JP3877444B2

JP3877444B2 - 回折格子

Info

Publication number: JP3877444B2
Application number: JP24864698A
Authority: JP
Inventors: 順二富田; 文雄山岸
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2018-09-02
Also published as: US20010008741A1; US6723474B2; JP2000075117A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折格子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、例えば、図１に示すように、マスク基板１の上に所定パターンの遮光膜３を形成して成る光学マスク５と、所定基板７の上にレジスト層（感光体）９を形成して成るレジスト基板１１、とをそれぞれ準備し、レジスト基板１１と光学マスク５とを重ねて、光学マスク５側から垂直に露光光束（矢印）を照射し、その後、この露光方向と同じ方向から現像処理することによって、回折格子を作製している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、遮光膜３とレジスト層９との間には、空気層や真空層が不可避的に存在するために、露光処理時に界面反射によるノイズ光が発生し、本来露光されてはならない部分がノイズ光によって露光されてしまう。このため、例えば、高精度な回折格子、微細形状の回折格子、断面が傾いた回折格子等を作製することは非常に困難であった。
【０００４】
そこで、本発明においては、界面を減少ないし排除してノイズ光の発生を効果的に抑制し得る、回折格子作製方法を提供することをその課題とする。
また、本発明は、高い回折効率を有する斬新な断面形状の回折格子を提供することをその課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る回折格子は、所定基板の上に所定ピッチで並列に形成される回折格子であって、
各回折格子の断面における根元部分は、括れていて、各回折格子の断面が概ね逆台形状であり且つ根元部分から先端部分にかけて全体的に傾いていることを特徴とする。好ましくは、各回折格子の断面において、先端部分は、矩形を重畳したような形状を有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施態様を図面を参照して説明する。
図２は、本発明の第１実施態様に係る露光プロセスを示す。図示光学マスク２１は、例えば、（紫外線の吸収が少ない）石英ガラス製の単一のマスク基板２３の一面（図では上面）に、所定パターンから成る遮光膜（光透過減衰膜）２５を形成して成る。尚、遮光膜２５は、クロム、酸化クロム、アルミ、チタン、ニッケル、銀、金等の透過光を減衰させ得る金属膜であり、光学マスク２１の作製は、例えば、金属膜をマスク基板２３に蒸着し、金属膜上にレジスト層を形成し、電子線（EB）描画を行い、現像処理後、金属膜をエッチングすることによって作製できる。
【０００８】
マスク基板２３の反対面（図では下面）には、レジスト層（感光体層）２７が一体化形成される。尚、レジスト層は、ポジ型レジスト材又はネガ型レジスト材の何れによっても構成できる。
光学マスク２１の遮光膜側から露光光束（矢印）を照射し、レジスト層２７を露光する。露光後、現像処理によって回折格子を作製することができる。
【０００９】
遮光膜２５とレジスト層２７とがマスク基板２３に密着して一体化される構成から成る本実施態様にあっては、（レジスト層９を具えた）レジスト基板１１と（遮光膜３を具えた）マスク基板１とを近接させる従来構成と比較して、遮光膜２５及びレジスト層２７の間に空気層や真空層等を介在させずに済み、また、遮光膜２５とレジスト層２７との間の寸法を高精度に均一化できる。従って、ノイズ光の発生を抑制でき、回折格子の作製精度を向上でき、歩留まりを改善できる。
【００１０】
図３は、本発明の第２実施態様に係る露光プロセスを示す。図示光学マスク３１は、遮光膜３５が形成されるマスク基板３３の同じ面（下面）に重ねてレジスト層３７を一体化形成して成る。遮光膜３５とレジスト層３７とが（間にマスク基板を挟まずに）一体化される構成から成る本実施態様にあっては、遮光膜３５とレジスト層３７とが直にくっついているので、解像度の劣化を更に低減でき、より高精度な回折格子を作製することが可能である。
【００１１】
ここで、このマスク基板（あるいはレジスト基板）３３を用いた構成（図３）における界面反射率と、従来構成（図１の光学マスク５及びレジスト基板１１の組み合わせ）における界面反射率とを実験的に比較したので、簡単に説明する。従来方式では、マスク基板１及び空気層の界面の反射率が４．０％であり、レジスト層９及び空気層の界面の反射率が５．３％であり、露光光線は空気層内を多重反射して解像度を極端に劣化させ、結局高精度な回折格子の作製が困難である。
【００１２】
これに対して、図３の本実施例構成の場合、マスク基板３３及びレジスト層３７の界面の反射率が０．１％であり、上記従来と比較して解像度劣化が飛躍的に抑制されることが理解できよう。
上記第１又は第２実施態様に係る光学マスク２１、３１を用いれば、図４、図５に示すように、所定入射角度（θ）で露光光束を照射させることにより、傾斜した断面形状を有する回折格子を作製することができる。この露光光束を斜めにすることは、市販の露光装置を特殊改造することによって為し得るが、簡易・簡便には、例えば、図６に示すように所定のプリズム３９をマスク基板３３上に配設することによって為し得る。
【００１３】
