CN112189157B - 真空紫外光偏振元件、真空紫外光偏振装置、真空紫外光偏振方法及取向方法 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提出能够用于光取向等处理的真空紫外光偏振元件的更适当的构成，并且提供利用真空紫外光进行光取向的适当的技术构成。上述课题通过下述手段得以解决：设置在透明基板(1)上的栅(2)由平行延伸的多个线状部(3)构成。各线状部(3)的材料是氧化铪之类的第3族或第4族元素的氧化物，且是在由式PE＝T²×log₁₀(ER)(其中，T为栅的透射率，ER为栅的消光比)得到的PE于真空紫外区域中达到最高的光学常数的组合中PE达到0.2以上的材料。各线状部(3)之间为空间而无填充物，配置有真空紫外光偏振元件(6)的空间用不活泼性气体替换。进行光取向时，工件(10)配置在距真空紫外光偏振元件(6)1～20mm以下的位置，真空紫外光的照射量为40～4000mJ/mm²以下。

Description

真空紫外光偏振元件、真空紫外光偏振装置、真空紫外光偏振 方法及取向方法

技术领域

本申请的发明涉及使波长200nm以下的真空紫外光偏振的技术、以及在工件上形成对分子结构赋予了一定方向性的取向层的技术。

背景技术

在各种偏振元件中，在透明基板上设置有微细的条纹状的栅(grid)的结构的栅偏振元件能够对较大的照射面积照射偏振光，因此其利用得到扩展。其中，在对部件中的分子结构赋予一定方向性的取向处理的领域中，通过偏振光的照射进行该取向处理的技术得到实用化，通常称其为光取向。

在光取向中，为了照射能量更高的波长以实现处理的效率化，偏振光的波长正变得更短。即，最初是可见的短波长区域，但最近大多开始使用紫外光，也开始使用365nm那样的近紫外光。

为了实现这样的短波长化，在栅偏振元件中，以前使用以铝之类的金属为栅材料的反射型的栅偏振元件(线栅偏振元件)，但开发并使用利用了短波长区域中的光的吸收的吸收型的栅偏振元件。

另外，在栅偏振元件中，栅是由相互平行延伸的多个线状部构成的条纹状。当使各线状部之间的间隔(间隙宽度)相对于光的波长适当地缩短时，从栅主要出射在与各线状部的长度方向垂直的方向上具有电场成分的直线偏振光。因此，通过控制栅偏振元件的姿势、使栅的各线状部的长度方向朝向所期望的方向，能够得到偏振光的轴(电场成分的朝向)朝向所期望的方向的偏振光。

以下，为了便于说明，将电场朝向栅的各线状部的长度方向的直线偏振光称为s偏振光，将电场朝向与长度方向垂直的方向的直线偏振光称为p偏振光。通常，将电场相对于入射面(与反射面垂直且包含入射光线和反射光线的面)垂直的称为s波，将平行的称为p波，但以各线状部的长度方向相对于入射面垂直为前提，如此进行区别。

表示这样的偏振元件的性能的基本指标是消光比ER和透射率T。消光比ER是透过偏振元件的偏振光的强度中p偏振光的强度(Ip)与s偏振光的强度(Is)之比(Ip/Is)。另外，透射率T是出射p偏振光的能量与入射的s偏振光和p偏振光的总能量Iin之比(T＝Ip/Iin)。理想的偏振元件为消光比ER＝∞、透射率T＝50％。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-125280号公报

专利文献2：日本专利4778958号公报

发明内容

发明所要解决的课题

栅偏振元件大多用于光取向那样的光处理，如上所述，为了处理的效率化，一直进行更短波长化。因此，也考虑能够使比近紫外区域更短的真空紫外光(波长200nm以下)偏振。然而，若达到200nm以下的波长区域，则能量变得过大，有可能会发生破坏对象物的分子结构等进行所期望的处理以前的问题。真空紫外光是在通过光照射将有害的有机物等分解并除去的光清洗的领域中经常使用的波长区域，由此也考虑真空紫外光不能用于光取向那样的光处理。

基于这些原因，使真空紫外光偏振的栅偏振元件至今为止没有实现，也没有进行研究。因此，对于使真空紫外光偏振的栅偏振元件，也包含适当的栅材料、特性等方面，并不存在进行具体教示的文献。

虽然有这样的情况，但考虑如果设定适当的照射条件，是否即使是真空紫外光，也能够用于光取向等处理，也能够利用其高能量更高效地进行处理。发明人在这样的考虑下，对真空紫外光偏振元件的适当构成、使用了真空紫外光偏振元件的光取向技术进行了深入研究，从而想到了本申请的发明。因此，本发明所要解决的课题在于，提出能够用于光取向等处理的真空紫外光偏振元件的更适当的构成，并且提供利用真空紫外光进行光取向的适当的技术构成。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本申请的发明的真空紫外光偏振元件是使波长200nm以下的真空紫外光偏振的真空紫外光偏振元件，其具备对真空紫外光透明的基板和设置在基板上的栅。栅由平行延伸的多个线状部构成，是在各线状部之间未设置填充物的结构。并且，各线状部的材料是第3族或第4族元素的氧化物，且是在由式PE＝T²×log₁₀(ER)(其中，T为栅的透射率，ER为栅的消光比)得到的PE于真空紫外区域中达到最高的光学常数的组合中PE达到0.2以上的材料。

