JP5950962B2

JP5950962B2 - 光学素子の製造方法

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Description

本発明は、光学素子の製造方法及び光学素子に関する。特に、表面に可視光の波長より面内周期の短い構造を有する偏光ビームスプリッタ、位相板、バンドパスフィルターなどの３次元の中空構造を有する透過型光学素子及びその製造方法に関するものである。

近年、偏光ビームスプリッタ、バンドパスフィルターなど透過型光学素子の開発が活発に行われている。従来においては、このような透過型光学素子は多層膜構造によって形成されていたが、近年になりプロジェクタなどの更なる高輝度、高コントラスト化を図るため、可視光波長以下のピッチで形成された、微細３次元中空構造体の開発が行われている。特許文献１では３次元構造を有する光学素子及び光学素子の製造方法が提案されている。

特開２００７−２６４６０４号公報

ところで、上記した特許文献１は、透過型微細光学素子の製造方法において、微細３次元中空構造を基板に接着する際、接着剤が用いられている。しかしながら、基板との接着に接着剤を用いると、素子が微細３次元中空構造であることから、間隙部で毛細管現象が生じ、構造体内部に接着剤が付着し、結果構造体の屈折率変動が起こってしまうことが明らかとなってきた。このため、接着剤を用いずに、接合する技術が望まれる。しかしながら、可視光の波長より面内周期が短く、特にライン幅やドット径の小さな構造は、強度が弱く、大きな荷重が構造体に加わると、構造体が破壊してしまう。また、基板上に形成された構造体と接合基板との間に、非接触個所が発生すると入射光が反射され、その結果、光学素子として光学性能が低下する。また、接触個所に荷重が集中するため、構造体の破壊も発生する。

本発明は、上記課題に鑑み、光学素子を接着剤を用いずに接合でき、また素子の接合時における破壊を抑制し、さらに素子の機能と強度を向上することが可能となる光学素子及び光学素子の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の光学素子の製造方法は、第一の光学部材と第二の光学部材とを有する光学素子の製造方法は、基板上に枠部と、前記枠部に囲まれた空間部に構造部を有する第一の光学部材を準備する工程と、基板上に枠部と、前記枠部に囲まれた空間部に構造部を有する第二の光学部材を準備する工程と、減圧環境下で、前記第一の光学部材の枠部と前記第二の光学部材の枠部とを接触させることによって、前記空間部が減圧状態で密閉された光学素子を形成する工程と、前記空間部が減圧状態で密閉された光学素子を大気に開放することにより、大気と、減圧状態で密閉された前記空間部との差圧によって前記第一の光学部材の構造部と前記第二の光学部材の構造部とを密着させる工程とを有する特徴とする。

本発明によれば、光学素子を接着剤を用いずに接合でき、また素子の接合時における破壊を抑制し、さらに素子の機能と強度を向上することが可能となる光学素子の製造方法及び光学素子を実現することができる。

本発明の第１の実施形態における光学素子の鳥瞰図。本発明の第１の実施形態の光学素子の製造方法を説明する工程図。本発明のその他の実施形態の光学素子の製造方法を説明する工程図。本発明の第２の実施形態の光学素子の製造方法を説明する工程図。本発明の実施例３における偏光特性の評価結果を示すグラフ。

つぎに、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図２に、本発明の光学素子の製造方法の第一の実施形態を説明する工程図を示す。図２において、１は光学ガラス等からなる基板、２は第二の光学部材であり、例えば本実施形態光学ガラス等の基板からなる。３は枠部、４は空間部、５は構造体、９は誘電体膜、１０はパターニング用のレジスト、本実施形態では基板１、枠部３、構造体５を第一の光学部材と称する。

（第一の光学部材を形成する工程）
先ず、図２（ａ）に示す工程において、基板１上に、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化珪素、のうち少なくとも一種の酸化物を主成分とする誘電体膜９を成膜する。そしてその上にさらに、レジスト１０を塗布する。

