KR101809313B1 - 그리드 편광 소자 및 그리드 편광 소자 제조 방법 - Google Patents

그리드 편광 소자 및 그리드 편광 소자 제조 방법 Download PDF

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Abstract

(과제) 주변부에 있어서 소광비가 저하되지 않는 뛰어난 그리드 편광 소자를 제공한다.
(해결 수단) 투명 기판(1) 상에 설치된 줄무늬 형상의 격자(2)를 구성하는 각 선형부(3)는, 편광 작용을 하는 제1의 층(31)과, 제1의 층(31)의 입사측에 위치하는 제2의 층(32)으로 이루어진다. 제2의 층(32)은 투광성의 재료로 형성되며, 제1의 층(31)보다 높이가 낮고, 제1의 층(31)을 형성할 때의 에천트에 대한 내성이 제1의 층(31)에 비해 높은 재료로 형성되어 있다.

Description

그리드 편광 소자 및 그리드 편광 소자 제조 방법{GRID POLARIZING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING GRID POLARIZING DEVICE}
본원 발명은, 편광된 상태의 광(편광광)을 얻는 편광 소자에 관한 것이며, 특히 투명 기판 상에 그리드(격자)를 형성한 구조의 그리드 편광 소자에 관한 것이다.
편광광을 얻는 편광 소자는, 편광 선글래스와 같은 일상 제품을 비롯하여 편광 필터나 편광 필름 등의 광학 소자로서 각종의 것이 알려져 있으며, 액정 디스플레이 등의 디스플레이 디바이스에서도 사용되고 있다. 편광 소자에는, 편광광을 취출하는 방식에서 몇 가지의 것으로 분류되는데, 그 하나로 와이어 그리드 편광 소자가 있다.
와이어 그리드 편광 소자는, 투명 기판 상에 알루미늄과 같은 금속으로 이루어지는 미세한 줄무늬 형상의 격자를 설치한 구조의 것이다. 격자를 이루는 각 선형부의 이격 간격(격자 간격)을 편광시키는 광의 파장 이하로 함으로써 편광 소자로서 기능한다. 직선 편광광 중, 격자의 길이 방향으로 전계 성분을 갖는 편광광의 경우에는 플랫한 금속과 등가이므로 반사하는 한편, 길이 방향에 수직인 방향으로 전계 성분을 갖는 편광광의 경우에는 투명 기판만이 있는 것과 등가이므로, 투명 기판을 투과하여 출사한다. 이 때문에, 편광 소자로부터는 격자의 길이 방향에 수직인 방향의 직선 편광광이 오로지 출사한다. 편광 소자의 자세를 제어해, 격자의 길이 방향이 원하는 방향을 향하도록 함으로써, 편광광의 축(전계 성분의 방향)이 원하는 방향을 향한 편광광을 얻어지게 된다.
이하, 설명의 편의상, 격자의 길이 방향으로 전계 성분을 갖는 직선 편광광을 s편광광이라고 부르고, 격자의 길이 방향에 수직인 방향으로 전계 성분을 갖는 직선 편광광을 p편광광이라고 부른다. 통상, 입사면(반사면에 수직이고 입사 광선과 반사광선을 포함하는 면)에 대해 전계가 수직인 것을 s파, 평행한 것을 p파라고 부르는데, 격자의 길이 방향이 입사면과 평행인 것을 전제로 하여, 이와 같이 구별한다.
이러한 편광 소자의 성능을 나타내는 기본적인 지표는, 소광비 ER과 투과율 TR이다. 소광비 ER은, 편광 소자를 투과한 편광광의 강도 중, s편광광의 강도(Is)에 대한 p편광광의 강도(Ip)의 비이다(Ip/Is). 또, 투과율 TR은, 통상, 입사하는 s편광광과 p편광광의 전체 에너지에 대한 출사 p편광광의 에너지의 비이다(T R=Ip/(Is+Ip)). 이상적인 편광 소자는, 소광비 ER=∞, 투과율 TR=50%가 된다.
격자가 금속제이므로 와이어 그리드 편광 소자라고 불리는데, 본원 발명의 방법으로 제조되는 편광 소자는, 격자는 반드시 금속으로는 한정되지 않으므로, 이하, 단순히 그리드 편광 소자라고 부른다.
도 5는, 종래의 그리드 편광 소자의 제조 방법의 개략도이다. 그리드 편광 소자는, 투명 기판(1) 상에 포토리소그래피에 의해서 격자(2)를 형성함으로써 제조된다. 구체적으로는, 도 5(1)에 나타낸 바와 같이, 우선 투명 기판(1) 상에 격자용 박막(40)을 제작한다. 그리고, 도 5(2)에 나타낸 바와 같이, 격자용 박막(40) 상에 포토레지스트(50)를 도포한다(도 5(2)). 다음에, 형성하는 패턴을 갖는 마스크를 통해 포토레지스트(50)를 노광하고, 현상을 행하여 포토레지스트의 패턴(5)을 얻는다(도 5(3)).
