JP4247627B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光学素子、特に可視スペクトル用のワイヤグリッド偏光子の製造方法に関する。
従来から、光学素子、例えば、特定の偏光の光を効率的に透過するとともに、直交する偏光の光を効果的に反射する広帯域幅ワイヤグリッド偏光子等が種々開発されている（特許文献１等）。
現在、実用化されている無機偏光子は、金属のエンボスパターンを形成するため、基板上にレジストパターニング後、RIE(Reactive Ion Etching)等でドライエッチングを行っている。しかし、エンボス形状がナノオーダーになると、エッチングパラメータを厳密に制御しなければならず、精度の良い偏光子を高い歩留まりで生産することが困難であった。 このため、より安価で量産性の高い、高精度な偏光子等の光学素子を製造することが求められていた。
特表２００３−５０２７０８号公報
本発明が解決しようとする問題点は、前述した従来技術における問題点である。
従って、本発明の目的は、より安価で量産性の高い偏光子等の光学素子の製造方法を提供することにある。
本発明の光学素子の製造方法は、前記知見に基づきなされたもので、下記１を提供するものである。
１．基板上に複数の金属ワイヤグリッドを備えた光学素子の製造方法であって、前記金属ワイヤグリッドを、ＬＳＰ(Liquid Self-patterning Process)で作製することを特徴とする。具体的には、本発明の光学素子の製造方法は、前記基板上にレジストを形成する工程と、前記レジストに凹部を形成する工程と、埋め込み用ペーストとして複数種類の金属それぞれについての金属ナノペーストを交互に塗布して前記凹部に複数種類の金属の積層構造を形成する工程と、前記複数種類の金属の積層構造が前記レジストの前記凹部に形成された前記基板を焼成して前記凹部に各前記金属ナノペーストの金属粒子を析出させ前記金属ワイヤグリッドを形成する工程と、前記金属ワイヤグリッドが形成された後に前記レジストを剥離する工程と、を備え、前記複数種類の金属の積層構造の形成工程および前記焼成による前記金属ワイヤグリッドの形成工程を前記金属ワイヤグリッドが所望の高さになるまで繰り返すことを特徴としている。
また本発明は、以下の態様を備えるようにしてもよい。
２．前記金属ナノペーストの各々が、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕからなる群より選択された複数種類の金属のいずれかである。
３．前記光学素子として、可視スペクトル用の偏光子を作製する。
本発明によれば、光学素子における金属ワイヤグリッドを、基板上にレジストを形成する工程と、レジストに凹部を形成する工程と、埋め込み用ペーストとして複数種類の金属それぞれについての金属ナノペーストを交互に塗布して凹部に複数種類の金属の積層構造を形成する工程と、複数種類の金属の積層構造がレジストの凹部に形成された基板を焼成して凹部に各金属ナノペーストの金属粒子を析出させ金属ワイヤグリッドを形成する工程と、金属ワイヤグリッドが形成された後にレジストを剥離する工程と、を備え、複数種類の金属の積層構造の形成工程および焼成による金属ワイヤグリッドの形成工程を金属ワイヤグリッドが所望の高さになるまで繰り返すことを特徴とする製造方法により作製することで、高精度な偏光子等の光学素子が、より安価で量産性高く得られる。また、多元系ならびに多層の金属ワイヤグリッドを容易に作製でき、材料選択の幅が広がる。
以下に本発明に係る光学素子の製造方法について、その好ましい実施態様としての実施例を挙げて説明する。尚、本発明は、かかる実施例により何等制限されるものではない。
図１に、本実施例に係る可視スペクトル用の偏光子の製造工程の一例を示す。
（１）レジストパターン形成
図１（ａ）に示すように、石英等の基板１１上に、通常の方法によりレジストパターン１２を形成する。
（２）金属ナノペーストの埋め込み
次いで、図１（ｂ）に示すように、Ａｌからなる金属ナノペースト１３をＬＳＰ法としてのスピンコート法により塗布し、レジスト１２の凹部間に埋め込む。スピンコートする際の回転数は、４０００ｒｐｍ（２ｓｅｃ）で行い、その後２０００ｒｐｍ(２０ｓｅｃ)で行った。初期２ｓｅｃのスピンコート回転数は、５００〜１００００ｒｐｍの範囲内が好適であり、特に１０００〜７０００ｒｐｍ、とりわけ２０００〜５０００ｒｐｍが好ましい。また、金属ナノペースト１３の粘度は、本実施例では８．３ｃｐｓとした。
（３）焼成工程
