CN108700701A - 偏振片 - Google Patents

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CN108700701A CN201780014950.1A CN201780014950A CN108700701A CN 108700701 A CN108700701 A CN 108700701A CN 201780014950 A CN201780014950 A CN 201780014950A CN 108700701 A CN108700701 A CN 108700701A
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sample
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庄司祐介
登山伸人
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明提供即使对于短波长的光也表现出优异的消光比、且耐久性优异的偏振片。偏振片具有：透明基板、以规定的间隔平行地位于该透明基板的一个主面上的多个细线、以及至少覆盖细线的保护膜，细线同时含有金属和作为主成分的硅，保护膜是比硅更容易氧化的金属的氧化物膜，该金属的氧化物膜比二氧化硅更难被还原。

Description

偏振片
技术领域
本发明涉及对于短波长的光表现出优异消光比的偏振片。
背景技术
在液晶显示装置中，需要用于对液晶分子赋予期望取向的取向膜，这样的取向膜通过将布料等擦划于树脂层而制作槽的摩擦方式进行制作。但是，在以往的取向膜的制造方法中，由所使用的布料等产生的异物的附着成为问题。
近年来，在取向膜的制造中，采用了使用偏振片的光取向处理。用于该光取向处理的偏振片是利用半导体制造中使用的光刻技术、蚀刻技术，在玻璃基板上平行地配置多个细线而成的产物，作为构成细线的材料，可以使用铝、氧化钛(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-2972号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，构成偏振片的细线为铝时，耐热性不充分，另外，细线为氧化钛时，相对于紫外光的消光比(P波透射率/S波透射率)不充分。此处，P波透射率是与细线的长度方向垂直的偏振成分(P波)的透射率(出射光中的P波成分/入射光中的P波成分)，S波透射率是与细线的长度方向平行的偏振成分(S波)的透射率(出射光中的S波成分/入射光中的S波成分)。
另一方面，可以使用由含有硅的材料、例如钼硅化物系材料形成了细线的偏振片。这种偏振片的耐热性高，且相对于紫外光的消光比优异。另外，上述氧化钛对于可见光是透明的，与此相对，钼硅化物系材料发生着色，因此，存在容易校准偏振片的优点。但是，由于受紫外光照射、且累积的照射时间变长，因而，构成细线的硅被氧化从而二氧化硅增加，由此，P波透射率和S波透射率一同增加，特别是S波透射率增加的比例变大，存在消光比(P波透射率/S波透射率)降低的问题。对于该问题，作为防止构成细线的硅发生氧化的方法，可以考虑用难以被氧化的贵金属的薄膜来覆盖细线的方法，该方法会导致紫外光透射率的降低，不适合作为面向偏振片的对策。
本发明是鉴于上述实际情况而进行的，其目的在于，提供对于短波长的光表现出优异的消光比、且耐久性也优异的偏振片。
用于解决问题的方法
本发明人对于由含有硅的材料形成了细线的偏振片因受到紫外光照射而导致消光比(P波透射率/S波透射率)降低的原因，根据二氧化硅朝向细线的外侧生长，且细线中含有的硅随之向细线的表面侧移动这一分析结果，如下那样地进行了考察。即，自形成细线时起，在细线的表面存在数nm左右的厚度自然氧化膜(二氧化硅膜)，但通过对偏振片照射紫外光和由此导致的放热(200℃左右)而加速由气氛中的氧生成臭氧、激发氧原子，并使它们扩散至二氧化硅膜内并到达钼硅化物系材料，与钼硅化物系材料中的硅发生反应而生成二氧化硅，促进二氧化硅膜的生长。可以认为，该二氧化硅膜只要在继续照射紫外光的条件下就会持续生长，直至达到平衡状态为止，细线中含有的硅向细线表面移动，细线内部的硅的构成比率降低，消光比随之持续降低。进而，如果因二氧化硅膜的生长而导致二氧化硅膜的厚度增加，则细线被破坏或劣化，在偏振片面内发生消光比不均。并且，着眼于这些方面而想到了本发明。
即，本发明设为如下构成：具有透明基板、以规定的间隔平行地位于该透明基板的一个主面上的多个细线、以及至少覆盖上述细线的保护膜，上述细线同时含有金属和作为主成分的硅，上述保护膜是比硅更容易氧化的金属的氧化物膜，该金属的氧化物膜比二氧化硅更难被还原。
作为本发明的其它方式，设为如下构成：上述细线所含有的上述金属为钼。
作为本发明的其它方式，设为如下构成：上述细线的厚度处于100nm～180nm的范围内。
作为本发明的其它方式，设为如下构成：构成上述保护膜的金属氧化物为二氧化钛、二氧化锆和二氧化铪中的任意者，适合为氧化铝。
作为本发明的其它方式，设为如下构成：上述保护膜的厚度处于1nm～10nm的范围内。
作为本发明的其它方式，设为如下构成：在上述透明基板与上述细线之间夹着基底层，该基底层由与上述保护膜相同的材料构成；在上述保护膜与上述透明基板之间也夹着上述基底层。
发明的效果
本发明的偏振片起到对于短波长的光表现出优异的消光比、且耐久性也优异这样的效果。
附图说明
图1是示出偏振片的一例的部分俯视图。
