JPH10337734A

JPH10337734A - 成形型およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10337734A
Application number: JP9149214A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kosuge; 洋之小菅; Yoshiatsu Yokoo; 芳篤横尾
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 1998-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラス製の回折素子をプレス成形によって作
製する際に使用される従来の成形型としては、(i) 型材
料を研削加工して転写パターンを形成したもの、およ
び、(ii)母材上に設けた薄膜を所定形状にパターニング
することによって転写パターンを形成したもの、が知ら
れているが、前者の成形型は製造コストが高く、後者の
成形型は転写パターン自体の寿命が比較的短い。【解決手段】型材料にドライエッチングによって所定
形状の転写成形素面を形成して母材を得、前記の転写成
形素面の形状を反映するようにして当該転写成形素面上
に離型膜を成膜することによって成形型を得るか、また
は、ドライエッチングによって型材料自体に転写成形面
を形成して成形型を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプレス成形用の成形
型およびその製造方法、ならびに、回折格子，輪帯板等
のように光の回折を利用して光を分散，偏向もしくは収
束させるために利用される光学素子（以下、この光学素
子を「回折素子」という。）の製造方法に係り、特に、
回折素子をプレス成形によって得るうえで好適な成形型
およびその製造方法ならびに前記の成形型を用いての回
折素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】回折素子は、従来より、その材料に機械
刻線法，２光束干渉法またはエッチング法によって所望
形状の微細パターンを高精度に形成することによって、
または、前記の方法によって得た回折素子をマスターと
して用いたレプリカ法によって製造されている。機械刻
線法ではミクロン単位の加工が困難であることから、ま
た、２光束干渉法やエッチング法はリソグラフィー技術
を利用するため多数の工程を実施する必要があることか
ら、いずれの方法によって回折素子を作製した場合でも
生産コストが高くなる。これに対し、レプリカ法によれ
ば目的とする回折素子をより低コストの下に量産するこ
とができるが、当該レプリカ法によって得ることができ
る回折素子は樹脂製のものである。

【０００３】耐久性が高く、かつ、周囲の温度変化に伴
う性能の変動が小さい回折素子を得るうえからは、樹脂
ではなくガラスによって回折素子を作製する方が好まし
い。このため近年では、プレス成形によって低コストの
下にガラス製の回折素子を量産する試みがなされてい
る。ガラス製の回折素子をプレス成形によって得るため
に使用される成形型としては、型材料の所望面を所定形
状に研削加工することによって転写パターンを形成した
成形型の他に、下記(a) および(b) の成形型が知られて
いる。

【０００４】(a) 母材の所望面を鏡面研磨し、この鏡面
研磨面の上に所望の薄膜を成膜した後、当該薄膜の表面
（表層部）を所定形状にパターニングすることによって
転写パターンを形成した成形型（特開昭６４−５２６２
０号公報，特開平３−２４２３３３号公報および特公平
８−２３６０２号公報参照）。 (b) 母材の所望面上に直接または中間層を介して所望の
薄膜を成膜した後、当該薄膜を所定形状にパターニング
して、パターニング後の薄膜と前記のパターニングによ
って裸出した母材表面または中間層表面とからなる転写
パターンを形成した成形型（特開平４−２６０６２１号
公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記(a) や(b) の成形
型のように、母材上に設けた薄膜を所定形状にパターニ
ングすることによって転写パターンを形成するようにす
れば、型材料の所望面を研削加工することによって転写
パターンを形成する場合よりも、１つの成形型に形成す
ることができる転写パターンの形状の自由度が高くな
り、また、精度の高い転写パターンをより容易に得るこ
とができる。しかしながら転写パターン自体の寿命は、
型材料自体に形成されたものに比べて短い。

【０００６】本発明の第１の目的は、回折素子を作製す
るうえで必要な所望形状の転写パターンを有し、かつ、
この転写パターンの精度が高いと共に当該転写パターン
自体の寿命が長いものを得ることが容易な成形型および
その製造方法を提供することにある。

【０００７】また、本発明の第２の目的は、ガラス製の
回折素子をより低コストで製造することができる回折素
子の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
る本発明の成形型は、ドライエッチングによって形成さ
れた所定形状の転写成形素面を有している母材と、前記
の転写成形素面の形状を反映するようにして該転写成形
素面上に成膜されている離型膜とを具備し、前記の離型
膜の表面が転写成形面となっていることを特徴とするも
のである（以下、この成形型を「成形型Ｉ」とい
う。）。

【０００９】また、上記第１の目的を達成する本発明の
他の成形型は、ドライエッチングによって型材料自体に
形成された転写成形面を有していることを特徴とするも
のである（以下、この成形型を「成形型II」とい
う。）。

【００１０】一方、上記第１の目的を達成する本発明の
成形型の製造方法は、型材料に転写成形面の基となる転
写成形素面をドライエッチングによって形成して母材を
得た後、前記の転写成形素面上に該転写成形素面の形状
を反映するようにして離型膜を成膜して、該離型膜の表
面が転写成形面となっている成形型を得ることを特徴と
するものである（以下、この方法を「方法Ｉ」とい
う。）。

【００１１】また、上記第１の目的を達成する本発明の
成形型の他の製造方法は、型材料にドライエッチングに
よって転写成形面を形成して成形型を得ることを特徴と
するものである（以下、この方法を「方法II」とい
う。）。

【００１２】そして、上記第２の目的を達成する本発明
の回折素子の製造方法は、上記の成形型Ｉもしくは成形
型IIを上型または下型として備えている一組の成形型を
用いたプレス成形によってガラス製の回折素子を作製す
ることを特徴とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明の成形型Ｉについて説明する。本発明の成
形型Ｉは、上述したように、ドライエッチングによって
形成された所定形状の転写成形素面を有している母材
と、前記の転写成形素面の形状を反映するようにして該
転写成形素面上に成膜されている離型膜とを具備してい
る。

【００１４】上記の母材は、所望形状の型材料に上記の
転写成形素面を形成することによって得られるものであ
る。当該母材の材質としては、転写パターンの寿命が長
い成形型を得るうえから、炭化タングステン（ＷＣ）を
含有している超硬素材、窒化チタン（ＴｉＮ），炭化チ
タン（ＴｉＣ）もしくは酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）
を含有しているサーメット、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ガ
ラス状炭素等が好ましく、中でも上記の超硬素材または
上記のサーメットが好ましい。また、前記のサーメット
としては、ＴｉＮ，ＴｉＣもしくはＡｌ₂Ｏ₃ を概ね９
０wt％以上含有しているものが好ましい。

