パターン形成方法および回折型光学部品
【課題】所望の光学特性を確保することができるパターン形成方法および回折型光学部品を提供する。
【解決手段】基板１１の表面に凹凸構造からなるパターン１０を有する回折型光学部品１のパターン１０を形成する際に、基板１１の表面に、光を遮蔽する遮蔽膜１２を形成し、遮蔽膜１２上にレジストを塗布してフォトレジスト層１３を形成する。そして、パターン１０に対応する平面パターンを、光によってフォトレジスト層１３に露光転写し、現像し、残ったフォトレジスト層１３をマスクとして用いて、エッチングにより基板１１の表面にパターン１０を形成する。これにより、回折型光学部品１において、所望の光学特性を確保することができる。
【解決手段】基板１１の表面に凹凸構造からなるパターン１０を有する回折型光学部品１のパターン１０を形成する際に、基板１１の表面に、光を遮蔽する遮蔽膜１２を形成し、遮蔽膜１２上にレジストを塗布してフォトレジスト層１３を形成する。そして、パターン１０に対応する平面パターンを、光によってフォトレジスト層１３に露光転写し、現像し、残ったフォトレジスト層１３をマスクとして用いて、エッチングにより基板１１の表面にパターン１０を形成する。これにより、回折型光学部品１において、所望の光学特性を確保することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパターン形成方法および回折型光学部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折型光学部品は、例えば、レーザ光の位相変換、光束分割、整形、サンプリング、均一化などに用いられている。前記回折型光学部品は、石英などの表面に数十〜数百μｍ単位の微細な断面凹凸形状のパターンを形成した光学部品である。
【０００３】
かかる回折型光学部品の断面凹凸形状のパターンは、例えば、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術により石英基板などの表面に微細加工を施すことによって形成されている（例えば、特許文献１および非特許文献１参照）。
具体的には、図８および９に示されるように、まず、石英基板１１１上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層１１２を形成して、素形材１０２を得（図８（ａ））、ついで、素形材１０２を窒素雰囲気下でヒータ２０により加熱する（図８（ｂ））。つぎに、素形材１０２のフォトレジスト層１１２の上に所望のパターンが形成されているマスク１２０を圧着させ、当該フォトレジスト層１１２を露光する（図８（ｃ））。つぎに、露光後の素形材１０３を現像液１４０で現像し（図８（ｄ））、得られた素形材１０４を洗浄して（図８（ｅ））、不要なフォトレジストを除去する。さらに、洗浄後の素形材１０４を窒素雰囲気下でヒータ２０により加熱する（図８（ｆ））。つぎに、石英基板１１１における非露光部１１２ａで覆われていない露出部分１１５をドライエッチングする（図９（ｇ））。その後、ドライエッチング後の中間素材１０５をアセトンに浸漬し、この石英基板１１１に超音波を印加して、残存した非露光部１１２ａを除去する（図９（ｈ））。これにより、回折型光学部品１０１を得ることができる（図９（ｉ））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２７５０３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】栗巣 賢一、他２名、「ビーム均質化用のＳｉＯ２多段階階回折型光学素子の開発（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＳｉＯ2 ｍｕｌｔｉｓｔｅｐ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｂｅａｍ−ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｉｎｇ）」、プロシーディングス・オブ・エスピーアイイー・ジ・インターナショナル・ソサエティ・フォア・オプチカル・エンジニアリング（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ−−ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、２００４年２月１８日、第５３４７巻、ｐ．５４−６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に記載のように、石英基板１１１上にフォトレジスト層１１２を直接形成した場合、図１０に示されるように、マスク１２０の開口を通過した光が透明な石英基板１１１の底面で反射し、その反射光の一部がフォトレジスト層１１２のうち本来露光されるべきでいない部分１１２ｃを露光する。この部分１１２ｃは、遮蔽用クロム薄膜１２２によって入射光は遮光されるが、石英基板１１１の底面からの反射光により感光してしまう。
したがって、露光後にドライエッチングを行なうと、パターンのエッジ部分が正確に形成されていないので、得られる回折型光学素子は、高い光学特性を確保することが困難である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、所望の光学特性を確保することができるパターン形成方法および回折型光学部品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】
【０００８】
本発明のパターン形成方法は、透明体からなる基板の表面に凹凸構造からなるパターンを形成するパターン形成方法であって、
（Ａ） 前記基板の表面に、光を遮蔽する薄膜を形成する工程、
（Ｂ） 前記薄膜上にレジストを塗布してフォトレジスト層を形成する工程、
（Ｃ） 前記パターンに対応する平面パターンを、光によって前記フォトレジスト層に露光転写した後、現像を行う工程、および
（Ｄ） 前記現像によって残ったフォトレジスト層をマスクとして用いて、エッチングにより基板の表面に前記パターンを形成する工程
を含むことを特徴としている。
【０００９】
本発明のパターン形成方法によれば、基板の表面に、光を遮蔽する薄膜を形成し、この薄膜上にレジストを塗布してフォトレジスト層を形成しているため、マスクを透過した光を当該薄膜によって遮蔽して、基板への光の透過を防ぐことができ、前記フォトレジスト層が基板の底面側より光によって露光されるのを防ぐことができる。
これにより、前記マスクに描かれた平面パターンに基づいて高い精度でレジストパターンを形成することができ、ひいては、基板の表面に形成される凹凸構造からなるパターンを高い精度で形成することができる。
したがって、本発明のパターン形成方法によれば、所望の光学特性を高い精度で確保することができる。
【００１０】
本発明のパターン形成方法では、前記透明体からなる基板として、石英基板を用いることができる。石英基板はレーザ光に対する透過性が高いため、かかる構成を採用したパターン形成方法は、レーザ光を用いるのに適した回折型光学部品の製造に好適である。
【００１１】
本発明のパターン形成方法では、前記レジストとして水銀ランプより照射される光またはレーザ光により感光するレジストを用い、前記薄膜が前記水銀ランプより照射される光またはレーザ光を遮蔽する薄膜を用いることができる。
【００１２】
前記水銀ランプより照射される光またはレーザ光を遮蔽する薄膜は、シリコン膜であることが好ましい。シリコン膜は、前記水銀ランプより照射される光またはレーザ光を効果的に遮蔽することができるので、基板への水銀ランプより照射される光またはレーザ光の透過を効果的に防ぐことができる。これにより、基板の表面に形成される凹凸構造からなるパターンの精度を向上させ、所望の光学特性を高い精度で確保することができる。
【００１３】
本発明の回折型光学部品は、透明体からなる基板の表面に凹凸構造からなるパターンを有する回折型光学部品であって、前記パターンが前述したパターン形成方法により形成されていることを特徴とする。