다음에, 레지스트 패턴(5)측으로부터 에천트를 공급하고, 레지스트 패턴(5)으로 덮여 있지 않은 개소의 격자용 박막(40)을 에칭한다. 에칭은, 격자용 박막(40)의 두께 방향으로 전계를 인가하면서 행하는 이방성 에칭이며, 격자용 박막(40)이 줄무늬 형상으로 패턴화된다(도 5(4)). 그 후, 도 5(5)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 패턴(5)을 제거하면, 격자(2)가 얻어지고, 그리드 편광 소자가 완성된다. 격자(2)는, 일정한 방향으로 연장되는 선형부(3)를 간격을 두고 평행하게 다수 배치한 구조이므로, 라인 앤드 스페이스라고 종종 불린다.
일본국 특허 공개 2011-8172호 공보
편광 소자의 어떤 종류의 용도로는, 가시역의 단파장측의 광이나 자외역의 광과 같은 짧은 파장역의 광을 편광시키고, 어느 정도 넓은 조사 영역에 조사하는 것이 필요하게 되었다. 예를 들면, 액정 디스플레이의 제조 프로세스에 있어서, 근년, 광배향이라 불리는 기술이 채용되게 되었다. 이 기술은, 액정 디스플레이에 있어서 필요한 배향막을 광조사에 의해서 얻는 기술이다. 폴리이미드와 같은 수지제의 막에 자외역의 편광광을 조사하면, 막중의 분자가 편광광의 방향으로 배열되어, 배향막을 얻을 수 있다. 러빙이라 불리는 기계적인 배향 처리에 비해, 고성능의 배향막을 얻을 수 있으므로, 고화질의 액정 디스플레이의 제조 프로세스에 많이 채용되게 되었다.
그리드 편광 소자에서는, 상술한 바와 같이, 격자 간격을, 편광시키는 파장 정도 또는 그보다 짧은 간격으로 할 필요가 있다. 따라서, 파장이 짧아지면 질수록 격자 간격을 짧게 해야 하며, 격자의 구조는 미세화한다. 이 때문에, 이전에는, 가시 단파장역으로부터 자외역의 광의 편광용으로서는 실현이 어렵다고 여겨져왔는데, 근년에 있어서의 미세 가공 기술(포토리소그래피 기술)의 진보에 따라, 실용화는 충분히 가능하다고 생각되게 되었다.
그러나, 발명자의 연구에 의하면, 어느 정도의 크기의 그리드 편광 소자를 제조하여 어느 정도의 크기의 영역에 편광광을 조사하고자 하면, 조사 영역의 주변부에 있어서 소광비 ER이 저하하는 문제가 있다고 판명되었다. 이 문제의 원인을 조사하기 위해서 계속 예의 연구를 한 바, 제조시의 에칭 공정에 있어서의 면내 불균일성에 기인한다고 판명되었다. 이하, 이 점에 대해서 설명한다.
도 6은, 그리드 편광 소자의 제조에 있어서의 에칭 공정을 모식적으로 나타낸 정면 단면 개략도이다.
에칭 공정에서는, 반응성 가스의 플라즈마를 형성하고, 투명 기판(1)의 두께 방향으로 전계를 설정한다. 플라즈마 중의 이온(에천트)은 전계에 의해 플라즈마로부터 빼내어져 격자용 박막에 입사되고, 격자용 박막과 반응하여 격자용 박막을 에칭한다.
이 때, 도 6에 나타낸 바와 같이, 투명 기판(1)은 스테이지(7) 상에 올려져 있으며, 스테이지(7) 상에서 이동하지 않도록 투명 기판(1)의 둘레 가장자리는 누름 링(71)으로 스테이지(7) 상에 눌러져 있다. 누름 링(71)은, 투명 기판(1)의 윤곽의 형상을 따른 둘레형상이며, 내에칭성 재료(즉, 에천트에 의해서는 에칭되지 않는 재료)로 형성된다.
에칭시, 에천트는 격자용 박막과의 반응에 의해서 소비된다. 이 경우, 투명 기판(1) 상의 주변부에서는, 누름 링(71)이 있으므로, 에천트의 소비량은 중앙부에 비해 적다. 이 때문에, 에천트는, 중앙부에 비해 주변부에 있어서 많이 존재하는 공간 분포가 된다.
