスト除去液により除去したことを特徴とする回
   折格子の製造方法。
4. （４）等速なエッチング方法として、リアクティブイオ
   ンエッチング法を用いた請求項（３）記載の回折格子の
   製造方法。
5. （５）金属膜を形成する方法として、最初に真空蒸着ま
   たはスパッタリングにより、薄膜を形成した後、めっき
   によりさらにその上に厚い金属膜を形成する請求項（３
   ）記載の回折格子の製造方法。
6. （６）基板上にホトレジストを塗布し、２つのレーザー
   を干渉させて形成される干渉縞で露光し、次に干渉縞と
   垂直方向に、前記干渉縞ピッチの１０倍以上の間隔をお
   いて、その間隔の １／１０以下の幅をもつスリットを残してマスクし、露
   光した後、現像することによって、前記干渉縞に垂直方
   向の断面が、複数の正弦波の重ね合わせで表わされる形
   状を有し、それと垂直方向には、前記スリット部分に谷
   を有するホトレジスト膜を形成した後、その上から等速
   なエッチング方法により、前記断面の谷の部分の基板の
   表面を露出させ、その上から全面に金属膜を形成したこ
   とを特徴とする回折格子の製造方法。
7. （７）等速なエッチング方法として、リアクティブイオ
   ンエッチング法を用いた請求項（６）記載の回折格子の
   製造方法。
8. （８）基板上にホトレジストを塗布し、２つのレーザー
   を干渉させて形成される干渉縞で露光した後、現像する
   ことによって、前記干渉縞に垂直方向の断面が、複数の
   正弦波の重ね合わせで表わされる形状を有するホトレジ
   スト膜を形成した後、その上から等速なエッチング方法
   により、前記断面の谷の部分の基板の表面を露出させ、
   その上から全面に金属膜を形成した後、前記干渉縞と垂
   直方向に、前記干渉縞ピッチの１０倍以上の間隔をおい
   て、その間隔の１／１０以下の幅のスリット部を除いて
   マスクし、露光した後、現像することによって、線状ス
   リットの部分のみを露出させ、その部分の金属膜をエッ
   チングにより除去した後、その部分からホトレジスト除
   去液を浸透させることによって、ホトレジストを除去す
   ることにより、前記スリット部で、分離されかつ金属膜
   だけからなる構造としたことを特徴とする回折格子の製
   造方法。
9. （９）等速なエッチング方法として、リアクティブイオ
   ンエッチング法を用いた請求項（８）記載の回折格子の
   製造方法。
10. （１０）金属膜を形成する方法として、最初に真空蒸着
    またはスパッタリングにより、薄膜を形成した後、めっ
    きによりさらにその上に厚い金属膜を形成する請求項（
    ８）記載の回折格子の製造方法。