JPH11133219A

JPH11133219A - 回折光学素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11133219A
Application number: JP31129997A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Unno; 靖行吽野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】階段形状を切削加工することにより理想に近
いブレーズド形状を形成する。【解決手段】基板１０上には、リソグラフィ法により
予め所定の位置に階段形状１４が作成されており、階段
形状の角部分をカッタ１１により削り取ってゆくと、切
削加工途中の輪帯１５は階段の角部の１部が削り取られ
た状態となり、切削加工が終了すると輪帯１６のような
理想的なブレーズド形状となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微細なブレーズド
形状を有する回折光学素子及びその素子を高精度に作成
するための回折光学素子の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は切削法による従来の回折格子の製
造方法の斜視図、図６は断面図を示し、硝子やプラスチ
ック等の光学材料の基板１の表面に、輪帯状の溝を掘る
ことによって回折格子が形成される。基板１は中心軸１
ａを中心に回転し、ダイヤモンドカッタ２により円周方
向にブレーズド形状の溝が形成される。

【０００３】先ず、ダイヤモンドカッタ２によりブレー
ズド形状３ａが形成された後に、カッタ２が基板１の半
径方向（矢印Ａの方向）に輪帯の１ピッチ分だけ移動
し、ブレーズド形状３ｂが形成される。その後に再び輪
帯１ピッチ分の移動が行われ、ブレーズド形状３ｃが形
成される。以上の工程を繰り返すことによって、基板１
の表面全体に渡って所定の輪帯分布から成るブレーズド
形状が形成される。この方法によると回折格子の表面形
状を理想的なブレーズド形状とすることができるので、
回折効率としては１００％に近い値を実現することが可
能になる。

【０００４】図７は半導体素子の製造に用いるリソグラ
フィ法による回折光学素子の製造方法の説明図を示し、
最終的に得られる素子の表面形状は理想的なブレーズド
形状を階段形状で近似したものとなる。工程(1) におい
て透明な硝子等の基板４の表面上にレジスト５を塗布
し、上から照明光Ｌを用いてパターン６の像を転写す
る。工程(2) において現像処理を行い、工程(3) におい
て基板４をエッチングし、最後に工程(4) により残った
レジストを取り除いて、２段の階段形状を形成する。

【０００５】また、工程(5) において、工程(4) で形成
した２段構造に対して再びレジスト５を塗布し、照明光
Ｌによってパターン６に比較して半分のピッチを有する
パターン７の像を転写する。このとき、その遮光部と光
透過部の境界を２段形状のエッジ部に対して正確に位置
合わせを行う。工程(2) 〜(4) と同様に、工程(6) で現
像、工程(7) でエッチングを行い、工程(8) で残ったレ
ジストを取り除いて、４段の階段形状を形成する。同様
の工程を繰り返して実行することにより、４段から８
段、更に１６段、３２段と階段数を増加してゆくことが
可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例の切削法による回折格子の製造方法では、カッタ
２の半径方向の位置を、例えば０．１μｍ程度の微細な
精度で制御することは極めて難しいので、作製した回折
格子を高精度な結像特性が要求される光学系には適用で
きない。また、基板１の材料として例えば溶融石英等を
使用すると、基板１の硬さのためにカッタ２による溝の
形成が困難になるという問題が生ずる。

【０００７】また、リソグラフィ法による回折格子の製
造方法の場合は、回折格子の輪帯境界の位置精度は露光
用パターンの位置合わせ精度により決定するために、最
新の露光装置を使用すれば、０．０５μｍ程度の高い精
度で回折格子を作製することが可能で、更に溶融石英等
の硬い材質でも、エッチングを行うことによって高精度
な加工が可能である。しかし、この方法で形成された回
折格子は階段形状のために、得られる回折効率は４段形
状で８１％、８段形状で９５％に制限される。

【０００８】このように回折効率が１００％に達しない
場合は残りの光束はフレア光となり、回折格子を結像光
学系の一部として使用した場合には像の特性を劣化させ
る原因となる。このために、段数を１６段、３２段と増
加することによって回折効率を１００％に近付けること
は可能であるが、この場合は何度も工程を繰り返さなけ
ればならないので、作業に長時間を要するという問題が
生ずる。

【０００９】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
リソグラフィ法により形成した階段形状を切削加工する
ことによって、理想に近いブレーズド形状を有する回折
光学素子を提供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、リソグラフィ法と切
削加工法とを併用して理想的ブレーズド形状の回折光学
素子を簡便かつ効率良く作成する回折光学素子の製造方
法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る回折光学素子は、リソグラフィ工程によ
り基板表面上に形成した２段以上の階段形状の一部を切
削加工してブレーズド形状を作成することを特徴とす
る。

【００１２】また、本発明に係る回折光学素子の製造方
法は、基板表面上にブレーズド形状の回折光学素子を製
造する際に、２段以上の階段形状を作成するリソグラフ
ィ工程と、理想的なブレーズド形状に近付けるために前
記階段形状の一部を切削する切削加工工程とを有するこ
とを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明を図１〜図４に図示の実施
例に基づいて詳細に説明する。図１は実施例の回折格子
の製造工程の斜視図、図２は平面図を示している。回折
格子を形成する基板１０の表面上に、階段形状を切削加
工するためのカッタ１１が配置されている。カッタ１１
の近傍には光学顕微鏡１２が配置されており、カッタ１
１と光学顕微鏡１２は一体となって半径方向に移動可能
に構成されている。また、光学顕微鏡１２の画像出力は
ＣＣＤ等を介して制御部１３に接続されており、制御部
１３の出力はカッタ１１に接続されている。

