JP2004109342A - 偏光分離素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化と透明基板が有機複屈折膜を接着した後の微細加工等で発生する有機複屈折膜の熱収縮で基板が反るのを低減した偏光分離素子を提供する。
【解決手段】有機複屈折膜を接着する透明基板に、透明基板より大きいヤング率の膜を形成し、基板の剛性を高めたことで、有機複屈折膜の熱収縮に起因する透明基板の反りが低減できる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生産性が高く、信頼性の高い偏光分離素子及びその製造方法に関し、特に偏光分離素子の接着方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光記録媒体に情報を記録再生する光ヘッドの小型化が盛んに行なわれている。特に光ヘッドの小型化を実現する要素として、偏光分離素子を用いた光ヘッドが提案されている。偏光分離素子に関する技術を開示した技術文献として、以下に示すものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−３１４５０２号公報
【特許文献２】
特開２０００−７５１３０号公報
【特許文献３】
特開２０００−４７０１４号公報
【０００４】
特開昭６３−３１４５０２号公報、特開２０００−７５１３０号公報では、簡単な工程で安価に作製できる偏光分離素子として、透明基板上、同一平面に回折格子を有する複屈折膜と、その上に等方性のオーバーコート層が被覆あるいは装荷されている構造のものを提案している。これらの中には良好な光学的特性を得るために両面の平坦性の向上を目的とした構成となっている。これはあらかじめ、透明基板（ＢＫ−７）に有機複屈折膜等を接着剤で接着し、この透明基板上の有機複屈折フィルムの同一平面に回折格子を形成し、その回折格子を等方性接着剤で覆い、この等方性接着剤が接着層も兼ねて対向透明基板と接着しているために、素子として強度があり、かつ生産性の高い構成となっているものである。この構成を図２１に示す。
【０００５】
また、特開２０００−４７０１４号公報では、ニオブ酸リチウム基板と、ニオブ酸リチウム基板の結晶のＸ面もしくはＹ面の所定の部分がプロトン交換されたプロトン交換層と、プロトン交換層によりニオブ酸リチウム基板に生じる応力を補正するプロトン交換層とを備えることにより、光学素子そのものには反りが生じないようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
直交する２つの偏光成分を分離する為、透明基板上に入射光の異なる振動面に対し屈折率が異なる有機複屈折膜を接着する偏光分離素子の有機複屈折膜の接着において、有機複屈折膜が延伸した高分子材料であり，　紫外線硬化時の熱による有機複屈折膜が熱収縮や、その後の微細加工プロセスにおけるフォトリソグラフィプロセスで、有機複屈折膜が熱収縮し、その結果，　接着した透明基板が有機複屈折膜側に反るという問題がある。また、用いる接着剤も１〜１０％程度の硬化収縮があり、基板の反りが発生する問題がある。この有機複屈折膜接着基板の反りはフォトリソグラフィプロセスにおける露光時の焦点位置変動による焦点合わせ不良や波面収差低下等の問題を発生する。
【０００７】
接着剤硬化後は透明基板と同等の屈折率が必要であり、また、光の吸収がない特性が要求される等制約が多い問題がある。また、ＬｉＮｂＯ_３のような材料を基板に用いて偏光分離素子を作成する方法は高価な光学結晶が必要となり、材料コストが高く、また、プロセスも複雑になりコストも高くなる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、低コスト化と透明基板が有機複屈折膜を接着した後の微細加工等で発生する有機複屈折膜の熱収縮で基板が反るのを低減した偏光分離素子、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
係る目的を達成するために請求項１記載の発明は、透明基板に、該透明基板より大きいヤング率材料で構成する膜を形成し、該膜を形成した透明基板上に有機複屈折膜を接着して偏光分離素子を形成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、透明基板に形成した膜が引張り応力を有していることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、透明基板に形成した膜が圧縮応力の膜を有していることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、透明基板に形成した膜は、引張り応力と圧縮応力を有する膜を交互に積層したことを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、透明基板の少なくとも片面に、該透明基板より大きいヤング率の引張り応力を有する膜と圧縮応力を有する膜とを交互に積層したことを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明において、透明基板の両面に、該透明基板より大きいヤング率の引張り応力を有し、