JPH06201907A - ブレーズ格子製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度のブレーズ格子を作製する。 【構成】 基板上に塗布したポジ型レジストを露光，現
像して基板上に所定のグレーティングパターンを形成す
る工程と、このグレーティングパターンの稜線が水平面
と平行な状態を維持した状態で基板を傾斜させ、この状
態で基板を回転させながらエネルギー硬化型樹脂を塗布
してブレーズの斜面に対応したパターンを形成する工程
と、グレーティングパターンの稜線が水平面と平行な状
態でエネルギー硬化型樹脂を硬化させる工程とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はブレーズ格子を光学的に
製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】微小光学系は、レーザーピックアップを
初めとして広範囲に利用されており、その製造方法とし
てはフォトリソグラフィーが一般的に用いられている。
例えば、回折現象を利用したホログラムに光が入射する
と、必要となる＋１次回折光だけでなく、−１次回折光
や高次の回折光も生じるが、ホログラムの断面形状をブ
レーズ化すると共役な回折光が不均一となり、＋１次回
折光の回折効率を高めることが可能となる。この場合、
適当な高さで理想的な直角三角形のいわいる鋸歯形状に
することにより、回折効率がほぼ１００％という高効率
を実現できる。

【０００３】このブレーズ化ホログラムの製作方法とし
て、従来は図１３〜図１７に示す方法が行われている。
すなわち、図１３に示すように、基板１の表面にフォト
レジスト２を塗布し、このフォトレジスト２上をクロム
マスク３ａで覆って露光したのち現像して図１４に示す
パターン４ａを製作する。その後、再びフォトレジスト
２を塗布して、図１５に示すように、クロムマスク３ｂ
を覆って露光した後、現像して図１６に示すように、２
段形状のパターン４ｂを製作する。続けてこれまでの一
連の工程を繰り返すことによって、図１７に示すように
階段状のブレーズパターンを形成する。

【０００４】これに対し、図１８〜図２１はマスクを用
いずに電子ビームにより描画するため、特開昭６０−１
６８１０４号公報に記載された別の従来方法を示す。ま
ず、図１８に示すように、基板１の表面のフォトレジス
ト２を塗布した後、電子ビーム６を一次関数的に変化さ
せながら順次走査することによって、図１９に示すよう
に、レジストへのドーズ量分布を鋸歯形状とし、現像後
に図２０に示すように、基板１上に電子ビーム６による
ブレーズパターン７を形成する。または、電子ビームの
形状自体を変化させて円形状ではなく図２１に示すよう
に３角形をした三角形電子ビーム８を順次走査すること
によってレジストのドーズ量分布を図１９に示すよう
に、鋸歯形状として現像し、これにより基板１上に電子
ビームによるブレーズパターン７を形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１３
〜図１７に示した前者の方法では、理想的な鋸歯形状を
製作することは困難となっていた。これは、第１に複数
のマスクを用いて露光現象を繰り返す場合、マスクの位
置合わせが非常に困難だからである。すなわち、ブレー
ズ形状自体数μｍの大きさであるので位置合わせの精度
は、０．１μｍ以下という高精度が要求されると共に、
１枚の水平面内の縦横にわたって位置を合わせる一連の
工程を複数回繰り返す必要があるために、位置合わせに
よるずれが、必然的に生じるためである。

【０００６】第２にマスク自体の精度において、１枚の
面内ばらつき及び複数枚利用することでのそれぞれのマ
スクの位置ずれが生じるためであり、加えて、露光工程
においても繰り返し行うことによるばらつきが生じるた
めである。そして、このようなばらつきは、露光工程を
増やすにつれて増大し、最終的にはこれらの工程から得
られるブレーズの斜面が直線ではなく階段形状となる。
これにより、工程を増やしても斜面が直線形状とはなら
ない。以上のように、前者の従来方法では製作に困難が
伴い、しかも製作されるブレーズが階段形状のブレーズ
であるために共役な回折光の強度化を充分に得ることが
できない問題があった。

