JP6988079B2 - 紫外線用グリッド偏光素子及びグリッド偏光素子製造方法 - Google Patents
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このような紫外域の光の偏光用としては、アルミのような金属製グリッドを採用した反射型の偏光素子では十分な偏光性能が得られない。このため、誘電体製グリッドを採用した吸収型の偏光素子が、本願の出願人によって提案されている(特許文献1)。
しかしながら、貴金属材料は、一般的に光学材料としては殆ど使用されていない材料であり、偏光素子のような光学部品の形成材料として使用する場合、予期できない問題が生じる可能性もある。その一つが、透明基板に対する付着強度である。発明者の研究によると、貴金属材料によりグリッドを形成した場合、透明基板に対する付着強度が低下し、実用に耐えない恐れがあることが判ってきた。
グリッドの各線状部は偏光させる紫外線を吸収する貴金属で形成されていて、吸収型のグリッド偏光素子であり、
前記貴金属は、イリジウム又はルテニウムであり、
透明基板とグリッドと間には、透明基板に対する付着性が前記貴金属より高い材料で形成された密着層が設けられており、
密着層の材料は、金属の酸化物、窒化物もしくは酸窒化物、シリコンの酸化物、窒化物もしくは酸窒化物又は半導体であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項2記載の発明は、前記請求項1の構成において、前記密着層の厚さは、当該密着層の厚さとグリッドの高さとを加えたグリッド全高に対して10%以下であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項3記載の発明は、前記請求項1又は2の構成において、前記密着層の厚さは、1nm以上であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項4記載の発明は、前記請求項1乃至3いずれかの構成において、前記密着層の材料は、酸化チタン、窒化チタン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化シリコン、酸化タンタル又は酸化ジルコニウムであるという構成を有
する。
また、上記課題を解決するため、請求項5記載の発明は、前記請求項1乃至4いずれかの構成において、前記密着層は、前記グリッドの各線状部の間において前記透明基板を覆っていないという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項6記載の発明は、前記請求項1乃至5いずれかの構成において、前記グリッドの各線状部と前記密着層と界面は、各線状部の幅方向に対して斜めの面となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項7記載の発明は、前記請求項1乃至6いずれかの構成において、前記グリッドの各線状部と前記密着層と界面は、各線状部の幅方向に対して斜めの面となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項8記載の発明は、グリッド偏光素子製造方法の発明であって、ガラス製の透明基板に犠牲層用の第一の薄膜を作成する第一の成膜工程と、
第一の成膜工程で作成された第一の薄膜を縞状のパターンでエッチングして縞状の犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
犠牲層の各線状部の側面下端部を含む領域に密着層用の第二の薄膜を原子層堆積法により形成する第二の成膜工程と、
第二の成膜工程の後、犠牲層の各線状部の側方を含む領域にグリッド用の第三の薄膜を原子層堆積法により形成する第三の成膜工程と、
犠牲層を除去して第三の薄膜を縞状に残留させてグリッドを形成するグリッド形成工程とを有しており、
犠牲層形成工程は、第一の薄膜をエッチングする際に透明基板もエッチングする工程であり、透明基板の表面が犠牲層の各線状部の側面下端からテーパ状となるよう透明基板をエッチングする工程であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項9記載の発明は、前記請求項8の構成において、前記犠牲層は、レジスト以外の材料で形成されるという構成を有する。
また、請求項2記載の発明によれば、上記効果に加え、グリッドの各線状部の透明基板に対する密着性が確実に高められ、また密着層が不必要に厚くならない。
また、請求項3記載の発明によれば、上記効果に加え、密着層の厚さがグリッド全高の10%以下であるので、密着層が偏光性能に影響を与える問題が回避される。