両面の応力を略同等とした膜を形成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の発明において、透明基板の両面に、該透明基板より大きいヤング率の圧縮応力を有し、両面の応力を略同等とした膜を形成したことを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項１から７の何れか一項に記載の発明において、膜を形成した前記透明基板を２枚以上積層して積層基板を形成し、該積層基板上に前記有機複屈折膜を接着して偏光分離素子を形成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、有機複屈折膜と、前記積層基板とを接着する接着剤が、接着面のコーティング膜と同じ屈折率の光硬化型の材料からなることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載の発明は、請求項８記載の発明において、積層基板は、平行な２つの面で挟み、平行状態で光硬化接着して形成したことを特徴とする。
【００１９】
請求項１１記載の発明は、請求項１から１０の何れか一項に記載の発明において、有機複屈折膜は、分子鎖を配向させた高分子膜であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１２記載の発明は、透明基板に、該透明基板より大きいヤング率材料で構成する膜を形成し、該膜を形成した透明基板上に有機複屈折膜を接着して偏光分離素子を形成することを特徴とする。
【００２１】
請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の発明において、透明基板に形成する膜が引張り応力を有していることを特徴とする。
【００２２】
請求項１４記載の発明は、請求項１２記載の発明において、透明基板に形成する膜が圧縮応力の膜を有していることを特徴とする。
【００２３】
請求項１５記載の発明は、請求項１２記載の発明において、透明基板に形成する膜は、引張り応力と圧縮応力を有する膜を交互に積層することを特徴とする。
【００２４】
請求項１６記載の発明は、請求項１２記載の発明において、透明基板の少なくとも片面に、該透明基板より大きいヤング率の引張り応力を有する膜と圧縮応力を有する膜とを交互に積層することを特徴とする。
【００２５】
請求項１７記載の発明は、請求項１２記載の発明において、透明基板の両面に、該透明基板より大きいヤング率の引張り応力を有し、両面の応力を略同等とした膜を形成することを特徴とする。
【００２６】
請求項１８記載の発明は、請求項１２記載の発明において、透明基板の両面に、該透明基板より大きいヤング率の圧縮応力を有し、両面の応力を略同等とした膜を形成することを特徴とする。
【００２７】
請求項１９記載の発明は、請求項１２から１８の何れか一項に記載の発明において、膜を形成した前記透明基板を２枚以上積層して積層基板を形成し、該積層基板上に前記有機複屈折膜を接着して偏光分離素子を形成することを特徴とする。
【００２８】
請求項２０記載の発明は、請求項１９記載の発明において、有機複屈折膜と、前記積層基板とを接着する接着剤が、接着面のコーティング膜と同じ屈折率の光硬化型の材料からなることを特徴とする。
【００２９】
請求項２１記載の発明は、請求項１９記載の発明において、積層基板は、平行な２つの面で挟み、平行状態で光硬化接着して形成したことを特徴とする。
【００３０】
請求項２２記載の発明は、請求項１２から２１の何れか一項に記載の発明において、有機複屈折膜は、分子鎖を配向させた高分子膜であることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照しながら本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。図１〜図２０を参照すると本発明に係る実施の形態が示されている。
【００３２】
本実施形態の構成を図１に示した。夫々のＢＫ−７基板１の片面にＭｇＦ_２／ＴｉＯ_２多層膜２をコーティングし、これを積層接着（３）した上に有機複屈折膜４を接着剤５で接着し、有機複屈折膜表面を微細加工により回折格子（凹凸）を形成した後、等方性接着剤６で凹部の埋め込みと対向透明基８との接着を実施し、所定の大きさに切断して１　素子とした。
【００３３】
次に、図２〜図９を参照しながら第１の製造方法を説明する。
両面光学研磨されたφ４インチ，　板厚０．５ｍｍ、オリフラ付きのＢＫ−７基板１の片面にヤング率が約２０５ＧＰａのＴｉＯ_２（２Ａ）を電子ビーム加熱真空蒸着法で膜圧が５００ｎｍとなるように形成する（図２参照）。なお、ここで用いたＢＫ−７基板１のヤング率は約８０ＧＰａである。
【００３４】
次に、光学研磨された石英ガラス製の接着ジグ１１上に、このＢＫ−７基板１上に形成したＴｉＯ_２薄膜（２Ａ）を上向きに載置し、この中心ＴｉＯ_２膜（２Ａ）とほぼ同じ屈折率２．２の紫外線硬化型接着剤３、粘度５００ｃｐを０．１ｍｌ滴下する。
【００３５】
