WO2015052748A1 - ブレーズド回折格子およびブレーズド回折格子の製造方法 - Google Patents

ブレーズド回折格子およびブレーズド回折格子の製造方法 Download PDF

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浩行 笹井
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株式会社島津製作所
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    • G02B5/1861—Reflection gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials

Definitions

  • the present invention relates to a blazed diffraction grating that is a wavelength separation / selection element used in a spectroscope, a demultiplexer, and the like, and a method for manufacturing a blazed diffraction grating.
  • a diffraction grating with a sawtooth cross-sectional shape of a groove is called a blazed diffraction grating and exhibits high diffraction efficiency for light of a specific wavelength in the ultraviolet to visible light region. Therefore, it is often used for a visible / ultraviolet spectroscope (see Patent Document 1).
  • a method for manufacturing a blazed diffraction grating there are known an ion beam etching method in which an ion beam is incident at a predetermined incident angle using a photoresist as a mask and the substrate is cut, and a mechanical cutting method in which grooves are processed one by one by a ruling engine. .
  • the mechanical cutting method the accuracy of the groove interval is low, and there are cases where uncut pieces that cause stray light are generated at the processed end portion. Therefore, the ion beam etching method is often used in manufacturing a diffraction grating that requires high accuracy.
  • a method for manufacturing a blazed diffraction grating by an ion beam etching method will be described with reference to FIG.
  • a photoresist is applied to the surface of a flat substrate 1 such as quartz or glass to form a photoresist layer 2 (FIG. 1A).
  • the photoresist layer 2 is exposed and developed with interference fringes due to two-beam interference to form a parallel line resist pattern 3 as shown in FIG. 1B (holographic exposure).
  • etching with an ion beam is performed from an obliquely upward direction so that a desired blaze angle ⁇ B is formed on the substrate 1 until the resist pattern 3 disappears.
  • a lattice groove 4 is formed (FIGS. 1C to 1E).
  • a metal film 5 such as aluminum or gold is coated on the surface of the grating groove 4 to complete a blazed diffraction grating.
  • Ion beam etching is performed using a larger etching gas.
  • a release agent layer is formed on the grating surface of the master diffraction grating, and a metal thin film is formed thereon.
  • a glass substrate is bonded onto the metal thin film via an adhesive, and after the adhesive is cured, the glass substrate is peeled from the master diffraction grating.
  • the metal thin film in which the grating grooves are formed moves to the glass substrate side in an inverted state, and a replica diffraction grating is obtained.
  • a replica diffraction grating as a matrix, a diffraction grating as a product is manufactured (see Patent Document 1).
  • the wavelength of the light diffracted by the diffraction grating is becoming shorter and shorter with the expansion of the analysis target in the spectroscopic analyzer. In order to shorten the diffraction wavelength, it is necessary to shorten the grating interval and the blaze angle.
  • the diffraction grating is a concave diffraction grating
  • the incident angle ⁇ of the ion beam is reduced, a portion that is not etched is generated in the periphery.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a blazed diffraction grating having a blazed angle smaller than an existing blazed angle and a method for manufacturing the blazed diffraction grating.
  • the blazed diffraction grating according to the present invention which has been made to solve the above problems, a) a support having a sawtooth shape in cross section and a base blazed surface and a base step surface alternately arranged in one direction; b) covering the basic blazed surface and the basic stepped surface of the support, and a resin layer whose thickness monotonously changes in the one direction on the basic blazed surface; c) a metal coating film covering the surface of the resin layer.
  • the thickness of the resin layer monotonously changes in the one direction on the “resin layer blazed surface” of the resin layer covering the basic blazed surface of the support. Therefore, regardless of the blaze angle ⁇ B1 of the basic blazed surface of the support, the blaze angle ⁇ B2 of the resin layer blazed surface can be arbitrarily determined.
  • the thickness t1 of the resin layer is increased in the valley of the support (the deep side of the basic blaze surface), and the resin layer is formed in the direction of the support (the shallow side of the basic blaze surface).
  • the blaze angle ⁇ B2 of the resin layer blazed surface can be made smaller than the blaze angle ⁇ B1 of the basic blazed surface.
  • a blazed diffraction grating having a blaze angle larger than the blaze angle ⁇ B1 of the basic blaze surface can be obtained.
  • the metal coating film is a thin film that does not affect the thickness of the resin layer.
  • a method for manufacturing a blazed diffraction grating according to the present invention which has been made to solve the above problems, a) a step of preparing a support having a sawtooth cross-sectional shape and a base blazed surface and a base stepped surface alternately arranged in one direction; b) forming a resin layer covering the basic blazed surface and the basic stepped surface on the support so that the thickness monotonously changes in the one direction on the basic blazed surface; c) forming a metal coating film covering the surface of the resin layer; including.