【００１５】母材に形成されている上記の転写成形素面
は、後述の離型膜と共に転写パターンを構成するもので
あり、この転写パターンは、回折素子に必要な微細パタ
ーンを成形材料に形成するためのものである。したがっ
て、前記の転写成形素面の形状は、成形型Ｉを用いて製
造しようとする回折素子の面形状および当該回折素子に
おける溝形状，溝本数密度，刻線面積等に応じて適宜選
択される。

【００１６】この転写成形素面は、前述したように、ド
ライエッチングによって形成されたものである。転写成
形素面がドライエッチングによって形成されたものであ
るのか研削加工によって形成されたものであるのかは、
当該転写成形素面に研削痕あるいは研磨痕があるか否か
によって判別することができる。研削痕あるいは研磨痕
があれば、研削加工によって形成されたものである。ま
た、転写成形素面がドライエッチングによって形成され
たものであるのかウエットエッチングによって形成され
たものであるのかは、エッチングによって形成されたパ
ターンの基部における側面と型材料表面（前記のパター
ンにおける表面を除く。）とがなす角度によって判別す
ることができる。前記の角度がほぼ９０゜で立ち上がり
が鋭くなっていれば、ドライエッチングによって形成さ
れたものである。

【００１７】ドライエッチングによって転写成形素面を
形成することにより、型材料が前述した超硬素材やサー
メット、ＳｉＣあるいはガラス状炭素からなっているも
のであったとしても、目的とする形状の転写成形素面を
高精度に形成することができる。

【００１８】成形型Ｉでは、上述した転写成形素面上に
当該転写成形素面の形状を反映するようにして離型膜が
成膜されており、この離型膜の表面が転写成形面となっ
ている。すなわち、成形型Ｉにおいては、母材に形成さ
れている転写成形素面と当該転写成形素面上に形成され
ている前記の離型膜とによって転写パターンが構成され
ている。

【００１９】上記の離型膜は、プレス成形時に成形型と
成形材料（プリフォーム）とが融着するのを防止するた
めのものであり、当該離型膜としては、母材の材質，成
形材料の材質等に応じて種々の組成のものが利用され
る。成形型とガラスからなる成形材料との融着を防止す
るための離型膜としては、例えば、Ｐｔ，Ａｕ，Ｉｒ，
ＰｄおよびＲｈからなる群より選択された少なくとも１
種の成分を含有している膜や、ｉ−カーボンからなる膜
を用いることができる。

【００２０】離型膜の膜厚は、成形型と成形材料との融
着を防止することができるように、かつ、前記の転写成
形素面の形状が当該離型膜に反映されるように、目的と
する成形型の用途，転写成形素面の表面形状，離型膜の
材質，目的とする転写パターンの形状等に応じて適宜選
択される。ただし、当該離型膜の膜厚は最低でも概ね
０．０３μｍ以上とすることが実用上好ましい。

【００２１】以上説明した母材および離型膜を具備して
いる本発明の成形型Ｉは、所定の成形型と組み合わされ
て、プレス成形によって回折素子を得るうえで必要な一
組の成形型（上型と下型からなるもの、または、上型と
下型と胴型からなるもの等。下型または上型が平板であ
るものを含む。）を構成する。このとき、前記一組の成
形型を構成する成形型それぞれの型材料の材質は、同じ
であってもよいし異なっていてもよい。また、当該一組
の成形型を構成する成形型のそれぞれは、成形型Ｉを除
いて、離型膜を有しているものであってもよいし有して
いないものであってもよい。

【００２２】回折素子の面形状は、その用途等に応じて
平面，凹面または非球面となるので、目的とする形状の
回折素子が得られるように、上記一組の成形型を構成す
る各成形型の形状（各成形型における転写成形面の形
状）を適宜選択する。

【００２３】本発明の成形型Ｉにおいては、母材自体に
転写成形素面が形成されており、この転写成形素面と当
該転写成形素面上に成膜された離型膜とによって転写パ
ターンが構成されている。このため、母材上に設けた薄
膜を所定形状にパターニングすることによって転写パタ
ーンを形成した従来の成形型に比べて、転写パターン自
体の寿命が長い成形型を得ることが容易である。

【００２４】また、上記従来の成形型において転写パタ
ーン（パターニングした後の薄膜）が剥離を起こした場
合には、剥離を起こした転写パターンを除去した後に前
記の薄膜を成膜し、この薄膜を更にリソグラフィー法等
によってパターニングしなければ成形型を再生させるこ
とができないが、本発明の成形型Ｉでは、当該成形型Ｉ
を構成している離型膜に仮に剥離が起きたとしても、剥
離を起こした離型膜を除去した後に離型膜を単に成膜す
れば成形型Ｉを再生させることが可能であり、その際に
リソグラフィー法等によるパターニングは不要であるの
で、その再生が容易である。

【００２５】さらに、本発明の成形型Ｉではドライエッ
チングによって転写成形素面を形成しているので、型材
料を研削加工して転写成形素面を形成する場合に比べ
て、１つの成形型に形成することができる転写成形素面
の形状の自由度、ひいては転写パターンの形状の自由度
が高くなり、また、精度の高い転写パターンをより容易
に得ることができる。上述した利点を有する本発明の成
形型Ｉは、例えば後述する本発明の方法Ｉによって製造
することができる。

【００２６】次に、本発明の成形型IIについて説明す
る。本発明の成形型IIは、前述したように、ドライエッ
チングによって型材料自体に形成された転写成形面を有
していることを特徴とするものである。

【００２７】この成形型IIは、前述した成形型Ｉと異な
り離型膜を具備していないので、当該成形型IIの型材料
としては、プレス成形時に成形材料（ガラス）と融着を
起こしにくく、かつ、転写パターン（転写成形面の形
状）の寿命が長い成形型が得られる材料からなるものを
用いることが好ましい。このような型材料の材質の具体
例としてはガラス状炭素が挙げられる。

