JPH11305022A - 回折光学素子及びその製造方法 - Google Patents
回折光学素子及びその製造方法Info
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- JPH11305022A JPH11305022A JP12962998A JP12962998A JPH11305022A JP H11305022 A JPH11305022 A JP H11305022A JP 12962998 A JP12962998 A JP 12962998A JP 12962998 A JP12962998 A JP 12962998A JP H11305022 A JPH11305022 A JP H11305022A
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- optical element
- diffractive optical
- film
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 設計値に自由度を持たせた高精度な回折格子
を形成する。 【解決手段】 合成石英の基板１上に同一の反応性ガス
に対してエッチング速度が異なるＡｌ2 Ｏ3 膜３ａ、３
ｂ、３ｃと、ＳｉＯ2 膜４ａ、４ｂ、４ｃを交互に６層
積み重ねて積層膜とした後に、パターニング、エッチン
グにより格子高さが面内で連続的に一様でない部分Ａを
有する回折格子２を形成する。
を形成する。 【解決手段】 合成石英の基板１上に同一の反応性ガス
に対してエッチング速度が異なるＡｌ2 Ｏ3 膜３ａ、３
ｂ、３ｃと、ＳｉＯ2 膜４ａ、４ｂ、４ｃを交互に６層
積み重ねて積層膜とした後に、パターニング、エッチン
グにより格子高さが面内で連続的に一様でない部分Ａを
有する回折格子２を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学機器に用いら
れる回折光学素子及びその製造方法に関するものであ
る。
れる回折光学素子及びその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】回折光学素子は光の回折現象を利用した
光学素子であり、複数の回折格子により構成されてい
る。特開平６−２５８５１０号公報には格子形状の断面
が階段形状から成る回折光学素子が開示されており、こ
の回折光学素子はエッチングガスに対して反応性の異な
る２種類の材料を、膜厚を十分に管理しながら交互に積
層して多層膜基板を形成した後に、パターニング、エッ
チングした構成とされている。
光学素子であり、複数の回折格子により構成されてい
る。特開平６−２５８５１０号公報には格子形状の断面
が階段形状から成る回折光学素子が開示されており、こ
の回折光学素子はエッチングガスに対して反応性の異な
る２種類の材料を、膜厚を十分に管理しながら交互に積
層して多層膜基板を形成した後に、パターニング、エッ
チングした構成とされている。
【０００３】また、特開平７−１１３９０６号公報には
格子形状の断面が階段形状から成る回折光学素子が開示
されており、この回折光学素子はグレーティングパター
ンが中心対称又は直線から成り、そのグレーティング部
の周期に応じてステップ数が異なり、またそのグレーテ
ィング部の最大膜厚がそのステップ数に応じて異なるよ
うに構成されている。
格子形状の断面が階段形状から成る回折光学素子が開示
されており、この回折光学素子はグレーティングパター
ンが中心対称又は直線から成り、そのグレーティング部
の周期に応じてステップ数が異なり、またそのグレーテ
ィング部の最大膜厚がそのステップ数に応じて異なるよ
うに構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例においては、平面基板上に階段形状の格子が形成さ
れ、各段の格子高さは素子内において一様か又は一部が
不連続に異なる構成とされているが、回折光学素子内で
各段の段毎の段差に相当する格子の高さを変化させた回
折格子から成る構成及びその製造方法に関しては、現在
まで開示例は見当らない。
来例においては、平面基板上に階段形状の格子が形成さ
れ、各段の格子高さは素子内において一様か又は一部が
不連続に異なる構成とされているが、回折光学素子内で
各段の段毎の段差に相当する格子の高さを変化させた回
折格子から成る構成及びその製造方法に関しては、現在
まで開示例は見当らない。
【０００５】本発明の目的は、設計値に自由度を持たせ
た高精度な回折格子から成る回折光学素子を提供するこ
とにある。
た高精度な回折格子から成る回折光学素子を提供するこ
とにある。
【０００６】本発明の他の目的は、設計値に自由度を持
たせた回折格子のパターンを高精度に制御して作製する
回折光学素子の製造方法を提供することにある。
たせた回折格子のパターンを高精度に制御して作製する