本発明の回折型光学部品は、パターンが前述したパターン形成方法により形成されているので、所望の光学特性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のパターン形成方法および回折型光学部品によれば、所望の光学特性を高い精度で確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る回折型光学部品の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は、前記回折型光学部品における凹凸構造の要部斜視説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る回折型光学部品における凹凸構造を示す要部断面説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る回折型光学部品の製造方法の手順を示す概略説明図である。
【図４】図３に示されるパターン形成方法の続きの手順を示す概略説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るパターン形成方法におけるポストベーク後の素形材の表面のパターンを示す図面代用写真である。
【図６】本発明の一実施形態に係るパターン形成方法における基板上に残存したフォトレジスト層の非露光部を除去した後の中間素材の表面のパターンを示す図面代用写真である。
【図７】本発明の一実施形態に係る回折型光学部品のパターンを示す図面代用写真である。
【図８】比較例に係るパターン形成方法の手順を示す概略説明図である。
【図９】図８に示されるパターン形成方法の続きの手順を示す概略説明図である。
【図１０】比較例に係るパターン形成方法における露光工程を示す概略説明図である。
【図１１】比較例に係るパターン形成方法におけるポストベーク後の素形材の表面のパターンを示す図面代用写真である。
【図１２】比較例に係る回折型光学部品のパターンを示す図面代用写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［回折型光学部品］
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の回折型光学部品の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の図では、回折型光学部品の表面の凹凸構造をわかりやすく説明するために寸法を適宜誇張して描いている。
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る回折型光学部品を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、前記回折型光学部品における凹凸構造の要部斜視説明図である。
【００１７】
図１に示される回折型光学部品１は、透明体からなる円板状の基板本体１１ｂの一方の表面に、突出部１１ａと溝部１５とが配列された凹凸構造からなるパターン１０を有している（図１（ｂ）参照）。
【００１８】
基板本体１１ｂは、レーザの透過性およびレーザ光に対する耐光性が高い石英からなるため、回折型光学部品１は、レーザ光の透過性に優れるとともに、レーザ光に対する耐光性に優れている。
【００１９】
本実施形態に係る回折型光学部品１では、図２に示される凹凸構造の個々の突出部１１ａにおける高さＨ間に差を設けたり、個々の突出部１１ａの幅Ｌ1間または個々の溝部１５の幅Ｌ2間に差を設けたりすることにより、位相差を生じさせ、この位相差による回折作用を持たせることができる。
【００２０】
パターン１０は、後述するパターン形成方法により形成されている。したがって、基板本体１１ｂの表面に高精度にパターンを形成することができるので、所望の光学特性を確保することができる。
【００２１】
［パターン形成方法］
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法の手順を詳細に説明する。なお、以下の説明においては、前述した回折型光学部品１を製造する際のパターン１０の形成を例にとって説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法の手順の手順を示す概略説明図であり、図４は、図３に示されるパターン形成方法の続きの手順を示す概略説明図である。
【００２２】
本実施形態に係るパターン形成方法では、まず、石英、ＺｎＳｅ、ＢＫ７などの光学ガラスなどの透明体からなる基板１１の一方の表面上に、レジストパターンを形成するのに用いられる光遮蔽する遮蔽膜１２を形成する（図３（ａ））。
遮蔽膜１２として、例えば、シリコン膜、クロム膜、ニッケル膜などを用いることができるが、後工程で比較的容易にドライエッチングで除去できるシリコン膜を用いるのが好ましい。
遮蔽膜１２は、例えば、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などにより基板１１上に形成することができる。
遮蔽膜１２の厚さは、本発明においては特に限定されるものではなく、材料やレジストパターンを形成するのに用いられる光の種類や強度などに応じて適宜選定することができる。例えば、遮蔽膜１２としてシリコン膜を用い、かつ水銀ランプ光によりレジストパターンを形成する場合、その厚さは概ね０．０５〜１．５μｍ程度である。
【００２３】
つぎに、遮蔽膜１２の表面に水銀ランプより照射される光やレーザ光などの光によって感光するフォトレジストを塗布し、遮蔽膜１２の表面上にフォトレジスト層１３を形成して、素形材２を得る（図３（ｂ））。
【００２４】
フォトレジストとして、ネガ型フォトレジストやポジ型フォトレジストを用いることができるが、パターンの微細化を図る観点から、ポジ型フォトレジストを用いるのが好ましい。かかるポジ型フォトレジストとしては、例えば、ロームアンドハース社製Ｓ１８００シリーズ、ＡＺクラリアント社製ＡＺ１３５０，ＡＺ１５００シリーズ、東京応化製ＯＦＰＲ８００などを用いることができる。
【００２５】
遮蔽膜１２の表面へのフォトレジストの塗布は、例えば、スピンコート法、スプレー法、ディップコート法などにより行われる。これらのなかでは、厚さの制御が容易であることから、スピンコート法が好ましい。このスピンコート法では、スピンコーターなどを用いて遠心力によりフォトレジストを遮蔽膜１２の表面に塗布することができる。フォトレジスト層１３の厚さは、特に限定されないが、通常、０．５〜１．５μｍ程度とすることができる。
【００２６】
つぎに、レジスト塗布後の素形材２をヒータ２０などによって加熱（プリベーク）して、フォトレジスト層１３を構成するフォトレジストの溶媒成分を蒸発させ、フォトレジスト層１３を固化する（図３（ｃ））。
加熱温度は、フォトレジストに含まれる溶媒の種類などに応じて、適宜設定することができるが、通常、８０〜１２０℃である。また、加熱時間は、加熱温度やフォトレジストに含まれる溶媒の種類などに応じて、適宜設定することができるが、通常、ベーク炉を用いる場合には、３０分〜１時間程度である。また、かかる加熱（プリベーク）は、ベーク炉のような密閉炉内で行う場合はレジストの発火による急激な圧力増大を防ぐために窒素雰囲気下で行なうのが好ましい。
【００２７】
つぎに、素形材２のフォトレジスト層１３の表面に、形成対象のパターンに対応する平面パターンを有するマスク３０を密着させ、当該マスク３０を通してフォトレジスト層１３を露光する（図３（ｄ））。
【００２８】
このマスク３０は、露光光を遮蔽する遮蔽部３１と露光光を透過する開口部３２とから構成されている。
そして、本工程では、フォトレジスト層１３において、露光光を遮蔽する遮蔽部３１が密着している部分が感光されず（非露光部１３ａ）、開口部３１を透過した部分が感光される（露光部１３ｂ）。このとき、露光光が遮蔽膜１２により遮蔽されるので、素形材２の基板１１に露光光が入射せず、基板１１の底面からの反射光によるフォトレジスト層１３の不要な感光を防ぐことができる。
【００２９】
露光には、例えば、水銀ランプより照射される光やレーザ光などを用いることができる。かかる露光は、例えば、マスクをフォトレジストへ圧着させる単純な密着露光、マスクとフォトレジストを圧着後、圧着部を減圧して更に密着度を上げたバキュームコンタクト露光などにより行なうことができる。これらのなかでは、マスクのパターンを解像度良く転写できるバキュームコンタクト露光が好ましい。
【００３０】
露光の際の光の照射量は、用いる光とレジストの種類、厚みなどに応じて、適宜設定することができる。例えば、Ｓ１８００シリーズの中の１８１３を厚み１．２μｍで波長４３６ｎｍのｇ線を用いる場合、例えば、６０〜８０ｍＪ程度とすることができる。
【００３１】
つぎに、露光後の素形材２を現像液４０に浸漬して、現像を行ない、素形材３を得る（図３（ｅ））。
