JP2004062148A - 光学部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光に対して、光学素子に表面に形成する微細凹凸形状の多層膜のアスペクト比が高い場合であっても、良好な偏光特性を得ることができる光学部品を提供する。
【解決手段】可視光の波長よりも幅の狭いライン状の多層膜を、隣り合ったライン状の多層膜との間隔が可視光の波長よりも狭くなるように形成し、隣り合ったライン状の多層膜の間を、接続用多層膜により接続し補強する。これによりアスペクト比が高い場合であっても、多層膜は倒れることなく、信頼性の高い光学部品を提供する事ができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面に多層膜を設けることで入射光を偏光する、偏光ビームスプリッタや位相板などの光学部品に関するものであり、特にアスペクト比の高い多層膜を有する光学部品及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から電子機器などに使用されるレンズ等の光学部品においては、光干渉を利用して光学素子の表面に積層された薄膜を形成し反射防止膜としている。また同様な光干渉を利用して、透明光学素子からなる基板の表面に積層された薄膜を形成することで入射光を偏光し、偏光ビームスプリッタや位相板を形成している。このような干渉膜は安価で再現性が良いため、広く実用化されている。
【０００３】
図５に従来から使用されている、干渉膜キュービックタイプの偏光ビームスプリッタを示す。図５において、１２ａ、１２ｂは４５°に加工された透明体基板、１３は低屈折率層（黒色部）、１４は高屈折率層（白色部）である。また図に示した矢印は、光の進む方向を示している。通常の光は、光の振動方向が紙面に垂直方向の振動成分であるＳ−偏光と、紙面に平行な振動成分であるＰ−偏光を有している。偏光ビームスプリッタは、Ｐ−偏光を透過し、Ｓ−偏光を反射するため、図に示すように入射光を２つの成分の光に分割することができる。
【０００４】
しかしながら図５に示すキュービックタイプの偏光ビームスプリッタは、製造する事に関しては非常に容易で再現性もある一方、その光学特性に関しては、光の入射角度に対して反射特性や透過特性が著しく変化してしまうという課題があった。
【０００５】
例えば、液晶プロジェクターにおいて装置の小型化を図るためには、その光路長を短くしなけばならない。従来の干渉膜キュービックタイプの偏光ビームスプリッタを用いると、光路長を短くする事は可能である。しかしながら、偏光ビームスプリッタへの入射角度がその位置によって大きく異なってしまうため、反射特性や透過特性が一定せず、結果的に分光特性を面内で均一にすることができなかった。従って、電子機器の更なる機能向上のためには、入射角度に左右されずに良好な光学特性を有する、偏光ビームスプリッタや位相板などの光学部品が必要とされていた。
【０００６】
これに対して近年、特開２０００−５６１３３号公報に開示されるように、高屈折率層と低屈折率層を繰り返し積層し、可視光の波長以下のピッチで周期的に折れ曲がった溝形状をなすことで、入射光を透明体周期構造の伝搬特性の異方性を利用して偏光する偏光子が提案されている。高屈折率層としてはＳｉ、ＧａＡｓ、ＴｉＯ２、ＴａＯ２、低屈折率層としてはＳｉＯ２を使用する事が記載されている。また実施例としては、高屈折率層と低屈折率層の周期的な厚さは０．３２μｍ、溝のピッチは０．４μｍ、溝の深さは０．２μｍにする事が記載されている。
【０００７】
前述の特開２０００−５６１３３号公報に記載の構成は、偏光ビームスプリッタとして波長１μｍの光であれば、偏光子として有効に機能する事ができる。しかしながら、偏光する入射光が波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光である場合は、使用する事が困難である。すなわち高屈折率層であるＳｉ、ＧａＡｓは可視光に対する透過率が低い。そのため、液晶プロジェクターなどの可視域を透過させなければならない光学部品に使用する事は困難である。また、高屈折率層であるＴｉＯ２、ＴａＯ２は低屈折率層であるＳｉＯ２との屈折率の差が小さ過ぎるため、十分な偏光特性を得ることができないためである。
【０００８】
