JP2010210707A

JP2010210707A - 偏光素子の製造方法

Info

Publication number: JP2010210707A
Application number: JP2009054119A
Authority: JP
Inventors: Hirotomo Kumai; 啓友熊井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2010-09-24
Also published as: US20100227054A1

Abstract

【課題】従来よりも均一な光学物性を発現する偏光素子を製造することができる偏光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】基板（被処理基板Ｘ）の一面（成膜面Ｘａ）に第１の方向（矢印Ｄ１）から第１の膜材料を堆積させ、凸部１３に第１の膜１４ａを形成する工程と、第１の方向と異なる第２の方向（矢印Ｄ２）から第２の膜材料を堆積させ、凸部１３に第２の膜１４ｂを形成する工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、偏光素子の製造方法に関するものである。

様々な電気光学装置の光変調装置として、液晶装置が用いられている。液晶装置の構造として、対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持されているものが広く知られ、所定の偏光された光を液晶層に入射するための偏光素子や、電圧無印加時に液晶分子の配列を制御する配向膜が備えられる構成が一般的である。

偏光素子としては、ヨウ素や二色性染料を含む樹脂フィルムを一方向に延伸することで、ヨウ素や二色性染料を延伸方向に配向させて製造するフィルム型の偏光素子や、透明な基板上にナノスケールの細線を敷き詰めて形成されるワイヤーグリッド型の偏光素子が知られている。

ワイヤーグリッド型偏光素子は、無機材料から構成するため、耐熱性に優れているという特長を有しており、特に耐熱性が要求される箇所に好適に使用される。例えば、液晶プロジェクタのライトバルブ用の偏光素子として好適に用いられる。このようなワイヤーグリッド型の偏光素子としては、例えば特許文献１のような技術が開示されている。

特許文献１では、金属膜をエッチングしてパターニングし細線を形成する従来の方法に代え、基板上に形成した凹凸部に対して斜め方向からの斜方スパッタ法で金属材料を堆積させ、堆積した金属微粒子層を細線としている。この方法によると、可視光領域で所望の消光比をもち、強い光に対する耐光特性のある偏光板が提供できるとしている。

特開２００８−２１６９５７号公報

しかしながら、上記従来の偏光素子の製造方法においては、斜方スパッタを行って基板上の凸部に細線を形成すると、基板の面内の位置によって細線の材料である金属粒子の堆積量に偏りが生じるという課題がある。すなわち、特許文献１に示された方法では、基板の表面において金属材料の材料源からの距離が様々に異なる。そのため、堆積される各金属材料は基板の表面の位置によって目標の大きさに対して例えば±５０％程度の偏りができてしまう。金属材料の大きさに偏りが生じると、隣り合う細線間の距離や、細線の幅・高さなど、偏光素子の光学物性に密接な関係のあるパラメータが変わってしまうため、偏光素子全体で均一な光学物性を発現することができない。

そこで、本発明は、従来よりも均一な光学物性を発現する偏光素子を製造することができる偏光素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の偏光素子の製造方法は、基板の少なくとも一面に設けられた複数の凸部の表面の少なくとも一部に膜を形成する偏光素子の製造方法であって、前記基板の前記一面に第１の方向から第１の膜材料を堆積させ、前記凸部に第１の膜を形成する工程と、前記第１の方向と異なる第２の方向から第２の膜材料を堆積させ、前記凸部に第２の膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、第１の膜の膜厚の偏りと第２の膜の膜厚の偏りとを異ならせ、第１の膜厚の偏りを第２の膜の膜厚の偏りによって相殺させることができる。
すなわち、第１の膜を形成する際には、基板の一面内における凸部の位置によって各々の凸部に堆積する第１の膜材料の堆積量に偏りが生じる。それにより、各々の凸部の表面に形成される各々の第１の膜の膜厚に偏りが生じる。しかし、第１の膜の形成後、凸部に第１の膜材料を堆積させた第１の方向と異なる第２の方向から第２の膜材料を堆積させることで、各々の凸部の表面に第１の膜の膜厚の偏りと異なる膜厚の偏りの第２の膜が形成される。そのため、第１の膜の膜厚の偏りを第２の膜の膜厚の偏りによって相殺させ、第１の膜と第２の膜からなる膜の膜厚を均一化することが可能になる。
したがって、各々の凸部の表面に第１の膜と第２の膜とからなる均一な膜厚の膜を形成し、従来よりも均一な光学物性を発現する偏光素子を製造することができる。

