JP2012108352A - 光学素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い光学特性を持つ光学素子を提供することを目的の一とする。
【解決手段】本発明の光学素子は、光透過性の基材１主面上の誘電体層２と、誘電体層２上の、可視光の波長より幅が小さい複数の突起物１１と、を備え、突起物１１は、誘電体層２上のＡｌを含んでなる金属層３と、金属層３上に接し、ＳｉＯ_２、またはＳｉＯ_２を含有するサーメットでなるマスク層４と、を備えたことを特徴とする。このように、金属層３に接する誘電体からなるマスク層４を備えることにより、金属層３の加工に用いるレジストマスクのマスクパターン高さが低い場合でも、金属層３の加工精度を高い水準に保つことができる。その結果、光学特性に優れた光学素子が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子及びその製造方法に関する。

近年の微細加工技術の発達により、光の波長レベルのピッチを有する微細構造パターンを形成することができるようになってきた。この様な非常に小さいピッチのパターンを有する部材や製品は、特に光学分野や半導体分野などにおいて利用範囲が広く、有用である。

例えば、金属などで構成された導電体線が特定のピッチで格子状に配列してなるワイヤグリッドは、そのピッチが入射光の波長（例えば、可視光の場合、３８０ｎｍから７８０ｎｍ）に比べて十分に小さい場合（例えば、２分の１以下の場合）には、導電体線が伸びる方向に対して平行に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど反射し、導電体線が伸びる方向に対して垂直な電場ベクトル成分の光をほとんど透過させるため、単一偏光を作り出す偏光子として使用できる。このワイヤグリッド偏光子は、透過しない光を反射し、再利用することができるので、光の有効利用の観点からも望ましいものである。

このようなワイヤグリッド偏光子としては、例えば、特許文献１に開示されているものがある。このワイヤグリッド偏光子は、入射光の波長より小さいグリッド周期で配置された複数の金属ワイヤを備えている。

このようなワイヤグリッド偏光子における金属ワイヤ形状と光学形状との関係が、特許文献２などに示されている。特許文献２には、金属ワイヤ断面積が増加すると、消光比が増加することや、金属ワイヤの幅がグリッド周期幅に対して所定の大きさ以上となることにより透過率が減少することが示されている。

ワイヤグリッド偏光子の製造方法として、石英基板やＴＡＣ等の光透過性の基材主面上のアルミニウム（Ａｌ）膜を、ドライエッチングにより加工してワイヤグリッド偏光子を製造する方法等が知られている（特許文献３）。当該方法では、干渉露光装置等により縞状にパターンニングされたレジストマスクを用いる。また、エッチングガスとして、塩素ガス（Ｃｌ_２）や、塩素ガスに三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）を混合したガスが用いられる。レジストマスク下のアルミニウム膜はレジストマスクによって保護されるため、アルミニウム膜の露出した部分が溝状にエッチングされ、アルミニウム膜が縞状にパターンニングされる。その際、レジストマスクも同時にエッチングされて、レジストマスクの成分の一部が、アルミニウム膜の溝状部分の側壁に堆積して膜を形成する。当該膜が、横方向に進行しようとするエッチング（サイドエッチング）を抑制する側壁保護膜として機能するため、当該方法では、基材主面に対し鉛直方向に異方的にドライエッチングが進行する。

また近年では、干渉露光などを用いた従来のフォトリソグラフィーに代え、生産性に優れたナノインプリント法を用いてレジストマスクを作製する方法が提案されている。この方法では、型となるスタンパーがあれば、熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂を用いて簡便にパターニングが可能である。特に、紫外線硬化樹脂を用いる場合は、パターニングまでの時間は非常に短いというメリットがある。また、スタンパーをロールに付与したロールスタンパーを用いれば、樹脂基板等のフレキシブル基板上にロールツーロール方式によってレジストマスクを作製することが可能であるため、生産性がより向上する。

特開２００２−３２８２３４号公報 特開２００３−５０８８１３号公報 特開２００９−１４５７４２号公報

しかしながら、ナノインプリント法によりレジストマスクを作製する方法には、その方法に起因する問題がある。例えば、レジストマスクを高く（厚く）形成しようとすると、スタンパーからレジストマスクを剥離する際に、レジストマスクの一部がスタンパーの溝部分に残存してしまい、レジストマスクの加工不良が発生することがある。逆に、スタンパーの一部がレジストマスク側に残存してしまい、レジストマスクの加工不良やスタンパーの破損などが発生することもある。

上述の剥離不良の問題は、レジストマスクのマスクパターン高さに起因するものである。このため、ナノインプリント法を用いてレジストマスクを作製する際には、従来のフォトリソグラフィー法を用いる場合より、ある程度低い設計でレジストマスクを作製せざるを得ない。

