JP2015118369A - 偏光子、偏光子用基板および光配向装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、液晶表示装置に用いられる位相差フィルムや、3D表示用位相差フィルムの材料としても配向膜が用いられている。
配向膜としては、例えば、ポリイミドに代表される高分子材料が用いたものが知られており、この高分子材料を布等により摩擦するラビング処理がされることによって配向規制力を有するものとなる。
しかしながら、このようなラビング処理により配向規制力が付与された配向膜では、布等が異物として残存するといった問題があった。
このような光配向膜への配向規制力付与のための直線偏光の照射方法としては、偏光子を介して露光する方法が一般的に用いられる。偏光子としては、平行に配置された複数の細線を有するものが用いられ、細線を構成する材料としては、アルミや酸化チタンが用いられている(特許文献1等)。
本発明の短波長の光の消光比にも優れるとの効果をより効果的に発揮できるからである。
以下、本発明の偏光子について説明する。
なお、この例では、上記細線2が、上記偏光材料層3であるモリブデンシリサイド系材料層上に形成され、酸化ケイ素を含有する酸化ケイ素層4を有するものであり、合成石英ガラスからなる透明基板1上に形成されるものである。
以下、本発明の偏光子の各構成について詳細に説明する。
本発明における細線は、直線状に形成され、かつ、平行に配置されるものであり、偏光材料層を有するものである。
上記偏光材料層は、偏光材料を含有するものである。
なお、本発明での屈折率および消衰係数は特に波長の特定に言及が無い場合は250nmの波長における値とする。
また、上記屈折率と消衰係数は、偏光光の偏光軸回転量の小さいものとすることができるとの観点からは、屈折率が2.3〜2.8の範囲内であり、かつ消衰係数が1.4〜2.4の範囲内であることが好ましい。なかでも屈折率が2.3〜2.8の範囲内であり、かつ消衰係数が1.7〜2.2の範囲内であることが好ましく、特に、屈折率が2.4〜2.8の範囲内であり、かつ消衰係数が1.8〜2.1の範囲内であることが好ましい。
消光比を良好な値とし、かつ、偏光軸回転量も小さいものとすることができるからである。
特に240nm〜280nmの波長領域の範囲で消光比と透過率を優れたものとすることができ、かつ偏光光の偏光軸回転量の小さいものとすることができるからである。
なお、屈折率および消衰係数の測定方法としては、特に限定されないが、分光反射スペクトルから算出する方法、エリプソメーターを用いて測定する方法及びアッベ法を挙げることができる。エリプソメーターとしてはジョバンーイーボン社製UVSELが挙げられる。なお、本件の屈折率はウーラム社製VUV−VASEにて測定した値である。
また、モリブデンシリサイド系材料を用いることで、細線の膜厚を薄くした設計で消光比を高く保つことができ、加工精度も優れたものとなり、より細線化、狭ピッチ化も可能となるからである。
さらに、従来の偏光材料として用いられることが知られるアルミ材と比較して、酸やアルカリに対しての耐性に優れ、洗浄して繰り返し使用することができ、液晶表示装置用等の光配向膜の配向用として適しているからである。
ここで、主原料として含有されるとは、具体的には、上記偏光材料層中の偏光材料の含有量が、70質量%以上であることをいうものであり、なかでも本発明においては、90質量%以上であることが好ましく、特に100質量%、すなわち、上記偏光材料層が上記偏光材料からなるものであることが好ましい。上記含有量であることにより、上記消光比とすることが容易だからである。
また、上記含有量の測定方法としては、含有量を精度良く測定できる方法であれば特に限定されるものではないが、例えば、上記細線の断面について、XPS表面分析を行う方法を挙げることができる。
本発明においては、なかでも、偏光材料層が1種類の偏光材料を含む単一の層であることが好ましい。単一の層であることで製造、加工が行い易く、安定して高精度の偏光子を製造することができる。
具体的には、上記偏光材料層の上記細線中の含有量が80質量%以上であることが好ましく、なかでも90質量%以上であることが好ましく、特に、100質量%、すなわち、上記細線が上記偏光材料層のみ含むものであることが好ましい。上記含有量であることにより、上記消光比とすることが容易だからである