フォトレジストとしてポジ型フォトレジストを用いた場合には、現像によって非露光部１３ａが残り、露光部１３ｂが除去される（図３（ｅ）参照）。一方、フォトレジストとしてネガ型フォトレジストを用いた場合には、現像によってフォトレジスト層１３における非露光部１３ａが除去され、露光部１３ｂが残る（図示せず）。
これにより、前記パターン１０に対応したレジストパターンを高い精度で形成することができる。
なお、図４に示される以下の工程は、フォトレジストとして、ポジ型フォトレジストを用いた場合について示している。
【００３２】
現像液４０としては、例えば、アルカリ現像液を用いることができる。かかるアルカリ現像液としてはレジストとしてＳ１８００シリーズを用いた場合、例えば、ロームアンドハース社製、商品名：ＤＥＶＥＲＯＰＰＥＲＣＯＮＣ、レジストとしてＡＺ１３５０、ＡＺ１５００シリーズを用いた場合はＡＺクラリアント社製、商品名：ＡＺ ＤＥＶＥＲＯＰＰＥＲ、レジストとしてＯＦＰＲ８００を用いた場合には東京応化製、商品名：「ＮＭＤ−３（２．３８％）」などの現像液が挙げられる。
現像条件は、フォトレジストの種類に応じて、適宜設定することができる。
【００３３】
つぎに、現像後の素形材３を洗浄して、この素形材３上に残存した現像液を除去する（図４（ｆ））。
この洗浄工程では、高い精度でパターンを形成する観点から、不純物を含まない溶媒を用いるのが好ましい。前記溶媒としては、例えば、抵抗率１６．０ＭΩ以上の超純水などが挙げられる。
【００３４】
つぎに、洗浄後の素形材３をクリーンオーブン２０で加熱（ポストベーク）して、この素形材３上に残存した水分を除去するとともに、素形材３における遮蔽膜１２と非露光部１３ａとの密着性を向上させる（図４（ｇ））。
加熱温度、加熱時間などの加熱条件は、前記プリベークを行なう場合と同様の条件であればよい。
【００３５】
その後、遮蔽膜１２における不要部分（非露光部１３ａで覆われていない露出部１２ｂ）を除去する（図４（ｈ））。
これにより、基板１１において、前記露光部１３ｂの下層にあたる部分が露出する。
【００３６】
遮蔽膜１２における不要部分の除去は、例えば、ドライエッチングやウェットエッチングにより行なうことができる。なかでも、遮蔽膜１２における不要部分を正確に除去して微細なパターンを正確に形成する観点から、ドライエッチングが好ましい。
ドライエッチングを行なった場合、遮蔽膜１２における非露光部１３ａで覆われていない露出部分ではエッチングが進行するのに対して、現像後の非露光部１３ａが重層されている遮蔽膜１２の非露出部分ではエッチングの進行が阻害される。
【００３７】
ドライエッチングは、遮蔽膜１２を構成する材料と反応してエッチングを進行することができる反応性の気体（エッチングガス）、イオン、ラジカルなどを用いて行なうことができる。かかるドライエッチングとしては、例えば、反応性ガスエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）、反応性レーザービームエッチングなどが挙げられる。
反応性イオンエッチングには、例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ6）ガス、四フッ化炭素（ＣＦ4）ガス、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）ガスなどが用いられる。また、反応性ガスエッチングには、例えば、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）ガスなどが挙げられる。
なかでも、量産性や装置のコストの観点から、ＲＩＥが好ましい。ＲＩＥでは、エッチングガスのプラズマ中に存在する活性種を遮蔽膜１２における除去対象となる露出部分の表面の原子と反応させて、揮発性の反応生成物を生成させ、当該表面から脱離させることによりエッチングを行なうことができる。エッチングガスとして、例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ6）ガスなどを用いることができる。このとき、エッチングガスの流量、圧力、エッチング時間などの条件は、遮蔽膜１２を選択的に除去することができる条件であればよく、適宜設定することができる。
【００３８】
つぎに、基板１１の露出部分を除去して、中間素材４を得る（図４（ｉ））。かかる工程では、前工程において高い精度で形成された非露光部１３ａおよび非露光部１２ａがマスクとして働くので、前記平面パターンに対応して、パターンを高い精度で形成することができる。
【００３９】
基板１１の露出部分の除去は、ドライエッチング、ウェットエッチングなどにより行なうことができる。なかでも、基板１１の露出部分を正確に除去して微細なパターンを正確に形成する観点から、前述したドライエッチングが好ましい。
【００４０】
ドライエッチングを行なった場合、基板１１における露出部分ではエッチングが進行するのに対して、非露光部１３ａおよび非露光部１２ａが重層されている基板１１の非露出部分（突出部１１ａ）では、非露光部１３ａおよび非露光部１２ａがマスクとして働き、エッチングの進行が阻害される。これにより、基板本体１１ｂの表面にパターンを形成する。
【００４１】
ドライエッチングのなかでは、量産性や装置のコストの観点から、ＲＩＥが好ましく、その中でも異方性の高い垂直なエッチングが可能な誘導結合型プラズマによる反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）が好ましい。
このＩＣＰ−ＲＩＥでは、低圧力で高密度の大口径プラズマによって、基板１１の露出部分を効率よくエッチングすることができる。ＩＣＰ−ＲＩＥでは、エッチングガスとして、例えば、三フッ化メタン（ＣＨＦ3）ガスなどを用いることができる。このとき、エッチングガスの流量、圧力、エッチング時間などの条件は、基板１１における露出部分を選択的に除去することができる条件であればよく、適宜設定することができる。
【００４２】
つぎに、中間素材４の基板１１上に残った非露光部１３ａを除去して、中間素材５を得る（図４（ｊ））。
非露光部１３ａの除去は、例えば、非露光部１３ａを構成するフォトレジストを溶解する溶媒５０に、中間素材４を浸漬することにより行なうことができる。このとき、溶媒５０に浸漬した前記中間素材４に対して超音波を照射することにより、フォトレジストの溶解を促進する。
前記フォトレジストを溶解する溶媒５０は、フォトレジストの種類に応じて、適宜選定することができる。前記溶媒５０としては、例えば、アセトンやレジスト専用の剥離液、例えばレジストＳ１８００シリーズではロームアンドハース社製、商品名：ＲＥＭＯＶＥＲ１１２Ａ、レジストＡＺ１３５０、ＡＺシリーズではＡＺクラリアント社製、商品名：ＡＺリムーバー、ＯＦＰＲ８００では東京応化製、商品名：剥離液１０４などが挙げられる。
【００４３】
その後、中間素材５における突出部１１ａ上に残った非露光部１２ａを除去する（図４（ｋ））。
非露光部１２ａの除去は、前述した遮蔽膜１２の露光部１２ｂの除去と同様にして行なうことができる。
これにより、基板本体１１ｂの表面に、突出部１１ａと溝部１５とからなる凹凸構造からなるパターン１０が形成された回折型光学部品１を得ることができる〔図４（ｌ）参照〕。
【００４４】
なお、本発明において、図２に示される凹凸構造の個々の突出部１１ａにおける高さＨ間に差を設けるためには、前記成膜工程Ｓ１から残存膜除去工程Ｓ１１を繰り返せばよい。この場合、さらにエッチングすべき突出部１１ａに応じた平面パターンを有するマスクを用いればよい。
【実施例】
【００４５】
つぎに、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法の作用効果について、従来のパターン形成方法の場合と対比することにより説明する。
【００４６】
（実施例）
図３および４に示される本発明の一実施形態のパターン形成方法に従って、以下のように、本発明の一実施形態に係る回折型光学素子１を製造した。
基板１１として、石英からなる基板を用い、当該基板１１の一方の表面上に、０．１μｍの厚さのシリコン膜（遮蔽膜１２）をスパッタ法によって形成した（図３（ａ）参照）。つぎに、シリコン膜の表面に、４０００ｒｐｍ、２５秒間の条件でスピンコーターを用いて、ポジ型フォトレジスト（ロームアンドハース）社製、Ｓ１８１３）を塗布し、厚さ１．２μｍのフォトレジスト層１３を形成した（図３（ｂ）参照）。
【００４７】