次に、図２（ｂ）に示す工程において、露光、現像、ドライエッチングを行い、基板１上に枠部３及び構造体５を形成する。なお、本実施形態において構造体５は、空間部と構造部との繰り返しによる可視光の波長より面内周期の短いライン構造を有する構造体５を形成している。しかしこの構造体は、この実施形態に限るものではなく、前記基板１上の前記枠部３に囲まれた基板１上の空間部に形成されていれば、いろいろな形態が考えられる。例えば、設計に応じてラインパターン（ライン構造）、ホールパターン（ホール構造）、ドットパターン（ドット構造）によって形成することが可能である。

（空間部が密閉されかつ減圧された光学素子を形成する工程）
次に、図２（ｃ）に示す工程において、基板１上に枠部と構造体を有する第一の光学部材と、例えば基板２からなる第二の光学部材を準備し、図２（ｄ）に示す工程において、前記枠部と第二の光学部材を接触させて枠部に囲まれた空間部を密閉する。詳しくは、真空チャンバ（真空槽）内に、上記パターニングされた第一の光学部材と第二の光学部材を準備する。次に真空槽を１０ｅ^−１Ｐａ〜１０ｅ^−７Ｐａ台に排気し、前記第一の光学部材の枠部３上に第二の光学部材２を載置する。これにより第一の光学部材の枠部３の上面が第二の光学部材に接触し第一の光学部材と第二の光学部材が接合し、空間部４が密閉されかつ減圧された光学素子１２が形成される。

図３（ａ）に示すように、第一の光学部材１と第二の光学部材とのそれぞれの接触面に、イオンビームガン１１にてアルゴンイオンビームを照射しておいてもよい。好ましくは、第一の光学部材１および第二の光学部材２における、それぞれが接触する接触面の全面に照射する。これにより第一の光学部材１と第二の光学部材２の、それぞれの接触面の清浄化と活性化を図ることができ、より高精度に接合し易くなり、密閉精度も向上する。なお、イオンビームガン１１の印加電圧は３０〜６００Ｖ、照射時間は３０秒〜１時間程度が好ましい。清浄化及び活性化手法としてアルゴンイオンビームの他、その他のプラズマ、ラジカルビーム、原子ビーム、レーザー、ランプによっても清浄化、活性化は可能であり、同様の結果が得られる。また、ガス種としては、その他の不活性ガスや酸素、二酸化炭素も効果的である。

図３（ｃ）に示すように、枠部３を矢印方向に加圧、加熱することにより接触面を活性化させてそれぞれを接合し、前記枠部３に囲まれた該光学ガラス基板１上の空間部４を真空封止してもよい。なお、加圧は０．００１Ｎ／ｍｍ^２〜１００Ｎ／ｍｍ^２、加熱は室温〜４００℃が好ましい。これにより強固に第一の光学部材と第二の光学部材を接合することが可能になり、更に密閉精度が向上する。

また、図３（ｂ）に示すように、１０ｅ−２〜１０ｅ＋５Ｐａ台の減圧チャンバ内（真空槽内）において、プラズマジェットノズル１７より、枠部３に、フッ酸もしくはフッ酸ガスを含む減圧プラズマを照射し表面を溶解してもよい。プラズマジェット方式によるフッ酸照射条件としては、ＮＦ系、ＳＦ系、ＣＦ系またはＦ２プラズマを用いるとよい。また真空槽のバックグラウンドにＨ２Ｏを含んだ大気を封入することにより、ＨＦを生成しておいてもよい。その他のＨＦの生成方法としては、Ｈ２Ｏ中での原料ガスのバブリングによる湿度調整等の方法も有効である。このフッ酸による接合の達成により、低加圧、低温での接合が可能となる。また溶解接合による事から、より高強度の接合を達成する事ができる。これにより、真空封止するための枠部の面積を小さくすることができ、素子全体の大きさを小さくすることができる。この場合前記基板１上の、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化珪素、のうち少なくとも一種の酸化物を主成分とする誘電体膜９は単結晶構造では無く、アモルファス構造を含むことが望ましい。

（構造体と第二の光学部材とを密着させる工程）
次に、例えば、真空チャンバ（真空槽）を大気開放したり、あるいは光学素子を大気中に取り出すことにより、光学素子１２を大気開放する。

