[发明专利]曲面衍射光栅、其制造方法以及光学装置

说明书

技术领域

本发明涉及曲面衍射光栅、其制造方法以及光学装置，尤其涉及将光束分光、聚光的曲面衍射光栅以及使用曲面衍射光栅的光学装置。

背景技术

作为本技术领域的背景技术，为分光光度计的光学元件即曲面衍射光栅具备光的分光、聚光两方面性能，能够使部件数量减少，可简便地实现装置的结构。

一直以来，曲面衍射光栅使用在曲面基板上用雕刻机等机械刻印的方法制作衍射光栅的模具，将雕刻的图案转印为树脂、金属等，制作曲面衍射光栅。

作为曲面衍射光栅的制作方法，在WO2008/081555(专利文献1)中公开了，利用半导体的光刻法、蚀刻工序，制作平面衍射光栅以及凹面闪光型衍射光栅的方法。

在日本特开昭61-72202号公报(专利文献2)中在树脂、金属薄膜等的柔软的材料上形成衍射光栅图案，将其粘贴在以规定的曲率弯曲的基板上而成为模具。将该模具与固化前的液状的曲面衍射光栅材料接触、固化，制作曲面衍射光栅。

在日本特开平8-29610号公报(专利文献3)中，在具备柔软性的基板上层叠使用反应固化型树脂的复制光栅层(衍射光栅部分)，利用反应固化型树脂的固化收缩将平面衍射光栅曲面化。

在日本特开平9-5509号公报(专利文献4)中将平面衍射光栅基板转印至硅树脂那样的弹性材料，将其固定于曲面基板上，形成曲面衍射光栅的模具。

在日本特开2010-25723号公报(专利文献5)中公开了具备将硅基板在氢元素气氛下高温加热，将硅基板塑性变形为所希望的形状并将其多个层叠而制作的X线反射体的X线反射装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO2008/081555

专利文献2：日本特开昭61-72202号公报

专利文献3：日本特开平8-29610号公报

专利文献4：日本特开平9-5509号公报

专利文献5：日本特开2010-25723号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在上述衍射光栅的制作方法中，使用专利文献1中所公开的半导体工艺的曲面衍射光栅的制作方法相对于任意曲面正确地制作衍射光栅的图案难。在专利文献2至4中所述的技术中，由于在任一形成衍射光栅的图案的阶段中使用具有柔软性的部件，所以，在曲面衍射光栅转印时图案精度降低。尤其，在专利文献4中，转印为硅系列树脂那样的弹性材料并将其固定于曲面基板上，形成曲面衍射光栅的模具，转印至曲面衍射光栅而制作，由于使用弹性材料，因此存在由图案精度降低、曲面衍射光栅的转印、剥离时的模具的张力而导致的模具的图案的崩溃且寿命短。另外，在专利文献5中记载着将硅基板塑性变形的方法，在高温、氢元素气氛下硅制的衍射光栅的图案也光滑化。在硅制平面衍射光栅的曲面化中，需要使用塑性变形，在转位线的产生或向曲面固定基板固定中会发生间隙等，降低了面精度。

在硅制衍射光栅的塑性变形中，由于产生转位线，所以在将硅制衍射光栅的衍射光栅图案推压转印至非结晶材料时，在硅制衍射光栅与非结晶材料之间产生间隙，阻碍转印。

因此，本发明的目的在于，提供一种制作高精度衍射光栅的技术，该技术能够通过使在硅基板上用半导体工艺制作的平面衍射光栅沿曲面基板塑性变形，制作具有所希望的曲率的曲面衍射光栅。

用于解决课题的方法

鉴于上述课题，本发明具备以下特征。作为衍射光栅图案的制作方法，在硅基板上形成衍射光栅图案，并将该衍射光栅图案转印至非晶质材料，制作非晶质材料制平面衍射光栅。使该非晶质材料制平面衍射光栅在曲面上变形，安装于曲面固定基板，制作曲面衍射光栅的模具。将该曲面衍射光栅的模具转印至金属膜、树脂，制作曲面衍射光栅。作为非晶质材料，使用玻璃、金属等。

在向非晶质材料基板的硅制平面衍射光栅的衍射光栅图案的转印中，使用非晶质材料基板的热变形、由施加负重而产生的塑性变形、金属的电镀等。在使用热变形、塑性变形的情况下，为了提高衍射光栅图案的转印精度，在将硅制平面衍射光栅与非晶质材料基板接合后，使用热变形、塑性变形。通过将硅制平面衍射光栅与非晶质材料基板预先接合，，能够防止由热变形、塑性变形而导致的横向滑动，能够提高衍射光栅图案的转印精度。另外，硅制平面衍射光栅与非晶质材料基板的接合在真空的环境下实施，能够抑制其间所形成的间隙。在硅制衍射光栅上即使形成到达与衍射光栅相同的基板外部的通气槽也可能抑制。在非晶质材料基板上转印衍射光栅图案后，通过通气槽被除去，在转印至曲面衍射光栅时，不会对衍射光束施加影响。另外，作为通气槽也可利用衍射光栅图案。