JP4999401B2 - Manufacturing method of optical element having fine irregularities on surface - Google Patents

Manufacturing method of optical element having fine irregularities on surface Download PDF

Info

Publication number
JP4999401B2
JP4999401B2 JP2006222867A JP2006222867A JP4999401B2 JP 4999401 B2 JP4999401 B2 JP 4999401B2 JP 2006222867 A JP2006222867 A JP 2006222867A JP 2006222867 A JP2006222867 A JP 2006222867A JP 4999401 B2 JP4999401 B2 JP 4999401B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pattern
substrate
resin
film forming
fine concavo
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006222867A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008046428A (en
Inventor
和博 梅木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Optical Industries Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Optical Industries Co Ltd filed Critical Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority to JP2006222867A priority Critical patent/JP4999401B2/en
Publication of JP2008046428A publication Critical patent/JP2008046428A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4999401B2 publication Critical patent/JP4999401B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Polarising Elements (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Description

本発明は表面に微細凹凸形状をもつ位相板などの光学素子の製造方法に関するものである。位相板は直交する2つの直線偏光の間に位相差を生じさせるもので、1/4波長板、1/2波長板、全波長板などとして用いられ、液晶プロジェクタなどの画像投影装置、光ディスク装置の書込み読出し装置、その他の光学装置に利用されている。   The present invention relates to a method of manufacturing an optical element such as a phase plate having a fine uneven shape on the surface. The phase plate generates a phase difference between two orthogonal linearly polarized lights, and is used as a quarter-wave plate, a half-wave plate, a full-wave plate, and the like. Are used for writing / reading devices and other optical devices.

波長板には水晶などの複屈折物質の厚さを調整して常光線と異常光線との位相差が波長に対して所定の関係になるようにした結晶研磨型波長板のほかに、誘電体にてなる微細凹凸表面が複屈折を示すことを利用した格子型波長板も使用されている。本発明は後者の格子型波長板など、表面に微細凹凸形状をもつ光学素子に関するものである。   In addition to a crystal-polished wave plate, the thickness of a birefringent material such as quartz is adjusted so that the phase difference between ordinary and extraordinary rays has a predetermined relationship to the wavelength. A grating-type wave plate utilizing the fact that the fine irregular surface formed by (2) exhibits birefringence is also used. The present invention relates to an optical element having a fine concavo-convex shape on its surface, such as the latter grating-type wave plate.

光学素子の1種として知られる位相板は、互いに直交する偏光成分間に位相差を与える光学機能を持ち、種々の光学装置に用いられている。従来、位相板は、人造または天然のルチル、方解石、水晶など「複屈折性を示す一軸異方性結晶」を用いたものが知られているが、人造のものは「結晶を均一に成長させる」ことが難しく、天然の結晶は「光学的に均一で大きな形状のもの」が入手困難で高価である。また、このような「結晶材料を用いた位相板」は動作波長範囲が狭い。   A phase plate known as one type of optical element has an optical function of providing a phase difference between mutually orthogonal polarization components, and is used in various optical devices. Conventionally, phase plates using “uniaxial anisotropic crystals exhibiting birefringence” such as artificial or natural rutile, calcite, and quartz are known. "Natural crystals are difficult to obtain and expensive in" optically uniform and large shape ". Such a “phase plate using a crystal material” has a narrow operating wavelength range.

近来「広帯域の波長範囲に対して機能できる位相板」として、サブ波長構造(SWS)による位相板が提案されている(特許文献1、2)。サブ波長構造の光学作用に関しては非特許文献1等に説明がされている。また、サブ波長構造の形成方法の一例として非特許文献2記載のものが知られている。   Recently, a phase plate having a sub-wavelength structure (SWS) has been proposed as a “phase plate capable of functioning over a wide wavelength range” (Patent Documents 1 and 2). The optical action of the subwavelength structure is described in Non-Patent Document 1 and the like. Moreover, the thing of a nonpatent literature 2 is known as an example of the formation method of a subwavelength structure.

特許文献1には、サブ波長構造を「ガラス基板の表面構造」として形成した位相板が開示されている。特許文献2には「平行平板を基板として平面状に格子構造を転写した位相板」が開示されているが、平行平板や格子構造が転写される部分の材質に関しては全く記載されていない。
非特許文献2には、サブ波長構造の形成方法として、樹脂バルク材を用いる熱式ナノインプリント法が開示されている。
Patent Document 1 discloses a phase plate in which a sub-wavelength structure is formed as a “surface structure of a glass substrate”. Patent Document 2 discloses a “phase plate in which a lattice structure is transferred in a plane using a parallel plate as a substrate”, but does not describe any material of a portion to which the parallel plate or the lattice structure is transferred.
Non-Patent Document 2 discloses a thermal nanoimprint method using a resin bulk material as a method for forming a subwavelength structure.

他の制作方法として、ドライエッチング法を使用して溝構造を形成する方法がある。この方法としては、
(1)基板素材をドライエッチングで溝加工する構造と、
(2)基板素材上に高屈折率材料を成膜し、これをドライエッチングする方法が提案されている。
特開2005− 44429号公報 特開2005−106901号公報 菊田久雄著「構造性複屈折とその光学素子への応用 回折光学素子入門」(平成9年5月20日 第1版第1刷発行) p158-167 オプトロニクス社刊行 KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2,(2005) p97-100 「ナノインプリント技術を利用したサブ波長構造広帯域波長板の作製」
As another production method, there is a method of forming a groove structure using a dry etching method. As this method,
(1) A structure in which a substrate material is grooved by dry etching;
(2) A method has been proposed in which a high refractive index material is formed on a substrate material and dry-etched.
JP-A-2005-44429 JP 2005-106901 A Hisao Kikuta, "Structural Birefringence and Its Application to Optical Elements" (Introduction to first-order diffractive optical elements on May 20, 1997) p158-167 Published by Optronics KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2, (2005) p97-100 “Fabrication of subwavelength structured broadband waveplate using nanoimprint technology”

ナノインプリント法による樹脂材料で構成されたサブ波長格子は、樹脂材料で構成されるため耐環境性(耐光性、耐温湿度性)や、信頼性、長期安定性に劣っている。また、樹脂材料を整形して製作するため、樹脂材料の流動粘度が低くできないため、成形時の樹脂ながれが悪く、高アスペクト構造を実現するのは容易ではない。高アスペクト構造を実現するには高アスペクト構造の金型が必要になるが、高アスペクト構造の金型を製作するのも容易ではない。結局、ナノインプリント法によってもサブ波長格子は高価となる。   A sub-wavelength grating made of a resin material by the nanoimprint method is inferior in environmental resistance (light resistance, temperature and humidity resistance), reliability, and long-term stability because it is made of a resin material. In addition, since the resin material is shaped and manufactured, the flow viscosity of the resin material cannot be lowered. Therefore, the resin flow during molding is poor, and it is not easy to realize a high aspect structure. To realize a high aspect structure, a high aspect structure mold is required, but it is not easy to manufacture a high aspect structure mold. Eventually, the sub-wavelength grating becomes expensive even by the nanoimprint method.

ドライエッチング法は、ドライエッチング時のパターン垂直性が課題である。何故なら、ドライエッチング時、基板に作用するエッチング種(実際にエッチングに寄与する化学反応種)が、パターン深さが深くなればなるほどエッチングポイントに到達し難くなり、さらにはエッチング時に放出される被エッチング種がエッチングにより形成された凹部から排出され難くなる。このため、加工深さのバラツキ、底面形状のバラツキなどが生じる。この結果、加工基板内バラツキ、バッチ間バラツキが大きくなり、品質の安定化が難しい。   The dry etching method has a problem of pattern perpendicularity during dry etching. This is because, during dry etching, the etching species that act on the substrate (chemical reaction species that actually contribute to etching) become harder to reach the etching point as the pattern depth becomes deeper. It becomes difficult for the etching species to be discharged from the recess formed by etching. For this reason, variations in processing depth, variations in bottom shape, and the like occur. As a result, the variation in the processed substrate and the variation between batches become large, and it is difficult to stabilize the quality.

