JPH1073722A - 偏光光学素子及びその製造方法 - Google Patents

偏光光学素子及びその製造方法

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JPH1073722A
JPH1073722A JP8231048A JP23104896A JPH1073722A JP H1073722 A JPH1073722 A JP H1073722A JP 8231048 A JP8231048 A JP 8231048A JP 23104896 A JP23104896 A JP 23104896A JP H1073722 A JPH1073722 A JP H1073722A
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film
optical element
forming
metal
grid
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JP8231048A
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Hitoshi Tamada
仁志 玉田
Toru Doko
徹 堂向
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 耐環境性に優れ、信頼性の高い偏光光学素子
を提供し、不安定なエッチング工程を不必要とする。 【解決手段】 基板上に所定間隔で形成した金属格子へ
の入射光を偏光方向に応じて透過光と反射光とに分離す
る偏光光学素子において、金属格子が下地膜上に形成さ
れ、下地膜が透明な金属酸化物膜であることを特徴とす
る。偏光光学素子は、基板上に導電性金属の下地膜を形
成する工程と、この上に電子線描画によりレジストパタ
ーンを形成する工程と、所定膜厚の金属膜の成膜工程
と、リフトオフにより金属膜を選択的に除去し金属格子
を形成する工程と、熱処理により下地膜を酸化して透明
化するとともに、金属格子の表面に酸化被膜を形成する
工程を経ることにより作製される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属格子により入
射された光を偏光方向に応じて透過光と反射光とに分離
する偏光光学素子に関するものであり、さらにはその製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光を偏光方向に応じて分離する偏光光学
素子は、例えば光磁気ディスク駆動装置の光ピックアッ
プ等に使用されている。
【0003】このような偏光光学素子の代表例として
は、薄膜のブリュースター反射を利用した素子が広く知
られている。薄膜のブリュースター反射を利用した素子
は、通常、立体状に形成された素子に対して垂直に光を
入射させて用いるか、あるいは板状に形成された素子に
対して所定の角度にて光を入射させて用いる。
【0004】しかしながら、薄膜のブリュースター反射
を利用した素子は、精密な位置合わせが必要であり、し
かも素子自体の体積が大きいという欠点がある。
【0005】そのため、例えば光りピックアップに使用
する場合、受光素子等の他に部品との精密な位置合わせ
が必要となり、製造に工数を要するという問題がある。
また、体積が大きいことは、光ピックアップ等を小型化
する上で大きな制約を加えている。
【0006】そこで、このような問題を解決するため
に、薄膜あるいは薄板状の偏光光学素子の開発が進めら
れており、例えば、金属を微細な格子状に形成した金属
格子によって偏光分離を行う、ワイヤーグリッドまたは
ワイヤーグレーティングと呼ばれる素子(以下、ワイヤ
ーグリッド偏光子と称する。)が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のワイ
ヤーグリッド偏光子では、石英基板上にサブミクロン周
期の金属格子(例えばAlグリッド)を作製する必要が
ある。
【0008】例えば、可視光用のワイヤーグリッド偏光
子では、グリッド周期dが概ねλ/2(λは入射光の波
長)で、ほぼ矩形断面を有するAlグリッドが望まれ
る。
【0009】そこで、従来、次のような手法によりAl
グリッドを作製している。
【0010】すなわち、先ず、石英基板表面にAl導電
下地膜を数nm厚形成し、電子線描画によりレジストパ
ターンを作製する。
【0011】続いて、Alを蒸着し、前記レジストパタ
ーンによるリフトオフによりこれを選択的に除去し、A
lグリッドを形成する。
【0012】最後にAlグリッド部分以外の部位に残存
するAl導電下地膜をエッチングで除去する。
【0013】本方法は簡便であるが、最後のエッチング
工程が不安定で、再現性が非常に悪いという問題があ
る。
【0014】また、作製方法によらず、一般にワイヤー
グリッド素子では、金属格子、例えばAlグリッド自体
の耐環境性についての懸念もある。
【0015】そこで本発明は、以上のような従来の実情
に鑑みて提案されたものであって、耐環境性に優れ、信
頼性の高い偏光光学素子を提供することを目的とする。
【0016】さらに本発明は、不安定なエッチング工程
が必要なく、ワイヤーグリッド素子を歩留まり良く製造
することが可能な偏光光学素子の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の偏光光学素子は、基板上に所定間隔で形
成された金属格子を備え、この金属格子に入射した光を