另外，为了解决上述课题，该真空紫外光偏振元件可具有如下构成：在形成各线状部的材料中，第3族或第4族元素的一部分被替换为其他元素，替换的比例为在PE于真空紫外区域中达到最高的光学常数的组合中PE达到0.2的比例以下。

另外，为了解决上述课题，本申请的发明的真空紫外光偏振元件是使波长200nm以下的真空紫外光偏振的真空紫外光偏振元件，其具备对真空紫外光透明的基板和设置在基板上的栅。栅由平行延伸的多个线状部构成，是各线状部之间为空间而未设置填充物的结构，各线状部具有如下构成：由氧化铪、氧化钇、氧化铪中的一部分铪用其他元素替换了的氧化铪系多元化合物或者氧化钇中的一部分钇用其他元素替换了的氧化钇系多元化合物形成。

另外，为了解决上述课题，本申请的发明的真空紫外光偏振装置具备上述真空紫外光偏振元件和将配置有真空紫外光偏振元件的空间用不活泼性气体替换的气氛控制单元。

另外，为了解决上述课题，本申请的发明的真空紫外光偏振方法是将非偏振状态的波长200nm以下的真空紫外光照射到上述真空紫外光偏振元件而使其偏振的真空紫外光偏振方法。

另外，为了解决上述课题，该真空紫外光偏振方法可以在将真空紫外光偏振元件配置于用不活泼性气体替换了的空间的情况下进行。

另外，为了解决上述课题，本申请的发明的取向方法是在工件上形成对分子结构赋予了一定方向性的取向层的取向方法，是通过对工件照射将波长200nm以下的真空紫外光照射到上述真空紫外光偏振元件而得到的真空紫外区域的偏振光而形成取向层的方法。在该方法中，将工件配置于距上述真空紫外光偏振元件1mm以上且20mm以下的位置，使照射到工件的真空紫外光的照射量为40mJ/mm²以上且4000mJ/mm²以下。

另外，为了解决上述课题，该取向方法可以在将上述真空紫外光偏振元件配置于用不活泼性气体替换了的空间的情况下进行。

发明效果

如以下所说明的那样，根据本申请的发明的真空紫外光偏振元件、真空紫外光偏振装置或真空紫外光偏振方法，对于真空紫外光，能够得到高偏振性能，并且在真空紫外光的照射环境下，耐氧化性也高，能够长期稳定地得到高偏振性能。

另外，当采用用不活泼性气体替换配置有真空紫外光偏振元件的空间的构成时，栅的氧化得到进一步抑制，长期稳定地得到高偏振性能的效果进一步提高。

另外，根据本申请的发明的取向方法，利用真空紫外光的偏振光进行光取向，因此取向处理的效率进一步提高。此时，长期稳定地得到高偏振性能，因此能够长期稳定地进行良好的取向处理。

附图说明

图1为第一实施方式的真空紫外光偏振元件的立体概略图。

图2为第3族和第4族的主要元素的氧化物的氧化物自由能图。

图3为表示氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化钇在紫外区域中的光学特性的图。

图4为调查由各公司销售的近紫外光用的栅偏振元件的偏振性能的结果的图。

图5为调查由各公司销售的近紫外光用的栅偏振元件的偏振性能的结果的图。

图6为表示研究PE≥0.2是在怎样的折射率n、吸光系数a的条件下成立的模拟实验的结果的图。

图7为将第3族和第4族元素的氧化物在真空紫外区域中的n和a的值曲线化而得到的图。

图8示出了在氧化铪中用硅替换一部分铪时的n和k的变化，(1)为波长对n的曲线图，(2)为波长对k的曲线图。

图9示出了在氧化铪中用铝替换一部分铪时的n和k的变化，同样地，(1)为波长对n的曲线图，(2)为波长对k的曲线图。

图10为表示各实施方式的真空紫外光偏振元件的制造方法的概略图。

图11为实施方式的真空紫外光偏振装置的主视剖面示意图。

图12为搭载有实施方式的真空紫外光偏振元件的光取向装置的主视概略图。

具体实施方式

接着，对用于实施本申请的发明的方式(实施方式)进行说明。

图1为第一实施方式的真空紫外光偏振元件的立体概略图。图1所示的真空紫外光偏振元件具备透明基板1和设置在透明基板1上的栅2。

透明基板1中，以对对象波长(通过使用偏振元件使其偏振的光的波长)具有充分的透射性的含义称为“透明”。在该实施方式中，将200nm以下的真空紫外区域的波长假定为对象波长，因此作为透明基板1的材质采用石英玻璃(例如合成石英)。考虑到稳定地保持栅2的机械强度、作为光学元件的处理的容易性等，透明基板1形成为适当的厚度。厚度例如为0.5～10mm左右。

如图1所示，栅2是由平行延伸的多个线状部3构成的条纹状的栅。栅偏振元件通过交替且平行地配置光学常数不同的区域来实现偏振作用。各线状部3之间的空间4被称为间隙，由各线状部3和各间隙4得到偏振作用。适当确定各线状部3的宽度w和间隙4的宽度以能够对对象波长的光得到偏振作用。具体而言，间隙4的宽度大致为对象波长以下。另外，在本实施方式中，间隙4中没有特别设置填充物。因此，间隙4的折射率为放置有偏振元件的气氛的折射率。通常为空气(折射率≈1)。