【０００７】次に、後者の従来方法では、電子ビームに
強弱を付けて露光を行っているが、この電子ビームのス
ポット径は空間的領域を有することから、強度分布を生
じている。すなわち、電子ビームスポット径９の強度分
布１０は図２２に示すように、中心部の強度分布が、周
辺部の強度分布に比べて大きい。このため現像後には図
２３に示すように、基板１上のフォトレジスト２の斜面
に微小な凸凹１１が生じる。この凸凹１１は集束光を散
乱させるため、回折効率が悪くなるという問題がある。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、理
想的な鋸歯形状に近い断面形状を有するブレーズ格子を
容易に、しかも高精度に製造することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、基
板上に塗布したポジ型レジストを露光，現像して基板上
に所定のグレーティングパターンを形成する工程と、こ
のグレーティングパターンの稜線が水平面と平行な状態
を維持した状態で基板を傾斜させ、この状態で基板を回
転させながらエネルギー硬化型樹脂を塗布してブレーズ
の斜面に対応したパターンを形成する工程と、前記グレ
ーティングパターンの稜線が水平面と平行な状態で前記
エネルギー硬化型樹脂を硬化させる工程とを備えている
ことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】上記構成において、ポジ型レジストをパターニ
ングプロセスに用いることにより、鋸歯形状の垂直壁面
を構成する部分の先端を鋭利とすることができる。ま
た、基板を傾けた状態で回転させ、エネルギー硬化型樹
脂を塗布することにより、余剰の樹脂が遠心力により飛
ばされて、残余の樹脂の表面張力によりブレーズ格子の
斜面を形成できる。そして、基板を傾けた状態で樹脂を
硬化させることにより、鋸歯形状のブレーズ格子を高精
度に作製できる。

【００１０】

【実施例】図１ないし図１０は本発明の一実施例を製造
工程を示す。まず、図１に示すように、ガラスからなる
基板１上に高解像度を有したポジ型フォトレジスト１２
を均一な膜厚に塗布した後、０．５μｍ以下の線幅でピ
ッチが数μｍ程度のパターンが形成されたクロムマスク
３を用いて紫外線２５を照射し露光する。そして、アル
カリ水溶液を用いて現像し、基板１上に図２および図３
に示すような先端が鋭角になっている回折格子１３を作
製する。

【００１１】回折格子１３の先端は基板側に比較して細
くそして鋭角になっているが、その理由は以下の通りで
ある。光を用いて非常に高い解像度の微細加工を行う場
合、露光像のコントラストが低くなる。このような高解
像度で低コントラストの露光を行った場合、現像によっ
て形成されるレジストの断面形状をポジ型とネガ型では
異なっている。図４はポジ型フォトレジストの断面形成
を、図５はネガ型のそれを示し、フォトレジストが感光
した部分を水平の線分１４で示してある。ポジ型、ネガ
型共にコントラストが低い露光をしているためにレジス
トによる吸収があり、基板に近い部分ほど感光部分の割
合が少なくなっている。そしてこのような条件で露光さ
れたレジストを現像すると、ポジ型は光がいちばん強く
当たった場所の表面からレジストが溶ける一方、ネガ型
は光がいちばん弱く当たった場所から溶ける。これによ
り、ネガ型では回折格子上部に平面部を有した形状１５
が得られるが（図５参照）、ポジ型では回折格子上部が
鋭角にとがった形状１６が得られる（図４参照）。

【００１２】以上の理由から、ポジ型フォトレジスト１
２を用いた場合に、細くとがった回折格子１３を形成す
ることができる。そして、このようにして得られたグレ
ーティングパターンは、最終的にはブレーズ格子の壁面
を構成する。すなわち、グレーティングパターンの側面
は、ブレーズ格子の鉛直面を構成し、グレーティングパ
ターンの鋭角な先端部はブレーズ格子の鋭角な先端部を
構成する。

【００１３】この回折格子１３を形成した後、図６に示
すように、その稜線１７が回転面１８に対し平行で、し
かも回転面１８に対して特定の角度θを有するように基
板１をスピンコーターに固定する。図７はこのスピンコ
ーター２６を示し、側面２７は回転面に対して角度θを
有して傾斜している。この角度θは回折格子１３の高さ
ｈとピッチｔから、ｔａｎθ＝ｈ／ｔで規定される。稜
線１７が回転面と平行になるように基板１をスピンコー
ター２６の側面２７にセットしたのち、図８に示すよう
に吸引穴２８を通してエア吸引することにより基板１が
側面２７と密着する。このようにして、スピンコーター
２６に取り付けた後、スピンコーター２６を回転させな
がら基板１に充分なレジストを塗布する。このとき、ス
ピンコーターを動作させてフォトレジストを塗布すると
共に、遠心力によって余分なフォトレジストを取り除い
て、図９および図１０に示すように、フォトレジストの
平面２０を形成してブレーズ形状をしたフォトレジスト
層２７を作製する。そして、基板１の水平面に対する傾
きを維持した状態のままベーキングを施してフォトレジ
ストの硬化を行い、平面２０を斜面とするブレーズ格子
を作製する。