ＯＰＴＩＣＳ　ＬＥＴＴＥＲＳ（Ｒｏｎｇ−Ｃｈｕｎｇ他　Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．１０，ｐ７６１，１９９６年）には、図６に示すような、透明基板の上に複数の誘電体多層膜がライン状に並べられた偏光ビームスプリッタが記載されている。図６において、２１はビームスプリッタや偏光版等の光学部品である。２２は光学素子である透明基板、２３は低屈折率層、２４は高屈折率層である。低屈折率層２３と高屈折率層４は透明基板２２の表面に交互に積層されＨＬ交互層２５を形成している。２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄは、ライン状に形成された誘電体多層膜である。この周期的な凹凸を形成するライン状の誘電体多層膜２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄは、回折格子とし機能し、入射光を偏光する光学部品として優れた特性を有している事が知られている。すなわち入射光が波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光である場合であっても、各ライン状の誘電体多層膜の線幅は少なくとも可視光の波長よりも狭く、好ましくは０．１μｍ以下の幅とする事により、原理的には良好な偏光特性を得ることができる。また、その製造方法としては、超ＬＳＩなどのパターニング技術を応用することで、誘電体多層膜を用いて周期的な凹凸を製造することができる。具体的なパターニング技術としては、フッ酸等のエッチャントを用いたウエットエッチング、或いはリアクティブイオンエッチング等のドライエッチングが知られている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−５６１３３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述の図６に示したライン状の誘電体多層膜を用いた偏光ビームスプリッタを製造する場合、エッチング工程や洗浄工程においてウエット処理を行っている。またこのウエット処理を行った後には、乾燥工程が必ず必要となる。そのため、各工程において凹部に流れ込んだ処理液が、毛細管力により凸部を引っ張り、凸部である誘電体多層膜に応力を加え、誘電体多層膜を傾斜させしまう。ライン状の誘電体多層膜により形成される凹凸の凹部の深さに比べて、凸部である誘電体多層膜の厚さが厚い場合、即ち凹凸のアスペクト比が高い場合にはこの傾向は大きくなる。特にアスペクト比が４以上である場合にはこの傾向は非常に顕著となる。
【００１１】
これを回避する製造方法として、特開２００１−１６５５６８号公報に、超臨界を用いた乾燥方法が開示されている。この方法によると、処理パターンを無極性溶媒であるノルマルヘキサンに浸漬置換した後、液体二酸化炭素とともに反応室に封入し、ノルマルヘキサンを液化二酸化炭素に置換して、乾燥しようとするものである。この方法は、パターンの欠陥を防止するためには有効な手法であるが、反応室の内圧を７．５ＭＰａにしなければならず、高圧容器が必要となる。
また、無極性溶媒として有機溶剤を必要とするため、環境にも好ましくない。
【００１２】
本発明は、光学素子に表面に形成する微細凹凸形状の誘電体多層膜のアスペクト比が高い場合であっても、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光に対して、良好な偏光特性を得ることができる光学部品を製造することを課題としている。また、その製造工程や実用過程において、その形状を安定して確保することを課題としている。また、その微細凹凸形状を安価な製造装置で確実に形成し、さらに有機溶剤を用いない製造方法とすることを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明はこの課題を解決するために、光学素子からなる基板の上に、異なる屈折率を有する２つの膜が交互に積層された多層膜を、平行な複数列のライン状に形成した光学部品において、該平行な複数列の多層膜は、可視光の波長よりも狭い幅を有し、可視光の波長よりも狭い間隔で形成されており、隣り合って位置するライン状の多層膜は少なくとも１箇所において、該多層膜と同じ層構成を有する接続用多層膜により連結されている光学部品を提案している。
【００１４】
また本発明は、前記接続用多層膜の幅は可視光の波長よりも狭い光学部品を提案している。
【００１５】
また本発明は、前記隣り合って位置するライン状の多層膜は、少なくとも２箇所以上で前記接続用多層膜により連結されており、該隣り合う接続用多層膜の間隔は可視光の波長の５倍以上である光学部品を提案している。
【００１６】
また本発明は、前記ライン状の多層膜のアスペクト比は４以上である光学部品を提案している。
【００１７】
