JP4760135B2 - Optical device and optical device manufacturing method - Google Patents
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本発明は、入射光を選択的に偏光させる光学装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical device that selectively polarizes incident light and a manufacturing method thereof.
基板上に、互いに平行な複数の直線状金属層が、入射光の波長に比して狭い間隔で形成された、所謂ワイヤグリッド構造による光学装置が知られている。
この光学装置は、図18A及び図18Bに斜視図及び断面図を示すように、例えば可視光域に関して透明な基板102の一主面上に、互いに平行な複数の金属層103が、直線状すなわちライン状のグリッドとして、入射光Lの波長に比して狭い間隔で形成された構成を有し、基板102の主面の法線(破線図示)に対して所定の入射角θinで入射する入射光Lのうち、グリッドに垂直な偏光成分aを、透過光L1を構成する主たる偏光成分cとして選択的に透過させ、グリッド103に平行な偏光成分bを、反射光L2を構成する主たる偏光成分dとして選択的に反射させるものである。
There is known an optical device having a so-called wire grid structure in which a plurality of linear metal layers parallel to each other are formed on a substrate at a narrower interval than the wavelength of incident light.
As shown in FIGS. 18A and 18B, the optical device includes a plurality of
しかしながら、このワイヤグリッド構造による光学装置101においては、金属層103による直線状グリッドの間隔を可視光域の短波長側よりも短く例えば0.6μmより小とした形成が難しいことなどから、グリッドに平行な偏光成分が透過光L1に一部混入したり(図中e)、グリッドに垂直な偏光成分が反射光L2に一部混入したり(図中f)してしまう。
このため、ワイヤグリッド構造による光学装置においては、前述の透過光L1及び反射光L2の主たる偏光成分を選定することはできるものの、入射光Lの完全な選択的偏光すなわち偏光分離をすることは困難とされている。
However, in the optical device 101 having this wire grid structure, it is difficult to form the grid with the
For this reason, in the optical device having the wire grid structure, although the main polarization components of the transmitted light L 1 and the reflected light L 2 can be selected, the incident light L is completely selectively polarized, that is, polarized light is separated. Is considered difficult.
これに対し、ワイヤグリッド構造による光学装置を構成する基板102や金属層103の材料や形状を選定することにより、偏光分離特性の向上が図られた光学装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。
しかし、特許文献1に記載の発明によるのみでは、前述した偏光分離特性の向上が十分なされないおそれが残る。
例えば、前述の特許文献1に記載の発明による光学装置として、例えば基板102及び金属層103をそれぞれSiO2及びAl(アルミニウム)により構成し、グリッド間隔すなわちピッチ長を144nm、金属層103の厚さを170nm、金属層103の幅をピッチ長に対して0.45の比率とし、入射光の入射角θinを45°に選定した場合には、光学装置1を経て生じる透過光及び反射光に関する偏光分離特性について、以下のような問題が生じる。
However, only with the invention described in
For example, as an optical device according to the invention described in
図19A及び図19Bは、それぞれ、この従来の光学装置において、グリッドに垂直な偏光成分及びグリッドに平行な偏光成分に対する、透過光L1の透過率(破線図示)と反射光L2の反射率(実線図示)の測定結果を示す。
グリッドに平行な偏光成分については、図19Bに示すように、可視光の波長帯域に関わらず透過光が略完全に抑制されるものの、グリッドに垂直な偏光成分については、図19Aに示すように、特に0.6μm以下の短波長域で透過光の透過率低下と反射光の反射率上昇がみられることから、波長依存性が大きく、グリッドに平行な偏光成分を主たる偏光成分とする反射光に、グリッドに垂直な偏光成分が一部混入してしまうことも確認できる。
19A and 19B show the transmittance of the transmitted light L 1 (shown by a broken line) and the reflectance of the reflected light L 2 for the polarization component perpendicular to the grid and the polarization component parallel to the grid, respectively, in this conventional optical device. The measurement result (shown by a solid line) is shown.
As for the polarization component parallel to the grid, as shown in FIG. 19B, transmitted light is almost completely suppressed regardless of the wavelength band of visible light, but for the polarization component perpendicular to the grid, as shown in FIG. 19A. In particular, since the transmittance of the transmitted light is decreased and the reflectance of the reflected light is increased in the short wavelength region of 0.6 μm or less, the reflected light has a large wavelength dependency and a polarization component that is parallel to the grid as a main polarization component. It can also be confirmed that a part of the polarization component perpendicular to the grid is mixed.
