JPS6123521B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋸歯状の切り口をもつた平面回折格子
すなわちエシエレツト格子（Echelete Grating）
の基板とその製造方法に関し、詳しくは基板上の
薄膜にホログラフイによつて形成した回折格子を
マスクとして、イオンビームにより前記基板をエ
ツチングして得られるエシエレツト格子に適した
基板とその製造方法に関するものである。

エシエレツト格子は各種の分光機器、光通信用
の光集積回路等に利用されているが、最近、ホロ
グラフイ技術とイオンビームエツチング技術を用
いて製造されるエシエレツト格子が提案されてい
る。この提案のエシエレツト格子は、通常の機械
的エツチングによる回折格子（ルールド・グレー
テイング）に比較して回折効率が高く、安価であ
り、溝の位置精度も高く、しかも多数の溝を設け
ることができるなど多くの利点をもつている。そ
してこの提案のエシエレツト格子は、第１図に示
すように、GaAs単結晶又はポリメチル・メタク
リレート（以下PMMAという）の基板１上に感
光剤であるフオトレジスト（例えばAZ−1350）
の薄膜２を被覆し（工程Ａ）、コヒーレント光を
照射して露光・現像・処理することにより基板上
の薄膜に回折格子３を形成し（工程Ｂ）、この回
折格子をマスクとしてイオンビームを照射し基板
１をエツチングすることにより製造される（工程
Ｃ）。

しかしながら、このような方法でエシエレツト
格子を製作する場合には、基板の選定が非常に重
要である。回折波面の精度は基板の面精度によつ
てほとんど決定されるし、イオンエツチングを行
なう場合のエツチレートが高くなければならない
し、さらには、フオトレジストと化学反応をおこ
すものであつてはならない。そして反射率の高い
ものも基板としては不適当である。これらのこと
を考慮して従来の各種基板の素材について検討し
てみると、ガラス、石英はエツチレートが低い以
外は優れている。Au、Ag、Cuの蒸着膜はエツチ
レートは高く都合がよいが反射率が高い。エポキ
シ樹脂はルールド・グレーテイングに使用されて
いるが、エツチレートが低い。PMMA樹脂はエ
ツチレートが高いが面精度がえられにくい。

このように従来の基板はそれぞれ一長一短をも
つてあり、ホログラフイ技術とイオンビームエツ
チング技術を用いて製造するエシエレツト格子の
基板としてはあまり適当でない。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、ガラ
ス又は石英の板の一面にPMMA薄膜を付着した
基板から成り、この基板は、低温重合法であるレ
ゾツクス触媒法によつて得られるPMMAに1wt％
程度の架橋剤を加え、これをガラス又は石英の板
の一面にスピンナー塗布して得られる。本発明の
エシエレツト格子の基板は、面精度も高くしかも
エツチレートが高いので、優れたエシエレツト格
子が得られ、殊に温度変化に基づく熱膨脹による
回折精度への影響や経年変化の極めて少ないエシ
エレツト格子を得ることができる。ポリメチルメ
タクリレートの高分子は線状構造を有している
が、これを架橋することによつて３次元的な網目
構造とすることができるので、化学的、熱的に安
定化し、硬度が高くなる。又イオンエツチングに
よつて取除かれる量は、前者は大きいのでエツチ
ングされた表面が荒れるが、これに対し後者は小
さいので表面の荒れは少なく、光の散乱も少なく
なり光学的に品質のよいグレーテイングが得られ
る。

以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
第２図Ａに示すように、フロートガラス又は石英
の板（大きさ；30×30×５mm、精度；数フリン
ジ）４に１μ厚のPMMA薄膜５を次の方法で付
着させた。

メタクリル酸メチルモノマーを蒸溜法によつて
安定剤を除去し、B.P.O（過酸化ベンゾイル）
0.05〜0.1wt％加え、80℃に加温し、スピンナー
塗布を行うのに適当な粘度に増粘後冷却、これを
レゾツクス触媒法によりＮ・N′ジメチルアニリ
ンとB.P.Oをそれぞれ1wt％調合して予備重合
PMMAモノマーを得、これに加橋剤（エチレン
グリコールメタクリレート）を1wt％追加混合し
てPMMAを化学的に安定させた。このようにし
て得られたPMMAをフロートガラス又は石英の
板表面にスピンナー塗布（3000〜4000rpm）した
後ベーキング（110℃、30〜60分）を行つた。