いずれの方法によっても高アスペクト比のサブ波長構造を製作することは難しい。
さらに、後で図4を用いて定義される凹凸構造のフィリングファクタ(FF=L/Pの比)を大きくできないという課題もある。Pは凹凸構造のピッチ、Lはランド幅である。
It is difficult to produce a sub-wavelength structure with a high aspect ratio by either method.
Furthermore, there is another problem that the filling factor (FF = L / P ratio) of the concavo-convex structure defined later with reference to FIG. 4 cannot be increased. P is the pitch of the uneven structure, and L is the land width.

本発明は、耐環境性(耐光性、耐温湿度性)、信頼性及び長期安定性に優れた光学素子を安価に製造することができ、フィリングファクタも大きくすることができる製造方法を提供することを目的とするものである。   The present invention provides a manufacturing method that can inexpensively manufacture an optical element excellent in environmental resistance (light resistance, temperature and humidity resistance), reliability, and long-term stability, and can increase a filling factor. It is for the purpose.

本発明の一形態は、基板の少なくとも一方の表面に誘電体からなる断面矩形波状の微細凹凸構造が形成された光学素子を以下の工程(A)から(C)を含んで製造する光学素子の製造方法である。
(A)前記基板表面に配列された樹脂の凸条によって前記微細凹凸構造とは凹凸が逆のパターンを形成する工程、
(B)成膜法によって前記パターンの凹部を誘電体層で充填する成膜工程、及び
(C)前記樹脂を除去する工程。
One embodiment of the present invention is an optical element for manufacturing an optical element having a fine concavo-convex structure having a rectangular cross-sectional shape made of a dielectric on at least one surface of a substrate, including the following steps (A) to (C). It is a manufacturing method.
(A) a step of forming a pattern having irregularities opposite to the fine concavo-convex structure by the resin ridges arranged on the substrate surface;
(B) A film forming step of filling the concave portions of the pattern with a dielectric layer by a film forming method, and (C) a step of removing the resin.

工程(A)の好ましい例は、基板表面に樹脂を塗布して樹脂層を形成し、プリベークの後、その樹脂層に前記微細凹凸構造の金型を押し当てるインプリント法による形状転写工程である。   A preferable example of the step (A) is a shape transfer step by an imprint method in which a resin layer is formed by applying a resin to the substrate surface, and after pre-baking, the mold having the fine uneven structure is pressed against the resin layer. .

本発明の他の形態は、基板の少なくとも一方の表面に誘電体からなる断面矩形波状の微細凹凸構造が形成され、その微細凹凸構造の隙間にシルセスキオキサンが存在している光学素子を以下の工程(A)と(B)を含んで製造することを特徴とする光学素子の製造方法。
(A)前記基板表面にシルセスキオキサンを塗布してシルセスキオキサン層を形成し、プリベークの後、そのシルセスキオキサン層に前記微細凹凸構造の金型を押し当ててインプリント法による形状転写を行なった後、シルセスキオキサンを熱硬化させてシルセスキオキサンの凸条によって前記微細凹凸構造とは凹凸が逆のパターンを形成する工程、及び
(B)成膜法によって前記パターンの凹部を誘電体層で充填する成膜工程。
シルセスキオキサンは硬化すると石英構造をもつため、光学素子に残存していても耐久性と耐環境性に優れている。硬化したシルセスキオキサンの屈折率は1.45程度である。
In another embodiment of the present invention, an optical element in which a fine concavo-convex structure having a rectangular cross section made of a dielectric is formed on at least one surface of a substrate and silsesquioxane is present in a gap between the fine concavo-convex structures is described below. A process for producing an optical element comprising the steps (A) and (B).
(A) Silsesquioxane is applied to the substrate surface to form a silsesquioxane layer, and after pre-baking, the silsesquioxane layer is pressed against the mold having the fine concavo-convex structure by an imprint method. After performing shape transfer, the step of thermally curing the silsesquioxane to form a pattern having concavities and convexities opposite to the fine concavo-convex structure by means of the ridges of silsesquioxane, and (B) the pattern by a film forming method Film forming step of filling the recesses with a dielectric layer.
Since silsesquioxane has a quartz structure when cured, it has excellent durability and environmental resistance even if it remains in the optical element. The refractive index of the cured silsesquioxane is about 1.45.

本発明の光学素子における微細凹凸構造は、樹脂材料ではなく、工程(B)で凹部に充填された誘電体材料により構成される。そのような誘電体材料としては、TiO2,Ti25,Nb25,In25,SnO2,Al23,CrO2、ZrO2、反射防止膜材料として用いられているMgF2,ハイコム(メルク社の商品名:ZrO2+TiO2)、OM−10(メルク社の商品名:Ta25+TiOn(nは酸素数であり、この化合物はTiが欠損状態にあるものを表わす。))、OM−4(メルク社の商品名)、H−4(メルク社の商品名)、M−4(メルク社の商品名)などを用いることができる。 The fine concavo-convex structure in the optical element of the present invention is not a resin material but a dielectric material filled in the concave portions in the step (B). As such a dielectric material, TiO 2 , Ti 2 O 5 , Nb 2 O 5 , In 2 O 5 , SnO 2 , Al 2 O 3 , CrO 2 , ZrO 2 , and antireflection film material are used. MgF 2 , Highcom (Merck's trade name: ZrO 2 + TiO 2 ), OM-10 (Merck's trade name: Ta 2 O 5 + TiOn, where n is the number of oxygens, and this compound is in a Ti deficient state. OM-4 (trade name of Merck), H-4 (trade name of Merck), M-4 (trade name of Merck), and the like can be used.

光学素子が誘電体材料で構成されることから、樹脂を除去した形態の光学素子も、樹脂としてシルセスキオキサンを使用して残存させた形態の光学素子も、耐環境性(耐光性、耐温湿度性)、信頼性及び長期安定性に優れたものとなる。   Since the optical element is composed of a dielectric material, both the optical element in the form of removing the resin and the optical element in the form of remaining using silsesquioxane as the resin are resistant to the environment (light resistance, resistance to light). Temperature and humidity), reliability and long-term stability.

工程(B)では凹部に誘電体材料を充填する。ドライエッチング法で凹凸を形成する方法では、フィリングファクタを大きくするためには幅の狭い空間をエッチングにより形成しなければならないが、本発明の方法では幅のより広い空間に成膜により誘電体材料を充填することによりフィリングファクタを大きくすることができるので、フィリングファクタの大きな製品(値が大きいほど広い帯域、安定性が高い)を製作するのが容易である。   In step (B), the recess is filled with a dielectric material. In the method of forming irregularities by the dry etching method, in order to increase the filling factor, a narrow space must be formed by etching. In the method of the present invention, a dielectric material is formed by film formation in a wider space. Since the filling factor can be increased by filling the material, it is easy to manufacture a product having a large filling factor (the larger the value, the wider the band and the higher the stability).

工程(B)はその途中に基板側にバイアス電圧を印加して行なうバイアスプラズマ成膜工程を含むことが好ましい。バイアスプラズマ成膜工程では成膜物質である誘電体が基板に対して垂直方向に入射するので、パターンの凹部の底部にも良好に成膜されるようになり、凹部を誘電体層で充填するのが容易になる。   The step (B) preferably includes a bias plasma film forming step performed by applying a bias voltage to the substrate side in the middle thereof. In the bias plasma film forming process, the dielectric material, which is the film forming material, is incident on the substrate in the vertical direction, so that the film is satisfactorily formed on the bottom of the concave portion of the pattern, and the concave portion is filled with the dielectric layer. It becomes easy.