【００２８】成形型IIにおける転写成形面の形状は、離
型膜を具備していない分、前述した成形型Ｉにおける転
写成形素面の形状と異なる。しかしながらこの点を除け
ば、成形型IIは型材料として離型膜が不要なもの（ガラ
ス状炭素）を用いた成形型Ｉと実質的に同じであるの
で、ここではその説明を省略する。

【００２９】以上説明した本発明の成形型IIは、前述し
た成形型Ｉと同様に、所定の成形型と組み合わされて、
プレス成形によって回折素子を得るうえで必要な一組の
成形型（上型と下型からなるもの、または、上型と下型
と胴型からなるもの等。下型または上型が平板であるも
のを含む。）を構成する。このとき、前記一組の成形型
を構成する成形型それぞれの型材料の材質は、同じであ
ってもよいし異なっていてもよい。また、当該一組の成
形型を構成する成形型のそれぞれは、成形型IIを除い
て、離型膜を有しているものであってもよいし有してい
ないものであってもよい。

【００３０】回折素子の面形状は、その用途等に応じて
平面，凹面または非球面となるので、目的とする形状の
回折素子が得られるように、上記一組の成形型を構成す
る各成形型の形状（各成形型における転写成形面の形
状）を適宜選択する。

【００３１】本発明の成形型IIにおいては型材料自体に
転写成形面が形成されているので、母材上に設けた薄膜
を所定形状にパターニングすることによって転写パター
ンを形成した従来の成形型に比べて、転写パターン自体
の寿命が長い成形型を得ることが容易である。

【００３２】また、本発明の成形型IIではドライエッチ
ングによって転写成形面を形成しているので、型材料を
研削加工して転写成形面を形成する場合に比べて、１つ
の成形型に形成することができる転写成形面の形状の自
由度が高くなり、また、精度の高い転写パターンをより
容易に得ることができる。上述した利点を有する本発明
の成形型Ｉは、例えば後述する本発明の方法IIによって
製造することができる。

【００３３】次に、本発明の方法Ｉについて説明する。
本発明の方法Ｉは、前述したように、型材料に転写成形
面の基となる転写成形素面をドライエッチングによって
形成して母材を得た後、前記の転写成形素面上に該転写
成形素面の形状を反映するようにして離型膜を成膜し
て、該離型膜の表面が転写成形面となっている成形型を
得ることを特徴とするものである。

【００３４】この方法Ｉは、前述した成形型Ｉを得るた
めの方法であるので、型材料としては超硬素材やサーメ
ット（成形型Ｉについての説明の中で述べたもの）ある
いはＳｉＣからなるものを用いることが好ましい。勿
論、ガラス状炭素からなる型材料を用いることもでき
る。

【００３５】ドライエッチングによって型材料に転写成
形素面を形成するにあたっては、型材料の表面のうちで
少なくとも前記の転写成形素面を形成しようとする箇所
を予め平面に加工し、この後、当該平面上に所望形状の
レジストパターンを設け、このレジストパターンをマス
クとして利用してドライエッチングを行うことが好まし
い。転写成形素面の形状は、成形型Ｉについての説明の
中で述べたように、当該成形型Ｉを用いて製造しようと
する回折素子の面形状および当該回折素子における溝形
状，溝本数密度，刻線面積等に応じて適宜選択される。

【００３６】転写成形素面はできるだけ高精度に形成す
ることが好ましく、そのためには型材料の材質に応じて
そのドライエッチング条件を適宜選択する。型材料が前
述した超硬素材やサーメットからなるものである場合に
は、希ガス（Ａｒガス等），フッ化炭素系の単体ガス
（ＣＦ₄ ガス等）および塩素系の単体ガス（Ｃｌ₂ ガス
等）からなる群より選択された１種または複数種をドラ
イエッチング用のエッチングガスとして用いることが好
ましい。また、型材料がＳｉＣやガラス状炭素からなる
ものである場合には、上記の希ガス，上記フッ化炭素系
の単体ガスまたは上記塩素系の単体ガスをドライエッチ
ング用のエッチングガスとして用いることが好ましい。

【００３７】上述したドライエッチングによって形成さ
れた転写成形素面の形状を反映するようにして当該転写
成形素面上に成膜される離型膜としては、成形型Ｉにつ
いての説明の中で述べたように、母材の材質，成形材料
の材質等に応じて種々の組成のものが利用される。成形
型とガラスからなる成形材料との融着を防止するための
離型膜としては、例えば、Ｐｔ，Ａｕ，Ｉｒ，Ｐｄおよ
びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種の成分
を含有している膜や、ｉ−カーボンからなる膜を用いる
ことができる。

【００３８】離型膜は、例えばスパッタリング法，イオ
ンプレーティング法，ＣＶＤ法等の方法によって成膜す
ることができる。このときの離型膜の膜厚は、当該離型
膜に転写成形素面の形状が反映された所望の転写パター
ンが得られるように、かつ、成形型とガラスからなる成
形材料との融着を防止することができるように、目的と
する成形型の用途，転写成形素面の表面形状，離型膜の
材質，目的とする転写パターンの形状等に応じて適宜選
択される。ただし、当該離型膜の膜厚は最低でも概ね
０．０３μｍ以上とすることが実用上好ましい。上述し
たようにして離型膜まで形成することにより、目的とす
る成形型Ｉを得ることができる。

【００３９】以上説明した本発明の方法Ｉでは、転写成
形素面をドライエッチングによって形成するので、型材
料を研削加工して転写成形素面を形成する場合に比べ
て、１つの成形型に形成することができる転写成形素面
の形状の自由度、ひいては転写パターンの形状の自由度
が高くなり、また、精度の高い転写パターンをより容易
に得ることができる。

【００４０】また、型材料自体に転写成形素面を形成し
て母材を得、前記の転写成形素面と当該転写成形素面上
に成膜された離型膜とによって転写パターンを構成して
いるので、母材上に設けた薄膜を所定形状にパターニン
グすることによって転写パターンを形成した従来の成形
型に比べて、転写パターン自体の寿命が長い成形型を容
易に得ることができる。

【００４１】次に、本発明の方法IIについて説明する。
本発明の方法IIは、前述したように、成形型の型材料に
ドライエッチングによって転写成形面を形成して成形型
を得ることを特徴とするものである。