次に、電子ビーム加熱真空蒸着法でＴｉＯ_２薄膜（２Ａ）をコーティングしたもう一方の両面光学研磨されたφ４インチ，　板厚０．５ｍｍ、オリフラ付きのＢＫ−７基板１をもう一つ用意し、紫外線硬化型接着剤３が塗布された基板１とＴｉＯ_２薄膜が接着面となるように重ね合わせ、上部に光学研磨された石英ガラス製の加圧ジグ１０を載置し、図示しない加圧装置でφ４インチ全面を荷重２００ｇｆ／ｃｍ^２で均等に加圧し、接着剤３をＢＫ−７基板１全面にひろげる（図３参照）。
【００３６】
この状態で、２　分間保持した後、図示しない紫外線照射装置で、加圧ジグ１０上面から紫外線強度４０ｍＷ／ｃｍ^２の光をφ４インチ全面に照射し、接着剤３を硬化する。その後、加圧を解除し、接着、加圧ジグ１０から積層接着したＢＫ−７基板１（以下、積層基板１２という）を取り出す。接着剤の厚みは約５μｍとする（図４参照）。
【００３７】
次に、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸が移動可能な移動ステージ１６に固定した接着基板ホルダ１５上に、積層基板１２を載置し、図示しない真空吸着機構により接着基板ホルダ１５に固定する。この接着基板ホルダ１５は外径がφ５インチと積層基板１２より１サイズ大きく、真空吸着溝をφ９６−９８ｍｍに設けてある。なお、接着基板ホルダ１５は光学研磨された石英ガラス製で出来ており、平面度がλ／５０、平行度が１μｍ以下、表面粗さＲａ＝５ｎｍ以下である。
【００３８】
積層基板１２の上方には、図示しない接着剤滴下装置と接着剤の中心と有機複屈折膜の中心を測定するためのＸ，Ｙ方向に移動可能な測定系を設けてある。本実施例の測定系では接着剤、積層基板のオリフラ及び有機複屈折膜４端部の反射光を検出し、位置を読み取るＣＣＤレーザ変位計１３を用いて、位置情報をそれぞれの移動装置にフィードバックする。図示しないフィードバック回路と、有機複屈折膜４の端部を保持するための保持装置１４を基板ホルダ１５に対し平行に配置し、これに図示しないモーメントを発生する装置で構成されている。
【００３９】
次に、積層基板１２の中心に積層基板とほぼ同じ屈折率１．５２のＵＶ硬化型接着剤５、スリーボンド社製ＴＢ３０４２を０．２ｍｌ滴下し、この上に１１０ｍｍ×１２０ｍｍに切断した有機複屈折膜４の端部を真空吸着により保持し、おおよそＢＫ−７基板中心位置に固定した後、図示しないモーメント発生装置によりＵ字形に変形した有機複屈折膜４の表面形状をＣＣＤレーザ変位計１３により測定してＵ字形状の中心位置を検出し、あらかじめ測定しておいた接着剤の凸形状の頂点位置情報より移動量を演算し、Ｘ−Ｙ移動装置により有機複屈折膜４のＵ字形状の中心を接着剤凸中心に位置合わせを行う。積層基板−接着剤−有機複屈折膜の位置合わせを完了した後、基板ホルダ１５を上昇し、接着剤と有機複屈折膜それぞれの頂点で接触する位置で停止し、その後、有機複屈折膜の左右のモーメント力をゆるやかに解除しながら有機複屈折膜を透明基板上に載置して行く（図５参照）。
【００４０】
次に平面度がλ／５０、以下、表面粗さＲａ＝２ｎｍ以下に光学研磨された石英ガラス製の直径φ１３０ｍｍ、厚み３０ｍｍの石英ガラス製押圧装置１７を有機複屈折膜４上に載せ、全面均等加圧し、接着剤が積層基板１２全面に広がった点で加圧を停止し、石英ガラス製押圧装置１７を通して図示しない紫外線照射装置（以下、ＵＶ装置）で光強度４０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を有機複屈折膜４側から２００秒間照射し、接着剤を硬化する（図６参照）。
【００４１】
接着剤硬化後、押厚装置１７を取り外し、積層基板１２のφ１００ｍｍ外径に沿って、余分な有機複屈折膜４を切断し、その後、基板ホルダ１５の真空吸着を解除して積層基板１２を取り出し、有機複屈折膜４付き基板とする。このようにフィルム中央から基板に接触することで、面接触で接着する従来法では目視レベルで確認できる気泡の巻き込みが発生していたのに対し、本法では気泡の巻き込みがない貼り合わせが実現できる。位置合わせは本実施例のほか、ＣＣＤカメラと画像処理により積層基板１２と接着剤の形状を認識し、中心を割りだし、位置合わせする方法等も実施可能である。また、ここではアクリル樹脂系の光硬化型の接着剤を用いて接着したが、エポキシ樹脂系の光硬化型の接着剤を用いてもよい。同様にＢＫ−７積層基板１外に石英ガラスやパイレックス（登録商標）ガラス、結晶性ガラス（商品名：ネオセラム）等を積層した基板を用いてもよい。
【００４２】
有機複屈折膜４はハンドリング性から厚みは０．０１ｍｍ以上が望ましいが、延伸により光学的特性を得ることを考慮すると、最大厚み０．５ｍｍの範囲で用いるのが好ましい。より望ましくは０．０５〜０．２ｍｍがよい。本実施例では厚み０．１ｍｍのポリエステル系の有機複屈折膜を用いた。
【００４３】
この接着した有機複屈折膜をイソプロピルアルコール等の有機溶媒と純水の順で洗浄する。その後、日本ゼオン化社製ＺＥＰ−５２０レジストスピンコートにより０．５μｍ厚のレジスト膜１８を形成し、１００℃で３０分間ベークする（図７参照）。この時、有機複屈折膜の熱歪が起因する応力で積層基板１２に引張り応力が発生するが、ＴｉＯ_２コート膜により基板全体の剛性が高いため、積層基板自体の反りが小さい。レジストを剥離して有機複屈折膜４表面の反りを測定した結果、コーティング膜なしのＢＫ−７基板に有機複屈折膜を接着したものと比べ、有機複屈折膜面の反り量が低減することを確認した。
【００４４】