图2是图1所示的偏振片的I-I线处的纵向截面图。
图3的(A)是示出金属氧化物生成反应的每1mol氧的标准吉布斯自由能与该生成反应的气氛温度之间的关系的图，图3的(B)是示出由图3的(A)所示的标准吉布斯自由能求出的金属的平衡氧分压与气氛温度之间的关系的图。
图4是示出金属氧化物膜中的氧的扩散系数与气氛温度之间的关系的图。
图5是示出本发明的偏振片的其它例的与图2相当的纵向截面图。
图6是示出本发明的偏振片的其它例的与图2相当的纵向截面图。
图7是示出本发明的偏振片的其它例的与图2相当的纵向截面图。
图8是示出偏振片的制造例的工序图，以图1、图2所示的偏振片为例。
图9是示出偏振片的其它制造例的工序图，以图5所示的偏振片为例。
图10是示出偏振片的其它制造例的工序图，以图6所示的偏振片为例。
图11是示出偏振片的其它制造例的工序图，以图7所示的偏振片为例。
图12是示出使用低压汞灯对实施例1和实施例2中制作的偏振片(试样2、试样3、试样7、试样8)照射紫外线，并测定各试样在各照射累积时间下的365nm处的消光比的结果的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式，一边参照附图一边进行说明。
需要说明的是，附图是模式性附图或概念性附图，各部件的尺寸、部件间的大小的比值等未必与实际的部件相同，另外，即使在表示相同部件等的情况下，也存在彼此的尺寸、比值因附图的不同而表现得不同的情况。
图1是示出偏振片的一例的部分俯视图，图2是图1所示的偏振片的I-I线处的纵向截面图。图1和图2中，偏振片11具有透明基板12、以及以规定的间隔平行地位于该透明基板12的一个主面12a上的多个细线14，在透明基板12的一个主面12a设置有保护膜16，用以覆盖这些细线14。图1中，用点划线示出被保护膜16覆盖的细线14的轮廓。
作为构成这种偏振片11的透明基板12，只要是能够稳定地支承细线14、保护膜16且具有透光性，由紫外线等照射光导致的劣化少的透明基板，就没有特别限定。例如，可以使用经光学研磨的石英玻璃、合成石英、氟化镁等刚性材料等以往作为偏振片的透明基板而使用的公知透明基板。另外，透明基板12的厚度可根据偏振片11的用途、尺寸等来适当设定。
另外，构成偏振片11的细线14同时含有金属和作为主成分的硅。主成分是指含有50mol％以上，细线14中的硅含量可以适当设定。另外，作为细线14含有的金属，可列举出例如钼等过渡金属，这种金属的含量(mol％)优选为硅含量(mol％)的1/2以下。例如，细线14中含有钼作为金属的情况下，细线14可以由MoSi、MoSiO、MoSiN、MoSiON等钼硅化物系材料形成。
偏振片11被用于生成紫外线区域之类的短波长的波长区域、优选生成200nm～400nm的波长区域的光的直线偏振成分的用途。作为光取向膜的材料，已知由波长260nm左右的光而取向的材料、由300nm左右的光而取向的材料、由365nm左右的光而取向的材料，与这些材料相符的波长的光源灯被用于光取向处理。对这些材料的光取向处理中，可以使用具有由上述钼硅化物系材料形成的细线14的偏振片11。
作为包含构成偏振片11的细线14所含有的上述钼硅化物系材料的偏振材料的折射率和消光系数的值，优选折射率在2.0～3.2的范围内且消光系数在2.7～3.5的范围内。这是因为可以使消光比优异。其中，优选折射率在2.0～2.8的范围内且消光系数在2.9～3.5的范围内，特别优选折射率在2.0～2.6的范围内且消光系数在3.1～3.5的范围内。这是因为：在紫外光区域即200nm～400nm的波长区域的宽幅波长范围内能够使消光比和P波透射率这两者为优异。这是因为：尤其是在250nm～370nm的波长区域的范围内能够使消光比和透射率为优异。需要说明的是，本实施方式中，在没有特别提及特定波长的情况下，折射率和消光系数设为250nm波长处的值。
另外，从抑制偏振光的偏振轴旋转量的观点出发，优选折射率在2.3～2.8的范围内且消光系数在1.4～2.4的范围内。其中，优选折射率在2.3～2.8的范围内且消光系数在1.7～2.2的范围内，特别优选折射率在2.4～2.8的范围内且消光系数在1.8～2.1的范围内。这是因为：能够使消光比成为良好的值、且偏振轴旋转量也小。这是因为：尤其在240nm～280nm的波长区域的范围内能够使消光比和透射率为优异，且能够制成偏振光的偏振轴旋转量小的产物。需要说明的是，作为折射率和消光系数的测定方法，可列举出由分光反射光谱进行计算的方法、使用偏振光椭圆率测量仪进行测定的方法和阿贝法。作为偏振光椭圆率测量仪，可列举出Horiba Jobin Ivon Co.，Ltd制造的UVISEL的分光偏振光椭圆率测量仪、J.A.Woollam JAPAN公司制造的VUV-VASE等透射型偏振光椭圆率测量仪。
此处，如上所述，本发明人考察了如下内容：在细线14的表面存在二氧化硅，通过对偏振片11照射紫外光和由此导致的放热(200℃左右)而由气氛中的氧生成臭氧、激发氧原子，它们扩散至在细线14的表面存在的二氧化硅膜内，并与钼硅化物系材料中的硅发生反应而生成二氧化硅，二氧化硅膜朝着细线14的外侧生长。可以认为：该二氧化硅膜只要在继续照射紫外光的条件下就会持续生长至达到平衡状态为止，细线中含有的硅向细线表面移动，细线内部的硅的构成比率降低，消光比随之持续降低。进而，本发明人推测：如果因二氧化硅膜的生长而导致二氧化硅膜的厚度增加，则细线14发生劣化或者被破坏，在偏振片面内产生消光比不均。从该观点出发，即使在细线14的表面存在致密的二氧化硅覆膜，也无法防止因紫外线的累积照射时间变长而导致的偏振片的性能劣化。