また、図20A及び図20Bは、それぞれ、この従来の光学装置における、反射光の消光比(グリッドに平行な偏光の反射光/グリッドに垂直な偏光の反射光)及び透過光の消光比(グリッドに垂直な偏光の透過光/グリッドに平行な偏光の透過光)の測定結果を示す。
これらの測定結果からも、図20Aに示すように、特に短波長域において反射光の消光比が伸びず、波長依存性が強く残っていることがわかる。このような波長依存性は、例えば光学装置によってディスプレイ装置などを構成する場合に、輝度やコントラストの低下、ならびに色斑の発生などの原因となることから、可能な限り低減することが求められる。
20A and 20B show the extinction ratio of reflected light (reflected light of polarized light parallel to the grid / reflected light of polarized light perpendicular to the grid) and the extinction ratio of transmitted light (grid) in this conventional optical device, respectively. (Measurement result of polarized transmitted light perpendicular to the grid / transmitted light polarized parallel to the grid).
Also from these measurement results, as shown in FIG. 20A, it can be seen that the extinction ratio of the reflected light does not increase particularly in the short wavelength region, and the wavelength dependence remains strong. Such wavelength dependence is required to be reduced as much as possible, for example, when a display device or the like is constituted by an optical device, which causes a decrease in luminance and contrast and generation of color spots.
本発明は、上述の諸問題を鑑み、偏光分離特性の向上が図られた光学装置と、この光学装置の製造方法を提供するものである。 In view of the above-described problems, the present invention provides an optical device with improved polarization separation characteristics and a method for manufacturing the optical device.
本発明に係る光学装置は、入射光を選択的に偏光させる光学装置であって、SiO 2 よりなり、表面にグリッド状の凹凸構造を有する基板と、基板の凹凸構造の凸部上に形成され、Alよりなるグリッド状の金属層と、金属層上に形成され、SiO 2 又はこれより屈折率の高い材料よりなる誘電体層と、を有し、金属層の厚さが170nm、グリッド間隔であるピッチ長が144nm、幅が前記ピッチ長に対して0.45の比率とされ、誘電体層の厚さが100nmとされてなることを特徴とする。 An optical device according to the present invention is an optical device that selectively polarizes incident light, and is formed on a substrate made of SiO 2 and having a grid-like concavo-convex structure on a surface and a convex portion of the concavo-convex structure of the substrate. , A grid-like metal layer made of Al, and a dielectric layer made of SiO 2 or a material having a higher refractive index than that formed on the metal layer, the thickness of the metal layer being 170 nm, with a grid interval The pitch length is 144 nm, the width is 0.45 with respect to the pitch length, and the thickness of the dielectric layer is 100 nm .
本発明に係る光学装置の製造方法は、上述の入射光を選択的に偏光させる光学装置の製造方法である。この製造方法は、SiO2よりなる基板の表面に、Alよりなる金属層を、厚さ170nmとして形成する工程と、金属層上に、SiO2又はこれより屈折率の高い誘電体材料よりなるレジスト層を、厚さ100nmとして形成する工程と、レジスト層に、ピッチ長を144nm、幅を前記ピッチ長に対して0.45の比率として、直線のグリッド状にパターニングする工程と、パターニングした前記レジスト層をエッチングマスクとして、異方性エッチングにより、前記金属層を直線のグリッド状にパターニングする工程と、レジスト層をエッチングマスクとして、異方性エッチングにより前記基板の表面に凹部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 The method for manufacturing an optical device according to the present invention is a method for manufacturing an optical device that selectively polarizes the incident light described above. This manufacturing method includes a step of forming a metal layer made of Al with a thickness of 170 nm on the surface of a substrate made of SiO 2 , and a resist made of a dielectric material having a refractive index of SiO 2 or higher on the metal layer. Forming a layer with a thickness of 100 nm, patterning the resist layer in a linear grid pattern with a pitch length of 144 nm and a width of 0.45 with respect to the pitch length, and the patterned resist Patterning the metal layer into a linear grid by anisotropic etching using the layer as an etching mask, and forming a recess on the surface of the substrate by anisotropic etching using the resist layer as an etching mask; It is characterized by including.
本発明に係る光学装置によれば、入射光を選択的に偏光させる光学装置において、少なくとも可視光域に関して透明な基板と、この基板の一主面上に互いに平行に設けられ、かつ互いの間隔が前記入射光の波長に比して小とされた複数の直線状金属層とを有し、少なくとも、前記金属層の前記基板とは反対側に誘電体層が形成されることから、短波長域の入射光に対する偏光分離特性すなわち偏光分離効率の向上が図られる。 According to the optical device of the present invention, in the optical device that selectively polarizes incident light, the substrate that is transparent at least with respect to the visible light region and the main surface of the substrate are provided in parallel to each other and spaced from each other. Has a plurality of linear metal layers that are smaller than the wavelength of the incident light, and at least a dielectric layer is formed on the opposite side of the metal layer from the substrate, so that the short wavelength The polarization separation characteristic with respect to the incident light in the region, that is, the polarization separation efficiency is improved.