また、本発明の偏光素子の製造方向は、前記複数の凸部はストライプ状に設けられ、前記第１の方向及び前記第２の方向は前記凸部の延在方向と交差することを特徴とする。

本発明によれば、ストライプ状に設けられた凸部の短手方向の両側面のいずれかの側から第１の膜材料及び第２の膜材料を堆積させることができる。これにより、ストライプ状の凸部の表面に第１の膜及び第２の膜からなる細線状の膜を形成することができる。

また、本発明の偏光素子の製造方向は、前記第１の方向は前記凸部の短手方向の両側面の一方の側面側から他方の側面側へ前記凸部を横断する方向であり、前記第２の方向は前記他方の側面側から前記一方の側面側へ前記凸部を横断する方向であることを特徴とする。

本発明によれば、凸部の短手方向の両側面のそれぞれに第１の膜と第２の膜を形成することができる。また、凸部の延在方向に交差する方向において、基板上の各位置における第１の膜の膜厚の変化の傾きが、基板上の各位置における第２の膜の膜厚の変化の傾きと逆の傾きになる。

また、本発明の偏光素子の製造方向は、前記第１の膜を形成した後、前記基板を反転させて前記第２の膜を形成することを特徴とする。

本発明によれば、第１の膜材料の材料源と第２の膜材料の材料源とを基板に対して同じ側（略同一の方向）に配置し、第１の膜材料と第２の膜材料とを凸部に対して逆の方向から堆積させ、第１の膜と第２の膜とを異なる方向から形成することができる。

本発明の実施形態に係る成膜装置の一例を示す説明図である。本発明の実施形態に係る偏光素子の製造工程を示す工程断面図である。同、工程断面図である。本発明の実施形態に係る偏光素子の一例を示す概略図である。偏光素子に形成する膜の膜厚均一化についての説明図である。同、説明図である。同、説明図である。同、説明図である。同、説明図である。同、説明図である。同、説明図である。同、説明図である。偏光素子に形成する膜の膜厚のばらつきを示すグラフである。基板と膜材料の材料源との位置関係を示す図である。膜厚の測定箇所の説明図である。膜厚の測定結果を示すグラフである。膜厚の測定結果を規格化して示すグラフである。膜厚のばらつきと基板の角度及び成膜速度との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る偏光素子の製造方法について説明する。
図１は、本実施形態の偏光素子の製造方法に用いられる製造装置の一例である蒸着装置の概略図である。

図１に示すように、蒸着装置１００は、チャンバー１１０と、チャンバー１１０内に配置されて被処理基板Ｘを載置する載置台１２０と、載置台１２０に対向して配置されたるつぼ１３０と、るつぼ１３０内に配置された膜材料１４０と、を備えている。蒸着装置１００内では、被処理基板Ｘを載置台１２０の表面法線方向（膜材料１４０の中心を通る法線）に対して角度θ傾けた状態で載置台１２０に載置し、るつぼ１３０内の膜材料１４０を蒸発させて被処理基板Ｘに対して蒸着を行う。被処理基板Ｘは、載置台１２０に載置される前に、成膜面Ｘａに予め複数の凸部が形成される。被処理基板Ｘの成膜面Ｘａは、被処理基板Ｘの片面であってもよく、被処理基板Ｘの両面であってもよい。

次に、被処理基板Ｘの成膜面Ｘａに凸部を形成する工程について説明する。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、被処理基板Ｘに複数の凸部を形成する工程を示す説明図である。
まず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板等の基板１Ａを用意する。そして、基板１Ａの一面側にレジスト材料をスピンコートにより塗布し、これをプリベークすることでレジスト層２ａを形成する。レジスト材料としては、例えば、化学増幅型のポジ型フォトレジストＴＤＵＲ−Ｐ３３８ＥＭ（東京応化工業（株）社製）を用いる。本実施形態では、レジスト層２ａを２００ｎｍに形成する。