这种推测基于以下的根据。例如，这是因为：在细线14中与作为主成分的硅同时含有的金属为钼的情况下，与MoO2的标准生成吉布斯自由能(-533.71kJ/mol、每1mol氧也是相同数值)、MoO3的标准生成吉布斯自由能(-667.97kJ/mol、按照每1mol氧进行换算，为-455.30kJ/mol)相比，SiO2的标准生成吉布斯自由能(-856.67kJ/mol、每1mol氧也为相同数值)低，即使在由紫外光照射所致的高温环境下，该关系也不变。因此，SiO2比MoOX优先生成。另外，可以认为：细线14所含有的硅含量(mol％)为钼含量(mol％)的1.5倍以上、尤其是2倍以上也是SiO2比MoOX优先生成的理由。需要说明的是，上述的各氧化物的标准生成吉布斯自由能的值均是298.15K(25℃)下的值。
细线14的厚度T(参照图2)可以以偏振片11表现出期望消光比的方式进行适当设定。由于存在细线14的厚度T越大则消光比越高、厚度T越小则P波透射率越高的倾向，因此，可以考虑消光比和P波透射率的平衡来设定细线14的厚度T。例如，细线14的厚度T可以在100nm～180nm、优选在100nm～160nm的范围进行适当设定。需要说明的是，在构成细线14的硅成分被自然氧化的二氧化硅薄膜(厚度：数nm)存在于细线14的表面的情况下，上述细线14的厚度T包括这种自然氧化的薄膜。另外，就位于偏振片11内的多个细线14而言，通常厚度T是一定的，但也可以存在具有不同厚度T的细线。
此处，消光比用P波透射率/S波透射率表示，P波透射率是与细线的长度方向(图1中的箭头a所示的方向)垂直的偏振成分(P波)的透射率(出射光中的P波成分/入射光中的P波成分)，S波透射率是与细线的长度方向平行的偏振成分(S波)的透射率(出射光中的S波成分/入射光中的S波成分)。另外，消光比的测定可以使用偏振片的领域中的一般测定方法来进行，可以使用能够测定紫外光的偏振特性的透射型偏振光椭圆率测量仪、例如J.A.Woollam JAPAN公司制造的VUV-VASE等透射型偏振光椭圆率测量仪来测定。
另外，细线14的宽度W(参照图2)可以以偏振片11表现出期望消光比的方式进行适当设定。由于存在细线14的宽度W越宽则消光比越高、宽度W越窄则P波透射率越高的倾向，因此，可以考虑消光比与P波透射率的平衡来设定细线14的宽度W。例如，细线14的宽度W可以在25nm～45nm的范围进行适当设定。需要说明的是，在构成细线14的硅成分被自然氧化的二氧化硅薄膜(厚度：数nm)存在于细线14的表面的情况下，上述细线14的宽度W包括这种自然氧化的薄膜。另外，就位于偏振片11内的多个细线14而言，通常宽度W是一定的，但也可以存在具有不同宽度W的细线。
另外，相邻的细线14的间距P(参照图2)可以考虑用于生成直线偏振光的光(照射至偏振片11的光)的波长等，以偏振片11表现出期望消光比的方式进行适当设定。细线14的间距P通常可以设为照射光的波长的一半以下，具体而言，在照射光为紫外光的情况下，细线14的间距P可以设为例如80nm～150nm、优选为80nm～120nm、更优选为100nm～110nm的范围内。
另外，作为细线14的占空比、即宽度W相对于间距P之比(W/P)，可以以偏振片11表现出期望消光比的方式进行适当设定，可以设为例如0.25～0.70、优选为0.30～0.50、更优选为0.30～0.40的范围。通过使占空比处于上述范围内，能够使消光比和P波透射率这两者成为良好的值。
需要说明的是，上述细线14的厚度T可以使用AFM(原子力显微镜)进行测定，另外，可以通过细线截面的SEM(扫描电子显微镜)观察进行测定。细线14的宽度W、间距P可以使用Vistec公司制造的SEM测定装置LWM9000进行测定。
另外，构成偏振片11的保护膜16是比硅更容易氧化的金属的氧化物膜，该金属的氧化物膜比二氧化硅更难被还原。
作为比硅更容易氧化的金属，可列举出该金属的氧化物的标准生成吉布斯自由能比硅氧化物(SiO2)的标准生成吉布斯自由能ΔGθ(-856.67kJ/mol)更低的金属。可列举出例如生成TiO2(锐钛矿型(ΔGθ＝-884.5kJ/mol))、TiO2(金红石型(ΔGθ＝-889.5kJ/mol))的钛；生成ZrO2(ΔGθ＝-1042.82kJ/mol))的锆；生成HfO2(ΔGθ＝-1088.2kJ/mol))的铪；生成Al2O3(γ-氧化铝(ΔGθ＝-1563.9kJ/mol))、Al2O3(α-氧化铝(ΔGθ＝-1582.31kJ/mol))的铝等。需要说明的是，上述的各金属的氧化物的标准生成吉布斯自由能的值均是298.15K(25℃)下的值。
另外，作为金属氧化物比二氧化硅更难被还原的金属，可列举出：生成具有比硅氧化物(SiO2)的熔点(1650℃)更高的熔点的金属氧化物的金属。例如，上述钛、铝、锆、铪的这些氧化物的熔点分别为1870℃、2072℃、2715℃、2758℃，均比硅氧化物(SiO2)的熔点(1650℃)更高。
图3的(A)是示出金属氧化物生成反应的每1mol氧的标准吉布斯自由能ΔGθ[kJ/mol]与该生成反应的气氛温度[℃]之间的关系的图。图3的(A)所示的图中，氧化钼MoO3的标准生成吉布斯自由能ΔGθ用粗线a表示，二氧化硅SiO2的标准生成吉布斯自由能ΔGθ用细线b表示，二氧化钛TiO2的标准生成吉布斯自由能ΔGθ用单点划线c表示，二氧化锆ZrO2的标准生成吉布斯自由能ΔGθ用虚线d表示，氧化铝Al2O3的标准生成吉布斯自由能用点线e表示，二氧化铪HfO2的标准生成吉布斯自由能用长虚线f表示。