本発明に係る光学装置によれば、可視光域に関して透明な基板の一主面に金属層を形成する金属層形成工程と、少なくとも金属層を互いに平行な複数の直線状に整形する金属層整形工程と、少なくとも前記金属層の前記基板とは反対側に誘電体層を形成する誘電体層形成工程とを有することから、偏光分離特性の向上が図られた光学装置を製造することが可能となる。 According to the optical device of the present invention, the metal layer forming step of forming a metal layer on one main surface of the substrate transparent with respect to the visible light region, and the metal layer shaping that shapes at least the metal layer into a plurality of straight lines parallel to each other. And a dielectric layer forming step of forming a dielectric layer at least on the opposite side of the metal layer from the substrate, it is possible to manufacture an optical device with improved polarization separation characteristics Become.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<光学装置の第1の実施形態>
本発明に係る光学装置の、第1の実施形態を説明する。
図1A及び図1Bは、本実施形態に係る光学装置の構成を示す概略斜視図及び概略断面図である。
図1Aに示すように、本実施形態に係る光学装置1は、少なくとも可視光域に関して透明な基板2の一主面上に、互いに平行な複数の金属層3が、直線状すなわちライン状のグリッドとして、入射光L´の波長に比して小とされた間隔で形成され、金属層3の少なくとも基板2とは反対側に、すなわち例えば上面に接して、誘電体層4が形成された構成を有する。
<First Embodiment of Optical Device>
A first embodiment of an optical device according to the present invention will be described.
1A and 1B are a schematic perspective view and a schematic cross-sectional view showing a configuration of an optical device according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1A, the
なお、本実施形態においては、基板2、金属層3、誘電体層4を、それぞれSiO2、Al(アルミニウム)、SiO2により構成し、金属層3のグリッド間隔すなわちピッチ長を144nm、金属層3の厚さを170nm、金属層3の幅をピッチ長に対して0.45の比率とし、入射光の入射角θinを45°に選定し、誘電体層4の厚さは100nmとした。
In the present embodiment, the
本実施形態に係る光学装置1においては、基板2の主面の法線(破線図示)に対して所定の入射角θinで入射する入射光Lのうち、グリッドに垂直な偏光成分a´を、透過光L1´を構成する主たる偏光成分c´として選択的に透過させ、グリッド103に平行な偏光成分b´を、反射光L2´を構成する主たる偏光成分d´として選択的に反射させるものであるが、金属層3の上面に誘電体層4が設けられたことにより、後述するように、透過率及び反射率ならびに消光比など、偏光分離特性の向上が図られる。
In the
図2A及び図2Bは、それぞれ、本実施形態に係る光学装置1において、グリッドに垂直な偏光成分(a´及びc´)及びグリッドに平行な偏光成分(b´及びd´)に対する、透過光の透過率(破線図示)と反射光の反射率(実線図示)の測定結果を示す。測定は、一般に可視光域と呼称される0.4μm〜0.8μmの波長範囲について行った。
本実施形態に係る光学装置1によれば、グリッドに平行な偏光成分について、図2Bに示すように、可視光の波長帯域に関わらず透過光が略完全に抑制されるとともに、グリッドに垂直な偏光成分についても、図2Aに示すように、前述した従来の光学装置による場合に比して、特に0.6μm以下の短波長域で透過光の透過率低下ならびに反射光の反射率上昇が抑制される。したがって、波長依存性の抑制すなわち改善とともに、グリッドに平行な偏光成分を主たる偏光成分とする反射光に対する、グリッドに垂直な偏光成分の混入が低減されたことが確認できる。
2A and 2B show the transmitted light for the polarization components (a ′ and c ′) perpendicular to the grid and the polarization components (b ′ and d ′) parallel to the grid, respectively, in the
According to the
図3は、図2Aに示した本実施形態に係る光学装置1における偏光成分の測定結果と、前述した図19Aに示した従来の光学装置101における偏光成分の測定結果を重ね合わせて図示したものである。
図3においては、本実施形態に係る光学装置1による反射光の反射率と透過光の透過率をそれぞれ実線g及び実線iで、従来の光学装置101による反射光の反射率と透過光の透過率をそれぞれ破線h及び破線jで、それぞれ示す。
FIG. 3 shows the measurement result of the polarization component in the
In FIG. 3, the reflectance of the reflected light and the transmittance of the transmitted light by the
本実施形態に係る光学装置1によれば、従来の光学装置101による場合に比して、例えば波長0.5μmの入射光に関しては、グリッドに垂直な偏光成分について、反射率が約0.03低減され、透過率が約0.02増大されていることが確認できる。すなわち、本実施形態に係る光学装置1によれば、図1Aに示す、グリッドに垂直な偏光成分を主たる偏光成分とする透過光L1´に対するグリッドに平行な偏光成分の混入(図中e´)が抑制されながらも、グリッドに平行な偏光成分を主たる偏光成分とする反射光L2´に対するグリッドに垂直な偏光成分の混入(図中f´)が低減され、可視光域における波長依存性が改善されていることがわかる。
According to the
図4A及び図4Bは、それぞれ、本実施形態に係る光学装置1における、反射光の消光比(グリッドに平行な偏光の反射光/グリッドに垂直な偏光の反射光)及び透過光の消光比(グリッドに垂直な偏光の透過光/グリッドに平行な偏光の透過光)の測定結果を示す。
消光比すなわち消光率は、互いに直交する偏光の強度比であり、この値が大きいほど、偏光分離特性(偏光選択性)が良いと考えられる。
4A and 4B show the extinction ratio of reflected light (reflected light of polarized light parallel to the grid / reflected light of polarized light perpendicular to the grid) and the extinction ratio of transmitted light (in the
The extinction ratio, that is, the extinction ratio is an intensity ratio of polarized light orthogonal to each other, and it is considered that the larger the value, the better the polarization separation characteristic (polarization selectivity).