日本ゼオン化社製ＺＥＰ−５２０レジストをスピンコートにより０．５μｍ厚のレジスト膜を形成し、１００℃で３００　分間ベークし、ステッパへの積層基板真空吸着可否とレジスト表面の焦点合わせ合否を調べ、問題が無かった場合「○」、手作業による修正が必要であるができる場合を「△」、できなかった場合を「×」とした結果を表１に示す。基板のコーテイング数が２面以上の積層基板で効果があった。
【００４５】
【表１】

【００４６】
その後、ステッパ装置を用い、有機複屈折膜４上にライン＆スペース２μｍのパターンを８ｍｍピッチで３００周期繰り返し形成し、回折格子１素子とした。回折格子は素子外形８×８ｍｍの中心に略形状１×２ｍｍで形成する。
【００４７】
この後、酸素ガスを主成分とするエッチングガス雰囲気中で、住友金属社製ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：　電子サイクロトロン共鳴）エッチング装置で幅２μｍ、深さ３μｍのラインと２μｍ幅のスペースを３００周期繰り返した回折格子を形成する。他のフォトリソは一般に知られているプロセスを採用しており、詳細は省略する。
【００４８】
次に、図８に示した平面加工したφ２００ｍｍ、厚み５０ｍｍのステンレス台上に回折格子を形成した積層基板を載置し、この回折格子面にアクリル樹脂系の光硬化型の等方性接着剤をマイクロシリンジで０．２５ｍｌ計量滴下し、この上面に両面光学研磨した外径φ１００ｍｍ、厚み０．５ｍｍのＢＫ−７対向透明基板を載置し、さらにこの上に光学研磨した石英ガラス製押圧装置を載せ対向透明基板に１００ｇｆ／ｃｍ^２の圧力を印加し、等方性接着剤を被接着面全面に広げる。この状態で、図示しない紫外線照射装置でＢＫ−７対向透明基板を通し、１５０ｍｍ上面から照射照度４０ｍＷ／　ｃｍ^２の紫外光を１　０分間照射し硬化接着する。その後、ダイシング装置により、８×８ｍｍ□に切り出し１素子とする。素子の断面を図９に示す。なお、積層構造部分は省略する。
【００４９】
上記偏光分離素子の等方性接着剤は粘性や屈折率等の特性制御の容易さや接着力および透明性の点から紫外線硬化型アクリル系の接着剤を用いたが、紫外線硬化型エポキシ系でも同様なことが可能である。これらの接着剤は紫外線で硬化するので、加圧中硬化が可能であり、プロセスを簡略できる。また、用いた接着剤の屈折率を接着するコーティング膜と同等としたことで、光学的に均質な層となり、光の利用効率の向上が可能となった。
【００５０】
また、有機複屈折膜はポリエチレンテレフタレート等の高分子膜を布で擦ってラビング処理して配向膜を形成し、この配向膜上にポリジアセチレンモノマーを真空蒸着して配向させた後、紫外光を照射してポリマー化して異方性膜とする方法（参考文献：Ｊ．Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ．，７２，Ｎｏ，３，Ｐ９３８−９４７）があるが、工程が複雑でコスト高となるため、ここでは、分子鎖が配向した高分子膜で、特性の均一性を考慮して延伸された有機複屈折膜を用いた。
【００５１】
なお、本実施例では基板の積層数を２　枚としたが、２　枚に限定されるものではない。また、ＴｉＯ_２膜に限定されるものではなく、Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，ＭｇＯ等の酸化物をコーテイングしてもよい。
【００５２】
次に、本発明に係る第２の製造方法を説明する
両面光学研磨されたφ４インチ，板厚０．４５ｍｍ、オリフラ付きのＢＫ−７基板１の両面にヤング率が約２０５ＧＰａのＴｉＯ_２膜２Ａを電子ビーム加熱真空蒸着法で膜厚が５００ｎｍとなるように形成する（図１０参照）。
【００５３】
このＴｉＯ_２薄膜２Ａを形成したＢＫ−７基板１を光学研磨した石英ガラス製の接着ジグ１１上に載置し、この中心にＴｉＯ_２膜とほぼ同じ屈折率２．２２　の紫外線硬化型接着剤３、粘度５００ｃｐを０．１ｍｌ滴下した後、前記基板と同様に電子ビーム加熱真空蒸着法でＴｉＯ_２薄膜２Ａを両面コーティングしたもう一方のＢＫ−７基板１のオリフラを合わせて重ね、接着剤３をＢＫ−７基板１全面にひろげ、上部に光学研磨された平行平面な石英ガラス製の加圧ジグ１０を載置し、図示しない加圧装置でφ４インチ全面を２００ｇｆ／ｃｍ^２の加圧力で均等に加圧する。この状態で、２分間保持した後、図示しない紫外線照射装置で、加圧ジグ１０上面から紫外線強度４０ｍＷ／ｃｍ^２の光をφ４インチ全面に照射し、接着剤３を硬化する（図１１参照）。
【００５４】
その後、加圧を解除し、接着、加圧ジグ１０ら積層接着したＢＫ−７基板１（以下、積層基板１２という）を取り出す（図１２参照）。このときの接着剤厚みは約５μｍである。この積層基板１２に有機複屈折膜４を接着する工程、この有機複屈折膜４に回折格子を形成するフォトリソグラフィ、エッチング工程、この回折格子形成基板に対向透明基板８を接着する工程は上記第１の製造方法と同じ工程で実施する。
【００５５】
第１の製造方法と同様に本積層基板１２に日本ゼオン化社製ＺＥＰ−５２０レジスト１８をスピンコートにより０．５μｍ厚のレジスト膜１８を形成し、１００℃で３０分間ベークし、ステッパへの積層基板真空吸着可否とレジスト表面の焦点合わせ合否を調べた結果、基板２枚積層でコーティング面が４面となり、さらに剛性が向上し、ステッパへの積層基板真空吸着に問題は無く、レジスト表面の焦点合わせではさらなる基板の反り低減効果がある。
