JP2920164B2 - 複製回折格子のための反射性保護膜 - Google Patents

複製回折格子のための反射性保護膜

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JP2920164B2
JP2920164B2 JP10016380A JP1638098A JP2920164B2 JP 2920164 B2 JP2920164 B2 JP 2920164B2 JP 10016380 A JP10016380 A JP 10016380A JP 1638098 A JP1638098 A JP 1638098A JP 2920164 B2 JP2920164 B2 JP 2920164B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は回折格子に関し、
とくに回折格子の寿命延長のための手法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】レーザにおいて特定の
一つの波長を中心とするごく狭い範囲の波長成分だけを
共振空胴に向けて反射するのに回折格子がよく用いられ
る。その特定波長の光エネルギーが空洞内で共振し、空
胴のもう一方の端部にある部分反射鏡から放出される。
それら回折格子およびそれら回折格子の製造方法は米国
特許第５，０８０，４６５号、同第５，４３６，７６４
号および同第５，４９３，３９３号に記載してあるの
で、それら特許番号を挙げてそれら特許明細書の内容を
この明細書に組み入れる。
【０００３】通常は、マスタ回折格子をまず製造する。
次に、このマスタ回折格子を用いて多数のレプリカ、す
なわち複製格子を作る。これら複製格子の各々を他の格
子の形成のためのマスタ格子として用いることもでき
る。したがって、マスタ格子に比べて複製は低コストで
製造できる。
【０００４】上記米国特許第５，０８０，４６５号明細
書に説明してあるとおり、マスタ回折格子はガラスなど
基板の全面にアルミニウムを堆積させることによって作
ることができる。次に、ごく狭い間隔の溝をそのアルミ
ニウム層に形成するのに、干渉計応用型制御を受けるダ
イヤモンド工具を用いる。溝と溝との間の間隔は回折格
子からの反射光の波長に関連するとともに、回折格子に
より反射可能な光波長範囲の狭さに関連する。一つの実
施例では、ダイヤモンドは１インチあたり数万本程度の
溝を形成する。回折格子は１０インチ四方の程度の大き
さと１インチ程度の厚さを備える。したがって、物理的
エッチングによる高精度マスタ回折格子形成は長い時間
と多大の費用を要するプロセスである。
【０００５】マスタ回折格子ができ上がると、その格子
の複製を次のプロセスで作る。上記米国特許第５，４３
６，７６４号特許に記載されているようなレリーズ剤の
被膜をマスタの表面に形成する。この被膜の形成は真空
反応室中で行うのが望ましい。次に、このレリーズ剤の
層の表面にアルミニウムなどの反射性物質の薄い（例え
ば厚さ１ミクロン）層をスパッタリングまたは蒸着によ
り形成する。次に、そのマスタ回折格子を真空反応室か
ら取り出す。上記米国特許第５，０８０，４６５号記載
の液状エポキシ層をそのアルミニウムの表面に塗布し、
そのエポキシ層の上にガラス基板を載せる。エポキシ層
が硬化したのち、ガラス層、エポキシ層およびアルミニ
ウム層をマスタ回折格子から取り外し、マスタ回折格子
の複製を得る。
【０００６】マスタ回折格子から複製を取り外す際にこ
の複製のアルミニウム薄膜層に感知不可能な微小な損傷
が生ずることを本願発明者は見出した。
【０００７】レーザ光ビーム発生のための波長選択性反
射鏡としてこの複製回折格子を用いると、その格子は高
い強度の光エネルギーによる照射を受ける。長期間にわ
たる強い光線への露出により溝の形状に変化が生ずる。
そのために、所望の回折位数において反射率が損なわ
れ、溝角度の大規模な変動により光エネルギーの一部が
他の回折位数にシフトし、溝表面の小規模な歪みにより
光エネルギーの一部が失われる。
【０００８】この種の複製の寿命は延長できないものと
これまで考えられてきた。
【０００９】複製製造の際に通常厚さ約１ミクロンに堆
積させたアルミニウム被膜はマスタ回折格子からの引き
外しの段階で外力を受け、その被膜にごく微小な割れ目
を生じやすいことを本願発明者は見出した。それら微小
な割れ目のために、回折格子をエキシマレーザに装着し
て使用した場合に、ごく一部ながら紫外線がアルミニウ
ム層の下のエポキシ層に漏れ出る。エポキシ層に達した
紫外線はエポキシの光分解を引き起こし、ガスを発生さ
せてエポキシ層の上のアルミニウム被膜にブリスターを
生じさせる。回折格子の反射面に起因する散乱損失はこ