つぎに、フォトレジスト層１３を形成した素形材２をクリーンオーブン２０内に入れ、窒素雰囲気下に１１０℃で３０分間加熱して、プリベークを行なった（図３（ｃ）参照）。プリベーク後の素形材２のフォトレジスト層１３の表面に、形成対象のパターンに対応する最小線幅２μｍの平面パターンを有するマスク３０を減圧密着させ、当該マスク３０を通して、前記素形材２に対して、水銀ランプのｇ線（４３６ｎｍ）の光を７０ｍＪ照射することにより、バキューム密着露光を行なった（図３（ｄ）参照）。
【００４８】
つぎに、ロームアンドハース社製、商品名：ＤＥＶＥＲＯＰＰＥＲＣＯＮＣと純水とを質量比１：１で混合して現像液を用い、２３℃に保たれた当該現像液４０に露光後の素形材２を６０秒間揺動させながら浸漬し、現像を行ない、素形材３を得た（図３（ｅ）参照）。
【００４９】
つぎに、素形材３に、抵抗率が１８ＭΩ以上である超純水を２分間噴射して、素形材３の表面を洗浄した（図３（ｆ）参照）。そして、洗浄後の素形材３をクリーンオーブン２０内に入れ、窒素雰囲気下に１１０℃で３０分間加熱して、ポストベークして、洗浄後に残った水分を除去した（図４（ｇ）参照）。
【００５０】
その後、エッチングガスとして、六フッ化硫黄ガスを用い、流量１０ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、パワー３５Ｗ、エッチング時間７０秒間の条件で、遮蔽膜１２の露出部分をドライエッチングによって除去した（図４（ｈ）参照）。つぎに、エッチングガスとして、三フッ化メタンガスを用い、流量１０ｓｃｃｍ、圧力１Ｐａ、バイアス部パワー２００Ｗ、ＩＣＰ部パワー２００Ｗ、エッチング時間１５分間の条件で、基板１１の露出部分をドライエッチングによって除去して、中間素材４を得た（図４（ｉ）参照）。
【００５１】
つぎに、中間素材４をアセトン（溶媒５０）に浸漬し、当該中間素材４に超音波（２８ＫＨｚ、３００Ｗ、２回）を１５分間印加することにより、基板１１上に残存した非露光部１３ａを除去し、中間素材５を得た（図４（ｊ）参照）。その後、エッチングガスとして、六フッ化硫黄ガスを用い、流量１０ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、パワー３５Ｗ、エッチング時間７０秒間の条件で、中間素材５における基板１１の突出部１１ａ上に残った非露光部１２ａをドライエッチングによって除去した（図４（ｋ）参照）。
これにより、回折型光学部品１を得た。
【００５２】
（比較例）
従来のパターン形成方法によって、以下のように、回折型光学部品１０１を製造した。
なお、従来のパターン形成方法は、基板１１１の表面に、４０００ｒｐｍ、２５秒間の条件でスピンコーターを用いて、水銀ランプより照射される４３６ｎｍの光に感光するポジ型フォトレジスト〔ロームアンドハース社製、Ｓ１８１３〕を塗布し、厚さ１．２μｍのフォトレジスト層１１２を直接形成したこと、および、実施例１のパターン形成方法におけるＣＣＰ−ＲＩＥによるシリコン膜の除去を行なわなかったことが、実施例１のパターン形成方法と大きく異なっている。
【００５３】
具体的には、まず、基板１１１の表面に、４０００ｒｐｍ、２５秒間の条件でスピンコーターを用いて、水銀ランプの４３６ｎｍの光に良く感光するポジ型フォトレジスト（ロームアンドハース社製、Ｓ１８１３）を塗布し、厚さ１．２μｍのフォトレジスト層１１２を形成し、素形材１０２を得た〔図８（ａ）参照〕。つぎに、素形材１０２をクリーンオーブン２０内に入れ、窒素雰囲気下に１１０℃で３０分間加熱して、プリベークを行なった〔図８（ｂ）参照〕。プリベーク後の素形材１０２のフォトレジスト層１１２の表面に、形成対象のパターンに対応する最小線幅２μｍの平面パターンを有するマスク１２０を減圧密着させ、当該マスク１２０を通して、素形材１０２に対して、水銀ランプの４３６ｎｍの光を７５ｍＪ照射することにより、バキューム密着露光を行ない、素形材１０３を得た〔図８（ｃ）参照〕。
【００５４】
つぎに、ロームアンドハース社製、商品名：ＤＥＶＥＲＯＰＰＥＲＣＯＮＣと純水とを質量比１：１で混合して現像液を用い、２３℃に保たれた当該現像液１４０に露光後の素形材１０３を６０秒間揺動させながら浸漬し、現像を行ない、素形材１０４を得た〔図８（ｄ）参照〕。その後、素形材１０４に、抵抗率が１８ＭΩ以上である超純水を２分間噴射して、素形材１０４の表面を洗浄した〔図８（ｅ）参照〕。そして、洗浄後の素形材１０４をクリーンオーブン２０内に入れ、窒素雰囲気下に１１０℃で３０分間加熱して、ポストベークして、洗浄後に残った水分を除去した〔図８（ｆ）参照〕。
【００５５】
その後、エッチングガスとして、三フッ化メタンガスを用い、流量１０ｓｃｃｍ、圧力１Ｐａ、バイアス部パワー２００Ｗ、ＩＣＰ部パワー２００Ｗ、エッチング時間１５分間の条件で、基板１１１における非露光部１１２ａで覆われていない露出部分１１５をドライエッチングによって除去して、中間素材１０５を得た〔図９（ｇ）参照〕。
【００５６】
つぎに、中間素材１０５をアセトンに浸漬し、当該中間素材１０５に超音波（２８ＫＨｚ、３００Ｗ）を１５分間、２回、印加することにより、基板１１１上に残存した非露光部１１２ａを除去した〔図９（ｈ）参照〕。
これにより、回折型光学部品１０１を得た。
【００５７】
（試験例）
本発明の一実施形態に係るパターン形成方法のポストベーク後の素形材３〔図４（ｇ）参照〕の表面のパターン（図５）、基板１１上に残存したフォトレジスト層１３の非露光部１３ａを除去した後の中間素材５〔図４（ｊ）参照〕の表面のパターン（図６）、回折型光学部品１の表面のパターン（図７）それぞれを電子顕微鏡により観察した。
また、従来のパターン形成方法のポストベーク後の素形材１０４〔図８（ｆ）参照〕の表面のパターン（図１１）および回折型光学部品１０１の表面のパターン（図１２）それぞれを電子顕微鏡により観察した。これらの結果を、図５〜７、図１１および１２に示す。
【００５８】
図５および６に示された結果から、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法のポストベーク後の素形材３の表面のパターンおよび基板１１上に残存したフォトレジスト層１３の非露光部１３ａを除去した後の中間素材５の表面のパターンでは、非露光部１３ａのエッジが良好に形成されていることがわかる。また、図７に示された結果から、本発明の一実施形態に係る回折型光学部品１の表面のパターンにおいても、突出部１１ａが明確になっており、突出部１１ａのエッジが良好に形成されていることがわかる。
【００５９】
これに対して、図１１に示された結果から、従来のパターン形成方法のポストベーク後の素形材１０４の表面のパターンでは、フォトレジスト層１１２の非露光部１１２ａの角部において、大きな欠損があり、非露光部１１２ａの内部にもくぼみがあることがわかる。また、図１２に示された結果から、従来のパターン形成方法により得られた回折型光学部品１０１の表面のパターンにおいても、突出部１１１ｂの角部において、大きな欠損があり、突出部１１１ｂの内部にもくぼみがあることがわかる。
【００６０】
これらの結果より、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法によれば、従来のパターン形成方法に比べて、高い精度でパターンを形成することができ、得られる回折型光学部品において、所望の光学特性を確保することができることがわかる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 回折型光学部品
１０ パターン
１１ 基板
１２ 遮蔽膜（薄膜）
１３ フォトレジスト層
３０ マスク
【技術分野】
【０００１】
本発明はパターン形成方法および回折型光学部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折型光学部品は、例えば、レーザ光の位相変換、光束分割、整形、サンプリング、均一化などに用いられている。前記回折型光学部品は、石英などの表面に数十〜数百μｍ単位の微細な断面凹凸形状のパターンを形成した光学部品である。
【０００３】
かかる回折型光学部品の断面凹凸形状のパターンは、例えば、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術により石英基板などの表面に微細加工を施すことによって形成されている（例えば、特許文献１および非特許文献１参照）。