  • the method of utilizing the volatilization of the volatile solvent is that the resin constituting the resin layer is dissolved in the volatile solvent to prepare a solvent resin, and the surface of the solvent resin after applying the solvent resin is flat on the support. It is a method of forming a resin layer through a step of volatilizing a volatile solvent and solidifying the resin after coating. In a state where the solvent resin is applied on the support and the outermost surface is a flat surface, the depth from the flat surface to the basic blazed surface is different in each part of the basic blazed surface. Therefore, the volatilization amount of the solvent from the solvent resin is also different, and after the resin is solidified, a resin layer blazed surface having a blaze angle different from the basic blazed surface is obtained.
  • the thickness of the resin layer coated on the basic blazed surface is monotonously changed by applying an external force in the one direction.
  • the external force used here include centrifugal force, gravity caused by tilting the support, and wind force applied by blowing air or the like on the surface.
  • the blaze angle of the blazed diffraction grating to be manufactured can also be adjusted by adjusting the viscosity of the solvent resin.
  • the cross-sectional shape is a sawtooth shape
  • the basic blazed surface is formed on a support formed by alternately arranging a basic blazed surface and a basic stepped surface in one direction.
  • the cross-sectional schematic diagram explaining the procedure of the manufacturing method of a blazed diffraction grating.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view after application of the solvent resin when a solvent resin mixed with a volatile solvent is applied onto the blazed diffraction grating by dip coating.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view after the volatile solvent is volatilized when a solvent resin mixed with a volatile solvent is applied on the blazed diffraction grating by dip coating.
  • the first embodiment is an example in which a method using volatilization of a volatile solvent is used as a method for forming the resin layer so that the thickness monotonously changes in one direction on the basic blazed surface.
  • a blazed diffraction grating 20 having a first blaze angle is used as a support.
  • the blazed diffraction grating 20 has a groove number of 900 / mm, a groove depth of 0.30 ⁇ m, a first blaze angle of 14 °, and uses a master diffraction grating manufactured by an ion beam etching method. To do.
  • a resin (solvent resin) dissolved in a volatile solvent is applied to a surface having a plurality of grooves formed by the basic blazed surface 21 and the basic stepped surface 22 of the blazed diffraction grating 20.
  • the solvent resin is applied by a dip coating method so that the resin surface after application is flat as shown in FIG.
  • the thickness of the resin layer 26 is about 1/2 to 3 times the groove depth of the blazed diffraction grating 20 at the thinnest portion (groove crest portion). Note that the thickness of the resin layer 26 also depends on the ratio of the solvent in the solvent resin. In the case of the blazed diffraction grating 20, it is applied so that the solvent resin after application is thickest at about 1 ⁇ m.
  • any photocurable resin or thermosetting resin can be used as the resin in the present invention.
  • any volatile organic solvent such as ethanol, benzene, and acetone can be used as the volatile solvent in the present invention as long as it does not react with these resins.
  • ethanol is used as the volatile organic solvent.
  • the ethanol in the solvent resin is volatilized.
  • the entire blazed diffraction grating 20 coated with a solvent resin may be heated, or may wait for the volatile solvent to volatilize naturally over time.
  • the thickness of the solvent resin is reduced and the surface of the solvent resin has irregularities reflecting the shape of the grooves of the blazed diffraction grating 20. Become.
  • the thickness of the resin layer 36 is not uniform, changes monotonously in one direction on the basic blazed surface 21, and is the thickness above the peak (uneven convex portion) of the blazed diffraction grating 20 (t 2 in FIG. 4). Is smaller than the thickness (t1 in FIG. 4) above the valley (uneven recess) of the blazed diffraction grating 20.
  • the groove of the resin layer 36 is shallower than the groove of the blazed diffraction grating 20.
  • the thickness of the resin layer 36 is about 100 nm to 200 nm at the thinnest place.
  • the reason why the thickness of the resin layer 36 is not uniform and the thickness of the top of the blazed diffraction grating 20 is smaller than the thickness of the top of the blazed diffraction grating 20 is considered as follows. As shown in FIG. 5, in the dip coating method in which the coated resin surface is flattened, the thickness of the solvent resin after coating is thin on the top of the blazed diffraction grating 20 and the blazed diffraction grating 20 Thicker over the valley.
  • the proportion of the volatile solvent contained in the solvent resin is equal, assuming that a certain proportion (for example, half) of the thickness of the solvent resin immediately after application of the solvent resin is volatilized, the relationship of the thickness of the solvent resin after application described above The film thickness is reduced by a certain rate while maintaining the above. As a result, the thickness of the resin layer 36 is not uniform, and the thickness of the top of the blazed diffraction grating 20 is smaller than the thickness of the top of the blazed diffraction grating 20.
  • a metal coating film such as aluminum is formed by using a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like, thereby completing the manufacture of the blazed diffraction grating.
  • the thickness of the metal coating film is about several tens of nm and does not affect the shape of the surface of the resin layer 36.
  • the resin layer 36 has a blazed surface 31 on the basic blazed surface 21 and a stepped surface 32 on the basic stepped surface 22, and the inclinations of the blazed surface 31 and the stepped surface 32 are the basic blazed surface 21 and the basic stepped surface 22, respectively. It has become more gradual. Therefore, the angle ⁇ 1 between the blazed surface 31 and the step surface 32 is larger than the angle ⁇ ′ 1 between the basic blazed surface 21 and the basic step surface 22.
