JP2010117646A - Functional grid structure and method of manufacturing the same - Google Patents

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英雄 川部
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亮 加瀬川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a grid structure having a high aspect ratio and a shape applicable to various objects, and a method of manufacturing the grid structure for easily preparing the grid structure even when the size of the grid structure exceeds a wafer size. <P>SOLUTION: A plurality of narrow and linear projecting parts 2 are formed on the surface of an optically transparent support body 1 so that they are arranged in parallel with each other at a constant pitch, for example. Metal material is deposited as a functional material from an oblique direction, metal filaments 6 are formed as functional members for covering the top surfaces and side surfaces of the projecting parts 2, and a wire grid diffraction grating 10 is prepared as the grid structure. Such functional members are hollow and are simply thin layers for covering the projecting parts 2, while they effectively function similarly to a solid functional member and are prepared more easily than the solid functional member. Using various materials other than the metal material as the functional material allows achievement of various functional elements. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学部材や電極集合体として用いることの可能な機能性グリッド構造体及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a functional grid structure that can be used as an optical member or an electrode assembly, and a method for manufacturing the same.

ワイヤグリッド偏光子、波長板、および波長フィルタなど、多数の直線状の部材が互いに平行に一定のピッチで並んだ構造(以下、グリッド構造と略記することがある。)をもつ構造体が知られている。例えば、ワイヤグリッド偏光子を構成するワイヤグリッドがその例である。ワイヤグリッド偏光子は、入射光のうち、特定の向きの直線偏光成分を効率よく透過させるとともに、それに直交する直線偏光成分を効果的に反射する偏光子である。以下、ワイヤグリッドを例として、従来のグリッド構造体及びその製造方法について説明する。   Structures having a structure in which a large number of linear members such as a wire grid polarizer, a wave plate, and a wavelength filter are arranged in parallel with each other at a constant pitch (hereinafter sometimes abbreviated as a grid structure) are known. ing. For example, the wire grid which comprises a wire grid polarizer is the example. The wire grid polarizer is a polarizer that efficiently transmits a linearly polarized light component in a specific direction of incident light and effectively reflects a linearly polarized light component orthogonal thereto. Hereinafter, a conventional grid structure and a manufacturing method thereof will be described by taking a wire grid as an example.

図9は、基本的なワイヤグリッド偏光子100の構造を示す斜視図および部分拡大断面図である。ワイヤグリッド偏光子100では、透明基板101の上に、多数の直線状金属細線102が、互いに平行に一定のピッチ(隣り合う2本の細線の中心間の距離)Pで並んでいる。図9に細線と破線で示したように、光の入射面は、通常、金属細線102の長手方向に垂直な面である。ワイヤグリッド偏光子100にピッチPよりも十分に長い波長の光を入射させると、偏光方向が金属細線102の長手方向に平行な偏光成分(TE偏光)はワイヤグリッド偏光子100によって反射されやすく、偏光方向が長手方向に垂直な偏光成分(TM偏光)はワイヤグリッド偏光子100を透過しやすい。   FIG. 9 is a perspective view and a partially enlarged sectional view showing the structure of the basic wire grid polarizer 100. In the wire grid polarizer 100, a large number of linear metal thin wires 102 are arranged on a transparent substrate 101 at a constant pitch P (distance between the centers of two adjacent thin wires) P in parallel with each other. As indicated by thin lines and broken lines in FIG. 9, the light incident surface is usually a surface perpendicular to the longitudinal direction of the thin metal wire 102. When light having a wavelength sufficiently longer than the pitch P is incident on the wire grid polarizer 100, a polarization component (TE polarized light) whose polarization direction is parallel to the longitudinal direction of the thin metal wire 102 is easily reflected by the wire grid polarizer 100, A polarized light component (TM polarized light) whose polarization direction is perpendicular to the longitudinal direction is easily transmitted through the wire grid polarizer 100.

ワイヤグリッド偏光子100の性能を決める最も重要な因子は、金属細線102のピッチPと入射光の波長λとの関係である。ピッチPが波長のほぼ1/2以下である範囲で、図9に示した素子は偏光子として機能する。ピッチPが波長のほぼ2倍より大きい範囲では、図9に示した素子は回折格子として機能する。ピッチPが波長のほぼ1/2倍〜2倍である範囲では、反射特性と透過特性が著しく変化する。これは、「レイリー共鳴」として知られており、入射光が図9に示した素子を通過するときに高次の回折光が生じることによって起こる。レイリー共鳴が起こる波長の前後において、ワイヤグリッド偏光子としての性能は著しく低下する。   The most important factor that determines the performance of the wire grid polarizer 100 is the relationship between the pitch P of the fine metal wires 102 and the wavelength λ of the incident light. In the range where the pitch P is approximately ½ or less of the wavelength, the element shown in FIG. 9 functions as a polarizer. In the range where the pitch P is larger than about twice the wavelength, the element shown in FIG. 9 functions as a diffraction grating. In the range where the pitch P is approximately ½ to 2 times the wavelength, the reflection characteristics and the transmission characteristics change significantly. This is known as “Rayleigh resonance” and is caused by the occurrence of higher order diffracted light when incident light passes through the element shown in FIG. Before and after the wavelength at which Rayleigh resonance occurs, the performance as a wire grid polarizer is significantly reduced.

従って、図9に示した素子をワイヤグリッド偏光子100として用いるためには、レイリー共鳴が起こるのを避けるために、金属細線102のピッチPは入射光の波長の1/2以下にすることが必要である。例えば、波長が400〜800nmである可視光を偏光分離するためには、ピッチPは400nm/2=200nm以下であることが求められる。   Therefore, in order to use the element shown in FIG. 9 as the wire grid polarizer 100, the pitch P of the fine metal wires 102 should be ½ or less of the wavelength of incident light in order to avoid Rayleigh resonance. is necessary. For example, in order to polarize and separate visible light having a wavelength of 400 to 800 nm, the pitch P is required to be 400 nm / 2 = 200 nm or less.

その他に、ワイヤグリッド偏光子100の性能を決める要因として、金属細線102のピッチP、ピッチPに対する金属細線102の幅Wの比率W/P、光の透過方向における金属細線102の厚さT、および金属細線を構成する金属材料の種類などがある。一般的な傾向としては、ピッチPが小さい方が、とくに短波長領域においてTM偏光の透過率が向上する。ピッチPが一定であれば、金属細線102の厚さTが大きい方が、透過光の偏光度が大きくなる。また、金属細線102の幅Wが小さい方が、TM偏光の透過率が大きくなる。従って、ワイヤグリッド偏光子100の性能向上のためには、幅Wに対する厚さTの比T/W、すなわち金属細線102の断面のアスペクト比をある程度以上に大きくする必要がある。金属材料としては、反射率が大きい金属、例えばアルミニウムや銀などを用いることが望ましい。   Other factors that determine the performance of the wire grid polarizer 100 include the pitch P of the fine metal wires 102, the ratio W / P of the width W of the fine metal wires 102 to the pitch P, the thickness T of the fine metal wires 102 in the light transmission direction, In addition, there are types of metal materials constituting the metal thin wire. As a general tendency, when the pitch P is smaller, the transmittance of TM polarized light is improved particularly in a short wavelength region. If the pitch P is constant, the degree of polarization of transmitted light increases as the thickness T of the fine metal wires 102 increases. Moreover, the transmittance | permeability of TM polarized light becomes large when the width W of the metal fine wire 102 is small. Therefore, in order to improve the performance of the wire grid polarizer 100, it is necessary to increase the ratio T / W of the thickness T to the width W, that is, the aspect ratio of the cross section of the thin metal wire 102 to a certain extent. As the metal material, it is desirable to use a metal having a high reflectance, such as aluminum or silver.

さて、ワイヤグリッド偏光子の作製には、通常、半導体素子の製造に用いられるのと同様の、フォトリソグラフィ法およびエッチング法が用いられるが、後述の特許文献1には、表面にウェーブ形状の微細凹凸を有する透明樹脂基板を用いることにより、フォトリソグラフィ法を用いずに、リフトオフ法によって作製するワイヤグリッド型偏光子が提案されている。   Now, the fabrication of the wire grid polarizer usually uses a photolithography method and an etching method similar to those used in the manufacture of a semiconductor element. There has been proposed a wire grid polarizer manufactured by a lift-off method without using a photolithography method by using a transparent resin substrate having irregularities.

図10は、特許文献1に示されているワイヤグリッド偏光子110の作製方法のフローを示す断面図である。この作製方法では、まず、図10(a)に示した、一方の表面にウェーブ形状の微細な凹部111aおよび凸部111bを有する透明樹脂基板111を用意する。透明樹脂基板111は、例えば、ウェーブ形状の微細凹凸を有するスタンパーが取り付けられた金型を用いて、ポリカーボネート樹脂を射出成形法によって成形することによって作製する。スタンパーの微細凹凸のサイズは、例えば、凹部111aを基準とした凸部111bの高さが270nm、ピッチが300nmである。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing a flow of a manufacturing method of the wire grid polarizer 110 disclosed in Patent Document 1. In this manufacturing method, first, a transparent resin substrate 111 having a wave-shaped fine concave portion 111a and convex portion 111b on one surface shown in FIG. 10A is prepared. The transparent resin substrate 111 is produced, for example, by molding a polycarbonate resin by an injection molding method using a mold to which a stamper having wave-shaped fine irregularities is attached. Regarding the size of the fine irregularities of the stamper, for example, the height of the convex portions 111b with respect to the concave portions 111a is 270 nm and the pitch is 300 nm.

そして、この透明樹脂基板111の微細凹凸面全体に、図10(a)に示すように、真空蒸着法、スパッタリング法、または化学気相成長法(CVD)などによって、ポリスチレンなどからなるマスキング層112を形成する。   Then, as shown in FIG. 10A, a masking layer 112 made of polystyrene or the like is formed on the entire fine uneven surface of the transparent resin substrate 111 by a vacuum deposition method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD), or the like. Form.

次に、図10(b)に示すように、透明樹脂基板111の凹部111aに形成されたマスキング層112を残しつつ、凸部111bに形成されたマスキング層112を除去し、凸部111bの表面を露出させる。このマスキング層112の選択的な除去は、逆スパッタリング法や物理的エッチング法などを用いて行う。   Next, as shown in FIG. 10B, the masking layer 112 formed on the convex portion 111b is removed while leaving the masking layer 112 formed on the concave portion 111a of the transparent resin substrate 111, and the surface of the convex portion 111b. To expose. The selective removal of the masking layer 112 is performed using a reverse sputtering method, a physical etching method, or the like.

次に、図10(c)に示すように、真空蒸着法、スパッタリング法、またはCVD法などによって、透明樹脂基板111の表面全体にわたって、アルミニウムや銀などの金属層113を形成する。   Next, as shown in FIG. 10C, a metal layer 113 such as aluminum or silver is formed over the entire surface of the transparent resin substrate 111 by a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method, or the like.