次いで、図２（ｂ）に示すように、例えば波長が２６６ｎｍのレーザ光を露光光として用いた二光束干渉露光法によりレジスト層２ａを露光する。更にレジスト層２ａをベーク（ＰＥＢ）した後、レジスト層２ａを現像する。これにより、縞状のパターンを有するレジスト２を形成する。本実施形態のレジスト２の高さは２００ｎｍである。

次に、図２（ｃ）に示すように、レジスト２を介してドライエッチング処理を行い、基板１Ａを５０〜３００ｎｍ程度掘り下げる。これにより、基板１Ａをパターニングして、凹部１２、凸部１３を有する被処理基板Ｘを形成する。本実施形態では、凹部１２が１００ｎｍの深さとなるまでエッチングを行う。また、エッチングガスとしてＣ_２Ｆ_６，ＣＦ_４，ＣＨＦ_３の混合ガスを用いる。その際の反応条件として、ガス流量：Ｃ_２Ｆ_６／ＣＦ_４／ＣＨＦ_３＝２０／３０／３０ｓｃｃｍ、放電出力：３００Ｗ、圧力：５Ｐａ、反応時間：３０〜４０ｓｅｃでエッチングを行う。
以上の工程により、被処理基板Ｘの成膜面Ｘａに複数の凹部１２と凸部１３が形成される。

被処理基板Ｘの成膜面Ｘａに形成する凸部１３は、製造する偏光素子に対応して種々の形状に形成することができる。例えば、図２（ｃ）に示す三角形の断面形状以外にも、矩形状、半円状、半楕円状、放物線形状等の断面形状に形成してもよい。また、凸部１３の形状は、円柱状、直方体状、立方体状、円錐状、多角錐状、半球状、半楕円球状、すり鉢状等の形状に形成することができる。また、これらの凸部１３を被処理基板Ｘの成膜面Ｘａに千鳥状に配置したり、最密充填の配置としたり、所定の方向に所定の間隔で配列させたりしてもよい。また、上記の断面形状を有する凸部１３を一方向に延在させて凸条部を形成し、凸条部を所定の間隔でストライプ状に配列させてもよい。

本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、凸部１３は三角形の断面形状に形成され、図示の断面と垂直な方向に延在する凸条に形成されている。また、凹部１２も断面と垂直な方向に延在する凹条に形成されている。また、凸部１３は、断面方向に所定の間隔でストライプ状に配列されている。凸部１３の延在方向と略垂直な断面における凸部１３及び凹部１２の寸法は、例えば、凸部１３の高さｈ：１００ｎｍ、幅Ｗ１：７０ｎｍ、底面１２ａの幅Ｗ２：７０ｎｍ、周期（ピッチ）ｐ：１４０ｎｍ、である。

次に、被処理基板Ｘの成膜面Ｘａに膜材料１４０の粒子を堆積させて、成膜面Ｘａの凸部１３に膜１４を形成する工程について説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、被処理基板Ｘの凸部１３に膜１４を形成する工程を示す工程図である。

まず、図１に示すように、蒸着装置１００の載置台１２０に、被処理基板Ｘを載置台１２０の垂線に対して所定の角度θ傾けた状態で載置する。このとき、載置台１２０とるつぼ１３０を結ぶ直線と凸部１３の延在方向とが交差するように被処理基板Ｘを配置する。本実施形態では、被処理基板Ｘは、載置台１２０とるつぼ１３０を結ぶ直線と凸部１３の延在方向とが略直交するように配置されている。