また、上記含有量は、上記細線の幅方向の断面に占める偏光材料層の質量割合をいうものであり、この測定方法としては、上記含有量を精度良く測定できる方法であれば特に限定されるものではないが、例えば、上記偏光材料の含有量の測定方法と同様の方法を用いることができる。
本発明における細線は、上記偏光材料層を少なくとも有するものであり、上記偏光材料層のみを有するものであっても良いが、必要に応じて上記偏光材料以外の他の材料を主原料として含む非偏光材料層を有するものであっても良い。
なお、上記酸化ケイ素層の膜厚は、上記偏光材料層表面からの厚みの最大の厚みをいうものであり、具体的には図2中のdで示される厚みをいうものである。
また、膜厚の測定方法としては、偏光子の分野における一般的な測定方法を用いることができ、例えば、AFMにより膜表層の形状を測定し、透過型エリプソメータで偏光特性を測定することにより、膜を構成する組成とそれぞれの膜厚を得ることができる。
本発明においては、上記膜厚は、60nm〜180nmの範囲内であることが好ましい。なかでも、80nm〜160nmの範囲内であることが好ましく、100nm〜150nmの範囲であることが特に好ましい。
また、膜厚を低く抑えることで、フォトリソグラフィやインプリントリソグラフィなどによるレジストパタン形成や、エッチング加工時の精度が向上し、精度の高い偏光子を作製可能となる。また、メガソニックを用いた超音波洗浄などの物理的洗浄の耐性も向上する。
なお、上記細線の膜厚は、細線の長手方向および幅方向に垂直な方向の厚みのうち最大の厚みをいうものであり、細線が非偏光材料層を有する場合には、非偏光材料層をも含む膜厚をいうものである。具体的には図2中のaで示される厚みをいうものである。
また、上記細線の膜厚は一の偏光子内に異なる膜厚のものを含むものであっても良いが、通常、同一膜厚で形成される。
なお、上記細線の幅は、細線の長手方向に垂直方向の長さをいうものであり、細線が非偏光材料層を含む場合には、非偏光材料層をも含む幅をいうものである。具体的には図2中のbで示される長さをいうものである。
また、上記細線の幅は一の偏光子内に異なる幅のものを含むものであっても良いが、通常、同一幅で形成される。
なお、上記細線のピッチは、幅方向に隣接する細線間のピッチの最大幅をいうものであり、細線が非偏光材料層を含む場合には、非偏光材料層をも含むものである。具体的には図2中のcで示される幅をいうものである。
また、上記細線のピッチは一の偏光子内に異なるピッチのものを含むものであっても良いが、通常、同一ピッチで形成される。
本発明の偏光子は上記細線を有するものであるが、通常、上記細線が形成される透明基板を有するものである。
上記透明基板の厚みとしては、本発明の偏光子の用途やサイズ等に応じて適宜選択することができる。
本発明の偏光子は、上記細線を有し、波長250nmの光の消光比が40以上のものである。
また、上記消光比については大きければ大きい程好ましいので、特に上限は限定されるものではない。
なお、上記消光比の測定方法は、偏光子の分野における一般的な測定方法を用いることができ、例えば、紫外光の偏光特性を測定することが可能な透過型エリプソメータ、例えばウーラム社製VUV-VASEなどの透過型エリプソメータを用いることで測定することができる。
なお、P波透過率の測定方法としては、偏光子の分野における一般的な測定方法を用いることができ、例えば、紫外光の偏光特性を測定することが可能な透過型エリプソメータ、例えばウーラム社製VUV-VASEなどの透過型エリプソメータを用いることで測定することができる。
光配向膜の材料として、波長260nm程度の光で配向されるもの、300nm程度の光で配向されるもの、365nm程度の光で配向されるものが知られており、材料に応じた波長の光源ランプが使われている。これらの光配向膜の配向に上記モリブデンシリサイド系材料層を含む偏光子を用いることができるからである。
