JP2016027356A - 偏光子、積層基板、および光配向装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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施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(例えば、特許文献1)。
そして、偏光軸の方向にばらつきがある状態で、光配向膜への配向規制力付与を行うと、光配向膜に所望の配向特性が得られない部分を生じさせてしまうというおそれがある。
本発明に係る偏光子は、透明基板の上に複数本の細線が並列に配置された偏光子であって、前記細線は、前記偏光子から出射する偏光光の消光比を向上させる消光比向上層と、前記偏光子から出射する偏光光の偏光軸が回転することを抑制する偏光軸回転抑制層を、有しており、前記消光比向上層に対し、前記偏光軸回転抑制層が、前記偏光子に入射する光の入射側に設けられているものである。
そして、細線2は、偏光子10から出射する偏光光の消光比を向上させる消光比向上層3と、偏光子10から出射する偏光光の偏光軸が回転することを抑制する偏光軸回転抑制層4を、有する多層構造になっている。
ここで、図1に例示する偏光子10の細線2においては、透明基板1の上に、消光比向上層3が設けられており、その上に、偏光軸回転抑制層4が設けられている構成になっている。すなわち、消光比向上層3に対し、偏光軸回転抑制層4が、偏光子10に入射する光の入射側に設けられている。
本発明においては、消光比向上層3に対し、偏光軸回転抑制層4が、偏光子に入射する光の入射側に設けられていれば良い。
それゆえ、光源からの光が透明基板1側から入射する形態で、偏光子が用いられる場合においては、図2(a)に例示する偏光子11のように、細線2の構成として、透明基板1の上に、偏光軸回転抑制層4が設けられており、その上に、消光比向上層3が設けられている構成とすることが好ましい。
このような構成であれば、光源からの光が、細線2が形成された側(図2(b)に示すZ側)から入射する形態、又は、光源からの光が透明基板1側から入射する形態、のいずれの実施形態に対しても好適に用いることができるからである。
透明基板1としては、細線2を安定的に支持することができ、光源からの光の透過性に優れたものであれば特に限定されるものではないが、例えば、光学研磨された合成石英ガラス、蛍石、フッ化カルシウムなどを用いることができる。
本発明においては、なかでも合成石英ガラスを好ましく用いることができる。品質が安定しており、また、短波長の光を用いた場合であっても透過性が高いからである。
透明基板1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。
細線2は、偏光子10から出射する偏光光の消光比を向上させる消光比向上層3と、偏光子10から出射する偏光光の偏光軸が回転することを抑制する偏光軸回転抑制層4を、有する多層構造になっている。
また、消光比向上層3と透明基板1の間に中間層が設けられていても良い。また、細線2は酸化ケイ素等によって被覆されていても良い。
消光比向上層3は、主に、偏光子10から出射する偏光光の消光比を向上させる効果を奏するものである。
上記の屈折率n2と消衰係数k2の範囲を満たす材料としては、モリブデンシリサイド(MoSi)系材料、すなわち、モリブデンシリサイド(MoSi)及びその酸化物、窒化物、酸窒化物の中から選択される1種または2種以上の材料を含むものを挙げることができる。
偏光軸回転抑制層4は、細線2において偏光子に入射する光の入射側に設けられ、偏光子から出射する偏光光の偏光軸が回転することを抑制するように作用するものである。
上記の材料であれば、細線2を構成する偏光軸回転抑制層4として、成膜や微細加工することができ、また、酸素や窒素等を含ませることによって、屈折率n1や消衰係数k1を所望の範囲に調整することもできるからである。
本発明に係る偏光子を製造するには、透明基板1の上に、消光比向上層3を形成するための消光比向上材層3Aと、偏光軸回転抑制層4を形成するための偏光軸回転抑制材層4Aを有する積層基板を予め製造しておき、この積層基板を用いて所望の形態の細線を形成して偏光子を製造することが好ましい。予め積層基板を準備しておくことで、偏光子の製造時間を短縮することができ、本発明に係る偏光子を効率良く製造することができるからである。
同様に、図2(a)に例示した偏光子11を製造するには、図3(b)に示すように、透明基板1の上に、偏光軸回転抑制材層4A、消光比向上材層3Aが順次積層された積層基板11Aを準備することが好ましい。また、図2(b)に例示した偏光子12を製造するには、図3(c)に示すように、透明基板1の上に、偏光軸回転抑制材層4A、消光比向上材層3A、偏光軸回転抑制材層4Aが順次積層された積層基板12Aを準備することが好ましい。
次に、本発明に係る偏光子の製造方法について説明する。
例えば、図1に例示した偏光子10を製造するには、まず、図4(a)に示すように、透明基板1の上に、消光比向上層3を形成するための消光比向上材層3A、偏光軸回転抑制層4を形成するための偏光軸回転抑制材層4A、偏光軸回転抑制材層4A及び消光比向上材層3Aをエッチング加工する際のエッチングマスクとして作用するハードマスク層5Aが順次積層された積層基板10Bを準備する。
例えば、消光比向上層3を構成する材料や偏光軸回転抑制層4を構成する材料にモリブデンシリサイド系の材料を用いる場合には、ハードマスク層5Aを構成する材料としてクロム系の材料を用いることができる。
例えば、ハードマスク層5Aを構成する材料としてクロム系の材料を用いる場合には、塩素と酸素の混合ガスによるドライエッチングで、ハードマスクパターン5を形成することができる。
例えば、消光比向上層3を構成する材料や偏光軸回転抑制層4を構成する材料にモリブデンシリサイド系の材料を用いる場合には、フッ素系ガスによるドライエッチングで、消光比向上層3および偏光軸回転抑制層4を形成することができる。
次に、本発明に係る光配向装置について説明する。
