JPH08286020A - 位相格子および位相格子の作製方法 - Google Patents

位相格子および位相格子の作製方法

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JPH08286020A JP8084054A JP8405496A JPH08286020A JP H08286020 A JPH08286020 A JP H08286020A JP 8084054 A JP8084054 A JP 8084054A JP 8405496 A JP8405496 A JP 8405496A JP H08286020 A JPH08286020 A JP H08286020A
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エリッヒ・バイヤー
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エルヴイン・シユパンナー
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アンドレアス・フランツ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単に製造でき、良好の光学特性を有する位
置測定装置の位相格子およびこの位相格子の作製方法を
提供する。 【解決手段】 中間に一つの透明な間隔層３を配置し、
間隔を置いた二つの反射層２，４で構成され、一方の反
射層２を全面が一様な層として、また他方の反射層４を
振幅格子として形成した光電位置測定装置の位相格子に
あって、間隔層３が主に二つの反射層２，４の平行に対
向している領域の間にあり、しかも両反射層２，４に対
して垂直に延びる縁部分を有するウェブを形成し、屈折
率が縁部分の両側で異なる。

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、中間に一つの透
明な間隔層を配置し、間隔を置いた二つの反射層で構成
され、一方の反射層を全面が一様な層として、また他方
の反射層を振幅格子として形成している光電位置測定装
置の位相格子、およびこの位相格子を作製する方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】この種の位相格子は、相対運動する二つ
の物体の相対位置を測定する光電位置測定装置で目盛板
として使用される。欧州特許第 0 160 748 A号明細書い
は、間隔を置いた二つの反射層から成る位相格子が開示
されている。これ等の反射層は一つの透明な間隔層の両
側に配置されていて、少なくとも一つの反射層が振幅格
子として形成されている。どんな実施例でも、間隔層は
全面にわたり一様な厚さの透明な層として形成されてい
る。
【０００３】この種の位相格子は単純でコスト的に有利
に作製できるが、光電位置測定装置で回折格子として使
用する場合、回折特性が特に良好ではないことが示され
ている。起伏格子上に全面反射層が装着されている欧州
特許第 0 390 092 B1 号公報の位相格子は、測定長さに
わたり一様な回折特性を有していなく、再現性のある作
製ができない。
【０００４】欧州特許第 0 020 132 A号明細書には回折
格子を作製するためのマスクが開示されている。照明に
使用するマスクは透過光で使用され、その表面の全面に
アルミニウムが被覆されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、簡
単に製造でき、良好の光学特性を有する位置測定装置の
位相格子およびこの位相格子の作製方法を提供すること
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、中間に一つの透明な間隔層３を配置し、間隔を
置いた二つの反射層２，４で構成され、一方の反射層２
を全面が一様な層として、また他方の反射層４を振幅格
子として形成した光電位置測定装置の位相格子におい
て、間隔層３が主に二つの反射層２，４の平行に対向し
ている領域の間にあり、しかも両反射層２，４に対して
垂直に延びる縁部分を有するウェブを形成し、屈折率が
縁部分の両側で異なることによって解決されている。
【０００７】更に、上記の課題は、この発明により、上
記位相格子を作製する方法にあって、以下の製造工程、 a) 基板１の上に第一の通しの反射層２を付け、 b) この反射層２の上で全面に一様な厚い間隔層３を全
面に付け、 c) この間隔層３の上に一様な厚い他の反射層４を全面
に付け、 d) この他の反射層４の上にレジスト層５を付け、この
レジスト層が露光マスク６を使用してパターンに合わせ
て露光し、次いで現像し、 e) 第一エッチング処理で、レジスト５の付いていない
領域の他の反射層４を除去し、 f) 第二エッチング処理で、レジスト５の付いていない
領域の間隔層３を第一反射層２まで除去し、 g) レジスト層５を除去する、 を行うことによって解決されている。
【０００８】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
【００１０】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づきこの発明を
より詳しく説明する。図１に示す位相格子は、以下の層
構造を有する。基板１の上には、模様の付けてない反射
率の高い薄膜２がある。基板１は測長装置の目盛板であ