【００５６】
なお、本実施例では基板の積層数を２枚としたが、２枚に限定されるものではない。また、ＴｉＯ_２膜に限定されるものではなく、Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，ＭｇＯ等の酸化物をコーテイングしてもよい。
【００５７】
次に、本発明に係る第３の製造方法を説明する。
両面光学研磨されたφ４インチ，　板厚０．４５ｍｍ、オリフラ付きのＢＫ−７基板１の両面にＭｇＦ_２を電子ビーム加熱真空蒸着法で膜厚が５００ｎｍとなるよう形成する。このＭｇＦ_２膜は引張り応力を有しているが、応力が釣り合うように両面に形成しているため、基板の反りが小さく、剛性の大きい積層基板１２となっている。図１３に膜の状態を誇張して示した。
【００５８】
このＭｇＦ_２薄膜を形成したＢＫ−７基板１を光学研磨された石英ガラス製の接着ジグ上に載置し、この中心にＭｇＦ_２膜とほぼ同じ屈折率１．３５の紫外線硬化型接着剤、粘度５００ｃｐを０．１ｍｌ滴下した後、前記基板と同様に電子ビーム加熱真空蒸着法でＭｇＦ_２薄膜を両面コーテイングしたもう一方のＢＫ−７基板１のオリフラを合わせて重ね、接着剤３をＢＫ−７基板１全面にひろげ、上部に光学研磨された平行平面な石英ガラス製の加圧ジグ１０を載置し、加圧装置でφ４インチ全面を２００ｇｆ／ｃｍ^２の加圧力で均等に加圧する。この状態で、２　分間保持した後、紫外線照射装置で、加圧ジグ１０上面から紫外線強度４０ｍＷ／ｃｍ^２の光をφ４インチ全面に照射し、接着剤３を硬化する。その後、加圧を解除し、接着、加圧ジグ１０から積層接着したＢＫ−７基板１（以下、積層基板１２という）を取り出す（図１４参照）。このときの接着剤厚みは約５μｍであった。この積層基板１２に有機複屈折膜４を接着する工程、この有機複屈折膜４に回折格子７を形成するフォトリソグラフィ、エッチング工程、この回折格子形成基板に対向透明基板８を接着する工程は上記第１の製造方法と同じ工程で実施した。
【００５９】
第１の製造方法と同様に本積層基板に日本ゼオン化社製ＺＥＰ−５２０レジストをスピンコートにより０．５μｍ厚のレジスト膜１８を形成し、１００℃で３０分間ベークし、ステッパへの積層基板真空吸着可否とレジスト表面の焦点合わせ合否を調べた結果、剛性が向上し、ステッパへの積層基板真空吸着に問題は無く、レジスト表面の焦点合わせではさらなる基板の反り低減効果があった。
【００６０】
なお、本実施例では基板の積層数を２枚としたが、２枚に限定されるものではない。また、ＭｇＦ_２膜に限定されるものではなく、ＣｅＦ_３，ＬｉＦ，ＳｎＯ等の酸化物をコーティングしてもよい。
【００６１】
次に本発明に係る第４の製造方法を説明する。
両面光学研磨されたφ４インチ，　板厚０．４５ｍｍ、オリフラ付きのＢＫ−７基板１の両面にＡｌ_２Ｏ_３を電子ビーム加熱真空蒸着法で膜厚が５００ｎｍとなるよう形成する。このＡｌ_２Ｏ_３膜は圧縮応力を有しているが、応力が釣り合うように両面に形成しているため、基板の反りが小さく、剛性の大きい積層基板１２となっている。図１５に膜の状態を誇張して示した。
【００６２】
このＡｌ_２Ｏ_３薄膜を形成したＢＫ−７基板１を光学研磨された石英ガラス製の接着ジグ１１上に載置し、この中心にＡｌ_２Ｏ_３膜とほぼ同じ屈折率１．６２の紫外線硬化型接着剤、粘度５００ｃｐを０．　１ｍｌ滴下した後、前記基板と同様に電子ビーム加熱真空蒸着法でＡｌ_２Ｏ_３薄膜を両面コーテイングしたもう一方のＢＫ−７基板１のオリフラを合わせて重ね、接着剤３をＢＫ−７基板１全面にひろげ、上部に光学研磨された平行平面な石英ガラス製の加圧ジグ１０を載置し、加圧装置でφ４インチ全面を２００ｇｆ／ｃｍ^２の加圧力で均等に加圧する。この状態で、２　分間保持した後、紫外線照射装置で、加圧ジグ１０上面から紫外線強度４０ｍＷ／ｃｍ^２の光をφ４インチ全面に照射し、接着剤３を硬化する。その後、加圧を解除し、接着、加圧ジグ１０から積層接着したＢＫ−７基板１（以下、積層基板１２という）を取り出す（図１６参照）。このときの接着剤厚みは約５μｍであった。この積層基板１２に有機複屈折膜４を接着する工程、この有機複屈折膜に回折格子７を形成するフォトリソグラフィ、エッチング工程、この回折格子形成基板に対向透明基板８を接着する工程は第１の製造方法と同一の工程で実施する。
【００６３】
第１の製造方法と同様に本積層基板に日本ゼオン化社製ＺＥＰ−５２０レジストをスピンコートにより０．５μｍ厚のレジスト膜１８を形成し、１００℃で３０分間ベークし、ステッパへの積層基板真空吸着可否とレジスト表面の焦点合わせ合否を調べた結果、剛性が向上し、ステッパへの積層基板真空吸着に問題は無く、レジスト表面の焦点合わせではさらなる基板の反り低減効果があった。
【００６４】
なお、本実施例では基板の積層数を２枚としたが、２枚に限定されるものではない。また、ＭｇＦ_２膜に限定されるものではなく、ＢａＯ，Ｃ，ＣｅＯ_３，ＴｉＯ_２等の酸化物をコーティングしてもよい。
【００６５】
次に、本発明に係る第５の製造方法について説明する。