【００４２】方法IIは型材料自体に転写成形面（転写パ
ターン）を形成して成形型（前述した本発明の成形型I
I）を得る方法であるので、型材料としてはガラス状炭
素からなるものを用いることが好ましい。勿論、前述し
た超硬素材やサーメットあるいはＳｉＣからなる型材料
を用いることもできる。

【００４３】方法IIによって得ようとする成形型IIは、
前述のように離型膜を具備していないので、その分、当
該成形型IIにおける転写成形面の形状は前述した成形型
Ｉにおける転写成形素面の形状と異なる。しかしなが
ら、この点を除けば、方法IIにおける転写成形面の形成
は、型材料として離型膜が不要なもの（ガラス状炭素）
を用いて前述した方法Ｉによって成形型Ｉを製造する際
における転写成形素面の形成と実質的に同じであるの
で、ここではその説明を省略する。

【００４４】以上説明した本発明の方法IIでは、転写成
形面をドライエッチングによって形成するので、型材料
を研削加工して転写成形面を形成する場合に比べて、１
つの成形型に形成することができる転写成形面の形状の
自由度、ひいては転写パターンの形状の自由度が高くな
り、また、精度の高い転写パターンをより容易に得るこ
とができる。

【００４５】また、型材料自体に転写成形面（転写パタ
ーン）を形成しているので、母材上に設けた薄膜を所定
形状にパターニングすることによって転写パターンを形
成した従来の成形型に比べて、転写パターン自体の寿命
が長い成形型を容易に得ることができる。

【００４６】次に、本発明の回折素子の製造方法につい
て説明する。本発明の回折素子の製造方法は、前述した
ように、本発明の成形型Ｉもしくは成形型IIを上型また
は下型として備えている一組の成形型を用いたプレス成
形によってガラス製の回折素子を作製することを特徴と
するものである。

【００４７】この方法で使用する一組の成形型（上型と
下型からなるもの、または、上型と下型と胴型からなる
もの等。下型または上型が平板であるものを含む。）
は、上型または下型が前述した本発明の成形型Ｉもしく
は成形型IIからなっているものであればよく、当該一組
の成形型を構成する各成形型の形状（各成形型における
転写成形面の形状）は、目的とする回折素子の形状に応
じて適宜選択される。また、一組の成形型を構成する成
形型それぞれの型材料の材質は、同じであってもよいし
異なっていてもよい。さらに、当該一組の成形型を構成
する成形型のそれぞれは、成形型Ｉおよび成形型IIを除
いて、離型膜を有しているものであってもよいし有して
いないものであってもよい。

【００４８】ガラス製の回折素子の製造は、プレス成形
に必要な一組の成形型として上記のものを用いる以外は
従来と同様にして行うことができる。すなわち、前記一
組の成形型によって形成されるキャビティ内に所望組成
のガラスからなる成形材料（プリフォーム）を置き、こ
の成形材料を当該成形材料が変形可能な温度まで加熱し
た後、この状態下で成形型それぞれの表面形状（各成形
型の転写成形面の形状）が成形材料に転写されるように
所定方向から加圧し、冷却後に前記一組の成形型のキャ
ビティ内からプレス成形品を取り出すことにより行うこ
とができる。

【００４９】本発明の回折素子の製造方法では前述した
本発明の成形型Ｉまたは成形型IIを用い、これらの成形
型Ｉ，IIは、前述したように、母材上に設けた薄膜を所
定形状にパターニングすることによって転写パターンを
形成した従来の成形型に比べて転写パターン自体の寿命
が長い成形型を得ることが容易なものである。また、成
形型Ｉ，IIは、型材料を研削加工して転写成形素面また
は転写成形面を形成した従来の成形型に比べて、１つの
成形型に形成することができる転写成形素面または転写
成形面の形状の自由度が高く、精度の高い転写パターン
をより容易に得ることができるものである。したがっ
て、本発明の回折素子の製造方法によれば所望形状を有
するガラス製の回折素子をより低コストで製造すること
が可能になる。

【００５０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。実施例１（１）方法Ｉによる第１の成形型の作製まず、ＷＣを含有している超硬素材からなる型材料を用
意した。当該型材料は直径７６．３ｍｍ，厚さ２．０ｍ
ｍ，表面最大粗さ１００オングストロームの円板状を呈
する。次に、この型材料の片面にスピンコート法によっ
てポジ型フォトレジスト（ヘキスト社製のＡＺ１３５
０）を塗布して、図１（ａ）に示すように、当該型材料
１の片面に膜厚４．０μｍのレジスト膜２を形成した。

【００５１】次いで、このレジスト膜２上に所定形状の
フォトマスク、すなわち、線幅１２．５μｍの遮光部が
所定のパターンで設けられているフォトマスクを前記の
遮光部がレジスト膜２側に位置するようにして密着させ
た。そして、上記のフォトマスク側から前記のレジスト
膜２へ紫外線を照射（照射量は２５ｍＷ／ｃｍ² ）する
ことによって当該レジスト膜２を露光し、露光後のレジ
スト膜２を所定の現像液（ヘキスト社製のＡＺデベロッ
パー液）に９０秒間浸漬することによって現像した。

【００５２】上記の現像によりレジスト膜２のうちで露
光された部分が溶解除去され、図１（ｂ）に示すよう
に、露光されなかった部分（フォトマスクに形成されて
いる遮光部によって紫外線が遮られた部分）からなる所
定形状のレジストパターン３が形成された。

【００５３】各レジストパターン３を１２０℃で６０分
間ポストベークした後、これらのレジストパターン３を
マスクとして利用して、型材料１の片面を１０分間ドラ
イエッチングした。このドライエッチングは誘導放電型
リアクティブエッチング装置を用いて行い、エッチング
ガスとしてはＡｒガスとＣＦ₄ ガスを用いた。また、エ
ッチング条件はコイルバイアス６００Ｗ，基板バイアス
６００Ｗ，Ａｒガス流量２０．０ｓｃｃｍ，ＣＦ₄ ガス
流量１０．０ｓｃｃｍ，圧力５．０ｍTorrとした。

【００５４】上記条件のドライエッチングにより、各レ
ジストパターン３は０．０８μｍ／分のエッチング速度
でエッチングされ、レジストパターン３を設けた側の型
材料１の表面はレジストパターン３によって保護されて
いる部分を除いて０．０３μｍ／分のエッチング速度で
エッチングされた。