本実施形態に係る光学装置1によれば、図4Aに示すように、全波長帯域において反射光の消光比が伸びており、特に短波長域で伸びが大きく、例えば図20Aに示した従来の光学装置101による場合に比して、例えば波長0.6μmの入射光に関しては、約150もの消光比の向上がなされている。
この測定結果からも、本発明構成によって波長依存性の抑制ならびに偏光分離特性の向上が図られることが確認できたことから、例えばディスプレイ装置などを構成する場合にも、輝度及びコントラストの低下や色斑の発生などが低減されると考えられる。
According to the
From this measurement result, it was confirmed that the wavelength dependency was suppressed and the polarization separation characteristic was improved by the configuration of the present invention. It is considered that the occurrence of spots is reduced.
なお、本実施形態においては、金属層3上の誘電体層4の形状を、概略的に板状もしくは直方体状として示したが、例えば図5に示すように、断面台形に形成しても良いし、後述するように、断面形状を四角形以外の略半円形や多角形として形成しても良い。また、例えば図6に示すように、誘電体層4を金属層3に比して幅広に形成しても良い。
In the present embodiment, the shape of the
<光学装置の第2の実施形態>
本発明に係る光学装置の、第2の実施形態を説明する。
この第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみを説明する。説明を省略する部分は、第1実施形態と同様であることとする。また、説明上、第1実施形態と重複する構成要素には、同一の符号を付して重複説明を省略する。
<Second Embodiment of Optical Device>
A second embodiment of the optical device according to the present invention will be described.
In the second embodiment, only portions different from the first embodiment will be described. Portions that are not described are the same as those in the first embodiment. For the sake of explanation, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the duplicate description is omitted.
図7は、本実施形態に係る光学装置の構成を示す概略断面図である。
本実施形態に係る光学装置1は、少なくとも可視光域に関して透明な基板2の一主面上に、互いに平行な複数の金属層3が、直線状すなわちライン状のグリッドとして、入射光(図示せず)の波長に比して小とされた間隔で形成され、金属層3の少なくとも基板2とは反対側に誘電体層4が形成された構成を有する。
また、本実施形態に係る光学装置1は、基板2の、金属層3が設けられた主面側の露出部に、金属層3によるグリッドに平行な溝が形成され、この溝による基板2の凹凸によって、金属層3及び誘電体層4の厚さの和に比して大きな深さの凹凸が形成された構成を有する。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the optical device according to the present embodiment.