次に、マスキング層112が可溶な溶媒、例えば、ポリスチレン層であればイソプロピルアルコールなどの溶媒に透明基板111を浸漬し、マスキング層112とともに凹部111aに堆積した金属層113を除去し、図10(d)に示すように、凸部111bに堆積した金属層113のみを残す。この際、超音波を照射して、超音波による振動によって、凹部111aと凸部111bの中間で金属層113を切断するのがよい。   Next, the transparent substrate 111 is immersed in a solvent in which the masking layer 112 is soluble, for example, a solvent such as isopropyl alcohol if the masking layer 112 is a polystyrene layer, and the metal layer 113 deposited on the recess 111a is removed together with the masking layer 112. As shown in (d), only the metal layer 113 deposited on the convex portion 111b is left. At this time, it is preferable to cut the metal layer 113 between the concave portion 111a and the convex portion 111b by irradiating ultrasonic waves and vibrating by the ultrasonic waves.

以上のようにして、透明樹脂基板111の表面の凸部111bのみに金属層113が形成され、凹部111aにおいては基板111の表面が露出した構造のワイヤグリッド型偏光子110が得られる。特許文献1には、このようにして、明るく、また偏光特性に優れたワイヤグリッド型偏光子110を容易に作製することが可能であると述べられている。   As described above, the metal grid 113 is formed only on the convex portion 111b on the surface of the transparent resin substrate 111, and the wire grid polarizer 110 having a structure in which the surface of the substrate 111 is exposed in the concave portion 111a is obtained. Patent Document 1 states that the wire grid polarizer 110 that is bright and excellent in polarization characteristics can be easily manufactured in this manner.

また、後述の特許文献2には、同様に表面にウェーブ形状の微細凹凸を有する透明基板を用い、斜め方向から金属材料を堆積させることによって、フォトリソグラフィ法を用いずにワイヤグリッド型偏光子を作製する方法が提案されている。   Further, in Patent Document 2 described later, a wire grid polarizer is used without using a photolithography method by similarly depositing a metal material from an oblique direction using a transparent substrate having wave-shaped fine irregularities on the surface. A manufacturing method has been proposed.

また、後述の特許文献3には、透明基板の上部に複数の直線状の凹凸構造が形成されており、凸部の上面及び/又は側面に接して導電体が設けられているワイヤグリッド偏光子が提案されている。図11は、特許文献3の図9〜11に示されているワイヤグリッド偏光子120a〜120cの構造を示す断面図である。   Further, in Patent Document 3 to be described later, a wire grid polarizer in which a plurality of linear concavo-convex structures are formed on the top of a transparent substrate, and a conductor is provided in contact with the upper surface and / or the side surface of the convex portion. Has been proposed. FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of the wire grid polarizers 120a to 120c shown in FIGS.

図11(a)は、凸部122の上面から側面の一部(上部)にかけて上部導電体層124と側部導電体層125aとが連設されている偏光素子120aを示し、図11(b)は、凸部122の側面の一部(上部)にのみ側部導電体層125bが形成されている偏光素子120bを示している。特許文献3には、偏光素子120aの上部導電体層124および側部導電体層125aは、凸部122の上方からスパッタリング法やCVD法などによって導電体材料を堆積させることによって形成すると記されている。また、偏光素子120bは、偏光素子120aと同様に上部導電体層124および側部導電体層125aを形成した後、研磨などによって上部導電体層124を除去することで形成すると記されている。   FIG. 11A shows a polarizing element 120a in which an upper conductor layer 124 and a side conductor layer 125a are connected from the upper surface of the convex portion 122 to a part of the side surface (upper portion). ) Shows the polarizing element 120b in which the side conductor layer 125b is formed only on a part (upper part) of the side surface of the convex part 122. Patent Document 3 states that the upper conductor layer 124 and the side conductor layer 125a of the polarizing element 120a are formed by depositing a conductor material from above the convex portion 122 by sputtering or CVD. Yes. Further, it is described that the polarizing element 120b is formed by forming the upper conductor layer 124 and the side conductor layer 125a in the same manner as the polarizing element 120a, and then removing the upper conductor layer 124 by polishing or the like.

図11(c)は、凸部122の側面全面に側部導電体層125cが形成されている偏光素子120cを示している。特許文献3には、側部導電体層125cは、凹凸構造の全面に無電解メッキなどにより導電体層を形成し、その後、指向性の高い、非等方性エッチング(例えば、反応性イオンエッチング)を用いて、凸部122の上面と凹部123の底面に堆積した導電体層を選択的に除去することによって形成すると記されている。   FIG. 11C shows a polarizing element 120 c in which a side conductor layer 125 c is formed on the entire side surface of the protrusion 122. In Patent Document 3, the side conductor layer 125c is formed by forming a conductor layer on the entire surface of the concavo-convex structure by electroless plating or the like, and then performing highly anisotropic anisotropic etching (for example, reactive ion etching). ) Is used to selectively remove the conductor layer deposited on the top surface of the convex portion 122 and the bottom surface of the concave portion 123.

特許文献3の主旨は、側部導電体層125bや125cのように、透明基板121の表面に直交する方向に主面をもつ導電体層によって、ワイヤグリッド偏光子を構成することにある。凸部122の上面に形成される上部導電体層124は、無用で、TM偏光の透過率を低下させる邪魔なものとみなされている。従って、ワイヤグリッド偏光子120bおよび120cの例のように、作製工程の途中で形成される上部導電体層124は、最終的には研磨や非等方性エッチングによって除去されるのが原則である。ワイヤグリッド偏光子120aのように上部導電体層124が残されている場合でも、それは偏光子を構成する導電体層として上部導電体層124を活用しようという意図からではなく、除去する手間を惜しんでのことに過ぎない。実際、特許文献3には、偏光素子120bでは、上部導電体層124を除去することによって、偏光素子120aに比べて挿入損失が向上すると述べられている。また、上部導電体層124の幅を最適化するといった記述は全くない。同様なワイヤグリッド偏光子は、後述の特許文献4にも提案されている。   The gist of Patent Document 3 is that a wire grid polarizer is constituted by a conductor layer having a principal surface in a direction orthogonal to the surface of the transparent substrate 121, such as the side conductor layers 125b and 125c. The upper conductor layer 124 formed on the upper surface of the convex portion 122 is unnecessary and is regarded as an obstacle to lowering the transmittance of TM polarized light. Therefore, as in the case of the wire grid polarizers 120b and 120c, the upper conductor layer 124 formed during the manufacturing process is finally removed by polishing or anisotropic etching in principle. . Even when the upper conductor layer 124 is left as in the wire grid polarizer 120a, it does not mean to use the upper conductor layer 124 as the conductor layer constituting the polarizer, but saves time and effort to remove it. It ’s just that. In fact, Patent Document 3 states that the insertion loss of the polarizing element 120b is improved by removing the upper conductor layer 124 compared to the polarizing element 120a. There is no description of optimizing the width of the upper conductor layer 124. A similar wire grid polarizer is also proposed in Patent Document 4 described later.

特開2006−47813号公報(第4−7頁、図1)JP 2006-47813 A (Page 4-7, FIG. 1) 特開2001−330728号公報(第3及び4頁、図1−4)JP 2001-330728 A (pages 3 and 4; FIGS. 1-4) 特開2002−328222号公報(第3−5、7及び8頁、図9−11)JP 2002-328222 A (pages 3-5, 7 and 8; FIGS. 9-11) 特開2008−145581号公報(第6−8頁、図1)JP 2008-145581 A (page 6-8, FIG. 1)

既述したように、ワイヤグリッド偏光子などのグリッド構造体の製造には、通常、リソグラフィ法とエッチング法とが用いられる。この場合、高いアスペクト比をもつグリッド構造体の作製には高い加工精度が必要になり、アスペクト比が大きくなるほど、製造時に発生する面内加工ばらつきが大きくなったり、長い加工時間が必要になったりするなどの問題が発生し、製造コストが上昇する。   As described above, a lithography method and an etching method are usually used for manufacturing a grid structure such as a wire grid polarizer. In this case, high processing accuracy is required to produce a grid structure having a high aspect ratio. The larger the aspect ratio, the greater the in-plane processing variation that occurs during manufacturing, and the longer the processing time is required. This causes problems such as the production cost.

また、半導体素子の製造に用いられる半導体プロセスは、適用できる基板サイズがウエハーと同じ程度のサイズまでに限定される。従って、半導体プロセスは、ウエハーサイズを越える大面積のグリッド構造体の作製には対応できない。   In addition, the semiconductor process used for manufacturing the semiconductor element is limited to a substrate size that can be applied to the same size as a wafer. Therefore, the semiconductor process cannot cope with the production of a grid structure having a large area exceeding the wafer size.

特許文献1〜4には、表面に複数の直線状の微細な凹凸構造が形成された透明基板を用いて、ワイヤグリッド偏光子を形成する方法が提案されている。とくに、特許文献1、2および4は、フォトリソグラフィ法などの微細加工方法を用いないでワイヤグリッド偏光子を形成している点で注目される。しかし、特許文献1および2のように、ウェーブ形状の凹凸構造を有する基板にグリッド構造体を形成した場合、応用範囲が極めて限定される。また、高いアスペクト比をもつグリッド構造体を作製することはできない。   Patent Documents 1 to 4 propose a method of forming a wire grid polarizer using a transparent substrate having a plurality of linear fine concavo-convex structures formed on the surface. In particular, Patent Documents 1, 2, and 4 are noted in that a wire grid polarizer is formed without using a fine processing method such as a photolithography method. However, as in Patent Documents 1 and 2, when the grid structure is formed on a substrate having a wave-shaped uneven structure, the application range is extremely limited. In addition, a grid structure having a high aspect ratio cannot be produced.

特許文献3および4では、断面が矩形状の凹凸構造の凹部や凸部側面に薄膜状の導電体を堆積させることによって、透明基板の表面に直交する方向に主面をもつ導電体層を形成し、これを金属細線として用いてワイヤグリッド偏光子を構成する例が示されている。この方法では、高いアスペクト比を有する金属細線を容易に形成できる利点がある。しかし、導電体層の成膜膜厚が、ワイヤグリッド偏光子を構成する金属細線の幅になるので、金属細線の幅を大きくするには、導電体層を成膜する際の膜厚を厚くするしかなく、成膜できる膜厚によってワイヤグリッド偏光子の設計が制約される。   In Patent Documents 3 and 4, a conductor layer having a main surface in a direction perpendicular to the surface of the transparent substrate is formed by depositing a thin film conductor on the concave and convex side surfaces of the concave-convex structure having a rectangular cross section. However, an example is shown in which a wire grid polarizer is configured using this as a thin metal wire. This method has an advantage that a thin metal wire having a high aspect ratio can be easily formed. However, since the film thickness of the conductor layer is the width of the fine metal wires constituting the wire grid polarizer, to increase the width of the fine metal wires, the film thickness when forming the conductor layer is increased. However, the design of the wire grid polarizer is limited by the film thickness that can be formed.

