JP7756232B2 - Diffraction grating manufacturing method and diffraction grating - Google Patents
Diffraction grating manufacturing method and diffraction gratingInfo
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Description
本発明は、回折格子の製造方法および回折格子に関し、特に、シリコンウエハに塗布したフォトレジスト上に形成した回折格子の溝形状を金属膜に転写する製造方法において、溝形状を忠実に再現することに好適な回折格子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a diffraction grating and a diffraction grating, and in particular to a method for manufacturing a diffraction grating that is suitable for faithfully reproducing the groove shape in a manufacturing method in which the groove shape of a diffraction grating formed on a photoresist applied to a silicon wafer is transferred to a metal film.
回折格子は分析装置の分光器などに使用されている、様々な波長の混ざった光(白色光など)を狭帯域の波長毎に分ける光学素子であり、表面に反射膜が蒸着された光学材料表面に微細な溝が刻まれたものである。 A diffraction grating is an optical element used in spectrometers in analytical equipment to separate light containing a mixture of various wavelengths (such as white light) into narrow bands of wavelengths.It consists of fine grooves engraved on the surface of an optical material with a reflective film vapor-deposited on it.
回折格子には、例えばブレーズド(鋸歯波状)回折格子、正弦波状回折格子およびラミナー回折格子がある。ブレーズド回折格子は、金属膜を成膜したガラス基板にルーリングエンジン等の加工機械で溝を1本ずつ刻線することでマスタ回折格子を作成し、刻線した溝形状を樹脂、金属に転写することで製造される。正弦波回折格子の製造方法については、フォトリソグラフィー技術を用いた方法が、例えば、特許文献1(特開2003-172639号公報)に開示されている。 Diffraction gratings include, for example, blazed (sawtooth) diffraction gratings, sinusoidal diffraction gratings, and laminar diffraction gratings. Blazed diffraction gratings are manufactured by creating a master diffraction grating by rubbing grooves one by one on a glass substrate coated with a metal film using a processing machine such as a ruling engine, and then transferring the rubbing groove shape to a resin or metal. A method for manufacturing sinusoidal diffraction gratings using photolithography is disclosed, for example, in Patent Document 1 (JP 2003-172639 A).
正弦波状回折格子の波長分解性能は回折格子に刻まれている溝の刻線本数(1mmあたりの溝本数)によって決まるため、装置の波長分解能を上げるためには刻線本数の多い回折格子が必要となる。 The wavelength resolution performance of a sinusoidal diffraction grating is determined by the number of grooves engraved on the diffraction grating (number of grooves per mm), so a diffraction grating with a large number of grooves is required to increase the wavelength resolution of the device.
また、ラミナー回折格子はブレーズド回折格子および正弦波回折格子に比べて回折効率が低いため、軟X線、真空紫外領域で使用する回折格子には高効率化が求められている。 In addition, since laminar diffraction gratings have lower diffraction efficiency than blazed diffraction gratings and sinusoidal diffraction gratings, high efficiency is required for diffraction gratings used in the soft X-ray and vacuum ultraviolet regions.
従来のルーリングエンジンなどの機械加工を用いた方法では、工具を用いて溝1本ずつ刻線する。このため製造に時間が掛かることが課題であった。刻線できる溝形状は工具によって決まるため、刻線本数が多い正弦波状回折格子の製作は困難である。また、従来のレプリカ技術を用いて金属膜に形状を転写しようとした場合、アスペクト比の高い正弦波状溝の底には金属が入らず、溝の転写は困難である。正弦波状溝の底に金属が入らない場合、反射金属膜の表面の溝の形状が正弦波状とならず変形しているため、回折効率が低下する。 Conventional methods using machining, such as ruling engines, require a tool to scribe each groove one by one. This makes manufacturing time consuming, which is an issue. Because the groove shape that can be scribed is determined by the tool, it is difficult to produce a sinusoidal diffraction grating with a large number of scribed lines. Furthermore, when attempting to transfer the shape to a metal film using conventional replica technology, the metal does not reach the bottom of sinusoidal grooves with a high aspect ratio, making it difficult to transfer the grooves. When metal does not reach the bottom of the sinusoidal grooves, the shape of the grooves on the surface of the reflective metal film is deformed and not sinusoidal, resulting in reduced diffraction efficiency.
本発明はこのような課題を解決するために想起されたものであり、本発明の目的は、回折格子の性能を向上させることにある。 The present invention was conceived to solve these problems, and its purpose is to improve the performance of diffraction gratings.