투명 기판(1)의 주변부 상에 있어서 에천트가 과잉으로 존재하면, 주변부에서 과잉으로 에칭이 되게 된다. 즉, 중앙부에 있어서, 정상적으로 에칭이 종료될 때까지 에칭을 행하면, 주변부에서는 에칭이 과잉이 되어, 포토레지스트까지 에칭되어 버리게 된다. 이에 의해, 형성된 선형부까지 에칭되어 버린다. 그 결과, 도 5(5)에 나타낸 바와 같이, 투명 기판(1)의 주변부(1p)에 있어서는, 각 선형부(3)의 높이가 주변부(1p)에 있어서 중앙부(1c)보다 낮아지는 구조가 되어 버린다.
발명자의 연구에 의하면, 그리드 편광 소자에 있어서 소광비는 선형부의 높이에 의존하고 있으며, 선형부의 높이가 낮아지면, 소광비가 저하한다. 연구에서 확인된 조사 영역의 주변부에서의 소광비의 저하는, 이러한 그리드 편광 소자의 제조 공정에서의 문제에 기인하고 있다고 판명되었다.
본원 발명은, 이러한 발명자에 의한 신규 지견에 의거하여 이루어진 것이며, 주변부에 있어서 소광비가 저하하지 않는 뛰어난 그리드 편광 소자를 제공하는 것을 해결 과제로 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본원의 청구항 1에 기재된 발명은, 투명 기판과 투명 기판 상에 설치된 복수의 선형부로 이루어지는 줄무늬 형상의 격자를 구비한 그리드 편광 소자로서,
줄무늬 형상의 격자는, 편광 작용을 하는 투명 기판측의 제1의 층과, 제1의 층의 상측에 위치하는 제2의 층으로 이루어지는 것이며,
제2의 층은, 투광성의 재료로 형성되고, 제1의 층보다 높이가 낮은 것이라는 구성을 갖는다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 2에 기재된 발명은, 상기 청구항 1의 구성에 있어서, 상기 제2의 층은, 상기 제1의 층을 에칭에 의해서 형성할 때의 에천트에 대한 내성이 제1의 층에 비해 높은 재료로 형성되어 있다고 하는 구성을 갖는다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 3에 기재된 발명은, 상기 청구항 1 또는 2의 구성에 있어서, 상기 제2의 층의 재료는, 사용 파장에 있어서의 소광계수가 실질적으로 제로라고 하는 구성을 갖는다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 4에 기재된 발명은, 상기 청구항 1 또는 2의 구성에 있어서, 상기 제2의 층은, 높이가 10nm 이상 100nm 이하라고 하는 구성을 갖는다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 5에 기재된 발명은, 상기 청구항 1 내지 4 중 어느 한 구성에 있어서, 상기 사용 파장은, 200nm 이상 400nm 이하라는 구성을 갖는다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 6에 기재된 발명은, 상기 청구항 1 내지 5 중 어느 한 구성에 있어서, 상기 제1의 층은, 실리콘으로 형성되어 있다는 구성을 갖는다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 7에 기재된 발명은, 상기 청구항 1 또는 2의 구성에 있어서, 상기 제2의 층은, 산화티탄, 산화실리콘, 산화탄탈, 산화니오브, 알루미나, 산화하프늄, 이트리아, 지르코니아, 인듐산주석, 산화세륨, 산화텅스텐, 산화아연, 불화마그네슘 중 어느 한 종 이상의 재료로 이루어진다고 하는 구성을 갖는다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 8에 기재된 발명은, 투명 기판과, 투명 기판 상에 설치된 줄무늬 형상의 격자를 구비한 그리드 편광 소자를 제조하는 그리드 편광 소자 제조 방법으로서,
투명 기판 상에 제1의 박막을 제작하는 제1의 성막 공정과,
제1의 박막 상에 제2의 박막을 제작하는 제2의 성막 공정과,
제2의 박막을 에칭하여 제2의 박막을 줄무늬 형상의 제2층으로 하는 제1의 에칭 공정과,
줄무늬 형상으로 된 제2의 층을 마스크로 하여 제1의 박막을 에칭하여 제1의 층으로 하는 제2의 에칭 공정을 갖고 있으며,
제1의 성막 공정은, 편광 작용을 하는 재료로 제1의 박막을 제작하는 공정이며,
제2의 성막 공정은, 투광성의 재료로 제2의 박막을 제작하는 공정이며,