In the
Further, in the
図8A及び図8Bは、それぞれ、本実施形態に係る光学装置1において、グリッドに垂直な偏光成分及びグリッドに平行な偏光成分に対する、透過光の透過率(破線図示)と反射光の反射率(実線図示)の測定結果を示す。
本実施形態に係る光学装置1によれば、グリッドに平行な偏光成分について、図8Bに示すように、可視光の波長帯域に関わらず透過光が略完全に抑制されるとともに、グリッドに垂直な成分についても、図8Aに示すように、前述した第1実施形態における構成よりも更に、短波長域で透過光の透過率低下ならびに反射光の反射率上昇が抑制され、グリッドに平行な偏光成分を主たる偏光成分とする反射光に対する、グリッドに垂直な偏光成分の混入が低減されたことが確認できる。
FIGS. 8A and 8B respectively show the transmittance of transmitted light (shown by a broken line) and the reflectance of reflected light (with respect to a polarization component perpendicular to the grid and a polarization component parallel to the grid) in the
According to the
図9A及び図9Bは、それぞれ、本実施形態に係る光学装置1における、反射光の消光比(グリッドに平行な偏光の反射光/グリッドに垂直な偏光の反射光)及び透過光の消光比(グリッドに垂直な偏光の透過光/グリッドに平行な偏光の透過光)の測定結果を示す。
図9Aに示すように、特に短波長域において反射光の消光比が伸びており、例えば前述した第1実施形態における構成による場合に比して、短波長側での消光比が上昇して例えば波長0.5μmの入射光に関しては約100もの消光比向上がなされ、更に全波長帯に対して均一性が増し、波長依存性が低減されていることが確認できる。
この測定結果からも、本発明構成によって波長依存性の抑制ならびに偏光分離特性の向上が図られることが確認できたことから、例えばディスプレイ装置などを構成する場合にも、輝度及びコントラストの低下や色斑の発生などが低減されると考えられる。
9A and 9B show the extinction ratio of reflected light (reflected light of polarized light parallel to the grid / reflected light of polarized light perpendicular to the grid) and the extinction ratio of transmitted light (in the
As shown in FIG. 9A, the extinction ratio of reflected light is increased particularly in a short wavelength region. For example, the extinction ratio on the short wavelength side is increased as compared with the case of the configuration in the first embodiment described above. For incident light with a wavelength of 0.5 μm, it can be confirmed that the extinction ratio is improved by about 100, the uniformity is further increased over the entire wavelength band, and the wavelength dependency is reduced.
From this measurement result, it was confirmed that the wavelength dependency was suppressed and the polarization separation characteristic was improved by the configuration of the present invention. It is considered that the occurrence of spots is reduced.
また、本実施形態においては、金属層3上の誘電体層4の形状を、概略的に板状もしくは直方体状として示したが、例えば図10及び図11に示すように、半円形や多角形などの四角形以外の断面形状を有して形成しても良いし、また例えば図12に示すように、基板2の表面に形成される凹部すなわち溝の形状も適宜選定することができる。
Further, in the present embodiment, the shape of the
<光学装置の第3の実施形態>
本発明に係る光学装置の、第3の実施形態を説明する。
この第3実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみを説明する。説明を省略する部分は、第1実施形態と同様であることとする。また、説明上、第1実施形態と重複する構成要素には、同一の符号を付して重複説明を省略する。
<Third Embodiment of Optical Device>
A third embodiment of the optical apparatus according to the present invention will be described.
In the third embodiment, only parts different from the first embodiment will be described. Portions that are not described are the same as those in the first embodiment. For the sake of explanation, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the duplicate description is omitted.
図13は、本実施形態に係る光学装置の構成を示す概略断面図である。
本実施形態に係る光学装置1は、少なくとも可視光域に関して透明な基板2の一主面上に、互いに平行な複数の金属層3が、直線状すなわちライン状のグリッドとして、入射光(図示せず)の波長に比して小とされた間隔で形成され、金属層3の少なくとも基板2とは反対側に誘電体層4が形成された構成を有する。
また、本実施形態に係る光学装置1は、基板2と金属層3との間に、第2の誘電体層5が設けられ、この第2の誘電体層5によって、金属層3及び誘電体層4の厚さの和に比して大きな深さの凹凸が形成された構成を有する。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the optical device according to the present embodiment.
In the
Further, in the
本実施形態に係る光学装置1においては、金属層3が設けられる主面側に形成された凹凸の凸部が、金属層3と基板2との間に設けられる第2の誘電体層5によって構成される例を説明したが、これに限られない。例えば、第2の誘電体層5を金属層3のグリッド間隔部すなわちピッチ部にも設ける構成によって、凹部が、第2の誘電体層5の少なくとも一部により形成される構成とすることもできる。
In the
本実施形態に係る光学装置1においては、図示しないが、反射光及び透過光の消光比の測定において、前述の第2の実施形態に係る光学装置におけるのと略同様の傾向を確認することができた。
したがって、本実施形態に係る光学装置によっても、波長依存性の抑制ならびに偏光分離特性の向上が図られ、例えばディスプレイ装置などを構成する場合にも、輝度及びコントラストの低下や色斑の発生などが低減されると考えられる。
In the
Therefore, the optical device according to the present embodiment can also suppress the wavelength dependency and improve the polarization separation characteristic. For example, even when a display device is configured, the luminance and contrast are reduced, and color spots are generated. It is thought to be reduced.