ところが、上述の理由から、マスクパターンの高さをドライエッチング対象のアルミニウム膜の高さより低くする場合、ドライエッチングによりレジストマスクがエッチングされてマスクの役割を満たさなくなることがある。この場合、アルミニウム膜の加工精度が低下するため、作製される素子の特性が低下するという問題が生じる。また、上述のように、マスクがエッチングされ、除去されてしまうと、マスク成分による側壁保護膜を形成できなくなり、異方的なエッチングが困難になる。この場合も、アルミニウム膜の加工精度が低下し、作製される素子の特性が低下してしまう。

さらに、上記アルミニウム膜のドライエッチングには塩素ガスを用いるため、反応生成物として塩化物が生成される。この塩化物がアルミニウム膜に付着した状態で大気に触れると、塩化物と大気中の水分とが反応して塩酸が生成され、アフターコロージョンと呼ばれるアルミニウムの腐食現象が発生する。アフターコロージョンが発生すると、アルミニウム膜の耐久性が低下するため、作製される素子の耐久性も低下してしまう。

本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、高い光学特性を持つ光学素子を提供することを目的の一とする。または、高い光学特性と高い耐久性を併せ持つ光学素子を提供することを目的の一とする。

本発明の光学素子は、光透過性の基材主面上の誘電体層と、前記誘電体層上の、可視光の波長より幅が小さい複数の突起物と、を備え、前記突起物は、前記誘電体層上のＡｌを含んでなる金属層と、前記金属層上に接し、ＳｉＯ_２、またはＳｉＯ_２を含有するサーメットでなるマスク層と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、金属層に接する誘電体からなるマスク層を備えることにより、金属層の加工に用いるレジストマスクのマスクパターン高さが低い場合でも、金属層の加工精度を高い水準に保つことができる。その結果、光学特性に優れた光学素子が得られる。

本発明の光学素子において、前記突起物がワイヤであっても良い。この構成によれば、優れた光学特性を備えたワイヤグリッド偏光子が提供される。

本発明の光学素子の製造方法は、真空下において、光透過性の基材主面上のＡｌを含んでなる金属層と、前記金属層に接するＳｉＯ_２、またはＳｉＯ_２を含有するサーメットでなるマスク層とを積層形成する工程と、前記マスク層上に光硬化性樹脂層を形成した後、前記光硬化性樹脂層に凹凸形状を有するモールドの凹凸形状を転写し、前記光硬化性樹脂層を硬化させて、凹凸パターンを有する硬化物層を形成する工程と、ＣＨＦ_３ガスを用いて、前記硬化物層の凹部をドライエッチングにより除去すると共に、前記硬化物層をマスクとして用いて前記マスク層をドライエッチングして、前記金属層上に前記硬化物層の一部と前記マスク層の一部とでなる凸パターンを形成する工程と、Ｃｌ_２、またはＣｌ_２とＢＣｌ_３との混合ガスを用いて前記金属層をドライエッチングして、前記硬化物層の一部と、前記マスク層の一部と、前記金属層の一部とでなる凸パターンを形成する工程と、前記金属層をウェットエッチングして、細線化された金属層を形成する工程と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、金属層に接する誘電体からなるマスク層を形成することにより、金属層の加工に用いるレジストマスクのマスクパターン高さが低い場合でも、金属層の加工精度を高い水準に保つことができる。また、金属層を加工するドライエッチングの後に、金属層を細線化するウェットエッチングを行うことで、ドライエッチングによる反応生成物をウェットエッチングにより除去し、アフターコロージョンを防止できる。このため、高い光学特性および耐久性を備える光学素子を製造することができる。

本発明の光学素子の製造方法においては、前記金属層をドライエッチングするガスが、Ｃｌ_２であっても良い。

本発明によれば、金属層の加工精度を高い水準に保つことができるため、高い光学特性（高い偏光度および高い透過性）を有する光学素子を実現できる。また、本発明によれば、ドライエッチング後のウェットエッチングによって、ドライエッチングで生じる残留塩素成分を除去することが可能となるため、アフターコロージョンを防止し、耐久性に優れた光学素子を実現できる。

実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の平面および断面構造を示す概略図である。 実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の製造方法を示す概略図である。 製造されたワイヤグリッド偏光子の一例を示す断面写真である。 製造されたワイヤグリッド偏光子の一例を示す上面および断面写真である。 製造されたワイヤグリッド偏光子の一例を示す上面および断面写真である。 製造されたワイヤグリッド偏光子の一例を示す断面写真である。 製造されたワイヤグリッド偏光子の一例を示す断面写真である。 製造されたワイヤグリッド偏光子の一例を示す断面写真である。 製造されたワイヤグリッド偏光子の耐久性試験の結果を示すグラフである。