また本発明は、光学素子からなる基板の上に、異なる屈折率を有する２つの膜が交互に積層された多層膜を形成した光学部品において、該多層膜は、該基板に対して該多層膜か形成されている場所とされていない場所とからなる井桁形状に形成されており、該井桁形状の多層膜は、一方の平行に配置された多層膜は、可視光の波長よりも狭い幅を有しており、可視光の波長よりも狭い間隔で隣り合って形成されている光学部品を提案している。
【００１８】
また本発明は、前記井桁形状の多層膜のうち、他方の平行に配置された多層膜は、可視光の波長よりも狭い幅を有しており、可視光の波長の５倍以上の間隔で隣り合って形成されている光学部品を提案している。
【００１９】
また本発明は、前記井桁形状の多層膜のアスペクト比は４以上である光学部品を提案している。
【００２０】
また本発明は、光学素子からなる基板の上に、異なる屈折率を有する２つの膜が交互に積層して多層膜形成し、該多層膜の上に中間層を形成し、該中間層の上にレジスト層を形成し、該レジスト層を井桁状にパターニングし、該レジスト層をマスクとして該中間層をエッチングし、該中間層をマスクとして該多層膜をエッチングし、該中間層を剥離した後、洗浄することで、基板の上に井桁形状の多層膜が形成された光学部品を得る光学部品の製造方法を提案している。
【００２１】
また本発明は、前記井桁形状の、一方の平行に配置された部分の幅が可視光の波長よりも狭い幅であり、かつ可視光の波長よりも狭い間隔で隣り合っている光学部品の製造方法を提案している。
【００２２】
また本発明は、前記井桁形状の、他方の平行に配置された部分の幅が可視光の波長よりも狭い幅であり、かつ間隔は可視光の波長の５倍以上の間隔で隣り合っている光学部品の製造方法を提案している。
【００２３】
また本発明は、前記井桁形状の多層膜のアスペクト比は４以上である光学部品の製造方法を提案している。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態を示した、光学部品である偏光ビームスプリッタの斜視図である。図１において、１は偏光ビームスプリッタである。２は光学素子である透明基板、３は低屈折率層（黒色部）、４は高屈折率層（白色部）である。低屈折率層３と高屈折率層４は透明基板２の表面に交互に積層されＨＬ交互層５を形成している。透明基板２としは、石英、光学ガラス、アクリルなどの透明プラスチック材料など、可視域において透明な材料を使用する事ができる。低屈折率層３としてはＳｉＯ２、ＭｇＦ２、Ｎａ２ＡｌＦ６、またはそれらの混合組成物などを、また、高屈折率層４としてはＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＣｅＯ２、またはそれらの混合組成物などを、それぞれ使用することができる。
【００２５】
低屈折率層３の膜厚及び高屈折率層４の膜厚は波長λの１／４以下で、およそ７０ｎｍから１７０ｎｍ程度に設定されており、これにより偏光ビームスプリッタ１は偏光機能を発現する。６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、ライン状に形成された多層膜である。７ａ、７ｂはライン状の多層膜６ａと６ｂとを接続する様に配置され、ライン状の多層膜６ａと６ｂとほぼ垂直に形成された接続用多層膜である。同様に７ｃ、７ｄはライン状の多層膜６ｂと６ｃを、７ｅ、７ｆはライン状の多層膜６ｃと６ｄを接続する接続用多層膜である。従ってライン状の多層膜６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと接続用多層膜７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｄとにより、井桁形状の多層膜となっている。
【００２６】
ライン状の多層膜６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの幅Ｌは、可視光の波長４００ｎｍ〜７００ｎｍよりも狭くなるように設定されている。さらに分光特性の入射角依存性を向上させるためには、１００ｎｍ以下とする事が好ましい。また、隣り合っているライン状の多層膜６ａと６ｂ、６ｂと６ｃ、６ｃと６ｄの間隔Ｓも同様に、可視光の波長４００ｎｍ〜７００ｎｍよりも狭くなるように設定されている。さらに分光特性の入射角依存性を向上させるためには、１００ｎｍ以下とする事が好ましい、１００ｎｍ以下とする事が好ましい。
【００２７】
これらの値は、厳密結合解析（ＲＣＷＡ）の数値解析プログラムを用いて構造部とエアーギャップの屈折率変調量の最適化と、波長に依存する周期と膜厚の検討を加え，高性能化を図った結果である。