光学素子１２を大気開放することで、大気圧と、減圧環境下で密閉された空間部の差圧によって、構造体５と第二の光学部材２を密着させる。空間部と大気圧との差圧により、構造体の上面（第二の光学部材との接触面）に第二の光学部材が均等に押し付けられるため、一部分に荷重が集中することがない。よって、構造体の破壊も発生しない。また、均等に押し付けられるため、構造体上面（第二の光学部材との接触面）と第二の光学部材との間に非接触部分が発生しにくくなる。そのため光学素子として非常に優れた性能を発揮する。

また、構造体５と枠部３の上面（第二の光学部材との接触面）と第二の光学部材２とはオプティカルコンタクトしていることが好ましい。ここでオプティカルコンタクトとは、表面の分子に相互作用が働き、内部分子のように安定した状態になることである。均等に押し付けられるため、構造体５上面と第二の光学部材２とが接触、密着することで固定され、さらに空間部が減圧されているため、構造体５と第二の光学部材２との間には空気がほとんど介在せず、オプティカルコンタクトさせ易くなる。

さらに構造体５と枠部３の下面と基板１においても、空間部が減圧されていることで均等に力を加えることにより、オプティカルコンタクトさせることが好ましい。さらに光学素子１２を加熱することによって、構造体の上面と第二の光学部材を密着接合させることができ、強度を更に向上させることができる。

以上のように、光学素子を形成すると、入射光の全反射による光損失を防ぎ、高効率な透過型微細光学素子を獲得することができる。

次に、本発明の光学素子について説明する。図１に、本発明の一実施形態の光学素子の鳥瞰図を示す。図１において、１は光学ガラス等の基板、２は例えば光学ガラス等の基板からなる第二の光学部材、３は枠部、４は空間部、５は構造体である。

第一の光学部材は、基板１上に、枠部３と、枠部３に囲まれた空間部に構造体５が形成されている。枠部３および構造体５は、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化珪素のうち少なくとも一種の酸化物を主成分とする誘電体膜からなる。また、空間部と構造部との繰り返しによる可視光の波長より面内周期の短い構造を有する。この構造体は、設計に応じてラインパターン（ライン構造）、ホールパターン（ホール構造）、ドットパターン（ドット構造）によって形成することが可能である。

第二の光学部材は、本実施形態では、光学ガラス等の基板２である。しかし、この実施形態に限るものではなく、第一の光学部材同様、構造体が形成されていても良く、いろいろな形態が考えられる。本発明の光学素子は、前記第一の光学部材と前記第二の光学部材から形成されている。内部構造を示す為、第二の光学部材は非接触な状態で図示するが、空間部４が減圧されており、前記構造体の上面（第二の光学部材との接触面）が第二の光学部材に密着している。好ましくは、オプティカルコンタクトしている光学素子である。オプティカルコンタクトとは、表面の分子に相互作用が働き、内部分子のように安定した状態になることである。空間部は減圧されているため、構造体５と第二の光学部材との間に空気がほとんど介在しない為、オプティカルコンタクトしやすくなる。さらに構造体５と枠部３の下面と基板１もオプティカルコンタクトしていることが好ましい。同様に空気がほとんど介在しない為オプティカルコンタクトしやすくなる。このような光学素子は、入射光の全反射による光損失を防ぎ、高効率な光学性能を獲得することができる。

（第２の実施形態）
つぎに、第２の実施形態における光学素子の製造方法及び光学素子を説明する。図４に、本実施形態の光学素子の製造方法及び光学素子を説明する工程図を示す。図４において、図２に示した構成と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第一の光学部材を形成する工程）
先ず、図４（ａ）に示す工程において、基板１上に枠部３、構造体６及び構造体７を形成し、第一の光学部材を形成する。形成方法は、例えば、基板１上に、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化珪素、のうち少なくとも一種の酸化物を主成分とする誘電体膜を成膜する。そしてその上にさらに、レジストを塗布する。次に、露光、現像、ドライエッチングを行い、基板１上に枠部３、構造体６及び構造体７を形成する。本実施形態では、空間部と構造部との繰り返しによる可視光の波長より面内周期の短いライン構造を有する構造体６を形成し、その上に、構造体６のライン構造と直行する方向にライン構造をもつ構造体７を形成している。しかしもちろん構造体は、この実施形態に限るものではなく、前記基板１上の前記枠部３に囲まれた基板１上の空間部に形成されていれば、構造体６のみの一段でも良いし、３段以上の構造体が積み重なっていても良く、いろいろな形態が考えられる。さらに、構造の形態もライン構造だけでなく、設計に応じてラインパターン（ライン構造）、ホールパターン（ホール構造）、ドットパターン（ドット構造）によって形成することが可能である。