次に、るつぼ１３０によって第１の膜材料１４０を蒸発させ、図３（ａ）に示すように膜材料１４０の粒子を凸部１３の一方の側面１３ａに堆積させて第１の膜１４ａを形成する。
図３（ａ）では、第１の膜材料１４０の粒子が飛来する方向（第１の方向）を矢印Ｄ１で示している。第１の方向は、凸部１３の延在方向と交差する方向であることが望ましい。本実施形態では第１の膜材料１４０の粒子が飛来する第１の方向は、凸部１３の延在方向と略直交している。また、第１の方向は、凸部１３の短手方向の両側面１３ａ，１３ｂのうち、被処理基板Ｘの一端Ｘ１側の側面１３ａ側から他端Ｘ２側の側面１３ｂ側へ凸部１３を横断する方向となっている。

ここで、被処理基板Ｘの成膜面Ｘａの各々の凸部１３では、図１に示すように、第１の膜材料１４０からの離間距離（例えば、距離Ｌ１と距離Ｌ２）に差がある。この第１の膜材料１４０からの距離の差、すなわち被処理基板Ｘの成膜面Ｘａ内における凸部１３の位置の差異によって第１の膜材料１４０の粒子の堆積量に偏りが生じる。すなわち、凸部１３への第１の膜材料１４０の粒子の堆積量は、第１の膜材料１４０からの距離が近い被処理基板Ｘの一端Ｘ１側ほど多くなり、距離が遠い他端Ｘ２側ほど少くなる。

そのため、図３（ａ）に示すように、各々の凸部１３の表面に形成される各々の第１の膜１４ａの体積は、被処理基板Ｘの一端Ｘ１側ほど大きく、他端Ｘ２側ほど小さくなる。したがって、第１の膜１４ａの膜厚は、被処理基板Ｘの一端Ｘ１側ほど厚く、他端Ｘ２側ほど薄くなり、第１の膜１４ａの膜厚に偏りが生じる。

本実施形態では、第１の膜１４ａの形成後、被処理基板Ｘを反転させ、図１に示すように被処理基板Ｘの一端Ｘ１側が載置台１２０側に、他端Ｘ２側が第１の膜材料１４０側に位置するように、被処理基板Ｘを載置台１２０に配置しなおす。また、るつぼ１３０上に第２の膜材料１５０を配置する。

次に、るつぼ１３０によって第２の膜材料１５０を蒸発させ、図３（ｂ）に示すように、凸部１３の他方の側面１３ｂに第２の膜材料１５０の粒子を堆積させて第２の膜１４ｂを形成する。
図３（ｂ）では、第２の膜材料１５０の粒子が飛来する方向（第２の方向）を矢印Ｄ２で示している。第２の方向は、凸部１３の延在方向と交差する方向であることが望ましい。本実施形態では第２の膜材料１５０の粒子が飛来する第２の方向は、凸部１３の延在方向と略直交している。また、第２の方向は、凸部１３の短手方向の両側面１３ａ，１３ｂのうち、被処理基板Ｘの他端Ｘ２側の側面１３ｂ側から一端Ｘ１側の側面１３ａ側へ凸部１３を横断する方向となっている。

ここで、被処理基板Ｘの成膜面Ｘａの各々の凸部１３では、第１の膜１４ａの形成時と同様に、第２の膜材料１５０からの離間距離に差がある（図１参照）。したがって、第１の膜１４ａと同様に、凸部１３の他方の側面１３ｂへの第２の膜材料１５０の粒子の堆積量は、第２の膜材料１５０からの距離が近い被処理基板Ｘの他端Ｘ２側ほど多くなり、距離が遠い一端Ｘ１側ほど少くなる。

そのため、図３（ｂ）に示すように、各々の凸部１３の表面に形成される各々の第２の膜１４ｂの体積は、被処理基板Ｘの他端Ｘ２側ほど大きく、一端Ｘ１側ほど小さくなる。したがって、第２の膜１４ｂの膜厚は、被処理基板Ｘの他端Ｘ２側ほど厚く、一端Ｘ１側ほど薄くなり、第２の膜１４ｂの膜厚に偏りが生じる。

すなわち、第１の膜１４ａの形成後、各々の凸部１３に第１の膜材料１４０を堆積させた第１の方向と異なる第２の方向から第２の膜材料１５０を堆積させることで、各々の凸部１３の表面に第１の膜１４ａの膜厚の偏りと異なる膜厚の偏りの第２の膜１４ｂが形成される。以上の工程により、図４に示すように、ストライプ状の凸部１３と細線状の膜１４を備えた偏光素子１０を形成することができる。