【００２８】
また、接続用多層膜７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｄの幅Ｐは、可視光の波長４００ｎｍ〜７００ｎｍよりも狭くなるように設定されている。これは幅Ｐが可視光の波長よりも大きい場合は、この接続用多層膜が可視光に対する不連続の部分となり、ここを起点に特性不良が発生し、均一な光学特性が得られなくなるからである。また、分光特性の入射角依存性を向上させるためには、１００ｎｍ以下とする事が好ましい。また接続用多層膜７ａと７ｂ、７ｃと７ｄ、７ｅと７ｄの間隔は、可視光の波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの５倍以上のピッチで構成されている。これにより自然光に対する過干渉距離以上のギャップが得られるため、光学部品の光学特性への影響を小さくすることができると、考えられる。尚、接続用多層膜７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｄの形状は梁状、円柱、多角形など、特に形状にはこだわらない。
【００２９】
尚、前述の多層膜は必ずしも井桁形状である必要はなく、接続用多層膜７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｄが梁状、円柱、多角形など形状であってもかまわない。また、ライン状の多層膜６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの各間において、互い違いに接続用多層膜７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｄが形成してもかまわない。また、ライン状の多層膜６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの各間には、必ずしも２つの接続用多層膜で接続する必要はなく、３つ以上であってもかまわない。また所定の強度を得ることができるのであれば、１つの接続用多層膜で良い場合もある。
【００３０】
次に、前述の偏光ビームスプリッタの製造方法を説明する。本実施の形態における偏光ビームスプリッタは、超ＬＳＩなどのパターニング技術であるフォトリソグラフィー法を応用する事ができる。フォトリソグラフィー法は、処理基板に対して、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、剥離工程を経て、任意のパターン形状を得るものである。図２（ａ）〜（ｈ）は偏光ビームスプリッタの製造方法を説明する断面図である。
【００３１】
まず、図２（ａ）に示すように、透明基板２の上に低屈折率層３及び高屈折率層４を蒸着法、スパッタリング法、ＥＣＲ法、ＣＶＤ法等の、一般的な薄膜製造技術により交互に積層し、６層から８層のＨＬ交互膜５を形成する。この時低屈折率層３及び高屈折率層４の膜厚は、偏光ビームスプリッタに要求される機能に応じて予め設計されている。一般に低屈折率層３としては、ＳｉＯ２が、高屈折率層４としては、ＴｉＯ２が使用される。
【００３２】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＨＬ交互膜５の上には中間層８がスパッタリング法により形成される。中間層８は後述のエッチング工程においてマスクとして機能する。中間層８の材料は、後述のエッチング工程におけるエッチェントに対して反応性が低く、後述の剥離工程において、光学部品構造体に対して選択的に除去可能な材料であれば良い。一般にライン状の多層膜６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ及び接続用多層膜７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｄが、低屈折率膜３をＳｉＯ２、ＭｇＦ２、Ｎａ２ＡｌＦ６、またはそれらの混合組成物、また、高屈折率層４としてはＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＣｅＯ２、またはそれらの混合組成物で形成した誘電体である場合は、中間層８の材料としてはＣｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕなどの金属材料を使用する事ができる。尚、中間層８の膜厚は下部誘電体層をエッチングする工程において、マスク層として有効な厚さであれば良い。一般的には、数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度に形成しておけば良い。