实施方式的真空紫外光偏振元件以吸收型的模式工作。即，对于s偏振光，根据形成栅2的各线状部3的介电常数，电场被分割而局部存在于各线状部3内，一边因吸收而衰减一边传播，另一方面，对于p偏振光，实质上不产生电场的分割、局部存在化，因此不会大幅衰减地进行传播。因此，从透明基板1主要出射p偏振光，得到偏振作用。关于吸收型的栅偏振元件的工作模式，专利文献1中有详细说明，因此省略。

在这样的实施方式的真空紫外光偏振元件中，对于各线状部3的材料，选定为了真空紫外光的偏振而特别优化的材料。以下，对这一点进行说明。

对于真空紫外光偏振元件的各线状部3的材料，首先需要研究的是耐氧化性。众所周知，真空紫外光被空气中的氧分子大量吸收，丰富地产生氧自由基、臭氧、羟基自由基之类的具有高氧化作用的种。因此，当各线状部3的材料的耐氧化性低时，在用于真空紫外光的偏振用的情况下，短期间内各线状部3氧化，特性发生变化。特性的变化表现为无法如预期地得到透射率、消光比这样的偏振特性，即表现为劣化。

实施方式的真空紫外光偏振元件考虑到这一点，首先将耐氧化性高的材料选定为栅材料(各线状部3的材料)。此时，在本实施方式中，考虑其为吸收型的栅偏振元件而重新理解耐氧化性。即，在吸收型的栅偏振元件中，将适当地吸收对象波长的光的材料作为栅材料使用，在紫外区域中，常常使用氧化钛这样的金属氧化物。考虑到这一点，将耐氧化性重新理解为不是“不易氧化”这一性质，而是“根本不会氧化”这一性质。即，将氧化状态的稳定性(氧化稳定性)视为耐氧化性。

根据发明人的研究，一般而言，容易达到+2价～+4价的第3族、第4族的过渡金属容易形成稳定的氧化物，适合作为形成栅材料用的氧化物的元素。但是，实际上也需要考虑与透明基板的关系。石英、氧化锆晶体、氧化镁晶体这样的氧化物晶体也具有透光性，因此可以作为栅偏振元件的透明基板的材料使用。在该情况下，当氧化稳定性比形成透明基板的氧化物低时，容易在透明基板侧获得氧而被还原，之后容易被气氛中的氧化种(氧、氧自由基、臭氧等)再氧化。由这样的透明基板的材料进行的还原和由空气中的氧化种进行的氧化不稳定，其结果，光学特性也容易变化。因此，不优选将这样的材料选定为栅材料。

金属氧化物的氧化稳定性作为所谓的氧化物自由能图而为人所知。图2为第3族和第4族的主要元素的氧化物的氧化物自由能图。在该实施方式中，透明基板2为石英制，因此为了比较，还添加了氧化硅的标准化学势。图2的横轴为绝对温度，纵轴为标准吉布斯自由能。

如图2所示，可知氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化钇与氧化硅相比，标准吉布斯自由能低、氧化稳定度高。因此，这些材料可以成为真空紫外光偏振元件的栅材料的候补。

另一方面，作为真空紫外光偏振元件的栅材料，不仅需要氧化稳定度高，而且需要充分发挥作为偏振元件的基本性能(透射率和消光比)。发明人对上述四个候补材料进一步进行了研究，研究了能否能成为紫外光偏振元件的栅材料。

图3为表示氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化钇在紫外区域中的光学特性的图。其中，图3(1)表示折射率、(2)表示吸光系数。

如上所述，栅偏振元件在条纹状结构中需要折射率的对比度高。在该实施方式中，由于在各线状部之间(间隙)没有填充部，而是空气，因此需要相对于空气(折射率≈1)具有更大的折射率差的材料。关于这一点，如图3(1)所示，氧化钛、氧化锆在200nm以下的真空紫外区域中，折射率大致为2以下，几乎不超过2。

另外，对于该实施方式的真空紫外光偏振元件而言，由于是吸收型的栅偏振元件，因此需要是适度地吸收真空紫外光的材料。关于这一点，如图3(2)所示，氧化锆在真空紫外区域中吸光系数低于0.5，吸收过少而不适合作为栅材料。关于氧化铪，在180～200nm左右的范围内吸光系数低于0.5，但在比其短的波长区域中超过0.5。特别是，在对于真空紫外区域而言重要的光谱即172nm处超过0.5，因此能够优选使用。由这些结果可得出如下结论：作为真空紫外光偏振元件的栅材料，氧化铪和氧化钇为优选的候补。

发明人从制造工艺的观点对上述两个候补材料进行了研究。以下，对这一点进行说明。

氧化铪、氧化钇这样的过渡金属氧化物形成金属-卤素化合物时的挥发性低，另外金属-氧间结合强，因此通常已知是难加工材料。尽管如此，也研究了将氧化铪作为半导体器件中的栅绝缘膜的材料，能够通过BCl₃系等离子体进行蚀刻。考虑今后，如果开发氧化铪蚀刻装置作为半导体器件制造用的装置，则也能够将其转用。另一方面，也有氧化钇对氟碳等离子体显示出高耐受性的报告，还研究了作为在等离子体蚀刻装置内暴露于等离子体的部位的保护膜的应用。因此，推测氧化钇在加工性方面比氧化铪差的状况今后也将持续。即，从加工性的观点考虑，更优选氧化铪作为真空紫外光偏振元件的栅材料的候补。