图3的(B)是示出由图3的(A)所示的标准生成吉布斯自由能求出的金属的平衡氧分压PO2[atm]与气氛温度[℃]之间的关系的图。图3的(B)所示的图中，与图3(A)相对应，钼的平衡氧分压PO2用粗线a表示，硅的平衡氧分压PO2用细线b表示，钛的平衡氧分压PO2用单点划线c表示，锆的平衡氧分压PO2用虚线d表示，铝的平衡氧分压PO2用点线e表示，铪的平衡氧分压PO2用长虚线f表示。
在比平衡氧分压更高的氧分压气氛中，金属发生氧化，在比平衡氧分压更低的氧分压气氛中，氧从金属氧化物中解离，金属氧化物被还原成金属。通过比较各金属的平衡氧分压，能够比较各金属的氧化还原倾向。由图3的(B)所示的图示中的各金属的平衡氧分压可知：与硅相比，按照钛、锆、铝、铪的难易顺序而容易形成氧化物，其氧化物难以被还原。
图4是示出金属氧化物膜中的氧的扩散系数D[m2/s]与气氛温度[℃]之间的关系的图。图4所示的图中，与图3相对应，二氧化硅膜中的氧的扩散系数D用细线b表示，二氧化锆膜中的氧的扩散系数D用虚线d表示，二氧化钛膜中的氧的扩散系数D用单点划线c表示，氧化铝中的氧的扩散系数D用点线e表示。需要说明的是，在图4所示的图中，各线b～e中的粗线部分表示实验性获得的扩散系数D的数值数据(文献值)，各线b～e中的细线部分表示将数值数据向原点外推而求出的计算得到的扩散系数D的数值数据。
一般来说，在金属氧化物的生长受控于金属氧化物膜中的氧的扩散速度的情况下，金属氧化物的生长速度遵循抛物线规则。另外，金属氧化物的生长速度被氧分压的梯度和氧的扩散系数左右时，相对于温度呈现指数性变化的扩散系数与氧分压相比更起到支配性作用。因此可以认为：越是扩散系数低的金属氧化物，可期待对于偏振片11的细线14起到越高的保护效果。鉴于这一点，可以认为：如果使用图4将各金属氧化物膜中的氧的扩散系数进行对比，则通过将金属氧化物膜中的氧的扩散系数比二氧化硅更低的金属氧化物作为保护膜的材料，能够得到对于偏振片11的细线14起到高保护效果的产物。尤其是，根据图4所示的图，从能够获得对于偏振片11的细线14起到更高保护效果这一点出发，优选将金属氧化物中的氧的扩散系数比二氧化硅大幅降低的氧化铝作为保护膜的材料。
可以认为：通过使这种金属的氧化物膜以保护膜16的形式覆盖细线14，能够抑制因紫外线的照射和与之相伴的放热(200℃左右)而生成的臭氧、激发氧原子到达至细线14，能够抑制因细线14所包含的硅与氧的反应而生成二氧化硅，并抑制二氧化硅膜的生长。进而，可以认为：由于二氧化硅膜的生长受到抑制，因此能够避免二氧化硅膜的厚度的增大，因而防止细线14的破坏或劣化，抑制偏振片面内的消光比不均的发生。
在细线14的表面存在的保护膜16比二氧化硅更难被还原，即使对偏振片11照射紫外光，保护膜16也不会被还原，而是维持金属氧化物膜的状态。另外，即使在假设偏振片11被紫外光照射而导致覆盖细线14的一部分保护膜16被还原的情况下，构成保护膜16的金属也比硅更容易氧化，因此该金属先被氧化。因此，即使对偏振片11连续照射紫外光，保护膜16也会以覆盖物的形式稳定地存在于二氧化硅膜上，抑制外部的氧扩散至内部的功能得以维持，因此，能够抑制二氧化硅朝着细线14的外侧生长。进而，由于二氧化硅膜的生长受到抑制，二氧化硅膜的厚度的增大得以规避，因而防止细线14的破坏或劣化，抑制偏振片面内的消光比不均的发生。
这种保护膜16只要以无间隙地覆盖细线14的表面存在的二氧化硅的方式至少覆盖细线14即可。为了表现出上述作用，保护膜16的厚度可以设为例如1nm以上，可以以偏振片11表现出期望消光比的方式来适当设定。另外，保护膜16的厚度上限可以根据细线14的尺寸、由保护膜16所致的透射率降低的允许范围等来决定，实用上，可以将保护膜16的厚度适当设定在1nm～10nm、优选在1nm～5nm的范围内。
上述保护膜16的厚度可通过基于XPS(X射线光电子分光)的深度方向的分析或者成膜时的参照用晶圆截面的SEM观察来进行测定。
一般来说，光取向处理中使用的偏振片11被长期连续照射波长为200nm～400nm左右的波长区域的紫外光，以累积曝光量计达到106J/cm2以上。另外，根据因照射而产生的热的不同，以及冷却条件的不同，其被暴露于150℃～300℃的高温气氛中。就被紫外光照射而言在相同环境下使用的光掩模，通常被照射波长低于200nm(例如峰值波长为193nm)的紫外光，但以累积曝光量计为104J/cm2左右。对像这样在严苛环境下使用的偏振片11而言，通过利用上述保护膜16来覆盖细线14的表面，能够抑制细线14的尺寸变化、劣化、破坏等，由此抑制偏振片面内的消光比不均的发生。
图5是示出本发明的偏振片的其它例的与图2相当的纵向截面图。图5中，偏振片21具有透明基板22、以及以规定的间隔平行地位于该透明基板22的一个主面22a上的多个细线24，进而，以覆盖各个细线24的方式设置有保护膜26。图5所示的偏振片21仅在覆盖各个细线24的位置存在保护膜26，保护膜26的端部26e抵接于透明基板22，除此之外，与上述偏振片11相同。因此，透明基板22、细线24、保护膜26的材质、尺寸等可以设为与上述偏振片11的透明基板12、细线14、保护膜16相同，省略此处的说明。