のブリスターによって著しく増大する。また、紫外線は
エポキシの体収縮を引き起こし、そのために当初の溝の
形状が変化し、所望の回折位数における反射率を損な
う。回折格子の寿命はこのようにして著しく制限され、
この種の回折格子利用レーザ装置の製造に支障を生じて
いる。
【００１０】したがって、複製回折格子の寿命を延ばせ
るように改良した複製プロセスが必要である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】レーザ用回折格子の複製
形成のための慣用のプロセスに一つのステップを追加し
て上述の問題を解消する。
【００１２】すなわち、マスタ回折格子から複製を取り
外して清浄化したのちそのレプリカの表面にアルミニウ
ムの薄い反射性保護膜を堆積させるステップを追加する
ことによって、慣用のプロセスを改善する。この保護膜
形成は真空反応室内でスパッタリングまたは蒸着によっ
て行う。この保護膜は後続の工程で損傷の原因となるよ
うな力を受けることはないので光遮断性を維持する。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は慣用のプロセスによって形
成したマスタ回折格子１０の断面図である。一つの実施
例では、マスタ回折格子１０は厚さ１インチであり、ガ
ラス基板１２とその表面の蝕刻したアルミニウム層１６
とから成る。アルミニウム層１６は通常厚さ５ミクロン
であり、上記先行技術特許明細書に記載のとおり、ダイ
ヤモンドの触針により溝１８を形成するように機械的に
蝕刻する。アルミニウム層１６の溝１８の様子は、実際
には層１６に１インチあたり10,000本以上の溝を形成す
るので、図では誇張して示してある。一つの実施例で
は、溝１８の間隔は１２ミクロンである。マスタ回折格
子１０は上記以外のプロセスで作ってもよく、また他の
マスタの複製でも差し支えない。
【００１４】図２乃至図６はこのマスタ回折格子１０の
複製を形成するための慣用のプロセスの工程を図解して
いる。
【００１５】マスタ回折格子１０をウェーハ製造用のも
のと同様の真空反応室に入れる。次に、シリコン油やそ
の他の周知のレリーズ剤などから成るレリーズ剤１９を
アルミニウム層の上に堆積させてレリーズ層２０を形成
する。レリーズ層２０は分子数個分程度の厚さ（例えば
１乃至２ナノメートル）のごく薄いものが望ましい。レ
リーズ層２０の厚さは慣用のウェーハ製造プロセスで用
いる周知の光学的方法によって判定できる。
【００１６】次に、アルミニウム２１を図３に示すとお
りレリーズ層２０上に蒸着またはスパッタにより堆積さ
せ、厚さ約１ミクロンのアルミニウム層を形成する。次
に、マスタ回折格子１０を真空反応室から取り出す。
【００１７】次に、図４に示すとおりアルミニウム層２
２を覆って液状エポキシ２４を堆積させる。エポキシ層
２４の厚さは任意に（例えば１５ミクロン）選ぶことが
できる。
【００１８】さらに、図５に示すとおりエポキシ層２４
の上に追加の機械的支持体としてのガラス基板２６を必
要に応じて載せる。次に、加熱ほかの工程でエポキシ層
２４を硬化させる。もう一つの実施例では、エポキシ塗
布ずみのガラスをアルミニウム層２２を覆うように載せ
る。
【００１９】エポキシが硬化したのち、複製をマスタ回
折格子１０から分離するようにガラス基板２６をマスタ
回折格子１０から垂直方向に取り外す。
【００２０】その結果得られる複製２８を図６に示す。
前述のとおり、図５の取外し工程において、亀裂３０お
よび３１で示したような感知不可能な割れ目がアルミニ
ウム層に生ずることが多い。本願発明の知る限り、これ
ら亀裂の発生はこれまで見出されておらず、複製回折格
子の寿命に及ぶこれら亀裂の影響は認識されていなかっ
た。前述のとおり、これら亀裂によってレーザの紫外線
出力の一部がアルミニウム層２２の下のエポキシ層２４
に達する。この紫外線エネルギーが時間の経過とともに
エポキシを分解させ収縮させて、エポキシ層２４の上の
アルミニウム層２２に歪みを生じさせる。本願発明者が
その歪みの影響を分析したところ、溝の実効的形状が変
化し、多数個のレーザパルスによる照射に伴うエポキシ
の分解の結果、格子反射面にブリスターが生ずることが
判明した。ブリスターそのものは回折格子上で肉眼で認
識可能な霞んだ領域として現れる。この霞みが回折格子
の効率を低下させ所望の回折位数への反射光を減少させ
る。
【００２１】本願発明による追加の工程を図７に示す。
真空反応室内で上記アルミニウム層２２の表面にアルミ
ニウムの薄層３４をスパッタまたは蒸着により形成す
る。このアルミニウム薄層３４の厚さは、下側アルミニ
ウム層２２の亀裂３０及び３１によるエポキシ層２４の
劣化防止のために１００ｎｍ程度あればよい。