基于这样的研究，第一实施方式的真空紫外光偏振元件采用氧化铪作为栅材料。若示出更具体的尺寸例，图1所示的透明基板1的厚度为0.7mm，各线状部3的宽度W为10～50nm，高度h为50～300nm，因此纵横比为1～30左右。另外，各线状部3的间距p为80～200nm，因此间隙4的宽度为30～190nm左右。

对这样的实施方式的真空紫外光偏振元件的工作进行说明。以下的说明也是真空紫外光偏振方法的发明的实施方式的说明。

真空紫外光偏振元件以栅2位于非偏振的真空紫外光的入射侧、透明基板1位于出射侧的姿势配置。非偏振的真空紫外光在将栅2的各线状部3以及各间隙4沿高度方向传播的过程中，s偏振光选择性地吸收、衰减。因此，透过透明基板1而出射的真空紫外光主要仅为p偏振光。

根据这样的实施方式的真空紫外光偏振元件，栅2由氧化铪制的各线状部3构成，且是间隙4为空间而未设置填充物的结构，因此能够对真空紫外光得到高的偏振性能，而且即使在真空紫外光的照射环境下，耐氧化性也高，能够长期稳定地得到高的偏振性能。

接着，对第二实施方式的真空紫外光偏振元件进行说明。第二实施方式的真空紫外光偏振元件也与图1所示的第一实施方式同样，具备透明基板1和设置在透明基板1上的栅2。

如上所述，作为真空紫外光偏振元件的栅材料，不仅需要氧化稳定度高，而且需要充分发挥作为偏振元件的基本性能(透射率和消光比)。作为研究这一点的指标，发明人想到了用由PE＝T²×log₁₀(ER)构成的式子进行合并的量PE。第二实施方式的真空紫外偏振元件正是基于该研究结果。

在栅偏振元件中，通常透射率与消光比具有权衡关系。当要提高透射率时，消光比会降低，相反，当要提高消光比时，透射率会降低。这一点在吸收型的栅偏振元件中也是同样的。当使用对对象波长的光吸收大的材料时，消光比增高，但整体的透射率降低。当使用吸收小的材料时，透射率增高，但消光比降低。

因此，作为栅偏振元件的整体的性能(以下用PE表示)应由透射率T和消光比ER的乘积表示。在该情况下，消光比ER由于由线宽、间隙宽度、纵横比之类的参数(以下称为栅尺寸)带来的变化大，因此应该取常用对数，将透射率记为T、将消光比记为ER时，PE应用T×log₁₀(ER)表示。

作为紫外光用的偏振元件，由几个公司销售有200nm～400nm的近紫外光用的栅偏振元件。发明人获得了作为近紫外光用的栅偏振元件被评价为性能大致同等的几个公司的产品，并测定了透射率和消光比。其结果如图3和图4所示。图4和图5是调查由各公司销售的近紫外光用的栅偏振元件的偏振性能的结果的图。

在图4及图5中，横轴为用常用对数表示的消光比，纵轴为透射率。如图4及图5所示，各公司的栅偏振元件的性能在消光比与透射率的组合中存在些许偏差，但为相似的性能。在此，虽然有趣的是消光比与透射率处于权衡的关系，但将各公司的栅偏振元件的性能绘图的点如图4所示，不知为何未落在T×log₁₀(ER)的线上。发明人发现，如果那样的话，当试着画上T²×log₁₀(ER)的线时，如图5所示，几乎落在该线上。

该结果意味着，在将栅偏振元件的偏振性能作为整体进行评价时，优选不是用T×log₁₀(ER)的值进行评价，而是用T²×log₁₀(ER)的值进行评价。发明人基于该见解进一步进行了深入研究，结果清楚了T²×log₁₀(ER)的值(以下，将其作为整体的偏振性能PE)实用上优选为0.2以上。

PE≥0.2是指，例如透射率为0.2(20％)时，消光比需要为10⁵以上，相反，例如消光比为10时，透射率需要为√(0.2)≈0.45(45％)左右以上的透射率。

发明人以这样的作为偏振元件的基本性能为前提，对真空紫外光偏振元件的栅材料进一步进行了研究。以下，对这一点进行说明。

只要知道对象波长、材料的光学常数(n、k)以及栅尺寸，则可通过模拟来求出消光比、透射率。反过来说，通过假设确定光学常数及栅尺寸，能够求出各波长下的消光比、透射率，并求出PE≥0.2在怎样的光学常数的条件下成立。将该研究作为模拟实验进行的结果示于图6。

在该研究中，以被认为是作为真空紫外光偏振元件典型的栅尺寸为前提。具体而言，设线宽w＝20nm、栅高度h＝100nm、间距p＝100nm。因此，纵横比(h/w)为5，间隙宽度为80nm。

在图6中示出结果的模拟实验中，以上述尺寸的栅为前提，依次变更n、k并采用各种组合，然后计算透射率T和消光比ER。计算基于FDTD(Finite-Difference Time-Domain：时域有限差分)法进行，所使用的软件是Mathworks公司(美国麻萨诸塞州)的MATLAB(该公司的注册商标)。