一方、特許文献3および4では、作製工程の途中で凸部の上面に形成される上部導電体層は無用なものとみなされ、わざわざ手間をかけて除去されるのが原則である。偏光子を構成する導電体層として上部導電体層を活用しようという意図や提案は、特許文献3および4には示されていない。このため、凹凸構造に厚さむらのない導電体層を形成する工程と、凸部の上方および凹部底面に形成された導電体層を選択的に除去する工程が必要になり、製造工程が多く複雑になることでコスト高になる。また、導電体層を形成する際の導電体層の膜質や膜厚のばらつきと、導電体層の一部を選択的に除去する際のばらつきが二重に重なるため、グリッド構造の均一性が低下する。特に大面積のグリッド構造を形成する際に、均一性を確保することが困難になる。   On the other hand, in Patent Documents 3 and 4, the upper conductor layer formed on the upper surface of the convex portion in the course of the manufacturing process is regarded as useless, and it is a rule that it is troublesome to remove it. Patent Documents 3 and 4 do not show the intention or proposal to use the upper conductor layer as the conductor layer constituting the polarizer. For this reason, a step of forming a conductor layer having a uniform thickness on the concavo-convex structure and a step of selectively removing the conductor layer formed above the convex portion and the bottom surface of the concave portion are necessary, and there are many manufacturing steps. Cost increases due to complexity. In addition, since the variation in the film quality and thickness of the conductor layer when forming the conductor layer and the variation in selectively removing a part of the conductor layer are doubled, the uniformity of the grid structure is improved. descend. In particular, when forming a large area grid structure, it becomes difficult to ensure uniformity.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、高いアスペクト比をもち、多様な目的に応用できる形状のグリッド構造体、及びそのグリッド構造体を簡易に作製でき、しかも、そのグリッド構造体がウエハーサイズを越える大きさであっても作製することのできるグリッド構造体の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is to provide a grid structure having a high aspect ratio and a shape applicable to various purposes, and the grid structure can be easily manufactured. And it is providing the manufacturing method of the grid structure which can be produced even if the grid structure is the magnitude | size exceeding a wafer size.

即ち、本発明は、
複数の細い直線状の凸部が互いに平行に一定のピッチで並んでいる表面構造を有する 基体と、
前記凸部の上面に配置された、細い直線状の上部機能性材料層と、
前記凸部の側面全体及び側方に、前記上部機能性材料層に連接して配置され、前記上 部機能性材料層とともに細線状の機能性部材を構成する、細い直線状の側部機能性材料 層と
からなり、隣り合う前記凸部間の凹部底面には前記基体が実質的に露出している、機能性グリッド構造体に係わるものである。
That is, the present invention
A substrate having a surface structure in which a plurality of thin linear protrusions are arranged in parallel with each other at a constant pitch;
A thin linear upper functional material layer disposed on the upper surface of the convex portion;
Thin linear side functionalities that are arranged on the entire side surface and lateral sides of the convex portion so as to be connected to the upper functional material layer and constitute a thin linear functional member together with the upper functional material layer. The functional grid structure includes a material layer, and the base body is substantially exposed on the bottom surface of the concave portion between the adjacent convex portions.

また、
基体の表面に、複数の細い直線状の凸部が互いに平行に一定のピッチで並んでいる表 面構造を形成する工程と、
前記凸部の上面、並びに側面全体及び側方に、それぞれ、細い直線状の上部機能性材 料層並びに側部機能性材料層を形成する工程と
を有する、機能性グリッド構造体の製造方法に係わるものである。
Also,
Forming a surface structure in which a plurality of thin linear protrusions are arranged in parallel with each other at a constant pitch on the surface of the substrate;
Forming a thin linear upper functional material layer and a side functional material layer on the upper surface, the entire side surface, and the sides of the convex portion, respectively, and a method for producing a functional grid structure. It is related.

本発明の機能性グリッド構造体では、基体の表面に、複数の細い直線状の凸部が互いに平行に一定のピッチで並ぶように形成されている。そして、前記凸部の上面に細い直線状の上部機能性材料層が配置されているばかりでなく、前記凸部の側面全体及び側方にも、前記上部機能性材料層に連接して細い直線状の側部機能性材料層が配置され、これらの層によって機能性部材が構成されている。前記機能性部材は、中身のない、前記凸部の上面と側面とを被覆する薄い層にすぎないが、実効的には中身のつまった機能性部材と同様に機能する。   In the functional grid structure of the present invention, a plurality of thin linear protrusions are formed on the surface of the base so as to be arranged in parallel with each other at a constant pitch. Further, not only a thin linear upper functional material layer is disposed on the upper surface of the convex portion, but also a thin straight line connected to the upper functional material layer on the entire side surface and the side of the convex portion. A side functional material layer is arranged, and a functional member is constituted by these layers. The functional member is merely a thin layer that does not have a content and covers the upper surface and side surfaces of the convex portion, but effectively functions in the same manner as a functional member that is filled with the content.

前記機能性部材の有効な幅は、前記凸部の幅に、側方にはみ出して形成される2つの前記側部機能性材料層の成膜膜厚を加算した大きさになる。また、前記機能性部材の有効な厚さは、前記基体の表面に垂直な方向における凸部の厚さに、前記上部機能性材料層の成膜膜厚を加算した大きさになる。そして、前記機能性部材は、これと同じ幅と厚さとを有する、中身のつまった機能性部材よりも、はるかに容易に作製することができる。従って、本発明の機能性グリッド構造体では、大きな有効厚さを有する前記機能性部材を作製することができ、隣り合うこれらの前記機能性部材によって挟まれる、厚さの大きい空間領域を、前記機能性部材の機能が発現する空間領域として利用することができる。   The effective width of the functional member is a size obtained by adding the film thickness of the two side functional material layers formed to protrude laterally to the width of the convex portion. Further, the effective thickness of the functional member is a size obtained by adding the film thickness of the upper functional material layer to the thickness of the convex portion in the direction perpendicular to the surface of the substrate. And the said functional member can be produced much more easily than the functional member with the same width and thickness as this. Therefore, in the functional grid structure of the present invention, the functional member having a large effective thickness can be produced, and a space region having a large thickness sandwiched between these functional members adjacent to each other is formed as described above. It can be used as a spatial region in which the function of the functional member is expressed.

しかも、本発明の機能性グリッド構造体では、前記機能性部材の寸法が、予め形成されている前記凸部のピッチ、幅、及び厚さと、前記上部機能性材料層及び前記側部機能性材料層の成膜膜厚などの成膜条件とによって定まるので、前記機能性部材の形成に際してフォトリソグラフィなどの微細加工方法が不要である。   Moreover, in the functional grid structure of the present invention, the dimensions of the functional member are the pitch, width, and thickness of the convex portions formed in advance, the upper functional material layer, and the side functional material. Since it is determined by the film forming conditions such as the film thickness of the layer, a fine processing method such as photolithography is not necessary when forming the functional member.

本発明の機能性グリッド構造体の製造方法は、本発明の機能性グリッド構造体を製造するための工程を有し、予め形成する前記凸部のピッチ、幅、及び厚さと、前記上部機能性材料層及び前記側部機能性材料層の成膜膜厚などの成膜条件とによって、前記機能性部材の寸法を定めることができる。このため、前記機能性部材の形成に際し、成膜工程のみを行えばよく、フォトリソグラフィ手段などの大がかりな設備を要する微細加工工程が不要である。従って、フォトリソグラフィなどの微細加工方法を適用できない、ウエハーサイズを越える大きさであっても、簡易に、生産性よく、低コストで、本発明の機能性グリッド構造体を製造することができる。   The manufacturing method of the functional grid structure of the present invention includes a process for manufacturing the functional grid structure of the present invention, and the pitch, width, and thickness of the projections to be formed in advance, and the upper functionality. The dimensions of the functional member can be determined by the film formation conditions such as the film thickness of the material layer and the side functional material layer. For this reason, when the functional member is formed, only the film forming process needs to be performed, and a fine processing process requiring a large facility such as a photolithography means is unnecessary. Therefore, the functional grid structure of the present invention can be manufactured easily, with high productivity and at low cost, even if the size exceeds the wafer size, to which a microfabrication method such as photolithography cannot be applied.

本発明の機能性グリッド構造体において、前記基体の前記表面構造が、前記基体の主部を構成する材料とは異なる材料によって形成されているのがよい。前記基体の前記表面構造と前記主部とで材料を使い分けることによって、多様な材質の前記主部を用いて、本発明の機能性グリッド構造体を作製することができる。例えば、前記基体の前記主部として有機樹脂フィルムを用いれば、軽量で、フレキシブルで、耐衝撃性のある機能性グリッド構造体を作製することができる。また、前記凸部の構成材料として紫外線硬化樹脂または熱可塑性樹脂を用い、モールドに形成された凹凸構造をナノインプリント法によって転写すれば、フォトリソグラフィなどの微細加工技術を用いずに、容易に、生産性よく凸部を形成することができる。   In the functional grid structure of the present invention, it is preferable that the surface structure of the base is made of a material different from a material constituting a main part of the base. By using different materials for the surface structure of the base and the main part, the functional grid structure of the present invention can be manufactured using the main part of various materials. For example, if an organic resin film is used as the main part of the substrate, a lightweight, flexible, and impact-resistant functional grid structure can be manufactured. In addition, if UV curable resin or thermoplastic resin is used as the material for the convex part and the concavo-convex structure formed on the mold is transferred by the nanoimprint method, it can be easily produced without using fine processing techniques such as photolithography. A convex part can be formed with good properties.

また、光学素子として構成されているのがよい。例えば、前記上部機能性材料層及び前記側部機能性材料層が金属層からなり、これらの金属層によって光が反射されるワイヤグリッド回折格子として構成されているのがよい。   Moreover, it is good to comprise as an optical element. For example, the upper functional material layer and the side functional material layer may be composed of metal layers, and may be configured as a wire grid diffraction grating in which light is reflected by these metal layers.

この際、前記上部金属層及び前記側部金属層を構成する材料は、光を反射しやすい材料が好ましく、例えば、アルミニウムや銀がよい。ただし、純アルミニウムを用いて成膜を行うと、成膜粒子の粒径が数10nm程度に大きくなり、nmサイズの金属細線を形成する場合には、ラインエッジに凹凸を生じたり、アルミニウム膜の膜質が場所ごとに変化したりする原因になることがある。このようなばらつきは、アルミニウム膜の光反射率を低下させる。   At this time, the material constituting the upper metal layer and the side metal layer is preferably a material that easily reflects light, such as aluminum or silver. However, when film formation is performed using pure aluminum, the particle size of the film formation particles becomes as large as several tens of nanometers. It may cause film quality to change from place to place. Such variation reduces the light reflectivity of the aluminum film.

こういった場合には、少量の添加物を添加した合金を用いるのがよい。例えば、アルミニウムに対してケイ素及び/又は銅を微量(例えば、0.5〜1質量%)添加した材料を用いることによって、成膜粒子の粒径を小さくし、金属細線のラインエッジに生じる凹凸や、アルミニウム膜の膜質の場所ごとの変化を小さく抑え、アルミニウム膜の光反射率を高くすることができる。また、構成材料として銀を用いる場合にも、同様の現象が生じた場合には、銀に対してパラジウム及び/又は銅を微量(例えば、0.5〜1質量%)を添加した材料を用いることが有効である。構成材料としてその他の金属を用いる場合にも、大きな成膜粒子の発生を抑えるために、微量の別材料を添加した材料を用いることが望ましい。   In such a case, it is preferable to use an alloy to which a small amount of additive is added. For example, by using a material in which a small amount (for example, 0.5 to 1% by mass) of silicon and / or copper is added to aluminum, the particle size of the film-forming particles is reduced, and the irregularities generated at the line edge of the fine metal wire In addition, it is possible to suppress a change in the film quality of the aluminum film for each location and to increase the light reflectance of the aluminum film. In addition, when silver is used as a constituent material, if a similar phenomenon occurs, a material obtained by adding a trace amount (for example, 0.5 to 1% by mass) of palladium and / or copper to silver is used. It is effective. Even when another metal is used as a constituent material, it is desirable to use a material to which a small amount of another material is added in order to suppress generation of large film-forming particles.

