JPH02244002A - 射出成形用光回折格子コアの作成方法 - Google Patents

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］ 本発明は光回折格子コアの作成方法に関し、さらに詳し
くは光回折格子およびホログラムの形状形成に用いられ
る射出成形用の光回折格子コアの作製方法に関する。

［従来の技術およびその課題］ 従来、光回折格子の作成方法としては、第２図に示すよ
うな方法が用いられてきた。

すなわち、まずガラス等の基材１の片面に、有機物を１
卯程度の厚みで均一に塗布、固化して有機物層３を形成
しく第２図（ａ））、この有機物層３上にレジストによ
って所定の微細な格子パターン５を焼付形成する（第２
図（ｂ））。

次いで、レジストを溶かさない溶剤にて、その格子パタ
ーン５の形成されていない部分の有機物層３を溶解、除
去するとともに、その格子パターン５を除去しく第２図
（Ｃ））、格子パターン５に相当する部分の有機物層３
を真空蒸着時のマスクとなるようにしておく。

その後、光回折格子用に形成された上記マスク面を下向
きに真空蒸着器中に搬入して所定の真空度まで排気し、
次いでＳｉＯ；＞７等の物質を所定の厚みに蒸着する（
任意に設定された波長の光が回折・干渉により所望の条
件を満足する膜厚）（第２図（ｄ））。

以上のようにして格子溝６に５ｉＯ２７を蒸着した後、
有機物層３を剥離し、第２図（ｅ）に示す光回折格子８
を形成していた。そして、この光回折格子８は第３図に
示すように、リング状のハウジング９の内側に支持され
て製品化している。

このように、基材１に有機物層３を介して格子パターン
５を形成し、この有機物層３を溶剤にて部分的に溶解、
除去する方法では製造時間がかかるうえ、製造装置の簡
素化が困難でコスト高となり易く、製品の小型化にも限
度がある。

一方、光回折格子を合成樹脂で射出成形して製造できれ
ば製造工程が簡素化されるとともに、大幅なコスト低減
が可能であるし、製造装置も簡素化されると考えられる
。

しかし、射出成形法においての問題点として、光回折格
子は深さ０．３−程度の格子溝を±０．１ＪＪＩ１１の
精度で作成する必要があるため、この精度を満たした射
出成形用コアが必要となる。

この精度を維持するために行われる方法としては、スラ
イサーによる溝切削でダイヤモンド歯の幅を格子幅２０
ｕＩｒｔに設定し、格子溝の深さをコントロールしなが
ら切削していくという方法がある。

しかし、この方法では溝深さの制御がむずかしく、深さ
寸法にばらつきが多く、±０．０１声の公差に収めるに
はかなり多くの試験数が必要で、あまり実用的とは言い
難い。

そこで本発明者らが考案した方法として、光回折格子用
コアの作成方法として、従来とほぼ同じ方法、即ち上記
第２図における（ａ）〜（Ｃ）までの方法により、微細
な格子パターンをレジストにて形成し、次いでマスクと
して形成されたレジスト面をエツチングすること、即ち
エツチングによりマスク以外の面を削り、ある深さにエ
ツチング後、レジスト剥離液にてレジスト部を除去し、
目的とする射出成形用光回折格子コアを作成する方法が
ある。

しかし、金属コアをエツチングするためには、エツチン
グ源のエネルギーパワー、使用ガス、基材の設定方法、
＠度条件等の制御が必要とされる。

また、製作された回折格子コアの寸法および精度が実際
の樹脂成形された光回折格子の成形条件を満足できるも
のかという疑問も生じてくる。

通常、ドライエツチングはウェットエツチングに比べて
種々の利点があるため、ＬＳＩ、ＶＬＳＩの高密度、高
速化に伴い、その製造プロセスに広く取り入れられ、ざ
らに光デバイスの微細加工への適用などにも大きな期待
が奇ぜられている。