【００１４】このようにして得られた平面２０はブレー
ズ格子の斜面を構成するため、上述した工程により、ブ
レーズ格子を製造できる。このようにして、得られたブ
レーズ格子は、ポジ型フォトレジストを用いて鋭角なブ
レーズの壁面を形成しているためにブレーズの頂角を形
成できる。また従来のような積み重ねによる形成や、電
子線による物理的な除去といったようにブレーズの斜面
をいずれかの媒体による加工で形成することなく、大気
中でのフォトレジストの表面張力により界面が形成され
ているので平滑性に優れている。また、各ブレーズ斜面
自身の平面度に優れ且つ各ブレーズ斜面相互の平行度に
優れることから理想的な直角三角形のいわゆる鋸歯形状
に形成することが可能となるために高精度のブレーズ格
子を効率良く製作できる。

【００１５】図１１および図１２は、このブレーズ格子
２７を利用してスタンパ２４を形成する工程を示す。ま
ず、ブレーズ格子２７を中性洗剤、もしくは弱アルカリ
性洗剤で洗浄し、次いで有効な増感活性化処理すなわち
塩化スズ水溶液によるセンシタイザー及び塩化パラジウ
ム水溶液によるアクチベーションを行い、活性化された
表面に活性金属の核を形成させる。

【００１６】次いで、この活性化された表面にほぼ室温
でＮｉあるいはＣｒによる無電解メッキを行い、電解メ
ッキ用の導電性基層２２を形成する。このときの導電性
基層２２の厚さは１０００Å程度である。その後、Ｎｉ
またはＣｒの電解メッキを行って、金属体２３を形成
し、この金属体２３を活性化した表面との間の界面で、
ブレーズ格子２１から分離し、金属性のスタンパ２４を
作製する。このスタンパ２４を入子とした射出成形用の
金型を製作した後、成形用樹脂としてＰＭＭＡ（ポリメ
チルメタアクリレート）を用いて射出成形法によりスタ
ンパ２４の形状を反転したブレーズ格子２１と同形状の
成形品を作製する。このように成形品を作製することに
より同一形状のブレーズ格子を迅速に、大量に、安く製
作することが可能となり、量産性に優れる。

【００１７】尚、本実施例では、ポジ型レジストの硬化
型、これと同様のレジストを塗布してブレーズ格子を得
たが、これに限らず、ポジ型レジストの硬化後は、例え
ば、ネガ型レジスト、ＵＶ硬化型樹脂、熱硬化型樹脂等
のエネルギー型樹脂を用いても、同様の効果を得ること
ができる。

【００１８】

【発明の効果】このような本発明では、ポジ型フォトレ
ジストを用いて鋭角なブレーズの壁面を形成するため、
ブレーズの頂角を鋭角にできる。また、大気中でのフォ
トレジストの表面張力により界面が形成されているので
平滑性に優れており、しかも各ブレーズ斜面相互の平行
度に優れる。以上のことから理想的な直角三角形のいわ
ゆる鋸歯形状に形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フォトレジスト塗布後の露光を示す断面図であ
る。

【図２】回折格子を示す断面図である。

【図３】回折格子を示す斜視図である。

【図４】ポジ型レジストの現像を示す断面図である。

【図５】ネガ型レジストの現像を示す断面図である。

【図６】基板の傾きを示す斜視図である。

【図７】スピンコーターの斜視図である。

【図８】スピンコーターの斜視図である。

【図９】ブレーズ格子の斜視図である。

【図１０】ブレーズ格子の断面図である。

【図１１】スタンパ作製の断面図である。

【図１２】スタンパの断面図である。

【図１３】従来方法の断面図である。

【図１４】従来方法の断面図である。

【図１５】従来方法の断面図である。

【図１６】従来方法の断面図である。

【図１７】従来方法の断面図である。

【図１８】別の従来方法の断面図である。

【図１９】別の従来方法の断面図である。

【図２０】別の従来方法の断面図である。

【図２１】別の従来方法の断面図である。

【図２２】別の従来方法の問題点を示す説明図である。

【図２３】別の従来方法の問題点を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ フォトレジスト ３ クロムマスク １３ 回折格子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に塗布したポジ型レジストを露
   光，現像して基板上に所定のグレーティングパターンを
   形成する工程と、 このグレーティングパターンの稜線が水平面と平行な状
   態を維持した状態で基板を傾斜させ、この状態で基板を
   回転させながらエネルギー硬化型樹脂を塗布してブレー
   ズの斜面に対応したパターンを形成する工程と、 前記グレーティングパターンの稜線が水平面と平行な状
   態で前記エネルギー硬化型樹脂を硬化させる工程とを備
   えていることを特徴とするブレーズ格子製造方法。