また、前記上部機能性材料層及び前記側部機能性材料層が金属層からなり、電極集合体として構成されているのがよい。   The upper functional material layer and the side functional material layer may be formed of a metal layer and configured as an electrode assembly.

本発明の機能性グリッド構造体の製造方法において、前記基体の前記表面に垂直な方向から前記凸部の配列方向へ所定の角度θだけ傾いた所定の方向から、前記凸部の上面及び側方にかけて機能性材料を堆積させることによって、隣り合う前記凸部間の凹部底面に前記機能性材料を実質的に堆積させることなく、前記上部機能性材料層及び前記側部機能性材料層を形成するのがよい。   In the method for producing a functional grid structure according to the present invention, the upper surface and the lateral sides of the protrusions from a predetermined direction inclined by a predetermined angle θ from the direction perpendicular to the surface of the base to the arrangement direction of the protrusions. The upper functional material layer and the side functional material layer are formed without substantially depositing the functional material on the bottom surface of the concave portion between the adjacent convex portions. It is good.

この際、前記所定の方向から所定の期間成膜した後、前記表面に垂直な方向に関して前記所定の方向と左右対称の方向から所定の期間成膜する一連の工程を、必要回数繰り返して行うのがよい。また、前記上部機能性材料層及び前記側部機能性材料層の厚さの増加に対応して、前記所定の角度θを徐々に小さくしていくのがよい。   At this time, after a film is formed for a predetermined period from the predetermined direction, a series of steps for forming the film for a predetermined period from a direction symmetrical to the predetermined direction with respect to the direction perpendicular to the surface is repeated as many times as necessary. Is good. Further, it is preferable that the predetermined angle θ is gradually reduced in response to an increase in thickness of the upper functional material layer and the side functional material layer.

或いはまた、前記基体の前記表面に機能性材料を堆積させた後、エッチバックすることにより、隣り合う前記凸部間の凹部底面に堆積した前記機能性材料を除去し、かつ、前記凸部の上面及び側方にかけて堆積した前記機能性材料の一部を残して、前記上部機能性材料層及び前記側部機能性材料層を形成するのがよい。   Alternatively, after the functional material is deposited on the surface of the base body, the functional material deposited on the bottom surface of the concave portion between the adjacent convex portions is removed by etching back, and the convex portion The upper functional material layer and the side functional material layer may be formed while leaving a part of the functional material deposited on the upper surface and the side.

また、前記基体の前記表面に、前記基体の主部を構成する材料とは異なる材料によって前記凸部を形成するのがよい。   Further, it is preferable that the convex portion is formed on the surface of the base body with a material different from a material constituting the main part of the base body.

この際、
凹凸パターンが形成されたモールドを作製する工程と、
前記凸部の構成材料に前記モールドを押し当て、前記凹凸パターンを転写して前記凸 部を形成する工程と
を有するのがよい。
On this occasion,
Producing a mold having a concavo-convex pattern;
A step of pressing the mold against a constituent material of the convex portion and transferring the concave / convex pattern to form the convex portion.

詳しくは、
前記基体の前記表面に、前記凸部の構成材料として樹脂層を配置する工程と、
前記樹脂層に前記モールドを押し当て、前記樹脂層を前記凹凸パターンに相補的な形 状に成形する工程と、
前記成形中、及び/又は前記成形後、前記樹脂層を硬化させ、前記凸部を形成する工 程と、
前記モールドを剥離させる工程と
を有するのがよい。
For more information,
Disposing a resin layer as a constituent material of the convex portion on the surface of the base;
Pressing the mold against the resin layer, and molding the resin layer in a shape complementary to the concavo-convex pattern;
A step of curing the resin layer during the molding and / or after the molding to form the convex portions;
A step of peeling the mold.

この際、前記樹脂層として紫外線硬化性樹脂層を塗布法又は印刷法によって配置し、紫外線透過性のモールドによって成形後、前記モールドを通して紫外線を照射して前記紫外線硬化性樹脂層を硬化させるのがよい。   At this time, an ultraviolet curable resin layer is disposed as the resin layer by a coating method or a printing method, and after molding with an ultraviolet transmissive mold, the ultraviolet curable resin layer is cured by irradiating ultraviolet rays through the mold. Good.

次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。   Next, a preferred embodiment of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the drawings.

実施の形態1
実施の形態1では、主として、請求項1、3〜5に記載した機能性グリッド構造体、および請求項7〜10に記載した機能性グリッド構造体の製造方法の例として、ワイヤグリッド回折格子およびその製造方法について説明する。
Embodiment 1
In the first embodiment, mainly as an example of the functional grid structure described in claims 1 and 3 to 5 and the method for manufacturing the functional grid structure described in claims 7 to 10, a wire grid diffraction grating and The manufacturing method will be described.

図1は、実施の形態1に基づくワイヤグリッド回折格子10の構造を示す断面図および部分拡大図である。ワイヤグリッド回折格子10では、前記基体である光透過性支持体1の表面上に、複数の細い直線状の凸部2が互いに平行に一定のピッチPで並ぶように形成されている。この例では光透過性支持体1と凸部2とは同じ材料からなり、例えば、ガラス板の表面にフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングとによって凸部2が形成されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view and a partially enlarged view showing a structure of a wire grid diffraction grating 10 based on the first embodiment. In the wire grid diffraction grating 10, a plurality of thin linear protrusions 2 are formed in parallel with each other at a constant pitch P on the surface of the light-transmitting support 1 that is the base. In this example, the light-transmissive support 1 and the convex portion 2 are made of the same material. For example, the convex portion 2 is formed on the surface of a glass plate by photolithography and reactive ion etching.

凸部2の上面には、細い直線状の上部金属層4が配置され、凸部2の側面全体および側方にも、細い直線状の側部金属層5が上部金属層4に連接して配置されている。これら、上部金属層4と側部金属層5とによって金属細線6が構成され、ワイヤグリッド回折格子10が形成されている。上部金属層4、側部金属層5、および金属細線6は、それぞれ、前記上部機能性材料層、前記側部機能性材料層、および前記機能性部材に相当する。上部金属層4および側部金属層5は、斜め方向から蒸着法またはスパッタリング法によって金属材料を堆積させることによって形成される。金属材料は、光を反射しやすい材料が好ましく、例えば、アルミニウムや銀がよい。ただし、純アルミニウムや純銀を用いて成膜を行うと、成膜粒子の粒径が大きくなり過ぎる場合には、既述したように、アルミニウムに対しては、ケイ素及び/又は銅を微量(例えば、0.5〜1質量%)添加し、銀に対しては、パラジウム及び/又は銅を微量(例えば、0.5〜1質量%)を添加する。   A thin linear upper metal layer 4 is disposed on the upper surface of the convex portion 2, and the thin linear side metal layer 5 is connected to the upper metal layer 4 on the entire side surface and the side of the convex portion 2. Has been placed. The upper metal layer 4 and the side metal layer 5 constitute a thin metal wire 6 to form a wire grid diffraction grating 10. The upper metal layer 4, the side metal layer 5, and the fine metal wire 6 correspond to the upper functional material layer, the side functional material layer, and the functional member, respectively. The upper metal layer 4 and the side metal layer 5 are formed by depositing a metal material by an evaporation method or a sputtering method from an oblique direction. The metal material is preferably a material that easily reflects light, such as aluminum or silver. However, when film formation is performed using pure aluminum or pure silver, if the particle diameter of the film formation particle becomes too large, as described above, a small amount of silicon and / or copper (for example, , 0.5 to 1% by mass), and a small amount of palladium and / or copper (for example, 0.5 to 1% by mass) is added to silver.

金属細線6は、中身のつまった真の金属細線ではなく、実体は、凸部2の上面と側面とを被覆する薄い金属層にすぎない。しかしながら、この中身のない金属細線6が、中身のつまった真の金属細線と同様に、ワイヤグリッド回折格子10を構成できることを、本発明者は発見した(特願2008−291932参照。)。ワイヤグリッド回折格子10を構成する金属細線の中身がつまっている必要がないことは、金属と光の相互作用が金属の表面を占めている自由電子の働きによって起こることを考えると、当然のことと考えられる。従って、上部金属層4および側部金属層5の膜厚としては、光が透過してしまわない程度の厚さがあれば十分である。ここでは、金属細線6を中身のつまった金属細線と同様に考えることができると仮定して、ワイヤグリッド回折格子10の性能を決める諸量について検討する。以下、説明を簡単にするために、入射光を光透過性支持体1の表面に垂直に入射させる場合を考えることにする。   The thin metal wire 6 is not a true thin metal wire, and the substance is merely a thin metal layer covering the upper surface and the side surface of the convex portion 2. However, the present inventor has found that the metal fine wire 6 without the content can constitute the wire grid diffraction grating 10 in the same manner as the true metal fine wire with the content (see Japanese Patent Application No. 2008-291932). The fact that the contents of the fine metal wires constituting the wire grid diffraction grating 10 do not have to be clogged is natural considering that the interaction between the metal and light is caused by the action of free electrons occupying the surface of the metal. it is conceivable that. Accordingly, it is sufficient that the upper metal layer 4 and the side metal layer 5 have a thickness that does not transmit light. Here, various quantities that determine the performance of the wire grid diffraction grating 10 are examined on the assumption that the fine metal wires 6 can be considered in the same manner as the filled fine metal wires. Hereinafter, in order to simplify the description, a case where incident light is incident on the surface of the light-transmissive support 1 perpendicularly will be considered.