（第二の光学部材を形成する工程）
図４（ｂ）に示す工程において、光学ガラス等からなる第二の基板２０上に第二の枠部２３及び第二の構造体である構造体８を形成し、第二の光学部材を作成する。形成方法は、上述した第一の光学部材同様、例えば、基板２０上に、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化珪素、等の誘電体膜を成膜する。そしてその上にさらに、レジストを塗布する。次に、露光、現像、ドライエッチングを行い、第二の基板２０上に第二の枠部２３、第二の構造体８を形成する。本実施形態では、空間部と構造部との繰り返しによる可視光の波長より面内周期の短いライン構造を有する構造体８を形成している。しかしもちろん第二の構造体は、この実施形態に限るものではなく、前記基板２０上の前記枠部２３に囲まれた基板２０上の空間部に形成されていれば、構造体８のみの一段でも良いし、３段以上の構造体が積み重なっていても良く、いろいろな形態が考えられる。さらに、構造の形態も、設計に応じてラインパターン（ライン構造）、ホールパターン（ホール構造）、ドットパターン（ドット構造）によって形成することが可能である。

（空間部が密閉されかつ減圧された光学素子を形成する工程）
次に、真空チャンバ内（真空槽内）に上記パターニングされた第一の光学部材と第二の光学部材を準備する。図４（ｃ）に示すように、第一の光学部材と第二の光学部材の清浄化と活性化を図るため、イオンビームガン１１にてアルゴンイオンビームを照射してもよい。なお、イオンビームガン１１の印加電圧は３０〜６００Ｖ、照射時間は３０秒〜１時間程度が好ましい。ここでは、清浄化及び活性化手法としてアルゴンイオンビームを用いたが、その他プラズマ、ラジカルビーム、原子ビーム、レーザー、ランプによっても清浄化、活性化は可能であり同様の結果が得られる。また、ガス種としては、その他の不活性ガスや酸素、二酸化炭素も効果的である。

次に、図４（ｄ）に示す工程において、１０ｅ^−１Ｐａ〜１０ｅ^−７Ｐａ台の真空チャンバ内において、第一の光学部材の枠部３と第二の光学部材上の枠部２３とが相対する位置になるように第一の光学部材と第二の光学部材を配置する。そして、枠部３に対応する、矢印の個所近傍を加圧、加熱することにより第一の光学部材の枠部３と第二の光学部材の枠部２３を接合し、空間部４を真空封止し、光学素子１４を形成する。なお、加圧は０．１Ｎ／ｍｍ^２〜１００Ｎ／ｍｍ^２、加熱は２００〜４００℃が好ましい。

（構造体と第二の光学部材とを密着させる工程）
その後、図４（ｅ）に示す工程において、光学素子１４を大気開放する。

ここで、光学素子１４を大気に開放することで、大気圧と、減圧環境下で密閉された空間部の差圧によって、第一の光学部材の構造体６と第二の光学部材とを接触させることができる。本実施形態では、第一の光学部材の構造体６と第二の光学部材の第二の構造体８とを密着させ固定する。空間部と大気圧との差圧により、構造体６の上面（第二の構造体８との接触面）に第二の構造体８が均一に押し付けられるため、一部分に荷重が集中することがないため、構造体の破壊も発生しない。また、均一に押し付けられるため、構造体６の上面（第二の光学部材との接触面）と第二の構造体８との間に非接触部分を発生することも少なく、光学素子として非常に優れた性能を発揮する。