本発明者らは、金属層と、金属層に接する誘電体からなるマスク層との積層構造を用いることにより、金属層の加工に用いるレジストマスクのマスクパターン高さが低い場合でも、金属層の加工精度を高い水準に保ち、作製される光学素子の光学特性を高めることができることを見出した。これは、金属層上に金属層のエッチングを阻害する酸化物膜が存在しないことで、金属層の加工が容易になり、マスクが薄くとも十分に金属層を加工することができるようになるためである。また、マスク層が金属層の加工の際のマスクとして機能することにより、金属層がマスク層によって保護され、鉛直方向への異方的な加工を促進させることができるためである。すなわち、本発明の骨子は、金属層と、金属層に接する誘電体からなるマスク層との積層構造を用いることで、光学素子の光学特性を高める点にある。

また、本発明者らは、上記積層構造において、金属層を加工するドライエッチングの後に、金属層を細線化するウェットエッチングを行うことで、作製される光学素子の耐久性を高めることができることを見出した。これは、ドライエッチングによる反応生成物をウェットエッチングにより除去することで、アフターコロージョンを防止できるためである。すなわち、本発明の骨子は、金属層と、金属層に接する誘電体からなるマスク層との積層構造を用い、金属層を加工するドライエッチングの後に、金属層を細線化するウェットエッチングを行うことで、光学素子の光学特性および耐久性を高める点にある。以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、光学素子の内、金属突起物が金属ワイヤであるワイヤグリッド偏光子について詳説するが、本発明はこれに限定されない。

図１は、実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の一例を示す模式図である。図１（ａ）はワイヤグリッド偏光子の平面視を、図１（ｂ）はワイヤグリッド偏光子の一部の断面視を示している。図１に示すワイヤグリッド偏光子は、光透過性の基材１と、基材１上の誘電体層２と、誘電体層２上の複数の突起物（ワイヤ）１１とを備える。複数の突起物１１は、図１（ａ）における上下方向（または図１（ｂ）における紙面奥行き方向）に互いに略平行に延在している。また、突起物１１は、誘電体層２上の金属層３と、金属層３上に接して設けられたマスク層４とを含む。

基材１は、ガラス、石英、ＴＡＣ、ＰＥＴ等の光透過性の材料で構成される。誘電体層２は、作製工程において、金属層をドライエッチングする際のエッチングストップを目的として設けられる。誘電体層２を構成する材料としては、ＳｉＮ、やＳｉＯ２などが好適である。なお、誘電体層２は、適宜省略することが可能である。金属層３は、アルミニウム（Ａｌ）を含む材料により構成される金属細線であり、複数の金属層３によって縞状パターンが形成されるように配置されている。金属層３を構成する材料は、Ａｌ単体でも良いし、Ａｌを含む化合物、混合物などでも良い。

金属層３上に接して設けられるマスク層４は、レジストをドライエッチングする際のＣＨＦ_３ガスにより、レジストに近い速度で容易にドライエッチングされる材料で構成されることが望ましい。このような材料でマスク層４を構成することで、マスク層４の加工性を高めることができるためである。また、マスク層４は、金属層３をドライエッチングする際の塩素系ガスに対してドライエッチング耐性が高い材料で構成されることが望ましい。このような材料でマスク層４を構成することで、マスク層４により金属層３を保護して、金属層３の加工性を高めることができるためである。マスク層４を構成するこのような材料として、例えば、ＳｉＯ_２を好適に用いることができる。必要に応じ、ＳｉＯ_２を含むサーメットを用いても良い。マスク層４の光学特性に特に限定はなく、目的に応じて光透過性を有していても良いし、光透過性を有していなくても良い。

上述のようなワイヤグリッド偏光子では、作製工程において、金属層上に金属層のエッチングを阻害する酸化物膜が存在しないため、金属層の加工が容易になり、マスクが薄くとも十分に金属層を加工することができる。また、マスク層４が金属層３の加工の際のマスクとして機能するため、金属層３がマスク層４によって保護され、鉛直方向への異方的な加工を促進させることができる。これにより、金属層３の加工精度が高まり、高い光学特性を備えるワイヤグリッド偏光子が得られる。

図２は、本実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の製造方法について示す断面図である。本実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子は、以下の工程（１）〜工程（５）を含む方法によって製造される。

工程（１）は、図２（ａ）に示されるように、真空下において、基材１主面上のＡｌを含んでなる金属層３ａと、金属層３ａ上のＳｉＯ_２、またはＳｉＯ_２を含有するサーメットでなるマスク層４ａとを積層形成する工程である。工程（２）は、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図２（ｄ）に示されるように、マスク層４ａ上に紫外線硬化樹脂層（光硬化性樹脂層）５ａを形成した後、紫外線硬化樹脂層５ａに凹凸形状を有するモールド６の凹凸形状を転写し、紫外線硬化樹脂層５ａを硬化させて、凹凸パターンを有する硬化物層５ｂを形成する工程である。工程（３）は、図２（ｅ）に示されるように、ＣＨＦ_３ガスを用いて、硬化物層５ｂの凹部５ｃをドライエッチングにより除去すると共に、硬化物層５ｂの凸部５ｄをマスクとして用いてマスク層４ａをドライエッチングして、金属層３ａ上に、硬化物層の凸部５ｄと、加工されたマスク層４ｂとでなる凸パターンを形成する工程である。工程（４）は、図２（ｆ）に示されるように、Ｃｌ_２、またはＣｌ_２とＢＣｌ_３との混合ガスを用いて金属層３ａをドライエッチングして、加工された硬化物層５ｅと、加工されたマスク層４ｂと、加工された金属層３ｂとでなる凸パターンを形成する工程である。工程（５）は、図２（ｇ）に示されるように、金属層３ｂをウェットエッチングして、細線化された金属層３ｃを形成する工程である。