そのバイアスプラズマ成膜工程は基板側にバイアス電圧を印加した状態で逆スパッタリングを行なう基板バイアスエッチング工程を含むことが好ましい。基板バイアスエッチング工程では逆スパッタリング粒子が表面の凸部分に集中して入射するので、樹脂パターンの凸条上面に成膜された誘電体層がスパッタリングにより選択的に、かつ集中的に除去される。   The bias plasma deposition step preferably includes a substrate bias etching step in which reverse sputtering is performed with a bias voltage applied to the substrate side. In the substrate bias etching process, the reverse sputtering particles are concentrated and incident on the convex portion of the surface, so that the dielectric layer formed on the upper surface of the convex surface of the resin pattern is selectively and intensively removed by sputtering.

ここで、凸条パターン(ライン)と凹条パターン(スペース)の繰返しからなるライン・スペースの微細凹凸パターンの凹部を誘電体層で充填する成膜工程について検討する。
この成膜を基板側にバイアス電圧を印加しない従来の方法により実行すると、ラインパターンの頂部に堆積される成膜物質がスペース側にも成長してくるため、スペース内部には成膜物質が到達しにくくなり、スペース内の堆積膜厚には限界ある。また、スペース内でラインパターンよりには成膜物質が到達しにくいため、スペース内の堆積膜厚は不均一になる。その結果、従来の成膜方法は本発明では使用することができない。
Here, a film forming process for filling a concave portion of a fine concavo-convex pattern in a line / space consisting of repetition of a ridge pattern (line) and a concave ridge pattern (space) with a dielectric layer will be considered.
When this film formation is performed by a conventional method in which a bias voltage is not applied to the substrate side, the film formation material deposited on the top of the line pattern grows also on the space side, so that the film formation material reaches inside the space. The deposited film thickness in the space is limited. Further, since the film forming material is less likely to reach the space than the line pattern, the deposited film thickness in the space becomes non-uniform. As a result, the conventional film forming method cannot be used in the present invention.

バイアスプラズマ成膜工程では成膜物質が基板に対して垂直方向に入射するので、スペースの底部に成膜物質が到達しやすくなるが、この場合もラインパターンの頂部に堆積される成膜物質がスペース側に成長してくることはさけられないため、スペース内の堆積膜厚には限界ある。   In the bias plasma film forming process, the film forming material is incident on the substrate in the vertical direction, so that the film forming material easily reaches the bottom of the space. In this case, the film forming material deposited on the top of the line pattern is Since it is unavoidable to grow on the space side, the deposited film thickness in the space is limited.

基板側にバイアス電圧を印加した状態で逆スパッタリングを行なう基板バイアスエッチング工程を含む場合には、ラインパターンの頂部に堆積された成膜物質が基板バイアスエッチング工程での逆スパッタリング粒子により除去されるので、ラインパターンの頂部に堆積された成膜物質がスペース側に成長してくることが防止され、スペース内に成膜物質が均一に堆積される。   In the case of including a substrate bias etching process in which reverse sputtering is performed with a bias voltage applied to the substrate side, the film deposition material deposited on the top of the line pattern is removed by the reverse sputtering particles in the substrate bias etching process. The film forming material deposited on the top of the line pattern is prevented from growing on the space side, and the film forming material is uniformly deposited in the space.

工程(B)で凹部に充填する誘電体層は単一層であってもよく、多層膜構造としてもよい。多層膜構造とする場合は、その屈折率構成は表面が反射防止効果を有する薄膜構成となるようにするのが好ましい。これにより、獲られる光学素子の凹凸構造の凸条の表面に反射防止効果をもたせることができる。   The dielectric layer filled in the recesses in the step (B) may be a single layer or a multilayer film structure. In the case of a multilayer film structure, the refractive index structure is preferably a thin film structure whose surface has an antireflection effect. Thereby, the antireflection effect can be given to the surface of the ridge of the concavo-convex structure of the obtained optical element.

工程(A)の一例として、基板表面に樹脂層を塗布し、その樹脂層に微細凹凸構造の金型を押し当てるインプリント工法による工程を採用した場合に使用する金型は、以下の工程により製作することが好ましい。
(a)シリコン基板の(110)面にマスク材料により、得ようとする微細凹凸構造の平面パターンをもつマスクパターンを形成する工程、
(b)前記マスクパターンをマスクとして前記シリコン基板をアルカリ液でエッチングを行ない、側面に{111}面を有する微細凹凸を形成する工程、及び
(c)その後、前記マスクパターンを除去する工程。
As an example of the process (A), a mold used when applying a process by imprint method in which a resin layer is applied to the substrate surface and a mold having a fine concavo-convex structure is pressed against the resin layer is as follows. It is preferable to manufacture.
(A) forming a mask pattern having a planar pattern of a fine relief structure to be obtained by using a mask material on the (110) surface of a silicon substrate;
(B) a step of etching the silicon substrate with an alkaline solution using the mask pattern as a mask to form fine irregularities having {111} planes on side surfaces; and (c) a step of removing the mask pattern thereafter.

シリコン基板の(110)面をアルカリ液でエッチングすると、得られる凹部の内側面が{111}面となるように基板表面に対して垂直方向にエッチングが進行する異方性ウエットエッチングとなる。この方法は高アスペクト比の凹凸を形成することができるので、高アスペクト比の金型を製作できる。   When the (110) plane of the silicon substrate is etched with an alkali solution, anisotropic wet etching is performed in which etching proceeds in a direction perpendicular to the substrate surface so that the inner surface of the resulting recess becomes a {111} plane. Since this method can form irregularities with a high aspect ratio, a mold with a high aspect ratio can be manufactured.

本発明の製造方法によれば、耐環境性、信頼性及び長期安定性に優れた高耐久性光学素子が実現できる。この方法は製造工程の再現性が高いので製品バラツキが少ない。また、歩留まりが向上できるので、光学素子を安価に製作できる。
フィリングファクタを大きくすることができるので、広帯域波長板を実現することが容易である。
According to the manufacturing method of the present invention, a highly durable optical element excellent in environmental resistance, reliability, and long-term stability can be realized. Since this method has high reproducibility of the manufacturing process, there is little product variation. Further, since the yield can be improved, the optical element can be manufactured at a low cost.
Since the filling factor can be increased, it is easy to realize a broadband wave plate.

まず、本発明の方法により製作しようとする光学素子の一例を説明する。
図1は、位相板の一形態を説明するための図である。
この位相板は、図1(A)に示すように、平行平板状のガラス平板11の両面に薄層12a、12bが形成された構成となっている。薄層12a、12bは好ましくは屈折率が1.6以上の材料により形成され、その表面形状として断面矩形波状の微細凹凸構造がサブ波長構造として形成されている。
First, an example of an optical element to be manufactured by the method of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a phase plate.
As shown in FIG. 1A, the phase plate has a configuration in which thin layers 12a and 12b are formed on both surfaces of a parallel flat glass plate 11. The thin layers 12a and 12b are preferably made of a material having a refractive index of 1.6 or more, and a fine concavo-convex structure having a rectangular wave shape in cross section is formed as a sub-wavelength structure.

図1(B)を参照して用語を説明する。図1(B)は薄層に形成された断面矩形波状の微細凹凸構造を模式的に示している。微細凹凸構造の凹凸は断面形状が図示の矩形波形状であり、このような矩形波状の凹凸が、紙面垂直方向に延びている。したがって、微細凹凸構造における凸部は紙面垂直方向に延びた長い凸条をなし、凹部も紙面垂直方向に延びた長い凹条をなす。凸条をなす凸部を「ランド」と呼び、凹条をなす凹部を「スペース」と呼ぶ。   Terms will be described with reference to FIG. FIG. 1B schematically shows a fine concavo-convex structure having a rectangular cross section formed in a thin layer. The unevenness of the fine unevenness structure has a rectangular wave shape as shown in the cross-sectional shape, and such a rectangular wave-like unevenness extends in a direction perpendicular to the paper surface. Accordingly, the convex portions in the fine concavo-convex structure form long ridges extending in the direction perpendicular to the paper surface, and the concave portions also form long ridges extending in the direction perpendicular to the paper surface. The convex portion forming the ridge is called “land”, and the concave portion forming the ridge is called “space”.