ところで、露光時にレジスト層を透過した光線は、レジスト表面で反射してノイズ光となり回折格子の作製精度を悪化させる虞れがある。これを回避する策を、例えば図２の光学マスクに適用した構成を図７に示す。図７を参照すると、レジスト層２７の表面（下面）には、反射防止層が形成され、その一例として（感光体又は油性材料（例えば、油性インク）から成る）光吸収層４１が形成される。より実際的には、後工程における光吸収層４１の除去・剥離を容易化するために、光吸収層４１とレジスト層２７との間には、（例えば、水溶性のポリビニルアルコールから成る）混合防止層４３が介装される。
【００１４】
反射防止層の別の例として、レジスト層表面における反射を減少させ得る光透過性の膜、すなわち、反射防止膜を形成してもよい。これを、例えば図２の光学マスクに適用した構成を図８に示す。反射防止膜４５は、例えばポリビニルアルコールで形成でき、例えば露光波長の１／４λの厚さを有するように膜厚制御することにより、反射防止効果を得ることができる。
【００１５】
上述した幾つかの実施態様において出来上がる回折格子は、回折格子原盤として、その表面に蒸着処理等により電極膜が形成され、メッキ処理等が施される等して、金属スタンパが作製される。このスタンパを用いて、あるいは、更にこのスタンパを原盤として作製したスタンパを用いて、大量の複製回折格子の安価な作製が可能である。
【００１６】
この複製方法として具体的には、例えば、(1) スタンパの（レリーフ）表面に、熱可逆性の樹脂を注入して硬化させ、離型し複製回折格子を作製する射出成形法と、(2) スタンパ表面に、紫外線硬化性樹脂を注入し、転写基板（ガラス）を被せ、転写基板を通して紫外線照射し、樹脂を硬化させ、転写基板とともに離型して複製回折格子を作製する２Ｐ法がある。尚、この２Ｐ法で、転写基板に紫外線硬化樹脂を注入し、この転写基板に回折格子原盤を被せるように工程変更することもできる。
【００１７】
このようにスタンパを用いて（複製）回折格子を作製する代わりに、回折格子原盤から直接複製することもできる。この場合、より高精度な忠実な回折格子の作製（複製）が可能であり、その複製方法は、前記スタンパによる場合と基本的に同様である。
上述した２Ｐ法では転写基板（ガラス）を用いて複製処理を行うが、これに代え、製造コスト低減のため、回折格子が形成されるべき所定部材に直接に転写複製するように構成できる。すなわち、上述した回折格子原盤の（レリーフ）表面に、紫外線硬化性樹脂を直接注入し、所定部材を被せ、回折格子原盤側から紫外線を照射して樹脂を硬化させ、その後、回折格子原盤を剥離して、所定部材に回折格子を作製する。これによれば、容易に反射型の表面レリーフ回折格子も作製でき、例えば、アルミ蒸着ミラーに直接回折格子を作製することができる。尚、所定部材に紫外線硬化性樹脂を注入し、回折格子原盤を被せる、というように工程変更することもできる。
【００１８】
斯かる回折格子原盤は、転写・複製・離型工程の後において、そのレジスト製回折格子が不可避的に破損・破壊しているのに対し、遮光膜及びマスク基板は殆ど破損していない。そこで、斯かる回折格子原盤のレジスト層（回折格子）を除去し洗浄することによって、光学マスク（遮光膜とマスク基板）として再使用（リサイクル）することができ、非常に合理的・経済的である。
【００１９】
ところで、回折格子の回折効率は一般に溝が深いほど良いことが知られており、深溝の回折格子作製のため、レジスト層を単純に厚くしていくことが考えられるが、露光光線の特性からレジスト層の厚さには限界があり、従って、所望の深溝の回折格子ないし複製回折格子の作製は一般的に困難である。
しかしながら、図９に示す構成のように厚い遮光膜３５’により、図１０に示すような深い溝を具えた（レジスト製の）回折格子Ｇ₁を作製することができ、更に、図１１に示すような深い溝を具えた（複製）回折格子Ｇ₂を作製することができる。
【００２０】
要するに、遮光膜が溝形成に一役買っており、遮光膜の厚さとレジストの溝深さとを足したものが、回折格子の溝深さに対応すると言い得る。従って、理論的には、遮光膜の厚さの設定・制御により、従来では考えられなかったような非常に深い溝深さの回折格子ないし複製回折格子を作製することが可能である。
このような厚い遮光膜を有する光学マスクを形成する方法の一例を説明する。それは、例えば、図１２に示すように、石英基板５１に金属膜（遮光膜）５３を1000Å程度蒸着し、この金属膜５３上にレジスト層を形成し、電子線（ＥＢ）描画を行い、現像処理後、金属膜５３をエッチングする方法である。しかしながら、この形成方法の場合、厚い金属膜を形成しようとすると、エッチング処理時間が増加し、レジストが損傷する虞れがあるから、蒸着する金属膜の厚さをほどほどにし、後はメッキ法によって金属膜（遮光膜）を成長させる方法によって、厚い遮光膜を形成することができる。
【００２１】
厚い遮光膜を形成する代わりに、適当な厚さの遮光膜を形成し、その遮光膜部分を突出させて（換言すると、遮光膜部分を除いた部分を窪ませて）、厚い遮光膜と同様の機能を奏するように構成することができる。すなわち、例えば、図１３に示すように、石英基板５１に金属膜（遮光膜）６３を蒸着し、露光・現像処理により、レジストパターンを形成し、反応性ガス等を用いたドライエッチング法によって所定パターンの遮光膜を形成し、（例えばフロン系の反応性ガスによって）石英基板５１をエッチング処理して、深い溝６５を具えた光学マスク（段差付き光学マスク）を形成できる。これを用いれば、厚い遮光膜を具えた光学マスクと同じように、深い溝を具えた回折格子を作製できる。
【００２２】
最後に、本発明に従って形成可能な回折格子の幾つかの形状例について説明する。
従来プロセスでは、レジスト層に対する露光方向と現像方向とが同じであるが、本実施態様に係るプロセスでは、露光方向と現像方向とが相互に逆である。この特徴と、レジスト層と遮光膜とが１つの基板に一体化されているという特徴、とによって、通常の三角波状、鋸歯状、矩形波状、正弦波状、正弦半波状等の回折格子を形成できることは勿論のこと、例えば、図１４〜１７に示すような、所定基板７１の上に設けた、非常に斬新な特徴的な断面形状の回折格子を作製することができる。これらの図において、例えば、