上述の工程のように、金属層に接する誘電体からなるマスク層を形成することで、金属層上に金属層のエッチングを阻害する酸化物膜が形成されないため、金属層の加工が容易になり、マスクが薄くとも十分に金属層を加工することができるようになる。また、マスク層が金属層の加工の際のマスクとして機能するため、金属層がマスク層によって保護され、鉛直方向への異方的な加工を促進させることができる。また、金属層を加工するドライエッチングの後に、金属層を細線化するウェットエッチングを行うことで、作製されるワイヤグリッド偏光子の耐久性を高めることができる。ドライエッチングによる反応生成物をウェットエッチングにより除去することで、アフターコロージョンを防止できるためである。以下に、各工程について詳細に説明をする。

〈工程（１）〉
まず、図２（ａ）に示されるように、基材１上に誘電体層２を形成する。基材１は光透過性の材料であって光学異方性の少ない材料で構成されるものが好ましい。基材１としては、ガラス、石英、ＴＡＣ、ＰＥＴフィルム等の材料で構成される基板が候補として挙げられる。基材１が巻き取り可能なフィルム状の場合、ロールツーロール法による連続成膜が可能であり、生産性の点で好ましい。誘電体層２は、基材１と金属層３ａとの密着性を向上させるため、また、その後の工程による金属層３ａの剥離を抑制するために設けられる。誘電体層２は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の材料を用いて構成されることが望ましい。誘電体層２の膜厚は、膜の内部応力による剥がれを抑制するため、１００ｎｍ未満であることが好ましい。また、誘電体層２の膜厚を５０ｎｍ未満とするとより好ましい。誘電体層２の光学的な要件は特に限定されない。例えば、反射率抑制のために無機物の薄膜としても良い。また、誘電体、金属のどちらか一方、または両方を含む積層の薄膜としても良い。なお、誘電体層２は省略することができる。

誘電体層２上（または基材１上）には、金属層３ａを形成する。金属層３ａは、Ａｌを含む材料を用いて形成される。金属層３ａを積層する方法としては蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等が挙げられる。金属層３ａの膜厚は、偏光子の特性から決定される。高い偏光度を得るためには、後に形成されるパターンの嵩が高い（アスペクト比が高い）ことが好ましいため、金属層３ａは厚く形成することが好ましい。パターンのピッチや凹凸幅比にも因るが、好ましくは１００nm以上、より好ましくは１５０nm以上である。

金属層３ａ上には、金属層３ａに接してマスク層４ａを形成する。マスク層４ａは、金属層３ａの加工の際のドライエッチングに対し耐性のあるマスクとして使用する。また、マスク層４ａは、ウェットエッチングにおけるマスクとして使用する。マスク層４ａを構成する材料としては、ＳｉＯ_２、またはＳｉＯ_２を含有するサーメットが好ましい。マスク層４ａの厚みは特に限定されないが、マスク層４ａが薄ければ、後にマスク層の凹部を除去する際のエッチング除去量を低減できるため、マスク層４ａは可能な限り薄いことが好ましい。例えば、マスク層４ａの膜厚は、５０ｎｍ以下とすることが好ましく、１０ｎｍ以下とするとより好ましい。なお、マスク層４ａの厚みは上記以外であっても十分に目的を達成することができる。当該マスク層４ａの一部は、工程（４）において凸パターンの一部となる。

Ａｌを含む金属層３ａ表面が大気にさらされると、金属層３ａとマスク層４ａとの間には、ＣＨＦ_３ガスやＣｌ_２ガスに対して難エッチング材料であるＡｌの酸化物が生成されやすい。このため、金属層３ａとマスク層４ａとは、同一真空装置内において、一度も大気解放すること無しに成膜する必要がある。金属層３ａと、マスク層４ａとを別の装置で成膜する場合や、一度大気解放して成膜する場合には、金属層３ａの最表面が酸化されて金属層３ａとマスク層４ａとの間（金属層３ａとマスク層４ａとの界面）にＡｌの酸化物の層が形成されてしまうためである。なお、ロールツーロール法により成膜する場合にも、ロールツーロール装置内において一度も大気解放すること無しに成膜することが必要である。