图6是示出本发明的偏振片的其它例的与图2相当的纵向截面图。图6中，偏振片31具有透明基板32、位于该透明基板32的一个主面32a的基底层35、以及以规定的间隔平行地位于该基底层35上的多个细线34，以覆盖这些细线34的方式在基底层35上设置有保护膜36。图6所示的偏振片31在透明基板32与细线34和保护膜36之间隔着基底层35，除此之外，与上述偏振片11相同。因此，透明基板32、细线34、保护膜36的材质、尺寸等可以设为与上述偏振片11的透明基板12、细线14、保护膜16相同，省略此处的说明。
构成偏振片31的基底层35的目的在于，更可靠地阻碍细线34与外部气氛中的氧的接触。因此，基底层35可以与保护膜36同样地制成由比硅更容易氧化的金属的氧化物膜形成的层、或者、由比二氧化硅更难被还原的金属氧化物膜形成的层。这种基底层35的厚度可以以偏振片31表现出期望消光比的方式进行适当设定，例如，可以在1nm～10nm、优选在1nm～5nm的范围进行适当设定。
图7是示出本发明的偏振片的其它例的与图2相当的纵向截面图。图7中，偏振片41具有透明基板42、以规定的间隔平行地位于该透明基板42的一个主面42a上的多个基底层45、以及位于各基底层45上的多个细线44、覆盖各个细线44的保护膜46。图7所示的偏振片41仅在透明基板42与细线44之间、以及覆盖细线44的保护膜46的端部46e与透明基板42之间存在基底层45，除此之外，与上述偏振片31相同。因此，透明基板42、细线44、保护膜46的材质、尺寸等可以设为与上述偏振片11的透明基板12、细线14、保护膜16相同，另外，基底层45的材质、厚度可以设为与上述偏振片31的基底层35相同，省略此处的说明。
需要说明的是，图7所示的偏振片41中，保护膜46的端部46e抵接于基底层45，但基底层45也可以仅存在于细线44的正下方，覆盖细线44的保护膜46的端部46e可以抵接于基板42。
这种本发明的偏振片通过覆盖细线的保护膜，即使被短波长的光照射、累积照射时间变长，也可抑制向细线的内部形成二氧化硅。由此，能够防止消光比(P波透射率/S波透射率)的降低，并且维持对于短波长光表现出优异的消光比，与此同时，细线以硅作为主成分，因此获得耐热性优异的效果。
上述偏振片的实施方式是例示，本发明不限定于此。
接着，对上述那样的偏振片的制造例进行说明。
图8是示出偏振片的制造例的工序图，以图1、图2所示的偏振片11为例。
图8所示的偏振片的制造例中，准备透明基板12，在该透明基板12的主面12a上形成用于形成细线的材料层14’，在该材料层14’上形成抗蚀图案13(图8的(A))。材料层14’同时含有金属和作为主成分的硅，硅的含量可以适当设定。另外，作为材料层14’中含有的金属，可列举出例如钼等过渡金属。这种材料层14’的形成方法没有特别限定，例如，在钼硅化物系的材料层的情况下，可以使用硅和钼的混合靶材，并通过溅射法来形成。
另外，抗蚀图案13是用于形成细线14的蚀刻掩膜，可以使用期望的抗蚀材料，并通过光刻法、压印法、电子束描画法等来形成。
接着，以抗蚀图案13作为蚀刻掩膜，对材料层14’进行蚀刻，从而在透明基板12的主面12a上形成细线14(图8的(B))。
接着，以覆盖细线14的方式，在透明基板12的主面12a上形成保护膜16(图8的(C))。保护膜16可通过例如ALD(原子层沉积法)成膜为比硅更容易氧化的金属的氧化物膜或者比二氧化硅更难被还原的金属氧化物膜而形成。ALD能够形成致密的薄膜而不使细线14露出，可适合地用于形成保护膜16。由此能够得到偏振片11。
需要说明的是，也可以在材料层14’上形成硬掩膜材料层，在该硬掩膜材料层上形成抗蚀图案13，并将该抗蚀图案13作为蚀刻掩膜对硬掩膜材料层进行蚀刻，从而在材料层14’上形成硬掩膜。例如，在材料层14’为钼硅化物系的情况下，可以使用铬系的硬掩膜材料。此时，通过材料层14’的蚀刻来形成细线14时，将硬掩膜作为蚀刻掩膜来进行。
图9是示出偏振片的其它制造例的工序图，以图5所示的偏振片21为例。
图9所示的偏振片的制造例中，准备透明基板22，在该透明基板22的主面22a上形成细线24(图9的(A))。该细线24的形成可以设为与细线24在上述透明基板12的主面12a上的形成相同。
接着，以覆盖细线24的方式，在透明基板22的主面22a上形成保护膜26a(图9的(B))。该保护膜26a的形成可以与上述保护层16的形成同样地，例如通过ALD来进行。
接着，通过溅射法或CVD(化学气相沉积法)，在保护膜26a上形成保护膜26b，与保护膜26a进行一体化(图9的(C))。通过溅射法形成保护膜26b时，在细线24为高宽比高的图案的情况下，保护膜材料难以沉积至细线24的间隙部位。因此，保护膜材料的沉积主要在位于细线24顶部的保护膜26a上进行，在该保护膜26a上形成保护膜26b。在图9的(C)中，虽然被省略，但可以在位于细线24的间隙部位的侧面和底部处的保护膜26a上，以比位于细线24顶部的保护膜26a上的保护膜26b更薄的厚度来形成保护膜。另外，在利用CVD形成保护膜26b时也同样地，在细线24为高宽比高的图案的情况下，保护膜材料难以沉积至细线24的间隙部位，利用成膜条件，可以使沉积至细线24的间隙部位的沉积厚度变薄，并使在位于细线24顶部的保护膜26a上形成的保护膜26b变厚。
接着，对保护膜26a和保护膜26b进行蚀刻，直至位于透明基板22的主面22a上的保护膜26a被去除为止(图9的(D))。由此，能够得到仅各个细线24被保护膜26覆盖的偏振片21。
该偏振片21的制造中，也可以首先利用溅射法或CVD在细线24的顶部形成保护膜26b，其后以覆盖细线24、保护膜26b的方式，利用ALD在透明基板22的主面22a上形成保护膜26a，接着对保护膜26a和保护膜26b进行蚀刻，直至位于透明基板22的主面22a上的保护膜26a被去除为止。
