JPH0827404B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents
光学素子の製造方法Info
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- JPH0827404B2 JPH0827404B2 JP61265938A JP26593886A JPH0827404B2 JP H0827404 B2 JPH0827404 B2 JP H0827404B2 JP 61265938 A JP61265938 A JP 61265938A JP 26593886 A JP26593886 A JP 26593886A JP H0827404 B2 JPH0827404 B2 JP H0827404B2
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- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光学素子の製造方法に関するものであり、
特に光学特性の優れた薄膜形微小光学素子を提供するも
のである。
特に光学特性の優れた薄膜形微小光学素子を提供するも
のである。
従来の技術 近年、マイクロフレネルレンズやマイクログレーティ
ング等の薄膜形微小光学素子は、小形軽量で種々の機能
を有する光学素子として注目されている。種々の光分布
や高効率を実現しようとすると、フレネルレンズやグレ
ーティングの断面形状を制御する必要がある。例えば、
断面形状を適当な膜厚で鋸歯状とすると、回折効率はほ
ぼ100％という高効率を実現することができる。
ング等の薄膜形微小光学素子は、小形軽量で種々の機能
を有する光学素子として注目されている。種々の光分布
や高効率を実現しようとすると、フレネルレンズやグレ
ーティングの断面形状を制御する必要がある。例えば、
断面形状を適当な膜厚で鋸歯状とすると、回折効率はほ
ぼ100％という高効率を実現することができる。
従来の薄膜形微小光学素子の製造方法としては、まず
第2a図に示すように、基板１上に電子ビームレジスト２
とAu等の帯電防止膜３を塗布又は堆積し、ｂに示すよう
に電子ビーム４の加速電圧は一定のまま電子ビーム４の
走査回数等を制御してレジスト２上に直接描画してレジ
ストを露光し、その後ｃに示すように帯電防止膜３のエ
ッチング現像処理をすることにより断面形状が鋸歯状の
フレネルレンズ，グレーティング2Aを製造するという方
法があった。（藤田他：“電子ビーム描画作製によるブ
レーズ化マイクロフレネルレンズ",電子通信学会論文誌
（ｃ）,J66−C,1,pp。85−91（昭58−１）） 発明が解決しようとする問題点 このような従来の方法では、低質量の電子ビームを用
いて描画しているため，レジスト内や基板からの散乱の
ためいわゆる近接効果が生じ、さらにはレジストの感度
特性を正確に補正して露光量を調整する必要があり、第
３図ｃに示すようなグレーティングのだれや表面の凹凸
が生じやすく、理想的な鋸歯形状の実現は難しく、つま
りは良好な光学特性をもつ光学素子は得られなかった。
第2a図に示すように、基板１上に電子ビームレジスト２
とAu等の帯電防止膜３を塗布又は堆積し、ｂに示すよう
に電子ビーム４の加速電圧は一定のまま電子ビーム４の
走査回数等を制御してレジスト２上に直接描画してレジ
ストを露光し、その後ｃに示すように帯電防止膜３のエ
ッチング現像処理をすることにより断面形状が鋸歯状の
フレネルレンズ，グレーティング2Aを製造するという方
法があった。（藤田他：“電子ビーム描画作製によるブ
レーズ化マイクロフレネルレンズ",電子通信学会論文誌
（ｃ）,J66−C,1,pp。85−91（昭58−１）） 発明が解決しようとする問題点 このような従来の方法では、低質量の電子ビームを用
いて描画しているため，レジスト内や基板からの散乱の
ためいわゆる近接効果が生じ、さらにはレジストの感度
特性を正確に補正して露光量を調整する必要があり、第
３図ｃに示すようなグレーティングのだれや表面の凹凸
が生じやすく、理想的な鋸歯形状の実現は難しく、つま
りは良好な光学特性をもつ光学素子は得られなかった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、光学特性