両面光学研磨されたφ４インチ，　板厚０．４５ｍｍ、オリフラ付きのＢＫ−７基板１の片面にＭｇＦ_２とＡｌ_２Ｏ_３を電子ビーム加熱真空蒸着法等で夫々の膜厚が５００ｎｍとなるよう形成する。このＭｇＦ_２膜は引張り応力、Ａｌ_２Ｏ_３膜は圧縮応力を有しているが、応力が釣り合うように交互に積層した、多層構造に形成しているため、基板の反りが小さく、剛性の大きい積層基板となっている。図１７に膜の状態を誇張して示した。
【００６６】
このＭｇＦ_２／Ａｌ_２Ｏ_３多層薄膜を形成したＢＫ−７基板１を光学研磨された石英ガラス製の接着ジグ１１上に載置し、この中心にＡｌ_２Ｏ_３膜とほぼ同じ屈折率の紫外線硬化型接着剤、粘度５００ｃｐを０．１ｍｌ滴下した後、前記基板と同様に電子ビーム加熱真空蒸着法でＭｇＦ_２／Ａｌ_２Ｏ_３多層薄膜を片面コーテイングしたもう一方のＢＫ−７基板１のオリフラを合わせて重ね、接着剤をＢＫ−７基板１全面にひろげ、上部に光学研磨された平行平面な石英ガラス製の加圧ジグ１０を載置し、加圧装置でφ４インチ全面を２００ｇｆ／ｃｍ^２の加圧力で均等に加圧する。この状態で、２　分間保持した後、紫外線照射装置で、加圧ジグ１０上面から紫外線強度４０ｍＷ／ｃｍ^２の光をφ４インチ全面に照射し、接着剤３を硬化する。その後、加圧を解除し、接着、加圧ジグ１０から積層接着したＢＫ−７基板１（以下、積層基板１２という）を取り出す（図１８参照）。このときの接着剤厚みは約５μｍであった。この積層基板１２に有機複屈折膜４を接着する工程、この有機複屈折膜４に回折格子７を形成するフォトリソグラフィ、エッチング工程、この回折格子形成基板に対向透明基板８を接着する工程は実施例１と同じ工程で実施した。
【００６７】
上述した第１の製造方法と同様に本積層基板に日本ゼオン化社製ＺＥＰ−５２０レジストをスピンコートにより０．５μｍ厚のレジスト膜１８を形成し、１００℃で３０分間ベークし、ステッパへの積層基板真空吸着可否とレジスト表面の焦点合わせ合否を調べた結果、剛性が向上し、ステッパへの積層基板真空吸着に問題は無く、レジスト表面の焦点合わせではさらなる基板の反り低減効果があった。
【００６８】
なお、本製造方法では、基板の積層数を２枚としたが、２枚に限定されるものではない。また、ＭｇＦ_２／Ａｌ_２Ｏ_３多層薄膜に限定されるものではなく、ＬｉＦ，ＣａＦ_２，ＭｇＦ_２，ＳｉＯ_２等とＴｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＢａＯ，Ｃｅ_２Ｏ_３，等の酸化物の多層膜でもよく、層数も２層に限定されるものではない。
【００６９】
また、製造方法の１〜４でＢＫ−７を透明基板として用いたが、石英ガラス基板や、ＦＫ_５，ＢａＫ_２ＺＫ_３，ＳＫ_３，Ｋ_２，ＬａＫ_２，Ｆ_３，ＳＦ_６，等を用いてもよい。
【００７０】
次に、本発明に係る第６の製造方法について説明する。
両面光学研磨されたφ４インチ，　板厚０．４５ｍｍ、オリフラ付きのＢＫ−７基板１の片面にＭｇＦ_２を電子ビーム加熱真空蒸着法で膜厚が５００ｎｍとなるよう形成する。このＭｇＦ_２膜は引張り応力を有している。このＭｇＦ_２薄膜を形成したＢＫ−７を光学研磨された石英ガラス製の接着ジグ上に載置し、この中心にＭｇＦ_２膜とほぼ同じ屈折率１．３５の紫外線硬化型接着剤３、粘度５００ｃｐを０．　１ｍｌ滴下した後、前記基板と同様に電子ビーム加熱真空蒸着法でＭｇＦ_２薄膜を片面コーテイングしたもう一方のＢＫ−７基板１のオリフラを合わせて重ね、コーテイング面の方向を揃えて積層し、接着剤３をＢＫ−７基板１全面にひろげ、上部に光学研磨された平行平面な石英ガラス製の加圧ジグ１０を載置し、加圧装置でφ４　インチ全面を２００ｇｆ／ｃｍ^２の加圧力で均等に加圧する。この状態で、２　分間保持した後、紫外線照射装置で、加圧ジグ１０上面から紫外線強度４０ｍＷ／ｃｍ^２の光をφ４インチ全面に照射し、接着剤３を硬化した。その後、加圧を解除し、接着、加圧ジグ１０から積層接着したＢＫ−７基板１（以下、積層基板１２という）を取り出す（図１９参照）。
【００７１】
この積層基板１２のコーテイングしていない面に第１の製造方法と同じ工程で有機複屈折膜４を接着し、フォトリソプロセスを実施することで、コーティング膜の引張り応力と有機複屈折膜４の熱収縮による応力とが均衡し、積層基板１２の反りを小さくする（図２０参照）。その後、第１の製造方法と同じ工程で、この有機複屈折膜４に回折格子７を形成し、この回折格子形成基板に対向透明基板８を接着する。
【００７２】
第１の製造方法と同様に本積層基板に日本ゼオン化社製ＺＥＰ−５２０レジストをスピンコートにより０．５μｍ厚のレジスト膜１８を形成し、１００℃で３０分間ベークし、ステッパへの積層基板真空吸着可否とレジスト表面の焦点合わせ合否を調べた結果、コーテイングにより基板の剛性が向上し、ステッパへの積層基板真空吸着に問題は無く、レジスト表面の焦点合わせではさらなる基板の反り低減効果があった。
【００７３】
なお、本実施例では基板の積層数を２枚としたが、２枚に限定されるものではない。また、ＭｇＦ_２膜に限定されるものではなく、ＢａＯ，Ｃ，ＣｅＯ_３，ＴｉＯ_２等の酸化物をコーティングしてもよい。
【００７４】