断面矩形波状の微細凹凸構造のピッチPは、図に示すように、一対をなすランドとスペースのランド幅Lとスペース幅Sの和(L+S)である。また、スペース底部に対するランドの高さを溝深さHとする。   As shown in the drawing, the pitch P of the fine concavo-convex structure having a rectangular wave shape in cross section is the sum (L + S) of a land width L and a space width S of a pair of lands and spaces. The height of the land with respect to the space bottom is defined as a groove depth H.

このとき、フィリングファクタ(FF)はL/P、アスペクト比はH/Sである。すなわち、フィリングファクタが大きいことは、ピッチPに占めるランド幅Lが大きい(スペース幅Sが小さい)ことを意味し、アスペクト比が大きいほど、ランド幅Lに対する溝深さHが大きい。アスペクト比が大きいほど微細凹凸構造形成が難しくなる。   At this time, the filling factor (FF) is L / P and the aspect ratio is H / S. That is, a large filling factor means that the land width L occupying the pitch P is large (the space width S is small), and the groove depth H with respect to the land width L is larger as the aspect ratio is larger. The larger the aspect ratio, the more difficult it is to form a fine relief structure.

非特許文献1、2等により知られたように、微細凹凸構造がサブ波長構造であると、そのピッチよりも大きい波長の光は回折せず、0次光としてそのまま透過する(このときの透過率を「0次透過率」と呼ぶ。)が、入射光に対して複屈折性を示す。   As known from Non-Patent Documents 1 and 2 and the like, if the fine concavo-convex structure is a sub-wavelength structure, light having a wavelength larger than the pitch is not diffracted and is transmitted as it is as zero-order light (transmission at this time The rate is referred to as “0th-order transmittance”.

すなわち、図1(C)に示すように、微細凹凸構造へ空気領域から入射する入射光において、微細凹凸構造の周期方向(図の左右方向)に平行に振動する偏光成分TM、ランド長手方向(紙面垂直方向)に平行に振動する偏光成分TEに対し、微細凹凸構造は屈折率が異なる媒質のように作用する。   That is, as shown in FIG. 1C, in the incident light incident on the fine concavo-convex structure from the air region, the polarization component TM oscillating parallel to the periodic direction (left-right direction in the figure) of the fine concavo-convex structure, the land longitudinal direction ( The fine concavo-convex structure acts like a medium having a different refractive index with respect to the polarization component TE that vibrates in parallel with the direction perpendicular to the paper surface.

微細凹凸構造の部分における有効屈折率を、偏光成分TMにつきn(TM)、偏光成分TEについてn(TE)とすると、これらの有効屈折率は、微細凹凸構造が形成された薄層材料の屈折率n、微細凹凸構造のフィリングファクタfを用いて以下のように表される。
n(TE)={fn2+(1−f)}1/2 (1)
n(TM)=[n2/{f+(1−f)n2}]1/2 (2)
If the effective refractive index in the portion of the fine concavo-convex structure is n (TM) for the polarization component TM and n (TE) for the polarization component TE, these effective refractive indexes are the refraction of the thin layer material on which the fine concavo-convex structure is formed. It is expressed as follows using the rate n and the filling factor f of the fine relief structure.
n (TE) = {fn 2 + (1−f)} 1/2 (1)
n (TM) = [n 2 / {f + (1-f) n 2}] 1/2 (2)

このため、透過光における偏光成分TMに対し、偏光成分TEは位相が「δ」だけ遅れることになる。すなわち、溝深さHを用いると、微細凹凸構造の光学的厚さは、偏光成分TMに対して「H・n(TM)」、偏光成分TEに対して「H・n(TE)」であるので、これら光学的厚さの差H{n(TE)−n(TM)}に応じて位相遅れδが生ずる。この位相遅れδがリタデーション(Reterdation)である。   For this reason, the phase of the polarization component TE is delayed by “δ” with respect to the polarization component TM in the transmitted light. That is, when the groove depth H is used, the optical thickness of the fine concavo-convex structure is “H · n (TM)” for the polarization component TM and “H · n (TE)” for the polarization component TE. Therefore, a phase delay δ is generated according to these optical thickness differences H {n (TE) −n (TM)}. This phase delay δ is retardation.

光学的厚さの差H{n(TE)−n(TM)}をDとし、波長をλとすると、δ=2πD/λであるが、微細凹凸構造においては、波長λの広い領域にわたって、略一定のリタデーションが得られる。   If the optical thickness difference H {n (TE) -n (TM)} is D and the wavelength is λ, then δ = 2πD / λ. However, in the fine concavo-convex structure, over a wide region of the wavelength λ, A substantially constant retardation is obtained.

n(TE)、n(TM)は、微細凹凸構造が形成された薄層材料の屈折率nと、フィリングファクタfにより決定され、リタデーションδは、屈折率n、フィリングファクタf、溝深さHにより定まるから、結局、リタデーションは微細凹凸構造が形成された薄層材料(nが定まる。)と微細凹凸構造の形態(フィリングファクタfと溝深さHが定まる。)を調整することにより所望のものを得ることができる。   n (TE) and n (TM) are determined by the refractive index n and the filling factor f of the thin layer material on which the fine concavo-convex structure is formed, and the retardation δ is the refractive index n, the filling factor f, and the groove depth H. Therefore, the retardation is eventually determined by adjusting the thin layer material (n is determined) on which the fine uneven structure is formed and the form of the fine uneven structure (the filling factor f and the groove depth H are determined). You can get things.

図1(A)に示す光学素子のように、ガラス平板11の両面に微細凹凸構造が形成されている場合、微細凹凸構造12aによるリタデーションを「δ1」、微細凹凸構造12bによるリタデーション「δ2」とすれば、位相板としてのリタデーションは「δ1+δ2」となる。   When the fine concavo-convex structure is formed on both surfaces of the glass flat plate 11 as in the optical element shown in FIG. 1A, the retardation by the fine concavo-convex structure 12a is “δ1”, and the retardation by the fine concavo-convex structure 12b is “δ2”. Then, the retardation as the phase plate becomes “δ1 + δ2”.

したがって、図1(A)に示す位相板の場合には、リタデーション(δ1+δ2)を調整することにより、偏光成分TM、TEに対する位相差を、例えば「πやπ/2」に設定でき、各種波長板を実現できる。   Therefore, in the case of the phase plate shown in FIG. 1A, the phase difference with respect to the polarization components TM and TE can be set to, for example, “π or π / 2” by adjusting the retardation (δ1 + δ2), and various wavelengths A board can be realized.

次に、上述のような位相板を製作する一実施例の製造方法を図2から図3を参照して説明する。
図2はナノインプリント工法を適用する工程で使用する金型を製作する工程を示したものである。
(A)金型の基板として(110)表面をもつシリコン基板20を用意する。
そのシリコン基板20の表面に電子線描画用レジスト22を塗布し、プリベークする。
レジスト22に対し、予め設定されたプログラムにしたがって金型パターンを形成するためのパターンを電子線描画する。このパターンは位相板の微細凹凸構造の平面パターンをもつパターンである。電子線描画は目的の位相板のピッチ及び線幅によって描画条件は異なったものとなる。
Next, a manufacturing method according to an embodiment for manufacturing the phase plate as described above will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 shows a process of manufacturing a mold used in the process of applying the nanoimprint method.
(A) A silicon substrate 20 having a (110) surface is prepared as a mold substrate.
An electron beam drawing resist 22 is applied to the surface of the silicon substrate 20 and prebaked.
A pattern for forming a mold pattern is drawn on the resist 22 by an electron beam according to a preset program. This pattern is a pattern having a planar pattern of the fine uneven structure of the phase plate. The drawing conditions for electron beam drawing differ depending on the pitch and line width of the target phase plate.