ドライエツチングのメカニズムとしては、高エネルギー
粒子による物理的なスパッタ効果によるもの、およびそ
れらの組み合わせによるものがある。この中で種々の報
告がなされている半導体の材料としては、シリコンを主
としたものが多く、金属について確立されたドライエツ
チング法はない。

本発明は以上述べたような従来の事情に対処してなされ
たもので、微細パターンを形成したフォトレジストをマ
スクとした射出成形用金属コアに、イオンビームエツチ
ングによって使用目的を満足する格子溝を形成し、光回
折格子およびホログラムの形状形成に用いられる射出成
形可能なコアの作成方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的達成のため、本発明による射出成形用光回折格
子コアの作成方法は、表面にレジストよりなる格子状の
微細パターンが形成された金属基材を、アルゴンガス雰
囲気下、もしくはアルゴンを６０重量％以上含有する不
活性混合ガス雰囲気下、５　Ｘ　１０−４　Ｔｏｒｒ以
下の真空中でイオンビームエツチングを行い、かつエツ
チング終了直前のイオン加速電圧を２００〜１５００　
Ｖ、イオン電流密度を０．１〜２．０　ｍＡ／ｃｍ２と
することよりなり、形成された格子溝は、その下部寸法
に対する上部開口寸法の割合が０．９５以上であること
を特徴とする射出成形用光回折格子コアの作成方法であ
る。

本発明の方法に用いられる割出成形用金属コアの材質と
しては、鉄を主成分とするものがよいが、成形用コアと
して易加工性を有し、かつ機械的強度が満足できるもの
なら全て使用することができる。

これらの金属コア上にレジストマスクを形成させる際、
基材表面上に指紋、油等の汚れが存在する場合があるた
め、基材洗浄を行う。

次いで密着強化剤を塗布した後、レジストをスピンコー
ドにて均一に薄膜化したものをスーパークリーンオーブ
ンでプリベータを行う（レジスト半硬化）。この時使用
されるレジスト剤は既に市販されているものでよく、ア
クリル系のノボラック樹脂が特に多く使用される。

またレジストの厚みとしては、０．３〜１．３ＪＪ！ｎ
の範囲が望ましく、１．３ＪＪ！ｎ以上だとエツチング
時の再付着のため、その精度に問題が生じ、０．３ＩＪ
Ｉｎ以下だとマスクとしての効果を有ざないので、いず
れも好ましくない。

以上のように形成されたレジスト面上に、目的とされる
回折格子幅にカットされているマスク板を乗せ、紫外線
を照射させる。

照射後、アルカリ性のＬＳＩ用現像液にてレジストの照
射された部分を削除する。ざらにクリーンオーブンにて
ポストベーク（レジストの完全硬化）を行い、エツチン
グ可能な状態にする。この時の状態は第２図（Ｃ）に示
すものと逆のパターンが形成されているものの、その形
状はほぼ同じでおる。

以上のようにして作成（）たフォトレジストにて目的と
する格子溝幅を形成しであるものを基材として、本発明
の方法によりイオンビームエツチングを行うと、得られ
る射出成形用光回折格子コアの表面は第１図に示す如く
になる。ここで格子溝の下部寸法を８８、上部開口寸法
をＳＡとすると、ＳＡ／Ｓ８は０．９５以上でおる。

［実施例］ 次に本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説
明する。なあ、本例では、目的とする格子溝が幅２０　
ｉｎｎ、深さ０．３ｐａであるアクリル製光回折格子を
製作するものとする。この光回折格子の縦断面図、およ
び平面図を第４図に示す。図中、１１は格子溝、１２は
支持枠である。

実施例１ 金属コア上に所定のパターンでレジストが形成された基
材を、不活性エツチングガス（本例ではＡｒ１００％）
を用いて、イオンビームにてエツチングした。

第５図は、本実施例で用いたイオンエツチング装置を示
す概略構成図である。同図において、チャンバ２８の内
部にイオン源２３を設け、シャッタ２４を開けた後、基
材２７にイオン照射を行い、エツチングを行う。この時
のエツチングエンドポイントの確認は、基材と同じ材料
または異種材質の試料片を基材の近くに設置し、エツチ
ング距離、位置等の相関関係を調べておき、電気抵抗の
変化により確認する。なお図中、２５は排気口、２６は
ガス導入口である。