であり、いずれの回折格子も逆台形状を呈しており、根元部分が括れていることを特徴としている。図１５の回折格子Ｇ₄は、図１４の回折格子Ｇ₃の上に矩形を足した様な断面形状を有し、図１６の回折格子Ｇ₅は、図１４の回折格子Ｇ₃を更に傾けたような断面形状を有し、図１７の回折格子Ｇ₆は、図１５の回折格子Ｇ₄を（矩形を除いて）更に傾けたような断面形状を有している。
【００２３】
このような逆台形状の回折格子Ｇ₃〜Ｇ₆の場合、高い回折効率が得られ、また、複製が困難である、換言すると、偽造が困難である、という利益を享受でき、非常に好ましい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、界面を減少ないし排除してノイズ光の発生を効果的に抑制することができ、高い回折効率を有する回折格子を作製することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の回折格子作製方法を示す図である。
【図２】本発明の第１実施態様に係る露光プロセスを示す図である。
【図３】本発明の第２実施態様に係る露光プロセスを示す図である。
【図４】第１実施態様の光学マスクを用いて斜めに露光するプロセスを示す図である。
【図５】第２実施態様の光学マスクを用いて斜めに露光するプロセスを示す図である。
【図６】プリズムを用いて斜めに露光するプロセスを示す図である。
【図７】光吸収層を設けた構成を示す図である。
【図８】反射防止膜を設けた構成を示す図である。
【図９】厚い遮光膜を具えた光学マスクを用いた露光プロセスを示す図である。
【図１０】深い溝を具えた回折格子が作製された状態を示す図である。
【図１１】複製回折格子を示す図である。
【図１２】厚い遮光膜を具えた基板を示す図である。
【図１３】深い溝を具えた基板を示す図である。
【図１４】斬新な断面形状を有する回折格子を示す図である。
【図１５】別の斬新な断面形状を有する回折格子を示す図である。
【図１６】更に別の斬新な断面形状を有する回折格子を示す図である。
【図１７】他の斬新な断面形状を有する回折格子を示す図である。
【符号の説明】
１、２３、３３…マスク基板
３、２５、３５、３５’…遮光膜
５、２１、３１…光学マスク
７…基板
９、２７、３７…レジスト層
１１…レジスト基板
３９…プリズム
４１…光吸収層
４３…混合防止層
４５…反射防止膜
５１…石英基板
５３、６３…金属膜
６５…溝
７１…基板
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６…回折格子

Claims

所定基板の上に所定ピッチで並列に形成される回折格子であって、
各回折格子の断面における根元部分は、括れていて、各回折格子の断面が概ね逆台形状であり且つ根元部分から先端部分にかけて全体的に傾いていることを特徴とする回折格子。
各回折格子の断面において、先端部分は、矩形を重畳したような形状を有することを特徴とする請求項１記載の回折格子。