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 A brief overview of a representative embodiment disclosed in this application is as follows:
一実施の形態である回折格子の製造方法は、(a)第1面および当該第1面の反対側の第2面を備えた基板を用意する工程、(b)前記基板の前記第1面上に、前記基板側とは反対側の第3面に正弦波状の第1溝を備えたフォトレジスト膜を形成する工程、(c)無電解めっき法を用いて、前記フォトレジスト膜の前記第3面上に、前記正弦波状の第1溝を埋め込む第1金属膜を形成する工程、を有し、前記第1金属膜を備えた回折格子を形成するものである。 One embodiment of a method for manufacturing a diffraction grating includes the steps of: (a) preparing a substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface; (b) forming a photoresist film on the first surface of the substrate, the photoresist film having a sinusoidal first groove on a third surface opposite the substrate; and (c) using electroless plating to form a first metal film on the third surface of the photoresist film that fills the sinusoidal first groove, thereby forming a diffraction grating having the first metal film.
また、一実施の形態である回折格子は、基板と、前記基板上に形成され、前記基板側とは反対側の表面に正弦波状の溝を備えた第1金属膜と、を有し、前記第1金属膜の前記正弦波状の溝の溝幅は、100nm以下であるものである。 In one embodiment, the diffraction grating comprises a substrate and a first metal film formed on the substrate and having sinusoidal grooves on the surface opposite the substrate, and the groove width of the sinusoidal grooves in the first metal film is 100 nm or less.
本発明によれば、回折格子の性能を向上できる。 The present invention can improve the performance of diffraction gratings.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Note that in all drawings used to explain the embodiments, components having the same functions will be given the same reference numerals, and repeated explanations will be omitted. Furthermore, in the embodiments, explanations of identical or similar parts will not be repeated, unless specifically required.
<改善の余地>
以下に、図19~図24を用いて、改善の余地の詳細について説明する。
ROOM FOR IMPROVEMENT
The room for improvement will be described in detail below with reference to FIGS.
回折格子は、刻まれている溝の形状によりいくつかの種類に分類される。初めにブレーズド(鋸歯波状)回折格子について説明する。図19にブレーズド回折格子201の溝断面形状の概略図を示す。分光光度計など分光分析装置では光源のエネルギーを有効に利用して高いS/N比で計測を行うことが求められるため、特定の回折次数の回折光のみを効率的によく取り出すことができる反射型のブレーズド回折格子が好んで用いられる。ブレーズド回折格子を製造する方法としては、金属膜を成膜したガラス基板にルーリングエンジン等の加工機械で溝を1本ずつ刻線することでマスタ回折格子を作成し、刻線した溝形状を樹脂、金属に転写することが考えられる。Diffraction gratings are classified into several types depending on the shape of the grooves engraved into them. First, we will explain blazed (sawtooth) diffraction gratings. Figure 19 shows a schematic diagram of the cross-sectional groove shape of a blazed diffraction grating 201. Spectrophotometers and other spectroscopic analysis devices are required to make measurements with a high S/N ratio by efficiently utilizing the energy of the light source, so reflective blazed diffraction gratings are preferred because they can efficiently extract only diffracted light of specific diffraction orders. One method for manufacturing blazed diffraction gratings is to create a master diffraction grating by rubbing grooves one by one into a glass substrate coated with a metal film using a processing machine such as a ruling engine, and then transfer the rubbing groove shape to resin or metal.
次に正弦波状回折格子について説明する。図20に正弦波状回折格子202の溝断面形状を示す。正弦波状回折格子は広い波長範囲で回折効率がブロードであること、および、回折効率のピーク波長が溝深さと溝幅で決定されるなど、ブレーズド回折格子とは異なる光学特性をもつ。正弦波状回折格子は高周波誘導プラズマ(Inductively Coupled Plasma、以下の文章ではICPと省略する)発光分光装置などに使用される。ICP発光分光装置の波長分解能は回折格子に刻まれている溝の刻線本数(1mmあたりの溝本数)によって決まるため、装置の波長分解能を上げるためには刻線本数の多い回折格子が必要となる。Next, we will explain sinusoidal diffraction gratings. Figure 20 shows the cross-sectional groove shape of a sinusoidal diffraction grating 202. Sinusoidal diffraction gratings have different optical properties from blazed diffraction gratings, such as broad diffraction efficiency over a wide wavelength range and the peak wavelength of diffraction efficiency being determined by the groove depth and width. Sinusoidal diffraction gratings are used in devices such as inductively coupled plasma (abbreviated as ICP in the following text) optical emission spectroscopy. The wavelength resolution of an ICP optical emission spectroscopy device is determined by the number of grooves engraved on the diffraction grating (number of grooves per mm), so a diffraction grating with a large number of grooves is required to increase the wavelength resolution of the device.