膜１４は、少なくとも被処理基板Ｘにおいて偏光素子１０が形成される領域の全面に形成する。本実施形態では、チャンバー１１０内を６．７×１０^−３Ｐａに減圧し、８２４ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度でアルミニウムの蒸着を行った。膜１４を形成する方法としては、蒸着以外にも被処理基板Ｘの成膜面Ｘａに対して斜め方向から成膜可能であれば適用でき、他にもマグネトロンスパッタやイオンビームスパッタ、対向ターゲット型のスパッタ等の斜方成膜方法を適用することが可能である。

本実施形態では膜１４の形成材料である第１の膜材料１４０及び第２の膜材料１５０としてアルミニウムを用いる。したがって、実際には第１の膜材料１４０と第２の膜材料１５０を置き換える必要はない。第１の膜材料１４０及び第２の膜材料１５０としては、アルミニウム以外にも、シリコン、ゲルマニウム、モリブデン、を好適に用いることができる。膜１４の形成材料としてアルミニウムを用いると、加工がしやすい反面、アルミニウムが酸化しやすい金属材料であるため劣化のおそれがある。

そのため、上述した金属材料及び半金属材料のうち酸化し難いシリコン、ゲルマニウム、モリブデンを用いると、劣化し難い膜１４とすることができ好ましい。例えば、偏光素子が高温となる用途に用いる場合、高温環境下では酸化反応が促進されるが、上記材料を用いて膜１４を形成すると、耐久性の高い偏光素子とすることが可能となる。また、必要に応じて、これらの材料を主として含む合金を形成材料として用いることとしても構わない。

本実施形態では、第１の膜材料１４０を堆積させる第１の方向と第２の膜材料を堆積させる第２の方向を異ならせることで、第２の膜１４ｂの膜厚の偏りが、第１の膜１４ａの膜厚の偏りと逆の偏りになる。そのため、第１の膜１４ａの膜厚の偏りを第２の膜１４ｂの膜厚の偏りによって相殺させ、第１の膜１４ａと第２の膜１４ｂからなる膜１４の膜厚を均一化することが可能になる。
したがって、本実施形態の偏光素子の製造方法によれば、各々の凸部１３の表面に第１の膜１４ａと第２の膜１４ｂとからなる均一な膜厚の膜１４を形成し、従来よりも均一な光学物性を発現する偏光素子を製造することができる。

また、本実施形態では、複数の凸部１３がストライプ状に設けられ、第１の方向は、凸部１３の短手方向の一方の側面１３ａ側から他方の側面１３ｂ側へ凸部１３を横断するように凸部１３の延在方向と交差している。また、第２の方向は、他方の側面１３ｂ側から一方の側面１３ａ側へ凸部１３を横断するように凸部１３の延在方向と交差している。

したがって、凸部１３の短手方向の側面１３ａに第１の膜材料１４０を堆積させることができる。また、凸部１３の短手方向の側面１３ｂに第２の膜材料１５０を堆積させることができる。これにより、図４に示すように、ストライプ状の凸部１３の両側面１３ａ，１３ｂに跨って第１の膜１４ａ及び第２の膜１４ｂからなる細線状の膜１４を形成することができる。

また、凸部１３の延在方向に交差する方向において、成膜面Ｘａ上の各位置における第１の膜１４ａの膜厚の変化の傾きが、成膜面Ｘａ上の各位置における第２の膜１４ｂの膜厚の変化の傾きと逆の傾きになる。これにより、各々の凸部１３の表面に第１の膜１４ａと第２の膜１４ｂとからなる均一な膜厚の膜１４を形成することができる。

また、本実施形態では、第１の膜１４ａを形成した後、被処理基板Ｘを反転させて第２の膜１４ｂを形成している。そのため、図１に示すように、第１の膜材料１４０と第２の膜材料１５０とを被処理基板Ｘに対して同じ側（略同一の方向）に配置し、第１の膜材料１４０と第２の膜材料１５０とを凸部１３に対して逆の方向から堆積させ、第１の膜１４ａと第２の膜１４ｂとを異なる方向から形成することができる。

