JPS61172101A

JPS61172101A - 回折格子の作成方法

Info

Publication number: JPS61172101A
Application number: JP60012953A
Authority: JP
Inventors: Teizo Maeda; 前田　禎造; Toshihiro Kubota; 敏弘久保田; Kiyokazu Hagiwara; 萩原　清和; Toshihiko Miyazawa; 宮澤　俊彦
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-01-25
Filing date: 1985-01-25
Publication date: 1986-08-02

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。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、光分波器、光合波器９分光器、スキャナ、レ
ンズなどに利用される回折格子の作成方法に関するもの
である。

従来の技術従来の回折格子は、ガラス基体上のホトレジストに、ホ
ログラフィックな方法で露光してつくるため、格子形状
が正弦波状となり、水田、ホログラフィック回折格子；
　０ｈＩ１．ｕｓＥ、７２〜７６　（１９８１年４月）
に示すように回折効率が低いのが欠点である。また回折
効率を高くするには、特許出願公開昭５７−１１２７０
５に示すように、イオンビームを照射して、格子溝形状
を鋸歯状にすることが知られているが、この方法は、面
倒であり、とくに、不等間隔回折格子の場合、格子周期
が短かくなるにつれ、鋸歯状斜面の勾配を大きくするこ
とが必要であり、回折効率の高い回折格子の作成方法が
、非常に面倒であった。

発明が解決しようとする問題点本発明の目的は、回折格子溝形状を、鋸歯状にしなくて
、回折効率の高い回折格子を作成する方法に関するもの
である。

問題点を解決するための手段本発明は、上記問題点を解決するため、ホログラフィッ
クな方法で作成した回折格子に、イオンビームを垂直に
照射させ、かつ、イオンビームの照射時間を、格子周期
に対応して変化させ、格子周期の短いものは、格子溝の
深さを浅くし、格子周期の長いものは、格子溝の深さを
深くなるように格子溝を制御するものである。

作　　用本発明は、上記した方法により、格子周期と格子溝の深
さを一定にすることによって、回折効率の高い回折格子
の作成方法を提供するものである。

実施例本発明による回折格子作成方法の実施例を第１図ないし
第８図に基づいて説明する。第１図は、本発明による回
折格子作成方法のブロック図を示す。ガラスあるいは高
分子材料などからなる基板に、レジストをスピ／すで塗
布し、つぎに、ホログラフィックな方法で露光し、現像
層、回折効率を高くするため、イオンビームを回折格子
面に垂直に照射して、格子形状すなわち格子溝の深さを
制御する。第２図は、本発明の実施例における回折格子
作成方法のうち、レジストの塗布を示したものである。

第２図において、１は基板、２は高分子材料層、３はホ
トレジスト層である。基板１は、ガラス、溶融石英、メ
チルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネイト（
ｐｃ）などを使用する。高分子材料層２は、ホトレジス
ト層より、イオンビームエツチング速度の早いものが必
要である０加熱によって硬化するものでも良く、または
紫外光あるいは遠紫外光によって硬化するものでも良い
。ホトレジスト層３に、たとえば、シブレイ社製のＡＺ
−１３００を用いる場合、高分子材料層には、ＰＭＭＡ
　、ＰＣあるいは、ソマール工業製の５ＥＬ−Ｎなどを
用いることができる。５ＥＬ−Ｎは、ネガ形レジストで
あるが、ポジ形レジストでも良い。ホトレジスト３は、
通常、ＡＺ−１３００のようなポジ形レジストが用いら
れるが、ネガ形レジストでも解像度が高ければ、とくに
問題はない０なお、基板に、高分子材料たとえばＰＭ　
ＭＡなどを用いる−とき、高分子材料層２は省略するこ
とができる０第３図は、露光の一例としてホログラフィ
ックな露光装置を示したものである。４はレーザ光源、
５はビームスプリッタ、６は反射鏡、７はスペイシャル
フィルタ、８はコリメーシジンレンズである。レーザ光
源４には、ホトレジストの感光特性から、Ｈｅ−Ｃｄレ
ーザ（発振波長；４４１６人または３２６０人）が一般
に用いられる。レーザ光源４からの出力光は、ビームス
プリッタで２分し、反射鏡６で反射させ、スペイシャル
フィルタ７のレンズとピンホールによって、不要な回折
光を遮断し、かつ球面発散波に変更し、コリメインシヨ
レンズ８によって平行光束（平面波）にかえて、レジス
ト上に照射する。