前述の第1〜第3の実施形態においては、誘電体層4の厚さを100nmとしたが、厚さはこれに限られず、例えば10nmとした場合や1mmとした場合など、本発明構成による限り、誘電体層4の厚さに関わらず消光比の改善による偏光分離特性の向上を確認することができた。
なお、金属層3の厚さが170nmである場合の消光比については、誘電体層4の厚さを100nm程度とすることが特に好ましく、次いで300nm、500nm、10nmの順に、消光比が大きく改善されることや、誘電体層4の屈折率が基板2の屈折率に比して高い場合に、特に消光比の改善が図られること、更には誘電体層4の屈折率が基板2の屈折率に比して低い場合にも、従来の構成による場合に比して消光比が改善されることなどが確認できた。
In the first to third embodiments described above, the thickness of the
As for the extinction ratio when the thickness of the
また、誘電体層4ならびに第2の誘電体層5を構成する材料としては、前述したSiO2のほか、有機物を含め種々の材料を用いることができるが、可視光域に関して透明な誘電体材料の中から、屈折率、透過率、吸収率などを基に選定することが好ましい。例えば、酸化チタン、アルミナ、酸化ビスマス、酸化タングステンなどの酸化物や、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウムなどのフッ化物をはじめ、種々の誘電体を用いることが可能である。
また、本発明に係る光学装置1においては、誘電体層4が多層膜により形成される構成や、金属層3と誘電体層4とが繰り返し積層された構成とすることも可能である。
In addition to the above-described SiO 2 , various materials including organic substances can be used as the material constituting the
In the
<光学装置の製造方法の第1の実施形態>
本発明に係る光学装置の製造方法の、第1の実施形態を、図14A〜図14Dを参照して説明する。
本実施形態に係る光学装置の製造方法においては、まず、可視光域に関して透明な基板2を用意し、この基板2の一主面に、例えばアルミニウムによる金属層3を、例えば蒸着によって形成する金属層形成工程を行い、図14Aに示すように、例えば電子線描画装置やナノインプリント装置を用いたリソグラフィー手法によって、最終的に金属層3を残す領域に対応させて、レジスト6を被着形成する。
<First Embodiment of Manufacturing Method of Optical Device>
A first embodiment of a method of manufacturing an optical device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 14A to 14D.
In the method for manufacturing an optical device according to the present embodiment, first, a
続いて、レジスト6の開口を通じて、例えば塩素系ガスによるRIE(Reactive Ion Etching)によって金属層3に対する異方性エッチングを行い、図14Bに示すように、金属層3を互いに平行な複数の直線状に整形する金属層整形工程を行う。
Subsequently, anisotropic etching is performed on the
続いて、図14Cに示すようにレジスト6を剥離除去し、少なくとも金属層3の基板2とは反対側例えば金属層3の上面に、例えばSiO2による誘電体層4を例えば蒸着によって形成する誘電体層形成工程を行うことにより、図14Dに示すような光学装置1を得る。
Subsequently, as shown in FIG. 14C, the resist 6 is peeled and removed, and a
<光学装置の製造方法の第2の実施形態>
本発明に係る光学装置の製造方法の、第2の実施形態を、図15A〜図15Cを参照して説明する。
この第2実施形態では、説明を省略する部分は第1実施形態と同様であることとし、また、説明上、第1実施形態と重複する構成要素には、同一の符号を付して重複説明を省略する。
<Second Embodiment of Manufacturing Method of Optical Device>
A second embodiment of the method of manufacturing an optical device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 15A to 15C.
In the second embodiment, parts that will not be described are the same as those in the first embodiment, and for the sake of explanation, the same reference numerals are given to the same constituent elements as those in the first embodiment, and the description is repeated. Is omitted.
本実施形態に係る光学装置の製造方法においては、まず、可視光域に関して透明な基板2を用意し、この基板2の一主面に、例えばアルミニウムによる金属層3を形成する金属層形成工程を行い、図15Aに示すように、最終的に金属層3を残す領域に対応して、誘電体によるレジスト7を被着形成して、誘電体層形成工程を行う。
In the method of manufacturing an optical device according to the present embodiment, first, a
続いて、最終的に誘電体層となるレジスト7に、例えばフッ素系ガスによるRIEによって開口を形成し、この開口を通じて、例えば塩素系ガスによるRIEによって金属層3に対するエッチングを行い、図15Bに示すように、金属層3を互いに平行な複数の直線状に整形する金属層整形工程を行う。
Subsequently, an opening is formed in the resist 7 that finally becomes the dielectric layer by, for example, RIE using a fluorine-based gas, and the
続いて、誘電体によるレジスト7を例えばエッチングによって所定の厚さ及び形状として、誘電体層4として形成するとともに、金属層3及び誘電体層4によって基板2の主面上に凹凸を形成して、図15Cに示すような光学装置1を得る。
Subsequently, a resist 7 made of a dielectric is formed as a
本実施形態に係る光学装置の製造方法によれば、金属層整形工程に先立って誘電体層形成工程を行うことから、誘電体層を、金属層整形工程におけるエッチングマスクとして用いることができ、製造コストの低減及び工程数の減少を図ることができる。 According to the manufacturing method of the optical device according to the present embodiment, since the dielectric layer forming step is performed prior to the metal layer shaping step, the dielectric layer can be used as an etching mask in the metal layer shaping step. Costs can be reduced and the number of processes can be reduced.