제조된 그리드 편광 소자에 있어서 제2의 층의 높이가 제1의 층보다 낮은 구조로 한다고 하는 구성을 갖는다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 9에 기재된 발명은, 상기 청구항 8의 구성에 있어서, 상기 제2의 에칭 공정에서는, 상기 제2의 박막이 제1의 박막보다 내성이 높은 에천트를 사용한다고 하는 구성을 갖는다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 10에 기재된 발명은, 상기 청구항 8 또는 9의 구성에 있어서, 상기 제2의 박막의 재료는, 사용 파장에 있어서의 소광계수가 실질적으로 제로라고 하는 구성을 갖는다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 11에 기재된 발명은, 상기 청구항 8 또는 9의 구성에 있어서, 상기 제2의 층은, 높이가 10nm 이상 100nm 이하라고 하는 구성을 갖는다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 12에 기재된 발명은, 상기 청구항 8 내지 11 중 어느 한 구성에 있어서, 상기 사용 파장은, 200nm 이상 400nm 이하라고 하는 구성을 갖는다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 13에 기재된 발명은, 상기 청구항 8 내지 12 중 어느 한 구성에 있어서, 상기 제1의 박막은, 실리콘으로 제작된다고 하는 구성을 갖는다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 14에 기재된 발명은, 상기 청구항 8 또는 9의 구성에 있어서, 상기 제2의 층은, 산화티탄, 산화실리콘, 산화탄탈, 산화니오브, 알루미나, 산화하프늄, 이트리아, 지르코니아, 인듐산주석, 산화세륨, 산화텅스텐, 산화아연, 불화마그네슘 중 어느 한 종 이상의 재료로 제작된다고 하는 구성을 갖는다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항 15에 기재된 발명은, 투명 기판과, 투명 기판 상에 설치된 복수의 선형부로 이루어지는 줄무늬 형상의 격자를 구비한 그리드 편광 소자를 제조하는 그리드 편광 소자 제조 방법으로서,
투명 기판 상에 제1의 박막을 제작하는 제1의 성막 공정과,
희생층용 제3의 박막을 제1의 박막 상에 제작하는 제3의 성막 공정과,
제3의 박막을 포토리소그래피에 의해 줄무늬 형상으로 하여 희생층을 형성하는 희생층 형성 공정과,
희생층의 측면을 포함하는 영역에 제2의 박막을 제작하는 제2의 성막 공정과,
희생층의 측면에 형성된 부분이 잔류한 상태로 제2의 박막을 에칭하는 제1의 에칭 공정과,
희생층을 제거하여 줄무늬 형상의 제2의 층을 형성하는 희생층 제거 공정과,
줄무늬 형상으로 된 제2의 층을 마스크로 하여 제1의 층을 에칭하는 제2의 에칭 공정을 갖고 있으며,
제1의 성막 공정은, 편광 작용을 갖게 하는 재료로 제1의 박막을 제작하는 공정이며,
제2의 성막 공정은, 투광성의 재료로 제2의 박막을 제작하는 공정이며,
제조된 그리드 편광 소자에 있어서 제2의 층의 높이가 제1의 층보다 낮은 구조로 한다고 하는 구성을 갖는다.
이하에서 설명하는 바와 같이, 본원의 청구항 1, 8 또는 15에 기재된 발명에 의하면, 격자가, 편광 작용을 갖는 주된 층으로서의 제1의 층과, 투광성을 갖고, 제1의 층보다도 높이가 낮은 캡층으로서의 제2의 층으로 이루어지므로, 제1의 층의 높이가 불균일해지지 않고, 편광 작용의 균일성이 향상된다.
또, 청구항 2 또는 9에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과에 추가해, 제2의 층이 내에칭성을 가지므로, 제2의 층용 박막을 두껍게 제작할 필요가 없어, 이 점에서 적합하다.
또, 청구항 3 또는 10에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과에 추가해, 제2의 층의 소광계수가 실질적으로 제로이므로, 제2의 층의 높이가 불균일해졌다고 해도 그에 따라 편광 작용의 균일성이 저하되지는 않는다.
또, 청구항 5 또는 12에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과에 추가해, 사용 파장이 200~400nm이므로, 광배향 처리와 같이 이 파장역의 편광광의 조사가 필요한 경우, 적절하게 사용될 수 있다.
또, 청구항 6 또는 13 기재된 발명에 의하면, 상기 효과에 추가해, 제1의 층이 실리콘으로 형성되므로, 미세 가공이 용이하다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본원 발명의 실시형태의 그리드 편광 소자의 단면 개략도이다.
도 2는 제1의 실시형태의 그리드 편광 소자 제조 방법을 나타낸 정면 단면 개략도이다.
도 3은 제2의 실시형태의 그리드 편광 소자 제조 방법의 개략도이다.
도 4는 실시형태의 방법에 의해 제조되는 그리드 편광 소자의 편광 작용 분포에 대해서 참고예의 그리드 편광 소자와 비교한 모식도이다.
도 5는 종래의 그리드 편광 소자의 제조 방법의 개략도이다.
도 6은 그리드 편광 소자의 제조에 있어서의 에칭 공정을 모식적으로 나타낸 정면 단면 개략도이다.
다음에, 본원 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 실시형태)에 대해서 설명한다.