  • the blaze angle (second blaze angle) of the blazed diffraction grating thus manufactured is smaller than the blaze angle (first blaze angle) of the blazed diffraction grating 20.
  • a blazed diffraction grating having 900 grooves / mm, a groove depth of 0.15 ⁇ m, and a second blaze angle of 7 ° is obtained.
  • the blazed material manufactured by forming monotonically changing in one direction on the basic blazed surface of 20 and making the thickness of the resin layer above the peak of the diffraction grating 20 smaller than the thickness above the valley of the blazed diffraction grating 20.
  • the blaze angle of the diffraction grating can be made smaller than that of the blazed diffraction grating 20 used as a support. Therefore, it is possible to manufacture a blazed diffraction grating having a small blaze angle, which has been difficult with the conventional method for manufacturing a diffraction grating.
  • the formed resin layer may be peeled off and the resin layer may be formed again. Therefore, even if the processing fails, it is not necessary to discard the material to be processed, and the manufacturing cost can be reduced.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a unit that applies centrifugal force.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the liquid resin on the blazed diffraction grating 40 when a centrifugal force is applied.
  • a liquid resin is used.
  • a resin liquefied with the same volatile solvent as in the first embodiment may be used.
  • description that repeats the first embodiment will be omitted, and the description will focus on differences from the first embodiment.
  • the second embodiment is an example in which a method using an external force is used as a method for forming the resin layer so that the thickness monotonously changes in one direction on the basic blazed surface, and centrifugal force is used as the external force. This is an example.
  • a liquid resin is applied on the surface of the blazed diffraction grating 40 having a plurality of grooves each composed of a basic blazed surface 41 and a basic stepped surface 42 as a support.
  • the application method of the liquid resin is arbitrary, and may be a dipping method or a centrifugal method (spin coating). However, in the case of spin coating, the coating thickness is made sufficiently large without increasing the spin speed.
  • the blazed diffraction grating 40 is set in the centrifuge so that a centrifugal force is applied to the blazed diffraction grating 40 whose surface is coated with the liquid resin in the blaze direction (direction perpendicular to the groove). Specifically, as shown in FIG. 7, the blazed diffraction grating 40 is fixed to a peripheral edge as far as possible from the center of the disk-shaped rotating plate 60. At that time, the blazed diffraction grating 40 is fixed so that the blazed direction coincides with the radial direction of the rotating plate 60.
  • the blazed diffraction grating 40 When it is desired to form a resin layer having a blaze angle smaller than the blaze angle of the basic blazed surface 41, the blazed diffraction grating 40 is fixed so that the basic blazed surface 41 faces the outside of the rotating plate 60. Conversely, when it is desired to form a resin layer having a blaze angle larger than the blaze angle of the basic blazed surface 41, the basic blazed surface 41 faces the center of the rotating plate 60.
  • a conductive adhesive or tape for example, copper tape
  • the rotating plate 60 is rotated at a high speed of several thousand rpm, and a force (centrifugal force) is applied to the liquid resin on the surface of the blazed diffraction grating 40 in the blaze direction (arrow in FIG. 8).
  • a force centrifugal force
  • the liquid resin flows on the basic blazed surface 41.
  • the blaze angle of the resin layer 56 becomes smaller than that of the basic blazed surface 41
  • the blaze angle of the resin layer 56 is larger than the blaze angle of the basic blazed surface 41.
  • the liquid resin naturally solidifies by such high speed rotation, but solidification may be further promoted by irradiating the rotating surface with light or heating the rotating plate 60.
  • the liquid resin is solidified while applying a centrifugal force to the liquid resin, thereby reflecting the shape of the groove of the blazed diffraction grating 40 on the surface of the support, and the resin layer 56 having a blaze angle different from that. It is formed.
  • a metal coating film covering the surface of the resin layer 56 aluminum is maintained by using a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like so as to maintain the blazed shape of the resin layer 56 (for example, a thickness of several tens of nm).
  • a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like so as to maintain the blazed shape of the resin layer 56 (for example, a thickness of several tens of nm).
  • the resin layer 56 has a blazed surface 51 on the basic blazed surface 41 and a stepped surface 52 on the basic stepped surface 42, and the inclinations of the blazed surface 51 and the stepped surface 52 are respectively the basic blazed surface 41 and the stepped surface 52. It is gentler than the base step surface 42. Therefore, the angle ⁇ 2 between the blazed surface 51 and the step surface 52 is larger than the angle ⁇ ′ 2 between the basic blazed surface 41 and the basic step surface 42.
  • the resin layer monotonously changes in one direction on the basic blazed surface of the blazed diffraction grating 40 as a support, and the thickness of the resin layer on the top of the blazed diffraction grating 40 (t2 in FIG. 4) is
  • the blazed angle of the blazed diffraction grating 40 used as a support is larger than the blazed angle of the blazed diffraction grating 40 used as a support.
  • the formed resin layer may be peeled off and the resin layer may be formed again. Therefore, even if the processing fails, it is not necessary to discard the material to be processed, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the blaze angle of the blazed diffraction grating to be manufactured can be adjusted by adjusting the rotation speed of the rotating plate 60 and the viscosity of the liquid resin to be applied.