<光学装置の製造方法の第3の実施形態>
本発明に係る光学装置の製造方法の、第3の実施形態を、図16A〜図16Cを参照して説明する。
この第3実施形態では、説明を省略する部分は第1実施形態と同様であることとし、また、説明上、第1実施形態と重複する構成要素には、同一の符号を付して重複説明を省略する。
<Third Embodiment of Optical Device Manufacturing Method>
A third embodiment of the method of manufacturing an optical device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 16A to 16C.
In the third embodiment, parts that will not be described are the same as those in the first embodiment, and for the sake of explanation, the same reference numerals are given to the same constituent elements as those in the first embodiment, and the description is repeated. Is omitted.
本実施形態に係る光学装置の製造方法においては、まず、可視光域に関して透明な基板2を用意し、この基板2の一主面に、例えばアルミニウムによる金属層3を形成する金属層形成工程を行い、図16Aに示すように、最終的に金属層3を残す領域に対応して誘電体によるレジスト7を被着形成して、誘電体層形成工程を行う。
In the method of manufacturing an optical device according to the present embodiment, first, a
続いて、最終的に誘電体層となるレジスト7に、例えばフッ素系ガスによるRIEによって開口を形成し、この開口を通じて、例えば塩素系ガスによるRIEによって、金属層3を互いに平行な複数の直線状に整形する金属層整形工程を行うと共に、金属層3と最終的に光学装置の誘電体層を構成するレジスト7の厚さの和に比して大きな深さの凹部を形成する。
Subsequently, an opening is formed in the resist 7 which finally becomes a dielectric layer by, for example, RIE using a fluorine-based gas, and the
続いて、誘電体によるレジスト7を例えばエッチングによって所定の厚さ及び形状として、誘電体層4として形成することにより、基板2の主面上に所定の凹凸を形成して、図16Cに示すような光学装置1を得る。
Subsequently, by forming a resist 7 made of a dielectric, for example, by etching to a predetermined thickness and shape as a
本実施形態に係る光学装置の製造方法によれば、金属層整形工程に先立って誘電体層形成工程を行うのみならず、金属層3の整形と基板2表面の凹部形成を同時に行うことができることから、誘電体層を金属層整形工程におけるエッチングマスクとして用いることができるととともに、所望の深さ及び形状を有する凹凸によって、最終的に得る光学装置の主面を構成することが少ない工程数で可能となる。
According to the method for manufacturing an optical device according to the present embodiment, not only the dielectric layer forming step is performed prior to the metal layer shaping step, but also the shaping of the
<光学装置の製造方法の第4の実施形態>
本発明に係る光学装置の製造方法の、第4の実施形態を、図17A〜図17Cを参照して説明する。
この第4実施形態では、説明を省略する部分は第1実施形態と同様であることとし、また、説明上、第1実施形態と重複する構成要素には、同一の符号を付して重複説明を省略する。
<Fourth Embodiment of Manufacturing Method of Optical Device>
A fourth embodiment of the method of manufacturing an optical device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 17A to 17C.
In the fourth embodiment, parts that will not be described are the same as those in the first embodiment, and for the sake of explanation, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and redundant description is given. Is omitted.