【００３３】
次に図２（ｃ）に示すように、中間層８の上にスピンコート法によりレジスト膜９を形成する。一般にレジスト膜は、薄く形成すればするほど、より簡単に微細パターンを形成する事が可能となる。本実施の形態のように１μｍ以下の微細なパターンを形成するためには、レジスト膜はできるだけ薄く形成するほうが有利であり、３００ｎｍ以下の厚さで形成する事が要求される。また、レジスト膜９のタイプには、ポジ型、ネガ型、化学増幅型などがあるが、設計された構造が得られるものであれば特に限定するものではない。また、レジスト膜９の材料は、露光装置の光源の主波長に対して良好な露光感度を持ったものを選択することが望ましい。
【００３４】
次に図２（ｄ）に示すように、図２（ｃ）において形成したレジスト膜９を、マスク１０を使用して、縮小光学系１１を介して所定のパターンに露光する。本実施の形態にように可視光の波長以下の形状をパターニングする場合は、位相マスクを用いたエキシマ光源ステッパなどを露光機として使用する。エキシマ光源ステッパを使用した場合、０．１μｍ程度のパターンを形成する事ができる。また、露光機としてＥＢ描画装置を使用すれば、更に細かい０．０５μｍ程度のパターンも形成可能である。また、量産性を考慮した場合は干渉露光法を用いることが有効である。干渉露光法の光源としてＡｒＦエキシマレーザーを用いれば、０．０５μｍ程度のパターンを得ることも可能である。
【００３５】
次に図２（ｅ）に示すように、図２（ｄ）において露光したパターンを、ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ　ｅｘｐｏｓｕｒｅ　ｂａｋｅ）を行った後、アルカリ水溶液により現像する事により所定のパターンを形成する。
【００３６】
次に図２（ｆ）に示すように、レジスト層９をマスクとして、中間層８をエッチングする事によりパターニングする。エッチング液は、中間層が可溶で、レジストに対しては難溶性を示すエッチャントを使用することができる。また、ここでは、ドライエッチングを行うことも可能である。
【００３７】
次に図２（ｇ）に示すように、図２（ｆ）でパターニングした中間層８の形状にＨＬ交互膜７をエッチングする。エッチングには、ドライエッチング、ウエットエッチングどちらを使用しても良い。
【００３８】
ウエットエッチングの場合は、非エッチング材料であるにＨＬ交互膜５対して溶解性があり、マスク材料である中間層８に対して非溶解性、または、難溶性を有するエッチング液に浸漬しパターンを形成する。ただしパターンのサイドエッチングも同時に進行するため、高アスペクト比の形状を形成する場合には、あらかじめ設計形状を充分に考慮しておく必要がある。また、ドライエッチングは、特にパターンの細線化を行う場合には有効である。
【００３９】
ドライエッチングの場合は、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ−ｂｅａｍ　Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンビームエッチング）を使用することができる。また、フッ素系ガスをエッチングガスとして用いたＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）ＲＩＥも使用することができる。高密度のプラズマ環境にすることによって、１〜１０μｍ／ｍｉｎという高速でエッチングを行うことができる。また、中間層を金属で形成した場合、金属材料に対して、選択比は、酸化膜で２００：１、レジストで１００：１と高い。従って、アスペクト比が３０程度の高アスペクト比の形状を形成する場合に好適である。
【００４０】
次に図２（ｈ）に示すように、レジスト層及び中間層を剥離する。剥離にはドライ法とウエット法の両方を使用する事ができ、剥離する材料とパターニングされたＨＬ交互膜７とのエッチングの選択比に応じて、種々選択すればよい。具体的には、市販のレジスト剥離液や、酸素によるプラズマアッシングなどを使用する事ができる。また、中間層の剥離は前述のエッチャントを使用することが出来る。最後に、以上の工程を経て形成された部材を必要に応じて洗浄し、偏光ビームスプリッタ１を得る。
【００４１】