  • the liquid resin may be mixed with the volatile solvent described in Example 1 to adjust the viscosity. Therefore, there is a high degree of freedom in adjusting parameters at the stage of manufacturing a blazed diffraction grating.
  • centrifugal force is used as an external force applied to the liquid resin
  • the support on which the liquid resin is applied may be inclined so that gravity is applied in the direction indicated by the arrow in FIG.
  • wind force may be used as an external force by blowing an inert gas such as nitrogen gas or air in a direction indicated by an arrow in FIG.
  • the master diffraction grating is used as the blazed diffraction grating used for the support.
  • the present invention is not limited to this.
  • a replica diffraction grating may be used as the blazed diffraction grating used for the support.
  • a replica diffraction grating can also be manufactured from the blazed diffraction grating manufactured in the above embodiment.

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Abstract

　既存のブレーズ角より小さいブレーズ角を有するブレーズド回折格子およびその製造方法を提供することを課題とする。断面形状が鋸歯状であり、基礎ブレーズ面と基礎段差面を一方向に交互に繰り返し配置して成る表面を有する支持体上に、該表面と接する樹脂層を厚さが前記一方向に単調変化するように形成し、樹脂層表面を覆う金属コーティング膜を形成する工程からなるブレーズド回折格子の製造方法。厚さを単調変化させる方法としては、支持体上に溶剤樹脂を塗布した後、揮発量の差により形成する方法と、遠心力により形成する方法がある。

Description

ブレーズド回折格子およびブレーズド回折格子の製造方法
　本発明は、分光器や分波器などに用いられる波長分離・選択素子であるブレーズド回折格子およびブレーズド回折格子の製造方法に関する。
　回折格子の種類は様々なものがあるが、溝の断面形状が鋸歯状である回折格子はブレーズド回折格子と呼ばれ、紫外から可視光領域の特定の波長の光に対して高い回折効率を示すため、可視・紫外の分光器等によく使用されている（特許文献１参照）。
　ブレーズド回折格子の製造方法として、フォトレジストをマスクとしてイオンビームを所定の入射角で入射して基板を削るイオンビームエッチング法やルーリングエンジンにより一本ずつ溝を加工する機械切り法が知られている。機械切り法は溝間隔の精度が低く、加工端部に迷光の原因となる切り残り片が生じる場合があるため、精度を要求される回折格子の作製ではイオンビームエッチング法を用いることが多い。
　イオンビームエッチング法によるブレーズド回折格子の製造方法を図１により説明する。まず、石英、ガラスなどの平板状の基板１の表面にホトレジストを塗布してホトレジスト層２を形成する（図１（ａ））。このホトレジスト層２に二光束干渉による干渉縞を露光・現像し、図１（ｂ）に示すように平行線状のレジストパターン３を形成する（ホログラフィック露光）。それから、このレジストパターン３をマスクとして、基板１に所望のブレーズ角θBが形成されるように斜め上方向からレジストパターン３が消失するまでイオンビームによるエッチングを行い、基板１上に断面鋸歯状の格子溝４を形成する（図１（ｃ）～（ｅ））。その後、図１（ｆ）に示すように、アルミニウムや金等の金属膜５を格子溝４の表面にコーティングし、ブレーズド回折格子が完成する。
　通常、上述のエッチング工程では、基板１に対するエッチング速度がレジストパターン３に対するエッチング速度よりも速いような、即ち、選択比（＝基板の材料（例えばガラス）に対するエッチング速度／ホトレジストに対するエッチング速度）が１よりも大きなエッチングガスを用いてイオンビームエッチングを行う。