本発明の光配向装置は、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、上記の本発明に係る偏光子を、消光比向上層に対し偏光軸回転抑制層が偏光子に入射する光の入射側になるように備えており、偏光子により偏光した光を光配向膜に照射するものである。
図5に示す光配向装置20は、本発明の偏光子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。
より具体的には、例えば、光配向装置20に備えられる偏光子が、図1に示す偏光子10のように、透明基板1の上に消光比向上層3が設けられ、その上に、偏光軸回転抑制層4が設けられている構成を有する場合には、透明基板1に対して細線2が紫外光ランプ22側になるように、すなわち、消光比向上層3に対して偏光軸回転抑制層4が紫外光ランプ22側になるように、偏光子ユニット21内に偏光子が配置される。
光配向装置20は、上記の波長の範囲の紫外光に対して消光比に優れ、高いP波透過率を有する本発明に係る偏光子を備えているため、上記の波長の範囲の紫外光に感度を有する光配向膜に配向規制力を付与することを効率良く行うことができ、生産性を向上させることができるからである。
図6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6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7(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7(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7(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7(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7(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7(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7(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。
図8に示す偏光子13に対し、波長254nm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、小舘香椎子監修)に記載のRCWA(Regorous Coupled Wave Analysis)に基づくシミュレーションモデルを作成し、偏光軸回転抑制層4を構成する材料の屈折率n1及び消衰係数k1と、偏光子13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。結果を表1及び図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n1と消衰係数k1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n1と消衰係数k1の範囲は、図9に示すグラフにおいて、灰色の領域として表されている。
また、偏光軸の回転量がより大きい値となる屈折率n1と消衰係数k1の範囲は、図9に示すグラフにおいて、黒色の領域として表されている。
次に、図10に示す偏光子14に対し、波長254nm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、小舘香椎子監修)に記載のRCWA(Regorous Coupled Wave Analysis)に基づくシミュレーションモデルを作成し、消光比向上層を構成する材料の屈折率n2及び消衰係数k2と、消光比の関係を算出した。結果を表2及び図11に示す。
なかでも好ましい範囲は、屈折率n2が2.2≦n2≦3.0であって、消衰係数k2が1.0≦k2≦3.5の範囲である。消光比の値が概ね50以上となるからである。
さらに、屈折率n2が2.4≦n2≦3.0であって、消衰係数k2が1.4≦k2≦3.5の範囲であると、より消光比が高くなり消光比向上層として好ましい。
図1に示す偏光子10に対し、波長254nmの光が、細線2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、小舘香椎子監修)に記載のRCWA(Regorous Coupled Wave Analysis)に基づくシミュレーションモデルを作成し、偏光軸回転抑制層4の厚みと、偏光子10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。結果を表3及び図12に示す。
また、細線2の幅(W)については、偏光子10のP波透過率が70%になるように、偏光軸回転抑制層4の各厚みに応じて変化させた。
また、偏光軸回転抑制層4を構成する材料の波長254nmの光における屈折率n1は2.65とし、消衰係数k1は1.23とした。
一方、偏光軸回転抑制層4の厚みが10nm以上あれば、波長254nmの光が、入射角60度という大きな入射角で偏光子に入射する場合であっても、偏光子から出射する偏光光の偏光軸の回転量を3度以下に抑制することができることが確認された。
(偏光子の製造)
図4(a)に示す積層基板10Bのように、透明基板の上に、消光比向上材層、偏光軸回転抑制材層、ハードマスク層が順次積層された積層基板を準備した。
ここで、透明基板には膜厚6.35mmの合成石英ガラスを用い、消光比向上材層には波長254nmの光に対する屈折率n4が2.70、消衰係数k4が1.93となるモリブデンシリサイド系材料膜(膜厚120nm)を用い、偏光軸回転抑制材層には、波長254nmの光に対する屈折率n3が2.65、消衰係数k3が1.23となるモリブデンシリサイド系材料膜(膜厚30nm)を用い、ハードマスク層には、クロム系材料膜を用いた。
次に、ハードマスク層の上に、電子線レジストを塗布形成し、電子線描画及び現像処理して、ピッチが100nmのラインアンドスペースパターンを有する樹脂パターンを形成した。