尚本実施の形態では、図２（ｂ）において中間層８を形成しているが、中間層８は必ずしも必要ではない。中間層８を形成する事なく、ＨＬ交互膜７の上に直接レジスト膜９を形成し、パターニングした後、エッチングする事もできる。ただし、中間層８を形成しない場合には、エッジング工程においてレジスト膜９によってレジストの下層に位置するＨＬ交互膜７を保護しなければならない。そのため、レジスト膜９をある程度厚くする必要がある。しかしながら、前述したように微細なパターンを形成する場合には、レジスト膜はできるだけ薄く形成する事が要求される。従って、前述のＨＬ交互膜７の上に一旦中間層８を形成した後、パターニングし、エッチングする方法が、より好適である。
【００４２】
次に、本実施の形態の具体的な実施例を説明する。
【００４３】
（実施例１）
図１に示した偏光ビームスプリッタ１を製造し、その特性を実験により検証した。製造した偏光ビームスプリッタ１は、縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ１ｍｍの石英からなる透明基板２上にＴｉＯ２からなる高屈折率膜２とＳｉＯ２からなる低屈折率膜３が交互に積層されている。この時の膜厚は、ＴｉＯ２が６８ｎｍ、ＳｉＯ２が１１８ｎｍである。これは、光線入射角度４５°に合わせ、偏光ビームスプリッタが充分に機能を満足するように設計された値である。また、ライン状の多層膜６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの幅Ｌは１００ｎｍ、隣り合うライン状の多層膜６ａと６ｂ、６ｂと６ｃ、６ｃと６ｄの間隔Ｓは１００ｎｍである。また接続用多層膜７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｄ、７ｆの幅Ｐは１００ｎｍ、接続用多層膜７ａと７ｂ、７ｃと７ｄ、７ｅと７ｆの間隔Ｗは２μｍとした。
【００４４】
偏光ビームスプリッタ１の製造方法は、まず、洗浄を施した石英からなる透明基板１に、真空蒸着法を用いて高屈折率層であるＴｉＯ２層と低屈折率層であるＳｉＯ２層を蒸着により交互に積層しＨＬ交互層５を形成した。この時、基板温度は２５０℃で、真空度０．０２Ｐａになるよう酸素を導入し、蒸発源加熱は電子ビーム加熱にて、成膜を行った。また、膜厚制御は、単色フィルターによる干渉制御法にて行った。（図２（ａ））
【００４５】
次に、エッチング工程においてマスクとなる金属クロムからなる中間層８を、２５０ｎｍの厚さになるよう同様の加熱方式で蒸着した。この時の真空度は、０．００１Ｐａであり、膜厚制御方法は水晶振動子法で行った。（図２（ｂ））
次に、洗浄及びＵＶ／Ｏ３処理を施した後、中間層８の上にフォトレジストをスピンコートしレジスト層９を形成した。フォトレジストはＪＳＲ社製ポジ型化学増幅レジストＫＲＦ　Ｍ２０Ｇを用いた。また、レジスト層の膜厚は１００ｎｍとした。（図２（ｃ））
【００４６】
次に、１１０℃で１８０秒間プリベークを施した後、ＫｒＦエキシマレーザーを光源とする縮小光学系ステッパ（ＮＡ＝０．６）を用いて露光を行った。マスクはレベンソン型位相シフトマスクを用い、パターン形状は、前述のライン状の多層膜６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ及び接続用多層膜７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｄの形状に対応している。露光量は３４ｍＪ／ｃｍ２であった。（図２（ｄ））
【００４７】
露光の後、１２０℃で１２０秒間ＰＥＢを行い、１．１８％ＴＭＡＨ（テトラメチルアンムニュームハイドロオキサイド）を用いて３０秒間パドル現像を行った。そして、速やかに水洗を施し、１００℃のホットプレート上で２分間乾燥した。（図２（ｅ））
【００４８】
次に、レジスト層９をマスクとして、中間層８であるクロム層をウエットパターニングした。エッチング液は、濃硝酸０．５ｖｏｌ％の水溶液に、硝酸第２セリウムアンモニウム（Ｃｅ（ＮＨ４）２（ＮＯ３）６）を１５ｗｔ％溶解した液を用いた。本溶液に２分間パドルエッチングを行い、速やかに水洗を施し、１００℃のホットプレート上で２分間乾燥した。（図２（ｆ））
【００４９】
その後、ＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｉｏｎ−ｂｅａｍ　ｅｔｃｈｉｎｇ）装置に配置し、中間層８をマスクとして、ＨＬ交互層５をエッチングする。エッチングガスとしては、ＣＦ４とＨ２の混合ガスを用いた。更に、酸素をエッチングガスとして、表面のレジスト層９を剥離した。（図２（ｇ））
【００５０】
最後に、前記クロムのエッチング液に浸漬し、マスクとして使用したの金属クロムからなる中間層８を溶解剥離した後、シャワー水洗を施し、１００℃のホットプレートで２分間乾燥することで、透明基板の表面に高アスペクト比を有するライン状の多層膜と接続用多層膜が形成されたビームスプリッタ１を得た。（図２（ｈ））
