JPS6025761B2 - Manufacturing method of holographic grating - Google Patents

Manufacturing method of holographic grating

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JPS6025761B2
JPS6025761B2 JP18554480A JP18554480A JPS6025761B2 JP S6025761 B2 JPS6025761 B2 JP S6025761B2 JP 18554480 A JP18554480 A JP 18554480A JP 18554480 A JP18554480 A JP 18554480A JP S6025761 B2 JPS6025761 B2 JP S6025761B2
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JP
Japan
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grating
grooves
substrate
ion beam
manufacturing
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JP18554480A
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JPS57112705A (en
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秀樹 灰方
一雄 佐野
進 難波
克信 青柳
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Shimazu Seisakusho KK
Original Assignee
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Shimazu Seisakusho KK
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/32Holograms used as optical elements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、プレーズドされたホログラフイツク・グレー
テイング(Blazed HologねphicG鼠t
in袋)の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a blazed holographic grating.
This invention relates to a manufacturing method for in-bags.

近年、ホログラフィーによるグレーテイング(回折格子
)は、通常の機械切りのグレーティングに比較して、溝
間隔の精度が高く、溝間隔を容易に細かくでき、所望の
プレーズド角をもった溝が容易に得られ、および製作に
要する時間と費用が節約できるなど、多くの利点を有す
る理由から非常に注目され、その製作技術の進歩も著し
く、多くの技術が開発・考案されている。
In recent years, holographic gratings (diffraction gratings) have higher precision in groove spacing than regular machine-cut gratings, making it easier to narrow the groove spacing and easily obtain grooves with the desired oriented angle. It has attracted a lot of attention because it has many advantages, such as being able to save time and cost in manufacturing, and its manufacturing technology has made remarkable progress, and many techniques have been developed and devised.

第1図に、代表的な従来のプレーズドされたホログラフ
ィック・グレーティングの製造方法(侍公昭55一4瓜
ぬ6号)を模式的に示す。
FIG. 1 schematically shows a typical conventional method for manufacturing a glazed holographic grating (Samuraiko Showa 55-14 Urinu No. 6).

基板1上に塗布したフオトレジスト層2にホログラフィ
ツクにより(レーザなどの二光東干渉縞を記録して現像
処理する方法により)、所定の間隔をもった平行溝の回
折格子3を形成する(第1−1図)。このフオトレジス
トから成る回折格子3をマスクとして、基板面に対し斜
め上方で且つ格子への投影成分が格子の溝と平行となら
ない方向から、イオンビーム4を照射し、基板1そのも
のをエッチングする(第1−2図)。その結果、基板に
プレーズ角8をもった鋸歯状の格子溝5から成るグレー
ティングが得られる(第1−3図)。ところで、フオト
レジストから成る回折格子をマスクとして使用し、この
マスクを介してイオンビームにより基板をエッチングす
る上記従来の製造法では、基板とフオトレジストのエッ
チング速度比が重要な条件であり、適当なエッチンググ
レートをもった材料の組合せでなければならないという
制約がある。
A diffraction grating 3 of parallel grooves with a predetermined interval is formed on a photoresist layer 2 coated on a substrate 1 by holography (by a method of recording two-light east interference fringes such as a laser and developing it). Figure 1-1). Using the diffraction grating 3 made of this photoresist as a mask, the ion beam 4 is irradiated diagonally above the substrate surface and from a direction in which the component projected onto the grating is not parallel to the grooves of the grating, thereby etching the substrate 1 itself ( Figures 1-2). As a result, a grating consisting of sawtooth grating grooves 5 with a lasing angle of 8 is obtained in the substrate (FIGS. 1-3). By the way, in the above conventional manufacturing method in which a diffraction grating made of photoresist is used as a mask and the substrate is etched with an ion beam through this mask, the etching rate ratio between the substrate and the photoresist is an important condition, and an appropriate There is a restriction that the combination of materials must have an etching rate.