るので、高安定性の材料、例えば石英、ゼロドウル（Ze
rodur)またはスチールのような材料が選択される。ゼロ
ドウルの利点は、目盛板の長さが温度変化があっても僅
かしか変化しない点にある。反射層としては、約 30 nm
の層厚のクロムあるいは金が特に適しているが、薄いチ
タン層あるいは誘電体の多層膜も使用できる。
【００１１】位相格子で必要な位相のずれた層はパター
ン化され、約 50 〜 200 nm の厚さの透明な間隔層３で
形成されている。この層３の材料としては、二酸化シリ
コン（SiO2），二酸化チタン（TiO2），五酸化タンタル
（Ta2O5 ）およびアルミナ（Al2O5 ）のような誘電材料
が特に適している。間隔層３のウェブの上には、厚さが
約 10 〜 100 nm のクロク製の反射表面層４が付けてあ
る。
【００１２】光ビーム束が位相格子に入射すると、分割
ビーム束がウェブの表面およびより深いところにある隙
間の表面で反射する。反射した分割ビーム束の間の位相
のずれは入射した光ビーム束の波長λとステップの高さ
ｈに依存する。ステップの高さｈは透明な間隔層３と反
射表面層４の厚さで決まる。望ましい位相のずれに対す
る典型的な値はλ/2であり、空気中にある位相格子の場
合、ステップの高さｈは (2k-1) λ/4となる。ここで k
＝ 1,2, 3, ・・・である。通常、 k＝ 1に選択され
る。
【００１３】図２および図３に示すように、図１の位相
格子を作製するには、ただ僅かで簡単なプロセス工程し
か必要でない。図２には基板１が最も下を通過する反射
層２，透明な間隔層３および反射表面層４と共に示して
ある。この層群はレジスト５で被覆され、マスク６を通
して光学的に、あるいは電子ビーム、ＵＶあるいはＸ線
ビームリソグラフィのような他の方法で照明され。この
ようにしてパターン化されたレジスツ５は、図３に示す
ような反射表面層４をエッチングするマスクとして使用
される。パターン化された反射表面層４は他のエッチン
グ工程で間隔層３をエンチングするマスクとして使用さ
れる。この最後のエッチング工程では、下部で通しの反
射層２がエッチング阻止層として働く。
【００１４】透明な間隔装置のパターン化により、位相
格子の特に良好な回折特性が驚く程の方法で得られる。
この場合、同時に応力の加わらない構造の利点が達成さ
れ、これが、例えば欧州特許第 0 387 520 B1 号明細書
に提示されているように、干渉動作する位置測定装置で
位相格子を使用する場合に特に有利に作用する。回折特
性は、反射材料で全面被覆された起伏構造体の場合より
良好である。この理由は、この発明の位相格子の場合、
達成できる高い構造精度にあり、通しの反射層２に平行
に延びるパターン化された間隔層３の表面の上に主に他
の薄い反射表面層４がある。この表面に垂直に延びる縁
部分は透明に作用し、その場合、縁部分で屈折率が周囲
の媒体に対して変わる。更に、特別な利点は、ウェブの
ステップ高さｈが主に層３と４の分離で決まり、エンチ
ング処理では決まらない点にある。間隔層３として誘電
体材料を使用する利点は、この材料が反射層２と４より
容易にエンチングでき、これによりかなり厚い間隔層３
もシャープなエッジと高いパターン精度でサブミクロン
領域のパターンにエンチングできる。間隔層３は反射表
面層４の厚さの４倍の厚さを有する。更に、透明な間隔
層３を有するこの発明の位相格子の良好な光学特性の理
由は、薄い反射層４が入射した光の僅かな成分を透過
し、この成分が下部反射層２で反射する。この発明の位
相格子の良好な回折特性は、ウェブ領域の間隔層３，ウ
ェブ領域の反射層２およびウェブと隙間の異なった屈折
率により得られる。
【００１５】図２と図３に示す方法の代わりに、この位
相格子をリルトオフ技術で作製できる。これには、基板
１が最下を通過する反射層２，透明な通しの間隔層３お
よびレジスト層５で被覆されている。レジスト層５はマ
スク６を通して、あるいは電子ビームリソグラフィ、Ｘ
線ビームリソグラフィあるいはＵＶリソグラフィのよう
な他の方法で照明され、パターン化（エッチング）され
る。その後、反射表面層４の被覆が行われ、この層はパ
ターン化されたレジスト５のウェブ領域の上に、および
間隔層３の上のレジスト５の隙間に付着する。次いで、
レジスト５をその上にある反射材料４と共に剥がす（リ
フトオフ技術）。最後の工程は間隔層３のエッチングで
ある。この場合、反射領域４はマスクとして、また反射
層４はエンチング阻止層として働く。
【００１６】間隔層３としては、窒化チタン（TiN)ある
いは特に非反射金属のような多のエッチング可能な材料
も使用できる。更に、良好な反射基板を使用する場合、
独立した被膜である層２を省くことができる。基板とし
て、ここでは例えば極性スチルベルトが使用される。こ
れには、基板として例えば磨いたスチールベルトが使用
できる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明により得
られる利点は、特に比較的薄い反射層のみを寸法の合っ
たパターンにする必要があるが、ステップの深さはパタ
ーン化工程に影響されない点にある。この発明による位
相格子では、簡単な手段で小さな目盛周期を実現でき、
この位相格子が効率の高い良好な回折特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による位相格子の断面図、
【図２】 図１の位相格子を作製する第一製造工程、