　これにより、マスターブレーズド回折格子が製造される。このマスター回折格子の格子面に離型剤層を形成し、その上に金属薄膜を形成する。続いてこの金属薄膜上に接着剤を介してガラス基板を接着し、接着剤が硬化した後、ガラス基板をマスター回折格子から剥離させる。これにより、格子溝が形成された金属薄膜が裏返し状態でガラス基板側に移り、レプリカ回折格子が得られる。このレプリカ回折格子を母型として、製品としての回折格子を製造する（特許文献１参照）。
　分光分析装置における分析対象の拡大等に伴い、回折格子で回折される光の波長はますます短くなってきている。回折波長を短波長化するためには、格子間隔を短くするとともに、ブレーズ角を小さくしなければならない。
　上述のイオンビームエッチング法を用いて小さいブレーズ角のブレーズド回折格子を製造するためには、イオンビームの入射角αを大きくする必要がある。このとき、図２に示すように、１つのブレーズ面１１と隣接のブレーズ面１１の間の段差面１２が深くエッチングされ、段差面１２がブレーズ面１１の下に入り込むようになり（すなわち、ブレーズ面１１と段差面の間の角度βが鋭角となり）、ブレーズ面１１の端が隣接するブレーズ面１１を覆うような、ひさし状の形状になる（これをオーバーハングと呼ぶ）。このようなオーバーハングが生じたマスター回折格子からは、レプリカ回折格子を製造することができない。
　また、回折格子が凹面回折格子である場合、イオンビームの入射角αを小さくすると、周辺にエッチングされない部分が生じる。例えば、曲率半径Ｒの凹面回折格子の場合、基板の直径をＤとすると、基板端部は図３に示すように水平方向からθ＝ｓｉｎ-１（Ｄ／２Ｒ）の角度だけ反っている。したがって、イオンビームの入射角αが、（９０－θ）°以上になると、基板表面にイオンビームが入射しない部分（影の部分）が生じ、エッチングができない。
特開２００９－９２６８７号公報
　本発明が解決しようとする課題は、既存のブレーズ角より小さいブレーズ角を有するブレーズド回折格子およびその製造方法を提供することである。
　上記課題を解決するために成された本発明に係るブレーズド回折格子は、
　a)断面形状が鋸歯状であり、基礎ブレーズ面と基礎段差面を一方向に交互に繰り返し配置して成る支持体と、
　b)前記支持体の前記基礎ブレーズ面と前記基礎段差面を覆い、前記基礎ブレーズ面上で厚さが前記一方向に単調変化する樹脂層と、
　c)前記樹脂層の表面を覆う金属コーティング膜と
を備える。
　本発明に係るブレーズド回折格子では、図４に示すように、支持体の基礎ブレーズ面を覆う樹脂層の「樹脂層ブレーズ面」において、樹脂層の厚さが前記一方向に単調変化しているため、支持体の基礎ブレーズ面のブレーズ角θB1にかかわらず、樹脂層ブレーズ面のブレーズ角θB2を任意に定めることができる。例えば、図４に示すように、支持体の谷の方（基礎ブレーズ面の深い方）において樹脂層の厚さt1を大きく、支持体の山の方（基礎ブレーズ面の浅い方）において樹脂層の厚さt2を小さくすることにより、樹脂層ブレーズ面のブレーズ角θB2を基礎ブレーズ面のブレーズ角θB1よりも小さくすることができる。逆に、t1＜t2とすることにより、基礎ブレーズ面のブレーズ角θB1よりも大きいブレーズ角を有するブレーズド回折格子を得ることができる。
　なお、金属コーティング膜は、樹脂層の厚さに何ら影響を与えない程度の薄い膜である。
　また、上記課題を解決するために成された本発明に係るブレーズド回折格子の製造方法は、
　a)断面形状が鋸歯状であり、基礎ブレーズ面と基礎段差面を一方向に交互に繰り返し配置して成る支持体を用意する工程と、
　b)前記支持体上に、前記基礎ブレーズ面と前記基礎段差面を覆う樹脂層を、前記基礎ブレーズ面上において厚さが前記一方向に単調変化するように形成する工程と、
　c)前記樹脂層の表面を覆う金属コーティング膜を形成する工程と、
　を含む。
　樹脂層を、前記基礎ブレーズ面上において厚さが前記一方向に単調変化するように形成する方法としては、揮発性溶剤の揮発を利用する方法および外力を利用する方法の２通りの方法がある。
　揮発性溶剤の揮発を利用する方法は、揮発性溶剤に樹脂層を構成する樹脂を溶解させて溶剤樹脂を作成し、該溶剤樹脂を塗布後の溶剤樹脂表面が平坦になるように支持体上に塗布し、塗布後に、揮発性溶剤を揮発させ、樹脂を固化する工程を経て樹脂層を形成する方法である。溶剤樹脂を支持体上に塗布し、最表面を平坦面とした状態では、その平坦面から基礎ブレーズ面までの深さが基礎ブレーズ面の各部で異なる。従って、溶剤樹脂からの溶剤の揮発量も異なり、樹脂が固化した後は基礎ブレーズ面とは異なるブレーズ角の樹脂層ブレーズ面が得られる。