도 1은, 본원 발명의 실시형태의 그리드 편광 소자의 단면 개략도이다. 도 1에 나타낸 그리드 편광 소자는, 투명 기판(1)과, 투명 기판(1) 상에 설치된 줄무늬 형상의 격자(2)로 이루어진다. 격자(2)는, 일정한 방향으로 연장되는 다수의 선형부(21)가 간격을 두고 형성된 구조를 갖는다. 도 1에서, 각 선형부(3)의 폭(격자 폭)이 w로 나타나고, 격자 간격이 t로 나타나 있다. 또, 각 선형부(3)의 높이를 h로 나타낸다.
격자(2)를 구성하는 각 선형부(3)는, 상하로 두 개의 층으로 형성되어 있으며, 격자(2)는, 전체적으로 하측의 제1의 층(31)과, 제1의 층(31) 상의 제2의 층(32)으로 구성되어 있다. 이들층(31, 32)도, 전체적으로는 격자형상이다. 전체적으로 격자형상을 이루는 제1의 층(31)은, 편광 작용을 하는 층이다. 제2의 층(32)은, 제조시에 제1의 층(31)을 보호하는 캡층으로서 설치되어 있다.
이 실시형태에서는, 제1의 층(31)은 실리콘으로 형성되어 있다. 편광 작용을 갖게 하는 제1의 층(31)의 재료로서 실리콘을 채용하는 것은, 종래의 와이어 그리드 편광 소자와는 상이한 사상에 의거하고 있다. 이하, 이 점에 대해서 설명한다.
종래의 와이어 그리드 편광 소자는, 반사형 그리드 편광 소자라고도 부를 수 있는 것이며, 격자(2)에 반사율이 높은 금속을 사용해, 격자(2)의 길이 방향으로 전계 성분을 갖는 직선 편광광을 반사시킴으로써 투명 기판(1)을 투과시키지 않도록 하는 것이다.
한편, 실시형태의 그리드 편광 소자는, 편광시키는 광의 파장을 흡수하는 재료를 포함하여 구성되는 각 선형부(3)를, 편광시키는 광의 파장과 동일한 정도 이하의 격자 간격 t로 배열시킨 줄무늬 형상의 격자(2)를 갖는 것이며, 흡수형 그리드 편광 소자라고도 부를 수 있는 것이다. 흡수형이라고는 해도, 가시광용 편광 필름 등에서 볼 수 있는 고분자에 의한 광의 흡수를 이용한다고 하는 것이 아니라, 전자 유도에 수반하여 발생하는 광의 감쇠를 이용하는 것이다.
제1의 층(31)의 재료로는, 어느 정도 소광계수가 큰 것이 바람직하다고 할 수 있다. 제1의 층(31)의 재료는, 감쇠계수가 0.8 정도 또는 그 이상인 것이 바람직하다. 그 이유에 대해서 이하에서 설명한다.
흡수형 와이어 그리드 편광 소자의 원리는, 투명 기판 상의 각 선형부(3)와 평행한 전계 성분을 갖는 광이 와이어중을 전파하면서, 각 선형부(3)를 구성하는 재료에 흡수되는 것에 의한다. 여기서, 흡수를 갖는 매질중을 x방향(선형부의 높이 방향)으로 전파하는 전계는, 이하의 수학식 1로 주어진다.
Figure 112014089565271-pat00001
수학식 1의 우변 최초의 exp의 항은 감쇠를 나타내고 있으며, 소광계수 k가 클수록, 짧은 전파 거리 x로 전계가 감쇠함을 알 수 있다. 따라서, 소광계수가 작은 재료로 제1의 층(31)을 형성한 경우, 소광비를 높게 하려면, 제1의 층(31)을 높게 하여 전반거리를 길게 할 필요가 있음을 알 수 있다. 그 한편, 격자 폭 w는, 격자 간격 t와 함께 파장에 의해서 최적의 폭이 정해진다. 즉, 소광계수가 작은 재료로 제1의 층(31)을 형성해 버리면, 격자(2)의 애스펙트비(격자 폭 w에 대한 선형부(3)의 높이 h의 비)를 높게 하지 않으면 안 되게 된다. 애스펙트비(h/w：도 1)가 높은 격자(2)는 일반적으로 제조가 어렵고, 또 기계적 강도도 약해지게 된다. 따라서, 어느 정도 높은 소광계수를 갖는 재료로 제1의 층(31)을 형성하는 것이 바람직하다. 상세한 설명은 생략하나, 발명자의 연구에 의하면, 0.8 정도의 소광계수를 갖는 재료로 제1의 층(31)을 형성하면, 소광비가 20을 넘는 고성능의 그리드 편광 소자를 얻을 수 있다. 따라서, 제1의 층(31)의 재료는, 감쇠계수가 0.8 정도 또는 그 이상인 것이 바람직하다.