在各种n和k组合中，调查PE＝T²×log₁₀(ER)为0.2以上的n和k。其结果示于图6。图6(1)的纵轴为折射率(的实部)n、横轴为波长。另外，图6(2)的纵轴为根据消光系数k求出的吸光系数a、横轴为波长。吸光系数a由a＝4πk/λ(λ为波长)求出。在图5(1)中，用虚线表示PE＝0.2的线，用实线表示PE为最大值的线。另外，在图5(2)中，也是用虚线表示PE＝0.2的线，用实线表示PE为最大值的线。

图6(1)、(2)所示的结果显示，如果在波长200nm以下，n高到某种程度以上而a在某范围内，则能够用作真空紫外光偏振元件的栅材料。需要说明的是，推测a的值存在上限和下限是因为，如果没有某种程度的吸收则不能发挥偏振性能，另一方面，如果k过大，则吸收增多、透射率变得过小。

发明者们基于图6所示的结果进一步进行研究，研究了满足PE≥0.2的材料。示出该结果的是图7。图7为将上述第3族和第4族元素的氧化物在真空紫外区域中的n和a的值曲线化而得到的图。虽然是与图3同样的曲线图，但添加了PE＝0.2的线、PE＝最大的线。

如图7所示，可知在真空紫外区域中，氧化铪、氧化钇具有满足PE≥0.2的n和a。在氧化铪的情况下，在180nm左右以上时，对于a而言，低于PE＝0.2。但是，如后所述，在对于真空紫外光的光谱而言重要的172nm处，由于超过PE＝0.2，因此可以认为是有力的栅材料。

因此，根据以上的实验、调查的结果，可得出如下结论：氧化铪和氧化钇作为真空紫外区域的栅材料是有力的。

这样的栅材料出于提高加工性、调整折射率等目的，可以用其他元素进行一部分替换。在该情况下，也优选不低于PE＝0.2。以下，关于这一点，以氧化铪为例进行说明。

图8示出了在氧化铪中用硅替换一部分铪时的n和k的变化，(1)为光子能量对n的曲线图，(2)为光子能量对k的曲线图。另外，图9中示出了在氧化铪中用铝替换一部分铪时的n和k的变化，同样地，(1)为光子能量对n的曲线图，(2)为光子能量对k的曲线图。

如图8所示，当增加硅的替换量时，在真空紫外区域中，n、k也逐渐降低。该情况下的替换量是指组成比，是Hf_1-xSi_xO₂中的x的值。

为了评价，图8中添加了PE＝0.2的线。在图8(1)中，在x＝0.6的情况下，折射率n低于PE＝0.2的线是光子能量为7eV左右的情况。由于光子能量E与波长λ之间存在λ＝1240/E的关系，因此这是波长180nm左右的情况。另外，关于消光比k，在x＝0.6的情况下，在7.8eV左右时，PE低于0.2。这相当于160nm左右。因此，在x为0.6以上的情况下，在比160～180nm左右短的波长侧，PE为0.2以上，因此在氧化铪中铪被替换的情况下，硅的组成比优选为0.6以下。另外，在x＝0.4的情况下，由于PE为0.2以上的波长区域扩展到更长波长侧，因此更优选。另外，关于硅酸铪，也有氧化数为4的情况(HfSiO₄)或为1的情况(HfSiO)，但均为同样的结果。

另外，在示出了用铝进行替换的情况(铪-铝酸盐的情况)的图9中，PE＝0.2的线也是为了评价而添加的。如图9(1)所示，在铝的组成比x为1/3的情况下，在光子能量为6.8eV(≈182nm)～7.4eV(≈168nm)左右的范围内，PE超过0.2。关于消光系数k，在x为1/3时，在光子能量大于7.2eV左右的情况下(≈波长短于172nm左右的情况)，PE超过0.2。因此，如果预先将x设为0.3以下，则推测n、k双方在180～150nm左右的范围内PE为0.2以上。即，在用铝进行替换的情况下，其组成优选为0.3以下(Hf_1-xAl_xO₂、0≤x≤0.3)。

在将一部分铪用上述以外的材料替换的情况下，也优选设为实现PE≥0.2的组成比。这样的一部分替换的氧化铪可以称为氧化铪系多元化合物，但进行替换的材料也可以是由两种以上的元素构成的材料。

需要说明的是，关于钇，虽然可以在进行硅酸盐化或铝酸盐化后被其他元素替换，但从得到良好的偏振性能的观点出发，优选是在真空紫外区域中实现PE≥0.2的添加比。而且，对于钇，也可以使用用由两种以上的元素构成的材料替换的氧化钇系多元化合物。

接着，对这样的真空紫外光偏振元件的制造方法进行说明。

图10为表示各实施方式的真空紫外光偏振元件的制造方法的概略图。在制造各实施方式的真空紫外光偏振元件的情况下，优选采用形成牺牲层作为中间的结构的工艺。图10是该工艺的一例。

制造各实施方式的真空紫外光偏振元件时，首先在透明基板1上制作牺牲层用的膜51(图10(1))。作为牺牲层的材料，优选采用对栅材料的蚀刻选择比高的材料，例如采用硅作为牺牲层的材料。作为牺牲层用的膜51的制作方法，可以采用各种方法，例如采用等离子体CVD。