また、上記偏光材料の屈折率が2.0〜3.2の範囲内であり、かつ、上記偏光材料の消衰係数が2.7〜3.5の範囲内である場合には、上記偏光子は、200nm〜400nmの範囲内の光の直線偏光生成用であることが好ましく、なかでも、240nm〜400nmの範囲内の光の直線偏光生成用であることが好ましく、特に、240nm〜370nmの範囲内の光の直線偏光生成用であることが好ましい。上記偏光材料である場合には、上記光の波長が上述の範囲内で消光比およびP波透過率の両者に優れた特性を示すことができるからである。
紫外線領域において、広範囲に消光比とP波透過率が良好となることで、感度波長の異なる複数種類の光配向膜の材料にも同じ材料の偏光子を用いることができるからである。
また、上記偏光材料の屈折率が2.3〜2.8の範囲内であり、かつ、上記偏光材料の消衰係数が1.4〜2.4の範囲内である場合には、上記偏光子は、200nm〜350nmの範囲内の光の直線偏光生成用であることが好ましく、なかでも、240nm〜300nmの範囲内の光の直線偏光生成用であることが好ましく、特に、240nm〜280nmの範囲内の光の直線偏光生成用であることが好ましい。上記偏光材料である場合には、上記光の波長が上述の範囲内で消光比およびP波透過率の両者に優れた特性を示すことができ、また偏光光の偏光軸回転量の小さいものとすることができるからである。特に、波長260nm程度で配向する光配向膜の材料に好適に用いることができるからである。
なお、所定の波長範囲の光の直線偏光生成用とは、本発明の偏光子に照射される光が上記所定の波長範囲の光を含むものであれば良く、なかでも、所定の波長範囲の光を主として含む、すなわち、所定の波長範囲の光のエネルギーが偏光子に照射される光の全エネルギーの50%以上であることが好ましく、特に、全エネルギーの70%以上であることが好ましく、なかでも特に、全エネルギーの90%以上であることが好ましい。
また、本発明においては、液晶表示装置において液晶材料を挟持する液晶表示装置用光配向膜への配向規制力付与に用いられることが好ましい。光配向膜への配向規制力付与を効果的に行うことができるからである。
図3は本発明の偏光子の製造方法の一例を示す工程図である。図3に例示するように、まず、上記偏光子の波長250nmの光の消光比を40以上とすることができる上記偏光材料の屈折率および消衰係数をシミュレーションにより決定し、その屈折率および消衰係数を満たす偏光材料を選択する(図示せず。)。次いで、透明基板1を準備し(図3(a))、上記透明基板上にスパッタリング法により、選択された偏光材料からなる偏光材料膜3´を形成することにより透明基板および透明基板上に形成され、偏光材料を含有する偏光材料膜を有する偏光子用基板を形成する(図3(b))。
なお、偏光子用基板としては、偏光材料膜3´上に、偏光材料加工用のハードマスクを設けても良い(図示せず)。
次に、フォトリソグラフィ法によりパターン状レジスト11を形成し、パターン状レジスト11をマスクとしてエッチングすることにより(図3(c))、偏光材料層3を含む細線2を形成するものである(図3(d))。
また、偏光材料層としてのモリブデンシリサイド系材料層3の表面に酸化膜を形成することで酸化ケイ素膜4が形成されるものであっても良い。
また、偏光子用基板が偏光材料膜上に形成されたハードマスクを有する場合は、レジスト11をエッチングマスクとしてハードマスクをエッチングし、パターン状にエッチングされたハードマスクをエッチングマスクにし偏光材料膜をエッチングすることができる。
このようにハードマスクをエッチングマスクとして用いることにより、偏光材料膜の微細なパターン加工がより高精度で可能となるといった利点がある。
その後ハードマスクを剥離することで所望の偏光子が得られる。ハードマスクを残したままでも所望の性能が得られる場合はハードマスクを残しても良い。
クロム系材料としては、クロム、クロム酸化物、クロム窒化物、クロム酸化窒化物などを挙げることができる。
ハードマスクの厚みは偏光材料膜のエッチングに耐える厚みが好ましく、偏光材料膜が100nm程度の場合、5nm〜15nm程度の厚みが好ましい。
ハードマスクは偏光材料膜上にスパッタリング法などで形成することができる。