また、請求項5記載の発明によれば、上記効果に加え、密着層がグリッドを形成する各線状部の間において透明基板を覆っていないので、ギャップ内に密着層の材料が存在することによる偏光性能の低下が防止される。
また、請求項6記載の発明によれば、上記効果に加え、グリッドの各線状部と密着層と界面は各線状部の幅方向に対して斜めの面となっているので、全体としてグリッドの付着強度がより高くなる。
また、請求項7記載の発明によれば、上記効果に加え、透明基板の表面が密着層との界面においてグリッドの各線状部の幅方向に対して斜めの面となっているので、全体としてグリッドの付着強度がより高くなる。
また、請求項8記載の発明によれば、グリッドの各線状部と透明基板との間により付着力の高い密着層が設けられるので、グリッドが透明基板から浮いてしまったり、グリッドが透明基板から剥がれ易くなってしまったりすることのない実用的なグリッド偏光素子が製造できる。この際、透明基板の表面が密着層との界面においてグリッドの各線状部の幅方向に対して斜めの面となっているので、全体としてグリッドの付着強度がより高くなる。
また、請求項9記載の発明によれば、上記効果を有するグリッド偏光素子をより容易に製造することができる。
図1は、第一の実施形態に係るグリッド偏光素子の斜視概略図である。図1に示すグリッド偏光素子は、透明基板1と、透明基板1上に設けられたグリッド2とを備えている。
透明基板1は、対象波長(偏光素子を使用して偏光させる光の波長)に対して十分な透過性を有するという意味で「透明」ということである。この実施形態では、紫外域の波長を対象波長として想定しているので、透明基板1は石英ガラス(例えば合成石英)のようなガラス製となっている。この他、サファイアガラス等で透明基板1が形成される場合もある。透明基板1は、グリッド2を安定して保持する機械的強度や、光学素子としての取り扱いの容易性等を考慮し、適宜の厚さとされる。厚さは、例えば0.5〜10mm程度である。
密着層4の厚さは、1nm以上であることが好ましく、またグリッド2の高さの10%以下であることが好ましい。密着層4の厚さが1nm以下であると、密着層4としての機能が低下する。また、密着層4がグリッド2の高さの10%よりも厚いと、不必要に厚い層となってしまい、全体として偏光性能を低下させることがあり得る。
シミュレーション実験において、透明基板1は石英ガラス製、グリッド2の各線状部3はイリジウム製とした。各線状部3の幅は30nm、ギャップ幅は90nmとし、密着層4を含めたグリッド2の全体の高さは100〜250nmの範囲で変化させた。グリッド2の全体の高さとは、図1に示すように、グリッド2の高さh+密着層4の厚さtである(以下、グリッド全高という)。そして、各グリッド全高において密着層4の厚さtを0〜100%まで10%きざみで変化させた(グリッド2の高さhは100%→0%)。
図2中の(1)は透過率、(2)は消光比を示す。透過率及び消光比は、それぞれ密着層4の厚さ0%の際の値で規格化して示されている。
図3に示す第二の実施形態では、グリッド2の各線状部3と密着層4との界面は、各線状部3の幅方向に対して斜めの面となっている。この点は、グリッド2の各線状部3と密着層4との界面の面積を大きくすることで各線状部3の透明基板1に対する全体としての付着強度を高める意義を有している。
そして、密着層4は、その下の透明基板1との間においても斜めの界面を形成している。即ち、透明基板1の表面には斜めの面を含む凹凸が形成されており、凹凸に含まれる斜めの面において密着層4に接している。このため、透明基板1と密着層4との付着強度もより高いものとなっている。
図4及び図5は、第二の実施形態のグリッド偏光素子の製造方法について示した断面概略図である。図4及び図5に示す製造方法は、最終的には除去してしまう層を製造の過程で形成するプロセスとなっている。以下、この層を犠牲層という。
第二の実施形態のグリッド偏光素子を製造する場合、まず、透明基板1上に犠牲層用の薄膜(第一の薄膜)51を作成する。犠牲層の材料としては、微細加工が可能な材料であれば特に制限なく選定可能であるが、第二の実施形態のグリッド偏光素子を製造する場合、レジスト以外の材料を用いることが好ましい。加工技術が確立している等の理由から、この例ではシリコンを犠牲層の材料として選定している。したがって、まず第一の薄膜51としてシリコン膜を作成する。作成方法としては、スパッタリング、各種CVD等、任意のものを採用し得る。
尚、上記第一の薄膜51のエッチングの際、犠牲層7の各線状部3が互いに完全に分離して縞状となるように、十分にエッチングが行われる。このため、図4(3)に示すように、下地である透明基板1が少しエッチングされて削られた状態となる。