　外力を利用する方法は、樹脂層を構成する液状樹脂を支持体上にコーティングする際に、前記一方向に外力を加えることにより、基礎ブレーズ面にコーティングされる樹脂層の厚さを単調変化させるものである。ここで用いる外力には、遠心力、支持体を傾斜させることによる重力、表面に空気等を吹き付けて付与する風力等がある。ここで、外力の強さを調整する他、溶剤樹脂の粘度を調節することによっても、製造されるブレーズド回折格子のブレーズ角の調整が可能である。
　本発明に係るブレーズド回折格子の製造方法を用いると、断面形状が鋸歯状であり、基礎ブレーズ面と基礎段差面を一方向に交互に繰り返し配置して成る支持体上に、前記基礎ブレーズ面と前記基礎段差面を覆う樹脂層を、前記基礎ブレーズ面上において厚さが前記一方向に単調変化するように形成し、該樹脂層の表面を覆う金属コーティング膜を形成するという簡便な製造方法によって、任意のブレーズ角を有するブレーズド回折格子を製造することができる。従って、既存のブレーズド回折格子よりもブレーズ角の小さいブレーズド回折格子を作製することも可能となる。
ブレーズド回折格子の製造方法の手順を説明する断面模式図。 オーバーハングを説明する図。 凹面回折格子の場合の基板端部の反りを説明する図。 ブレーズ角の変化を説明する図。 ブレーズド回折格子上にディップコートにより揮発性溶剤を混ぜた溶剤樹脂を塗布した場合における、溶剤樹脂塗布後の断面模式図。 ブレーズド回折格子上にディップコートにより揮発性溶剤を混ぜた溶剤樹脂を塗布した場合における、揮発性溶剤の揮発後の断面模式図。 遠心力を加えるユニットの概略模式図。 遠心力が加わっている際のブレーズド回折格子上の液状樹脂の断面模式図。
　以下、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
　本発明の第１の実施例を図５および図６を参照して説明する。図５はブレーズド回折格子上にディップコートにより揮発性溶剤を混ぜた溶剤樹脂を塗布した場合における、溶剤樹脂塗布後の断面模式図である。図６はブレーズド回折格子上にディップコートにより揮発性溶剤を混ぜた溶剤樹脂を塗布した場合における、揮発性溶剤の揮発後の断面模式図である。
　第１の実施例は、樹脂層を、基礎ブレーズ面上において厚さが一方向に単調変化するように形成する方法として、揮発性溶剤の揮発を利用する方法を用いる場合の例である。
　第１の実施例では、第１のブレーズ角を有するブレーズド回折格子２０を支持体として用いる。一例として、ブレーズド回折格子２０は、溝本数が９００本／ｍｍ、溝の深さが０．３０μｍ、第１のブレーズ角が１４°であり、イオンビームエッチング法で製造されたマスター回折格子を使用する。
　ブレーズド回折格子２０の基礎ブレーズ面２１と基礎段差面２２で構成される溝を複数有する面上に、揮発性溶剤に溶解させた樹脂（溶剤樹脂）を塗布する。溶剤樹脂の塗布にはディップコート法を用い、図５に示すように、塗布後の樹脂表面が平坦となるように塗布する。ここにおける樹脂層２６の厚さは、最も薄い箇所（溝の山部分）でブレーズド回折格子２０の溝深さの１／２～３倍程度とする。なお、この樹脂層２６の厚さは、溶剤樹脂中の溶剤の割合にも依存する。上記ブレーズド回折格子２０の場合、塗布後の溶剤樹脂の厚さが最も厚いところで約１μｍとなるように塗布する。
　任意の光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を本発明における樹脂として用いることができる。また、これらの樹脂と反応を起こさなければ、エタノール、ベンゼン、アセトン等の任意の揮発性有機溶剤を本発明における揮発性溶剤として用いることができる。本実施例では、揮発性有機溶剤としてエタノールを用いる。
　次に、溶剤樹脂中のエタノールを揮発させる。揮発を促進させるため、溶剤樹脂が塗布されたブレーズド回折格子２０全体を加熱しても良いし、揮発性溶剤が時間経過とともに自然に揮発するのを待っても良い。図６中に矢印で示したように溶剤樹脂中のエタノールが揮発するにつれて、溶剤樹脂の厚さは薄くなるとともに溶剤樹脂の表面はブレーズド回折格子２０の溝の形状を反映した凹凸を有するようになる。
　その後、樹脂を所定の方法で固化させると、図６に示したようにブレーズド回折格子２０の表面に当該ブレーズド回折格子２０の溝の形状を反映した凹凸を有する樹脂層３６が形成される。ただし、樹脂層３６の厚さは一様ではなく、基礎ブレーズ面２１上で一方向に単調変化し、ブレーズド回折格子２０の山（凹凸の凸部）の上の厚さ（図４のt2）はブレーズド回折格子２０の谷（凹凸の凹部）の上の厚さ（図４のt1）より小さくなる。その結果、樹脂層３６の溝はブレーズド回折格子２０の溝より浅くなる。上述の例では、樹脂層３６の厚さは最も薄いところで１００ｎｍ乃至２００ｎｍ程度となる。
　樹脂層３６の厚さが一様ではなく、ブレーズド回折格子２０の山の上の厚さはブレーズド回折格子２０の谷の上の厚さより小さくなる理由は、以下のように考えられる。図５に示したように、塗布後の樹脂表面が平坦となるように塗布するディップコート法では、塗布後の溶剤樹脂の厚さは、ブレーズド回折格子２０の山の上で薄く、ブレーズド回折格子２０の谷の上で厚くなる。溶剤樹脂に含まれる揮発性溶剤の割合は等しいため、溶剤樹脂の塗布直後の溶剤樹脂の厚さの一定の割合（たとえば半分）が揮発すると仮定すると、上記塗布後の溶剤樹脂の厚さの関係を維持しつつ、膜厚がそれぞれ一定の割合だけ減少する。その結果、樹脂層３６の厚さは一様ではなく、ブレーズド回折格子２０の山の上の厚さはブレーズド回折格子２０の谷の上の厚さより小さくなる。