図4に示す光配向装置20は、本発明の偏光子10が収められた偏光子ユニット21と紫外光ランプ22を備えており、紫外光ランプ22から照射された紫外光を偏光子ユニット21に収められた偏光子10により偏光し、この偏光された光(偏光光24)をワーク26の上に形成された光配向膜25に照射することで、光配向膜25に配向規制力を付与するものである。
また、光配向装置20には、光配向膜25を形成したワーク26を移動させる機構が備えられており、ワーク26を移動させることにより、光配向膜25の全面に偏光光24を照射することができる。例えば、図4に示す例において、ワーク26は図中右方向(図4における矢印方向)に移動する。
図5は、本発明に係る光配向装置の他の構成例を示す図である。
図5に示すように、光配向装置30は、2個の紫外光ランプ32を備えており、各紫外光ランプ32とワーク36の間には、それぞれ、本発明の偏光子10が収められた偏光子ユニット31が備えられている。また、各紫外光ランプ32には、それぞれ反射鏡33が備えられている。
言い換えれば、本発明においては、光配向膜の移動方向に直交する方向において隣り合う複数個の偏光子間の境界部が、光配向膜の移動方向に連続的に繋がらないように、複数個の偏光子が配置されていることが、好ましい。
偏光子間の境界部においては、通常、偏光光が生じないため、この境界部が光配向膜に与える弊害を抑制するためである。
また、図6(d)に示す配置形態は、配置される複数個の偏光子が、いずれも同じ形状、同じサイズを有し、左右方向において隣り合う偏光子の上下方向の位置が、偏光子の上下方向の大きさの1/2よりも小さいステップで上下方向にシフトしている配置形態である。
図6(c)に示す配置形態において、上下方向に隣接配置された偏光子10aと偏光子10bの境界部41は、左右方向に配置された偏光子10cと偏光子10dによって、左右方向に伸びていくことを阻まれている。
すなわち、図6(c)に示す配置形態においては、上下方向に隣接配置された偏光子間の境界部が左右方向に連続的に繋がっていくことを、阻止している。
それゆえ、図6(c)に示す配置形態を採用して、光配向膜に偏光光を照射する場合、上記偏光子間の境界部に起因する弊害が光配向膜に連続的に及ぶことを抑制することができる。
それゆえ、図6(d)に示す配置形態を採用して、光配向膜に偏光光を照射する場合、上記偏光子間の境界部に起因する弊害が光配向膜に連続的に及ぶことを抑制することができる。
一方、図6(d)に示す配置形態においては、偏光子の上下方向の大きさの1/2よりも小さいステップで上下方向にシフトしているため、境界部42の上下方向の位置は、より揃い難くなる。
それゆえ、図6(d)に示す配置形態においては、上記偏光子間の境界部に起因する弊害が光配向膜に連続的に及ぶことを、より抑制することができる。
膜厚が80nm幅およびピッチが72nmおよび120nm、偏光材料からなる偏光材料層のみを含む細線モデルについて、「回折光学素子の数値解析とその応用」(丸善出版、小館香椎子慣習)に記載のRCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis)に基づいて、屈折率および消衰係数に対する波長250nmの光の消光比のシミュレーションを行った。結果を下記表1に示す。
表1より、MoSi系材料により可能な屈折率が2.0〜3.0の範囲内でありかつ消衰係数が2.7〜3.5の範囲内である場合において、消光比が40以上(200.4〜1203.8の範囲内)の値を示した。
細線モデルを、膜厚が80nm、幅およびピッチが60nmおよび120nmの細線モデルとした以外は実施例1と同様のシミュレーションを行った。結果を下記表2に示す。
表2より、MoSi系材料により可能な屈折率が2.0〜3.0の範囲内でありかつ消衰係数が2.7〜3.5の範囲内である場合において、消光比が40以上(72.9〜263.9の範囲内)を示した。
細線モデルを、膜厚が80nm、幅およびピッチが48nmおよび120nmの細線モデルとした以外は実施例1と同様のシミュレーションを行った。結果を下記表3に示す。
