JP2018092202A - グリッド偏光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 透明基板1上の縞状のグリッド2を形成する各線状部3は、透明基板1に近い側の第一の層31と、透明基板1から遠い側の第二の層32とで形成され、第一の層31はスパッタリングにより形成された貴金属の層であり、第二の層32は原子層堆積法により形成された金属(貴金属を除く)又はシリコンの酸化物、窒化物又は酸窒化物の層である。第一の層31は、貴金属の膜をエッチングすることで縞状とされた層であり、第二の層32はエッチングの際にマスクとして使用された層であってエッチング後も残留した層である。
【選択図】 図1
Description
尚、この出願の発明の偏光素子は、グリッドが金属(ワイヤー)のみで形成されるとは限らないので、以下の説明では、単にグリッド偏光素子と呼ぶ。
このような紫外域の光の偏光用としては、アルミのような金属製グリッドを採用した反射型の偏光素子では十分な偏光性能が得られない。このため、誘電体製グリッドを採用した吸収型の偏光素子が、本願の出願人によって提案されている(特許文献1)。
このため、紫外領域、特に深紫外領域の光の偏光用としては、高い耐酸化性を有する材料を選定することが必要である。その一方、吸収型のモデルで動作するグリッド偏光素子については、対象波長の光を適度に吸収する材料であることも必要である。
本願の発明は、上記のような点を考慮して為されたものであり、深紫外域を含む紫外域のある程度広い波長域において予定された通りの優れた偏光性能を安定して発揮するグリッド偏光素子を提供することを解決課題とするものである。
グリッドを形成する各線状部は、透明基板に近い側の第一の層と、透明基板から遠い側の第二の層とが積層されたものであり、
第一の層は、貴金属で形成されており、
第二の層は、金属(貴金属を除く)又はシリコンの酸化物、窒化物又は酸窒化物で形成されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項2記載の発明は、前記請求項1の構成において、前記第一の層は、透明基板上にスパッタリングにより作成された層であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項3記載の発明は、前記請求項2の構成において、前記第一の層は、前記スパッタリングにより作成された貴金属の膜をエッチングすることで前記縞状とされた層であり、前記第二の層は、このエッチングの際にマスクとして使用された層であってエッチング後も残留した層であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項4記載の発明は、前記請求項1乃至3いずれかの構成において、前記第二の層は、原子層堆積法により作成された層であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項5記載の発明は、前記請求項1乃至4いずれかの構成において、前記第二の層の高さは、前記第一の層と前記第二の層との全体の高さの40%以下(ゼロを除く)であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項6記載の発明は、前記請求項1乃至5いずれかの構成において、前記第一の層の材料は、イリジウムであるという構成を有する。
また、請求項5記載の発明によれば、第二の層が40%以下であるので、上記効果を得つつより高い消光比を実現することができる。
図1は、実施形態に係るグリッド偏光素子の斜視概略図である。図1に示すグリッド偏光素子は、透明基板1と、透明基板1上に設けられたグリッド2とを備えている。
透明基板1は、対象波長(偏光素子を使用して偏光させる光の波長)に対して十分な透過性を有するという意味で「透明」ということである。この実施形態では、紫外域の波長を対象波長として想定しているので、透明基板1の材質としては石英ガラス(例えば合成石英)が採用されている。透明基板1は、グリッド2を安定して保持する機械的強度や、光学素子としての取り扱いの容易性等を考慮し、適宜の厚さとされる。厚さは、例えば0.5〜10mm程度である。
図2(1)に示すように、いずれの貴金属材料も、254〜436nmの波長範囲において十分な透過率Tと消光比ERを有し、グリッド材料として使用可能である。特に、イリジウムについては、254〜436nmの波長範囲において平均して高い透過率、消光比を示しており、深紫外領域を含む紫外領域の広い波長範囲において好適に使用し得るグリッド材料であることが判る。
一般に、アスペクト比が高いグリッド偏光素子は製造が困難であるが、原子層堆積法(Atomic layer Deposition, ALD)により成膜を行うと、高アスペクト比のグリッド2を得ることが比較的容易である。特に、ALDを採用し、犠牲層を形成するプロセスとすると、より高いアスペクト比のグリッドが容易に形成できる。非特許文献1でも、イリジウムをグリッド材料とし、パターニングされた犠牲層の側面にALDによってイリジウム膜を作成し、犠牲層を除去することで各線状部がイリジウムで形成されたグリッド偏光素子を得ている。この製造プロセスを参考例として説明する。図3は、参考例のグリッド偏光素子製造方法を示した概略図である。