图10是示出偏振片的其它制造例的工序图，以图6所示的偏振片31为例。
图10所示的偏振片的制造例中，准备透明基板32，在该透明基板32的主面32a形成基底层35，其后，在基底层35上形成用于形成细线的材料层34’，在该材料层34’上形成抗蚀图案33(图10的(A))。基底层35的目的在于，更可靠地阻碍在后工序中形成的细线34与外部气氛中的氧的接触，可以制成由比硅更容易氧化的金属的氧化物膜形成的层、或者、由比二氧化硅更难被还原的金属氧化物膜形成的层。这种基底层35可通过溅射法等公知的真空成膜法来形成，厚度可以在例如1nm～10nm、优选在1nm～5nm的范围进行适当设定。
在基底层35上的材料层34’的形成、抗蚀图案33的形成可以设为与在上述透明基板12上的材料层14’的形成、抗蚀图案13的形成相同。
接着，以抗蚀图案33作为蚀刻掩膜，对材料层34’进行蚀刻，从而在位于透明基板32的主面32a处的基底层35上形成细线34(图10的(B))。
接着，以覆盖细线34的方式，在基底层35上形成保护膜36(图10的(C))。保护膜36可通过例如ALD成膜为比硅更容易氧化的金属的氧化物膜或者比二氧化硅更难被还原的金属氧化物膜来形成。由此能够得到偏振片31。
需要说明的是，也可以在材料层34’上形成硬掩膜材料层，在该硬掩膜材料层上形成抗蚀图案33，并将该抗蚀图案33作为蚀刻掩膜对硬掩膜材料层进行蚀刻，从而在材料层34’上形成硬掩膜。此时，通过材料层34’的蚀刻来形成细线34时，将硬掩膜作为蚀刻掩膜来进行。
图11是示出偏振片的其它制造例的工序图，以图7所示的偏振片41为例。
图11所示的偏振片的制造例中，准备透明基板42，在该透明基板42的主面42a形成基底层45’，在该基底层45’上形成抗蚀图案43’(图11的(A))。基底层45’的形成可以与上述基底层35的形成同样地进行。另外，抗蚀图案43’是用于在后工序中形成要形成细线44的基底层45的蚀刻掩膜，可以使用期望的抗蚀材料，并通过光刻法、压印法、电子束描画法等来形成。
接着，将抗蚀图案43’作为蚀刻掩膜，对基底层45’进行蚀刻，从而形成以规定的间隔平行地位于透明基板42的主面42a上的多个基底层45。其后，以覆盖该基底层45的方式，在透明基板42的主面42a上形成用于形成细线的材料层44’，在该材料层34’上形成抗蚀图案43(图11的(B))。抗蚀图案43是用于在后工序中在基底层45上形成细线44的蚀刻掩膜，可以使用期望的抗蚀材料，并通过光刻法、压印法、电子束描画法等来形成。
接着，将抗蚀图案43作为蚀刻掩膜，对材料层44’进行蚀刻，从而在以规定的间隔平行地位于透明基板42的主面42a上的多个基底层45上形成细线44(图11的(C))。
接着，以覆盖细线44、基底层45的方式，在透明基板42的主面42a上形成保护膜46a。该保护膜46a的形成可以与上述保护层26a的形成同样地通过例如ALD来进行。其后，通过CVD在保护膜46a上形成保护膜46b，而与保护膜46a进行一体化(图11的(D))。与上述保护层26b的形成同样地，仅在位于细线44顶部的保护膜46a上形成保护膜46b，因此，在细线44的顶部层叠有保护膜46a和保护膜46b，在其它部位仅存在保护膜46a。
接着，对保护膜46a和保护膜46b进行蚀刻，直至位于透明基板42的主面42a上的保护膜46a被去除为止(图11的(E))。由此，能够得到仅各个细线44被保护膜46覆盖，且细线44和保护膜46隔着基底层45而位于透明基板42上的偏振片21。
该偏振片41的制造中，也可以首先利用CVD在细线44的顶部形成保护膜46b，其后以覆盖细线44、基底层45、保护膜46b的方式，利用ALD在透明基板42的主面42a上形成保护膜46a，接着对保护膜46a和保护膜46b进行蚀刻，直至位于透明基板42的主面42a上的保护膜46a被去除为止。
需要说明的是，上述偏振片的制造方法是例示，本发明的偏振片的制造不限定于这些例子。
实施例
接着，列举实施例，更详细地说明本发明。
[实施例1]
(试样1的制作)
首先，作为透明基板，准备厚度为6.35mm的合成石英玻璃。
在该合成石英玻璃的一个主面上，使用钼和硅的混合靶材(Mo∶Si＝1mol％∶2mol％)，在氩气与氮气的混合气体气氛中，通过反应性溅射法以120nm的厚度形成钼硅化物系的材料层(MoSiN)。该材料层中的氮含量为钼含量的一半左右。
接着，在上述钼硅化物系的材料层上，利用溅射法形成作为硬掩膜材料层的氮氧化铬膜(厚度为7nm)。
接着，在硬掩膜材料层上形成了具有间距为100nm的线和间隔形状的图案的抗蚀图案。其后，将该抗蚀图案作为蚀刻掩膜，使用氯和氧的混合气体，对硬掩膜材料层进行干式蚀刻从而形成硬掩膜，接着使用SF6，对钼硅化物系的材料层进行干式蚀刻，其后将硬掩膜剥离。由此，形成了以规定的间距平行地位于合成石英玻璃上的多个细线。
使用AFM测定如上形成的细线的厚度T，并使用Vistec公司制造的SEM测定装置LWM9000测定宽度W、间距P，结果分别为120nm、34nm、100nm。
接着，选择钛作为比硅更容易氧化的金属，以覆盖如上那样形成的细线的方式，通过ALD在合成石英玻璃上成膜作为保护膜的二氧化钛。利用成膜时的参照用晶圆截面的SEM观察来测定该由二氧化钛形成的保护膜的厚度，结果为10nm。由此得到偏振片(试样1)。
(试样2的制作)
与试样1的制作同样地，形成了以规定的间距平行地位于合成石英玻璃上的多个细线。