の優れた薄膜形光学素子を提供することを目的とする。
の優れた薄膜形光学素子を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 本発明は、基板上にポジ形レジストを塗布し、イオン
ビームを用いて、その加速電圧を、光学素子の形状に対
応するように変化させながら、上記ポジ形レジストに集
束させて描画し、現像処理を行い、上記レジストの膜厚
を変化させるものである。
ビームを用いて、その加速電圧を、光学素子の形状に対
応するように変化させながら、上記ポジ形レジストに集
束させて描画し、現像処理を行い、上記レジストの膜厚
を変化させるものである。
作用 本発明は電子ビームに比べて質量の重いイオンビーム
を用いているためレジスト内での散乱が生じにくくな
る。又、イオンの侵入深さは加速電圧に依存して変化す
ることを利用して深さ方向の露光制御を精密に行うこと
が出来る。
を用いているためレジスト内での散乱が生じにくくな
る。又、イオンの侵入深さは加速電圧に依存して変化す
ることを利用して深さ方向の露光制御を精密に行うこと
が出来る。
実 施 例 第１図は本発明の一実施例のグレーティングの製造工
程図である。同図において、１は基板、６はポジ形レジ
スト、３は帯電防止膜である。本実施例では、基板１と
してガラス，ポジ形レジスト６としてPMMA,帯電防止膜
３としてAu膜を用いた。しかるに，基板１としてはグレ
ーティングの使用波長において透過率の優れているもの
なら何でもよい。又Au膜３はイオンビーム５の帯電を防
止するためだけに用いているものであり、イオンビーム
５の帯電の心配のない場合、つまり基板１あるいはレジ
スト２が導電性のある場合には必要がないし、Al等の他
の金属薄膜でもよい。
程図である。同図において、１は基板、６はポジ形レジ
スト、３は帯電防止膜である。本実施例では、基板１と
してガラス，ポジ形レジスト６としてPMMA,帯電防止膜
３としてAu膜を用いた。しかるに，基板１としてはグレ
ーティングの使用波長において透過率の優れているもの
なら何でもよい。又Au膜３はイオンビーム５の帯電を防
止するためだけに用いているものであり、イオンビーム
５の帯電の心配のない場合、つまり基板１あるいはレジ
スト２が導電性のある場合には必要がないし、Al等の他
の金属薄膜でもよい。
次に、製造工程について説明する。まず、第１図ａに
示すように基板１の上に、ポジ形レジスト６を例えば、
1.3μｍ塗布し、その上に帯電防止膜３を例えば、100Å
真空蒸着した。次に、第１図ｂに示すように製造する例
えば、周期５μｍのグレーティング２′の形状に対応す
るように、イオンビーム５の加速電圧を周期的に大きな
値から小さな値へと、又は小さな値から大きな値へと変
化させて、ポジ形レジスト６に集束させて直接描画し
た。本発明者らは、イオンビーム５のレジスト６層内へ
の侵入深さは、イオンビーム５の加速電圧で決まり、多
少露光量がオーバーしても、現像後の膜厚はほぼ一定で
あることを発見した。例えば、イオンビームとしてBe2+
を用い、加速電圧の大きさが、50KV,100KV,150KV,200KV
で適性露光以上のとき、現像によりはく離したレジスト
６の膜厚は、それぞれ、0.5μm,0.8μm,1.0μm,1.2μｍ
となり露光量には依存せず加速電圧でほぼ決定された。
又、イオンビーム５は基板１側にほとんど透過しないの
で、レジスト６の感度がよくなり、描画時間も短くなっ
た。
示すように基板１の上に、ポジ形レジスト６を例えば、
1.3μｍ塗布し、その上に帯電防止膜３を例えば、100Å
真空蒸着した。次に、第１図ｂに示すように製造する例
えば、周期５μｍのグレーティング２′の形状に対応す
るように、イオンビーム５の加速電圧を周期的に大きな
値から小さな値へと、又は小さな値から大きな値へと変
化させて、ポジ形レジスト６に集束させて直接描画し
た。本発明者らは、イオンビーム５のレジスト６層内へ
の侵入深さは、イオンビーム５の加速電圧で決まり、多
少露光量がオーバーしても、現像後の膜厚はほぼ一定で
あることを発見した。例えば、イオンビームとしてBe2+
を用い、加速電圧の大きさが、50KV,100KV,150KV,200KV
で適性露光以上のとき、現像によりはく離したレジスト
６の膜厚は、それぞれ、0.5μm,0.8μm,1.0μm,1.2μｍ
となり露光量には依存せず加速電圧でほぼ決定された。