接着，在牺牲层的膜51上涂布抗蚀剂，通过光刻进行图案化而形成抗蚀剂图案52。由于是制造栅偏振元件，因此抗蚀剂图案52是条纹状的(线与空间状)。但是，抗蚀剂图案52的间距(在图10(1)中用p’表示)是最终的栅的间距的倍数。

接着，将抗蚀剂图案52作为掩模对膜51进行蚀刻，然后将抗蚀剂图案52灰化而除去。由此，如图10(2)所示，形成牺牲层53。蚀刻是相对于透明基板1垂直的方向的各向异性蚀刻。牺牲层53也是条纹状，由平行延伸的多个线状部形成。

接着，进行栅用的膜54的制作工序。如图10(3)所示，栅用的膜54形成于牺牲层53的各线状部的各侧面以及各上表面。膜54的制作优选利用ALD(Atomic Layer Deposition：原子层沉积)进行。例如，将氧化铪膜制成膜54时，使用TEMAH(四(乙基甲基氨基)铪)作为前体气体，使用水(水蒸气)作为氧化剂。将载置有透明基板1的基座的温度设为200～400℃(例如250℃)左右，将水蒸气与预先加热至75～95℃左右的前体以200～500毫秒的脉冲间隔导入腔室内而制作氧化铪膜。腔室内的压力为100mTorr～500mTorr左右。也有导入臭氧作为氧化剂的情况。作为载气、吹扫气体，使用氮气或氩气等。

在如此制作膜54之后，如图10(4)所示，部分地对膜54进行蚀刻。“部分”是指仅除去载置于牺牲层53的各上表面的部分和直接堆积于透明基板1的部分(间隙的底部)的蚀刻。如上所述，该蚀刻在氧化铪的情况下通过BCl₃系的等离子体蚀刻来进行。例如，通过使用氩气作为缓冲气体的BCl₃的ECR等离子体或IC(电容耦合)等离子体进行膜54的部分蚀刻。此时，施加基板偏压，设定与透明基板1垂直的电场，进行各向异性蚀刻。这是为了不对堆积在牺牲层53的各侧面的部分进行蚀刻。另外，也有在BCl₃气体中添加氧气或氯气进行等离子体蚀刻的情况。由此，形成构成栅的各线状部。

之后，进行除去牺牲层53的蚀刻。此时，仅选择性地蚀刻牺牲层53的材料。例如，在牺牲层53为硅的情况下，能够通过使用了CF₄等气体的等离子体蚀刻选择性地仅蚀刻并除去牺牲层53。通过除去牺牲层53，如图10(5)所示，完成实施方式的真空紫外光偏振元件。完成的偏振元件中的各线状部3的间距p为抗蚀剂图案52的间距p’的一半。

另外，在上述制造方法中，在中间形成的牺牲层53的高度决定最终的栅2的高度，因此特别需要精度。另外，牺牲层53的纵横比为决定栅2的纵横比的主要因素，为了实现高纵横比化，牺牲层53也需要为高纵横比。由此，有时在牺牲层用的膜51上形成碳等膜作为掩模层，通过光刻进行图案化，以该掩模层为掩模对牺牲层用的膜51进行蚀刻。由于掩模本身高长宽比化，因此能够耐受长时间的各向异性蚀刻，能够形成均匀高度的牺牲层53。

接着，对真空紫外光偏振装置的发明的实施方式及真空紫外光偏振方法的发明的实施方式进行说明。

图11为实施方式的真空紫外光偏振装置的主视剖面概略图。图11所示的真空紫外光偏振装置具备真空紫外光偏振元件6和将配置有真空紫外光偏振元件6的空间用不活泼性气体替换的气氛控制单元7。

在本实施方式中，气氛控制单元7具备在内部收纳有真空紫外光偏振元件6的容器71和向容器71内导入不活泼性气体的气体导入系统72。容器71是具有入射侧开口和出射侧开口的形状。在入射侧开口嵌入有光入射窗73。光入射窗73由石英玻璃那样的良好地透过真空紫外光的材料形成。

真空紫外光偏振元件6以堵塞出射侧开口的状态收纳于容器71，通过未图示的固定具固定于容器71的内表面。另外，如图11中所放大显示的，真空紫外光偏振元件6以栅2成为容器71的内部侧的姿势配置。因此，栅2成为在容器3内的气氛中露出的状态。

气体导入系统72可以能够替换容器71内的气氛的程度的流量导入不活泼性气体。在配置有光入射窗73、真空紫外光偏振元件6的部位形成有微小的间隙，气体导入系统72导入的不活泼性气体充满容器71内后，会从这些间隙漏出。因此，容器71内的气氛被不活泼性气体替换。此外，有时也采用将容器71作为气密容器，另外设置排出不活泼性气体的排气系统的构成。

对装置的工作、即真空紫外光偏振方法进行说明，这样的真空紫外光偏振装置配置在放射真空紫外光的光源与偏振光照射的对象物之间的光路上。来自光源的真空紫外光透过光入射窗73到达容器71内的真空紫外光偏振元件6，透过真空紫外光偏振元件6的真空紫外光的偏振光照射到对象物。

如上所述，真空紫外光偏振元件6中，栅2由氧化铪制的各线状部3构成，因此对于真空紫外光能够长期稳定地得到高的偏振性能。而且，真空紫外光偏振元件6中，特别是栅2配置在用不活泼性气体替换了的气氛中，因此能够抑制各线状部3因氧化而劣化。因此，经时的偏振特性的变化进一步变小。