接着，选择锆作为比硅更容易氧化的金属，以覆盖如上那样形成的细线的方式，通过ALD在合成石英玻璃上成膜作为保护膜的二氧化锆。利用成膜时的参照用晶圆截面的SEM观察来测定该由二氧化锆形成的保护膜的厚度，结果为10nm。由此得到偏振片(试样2)。
(试样3的制作)
与试样1的制作同样地，形成了以规定的间距平行地位于合成石英玻璃上的多个细线。
接着，选择氧化铝作为比二氧化硅更难被还原的金属氧化物，以覆盖如上那样形成的细线的方式，通过ALD在合成石英玻璃上成膜作为保护膜的氧化铝。利用成膜时的参照用晶圆截面的SEM观察来测定该由氧化铝形成的保护膜的厚度，结果为10nm。由此得到偏振片(试样3)。
(试样4的制作)
与试样1的制作同样地，形成了以规定的间距平行地位于合成石英玻璃上的多个细线，不形成保护膜，从而得到偏振片(试样4)。
(试样5的制作)
与试样1的制作同样地，形成了以规定的间距平行地位于合成石英玻璃上的多个细线。
接着，选择钛作为比硅更容易氧化的金属，并使用烷醇钛作为前体，通过溶胶凝胶法以覆盖细线的方式，在合成石英玻璃上成膜二氧化钛而形成保护膜，从而得到偏振片(试样5)。利用预备样品截面的SEM观察来测定该偏振片的由二氧化钛形成的保护膜的厚度，结果为40nm。但是，由二氧化钛形成的保护膜因成膜时的加热处理(550℃)而导致有机成分挥发，因此为多孔状，未致密地覆盖细线，进而，由于成膜不完全，细线表面约15％以微细形状而露出。
(试样6的制作)
与试样1的制作同样地，形成了以规定的间距平行地位于合成石英玻璃上的多个细线。
接着，以覆盖细线的方式，通过ALD在合成石英玻璃上成膜作为保护膜的二氧化硅。利用成膜时的参照用晶圆截面的SEM观察来测定该由二氧化硅形成的保护膜的厚度，结果为10nm。由此得到偏振片(试样6)。
[评价]
对于所制作的偏振片(试样1～试样6)，利用下述条件来照射紫外线，并使用透射型偏振光椭圆率测量仪(J.A.Woollam JAPAN公司制造、VUV-VASE)测定照射初期、照射时间累积为200小时、500小时、1000小时、1500小时、2000小时时的365nm处的消光比。将测定结果示于下述表1。
(紫外线照射)
·照射波长：200nm～500nm
·照射光源：金属卤化物灯
·照射能量：300mW(波长365nm)/cm2
·吹扫气体：氮气
[表1]
表1
如表1所示，试样1～试样3的偏振片即使被紫外光照射、且照射时间为长时间，也可维持消光比或者消光比的降低少。
与此相对，不具备保护膜的试样4的偏振片在紫外光的照射累积达到500小时的阶段可观察到消光比的大幅降低。
另外，虽然具备与试样1相同的二氧化钛的保护膜，但细线表面的约15％以微细形状而露出的试样5的偏振片与试样1～试样3的偏振片相比，由长时间照射导致的消光比的降低较大。
进而，具备氧化硅作为保护膜的试样6的偏振片与试样1～试样3的偏振片相比，由长时间照射导致的消光比的降低较大。
[实施例2]
(试样7的制作)
与试样1的制作同样地，形成了以规定的间距平行地位于合成石英玻璃上的多个细线。
接着，与试样1同样地，选择钛作为比硅更容易氧化的金属，以覆盖如上那样形成的细线的方式，通过ALD在合成石英玻璃上成膜作为保护膜的二氧化钛。利用成膜时的参照用晶圆截面的SEM观察来测定该由二氧化钛形成的保护膜的厚度，结果为1nm。由此得到偏振片(试样7)。
(试样8的制作)
与试样1的制作同样地，形成了以规定的间距平行地位于合成石英玻璃上的多个细线。
接着，选择铪作为比硅更容易氧化的金属，以覆盖如上那样形成的细线的方式，通过ALD在合成石英玻璃上成膜作为保护膜的二氧化铪。利用成膜时的参照用晶圆截面的SEM观察来测定该由二氧化铪形成的保护膜的厚度，结果为10nm。由此得到偏振片(试样8)。
[评价]
对于所制作的偏振片(试样2、试样3、试样7、试样8)，在下述条件下照射紫外线，并使用透射型偏振光椭圆率测量仪(J.A.Woollam JAPAN公司制造、VUV-VASE)，测定照射初期、照射时间的累积为200小时、400小时、500小时、600小时时的365nm处的消光比。将测定结果示于图12的图。需要说明的是，在图12的图中，纵轴表示消光比ER、横轴表示累积照射时间IRT(hrs)，试样2的消光比用虚线d表示，试样3的消光比用点线e表示，试样7的消光比用单点划线c表示，试样8的消光比用长虚线f表示。另外，自累积照射时间经过400小时起，截去波长小于240nm的紫外线地照射紫外线。
(紫外线照射)
·照射波长：185nm、254nm、365nm等
·照射光源：低压汞灯
·照射能量：180mW(波长254nm)/cm2
·吹扫气体：氮气
如图12所示，试样3的偏振片(保护膜：Al2O3)和试样7的偏振片(保护膜：TiO2)即使被紫外光照射、且照射时间为长时间，也可维持高水准的消光比。
另外，试样2的偏振片(保护膜：ZrO2)和试样8的偏振片(保护膜：HfO2)与试样3的偏振片和试样7的偏振片相比，因长时间的照射而导致消光比降低。
需要说明的是，实施例1中，具有ZrO2保护膜的试样2的偏振片比具有TiO2保护膜的试样1的偏振片更能维持高水准的消光比，但实施例2中的试样7的偏振片维持了比试样2的偏振片更高水准的消光比(参照表1和图12)。考虑这是因为：试样7的保护膜的膜厚为1nm，而试样1的保护膜的膜厚为10nm，作为保护膜的TiO2膜厚越厚，与TiO2的光学常数相符的光学特性、即365nm的S波透射率增大这一特性变得明显化。