すなわち、フオトレジスト(例えば、AZ1350)よ
りも低いエッチングレートを有する材質の基板(例えば
、石英、ガラスなど)の場合、フオトレジストのマスク
の方が速くエッチングされ、基板に形成するグレーティ
ングのブレーズ角の制御が極めて難しくなる。そのため
、フオトレジストよりも高いエッチングレートを有する
材質の基板(例えば、PMMA.C船など)を用いる必
要がある。したがって、例えば、エッチングによって生
ずる迷光の増加を抑えるために他の材質の基板を用いた
い場合でも、フオトレジストマスクとのエッチングレー
トの条件から使用することができないという制約があっ
た。 Z一方、最近は、レプリカ技術の進歩によ
り、使用されているほとんどのグレーテイングがしブリ
カグレーテイングであり、レプリカグレーテイングから
更にレプリカを取ることも容易である。そのため基板に
直接、グレーテイングを形成することは特殊な用途の場
合を除き必ずしも必要でない。本発明は上記に鑑み、ホ
ログラフイツク・グレーティングの製造について鋭意開
発研究を重ねた。
In other words, if the substrate is made of a material (e.g. quartz, glass, etc.) that has a lower etching rate than the photoresist (e.g. AZ1350), the photoresist mask will etch faster and the blaze angle of the grating formed on the substrate will be smaller. Control becomes extremely difficult. Therefore, it is necessary to use a substrate made of a material having a higher etching rate than the photoresist (for example, PMMA.C ship, etc.). Therefore, for example, even if it is desired to use a substrate made of another material in order to suppress an increase in stray light caused by etching, there is a restriction that it cannot be used due to the etching rate conditions with the photoresist mask. On the other hand, recently, due to advances in replica technology, most of the gratings used are plastic gratings, and it is also easy to create replicas from replica gratings. Therefore, it is not always necessary to form a grating directly on the substrate except for special applications. In view of the above, the present invention has been developed through extensive research and development into the production of holographic gratings.

その結果、ホログラフイにより基板上のフオトレジスト
層に正弦波状の格子溝を形成し、この正弦波状の格子溝
そのものをイオンビームによりエッチングすることによ
り、フオトレジスト自体にブレーズされた鋸歯状の格子
緩から成るグレーティングが得られることを見出した。
本発明は上記知見に基づくものであって、以下、添付図
を用いて説明する。
As a result, by forming sinusoidal grating grooves in the photoresist layer on the substrate using holography, and etching the sinusoidal grating grooves themselves with an ion beam, we were able to remove the loose serrated gratings blazed into the photoresist itself. It was found that a grating consisting of the following can be obtained.
The present invention is based on the above knowledge, and will be explained below using the attached drawings.