次にラミナー回折格子について説明する。図21にラミナー回折格子203の溝断面形状の概略図を示す。ラミナー回折格子は波長0.1nm~200nmの軟X線、真空紫外(Vacuum Ultra Violet、以下の文章ではVUVと省略する)領域の反射率が大きいため、軟X線、VUV用の分光器またはその波長帯での材料分析などの研究用途に使用されている。ラミナー回折格子はブレーズド回折格子および正弦波回折格子などに比べて回折効率が低いため、軟X線、真空紫外領域で使用する回折格子には高効率化が求められている。すなわち、第1の改善の余地として、回折効率の高い回折格子を実現するという課題がある。Next, we will explain laminar diffraction gratings. Figure 21 shows a schematic diagram of the groove cross-section of a laminar diffraction grating 203. Laminar diffraction gratings have high reflectivity in the soft X-ray and vacuum ultraviolet (VUV) wavelength ranges of 0.1 nm to 200 nm, and are therefore used in spectrometers for soft X-rays and VUV, or in research applications such as material analysis in that wavelength range. Because laminar diffraction gratings have lower diffraction efficiency than blazed diffraction gratings and sinusoidal diffraction gratings, diffraction gratings used in the soft X-ray and vacuum ultraviolet ranges must be highly efficient. In other words, the first area of improvement is the challenge of creating a diffraction grating with high diffraction efficiency.
また、ルーリングエンジンなどの機械加工を用いた方法では、工具を用いて溝1本ずつ刻線する。このため製造に時間が掛かる問題がある。また、軟X線、真空紫外領域で使用する回折格子は刻線本数が多いものである必要がある(例えば10000本/mm以上)。この場合、刻線される溝は微細であるため、正弦波状回折格子を製造することが考えられる。ここで、機械加工を用いた方法では刻線できる溝形状が工具によって決まるため、刻線本数が多い正弦波状回折格子の製作は困難である。また、周知のレプリカ技術を用いて金属膜に形状を転写しようとした場合、アスペクト比の高い正弦波状溝の底には金属が入らず、溝を転写することが困難である。 Furthermore, with methods using machining, such as a ruling engine, grooves are engraved one by one using a tool, which results in a time-consuming manufacturing process. Furthermore, diffraction gratings used in the soft X-ray and vacuum ultraviolet regions must have a large number of grooves (e.g., 10,000 lines/mm or more). In this case, since the grooves to be engraved are very fine, it is possible to manufacture a sinusoidal diffraction grating. However, with methods using machining, the groove shape that can be engraved is determined by the tool, making it difficult to manufacture a sinusoidal diffraction grating with a large number of grooves. Furthermore, when attempting to transfer a shape to a metal film using well-known replica techniques, metal does not reach the bottom of sinusoidal grooves with a high aspect ratio, making it difficult to transfer the grooves.
すなわち、高アスペクト比の正弦波状溝を回折格子として利用するためには、図22に示すようにフォトレジスト膜101で製作した正弦波状の溝に反射金属膜501を均一に成膜する必要がある。言い換えれば、フォトレジスト膜101の上面の正弦波状の溝に沿って、隙間なく反射金属膜501を埋め込む必要がある。 In other words, to use sinusoidal grooves with a high aspect ratio as a diffraction grating, it is necessary to uniformly deposit a reflective metal film 501 in the sinusoidal grooves created in the photoresist film 101, as shown in Figure 22. In other words, it is necessary to embed the reflective metal film 501 without any gaps along the sinusoidal grooves on the top surface of the photoresist film 101.
これに対し、特許文献1で開示されている方法では、金属膜の成膜に真空蒸着法を用いている。この方法では、例えば、刻線本数が10000本/mm以上、溝幅(ピッチ)が100nm以下となるような回折格子を製造する場合には、図23に示すように反射金属膜501が溝の先端に集中してキノコ状になる。すなわち、フォトレジスト膜101の上面の正弦波状の溝の底部には反射金属膜501が埋め込まれず、反射金属膜501はフォトレジスト膜101の上面の凹凸の先端部分に集中して成膜される。In contrast, the method disclosed in Patent Document 1 uses vacuum deposition to deposit the metal film. With this method, when manufacturing a diffraction grating with, for example, 10,000 or more rulings per mm and a groove width (pitch) of 100 nm or less, the reflective metal film 501 concentrates at the tips of the grooves, forming a mushroom shape, as shown in Figure 23. In other words, the reflective metal film 501 is not embedded in the bottoms of the sinusoidal grooves on the top surface of the photoresist film 101, and instead is deposited concentrated at the tips of the irregularities on the top surface of the photoresist film 101.
図24に、波長と回折効率との関係をグラフで示す。図24の横軸は波長であり、縦軸は回析効率である。図24では、正弦波状の溝に反射金属膜501を均一につけた場合(図22参照)の回折効率を実線で示し、反射金属膜501が溝の先端に集中してキノコ状になった場合(図23参照)の回折効率を破線で示す。図23に示すように、反射金属膜501が溝の先端に集中してキノコ状になった場合には、図23の溝に反射金属膜501を均一につけた場合に比べて、反射金属膜501の表面形状が正弦波状ではなく変形しているため、回折効率が低下する。 Figure 24 shows a graph of the relationship between wavelength and diffraction efficiency. The horizontal axis of Figure 24 is wavelength, and the vertical axis is diffraction efficiency. In Figure 24, the solid line shows the diffraction efficiency when the reflective metal film 501 is uniformly applied to a sinusoidal groove (see Figure 22), and the dashed line shows the diffraction efficiency when the reflective metal film 501 is concentrated at the tip of the groove and forms a mushroom shape (see Figure 23). As shown in Figure 23, when the reflective metal film 501 is concentrated at the tip of the groove and forms a mushroom shape, the diffraction efficiency decreases compared to when the reflective metal film 501 is uniformly applied to the groove in Figure 23 because the surface shape of the reflective metal film 501 is deformed rather than sinusoidal.