同様に、マスク層４ａとしてＳｉＯ_２を含む膜をスパッタにより形成する場合において金属層３ａ表面の酸化を防ぐためには、Ｓｉターゲットを用いる反応性スパッタではなく、ＳｉＯ_２ターゲットを用いるスパッタを適用することが好ましい。Ｓｉターゲットによる反応性スパッタでは、成膜の雰囲気に酸素の導入が必要となるため、金属層３ａの最表面が酸化されてしまうからである。

なお、ＳｉＯ_２を含むマスク層４ａとＡｌを含む金属層３ａとの間にＡｌの酸化物が存在すると、金属層３ａのドライエッチングの効率が低下し、ドライエッチングに時間を要することを確認している。また、その結果として、マスクを構成する硬化物層のエッチングによりエッチング深さを大きくできず、高いアスペクト比を達成することが困難となることを確認している。

〈工程（２）〉
図２（ｂ）に示されるように、工程（１）で作製したマスク層４ａの上に紫外線硬化樹脂を塗布し、紫外線硬化樹脂層５ａを形成する。基材１がガラス、石英等により構成され、基材１の剛性が高い場合には、紫外線硬化樹脂層５ａの形成方法として、スピンコート、スプレー法等が適用できる。ＴＡＣ、ＰＥＴ等、基材１が巻き取り可能なフィルム状の場合には、紫外線硬化樹脂層５ａの形成方法として、グラビアロール、ダイコーター等を適用できる。

次に、図２（ｃ）に示されるように、表面に凹凸形状が賦型されたモールド６を紫外線硬化樹脂層５ａに押し当て、紫外線硬化樹脂層５ａを賦型する。モールド６は光透過性である。このため、紫外線光源７から紫外光を照射することにより、照射された紫外光がモールド６を透過し、モールドに密着した状態で紫外線硬化樹脂層５ａが硬化して、凹凸形状を有する硬化物層５ｂが形成される。紫外線硬化樹脂の硬化後、図２（ｄ）に示されるように、モールド６から硬化物層５ｂを離型させる。

モールド６は、フッ素を含む樹脂によって構成されていることが好ましい。モールド６がフッ素を含む樹脂によって構成されていれば、光硬化後の離型が容易になるためである。また、マスク層４ａがＳｉＯ_２によって構成されている場合には、マスク層４ａ上に硬化物層５ｂを形成することで、金属層３ａ上に硬化物層５ｂを形成する場合よりもアンカー効果が高まり、より容易に離型が可能である。

なお、紫外線硬化樹脂層５ａの賦型には、フォトリソグラフィー法を適用しても良いが、生産性の面ではナノインプリント法、即ち、凹凸形状が賦型されたモールド６を用いて賦型することが好ましい。基材１が巻き取り可能なフィルム状の場合には、ロールツーロール方式のナノインプリンターを適用することで、連続的に賦型処理ができるため、より好ましい。

凹凸形状のピッチは、対象となる光の偏光特性から決定される。一般的には、凹凸形状のピッチは、光の波長の１／２以下とすることが好ましい。凹凸形状のピッチが小さくなる程、偏光特性は向上し、例えば、可視光に対しては８０ｎｍ〜１５０ｎｍのピッチにおいて良好な偏光特性が得られる。また、凹凸形状における凹部の幅と凸部の幅の比（凹凸幅比）は、最終的に形成される金属層３ｃの幅を考慮して決定される。金属層３ｃの幅にある程度のマージンを持たせるためには、凹凸幅比は、凹部：凸部として、１：４〜２：３程度とすることが好ましい。

〈工程（３）〉
図２（ｅ）に示されるように、ドライエッチングにより、硬化物層５ｂの凹部５ｃを除去し、硬化物層５ｂの凸部５ｄをマスクとして、マスク層４ａを加工する。その結果、硬化物層５ｂの凸部５ｄと加工されたマスク層４ｂとからなる凸パターンが形成され、凸パターンの間では、金属層４ａの表面が露出する。

ドライエッチングに用いるガスとしてはＣＨＦ_３が好ましい。ＣＨＦ_３は、マスク層４ａへのエッチング選択性がＣＦ_４等の他のフッ化炭素系ガスより高く、硬化物層５ｂの凸部５ｄを残して凹部５ｃとその直下のＳｉＯ_２でなるマスク層４ａを共に効率よく除去できるためである。

当該ドライエッチングに用いるドライエッチング装置としては、プラズマ密度とバイアス電力を別個に制御可能な２周波型が好ましい。基材１が巻き取り可能なフィルム状の場合、バイアス印加側の電極をロール形状にすることで、ロールツーロール方式のドライエッチャーを適用可能であり、成膜、賦型と同様に連続処理が可能となるため生産性の面でより好ましい。

