曲面衍射光柵、其制造方法以及光學裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及曲面衍射光柵、其制造方法以及光學裝置，尤其涉及將光束分光、聚光的曲面衍射光柵以及使用曲面衍射光柵的光學裝置。
【背景技術】
[0002]作為本技術領域的【背景技術】，為分光光度計的光學元件即曲面衍射光柵具備光的分光、聚光兩方面性能，能夠使部件數量減少，可簡便地實現裝置的結構。
[0003]—直以來，曲面衍射光柵使用在曲面基板上用雕刻機等機械刻印的方法制作衍射光柵的模具，將雕刻的圖案轉印為樹脂、金屬等，制作曲面衍射光柵。
[0004]作為曲面衍射光柵的制作方法，在W02008/081555(專利文獻I)中公開了，利用半導體的光刻法、蝕刻工序，制作平面衍射光柵以及凹面閃光型衍射光柵的方法。
[0005]在日本特開昭61-72202號公報(專利文獻2)中在樹脂、金屬薄膜等的柔軟的材料上形成衍射光柵圖案，將其粘貼在以規定的曲率彎曲的基板上而成為模具。將該模具與固化前的液狀的曲面衍射光柵材料接觸、固化，制作曲面衍射光柵。
[0006]在日本特開平8-29610號公報(專利文獻3)中，在具備柔軟性的基板上層疊使用反應固化型樹脂的復制光柵層(衍射光柵部分)，利用反應固化型樹脂的固化收縮將平面衍射光柵曲面化。
[0007]在日本特開平9-5509號公報(專利文獻4)中將平面衍射光柵基板轉印至硅樹脂那樣的彈性材料，將其固定于曲面基板上，形成曲面衍射光柵的模具。
[0008]在日本特開2010-25723號公報(專利文獻5)中公開了具備將娃基板在氫元素氣氛下高溫加熱，將硅基板塑性變形為所希望的形狀并將其多個層疊而制作的X線反射體的X線反射裝置。
[0009]現有技術文獻
[0010]專利文獻
[0011]專利文獻1:W02008/081555
[0012]專利文獻2:日本特開昭61-72202號公報
[0013]專利文獻3:日本特開平8-29610號公報
[0014]專利文獻4:日本特開平9-5509號公報
[0015]專利文獻5:日本特開2010-25723號公報
【發明內容】
[0016]發明所要解決的課題
[0017]在上述衍射光柵的制作方法中，使用專利文獻I中所公開的半導體工藝的曲面衍射光柵的制作方法相對于任意曲面正確地制作衍射光柵的圖案難。在專利文獻2至4中所述的技術中，由于在任一形成衍射光柵的圖案的階段中使用具有柔軟性的部件，所以，在曲面衍射光柵轉印時圖案精度降低。尤其，在專利文獻4中，轉印為硅系列樹脂那樣的彈性材料并將其固定于曲面基板上，形成曲面衍射光柵的模具，轉印至曲面衍射光柵而制作，由于使用彈性材料，因此存在由圖案精度降低、曲面衍射光柵的轉印、剝離時的模具的張力而導致的模具的圖案的崩潰且壽命短。另外，在專利文獻5中記載著將硅基板塑性變形的方法，在高溫、氫元素氣氛下硅制的衍射光柵的圖案也光滑化。在硅制平面衍射光柵的曲面化中，需要使用塑性變形，在轉位線的產生或向曲面固定基板固定中會發生間隙等，降低了面精度。
[0018]在硅制衍射光柵的塑性變形中，由于產生轉位線，所以在將硅制衍射光柵的衍射光柵圖案推壓轉印至非結晶材料時，在硅制衍射光柵與非結晶材料之間產生間隙，阻礙轉印。
[0019]因此，本發明的目的在于，提供一種制作高精度衍射光柵的技術，該技術能夠通過使在硅基板上用半導體工藝制作的平面衍射光柵沿曲面基板塑性變形，制作具有所希望的曲率的曲面衍射光柵。
[0020]用于解決課題的方法
[0021]鑒于上述課題，本發明具備以下特征。作為衍射光柵圖案的制作方法，在硅基板上形成衍射光柵圖案，并將該衍射光柵圖案轉印至非晶質材料，制作非晶質材料制平面衍射光柵。使該非晶質材料制平面衍射光柵在曲面上變形，安裝于曲面固定基板，制作曲面衍射光柵的模具。將該曲面衍射光柵的模具轉印至金屬膜、樹脂，制作曲面衍射光柵。作為非晶質材料，使用玻璃、金屬等。