このように、第2の改善の余地として、刻線本数が10000本/mm以上、溝幅が100nm以下となるような回折格子を製造しようとすると、反射金属膜501の表面を正弦波状に形成することが困難であり、回折効率が低下する課題がある。 Thus, as a second area for improvement, when attempting to manufacture a diffraction grating with a line count of 10,000 lines/mm or more and a groove width of 100 nm or less, it is difficult to form the surface of the reflective metal film 501 into a sinusoidal wave shape, which poses the problem of reduced diffraction efficiency.
そこで、本願の各実施の形態では、上述した改善の余地を解決する工夫を施している。以下では、この工夫を施した実施の形態における技術的思想について説明する。Therefore, in each embodiment of the present application, we have implemented measures to address the room for improvement mentioned above. Below, we will explain the technical concept behind these implemented embodiments.
(実施の形態1)
以下、図1~図15を用いて、本実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態でいう回折格子の溝幅(ピッチ)は、回折格子の表面に一方向に並ぶ複数の溝が形成されている場合に、当該方向において繰り返し形成された凹凸の周期を指す。例えば、正弦波回折格子の場合、回折格子の溝幅は、当該方向において隣り合う凸部の中心(頂点)同士の間の距離を指す。
(Embodiment 1)
This embodiment will be described below with reference to Figures 1 to 15. Note that the groove width (pitch) of a diffraction grating in the following embodiments refers to the period of the repeated irregularities in a direction when multiple grooves are formed on the surface of the diffraction grating aligned in that direction. For example, in the case of a sinusoidal diffraction grating, the groove width of the diffraction grating refers to the distance between the centers (vertices) of adjacent convex portions in that direction.
図1に、本実施の形態である回折格子の製造フローを示す。本実施の形態の回折格子の製造方法は下記に示す、ステップS11~S17で構成される。 Figure 1 shows the manufacturing flow of the diffraction grating of this embodiment. The manufacturing method of the diffraction grating of this embodiment consists of steps S11 to S17 shown below.
すなわち、まず図7に示すように、基板(シリコン基板)102にフォトレジスト膜101で溝を形成する(ステップS11)。次に、図8に示すように、フォトレジスト膜101に無電解めっき法を用いて反射金属膜(無電解めっき膜)103を成膜する(ステップS12)。次に、図9に示すように、反射金属膜103に接着剤104を塗布する(ステップS13)。次に、図10に示すように、反射金属膜103とガラス基板105を接着する(ステップS14)。次に、図11に示すように、基板102をフォトレジスト膜101から剥離する(ステップS15)。次に、図12に示すように、反射金属膜103に残ったフォトレジスト膜101を除去する(ステップS16)。次に、図13に示すように、反射金属膜103の溝が形成されている面に保護膜106を成膜する(ステップS17)。以上により、本実施の形態の回折格子がほぼ完成する。That is, first, as shown in FIG. 7, grooves are formed on a substrate (silicon substrate) 102 using a photoresist film 101 (Step S11). Next, as shown in FIG. 8, a reflective metal film (electroless plating film) 103 is formed on the photoresist film 101 using electroless plating (Step S12). Next, as shown in FIG. 9, adhesive 104 is applied to the reflective metal film 103 (Step S13). Next, as shown in FIG. 10, the reflective metal film 103 is bonded to a glass substrate 105 (Step S14). Next, as shown in FIG. 11, the substrate 102 is peeled off from the photoresist film 101 (Step S15). Next, as shown in FIG. 12, the photoresist film 101 remaining on the reflective metal film 103 is removed (Step S16). Next, as shown in FIG. 13, a protective film 106 is formed on the surface of the reflective metal film 103 where the grooves are formed (Step S17). This essentially completes the diffraction grating of this embodiment.
ここで、ステップS11の工程、つまり、表面に正弦波状の溝を有するフォトレジスト膜101の形成工程について、図2~図6を用いて説明する。図2に、フォトレジスト膜101の製造フローを示す。 Here, step S11, that is, the process of forming a photoresist film 101 having sinusoidal grooves on its surface, will be explained using Figures 2 to 6. Figure 2 shows the manufacturing flow of the photoresist film 101.