図1から明らかなように、金属細線6のピッチは、凸部2の並びのピッチPと同じになる。また、部分拡大図に示したように、金属細線6の有効な幅Wは、凸部2の幅Wgに、側方にはみ出して形成される2つの側部金属層5の成膜膜厚Tsを加算した大きさになる。
W = Wg+2Ts
また、金属細線6の有効な厚さTは、光が金属細線6間を通り抜ける際に、透過方向において感じる金属細線6の厚さである。部分拡大図から、これは、光の透過方向における側部金属層5の厚さに等しい。ただし、側部金属層5の厚さと言っても、その実体は、光の透過方向において側部金属層5が占めている幅である。図1に示すように、側部金属層5は凸部2の側面全面および上部金属層4の側方に設けられているので、金属細線6の有効な厚さTは、光の透過方向における凸部の厚さ(凹部3の底面を基準とする、凸部2の高さ)Tgに上部金属層4の成膜膜厚Tuを加算した大きさになる。
T = Tg+Tu
As is apparent from FIG. 1, the pitch of the fine metal wires 6 is the same as the pitch P of the protrusions 2 arranged. Further, as shown in the partial enlarged view, the effective width W of the fine metal wire 6 is the film thickness Ts of the two side metal layers 5 formed so as to protrude laterally to the width Wg of the convex portion 2. It becomes the size which added.
W = Wg + 2Ts
Further, the effective thickness T of the fine metal wire 6 is the thickness of the fine metal wire 6 that is felt in the transmission direction when light passes between the fine metal wires 6. From the partially enlarged view, this is equal to the thickness of the side metal layer 5 in the light transmission direction. However, even if it is the thickness of the side metal layer 5, the substance is the width which the side metal layer 5 occupies in the light transmission direction. As shown in FIG. 1, since the side metal layer 5 is provided on the entire side surface of the convex portion 2 and on the side of the upper metal layer 4, the effective thickness T of the fine metal wire 6 is determined in the light transmission direction. This is a size obtained by adding the film thickness Tu of the upper metal layer 4 to the thickness of the convex portion (the height of the convex portion 2 with respect to the bottom surface of the concave portion 3) Tg.
T = Tg + Tu

上記のように、ワイヤグリッド回折格子10では、金属細線6の有効厚さTは、上部金属層4の膜厚Tuに、光の透過方向における凸部2の厚さTgを加算した大きさになる。従って、図9に示した従来のワイヤグリッド偏光子100のように、光の透過方向における金属細線102の厚さTを金属層の膜厚のみで実現する素子に比べて、凸部2の厚さTgの分だけ上部金属層4の膜厚Tuを薄くすることができ、容易に作製することができる。この際、凸部2の側面全面に側部金属層5が形成されるので、特許文献3に提案されているワイヤグリッド偏光子120a(図11(a)参照。)のように、凸部122の側面の一部(上部)にのみ側部導電体層125aが形成される素子に比べて、凸部2の側面をより有効に利用することができる。また、特許文献3または4に提案されているワイヤグリッド偏光子のように、金属細線を側部金属層のみで実現する素子(図11(c)参照。)に比べて、上部金属層4の膜厚Tuの分だけ凸部2の厚さTgを薄くすることができるので、凸部2の作製が容易になる。   As described above, in the wire grid diffraction grating 10, the effective thickness T of the fine metal wire 6 is a size obtained by adding the thickness Tg of the convex portion 2 in the light transmission direction to the thickness Tu of the upper metal layer 4. Become. Therefore, as in the conventional wire grid polarizer 100 shown in FIG. 9, the thickness of the convex portion 2 is larger than that of an element that realizes the thickness T of the thin metal wire 102 in the light transmission direction only by the thickness of the metal layer. The film thickness Tu of the upper metal layer 4 can be reduced by the thickness Tg, and can be easily manufactured. At this time, since the side metal layer 5 is formed on the entire side surface of the convex portion 2, the convex portion 122 is formed like a wire grid polarizer 120 a (see FIG. 11A) proposed in Patent Document 3. Compared with the element in which the side conductor layer 125a is formed only on a part (upper part) of the side surface, the side surface of the convex portion 2 can be used more effectively. Moreover, compared with the element (refer FIG.11 (c)) which implement | achieves a metal fine wire only by a side metal layer like the wire grid polarizer proposed by patent document 3 or 4, the upper metal layer 4 is sufficient. Since the thickness Tg of the convex portion 2 can be reduced by the film thickness Tu, the convex portion 2 can be easily manufactured.

また、金属細線6の幅Wは、凸部2の幅Wgと2つの側部金属層5の膜厚Tsとを加算した大きさになるので、凸部2の幅Wgを適切に選択することによって、側部金属層5の膜厚Tsとは独立に、金属細線6の幅Wを所定の大きさに定めることができる。従って、ワイヤグリッド回折格子10は、特許文献3または4に提案されているワイヤグリッド偏光子のように、金属細線の幅が側部金属層の膜厚と同じ大きさに決まってしまう素子(図11(c)参照。)に比べて、設計の自由度がはるかに大きく、作製が容易になる。   Moreover, since the width W of the thin metal wire 6 is the sum of the width Wg of the convex portion 2 and the film thickness Ts of the two side metal layers 5, the width Wg of the convex portion 2 should be appropriately selected. Thus, the width W of the thin metal wire 6 can be set to a predetermined size independently of the film thickness Ts of the side metal layer 5. Accordingly, the wire grid diffraction grating 10 is an element (such as a wire grid polarizer proposed in Patent Document 3 or 4) in which the width of the fine metal wire is determined to be the same as the film thickness of the side metal layer (see FIG. 11 (c)), the degree of freedom of design is much greater and the fabrication becomes easier.

しかも、ワイヤグリッド回折格子10の性能を決める諸量が、予め形成されている凸部2のピッチP、幅Wg、および厚さTgと、上部金属層4の成膜膜厚Tuおよび側部金属層5の成膜膜厚Tsなどの成膜条件によって定まるので、金属細線6の形成に際してリソグラフィなどの微細加工方法が不要である。従って、その大きさがウエハーサイズを越える大きさであっても作製することができる。また、上部金属層4および側部金属層5の成膜膜厚を薄くすることにより、成膜時間の短縮や膜厚のばらつきの縮小を可能とし、歩留まり向上につながる。   In addition, various quantities that determine the performance of the wire grid diffraction grating 10 are the pitch P, width Wg, and thickness Tg of the protrusions 2 formed in advance, the film thickness Tu of the upper metal layer 4 and the side metal. Since it is determined by the film forming conditions such as the film thickness Ts of the layer 5, a fine processing method such as lithography is not necessary when forming the thin metal wire 6. Therefore, even if the size exceeds the wafer size, it can be manufactured. In addition, by reducing the film thickness of the upper metal layer 4 and the side metal layer 5, it is possible to reduce the film formation time and the film thickness variation, leading to an improvement in yield.

図2は、ワイヤグリッド回折格子10の作製工程のフローを示す断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing a flow of a manufacturing process of the wire grid diffraction grating 10.

まず、図2(a)に示すように、光透過性支持体1を用意する。光透過性支持体1はガラス板や有機樹脂板である。この表面に、例えばフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングとによって、複数の細い直線状の凸部2が互いに平行に一定のピッチPで並んでいる表面構造を形成する。   First, as shown in FIG. 2A, a light transmissive support 1 is prepared. The light transmissive support 1 is a glass plate or an organic resin plate. A surface structure in which a plurality of thin linear protrusions 2 are arranged in parallel with each other at a constant pitch P is formed on this surface by, for example, photolithography and reactive ion etching.

次に、図2(b)に示すように、斜め方向から蒸着法またはスパッタリング法によって金属材料を堆積させることによって、凸部2の上面、並びに一方の側面全面および側方に、選択的に上部金属層4および側部金属層5aを形成する。   Next, as shown in FIG. 2 (b), by depositing a metal material by an evaporation method or a sputtering method from an oblique direction, an upper portion is selectively formed on the upper surface of the convex portion 2 and the entire side surface and one side surface. The metal layer 4 and the side metal layer 5a are formed.

金属材料を出射する蒸着源またはターゲットは、光透過性支持体1の表面に垂直な方向から、凸部2の配列方向へ所定の角度θだけ傾いた方向に配置する。角度θは、凸部2が作る影に、隣り合う凸部2間の凹部3の底面がちょうど収まり、凹部3の底面に金属材料が堆積することのない角度とする。別の言い方をすると、凸部2の最下部と凹部3との境界の位置Aから、凹部3を挟んで隣り合う凸部2の上端の角Bを見上げる方向に蒸着源またはターゲットを配置する。すなわち、角度θは次式
θ=arc tan((P−Wg)/Tg)
で与えられる。
The vapor deposition source or target that emits the metal material is arranged in a direction inclined by a predetermined angle θ from the direction perpendicular to the surface of the light transmissive support 1 to the arrangement direction of the convex portions 2. The angle θ is an angle at which the bottom surface of the concave portion 3 between the adjacent convex portions 2 just fits in the shadow created by the convex portion 2 and no metal material is deposited on the bottom surface of the concave portion 3. In other words, the vapor deposition source or the target is arranged in a direction in which the upper end corner B of the adjacent convex portion 2 is looked up from the position A of the boundary between the lowermost portion of the convex portion 2 and the concave portion 3. That is, the angle θ is expressed by the following equation: θ = arc tan ((P−Wg) / Tg)
Given in.

角度をθよりも大きくすると、凸部2の最下部に金属材料が堆積しない領域が生じる。逆に、角度をθよりも小さくすると、凹部3の底面の一部に金属材料が堆積する。角度をθとすることで、凹部3の底面に金属材料を実質的に堆積させることなく、凸部2の上面および一側面の全領域に選択的に、それぞれ細い直線状の上部金属層4および側部金属層5aを形成することができる。   When the angle is larger than θ, a region where no metal material is deposited is generated at the lowermost portion of the convex portion 2. Conversely, when the angle is smaller than θ, the metal material is deposited on a part of the bottom surface of the recess 3. By setting the angle to θ, a thin linear upper metal layer 4 is selectively formed on the upper surface and one side surface of the convex portion 2 without substantially depositing a metal material on the bottom surface of the concave portion 3. The side metal layer 5a can be formed.

実際の成膜では、散乱などによって単純な直線運動では考えられない振る舞いをする成膜粒子も現れてくる。このような複雑な現象に対処するために、所定の角度θの前後に角度を少し変えて成膜したワイヤグリッド回折格子10をいくつか試作し、断面の透過電子顕微鏡(TEM)解析などによって凹部3への金属材料の堆積状況を観察して、求める特性に最も近い特性が得られる成膜角度を選ぶことが望ましい。なお、上記「凹部3の底面に金属材料を実質的に堆積させず」の「実質的に堆積させず」とは、「散乱などによって凹部3の底面に少量の金属材料が堆積するとしても、光の透過を妨げ、ワイヤグリッド回折格子10の性能を本質的に変化させてしまうほどの堆積はない」という意味である。   In actual film formation, film-forming particles that behave in an unthinkable manner due to scattering or the like appear. In order to cope with such a complicated phenomenon, several prototypes of wire grid diffraction gratings 10 formed by changing the angle slightly before and after the predetermined angle θ are fabricated, and concave portions are formed by transmission electron microscope (TEM) analysis of a cross section. It is desirable to observe the state of deposition of the metal material on No. 3 and select a film forming angle at which a characteristic closest to the desired characteristic is obtained. Note that “substantially do not deposit metal material on the bottom surface of the recess 3” means that “a small amount of metal material is deposited on the bottom surface of the recess 3 due to scattering, etc.” "There is not enough deposition to prevent light transmission and essentially change the performance of the wire grid grating 10".

上記のようにして所定の方向から所定の期間成膜した後、図2(c)に示すように、表面に垂直な方向に関して前記所定の方向と左右対称の方向から所定の期間成膜する。このようにして、凸部2の上面および左右反対側の一側面に選択的に、それぞれ細い直線状の上部金属層4および側部金属層5bを形成する。   After the film is formed for a predetermined period from the predetermined direction as described above, the film is formed for a predetermined period from a direction symmetrical to the predetermined direction with respect to the direction perpendicular to the surface as shown in FIG. In this manner, the thin linear upper metal layer 4 and the side metal layer 5b are selectively formed on the upper surface of the convex portion 2 and one side surface on the opposite side.