(B)電子線描画されたレジスト22を現像し、リンスを行なってレジストパターン22aとする。その後、レジストパターン22aをポストベークする。このパターン22aは得ようとする位相板の微細凹凸構造の凸条となる部分にレジストが残ったパターンである。   (B) The resist 22 drawn with the electron beam is developed and rinsed to form a resist pattern 22a. Thereafter, the resist pattern 22a is post-baked. This pattern 22a is a pattern in which the resist remains on the portion of the phase plate to be obtained that is to be a convex portion of the fine concavo-convex structure.

(C)レジストパターン22aをマスクとしてシリコン基板20をアルカリウエットエッチングする。ここではエッチング液としてKOH溶液を使用する。しかし、エッチング液としては、他にヒドラジン、EPW(エチレンジアミン・ピテカテコール・水の混合溶液)、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)などを使用してもよい。
シリコン基板20はその表面が(110)面であるので、シリコン基板のアルカリ液によるエッチングは{111}面が壁面となるように基板表面に対して垂直方向に進行し、レジストパターン22aのピッチを維持したまま深さ方向にエッチングされる。
(C) The silicon substrate 20 is subjected to alkaline wet etching using the resist pattern 22a as a mask. Here, a KOH solution is used as an etching solution. However, hydrazine, EPW (a mixed solution of ethylenediamine / pithecatechol / water), TMAH (tetramethylammonium hydroxide), or the like may be used as the etching solution.
Since the surface of the silicon substrate 20 is the (110) plane, the etching of the silicon substrate with the alkali solution proceeds in a direction perpendicular to the substrate surface so that the {111} plane becomes the wall surface, and the pitch of the resist pattern 22a is increased. Etching in the depth direction while maintaining.

(D)レジストパターン22aを除去すると金型24が完成する。レジストパターン22aの除去は、例えばシリコン基板20に対してO2アッシング処理を施すことにより行なう。この金型24には微細凹凸構造が形成されており、そのピッチP、ライン幅L、スペース幅S及びフィリングファクタ(FF)L/Pは目的とする位相板のものと同じである。また、その微細凹凸構造の深さDは目的とする位相板の溝深さHとほぼ等しいものである。 (D) The mold 24 is completed when the resist pattern 22a is removed. The removal of the resist pattern 22a is performed, for example, by performing an O 2 ashing process on the silicon substrate 20. The mold 24 has a fine relief structure, and the pitch P, line width L, space width S, and filling factor (FF) L / P are the same as those of the target phase plate. The depth D of the fine concavo-convex structure is substantially equal to the target groove depth H of the phase plate.

(実施例1)
次に、図3により金型24を用いて製品基板26に誘電体材料で微細凹凸構造を形成して目的とする位相板を製作する第1の実施例の工程を説明する。
Example 1
Next, the steps of the first embodiment in which a target phase plate is manufactured by forming a fine concavo-convex structure with a dielectric material on the product substrate 26 using the mold 24 will be described with reference to FIG.

図3(A)と(B)は製品基板26上に樹脂パターンを形成する工程を示したものである。
(A)製品基板26として平坦な表面をもつ平行平板の光透過性石英ガラス基板を使用する。製品基板26はパイレックス(登録商標)、テンパックス(登録商標)といったガラス材料を使用することもできる。
3A and 3B show a process of forming a resin pattern on the product substrate 26. FIG.
(A) A parallel-plate light-transmitting quartz glass substrate having a flat surface is used as the product substrate 26. The product substrate 26 may be made of a glass material such as Pyrex (registered trademark) or Tempax (registered trademark).

基板26の表面に転写樹脂28を滴下する。転写樹脂28としては、UV(紫外線)硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができる。UV硬化性樹脂を使用した場合は、紫外線照射により樹脂を硬化させるために、製品基板26と金型24の少なくとも一方は紫外線を透過させる特性のものである必要がある。この実施例では金型24はシリコン基板であるので、製品基板26は紫外線を透過させるものとする必要がある。しかし、転写樹脂として、熱硬化性樹脂を使用する場合は、製品基板も金型も光を通す必要がない。   A transfer resin 28 is dropped on the surface of the substrate 26. As the transfer resin 28, UV (ultraviolet) curable resin or thermosetting resin can be used. When a UV curable resin is used, at least one of the product substrate 26 and the mold 24 needs to have a property of transmitting ultraviolet rays in order to cure the resin by ultraviolet irradiation. In this embodiment, since the mold 24 is a silicon substrate, the product substrate 26 needs to transmit ultraviolet rays. However, when a thermosetting resin is used as the transfer resin, neither the product substrate nor the mold needs to transmit light.

樹脂28としては充分に粘度の低いものが好ましい。UV硬化性樹脂としては、例えばPAK−01(東洋合成株式会社の商品名:粘度5〜20cp)やGRANDIC RC-8790(大日本インキ株式会社の商品名:粘度2〜10cp)などを使用することができる。熱硬化性樹脂としては、PMMA(ポリメチルメタクリレート)樹脂材料やPMMA主成分レジスト材料などを使用することができる。   The resin 28 preferably has a sufficiently low viscosity. As the UV curable resin, for example, PAK-01 (trade name of Toyo Gosei Co., Ltd .: viscosity 5-20 cp) or GRANDIC RC-8790 (trade name of Dainippon Ink Co., Ltd .: viscosity 2-10 cp) should be used. Can do. As the thermosetting resin, a PMMA (polymethyl methacrylate) resin material, a PMMA main component resist material, or the like can be used.

樹脂28上から金型24の微細凹凸パターン面が基板26側となるように押し当てる。樹脂28には金型24の凹凸パターンが転写され、金型の凹部に樹脂が入り込んで基板26の表面上に樹脂の凸条が紙面垂直方向に延びたパターンが形成される。   The fine concavo-convex pattern surface of the mold 24 is pressed from above the resin 28 so as to be on the substrate 26 side. The concave / convex pattern of the mold 24 is transferred to the resin 28, and the resin enters the concave portion of the mold to form a pattern in which the resin protrusions extend in the direction perpendicular to the paper surface on the surface of the substrate 26.

樹脂28を硬化させる。樹脂28がUV硬化性樹脂のように光硬化性樹脂の場合は基板26側から光を照射する。この実施例では、金型24としてシリコン基板を使用しているが、もし金型として光透過性の石英ガラス基板などを使用した場合は、金型側から光を照射することもできる。樹脂28が熱硬化性樹脂を使用した場合は加熱して硬化させる。   The resin 28 is cured. When the resin 28 is a photocurable resin such as a UV curable resin, light is irradiated from the substrate 26 side. In this embodiment, a silicon substrate is used as the mold 24. However, if a light-transmitting quartz glass substrate or the like is used as the mold, light can be irradiated from the mold side. When the resin 28 uses a thermosetting resin, it is heated and cured.

(B)樹脂28の硬化後、金型24を剥離すると、基板26上に樹脂パターン28aが形成された状態となる。樹脂パターン28aは紙面垂直方向に延びる凸条のものが互いに平行に配列されたものである。基板26の表面と樹脂パターン28aにより形成される凹凸パターンは、目的とする位相板の凹凸パターンとは凹凸が逆になっている。   (B) When the mold 24 is peeled after the resin 28 is cured, the resin pattern 28 a is formed on the substrate 26. The resin pattern 28a is a pattern in which ridges extending in the direction perpendicular to the paper surface are arranged in parallel to each other. The concavo-convex pattern formed by the surface of the substrate 26 and the resin pattern 28a is reverse to the concavo-convex pattern of the target phase plate.

図3(C)から(I)による樹脂パターン28aを用いて誘電体による光学素子用の微細凹凸構造を形成する工程を説明する。
(C)基板26を、基板にバイアス電圧が印加可能な製膜装置に設置する。製膜は基板26を面内方向で回転させながら行なう。成膜する誘電体材料としては、Ta25,TiO2,Ti25,Nb25,In25,SnO2,Al23,CrO2など、前述の種々の材料を使用することができる。
A process of forming a fine concavo-convex structure for an optical element using a dielectric using the resin pattern 28a according to FIGS. 3C to 3I will be described.
(C) The substrate 26 is placed in a film forming apparatus that can apply a bias voltage to the substrate. Film formation is performed while rotating the substrate 26 in the in-plane direction. As the dielectric material to be formed, the above-mentioned various materials such as Ta 2 O 5 , TiO 2 , Ti 2 O 5 , Nb 2 O 5 , In 2 O 5 , SnO 2 , Al 2 O 3 , CrO 2 are used. Can be used.