回折光学素子の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【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、同一の反応性ガスに対
してエッチング速度が異なる２種以上の膜を積層した後
にパターニングを形成しエッチングすることにより回折
格子を形成した回折光学素子において、前記積層膜の少
なくとも１層の膜厚に相当する格子高さが面内で連続的
に一様でない部分を有することを特徴とする。
の本発明に係る回折光学素子は、同一の反応性ガスに対
してエッチング速度が異なる２種以上の膜を積層した後
にパターニングを形成しエッチングすることにより回折
格子を形成した回折光学素子において、前記積層膜の少
なくとも１層の膜厚に相当する格子高さが面内で連続的
に一様でない部分を有することを特徴とする。
【０００８】また、本発明に係る回折光学素子の製造方
法は、同一の反応性ガスに対してエッチング速度が異な
る２種以上の膜を積層した後にパターニングを形成しエ
ッチングすることにより回折格子を形成する際に、前記
積層膜の少なくとも１層の膜厚に相当する格子高さが面
内で連続的に一様でない部分を有するようにすることを
特徴とする。
法は、同一の反応性ガスに対してエッチング速度が異な
る２種以上の膜を積層した後にパターニングを形成しエ
ッチングすることにより回折格子を形成する際に、前記
積層膜の少なくとも１層の膜厚に相当する格子高さが面
内で連続的に一様でない部分を有するようにすることを
特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明を図示の実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は第１の実施例の回折光学素子の
断面図を示し、基板１には光学ガラス、合成樹脂、金属
等が通常される。本実施例においては合成石英製の基板
１を使用し、この基板１の表面上に光を回折する回折格
子２を形成するために、同一の反応性ガスに対してエッ
チング速度が異なるＡｌ2 Ｏ3 膜３ａ、３ｂ、３ｃとＳ
ｉＯ2 膜４ａ、４ｂ、４ｃを、交互に３層ずつ計６層積
み重ねて積層膜を形成し、格子高さが面内で連続的に一
様でない斜線部分Ａを有する回折光学素子を形成する。
詳細に説明する。図１は第１の実施例の回折光学素子の
断面図を示し、基板１には光学ガラス、合成樹脂、金属
等が通常される。本実施例においては合成石英製の基板
１を使用し、この基板１の表面上に光を回折する回折格
子２を形成するために、同一の反応性ガスに対してエッ
チング速度が異なるＡｌ2 Ｏ3 膜３ａ、３ｂ、３ｃとＳ
ｉＯ2 膜４ａ、４ｂ、４ｃを、交互に３層ずつ計６層積
み重ねて積層膜を形成し、格子高さが面内で連続的に一
様でない斜線部分Ａを有する回折光学素子を形成する。
【００１０】このような回折光学素子の作製方法は、先
ず平滑で面変形のない合成石英製の基板１を十分に洗浄
して乾燥した後に、一般の真空成膜装置の膜形成部にこ
の基板１を取り付けて積層膜を形成する。本実施例で
は、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の２つのターゲットを備えた
真空スパッタリング装置を使用し、各ターゲットへの高
周波電源の印可電圧を切換えることによって、同一チャ
ンバ内で２種類の膜を交互に積層してゆく。
ず平滑で面変形のない合成石英製の基板１を十分に洗浄
して乾燥した後に、一般の真空成膜装置の膜形成部にこ
の基板１を取り付けて積層膜を形成する。本実施例で
は、Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 の２つのターゲットを備えた
真空スパッタリング装置を使用し、各ターゲットへの高
周波電源の印可電圧を切換えることによって、同一チャ
ンバ内で２種類の膜を交互に積層してゆく。
【００１１】先ず、ＳｉＯ2 膜４ａ〜４ｃは基板１の中
心部では所定の膜厚だけ薄く、また周辺部では所定の膜
厚だけ厚くなるように、ターゲットと基板１の間に膜厚
補正板を挿入して成膜する。これにより、ＳｉＯ2 膜４
ａ〜４ｃが中心部で２．４μｍ、周辺部で２．５μｍと
なるように連続的に変化した膜厚に形成される。また、
Ａｌ2 Ｏ3 膜３ａ〜３ｃはＳｉＯ2 膜４ａ〜４ｃよりも
薄くても十分に機能するので、特に膜厚補正板を使用す
ることなく基板１の面に均一な厚み０．０２μｍに形成
する。
心部では所定の膜厚だけ薄く、また周辺部では所定の膜
厚だけ厚くなるように、ターゲットと基板１の間に膜厚
補正板を挿入して成膜する。これにより、ＳｉＯ2 膜４
ａ〜４ｃが中心部で２．４μｍ、周辺部で２．５μｍと
なるように連続的に変化した膜厚に形成される。また、
Ａｌ2 Ｏ3 膜３ａ〜３ｃはＳｉＯ2 膜４ａ〜４ｃよりも
薄くても十分に機能するので、特に膜厚補正板を使用す