以下、膜１４の膜厚の均一化について、図５〜図１２を用いてさらに詳しく説明する。
図５に示すように、膜材料の材料源をＳ、基板の成膜面をＰ、材料源Ｓと成膜面Ｐとの距離をＲ_０、成膜面Ｐの法線方向に材料源Ｓを配置した場合の法線の原点をＯ、原点Ｏから距離ｘだけ離れた成膜面Ｐ上の点Ｑにおける微小面積要素をｄσ、材料源Ｓから点Ｑまでの距離をＲとする。材料源Ｓより微小面積要素ｄσを望む立体角ｄωは、下記の式（１）によって表される。

ｄω＝ｄσ・ｃｏｓθ／Ｒ^２ …（１）

材料源Ｓから蒸発した膜材料の全質量ｍのうち立体角ｄωの範囲に含まれる質量をｄｍとすると、質量ｄｍは下記の式（２）によって表される。すなわち、質量ｄｍは、図６に示すように、距離Ｒの二乗に反比例する。質量ｄｍは成膜量（膜厚）又は成膜速度と言い換えることもできる。したがって、質量ｄｍは成膜面Ｐでの成膜速度が材料源Ｓからの距離Ｒの二乗に反比例するということもできる。

ｄｍ＝ｍ・ｄσ・ｃｏｓθ／４πＲ^２ …（２）

材料源Ｓが微小平面である場合は、余弦定理に従う角度分布を考慮することで次のように考えることができる。図７において、微小平面ｄｓを中心とする十分大きな半径の球面上の任意の点ｐを考える。点ｐを中心として微小平面ｄｓを含む立体角をｄωとすると、微小平面ｄｓ上の各点からの放射はランダムな角度分布を持つので、微小平面ｄｓを出発して点ｐに向かう分子数は立体角ｄωに比例する。微小平面ｄｓの垂線と点ｐ方向とのなす角をθとすると、立体角ｄωは下記の式（３）によって表される。

ｄω＝ｄｓ・ｃｏｓθ／Ｒ^２ …（３）

したがって、微小平面ｄｓからの蒸発は、微小平面ｄｓの法線と角度θをなす方向に対してｃｏｓθの角度分布を示す。蒸発源である微小平面ｄｓと平行に配置された成膜面Ｐ上の膜厚分布は、図５において材料源Ｓの位置に垂線ＯＳに垂直な微小平面ｄｓがあるとすると、点源である材料源Ｓと同様に求められる。すなわち、質量ｄｍは下記の式（４）によって表される。実際には、蒸着における膜材料やスパッタにおけるターゲットは、共に微小平面ｄｓとみなすことができる。

ｄｍ＝ｍ・ｄｓ・ｃｏｓθ／πＲ^２ …（４）

すなわち、材料源Ｓが微小平面である場合であっても、質量ｄｍは距離Ｒの二乗に反比例する。

次に、図８に示すように、材料源Ｓを通る法線上の成膜面Ｐ１，Ｐ２における成膜量を比較する。上述したように、蒸着量は材料源からの距離の二乗に反比例する。しかし、材料源Ｓと成膜面Ｐ１との距離Ｒ１に対し、成膜面Ｐ１と成膜面Ｐ２との距離が極めて小さい場合、蒸着後の成膜面Ｐ１と成膜面Ｐ２のとの間の膜厚分布は、図９に示すように一次関数に近似することができる。この場合、材料源Ｓに近い成膜面Ｐ２の成膜量が多く、材料源Ｓから遠い成膜面Ｐ１の成膜量は少ない。

例えば、１２インチ角のシリコンウェハの一面を成膜面とし、膜材料としてＳｉＯ_２を蒸着させる場合には、蒸発源から成膜面までの距離２００ｃｍに対し、成膜面の一辺の長さ（一端から他端までの距離）は１０ｃｍ以下である。したがって、蒸発源から成膜面までの距離に対して、成膜面の各点から蒸発源までの距離の差は極めて小さくなる。そのため、基板の成膜面内の膜厚分布においては、図９に示すような一次関数への近似が成立する。