この成膜工程では基板にバイアス電圧が印加されているので、成膜物質である誘電体材料30が基板26に対し垂直方向に入射し、樹脂パターン28aの凹部の底部にも良好に成膜される。   In this film forming process, since a bias voltage is applied to the substrate, the dielectric material 30 as the film forming material is incident on the substrate 26 in the vertical direction, and the film is satisfactorily formed on the bottom of the concave portion of the resin pattern 28a. The

(D)誘電体材料30が適当な厚さに成膜されたところで、基板にバイアス電圧が印加されたままの状態で逆スパッタリングを行なう。このとき逆スパッタリング粒子、例えばアルゴンイオン粒子、は表面の凸部分に集中して入射するので、パターン上部に成膜された誘電体材料30が主としてスパッタリングされて除去される。凹部の底部に成膜された誘電体材料30は、スパッタ粒子が凹部までは届かないために除去されずに残る。   (D) When the dielectric material 30 is deposited to an appropriate thickness, reverse sputtering is performed with the bias voltage applied to the substrate. At this time, since reverse sputtering particles, for example, argon ion particles, are concentrated and incident on the convex portion of the surface, the dielectric material 30 formed on the pattern is mainly sputtered and removed. The dielectric material 30 deposited on the bottom of the recess remains without being removed because the sputtered particles do not reach the recess.

(E)工程(C)と同じ条件で再び誘電体材料30の成膜を実施する。ここでは工程(C)で成膜した誘電体材料30と同じ物質を成膜するが、屈折率の異なる誘電体材料を成膜してもよい。   (E) Dielectric material 30 is formed again under the same conditions as in step (C). Here, the same material as the dielectric material 30 formed in the step (C) is formed, but a dielectric material having a different refractive index may be formed.

(F)工程(D)と同様に逆スパッタリングを行なって凸部上の誘電体材料を除去する。   (F) Reverse sputtering is performed as in step (D) to remove the dielectric material on the convex portions.

(G)さらに工程(C)と同じ条件で誘電体材料30の成膜を実施する。この場合も異なる誘電体材料を成膜してもよい。
成膜は樹脂パターン28aとほぼ同じ高さになるまで行なうが、好ましくは樹脂パターン28aよりもわずかに低いところまで誘電体材料30が充填されたところで成膜工程を完了する。
(G) Further, the dielectric material 30 is formed under the same conditions as in the step (C). In this case, a different dielectric material may be formed.
The film formation is performed until the height is almost the same as the resin pattern 28a. Preferably, the film formation process is completed when the dielectric material 30 is filled to a position slightly lower than the resin pattern 28a.

(H)最後に、基板にバイアス電圧を印加した状態のままで逆スパッタリングを行なって、樹脂パターン28a上の誘電体材料をスパッタリングにより除去する。   (H) Finally, reverse sputtering is performed with the bias voltage applied to the substrate, and the dielectric material on the resin pattern 28a is removed by sputtering.

(I)樹脂パターン28aを除去する。樹脂パターン28aを除去する方法として、例えばCAROS洗浄(硫酸と過酸化水素水の混合液による洗浄)を行ない、有機物質である樹脂パターン28aを溶解して除去する。
これにより、基板26上に誘電体材料30による凸条32が形成された微細凹凸構造をもつ位相板が完成する。誘電体材料30によるパターンは紙面垂直方向に伸びる凸条32であり、基板26の表面と凸条32とにより微細凹凸構造を構成している。
(I) The resin pattern 28a is removed. As a method for removing the resin pattern 28a, for example, CAROS cleaning (cleaning with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution) is performed, and the resin pattern 28a that is an organic substance is dissolved and removed.
As a result, a phase plate having a fine concavo-convex structure in which the ridges 32 of the dielectric material 30 are formed on the substrate 26 is completed. The pattern made of the dielectric material 30 is a ridge 32 extending in a direction perpendicular to the paper surface, and the surface of the substrate 26 and the ridge 32 constitute a fine concavo-convex structure.

(実施例2)
実施例2として、樹脂にシルセスキオキサンを使用し、誘電体からなる断面矩形波状の微細凹凸構造の隙間にシルセスキオキサンが存在している光学素子を製造する方法を説明する。
この実施例は、樹脂にシルセスキオキサンを使用し、図3(A)〜(H)の工程を実施する点は実施例1と同じである。そして、工程(I)を行なわないことにより、シルセスキオキサンを残存させる。
(Example 2)
As Example 2, a method of manufacturing an optical element in which silsesquioxane is used as a resin and silsesquioxane is present in a gap of a fine concavo-convex structure having a rectangular cross section made of a dielectric will be described.
This example is the same as Example 1 in that silsesquioxane is used for the resin and the steps of FIGS. 3A to 3H are performed. Then, silsesquioxane is left by not performing step (I).

(実施例3)
図4は基板26の両面に誘電体材料による凸条30a,30bからなる微細凹凸パターンを形成した実施例を示したものである。凸条30a,30bからなる微細凹凸パターンを基板26の両面に形成する場合も、図3と全く同じ方法により、誘電体材料によるパターンを基板26の片面ずつ形成する。
得られた位相板は、片面の微細凹凸構造の位相差がλ/4であるとすると、図5のように両面に微細凹凸構造をもつ位相板はその2倍のλ/2の位相差をもつものとなる。
(Example 3)
FIG. 4 shows an embodiment in which fine concavo-convex patterns made of ridges 30a and 30b made of a dielectric material are formed on both surfaces of the substrate 26. FIG. In the case of forming fine concavo-convex patterns composed of the ridges 30a and 30b on both surfaces of the substrate 26, a pattern made of a dielectric material is formed on each surface of the substrate 26 by exactly the same method as in FIG.
If the phase difference of the fine uneven structure on one side of the obtained phase plate is λ / 4, the phase plate having the fine uneven structure on both surfaces as shown in FIG. 5 has a double phase difference of λ / 2. It will have.

製作した位相板は、厚さ1.0mm、屈折率1.45の平行平板状の石英ガラス基板の両面に、誘電体材料としてTiO2(屈折率:2.25)を用いて上記の製造方法により断面矩形波状の微細凹凸構造をサブ波長構造として形成した。 The manufactured phase plate is manufactured by using the above-described manufacturing method using TiO 2 (refractive index: 2.25) as a dielectric material on both sides of a parallel flat quartz glass substrate having a thickness of 1.0 mm and a refractive index of 1.45. Thus, a fine concavo-convex structure having a rectangular wave cross section was formed as a subwavelength structure.