以上のように本実施形態は、基板よりヤング率の大きい膜を基板にコーティングして積層接着し、所望の厚みとしたφ１００ｍｍＢＫ−７積層基板としたことで、フォトリソグラフィプロセス等の熱工程を経た積層基板１２と有機複屈折膜４の反りは１０μｍ以下と、従来の反りの１／１０から１／２０と低減できた。これにより、基板の平面性の低下防止と、平面性低下に起因する露光時の焦点位置バラツキの低減による歩留まり向上と信頼性の高い偏光分離素子を提供することができる。
【００７５】
なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施の形態である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００７６】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように請求項１、１２記載の発明は、有機複屈折膜を接着する透明基板に、透明基板より大きいヤング率の膜を形成し、基板の剛性を高めたことで、有機複屈折膜の熱収縮に起因する透明基板の反りが低減できる。
【００７７】
また、請求項２、１３記載の発明は、有機複屈折膜を接着する透明基板に、有機複屈折膜を接着した後の熱プロセスで発生する有機複屈折膜の熱収縮に起因する基板の反りとの均衡を取るよう透明基板より大きいヤング率の膜で引張り応力を有する膜を形成しことで、有機複屈折膜の熱収縮に起因する透明基板の反りが低減できる。
【００７８】
請求項３、１４記載の発明は、有機複屈折膜を接着する透明基板に、有機複屈折膜を接着した後の熱プロセスで発生する有機複屈折膜の熱収縮に起因する基板の反りとの均衡を取るよう透明基板より大きいヤング率の膜で圧縮応力を有する膜を形成したことで、有機複屈折膜の熱収縮に起因する透明基板の反りが低減できる。
【００７９】
請求項４、５、１５、１６記載の発明は、積層する基板に引張り応力と圧縮応力との積層膜としたことで、有機複屈折膜を接着した後の熱プロセスで発生する有機複屈折膜の熱収縮に起因する基板の反り低減と膜形成プロセスの簡略化が可能となる。
【００８０】
請求項６、１７記載の発明は、積層する基板の両面に引張り応力の膜を形成したことで、有機複屈折膜を接着した後の熱プロセスで発生する有機複屈折膜の熱収縮に起因する基板の反り低減と膜形成プロセスの簡略化が可能となる。
【００８１】
請求項７、１８記載の発明は、積層する基板の両面に圧縮応力の膜を形成したことで、有機複屈折膜を接着した後の熱プロセスで発生する有機複屈折膜の熱収縮に起因する基板の反り低減と膜形成プロセスの簡略化が可能となる。
【００８２】
請求項８、１９記載の発明は、有機複屈折膜を接着する透明基板に、透明基板より大きいヤング率の膜を形成して、剛性を高めた基板を積層したことで、基板の剛性がさらに向上し、デバイスの厚みを変えることなく、有機複屈折膜の熱収縮に起因する透明基板の反りが低減できる。
【００８３】
請求項９、２０記載の発明は、有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着剤を光硬化型のアクリル系、エポキシ系の材料としたことで、プロセスの簡略化とプロセスの低コスト化ができる。
【００８４】
請求項１０、２１記載の発明は、透明基板を平行な２つの面で挟み込み光硬化接着することで、接着装置の低コスト化と信頼性の高いデバイスの製造が可能となる。
【００８５】
請求項１１、２２記載の発明は、有機複屈折膜を延伸により、分子鎖を配向させた高分子膜としたことで、偏光分離素子の低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏光分離素子の構成を示す断面図である。
【図２】第１の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図３】第１の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図４】第１の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図５】第１の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図６】第１の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図７】第１の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図８】第１の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図９】第１の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図１０】第２の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図１１】第２の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図１２】第２の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図１３】第３の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図１４】第３の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図１５】第４の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図１６】第４の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図１７】第５の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図１８】第５の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図１９】第６の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図２０】第６の製造方法の製造段階での構成を示す断面図である。
