JPH02199402A - 回折格子のプレス成形用金型の作製方法および回折格子の作製方法 - Google Patents
回折格子のプレス成形用金型の作製方法および回折格子の作製方法Info
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- JPH02199402A JPH02199402A JP1020025A JP2002589A JPH02199402A JP H02199402 A JPH02199402 A JP H02199402A JP 1020025 A JP1020025 A JP 1020025A JP 2002589 A JP2002589 A JP 2002589A JP H02199402 A JPH02199402 A JP H02199402A
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- Japan
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- diffraction grating
- press
- mold
- carbide
- tungsten
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- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は微細加工を施した高精度な光学素子の一つであ
る、様々な形状の回折格子を容易に且つ大量に作製する
方法に関するものである。
る、様々な形状の回折格子を容易に且つ大量に作製する
方法に関するものである。
従来の技術
高精度な回折格子を作製するためには、非常に微細な加
工が必要である。従来は機械加工により、軟らかい材料
の表面に一本一木溝を形成することによって、回折格子
を作製していた。しかしながら、このような方法では溝
の間隔は数μmにするのが限界であり、ザブミクロンの
加工はできない。
工が必要である。従来は機械加工により、軟らかい材料
の表面に一本一木溝を形成することによって、回折格子
を作製していた。しかしながら、このような方法では溝
の間隔は数μmにするのが限界であり、ザブミクロンの
加工はできない。
そこで、最近では、半導体技術を応用した加工方法が検
討されている。
討されている。
例えば、1rNIKKEI MECHANICAJ1
9B5.6.17.P、85に示されているように、レ
ジスト上に等間隔で他のレジストをライン状に形成し、
イオン流によって物理的に斜方エツチングを行い、のこ
ぎり刃状にレジストを加工する方法や、特願昭61−3
31972号に示されているように、レジストに、三光
束干渉露光法によって、ホログラム回折格子を形成する
方法等が提案されている。
9B5.6.17.P、85に示されているように、レ
ジスト上に等間隔で他のレジストをライン状に形成し、
イオン流によって物理的に斜方エツチングを行い、のこ
ぎり刃状にレジストを加工する方法や、特願昭61−3
31972号に示されているように、レジストに、三光
束干渉露光法によって、ホログラム回折格子を形成する
方法等が提案されている。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、これらの方法では一つの回折格子を作製
するのに大変時間がかかり、また、再現性にも問題があ
り、同じものを大量に作製することは大変困難であり、
作製時間およびコストが非常にかかってしまう。
するのに大変時間がかかり、また、再現性にも問題があ
り、同じものを大量に作製することは大変困難であり、
作製時間およびコストが非常にかかってしまう。
また、これらの方法で作製さた回折格子はレジスト等の
軟らかい材料であるので、耐久性に欠ける。
軟らかい材料であるので、耐久性に欠ける。
本発明では上記課題に鑑み、物理的方法で高強度な材料
の表面に直接、所望の形状の回折格子を作製することを
目的としている。
の表面に直接、所望の形状の回折格子を作製することを
目的としている。
課題を解決するための手段
上記課題を解決するために、本発明では母材にタングス
テンカーバイド(WC)を主成分とする超硬合金または
チタンナイトライド(T i N)、チタンカーバイド
(TiC)、クロムカーバイド(Cr3C,、)あルイ
はアルミ+ (A、ffi、、 03)を主成分とする
サーメットを用い、プレス面には白金(Pt)、パラジ
ウム(Pd)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)
、オスミウム(Os )、ルテニウム(Ru)、レニウ
ム(Re)、タングステン(W)、タンタル(Ta)の
うち、少なくとも一種類以上の金属を含む合金薄膜をコ
ーティングして構成される光学素子のプレス成形用平型
の表面に感光性樹脂を塗布し、適当な間隔でラインアン
ドスペースのパターンを形成し、イオン流に対して経時
的に入射角を変化させながら、全体を均一に物理的にエ