露光したレジストは、現像によって干渉縞が発生する。

平面波と平面波の干渉によってできる干渉縞は、等間隔
直線回折格子である。いっぽうのコリメイショレンズを
除くと、平面波と球面波の干渉になり、両方のコリメイ
ショレンズを除くと、球面波と球面波の干渉になり、い
ずれも不等間隔曲線回折格子がえられる。このようにし
て作成した回折格子は、いずれも不等間隔回折格子であ
る。

ホログラフィックな方法で作成した回折格子は、第４図
に、その−例を示すように、断面９が正弦波状である。

このような回折格子は、回折効率が３３．９％以下で低
い。回折効率を高くするには、格子溝形状を、正弦波状
より変化させることが必要である。本発明は、第５図お
よび第６図に示すように、回折格子の格子面に垂直にイ
オンビームを照射し、格子溝の深さを格子周期に対して
調節することにより、回折効率を向上させる方法に関す
るものである。以下、具体的な実験例を用いて、詳細に
説明する。

ガラス基板上に、ンマール株式会社製のＰＭＭＡ系ネガ
ホトレジストＳＭＲ−８を、スピンナで、厚さ６μｍに
塗布し、６０°Ｃで３０分間、乾燥后、２２０〜４００
ｎｍに波更を有する高圧水銀灯の光を照射して、光硬化
させた。つぎに、シブレイ社のホトレジス）１３００−
３７を、厚さ３μｍに塗布し、９０″Ｃで２５分間乾燥
させた。つぎに、波長４４１．６　ｎｍのＨｅ−Ｃｄレ
ーザを用いて、２０秒間、ホログラフィック露光をし、
現像によってエツチングをおこなった。ホログラフィッ
ク露光は、平面波と平面波による方法と、平面波と球面
波による２つの方法でおこなった。前者は、等間隔直線
回折格子、後者は、不等間隔曲線回折格子をつくる。つ
ぎに、イオンビームエツチング装置を用い、回折格子面
上に、垂直にＡτ（アルゴン）イオンからなるイオンビ
ームを照射させ、格子溝の深さを深くした。回折格子が
等間隔直線回折格子の硼合、第６図に示すように、回折
格子を、イオンビームの照射方向１０と直角方向すなわ
ち点線矢印１１の方向に、一定速度で移動させた０回折
格子が不等間隔回折格子の場合、第６図に示す期が小さ
く、すなわち格子溝の深さが小さくなるにともない、照
射時間を短かくした０照射時間の制御は、計算機制御に
よっておこなった０第７図に示すようく、等間隔直線回
折格子の場合、格子周期のと溝の深さｄとの関係が、ａ
　＝　１μ、−＝１．６６μのとき、透過光に対する回
折効率は、７８％であった。また、不等間隔回折格子の
場合、格子周期６〜０．５μまで連続的に変化している
場合で、旦＝１．５５に格子溝を調整した結果、回折効
率は、７２％であった。