구체적으로는, 이 실시형태에서는, 제1의 층(31)은, 스퍼터링과 같은 성막 기술로 제작된 막으로 형성되어 있으며 아몰퍼스 실리콘으로 되어 있다.
실시형태의 그리드 편광 소자에서는, 사용 파장으로서 200~400nm가 상정되어 있다. 아몰퍼스 실리콘 200~400nm의 파장역에서 2.6~3.3의 소광계수를 갖기 때문에, 제1의 층(31)의 재료로서 적합하게 선정되어 있다.
실리콘이 선정되어 있는 다른 이유는, 미세 가공이 용이한 점이다. 실리콘은 대표적인 반도체 재료이며, 각종 반도체 디바이스의 제조 기술로서 각종의 미세 가공 기술이 확립되어 있다. 이들 기술을 전용할 수 있는 점도, 제1의 층(31)의 재료로서 실리콘이 적합한 이유이다.
다음에, 제2의 층(32)에 대해서 설명한다. 제2의 층(32)은, 제1의 층(31)의 치수 형상의 균일성을 유지하기 위한 캡층으로서 설치된다. 상술한 바와 같이, 그리드 편광 소자의 제조에 있어서는, 에칭시의 에천트 분포의 불균일성에 의해, 형성되는 각 선형부(3)의 높이가 불균일해지기 쉽다. 이 점을 고려하여, 이 실시형태에서는, 격자(2)를 제1, 제2의 두 개의 층(31, 32)을 적층한 구조로 하고, 제1의 층(31)을 주된 층(편광 작용을 하는 층)으로 하고 있다.
제2의 층(32)은, 제1의 층(31)을 형성할 때의 이방성 에칭에 있어서, 형성하고 있는 제1의 층(31)의 상면을 덮고, 제1의 층(31)의 상면이 에천트에 노출되지 않도록 한다. 따라서, 제2의 층(32)은, 이방성 에칭이 완료되어 제1의 층(31)이 완전하게 형성된 시점에서, 제1의 층(31) 상에 잔류하고 있게 된다. 주된 편광 작용을 하는 층은 제1의 층(31)이므로, 제1의 층(31)의 형성 후에 제2의 층(32)을 제거하는 것도 생각할 수 있으나, 제2의 층(32)만 제거하는 것은 어렵다. 따라서, 제2의 층(32)을 그대로 잔류시킨 구조로 하고 있다.
이러한 제2의 층(32)의 재료를 선정할 때에는, 몇 가지의 점을 고려할 필요가 있다. 하나는, 사용 파장의 광의 투과성이다. 실시형태의 그리드 편광 소자는, 상술한 바와 같이 흡수형의 모델로 동작하는 편광 소자이다. 흡수형으로 동작하려면, 광이 제1의 층(31)에 도달해, 제1의 층(31) 중을 전반할 필요가 있다. 가령, 제2의 층(32)이 완전한 차광성의 재료로 형성되어 있으면, 제1의 층(31)에는 광이 도달하지 않게 되어, 제1의 층(31)이 편광 작용을 할 수 없게 된다. 제2의 층(32)이 알루미늄과 같은 금속으로 형성되어 있어서 실질적으로 100%의 반사율인 경우가, 이 예에 해당한다. 또한, 금속이어도 크롬계와 같이 얇게 함으로써 광투과성이 나오는 재료도 있다. 따라서, 제2의 층(32)으로서 사용할 수 없는 것은, 두께(높이)를 고려한 다음에, 사용 파장의 광을 실질적으로 100% 차광해 버리는 경우이다.
제2의 층(32)이 광투과성의 재료인 것을 전제로 한 경우, 다음에 검토해야 할 것은, 제2의 층(32)에 있어서 어느 정도의 흡수가 있는지에 관한 것이다. 제2의 층(32)의 특성의 바람직한 예로는, 사용 파장에 있어서, 제2의 층(32)의 소광계수가 실질적 제로인 것이다. 소광계수가 실질적으로 제로이면, 제2의 층(32)에 있어서의 흡수가 실질적으로 없게 되어, 광은 감쇠하지 않고 제1의 층(31)에 도달한다. 따라서, 제2의 층(32)은, 제조 프로세스에 있어서 제1의 층(31)을 덮는 기능을 발휘하면서, 제조 후에 있어서 제1의 층(31)의 편광 작용을 저해하지는 않는다. 「실질적으로 제로」란, 예를 들면 소광계수가 1 미만인 경우이며, 보다 바람직하게는 0.1 미만인 경우이다.