又、イオンビーム５は基板１側にほとんど透過しないの
で、レジスト６の感度がよくなり、描画時間も短くなっ
た。
本実施例では、Be2+ビーム５の加速電圧を、例えばグ
レーティング20の山の部分は1KV,谷の部分は220KVと設
定し、グレーティング２′形状に対応するように1KVか
ら220KVまでなめらかに変化させた。最後に、帯電防止
膜３をエッチングして除去し、現像処理をすると、第１
図ｃに示すように、描画したイオンビームの加速電圧が
高いところほど、レジスト６が多くはく離して、レジス
ト６の膜厚を変化させることができ、これによりグレー
ティング20を得た。グレーティング20は、イオンビーム
５のレジスト６内での散乱、又は基板１からの散乱の影
響を受ける。いわゆる近接効果の影響もなく、設計通り
のだれや凹凸のない良好な鋸歯状の断面形状が実現でき
た。さらに、イオンビーム５の侵透深さは露光量によら
ずほぼ加速電圧で決まるので、従来例のようにレジスト
６の感度特性を正確に補正して露光量を調整する必要も
なくなり、再現性よく良好な断面形状が容易に実現する
ことができた。つまりは、光学特性のよいグレーティン
グ20が得られた。
レーティング20の山の部分は1KV,谷の部分は220KVと設
定し、グレーティング２′形状に対応するように1KVか
ら220KVまでなめらかに変化させた。最後に、帯電防止
膜３をエッチングして除去し、現像処理をすると、第１
図ｃに示すように、描画したイオンビームの加速電圧が
高いところほど、レジスト６が多くはく離して、レジス
ト６の膜厚を変化させることができ、これによりグレー
ティング20を得た。グレーティング20は、イオンビーム
５のレジスト６内での散乱、又は基板１からの散乱の影
響を受ける。いわゆる近接効果の影響もなく、設計通り
のだれや凹凸のない良好な鋸歯状の断面形状が実現でき
た。さらに、イオンビーム５の侵透深さは露光量によら
ずほぼ加速電圧で決まるので、従来例のようにレジスト
６の感度特性を正確に補正して露光量を調整する必要も
なくなり、再現性よく良好な断面形状が容易に実現する
ことができた。つまりは、光学特性のよいグレーティン
グ20が得られた。
レジスト６の膜厚は本実施例ではｄ＝1.3μｍとした
が、これは、グレーティング20の使用波長をHe−Neレー
ザのλ＝0.63,28μｍとし、レジスト６のPMMAの屈折率
がｎ＝1.5であるため、１次回折効率はｄ＝λ／（ｎ−
１）＝1.3のとき最大となるためである。ポジ形のレジ
ストの屈折率は、1.5〜1.7程度であるため、高効率を得
ようとした場合、レジスト６の膜厚は２＝２λ以下でよ
いことがわかった。
が、これは、グレーティング20の使用波長をHe−Neレー
ザのλ＝0.63,28μｍとし、レジスト６のPMMAの屈折率
がｎ＝1.5であるため、１次回折効率はｄ＝λ／（ｎ−
１）＝1.3のとき最大となるためである。ポジ形のレジ
ストの屈折率は、1.5〜1.7程度であるため、高効率を得
ようとした場合、レジスト６の膜厚は２＝２λ以下でよ
いことがわかった。
本実施例では、イオンとしてBe2+を用いた場合につい
て説明したが、他のイオンを用いても同様の効果が得ら
れた。このとき、イオンの質量が重いほど侵入深さが浅
くなったため、加速電圧をイオンの質量に応じて適切に
設定する必要があった。又、加速電圧が250KV以下を実
用として考えたとき、質量27のAl2+は250KVで侵入深さ
が0.8μｍであり、質量28のSi2+は250KVで侵入深さが0.
6μｍであった。グレーティング20等の光学素子は使用
波長λ＝0.4〜１μｍのものが多いので、レジスト６の
最大膜厚は２λ程度つまりは0.8μｍ〜２μｍ必要であ
る。以上の実験から、質量27以下のイオンを用いると、
特に高効率をもつ光学素子が実現できることを発見し
た。本実施例ではレジスト６としてPMMAを用いた場合に
ついて説明したが、他のレジストについても同様に効果
があった。
て説明したが、他のイオンを用いても同様の効果が得ら
れた。このとき、イオンの質量が重いほど侵入深さが浅
くなったため、加速電圧をイオンの質量に応じて適切に
設定する必要があった。又、加速電圧が250KV以下を実
用として考えたとき、質量27のAl2+は250KVで侵入深さ
が0.8μｍであり、質量28のSi2+は250KVで侵入深さが0.