〈工程（４）〉
図２（ｆ）に示されるように、ドライエッチングにより金属層３ａを加工して金属層３ｂを形成する。具体的には、工程（３）を経て形成された凸パターンをマスクとして用いて、露出した金属層４ａをドライエッチングにより除去する。トライエッチングに用いるガスとしてはＣｌ_２を含むガス、またはＣｌ_２とＢＣｌ_３の混合ガスを含むガスを用いることが好ましい。

マスク層４ｂにＳｉＯ_２等の誘電体が用いられている場合、ＳｉＯ_２等の誘電体はＣｌ_２ガスに対するエッチング耐性が高いので、マスク層４ｂは選択性の高いマスクとなる。また、塩素系ガスとしてＣｌ_２系のみを含む場合には、ＢＣｌ_３等の還元性ガスを添加する場合よりも硬化物層５ｂの消耗を低減可能である。硬化物層５ｂは側壁保護としても機能するため、硬化物層５ｂの消耗を低減することにより、アスペクト比３以上の高アスペクト比な金属層３ｂのパターンを形成できる。このように、Ａｌを含む金属層３ｂをドライエッチングする場合にはＣｌ_２ガスのみを用いて行うことが特に望ましい。

なお、金属層３ａのドライエッチング工程前には、工程（３）におけるマスク層４ａの加工後、金属層３ａの表面が露出した後には、大気に曝されないようにすることが望ましい。また、大気にさらされないようにするために、同一の装置で処理することが好ましい。上記したように、金属層３ａの表面が大気に曝されると、Ａｌの酸化物が生じ、これによって、本工程における金属層３ａのドライエッチングの際のドライエッチングガス（Ｃｌ_２）の効率が低下し、ドライエッチングに時間を要することとなるからである。また、ドライエッチングに時間を要すると、上記のように硬化物５ｂの凸部５ｄを構成するレジスト材料もエッチングされてしまう。このため、高いアスペクト比の金属層３ｂを得ようとすると硬化物層５ｂの厚みを厚くせざるを得ず、信頼性が低下することとなってしまうためである。

枚葉式ドライエッチング装置を用いる場合、処理するガス毎に反応室を持つタイプを用いることが好ましい。基材１が巻き取り可能なフィルム状の場合、バイアス印加側の電極をロール形状にすることでロールツーロール方式のドライエッチャーを適用可能となり、処理するガスでアンテナ側の電極を分離し、間にバッファーを設け、異なるガス間での汚染を防ぐことが可能になるためである。使用するガス毎に装置を分離し、装置間をブリッジで結んでも良い。

〈工程（５）〉
図２（ｇ）に示されるように、ウェットエッチングにより、上記の工程（４）で形成された金属層３ｂを、所望の幅にさらに細線化して金属層３ｃを形成する。当該ウェットエッチングの工程においては、金属層３ｂ表面のＡｌを腐食させて溶解させるので、Ｃｌ_２等を用いてＡｌをドライエッチングすることで生じる金属層３ｂ表面の残留塩素成分が除去される。

また、マスク層４ｂが残存しているため、金属層３ｂの厚み方向のエッチングが抑制され、幅方向のみのエッチングが進行する。これにより、金属層３ｂの高さが減少することなく、細線化のみが促進される。

ウェットエッチングのエッチャント（エッチング液）は酸、アルカリ等を適宜選択して用いることができるが、基材１に耐酸性の弱いＴＡＣフィルム等を用いる場合は、０．５ｗｔ％〜０．０１ｗｔ％程度に希釈した水酸化ナトリウムを用いることが好ましい。また、０．１ｗｔ％程度に希釈した水酸化ナトリウムを用いるとより好ましい。

なお、図２（ｈ）に示されるように、マスク層４ｂは金属層３ｃが形成された後は必要に応じ、除去可能である。マスク層４ｂにＳｉＯ_２を適用する場合、マスク層４ｂは、ＣＨＦ_３やＣＦ_４等のフッ化炭素系ガスによるドライエッチングにより容易に除去できる。その際、下層の金属層３ｃは侵さずにマスク層を除去可能である。

以上、本発明に係る光学素子の内、ワイヤグリッド偏光子について詳説した。なお、実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子のワイヤの形状は、略円錐形状、略角錐形状、略楕円錐形状、略円錐台形状、略角錐台形状、略楕円錐台形状等の突起形状に変更することが可能である。また、このような突起形状を有する突起物は、マスクの形状やエッチング条件を制御することによって作製することが可能である。このように、本発明は、ワイヤグリッド偏光子に限られず、例えば、モスアイ型の光学素子に適用することもできる。