ツチングし、コーティングした合金薄膜上に所望の形状
の回折格子を形成して、プレス成形用金型を作製し、該
金型を用いてガラスをプレス成形することによって、ガ
ラス表面に所望の形状の回折格子を転写して、ガラス製
の回折格子を作製することによって、耐久性の優れた回
折格子を容易に、且つ、再現性良く、大量に作製できる
ようにしたものである。
テンカーバイド(WC)を主成分とする超硬合金または
チタンナイトライド(T i N)、チタンカーバイド
(TiC)、クロムカーバイド(Cr3C,、)あルイ
はアルミ+ (A、ffi、、 03)を主成分とする
サーメットを用い、プレス面には白金(Pt)、パラジ
ウム(Pd)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)
、オスミウム(Os )、ルテニウム(Ru)、レニウ
ム(Re)、タングステン(W)、タンタル(Ta)の
うち、少なくとも一種類以上の金属を含む合金薄膜をコ
ーティングして構成される光学素子のプレス成形用平型
の表面に感光性樹脂を塗布し、適当な間隔でラインアン
ドスペースのパターンを形成し、イオン流に対して経時
的に入射角を変化させながら、全体を均一に物理的にエ
ツチングし、コーティングした合金薄膜上に所望の形状
の回折格子を形成して、プレス成形用金型を作製し、該
金型を用いてガラスをプレス成形することによって、ガ
ラス表面に所望の形状の回折格子を転写して、ガラス製
の回折格子を作製することによって、耐久性の優れた回
折格子を容易に、且つ、再現性良く、大量に作製できる
ようにしたものである。
作用
本発明は上記した方法によって、微細加工を施した光学
素子のプレス成形用型を作製し、この型を用いることに
よって光学性能の良い高精度な光学素子を直接プレスし
て、大量に成形することを可能としたものである。
素子のプレス成形用型を作製し、この型を用いることに
よって光学性能の良い高精度な光学素子を直接プレスし
て、大量に成形することを可能としたものである。
実施例
以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する
。
。
実施例1
最初に、母材として直径20mm、厚さ6mmのWCを
主成分とする超硬合金を用い、この型の表面を超微細な
ダイヤモンド砥粒を用いて鏡面に研摩した。次に、この
鏡面上にスパッタ法により5μmの厚みでPt−Ru合
金薄膜を保護膜とじてコーティングして平面形状のプレ
ス成形用型を作製した。このようにして構成される未加
工のプレス成形用型の断面構造間を第1図に示した。第
1図において、11は母材、12は保護膜である。
主成分とする超硬合金を用い、この型の表面を超微細な
ダイヤモンド砥粒を用いて鏡面に研摩した。次に、この
鏡面上にスパッタ法により5μmの厚みでPt−Ru合
金薄膜を保護膜とじてコーティングして平面形状のプレ
ス成形用型を作製した。このようにして構成される未加
工のプレス成形用型の断面構造間を第1図に示した。第
1図において、11は母材、12は保護膜である。
次に、第1図に示した平型の表面にP MMA(ポリメ
チルメタアクリレ−1−)樹脂をスピンコーティングに
より、0.5μmの厚みで成膜し、120°Cで20分
間プリベークした後、エキシマレーザを光源として、線
幅1μmのラインアンドスペースのマスクパターンを密
着露光法により樹脂に焼き付けて現像を行った。このよ
うにして平型の表面に線幅1μm1段差0.5μmのラ
インアンドスペースのパターンをPMMA樹脂で作製し
た。この状態での断面図を第2図に示した。第2図にお
いて、21は母材、22は保護膜、23はPMMA樹脂
である。
チルメタアクリレ−1−)樹脂をスピンコーティングに
より、0.5μmの厚みで成膜し、120°Cで20分
間プリベークした後、エキシマレーザを光源として、線
幅1μmのラインアンドスペースのマスクパターンを密
着露光法により樹脂に焼き付けて現像を行った。このよ
うにして平型の表面に線幅1μm1段差0.5μmのラ
インアンドスペースのパターンをPMMA樹脂で作製し
た。この状態での断面図を第2図に示した。第2図にお
いて、21は母材、22は保護膜、23はPMMA樹脂
である。
この金型を、イオン流に対する角度を経時的に変化させ
ることができるECR(エレクトロンサイクロトロン共
鳴)プラズマイオンシャワーエツチング装置にセットし
た。第3図には、このECRプラズマイオンシャワーエ
ツチング装置の概略図を示した。第3図において、31
はECRプラズマ発生装置、32はイオン引き出し電極
、33はシャッター、34は傾斜角の制御可能な基板ホ
ルダー、35は排気装置である。初め金型はイオン流に
対して直角にセットされているが、基板傾斜角の制御装
置のスイッチを入れると制御装置にプログラムした通り
に基板傾斜角がイオン流に対して経時的に変化する。本
実施例では基板傾斜角をイオン流に対して45°から1
35°までの間で経時的に種々変化させた。
ることができるECR(エレクトロンサイクロトロン共