本実施形態に係る光学装置の製造方法においては、まず、可視光域に関して透明な基板2を用意し、この基板2の一主面に、最終的に得る光学装置の金属層3上に形成される誘電体層とは別の、例えばSiO2による第2の誘電体層5を例えば蒸着によって形成した後、例えばアルミニウムによる金属層3を形成する金属層形成工程を行い、図17Aに示すように、最終的に金属層3を残す領域に対応して誘電体によるレジスト7を被着形成して、誘電体層形成工程を行う。
In the method of manufacturing an optical device according to this embodiment, first, a
続いて、最終的に誘電体層となるレジスト7の開口を通じて、金属層3及び第2の誘電体層5を貫通して基板2でストップするエッチングを行い、図17Bに示すように、金属層3を互いに平行な複数の直線状に整形する金属層整形工程を行うと共に、金属層3と最終的に光学装置の誘電体層を構成するレジスト7の厚さの和に比して大きな深さの凹部を形成する。
なお、本実施形態では、レジスト7に対応する領域の第2の誘電体層5を完全に除去したが、一部残して第2の誘電体層5によって凹部を形成しても良いし、前述のエッチングが基板2に至る、つまり基板2を一部除去して凹部を形成し、これによって最終的に得る光学装置に、金属層と誘電体層の和よりも深い凹凸を形成することもできる。
Subsequently, etching is performed through the
In the present embodiment, the second dielectric layer 5 in the region corresponding to the resist 7 is completely removed. However, a recess may be formed by the second dielectric layer 5 while leaving a part thereof. The etching reaches the
続いて、誘電体によるレジスト7を、例えばエッチングによって所定の厚さ及び形状として、誘電体層4として形成することにより、基板2の主面上に所定の凹凸を形成して、図17Cに示すような光学装置1を得る。
Subsequently, by forming a resist 7 made of a dielectric, for example, by etching into a
本実施形態に係る光学装置の製造方法によれば、金属層整形工程に先立って誘電体層形成工程を行うのみならず、金属層3と基板2の間にも第2の誘電体層5を設けることができ、所望の深さ及び形状を有する凹凸によって、最終的に得る光学装置の主面を構成することができる。
According to the method for manufacturing an optical device according to the present embodiment, not only the dielectric layer forming step is performed prior to the metal layer shaping step, but also the second dielectric layer 5 is provided between the
以上、本発明に係る光学装置及び光学装置の製造方法の実施の形態を説明したが、本発明は、これに限られるものではない。
例えば、前述の実施の形態においては、金属層、誘電体層ならびに第2の誘電体層の形成手法として蒸着を用いる例を説明したが、例えばスパッタリングやMBE(Molecular Beam Epitaxy)などの薄膜形成手法によることも可能であるなど、本発明は、種々の変更及び変形をなされうる。
The embodiments of the optical device and the method for manufacturing the optical device according to the present invention have been described above, but the present invention is not limited to this.
For example, in the above-described embodiment, the example in which vapor deposition is used as the formation method of the metal layer, the dielectric layer, and the second dielectric layer has been described. However, for example, a thin film formation method such as sputtering or MBE (Molecular Beam Epitaxy) Various changes and modifications can be made to the present invention.
1・・・光学装置、2・・・基板、3・・・金属層、4・・・誘電体層、5・・・第2の誘電体層、6・・・レジスト、7・・・レジスト(誘電体層)、101・・・従来の光学装置、102・・・基板、103・・・金属層
DESCRIPTION OF
Claims (2)
SiO2よりなり、表面にグリッド状の凹凸構造を有する基板と、
前記基板の凹凸構造の凸部上に形成され、Alよりなるグリッド状の金属層と、
前記金属層上に形成され、SiO2又はこれより屈折率の高い材料よりなる誘電体層と、を有し、
前記金属層の厚さが170nm、グリッド間隔であるピッチ長が144nm、幅が前記ピッチ長に対して0.45の比率とされ、
前記誘電体層の厚さが100nmとされてなる
光学装置。 An optical device that selectively polarizes incident light,
A substrate made of SiO 2 and having a grid-like uneven structure on the surface;
A grid-like metal layer made of Al, formed on the convex portion of the concave-convex structure of the substrate,
A dielectric layer formed on the metal layer and made of SiO 2 or a material having a higher refractive index,
The thickness of the metal layer is 170 nm, the pitch length that is the grid interval is 144 nm, and the width is a ratio of 0.45 to the pitch length,
An optical device, wherein the dielectric layer has a thickness of 100 nm.
前記金属層上に、SiO2又はこれより屈折率の高い誘電体材料よりなるレジスト層を、厚さ100nmとして形成する工程と、
前記レジスト層に、ピッチ長を144nm、幅を前記ピッチ長に対して0.45の比率として、直線のグリッド状にパターニングする工程と、
パターニングした前記レジスト層をエッチングマスクとして、異方性エッチングにより、前記金属層を直線のグリッド状にパターニングする工程と、
前記レジスト層をエッチングマスクとして、異方性エッチングにより前記基板の表面に凹部を形成する工程と、を含む
入射光を選択的に偏光させる光学装置の製造方法。 Forming a metal layer made of Al with a thickness of 170 nm on the surface of the substrate made of SiO 2 ;
Forming a resist layer made of SiO 2 or a dielectric material having a higher refractive index on the metal layer with a thickness of 100 nm;
Patterning the resist layer in a linear grid pattern with a pitch length of 144 nm and a width of 0.45 with respect to the pitch length;
Patterning the metal layer into a linear grid by anisotropic etching using the patterned resist layer as an etching mask;
Forming a recess in the surface of the substrate by anisotropic etching using the resist layer as an etching mask.
A method of manufacturing an optical device that selectively polarizes incident light .
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