この後、図2(b)および図2(c)に示した一連の工程を、必要回数繰り返して行い、図2(d)に示すように、凹部3の底面に金属材料を実質的に堆積させることなく、凸部2の上面および両側方に選択的に、それぞれ細い直線状の上部金属層4および側部金属層5を形成する。   Thereafter, the series of steps shown in FIGS. 2B and 2C are repeated as many times as necessary, and a metal material is substantially deposited on the bottom surface of the recess 3 as shown in FIG. 2D. Without being formed, a thin linear upper metal layer 4 and side metal layer 5 are selectively formed on the upper surface and both sides of the convex portion 2, respectively.

この際、凸部2の最下部近辺の側面では、成膜が進行すると、上部金属層4および側部金属層5の成膜膜厚の増加にともない、上部金属層4および側部金属層5が作る影に入り、金属材料が入射して来ない領域が次第に大きくなる。側部金属層5の膜厚のうち、凸部2の最下部近辺の側面に形成される側部金属層5の膜厚が、上部側面に形成される側部金属層5の膜厚に比べて小さいのはこのためである。上部金属層4が作る影の影響を小さくするには、上部金属層4および側部金属層5の膜厚の増加に対応して、成膜角度を初期の値から徐々に小さくしていくのがよい。   At this time, on the side surface in the vicinity of the lowermost portion of the convex portion 2, as film formation proceeds, the upper metal layer 4 and the side metal layer 5 are increased as the film thickness of the upper metal layer 4 and the side metal layer 5 increases. The area where the metal material does not enter gradually becomes larger. Of the film thickness of the side metal layer 5, the film thickness of the side metal layer 5 formed on the side surface in the vicinity of the lowermost portion of the convex portion 2 is compared with the film thickness of the side metal layer 5 formed on the upper side surface. This is why it is small. In order to reduce the influence of the shadow produced by the upper metal layer 4, the film forming angle is gradually reduced from the initial value corresponding to the increase in the film thickness of the upper metal layer 4 and the side metal layer 5. Is good.

図1の拡大図に示したように、斜め方向から成膜を行うと、側部金属層5が形成されるため、金属細線6の幅Wは、2つの側部金属層5の膜厚分2Tsだけ、凸部2の幅Wgよりも大きくなる(W=Wg+2Ts)。従って、凸部2の幅Wgは、成膜後に金属細線6の間に必要な隙間が残るように、側部金属層5の膜厚Tsを考慮して設定する(Wg=W−2Ts)。   As shown in the enlarged view of FIG. 1, when the film is formed from an oblique direction, the side metal layer 5 is formed. Therefore, the width W of the thin metal wire 6 is equal to the film thickness of the two side metal layers 5. Only 2Ts becomes larger than the width Wg of the convex part 2 (W = Wg + 2Ts). Accordingly, the width Wg of the convex portion 2 is set in consideration of the film thickness Ts of the side metal layer 5 so that a necessary gap remains between the fine metal wires 6 after film formation (Wg = W−2Ts).

上部金属層4の膜厚Tuと側部金属層5の膜厚Tsとの間には下記の関係がある。
Ts=Tu×tanθ
θ一定の下で上部金属層4の膜厚Tuを大きくしようとすると、これにつれて側部金属層5の膜厚Tsも大きくなるので、結果的に凸部2の幅Wgをより狭めることが必要になり、凸部2の形成が困難になる場合がある。このような場合には、凸部2の高さTgをできるだけ大きくするのがよい。このようにすると、成膜角度θを小さくすることができるので、凸部2の側方に堆積する金属材料を減らすことができ、側部金属層5の膜厚Tsを小さく抑えたまま、上部金属層4の膜厚Tuを大きくすることができる。
The following relationship exists between the film thickness Tu of the upper metal layer 4 and the film thickness Ts of the side metal layer 5.
Ts = Tu × tanθ
If an attempt is made to increase the film thickness Tu of the upper metal layer 4 under a constant θ, the film thickness Ts of the side metal layer 5 also increases accordingly, and as a result, it is necessary to further reduce the width Wg of the protrusion 2. It may become difficult to form the convex portion 2. In such a case, it is preferable to make the height Tg of the convex portion 2 as large as possible. In this way, since the film forming angle θ can be reduced, the metal material deposited on the side of the convex portion 2 can be reduced, and the upper portion of the side metal layer 5 can be reduced while keeping the film thickness Ts small. The film thickness Tu of the metal layer 4 can be increased.

図3は、ワイヤグリッド回折格子10の作製工程で用いられる成膜方法を示す説明図である。図3(a)は、図2(b)および(c)に対応しており、光透過性支持体1の傾斜角度を変えることによって、成膜角度を変える方法を示している。図3(b)は、コリメータ12によって成膜粒子の運動方向を制御することによって、成膜角度を設定する方法を示している。この方法によれば、凸部2の両側面にそれぞれ側部金属層5aおよび側部金属層5bを同時に形成することができる。   FIG. 3 is an explanatory view showing a film forming method used in the manufacturing process of the wire grid diffraction grating 10. FIG. 3A corresponds to FIGS. 2B and 2C and shows a method of changing the film forming angle by changing the tilt angle of the light-transmissive support 1. FIG. 3B shows a method of setting the film formation angle by controlling the movement direction of the film formation particles by the collimator 12. According to this method, the side metal layer 5a and the side metal layer 5b can be simultaneously formed on both side surfaces of the convex portion 2, respectively.

図4は、ワイヤグリッド回折格子10の作製工程で用いられる成膜方法を示す別の説明図である。先述したように、成膜が進行すると、上部金属層4および側部金属層5の成膜膜厚の増加にともない、凸部2の最下部近辺の側面には、上部金属層4および側部金属層5が作る影に入り、金属材料が入射して来ない領域が次第に大きくなる。この影響を小さくするには、上部金属層4および側部金属層5の膜厚の増加に対応して、成膜角度を初期の値から徐々に小さくしていくのがよい。図4は、その際の変化を示しており、成膜の進行(a)→(b)→(c)→(d)→(e)とともに、成膜角度をθa→θb→θc→θd→θe(θa>θb>θc>θd>θe)と変えていくことを示している。   FIG. 4 is another explanatory view showing a film forming method used in the manufacturing process of the wire grid diffraction grating 10. As described above, when the film formation proceeds, the upper metal layer 4 and the side portion are formed on the side surfaces near the bottom of the convex portion 2 as the film thicknesses of the upper metal layer 4 and the side metal layer 5 increase. The region where the metal layer 5 enters the shadow and the metal material does not enter gradually increases. In order to reduce this influence, it is preferable to gradually decrease the film formation angle from the initial value in accordance with the increase in the film thickness of the upper metal layer 4 and the side metal layer 5. FIG. 4 shows changes at that time, and the film formation angle is changed from θa → θb → θc → θd → along with the progress of film formation (a) → (b) → (c) → (d) → (e). It is shown that θe (θa> θb> θc> θd> θe) is changed.

以上に説明したように、本実施の形態のワイヤグリッド回折格子10の製造方法では、予め形成する凸部2のピッチ、幅Wg、および厚さTgと、上部金属層4の膜厚Tu、側部金属層5の膜厚Ts、および成膜角度θなどの成膜条件によって、ワイヤグリッド回折格子の仕様を支配する諸量を定めることができる。とくに、上部金属層4および側部金属層5の形成に際し、成膜工程のみを行えばよく、フォトリソグラフィなどの微細加工工程が不要である。従って、フォトリソグラフィなどの微細加工方法を適用できない、ウエハーサイズを越える大きさであっても、簡易に、生産性よく、低コストで、ワイヤグリッド回折格子10を製造することができる。   As described above, in the method of manufacturing the wire grid diffraction grating 10 according to the present embodiment, the pitch, width Wg, and thickness Tg of the protrusions 2 to be formed in advance and the film thickness Tu on the side of the upper metal layer 4 are increased. Various quantities governing the specifications of the wire grid diffraction grating can be determined by the film formation conditions such as the film thickness Ts of the partial metal layer 5 and the film formation angle θ. In particular, when the upper metal layer 4 and the side metal layer 5 are formed, only the film forming process needs to be performed, and a fine processing process such as photolithography is unnecessary. Therefore, the wire grid diffraction grating 10 can be manufactured easily, with high productivity, and at low cost, even if the size exceeds the wafer size, to which a fine processing method such as photolithography cannot be applied.

実施の形態2
実施の形態2では、主として、請求項2に記載した機能性グリッド構造体、および請求項12〜15に記載した機能性グリッド構造体の製造方法の例として、ワイヤグリッド回折格子およびその製造方法の例について説明する。
Embodiment 2
In the second embodiment, mainly as an example of the functional grid structure described in claim 2 and the method of manufacturing the functional grid structure described in claims 12 to 15, a wire grid diffraction grating and a method of manufacturing the same are described. An example will be described.

図5は、実施の形態2に基づくワイヤグリッド回折格子の構造を示す断面図である。ワイヤグリッド偏光子20aおよび20bでは、光透過性支持体の凸部が、光透過性支持体の主部21を構成する材料とは別の材料によって形成されている。図5(a)は、凸部22だけが別材料である例を示し、図5(b)は、光透過性支持体の上部23と凸部24とが別材料である例を示している。   FIG. 5 is a sectional view showing a structure of a wire grid diffraction grating based on the second embodiment. In the wire grid polarizers 20a and 20b, the convex portion of the light transmissive support is formed of a material different from the material constituting the main portion 21 of the light transmissive support. FIG. 5A shows an example in which only the convex portion 22 is made of a different material, and FIG. 5B shows an example in which the upper portion 23 and the convex portion 24 of the light-transmitting support are made of different materials. .

これらの例のように、光透過性支持体の主部21と凸部22または24とで材料を使い分けることによって、多様な材質の光透過性支持体主部21を用いて、ワイヤグリッド回折格子20aまたは20bを形成することができる。例えば、光透過性支持体主部21として有機樹脂フィルムを用いれば、軽量で、フレキシブルで、耐衝撃性のあるワイヤグリッド回折格子を作製することができる。   As in these examples, by using different materials for the main portion 21 of the light-transmitting support and the convex portions 22 or 24, the light-transmitting support main portion 21 of various materials can be used to form a wire grid diffraction grating. 20a or 20b can be formed. For example, if an organic resin film is used as the light transmissive support main part 21, a light, flexible, and impact resistant wire grid diffraction grating can be produced.

また、凸部22または24の構成材料として紫外線硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を用い、モールドに形成された凹凸構造をナノインプリント法によって転写すれば、容易に、生産性よく、フォトリソグラフィなどの微細加工技術を用いずに、凸部22または24を形成することができる。   Further, if an ultraviolet curable resin or a thermoplastic resin is used as a constituent material of the convex portion 22 or 24 and the concave / convex structure formed on the mold is transferred by the nanoimprint method, the microfabrication such as photolithography can be easily performed with high productivity. The convex portions 22 or 24 can be formed without using a technique.