鳴)プラズマイオンシャワーエツチング装置にセットし
た。第3図には、このECRプラズマイオンシャワーエ
ツチング装置の概略図を示した。第3図において、31
はECRプラズマ発生装置、32はイオン引き出し電極
、33はシャッター、34は傾斜角の制御可能な基板ホ
ルダー、35は排気装置である。初め金型はイオン流に
対して直角にセットされているが、基板傾斜角の制御装
置のスイッチを入れると制御装置にプログラムした通り
に基板傾斜角がイオン流に対して経時的に変化する。本
実施例では基板傾斜角をイオン流に対して45°から1
35°までの間で経時的に種々変化させた。
まず、第1の例としては角速度を一定にしてPMMA樹
脂が全てエツチングされるまでエツチングを行った。こ
の方法で作製した回折格子のプレス成形用金型の断面図
を第4図に示す。第4図において、41は母材、42は
保護膜、43は加工後の回折格子の断面形状である。第
4図から明らかなように、角速度を一定にした場合は、
2μmピッチで段差が0.8μmで左右対称のウェーブ
形状の回折格子のプレス成形用金型が得られていること
がわかる。
脂が全てエツチングされるまでエツチングを行った。こ
の方法で作製した回折格子のプレス成形用金型の断面図
を第4図に示す。第4図において、41は母材、42は
保護膜、43は加工後の回折格子の断面形状である。第
4図から明らかなように、角速度を一定にした場合は、
2μmピッチで段差が0.8μmで左右対称のウェーブ
形状の回折格子のプレス成形用金型が得られていること
がわかる。
別の例として、イオン流に対する基板傾斜角が45°か
ら90°までと90°から135°で角速度を大きく変
化させてPMMA樹脂が総てエツチングされるまでエツ
チングを行った。この方法で作製した回折格子のプレス
成形用金型の断面図を第5図に示す。第5図において、
51は母材、52は保護膜、53は加工後の回折格子の
断面形状である。第5図から明らかなように、イオン流
に対する基板傾斜角が45°から90°までと90°か
ら135°で角速度が大きく異なる場合には、ピッチは
2μmで一定であるが、波の頂点が左右いずれかに偏っ
たウェーブ形状の回折格子のプレス成形用金型が得られ
ていることがわかる。
ら90°までと90°から135°で角速度を大きく変
化させてPMMA樹脂が総てエツチングされるまでエツ
チングを行った。この方法で作製した回折格子のプレス
成形用金型の断面図を第5図に示す。第5図において、
51は母材、52は保護膜、53は加工後の回折格子の
断面形状である。第5図から明らかなように、イオン流
に対する基板傾斜角が45°から90°までと90°か
ら135°で角速度が大きく異なる場合には、ピッチは
2μmで一定であるが、波の頂点が左右いずれかに偏っ
たウェーブ形状の回折格子のプレス成形用金型が得られ
ていることがわかる。
以上のようにイオン流に対する基板傾斜角の角速度を変
化させることによって、回折格子のプレス成形用金型の
ウェーブ形状を制御することができる。また、エツチン
グする前の平型の表面に形成したPMMA樹脂のライン
アンドスペースのパターンを変えることによって、回折
格子のプレス成形用金型のピッチおよび段差を制御する
ことができる。
化させることによって、回折格子のプレス成形用金型の
ウェーブ形状を制御することができる。また、エツチン
グする前の平型の表面に形成したPMMA樹脂のライン
アンドスペースのパターンを変えることによって、回折
格子のプレス成形用金型のピッチおよび段差を制御する
ことができる。
従って、本発明の方法によって耐久性の優れたガラス製
の回折格子を容易に、且つ、再現性良く作製する為の高
強度で耐熱性の優れた回折格子のプレス成形用金型を得
るこ“とができるようになった。なお、実施例1におい
て、母材としてWCを主成分とする超硬合金を用い、保
護膜としてptRu合金薄膜を用いた金型について示し
たが、母材としてはWCを主成分とした超硬合金と同様
の強度を持ったチタンナイトライド(TiN)、チタン
カーバイド(T i C) 、クロムカーバイド(Cr
3C2)あるいはアルミナ(Aj2208)を主成分と
するサーメットを用いても、また、保護膜としてはPt
−Ru合金薄膜と同様にガラスプレスに対する耐久性の
ある白金(Pt)、パラジウム(Pd)、イリジウム(
Ir)、ロジウム(Rh)、オスミウム(Os)、ルテ
ニウム(Ru)、レニウム(Re)、タングステン(W
)。
の回折格子を容易に、且つ、再現性良く作製する為の高
強度で耐熱性の優れた回折格子のプレス成形用金型を得
るこ“とができるようになった。なお、実施例1におい
て、母材としてWCを主成分とする超硬合金を用い、保
護膜としてptRu合金薄膜を用いた金型について示し
たが、母材としてはWCを主成分とした超硬合金と同様
の強度を持ったチタンナイトライド(TiN)、チタン
カーバイド(T i C) 、クロムカーバイド(Cr
3C2)あるいはアルミナ(Aj2208)を主成分と
するサーメットを用いても、また、保護膜としてはPt
−Ru合金薄膜と同様にガラスプレスに対する耐久性の