具体的には、図８および９に示されるように、まず、石英基板１１１上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層１１２を形成して、素形材１０２を得（図８（ａ））、ついで、素形材１０２を窒素雰囲気下でヒータ２０により加熱する（図８（ｂ））。つぎに、素形材１０２のフォトレジスト層１１２の上に所望のパターンが形成されているマスク１２０を圧着させ、当該フォトレジスト層１１２を露光する（図８（ｃ））。つぎに、露光後の素形材１０３を現像液１４０で現像し（図８（ｄ））、得られた素形材１０４を洗浄して（図８（ｅ））、不要なフォトレジストを除去する。さらに、洗浄後の素形材１０４を窒素雰囲気下でヒータ２０により加熱する（図８（ｆ））。つぎに、石英基板１１１における非露光部１１２ａで覆われていない露出部分１１５をドライエッチングする（図９（ｇ））。その後、ドライエッチング後の中間素材１０５をアセトンに浸漬し、この石英基板１１１に超音波を印加して、残存した非露光部１１２ａを除去する（図９（ｈ））。これにより、回折型光学部品１０１を得ることができる（図９（ｉ））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２７５０３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】栗巣 賢一、他２名、「ビーム均質化用のＳｉＯ２多段階階回折型光学素子の開発（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＳｉＯ2 ｍｕｌｔｉｓｔｅｐ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｂｅａｍ−ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｉｎｇ）」、プロシーディングス・オブ・エスピーアイイー・ジ・インターナショナル・ソサエティ・フォア・オプチカル・エンジニアリング（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ−−ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、２００４年２月１８日、第５３４７巻、ｐ．５４−６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に記載のように、石英基板１１１上にフォトレジスト層１１２を直接形成した場合、図１０に示されるように、マスク１２０の開口を通過した光が透明な石英基板１１１の底面で反射し、その反射光の一部がフォトレジスト層１１２のうち本来露光されるべきでいない部分１１２ｃを露光する。この部分１１２ｃは、遮蔽用クロム薄膜１２２によって入射光は遮光されるが、石英基板１１１の底面からの反射光により感光してしまう。
したがって、露光後にドライエッチングを行なうと、パターンのエッジ部分が正確に形成されていないので、得られる回折型光学素子は、高い光学特性を確保することが困難である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、所望の光学特性を確保することができるパターン形成方法および回折型光学部品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】
【０００８】
本発明のパターン形成方法は、透明体からなる基板の表面に凹凸構造からなるパターンを形成するパターン形成方法であって、
（Ａ） 前記基板の表面に、光を遮蔽する薄膜を形成する工程、
（Ｂ） 前記薄膜上にレジストを塗布してフォトレジスト層を形成する工程、
（Ｃ） 前記パターンに対応する平面パターンを、光によって前記フォトレジスト層に露光転写した後、現像を行う工程、および
（Ｄ） 前記現像によって残ったフォトレジスト層をマスクとして用いて、エッチングにより基板の表面に前記パターンを形成する工程
を含むことを特徴としている。
【０００９】
本発明のパターン形成方法によれば、基板の表面に、光を遮蔽する薄膜を形成し、この薄膜上にレジストを塗布してフォトレジスト層を形成しているため、マスクを透過した光を当該薄膜によって遮蔽して、基板への光の透過を防ぐことができ、前記フォトレジスト層が基板の底面側より光によって露光されるのを防ぐことができる。
これにより、前記マスクに描かれた平面パターンに基づいて高い精度でレジストパターンを形成することができ、ひいては、基板の表面に形成される凹凸構造からなるパターンを高い精度で形成することができる。
したがって、本発明のパターン形成方法によれば、所望の光学特性を高い精度で確保することができる。
【００１０】
本発明のパターン形成方法では、前記透明体からなる基板として、石英基板を用いることができる。石英基板はレーザ光に対する透過性が高いため、かかる構成を採用したパターン形成方法は、レーザ光を用いるのに適した回折型光学部品の製造に好適である。
【００１１】
本発明のパターン形成方法では、前記レジストとして水銀ランプより照射される光またはレーザ光により感光するレジストを用い、前記薄膜が前記水銀ランプより照射される光またはレーザ光を遮蔽する薄膜を用いることができる。
【００１２】
前記水銀ランプより照射される光またはレーザ光を遮蔽する薄膜は、シリコン膜であることが好ましい。シリコン膜は、前記水銀ランプより照射される光またはレーザ光を効果的に遮蔽することができるので、基板への水銀ランプより照射される光またはレーザ光の透過を効果的に防ぐことができる。これにより、基板の表面に形成される凹凸構造からなるパターンの精度を向上させ、所望の光学特性を高い精度で確保することができる。
【００１３】
本発明の回折型光学部品は、透明体からなる基板の表面に凹凸構造からなるパターンを有する回折型光学部品であって、前記パターンが前述したパターン形成方法により形成されていることを特徴とする。
本発明の回折型光学部品は、パターンが前述したパターン形成方法により形成されているので、所望の光学特性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のパターン形成方法および回折型光学部品によれば、所望の光学特性を高い精度で確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る回折型光学部品の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は、前記回折型光学部品における凹凸構造の要部斜視説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る回折型光学部品における凹凸構造を示す要部断面説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る回折型光学部品の製造方法の手順を示す概略説明図である。
【図４】図３に示されるパターン形成方法の続きの手順を示す概略説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るパターン形成方法におけるポストベーク後の素形材の表面のパターンを示す図面代用写真である。
【図６】本発明の一実施形態に係るパターン形成方法における基板上に残存したフォトレジスト層の非露光部を除去した後の中間素材の表面のパターンを示す図面代用写真である。
【図７】本発明の一実施形態に係る回折型光学部品のパターンを示す図面代用写真である。
【図８】比較例に係るパターン形成方法の手順を示す概略説明図である。
【図９】図８に示されるパターン形成方法の続きの手順を示す概略説明図である。
【図１０】比較例に係るパターン形成方法における露光工程を示す概略説明図である。
【図１１】比較例に係るパターン形成方法におけるポストベーク後の素形材の表面のパターンを示す図面代用写真である。
【図１２】比較例に係る回折型光学部品のパターンを示す図面代用写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［回折型光学部品］
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の回折型光学部品の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の図では、回折型光学部品の表面の凹凸構造をわかりやすく説明するために寸法を適宜誇張して描いている。
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る回折型光学部品を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、前記回折型光学部品における凹凸構造の要部斜視説明図である。
【００１７】
図１に示される回折型光学部品１は、透明体からなる円板状の基板本体１１ｂの一方の表面に、突出部１１ａと溝部１５とが配列された凹凸構造からなるパターン１０を有している（図１（ｂ）参照）。