第2−1図及び第2一2図は本発明の製造法を榛式的に
示したものである。第2一1図に示す如く、ホログラフ
ィにより基板1上のフオトレジスト層2に断面が正弦波
状の平行な格子溝6を形成し、この格子溝に、斜め上方
で且つ格子への投影成分が格子溝と平行にならない方向
の角度、例えば基板面に対して約30oの入射角でイオ
ンビーム4を照射する。フオトレジストのイオンビーム
によるエッチング速度は、フオトレジスト表面法線に対
するイオンビームの入射角に依存しており、実験的に入
射角600近辺でエッチング速度は最大となり、これよ
り大きくなっても小さくなっても減少していく。このこ
とは実験的にも既に確認されていることでもあるので詳
細は省略する。いま格子の溝面に対するイオンビームの
入射角は、格子溝の頂点において最大となり、中腹にい
くにつれて減少し、中腹をすぎると再び増加する。した
がって、エッチング速度は格子溝の頂点付近が最も速く
、中腹にいくにつれて遅くなる。中腹をすぎると隣りの
山によってイオンビームの照射が防げられ、その山がエ
ッチングされて低くなるにつれて照射されるようになる
ので積の底部はエッチングが最も遅れる。このような経
過をふまえながら、ある一定時間後には最初の正弦波状
溝は、第2−2図に示すように断面が1まゞ鋸歯状に近
い格子溝5に変形していき、ブレーズされたグレーティ
ングが得られる。このとき、ブレーズ角0を決めるのは
、最初にフオトレジスト層に形成する正弦波状の格子溝
6の深さと単位長さ当りの溝数すなわち格子定数、さら
にイオンビームの入射角である。したがって、これらの
条件を適宜選択することにより、所望のブレーズ角を有
するホログラフイツク・グレーティングを製造すること
ができる。以下、実施例により本発明を詳しく説明する
Figures 2-1 and 2-2 schematically illustrate the manufacturing method of the present invention. As shown in FIG. 211, parallel grating grooves 6 having a sinusoidal cross section are formed in the photoresist layer 2 on the substrate 1 by holography, and the projected components on the grating are formed diagonally upward and onto the grating grooves. The ion beam 4 is irradiated at an angle in a direction that is not parallel to the groove, for example, at an incident angle of about 30 degrees with respect to the substrate surface. The etching rate of a photoresist by an ion beam depends on the incident angle of the ion beam with respect to the normal to the photoresist surface. Experimentally, the etching rate reaches a maximum at an incident angle of around 600 degrees, and decreases even when the angle of incidence is greater than this. will also decrease. Since this has already been confirmed experimentally, the details will be omitted. The angle of incidence of the ion beam with respect to the groove surface of the grating is maximum at the apex of the grating groove, decreases towards the middle, and increases again after passing the middle. Therefore, the etching rate is fastest near the apex of the lattice groove, and becomes slower toward the middle. Once it passes halfway down, the ion beam is prevented from being irradiated by the ion beam by an adjacent mountain, and as the mountain gets etched and gets lower, it is irradiated, so etching is delayed the most at the bottom of the product. Based on this process, after a certain period of time, the initial sinusoidal grooves transform into lattice grooves 5 whose cross section is almost serrated, as shown in Figure 2-2, and are blazed. A grating is obtained. At this time, the blaze angle 0 is determined by the depth of the sinusoidal grating grooves 6 initially formed in the photoresist layer, the number of grooves per unit length, that is, the grating constant, and the incident angle of the ion beam. Therefore, by appropriately selecting these conditions, a holographic grating having a desired blaze angle can be manufactured. Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.

シップレー社のポジフオトレジスト(AZ−1350J
)をガラス基板上に0.8仏の厚さでスピンナー塗布し
、公3敗の方法でレーザ光で露光させ、これを現像処理
して断面が正弦波状の平行な格子溝(120止本/燭)
を形成したものにイオンエッチングを行った。エッチン
グ条件:アルゴンによるイオンエッチング。基板面に対
するイオンビームの入射角度;6r。ィオンビ−ムの電
圧と電流密度;50正V−0.7仇A′肌。次表は、得
られた各グレーティング試料の効率に関する実験データ
を示したものである。
Shipley's positive photoresist (AZ-1350J
) was applied to a glass substrate with a spinner to a thickness of 0.8 mm, exposed to laser light using a conventional method, and developed to form parallel grating grooves with a sinusoidal cross section (120 mm/mm). candle)
Ion etching was performed on the formed surface. Etching conditions: Ion etching with argon. Incident angle of the ion beam with respect to the substrate surface: 6r. Voltage and current density of ion beam: 50 positive V-0.7 A' skin. The following table shows experimental data regarding the efficiency of each grating sample obtained.

この表からも明らかなように、波長24触れにおける迷
光の測定においては、エッチング時間の長・短にか)わ
らずあまり変化していない。
As is clear from this table, in the measurement of stray light at a wavelength of 24, there is no significant change regardless of whether the etching time is long or short.

又、機械切りで製作した1200本/帆の溝をもつ市販
の他社のグレーティングに比較して迷光が少なく、本発
明によって得られるグレーテイングの方が優れているこ
とも明らかである。第3図、第4図、第5図は、上表中
の試料a、b、fの走査電子顕微鏡写真(倍率1ぴ)で
ある。
It is also clear that the grating obtained by the present invention is superior in that it has less stray light than a commercially available grating made by another company with 1200 grooves per sail produced by machine cutting. 3, 4, and 5 are scanning electron micrographs (magnification: 1 pi) of samples a, b, and f in the above table.