ここで、図１０に示すように、成膜面Ｐ１，Ｐ２間に長さｄの基板を配置した場合、基板の成膜面内の膜厚のばらつきは、図９に示す膜厚分布と同等に考えることができる。
上記のように配置した基板の成膜面に一回目の蒸着を行った結果、成膜面Ｐ１，Ｐ２間に図９に示すような膜厚分布が生じているとする。この膜厚分布を均一化させるためには、一回目に蒸着を行った第１の方向と異なる第２の方向から二回目の蒸着を行う必要がある。より具体的には、第２の方向は、基板の成膜面から見て第１の方向と逆方向であることが望ましい。すなわち、第１の方向と第２の方向は基板の成膜面の法線に対して対象であることが好ましい。また、第１の方向と第２の方向は、それぞれ成膜面に対する角度が等しく、それぞれの方向を基板の成膜面に投影したときに正対する方向であることが好ましい。

このように、一回目に蒸着を行った第１の方向と異なる第２の方向、より好ましくは第１の方向と逆方向である第２の方向から二回目の蒸着を行うことで、図１１に示すように、一回目の蒸着の膜厚分布（近似式：ｙ＝−ｍｘ＋ｎ）と、二回目の蒸着の膜厚分布（近似式：ｙ＝ｍｘ＋ｐ）とを逆の傾きにすることができる。そして、一回目の蒸着により形成された第１の膜と、二回目の蒸着により形成された第２の膜と、により形成された膜の膜厚分布は、図１２に示すように、第１の膜と第２の膜の膜厚分布が足し合わされて均一化される。

次に、蒸着源からの成膜面までの距離の変化に伴う成膜面内の膜の膜厚のばらつきについて詳しく説明する。
上述のように、図５に示すような材料源Ｓから成膜面Ｐに飛来する粒子の質量ｄｍ（成膜面Ｐにおける成膜量、膜厚、又は成膜速度）は上記の式（２）で表される。この式（２）から、図１０に示す材料源Ｓと成膜面Ｐ１との距離Ｒ１に対し成膜面Ｐ１と成膜面Ｐ２との間隔が十分に小さい場合、図１３に示すように、材料源Ｓからの距離Ｒが遠い領域Ａ１の方が、距離Ｒが近い領域Ａ２よりも成膜面Ｐ内における膜厚（質量ｄｍ）のばらつきは小さくなる。

すなわち、図１３に示すように、質量ｄｍは距離Ｒの二乗に反比例しており、質量ｄｍ／距離Ｒの傾きの絶対値が小さくなる材料源Ｓから遠い側ほど質量ｄｍのばらつきは小さくなる。ただし、材料源Ｓからの距離Ｒが遠くなるほど成膜速度も指数関数的に減少する。そのため、蒸着（蒸着圧：１．０×１０^−３Ｐａ）であれば、距離Ｒは３００ｃｍ以下であることが望ましい。また、例えば対向ターゲット型のスパッタ装置等を用いてスパッタ法（スパッタ圧：１．０×１０^−１Ｐａ）により膜を形成する場合には、距離Ｒは３０ｃｍ以下であることが望ましい。

次に、蒸発源の法線方向に対する基板の成膜面の角度と成膜量のばらつきとの関係について、詳しく説明する。
まず、３０ｍｍ角の基板Ｓ１〜Ｓ６を用意し、図１４に示す材料源Ｓの法線方向に対する成膜面の角度θと成膜速度とを基板Ｓ１〜Ｓ６毎に異ならせ、第１の方向から第１の膜材料を堆積させて成膜面の凸部に第１の膜を成膜した。それぞれの基板Ｓ１〜Ｓ６に対する成膜条件を表１に示す。