【００５１】
この時のビームスプリッタ１の分光反射率を分光光度計（日立社製Ｕ４０００自記記録分光光度計）により測定し、その結果を図３に示した。この時測定光のＳ−偏光成分は反射し、Ｐ−偏光成分は透過するように偏光ビームスプリッタは配置されている。図３において横軸は光の波長を示しており、縦軸はその時の反射率を示している。図中の平均８０％以上の反射率を有している特性はＳ−偏光成分で、１０％以下のものがＰ−偏光成分である。また、太い実線は入射角４５°の時の反射率特性、点線が４０°の時の反射率特性、○で示した実線は５０°の時の反射率特性を示している。
【００５２】
（比較例１）
また比較のため、図６に示した干渉膜キュービックタイプ偏光ビームスプリッタを、実施例１と同一の多層膜で形成し、その分光反射率を分光光度計（日立社製Ｕ４０００自記記録分光光度計）により測定した。その結果を図４に示す。この時の光学ガラス材料はガラスＳ−ＬＡＭ６０（ｎ＝１．７４）（株式会社オハラ製）を使用した。図４において横軸は光の波長を示しており、縦軸はその時の反射率を示している。図中の平均８０％以上反射している特性はＳ−偏光成分で、６０％以下のものがＰ−偏光成分である。また、太い実線は入射角４５°の時の反射率特性、点線が４０°の時の反射率特性、○で示した実線は５０°の時の反射率特性を示している。
【００５３】
実施例１と比較例１の測定結果を比較する。偏光ビームスプリッタの機能を向上させるためには、各偏光成分における分光特性は、反射光に対しては８０％以上の反射率、透過光に対しては２０％以下の反射率が必要である。図３から分かるように、実施例１の偏光ビームスプリッタは、可視光の波長領域である０．４μｍ〜０．７μｍにおいて、非常に良好な分光特性を有していることがわかる。
これに対して図４に示した比較例１の偏光ビームスプリッタは、入射角４５°における０．４０から０．４５μｍでのＳ−偏光成分、入射角４５°における０．４５から０５０μｍでのＳ−偏光成分、及び入射角４０°における０．５５から０．６５μｍのＰ−偏光成分、入射角５０°における０．４０から０．５０μｍのＰ−偏光成分は、充分な分光特性を満たしているとはいえない。特に比較例１に対して実施例１の分光特性は、入射角度が変化した場合のＰ−偏光の特性が大きく向上していることがわかる。
【００５４】
また、実施例１における偏光ビームスプリッタの分光特性の測定は、偏光ビームスプリッタ１の全面においても同様の測定を行った。それらはすべて図３に示す分光特性とほぼ同様の良好な測定結果であった。
【００５５】
（比較例２）
次に比較例２として、図６に示すライン状の誘電体多層膜２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを有し、それらの間に接続用多層膜がない偏光ビームスプリッタを実施例１と同様にして製造した。
【００５６】
ここで得られた偏光ビームスプリッタは、目視の段階で、基板周辺部が白く曇っているのが確認でき、光学部品としては明らかに不適格なものであった。より詳細に検討するために、白く曇った部分をＳＥＭで観察した。その結果、白く曇った部分においてライン状の誘電体多層膜は、図７に示すように傾斜していた。
そのため隣接するライン状の誘電体多層膜との間隔が、ある位置では非常に狭くなり、接触し間隔がなくなっている所もあった。またある位置では間隔非常に広がっており、場合によってはほぼ２倍に広がっていた。ライン状の誘電体多層膜の間隔は、偏光ビームスプリッタの偏光特性を充分に発揮できるように、あらかじめ設計されている。特に間隔が広がると、設計中心波長が長波長側へシフトすることとなり、偏光ビームスプリッタの偏光特性を著しく損なってしまう。従って比較例２における偏光ビームスプリッタの偏光特性は、明らかに充分な機能を満足するものではない。
【００５７】