ここではまず、図3に示すように、基板102にフォトレジスト膜101を塗布する(ステップS1)。次に、図4に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて矩形の回折格子の溝を形成する(ステップS2)。次に、図5に示すように、フォトレジスト膜101に熱をかけ、溝を変形させる(ステップS3)。次に、図6に示すように、フォトレジスト膜101の最表面に浸水処理を行う(ステップS4)。以上により、表面に正弦波状の溝を有するフォトレジスト膜101を形成する。
続いて、各ステップの詳細について説明する。
First, as shown in Fig. 3, a photoresist film 101 is applied to a substrate 102 (step S1). Next, as shown in Fig. 4, rectangular diffraction grating grooves are formed using photolithography (step S2). Next, as shown in Fig. 5, the photoresist film 101 is heated to deform the grooves (step S3). Next, as shown in Fig. 6, a water immersion treatment is performed on the outermost surface of the photoresist film 101 (step S4). As a result, a photoresist film 101 having sinusoidal grooves on its surface is formed.
Next, each step will be described in detail.
ステップS1に関し、基板102は、第1面と、第1面の反対側の第2面とを備えたシリコン基板である。フォトレジストは、光または電子線などとの反応方法から、大きく分けてネガ型とポジ型に分けられる。ネガ型は露光されると現像液に対して溶解性が低下し現像後に露光部分が残る。これに対してポジ型では露光されると現像液に対して溶解性が増大し露光部分が現像時に除去される。ステップS1で使用するフォトレジスト膜101については、ネガ型およびポジ型のどちらを使用してもよい。 Regarding step S1, the substrate 102 is a silicon substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface. Photoresists are broadly divided into negative and positive types based on how they react with light or electron beams. When negative types are exposed to light, their solubility in a developer decreases, and the exposed portions remain after development. In contrast, when positive types are exposed to light, their solubility in a developer increases, and the exposed portions are removed during development. The photoresist film 101 used in step S1 may be either negative or positive.
ステップS2では半導体の製造に用いられているフォトリソグラフィー技術を用いて溝形状を形成する。フォトリソグラフィー技術では、基板102の上にフォトレジスト(感光性有機物質)膜101を塗布し(ステップS1)、これをフォトマスクに描画したマスクパターンを露光し、現像することでフォトレジスト膜101にマスクパターンの転写を行う(ステップS2)。In step S2, the groove shape is formed using photolithography technology, which is used in semiconductor manufacturing. In photolithography, a photoresist (photosensitive organic material) film 101 is applied to the substrate 102 (step S1), and the mask pattern drawn on a photomask is exposed to the photoresist film 101, which is then developed to transfer the mask pattern to the photoresist film 101 (step S2).
マスクパターンの露光を行う露光装置の波長には248nm(KrFエキシマレーザー)、193nm(ArFエキシマレーザー)などがあるが、ここではどの波長の露光装置を用いてもよく、使用する露光装置の波長に限定はされない。ここでは、フォトレジスト膜101の膜厚および露光装置の露光量を調整し、溝の底面のフォトレジスト膜101が残るように露光を行う。また露光する形状は例えば図14に示すような矩形形状とする。図14には例として矩形形状を示しているが、他の形状の例としては台形形状がある。台形形状の場合にも矩形形状と同様の効果を得ることができる。すなわち、ここでは、フォトレジスト膜101の表面に複数並ぶ矩形または台形の溝を形成する。 The wavelengths of the exposure equipment used to expose the mask pattern include 248 nm (KrF excimer laser) and 193 nm (ArF excimer laser), but any wavelength of exposure equipment can be used here and there is no limitation on the wavelength of the exposure equipment used. Here, the film thickness of the photoresist film 101 and the exposure amount of the exposure equipment are adjusted to expose the photoresist film 101 at the bottom of the grooves so that it remains. The exposed shape is, for example, a rectangular shape as shown in Figure 14. While Figure 14 shows a rectangular shape as an example, other examples of shapes include a trapezoidal shape. A trapezoidal shape can also achieve the same effect as a rectangular shape. That is, here, multiple rectangular or trapezoidal grooves are formed on the surface of the photoresist film 101.
ステップS3では現像後のフォトレジスト膜101の回折格子を加熱してレジストを溶かし、図14に矢印で示す方向にレジストを流動させることによって、フォトレジスト膜101を図15に示すような正弦波状に変形させる。すなわち、フォトレジスト膜101の表面に複数並ぶ矩形または台形の溝を加熱処理により変形させることで、正弦波状の溝を形成する。フォトレジスト膜101を加熱する際には、例えばフォトレジストのガラス転移温度に達するまで加熱を行う。In step S3, the diffraction grating of the developed photoresist film 101 is heated to melt the resist and cause it to flow in the direction indicated by the arrow in Figure 14, thereby deforming the photoresist film 101 into a sinusoidal shape as shown in Figure 15. That is, the multiple rectangular or trapezoidal grooves arranged on the surface of the photoresist film 101 are deformed by heat treatment to form sinusoidal grooves. When heating the photoresist film 101, heating is performed, for example, until the glass transition temperature of the photoresist is reached.