【図２１】従来の偏光分離素子の構成を示す図である。
【符号の説明】
１　ＢＫ−７基板
３　接着剤
４　有機複屈折膜
５　接着剤
６　等方性接着剤
７　回折格子
８　対向透明基板
１０　加圧ジグ
１１　接着ジグ
１２　積層基板
１３　ＣＣＤレーザ変位計
１４　有機複屈折膜保持装置
１５　接着基板ホルダ
１６　移動ステージ
１７　押圧装置

Claims (22)

1. 透明基板に、該透明基板より大きいヤング率材料で構成する膜を形成し、該膜を形成した透明基板上に有機複屈折膜を接着して偏光分離素子を形成したことを特徴とする偏光分離素子。
2. 前記透明基板に形成した膜が引張り応力を有していることを特徴とする請求項１記載の偏光分離素子。
3. 前記透明基板に形成した膜が圧縮応力の膜を有していることを特徴とする請求項１記載の偏光分離素子。
4. 前記透明基板に形成した膜は、引張り応力と圧縮応力を有する膜を交互に積層したことを特徴とする請求項１記載の偏光分離素子。
5. 前記透明基板の少なくとも片面に、該透明基板より大きいヤング率の引張り応力を有する膜と圧縮応力を有する膜とを交互に積層したことを特徴とする請求項１記載の偏光分離素子。
6. 前記透明基板の両面に、該透明基板より大きいヤング率の引張り応力を有し、両面の応力を略同等とした膜を形成したことを特徴とする請求項１記載の偏光分離素子。
7. 前記透明基板の両面に、該透明基板より大きいヤング率の圧縮応力を有し、両面の応力を略同等とした膜を形成したことを特徴とする請求項１　の偏光分離素子。
8. 前記膜を形成した前記透明基板を２枚以上積層して積層基板を形成し、該積層基板上に前記有機複屈折膜を接着して偏光分離素子を形成したことを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の偏光分離素子。
9. 前記有機複屈折膜と、前記積層基板とを接着する接着剤が、接着面のコーティング膜と同じ屈折率の光硬化型の材料からなることを特徴とする請求項８記載の偏光分離素子。
10. 前記積層基板は、平行な２つの面で挟み、平行状態で光硬化接着して形成したことを特徴とする請求項８記載の偏光分離素子。
11. 前記有機複屈折膜は、分子鎖を配向させた高分子膜であることを特徴とする請求項１から１０の何れか一項に記載の偏光分離素子。
12. 透明基板に、該透明基板より大きいヤング率材料で構成する膜を形成し、該膜を形成した透明基板上に有機複屈折膜を接着して偏光分離素子を形成することを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
13. 前記透明基板に形成する膜が引張り応力を有していることを特徴とする請求項１２記載の偏光分離素子の製造方法。
14. 前記透明基板に形成する膜が圧縮応力の膜を有していることを特徴とする請求項１２記載の偏光分離素子の製造方法。
15. 前記透明基板に形成する膜は、引張り応力と圧縮応力を有する膜を交互に積層することを特徴とする請求項１２記載の偏光分離素子の製造方法。
16. 前記透明基板の少なくとも片面に、該透明基板より大きいヤング率の引張り応力を有する膜と圧縮応力を有する膜とを交互に積層することを特徴とする請求項１２記載の偏光分離素子の製造方法。
17. 前記透明基板の両面に、該透明基板より大きいヤング率の引張り応力を有し、両面の応力を略同等とした膜を形成することを特徴とする請求項１２記載の偏光分離素子の製造方法。
18. 前記透明基板の両面に、該透明基板より大きいヤング率の圧縮応力を有し、両面の応力を略同等とした膜を形成することを特徴とする請求項１　２の偏光分離素子の製造方法。
19. 前記膜を形成した前記透明基板を２枚以上積層して積層基板を形成し、該積層基板上に前記有機複屈折膜を接着して偏光分離素子を形成することを特徴とする請求項１２から１８の何れか一項に記載の偏光分離素子の製造方法。
20. 前記有機複屈折膜と、前記積層基板とを接着する接着剤が、接着面のコーティング膜と同じ屈折率の光硬化型の材料からなることを特徴とする請求項１９記載の偏光分離素子の製造方法。
21. 前記積層基板は、平行な２つの面で挟み、平行状態で光硬化接着して形成したことを特徴とする請求項１９記載の偏光分離素子の製造方法。
22. 前記有機複屈折膜は、分子鎖を配向させた高分子膜であることを特徴とする請求項１２から２１の何れか一項に記載の偏光分離素子の製造方法。

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