次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

［実施例１]
ＴＡＣ基材にマグネトロンスパッタにより、誘電体層としてのＳｉＯ_２層と、金属層としてのＡｌ層と、マスク層としてのＳｉＯ_２層を積層形成した。各層は、同一チャンバー内で大気開放せずに形成した。ＳｉＯ_２層（誘電体層）の厚みは１０ｎｍとし、Ａｌ層（金属層）の厚みは１７０ｎｍとし、ＳｉＯ_２層（マスク層）の厚みは１０ｎｍとした。誘電体層としてのＳｉＯ_２層、およびマスク層としてのＳｉＯ_２層は、ＳｉＯ_２ターゲットを用い、圧力を０．５Ｐａ、Ａｒ流量を６０ｓｃｃｍ、ＲＦ印加電圧を２００Ｗとして、スパッタリング成膜により形成した。Ａｌ層は、Ａｌターゲットを用い、圧力を０．４Ｐａ、Ａｒを流量５０ｓｃｃｍ、ＤＣ印加電圧を２００Ｗとして、スパッタリング成膜により形成した。マスク層としてのＳｉＯ_２層の上には、光硬化性樹脂をスピンコート法により約１００ｎｍの厚みで塗布した。

次に、ピッチ１３０ｎｍで凹凸形状が形成された光透過性の樹脂モールドを用い、上記光硬化性樹脂に縞状の凸パターンを転写し、樹脂モールド越しに紫外線を照射して光硬化性樹脂を硬化させた後に離型し、凹凸パターンを有するレジスト層（硬化物層）を形成した。そのときのレジスト層の高さは約１５０ｎｍであった。

その後、２周波型ドライエッチング装置を用い、上記ＵＶナノインプリントによって生じる凹凸パターンを有するレジスト層の凹部にあたる部分と、その直下のＳｉＯ_２層をＣＨＦ_３ガスによるドライエッチングで除去した。当該ドライエッチングの条件は、ＣＨＦ_３ガスの流量が２０ｓｃｃｍ、圧力が０．５Ｐａ、アンテナ電力が５０Ｗ、バイアス電力が１００Ｗであった。また、上記処理に連続して、上記処理において露出したＡｌ層をＣｌ_２ガスによりドライエッチングしてＡｌ線を形成した。当該ドライエッチングの条件は、Ｃｌ_２ガスの流量が２０ｓｃｃｍ、圧力が０．１５Ｐａ、アンテナ電力が５０Ｗ、バイアス電力が１００Ｗであった。

図３は、上記工程を経て作製された構造の断面写真である。このときのＡｌ線の線幅は約１００ｎｍであった。偏光子の光学特性は、偏光度が９９．９％以上、透過率が３０％であった。

［実施例２]
上記実施例１において得られた構造に、ウェットエッチングを行って、Ａｌ線の線幅を細線化した。

まず、水酸化ナトリウム水溶液の濃度と加工性との関係を確認するために、０．５ｗｔ％、０．１ｗｔ％、０．０１ｗｔ％に希釈した水酸化ナトリウム水溶液を用いて、Ａｌのベタ膜のエッチングレートを測定した。０．５ｗｔ％に希釈した水酸化ナトリウム水溶液のエッチングレートは、０．５４ｎｍ／秒であった。０．１ｗｔ％に希釈した水酸化ナトリウム水溶液のエッチングレートは、０．２８ｎｍ／秒であった。０．０１ｗｔ％に希釈した水酸化ナトリウム水溶液のエッチングレートは、０．１７ｎｍ／秒であった。

Ａｌ線をエッチングする場合、Ａｌ線は両側面からエッチングされるため、例えば０．５ｗｔ％におけるエッチングレートでは、約１００ｎｍのＡｌ線（実施例１の線幅に相当）は、わずか９０秒程度で完全に溶解してしまう。また、Ａｌのベタ膜とＡｌ線とでは、エッチングの進行状況は同一であるとは限らない。このため、時間的により制御しやすい０．１ｗｔ％および０．０１ｗｔ％に希釈した水酸化ナトリウム水溶液を用いて、実施例１の工程の後、ウェットエッチングを行い、Ａｌ線を細線化した。０．１ｗｔ％に希釈した水酸化ナトリウム水溶液では１５秒間のウェットエッチングを、０．０１ｗｔ％に希釈した水酸化ナトリウム水溶液では６０秒間のウェットエッチングを行った。

図４は、０．０１ｗｔ％に希釈した水酸化ナトリウム水溶液を用いた場合に作製された構造の写真である。図４（ａ）は断面形状を示しており、図４（ｂ）は平面形状を示している。また、図５は、０．１ｗｔ％に希釈した水酸化ナトリウム水溶液を用いた場合に作製された構造の写真である。図５（ａ）は断面形状を示しており、図５（ｂ）は平面形状を示している。

図４および図５から、０．０１ｗｔ％に希釈した水酸化ナトリウム水溶液を用いた場合には、グリッド間の残渣やグリッド側面の凹凸が存在するのに対して、０．１ｗｔ％に希釈した水酸化ナトリウム水溶液を用いた場合には、グリッド間の残渣やグリッド側面の凹凸が存在しないことが分かる。上記結果から、細線化のウェットエッチングに用いるエッチャントとしては、０．１ｗｔ％に希釈した水酸化ナトリウム水溶液が好ましいことが分かる。