ステップS3の加熱装置には、例えば電熱線に電流を流して熱を発生させてプレートを加熱するホットプレート、または、ガス若しくはヒータで加熱室内の空気を熱するオーブンなどを用いる。ただし、フォトレジスト膜101を加熱し流動化できる加熱機構を有している装置であればよく、ホットプレートおよびオーブンに限定はされない。これによりフォトレジスト膜101に形成される正弦波状の溝の頂点と最下面との間の距離、つまり正弦波状の溝の深さは、例えば100nm程度である。 The heating device used in step S3 may be, for example, a hot plate that generates heat by passing an electric current through a heating wire to heat a plate, or an oven that heats the air in a heating chamber with gas or a heater. However, any device having a heating mechanism that can heat and fluidize the photoresist film 101 is sufficient, and is not limited to hot plates and ovens. As a result, the distance between the apex and the bottom surface of the sinusoidal groove formed in the photoresist film 101, i.e., the depth of the sinusoidal groove, is, for example, about 100 nm.
ステップS4の親水処理には、酸素プラズマを用いたアッシング処理を行う。アッシング処理を行うことにより、カルボニル基、カルボキシル基など官能基(OH基)を有する親水面107を形成できるため、化学的にフォトレジスト膜101の親水性を向上できる。The hydrophilic treatment in step S4 involves an ashing process using oxygen plasma. By performing the ashing process, a hydrophilic surface 107 containing functional groups (OH groups) such as carbonyl groups and carboxyl groups can be formed, thereby chemically improving the hydrophilicity of the photoresist film 101.
ステップS12には自己触媒型の無電解めっき法を用いる。無電解めっき法では溶液中で金属を成膜するため、図23を用いて説明した比較例で真空蒸着法を用いた場合のように、金属膜が凸部の先端に集中することはない。すなわち、無電解めっき法では、フォトレジスト膜101の表面の凹凸に沿って反射金属膜103を均一に成膜できるため、フォトレジスト膜101の表面に作製した正弦波状の溝形状を忠実に再現できる。成膜する反射金属膜103の材料には、例えば金(Au)、銅(Cu)、銀(Ag)などを用いる。 Step S12 uses an autocatalytic electroless plating method. Because electroless plating forms a metal film in a solution, the metal film does not concentrate on the tips of the convex portions, as occurs when vacuum deposition is used in the comparative example described with reference to Figure 23. In other words, electroless plating can form the reflective metal film 103 uniformly, conforming to the irregularities on the surface of the photoresist film 101, faithfully reproducing the sinusoidal groove shape created on the surface of the photoresist film 101. Examples of materials used for the formed reflective metal film 103 include gold (Au), copper (Cu), and silver (Ag).
ステップS13に使用する接着剤104には、例えば、エポキシ樹脂を用いる。 The adhesive 104 used in step S13 is, for example, epoxy resin.
ステップS14に使用するガラス基板105の材料には、例えば、合成石英ガラスまたはホウケイ酸塩ガラス(BK7)などを用いる。 The material of the glass substrate 105 used in step S14 is, for example, synthetic quartz glass or borosilicate glass (BK7).
ステップS15、S16では、基板102およびフォトレジスト膜101を除去することで、反射金属膜103の正弦波状の面を露出させる。 In steps S15 and S16, the substrate 102 and photoresist film 101 are removed to expose the sinusoidal surface of the reflective metal film 103.
ステップS17の保護膜106には、例えば透過波長帯が広く、熱的衝撃や機械的衝撃に耐性のあるフッ化マグネシウムを用いる。保護膜106は、例えば蒸着法で形成できる。例えば、真空紫外(波長110nm~200nm)用回折格子において保護膜にフッ化マグネシウムを保護膜に用いた場合には、金属膜の酸化等の影響による回折効率の低下を防げる。フッ化マグネシウムの回折効率低下を防ぐ効果については、透過波長帯(波長110nm~7500nm程度)であれば紫外、可視、赤外のどの波長帯でも同様の効果を得られる。保護膜106は、このような光に対して透過性を有するものである。 The protective film 106 in step S17 is made of, for example, magnesium fluoride, which has a wide transmission wavelength band and is resistant to thermal and mechanical shocks. The protective film 106 can be formed, for example, by vapor deposition. For example, if magnesium fluoride is used as the protective film for a diffraction grating for vacuum ultraviolet (wavelengths of 110 nm to 200 nm), it can prevent a decrease in diffraction efficiency due to the effects of metal film oxidation. The effect of magnesium fluoride in preventing a decrease in diffraction efficiency can be achieved in any wavelength band, including ultraviolet, visible, and infrared, as long as it is within the transmission wavelength band (wavelengths of approximately 110 nm to 7500 nm). The protective film 106 is transparent to such light.