なお、上記製造方法において、架橋剤を加えな
かつた場合には重合度が低くなりホトレジストと
化学反応を起し、感光度が低下して良好なホログ
ラフイツクグレーテイングが得られなかつた。
又、比較的低温で重合度を高くできるレゾツクス
触媒法を用いているので精度の高い基板表面が得
られたが、重合度の高いPMMAペレツトを溶剤
に溶かしたものをスピンナー塗布し170℃程度の
高温でベーキングする通常の方法（Ｘ線リゾグラ
フイ法によつてシリコン基板に感光剤として
PMMA被膜を形成する場合に用いられる方法）
では、基板表面の精度は低く不適当であつた。

上記で得られた基板に第２図Ｂに示すようにフ
オトレジスト（AZ1350）２を400〜600nｍの厚さ
に塗布し、ホログラフイ装置により600、1200、
1800/nmの３種のホログラフイツクグレーテ
イングを製作した。用いたレーザ光源は波長
325nｍのHe−Cdレーザービームであり、現像液
はAZ303を用いた。

次にイオンエツチング装置を用い上記３種のホ
ログラフイツクグレーテイングをマスクとして、
このグレテイングの面の斜め上方で且つグレーテ
イングへの投影成分が格子の溝と平行とはならな
い方向から60〜80゜の各種の入射角度でアルゴン
イオンを入射せしめエツチングを行い、第２図Ｃ
に示すように種々のブレーズド角（Blazed
angle）θをもつたエシエレツト格子を得た。

第３図〜第６図は上記実施例で得られたエシエ
レツト格子の回折効率の一例を示すものであり、
いずれも回折効率が高く性能のよいエシエレツト
格子といえる。又、エツチレートは第７図に示す
ように種々のイオンビーム入射角に対してそれぞ
れ高いエツチレートが得られ、PMMAの板をそ
のまゝ基板として用いた場合と差異がなく、しか
も回折波面の精度はPMMAの板のまゝを基板と
して用いた従来のエシエレツト格子が７〜８フリ
ンジであるのに対し、本発明の基板を用いたエシ
エレツト格子は1/4以下のフリンジであり、この
ことはエシエレツト格子の分解能がそれだけ非常
に高いことを示すものである。

更に室温から45℃に昇温し、得られたエシエレ
ツト格子の温度変化による回折波面精度への影響
を比較したところ第８図の結果を得た。第８図で
Ａ，Ｃは本発明のエシエレツト格子の干渉縞、
Ｂ，Ｄは従来のエシエレツト格子の干渉縞であ
り、Ａ，Ｂは室温の場合、Ｃ，Ｄは45℃に昇温し
た場合をそれぞれ示す。このＯ次光の干渉縞の写
真からも明らかなように上記従来のエシエレツト
格子は30〜40フリンジ（約５倍）に低下したが、
本発明の場合はフリンジ数には変化がなく、温度
変化による影響が極めて少ないことが判つた。こ
のことは温度特性による測定値の補正も不要であ
り、分光器などへの適用範囲も広く極めて好都合
である。

更に本発明を用いたエシエレツト格子は、機械
的強度が高く、たわみなどによる分解能への影響
がなく長寿命である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のエシエレツト格子の製造法の説
明図、第２図は本発明の基板を用いたエシエレツ
ト格子の製造法の説明図、第３〜６図は本発明の
実施例で得られたエシエレツト格子の回折効率の
一例を示す図、第７図は本発明による基板のエツ
チレートを示す図、第８図は温度変化による波面
精度の測定写真を示す図である。 １……基板、２……フオトレジスト薄膜、３…
…回折格子、４……ガラス又は石英の板、５……
PMMA薄膜、θ……ブレーズト角。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガラス又は石英の板の一面に架橋ポリメチル
   メタクリレートの薄膜を付着して成ることを特徴
   とするホログラフイ技術とイオンビームエツチン
   グ技術を用いて製造するエシエレツト格子の基
   板。 ２ レゾツクス触媒法によつて得られるポリメチ
   ルメタクリレートに架橋剤を加え、この架橋剤を
   加えたポリメチルメタクリレートをガラス又は石
   英の板の一面にスピンナー塗布した後ベーキング
   してポリメチルメタクリレートの薄膜を形成する
   ことを特徴とするホログラフイ技術とイオンビー
   ムエツチング技術を用いて製造するエシエレツト
   格子の基板の製造方法。 ３ 架橋剤がエチレングリコールメタクリレート
   である特許請求の範囲第２項に記載のホログラフ
   イ技術とイオンビームエツチング技術を用いて製
   造するエシエレツト格子の基板の製造方法。 ４ 架橋剤を1wt％加える特許請求の範囲第２項
   又は第３項に記載のホログラフイ技術とイオンビ
   ームエツチング技術を用いて製造するエシエレツ
   ト格子の基板の製造方法。