　その後、図示しないが、樹脂層３６の表面を保護するため、アルミニウム等の金属コーティング膜を、真空蒸着法やスパッタリング法等を用いて形成し、ブレーズド回折格子の製造を完成させる。金属コーティング膜の厚さは数十ｎｍ程度であり、前記樹脂層３６の表面の形状には影響を与えない。
　樹脂層３６は、基礎ブレーズ面２１上にブレーズ面３１と、基礎段差面２２上に段差面３２とを有し、ブレーズ面３１と段差面３２の傾きはそれぞれ基礎ブレーズ面２１および基礎段差面２２より緩やかになっている。したがって、ブレーズ面３１と段差面３２の間の角度γ1は、基礎ブレーズ面２１と基礎段差面２２の間の角度β'1より大きくなる。このようにして製造されたブレーズド回折格子のブレーズ角（第２のブレーズ角）はブレーズド回折格子２０のブレーズ角（第１のブレーズ角）より小さい。上述の例では、溝本数が９００本／ｍｍ、溝の深さが０．１５μｍ、第２のブレーズ角が７°のブレーズド回折格子が得られる。
　本実施例のように、厚さが不均一である溶剤樹脂からの溶剤の均等揮発により残留樹脂層の厚さが不均一になることを利用して、樹脂層を支持体であるブレーズド回折格子２０の基礎ブレーズ面上で一方向に単調変化し、回折格子２０の山の上の樹脂層の厚さがブレーズド回折格子２０の谷の上の厚さより小さくなるように形成することで、製造されるブレーズド回折格子のブレーズ角を支持体として用いたブレーズド回折格子２０より小さくできる。そのため、従来の回折格子の製造方法では困難であった、小さいブレーズ角のブレーズド回折格子を製造することができる。
　また、製造されたブレーズド回折格子のブレーズ角が所望の角度となっていなかった場合、形成された樹脂層を剥がし、もう一度樹脂層の形成をやり直せばよい。したがって、加工に失敗しても加工対象材料の廃棄は必要なく、製造コストの低減が図れる。
　本発明の第２の実施例を図７および図８を参照しつつ説明する。図７は遠心力を加えるユニットの概略模式図である。図８は遠心力が加わっている際のブレーズド回折格子４０上の液状樹脂の断面模式図である。以下の第２の実施例の説明では液状樹脂を用いているが、第１の実施例と同じ揮発性溶剤により液状化した樹脂を用いてもよい。以下、第１の実施例の繰り返しとなる説明は省略し、第１の実施例と異なるところを中心に説明する。
　第２の実施例は、樹脂層を、基礎ブレーズ面上において厚さが一方向に単調変化するように形成する方法として外力を利用する方法を用いる場合の例であり、外力として遠心力を用いる場合の例である。
　第２の実施例では、支持体である、基礎ブレーズ面４１と基礎段差面４２で構成される溝を複数有するブレーズド回折格子４０の表面上に液状樹脂を塗布する。液状樹脂の塗布方法は任意であり、ディップ法でもよいし、遠心法（スピンコーティング）でも良い。ただし、スピンコーティングの場合は、スピン回転数をそう高くすることなく、コーティングの厚みを十分大きなものとしておく。
　こうして表面に液状樹脂を塗布したブレーズド回折格子４０に、そのブレーズ方向（溝に垂直な方向）に遠心力を与えるように、ブレーズド回折格子４０を遠心装置にセットする。具体的には、図７のように、円盤状の回転板６０の中心からできるだけ外れた周縁部にブレーズド回折格子４０を固定する。その際、ブレーズド回折格子４０は、そのブレーズ方向が回転板６０の径方向と一致するように固定する。基礎ブレーズ面４１のブレーズ角よりも小さいブレーズ角を有する樹脂層を形成したい場合は、基礎ブレーズ面４１が回転板６０の外側を向くようにブレーズド回折格子４０を固定する。逆に、基礎ブレーズ面４１のブレーズ角よりも大きいブレーズ角を有する樹脂層を形成したい場合は、基礎ブレーズ面４１が回転板６０の中心を向くようにする。固定には、ブレーズド回折格子４０が帯電した際にその静電気を回転板６０の方に逃がすため、導電性を有する接着剤又はテープ（例えば、銅テープ等）を用いることが望ましい。
　次に、回転板６０を数千ｒｐｍの高速で回転し、ブレーズド回折格子４０の表面の液状樹脂に、ブレーズ方向に力（遠心力）を加える（図８中の矢印）。これにより、液状樹脂は基礎ブレーズ面４１上を流れ、前記のように、基礎ブレーズ面４１が外側を向いている場合は樹脂層５６のブレーズ角が基礎ブレーズ面４１のそれよりも小さくなり、基礎ブレーズ面４１が中心側を向いている場合は樹脂層５６のブレーズ角は基礎ブレーズ面４１のブレーズ角よりも大きくなる。
　このような高速回転によって、液状樹脂は自然に固化するが、回転面に対する光照射や回転板６０を加熱することで、さらに固化を促進しても良い。