そして、図１５に示すように、各基板Ｓ１〜Ｓ６において第１の膜の延在方向と交差する第１の方向に沿った５箇所（符号Ｄ１〜Ｄ５）でＳＥＭ観察による断面積測定を行い、各測定箇所での第１の膜の成膜量（膜厚）を計測した。測定箇所間は等間隔で５ｍｍずつ離間している。ここで、測定箇所Ｄ１が材料源Ｓからの距離Ｌが最も遠く、測定箇所Ｄ５が材料源Ｓからの距離Ｌが最も近くなっている。

図１６は、成膜量の測定結果を示すグラフである。図１７は、各基板Ｓ１〜Ｓ６の測定箇所Ｄ１における成膜量を１００％として、各測定箇所Ｄ１〜Ｄ５の成膜量を規格化して表したグラフである。図１８は、各基板Ｓ１〜Ｓ６の膜厚のばらつきを示すグラフである。
図１６〜図１８に示すように、角度θが大きく成膜速度が大きいほど、測定箇所Ｄ１〜Ｄ５における膜厚のばらつきが大きくなる傾向がある。したがって、基板の成膜面の膜をより均一に形成するためには、基板の角度θは０°であることが望ましい。

ここで、基板の角度θが０°である場合に、材料源Ｓの半径をｒとし、材料源Ｓの外縁と基板の一端Ｘ１を結ぶ直線と材料源Ｓの中心を通る方線とのなす角度をθ１、材料源Ｓの外縁と基板の他端Ｘ２とを結ぶ直線と材料源Ｓの中心を通る方線とのなす角度をθ２とする。この場合に、角度θ２が５°未満、好ましくは２°以上３°以下となるように、材料源Ｓと基板との距離Ｌ及び材料源の半径ｒを選択する。このように構成することで、基板の一端Ｘ１の角度θ１と他端Ｘ２の角度θ２との角度差を無視することができるようになる。これにより、基板に対してより均一な膜厚の膜を形成することが可能になる。

尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施形態で説明した偏光素子の製造方法では、偏光素子の製造装置として蒸着装置を用いたが、蒸着装置の代わりに通常のスパッタ装置や対向ターゲット型のスパッタ装置を用いてもよい。また、対向ターゲット型のスパッタ装置を用いる場合には、基板を膜材料粒子の飛来方向と交差する方向に搬送しながら成膜を行ってもよい。これにより基板の搬送方向の膜厚を均一化させることができる。
また、スパッタ装置を用いる場合には、プラズマ流の流れ方向と基板の成膜面との角度を５°未満、好ましくは２°以上３°以下となるように、基板とスパッタ装置を配置することが望ましい。このような配置とすることで、基板の一端側のプラズマ流と成膜面の角度と、基板の他端側のプラズマ流と成膜面の角度との角度差を無視することができるようになる。これにより、基板に対してより均一な膜厚の膜を形成することが可能になる。

１３凸部、１３ａ側面、１３ｂ側面、１４ａ第１の膜、１４ｂ第２の膜、１４膜、Ｄ１矢印（第１の方向）、Ｄ２矢印（第２の方向）、Ｘ被処理基板（基板）、Ｘａ成膜面（一面）

Claims

基板の少なくとも一面に設けられた複数の凸部の表面の少なくとも一部に膜を形成する偏光素子の製造方法であって、
前記基板の前記一面に第１の方向から第１の膜材料を堆積させ、前記凸部に第１の膜を形成する工程と、
前記第１の方向と異なる第２の方向から第２の膜材料を堆積させ、前記凸部に第２の膜を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする偏光素子の製造方法。
前記複数の凸部はストライプ状に設けられ、前記第１の方向及び前記第２の方向は前記凸部の延在方向と交差する
ことを特徴とする請求項１に記載の偏光素子の製造方法。
前記第１の方向は前記凸部の短手方向の両側面の一方の側面側から他方の側面側へ前記凸部を横断する方向であり、
前記第２の方向は前記他方の側面側から前記一方の側面側へ前記凸部を横断する方向である
ことを特徴とする請求項２に記載の偏光素子の製造方法。
前記第１の膜を形成した後、前記基板を反転させて前記第２の膜を形成する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の偏光素子の製造方法。