図6は、実施の形態2に基づくワイヤグリッド回折格子の作製工程のフローの一部を示す断面図である。この例では凸部22をナノインプリント法によって形成する。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing a part of a flow of a manufacturing process of the wire grid diffraction grating based on the second embodiment. In this example, the convex portion 22 is formed by a nanoimprint method.

まず、図6(a)に示す、凹凸パターンが形成されたモールド63を別途作製する。モールド63の作製方法は限定されるものではないが、例えば、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングによって形成する。一方、光透過性支持体主部21の表面に、凸部22の構成材料として樹脂層61を配置する。この樹脂層61として、例えば、紫外線硬化性樹脂層を塗布法または印刷法によって形成する。   First, a mold 63 having a concavo-convex pattern formed separately as shown in FIG. The method for producing the mold 63 is not limited, but is formed by, for example, photolithography and reactive ion etching. On the other hand, a resin layer 61 is disposed as a constituent material of the convex portion 22 on the surface of the light transmissive support main body 21. As the resin layer 61, for example, an ultraviolet curable resin layer is formed by a coating method or a printing method.

次に、図6(b)に示すように、樹脂層61にモールド63を押し当て、モールド63の凹凸パターンに凹凸嵌合する形状に成形された樹脂層62を形成する。   Next, as shown in FIG. 6B, a mold 63 is pressed against the resin layer 61 to form a resin layer 62 that is shaped so as to be concavo-convexly fitted to the concavo-convex pattern of the mold 63.

そして成形中、及び/又は成形後に、樹脂材料を硬化させ、凸部22を形成する。この際、樹脂材料として紫外線硬化性樹脂を用いる場合には、図6(c)に示すように、紫外線透過性のモールド63によって成形後、波長が300〜400nm程度の紫外線をモールド63を通して照射して、紫外線硬化性樹脂層を硬化させるのがよい。紫外線硬化性樹脂としては、例えば、アクリレート系やエポキシ系の紫外線硬化性樹脂を用いることができる。紫外線硬化性樹脂を用いると、室温下で硬化処理を行うので、温度変化による寸法の変化がない利点がある。   Then, during and / or after molding, the resin material is cured to form the convex portions 22. At this time, when an ultraviolet curable resin is used as the resin material, as shown in FIG. 6C, after being molded by an ultraviolet transmissive mold 63, ultraviolet rays having a wavelength of about 300 to 400 nm are irradiated through the mold 63. Thus, the ultraviolet curable resin layer is preferably cured. As the ultraviolet curable resin, for example, an acrylate-based or epoxy-based ultraviolet curable resin can be used. When an ultraviolet curable resin is used, since the curing process is performed at room temperature, there is an advantage that there is no change in dimensions due to a temperature change.

樹脂材料として熱可塑性樹脂を用いる場合には、モールド63を押し当てる前に樹脂層61をガラス転移温度以上の温度に加熱して熱可塑性樹脂を軟化させておき、この状態でモールド63を押し当てて成形し、その後、ガラス転移温度以下の温度に冷却して硬化させた後、モールド63を剥離させる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)樹脂やポリカーボネート(PC)樹脂を用いる。   When a thermoplastic resin is used as the resin material, the resin layer 61 is heated to a temperature equal to or higher than the glass transition temperature before the mold 63 is pressed to soften the thermoplastic resin, and the mold 63 is pressed in this state. Then, after cooling and curing to a temperature below the glass transition temperature, the mold 63 is peeled off. As the thermoplastic resin, for example, polymethyl methacrylate (PMMA) resin or polycarbonate (PC) resin is used.

モールド63は、何度も繰り返して用いることができるので、光透過性支持体主部21に比べて小型でよい。従って、半導体微細加工技術を用いて精密に作製することができる。また、モールド63を、外周面に凹凸パターンが形成されたローラー形にすれば、このローラー形のモールド63を回転させながら樹脂層61に押し当てることによって、凹凸パターンを転写することができ、大面積の光透過性支持体主部21に対しても効率よく凸部22を形成することができる。   Since the mold 63 can be used over and over again, the mold 63 may be smaller than the light transmissive support main body 21. Therefore, it can be precisely manufactured using a semiconductor microfabrication technique. Further, if the mold 63 is formed into a roller shape having a concavo-convex pattern formed on the outer peripheral surface, the concavo-convex pattern can be transferred by pressing the roller-shaped mold 63 against the resin layer 61 while rotating. The convex part 22 can be efficiently formed even for the light-transmitting support main part 21 having an area.

その他、上部金属層4および側部金属層5、並びにその作製方法などは、実施の形態1に基づくワイヤグリッド回折格子10と同様であるので、重複を避け、説明を省略する。   In addition, since the upper metal layer 4 and the side metal layer 5 and the manufacturing method thereof are the same as those of the wire grid diffraction grating 10 based on the first embodiment, they are not duplicated and will not be described.

実施の形態3
実施の形態3では、請求項11に記載した機能性グリッド構造体の製造方法によって作製されるワイヤグリッド回折格子の例、および実施の形態1の変形例に相当するワイヤグリッド回折格子の例について説明する。
Embodiment 3
In the third embodiment, an example of a wire grid diffraction grating manufactured by the method for manufacturing a functional grid structure according to claim 11 and an example of a wire grid diffraction grating corresponding to a modification of the first embodiment will be described. To do.

図7は、実施の形態3に基づくワイヤグリッド回折格子の構造を示す断面図である。図7(a)および図7(b)にそれぞれ示すワイヤグリッド回折格子30および40は、凸部2の側面に膜厚がほぼ一定の側部金属層35および45が形成されている点が実施の形態1に基づくワイヤグリッド回折格子10と異なっているのみで、ワイヤグリッド回折格子10と同様の機能が得られる。ワイヤグリッド回折格子30および40は、凸部2が設けられた光透過性支持体1の表面全体に金属材料を堆積させた後、エッチバックすることにより、凹部3の底面に堆積した金属材料を除去し、かつ、凸部2の上面および側方にかけて堆積した金属材料の一部を残して、上部金属層4および側部金属層35または45を形成することによって得ることができる。金属材料を堆積させる方法としては、異方性の小さい成膜ができるCVD法が好ましい。   FIG. 7 is a sectional view showing a structure of a wire grid diffraction grating based on the third embodiment. The wire grid diffraction gratings 30 and 40 shown in FIG. 7 (a) and FIG. 7 (b), respectively, are implemented by the fact that side metal layers 35 and 45 having a substantially constant film thickness are formed on the side surfaces of the convex portion 2. The same function as that of the wire grid diffraction grating 10 can be obtained only by being different from the wire grid diffraction grating 10 based on the first embodiment. The wire grid diffraction gratings 30 and 40 are formed by depositing a metal material on the entire surface of the light-transmitting support 1 provided with the projections 2 and then etching back to thereby deposit the metal material deposited on the bottom surface of the recesses 3. The upper metal layer 4 and the side metal layer 35 or 45 can be obtained by removing and leaving a part of the metal material deposited on the upper surface and the side of the convex portion 2. As a method for depositing the metal material, a CVD method capable of forming a film with small anisotropy is preferable.

実施の形態4
実施の形態4では、請求項6に記載した機能性グリッド構造体の例として、隣り合う前記側部機能性材料層によって挟まれる空間領域に、別の機能性部材を充填して得られる機能性素子の例について説明する。
Embodiment 4
In the fourth embodiment, as an example of the functional grid structure described in claim 6, functionality obtained by filling another functional member in a space region sandwiched between the adjacent side functional material layers. An example of the element will be described.

図8(a)は、実施の形態4に基づく機能性グリッド構造体70からなるカラーフィルタ77を形成した例を示す断面図である。機能性グリッド構造体70は、ガラス基板などの光透過性基板71に凸部72が設けられ、凸部72の上面および側方に前記機能性部材として、黒色炭素材料などからなる光吸収性材料層73が形成されている。そして、光吸収性材料層73によって仕切られた機能性グリッド構造体70の凹部に、赤、緑、青の三原色に対応したカラーフィルタ材料が充填され、カラーフィルタ77が形成されている。   FIG. 8A is a cross-sectional view showing an example in which a color filter 77 composed of a functional grid structure 70 based on the fourth embodiment is formed. In the functional grid structure 70, a light-transmitting substrate 71 such as a glass substrate is provided with a convex portion 72, and a light-absorbing material made of a black carbon material or the like as the functional member on the upper surface and side of the convex portion 72. A layer 73 is formed. The concave portions of the functional grid structure 70 partitioned by the light absorbing material layer 73 are filled with color filter materials corresponding to the three primary colors of red, green, and blue to form a color filter 77.

図8(b)は、実施の形態4に基づく機能性グリッド構造体80からなる発光素子集合体86を形成した例を示す断面図である。機能性グリッド構造体80は、光反射性基板81に凸部82が設けられ、凸部82の上面および側方に前記機能性部材として、金属などからなる電極83および84が形成されている。そして、電極83および84によって仕切られた機能性グリッド構造体80の凹部に発光材料85が充填され、発光素子集合体86が形成されている。電極83および84は一つおきに交互に配置され、陽極および陰極として用いられる。   FIG. 8B is a cross-sectional view showing an example in which a light emitting element assembly 86 composed of the functional grid structure 80 based on the fourth embodiment is formed. In the functional grid structure 80, a convex portion 82 is provided on a light reflective substrate 81, and electrodes 83 and 84 made of metal or the like are formed as the functional member on the upper surface and the side of the convex portion 82. Then, the light emitting material 85 is filled in the concave portions of the functional grid structure 80 partitioned by the electrodes 83 and 84 to form a light emitting element assembly 86. The electrodes 83 and 84 are alternately arranged and used as an anode and a cathode.

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these examples at all, and can be suitably changed in the range which does not deviate from the main point of invention.

本発明の機能性グリッド構造体およびその製造方法は、光学部材や電極集合体として用いることができ、従来作製できなかった大型の回折格子などを安価に作製可能であることから、従来では考えられない応用分野を創出することができる。   The functional grid structure and the manufacturing method thereof according to the present invention can be used as an optical member or an electrode assembly, and can be conventionally manufactured because a large diffraction grating that cannot be manufactured conventionally can be manufactured at low cost. It can create new application fields.