［実施例３]
実施例１の工程の後、０．１ｗｔ％に希釈した水酸化ナトリウム水溶液を用いて１５秒間のウェットエッチングを行い、Ａｌ線を細線化した。図６は、当該工程によって得られた構造の断面写真である。このときのＡｌ線の線幅は約８３ｎｍであった。偏光子の光学特性は、偏光度が９９．９％以上、透過率が３９．５％であった。

［実施例４]
実施例１の工程後、０．１wt％に希釈した水酸化ナトリウム水溶液を用いて２５秒間のウェットエッチングを行い、Ａｌ線を細線化した。図７は、当該工程によって得られた構造の断面写真である。このときのＡｌ線の線幅は約７１ｎｍであった。偏光子の光学特性は、偏光度が９９．９％以上、透過率が４２％であった。

［実施例５]
実施例１の工程後、０．１wt％に希釈した水酸化ナトリウム水溶液を用いて３５秒間のウェットエッチングを行い、Ａｌ線を細線化した。図８は、当該工程によって得られた構造の断面写真である。このときのＡｌ線の線幅は約５６ｎｍであった。偏光子の光学特性は、偏光度が９９．９％以上、透過率が４３．５％であった。

［実施例６]
実施例１で作製したワイヤグリッド偏光子を６０°/９０ＲＨ％の恒温恒湿層に入れ、耐久性試験を実施した。４００ｈの試験後には、試験前と比較して、偏光度が０．８７％低下した。図９に、当該耐久性試験の結果を四角印で示す。

［実施例７]
実施例１で作製したワイヤグリッド偏光子に対してアフターコロージョン対策として一般的な流水洗浄処理を行った後に、６０°/９０ＲＨ％の恒温恒湿層に入れ、耐久性試験を実施した。４００ｈの試験後には、試験前と比較して、偏光度が０．４１％低下した。図９に、当該耐久性試験の結果を三角印で示す。

［実施例８]
実施例２で作製したワイヤグリッド偏光子を６０°/９０ＲＨ％の恒温恒湿層に入れ、耐久性試験を実施した。１０８０ｈの試験後には、試験前と比較して、偏光度が０．０７％低下した。図９に、当該耐久性試験の結果を丸印で示す。

以上、上述のワイヤグリッド偏光子の製造方法においては、Ａｌ線の加工精度を高めることにより高い偏光度と高い透過率とを実現可能である。また、ウェットエッチングによるＡｌ線の細線化により、光学特性をさらに高めると共に、耐久性を高めることが可能である。このように、上述の製造方法によって、高い偏光度を保ちつつ、高透過率を有し、耐久性においても優れた偏光子を製造することが可能である。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されない。例えば、寸法、材質等は例示的なものに過ぎず、適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、適宜変更して実施することが可能である。

本発明に係る光学素子は、例えば、ワイヤグリッド偏光子として用いることができる。ワイヤグリッド偏光子は、投射型液晶表示素子などの部材として有用である。

１ 基材
２ 誘電体層
３ 金属層
４ マスク層
５ａ 紫外線硬化樹脂層
５ｂ 硬化物層
５ｃ 凹部
５ｄ 凸部
６ モールド
７ 紫外線光源

Claims (4)

1. 光透過性の基材主面上の誘電体層と、前記誘電体層上の、可視光の波長より幅が小さい複数の突起物と、を備え、
   前記突起物は、前記誘電体層上のＡｌを含んでなる金属層と、前記金属層上に接し、ＳｉＯ_２、またはＳｉＯ_２を含有するサーメットでなるマスク層と、を備えたことを特徴とする光学素子。
2. 前記突起物がワイヤであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 真空下において、光透過性の基材主面上のＡｌを含んでなる金属層と、前記金属層に接するＳｉＯ_２、またはＳｉＯ_２を含有するサーメットでなるマスク層とを積層形成する工程と、
   前記マスク層上に光硬化性樹脂層を形成した後、前記光硬化性樹脂層に凹凸形状を有するモールドの凹凸形状を転写し、前記光硬化性樹脂層を硬化させて、凹凸パターンを有する硬化物層を形成する工程と、
   ＣＨＦ_３ガスを用いて、前記硬化物層の凹部をドライエッチングにより除去すると共に、前記硬化物層をマスクとして用いて前記マスク層をドライエッチングして、前記金属層上に前記硬化物層の一部と前記マスク層の一部とでなる凸パターンを形成する工程と、
   Ｃｌ_２、またはＣｌ_２とＢＣｌ_３との混合ガスを用いて前記金属層をドライエッチングして、前記硬化物層の一部と、前記マスク層の一部と、前記金属層の一部とでなる凸パターンを形成する工程と、
   前記金属層をウェットエッチングして、細線化された金属層を形成する工程と、
   を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
4. 前記金属層をドライエッチングするガスが、Ｃｌ_２であることを特徴とする請求項３に記載の光学素子の製造方法。