【００２２】したがって、当初のアルミニウム層２２に
あった亀裂は覆われて充填される。紫外線による下側エ
ポキシ層２４への悪影響はこれによって防止される。こ
のアルミニウム薄層３４から成る保護膜塗布はレプリカ
製造の完了後に行われるので、保護膜を損なう外力の影
響を受けることはなく紫外線遮断効果を維持できる。ア
ルミニウム層３４は上記以外の厚さ（例えば、１ミクロ
ンまで）にしてもよいが、図６に示した複製回折格子の
反射面の当初の特性を維持するには薄いほうが望まし
い。
【００２３】上記アルミニウム保護膜はその遮光性を高
めるために酸化物層を間に挿入した二つ以上の層の形で
形成することもできる。その様子を図８に示す。同図に
は追加の酸化物層３６及び追加のアルミニウム層３８が
示してある。
【００２４】図９はもう一つに実施例を示す。この実施
例においては、アルミニウム層３４の酸化による損傷の
防止のためにその層３４の上に慣用の技術を用いてＭｇ
Ｆ2薄層４０を堆積させてある。
【００２５】本願発明者は上述のプロセスを用いて作っ
た複製回折格子につき広範囲の試験を行い、その結果、
この発明による保護膜を施さない回折格子に比べてこの
発明の回折格子の寿命が大幅に延びることを確認した。
また、本願発明による保護膜付きの回折格子の寿命期間
全体にわたる反射率の変化は保護膜なしの慣用の回折格
子に比べてずっと緩やかであることも確認した。
【００２６】本発明の特定の実施例を図示し説明してき
たが、この発明のより広い側面から逸脱することなく変
形および改変が可能であり、添付の請求の範囲の各請求
項がそれら変形および改変を包含することは当業者には
明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】マスタ回折格子の断面とそのマスタ回折格子か
ら慣用の複製を形成するための工程を示す図。
【図２】マスタ回折格子の断面とそのマスタ回折格子か
ら慣用の複製を形成するための工程を示す図。
【図３】マスタ回折格子の断面とそのマスタ回折格子か
ら慣用の複製を形成するための工程を示す図。
【図４】マスタ回折格子の断面とそのマスタ回折格子か
ら慣用の複製を形成するための工程を示す図。
【図５】マスタ回折格子の断面とそのマスタ回折格子か
ら慣用の複製を形成するための工程を示す図。
【図６】マスタ回折格子の断面とそのマスタ回折格子か
ら慣用の複製を形成するための工程を示す図。
【図７】当初のアルミニウム層の亀裂を通り抜ける光線
に対して下層のエポキシを保護するように複製回折格子
に薄い反射性保護膜を形成するための後続の工程の説明
図。
【図８】遮光性を高めるために複数の層を組み入れた保
護膜の代替的実施例の説明図。
【図９】酸化による損傷の防止のためにアルミニウム保
護膜全体を覆うＭｇＦ2層を用いたもう一つの実施例の
説明図。
【符号の説明】
１０ 回折格子 １２，２６ ガラス基板 １６，２２ アルミニウム層 １８ 溝 ２０ レリーズ層 ２１ アルミニウム ２４ エポキシ層 ２８ 複製回折格子 ３０，３１ 亀裂 ３２ 反射面 ３４ アルミニウム薄層 ３６ 酸化物層 ３８ 追加のアルミニウム層 ４０ ＭｇＦ2薄層
フロントページの続き (72)発明者 リチャード ジー．モートン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92127サンディエゴ，アグァミエル ロ ード 17786 (72)発明者 トーマス シー．ブラシアク アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14625ロチェスター，エルムドルフ ア ヴェニュー 225 (56)参考文献 特開 平７−140310（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−28336（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−278203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−26559（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−5206（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−4703（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−20802（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−232307（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