排気口２５に接続する真空排気装置（図示せず）を作動
させてチャンバ２８の内部を排気する。真空度２　Ｘ　
ｔＯ−５Ｔｏｒｒまで排気を確認後、ガス導入口２６よ
りアルゴン（Ａｒ）を導入し、４　ｘ　１０−４　Ｔｏ
ｒｒにて保圧し、イオン源からの５００Ｖの加速電圧で
１１Ｉｌ＾／ｃｍ２のイオン電流密度で、エツチング開
始から終了までを行った。この時、イオン源から発せら
れるイオンガン電流の値は、あまり関係がない。これは
、基材とイオン源の距離、もしくはイオン電流の絞りこ
みにより基材入射時の電流密度が変わるためである。

成形品を超精密形状測定装置にて測定した結果を第６図
に示す。同図かられかるように、光回折格子コア成形品
は目的とする溝深さおよび幅を満足している。

実施例２ 実施例１において、イオン加速電圧およびイオン電流密
度をエツチング開始時に１８００　Ｖ、　　２．２ｍＡ
／（ｍ２とし、エツチング終了直前に１００ＱＶ。

０、５ｍＡ／　ｃｍ２としたほかは、実施例１と同様に
して光回折格子コアを作成した。

得られた光回折格子コアを超精密形状測定装置にて測定
した結果を第７図に示す。同図かられかるように、光回
折格子コア成形品は目的とする溝深さおよび幅を満足し
ている。

比較例１ 反応性エツチングガスを高周波電界中に導いてガスプラ
ズマを発生させ、このプラズマによって上記基材をエツ
チングした。

第８図は本比較例を行うために用いたエツチング装置を
示す概略構成図である。同図において、チャンバ１４の
内部には上部電極１５および下部電極２０からなる平行
平板電極が設けられており、両電極間に高周波電源１６
が接続している。

上記構成を有するエツチング装置に基材１９を載置し、
排気口１７に接続する真空排気装置（図示せず）を作動
させてチャンバ１４の内部を排気する。

次いでガス導入口１８からＣＦＪ＋０２ガスを導入し、
かつ上部電極１５と下部電極２０との間に高周波電圧を
印加し、チャンバ１４の内部の両電極間空間に高周波電
界を発生させる。

この場合、高周波出力、ガス圧力、ガス流量等はそれぞ
れ適正な値に制御しておき、導入されたＣＦ４＋０２ガ
スは前記高周波電界によってプラズマ化し、基材１９の
エツチングが行われる。この時発生したガスまたは余分
のＣＦ４＋０２ガス等は排気口１７から排出される。

エツチング条件としてガスの梗類（Ｃ４！ｚ。

ＣＦ４等）、ガス圧力、高周波出力を種々変化させたが
、第９図に示す加工形状しか得られなかった。図中、２
１はレジスト、２２は金属コアである。

即ち、本例では第１図に示すＳＡ／ＳＢが、エツチング
条件を変更しても０．９５以上にはならない。これは縦
方向のエツチング反応と、横方向のエツチング反応（反
応性ガスが存在するため、横方向にも化学反応的エツチ
ングが発生）が同時に起きていることを示している。

比較例２ 実施例１にお、いて、イオン加速電圧を２００Ｖ。

イオン電流密度を０．０５　ｍＡ／ｃｍ２とし、エツチ
ング開始から終了直前まで同一条件でエツチングを行っ
たほかは、実施例１と同様にして光回折格子コアを作成
した。

その結果、イオン化エネルギーが低いため、エツチング
スピードが非常に遅く、はとんど加工されていなかった
。

比較例３ 実施例１において、イオン加速電圧を１８００　Ｖ、イ
オン電流密度を２．２ｍＡ／　ｃｍ２とし、エツチング
開始から終了直前まで同一条件でエツチングを行ったほ
かは、実施例１と同様にして光回折格子コアを作成した
。