【００５５】この後、所定の剥離液を用いて上記ドライ
エッチング後のレジストパターン３を剥離して、目的と
する第１の成形型用の母材を得た。図１（ｃ）に示すよ
うに、この母材４の片面には幅１２．５μｍ，深さ０．
３μｍの溝４ａが所定のパターンで形成されおり、当該
母材４においては前記の溝４ａが形成されている側の面
が転写成形素面５となっている。

【００５６】次に、上記の母材４における転写成形素面
５上に、ＲＦスパッタリング装置を用いてＡｕ，Ｐｔお
よびＩｒからなる膜厚０．１μｍの離型膜を成膜した。
このとき、雰囲気ガス（Ａｒガス）流量を２０．０ｓｃ
ｃｍとし、雰囲気圧を１．０Ｐａ、ＲＦバイアスを３０
０Ｗとしてスパッタリングを行った。

【００５７】上記の離型膜まで成膜することにより、本
発明の成形型Ｉの１つである第１の成形型が得られた。
図１（ｄ）に示すように、上記第１の成形型７は、前述
した母材４と、この母材４における転写成形素面５上に
成膜されている離型膜６とを具備しており、これらの転
写成形素面５および離型膜６によって転写パターンが構
成されている。離型膜６には転写成形素面５の形状が反
映されており、当該離型膜６の表面６ａが第１の形成型
７における転写成形面となっている。

【００５８】（２）第２の成形型の作製まず、第２の成形型用の母材として、ＷＣを含有してい
る超硬素材からなる直径７６．３，厚さ２．０ｍｍ，表
面最大粗さ１００オングストロームの円板状物を用意し
た。次に、この母材の片面に、上記第１の成形型を得る
場合と同条件のスパッタリング法によってＡｕ，Ｐｔお
よびＩｒからなる膜厚０．１μｍの離型膜を成膜した。
この離型膜を成膜することにより、目的とする第２の成
形型が得られた。上記第２の成形型においては、母材の
片面に設けられている離型膜の表面が転写成形面として
機能する。前述した第１の成形型と上述した第２の成形
型とを組み合わせることにより、これら２つの成形型か
らなるサイドフリー型の成形型を得ることができる。

【００５９】（３）第３の成形型の作製ＷＣを含有している超硬素材からなるブロックを所定の
大きさの円筒状物に切削・研磨加工して母材を得た後、
この母材の内側表面に、上記第１の成形型７を得る場合
と同条件のスパッタリング法によってＡｕ，Ｐｔおよび
Ｉｒからなる膜厚０．１μｍの離型膜を成膜して、目的
とする第３の成形型を得た。当該第３の成形型は、上記
第１の成形型および第２の成形型を所定のクリアランス
の下に挿入することができるだけの内寸を有しており、
この成形型においては、母材の内側表面に設けられてい
る離型膜の表面が転写成形面として機能する。前述した
第１の成形型および第２の成形型と上述した第３の成形
型とを組み合わせることにより、上型（第１の成形型ま
たは第２の成形型），下型（第２の成形型または第１の
成形型）および胴型（第３の成形型）の３つの成形型か
らなる一組の成形型を得ることができる。

【００６０】（４）プレス成形まず、前記（１）で作製した第１の成形型と上記（２）
で作製した第２の成形型とによって一組の成形型を構成
し、第１の成形型をその転写成形面が下面となるように
してプレス成形機の上型ホルダーに、また、第２の成形
型をその転写成形面が上面となるようにしてプレス成形
機の下型ホルダーにそれぞれ固定した。そして、下型
（第２の成形型）上に直径６０．０ｍｍ，厚さ２．０ｍ
ｍの円板状を呈する青板ガラスからなる成形材料（プリ
フォーム）を置き、真空中において上型（第１の成形
型）温度６６０℃，下型（第２の成形型）温度６３０
℃，プレス圧力１７０ｋｇ／ｃｍ² ，プレス時間１２０
秒の条件でプレス成形を行って、平面視上の形状が直径
６０．５ｍｍの円形である平板状の回折格子を得た。

【００６１】図２にその概略を示すように、上記の回折
格子１０の片面には、幅１２．５μｍ，深さ０．３μｍ
の溝が２５μｍピッチで所定本数形成されてなる所定長
のラミナー格子部１１が計１００組形成されており、各
ラミナー格子部１１を構成している溝の精度は、幅１
２．５μｍ±１％、深さ０．３μｍ±３％である。

【００６２】また、上記第１の成形型，第２の成形型お
よび第３の成形型によって一組の成形型を構成し、第１
の成形型を上型として用い、第２の成形型を下型として
用い、第３の成形型を胴型として用いた以外は上記と同
様にしてプレス成形を行ったところ、上記と同様の回折
格子を得ることができた。

【００６３】実施例２（１）方法IIによる第１の成形型の作製まず、ＷＣを主成分とし、バインダー成分を含有してい
ない超硬素材からなる型材料を用意した。この型材料は
縦５０．０ｍｍ，横５０．０ｍｍ，厚さ３．０ｍｍ，表
面最大粗さ８０オングストロームの平板状を呈する。次
いで、この型材料の片面にスピンコート法によってネガ
型電子線レジスト（日本ゼオン社製のＺＥＰ７０００）
を塗布して、当該型材料の片面に膜厚１．３μｍの樹脂
層を形成した。

【００６４】次に、電子ビーム（照射量は５５μＣ／ｃ
ｍ² ）によって前記の樹脂層に所定個の輪帯パターンを
描画し、電子ビーム描画した後の樹脂層を所定の現像液
（日本ゼオン社製のＺＥＰ５００）に９０秒間浸漬する
ことによって現像した。上記の現像により樹脂層のうち
で電子ビーム描画されなかった部分が溶解除去され、電
子ビーム描画された部分からなるレジストパターンが形
成された。