偏光方向に応じて透過光と反射光とに分離する偏光光学
素子において、上記金属格子の表面が酸化被膜により覆
われていることを特徴とするものである。
【0018】このような偏光光学素子は、基板上に所定
間隔で金属格子を形成し、その表面を熱処理により酸化
して酸化被膜を形成することにより作製される。
【0019】上記酸化被膜は、緻密であり、保護膜とし
て働くので、偏光光学素子の耐環境性は著しく向上す
る。
【0020】上記偏光光学素子において、例えば電子線
描画により金属格子を形成する場合、導電性金属よりな
る下地膜が必要になる。
【0021】この場合、前記下地膜を酸化して透明化す
る。したがって、この場合の偏光光学素子は、先の本発
明の偏光光学素子において、金属格子が下地膜上に形成
されてなり、この下地膜が透明な金属酸化物膜であるこ
とを特徴とするものである。
【0022】前記偏光光学素子は、基板上に導電性金属
よりなる下地膜を形成する工程と、この上に電子線描画
によりレジストパターンを形成する工程と、所定の膜厚
の金属膜を成膜する工程と、リフトオフにより前記金属
膜を選択的に除去して金属格子を形成する工程と、熱処
理により上記下地膜を酸化して透明化するとともに、上
記金属格子の表面に酸化被膜を形成する工程を経ること
により作製される。
【0023】この方法によれば、下地膜をエッチングで
除去するのではなく、熱処理により酸化透明化している
ので、歩留まりが大幅に改善される。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について、図面や実験結果を参照しながら詳
細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、形状や
材質等を任意に変更することが可能であることは言うま
でもない。
【0025】先ず、石英基板に厚さ約8nmのAl膜を
スパッタにより成膜した。これをドライ酸素雰囲気の電
気炉中で熱処理した。
【0026】熱処理後の膜の光透過率と、熱処理温度、
熱処理時間の関係を調べたところ、図1に示すような結
果が得られた。
【0027】すなわち、500℃、2時間程度の熱処理
により、膜の光透過率は約90%となり、石英基板自体
の値(93%)とほぼ同じ程度にまで透明化することが
できることがわかった。また、Al膜の膜厚を薄くすれ
ば、より短時間で透明化できることもわかった。
【0028】そこで、本例では、電子線描画時の導電膜
として十分働き、同時に、より短時間で透明化するよう
に、Al下地膜の膜厚を約5nmと定めた。
【0029】そこで次に、石英基板上に厚み約5nmの
Al下地膜をスパッタにより成膜し、電子線レジストを
約450nmの厚さとなるようにスピンコーターで塗布
した。
【0030】これを200℃で30分間プリベークした
後、電子線描画装置により周期400nmのグレーティ
ングパターンを描画した。
【0031】現像、リンス後、抵抗加熱蒸着によりAl
を蒸着した。蒸着したAl膜の厚さは、約300nmで
ある。リフトオフ後、500℃で約30分間、ドライ酸
素雰囲気中で熱処理を行った。
【0032】上記方法に従い、グレーティングパターン
を低デューティから高デューティまで条件を変えて描画
し、種々のAlグリッドを作製した。
【0033】得られたAlグリッドのS偏光透過率(T
S)と消光比(TS/TP、TPはP偏光透過率)との関係
を調べた結果を図2に示す。
【0034】この結果からも明らかなように、低損失偏
光子(TS=80%、TS/TP〜10)から高損失偏光
子(TS=50%、TS/TP〜1000)まで得ること
ができた。低損失偏光子は、Alグリッド幅の小さい
側、高消光比偏光子は、Alグリッド幅の大きい側で得
られている。
【0035】なお、同様の条件で作製したワイヤグリッ
ド偏光子は、ほぼ同じ特性を示し、再現性は非常に良好
であった。
【0036】このワイヤーグリッド偏光子は、図3に示
すような形態となっている。すなわち、石英基板1上に
は、下地膜2を介してAlグリッド3が形成されてい
る。下地膜2は、Alを酸化透明化したものであり、A
l酸化物膜である。
【0037】また、Alグリッド3は、所定の間隔で形
成された金属格子であり、その表面は酸化被膜3aによ
り覆われている。
【0038】前記酸化被膜3aや下地膜2は、いずれも
金属酸化物膜であり、500℃という高温で形成されて
いるため、非常に緻密な膜であり、安定な保護膜とし
て、Alグリッド3を保護する。
【0039】このため、作製したワイヤーグリッド偏光
子は、耐環境性が極めて良好であった。
【0040】ワイヤーグリッド偏光子は、電子線描画/
リフトオフ以外にも、例えば、エキシマレーザリソグラ
フィーや2光束干渉法によってパターニングを行い、リ
フトオフやドライエッチングにより作製可能であり、こ
れらの場合には下地膜を必要としない(ドライエッチン
グでは電子線描画の場合でも下地膜除去は不要)。しか
しながら、これらの場合でも、熱処理によりAlグリッ
ド3の表面に酸化膜を形成することは、耐環境性の向上
のために極めて有用である。
【0041】ところで、ワイヤーグリッド偏光子におい
ては、グリッドの設計が重要であり、各パラメータを適
正な値とすることで良好な偏光作用が得られる。
【0042】そこで、以下にワイヤグリッド偏光子の設
計例について説明する。
【0043】先ず、屈折率n1(>1)の基板1上にグ
リッド3が形成された場合、効果的にS偏光についての
共鳴現象を得るための方策としては、各グリッド3の厚