　このような工程により、液状樹脂に遠心力を加えつつ該液状樹脂を固化させることで、支持体表面にブレーズド回折格子４０の溝の形状を反映し、それとは異なるブレーズ角を有する樹脂層５６が形成される。
　その後、図示しないが、樹脂層５６の表面を覆う金属コーティング膜として、アルミニウムを真空蒸着法やスパッタリング法等を用いて、樹脂層５６のブレーズ形状を維持するように（例えば、数十ｎｍの厚さとなるように）形成し、ブレーズド回折格子を完成させる。
　図８では、樹脂層５６は、基礎ブレーズ面４１上にブレーズ面５１と、基礎段差面４２上に段差面５２とを有し、ブレーズ面５１と段差面５２の傾きはそれぞれ基礎ブレーズ面４１および基礎段差面４２より緩やかになっている。したがって、ブレーズ面５１と段差面５２の間の角度γ2は、基礎ブレーズ面４１と基礎段差面４２の間の角度β'2より大きくなる。
　本実施例のように、樹脂層を支持体であるブレーズド回折格子４０の基礎ブレーズ面上で一方向に単調変化し、ブレーズド回折格子４０の山の上の樹脂層の厚さ（図４のt2）がブレーズド回折格子４０の谷の上の厚さ（図４のt1）より小さくなるように形成することで、製造されるブレーズド回折格子のブレーズ角を支持体として用いたブレーズド回折格子４０のブレーズ角より小さくできる。そのため、従来の回折格子の製造方法では困難であった、小さいブレーズ角のブレーズド回折格子を製造することができる。
　また、製造されたブレーズド回折格子のブレーズ角が所望の角度となっていなかった場合、形成された樹脂層を剥がし、もう一度樹脂層の形成をやり直せばよい。したがって、加工に失敗しても加工対象材料の廃棄は必要なく、製造コストの低減が図れる。
　本実施例を用いれば、回転板６０の回転速度や塗布する液状樹脂の粘度の調節によって、製造されるブレーズド回折格子のブレーズ角の調整が可能である。液状樹脂は実施例１に挙げた揮発性溶剤を混ぜて粘度の調節を行っても良い。したがって、ブレーズド回折格子の製造段階でパラメータの調節をする自由度が高い。
　本実施例では、遠心力を液状樹脂に加える外力として用いる例を示したが、本発明はこれに限定されない。一例として、図８中に矢印で示した方向に重力が加わるように、液状樹脂を塗布した支持体を傾斜させても良い。また、図８中に矢印で示した方向に窒素ガスなどの不活性ガスや空気を吹き付けることで、風力を外力として用いても良い。
　なお、上記実施例では、支持体に用いるブレーズド回折格子として、マスター回折格子を使用する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。支持体に用いるブレーズド回折格子として、レプリカ回折格子を使用しても良い。また、上記実施例で製作したブレーズド回折格子からレプリカ回折格子を製作することもできる。
１…基板
２…ホトレジスト層
３…レジストパターン
４…格子溝
５…金属膜
２０、４０…ブレーズド回折格子
２１、４１…基礎ブレーズ面
１１、３１、５１…ブレーズ面
２２、４２…基礎段差面
１２、３２、５２…段差面
２６、３６、５６…樹脂層
６０…回転板

Claims (5)

  1. 　a)断面形状が鋸歯状であり、基礎ブレーズ面と基礎段差面を一方向に交互に繰り返し配置して成る支持体と、
    　b)前記支持体の前記基礎ブレーズ面と前記基礎段差面を覆い、前記基礎ブレーズ面上で厚さが前記一方向に単調変化する樹脂層と、
    　c)前記樹脂層の表面を覆う金属コーティング膜と
    を備えるブレーズド回折格子。
  2. 　前記基礎ブレーズ面上の樹脂層のブレーズ角が、前記基礎ブレーズ面のブレーズ角よりも小さい、請求項１に記載のブレーズド回折格子。
  3. 　a)断面形状が鋸歯状であり、基礎ブレーズ面と基礎段差面を一方向に交互に繰り返し配置して成る支持体を用意する工程と、
    　b)前記支持体上に、前記基礎ブレーズ面と前記基礎段差面を覆う樹脂層を、前記基礎ブレーズ面上において厚さが前記一方向に単調変化するように形成する工程と、
    　c)前記樹脂層の表面を覆う金属コーティング膜を形成する工程と、
    　を含むブレーズド回折格子の製造方法。
  4. 　前記樹脂層を前記一方向に単調変化するように形成する工程が、
    　d)揮発性溶剤に前記樹脂層を構成する樹脂を溶解させて溶剤樹脂を作成する工程と、
    　e)前記溶剤樹脂を塗布後の前記溶剤樹脂表面が平坦になるように前記支持体上に塗布する工程と、
    　f)塗布後に、前記揮発性溶剤を揮発させ、前記樹脂を固化する工程と、
    を含む、請求項３に記載のブレーズド回折格子の製造方法。
  5. 　前記樹脂層を前記一方向に単調変化するように形成する工程が、
    　d)前記樹脂層を構成する液状樹脂を前記支持体上に塗布する工程と、
    　e)前記液状樹脂に遠心力を加えつつ前記液状樹脂を固化する工程と、
    を含む、請求項３に記載のブレーズド回折格子の製造方法。
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