ることなく基板１の面に均一な厚み０．０２μｍに形成
する。
【００１２】この積層膜上に、スピンナによりフォトレ
ジストを均一に塗布し、中心部でピッチが５１μｍ、周
辺部でピッチが５３μｍになるようなパターンを露光、
現像処理する。次に、ＲＩＥエッチング装置のカソード
側に基板１をセットし、真空に排気した後にエッチング
を行う。このとき、３層目のＳｉＯ2 膜４ｃはＣＦ4と
ＣＨＦ3 の混合エッチングガスを用いてエッチングす
る。このとき、Ａｌ2 Ｏ3 膜３ａ〜３ｃはＳｉＯ2 膜４
ａ〜４ｃのエッチングガスに対して反応し難いためにエ
ッチングストッパ膜として作用する。次に、ＣＣｌ4 エ
ッチングガスを用いて３層目のＡｌ2 Ｏ3 膜３ｃをエッ
チングする。
ジストを均一に塗布し、中心部でピッチが５１μｍ、周
辺部でピッチが５３μｍになるようなパターンを露光、
現像処理する。次に、ＲＩＥエッチング装置のカソード
側に基板１をセットし、真空に排気した後にエッチング
を行う。このとき、３層目のＳｉＯ2 膜４ｃはＣＦ4と
ＣＨＦ3 の混合エッチングガスを用いてエッチングす
る。このとき、Ａｌ2 Ｏ3 膜３ａ〜３ｃはＳｉＯ2 膜４
ａ〜４ｃのエッチングガスに対して反応し難いためにエ
ッチングストッパ膜として作用する。次に、ＣＣｌ4 エ
ッチングガスを用いて３層目のＡｌ2 Ｏ3 膜３ｃをエッ
チングする。
【００１３】それぞれ所望のパターンで以上の露光、現
像、エッチング工程を３回繰り返すことによって、所望
の断面形状を有する階段形状の回折格子２を形成する。
このように回折光学素子を作製することにより、回折光
学素子内で各段の段毎の段差に相当する格子の高さを変
化させて設計値に自由度を持たせることができる。この
結果、他の光学素子を設計変更することなく、所望の光
学系に無理なく取り入れることができる。なお、交互の
積層膜の膜種は目的に合わせて他の誘電体膜や金属膜で
あってもよい。
像、エッチング工程を３回繰り返すことによって、所望
の断面形状を有する階段形状の回折格子２を形成する。
このように回折光学素子を作製することにより、回折光
学素子内で各段の段毎の段差に相当する格子の高さを変
化させて設計値に自由度を持たせることができる。この
結果、他の光学素子を設計変更することなく、所望の光
学系に無理なく取り入れることができる。なお、交互の
積層膜の膜種は目的に合わせて他の誘電体膜や金属膜で
あってもよい。
【００１４】図２は第２の実施例の断面図を示し、基板
５上に光を回折する回折格子６を形成する。基板５とＡ
ｌ2 Ｏ3 膜７ａの間にＳｉＯ2 膜８ａを基板中央と外周
部で薄く中央と外周部の中間で厚くなるように形成す
る。また、ＳｉＯ2 膜８ｂ〜８ｄはＡｌ2 Ｏ3 膜７ａ〜
７ｃと同様に面内で膜厚が均一になるように形成する。
これ以外は第１の実施例と同様にして、格子高さが面内
で連続的に一様でない斜線部分Ａを有する回折光学素子
を作製する。
５上に光を回折する回折格子６を形成する。基板５とＡ
ｌ2 Ｏ3 膜７ａの間にＳｉＯ2 膜８ａを基板中央と外周
部で薄く中央と外周部の中間で厚くなるように形成す
る。また、ＳｉＯ2 膜８ｂ〜８ｄはＡｌ2 Ｏ3 膜７ａ〜
７ｃと同様に面内で膜厚が均一になるように形成する。
これ以外は第１の実施例と同様にして、格子高さが面内
で連続的に一様でない斜線部分Ａを有する回折光学素子
を作製する。
【００１５】このような回折光学素子は、平面から成る
基板ではなく、自由曲面を有する基板５上に回折格子６
を形成した構成の回折機能を有する。また、基板５とそ
の上に積層したＡｌ2 Ｏ3 膜７ａの間に入れるＳｉＯ2
膜８ａは、使用目的に合わせて他の誘電体膜や金属膜で
あってもよい。
基板ではなく、自由曲面を有する基板５上に回折格子６
を形成した構成の回折機能を有する。また、基板５とそ
の上に積層したＡｌ2 Ｏ3 膜７ａの間に入れるＳｉＯ2
膜８ａは、使用目的に合わせて他の誘電体膜や金属膜で
あってもよい。
【００１６】図３は第３の実施例の断面図を示し、シリ
コンウエハから成る基板１０上に、同一の反応性ガスに
対してエッチング速度が異なる３種の膜を３層積み重ね
て、光を回折する回折格子１１を構成する積層膜を形成
する。本実施例では、積層膜は第１層にＡｌ2 Ｏ3 膜１
２を、第２層にＳｉＯ2 膜１３を、第３層にＣｒ2 Ｏ3
膜１４を採用し、格子高さが面内で連続的に一様でない
斜線部分Ｂを有する回折光学素子を作製する。
コンウエハから成る基板１０上に、同一の反応性ガスに
対してエッチング速度が異なる３種の膜を３層積み重ね
て、光を回折する回折格子１１を構成する積層膜を形成
する。本実施例では、積層膜は第１層にＡｌ2 Ｏ3 膜１
２を、第２層にＳｉＯ2 膜１３を、第３層にＣｒ2 Ｏ3
膜１４を採用し、格子高さが面内で連続的に一様でない
斜線部分Ｂを有する回折光学素子を作製する。
【００１７】このような回折格子１１を形成するには、