以上の工程により形成された本実施の形態の回折格子は、図13に示すように、第1面と、第1主面の反対側の第2主面を備えたガラス基板105を有する。ガラス基板105の第1面上には、接着剤104を介して、反射金属膜である反射金属膜103が形成されている。接着剤104側とは反対側の反射金属膜103の面には、ガラス基板105の第1主面に沿う所定の方向に並ぶ複数の凹凸が形成されており、当該凹凸は、凸部と凹部とが繰り返し配置されて正弦波状の溝を構成している。正弦波状の溝が形成された反射金属膜103の面は、保護膜106により覆われている。 The diffraction grating of this embodiment formed by the above process has a glass substrate 105 with a first surface and a second main surface opposite the first main surface, as shown in Figure 13. A reflective metal film 103, which is a reflective metal film, is formed on the first surface of the glass substrate 105 via an adhesive 104. The surface of the reflective metal film 103 opposite the adhesive 104 side has a plurality of irregularities arranged in a predetermined direction along the first main surface of the glass substrate 105, and these irregularities form sinusoidal grooves with convex portions and concave portions arranged repeatedly. The surface of the reflective metal film 103 on which the sinusoidal grooves are formed is covered with a protective film 106.
本実施の形態の回折格子は、刻線本数を10000本/mm以上にすることが可能である。すなわち、溝幅(ピッチ)Wは100nm以下である。また、ガラス基板105の第1主面に対して垂直な方向(垂直方向、縦方向)における正弦波状の溝の頂点と最下面との間の距離、つまり正弦波状の溝の深さDは、例えば100nm程度である。 The diffraction grating of this embodiment can have a line count of 10,000 lines/mm or more. That is, the groove width (pitch) W is 100 nm or less. Furthermore, the distance between the apex and the bottom surface of the sinusoidal groove in the direction perpendicular to the first main surface of the glass substrate 105 (vertical direction, longitudinal direction), i.e., the depth D of the sinusoidal groove, is, for example, approximately 100 nm.
(実施の形態の効果)
本実施の形態では、図7に示す正弦波状の溝を備えたフォトレジスト膜101を形成した後、図12に示すように、無電解めっき法により反射金属膜103を形成している。このとき、当該溝の正弦波状の面に沿って反射金属膜103を形成できるため、刻線本数が10000本/mm以上、溝幅が100nm以下である微細な正弦波状の溝を備えた回折格子を実現できる。したがって、回折効率の高い回折格子を実現でき、上述した第1の改善の余地および第2の改善の余地を解消できる。よって、本実施の形態では、回折格子の性能を向上できる。
(Effects of the embodiment)
In this embodiment, after forming a photoresist film 101 with sinusoidal grooves as shown in FIG. 7, a reflective metal film 103 is formed by electroless plating as shown in FIG. 12. In this case, since the reflective metal film 103 can be formed along the sinusoidal surface of the groove, a diffraction grating with fine sinusoidal grooves having a groove count of 10,000 lines/mm or more and a groove width of 100 nm or less can be realized. Therefore, a diffraction grating with high diffraction efficiency can be realized, and the first and second room for improvement described above can be eliminated. Therefore, in this embodiment, the performance of the diffraction grating can be improved.
(実施の形態2)
以下、実施の形態2について図16~図18を用いて説明する。図16に、本実施の形態である回折格子の製造フローを示す。
(Embodiment 2)
The second embodiment will be described below with reference to Figures 16 to 18. Figure 16 shows a manufacturing flow of the diffraction grating according to this embodiment.
ここではまず、図7に示すように、基板102にフォトレジスト膜101で溝を形成する(ステップS21)。次に、図8に示すように、フォトレジスト膜101に無電解めっき法を用いて反射金属膜(無電解めっき膜)103を成膜する(ステップS22)。次に、図17に示すように、反射金属膜103上に、電解めっき法を用いて反射金属膜(電解めっき膜)204を成膜する(ステップS22)。この後の工程は、図1に示すステップS13~S17と同様である。すなわち、次に、反射金属膜204に接着剤104を塗布する(ステップS24)。次に、反射金属膜204とガラス基板105を接着する(ステップS25)。次に、基板102をフォトレジスト膜101から剥離する(ステップS26)。次に、反射金属膜103に残ったフォトレジスト膜101を除去する(ステップS27)。次に、図18に示すように、反射金属膜103の溝が形成されている面に保護膜106を成膜する(ステップS28)。以上により、本実施の形態の回折格子がほぼ完成する。First, as shown in FIG. 7, a groove is formed on the substrate 102 using a photoresist film 101 (step S21). Next, as shown in FIG. 8, a reflective metal film (electroless plated film) 103 is formed on the photoresist film 101 using electroless plating (step S22). Next, as shown in FIG. 17, a reflective metal film (electrolytic plated film) 204 is formed on the reflective metal film 103 using electrolytic plating (step S22). The subsequent steps are the same as steps S13 to S17 shown in FIG. 1. That is, next, adhesive 104 is applied to the reflective metal film 204 (step S24). Next, the reflective metal film 204 is bonded to the glass substrate 105 (step S25). Next, the substrate 102 is peeled off from the photoresist film 101 (step S26). Next, the photoresist film 101 remaining on the reflective metal film 103 is removed (step S27). 18, a protective film 106 is formed on the surface of the reflective metal film 103 on which the grooves are formed (step S28). With the above steps, the diffraction grating of this embodiment is almost completed.