【図３】 図１の位相格子を作製する第２製造工程。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 下部反射層 ３ 間隔層 ４ 反射表面層 ５ パターン化されたレジスト層 ６ マスク
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年４月９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、中間に一枚の透
明な間隔層を配置して間隔を設けた二つの反射層で構成
され、一方の反射層が全面を一様な層として、また他方
の反射層が振幅格子として形成されている光電位置測定
装置の位相格子、およびこの位相格子を作製する方法に
関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、中間に一枚の透明な間隔層３を配置して間隔を
設けた二つの反射層２，４で構成され、一方の反射層２
が全面を一様な層として、また他方の反射層４が振幅格
子として形成されている光電位置測定装置の位相格子に
あって、間隔層３が主に平行に対向する二つの反射層
２，４の領域の間にあり、しかも両反射層２，４に対し
て垂直に延びる縁部分を有するウェブを形成し、屈折率
が縁部分の両側で異なることによって解決されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペーター・シュペックバッヒャー ドイツ連邦共和国、84558 キルヒヴァイ ダッハ、ブルーメンストラーセ、３アー (72)発明者 ゲオルク・フラッシャー ドイツ連邦共和国、83458 シユナイツル ロイト、ヴァルデック、７ (72)発明者 ミヒャエル・アルゴイヤー ドイツ連邦共和国、83371 シユタイン、 キーンベルクストラーセ、24 (72)発明者 エリッヒ・バイヤー ドイツ連邦共和国、83308 トロストベル ク、フリードリッヒ−エベルト−ストラー セ、１ (72)発明者 エルヴイン・シユパンナー ドイツ連邦共和国、83278 トラウンシユ タイン、フオルストマイヤーストラーセ、 12 (72)発明者 アンドレアス・フランツ ドイツ連邦共和国、83308 トロストベル ク、ヘルツオーク−ルードヴイッヒ−スト ラーセ、31

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 中間に一つの透明な間隔層（３）を配置
    し、間隔を置いた二つの反射層（２，４）で構成され、
    一方の反射層（２）を全面が一様な層として、また他方
    の反射層（４）を振幅格子として形成した光電位置測定
    装置の位相格子において、間隔層（３）が主に二つの反
    射層（２，４）の平行に対向している領域の間にあり、
    しかも両反射層（２，４）に対して垂直に延びる縁部分
    を有するウェブを形成し、屈折率が縁部分の両側で異な
    ることを特徴とする位相格子。
  2. 【請求項２】 間隔層（３）は振幅格子として形成され
    た反射層（４）の厚さの複数倍の厚さを有することを特
    徴とする請求項１に記載の位相格子。
  3. 【請求項３】 間隔層（３）は 50 〜 200 nm であり、
    反射層（４）は 10〜 100 nm の厚さであることを特徴
    とする請求項２に記載の位相格子。
  4. 【請求項４】 間隔層（３）は誘電材料であることを特
    徴とする請求項１に記載の位相格子。
  5. 【請求項５】 間隔層（３）は二酸化シリコンであるこ
    とを特徴とする請求項４に記載の位相格子。
  6. 【請求項６】 反射層（２，４）はクロムであることを
    特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の位相格
    子。
  7. 【請求項７】 全面が一様な反射層（２）は膨張係数の
    小さい、特にゼロドウルの基板（１）の上に付けてある
    ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の位
    相格子。
  8. 【請求項８】 位相格子は干渉動作する位置測定装置の
    目盛板であり、この位置測定装置では、光ビーム束が位
    相格子の方向を向かい、そこで回折して多数の分割ビー
    ム束となり、これ等の光ビーム束の干渉により位置に依
    存する走査信号を発生することを特徴とする請求項１〜
    ７の何れか１項に記載の位相格子。
  9. 【請求項９】 請求項１の位相格子を作製する方法にお
    いて、以下の製造工程、 a) 基板（１）の上に第一の通しの反射層（２）を付
    け、 b) この反射層（２）の上で全面に一様な厚い間隔層
    （３）を全面に付け、 c) この間隔層（３）の上に一様な厚い他の反射層
    （４）を全面に付け、 d) この他の反射層（４）の上にレジスト層（５）を付
    け、このレジスト層が露光マスク（６）を使用してパタ
    ーンに合わせて露光し、次いで現像し、 e) 第一エッチング処理で、レジスト（５）の付いてい
    ない領域の他の反射層（４）を除去し、 f) 第二エッチング処理で、レジスト（５）の付いてい
    ない領域の間隔層（３）を第一反射層（２）まで除去
    し、 g) レジスト層（５）を除去する、 を行うことを特徴とする作製方法。
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