以上説明したように、本発明においては、可視光の波長よりも幅の狭いライン状の多層膜を、隣り合ったライン状の多層膜との間隔が可視光の波長よりも狭くなるように形成し、隣り合ったライン状の多層膜の間を、接続用多層膜により接続し補強する事を特徴としている。これにより透明基板上の、多層膜により形成された凸部と、多層膜の形成されていない凹部とのアスペクト比が高い場合であっても、多層膜は倒れることなく、信頼性の高い光学部品を提供する事ができる。特にアスペクト比が４以上である場合には、この構成は有効である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明は、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光に対しても、良好な偏光特性を得ることができる光学部品であって、光学素子に表面に形成する微細凹凸形状の多層膜のアスペクト比が高い場合であっても、その製造工程や実用過程において、その形状を安定して確保することをできる。また、非常に安価な製造装置で確実に微細凹凸形状形成し、尚且つ有機溶剤を用いないため、環境的にも好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における偏光ビームスプリッタの斜視図
【図２】第１の実施の形態における偏光ビームスプリッタの製造プロセスを示す断面図
【図３】実施例１の光学部品の分光特性を示すグラフ
【図４】比較例１の光学部品の分光特性を示すグラフ
【図５】従来の干渉膜キュービックタイプの偏光ビームスプリッタを示す断面図
【図６】従来の偏光ビームスプリッタを示す断面図
【図７】従来の偏光ビームスプリッタの課題を説明する断面図
【符号の説明】
１、２１　偏光ビームスプリッタ
２、１２ａ、１２ｂ、２２　透明基板
３、１３、２３　低屈折率層
４、１４、２４　高屈折率層
５、２５　ＨＬ交互層
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ　ライン状の多層膜
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ　接続用多層膜
８　中間層
９　レジスト層
１０　マスク
１１　縮小レンズ光学系

Claims (11)

1. 光学素子からなる基板の上に、異なる屈折率を有する２つの膜が交互に積層された多層膜を、平行な複数列のライン状に形成した光学部品において、該平行な複数列の多層膜は、可視光の波長よりも狭い幅を有し、可視光の波長よりも狭い間隔で形成されており、隣り合って位置するライン状の多層膜は少なくとも１箇所において、該多層膜と同じ層構成を有する接続用多層膜により連結されている事を特徴とする光学部品。
2. 前記接続用多層膜の幅は可視光の波長よりも狭い事を特徴とする請求項１記載の光学部品。
3. 前記隣り合って位置するライン状の多層膜は、少なくとも２箇所以上で前記接続用多層膜により連結されており、該隣り合う接続用多層膜の間隔は可視光の波長の５倍以上である事を特徴とする請求項１または２に記載の光学部品。
4. 前記ライン状の多層膜のアスペクト比は４以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学部品。
5. 光学素子からなる基板の上に、異なる屈折率を有する２つの膜が交互に積層された多層膜を形成した光学部品において、該多層膜は、該基板に対して該多層膜か形成されている場所とされていない場所とからなる井桁形状に形成されており、該井桁形状の多層膜は、一方の平行に配置された多層膜は、可視光の波長よりも狭い幅を有しており、可視光の波長よりも狭い間隔で隣り合って形成されていることを特徴とする光学部品。
6. 前記井桁形状の多層膜のうち、他方の平行に配置された多層膜は、可視光の波長よりも狭い幅を有しており、可視光の波長の５倍以上の間隔で隣り合って形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光学部品。
7. 前記井桁形状の多層膜のアスペクト比は４以上であることを特徴とする請求項６に記載の光学部品。
8. 光学素子からなる基板の上に、異なる屈折率を有する２つの膜が交互に積層して多層膜形成し、該多層膜の上に中間層を形成し、該中間層の上にレジスト層を形成し、該レジスト層を井桁状にパターニングし、該レジスト層をマスクとして該中間層をエッチングし、該中間層をマスクとして該多層膜をエッチングし、該中間層を剥離した後、洗浄することで、基板の上に井桁形状の多層膜が形成された光学部品を得ることを特徴とする光学部品の製造方法。
9. 前記井桁形状の、一方の平行に配置された部分の幅が可視光の波長よりも狭い幅であり、かつ可視光の波長よりも狭い間隔で隣り合っていることを特徴とする請求項８に記載の光学部品の製造方法。
10. 前記井桁形状の、他方の平行に配置された部分の幅が可視光の波長よりも狭い幅であり、かつ間隔は可視光の波長の５倍以上の間隔で隣り合っていることを特徴とする請求項９に記載の光学部品の製造方法。
11. 前記井桁形状の多層膜のアスペクト比は４以上であることを特徴とする請求項９または１０に記載の光学部品の製造方法。

Images