【００１８】
基板本体１１ｂは、レーザの透過性およびレーザ光に対する耐光性が高い石英からなるため、回折型光学部品１は、レーザ光の透過性に優れるとともに、レーザ光に対する耐光性に優れている。
【００１９】
本実施形態に係る回折型光学部品１では、図２に示される凹凸構造の個々の突出部１１ａにおける高さＨ間に差を設けたり、個々の突出部１１ａの幅Ｌ1間または個々の溝部１５の幅Ｌ2間に差を設けたりすることにより、位相差を生じさせ、この位相差による回折作用を持たせることができる。
【００２０】
パターン１０は、後述するパターン形成方法により形成されている。したがって、基板本体１１ｂの表面に高精度にパターンを形成することができるので、所望の光学特性を確保することができる。
【００２１】
［パターン形成方法］
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法の手順を詳細に説明する。なお、以下の説明においては、前述した回折型光学部品１を製造する際のパターン１０の形成を例にとって説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法の手順の手順を示す概略説明図であり、図４は、図３に示されるパターン形成方法の続きの手順を示す概略説明図である。
【００２２】
本実施形態に係るパターン形成方法では、まず、石英、ＺｎＳｅ、ＢＫ７などの光学ガラスなどの透明体からなる基板１１の一方の表面上に、レジストパターンを形成するのに用いられる光遮蔽する遮蔽膜１２を形成する（図３（ａ））。
遮蔽膜１２として、例えば、シリコン膜、クロム膜、ニッケル膜などを用いることができるが、後工程で比較的容易にドライエッチングで除去できるシリコン膜を用いるのが好ましい。
遮蔽膜１２は、例えば、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などにより基板１１上に形成することができる。
遮蔽膜１２の厚さは、本発明においては特に限定されるものではなく、材料やレジストパターンを形成するのに用いられる光の種類や強度などに応じて適宜選定することができる。例えば、遮蔽膜１２としてシリコン膜を用い、かつ水銀ランプ光によりレジストパターンを形成する場合、その厚さは概ね０．０５〜１．５μｍ程度である。
【００２３】
つぎに、遮蔽膜１２の表面に水銀ランプより照射される光やレーザ光などの光によって感光するフォトレジストを塗布し、遮蔽膜１２の表面上にフォトレジスト層１３を形成して、素形材２を得る（図３（ｂ））。
【００２４】
フォトレジストとして、ネガ型フォトレジストやポジ型フォトレジストを用いることができるが、パターンの微細化を図る観点から、ポジ型フォトレジストを用いるのが好ましい。かかるポジ型フォトレジストとしては、例えば、ロームアンドハース社製Ｓ１８００シリーズ、ＡＺクラリアント社製ＡＺ１３５０，ＡＺ１５００シリーズ、東京応化製ＯＦＰＲ８００などを用いることができる。
【００２５】
遮蔽膜１２の表面へのフォトレジストの塗布は、例えば、スピンコート法、スプレー法、ディップコート法などにより行われる。これらのなかでは、厚さの制御が容易であることから、スピンコート法が好ましい。このスピンコート法では、スピンコーターなどを用いて遠心力によりフォトレジストを遮蔽膜１２の表面に塗布することができる。フォトレジスト層１３の厚さは、特に限定されないが、通常、０．５〜１．５μｍ程度とすることができる。
【００２６】
つぎに、レジスト塗布後の素形材２をヒータ２０などによって加熱（プリベーク）して、フォトレジスト層１３を構成するフォトレジストの溶媒成分を蒸発させ、フォトレジスト層１３を固化する（図３（ｃ））。
加熱温度は、フォトレジストに含まれる溶媒の種類などに応じて、適宜設定することができるが、通常、８０〜１２０℃である。また、加熱時間は、加熱温度やフォトレジストに含まれる溶媒の種類などに応じて、適宜設定することができるが、通常、ベーク炉を用いる場合には、３０分〜１時間程度である。また、かかる加熱（プリベーク）は、ベーク炉のような密閉炉内で行う場合はレジストの発火による急激な圧力増大を防ぐために窒素雰囲気下で行なうのが好ましい。
【００２７】
つぎに、素形材２のフォトレジスト層１３の表面に、形成対象のパターンに対応する平面パターンを有するマスク３０を密着させ、当該マスク３０を通してフォトレジスト層１３を露光する（図３（ｄ））。
【００２８】
このマスク３０は、露光光を遮蔽する遮蔽部３１と露光光を透過する開口部３２とから構成されている。
そして、本工程では、フォトレジスト層１３において、露光光を遮蔽する遮蔽部３１が密着している部分が感光されず（非露光部１３ａ）、開口部３１を透過した部分が感光される（露光部１３ｂ）。このとき、露光光が遮蔽膜１２により遮蔽されるので、素形材２の基板１１に露光光が入射せず、基板１１の底面からの反射光によるフォトレジスト層１３の不要な感光を防ぐことができる。
【００２９】
露光には、例えば、水銀ランプより照射される光やレーザ光などを用いることができる。かかる露光は、例えば、マスクをフォトレジストへ圧着させる単純な密着露光、マスクとフォトレジストを圧着後、圧着部を減圧して更に密着度を上げたバキュームコンタクト露光などにより行なうことができる。これらのなかでは、マスクのパターンを解像度良く転写できるバキュームコンタクト露光が好ましい。
【００３０】
露光の際の光の照射量は、用いる光とレジストの種類、厚みなどに応じて、適宜設定することができる。例えば、Ｓ１８００シリーズの中の１８１３を厚み１．２μｍで波長４３６ｎｍのｇ線を用いる場合、例えば、６０〜８０ｍＪ程度とすることができる。
【００３１】
つぎに、露光後の素形材２を現像液４０に浸漬して、現像を行ない、素形材３を得る（図３（ｅ））。
フォトレジストとしてポジ型フォトレジストを用いた場合には、現像によって非露光部１３ａが残り、露光部１３ｂが除去される（図３（ｅ）参照）。一方、フォトレジストとしてネガ型フォトレジストを用いた場合には、現像によってフォトレジスト層１３における非露光部１３ａが除去され、露光部１３ｂが残る（図示せず）。
これにより、前記パターン１０に対応したレジストパターンを高い精度で形成することができる。
なお、図４に示される以下の工程は、フォトレジストとして、ポジ型フォトレジストを用いた場合について示している。
【００３２】
現像液４０としては、例えば、アルカリ現像液を用いることができる。かかるアルカリ現像液としてはレジストとしてＳ１８００シリーズを用いた場合、例えば、ロームアンドハース社製、商品名：ＤＥＶＥＲＯＰＰＥＲＣＯＮＣ、レジストとしてＡＺ１３５０、ＡＺ１５００シリーズを用いた場合はＡＺクラリアント社製、商品名：ＡＺ ＤＥＶＥＲＯＰＰＥＲ、レジストとしてＯＦＰＲ８００を用いた場合には東京応化製、商品名：「ＮＭＤ−３（２．３８％）」などの現像液が挙げられる。
現像条件は、フォトレジストの種類に応じて、適宜設定することができる。
【００３３】
つぎに、現像後の素形材３を洗浄して、この素形材３上に残存した現像液を除去する（図４（ｆ））。
この洗浄工程では、高い精度でパターンを形成する観点から、不純物を含まない溶媒を用いるのが好ましい。前記溶媒としては、例えば、抵抗率１６．０ＭΩ以上の超純水などが挙げられる。
【００３４】
つぎに、洗浄後の素形材３をクリーンオーブン２０で加熱（ポストベーク）して、この素形材３上に残存した水分を除去するとともに、素形材３における遮蔽膜１２と非露光部１３ａとの密着性を向上させる（図４（ｇ））。
加熱温度、加熱時間などの加熱条件は、前記プリベークを行なう場合と同様の条件であればよい。
【００３５】
その後、遮蔽膜１２における不要部分（非露光部１３ａで覆われていない露出部１２ｂ）を除去する（図４（ｈ））。
これにより、基板１１において、前記露光部１３ｂの下層にあたる部分が露出する。
【００３６】
遮蔽膜１２における不要部分の除去は、例えば、ドライエッチングやウェットエッチングにより行なうことができる。なかでも、遮蔽膜１２における不要部分を正確に除去して微細なパターンを正確に形成する観点から、ドライエッチングが好ましい。
ドライエッチングを行なった場合、遮蔽膜１２における非露光部１３ａで覆われていない露出部分ではエッチングが進行するのに対して、現像後の非露光部１３ａが重層されている遮蔽膜１２の非露出部分ではエッチングの進行が阻害される。
【００３７】