みをh、厚み0.5hにおける幅をb、グリッド周期を
d、グリッドの断面形状を台形と見なしたときの底辺と
斜辺のなす角度をsとして、 0.2<h/d<0.9 0.5<b/d<0.9 70°<s<110° なる要件を満足するように設定することが挙げられる。
これにより、可視波長域から近赤外波長域(波長400
nm〜2000nm)の光に対して、偏光作用し得る。
【0044】なお、この場合、グリッド周期dは、λ/
(2n1)<d<λ/(1.1n1)(但し、λは入射光
の波長)なる条件を満たすように設定することが好まし
い。また、グリッド間の屈折率n2、グリッド上部の屈
折率n3が、それぞれ|n2−n1|<0.2、|n3−n
1|<0.2なる条件を満足し、電場の振動方向がグリ
ッドの波数ベクトルの方向と平行な偏光について有効に
共鳴効果を生じさせ、その偏光についての反射率を1%
程度に低下させるようにすることが好ましい。
【0045】上述の設計の共鳴型ワイヤーグリッド偏光
子は、金属グリッドが媒質中に埋め込まれた場合のみに
有効なものである。
【0046】また、この共鳴型ワイヤーグリッド偏光子
では、P偏光透過率TPを小さくするために、デューテ
ィ(b/d)を大きくしなければならないが、このた
め、S偏光透過率TSが低下する。さらに、S偏光反射
率RSの波長依存性が大きくなり、反射消光比(偏光コ
ントラスト)の波長特性が悪化するという問題点があ
る。
【0047】さらにまた、共鳴型では、共鳴波長を使用
波長近傍に合わせるために、グリッドの厚みや幅をかな
り厳しく制御する必要がある。
【0048】これらの点を考慮して、従来に比して大き
なグリッド周期で形成し得、波長800nm帯域で実用
上十分な消光比を有する偏光光学素子とするためには、 n2=n3=1 h/d>0.5 b/d≦0.4 70°<s<110° なる条件を満足するように設定する。また、このとき、
λ/3<d<λ/2とする。
【0049】これによって、波長400nm〜1μmの
可視波長域から近赤外波長域の光に対して偏光作用し得
る。
【0050】あるいは、 n2=n3=1 0.25<h/d<1 0.3<b/d<0.7 70°<s<110° なる条件を満足するように設定してもよい。この場合に
は、λ/3<d<λ/n、0.8λ<λres<1.2λ
(但し、λresはS偏光共鳴波長)とすることが好まし
い。
【0051】これによっても、波長400nm〜1μm
の可視波長域から近赤外波長域の光に対して偏光作用し
得る。
【0052】本発明は、このような設定のワイヤーグリ
ッド偏光子に適用して好適であるが、勿論、これに限ら
ず、あらゆる種類のワイヤーグリッド偏光子にも適用可
能であることは言うまでもない。
【0053】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、耐環境性に優れ、信頼性の高い偏光光学素
子を提供することが可能である。
【0054】また、本発明では、下地膜をエッチングで
除去するのではなく、熱処理により酸化透明化している
ので、歩留まりを大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】厚さ約8nmのAl膜における熱処理温度、熱
処理時間と熱処理後の光透過率の関係を示す特性図であ
る。
【図2】種々の条件で作製したAlグリッドのS偏光透
過率TSと消光比(TS/TP)との関係を示す特性図で
ある。
【図3】本発明を適用したAlワイヤーグリッドの一例
を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1 石英基板、 2 下地膜、 3 Alグリッド

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に所定間隔で形成された金属格子
    を備え、この金属格子に入射した光を偏光方向に応じて
    透過光と反射光とに分離する偏光光学素子において、 上記金属格子の表面が酸化被膜により覆われていること
    を特徴とする偏光光学素子。
  2. 【請求項2】 上記金属格子が下地膜上に形成されてな
    り、この下地膜が透明な金属酸化物膜であることを特徴
    とする請求項1記載の偏光光学素子。
  3. 【請求項3】 上記金属格子がAlにより形成されてい
    ることを特徴とする請求項1記載の偏光光学素子。
  4. 【請求項4】 上記下地膜がAl酸化膜であることを特
    徴とする請求項2記載の偏光光学素子。
  5. 【請求項5】 基板上に所定間隔で金属格子を形成し、
    その表面を熱処理により酸化して酸化被膜を形成するこ
    とを特徴とする偏光光学素子の製造方法。
  6. 【請求項6】 基板上に導電性金属よりなる下地膜を形
    成する工程と、 この上に電子線描画によりレジストパターンを形成する
    工程と、 所定の膜厚の金属膜を成膜する工程と、 リフトオフにより前記金属膜を選択的に除去して金属格
    子を形成する工程と、 熱処理により上記下地膜を酸化して透明化するととも
    に、上記金属格子の表面に酸化被膜を形成する工程とを
    有することを特徴とする請求項5記載の偏光光学素子の
    製造方法。
JP8231048A 1996-08-30 1996-08-30 偏光光学素子及びその製造方法 Withdrawn JPH1073722A (ja)

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