本実施の形態では、ステップS22でフォトレジスト膜101上に無電解めっき法を用いて反射金属膜103を成膜した後に、ステップS23で反射金属膜103上に反射金属膜204を成膜する点が前記実施の形態1とは異なる。反射金属膜204の材料には、例えば、金(Au)を用いる。電解めっき法を用いて反射金属膜204を成膜することにより、前記実施の形態1に比べて金属膜を厚く成膜することが可能となる。 This embodiment differs from the first embodiment in that, in step S22, a reflective metal film 103 is formed on the photoresist film 101 using electroless plating, and then, in step S23, a reflective metal film 204 is formed on the reflective metal film 103. The material for the reflective metal film 204 is, for example, gold (Au). By forming the reflective metal film 204 using electrolytic plating, it is possible to form a thicker metal film than in the first embodiment.
金属膜を厚く成膜することにより、例えば軟X線用回折格子では金属膜を透過する軟X線の透過量を低減できるため、回折効率および迷光などの光学性能を向上することが可能となる。 By depositing a thick metal film, for example in a soft X-ray diffraction grating, the amount of soft X-rays that pass through the metal film can be reduced, thereby improving optical performance such as diffraction efficiency and stray light.
以上、本発明者らによってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 The invention made by the inventors has been specifically described above based on its embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments and can be modified in various ways without departing from the spirit of the invention.
本発明は、回折格子の製造方法および回折格子に幅広く利用することができる。 The present invention can be widely used in diffraction grating manufacturing methods and diffraction gratings.
101 フォトレジスト膜
102 基板
103、204、501 反射金属膜
104 接着剤
105 ガラス基板
106 保護膜
107 親水面
201 ブレーズド回折格子
202 正弦波状回折格子
203 ラミナー回折格子
101 Photoresist film 102 Substrate 103, 204, 501 Reflective metal film 104 Adhesive 105 Glass substrate 106 Protective film 107 Hydrophilic surface 201 Blazed diffraction grating 202 Sinusoidal diffraction grating 203 Laminar diffraction grating
Claims (4)
(b)前記基板の前記第1面上に、前記基板側とは反対側の第3面に正弦波状の第1溝を備えたフォトレジスト膜を形成する工程、
(c)自己触媒型の無電解めっき法を用いて、前記フォトレジスト膜の前記第3面上に、前記正弦波状の第1溝を埋め込む第1金属膜を形成する工程、
(d)前記(c)工程の後、前記基板および前記フォトレジスト膜を除去することで、前記第1金属膜の第4面を露出する工程、
(e)前記第1金属膜の前記第4面を覆う保護膜を蒸着法で形成する工程、
を有し、
前記(b)工程は、
(b1)前記基板の前記第1面上に、前記第3面に並ぶ複数の矩形または台形の第3溝を備えた前記フォトレジスト膜を形成する工程、
(b2)前記フォトレジスト膜を加熱することで複数の前記第3溝を変形させ、これにより前記第3面に正弦波状の前記第1溝を形成する工程、
を有し、
前記第1金属膜は、銅または銀を含み、
前記保護膜は、フッ化マグネシウムを含み、
前記第1金属膜を備えた回折格子を形成する、回折格子の製造方法。 (a) providing a substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface;
(b) forming a photoresist film on the first surface of the substrate, the photoresist film having a sinusoidal first groove on a third surface opposite to the substrate side;
(c) forming a first metal film on the third surface of the photoresist film by an autocatalytic electroless plating method, the first metal film filling the sinusoidal first groove;
(d) after the step (c), removing the substrate and the photoresist film to expose a fourth surface of the first metal film;
(e) forming a protective film covering the fourth surface of the first metal film by a vapor deposition method;
and
The step (b) comprises:
(b1) forming the photoresist film on the first surface of the substrate, the photoresist film having a plurality of rectangular or trapezoidal third grooves aligned on the third surface;
(b2) heating the photoresist film to deform the third grooves, thereby forming the first grooves in a sinusoidal shape on the third surface;
and
the first metal film includes copper or silver;
the protective film contains magnesium fluoride;
A method for manufacturing a diffraction grating, which includes forming a diffraction grating including the first metal film.
前記フォトレジスト膜の前記第3面に接する前記第1金属膜の第4面は、正弦波状の第2溝を有し、
前記正弦波状の第2溝の溝幅は、100nm以下である、回折格子の製造方法。 2. The method for manufacturing a diffraction grating according to claim 1,
a fourth surface of the first metal film in contact with the third surface of the photoresist film has a second groove having a sine wave shape;
The method for manufacturing a diffraction grating, wherein the groove width of the sinusoidal second grooves is 100 nm or less.
(f)前記(c)工程の後、電解めっき法を用いて、前記第1金属膜上に第2金属膜を形成する工程、
をさらに有する、回折格子の製造方法。 2. The method for manufacturing a diffraction grating according to claim 1,
(f) after the step (c), forming a second metal film on the first metal film by electroplating;
The method for manufacturing a diffraction grating further comprises:
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