第１の実施例と同様にシリコンウエハ基板１０をＡｌ2
Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 の３つのターゲットを有す
るスパッタリング装置にセットし、ＳｉＯ2 膜１３とＣ
ｒ2 Ｏ3 膜１４は基板１０の中央で厚く周辺部で薄くな
るように形成する。次に、Ａｌ2 Ｏ3 膜１２は基板１０
と面が平行になるように基板中央で薄く周辺部で厚くな
るように形成する。基板１０をスパッタリング装置から
取り出し、Ａｌ2 Ｏ3 膜１２上にレジストを塗布し、所
望のパターンを露光、現像処理する。
第１の実施例と同様にシリコンウエハ基板１０をＡｌ2
Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｃｒ2 Ｏ3 の３つのターゲットを有す
るスパッタリング装置にセットし、ＳｉＯ2 膜１３とＣ
ｒ2 Ｏ3 膜１４は基板１０の中央で厚く周辺部で薄くな
るように形成する。次に、Ａｌ2 Ｏ3 膜１２は基板１０
と面が平行になるように基板中央で薄く周辺部で厚くな
るように形成する。基板１０をスパッタリング装置から
取り出し、Ａｌ2 Ｏ3 膜１２上にレジストを塗布し、所
望のパターンを露光、現像処理する。
【００１８】更に、ＲＩＥエッチング装置でＣＣｌ4 エ
ッチングガスを用いて、所望のパターンでＡｌ2 Ｏ3 膜
１２をエッチングし、連続してＣＦ4 エッチングガスに
よりＳｉＯ2 膜１３をエッチングする。エッチング装置
から基板１０を取り出し、Ａｌ2 Ｏ3 除去液に浸し、エ
ッチング処理済みのＡｌ2 Ｏ3 膜１２のみを取り除く。
このように基板１０と平行な平滑表面上にパターンニン
グを行ってからエッチングすることにより、自由曲面上
に極めて精度の高いパターンの例えば図３の斜線部Ｂに
示すような１段の回折格子を有する回折光学素子を形成
することができる。
ッチングガスを用いて、所望のパターンでＡｌ2 Ｏ3 膜
１２をエッチングし、連続してＣＦ4 エッチングガスに
よりＳｉＯ2 膜１３をエッチングする。エッチング装置
から基板１０を取り出し、Ａｌ2 Ｏ3 除去液に浸し、エ
ッチング処理済みのＡｌ2 Ｏ3 膜１２のみを取り除く。
このように基板１０と平行な平滑表面上にパターンニン
グを行ってからエッチングすることにより、自由曲面上
に極めて精度の高いパターンの例えば図３の斜線部Ｂに
示すような１段の回折格子を有する回折光学素子を形成
することができる。
【００１９】上述の第１〜第３の実施例で作製した回折
光学素子を成形用型として、それぞれの回折格子形状を
他の光学系に使用する基材に成形転写することができ
る。成形転写には、一般的なレプリカ転写法を利用する
ことができ、紫外線硬化樹脂を成形型に滴下し、これを
転写する基板面と張り合わせ、外部から紫外線を照射し
て硬化させ、型と基材を剥離することにより作製する。
光学素子を成形用型として、それぞれの回折格子形状を
他の光学系に使用する基材に成形転写することができ
る。成形転写には、一般的なレプリカ転写法を利用する
ことができ、紫外線硬化樹脂を成形型に滴下し、これを
転写する基板面と張り合わせ、外部から紫外線を照射し
て硬化させ、型と基材を剥離することにより作製する。
【００２０】このようにして作製した回折光学素子は、
回折光学素子内で各段の段毎の段差に相当する格子の高
さを変化させた回折格子を任意の屈折率を有する基材に
形成することができ、設計値に自由度を持たせることが
できる。成形転写した回折光学素子は、そのまま透過型
の回折光学素子として使用できる。また、目的に合わせ
て格子面上に反射防止膜を形成してもよく、アルミニウ
ム等の反射膜を形成して反射型の回折光学素子としても
よい。
回折光学素子内で各段の段毎の段差に相当する格子の高
さを変化させた回折格子を任意の屈折率を有する基材に
形成することができ、設計値に自由度を持たせることが
できる。成形転写した回折光学素子は、そのまま透過型
の回折光学素子として使用できる。また、目的に合わせ
て格子面上に反射防止膜を形成してもよく、アルミニウ
ム等の反射膜を形成して反射型の回折光学素子としても
よい。
【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、少なくとも１層の膜厚に相当する格子高さが
面内で連続的に一様でない部分を有するために、各段の
段毎の段差に相当する回折格子の高さを変化させること
ができ、これによって設計値に自由度を持たせることが
でき、利用範囲を広げることができる。
学素子は、少なくとも１層の膜厚に相当する格子高さが
面内で連続的に一様でない部分を有するために、各段の
段毎の段差に相当する回折格子の高さを変化させること
ができ、これによって設計値に自由度を持たせることが
でき、利用範囲を広げることができる。
【００２２】また、本発明に係る回折光学素子の製造方
法は、各段の段毎の段差に相当する回折格子の高さを変