本比較例では、イオンエネルギーが高過ぎるため、エツ
チングされた溝が全体的にうねっており、また面も粗く
なっている。成形品を超精密形状測定装置にて測定した
結果を第１０図に示す。

上記の結果から、ある程度の溝加工を終えたら、最終仕
上げとして、イオンエネルギーを低下させる必要がある
ことがわかる。

比較例４ 来のスライサーによる切削加工方法 まず第１１図に示すように、鉄合金からなる円盤状のコ
ア基板３００片表面（第１１図中、上面）に、ニッケル
の加工層２９を１０Ｊｉ！ｎ以上の厚みで無電解メツキ
法で均一に形成する。次いで、第１２図に示すように、
加工層２９にダイヤモンドカッターの切削工具３１にて
格子溝３２を深さ０．３声、幅２０μｍで平行に多数形
成して光回折格子用コアを製作した。

第１表に切削を１０回行った結果を示した。なお、目標
値は深ざ０．３ｉｔｍ、幅２０卯である。

第１表 第１表に示した通り、深さ０．３卯、公差士０．０１趨
以内に収めるにはかなり多くの試験数が必要であり、あ
まり実用的とはいえない。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、本発明の射出成形用光回折格子コ
アの作成方法によれば、目的とする溝深さ、幅を精度よ
く加工でき、形状的にも成形性に優れてあり、また従来
の方法で製品化されている光回折格子の製造時間を大き
く短縮化するうえ、製造装置の簡素化を図ることができ
る等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法によって得られる光回折格子コア
の部分断面図、第２図は従来の光回折格子の作成方法の
一例の工程図、第３図は従来の光回折格子の製品化の際
の支持方法を示す断面図、第４図は本発明方法で得られ
る光回折格子コアを用いて射出成形により作成される光
回折格子の縦断面図および平面図、第５図は本発明の一
実施例で用いられるイオンエツチング装置の概略構成図
、第６図および第７図はそれぞれ本発明の実施例によっ
て得られた光回折格子コアの溝形状の特性図、第８図は
本発明の比較例で用いられるエツチング装置の概略構成
図、第９図はその比較例で得られた光回折格子コアの部
分断面図、第１０図は本発明の別の比較例で得られた光
回折格子コアの溝形状の特性図、第１１図および第１２
図はダイヤモンドカッターを利用した溝切削を示す斜視
図である。 １　、１９．２７・・・基材 ５・・・格子パターン ７・・・Ｓ　ｉ　０２ ９・・・ハウジング １５・・・上部電極 １７、２５・・・排気口 ２０・・・下部電極 ２２・・・金属コア ２４・・・シャッタ ３０・・・コア基板 ３・・・有機物層 ６．３２・・・格子溝 ８・・・光回折格子 １４、２８・・・チャンバ １６・・・高周波電源 １８、２６・・・ガス導入口 ２１・・・レジスト ２３・・・イオン源 ２９・・・加工層 ３１・・・切削工具 第２図 ビーフ変動；４１６戸ｍ 第６図 第５図 ピークを初雪４２０　／ｍ 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面にレジストよりなる格子状の微細パターンが
   形成された金属基材を、アルゴンガス雰囲気下、もしく
   はアルゴンを６０重量％以上含有する不活性混合ガス雰
   囲気下、５×１０＾−＾４Ｔｏｒｒ以下の真空中でイオ
   ンビームエッチングを行い、かつエッチング終了直前の
   イオン加速電圧を２００〜１５００Ｖ、イオン電流密度
   を０．１〜２．０ｍＡ／ｃｍ＾２とすることよりなり、
   形成された格子溝は、その下部寸法に対する上部開口寸
   法の割合が０．９５以上であることを特徴とする射出成
   形用光回折格子コアの作成方法。