本発明の実施の形態1に基づくワイヤグリッド回折格子の構造を示す断面図および部分拡大図である。It is sectional drawing and the elements on larger scale which show the structure of the wire grid diffraction grating based on Embodiment 1 of this invention. 同、ワイヤグリッド回折格子の作製工程のフローを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the flow of the manufacturing process of a wire grid diffraction grating. 同、ワイヤグリッド回折格子の作製工程で用いられる成膜方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the film-forming method used at the manufacturing process of a wire grid diffraction grating. 同、ワイヤグリッド回折格子の作製工程で用いられる成膜方法を示す別の説明図である。It is another explanatory drawing which shows the film-forming method used at the manufacturing process of a wire grid diffraction grating. 本発明の実施の形態2に基づくワイヤグリッド回折格子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the wire grid diffraction grating based on Embodiment 2 of this invention. 同、ワイヤグリッド回折格子の作製工程のフローの一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of flow of the manufacturing process of a wire grid diffraction grating. 本発明の実施の形態3に基づくワイヤグリッド回折格子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the wire grid diffraction grating based on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に基づく機能性グリッド構造体から得られる機能性素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the functional element obtained from the functional grid structure based on Embodiment 4 of this invention. 従来の基本的なワイヤグリッド偏光子の構造を示す斜視図および部分拡大断面図である。It is the perspective view and partial expanded sectional view which show the structure of the conventional basic wire grid polarizer. 特許文献1に示されているワイヤグリッド偏光子の作製工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the preparation process of the wire grid polarizer shown by patent document 1. FIG. 特許文献3に示されているワイヤグリッド偏光子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the wire grid polarizer shown by patent document 3. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…光透過性支持体、2…凸部、3…凹部、4…上部金属層、
5、5a、5b…側部金属層、6…金属細線、10…ワイヤグリッド回折格子、
11…蒸着源またはターゲット、12…コリメータ、
20a、20b…ワイヤグリッド回折格子、21…光透過性支持体主部、22…凸部、
23…光透過性支持体上部、24…凸部、30、40…ワイヤグリッド回折格子、
35、45…側部金属層、61…樹脂層、62…成形された樹脂層、63…モールド、
70…機能性グリッド構造体、71…光透過性基板、72…凸部、
73…光吸収性材料層、74…カラーフィルタ材料(赤)、
75…カラーフィルタ材料(緑)、76…カラーフィルタ材料(青)、
77…カラーフィルタ、80…機能性グリッド構造体、81…光反射性基板、
82…凸部、83…電極(陽極)、84…電極(陰極)、85…発光材料、
86…発光素子集合体、100…ワイヤグリッド偏光子、101…透明基板、
102…金属細線、110…ワイヤグリッド偏光子、111…透明樹脂基板、
111a…凹部、111b…凸部、112…マスキング層、113…金属層、
120a〜120c…ワイヤグリッド偏光子、121…透明基板、122…凸部、
123…凹部、124…上部導電体層、125a〜125c…側部導電体層、
P…金属細線のピッチ、W…金属細線の幅、T…金属細線の厚さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light transmissive support body, 2 ... Convex part, 3 ... Concave part, 4 ... Upper metal layer,
5, 5a, 5b ... side metal layer, 6 ... fine metal wire, 10 ... wire grid diffraction grating,
11 ... evaporation source or target, 12 ... collimator,
20a, 20b ... wire grid diffraction grating, 21 ... light transmissive support main part, 22 ... convex part,
23: upper part of light-transmitting support, 24: convex part, 30, 40 ... wire grid diffraction grating,
35, 45 ... side metal layer, 61 ... resin layer, 62 ... molded resin layer, 63 ... mold,
70 ... Functional grid structure, 71 ... Light transmissive substrate, 72 ... Projection,
73: Light absorbing material layer, 74: Color filter material (red),
75 ... Color filter material (green), 76 ... Color filter material (blue),
77 ... color filter, 80 ... functional grid structure, 81 ... light reflective substrate,
82 ... convex part, 83 ... electrode (anode), 84 ... electrode (cathode), 85 ... luminescent material,
86 ... Light-emitting element assembly, 100 ... Wire grid polarizer, 101 ... Transparent substrate,
102 ... Fine metal wire, 110 ... Wire grid polarizer, 111 ... Transparent resin substrate,
111a ... concave, 111b ... convex, 112 ... masking layer, 113 ... metal layer,
120a-120c ... wire grid polarizer, 121 ... transparent substrate, 122 ... convex part,
123: Recess, 124 ... Upper conductor layer, 125a to 125c ... Side conductor layer,
P: pitch of fine metal wires, W: width of fine metal wires, T: thickness of fine metal wires

Claims (15)

複数の細い直線状の凸部が互いに平行に一定のピッチで並んでいる表面構造を有する 基体と、
前記凸部の上面に配置された、細い直線状の上部機能性材料層と、
前記凸部の側面全体及び側方に、前記上部機能性材料層に連接して配置され、前記上 部機能性材料層とともに細線状の機能性部材を構成する、細い直線状の側部機能性材料 層と
からなり、隣り合う前記凸部間の凹部底面には前記基体が実質的に露出している、機能性グリッド構造体。
A substrate having a surface structure in which a plurality of thin linear protrusions are arranged in parallel with each other at a constant pitch;
A thin linear upper functional material layer disposed on the upper surface of the convex portion;
Thin linear side functionalities that are arranged on the entire side surface and lateral sides of the convex portion so as to be connected to the upper functional material layer and constitute a thin linear functional member together with the upper functional material layer. A functional grid structure comprising a material layer, wherein the base body is substantially exposed on the bottom surface of the concave portion between the adjacent convex portions.
前記基体の前記表面構造が、前記基体の主部を構成する材料とは異なる材料によって形成されている、請求項1に記載した機能性グリッド構造体。   The functional grid structure according to claim 1, wherein the surface structure of the base is formed of a material different from a material constituting a main part of the base. 光学素子として構成されている、請求項1に記載した機能性グリッド構造体。   The functional grid structure according to claim 1, which is configured as an optical element. 前記上部機能性材料層及び前記側部機能性材料層が金属層からなり、これらの金属層によって光が反射されるワイヤ機能性グリッド回折格子として構成されている、請求項3に記載した機能性グリッド構造体。   The functionality according to claim 3, wherein the upper functional material layer and the side functional material layer are composed of metal layers, and are configured as a wire functional grid diffraction grating in which light is reflected by these metal layers. Grid structure. 前記金属層の材料がアルミニウムAl、銀Ag、又はこれらの金属に少量の添加物を添加した合金である、請求項4に記載した機能性グリッド構造体。   The functional grid structure according to claim 4, wherein the material of the metal layer is aluminum Al, silver Ag, or an alloy obtained by adding a small amount of additives to these metals. 前記上部機能性材料層及び前記側部機能性材料層が金属層からなり、電極集合体として構成されている、請求項1に記載した機能性グリッド構造体。   The functional grid structure according to claim 1, wherein the upper functional material layer and the side functional material layer are made of a metal layer and configured as an electrode assembly. 基体の表面に、複数の細い直線状の凸部が互いに平行に一定のピッチで並んでいる表 面構造を形成する工程と、
前記凸部の上面、並びに側面全体及び側方に、それぞれ、細い直線状の上部機能性材 料層並びに側部機能性材料層を形成する工程と
を有する、機能性グリッド構造体の製造方法。
Forming a surface structure in which a plurality of thin linear protrusions are arranged in parallel with each other at a constant pitch on the surface of the substrate;
Forming a thin linear upper functional material layer and a side functional material layer on the upper surface, the entire side surface, and the sides of the convex portion, respectively.
前記基体の前期表面に垂直な方向から前記凸部の配列方向へ所定の角度θだけ傾いた所定の方向から、前記凸部の上面及び側方にかけて機能性材料を堆積させることによって、隣り合う前記凸部間の凹部底面に前期機能性材料を実質的に堆積させることなく、前記上部機能性材料層及び前記側部機能性材料層を形成する、請求項7に記載した機能性グリッド構造体の製造方法。   By depositing a functional material from a predetermined direction inclined by a predetermined angle θ from the direction perpendicular to the front surface of the base to the arrangement direction of the convex portions from the upper surface and the side of the convex portions, The functional grid structure according to claim 7, wherein the upper functional material layer and the side functional material layer are formed without substantially depositing a functional material on the bottom surface of the concave portion between the convex portions. Production method. 前記所定の方向から所定の期間成膜した後、前期表面に垂直な方向に関して前記所定の方向と左右対称の方向から所定の期間成膜する一連の工程を、必要回数繰り返して行う、請求項8に記載した機能性グリッド構造体の製造方法。   9. A series of steps of forming a film for a predetermined period from a direction symmetrical to the predetermined direction with respect to a direction perpendicular to the surface of the previous period after forming the film for a predetermined period from the predetermined direction is repeated as many times as necessary. The manufacturing method of the functional grid structure described in 1 above. 前記上部機能性材料層及び前記側部機能性材料層の厚さの増加に対応して、前記所定の角度θを徐々に小さくしていく、請求項9に記載した機能性グリッド構造体の製造方法。   The manufacturing of the functional grid structure according to claim 9, wherein the predetermined angle θ is gradually reduced in response to an increase in thickness of the upper functional material layer and the side functional material layer. Method. 前記基体の前期表面に機能性材料を堆積させた後、エッチバックすることにより、隣り合う前記凸部間の凹部底面に堆積した前期機能性材料を除去し、かつ、前記凸部の上面及び側方にかけて堆積した前期機能性材料の一部を残して、前記上部機能性材料層及び前記側部機能性材料層を形成する、請求項7に記載した機能性グリッド構造体の製造方法。   After the functional material is deposited on the front surface of the base body, the functional material deposited on the bottom surface of the concave portion between the adjacent convex portions is removed by etching back, and the top surface and the side of the convex portion are removed. The method for producing a functional grid structure according to claim 7, wherein the upper functional material layer and the side functional material layer are formed while leaving a part of the functional material deposited in the first direction. 前記基体の前記表面に、前記基体の主部を構成する材料とは異なる材料によって前記凸部を形成する、請求項7に記載した機能性グリッド構造体の製造方法。   The method for manufacturing a functional grid structure according to claim 7, wherein the convex portion is formed on the surface of the base body with a material different from a material constituting the main part of the base body. 凹凸パターンが形成されたモールドを作製する工程と、
前記凸部の構成材料に前記モールドを押し当て、前記凹凸パターンを転写して前記凸 部を形成する工程と
を有する、請求項12に記載した機能性グリッド構造体の製造方法。
Producing a mold having a concavo-convex pattern;
The method for manufacturing a functional grid structure according to claim 12, further comprising: pressing the mold against a constituent material of the convex portion to transfer the concave / convex pattern to form the convex portion.
前記基体の主部の表面に、前記凸部の構成材料として樹脂層を配置する工程と、
前記樹脂層に前記モールドを押し当て、前記樹脂層を前期凹凸パターンに相補的な形 状に成形する工程と、
前記成形中、及び/又は前記成形後、前記樹脂層を硬化させ、前期凸部を形成する工 程と、
前期モールドを剥離させる工程と
を有する、請求項13に記載した機能性グリッド構造体の製造方法。
Disposing a resin layer as a constituent material of the convex portion on the surface of the main portion of the base;
Pressing the mold against the resin layer, and molding the resin layer in a shape complementary to the concavo-convex pattern;
A step of curing the resin layer during the molding and / or after the molding to form the first convex portion;
The method for producing a functional grid structure according to claim 13, further comprising a step of peeling the mold in the previous period.
前記樹脂層として紫外線硬化性樹脂層を塗布法又は印刷法によって配置し、紫外線透過性のモールドによって成形後、前記モールドを通して紫外線を照射して前記紫外線硬化性樹脂層を硬化させる、請求項14に記載した機能性グリッド構造体の製造方法。   The ultraviolet curable resin layer is disposed as a resin layer by a coating method or a printing method, and is molded by an ultraviolet transmissive mold, and then the ultraviolet curable resin layer is cured by irradiating ultraviolet rays through the mold. A method for manufacturing the described functional grid structure.
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