表3より、MoSi系材料により可能な消衰係数が2.7〜3.1の範囲内でありかつ屈折率が2.2〜3.0の範囲内である場合(条件3−1)、消衰係数が3.2〜3.3の範囲内でありかつ屈折率が2.1〜3.0の範囲内である場合(条件3−2)、または消衰係数が3.4〜3.5の範囲内でありかつ屈折率が2.0〜3.0の範囲内である場合(条件3−3)において、消光比が40以上を示した。なお、具体的な消光比としては、条件3−1では41.8〜85.1の範囲内、条件3-2では40.9〜79.7の範囲内、条件3-3では40.0〜80.1の範囲内であり、本細線モデル全体の消光比の値としては40.0〜85.1の範囲内を示した。
細線モデルを、膜厚が60nm、幅およびピッチが72nmおよび120nmの細線モデルとした以外は実施例1と同様のシミュレーションを行った。結果を下記表4に示す。
表4より、MoSi系材料により可能な屈折率が2.0〜3.0の範囲内でありかつ消衰係数が2.7〜3.5の範囲内である場合において、消光比が40以上(52.8〜309.6の範囲内)を示した。
細線モデルを、膜厚が60nm、幅およびピッチが60nmおよび120nmの細線モデルとした以外は実施例1と同様のシミュレーションを行った。結果を下記表5に示す。
表5より、MoSi系材料により可能な消衰係数が2.7〜2.9の範囲内でありかつ屈折率が2.4〜3.0の範囲内である場合(条件5−1)、消衰係数が3.0〜3.3の範囲内でありかつ屈折率が2.3〜3.0の範囲内である場合(条件5−2)、または消衰係数が3.4〜3.5の範囲内でありかつ屈折率が2.2〜3.0の範囲内である場合(条件5−3)において、消光比が40以上を示した。なお、具体的な消光比としては、条件5−1では43.4〜85.1の範囲内、条件5-2では40.2〜78.1の範囲内、条件5-3では41.2〜76.9の範囲内であり、本細線モデル全体としては、消光比の値は40.2〜85.1の値を示した。
細線モデルを、膜厚が60nm、幅およびピッチが48nmおよび120nmの細線モデルとした以外は実施例1と同様のシミュレーションを行った。結果を下記表6に示す。
表6より、MoSi系材料により可能な、屈折率が2.0〜3.0の範囲内でありかつ消衰係数が2.7〜3.5の範囲内の場合では消光比40以上の領域はなかったが、消衰係数が1.5〜2.4の範囲内でありかつ屈折率が2.6〜3.0の範囲内の一部の条件で消光比が40以上(41.7〜493.0の範囲内)を示した。
細線モデルを、膜厚が40nm、幅およびピッチが72nmおよび120nmの細線モデルとした以外は実施例1と同様のシミュレーションを行った。結果を下記表7に示す。
表7より、MoSi系材料により可能な消衰係数が3.0〜3.5の範囲内でありかつ屈折率が3.0である場合において、消光比が40以上(40.0〜42.4の範囲内)を示した。
細線モデルを、膜厚が40nm、幅およびピッチが60nmおよび120nmの細線モデルとした以外は実施例1と同様のシミュレーションを行った。結果を下記表8に示す。
表8より、消光比40以上を示す条件は得られなかった。
細線モデルを、膜厚が40nm、幅およびピッチが48nmおよび120nmの細線モデルとした以外は実施例1と同様のシミュレーションを行った。結果を下記表9に示す。
表9より、消光比40以上を示す条件は得られなかった。
表1〜9の屈折率および消衰係数と消光比との相関関係を示す表より、屈折率および消衰係数の範囲を網掛け部分から選択することにより消光比を40以上とすることができることが確認できた。
例えば、実施例1(膜厚86μm、幅72μm、ピッチ120μm)の細線(偏光材料層)の場合では、屈折率を2以上、消衰係数1.5〜3.5の範囲内で消光比を40以上とすることができることが確認できた。
透明基板として膜厚6.35mmの合成石英ガラスを準備し、モリブデンとシリコンとの混合ターゲット(Mo:Si=1:2mol%)を用いアルゴン窒素の混合ガス雰囲気で反応性スパッタリング法により、モリブデンシリサイド系材料膜として、膜厚120nmの窒化したモリブデンシリサイド膜を形成した。また、窒素の量はMoの含有量の半分程度であった。
さらにモリブデンシリサイド膜上に、ハードマスクとして酸化窒化クロム膜を7nmでスパッタリング法で形成した。
得られた偏光子の細線の幅、厚み、およびピッチをVistec社製SEM測定装置LWM9000とVEECO社製AFM装置DIMENSION−X3Dにより測定したところ、それぞれ、34nm、120nm、および100nmであった。