【００１４】基板１０の表面には、予めリソグラフィ法
により所定の階段形状が形成されており、基板１０は軸
１０ａを中心に回転し、基板１０の回転に伴ってカッタ
１１により表面の切削加工が行われる。光学顕微鏡１２
の視野には、階段形状の所定のエッジ部とカッタ１１の
両者が同時に捉えられており、基板１０上の輪帯境界の
エッジ部とカッタ１１の端面の像がＣＣＤ等により電気
信号に変換されて制御部１３に送られる。この像により
エッジ部とカッタ１１をモニタしながら、所定のエッジ
部とカッタ１１の相対的な位置関係が常に一定になるよ
うにカッタ１１に対して半径方向の位置の制御を行う。
これによって、階段の境界位置を非常に高精度に制御す
ることが可能となる。

【００１５】図３は基板１０の一部を拡大して描いた断
面図を示し、基板１０上には、リソグラフィ法により予
め所定の位置に４段の形状１４が作成されており、階段
形状の角部分をカッタ１１により削り取ってゆく。この
切削加工途中の輪帯１５は階段の角部の１部が削り取ら
れた状態となる。そして、切削加工が終了すると、輪帯
１６のような理想的なブレーズ形状となる。

【００１６】また、エッジ部１６ａは輪帯１６と輪帯１
５の境界に対応し、基板１０とカッタ１１の相対的な位
置合わせの際の基板１０側の指標として使用される。一
方、カッタ１１側の端面１１ａは、輪帯部１５を切削加
工中は、エッジ部１６ａと端面１１ａがほぼ略接する関
係となるように、カッタ１１の半径方向の位置が調整さ
れる。本実施例では、従来例の切削法による加工に比べ
て、切削加工する部分が少なくて済むので、基板１０が
溶融石英のような硬い材質でも、ダイヤモンド製のカッ
タ１１を使用することにより、高精度な加工が可能とな
る。

【００１７】一般的に、回折格子の理想的なブレーズド
形状の傾きは半径方向の位置座標によって変化する。そ
の傾きの変化の小さい範囲では、カッタ１１の傾きを微
少量変化させることによって、ブレーズド形状の傾きを
調節することができる。その調整ができなくなった場合
には、カッタ１１を所望の角度を有するものに交換する
ことにより、任意の傾きを有するブレーズド形状を作成
することが可能である。

【００１８】図４は２段の階段形状の切削加工の断面図
を示し、２段の階段形状に対しても、同様に切削加工用
のカッタ１１を高精度に位置合わせすることが可能であ
る。リソグラフィ工程による２段の階段構造の形成は比
較的容易であるが、切削加工する部分は４段の場合より
も多くなるので、この方法は比較的柔らかい基板材料の
場合に好適である。一方、段数を４段よりも多くする場
合には、階段形状の形成のためのリソグラフィ工程は増
加するが、切削加工によって削取量が少なくなるので、
比較的硬い材料の場合に適している。

【００１９】一般の回折光学素子においては、基板１０
の中心部と周辺部では輪帯のピッチが大きく異なり、リ
ソグラフィ法を適用して素子全体に階段形状を作成する
場合には、ピッチの小さな部分では正確な形状を形成す
るのが困難である。一般的に素子の中心に比べて素子周
辺の方が回折効率の低下が大きくなるので、本実施例に
よる切削加工の工程を光学素子周辺のピッチの細かい部
分にだけに適用して、素子全体の回折効率を均一化する
ことも可能である。

【００２０】上述の実施例は軸対称の回折格子について
説明したが、直線グレーティング等の他の形状を有する
回折格子の製造にも適用することが可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る回折光
学素子は、基板表面上にリソグラフィ工程により形成し
た２段以上の階段形状の一部を切削加工することによ
り、比較的簡単に高回折効率の理想に近いブレーズド形
状を形成することができる。

【００２２】また、本発明に係る回折光学素子の製造方
法は、基板表面上にブレーズド形状の回折光学素子を製
造する際に、２段以上の階段形状を作成するリソグラフ
ィ工程と、理想的なブレーズド形状に近付けるために、
階段形状の一部を切削する切削加工工程とを併用するこ
とにより、理想に近いブレーズ形状を有する回折光学素
子を簡便にかつ高精度に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の４段の階段形状の切削加工工程の斜視
図である。

【図２】平面図である。

【図３】図１の拡大断面図である。

【図４】２段の階段形状の切削加工工程の断面図であ
る。

【図５】従来例の切削加工工程の斜視図である。

【図６】拡大断面図である。

【図７】従来例のリソグラフィ工程の断面図である。

【符号の説明】

１０基板１１カッタ１２光学顕微鏡１３制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リソグラフィ工程により基板表面上に形
成した２段以上の階段形状の一部を切削加工してブレー
ズド形状を作成することを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】前記リソグラフィ工程により形成した階
段形状の一部と、切削に使用するカッタとの相対的な位
置関係を所定状態に保持するようにした請求項１に記載
の回折光学素子。
【請求項３】基板表面上にブレーズド形状の回折光学
素子を製造する際に、２段以上の階段形状を作成するリ
ソグラフィ工程と、理想的なブレーズド形状に近付ける
ために前記階段形状の一部を切削する切削加工工程とを
有することを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項４】前記切削加工工程は、予め前記リソグラ
フィ工程により形成した階段形状の一部と、切削に使用
するカッタの相対的な位置関係を所定の状態に保持しな
がら行う請求項３に記載の回折光学素子の製造方法。