一つは、製造コスト上の問題である。イリジウム膜5をALDで作成する製造方法では、製造コストが非常に高くなってしまう。この理由は、原料(前駆体)として使用されるイリジウム錯体が非常に高価なためである。イリジウムが工業的にはあまり用いられない材料であることが原因しているが、発明者の研究によると、イリジウムをALDで作成する方法では、実用化が不可能な程度まで高コストのプロセスとなってしまう。グリッド偏光素子は、ある程度大きな領域で偏光作用が得られる(広い領域に偏光光が照射できる)という優位性を有するものであり、後述する光配向等の用途の場合、照射領域はより大きなサイズになってきている。このため、グリッド偏光素子も大型のサイズのものが求められるが、大型のサイズにするためには、透明基板1も大型のものが使用され、より広範な領域にイリジウム膜5を作成する必要がある。高価な原料を使用するプロセスであると、その欠点がより深刻になる。
図4及び図5に示す方法では、まず、透明基板1上にイリジウム膜6を作成する(図4(1))。この際重要なことは、ALDではなくスパッタリングを採用することである。イリジウム製のターゲットを例えばマグネトロンスパッタリング装置のようなスパッタリング装置に装着し、成膜を行う。
次に、犠牲層用の膜71の上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりパターン化してレジストパターン層8を形成する(図4(3))。パターンは縞状であって、図3と同じく、各線状部3の幅が、形成するグリッド2の各線状部3のギャップ幅tに相当し、各線状部3の離間距離が、形成するグリッド2の各線状部3の幅の2倍にギャップ幅tを加えた長さに相当するパターンである。
次に、犠牲層7を覆うようにして第二の層用の膜として酸化チタン膜9を作成する(図5(1))。この際、ALDを採用して酸化チタン膜9が作成される。例えば、TiCl4を前駆体ガスとして使用してALD(原子層堆積)を行う。酸化チタン膜9は、図5(1)に示すように、犠牲層7の側面及び上面、透明基板1の露出面に堆積する。
また、イリジウム錯体を使用したALDによる成膜に比べると、スパッタリングによる成膜は、イリジウム製のターゲットそのままの材料で成膜ができるので、良質なイリジウム膜6を安定して作成することが容易である。また、作成された膜中に未反応の官能基等の残留はなく、不純物が混入したとしてもスパッタ放電用のガスとして用いられたアルゴン等の不活性ガスであり、その量も少ないことから、偏光性能に与える影響は、ALDによる場合に比べて遙かに小さい。
図7(1)は第一の層31が金(Au)の場合、(2)は白金(Pt)の場合、(3)はルテニウム(Rh)の場合の消光比をそれぞれ示す。第二の層32については、すべて酸化チタンとした。同様に、各線状部3の幅は25nm、ギャップは65nmとし、全体の高さは200nmで一定とした上で20nm毎に第一の層31と第二の層32との配分量を変化させた。尚、透過率についても調べられたが、各々図6(1)とほぼ同様なので、省略する。
尚、第一の層31を金とした場合、300nm以上の波長域ではそれほど高い消光比が得られていないが、代わりに250〜300nmの範囲で高い消光比が得られており、この範囲の使用が好適である。
エッチングは、高周波誘導結合プラズマを用いて行われ、アンテナへの投入電力は600W、異方性エッチングのための基板バイアス電力は300Wとされた。同様に酸素、塩素、アルゴンの混合ガスが導入されてプラズマが形成され、各流量は、アルゴン10SCCM、塩素30SCCMとし、酸素は0〜15SCCMの範囲で変化させた。
尚、金属の窒化物が第二の層32として使用される場合、窒素、塩素及びアルゴンの混合ガスのプラズマにおいて、窒素の添加量を多くすることで、同様に貴金属に対して相対的に低いエッチング速度を得ることができる。
尚、他の金属酸窒化物の例としては、例えば酸化タンタル、窒化タンタル又は酸窒化タンタルを挙げることができる。
2 グリッド
3 線状部
31 第一の層
32 第二の層
6 イリジウム膜
7 犠牲層
8 レジストパターン層
9 酸化チタン膜
Claims (6)
- 透明基板と、透明基板上に形成された縞状のグリッドとを備えたグリッド偏光素子であって、
グリッドを形成する各線状部は、透明基板に近い側の第一の層と、透明基板から遠い側の第二の層とが積層されたものであり、
第一の層は、貴金属で形成されており、
第二の層は、金属(貴金属を除く)又はシリコンの酸化物、窒化物又は酸窒化物で形成されており、
第一の層の貴金属は、塩素系エッチャントに酸素又は窒素を添加した際のエッチング速度の低下が第二の層の材料よりも小さいことを特徴とするグリッド偏光素子。 - 前記第一の層は、透明基板上にスパッタリングにより作成された層であることを特徴とする請求項1記載のグリッド偏光素子。
- 前記第一の層は、前記スパッタリングにより作成された貴金属の膜をエッチングすることで前記縞状とされた層であり、前記第二の層は、このエッチングの際にマスクとして使用された層であってエッチング後も残留した層であることを特徴とする請求項2記載のグリッド偏光素子。
- 前記第二の層は、原子層堆積法により作成された層であることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載のグリッド偏光素子。
- 前記第二の層の高さは、前記第一の層と前記第二の層との全体の高さの40%以下(ゼロを除く)であることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載のグリッド偏光素子。
- 前記第一の層の材料は、イリジウムであることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載のグリッド偏光素子。
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