発明の効果本発明は、ホログラフインクな方法で作成した回折格子
の表面上に、イオンビームを垂直に照射させることによ
って、格子溝の深さを格子周期に対して調節することに
より、回折効率の高い回折格子を容易に作成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による回折格子作成方法のブロック図
、第２図は、レジスト塗布方法を示す図、第３図は、ホ
ログラフィックな露光装置の一例を示す図、第４図は、
ホログラフィックな方法で作成した回折格子の断面図、
第６図は、平面波と平面波で作成した等間隔直線回折格
子面上に、イオンビームを照射して、格子溝を深くした
場合の断面図、第６図は、平面波と球面波で作成した不
等間隔曲線回折格子面上に、イオンビームを照射して、
格子溝を深くした場合の断面図、第７図は、回折格子の
格子断面図で、格子周期と溝の深さを示した図である。１・・・・・・基板、２・・・・・・高分子材料層、３
・川・・ホトレジスト層、４・・・・・・レーザ光源、
６・・・・・・ビームスプリッタ、６・・・・・・反射
鏡、７・・・・・・スペイシャルフィルタ、８・・・・
・・コリメイションレンズ、１０・・・・・・イオンビ
ーム照射方向、１１・・・・・・基板移動方向。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名・−
〜　９０’Ｊ−− 第４図第５因第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基体上に高分子材料層を塗布し、硬化させた後、
この上にホトレジスト層を塗布し、このホトレジスト層
をホログラフィックな方法で露光し、現像によって、回
折格子を作成し、つぎに、イオンビームを回折格子表面
上に垂直に照射させることにより、回折格子の溝の深さ
を制御することを特徴とする回折格子の作成方法。
（２）高分子材料層は、ホトレジストであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の回折格子の作成方法
。
（３）高分子材料層の硬化は、加熱、紫外線露光または
遠紫外線露光によることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の回折格子の作成方法。
（４）高分子材料層または高分子材料基体のイオンビー
ムエッチング速度は、ホトレジスト層のイオンビームエ
ッチング速度にくらべて、大であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の回折格子の作成方法。
（５）回折格子は、等間隔直線回折格子であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の回折格子の作成方
法。
（６）回折格子は、不等間隔曲線回折格子であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の回折格子の作成
方法。
（７）不等間隔曲線回折格子の場合、回折格子の格子周
期が短かくなるにつれ、イオンビームの照射時間を短か
くすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の回
折格子の作成方法。
（８）イオンビーム照射時に、等間隔直線回折格子の場
合、イオンビームの照射方向と直角方向に、基板を一定
速度で移動させることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の回折格子の作成方法。
（９）イオンビーム照射時に、不等間隔曲線回折格子の
場合、イオンビームの照射方向と直角方向に基板を移動
させるが、格子周期が短かくなるにつれ、移動速度を早
くすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の回
折格子の作成方法。
（１０）高分子材料からなる基体上にホトレジスト層を
塗布し、このホトレジスト層をホログラフィックな方法
で露光し、現像によって回折格子を作成し、つぎに、イ
オンビームを回折格子表面上に垂直に照射させることに
より、回折格子の溝の深さを制御することを特徴とする
回折格子の作成方法。
（１１）高分子材料層または高分子材料基体のイオンビ
ームエッチング速度は、ホトレジスト層のイオンビーム
エッチング速度にくらべて、大であることを特徴とする
特許請求の範囲第１０項記載の回折格子の作成方法。
（１２）回折格子は、等間隔直線回折格子であることを
特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の回折格子の作
成方法。
（１３）回折格子は、不等間隔曲線回折格子であること
を特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の回折格子の
作成方法。
（１４）不等間隔曲線回折格子の場合、回折格子の格子
周期が短かくなるにつれ、イオンビームの照射時間を短
かくすることを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載
の回折格子の作成方法。
（１５）イオンビーム照射時に、等間隔直線回折格子の
場合、イオンビームの照射方向と直角方向に、基板を一
定速度で移動させることを特徴とする特許請求の範囲第
１０項記載の回折格子の作成方法。
（１６）イオンビーム照射時に、不等間隔曲線回折格子
の場合、イオンビームの照射方向と直角方向に基板を移
動させるが、格子周期が短かくなるにつれ、移動速度を
早くすることを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載
の回折格子の作成方法。