ある白金(Pt)、パラジウム(Pd)、イリジウム(
Ir)、ロジウム(Rh)、オスミウム(Os)、ルテ
ニウム(Ru)、レニウム(Re)、タングステン(W
)。
クンタル(Ta)のうち、少なくとも一種類以上の金属
を含む合金薄膜を用いても同様の金型が得られることは
言うまでもない。
を含む合金薄膜を用いても同様の金型が得られることは
言うまでもない。
また、実施例1において、物理的なエツチング方法とし
てECRプラズマイオンシャワーエツチングを用いたが
、反応性イオンエツチング、反応性イオンビームエツチ
ングやスパッタエツチング等のエツチング方法を用いて
も、同様の効果が得られることは言うまでもない。
てECRプラズマイオンシャワーエツチングを用いたが
、反応性イオンエツチング、反応性イオンビームエツチ
ングやスパッタエツチング等のエツチング方法を用いて
も、同様の効果が得られることは言うまでもない。
実施例2
実施例1に示した方法で作製することができた回折格子
のプレス成形用金型を用いてガラス表面に金型形状をプ
レス成形して、ガラス製回折格子を作製した例を示す。
のプレス成形用金型を用いてガラス表面に金型形状をプ
レス成形して、ガラス製回折格子を作製した例を示す。
実施例1の第4図および第5図に示した金型を上型に、
そして、超硬合金にPt−Ru合金薄膜をコーティング
した平型を下型にして、第6図に示したプレス成形機に
セットする。第6図において、61は上型用固定ブロッ
ク、62は上型用加熱ヒーター、63は上型、64は平
板ガラス、65は下型、66は下型用加熱ヒーター、6
7は下型用固定ブロック、68は上型用熱電対、69は
下型用熱電対、610はプランジャー、611は位置決
め用センサー、612はストッパー613は覆いである
。
そして、超硬合金にPt−Ru合金薄膜をコーティング
した平型を下型にして、第6図に示したプレス成形機に
セットする。第6図において、61は上型用固定ブロッ
ク、62は上型用加熱ヒーター、63は上型、64は平
板ガラス、65は下型、66は下型用加熱ヒーター、6
7は下型用固定ブロック、68は上型用熱電対、69は
下型用熱電対、610はプランジャー、611は位置決
め用センサー、612はストッパー613は覆いである
。
次に、酸化鉛(PbO)70重量%、シリカ(Sin)
27重量%および残りが微量成分からなる半径10mm
、厚さ2胴の円板状の平板ガラス64を上下の型63お
よび65の下型65の上に置き、その上に上型63を置
き、そのまま520°Cまで昇温し、窒素雰囲気で約4
0kg/c+llのプレス圧によりプレスして2分間保
持し、その後、そのままの状態で上下の型を300°C
まで冷却して、プレス成形されたガラス製回折格子を取
り出して、ガラス製回折格子成形の工程を完了する。
27重量%および残りが微量成分からなる半径10mm
、厚さ2胴の円板状の平板ガラス64を上下の型63お
よび65の下型65の上に置き、その上に上型63を置
き、そのまま520°Cまで昇温し、窒素雰囲気で約4
0kg/c+llのプレス圧によりプレスして2分間保
持し、その後、そのままの状態で上下の型を300°C
まで冷却して、プレス成形されたガラス製回折格子を取
り出して、ガラス製回折格子成形の工程を完了する。
以上の工程を繰り返して10000回目のプレス終了時
に、上型63をプレス成形機より取りはずして、プレス
面の状態を光学顕微鏡で観察し、その時のプレス面の表
面粗さ(RMS値、入)を測定して、型精度を評価した
。
に、上型63をプレス成形機より取りはずして、プレス
面の状態を光学顕微鏡で観察し、その時のプレス面の表
面粗さ(RMS値、入)を測定して、型精度を評価した
。
プレス試験の結果を第1表に示した。試料No、 1お
よび2のように、ここで作製した型においては、100
00回プレス後でも、表面粗さ(RMS値)で、それぞ
れ、11.5人および11.4人でほとんど荒れず、型
形状も変化していないことがわかる。
よび2のように、ここで作製した型においては、100
00回プレス後でも、表面粗さ(RMS値)で、それぞ
れ、11.5人および11.4人でほとんど荒れず、型
形状も変化していないことがわかる。
このように、本発明によって高精度なガラス製回折格子
をプレス成形により容易に、且つ、大量に作製すること
が可能となった。
をプレス成形により容易に、且つ、大量に作製すること
が可能となった。
(以 下 余 白)
発明の効果
本発明の方法により、所望の形状のガラス製回折格子を
プレス成形するための金型を作製することが可能となり
、この金型を用いることによって、耐久性の優れたガラ
ス製回折格子を容易に、かつ、大量に作製できるように
なった。
プレス成形するための金型を作製することが可能となり
、この金型を用いることによって、耐久性の優れたガラ
ス製回折格子を容易に、かつ、大量に作製できるように
なった。
第1図、第2図、第4図および第5図は本発明の回折格
子のプレス成形用型の断面の概略図、第3図はECRプ
ラズマイオンシャワーエツチング装置の概略図、第6図