在上述实施方式中，真空紫外光偏振元件6也兼用作堵塞出射侧开口的窗，但也可以另外设置出射窗。在该情况下，真空紫外光偏振元件6整体暴露于不活泼性气体替换的气氛中。但是，从结构而言，兼用出射窗的设置更为简单。

另外，有时也采用光源配置在容器71内的构成，即光源和偏振装置成套的构成。在该情况下，容器71成为相当于所谓的灯罩的部件。

接着，对取向方法的发明的实施方式进行说明。

图12是搭载有实施方式的真空紫外光偏振元件的光取向装置的主视概略图。图12所示的光取向装置是用于获得液晶显示器用的光取向层的装置，是通过对对象物(工件)10照射真空紫外光的偏振光而在工件10上形成光取向层的装置。该装置具备包含放射真空紫外光的光源81的灯罩8、真空紫外光偏振元件6、和将工件10搬运到真空紫外光的照射区域R的工件搬运系统9。

作为光源81，可以使用准分子灯或低压汞灯等。特别是，准分子灯是放射可视为单一波长的光的灯，不会对工件10不必要地进行加热或使其发生不必要的反应，因此优选。例如，使用封入有氙气作为放电气体的波长172nm的准分子灯。在光源81的背后配置有一对长条的镜子82。

真空紫外光偏振元件6搭载于灯罩8的光出射侧。例如，真空紫外光偏振元件6保持于框架61而单元化，以堵塞灯罩8的光出射口的状态搭载。另外，如前所述，有时设置用不活泼性气体替换灯罩6内的气氛控制单元。

工件10在该例子中为透明的板状。工件搬运系统9具备在上表面载置工件10的工作台91和使工作台91直线移动通过照射区域R地进行搬运的机构。具体而言，工件搬运系统9具备引导工作台71直线移动的线性引导件92、未图示的直线驱动源等。搬运线设定为通过灯罩8的正下方的照射区域R。在设定于照射区域R的一侧的装载位置配置有未图示的装载用机器人。作为卸载用的机构，兼用装载用机器人，或者在照射区域R的另一侧配置卸载用机器人。作为工件10，也有时使用在表面被覆有成为光取向层的膜材料的工件。

另外，在灯罩8内，为了抑制真空紫外光的吸收，有时进行氮气吹扫。氮气也有时出于防止真空紫外光偏振元件6的冷却、或硅氧烷等异物附着到真空紫外光偏振元件6的目的而流动。

另外，从真空紫外光偏振元件6到工件10的照射距离(在图12中用L表示)优选为1～40mm左右。当比40mm长时，气氛(空气)吸收真空紫外光，因此照度有可能降低至限度以上。当比1mm短时，会产生对工件搬运系统9的搬运位置要求非常高的精度等问题。

接着，对上述光取向装置的动作进行说明。以下的说明也是取向方法的发明的实施方式的说明。

工件10通过未图示的装载用机器人载置于工作台91，由工件搬运系统9搬运而通过照射区域R。对照射区域R照射真空紫外光的偏振光，工件10通过该光进行取向处理。进行了取向处理的工件10在工作台91返回到装载位置时被装载用机器人从工作台91取走，或者被设置于相反侧的卸载用机器人从工作台取走。

根据上述的取向方法，利用作为能量更高的真空紫外光的偏振光进行取向处理。因此，能够更高效地进行取向处理。此时，能够长期稳定地得到高偏振性能，因此能够长期稳定地进行良好的取向处理。

另外，对比工件10的宽度(图12的纸面垂直方向的长度)长的照射区域R照射真空紫外光的偏振光，照射到工件10的照射量由搬运方向的照射区域R的长度和通过照射区域R时的速度以及照度决定。该照射量优选为40mJ/mm²～4000mJ/mm²左右。当少于40mJ/mm²时，有可能照射量不足、光取向不充分。当多于4000mJ/mm²时，有可能因真空紫外光的高能量而导致工件10劣化。

在上述各实施方式中，作为真空紫外光偏振元件的结构，也有时使用在栅2的入射侧形成有防反射层或保护层的结构。例如，有时也以覆盖栅2的方式形成氧化硅层作为保护层。有时也考虑到硅氧烷等异物的附着而设置保护层，并按照能够通过擦拭等方法除去异物的方式设置保护层。

另外，对于光取向装置，也有片状的膜材料作为工件的情况。在该情况下，可采用通过卷对卷的搬运方式搬运工件的机构作为工件搬运系统。

符号说明

1 透明基板

2 栅

3 线状部

4 间隙

53 牺牲层

6 真空紫外光偏振元件

7 气氛控制单元

71 容器

72 不活泼性气体导入系统

8 灯罩

9 工件搬运系统

10 工件

Claims (15)

1.一种真空紫外光偏振元件，其是使波长200nm以下的真空紫外光偏振的真空紫外光偏振元件，其特征在于，

其具备对真空紫外光透明的基板和设置在基板上的栅，

栅由平行延伸的多个线状部构成，是在各线状部之间未设置填充物的结构，

各线状部的材料是第3族或第4族元素的氧化物，且是在由式PE＝T²×log₁₀(ER)得到的PE于真空紫外区域中达到最高的光学常数的组合中PE达到0.2以上的材料，其中，T为栅的透射率，ER为栅的消光比。