[0022]在向非晶質材料基板的硅制平面衍射光柵的衍射光柵圖案的轉印中，使用非晶質材料基板的熱變形、由施加負重而產生的塑性變形、金屬的電鍍等。在使用熱變形、塑性變形的情況下，為了提高衍射光柵圖案的轉印精度，在將硅制平面衍射光柵與非晶質材料基板接合后，使用熱變形、塑性變形。通過將硅制平面衍射光柵與非晶質材料基板預先接合，，能夠防止由熱變形、塑性變形而導致的橫向滑動，能夠提高衍射光柵圖案的轉印精度。另夕卜，硅制平面衍射光柵與非晶質材料基板的接合在真空的環境下實施，能夠抑制其間所形成的間隙。在硅制衍射光柵上即使形成到達與衍射光柵相同的基板外部的通氣槽也可能抑制。在非晶質材料基板上轉印衍射光柵圖案后，通過通氣槽被除去，在轉印至曲面衍射光柵時，不會對衍射光束施加影響。另外，作為通氣槽也可利用衍射光柵圖案。
[0023]在使衍射光柵圖案轉印的非晶質材料基板的變形中，可抑制在向硅、石英等的結晶性材料的曲面塑性變形中產生的轉位線的產生。另外，通過使用非晶質材料，在向曲面衍射光柵的圖案轉印時模具的熱變形小，提高精度的同時，即使相對于剝離時的拉力也不會變形，由于能夠從模具上剝離，因此模具的壽命得到提高。
[0024]作為將轉印了衍射光柵圖案的非晶質材料基板在曲面上變形后，安裝在曲面固定基板的方法，使用陽極接合、直接接合、金屬接合。在非晶質材料使用玻璃的情況下，在曲面固定基板上使用硅，通過陽極接合能夠形成曲面衍射光柵的模具。另外，在使用直接接合的情況下，使用相同的工序能夠制作變形與曲面固定基板的接合。在直接接合中，在高溫環境下非晶質材料基板與曲面固定基板的線膨脹系數差異大，在冷卻過程中，由于由熱收縮差會導致破損，所以選定非晶質材料基板與曲面固定基板的線膨脹系數幾乎相等的材料。另夕卜，同時進行變形與直接結合時，由于變形從非晶質材料基板的中心開始變形，接合區域也從中心向外周進行。因此，在硅基板與曲面固定基板之間不會形成間隙，能夠面精度好地制作曲面衍射光柵的模具。
[0025]與直接結合、陽極接合進行比較，面精度降低，但可以在非晶質材料基板與曲面固定基板的接合界面，通過陰極濺鍍、蒸鍍法、電鍍等制作焊錫，通過金屬接合制作曲面衍射光柵的模具。
[0026]將使用上述方法制作的曲面衍射光柵的模具轉印至樹脂、金屬等，制作曲面衍射光柵。
[0027]發明效果
[0028]根據本發明，通過使在硅基板上用半導體工藝制作的平面衍射光柵沿曲面基板塑性變形，能夠制作具有所希望的曲率的曲面衍射光柵，由于能夠原樣使用硅制衍射光柵圖案，因此能夠制作高精度的衍射光柵。
【附圖說明】
[0029]圖1是表示使用本發明的曲面衍射光柵的分光光度計的概略的圖。
[0030]圖2是表示本發明的曲面衍射光柵的模具的圖。
[0031]圖3是表示本發明的復曲面衍射光柵的模具的圖。
[0032]圖4(a)是本發明的硅制衍射光柵基板的俯視圖，(b)是其側剖視圖。
[0033]圖5是表示涉及本發明的第一實施方式的曲面衍射光柵的模具的制造工序的圖。
[0034]圖6是表示涉及本發明的第二實施方式的曲面衍射光柵的模具的制造工序的圖。
[0035]圖7是表示涉及本發明的第三實施方式的曲面衍射光柵的模具的制造工序的圖。
[0036]圖8是表示涉及本發明的第四實施方式的曲面衍射光柵的模具的制造工序的圖。
[0037]圖9是表示涉及本發明的第五實施方式的曲面衍射光柵的模具的制造工序的圖。
[0038]圖10是表示本發明的曲面衍射光柵的制造工序的圖。
【具體實施方式】
[0039]以下，關于涉及本發明的實施方式使用附圖進行詳細敘述。
[0040]首先，關于使用衍射光柵的分光光度計的結構進行說明。
[0041]《分光光度計》
[0042]圖1是表示使用本發明的曲面衍射光柵的分光光度計的一例的概略圖。
[0043]分光光度計在化學物質、生物體物質等中選擇性地吸收在物質的化學結合中特有的波長的光束，使用于濃度測量、物質確定。如圖1所示，分光光度計I由光源11、縫隙12、14、衍射光柵13、聚光元件15、檢測器17構成。由光源11照射的光通過縫隙12照射至衍射光柵13上，在衍射光柵13上被分光。被分光的光束通過縫隙14、聚光元件15入射至試樣16上，用檢測器17測量波