【００６５】各レジストパターンを２００℃で３０分間
ポストベークした後、これらのレジストパターンをマス
クとして利用して型材料の片面を１０分間ドライエッチ
ングした。このドライエッチングは誘導放電型リアクテ
ィブエッチング装置を用いて行い、エッチングガスとし
てはＡｒガスとＣｌ₂ ガスとを用いた。また、エッチン
グ条件はコイルバイアス６００Ｗ，基板バイアス３００
Ｗ，Ａｒガス流量３０．０ｓｃｃｍ，Ｃｌ₂ ガス流量１
０．０ｓｃｃｍ，圧力５．０ｍTorrとした。

【００６６】上記条件のドライエッチングにより各レジ
ストパターンは０．０６μｍ／分のエッチング速度でエ
ッチングされ、レジストパターンを設けた側の型材料の
表面は、レジストパターンによって保護されている部分
を除いて０．０２μｍ／分のエッチング速度でエッチン
グされた。

【００６７】この後、所定の剥離液を用いて上記ドライ
エッチング後のレジストパターンを剥離して、目的とす
る第１の成形型用の母材を得た。この母材の片面には幅
２．５μｍ，深さ０．２μｍの環状の溝が所定のパター
ンで形成されており、当該母材においては前記の溝が形
成されている側の面が転写成形素面となっている。

【００６８】次に、上記の母材における転写成形素面上
に、ＲＦスパッタリング装置を用いてＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ
およびＲｈからなる膜厚０．１μｍの離型膜を成膜し
た。このとき、雰囲気ガス（Ａｒガス）流量を２０．０
ｓｃｃｍとし、雰囲気圧を１．０Ｐａ、ＲＦバイアスを
３００Ｗとしてスパッタリングを行った。

【００６９】上記の離型膜まで成膜することにより、本
発明の成形型Ｉの１つである第１の成形型が得られた。
当該第１の成形型は、前述した母材と、この母材におけ
る転写成形素面上に成膜されている離型膜とを具備して
おり、これらの転写成形素面および離型膜によって転写
パターンが構成されている。離型膜には転写成形素面の
形状が反映されており、当該離型膜の表面が第１の形成
型における転写成形面となっている。

【００７０】（２）第２の成形型の作製まず、第２の成形型用の母材として、上記（１）で使用
した型材料と同じ材質の超硬素材からなる縦５０．０ｍ
ｍ，横５０．０ｍｍ，厚さ３．０ｍｍ，表面最大粗さ８
０オングストロームの平板状物を用意した。次に、この
母材の片面に、上記第１の成形型を得る場合と同条件の
スパッタリング法によってＡｕ，Ｐｔ，ＰｄおよびＲｈ
からなる膜厚０．１μｍの離型膜を成膜した。この離型
膜を成膜することにより、目的とする第２の成形型が得
られた。上記第２の成形型においては、母材の片面に設
けられている離型膜の表面が転写成形面として機能す
る。前述した第１の成形型と上述した第２の成形型とを
組み合わせることにより、これら２つの成形型からなる
サイドフリー型の成形型を得ることができる。

【００７１】（３）第３の成形型の作製上記（１）で使用した型材料と同じ材質の超硬素材から
なるブロックを所定の大きさの筒状物に切削・研磨加工
して母材を得た後、この母材の内側表面に、上記第１の
成形型を得る場合と同条件のスパッタリング法によって
Ａｕ，Ｐｔ，ＰｒおよびＲｈからなる膜厚０．１μｍの
離型膜を成膜して、目的とする第３の成形型を得た。当
該第３の成形型は、上記第１の成形型および第２の成形
型を所定のクリアランスの下に挿入することができるだ
けの内寸を有しており、この成形型においては、母材の
内側表面に設けられている離型膜の表面が転写成形面と
して機能する。前述した第１の成形型および第２の成形
型と上述した第３の成形型とを組み合わせることによ
り、上型（第１の成形型または第２の成形型），下型
（第２の成形型または第１の成形型）および胴型（第３
の成形型）の３つの成形型からなる一組の成形型を得る
ことができる。

【００７２】（４）プレス成形上記第１の成形型と第２の成形型とによって一組の成形
型を構成し、Ｎ５（ホーヤ（株）製の硝材）からなる５
０．０×５０．０×２．０ｍｍのプリフォームを用い、
かつ、プレス圧力を１６０ｋｇ／ｃｍ² とした以外は実
施例１（４）におけるのと全く同じ要領でプレス成形を
行って、平面視上の形状が５０．２×５０．２ｍｍの矩
形で、厚さが１．９ｍｍである平板状の輪帯板を得た。

【００７３】図３にその概略を示すように、上記の輪帯
板２０の片面には計６４個の輪帯パターン２１がマトリ
ックス状に形成されている。個々の輪帯パターン２１は
所定ピッチで同心円状に形成された計１００個の環状溝
２２によって形成されており、各環状溝２２の線幅は
２．５μｍ，深さは０．２μｍである。また、各輪帯パ
ターン２１を構成している環状溝２２の精度は、幅２．
５μｍ±４％、深さ０．２μｍ±３％である。

【００７４】上記第１の成形型，第２の成形型および第
３の成形型によって一組の成形型を構成し、第１の成形
型を上型として用い、第２の成形型を下型として用い、
第３の成形型を胴型として用いた以外は上記と同様にし
てプレス成形を行ったところ、上記と同様の輪帯板を得
ることができた。

【００７５】実施例３（１）方法IIによる第１の成形型の作製まず、ガラス状炭素からなる型材料を用意した。当該型
材料は直径７６．３ｍｍ，厚さ２．０ｍｍ，表面最大粗
さ１２０オングストロームの円板状を呈する。次に、こ
の型材料の片面にスピンコート法によってポジ型フォト
レジスト（ヘキスト社製のＡＺ１３５０）を塗布して、
当該型材料の片面に膜厚３．０μｍのレジスト膜を形成
した。

【００７６】次いで、このレジスト膜上に所定形状のフ
ォトマスク、すなわち、線幅３０μｍの遮光部が所定の
パターンで設けられているフォトマスクを前記の遮光部
がレジスト膜側に位置するようにして密着させた。そし
て、上記のフォトマスク側から前記のレジスト膜へ紫外
線を照射（照射量は２５ｍＷ／ｃｍ² ）することによっ
て当該レジスト膜を露光し、露光後のレジスト膜を所定
の現像液（ヘキスト社製のＡＺデベロッパー液）に９０
秒間浸漬することによって現像した。