また、構造体６と枠部３の上面（第二の光学部材との接触面）と第二の構造体８とはオプティカルコンタクトしていることが好ましい。ここでオプティカルコンタクトとは、表面の分子に相互作用が働き、内部分子のように安定した状態になることである。空間部は減圧されているため、構造体６と第二の構造体８との間に空気がほとんど介在しない為、オプティカルコンタクトしやすくなる。

さらに構造体６と構造体７、構造体６及び枠部３と基板１、また、構造体８及び枠部２３と基板２０の間もオプティカルコンタクトさせることが好ましい。同様に、空間部が減圧され、構造体と構造体、構造体と基板の間に空気がほとんど介在しない為、オプティカルコンタクトしやすくなる。

さらに光学素子１４を加熱することによって、構造体７の上面と第二の光学部材（第二の構造体８）を密着接合させることができ、強度を更に向上させることができる。

このように光学素子を形成すると、入射光の全反射による光損失を防ぐことができる。それぞれがオプティカルコンタクトすることによって、さらに高効率な透過型微細光学素子を獲得することができる。

次に、第二の実施形態で製造された第二の実施形態の光学素子について説明する。第一の光学部材は、基板１上に、枠部３と、枠部３に囲まれた空間部に構造体６及び構造体７が形成されている。枠部３、構造体６及び構造体７は、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化珪素、のうち少なくとも一種の酸化物を主成分とする誘電体膜からなる。本実施形態では、空間部と構造部との繰り返しによる可視光の波長より面内周期の短いライン構造を有する構造体６を形成し、その上に、構造体６のライン構造と直行する方向にライン構造をもつ構造体７を形成している。しかしもちろん構造体は、この実施形態に限るものではなく、それぞれの構造体は、前記基板１上の前記枠部３に囲まれた基板１上の空間部に形成されていれば、いろいろな形態が考えられる。例えば、構造体６の一段のみの構造でも良いし、３段以上の複数の構造体の積み重ね構造体でも良い。またラインパターンである必要は無く、設計に応じてラインパターン（ライン構造）、ホールパターン（ホール構造）、ドットパターン（ドット構造）によって形成することが可能である。

第二の光学部材は、本実施形態では、光学ガラス等からなる第二の基板２０上に第二の枠部２３及び第二の構造体８が形成されている。第二の枠部２３及び第二の構造体８は、例えば酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化珪素、のうち少なくとも一種の酸化物を主成分とする誘電体膜からなる。本実施形態では、第二の空間部と第二の構造体８との繰り返しによる可視光の波長より面内周期の短いライン構造を有している。しかしもちろん構造体は、この実施形態に限るものではなく、前記第二の基板上２０の前記第二の枠部２３に囲まれた第二の基板上２０の第二の空間部に形成されていれば、いろいろな形態が考えられる。例えば２段以上の複数の構造体の積み重ね構造体でも良い。またラインパターンである必要は無く、設計に応じてラインパターン（ライン構造）、ホールパターン（ホール構造）、ドットパターン（ドット構造）によって形成することが可能である。空間部４が減圧され、前記構造体の上面（第二の光学部材との接触面）が第二の光学部材に密着している。好ましくは、オプティカルコンタクトしている光学素子である。オプティカルコンタクトとは、表面の分子に相互作用が働き、内部分子のように安定した状態になることである。空間部は減圧されており、構造体６と第二の構造体８との間に空気がほとんど介在しない為、オプティカルコンタクトしやすい。さらに構造体６と構造体７、構造体６及び枠部３と基板１、また、第二の構造体８及び第二の枠部２３と第二の基板２０の間もオプティカルコンタクトしていることが好ましい。第二の構造体８及び第二の枠部２３と第二の基板２０の間にも空気がほとんど介在しないため、オプティカルコンタクトしやすい。このように、構造体と基板との間に空気の介在がほとんどない光学素子を形成すると、入射光の全反射による光損失を防ぐことができる。さらに、それぞれがオプティカルコンタクトすることによって、高効率な透過型微細光学素子を獲得することができる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は、カメラ、プロジェクタ、光ピックアップ、光通信分野等における透過型微細光学素子に好適に適応することが可能である。