製作した位相板の仕様と特性は以下のとおりである。
(1)位相板A(青色映像光に対する1/2波長板相当の位相板)
薄層表面の微細凹凸構造:
ピッチ:P=0.20μm、
フィリングファクタ:f=0.6、
ランド幅:L=0.120μm、
スペース幅:S=0.080μm、
溝深さ:H=0.380μm
光学特性域:
使用波長:420〜520nm、
リタデーション:50±3%(50%は位相差:π)、
透過率:0.88±7%(偏光成分TE);0.93±7%(偏光成分TM)。
溝深さHは片面の凹凸構造の深さを表わしており、両面に凹凸構造が形成されているので、両面を合わせると溝深さは2Hとなる。以下の位相板でも同じである
The specifications and characteristics of the manufactured phase plate are as follows.
(1) Phase plate A (phase plate equivalent to a half-wave plate for blue image light)
Fine uneven structure on the surface of the thin layer:
Pitch: P = 0.20 μm
Filling factor: f = 0.6
Land width: L = 0.120 μm
Space width: S = 0.080 μm,
Groove depth: H = 0.380 μm
Optical property range:
Use wavelength: 420-520 nm,
Retardation: 50 ± 3% (50% is phase difference: π),
Transmittance: 0.88 ± 7% (polarization component TE); 0.93 ± 7% (polarization component TM).
The groove depth H represents the depth of the concavo-convex structure on one side, and since the concavo-convex structure is formed on both sides, the groove depth becomes 2H when both sides are combined. The same applies to the following phase plates

(2)位相板B(緑色映像光に対する1/2波長板相当の位相板)
薄層表面の微細凹凸構造:
ピッチ:P=0.22μm、
フィリングファクタ:f=0.7、
ランド幅:L=0.154μm、
スペース幅:S=0.066μm、
溝深さ:H=0.543μm、
光学特性:
使用波長域:520〜620nm、
リタデーション:50±3%(50%は位相差:π)、
透過率:0.88±9%(偏光成分TE);0.93±5%(偏光成分TM)。
(2) Phase plate B (a phase plate equivalent to a half-wave plate for green image light)
Fine uneven structure on the surface of the thin layer:
Pitch: P = 0.22 μm
Filling factor: f = 0.7
Land width: L = 0.154 μm,
Space width: S = 0.066 μm,
Groove depth: H = 0.543 μm
optical properties:
Use wavelength range: 520 to 620 nm,
Retardation: 50 ± 3% (50% is phase difference: π),
Transmittance: 0.88 ± 9% (polarization component TE); 0.93 ± 5% (polarization component TM).

(3)位相板C(赤色映像光に対する1/2波長板相当の位相板)
薄層表面の微細凹凸構造:
ピッチ:P=0.30μm、
フィリングファクタ:f=0.5、
ランド幅:L=0.150μm、
スペース幅:S=0.150μm、
溝深さ:H=0.475μm、
光学特性:
使用波長域:620〜700nm、
リタデーション:50±4%(50%は位相差:π)、
透過率:0.88±5%(偏光成分TE)、0.93±4%(偏光成分TM)。
(3) Phase plate C (phase plate equivalent to a half-wave plate for red image light)
Fine uneven structure on the surface of the thin layer:
Pitch: P = 0.30 μm
Filling factor: f = 0.5
Land width: L = 0.150 μm
Space width: S = 0.150 μm
Groove depth: H = 0.475 μm
optical properties:
Use wavelength range: 620 to 700 nm,
Retardation: 50 ± 4% (50% is phase difference: π),
Transmittance: 0.88 ± 5% (polarization component TE), 0.93 ± 4% (polarization component TM).

この製作例における各位相板のリタデーション特性を図5示す。3原色(青:420〜520nm、緑:520〜620nm、赤:620〜700nm)の各波長領域で、安定したリタデーションを確保できていることがわかる。   FIG. 5 shows the retardation characteristics of each phase plate in this production example. It can be seen that stable retardation can be secured in each wavelength region of the three primary colors (blue: 420 to 520 nm, green: 520 to 620 nm, red: 620 to 700 nm).

(実施例4)
図3の製造方法で製作される光学素子の誘電体材料による凸条32が多層膜構造として形成されたものであり、その多層膜構造の屈折率構成が表面に反射防止効果を有する薄膜構成であるものである。
Example 4
The protrusions 32 made of a dielectric material of the optical element manufactured by the manufacturing method of FIG. 3 are formed as a multilayer film structure, and the refractive index structure of the multilayer film structure is a thin film structure having an antireflection effect on the surface. There is something.

図3の工程(C)から(G)の成膜工程で屈折率の異なる誘電体膜を堆積して多層膜構造とする。ここでは、4回の成膜工程を繰り返して以下の多層膜構造を製作した。
基板:石英ガラス基板(屈折率1.47)、
第1層目誘電体層:SiO2 (屈折率1.45) 膜厚86nm、
第2層目誘電体層:Al23(屈折率1.63) 膜厚77nm、
第3層目誘電体層:TiO2 (屈折率2.30) 膜厚109nm、
第4層目誘電体層:SiO2 (屈折率1.45) 膜厚86nm、
凸条32間の凹部:空気(屈折率1.00)
In the film forming steps (C) to (G) in FIG. 3, dielectric films having different refractive indexes are deposited to form a multilayer film structure. Here, the following multilayer film structure was manufactured by repeating the film formation process four times.
Substrate: quartz glass substrate (refractive index 1.47),
First dielectric layer: SiO 2 (refractive index 1.45) film thickness 86 nm,
Second dielectric layer: Al 2 O 3 (refractive index 1.63) film thickness 77 nm,
Third dielectric layer: TiO 2 (refractive index 2.30) film thickness 109 nm,
Fourth dielectric layer: SiO 2 (refractive index 1.45) film thickness 86 nm,
Concave portion between ridges 32: air (refractive index 1.00)

このように基板の片面に合計膜厚が358nmの4層構造の誘電体からなる凸条32を形成した。この構造の多層膜を平面上に形成すると、反射率が0.5%以下となる。この多層膜構造の光学素子を基板の両面に製作することにより、表面に反射防止膜機能をもち、青色光に対する1/2波長板相当の位相板となった。   In this way, the ridges 32 made of a dielectric having a four-layer structure with a total film thickness of 358 nm were formed on one side of the substrate. When a multilayer film having this structure is formed on a flat surface, the reflectance becomes 0.5% or less. By producing this multilayer optical element on both surfaces of the substrate, the surface has a function of an antireflection film, and a phase plate equivalent to a half-wave plate for blue light is obtained.

(A)は本発明の方法により製作しようとする光学素子の一例を示す概略断面図、(C)はその一部の拡大断面図、(C)は位相板の動作原理を説明する断面図である。(A) is a schematic cross-sectional view showing an example of an optical element to be manufactured by the method of the present invention, (C) is an enlarged cross-sectional view of a part thereof, and (C) is a cross-sectional view for explaining the operation principle of the phase plate. is there. 一実施例において金型を製作する工程を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the process of manufacturing a metal mold | die in one Example. 同実施例において誘電体材料による微細凹凸構造を形成する工程を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the process of forming the fine uneven structure with a dielectric material in the Example. 他の実施例において基板の両面に微細凹凸構造を形成した位相板を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the phase plate which formed the fine uneven structure on both surfaces of the board | substrate in another Example. 本発明により製作した3つの位相板のリタデーション特性を示すグラフである。It is a graph which shows the retardation characteristic of the three phase plates manufactured by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

20 シリコン基板
22 電子線描画用レジスト
22a レジストパターン
24 金型
26 製品基板
28 転写樹脂
28a 樹脂パターン
30 誘電体材料
32,32a,32b 誘電体材料による凸条
20 Silicon Substrate 22 Electron Beam Resist 22a Resist Pattern 24 Mold 26 Product Substrate 28 Transfer Resin 28a Resin Pattern 30 Dielectric Material 32, 32a, 32b Projection by Dielectric Material

Claims (5)