제2의 층(32)의 재료의 소광계수가 실질적으로 제로가 아니라, 어느 정도의 흡수가 있는 경우에 대해서 검토하면, 이 경우에는, 제2의 층(32)에 있어서도 흡수형의 편광 작용이 발생할 수 있음을 고려할 필요가 있다. 제2의 층(32)이 편광 작용을 갖는 경우에 문제가 되는 것은, 제2의 층(32)이, 종래 기술의 란에서 기술한 바와 같이 높이가 불균일해지는 것이다. 제2의 층(32)이 편광 작용을 갖고, 그 높이가 불균일해지면, 제1의 층(31) 및 제2의 층(32)으로 이루어지는 격자(2)가 하는 편광 작용이, 전체적으로 불균일해지게 되어, 상술한 바와 같은 문제가 발생할 수 있다.
실시형태의 그리드 편광 소자는, 이 점을 고려해, 제2의 층(32)의 높이를 제1의 층(31)보다 낮게 하고 있다. 예를 들면, 제2의 층(32)의 재료의 소광계수가 실질적으로 제로가 아닌 경우이며, 제1의 층(31)의 높이는 50~300nm 정도의 범위인 경우에는, 제2의 층(32)의 높이는, 10~100nm 정도의 범위에서 적절히 선정되며, 바람직하게는 10~40nm, 보다 바람직하게는 20~30nm이다.
가령, 제2의 층(32)이 편광 작용을 갖고, 제2의 층(32)의 높이가 불균일해졌다고 해도, 원래의 높이가 제1의 층(31)보다 낮기 때문에, 편광 소자 전체적으로 편광 작용의 면내 분포가 문제가 될 정도로 불균일해지지는 않는다. 또한, 「면내」란, 투명 기판(1)의 판면의 영역 내라는 의미이며, 편광 소자에 있어서 편광 작용의 면내 분포가 불균일해지면, 조사면의 조사 영역 내에서 편광광의 조사가 불균일해진다.
또한, 제2의 층(32)이 사용 파장의 광을 잘 흡수하는 재료로 형성되며, 전체적으로 격자형상인 제2의 층(32)에 있어서 높은 편광 작용이 발생하는 것도 일단은 가정할 수 있으나, 제1의 층(31)이 주된 편광 작용을 갖는 층이며, 사용 파장과의 관계에서 충분히 광을 흡수하는 재료가 선정된다. 제2의 층(32)은, 제1의 층(31)과는 상이한 재료로 형성되는 것이므로, 제1의 층(31)보다도 높은 편광 작용을 갖는 것은, 통상은 상정하기 어렵다. 따라서, 제2의 층(32)을 제1의 층(31)보다 낮게 형성해 두면, 편광 작용의 면내 분포 불균일화는 방지할 수 있다.
또, 제2의 층(32)은, 제1의 층(31)을 형성할 때의 에칭에 있어서의 제1의 층(31)의 캡용이기 때문에, 제2의 층(32)의 재료는, 제1의 층(31)을 형성할 때의 에천트에 대해 내성이 있는 것이 바람직하다. 통상, 에칭은 레지스트 패턴을 마스크로 하여 행해지는데, 레지스트 패턴도 에천트에 의해서 다소는 에칭되는 것을 피할 수 없다. 레지스트 패턴의 소모가 많아지면, 제1의 층(31)의 형성이 완료될 때까지 레지스트 패턴이 완전히 소실되어버릴 수 있다. 이 경우, 제1의 층(31)이 노출되게 되어, 캡층인 제2의 층(32)이 에천트에 대해 내성이 낮으면 제1의 층(31)까지 에칭되어 소실되어 버릴 수 있다. 따라서, 제2의 층(32)의 재료는, 제1의 층(31)을 형성할 때의 에천트에 대해 높은 내성을 갖는 것이 바람직하다. 「높은 내성」이란, 제1의 층(31)의 보호이므로, 제1의 층(31)에 비해 높다는 것이며, 제1의 층(31)을 에칭할 때에 사용되는 에천트에 대해서, 에칭 속도가 제1의 층(31)보다 낮다는 것이다.
또한, 제2의 층(32)이 에천트에 대해 낮은 내성을 갖는 경우라도, 제1의 층(31)의 형성이 완료된 시점에서 잔류하고 있으면 제1의 층(31)을 보호하는 목적은 달성할 수 있다. 따라서, 제1의 층(31)을 형성할 때의 에천트에 대해 제2의 층(32)의 재료의 내성이 낮은 경우에는, 그것을 예측하여 제2의 층(32)용 박막을 두껍게 형성해 두면 된다. 예를 들면, 제1의 층(31)을 형성할 때의 에천트에 대해 제2의 층(32)이 제1의 층(31)의 반분밖에 내성이 없는 경우(에칭 속도가 제1의 층(31)의 재료의 배인 경우), 제2의 층(32)용 박막을 제1의 층(31)용 박막의 두께의 배를 조금 넘는 정도의 두께로 형성해 두면, 제1의 층(31)의 형성이 완료된 시점에서도 제2의 층(32)은 잔류하게 된다.