【００７７】上記の現像によりレジスト膜のうちで露光
された部分が溶解除去され、露光されなかった部分（フ
ォトマスクに形成されている遮光部によって紫外線が遮
られた部分）からなる所定形状のレジストパターンが形
成された。

【００７８】各レジストパターンを１２０℃で６０分間
ポストベークした後、これらのレジストパターン３をマ
スクとして利用して、型材料の片面を５分間ドライエッ
チングした。このドライエッチングは誘導放電型リアク
ティブエッチング装置を用いて行い、エッチングガスと
してはＣＦ₄ ガスを用いた。また、エッチング条件はコ
イルバイアス６００Ｗ，基板バイアス３００Ｗ，ＣＦ₄
ガス流量２０．０ｓｃｃｍ，圧力５．０ｍTorrとした。

【００７９】上記条件のドライエッチングにより、各レ
ジストパターンは０．５５μｍ／分のエッチング速度で
エッチングされ、レジストパターンを設けた側の型材料
の表面はレジストパターンによって保護されている部分
を除いて０．０８μｍ／分のエッチング速度でエッチン
グされた。

【００８０】この後、所定の剥離液を用いて上記ドライ
エッチング後のレジストパターンを剥離して、本発明の
成形型IIの１つである目的とする第１の成形型を得た。
当該第１の成形型の片面には幅３０μｍ，深さ０．４μ
ｍの溝が所定のパターンで形成されおり、この成形型に
おいては前記の溝が形成されている側の面が転写成形面
となっている。

【００８１】（２）第２の成形型の作製ガラス状炭素のブロックを直径７６．３ｍｍ，厚さ２．
０ｍｍ，表面最大粗さ１２０オングストロームの円板状
物に切削・研磨して、目的とする第２の成形型を得た。
当該第２の成形型においては、一方の主表面が転写成形
面として機能する。前述した第１の成形型と上述した第
２の成形型とを組み合わせることにより、これら２つの
成形型からなるサイドフリー型の成形型を得ることがで
きる。

【００８２】（３）第３の成形型の作製ガラス状炭素からなるブロックを所定の大きさの円筒状
物に切削・研磨加工して目的とする第３の成形型を得
た。当該第３の成形型は、上記第１の成形型および第２
の成形型を所定のクリアランスの下に挿入することがで
きるだけの内寸を有しており、この成形型においては内
側表面が転写成形面として機能する。前述した第１の成
形型および第２の成形型と上述した第３の成形型とを組
み合わせることにより、上型（第１の成形型または第２
の成形型），下型（第２の成形型または第１の成形型）
および胴型（第３の成形型）の３つの成形型からなる一
組の成形型を得ることができる。

【００８３】（４）プレス成形上記第１の成形型と第２の成形型とによって一組の成形
型を構成し、上型（第１の成形型）温度を６７０℃、下
型（第２の成形型）温度を６４０℃、プレス圧力を１６
０ｋｇ／ｃｍ² とした以外は実施例１（４）におけるの
と全く同じ要領でプレス成形を行って、平面視上の形状
が直径６０．０ｍｍの円形である平板状の回折格子を得
た。上記の回折格子の片面には、幅３０μｍ，深さ０．
４μｍの溝が６０μｍピッチで所定本数形成されてなる
所定長のラミナー格子部が計５０組形成されており、各
ラミナー格子部を構成している溝の精度は、幅３０．０
μｍ±１％、深さ０．４μｍ±３％である。

【００８４】また、上記第１の成形型，第２の成形型お
よび第３の成形型によって一組の成形型を構成し、第１
の成形型を上型として用い、第２の成形型を下型として
用い、第３の成形型を胴型として用いた以外は上記と同
様にしてプレス成形を行ったところ、上記と同様の回折
格子を得ることができた。

【００８５】実施例４（１）方法IIによる第１の成形型の作製まず、ガラス状炭素からなる型材料を用意した。この型
材料は縦５０．０ｍｍ，横５０．０ｍｍ，厚さ２．０ｍ
ｍ，表面最大粗さ１２０オングストロームの平板状を呈
する。次いで、この型材料の片面にスピンコート法によ
ってネガ型電子線レジスト（日本ゼオン社製のＺＥＰ７
０００）を塗布して、当該型材料の片面に膜厚１．５μ
ｍの樹脂層を形成した。

【００８６】次に、電子ビーム（照射量は５５μＣ／ｃ
ｍ² ）によって前記の樹脂層に所定個の輪帯パターンを
描画し、電子ビーム描画した後の樹脂層を所定の現像液
（日本ゼオン社製のＺＥＰ５００）に９０秒間浸漬する
ことによって現像した。上記の現像により樹脂層のうち
で電子ビーム描画されなかった部分が溶解除去され、電
子ビーム描画された部分からなるレジストパターンが形
成された。

【００８７】各レジストパターンを２００℃で３０分間
ポストベークした後、これらのレジストパターンをマス
クとして利用して型材料の片面を１０分間ドライエッチ
ングした。このドライエッチングは誘導放電型リアクテ
ィブエッチング装置を用いて行い、エッチングガスとし
てはＡｒガスを用いた。また、エッチング条件はコイル
バイアス６００Ｗ，基板バイアス３００Ｗ，Ａｒガス流
量２０．０ｓｃｃｍ，圧力５．０ｍTorrとした。

【００８８】上記条件のドライエッチングにより各レジ
ストパターンは０．１１μｍ／分のエッチング速度でエ
ッチングされ、レジストパターンを設けた側の型材料の
表面は、レジストパターンによって保護されている部分
を除いて０．０９μｍ／分のエッチング速度でエッチン
グされた。

【００８９】この後、所定の剥離液を用いて上記ドライ
エッチング後のレジストパターンを剥離して、本発明の
成形型IIの１つである目的とする第１の成形型を得た。
当該第１の成形型の片面には線幅３．０μｍ，深さ０．
９μｍの環状溝が所定のパターンで形成されおり、この
成形型においては前記の溝が形成されている側の面が転
写成形面となっている。

【００９０】（２）第２の成形型の作製ガラス状炭素のブロックを縦５０．０ｍｍ，横５０．０
ｍｍ，厚さ２．０ｍｍ，表面最大粗さ１２０オングスト
ロームの平板状物に切削・研磨して、目的とする第２の
成形型を得た。当該第２の成形型においては、一方の主
表面が転写成形面として機能する。前述した第１の成形
型と上述した第２の成形型とを組み合わせることによ
り、これら２つの成形型からなるサイドフリー型の成形
型を得ることができる。