基板の少なくとも一方の表面に誘電体からなる断面矩形波状の微細凹凸構造が形成された光学素子を以下の工程(A)から(C)を含んで製造することを特徴とする光学素子の製造方法。
(A)前記基板表面に配列された樹脂の凸条によって前記微細凹凸構造とは凹凸が逆のパターンを形成する工程、
(B)成膜法によって前記パターンの凹部を誘電体層で充填する成膜工程であって、その途中に基板側にバイアス電圧を印加して行なうバイアスプラズマ成膜工程を含み、かつ該バイアスプラズマ成膜工程は基板側にバイアス電圧を印加した状態で逆スパッタリングを行なって前記パターンの凸部上に成膜された誘電体材料を選択的に除去する基板バイアスエッチング工程を含むことによって、前記パターンの凸部には誘電体層がない状態で前記パターンの凹部を誘電体層で充填する成膜工程、及び
(C)前記樹脂を除去する工程。
A method of manufacturing an optical element, comprising the steps (A) to (C) described below, wherein an optical element in which a fine concavo-convex structure having a rectangular cross section made of a dielectric is formed on at least one surface of a substrate is formed. .
(A) a step of forming a pattern having irregularities opposite to the fine concavo-convex structure by the resin ridges arranged on the substrate surface;
(B) a film forming step of filling the concave portions of the pattern with a dielectric layer by a film forming method , including a bias plasma film forming step performed by applying a bias voltage to the substrate side in the middle thereof; The film forming step includes a substrate bias etching step of selectively removing the dielectric material formed on the convex portions of the pattern by performing reverse sputtering with a bias voltage applied to the substrate side. A film forming step of filling the concave portion of the pattern with the dielectric layer without a dielectric layer on the convex portion , and (C) a step of removing the resin.
前記工程(A)は基板表面に樹脂を塗布して樹脂層を形成し、プリベークの後、その樹脂層に前記微細凹凸構造の金型を押し当てるインプリント法による形状転写工程である請求項1に記載の製造方法。   The step (A) is a shape transfer step by an imprint method in which a resin layer is formed by applying a resin to the substrate surface, and after pre-baking, the mold having the fine uneven structure is pressed against the resin layer. The manufacturing method as described in. 基板の少なくとも一方の表面に誘電体からなる断面矩形波状の微細凹凸構造が形成され、その微細凹凸構造の隙間にシルセスキオキサンが存在している光学素子を以下の工程(A)と(B)を含んで製造することを特徴とする光学素子の製造方法。
(A)前記基板表面にシルセスキオキサンを塗布してシルセスキオキサン層を形成し、プリベークの後、そのシルセスキオキサン層に前記微細凹凸構造の金型を押し当ててインプリント法による形状転写を行なった後、シルセスキオキサンを熱硬化させてシルセスキオキサンの凸条によって前記微細凹凸構造とは凹凸が逆のパターンを形成する工程、及び
(B)成膜法によって前記パターンの凹部を誘電体層で充填する成膜工程であって、その途中に基板側にバイアス電圧を印加して行なうバイアスプラズマ成膜工程を含み、かつ該バイアスプラズマ成膜工程は基板側にバイアス電圧を印加した状態で逆スパッタリングを行なって前記パターンの凸部上に成膜された誘電体材料を選択的に除去する基板バイアスエッチング工程を含むことによって、前記パターンの凸部には誘電体層がない状態で前記パターンの凹部を誘電体層で充填する成膜工程
An optical element in which a fine concavo-convex structure having a rectangular cross section made of a dielectric is formed on at least one surface of a substrate and silsesquioxane is present in the gaps of the fine concavo-convex structure is formed by the following steps (A) and (B The manufacturing method of the optical element characterized by the above-mentioned.
(A) Silsesquioxane is applied to the substrate surface to form a silsesquioxane layer, and after pre-baking, the silsesquioxane layer is pressed against the mold having the fine concavo-convex structure by an imprint method. After performing shape transfer, the step of thermally curing the silsesquioxane to form a pattern having concavities and convexities opposite to the fine concavo-convex structure by means of the ridges of silsesquioxane, and (B) the pattern by a film forming method Including a bias plasma film forming step in which a bias voltage is applied to the substrate side in the middle, and the bias plasma film forming step includes a bias voltage on the substrate side. Including a substrate bias etching step of selectively removing the dielectric material formed on the convex portions of the pattern by performing reverse sputtering in the state of applying Then, a film forming step of filling the concave portion of the pattern with the dielectric layer in a state where the convex portion of the pattern has no dielectric layer .
前記工程(B)は前記誘電体層を多層膜構造として形成する請求項1からのいずれかに記載の製造方法。 The process according to any one of claims 1 to 3 wherein step (B) is for forming the dielectric layer as a multilayer structure. 前記多層膜構造の屈折率構成は、表面が反射防止効果を有する薄膜構成である請求項に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 4 , wherein the refractive index configuration of the multilayer film structure is a thin film configuration whose surface has an antireflection effect.
JP2006222867A 2006-08-18 2006-08-18 Manufacturing method of optical element having fine irregularities on surface Expired - Fee Related JP4999401B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006222867A JP4999401B2 (en) 2006-08-18 2006-08-18 Manufacturing method of optical element having fine irregularities on surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006222867A JP4999401B2 (en) 2006-08-18 2006-08-18 Manufacturing method of optical element having fine irregularities on surface

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008046428A JP2008046428A (en) 2008-02-28
JP4999401B2 true JP4999401B2 (en) 2012-08-15

Family

ID=39180215

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006222867A Expired - Fee Related JP4999401B2 (en) 2006-08-18 2006-08-18 Manufacturing method of optical element having fine irregularities on surface

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4999401B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5778247B2 (en) * 2010-03-26 2015-09-16 テトラサン インコーポレイテッド Doping through shielded electrical contacts and passivated dielectric layers in high efficiency crystalline solar cells, and their structure and manufacturing method
JP6925358B2 (en) 2015-11-24 2021-08-25 プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ Atomic layer deposition process for producing dielectric metasurfaces for wavelengths in the visible spectrum
SG11202001717VA (en) 2017-08-31 2020-03-30 Metalenz Inc Transmissive metasurface lens integration
US11927769B2 (en) 2022-03-31 2024-03-12 Metalenz, Inc. Polarization sorting metasurface microlens array device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000323463A (en) * 2000-01-01 2000-11-24 Hitachi Ltd Plasma processing method
JP2005099099A (en) * 2003-09-22 2005-04-14 Sanyo Electric Co Ltd Wavelength plate
JP2005202104A (en) * 2004-01-15 2005-07-28 Nikon Corp Method for manufacturing polarization element, polarization element, method for manufacturing picture projecting device and picture projecting device
JP3972919B2 (en) * 2004-04-19 2007-09-05 コニカミノルタホールディングス株式会社 Method for manufacturing birefringent optical element
JP4653441B2 (en) * 2004-08-19 2011-03-16 リコー光学株式会社 Laminated structure, optical element, and optical product
JP2007010713A (en) * 2005-06-28 2007-01-18 Seiko Epson Corp Manufacturing method of optical element and projection display apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008046428A (en) 2008-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4999556B2 (en) Manufacturing method of optical element having fine irregularities on surface
US8120848B2 (en) Waveplate utilizing form birefringence and waveplate manufacturing method
US20060072194A1 (en) Wire grid polarizer and fabrication method thereof
JP5023324B2 (en) Color filter device and manufacturing method thereof
JP5706169B2 (en) Depolarizing element and optical apparatus using the element
US20050245090A1 (en) Element having microstructure and manufacturing method thereof
KR101259537B1 (en) Optical element, polarization filter, optical isolator, and optical apparatus
JP4999401B2 (en) Manufacturing method of optical element having fine irregularities on surface
JP4881792B2 (en) Optical element, composite optical element, and optical element manufacturing method
JP6491646B2 (en) Manufacturing method of grating element mounting structure
JP3913765B1 (en) Polarization phase difference plate
JP2007101859A (en) Polarized beam splitter and method of manufacturing same
JPH0799402B2 (en) Wave plate
JP2005099099A (en) Wavelength plate
JP2007101856A (en) Optical retardation element and method of manufacturing same
JP2007101926A (en) Transmission grating and spectral element and spectroscope using the same
JP2005010377A (en) Optical retardation element
JP2006106726A (en) Polarized light diffracting element
JP2009042497A (en) Surface plasmon element
WO2015166852A1 (en) Optical element and manufacturing method therefor
JP2007316270A (en) Manufacturing method of optical component, retardation element and polarizer
JP4975162B2 (en) Self-cloning photonic crystal for ultraviolet light
JP6063365B2 (en) Method for forming fine pattern and method for forming optical element
JP2004271828A (en) Optical element, and its manufacturing method
JP6440995B2 (en) Uneven pattern, optical element, method of forming uneven pattern, and method of forming optical element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090708

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110308

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110412

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110608

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120515

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120515

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4999401

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150525

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees