JP6063365B2 - Method for forming fine pattern and method for forming optical element - Google Patents

Method for forming fine pattern and method for forming optical element Download PDF

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Description

本発明は、微細パターンの形成方法及びそれを用いた光学素子の形成方法に関するものである。   The present invention relates to a fine pattern forming method and an optical element forming method using the same.

光学素子として微細なラインアンドスペースパターンからなるサブ波長構造(Sub-Wavelength Structures:SWS)を有するものがある。このような光学素子として例えば偏光解消素子が知られている(例えば特許文献1を参照。)。   Some optical elements have sub-wavelength structures (SWS) composed of fine line and space patterns. As such an optical element, for example, a depolarizing element is known (see, for example, Patent Document 1).

偏光解消素子は、レーザプリンタなどで問題となる偏光を解消させるための光学部品として用いられたり、光学露光装置や光学測定機などの光学機器の光学系のスペックルの発生を低減させるスペックル低減素子として用いられたりしている。   The depolarization element is used as an optical component to eliminate polarized light, which is a problem in laser printers, and speckle reduction to reduce the generation of speckles in optical systems such as optical exposure devices and optical measuring instruments. It is used as an element.

レーザからの光をマイクロレンズアレイやフライアイレンズを通すことによってひとつの光束を複数の光束に分割する際、通常、分割された光は偏光方向が同一方向に揃っている。光学系の中で特定の条件が整うと、分割された光がそれぞれ迷光の原因となって光学系の途中で光が強めあう点と弱めあう点が発生してスペックルが生じる場合がある。スペックルは光が強めあう点と弱めあう点の輝点間の(標準偏差)/(平均値)で定義される。スペックルは、いろいろな光学系で発生することが知られており、これを解消する方法が種々提案されているが、有効な解決策は確立されていない。   When a light beam is split into a plurality of light beams by passing light from a laser through a microlens array or fly-eye lens, the split light is usually aligned in the same polarization direction. When a specific condition is established in the optical system, the split light may cause stray light, and a point where light is strengthened and weakened in the middle of the optical system may occur, resulting in speckle. Speckle is defined as (standard deviation) / (average value) between bright points of light strengthening and weakening points. Speckle is known to occur in various optical systems, and various methods for solving this have been proposed, but no effective solution has been established.

レーザのスペックルを解消する方法の一つとしては、偏光状態が様々になったいわゆるランダム偏光状態になっていることが望ましい。偏光が不揃いであると、光の干渉が起こりにくいからである。   As one method of eliminating the speckle of the laser, it is desirable that the polarization state is a so-called random polarization state. This is because light interference is less likely to occur when the polarization is uneven.

スペックルを解消するには、偏光、波長、位相などの異なる特性の光を重ね合わせることが有効であると言われている。そのことに基づき、偏光を解消する手法の1つとして、基板表面を任意の領域に分割し、互いに特性の異なるサブ波長構造を各領域に設けた偏光解消素子が提案されている(例えば特許文献1を参照。)。   In order to eliminate speckle, it is said that it is effective to superimpose light having different characteristics such as polarization, wavelength, and phase. Based on this, as one of the methods for depolarizing, a depolarizing element has been proposed in which the substrate surface is divided into arbitrary regions and sub-wavelength structures having different characteristics are provided in each region (for example, Patent Documents). 1).

この偏光解消素子は、基板表面に互いに特性(光学軸)が異なるサブ波長構造領域をいくつも設けることで基板を光が通過する際に各サブ波長構造に応じた偏光を持たせ、各サブ波長構造を通過した光を重ね合わせることによってスペックルを解消する。ここで、サブ波長構造の光学軸は、サブ波長構造の凸条パターンと凹条パターンの凹凸繰返し方向を意味する。   This depolarizing element is provided with a number of sub-wavelength structure regions with different characteristics (optical axes) on the surface of the substrate, so that when the light passes through the substrate, it has polarization corresponding to each sub-wavelength structure. Speckle is eliminated by superimposing light that has passed through the structure. Here, the optical axis of the sub-wavelength structure means the concavo-convex repeating direction of the convex pattern and the concave pattern of the sub-wavelength structure.

サブ波長構造は、使用する光の波長よりも短い凹凸周期で繰り返して配列された凸条パターンと凹条パターンをもつ周期構造である。使用する光の波長よりも微小な周期の周期構造を有する格子構造は構造性複屈折作用をもつ。   The sub-wavelength structure is a periodic structure having a ridge pattern and a ridge pattern that are repeatedly arranged with a concavo-convex period shorter than the wavelength of light to be used. A grating structure having a periodic structure with a period smaller than the wavelength of light to be used has a structural birefringence action.

凹凸繰返しパターンのサブ波長構造を有する光学素子は偏光解消素子だけではない。凹凸繰返しパターンのサブ波長構造は例えば回折格子や偏光変換素子などにも用いられる(例えば特許文献2を参照。)。   The optical element having the sub-wavelength structure of the concave / convex repeating pattern is not limited to the depolarizing element. The sub-wavelength structure of the concavo-convex repeating pattern is also used for, for example, a diffraction grating or a polarization conversion element (see, for example, Patent Document 2).

一般に、サブ波長構造を形成するための工法としてドライエッチング工法が用いられる。ドライエッチング工法では、例えば透明ガラス等の光学材料の上に所望のサブ波長構造に応じた凹凸パターンが形成される。そしてドライエッチング技術によってその凹凸パターンが光学材料に転写されることによってサブ波長構造が形成される。   Generally, a dry etching method is used as a method for forming the subwavelength structure. In the dry etching method, an uneven pattern corresponding to a desired subwavelength structure is formed on an optical material such as transparent glass. Then, the sub-wavelength structure is formed by transferring the concavo-convex pattern onto the optical material by a dry etching technique.

しかし、例えばパターン深さが2μm(マイクロメートル)を超えるサブ波長構造をドライエッチング工法によって光学材料に形成することは工法上難しい。   However, for example, it is difficult to form a sub-wavelength structure having a pattern depth exceeding 2 μm (micrometer) on an optical material by a dry etching method.

そこで、エッチング技術によってシリコン基板やシリコン膜などのシリコン層を加工してシリコンからなる凹凸パターンを形成した後、そのシリコン層に熱酸化処理を施して二酸化ケイ素からなる凹凸パターンを形成することが考えられる。シリコン凹凸パターンに熱酸化処理を施して二酸化ケイ素凹凸パターンを形成することは例えば非特許文献1に開示されている。   Therefore, it is considered that a silicon substrate such as a silicon substrate or a silicon film is processed by etching technology to form a concavo-convex pattern made of silicon, and then the silicon layer is thermally oxidized to form a concavo-convex pattern made of silicon dioxide. It is done. For example, Non-Patent Document 1 discloses that a silicon dioxide uneven pattern is formed by subjecting a silicon uneven pattern to thermal oxidation.

特開2004−341453号公報JP 2004-341453 A 特開2011−248213号公報JP 2011-248213 A 特開2010−121935号公報JP 2010-121935 A 特開2007−122017号公報JP 2007-122017 A 特開2007−264476号公報JP 2007-264476 A 特開2005−285305号公報JP 2005-285305 A 特開2011−180581号公報JP 2011-180581 A

Kuei-Sung Chang et al. "A micro-fuel processor with trench-refilled thick silicon dioxide for thermal isolation fabricated by water-immersion contact photolithography', Journal of Micromechanics and Microengineering, Volume 15, 2005, S171-S178Kuei-Sung Chang et al. "A micro-fuel processor with trench-refilled thick silicon dioxide for thermal isolation fabricated by water-immersion contact photolithography ', Journal of Micromechanics and Microengineering, Volume 15, 2005, S171-S178 今榮真紀子、外3名,「構造性複屈折を用いた広帯域1/4波長板の最適設計」,コニカミノルタテクノロジーレポート、VOL.3,コニカミノルタホールディングス株式会社,2006年,p.62−67Makiko Imatsuki, 3 others, “Optimum design of broadband quarter-wave plate using structural birefringence”, Konica Minolta Technology Report, VOL. 3, Konica Minolta Holdings, Inc., 2006, p. 62-67

シリコン凸条パターンを熱酸化して形成された二酸化ケイ素凸条パターンの体積はシリコン凸条パターンの体積に比べて大きくなる。例えば、歪みが解放されやすい幅方向の膨張率は2倍程度である。また、長さ方向にも1%程度の膨張が発生する。そのため、二酸化ケイ素凸条パターンにおいて長さ方向で歪みや傾き、倒れが発生するという問題があった。   The volume of the silicon dioxide ridge pattern formed by thermally oxidizing the silicon ridge pattern is larger than the volume of the silicon ridge pattern. For example, the expansion coefficient in the width direction in which distortion is easily released is about twice. Also, expansion of about 1% occurs in the length direction. Therefore, there has been a problem that distortion, inclination, and collapse occur in the length direction in the silicon dioxide ridge pattern.

このような不具合は、サブ波長構造の凹凸パターンを形成する場合だけでなく、シリコン凸条パターンを熱酸化して二酸化ケイ素凸条パターンを形成する場合に同様に生じる。   Such a defect occurs not only when the concave / convex pattern of the sub-wavelength structure is formed, but also when the silicon dioxide convex stripe pattern is formed by thermally oxidizing the silicon convex stripe pattern.

本発明の目的は、シリコン凸条パターンを熱酸化して形成される二酸化ケイ素凸条パターンの長さ方向の歪みや傾き、倒れを低減することである。   An object of the present invention is to reduce the lengthwise distortion, inclination, and collapse of a silicon dioxide ridge pattern formed by thermally oxidizing a silicon ridge pattern.

本発明にかかる凹凸パターンの形成方法は、エッチング技術によってシリコン層に溝を形成してシリコン凸条パターンとシリコン凹条パターンを形成するエッチング工程と、上記シリコン層に対して熱酸化処理を施して上記シリコン凸条パターンと上記シリコン凹条パターンから二酸化ケイ素凸条パターンと二酸化ケイ素凹条パターンを形成する熱酸化工程と、を含み、上記エッチング工程において、上記シリコン凸条パターンとして上記シリコン凸条パターンの長さ方向において切断された切断部を有するものが形成され、上記熱酸化工程において、上記熱酸化処理によって上記シリコン凸条パターンの長さ方向で隣り合う上記シリコン凸条パターン同士に対応する上記二酸化ケイ素凸条パターン同士が連結されることを特徴とする。   The method for forming a concavo-convex pattern according to the present invention includes: an etching process in which a groove is formed in a silicon layer by an etching technique to form a silicon ridge pattern and a silicon ridge pattern; A silicon dioxide protrusion pattern and a thermal oxidation step of forming a silicon dioxide protrusion pattern from the silicon protrusion pattern, and in the etching step, the silicon protrusion pattern as the silicon protrusion pattern. In the thermal oxidation step, the silicon ridge patterns corresponding to the silicon ridge patterns adjacent in the length direction of the silicon ridge patterns are formed in the thermal oxidation process. Silicon dioxide convex stripe patterns are connected to each other.

本発明にかかる光学素子の形成方法は、本発明の凹凸パターンの形成方法を用い、上記二酸化ケイ素凸条パターンと上記二酸化ケイ素凹条パターンが交互に繰り返して配置された光学素子を形成することを特徴とする。   The method of forming an optical element according to the present invention is to form an optical element in which the silicon dioxide convex stripe pattern and the silicon dioxide concave stripe pattern are alternately arranged by using the concave / convex pattern forming method of the present invention. Features.

本発明の光学素子の形成方法として、上記エッチング工程において、複数の上記切断部が不規則な配置で形成される例が挙げられる。ただし、本発明の光学素子の形成方法は、複数の切断部を規則的に配置してもよい。   Examples of the method for forming an optical element of the present invention include an example in which a plurality of the cut portions are formed in an irregular arrangement in the etching step. However, in the method for forming an optical element of the present invention, a plurality of cut portions may be regularly arranged.

本発明の光学素子の形成方法として、上記二酸化ケイ素凸条パターンと上記二酸化ケイ素凹条パターンを使用する光の波長よりも短い凹凸周期で配置してサブ波長構造を形成する例が挙げられる。ただし、本発明の光学素子の形成方法は、使用する光の波長よりも長い周期で二酸化ケイ素凸条パターンと二酸化ケイ素凹条パターンを交互に繰り返して配置してもよい。   Examples of the method for forming an optical element of the present invention include an example in which the sub-wavelength structure is formed by arranging the ridge pattern of the silicon dioxide and the ridge pattern of the silicon dioxide with a concavo-convex period shorter than the wavelength of light. However, in the method for forming an optical element of the present invention, the silicon dioxide convex stripe pattern and the silicon dioxide concave stripe pattern may be alternately and repeatedly arranged at a period longer than the wavelength of light to be used.

さらに、本発明の光学素子の形成方法として、上記サブ波長構造の凹凸繰返し方向が互いに異なっている複数のサブ波長構造領域を形成して上記光学素子として偏光解消素子を形成する例が挙げられる。ただし、本発明の光学素子の形成方法は、1つのみのサブ波長構造領域を形成してもよいし、サブ波長構造の凹凸繰返し方向が同一の複数のサブ波長構造領域を形成してもよい。   Furthermore, examples of the method for forming an optical element of the present invention include forming a depolarization element as the optical element by forming a plurality of sub-wavelength structure regions in which the concave / convex repeating directions of the sub-wavelength structure are different from each other. However, in the method for forming an optical element of the present invention, only one sub-wavelength structure region may be formed, or a plurality of sub-wavelength structure regions having the same concave / convex repeating direction of the sub-wavelength structure may be formed. .

本発明の凹凸パターンの形成方法は、長さ方向において切断された切断部を有するシリコン凸条パターンを熱酸化して二酸化ケイ素凸条パターンを形成するので、二酸化ケイ素凸条パターンの長さ方向の歪みや傾き、倒れを低減することができる。   In the method for forming a concavo-convex pattern according to the present invention, a silicon ridge pattern is formed by thermally oxidizing a silicon ridge pattern having a cut portion cut in the length direction. Distortion, tilt, and fall can be reduced.

本発明の光学素子の形成方法は、本発明の凹凸パターンの形成方法を用いて二酸化ケイ素凸条パターンと二酸化ケイ素凹条パターンが交互に繰り返して配置された光学素子を形成する。したがって、本発明の光学素子の形成方法は、二酸化ケイ素凸条パターンの長さ方向の歪み等に起因する光学素子の光学特性変化を低減することができる。   The method for forming an optical element of the present invention forms an optical element in which silicon dioxide convex stripe patterns and silicon dioxide concave stripe patterns are alternately arranged by using the concave / convex pattern forming method of the present invention. Therefore, the method for forming an optical element of the present invention can reduce changes in the optical characteristics of the optical element due to distortion in the length direction of the silicon dioxide convex pattern.

光学素子の形成方法の一実施例を兼ねる凹凸パターンの形成方法の一実施例の工程を説明するための概略的な平面図である。It is a schematic top view for demonstrating the process of one Example of the formation method of the uneven | corrugated pattern which also serves as one Example of the formation method of an optical element. 同実施例の工程を説明するための概略的な断面図であって、図1のA−A’位置に対応する図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the process of the embodiment, corresponding to the position A-A ′ in FIG. 1. 同実施例の工程を説明するための概略的な断面図であって、図1のB−B’位置に対応する図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the process of the embodiment, corresponding to the position B-B ′ in FIG. 1. サブ波長構造を説明するための概略的な断面図である。It is a schematic sectional view for explaining a subwavelength structure. 偏光解消素子の一例を概略的に示した平面図である。It is the top view which showed an example of the depolarizing element roughly. シリコン凸条パターンに切断部を形成した場合と形成しなかった場合の二酸化ケイ素凸条パターンの形状を概略的に示した平面図である。It is the top view which showed roughly the shape of the silicon dioxide convex stripe pattern when not forming with the case where a cutting part is formed in a silicon convex stripe pattern. 偏光解消素子の他の例を概略的に示した平面図である。It is the top view which showed the other example of the depolarization element roughly.

本発明の凹凸パターンの形成方法は、長さ方向において切断された切断部を有するシリコン凸条パターンを熱酸化して二酸化ケイ素凸条パターンを形成することによって、二酸化ケイ素凸条パターンの長さ方向の歪みや傾き、倒れを低減する。   The method for forming a concavo-convex pattern according to the present invention is a method of thermally oxidizing a silicon ridge pattern having a cut portion cut in the length direction to form a silicon dioxide ridge pattern, thereby forming a silicon dioxide ridge pattern in the length direction. Reduce distortion, tilt, and fall.

本発明にかかる光学素子の形成方法は、本発明の凹凸パターンの形成方法を用い、上記二酸化ケイ素凸条パターンと上記二酸化ケイ素凹条パターンが交互に繰り返して配置された光学素子を形成する。このような光学素子として、例えば波長分割素子、広帯域波長板を含む波長板、波長分割フィルター、ピックアップ用波長分割素子などを挙げることができる(例えば特許文献3−6を参照。)。   The method for forming an optical element according to the present invention uses the method for forming a concavo-convex pattern according to the present invention to form an optical element in which the silicon dioxide ridge pattern and the silicon dioxide ridge pattern are alternately and repeatedly arranged. Examples of such an optical element include a wavelength division element, a wavelength plate including a broadband wavelength plate, a wavelength division filter, a wavelength division element for pickup, and the like (see, for example, Patent Documents 3-6).

図1は、光学素子の形成方法の一実施例を兼ねる凹凸パターンの形成方法の一実施例の工程を説明するための概略的な平面図である。図2は、この実施例の工程を説明するための概略的な断面図であって、図1のA−A’位置に対応する図である。図3は、この実施例の工程を説明するための概略的な断面図であって、図1のB−B’位置に対応する図である。図1、図2及び図3におけるカッコ数字(1),(2)は以下に説明される工程(1),(2)に対応している。なお、本発明の凹凸パターンの形成方法はこの実施例に限定されるものではない。   FIG. 1 is a schematic plan view for explaining a process of an embodiment of a method for forming an uneven pattern which also serves as an embodiment of a method for forming an optical element. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the process of this embodiment, corresponding to the position A-A ′ in FIG. 1. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the process of this embodiment and corresponds to the position B-B ′ in FIG. 1. The parenthesized numerals (1) and (2) in FIGS. 1, 2 and 3 correspond to the steps (1) and (2) described below. In addition, the formation method of the uneven | corrugated pattern of this invention is not limited to this Example.

(1)シリコン層1にエッチング技術によって溝を形成してシリコン凸条パターン3とシリコン凹条パターン5を形成する。シリコン凸条パターン3は、シリコン凸条パターン3の長さ方向において切断された切断部3aを有している。 (1) Grooves are formed in the silicon layer 1 by an etching technique to form the silicon ridge pattern 3 and the silicon groove pattern 5. The silicon ridge pattern 3 has a cut portion 3 a cut in the length direction of the silicon ridge pattern 3.

シリコン層1は、例えば結晶面(100)のノンドープシリコンウェハである。シリコン層1の厚みは例えば300μmである。まず、シリコン層1の上にエッチングマスクパターンを形成する。エッチングマスクパターンは、例えば、電子ビーム描画やフォトリソグラフィによって形成されたレジストパターンや、精密成型やインプリント法によって形成された樹脂パターンなどである。   The silicon layer 1 is, for example, a non-doped silicon wafer having a crystal plane (100). The thickness of the silicon layer 1 is, for example, 300 μm. First, an etching mask pattern is formed on the silicon layer 1. The etching mask pattern is, for example, a resist pattern formed by electron beam drawing or photolithography, or a resin pattern formed by precision molding or imprinting.

エッチングマスクパターンをマスクにしてシリコン層1をドライエッチング技術によってパターニングしてシリコン凸条パターン3とシリコン凹条パターン5を形成する。このドライエッチング処理には、例えばSF6ベースのガス種が用いられる。その際にドライエッチング条件をサイドエッチングが起こりにくいように設定した。その後、残存するエッチングマスクパターンが除去される。 Using the etching mask pattern as a mask, the silicon layer 1 is patterned by a dry etching technique to form a silicon protrusion pattern 3 and a silicon groove pattern 5. For this dry etching process, for example, an SF 6 -based gas species is used. At that time, the dry etching conditions were set so that side etching hardly occurred. Thereafter, the remaining etching mask pattern is removed.

なお、エッチング技術によってシリコン凸条パターン3とシリコン凹条パターン5を形成する方法は上記の方法に限定されない。エッチング技術によって凹凸パターンを形成する方法は例えば特許文献7に開示されている。   The method for forming the silicon ridge pattern 3 and the silicon groove pattern 5 by the etching technique is not limited to the above method. A method for forming a concavo-convex pattern by an etching technique is disclosed in Patent Document 7, for example.

ドライエッチングの手法としては、一般的なICP(inductively coupled plasma)エッチャーを用いた。プラズマ源としてはECRプラズマ(electron cyclotron resonance plasma)や平行平板型CCP(capacitively coupled plasma)など、特に制限はない。また、微妙なサイドエッチ量の制御が必要な場合は、必要に応じてボッシュ法や、中性粒子ビーム法などを用いてもよい。   As a dry etching method, a general ICP (inductively coupled plasma) etcher was used. The plasma source is not particularly limited, such as ECR plasma (electron cyclotron resonance plasma) and parallel plate type CCP (capacitively coupled plasma). In addition, when it is necessary to finely control the side etch amount, a Bosch method, a neutral particle beam method, or the like may be used as necessary.

シリコン凸条パターン3とシリコン凹条パターン5は交互に繰り返して配置されている。シリコン凸条パターン3とシリコン凹条パターン5のピッチ(周期)は例えば300nm(ナノメートル)である。シリコン凸条パターン3の幅寸法は例えば80nmである。シリコン凹条パターン5の幅寸法は例えば220nmである。シリコン凹条パターン5の深さ寸法(シリコン凸条パターン3の高さ寸法)は例えば4μmである。   The silicon protrusion pattern 3 and the silicon groove pattern 5 are alternately and repeatedly arranged. The pitch (period) of the silicon convex pattern 3 and the silicon concave pattern 5 is, for example, 300 nm (nanometers). The width dimension of the silicon ridge pattern 3 is, for example, 80 nm. The width dimension of the silicon concave stripe pattern 5 is, for example, 220 nm. The depth dimension of the silicon groove pattern 5 (height dimension of the silicon protrusion pattern 3) is, for example, 4 μm.

切断部3aは、シリコン凸条パターン3の長さ寸法が例えば5〜10μmとなるように、シリコン凸条パターン3においてランダムな間隔(不規則な配置)で配置されている。また、隣り合うシリコン凸条パターン3において切断部3aは不規則な配置で配置されている。シリコン凸条パターン3の長さ方向での切断部3aの長さ寸法は例えば100nmである。切断部3aの深さ寸法は例えば4μmである。   The cut portions 3a are arranged at random intervals (irregular arrangement) in the silicon ridge pattern 3 so that the length dimension of the silicon ridge pattern 3 is, for example, 5 to 10 μm. In addition, in the adjacent silicon ridge pattern 3, the cut portions 3a are arranged in an irregular arrangement. The length dimension of the cut part 3a in the length direction of the silicon ridge pattern 3 is, for example, 100 nm. The depth dimension of the cutting part 3a is 4 μm, for example.

切断部3aの長さ寸法は、後述する工程(2)における熱酸化処理によってシリコン凸条パターン3の長さ方向で隣り合うシリコン凸条パターン同士に対応する二酸化ケイ素凸条パターン同士が連結される程度に設定される。   As for the length dimension of the cutting part 3a, the silicon dioxide ridge patterns corresponding to the silicon ridge patterns adjacent to each other in the length direction of the silicon ridge pattern 3 are connected by the thermal oxidation process in the step (2) described later. Set to degree.

なお、切断部3aをランダムな間隔に配置する理由は、切断部3aによる回折光を発生させないためである。規則的に切断部3aが配置されると、回折光が発生し、透過率が低下すると考えられる。ただし、切断部3aは次工程(2)で消滅するので、基本的には透過光に影響を与えない。切断部3aの痕跡は、光の波長に対して十分に小さく、散乱、回折等は起こさないと考えられる。   The reason why the cut portions 3a are arranged at random intervals is that diffracted light from the cut portions 3a is not generated. It is considered that when the cut portions 3a are regularly arranged, diffracted light is generated and the transmittance is lowered. However, since the cut portion 3a disappears in the next step (2), it basically does not affect the transmitted light. It is considered that the trace of the cut portion 3a is sufficiently small with respect to the wavelength of light and does not cause scattering, diffraction, or the like.

また、光学素子の透過率を向上させるためには、シリコン凸条パターン3はライン幅に対して長さが100倍以内となるように、ランダムに切断部3aを設けることが好ましい。例えば、シリコン凸条パターン3の長さの上限値はライン幅の100倍程度であり、下限値はライン幅の2倍程度である。   Further, in order to improve the transmittance of the optical element, it is preferable to provide the cut portions 3a at random so that the length of the silicon ridge pattern 3 is within 100 times the line width. For example, the upper limit value of the length of the silicon ridge pattern 3 is about 100 times the line width, and the lower limit value is about twice the line width.

(2)シリコン凸条パターン3とシリコン凹条パターン5を備えたシリコン層1に対して、例えばウェット法による熱酸化処理を施す。熱酸化処理条件は、シリコン凸条パターン3が完全に酸化される条件であればよい。例えば、この実施例では、形成される熱酸化膜の厚みが3μmとした。具体的な条件としては酸化温度1100℃で18時間熱酸化した。 (2) The silicon layer 1 provided with the silicon convex stripe pattern 3 and the silicon concave stripe pattern 5 is subjected to a thermal oxidation treatment by, for example, a wet method. The thermal oxidation treatment condition may be any condition as long as the silicon protrusion pattern 3 is completely oxidized. For example, in this embodiment, the thickness of the formed thermal oxide film is 3 μm. As specific conditions, thermal oxidation was performed at an oxidation temperature of 1100 ° C. for 18 hours.

この熱酸化処理によって、シリコン凸条パターン3とシリコン凹条パターン5から二酸化ケイ素凸条パターン7と二酸化ケイ素凹条パターン9が形成される。また、シリコン凸条パターン3の長さ方向で隣り合うシリコン凸条パターン同士に対応する二酸化ケイ素凸条パターン同士が連結されて1本の二酸化ケイ素凹条パターン9が形成される。   By this thermal oxidation treatment, a silicon dioxide ridge pattern 7 and a silicon dioxide ridge pattern 9 are formed from the silicon protrusion pattern 3 and the silicon groove pattern 5. Further, silicon dioxide ridge patterns corresponding to silicon ridge patterns adjacent to each other in the length direction of the silicon ridge pattern 3 are connected to form one silicon dioxide groove pattern 9.

二酸化ケイ素凸条パターン7の幅寸法は約160nmである。二酸化ケイ素凸条パターン7は、幅方向において、シリコン凸条パターン3に対して約2倍だけ膨張した。二酸化ケイ素凹条パターン9の幅寸法は約140nmである。二酸化ケイ素凹条パターン9の深さ寸法は約4μmである。   The width dimension of the silicon dioxide ridge pattern 7 is about 160 nm. The silicon dioxide ridge pattern 7 expanded about twice as much as the silicon ridge pattern 3 in the width direction. The width dimension of the silicon dioxide concave stripe pattern 9 is about 140 nm. The depth dimension of the silicon dioxide concave stripe pattern 9 is about 4 μm.

二酸化ケイ素凸条パターン7は、長さ方向において、シリコン凸条パターン3に対して1%程度だけ膨張した。その膨張は切断部3において吸収される。これにより、熱酸化処理による体積膨張に起因する二酸化ケイ素凸条パターン7の長さ方向の歪みや傾き、倒れが低減される。   The silicon dioxide ridge pattern 7 expanded by about 1% with respect to the silicon ridge pattern 3 in the length direction. The expansion is absorbed at the cutting part 3. Thereby, the distortion, inclination, and fall of the length direction of the silicon dioxide convex stripe pattern 7 resulting from the volume expansion by a thermal oxidation process are reduced.

二酸化ケイ素凸条パターン7と二酸化ケイ素凹条パターン9の凹凸繰返し構造はサブ波長構造を構成する。サブ波長構造とは使用する光の波長よりも短い凹凸周期で繰り返して配列された凸条パターンと凹条パターンをもつ周期構造のことである。使用する光の波長よりも微小な周期の周期構造を有する格子構造は構造性複屈折作用をもつ。   The concave / convex repeating structure of the silicon dioxide convex stripe pattern 7 and the silicon dioxide concave stripe pattern 9 constitutes a sub-wavelength structure. The sub-wavelength structure is a periodic structure having a ridge pattern and a ridge pattern that are repeatedly arranged with a concavo-convex period shorter than the wavelength of light to be used. A grating structure having a periodic structure with a period smaller than the wavelength of light to be used has a structural birefringence action.

本発明の光学素子の形成方法は、本発明の凹凸パターンの形成方法を用いて、二酸化ケイ素凸条パターンと二酸化ケイ素凹条パターンが交互に繰り返して配置された光学素子を形成する。本発明の光学素子の形成方法の一局面は、二酸化ケイ素凸条パターンと二酸化ケイ素凹条パターンからなるサブ波長構造の凹凸繰返し方向が互いに異なっている複数のサブ波長構造領域を形成して、光学素子として偏光解消素子を形成する。このような偏光解消素子について説明する。まず、本発明の光学素子の形成方法によって形成され得るサブ波長構造について説明する。   The optical element forming method of the present invention uses the uneven pattern forming method of the present invention to form an optical element in which silicon dioxide convex stripe patterns and silicon dioxide concave stripe patterns are alternately arranged. One aspect of the method of forming an optical element of the present invention is to form a plurality of sub-wavelength structure regions in which the concave / convex repeating directions of the sub-wavelength structure composed of the silicon dioxide convex stripe pattern and the silicon dioxide concave stripe pattern are different from each other. A depolarizing element is formed as an element. Such a depolarizing element will be described. First, the subwavelength structure that can be formed by the method for forming an optical element of the present invention will be described.

図4は、サブ波長構造を説明するための概略的な断面図である。サブ波長構造の複屈折作用について、図4を参照して説明する。図4に示された構造は一般的なサブ波長構造を示したものである。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the sub-wavelength structure. The birefringence action of the subwavelength structure will be described with reference to FIG. The structure shown in FIG. 4 shows a general subwavelength structure.

サブ波長構造は、使用する光の波長よりも短い凹凸周期(ピッチ)Pで繰り返して配列された凸条パターン11と凹条パターン13を備えている。例えば、サブ波長構造の媒質として空気と屈折率nの媒質を想定する。屈折率nの凸条パターン11の幅がL、空気層からなる凹条パターン13の幅がSであり、P=L+Sである。また、L/Pはフィリングファクター(f)と呼ばれる。dは溝の深さである。   The sub-wavelength structure includes a ridge pattern 11 and a ridge pattern 13 that are repeatedly arranged with a concavo-convex period (pitch) P shorter than the wavelength of light to be used. For example, air and a medium having a refractive index n are assumed as a medium having a subwavelength structure. The width of the convex stripe pattern 11 having a refractive index n is L, and the width of the concave stripe pattern 13 made of an air layer is S, and P = L + S. L / P is called a filling factor (f). d is the depth of the groove.

周期Pの目安としては、使用する最も短い入射光の波長より短い凹凸周期で、より望ましくは使用波長の半分以下の周期とする。周期Pが入射光の波長よりも短い凹凸周期構造は入射光を回折することはないため入射光はそのまま透過し、入射光に対して複屈折特性を示す。すなわち、入射光の偏光方向に応じて異なる屈折率を示す。その結果、構造に関するパラメータを調整することにより位相差を任意に設定することができるため各種波長板を実現できる。   As a measure of the period P, the concave-convex period is shorter than the wavelength of the shortest incident light to be used, and more preferably, the period is half or less of the used wavelength. The irregular periodic structure having a period P shorter than the wavelength of the incident light does not diffract the incident light, so that the incident light is transmitted as it is and exhibits birefringence characteristics with respect to the incident light. That is, the refractive index varies depending on the polarization direction of incident light. As a result, various wave plates can be realized because the phase difference can be arbitrarily set by adjusting the parameters relating to the structure.

構造性複屈折とは、屈折率の異なる2種類の媒質を光の波長よりも短い凹凸周期でストライプ状に配置したとき、ストライプに平行な偏光成分(TE波)とストライプに垂直な偏光成分(TM波)とで屈折率(有効屈折率と呼ぶ)が異なり、複屈折作用が生じることをいう。   Structural birefringence refers to a polarization component (TE wave) parallel to the stripe and a polarization component perpendicular to the stripe (TE wave) when two types of media having different refractive indexes are arranged in a striped pattern with an uneven period shorter than the wavelength of light. This means that the refractive index (referred to as an effective refractive index) differs between the TM wave and a birefringence action occurs.

例えば非特許文献2に記載されるように、有効屈折率nTE,nTMは次の式(1),(2)で示される。さらに、入射光の波長λに対する位相差(リタデーション)δは次の式(3)で示される。 For example, as described in Non-Patent Document 2, the effective refractive indexes n TE and n TM are expressed by the following equations (1) and (2). Further, the phase difference (retardation) δ with respect to the wavelength λ of the incident light is expressed by the following equation (3).

TE={n1 2×f + n2 2×(1−f)}1/2 ・・・(1)
TM={n1 -2×f + n2 -2×(1−f)}-1/2 ・・・(2)
δ=(nTE−nTM)×d ・・・(3)
n TE = {n 1 2 × f + n 2 2 × (1−f)} 1/2 (1)
n TM = {n 1 −2 × f + n 2 −2 × (1−f)} −1/2 (2)
δ = (n TE −n TM ) × d (3)

式(1),(2)において、n1は凹条パターン13の屈折率(例えば空気)、n2は凸条パターン11の材質の屈折率、fはフィリングファクターである。式(3)において、dは凹条パターン13の深さである。 In equations (1) and (2), n 1 is the refractive index (for example, air) of the concave stripe pattern 13, n 2 is the refractive index of the material of the convex stripe pattern 11, and f is a filling factor. In Formula (3), d is the depth of the concave stripe pattern 13.

サブ波長構造領域に直線偏光の光が入射すると、この位相差によってその透過光は楕円偏光に変わる。サブ波長構造の凸条パターンと凹条パターンの凹凸繰返し方向(以下、光学軸ともいう)が互いに異なる複数のサブ波長構造領域が配置された偏光解消素子を直線偏光の光が透過すると、サブ波長構造領域間で楕円率が異なる。   When linearly polarized light is incident on the subwavelength structure region, the transmitted light is changed to elliptically polarized light by this phase difference. When linearly polarized light is transmitted through a depolarizing element in which a plurality of sub-wavelength structure regions having different sub-wavelength structure projection patterns and concave-convex patterns (hereinafter also referred to as optical axes) are arranged, the sub-wavelength The ellipticity varies between structural regions.

本発明の光学素子の形成方法によって形成されるサブ波長構造では、凸条パターン11及び凹条パターン13は本発明の凹凸パターンの形成方法によって二酸化ケイ素で形成される。
次に、本発明の光学素子の形成方法によって形成され得る偏光解消素子の例について説明する。
In the subwavelength structure formed by the method for forming an optical element of the present invention, the ridge pattern 11 and the groove pattern 13 are formed of silicon dioxide by the concavo-convex pattern formation method of the present invention.
Next, an example of a depolarizing element that can be formed by the method for forming an optical element of the present invention will be described.

図5は、偏光解消素子の一例を概略的に示した平面図である。
偏光解消素子15に複数のサブ波長構造領域17が配置されている。サブ波長構造領域17は、例えば互いに隙間のない状態に配置されている。各サブ波長構造領域17において、サブ波長構造は、サブ波長構造領域17の境界(ここでは4辺)とは例えば数百nmの間隔をもって形成されている。ただし、サブ波長構造はサブ波長構造領域17の境界に接して形成されていてもよい。また、サブ波長構造領域17は互いに間隔をもって配置されていてもよい。
FIG. 5 is a plan view schematically showing an example of the depolarizing element.
A plurality of subwavelength structure regions 17 are arranged in the depolarizing element 15. For example, the sub-wavelength structure regions 17 are arranged in a state where there is no gap between them. In each sub-wavelength structure region 17, the sub-wavelength structure is formed with an interval of, for example, several hundred nm with respect to the boundary (here, four sides) of the sub-wavelength structure region 17. However, the sub-wavelength structure may be formed in contact with the boundary of the sub-wavelength structure region 17. Further, the sub-wavelength structure regions 17 may be arranged at intervals.

図5は8×8=64個のサブ波長構造領域17が配置されたものを示している。ただし、これは概略図であり、その個数に限定されるものではなく、サブ波長構造領域17の数は多いほどよい。例えば、偏光解消素子15が5mm×5mmの正方形で、サブ波長構造領域17が50μm×50μmであるとすると、100×100=10000個のサブ波長構造領域17が配置された偏光解消素子15となる。   FIG. 5 shows that 8 × 8 = 64 sub-wavelength structure regions 17 are arranged. However, this is a schematic diagram and is not limited to the number, and the larger the number of sub-wavelength structure regions 17, the better. For example, assuming that the depolarization element 15 is a square of 5 mm × 5 mm and the sub-wavelength structure region 17 is 50 μm × 50 μm, the depolarization element 15 in which 100 × 100 = 10000 sub-wavelength structure regions 17 are arranged. .

サブ波長構造領域17は、使用する光の波長よりも短い凹凸周期で繰り返して配列された二酸化ケイ素凸条パターンと二酸化ケイ素凹条パターンによって構成されるサブ波長構造をもっている。サブ波長構造の凹凸繰返し方向が光学軸であり、図では光学軸は矢印で示されている。サブ波長構造領域17のサブ波長構造は、本発明の凹凸パターンの形成方法によって形成された二酸化ケイ素凸条パターンと二酸化ケイ素凹条パターンによって形成されている。   The sub-wavelength structure region 17 has a sub-wavelength structure constituted by a silicon dioxide ridge pattern and a silicon dioxide ridge pattern that are repeatedly arranged with an uneven period shorter than the wavelength of light to be used. The concave / convex repeating direction of the sub-wavelength structure is an optical axis, and the optical axis is indicated by an arrow in the figure. The sub-wavelength structure of the sub-wavelength structure region 17 is formed by a silicon dioxide ridge pattern and a silicon dioxide ridge pattern formed by the method for forming a concavo-convex pattern of the present invention.

各サブ波長構造領域17は1つずつの光学軸をもっている。光学軸方向は隣接するサブ波長構造領域17間では異なる部分をもつように配置される。ここでは隣接するサブ波長構造領域17間で光学軸方向が異なるようにサブ波長構造領域17が配置されている。サブ波長構造領域17の光学軸方向は360度を例えば15分割した方向のいずれかの方向をもつように形成されている。偏光解消素子15としては光学軸方向がランダムになるようにサブ波長構造領域17が配置されている。   Each sub-wavelength structure region 17 has one optical axis. The optical axis direction is arranged to have different portions between the adjacent sub-wavelength structure regions 17. Here, the sub-wavelength structure regions 17 are arranged so that the optical axis directions are different between adjacent sub-wavelength structure regions 17. The optical axis direction of the sub-wavelength structure region 17 is formed so as to have any one of directions obtained by dividing 360 degrees into 15 parts, for example. As the depolarizing element 15, the sub-wavelength structure region 17 is arranged so that the optical axis direction is random.

サブ波長構造領域17内における光学軸は1つである必要はない。例えば、互いに直交する2つの方向の光学軸をもつようにサブ波長構造領域17を形成することもできる。また、さらに複数個の光学軸をもつようなサブ波長構造領域17であってもよい。また、後述のように光学軸方向が中心から放射状に広がるようにサブ波長構造を構成する凹凸構造が同心円状に配列されているようなサブ波長構造領域17であってもよい。   The number of optical axes in the subwavelength structure region 17 is not necessarily one. For example, the sub-wavelength structure region 17 can be formed so as to have optical axes in two directions orthogonal to each other. Further, the sub-wavelength structure region 17 may have a plurality of optical axes. Further, as will be described later, it may be a sub-wavelength structure region 17 in which the uneven structures constituting the sub-wavelength structure are arranged concentrically so that the optical axis direction spreads radially from the center.

偏光解消素子15は、サブ波長構造を構成する二酸化ケイ素凹条パターンの深さに関し、偏光解消素子15全体で二酸化ケイ素凹条パターンの深さが同じであってもよいし、深さの異なるものを含んでいてもよい。   Regarding the depth of the silicon dioxide groove pattern constituting the sub-wavelength structure, the depolarization element 15 may have the same depth or different depth of the silicon dioxide groove pattern in the entire depolarization element 15. May be included.

深さの異なるものを含んでいる場合、1つの形態は、各サブ波長構造領域17内では二酸化ケイ素凹条パターンの深さを均一にし、二酸化ケイ素凹条パターンの深さの異なるサブ波長構造領域17をランダムに配置したものである。他の形態は、各サブ波長構造領域17内において二酸化ケイ素凹条パターンの深さを変化させたものである。このような形態は例えば特許文献7に開示されている。   In the case where different depths are included, one form makes the depth of the silicon dioxide groove pattern uniform within each subwavelength structure region 17, and the subwavelength structure region where the depth of the silicon dioxide groove pattern differs. 17 is arranged at random. In another embodiment, the depth of the silicon dioxide groove pattern is changed in each sub-wavelength structure region 17. Such a form is disclosed in Patent Document 7, for example.

図6は、シリコン凸条パターンに切断部を形成した場合と形成しなかった場合の二酸化ケイ素凸条パターンの形状を概略的に示した平面図である。   FIG. 6 is a plan view schematically showing the shape of the silicon dioxide ridge pattern when a cut portion is formed and not formed in the silicon ridge pattern.

シリコン凸条パターン3に切断部3aを形成した場合、シリコン凸条パターン3の熱酸化による長さ方向の膨張は切断部3aによって吸収され、二酸化ケイ素凸条パターン7の歪みは低減される。また、二酸化ケイ素凸条パターン7の傾きや倒れも低減される。   When the cut part 3a is formed in the silicon ridge pattern 3, the expansion in the length direction due to thermal oxidation of the silicon ridge pattern 3 is absorbed by the cut part 3a, and the distortion of the silicon dioxide ridge pattern 7 is reduced. Moreover, the inclination and falling of the silicon dioxide convex stripe pattern 7 are also reduced.

シリコン凸条パターン3に切断部3aを形成しなかった場合、熱酸化によるシリコン凸条パターン3の長さ方向の膨張に起因して二酸化ケイ素凸条パターン7に歪みが発生する。また、二酸化ケイ素凸条パターン7の傾きや倒れも発生する。   When the cut portion 3a is not formed in the silicon ridge pattern 3, distortion occurs in the silicon dioxide ridge pattern 7 due to expansion in the length direction of the silicon ridge pattern 3 due to thermal oxidation. In addition, tilting and falling of the silicon dioxide ridge pattern 7 also occurs.

二酸化ケイ素凸条パターン7に歪みや傾き、倒れが発生すると、サブ波長構造において設計通りの光学軸が得られないだけでなく、光の透過率が低下する。本発明の凹凸パターンの形成方法及び光学素子の形成方法は、このような不具合を低減することができる。   When distortion, inclination, or collapse occurs in the silicon dioxide convex stripe pattern 7, not only the designed optical axis cannot be obtained in the sub-wavelength structure, but also the light transmittance is lowered. The method for forming a concavo-convex pattern and the method for forming an optical element of the present invention can reduce such problems.

図7は、偏光解消素子の他の例を概略的に示した平面図である。図7の偏光解消素子は、複数のサブ波長構造領域に分割されることなく、全体として1つのサブ波長構造領域からなる。   FIG. 7 is a plan view schematically showing another example of the depolarizing element. The depolarizer of FIG. 7 is composed of one sub-wavelength structure region as a whole without being divided into a plurality of sub-wavelength structure regions.

図7の偏光解消素子19では、偏光解消素子19の全面にわたって、使用する光の波長よりも短い凹凸周期で繰り返して配列された二酸化ケイ素凸条パターンと二酸化ケイ素凹条パターンをもち、構造性複屈折を呈するサブ波長構造21が形成されている。サブ波長構造21は、本発明の凹凸パターンの形成方法によって形成された二酸化ケイ素凸条パターンと二酸化ケイ素凹条パターンによって形成されている。   The depolarizing element 19 shown in FIG. 7 has a silicon dioxide ridge pattern and a silicon dioxide ridge pattern that are repeatedly arranged with a concavo-convex period shorter than the wavelength of the light to be used over the entire surface of the depolarizing element 19. A subwavelength structure 21 exhibiting refraction is formed. The sub-wavelength structure 21 is formed by a silicon dioxide ridge pattern and a silicon dioxide ridge pattern formed by the method for forming a concavo-convex pattern of the present invention.

サブ波長構造21は、サブ波長構造21の凹凸繰返し方向である光学軸方向が中心から放射状に広がるように、二酸化ケイ素凸条パターンと二酸化ケイ素凹条パターンが同心円状に配列されている。したがって、図中に矢印で示される光学軸方向は360度にわたって分布している。   In the sub-wavelength structure 21, the silicon dioxide convex stripe pattern and the silicon dioxide concave stripe pattern are concentrically arranged so that the optical axis direction which is the concave-convex repeating direction of the sub-wavelength structure 21 spreads radially from the center. Therefore, the optical axis direction indicated by the arrow in the figure is distributed over 360 degrees.

さらに、サブ波長構造21を構成する二酸化ケイ素凹条パターンの深さは、この偏光解消素子の中心(A1)から半径方向の一点(A2)に至る位置での断面図が、例えば、三角関数その他の任意の関数に従って連続して変化するように形成されている。なお、サブ波長構造21を構成する二酸化ケイ素凹条パターンの深さは均一であってもよい。   Further, the depth of the silicon dioxide groove pattern constituting the sub-wavelength structure 21 is determined by a cross-sectional view at a position from the center (A1) of the depolarizer to one point (A2) in the radial direction, for example, a trigonometric function It is formed so as to change continuously according to an arbitrary function. In addition, the depth of the silicon dioxide concave stripe pattern constituting the sub-wavelength structure 21 may be uniform.

偏光解消素子19では入射光の中心が偏光解消素子の中心(A1)にくるように光学系を配置するのが最も効果的な使用方法である。   In the depolarizing element 19, it is most effective to arrange the optical system so that the center of the incident light comes to the center (A1) of the depolarizing element.

本発明の光学素子の形成方法によって形成され得る偏光解消素子の例が説明された。なお、本発明の光学素子の形成方法によって形成され得る偏光解消素子偏光解消素子は、図5又は図7に示されたものに限定されない。   Examples of depolarizing elements that can be formed by the optical element forming method of the present invention have been described. In addition, the depolarization element which can be formed by the formation method of the optical element of this invention is not limited to what was shown in FIG. 5 or FIG.

本発明の光学素子の形成方法によって形成され得る偏光解消素子は、使用する光の波長よりも短い凹凸周期で繰り返して配列された二酸化ケイ素凸条パターンと二酸化ケイ素凹条パターンをもち構造性複屈折を呈するサブ波長構造からなるものであれば、どのような構成であってもよい。   The depolarizing element that can be formed by the optical element forming method of the present invention has a silicon dioxide ridge pattern and a silicon dioxide ridge pattern that are repeatedly arranged with a concavo-convex period shorter than the wavelength of light to be used. As long as it has a sub-wavelength structure exhibiting

本発明の光学素子の形成方法によって形成され得るサブ波長構造を有する光学素子は、偏光解消素子に限定されず、他の光学素子であってもよい。
また、本発明の光学素子の形成方法によって形成され得る光学素子は、サブ波長構造を有するものに限定されない。
The optical element having a subwavelength structure that can be formed by the method for forming an optical element of the present invention is not limited to a depolarizing element, and may be another optical element.
The optical element that can be formed by the method for forming an optical element of the present invention is not limited to one having a sub-wavelength structure.

本発明の凹凸パターンの形成方法によって形成される二酸化ケイ素凸条パターンと二酸化ケイ素凹条パターンは、使用する光の波長と同一の凹凸周期又はその波長よりも長い凹凸周期で繰り返して配置されたものであってもよい。   The silicon dioxide convex stripe pattern and the silicon dioxide concave stripe pattern formed by the concave / convex pattern forming method of the present invention are repeatedly arranged with the same concave / convex period as the wavelength of light to be used or with a concave / convex period longer than that wavelength. It may be.

また、本発明の凹凸パターンの形成方法によって形成される二酸化ケイ素凸条パターンと二酸化ケイ素凹条パターンは、光学素子以外の物に適用されてもよい。   Moreover, the silicon dioxide convex stripe pattern and the silicon dioxide concave stripe pattern formed by the method for forming an uneven pattern according to the present invention may be applied to objects other than optical elements.

以上、本発明の実施例が説明されたが本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。   As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible within the range of this invention described in the claim.

例えば、凹凸パターンの形成方法の上記実施例において、シリコン層1として汎用的な面方位(100)のノンドープのシリコンウェハを用いたが、シリコンウェハの結晶方位に制限はない。また、ノンドープのシリコンウェハを用いたが、後工程において熱酸化した時に損失が発生するレベルでなければ、N型やP型のシリコンウェハを用いても構わない。   For example, in the above-described embodiment of the method for forming a concavo-convex pattern, a non-doped silicon wafer having a general plane orientation (100) is used as the silicon layer 1, but the crystal orientation of the silicon wafer is not limited. Further, although a non-doped silicon wafer is used, an N-type or P-type silicon wafer may be used as long as the loss does not occur when thermal oxidation is performed in a subsequent process.

また、シリコン層1は、シリコンスパッタ膜やシリコン蒸着膜などの膜層であってもよい。この場合、シリコン層が形成される下地基板は光透過率の高い光学材料であることが好ましい。凹凸パターンを形成する部分がシリコンであれば、例えば、シリコン層は石英基板上に成膜されたシリコン膜であってもよい。   The silicon layer 1 may be a film layer such as a silicon sputtered film or a silicon vapor deposition film. In this case, the base substrate on which the silicon layer is formed is preferably an optical material having a high light transmittance. If the portion where the concave / convex pattern is formed is silicon, for example, the silicon layer may be a silicon film formed on a quartz substrate.

例えば、下地基板上のシリコン層の厚みと、シリコン凸条パターンのパターン深さとを同一にしてもよい。これにより、シリコン凸条パターンのみを酸化して二酸化ケイ素凸条パターンを形成すればよいので、熱酸化時間を大幅に短縮することができる。なお、この場合、シリコン凹条パターンの底部及び二酸化ケイ素凹条パターンの底部はシリコン層の下地基板によって構成される。   For example, the thickness of the silicon layer on the base substrate and the pattern depth of the silicon protrusion pattern may be the same. Thereby, it is only necessary to oxidize only the silicon ridge pattern to form the silicon dioxide ridge pattern, so that the thermal oxidation time can be greatly shortened. In this case, the bottom part of the silicon groove pattern and the bottom part of the silicon dioxide groove pattern are constituted by the base substrate of the silicon layer.

また、下地基板として石英などの可視域において透明である材質を用いれば、熱酸化によって形成された凹凸パターンとあわせて、素子全体において可視域の光透過性を有する状態を実現することも可能である。   In addition, if a material that is transparent in the visible range, such as quartz, is used as the base substrate, it is possible to realize a state where the entire element has light transmittance in the visible range, together with the uneven pattern formed by thermal oxidation. is there.

また、凹凸パターンの形成方法の上記実施例において、シリコン凸条パターン3及びシリコン凹条パターン5の熱酸化法としてウェット酸化を用いたが、この熱酸化処理はドライ酸化で行なわれてもよい。例えば、下地基板上にシリコン凸条パターンを形成した場合はパターン部分のみの熱酸化で構わないので、熱酸化処理をドライ酸化で行ってもよい。   Further, in the above-described embodiment of the method for forming the concavo-convex pattern, wet oxidation is used as a thermal oxidation method for the silicon protrusion pattern 3 and the silicon groove pattern 5, but this thermal oxidation treatment may be performed by dry oxidation. For example, when a silicon ridge pattern is formed on the base substrate, only the pattern portion may be subjected to thermal oxidation, and the thermal oxidation treatment may be performed by dry oxidation.

1 シリコン層
3 シリコン凸条パターン
3a 切断部
5 シリコン凹条パターン
7 二酸化ケイ素凸条パターン
9 二酸化ケイ素凹条パターン
15,19 偏光解消素子
17 サブ波長構造領域
21 サブ波長構造
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon layer 3 Silicon convex pattern 3a Cutting part 5 Silicon concave pattern 7 Silicon dioxide convex pattern 9 Silicon dioxide concave pattern 15, 19 Depolarization element 17 Subwavelength structure area 21 Subwavelength structure

Claims (5)

エッチング技術によってシリコン層に溝を形成してシリコン凸条パターンとシリコン凹条パターンを形成するエッチング工程と、
前記シリコン層に対して熱酸化処理を施して前記シリコン凸条パターンと前記シリコン凹条パターンから二酸化ケイ素凸条パターンと二酸化ケイ素凹条パターンを形成する熱酸化工程と、を含み、
前記エッチング工程において、前記シリコン凸条パターンとして前記シリコン凸条パターンの長さ方向において切断された切断部を有するものが形成され、
前記熱酸化工程において、前記熱酸化処理によって前記シリコン凸条パターンの長さ方向で隣り合う前記シリコン凸条パターン同士に対応する前記二酸化ケイ素凸条パターン同士が連結されることを特徴とする凹凸パターンの形成方法。
An etching step of forming a groove in the silicon layer by etching technology to form a silicon ridge pattern and a silicon groove pattern;
A thermal oxidation step of performing a thermal oxidation process on the silicon layer to form a silicon dioxide ridge pattern and a silicon dioxide ridge pattern from the silicon ridge pattern and the silicon groove pattern,
In the etching step, the silicon ridge pattern is formed having a cut part cut in the length direction of the silicon ridge pattern,
In the thermal oxidation step, the silicon dioxide convex stripe patterns corresponding to the silicon convex stripe patterns adjacent to each other in the length direction of the silicon convex stripe pattern are connected by the thermal oxidation treatment. Forming method.
請求項1に記載された凹凸パターンの形成方法を用い、
前記二酸化ケイ素凸条パターンと前記二酸化ケイ素凹条パターンが交互に繰り返して配置された光学素子を形成することを特徴とする光学素子の形成方法。
Using the method for forming an uneven pattern according to claim 1,
An optical element forming method comprising forming an optical element in which the silicon dioxide convex stripe pattern and the silicon dioxide concave stripe pattern are alternately and repeatedly arranged.
前記エッチング工程において、複数の前記切断部が不規則な配置で形成される請求項2に記載の光学素子の形成方法。   The method for forming an optical element according to claim 2, wherein in the etching step, the plurality of cut portions are formed in an irregular arrangement. 前記二酸化ケイ素凸条パターンと前記二酸化ケイ素凹条パターンを使用する光の波長よりも短い凹凸周期で配置してサブ波長構造を形成する請求項2又は3に記載の光学素子の形成方法。   4. The method of forming an optical element according to claim 2, wherein the sub-wavelength structure is formed by arranging the silicon dioxide convex stripe pattern and the silicon dioxide concave stripe pattern with a concave / convex period shorter than a wavelength of light. 前記サブ波長構造の凹凸繰返し方向が互いに異なっている複数のサブ波長構造領域を形成して前記光学素子として偏光解消素子を形成する請求項4に記載の光学素子の形成方法。   The method of forming an optical element according to claim 4, wherein a depolarizing element is formed as the optical element by forming a plurality of sub-wavelength structure regions having different concave and convex repeating directions of the sub-wavelength structure.
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