実施例8の偏光子の細線について透過型エリプソメータ(ウーラム社製VUV-VASE)により構造を評価した。
その結果、上記細線が、幅および厚みがそれぞれ29.8nmおよび115.8nmのモリブデンシリサイド系材料からなるモリブデンシリサイド系材料層と、上記モリブデンシリサイド系材料層の上面の膜厚および側面の膜厚がそれぞれ4.2nmおよび4.2nmnmの酸化ケイ素からなる酸化膜と、を有することが確認できた。
また、モリブデンシリサイド系材料層の屈折率および消衰係数、すなわち、モリブデンシリサイド系材料(Mo:Si=1:2mol%)の屈折率および消衰係数を、透過型エリプソメータ(ウーラム社製VUV-VASE)を用いて測定したところ、波長250nmにおける屈折率nは、2.30であり、波長250nmにおける消衰係数kは、3.24であった。なお、波長365nmでの屈折率nは3.94であり、消衰係数kは2.85であった。
実施例8の偏光子について透過型エリプソメータ(ウーラム社製VUV-VASE)により、波長200nm〜700nmの範囲内の紫外光のP波透過率(出射光中のP波成分/入射光中のP波成分)およびS波透過率(出射光中のS波成分/入射光中のS波成分)を測定し、消光比(P波透過率/S波透過率)を算出した。結果を表10および図7に示す。
表10および図7に示すように、波長240nm〜400nmの範囲において、偏光子のP波透過率は70.5%以上であり、消光比は79.5%以上であった。
なお、波長240nm〜260nmの範囲において、偏光子のP波透過率は70.5%以上であり、消光比は79.5以上であった。
また、波長280〜320nmの範囲において偏光子のP波透過率は73.7%以上であり、消光比は208.5以上であった。
また、波長355nm〜375nmの範囲において、偏光子のP波透過率は79.6%以上であり、消光比は346.5以上であった。
光配向膜の材料として、波長260nm程度の光で配向されるもの、300nm程度の光で配向されるもの、365nm程度の光で配向されるものが知られており、以上の性能により、各種類の光配向膜に用いることができ、特に365nm程度の光で配向される光配向膜の材料に好適に用いることができることが確認できた。
また、波長200nm以上600nm以下の範囲において、実施例8の偏光子のS波透過率は8.44%以下であり、消光比は10.9以上であった。
また、波長220nm以上500nm以下の範囲において、実施例8の偏光子のS波透過率は2.69%以下であり、消光比は33.5以上であった。
実施例8の偏光子は波長200nmから600nm程度まで10以上の消光比を保っていることを確認できた。
一般に、光配向膜の吸収スペクトルは、特定の波長範囲においてピークを持つものの、広い波長範囲で光を吸収することが知られている。
そのため、従来の偏光子においては、消光比が低くなる波長範囲の光をバンドパスフィルターによりカットしていた。例えば、アルミから構成される細線を備えた偏光子では、300nm以下の波長範囲の光をカットしており、酸化チタンから構成される細線を備えた偏光子では、300nm以上の波長範囲の光をカットしていた。
しかしながら、上記の方法では、光のカットにより、光配向膜に配向規制力を付与する効率も低下してしまうという不具合があった。
一方、本発明の偏光子は、上記のように広い波長範囲において一定以上の消光比を確保できるため、バンドパスフィルターを用いる必要はなくなり、広い波長範囲の光を、光配向膜への配向規制力の付与に効率的に用いることができることが確認できた。
図8に示す偏光子10に対し、波長250nmの光が、細線が形成された側から方位角45度、入射角60度で入射する場合について、「回折光学素子の数値解析とその応用」(丸善出版、小館香椎子慣習)に記載のRCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis)に基づくシミュレーションモデルを作成し、偏光材料の屈折率n及び消衰係数kと、偏光子から出射する偏光光の偏光軸の回転量(°)の関係を算出した。結果を下記表11および図9に示す。