最後に、不必要な第二の薄膜52を除去する。即ち、第二の薄膜52をエッチングできるエッチャントを再び使用し、等方エッチングによりグリッド2の各線状部3の側面に残留する第二の薄膜52を除去する。この結果、図5(4)に示すように第二の薄膜52はグリッド2の各線状部3と透明基板1の間にのみ残留し、実施形態のグリッド偏光素子が得られる。
犠牲層をレジストで形成した場合、パターン化が現像によって行われるので、透明基板1の表面は犠牲層の各線状部の側面下端に対してほぼ垂直になる(テーパは形成されない)。このため、密着層4の界面はグリッド2の幅方向に対してほぼ平行となる。
密着層4は、透明基板1の全面を覆うように形成されていても良く、この場合もグリッド2の付着強度を高める効果は変わりなく得られる。しかしながら、グリッド偏光素子では、各線状部4とギャップ(空気)が光の波長オーダーの短い周期で交互に存在していることで偏光作用を生じさせており、そのような短い周期で光学定数のコントラストがより高く(鮮明に)存在していることが望ましい。密着層4を透明基板1の全面に形成すると、ギャップを臨む位置にも密着層4が存在することになるので、光学定数のコントラストが低下し易く、結果的に偏光性能が低下し易い。したがって、上記実施形態のように、ギャップを覆う状態で密着層4が形成されていない構造の方が望ましい。
上述した各実施形態のグリッド偏光素子は、前述した光配向処理に好適に使用される。この他、プレチルト角の調整のための処理にも使用することができる。
2 グリッド
3 線状部
4 密着層
51 第一の薄膜
52 第二の薄膜
53 第三の薄膜
7 犠牲層
Claims (9)
- ガラス製の透明基板と、透明基板上に形成された縞状のグリッドとを備えた紫外線用グリッド偏光素子であって、
グリッドの各線状部は偏光させる紫外線を吸収する貴金属で形成されていて、吸収型のグリッド偏光素子であり、
前記貴金属は、イリジウム又はルテニウムであり、
透明基板とグリッドと間には、透明基板に対する付着性が前記貴金属より高い材料で形成された密着層が設けられており、
前記貴金属は、
密着層の材料は、金属の酸化物、窒化物もしくは酸窒化物、シリコンの酸化物、窒化物もしくは酸窒化物又は半導体であることを特徴とする紫外線用グリッド偏光素子。 - 前記密着層の厚さは、当該密着層の厚さとグリッドの高さとを加えたグリッド全高に対して10%以下であることを特徴とする請求項1記載の紫外線用グリッド偏光素子。
- 前記密着層の厚さは、1nm以上であることを特徴とする請求項1又は2記載の紫外線用グリッド偏光素子。
- 前記密着層の材料は、酸化チタン、窒化チタン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化シリコン、酸化タンタル又は酸化ジルコニウムであることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の紫外線用グリッド偏光素子。
- 前記密着層は、前記グリッドの各線状部の間において前記透明基板を覆っていないことを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の紫外線用グリッド偏光素子。
- 前記グリッドの各線状部と前記密着層と界面は、各線状部の幅方向に対して斜めの面となっていることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の紫外線用グリッド偏光素子。
- 前記透明基板の表面は、前記密着層との界面において、前記グリッドの各線状部の幅方向に対して斜めの面となっていることを特徴とする請求項1乃至6いずれかに記載の紫外線用グリッド偏光素子。
- ガラス製の透明基板に犠牲層用の第一の薄膜を作成する第一の成膜工程と、
第一の成膜工程で作成された第一の薄膜を縞状のパターンでエッチングして縞状の犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
犠牲層の各線状部の側面下端部を含む領域に密着層用の第二の薄膜を原子層堆積法により形成する第二の成膜工程と、
第二の成膜工程の後、犠牲層の各線状部の側方を含む領域にグリッド用の第三の薄膜を原子層堆積法により形成する第三の成膜工程と、
犠牲層を除去して第三の薄膜を縞状に残留させてグリッドを形成するグリッド形成工程とを有しており、
犠牲層形成工程は、第一の薄膜をエッチングする際に透明基板もエッチングする工程であり、透明基板の表面が犠牲層の各線状部の側面下端からテーパ状となるよう透明基板をエッチングする工程であることを特徴とするグリッド偏光素子製造方法。 - 前記犠牲層は、レジスト以外の材料で形成されることを特徴とする請求項8記載のグリッド偏光素子製造方法。
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