2.根据权利要求1所述的真空紫外光偏振元件，其特征在于，

形成所述各线状部的材料中，所述第3族或第4族元素的一部分被替换为其他元素，替换的比例为在所述PE于真空紫外区域中达到最高的光学常数的组合中所述PE达到0.2的比例以下。

3.根据权利要求1所述的真空紫外光偏振元件，其中，

各线状部之间为空间，

各线状部由氧化铪、氧化钇、氧化铪中的一部分铪用其他元素替换了的氧化铪系多元化合物或者氧化钇中的一部分钇用其他元素替换了的氧化钇系多元化合物形成。

4.一种真空紫外光偏振装置，其特征在于，

其具备真空紫外光偏振元件和将配置有真空紫外光偏振元件的空间用不活泼性气体替换的气氛控制单元，

真空紫外光偏振元件是使波长200nm以下的真空紫外光偏振的真空紫外光偏振元件，其具备对真空紫外光透明的基板和设置在基板上的栅，

栅由平行延伸的多个线状部构成，是在各线状部之间未设置填充物的结构，

各线状部的材料是第3族或第4族元素的氧化物，且是在由式PE＝T²×log₁₀(ER)得到的PE于真空紫外区域中达到最高的光学常数的组合中PE达到0.2以上的材料，其中，T为栅的透射率，ER为栅的消光比。

5.根据权利要求4所述的真空紫外光偏振装置，其特征在于，

形成所述各线状部的材料中，所述第3族或第4族元素的一部分被替换为其他元素，替换的比例为在所述PE于真空紫外区域中达到最高的光学常数的组合中所述PE达到0.2的比例以下。

6.根据权利要求4所述的真空紫外光偏振装置，其中，

各线状部之间为空间，

各线状部由氧化铪、氧化钇、氧化铪中的一部分铪用其他元素替换了的氧化铪系多元化合物或者氧化钇中的一部分钇用其他元素替换了的氧化钇系多元化合物形成。

7.一种真空紫外光偏振方法，其是将非偏振状态的波长200nm以下的真空紫外光照射到真空紫外光偏振元件而使其偏振的真空紫外光偏振方法，其特征在于，

真空紫外光偏振元件是在对真空紫外光透明的基板上设置有由平行延伸的多个线状部构成的栅的结构，

栅是由下述材料形成各线状部、且在各线状部之间未设置填充物的结构，所述材料是第3族或第4族元素的氧化物，且是在由式PE＝T²×log₁₀(ER)得到的PE于真空紫外区域中达到最高的光学常数的组合中PE达到0.2以上的材料，其中，T为栅的透射率，ER为栅的消光比。

8.根据权利要求7所述的真空紫外光偏振方法，其特征在于，

形成所述各线状部的材料中，所述第3族或第4族元素的一部分被替换为其他元素，替换的比例为在所述PE于真空紫外区域中达到最高的光学常数的组合中所述PE达到0.2的比例以下。

9.根据权利要求7所述的真空紫外光偏振方法，其中，

所述氧化物为氧化铪、氧化钇、氧化铪中的一部分铪用其他元素替换了的氧化铪系多元化合物或者氧化钇中的一部分钇用其他元素替换了的氧化钇系多元化合物。

10.根据权利要求7所述的真空紫外光偏振方法，其特征在于，

在将所述真空紫外光偏振元件配置于用不活泼性气体替换了的空间的情况下进行所述方法。

11.根据权利要求9所述的真空紫外光偏振方法，其特征在于，

在将所述真空紫外光偏振元件配置于用不活泼性气体替换了的空间的情况下进行所述方法。

12.一种取向方法，其是在工件上形成对分子结构赋予了一定方向性的取向层的取向方法，其特征在于，

其是通过对工件照射将波长200nm以下的真空紫外光照射到真空紫外光偏振元件而得到的真空紫外区域的偏振光而形成取向层的取向方法，

真空紫外光偏振元件是在对真空紫外光透明的基板上设置有由平行延伸的多个线状部构成的栅的结构，

栅具有由下述材料形成各线状部、且在各线状部之间未设置填充物的结构，所述材料是第3族或第4族元素的氧化物，且是在由式PE＝T²×log₁₀(ER)得到的PE于真空紫外区域中达到最高的光学常数的组合中PE达到0.2以上的材料，其中，T为栅的透射率，ER为栅的消光比，

在该方法中，将工件配置于距真空紫外光偏振元件1mm以上且20mm以下的位置，

使照射到工件的真空紫外光的照射量为40mJ/mm²以上且4000mJ/mm²以下。

13.根据权利要求12所述的取向方法，其中，

所述氧化物为氧化铪、氧化钇、氧化铪中的一部分铪用其他元素替换了的氧化铪系多元化合物或者氧化钇中的一部分钇用其他元素替换了的氧化钇系多元化合物。

14.根据权利要求12所述的取向方法，其特征在于，

在将所述真空紫外光偏振元件配置于用不活泼性气体替换了的空间的情况下进行所述方法。

15.根据权利要求13所述的取向方法，其特征在于，

在将所述真空紫外光偏振元件配置于用不活泼性气体替换了的空间的情况下进行所述方法。

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