6μｍであった。グレーティング20等の光学素子は使用
波長λ＝0.4〜１μｍのものが多いので、レジスト６の
最大膜厚は２λ程度つまりは0.8μｍ〜２μｍ必要であ
る。以上の実験から、質量27以下のイオンを用いると、
特に高効率をもつ光学素子が実現できることを発見し
た。本実施例ではレジスト６としてPMMAを用いた場合に
ついて説明したが、他のレジストについても同様に効果
があった。
第２図は、本発明の一実施例の作製完了後のグレーテ
ィング20の使用例を示すものである。基板１側から、入
射光７として例えばHe−Neレーザ光を入射させると、グ
レーティング20により回折されて、入射光７とは違った
角度で回折光８として出射される例である。
ィング20の使用例を示すものである。基板１側から、入
射光７として例えばHe−Neレーザ光を入射させると、グ
レーティング20により回折されて、入射光７とは違った
角度で回折光８として出射される例である。
本実施例では、周期５μｍのグレーティング20を作製
したため、回折光８の出射角度は、入射光７に対して約
７゜であった。又、本実施例によりだれのない良好なグ
レーティング20が作製できたため、回折された光の割合
は、100％に近い良好なものであった。又、入射光７は
グレーティング20側から入射してもよい。
したため、回折光８の出射角度は、入射光７に対して約
７゜であった。又、本実施例によりだれのない良好なグ
レーティング20が作製できたため、回折された光の割合
は、100％に近い良好なものであった。又、入射光７は
グレーティング20側から入射してもよい。
又、本実施例では断面形状が鋸歯状のグレーティング
について説明を行ってきたが、種々の断面形状をもつグ
レーティングやフレネルレンズ等の他の薄膜形微小光学
素子の製造方法についても同様の効果が得られるのは言
うまでもない。
について説明を行ってきたが、種々の断面形状をもつグ
レーティングやフレネルレンズ等の他の薄膜形微小光学
素子の製造方法についても同様の効果が得られるのは言
うまでもない。
発明の効果 以上のように本発明は、集束イオンビームを用いて、
その加速電圧を、光学素子の形状に対応するように変化
させながらポジ形レジストに照射させて描画し、現像処
理を行い、上記レジストの膜厚を変化させることによ
り、レジスト内の散乱と基板からの散乱が起こりにくく
なるため、良好な鋸歯形状の断面を有する光学素子が実
現され、同時にまた、イオンビームは基板側にほとんど
透過しないでレジスト内に留まるため、レジストの感度
が良くなり描画時間の短縮が図れ、さらに、イオンの侵
入深さは加速電圧に依存することを利用することによ
り、多少露光量がオーバしても、現像後の膜厚はその影
響を受けず、深さ方向の膜厚制御を再現性よく精密に行
なうことができるため、光学特性の良い光学素子が実現
できるという優れた効果を有する。
その加速電圧を、光学素子の形状に対応するように変化
させながらポジ形レジストに照射させて描画し、現像処
理を行い、上記レジストの膜厚を変化させることによ
り、レジスト内の散乱と基板からの散乱が起こりにくく
なるため、良好な鋸歯形状の断面を有する光学素子が実
現され、同時にまた、イオンビームは基板側にほとんど
透過しないでレジスト内に留まるため、レジストの感度
が良くなり描画時間の短縮が図れ、さらに、イオンの侵
入深さは加速電圧に依存することを利用することによ
り、多少露光量がオーバしても、現像後の膜厚はその影
響を受けず、深さ方向の膜厚制御を再現性よく精密に行
なうことができるため、光学特性の良い光学素子が実現
できるという優れた効果を有する。
第１図，第２図はそれぞれ本発明の一実施例のグレーテ
ィングの製造工程図および構成図、第３図は従来例のグ
レーティングの製造工程図である。 １……基板、20……グレーティング、５……イオンビー
ム、６……ポジ形レジスト。
ィングの製造工程図および構成図、第３図は従来例のグ
レーティングの製造工程図である。 １……基板、20……グレーティング、５……イオンビー
ム、６……ポジ形レジスト。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−112705（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−172101（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−27505（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】基板上にポジ形レジストを塗布し、上記レ
ジストにイオンビームを、光学素子の形状に対応するよ
うに加速電圧を変化させながら集束させて描画し、現像
処理を行い上記レジストの膜厚を変化させることを特徴
とする光学素子の製造方法。 - 【請求項２】イオンの質量は27以下であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の光学素子の製造方
法。 - 【請求項３】光学素子はフレネルレンズであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光学素子の製造
方法。 - 【請求項４】光学素子はグレーティングであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光学素子の製造
方法。 - 【請求項５】レジストの膜厚は光学素子の使用波長の２
倍以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の光学素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61265938A JPH0827404B2 (ja) | 1986-11-07 | 1986-11-07 | 光学素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61265938A JPH0827404B2 (ja) | 1986-11-07 | 1986-11-07 | 光学素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63118701A JPS63118701A (ja) | 1988-05-23 |
| JPH0827404B2 true JPH0827404B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=17424164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61265938A Expired - Lifetime JPH0827404B2 (ja) | 1986-11-07 | 1986-11-07 | 光学素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0827404B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6025761B2 (ja) * | 1980-12-29 | 1985-06-20 | 株式会社島津製作所 | ホログラフイック・グレ−ティングの製造方法 |
| JPS6127505A (ja) * | 1984-07-18 | 1986-02-07 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | プレ−ズ光学素子の製造方法 |
| JPS61172101A (ja) * | 1985-01-25 | 1986-08-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 回折格子の作成方法 |
-
1986
- 1986-11-07 JP JP61265938A patent/JPH0827404B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63118701A (ja) | 1988-05-23 |
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