そして、図１（ｃ）に示すように、加熱炉で低温焼成(２００℃以下)し、金属ワイヤグリッド１４の基礎を形成する。金属ナノペースト１３を焼成した際には、レジスト１２の凹部に１００ｎｍ以下の金属粒子が析出していた。金属ナノペースト１３を形成するための金属粒子としては、その粒径が形成しようとする金属グリッドワイヤの幅より小さければよく、好ましくは１００ｎｍ以下である。
（４）ワイヤグリッド形成
図１（ｄ）に示すように、金属ワイヤグリッド１４が所望の高さに至るまで、前記の（１）〜（３）の工程を繰り返す。
（５）レジスト剥離
図１（ｅ）に示すように、金属ワイヤグリッド１４が所望の高さにまで形成できたら、レジスト１２を剥離する。これにより、金属ワイヤグリッド１４を備えた高精度な光学素子としての偏光子１０が、安価で量産性よく作製できる。
次に、金属ナノペーストとして、Ａｌ，Ａｇの２種類の金属からなるペーストを用いた実施例を示す。図２は、本実施例の製造方法により形成した、２種類の金属からなるワイヤグリッド（積層合金）を備えた可視スペクトル用の偏光子の一例を示す。図２（ａ）は、実施例２に係る偏光子の斜視図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の偏光子のＸ−Ｘ方向断面図である。
本実施例に係る偏光子の製造方法は、レジストの凹部間に埋め込むための金属ナノペーストとして、Ａｌ及びＡｇの２種類の金属からなるペーストを用いた以外は、前述した実施例１と同様の工程からなる。従って、本実施例２において特に詳述しない点については、前記の実施例１で説明した事項が適宜適用される。
本実施例においては、Ａｌからなる金属ナノペースト１３と、Ａｇからなる金属ナノペースト１３とを、交互にスピンコートにより塗布し、レジスト１２の凹部間に埋め込む。これにより、レジスト１２を剥離した後には、図２に示すように、ＡｌとＡｇが交互に積層形成された複数の金属ワイヤグリッド（多元系で多層の金属ワイヤグリッド）１４を備えた高精度な光学素子としての偏光子２０が、安価で量産性よく容易に得られる。
なお、本実施例においても、金属ナノペースト１３を焼成した際には、レジスト１２の凹部に１００ｎｍ以下の金属粒子が析出していた。
〔変更形態〕
本発明は、前述した各実施形態、実施例を好適に提供するものであるが、これらの実施形態、実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
ＬＳＰの方法として、実施例では、金属ナノペーストを埋め込み用ペーストとして用いたが、それ以外に、カーボンナノチューブ等のナノカーボンを含んだ溶液も可能である。
金属ワイヤグリッドを形成するための金属としては、Ａｌ、Ａｇ以外にも、Ａｕを好適に使用でき、またこれらを混合したものも使用できる。その他、ＡｌとＡｇの固溶体ならびに金属間化合物でもよい。
光学素子として、実施例では、可視スペクトル用の偏光子を作製したが、本発明においては、回折格子等にも適用可能である。
本発明は、より安価で量産性の高い偏光子等の光学素子の製造方法として、産業上の利用可能性を有する。
可視スペクトル用の偏光子の製造方法の一例を示す工程図である。 ２種類の金属からなるワイヤグリッドを備えた可視スペクトル用の偏光子の一例である。

Claims (3)

  1. 基板上に複数の金属ワイヤグリッドを備えた光学素子の製造方法であって、
    前記基板上にレジストを形成する工程と、
    前記レジストに凹部を形成する工程と、
    埋め込み用ペーストとして複数種類の金属それぞれについての金属ナノペーストを交互に塗布して前記凹部に複数種類の金属の積層構造を形成する工程と、
    前記複数種類の金属の積層構造が前記レジストの前記凹部に形成された前記基板を焼成して前記凹部に各前記金属ナノペーストの金属粒子を析出させ前記金属ワイヤグリッドを形成する工程と、
    前記金属ワイヤグリッドが形成された後に前記レジストを剥離する工程と、
    を備え、
    前記複数種類の金属の積層構造の形成工程および前記焼成による前記金属ワイヤグリッドの形成工程を前記金属ワイヤグリッドが所望の高さになるまで繰り返すことを特徴とする光学素子の製造方法。
  2. 前記金属ナノペーストの各々が、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕからなる群より選択された複数種類の金属のいずれかである、請求項１に記載の光学素子の製造方法。
  3. 前記光学素子として、可視スペクトル用の偏光子を作製する、請求項１または２に記載の光学素子の製造方法。
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