ドライエッチングは、遮蔽膜１２を構成する材料と反応してエッチングを進行することができる反応性の気体（エッチングガス）、イオン、ラジカルなどを用いて行なうことができる。かかるドライエッチングとしては、例えば、反応性ガスエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）、反応性レーザービームエッチングなどが挙げられる。
反応性イオンエッチングには、例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ6）ガス、四フッ化炭素（ＣＦ4）ガス、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）ガスなどが用いられる。また、反応性ガスエッチングには、例えば、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）ガスなどが挙げられる。
なかでも、量産性や装置のコストの観点から、ＲＩＥが好ましい。ＲＩＥでは、エッチングガスのプラズマ中に存在する活性種を遮蔽膜１２における除去対象となる露出部分の表面の原子と反応させて、揮発性の反応生成物を生成させ、当該表面から脱離させることによりエッチングを行なうことができる。エッチングガスとして、例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ6）ガスなどを用いることができる。このとき、エッチングガスの流量、圧力、エッチング時間などの条件は、遮蔽膜１２を選択的に除去することができる条件であればよく、適宜設定することができる。
【００３８】
つぎに、基板１１の露出部分を除去して、中間素材４を得る（図４（ｉ））。かかる工程では、前工程において高い精度で形成された非露光部１３ａおよび非露光部１２ａがマスクとして働くので、前記平面パターンに対応して、パターンを高い精度で形成することができる。
【００３９】
基板１１の露出部分の除去は、ドライエッチング、ウェットエッチングなどにより行なうことができる。なかでも、基板１１の露出部分を正確に除去して微細なパターンを正確に形成する観点から、前述したドライエッチングが好ましい。
【００４０】
ドライエッチングを行なった場合、基板１１における露出部分ではエッチングが進行するのに対して、非露光部１３ａおよび非露光部１２ａが重層されている基板１１の非露出部分（突出部１１ａ）では、非露光部１３ａおよび非露光部１２ａがマスクとして働き、エッチングの進行が阻害される。これにより、基板本体１１ｂの表面にパターンを形成する。
【００４１】
ドライエッチングのなかでは、量産性や装置のコストの観点から、ＲＩＥが好ましく、その中でも異方性の高い垂直なエッチングが可能な誘導結合型プラズマによる反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）が好ましい。
このＩＣＰ−ＲＩＥでは、低圧力で高密度の大口径プラズマによって、基板１１の露出部分を効率よくエッチングすることができる。ＩＣＰ−ＲＩＥでは、エッチングガスとして、例えば、三フッ化メタン（ＣＨＦ3）ガスなどを用いることができる。このとき、エッチングガスの流量、圧力、エッチング時間などの条件は、基板１１における露出部分を選択的に除去することができる条件であればよく、適宜設定することができる。
【００４２】
つぎに、中間素材４の基板１１上に残った非露光部１３ａを除去して、中間素材５を得る（図４（ｊ））。
非露光部１３ａの除去は、例えば、非露光部１３ａを構成するフォトレジストを溶解する溶媒５０に、中間素材４を浸漬することにより行なうことができる。このとき、溶媒５０に浸漬した前記中間素材４に対して超音波を照射することにより、フォトレジストの溶解を促進する。
前記フォトレジストを溶解する溶媒５０は、フォトレジストの種類に応じて、適宜選定することができる。前記溶媒５０としては、例えば、アセトンやレジスト専用の剥離液、例えばレジストＳ１８００シリーズではロームアンドハース社製、商品名：ＲＥＭＯＶＥＲ１１２Ａ、レジストＡＺ１３５０、ＡＺシリーズではＡＺクラリアント社製、商品名：ＡＺリムーバー、ＯＦＰＲ８００では東京応化製、商品名：剥離液１０４などが挙げられる。
【００４３】
その後、中間素材５における突出部１１ａ上に残った非露光部１２ａを除去する（図４（ｋ））。
非露光部１２ａの除去は、前述した遮蔽膜１２の露光部１２ｂの除去と同様にして行なうことができる。
これにより、基板本体１１ｂの表面に、突出部１１ａと溝部１５とからなる凹凸構造からなるパターン１０が形成された回折型光学部品１を得ることができる〔図４（ｌ）参照〕。
【００４４】
なお、本発明において、図２に示される凹凸構造の個々の突出部１１ａにおける高さＨ間に差を設けるためには、前記成膜工程Ｓ１から残存膜除去工程Ｓ１１を繰り返せばよい。この場合、さらにエッチングすべき突出部１１ａに応じた平面パターンを有するマスクを用いればよい。
【実施例】
【００４５】
つぎに、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法の作用効果について、従来のパターン形成方法の場合と対比することにより説明する。
【００４６】
（実施例）
図３および４に示される本発明の一実施形態のパターン形成方法に従って、以下のように、本発明の一実施形態に係る回折型光学素子１を製造した。
基板１１として、石英からなる基板を用い、当該基板１１の一方の表面上に、０．１μｍの厚さのシリコン膜（遮蔽膜１２）をスパッタ法によって形成した（図３（ａ）参照）。つぎに、シリコン膜の表面に、４０００ｒｐｍ、２５秒間の条件でスピンコーターを用いて、ポジ型フォトレジスト（ロームアンドハース）社製、Ｓ１８１３）を塗布し、厚さ１．２μｍのフォトレジスト層１３を形成した（図３（ｂ）参照）。
【００４７】
つぎに、フォトレジスト層１３を形成した素形材２をクリーンオーブン２０内に入れ、窒素雰囲気下に１１０℃で３０分間加熱して、プリベークを行なった（図３（ｃ）参照）。プリベーク後の素形材２のフォトレジスト層１３の表面に、形成対象のパターンに対応する最小線幅２μｍの平面パターンを有するマスク３０を減圧密着させ、当該マスク３０を通して、前記素形材２に対して、水銀ランプのｇ線（４３６ｎｍ）の光を７０ｍＪ照射することにより、バキューム密着露光を行なった（図３（ｄ）参照）。
【００４８】
つぎに、ロームアンドハース社製、商品名：ＤＥＶＥＲＯＰＰＥＲＣＯＮＣと純水とを質量比１：１で混合して現像液を用い、２３℃に保たれた当該現像液４０に露光後の素形材２を６０秒間揺動させながら浸漬し、現像を行ない、素形材３を得た（図３（ｅ）参照）。
【００４９】
つぎに、素形材３に、抵抗率が１８ＭΩ以上である超純水を２分間噴射して、素形材３の表面を洗浄した（図３（ｆ）参照）。そして、洗浄後の素形材３をクリーンオーブン２０内に入れ、窒素雰囲気下に１１０℃で３０分間加熱して、ポストベークして、洗浄後に残った水分を除去した（図４（ｇ）参照）。
【００５０】
その後、エッチングガスとして、六フッ化硫黄ガスを用い、流量１０ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、パワー３５Ｗ、エッチング時間７０秒間の条件で、遮蔽膜１２の露出部分をドライエッチングによって除去した（図４（ｈ）参照）。つぎに、エッチングガスとして、三フッ化メタンガスを用い、流量１０ｓｃｃｍ、圧力１Ｐａ、バイアス部パワー２００Ｗ、ＩＣＰ部パワー２００Ｗ、エッチング時間１５分間の条件で、基板１１の露出部分をドライエッチングによって除去して、中間素材４を得た（図４（ｉ）参照）。
【００５１】
つぎに、中間素材４をアセトン（溶媒５０）に浸漬し、当該中間素材４に超音波（２８ＫＨｚ、３００Ｗ、２回）を１５分間印加することにより、基板１１上に残存した非露光部１３ａを除去し、中間素材５を得た（図４（ｊ）参照）。その後、エッチングガスとして、六フッ化硫黄ガスを用い、流量１０ｓｃｃｍ、圧力２Ｐａ、パワー３５Ｗ、エッチング時間７０秒間の条件で、中間素材５における基板１１の突出部１１ａ上に残った非露光部１２ａをドライエッチングによって除去した（図４（ｋ）参照）。
これにより、回折型光学部品１を得た。
【００５２】
（比較例）
従来のパターン形成方法によって、以下のように、回折型光学部品１０１を製造した。
なお、従来のパターン形成方法は、基板１１１の表面に、４０００ｒｐｍ、２５秒間の条件でスピンコーターを用いて、水銀ランプより照射される４３６ｎｍの光に感光するポジ型フォトレジスト〔ロームアンドハース社製、Ｓ１８１３〕を塗布し、厚さ１．２μｍのフォトレジスト層１１２を直接形成したこと、および、実施例１のパターン形成方法におけるＣＣＰ−ＲＩＥによるシリコン膜の除去を行なわなかったことが、実施例１のパターン形成方法と大きく異なっている。