【００９１】（３）第３の成形型の作製ガラス状炭素からなるブロックを所定の大きさの筒状物
に切削・研磨加工して、目的とする第３の成形型を得
た。当該第３の成形型は、上記第１の成形型および第２
の成形型を所定のクリアランスの下に挿入することがで
きるだけの内寸を有しており、この成形型においては内
側表面が転写成形面として機能する。前述した第１の成
形型および第２の成形型と上述した第３の成形型とを組
み合わせることにより、上型（第１の成形型または第２
の成形型），下型（第２の成形型または第１の成形型）
および胴型（第３の成形型）の３つの成形型からなる一
組の成形型を得ることができる。

【００９２】（４）プレス成形上記第１の成形型と第２の成形型とによって一組の成形
型を構成し、Ｎ５（ホーヤ（株）製の硝材）からなるプ
リフォームの大きさを４０．０×４０．０×２．０ｍｍ
とし、かつ、上型（第１の成形型）温度を６２０℃とし
た以外は実施例２（４）におけるのと全く同じ要領でプ
レス成形を行って、平面視上の形状が４０．１×４０．
１ｍｍの矩形で、厚さが１．９ｍｍである平板状の輪帯
板を得た。上記の輪帯板の片面には計１５０個の輪帯パ
ターンがマトリックス状に形成されている。個々の輪帯
パターンは所定ピッチで同心円状に形成された所定個の
環状溝によって形成されており、各環状溝の線幅は３．
０μｍ，深さは０．９μｍである。また、各輪帯パター
ン２１を構成している環状溝の精度は、幅３．０μｍ±
３％、深さ０．９μｍ±３％である。

【００９３】上記第１の成形型，第２の成形型および第
３の成形型によって一組の成形型を構成し、第１の成形
型を上型として用い、第２の成形型を下型として用い、
第３の成形型を胴型として用いた以外は上記と同様にし
てプレス成形を行ったところ、上記と同様の輪帯板を得
ることができた。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の成形型Ｉ
または成形型IIは、回折素子を作製するうえで必要な所
望形状の転写パターンを有し、かつ、この転写パターン
の精度が高いと共に当該転写パターン自体の寿命が長い
ものを得ることが容易な成形型であるので、当該成形型
Ｉまたは成形型IIを用いることにより、ガラス製の回折
素子をより低コストで提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施例１において第１の成形型（本発明
の成形型Ｉの１つ）を製造する過程の概略を示す断面図
であり、図１（ａ）はドライエッチング用のレジストパ
ターンの材料となるレジスト膜を形成した後の型材料の
概略を示す断面図、図１（ｂ）はレジストパターンを形
成した後の型材料の概略を示す断面図、図１（ｃ）は転
写成形素面を形成した後の型材料（母材）の概略を示す
断面図、第１図（ｄ）は製造した第１の成形型の概略を
示す断面図である。

【図２】図２は実施例１で作製した回折格子の概略を示
す平面図である。

【図３】図３は実施例２で作製した輪帯板の概略を示す
平面図である。

【符号の説明】

１…型材料、４…母材、５…転写成形素面、６…
離型膜、６ａ…転写成形面、７…第１の成形型（成
形型Ｉ）、１０…回折格子、１１…ラミナー格子
部、２０…輪帯板、２１…輪帯パターン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ドライエッチングによって形成された所
定形状の転写成形素面を有している母材と、前記の転写
成形素面の形状を反映するようにして該転写成形素面上
に成膜されている離型膜とを具備し、前記の離型膜の表
面が転写成形面となっていることを特徴とする成形型。
【請求項２】母材が(1) ＷＣを含有している超硬素
材、または、(2) ＴｉＮ，ＴｉＣもしくはＡｌ₂Ｏ₃ を
含有しているサーメットからなる、請求項１に記載の成
形型。
【請求項３】離型膜が(i) Ｐｔ，Ａｕ，Ｉｒ，Ｐｄお
よびＲｈからなる群より選択された少なくとも１種の成
分を含有している膜、または(ii)ｉ−カーボン膜からな
る、請求項１または請求項２に記載の成形型。
【請求項４】ドライエッチングによって型材料自体に
形成された転写成形面を有していることを特徴とする成
形型。
【請求項５】ガラス状炭素からなる、請求項４に記載
の成形型。
【請求項６】型材料に転写成形面の基となる転写成形
素面をドライエッチングによって形成して母材を得た
後、前記の転写成形素面上に該転写成形素面の形状を反
映するようにして離型膜を成膜して、該離型膜の表面が
転写成形面となっている成形型を得ることを特徴とする
成形型の製造方法。
【請求項７】 (1) ＷＣを含有している超硬素材、また
は(2) ＴｉＮ，ＴｉＣもしくはＡｌ₂Ｏ₃ を含有してい
るサーメットからなる型材料を用い、該型材料にドライ
エッチングによって転写成形素面を形成して母材を得る
にあたって、エッチングガスとして希ガス，フッ化炭素
系の単体ガスおよび塩素系の単体ガスからなる群より選
択される１種または複数種を用いる、請求項６に記載の
方法。
【請求項８】 (i) Ｐｔ，Ａｕ，Ｉｒ，ＰｄおよびＲｈ
からなる群より選択された少なくとも１種の成分を含有
している膜、または(ii)ｉ−カーボン膜からなる離型膜
を成膜する、請求項６または請求項７に記載の方法。
【請求項９】型材料にドライエッチングによって転写
成形面を形成して成形型を得ることを特徴とする成形型
の製造方法。
【請求項１０】ガラス状炭素からなる型材料を用い、
該型材料にドライエッチングによって転写成形面を形成
するにあたって、エッチングガスとして希ガス，フッ化
炭素系の単体ガスまたは塩素系の単体ガスを用いる、請
求項９に記載の方法。
【請求項１１】請求項１もしくは請求項４に記載の成
形型を上型または下型として備えている一組の成形型を
用いたプレス成形によってガラス製の回折素子を作製す
ることを特徴とする回折素子の製造方法。