また、偏光軸の回転量は、入射光の入射角が0度の場合の偏光軸の方向を基準とし、この方向からの回転量(回転角度)を示している。
一方、偏光軸の回転量が−6.0度から−3.0度となる屈折率nと消衰係数kの範囲、および、偏光軸の回転量が+3.0度から+6.0度となる屈折率nと消衰係数kの範囲は、図9に示すグラフにおいて、薄い灰色の領域として表されている。
次に、図10に示す偏光子10に対し、波長250nmの光が、細線が形成された側から方位角0度、入射角0度で入射する場合について、「回折光学素子の数値解析とその応用」(丸善出版、小館香椎子慣習)に記載のRCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis)に基づくシミュレーションモデルを作成し、細線を構成する偏光材料の屈折率n及び消衰係数kと、消光比の関係を算出した。結果を下記表12および図11に示す。
モリブデンシリサイド(MoSi)系材料を用いる場合、組成の調節や、酸素や窒素の含有量の調節により、波長250nmにおける屈折率nと消衰係数kの範囲を、2.2≦n≦3.0であって0.7≦k≦3.5程度の範囲とすることができる。そのなかで高い消光比を実現し、偏光軸の回転量も同時に抑えることができる屈折率と消衰係数は、屈折率が2.3〜2.8の範囲内であり、かつ消衰係数が1.4〜2.4の範囲内であることが確認できた。
そのなかでも特に、屈折率が2.3〜2.8の範囲内であり、かつ消衰係数が1.7〜2.2の範囲内であることが好ましく、特に、屈折率が2.4〜2.8の範囲内であり、かつ消衰係数が1.8〜2.1の範囲内であると効果がより顕著になることが確認できた。
波長250nmにおける偏光材料の屈折率nおよび消衰係数kを、それぞれ、2.66および1.94とし、細線の厚みを150nmとした以外は、実施例9と同様にして、RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis)に基づくシミュレーションモデルを作成し、入射角(0°、10°、20°、30°、40°および50°)に対する偏光子から出射する偏光光の偏光軸の回転量の関係を算出した。結果を図12に示す。
偏光材料の屈折率nおよび消衰係数kを、それぞれ、250nm波長における屈折率nを2.66および消衰係数kを1.94とし、細線の厚みを170nmとした以外は、実施例11と同様にして、入射角(0°、10°、20°、30°、40°および50°)に対する偏光子から出射する偏光光の偏光軸の回転量の関係を算出した。結果を図12に示す。
偏光材料の屈折率nおよび消衰係数kを、それぞれ、250nm波長のおける屈折率nを2.29および消衰係数kを3.24とし、細線の厚みを100nmとした以外は、実施例11と同様にして、入射角(0°、10°、20°、30°、40°および50°)に対する偏光子から出射する偏光光の偏光軸の回転量の関係を算出した。結果を図12に示す。
屈折率nを2.66および消衰係数kを1.94とした材料では、幅広い入射角度の入射光に対して偏光軸の軸ずれが少ないことが確認できた。
透明基板として膜厚6.35mmの合成石英ガラスを準備し、モリブデンとシリコンとの混合ターゲット(Mo:Si=1mol%:2mol%)を用い、アルゴン、窒素、酸素の混合ガス雰囲気で反応性スパッタリング法により、モリブデンシリサイド系材料膜を形成した。実施例8の膜の成膜に比べ、屈折率を調整するため窒素を増やし、消衰係数の調節のため酸素を若干導入した。膜厚は100nmとした。
さらにモリブデンシリサイド系材料膜上に、ハードマスクとして酸化窒化クロム膜を7nmでスパッタリング法で形成した。
以後は、実施例8と同様にして、エッチングすることによって、偏光子を得た。
得られた偏光子の細線の幅、厚み、およびピッチは、それぞれ、36nm、100nm、および100nmであった。
実施例14の偏光子の細線について透過型エリプソメータ(ウーラム社製VUV-VASE)により構造を評価した。
その結果、上記細線が、幅および厚みがそれぞれ31.8nmおよび95.8nmのモリブデンシリサイド系材料からなるモリブデンシリサイド系材料層と、上記モリブデンシリサイド系材料層の上面の膜厚および側面の膜厚がそれぞれ4.2nmおよび4.2nmnmの酸化ケイ素からなる酸化膜と、を有することが確認できた。