以上に説明したように、上記した第１及び第２の実施形態の構成によれば、
光学ガラス基板上に枠部を形成し、この枠部により第二の光学部材との接合を行うことによって、空間部を減圧状態で密閉する。そして大気開放することによって、該大気と、真空封止された前記空間部との差圧により、前記第一の光学部材の前記構造体上面を前記第二の光学素子に均等な圧力で密着させることができる。また構造体上面と第二の光学素子の間の空気の介在を少なくすることができるためオプティカルコンタクトさせやすくなる。これにより接合面で生じる光反射を解消させることができ、光損失を大幅に改善することが可能となる。

また、第一の光学部材と第二の光学部材の接合に際して、エネルギー波を照射し清浄化、活性化することにより、効率よくこれらを接合させることができる。また、光学素子を大気に開放し、構造体と光学部材を接触させた後、これらを加熱することによって、構造体と光学部材を密着接合させることができ、強度を更に向上させることができる。

以下に、本発明の実施例について説明する。

［実施例１］
実施例１においては、第１の実施形態における光学素子の製造方法の適用例を実施した。まず、光学ガラス基板上に、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を成膜し、レジストを塗布した基板を作成した。次に、露光、現像、ドライエッチングを行い、光学ガラス基板上に枠部及びライン５６ｎｍ、スペース８４ｎｍ、ピッチ１４０ｎｍのライン構造体を形成した。次に、枠部及び構造体を有する第一の光学部材とガラス基板からなる第二の光学部材を準備し、真空チャンバ内に載置した。そして、上記光学ガラス基板１上に枠部および構造体を有する第一の光学部材と、第二の光学部材の表面の清浄化と活性化をするため、イオンビームガンにてアルゴンイオンビームを２００Ｖ、１０分間照射した。次に、１０ｅ^−５Ｐａ台の真空チャンバ内で、前記第一の光学部材の上に第二の光学部材を載置して、枠部と第二の光学部材を接合し、空間部を真空封止して光学素子を形成した。そして、枠部３を矢印方向に５Ｎ／ｍｍ^２で加圧した状態で２５０℃、１時間加熱する事により第一の基板と、第二の基板の枠部３を接合し、空間部４を真空封止した。その後、光学素子を大気開放した。尚、本実施例においては、活性化工程、真空封止を異なる真空チャンバ内で実施したが、同一チャンバもしくは真空一貫工程で実施することにより再現性は向上する。

次に、得られた光学素子をＳＦ６製の光学ガラスで作成された４５°プリズムで挟み込み、可視光域での反射率の評価を行った。この評価により、入射光の反射は大幅に減少した結果が得られた。構造体と第二の光学部材との間に隙間のある状況では入射光は全反射することから、本実施例における光学素子は、構造体の上面が第二の光学部材であるガラス基板と隙間なく接触していることが確認できた。また、構造体の下面も第一の光学部材の光学ガラス基板と隙間なく接触していることが確認できた。

［実施例２］
実施例２においては、実施例１の光学素子の製造方法に、表面を清浄化活性化する工程、フッ酸による接合の工程及び加熱加圧による接合の工程を加えた適用例を実施した。

先ず、光学ガラス基板上に、アモルファス構造からなる酸化チタン（ＴｉＯ_２）を成膜し、レジストを塗布した基板を作成した。次に、露光、現像、ドライエッチングを行い、光学ガラス基板上に枠部及びライン５６ｎｍ、スペース８４ｎｍ、ピッチ１４０ｎｍのライン構造体を形成した。次に、パターニングされた第一の光学部材と第二の光学部材を準備し、各真空チャンバ内に載置した。そして、上記光学ガラス基板上に枠部及び構造体を有する第一の光学部材と、第二の光学部材の表面の清浄化と活性化をするため、イオンビームガンにてアルゴンイオンビームを２００Ｖ、１０分間照射した。次に、枠部及び構造体を有する第一の光学部材と第二の光学部材を準備し、真空チャンバ内に載置した。