これらの図から明らかなように、本発明によると、第3
図でほゞ正弦波状であった格子溝が、第4図、第5図で
はほゞ鋸歯状の格子溝に形成されていることが明確に示
されている。たゞ、第5図は、第4図に比較して格子溝
がや)不鮮明な感がある。第6図は上表の試料a〜fの
波長効率特性を示したものである。
As is clear from these figures, according to the present invention, the third
It is clearly shown that the grating grooves, which are approximately sinusoidal in the figures, are formed into approximately serrated grating grooves in FIGS. 4 and 5. However, compared to FIG. 4, the lattice grooves in FIG. 5 seem less clear. FIG. 6 shows the wavelength efficiency characteristics of samples a to f in the above table.

この図から明らかなように、試料dのものが短波長にお
いて最も回折効率が高く、試料d、e、fが短波長から
長波長にかけてはゞ一様に効率が変化している。以上の
結果から、本発明により製造されるホログラフィック・
グレーテイングは、エッチング時間の長短等によって効
率に変動があるというものの、エッチング時間をコント
ロールすることにより、十分実用に耐え得るものであり
、且つその製造工程も従来の工程に比較し、基板を自由
に選択できる等の利点があり、本発明による工業的価値
は非常に高い。
As is clear from this figure, sample d has the highest diffraction efficiency at short wavelengths, and the efficiency of samples d, e, and f changes uniformly from short wavelengths to long wavelengths. From the above results, the holographic material manufactured by the present invention
Although the efficiency of gratings varies depending on the length of the etching time, etc., by controlling the etching time, it can be put to practical use, and the manufacturing process is also more flexible than the conventional process. There are advantages such as being able to be selected, and the industrial value of the present invention is very high.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1−1図〜第1−3図は従来の製造法を説明するため
の模式図、第2−1図と第2−2図は本発明の製造法を
説明するための漠式図、第3図〜第5図は本発明の実施
例で得られたホログラフィック・グレーティングの走査
電子顕微鏡写真、第6図は本発明の実施例で得られたホ
ログラフィック・グレーティングの波長効率特性を示す
グラフ。 図中の符号:1・・・・・・基板、2・・・・・・フオ
トレジスト層、3・・・・・・回折格子、4・・・・・
・イオンビーム、5・…・・鋸歯状の格子溝、6・・・
・・・正弦波状の格子溝、a……ブレーズ角。 第1−1図 第1−2図 第1−3図 第2−1図 第2−2図 第3図 第4図 第5図 第6図
1-1 to 1-3 are schematic diagrams for explaining the conventional manufacturing method, and FIGS. 2-1 and 2-2 are vague diagrams for explaining the manufacturing method of the present invention. Figures 3 to 5 are scanning electron micrographs of holographic gratings obtained in Examples of the present invention, and Figure 6 shows wavelength efficiency characteristics of holographic gratings obtained in Examples of the present invention. graph. Codes in the figure: 1...Substrate, 2...Photoresist layer, 3...Diffraction grating, 4...
・Ion beam, 5... Serrated lattice groove, 6...
...Sinusoidal grating groove, a...Blaze angle. Figure 1-1 Figure 1-2 Figure 1-3 Figure 2-1 Figure 2-2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ホログラフイーにより基板上のフオトレジスト層に
断面が正弦波状の平行な格子溝を形成し、この格子溝に
イオンビームを、前記基板面に対し斜め上方で且つ格子
への投影成分が格子溝と平行とならない方向から照射し
て、フオトレジスト層をエツチングすることによりフオ
トレジスト層に鋸歯状の格子溝を形成することを特徴と
するホログラフイツク・グレーテイングの製造方法。
1. Parallel grating grooves with a sinusoidal cross section are formed in the photoresist layer on the substrate by holography, and the ion beam is directed into the grating grooves so that the ion beam is directed diagonally above the substrate surface and the projected component onto the grating is the same as the grating grooves. A method for manufacturing a holographic grating, characterized in that serrated grating grooves are formed in a photoresist layer by etching the photoresist layer with irradiation from non-parallel directions.
JP18554480A 1980-12-29 1980-12-29 Manufacturing method of holographic grating Expired JPS6025761B2 (en)

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