【００５３】
具体的には、まず、基板１１１の表面に、４０００ｒｐｍ、２５秒間の条件でスピンコーターを用いて、水銀ランプの４３６ｎｍの光に良く感光するポジ型フォトレジスト（ロームアンドハース社製、Ｓ１８１３）を塗布し、厚さ１．２μｍのフォトレジスト層１１２を形成し、素形材１０２を得た〔図８（ａ）参照〕。つぎに、素形材１０２をクリーンオーブン２０内に入れ、窒素雰囲気下に１１０℃で３０分間加熱して、プリベークを行なった〔図８（ｂ）参照〕。プリベーク後の素形材１０２のフォトレジスト層１１２の表面に、形成対象のパターンに対応する最小線幅２μｍの平面パターンを有するマスク１２０を減圧密着させ、当該マスク１２０を通して、素形材１０２に対して、水銀ランプの４３６ｎｍの光を７５ｍＪ照射することにより、バキューム密着露光を行ない、素形材１０３を得た〔図８（ｃ）参照〕。
【００５４】
つぎに、ロームアンドハース社製、商品名：ＤＥＶＥＲＯＰＰＥＲＣＯＮＣと純水とを質量比１：１で混合して現像液を用い、２３℃に保たれた当該現像液１４０に露光後の素形材１０３を６０秒間揺動させながら浸漬し、現像を行ない、素形材１０４を得た〔図８（ｄ）参照〕。その後、素形材１０４に、抵抗率が１８ＭΩ以上である超純水を２分間噴射して、素形材１０４の表面を洗浄した〔図８（ｅ）参照〕。そして、洗浄後の素形材１０４をクリーンオーブン２０内に入れ、窒素雰囲気下に１１０℃で３０分間加熱して、ポストベークして、洗浄後に残った水分を除去した〔図８（ｆ）参照〕。
【００５５】
その後、エッチングガスとして、三フッ化メタンガスを用い、流量１０ｓｃｃｍ、圧力１Ｐａ、バイアス部パワー２００Ｗ、ＩＣＰ部パワー２００Ｗ、エッチング時間１５分間の条件で、基板１１１における非露光部１１２ａで覆われていない露出部分１１５をドライエッチングによって除去して、中間素材１０５を得た〔図９（ｇ）参照〕。
【００５６】
つぎに、中間素材１０５をアセトンに浸漬し、当該中間素材１０５に超音波（２８ＫＨｚ、３００Ｗ）を１５分間、２回、印加することにより、基板１１１上に残存した非露光部１１２ａを除去した〔図９（ｈ）参照〕。
これにより、回折型光学部品１０１を得た。
【００５７】
（試験例）
本発明の一実施形態に係るパターン形成方法のポストベーク後の素形材３〔図４（ｇ）参照〕の表面のパターン（図５）、基板１１上に残存したフォトレジスト層１３の非露光部１３ａを除去した後の中間素材５〔図４（ｊ）参照〕の表面のパターン（図６）、回折型光学部品１の表面のパターン（図７）それぞれを電子顕微鏡により観察した。
また、従来のパターン形成方法のポストベーク後の素形材１０４〔図８（ｆ）参照〕の表面のパターン（図１１）および回折型光学部品１０１の表面のパターン（図１２）それぞれを電子顕微鏡により観察した。これらの結果を、図５〜７、図１１および１２に示す。
【００５８】
図５および６に示された結果から、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法のポストベーク後の素形材３の表面のパターンおよび基板１１上に残存したフォトレジスト層１３の非露光部１３ａを除去した後の中間素材５の表面のパターンでは、非露光部１３ａのエッジが良好に形成されていることがわかる。また、図７に示された結果から、本発明の一実施形態に係る回折型光学部品１の表面のパターンにおいても、突出部１１ａが明確になっており、突出部１１ａのエッジが良好に形成されていることがわかる。
【００５９】
これに対して、図１１に示された結果から、従来のパターン形成方法のポストベーク後の素形材１０４の表面のパターンでは、フォトレジスト層１１２の非露光部１１２ａの角部において、大きな欠損があり、非露光部１１２ａの内部にもくぼみがあることがわかる。また、図１２に示された結果から、従来のパターン形成方法により得られた回折型光学部品１０１の表面のパターンにおいても、突出部１１１ｂの角部において、大きな欠損があり、突出部１１１ｂの内部にもくぼみがあることがわかる。
【００６０】
これらの結果より、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法によれば、従来のパターン形成方法に比べて、高い精度でパターンを形成することができ、得られる回折型光学部品において、所望の光学特性を確保することができることがわかる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 回折型光学部品
１０ パターン
１１ 基板
１２ 遮蔽膜（薄膜）
１３ フォトレジスト層
３０ マスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明体からなる基板の表面に凹凸構造からなるパターンを形成するパターン形成方法であって、
（Ａ） 前記基板の表面に、光を遮蔽する薄膜を形成する工程、
（Ｂ） 前記薄膜上にレジストを塗布してフォトレジスト層を形成する工程、
（Ｃ） 前記パターンに対応する平面パターンを、光によって前記フォトレジスト層に露光転写した後、現像を行う工程、および
（Ｄ） 前記現像によって残ったフォトレジスト層をマスクとして用いて、エッチングにより基板の表面に前記パターンを形成する工程
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記透明体からなる基板が石英基板である、請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記レジストが水銀ランプより照射される光またはレーザ光により感光するレジストであり、かつ前記薄膜が前記水銀ランプより照射される光またはレーザ光を遮蔽する薄膜である、請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記水銀ランプより照射される光またはレーザ光を遮蔽する薄膜がシリコン膜である、請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
透明体からなる基板の表面に凹凸構造からなるパターンを有する回折型光学部品であって、
前記パターンが請求項１〜４のいずれかに記載のパターン形成方法により形成されていることを特徴とする回折型光学部品。
【請求項１】
透明体からなる基板の表面に凹凸構造からなるパターンを形成するパターン形成方法であって、
（Ａ） 前記基板の表面に、光を遮蔽する薄膜を形成する工程、
（Ｂ） 前記薄膜上にレジストを塗布してフォトレジスト層を形成する工程、
（Ｃ） 前記パターンに対応する平面パターンを、光によって前記フォトレジスト層に露光転写した後、現像を行う工程、および
（Ｄ） 前記現像によって残ったフォトレジスト層をマスクとして用いて、エッチングにより基板の表面に前記パターンを形成する工程
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記透明体からなる基板が石英基板である、請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記レジストが水銀ランプより照射される光またはレーザ光により感光するレジストであり、かつ前記薄膜が前記水銀ランプより照射される光またはレーザ光を遮蔽する薄膜である、請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記水銀ランプより照射される光またはレーザ光を遮蔽する薄膜がシリコン膜である、請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
透明体からなる基板の表面に凹凸構造からなるパターンを有する回折型光学部品であって、
前記パターンが請求項１〜４のいずれかに記載のパターン形成方法により形成されていることを特徴とする回折型光学部品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１５４１６３（Ｐ２０１１−１５４１６３Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５１９１（Ｐ２０１０−１５１９１）
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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