化させて、設計値に自由度を持たせた回折格子のパター
ンを有する回折光学素子を精度良く作製することがで
き、高精度の光学部材の生産性を向上することができ
る。
法は、各段の段毎の段差に相当する回折格子の高さを変
化させて、設計値に自由度を持たせた回折格子のパター
ンを有する回折光学素子を精度良く作製することがで
き、高精度の光学部材の生産性を向上することができ
る。
【図１】第１の実施例の断面図である。
【図２】第２の実施例の断面図である。
【図３】第３の実施例の断面図である。
１、５、１０ 基板 ２、６、１１ 回折格子 ３ａ〜３ｃ、７ａ〜７ｃ、１２ Ａｌ2 Ｏ3 膜 ４ａ〜４ｃ、８ａ〜８ｄ、１３ ＳｉＯ2 膜 １４ Ｃｒ2 Ｏ3 膜
Claims (5)
- 【請求項１】 同一の反応性ガスに対してエッチング速
度が異なる２種以上の膜を積層した後にパターニングを
形成しエッチングすることにより回折格子を形成した回
折光学素子において、前記積層膜の少なくとも１層の膜
厚に相当する格子高さが面内で連続的に一様でない部分
を有することを特徴とする回折光学素子。 - 【請求項２】 最上層の膜面を平坦にした後にパターニ
ングを形成しエッチングすることにより回折格子を形成
する請求項１に記載の回折光学素子。 - 【請求項３】 請求項１又は２の回折光学素子の格子形
状を他の光学系に使用する基材に転写するために使用す
る成形転写型。 - 【請求項４】 同一の反応性ガスに対してエッチング速
度が異なる２種以上の膜を積層した後にパターニングを
形成しエッチングすることにより回折格子を形成する際
に、前記積層膜の少なくとも１層の膜厚に相当する格子
高さが面内で連続的に一様でない部分を有するようにす
ることを特徴とする回折光学素子の製造方法。 - 【請求項５】 最上層の膜面を平坦にした後にパターニ
ングを形成しエッチングすることにより回折格子を形成
する請求項４に記載の回折光学素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12962998A JPH11305022A (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | 回折光学素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12962998A JPH11305022A (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | 回折光学素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11305022A true JPH11305022A (ja) | 1999-11-05 |
Family
ID=15014229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12962998A Pending JPH11305022A (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | 回折光学素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11305022A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6937397B2 (en) | 2000-09-08 | 2005-08-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Diffractive optical element and optical system having the same |
| JP2009192597A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Canon Inc | 回折光学素子及びそれを有する光学系 |
-
1998
- 1998-04-23 JP JP12962998A patent/JPH11305022A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6937397B2 (en) | 2000-09-08 | 2005-08-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Diffractive optical element and optical system having the same |
| JP2009192597A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Canon Inc | 回折光学素子及びそれを有する光学系 |
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