次に、樹脂パターンから露出するハードマスク層を塩素と酸素の混合ガスによりドライエッチングして、ハードマスクパターンを形成し、その後、酸素ガスによるアッシングで、樹脂パターンを除去した。
次に、エッチングガスにSF6を用いて、ハードマスクパターンをエッチングマスクとして偏光軸回転抑制材層及び消光比向上材層をドライエッチングし、その後、ハードマスクパターンを除去して実施例4の偏光子を得た。
実施例4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、上記細線の上面及び側面には、酸化ケイ素からなる酸化膜が形成されていることが確認できた。
より詳しくは、実施例4の偏光子の細線は、偏光軸回転抑制層の幅および膜厚が、それぞれ、17nmおよび30nmであり、消光比向上層の幅および膜厚が、それぞれ、17nmおよび120nmであり、偏光軸回転抑制層と消光比向上層の側面には、膜厚9nmの酸化ケイ素からなる酸化膜を有し、偏光軸回転抑制層の上面には、膜厚9nmの酸化ケイ素からなる酸化膜を有する構造であることが確認できた。
実施例4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〜400nm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、消光比を算出した。結果を表4および図13に示す。
表4および図13に示すように、実施例4の偏光子は、波長200nm〜360nmの範囲において、実施例4の偏光子の消光比は50以上であった。
実施例4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254nmの光が、細線が形成された側から方位角45度、入射角0度〜60度で入射する場合における偏光光の偏光軸の回転量を測定した。結果を表5および図14に示す。
表5および図14に示すように、実施例4の偏光子においては、方位角45度、入射角0度〜60度の入射光に対して、偏光光の偏光軸の回転量は±1.4度以内に抑制できることが確認された。
2 細線
3 消光比向上層
3A 消光比向上材層
4 偏光軸回転抑制層
4A 偏光軸回転抑制材層
5 ハードマスクパターン
5A ハードマスク層
6 樹脂パターン
10、11、12、13、14 偏光子
10A、10B、11A、12A 積層基板
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 (10)
- 透明基板の上に複数本の細線が並列に配置された偏光子であって、
前記細線は、
前記偏光子から出射する偏光光の消光比を向上させる消光比向上層と、
前記偏光子から出射する偏光光の偏光軸が回転することを抑制する偏光軸回転抑制層を、
有しており、
前記消光比向上層に対し、前記偏光軸回転抑制層が、前記偏光子に入射する光の入射側に設けられていることを特徴とする偏光子。 - 前記偏光軸回転抑制層を構成する材料の波長254nmの光に対する屈折率n1と消衰係数k1の範囲が、
0.2≦n1<1.4であって1.6≦k1≦2.4の範囲、
1.4≦n1<2.0であって0.2≦k1≦2.4の範囲、
2.0≦n1<2.6であって0.2≦k1≦2.2の範囲、
2.6≦n1<3.2であって0.2≦k1≦1.8の範囲、
のいずれかを満たすものであることを特徴とする請求項1に記載の偏光子。 - 前記偏光軸回転抑制層の厚みが10nm以上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。
- 前記消光比向上層を構成する材料の波長254nmの光に対する屈折率n2と消衰係数k2の範囲が、
2.2≦n2≦3.0であって1.0≦k2≦3.5の範囲
を満たすものであることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の偏光子。 - 前記偏光軸回転抑制層が、酸化チタン、又は、モリブデンシリサイド、タングステン、クロム、シリコン、及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物の中から選択される1種または2種以上の材料を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の偏光子。
- 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の偏光子の製造に用いられる積層基板であって、
前記透明基板の上に、
前記消光比向上層を形成するための消光比向上材層と、
前記偏光軸回転抑制層を形成するための偏光軸回転抑制材層を、
有することを特徴とする積層基板。 - 前記偏光軸回転抑制材層を構成する材料の波長254nmの光に対する屈折率n3と消衰係数k3の範囲が、
0.2≦n3<1.4であって1.6≦k3≦2.4の範囲、
1.4≦n3<2.0であって0.2≦k3≦2.4の範囲、
2.0≦n3<2.6であって0.2≦k3≦2.2の範囲、
2.6≦n3<3.2であって0.2≦k3≦1.8の範囲、
のいずれかを満たすものであることを特徴とする請求項6に記載の積層基板。 - 前記消光比向上材層を構成する材料の波長254nmの光に対する屈折率n4と消衰係数k4の範囲が、
2.2≦n4≦3.0であって1.0≦k4≦3.5の範囲
を満たすものであることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の積層基板。
- 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乃至請求項5のいずれか一項に記載の偏光子を、前記消光比向上層に対し前記偏光軸回転抑制層が前記偏光子に入射する光の入射側になるように備えており、
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9に記載の光配向装置。
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