また、モリブデンシリサイド系材料層の屈折率および消衰係数、すなわち、モリブデンシリサイド系材料(Mo:Si=1mol%:2mol%)の250nm波長における屈折率nは、2.66であり、消衰係数kは、1.94であった。
実施例8と同様にしてP波透過率およびS波透過率を測定し、消光比を算出した。結果を表13および図13に示す。
表13および図13に示すように、波長200nm〜350nmの範囲において偏光子のP波透過率は48%以上であり、消光比は40以上であった。なかでも、240nm〜300nmの範囲内において偏光子のP波透過率は61%以上であり、消光比は142以上であった。特に、240nm〜280nmの範囲内の範囲内において偏光子のP波透過率は61%以上であり、消光比は220以上であった。
本実施例の偏光子は特に、波長260nm程度で配向する光配向膜の材料に好適に用いることができることが確認できた。
2 … 細線
3 … 偏光材料層
4 … 非偏光材料層
10、10a、10b、10c、10d … 偏光子
20、30 … 光配向装置
21、31・・・偏光子ユニット
22、32・・・紫外光ランプ
23、33・・・反射鏡
24、34・・・偏光光
25、35・・・光配向膜
26、36・・・ワーク
41、42・・・境界部
Claims (11)
- 直線状に複数本が並列に配置された細線を有し、
前記細線が、偏光材料を含有する偏光材料層を有し、
波長250nmの光の消光比が40以上であることを特徴とする偏光子。 - 前記偏光子が光配向膜への配向規制力付与用であり、
紫外線領域の波長の光の直線偏光生成用であることを特徴とする請求項1に記載の偏光子。 - 前記偏光材料の屈折率が2.0〜3.2の範囲内であり、
前記偏光材料の消衰係数が2.7〜3.5の範囲内であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の偏光子。 - 前記偏光材料の屈折率が2.3〜2.8の範囲内であり、
前記偏光材料の消衰係数が1.4〜2.4の範囲内であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の偏光子。 - 前記偏光材料がモリブデンシリサイド系材料であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の偏光子。
- 前記偏光材料層の膜厚が40nm以上であり、
前記偏光材料層間のピッチが150nm以下であることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれかの請求項に記載の偏光子。 - 透明基板と、
前記透明基板上に形成され、偏光材料を含有する偏光材料膜と、
を有し、
前記偏光材料膜は、屈折率が2.0〜3.2の範囲内であり、消衰係数が2.7〜3.5の範囲内であることを特徴とする偏光子用基板。 - 透明基板と、
前記透明基板上に形成され、偏光材料を含有する偏光材料膜と、
を有し、
前記偏光材料膜は、屈折率が2.3〜2.8の範囲内であり、消衰係数が1.4〜2.4の範囲内であることを特徴とする偏光子用基板。 - 前記偏光材料がモリブデンシリサイド系材料であることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の偏光子用基板。
- 紫外光を偏光して光配向膜に照射する光配向装置であって、
請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載の偏光子を備え、
前記偏光子により偏光した光を前記光配向膜に照射することを特徴とする光配向装置。 - 前記光配向膜を移動させる機構が備えられており、
前記偏光子が前記光配向膜の移動方向および前記光配向膜の移動方向に直交する方向の両方向に複数個備えられており、
前記光配向膜の移動方向に直交する方向において隣り合う前記複数個の偏光子間の境界部が、前記光配向膜の移動方向に連続的に繋がらないように、前記複数個の偏光子が配置されていることを特徴とする請求項10に記載の光配向装置。
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