は実施例における回折格子のプレス成形用型を組み込ん
だプレス成形機の概略図である。 11・・・・・・母材、12・・・・・・保護膜。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名似!
子のプレス成形用型の断面の概略図、第3図はECRプ
ラズマイオンシャワーエツチング装置の概略図、第6図
は実施例における回折格子のプレス成形用型を組み込ん
だプレス成形機の概略図である。 11・・・・・・母材、12・・・・・・保護膜。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名似!
Claims (2)
- (1)母材にはタングステンカーバイド(WC)を主成
分とする超硬合金またはチタンナイトライド(TiN)
、チタンカーバイド(TiC)、クロムカーバイド(C
r_3C_2)あるいはアルミナ(Al_2O_3)を
主成分とするサーメットを用い、プレス面には白金(P
t)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、ロジ
ウム(Rh)、オスミウム(Os)、ルテニウム(Ru
)、レニウム(Re)、タングステン(W)、タンタル
(Ta)のうち、少なくとも一種類以上の金属を含む合
金薄膜をコーティングして構成される光学素子のプレス
成形用平型の表面に感光性樹脂を塗布し、等間隔でライ
ンアンドスペースのパターンを形成し、イオン流に対し
て、経時的に入射角を変化させながら、全体を均一に物
理的にエッチングし、コーティングした合金薄膜上に所
望の形状の回折格子を形成することを特徴とする回折格
子のプレス成形用金型の作製方法。 - (2)母材にはタングステンカーバイド(WC)を主成
分とする超硬合金またはチタンナイトライド(TiN)
、チタンカーバイド(TiC)、クロムカーバイド(C
r_3C_2)あるいはアルミナ(Al_2O_3)を
主成分とするサーメットを用い、プレス面には白金(P
t)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、ロジ
ウム(Rh)、オスミウム(Os)、ルテニウム(Ru
)、レニウム(Re)、タングステン(W)、タンタル
(Ta)のうち、少なくとも一種類以上の金属を含む合
金薄膜をコーティングして構成される光学素子のプレス
成形用平型の表面に感光性樹脂を塗布し、等間隔でライ
ンアンドスペースのパターンを形成し、イオン流に対し
て、経時的に入射角を変化させながら、全体を均一に物
理的にエッチングし、コーティングした合金薄膜上に所
望の形状の回折格子を形成して作製した回折格子のプレ
ス成形用金型を用いて、平板ガラスを加熱加圧して、平
板ガラスの表面に回折格子を転写して、ガラス製の回折
格子を作製することを特徴とする回折格子の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1020025A JPH0823602B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 回折格子のプレス成形用金型の作製方法および回折格子の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1020025A JPH0823602B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 回折格子のプレス成形用金型の作製方法および回折格子の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02199402A true JPH02199402A (ja) | 1990-08-07 |
| JPH0823602B2 JPH0823602B2 (ja) | 1996-03-06 |
Family
ID=12015542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1020025A Expired - Fee Related JPH0823602B2 (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | 回折格子のプレス成形用金型の作製方法および回折格子の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0823602B2 (ja) |
Cited By (8)
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1989
- 1989-01-30 JP JP1020025A patent/JPH0823602B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH0823602B2 (ja) | 1996-03-06 |
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