そして、上記光学ガラス基板１上に枠部及び構造体を有する第一の光学部材の枠部を溶解させる為、プラズマジェットにより、枠部にフッ酸を照射した。

フッ酸プラズマジェットの放電条件は以下である。マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚ、パワーは５０Ｗ。使用ガス及び流量はＳＦ６／Ａｒ＝５０／４００（ＳＣＣＭ）で実施。また真空チャンバのバックグラウンドはＮ２とＨ２Ｏを含んだ大気を封入し、１０ｅ＋５Ｐａまで減圧した。

次に、１０ｅ^−５Ｐａ台の真空チャンバ内において、フッ酸により枠部を溶解させた第一の光学部材の上に第二の光学部材を載置した。

そして、第一の光学部材の枠部に対応する部分を、第二の光学部材上から矢印方向に０．１Ｎ／ｍｍ^２で加圧した状態で２５０℃、１時間加熱する事により第一の光学部材の枠部と、第二の光学部材を接着し、空間部を真空封止し、光学素子を形成した。

その後、光学素子を大気開放することにより、構造体と第二の光学部材を接触させた。尚、本実施例においては、活性化工程、溶解工程、真空封止を異なる真空チャンバ内で実施したが、同一チャンバもしくは真空一貫工程で実施することにより再現性は向上する。

次に、得られた光学素子をＳＦ６製の光学ガラスで作成された４５°プリズムで挟み込み、可視光域での反射率の評価を行った。

この評価により、入射光の反射は大幅に減少した結果が得られた。

構造体５と光学ガラス基板２との間に隙間のある状況では入射光は全反射することから、本実施例における光学素子は、構造体の上面と基板の間には隙間なく接触していることが確認できた。また、構造体の下面と上記光学ガラス基板との間にも隙間なく接触していることが確認できた。

［実施例３］
実施例３においては、第２の実施形態における光学素子の製造方法の適用例を実施した。

先ず、光学ガラス基板上に、枠部及びライン５６ｎｍ、スペース８４ｎｍ、ピッチ１４０ｎｍのライン構造体を形成した。その後、枠部及びライン１１８ｎｍ、スペース２２ｎｍ、ピッチ１４０ｎｍのライン構造体を各々のライン方向が９０°回転した形で積層させて、第一の光学部材を形成した。

次に、光学ガラス基板上に、枠部及びライン５６ｎｍ、スペース８４ｎｍ、ピッチ１４０ｎｍのライン構造体を設けた第二の光学部材を形成した。パターニングはリソ工程及びドライエッチにて実施した。枠部及び構造体の材料には酸化チタン（ＴｉＯ_２）を用いた。

次に、前記第一の光学部材と第二の光学部材を、真空チャンバ内に載置した。そして、第一の光学部材と第二の光学部材の清浄化と活性化をするため、イオンビームガンにてアルゴンイオンビームを２００Ｖ、１０分間照射した。

次に、１０ｅ^−５Ｐａ台の真空チャンバ内にて、第一の光学部材の枠部と第二の光学部材の枠部が相対するように各々の基板上の枠部３が相対するように第一の光学部材上に第二の光学部材を載置した。

そして、第二の光学部材上から枠部に対応する位置を矢印方向に５Ｎ／ｍｍ^２で加圧した状態で２５０℃、１時間加熱する事により第一の光学部材と、第二の光学部材の枠部を接合し、空間部を真空封止し、光学素子を形成した。

その後、前記光学素子を大気開放することにより、第一の光学素子の構造体と第二の光学素子の構造体を接触させた。本実施例においては、活性化工程、真空封止を異なる真空チャンバ内で実施したが、同一チャンバもしくは真空一貫工程で実施することにより再現性を向上させることが出来る。なお、上記光学素子は偏光ビームスプリッタ向けの設計である。

次に、得られた光学素子のサンプルをＳＦ６製の光学ガラスで作成された４５°プリズムで挟み込み偏光特製の評価を行った。

なお、貼り合わせる方向は基板に接している構造体のライン方向がプリズムの斜面と平行になるように実施した。その結果、高い偏光特性を有する偏光ビームスプリッタが得られた。その測定データのグラフを図５に示す。