另外考察到：即使二氧化钛的膜厚为1nm，使用偏振片的气氛温度(200℃左右)下二氧化钛的氧扩散系数D也比二氧化硅的氧扩散系数D低17位数左右(参照图4)，因此可充分确保由保护膜带来的保护效果。
另外，根据图12所示的图，以消光比的变化率作为指标，将对使用了低压汞灯的紫外线照射的保护效果进行对比时，由二氧化钛形成的保护膜(试样7)和由二氧化铪形成的保护膜(试样8)的消光比的变化率大致相等。但是，作为S波透射率的变化率，由二氧化钛形成的保护膜(试样7)比由二氧化铪形成的保护膜(试样8)更小。因此，可以认为：由二氧化钛形成的保护膜的保护效果比由二氧化铪形成的保护膜的保护效果更大。因而可以认为：由氧化铝形成的保护膜的保护效果最高，其次保护效果按照由二氧化钛形成的保护膜、由二氧化铪形成的保护膜、由二氧化锆形成的保护膜的顺序而变低。
进而，由实施例1和实施例2的结果可确认：在使用低压汞灯的情况下，消光比的降低最快，在使用金属卤化物灯的情况下，虽然比其慢，但消光比仍然降低，在使用低压汞灯(截去波长小于240nm的紫外线)的情况下，消光比几乎不降低。由此可推测：因小于240nm的波长而由气氛中的氧生成臭氧、激发氧原子，且其扩散至细线内，由此促进钼硅化物系材料中的硅的氧化。因此可推测：在使用偏振片时，通过截去波长小于240nm的紫外线，对于抑制偏振片的劣化是有效的。需要说明的是，还可以认为：使用时的偏振片周围的气氛温度取决于照射环境的冷却条件，但由于达到150℃～300℃，因此由热氧化的影响导致劣化的加剧。
[实施例3]
对于实施例1中制作的试样1、试样2、试样4～试样6的各偏振片，实施了利用拉曼位移峰的变化来捕捉由YAG激光(波长为532nm)的曝光导致的细线氧化的加剧的测试。
在激光曝光初期，检测到表示钼硅化物系细线(MoSiN)的主成分即硅的多晶的波数520cm-1附近的拉曼位移峰。硅的单晶、多晶均在波数520cm-1附近具有峰，但单晶的峰尖锐，多晶的强度略微下降，是在低波数侧有拖底的略微钝化的峰。
通过反复进行激光曝光，MoSiN表面的氧化加剧、二氧化硅(非晶态)的厚度增加，因而，MoSiN(细线主体)的硅的信号被遮挡，波数520cm-1附近的拉曼位移峰的强度降低。
利用上述现象，对于试样1、试样2、试样4～试样6的各偏振片，反复进行激光曝光，使用拉曼分光分析装置(日本电子公司制、JAS-WPA100)，通过波数520cm-1附近的拉曼位移峰的变化来捕捉细线表面的氧化加剧程度，并进行对比评价。另外，1次的激光曝光中，将输出功率调节至10mW，并将曝光时间设为60秒。
将结果示于下述表2。表2中，用将第1次曝光中的波数520cm-1附近的拉曼位移峰的强度设为100时的相对值来表示，峰强度的降低越大，则表示由曝光导致的细线氧化越加剧。
[表2]
表2
如表2所示，可确认到：试样1、试样2的偏振片即使反复进行激光曝光，波数520cm-1附近的拉曼位移峰的强度降低也微小，偏振片的细线处的二氧化硅的形成受到抑制。
与此相对，可确认到：不具备保护膜的试样4的偏振片在第2次的激光曝光中观察到波数520cm-1附近的拉曼位移峰的强度大幅降低，偏振片的细线处的二氧化硅的形成明显加剧。
另外，虽然具有与试样1相同的二氧化钛的保护膜，但细线表面的约15％以微细形状而露出的试样5的偏振片与试样1、试样2的偏振片相比，波数520cm-1附近的拉曼位移峰的强度大幅降低。由此可确认到：如果保护膜对细线的覆盖不充分，则反复进行激光曝光导致偏振片的细线处的二氧化硅的形成加剧。
进而，可确认到：具备氧化硅作为保护膜的试样6的偏振片与试样1、试样2的偏振片相比，波数520cm-1附近的拉曼位移峰的强度明显降低，反复进行激光曝光导致偏振片的细线处的二氧化硅的形成加剧。
产业上的可利用性
可应用于各种用途的偏振片和使用了偏振片的加工。
附图标记说明
11、21、31、41…偏振片
12、22、32、42…透明基板
14、24、34、44…细线
16、26、36、46…保护膜

Claims (8)

1.一种偏振片，其特征在于，具有：透明基板、以规定的间隔平行地位于该透明基板的一个主面上的多个细线、以及至少覆盖所述细线的保护膜，
所述细线同时含有金属和作为主成分的硅，
所述保护膜是比硅更容易氧化的金属的氧化物膜，该金属的氧化物膜比二氧化硅更难被还原。
2.根据权利要求1所述的偏振片，其特征在于，所述细线所含有的所述金属为钼。
3.根据权利要求1或2所述的偏振片，其特征在于，所述细线的厚度处于100nm～180nm的范围内。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的偏振片，其特征在于，构成所述保护膜的金属氧化物为二氧化钛、二氧化锆、二氧化铪和氧化铝中的任意者。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的偏振片，其特征在于，构成所述保护膜的金属氧化物为氧化铝。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的偏振片，其特征在于，所述保护膜的厚度处于1nm～10nm的范围内。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的偏振片，其特征在于，在所述透明基板与所述细线之间夹着基底层，该基底层由与所述保护膜相同的材料构成。
8.根据权利要求7所述的偏振片，其特征在于，在所述保护膜与所述透明基板之间也夹着所述基底层。
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