−346502（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−15514（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−297207（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−239407（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−177361（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−56502（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 5/18

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】紫外線反射用の回折格子の複製を形成する
    方法であって、 マスタ回折格子を準備する過程と、 前記マスタ回折格子の表面にレリーズ層を堆積させる過
    程と、 前記レリーズ層を覆って第１のアルミニウム層を堆積さ
    せる過程と、 接着剤層および基板を前記第１のアルミニウム層を覆っ
    て配置する過程と、 前記接着剤層、前記基板および前記第１のアルミニウム
    層を前記マスタ回折格子からとり外し、前記第１のアル
    ミニウム層が前記接着剤層を露出させる一つ以上の開口
    を有する状態にする過程と、 前記第１のアルミニウム層の前記一つ以上の開口を通じ
    て紫外線が前記接着剤層に到達することがないように前
    記第１のアルミニウム層を覆って約１００ナノメートル
    以上の厚さの第２のアルミニウム層を堆積させる過程と
    前記接着剤層および前記第１のアルミニウム層を付けた
    状態の前記基板を被覆形成用真空反応室に収容しその反
    応室に一定量の酸素を導入することによって前記第２の
    アルミニウム層の上に酸化物層を形成する過程と、 前記酸化物層の上に第３のアルミニウム層を堆積させる
    過程とを含む方法。
  2. 【請求項２】前記接着剤層がエポキシ層である請求項１
    記載の方法。
  3. 【請求項３】前記第２のアルミニウム層を堆積させる過
    程が前記第１のアルミニウム層の表面へのアルミニウム
    のスパッタリングを含む請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】前記第２のアルミニウム層を堆積させる過
    程が前記第１のアルミニウム層の表面へのアルミニウム
    の蒸着を含む請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】酸化が前記第２のアルミニウム層に及ぼす
    損傷を防ぐように前記第２のアルミニウム層の上にＭｇ
    Ｆ２の層を堆積させる過程をさらに含む請求項１記載の
    方法。
  6. 【請求項６】マスタ回折格子から取り外した複製回折格
    子であって、 接着剤層と、 前記接着剤層の表面に固着させた第１のアルミニウム層
    であって、紫外の波長の光線を反射させる前記マスタ回
    折格子の反射面対応の反射面を有するとともに前記接着
    剤層を露出させる一つ以上の開口を有する第１のアルミ
    ニウム層と、 前記第１のアルミニウム層の前記一つ以上の開口を通じ
    て光線が前記接着剤層に到達することがないように、前
    記マスタ回折格子からの前記第１のアルミニウム層およ
    び前記接着剤層の取外しののち前記第１のアルミニウム
    層および前記一つ以上の開口を覆って堆積させた約１０
    ０ナノメートル以上の厚さの第２のアルミニウム層と前
    記第２のアルミニウム層の上に形成した酸化物層と、 前記酸化物層の上に堆積させた第３のアルミニウム層と
    を含む回折格子。
JP10016380A 1997-01-17 1998-01-12 複製回折格子のための反射性保護膜 Expired - Lifetime JP2920164B2 (ja)

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US78562897A 1997-01-17 1997-01-17
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EP (1) EP0953161B1 (ja)
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