図５において、グラフの横軸は波長、縦軸は透過率を示すものであり、破線１５はＰ波の偏光透過率、実線１６はＳ波の偏光透過率を示す。
Ｐ波のみが効率的に透過していることがわかる。

本実施例における光学素子は、第一の光学部材と第二の光学部材が隙間なく接触していることが確認された。また、基板と構造体の下面においても、第一の光学部材及び第二の光学部材ともに隙間なく接触していることが確認できた。

（比較例１）
実施例３との比較例を説明する。

実施例３にて製造した光学素子と同一形状で、製造工程の一部異なるサンプルを作成した。工程の相違点は接合工程にある。

この比較例１で実施した光学素子は、大気中で接合し大気圧封止したサンプルであり、真空封止した光学素子と大気圧封止した光学素子の偏光特性比較を目的とした。

次に、実施例３同様、サンプルをＳＦ６製の光学ガラスで作成された４５°プリズムで挟み込み分光特製の評価を行った。

その結果、全反射を誘発してしまい、Ｐ波、Ｓ波共に透過率が０％になった。

［実施例４］
実施例４では、光学素子を大気に開放した後、光学素子を加熱することによって、前記第二の光学部材を前記第一の光学部材の枠部及び前記構造体の上面で密着接合させるようにした構成例について説明する。

本実施例においては、実施例１乃至実施例３にて得られた光学素子を準備し、大気圧中にて３００℃で１時間加熱処理した。各々の光学素子を割断して、第一の光学部材と第二の光学部材の接触個所を観察した。

その結果、第一の光学部材と第二の光学部材の接触部は、割断後も継続して接合している事が確認できた。

以上から実施例１乃至実施例３に示す、第一の光学部材と第二の光学部材の接触した個所は、加熱により接合可能なことが明らかになった。接合の結果、素子強度は格段に向上した。

１、２０光学ガラス基板
２第二の光学部材
３枠部
４空間部
５、６、７、８構造体

Claims

第一の光学部材と第二の光学部材とを有する光学素子の製造方法は、
基板上に枠部と、前記枠部に囲まれた空間部に構造部を有する第一の光学部材を準備する工程と、
基板上に枠部と、前記枠部に囲まれた空間部に構造部を有する第二の光学部材を準備する工程と、
減圧環境下で、前記第一の光学部材の枠部と前記第二の光学部材の枠部とを接触させることによって、前記空間部が減圧状態で密閉された光学素子を形成する工程と、
前記空間部が減圧状態で密閉された光学素子を大気に開放することにより、大気と、減圧状態で密閉された前記空間部との差圧によって前記第一の光学部材の構造部と前記第二の光学部材の構造部とを密着させる工程とを有する特徴とする光学素子の製造方法。
前記密着は、オプティカルコンタクトであることを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
前記空間部が減圧状態で密閉された光学素子を形成する工程は、前記第一の光学部材上に第二の光学部材を載置する前に前記第一の光学部材および／または前記第二の光学部材にエネルギー波を照射し、表面を清浄化、活性化することを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子の製造方法。
前記空間部が減圧状態で密閉された光学素子を形成する工程は、少なくとも前記第一の光学部材の枠部の前記第二の光学部材の枠部との接触面の一部をフッ酸もしくはフッ酸ガスにさらし溶解した後、前記第二の光学部材の枠部を載置することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
前記第一の光学部材の構造部と前記第二の光学部材の構造部とを密着させる工程の後、前記光学素子を加熱する工程をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
前記第一の光学部材の構造部は、ライン状であって、可視光の波長より面内周期の短い空間と前記構造部との繰り返しによって構造体が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
前記第一の光学部材の構造部は、ライン状であって、可視光の波長より面内周期の短い空間と前記構造部との繰り返しによって構造体が形成され、該構造体と直交する方向に、ライン状であって、可視光の波長より面内周期の短い空間と前記構造部との繰り返しによって構造体が積層されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の光学素子の製造方法。
前記第二の光学部材の構造部は、ライン状であって、可視光の波長より面内周期の短い空間と前記構造部との繰り返しによって構造体が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。