구체적인 재료의 예를 나타내면, 제1의 층(31)이 상술한 바와 같이 실리콘으로 형성되는 경우, 제2의 층(32)은, 예를 들면 산화실리콘으로 형성될 수 있다. 산화실리콘이 스퍼터링과 같은 성막 기술에 의해 제작되는 막인 경우, 도시는 생략 하지만, 200~400nm에 있어서의 소광계수는 제로이며, 실리콘(아몰퍼스)의 소광계수 2.6~3.3에 비하면 충분히 작고, 실질적으로 제로로 할 수 있다.
또, 실리콘은, 예를 들면 CF4와 같은 불화탄소계 가스나 염소계의 가스의 플라즈마로 에칭할 수 있는데, 이 경우, 주지하는 바와 같이, 예를 들면 염소 가스의 플라즈마를 형성하여 에칭하면, 산화실리콘에 대해 실리콘을 선택적으로 에칭하는 것이 가능하게 된다. 즉, 산화실리콘은, 실리콘을 에칭할 때의 에천트에 대해 실리콘보다 에칭 속도가 충분히 낮다.
제2의 층(32)의 재료의 다른 예를 나타내면, 산화티탄, 산화탄탈, 산화니오브, 알루미나, 산화하프늄, 이트리아, 지르코니아, 인듐산주석, 산화세륨, 산화텅스텐, 산화아연, 불화마그네슘 등을 제2의 층(32)의 재료로서 선정할 수 있다. 산화실리콘도 포함시켜, 이들 각 재료는, 단체(單體)의 재료로서 제2의 층(32)을 형성해도 되고, 2종 이상의 재료로 제2의 층(32)을 형성해도 된다. 제2의 층(32)용 박막의 형성 방법으로는, 스퍼터링 외에, ALD(Atomic Layer Deposition)와 같은 열CVD 도 채용할 수 있다.
특히, 후술하는 도 3의 제조 방법에서 설명하는 바와 같이, 제1의 층(31)은 실리콘으로, 제2의 층(32)은 산화티탄으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 제작되는 박막은, 일반적으로는 성막 온도가 높아지면 결정화의 정도가 높아진다. 결정화의 정도가 높아지면, 밴드 구조에 유래한 광의 흡수가 나타나게 되므로, 일반적으로 소광계수가 높아진다. 따라서, 상술한 각 재료로 제2의 층(32)을 형성하는 경우, 아몰퍼스 상태로 하는 것이 바람직한 경우가 많다.
각 층의 높이에 대해서 설명하면, 제1의 층(31)의 높이는 50~300nm 정도의 범위에서 적당히 선정되며, 예를 들면 100nm 정도가 된다. 또, 제2의 층(32)의 높이는, 10~100nm 정도의 범위에서 적당히 선정되며, 바람직하게는 10~40nm, 보다 바람직하게는 20~30nm이며, 예를 들면 30nm 정도가 된다.
제1 및 제2의 층(31, 32)으로 이루어지는 격자(2)의 치수에 대해서는, 몇 가지 관점에서 검토가 필요하다. 일반적으로, 그리드 편광 소자는, 각 선형부(3)의 높이가 높을수록, 소광비는 높아진다. 흡수형인 경우, 각 선형부(3)를 전반하는 과정에서의 s편광광의 감쇠를 이용하므로, 이 경향은 현저하다. 그 한편, 각 선형부(3)의 높이가 높아지면, 투과율은 저하한다. 또, 각 선형부(3)의 폭에 대한 높이의 비(애스펙트비)가 높아지면, 각 선형부(3)의 기계적 강도가 저하해, 도괴되기 쉬워진다. 따라서, 각 선형부(3)의 높이는, 소광비, 투과율 및 기계적 강도를 고려하여 결정할 필요가 있으며, 예를 들면, 격자 폭 w가 10~50nm 정도인 경우, 제1 및 제2의 층(31, 32)으로 이루어지는 격자(2)의 높이 h는, 60nm~400nm 정도의 범위에서 적당히 선정된다. 이 중, 편광 작용을 하는 제1의 층(31)은, 충분한 소광비를 얻는 관점에서 50~300nm 정도인 것이 바람직하다. 또한, 각 선형부(3)의 애스펙트비에 대해서는, 2~20 정도의 범위에서 적당히 선정할 수 있으며, 예를 들면 애스펙트비 5로 할 수 있다.
다음에, 이러한 실시형태의 그리드 편광 소자의 제조 방법에 대해서 설명한다. 이하의 설명은, 그리드 편광 소자 제조 방법의 발명의 실시형태의 설명이기도 하다.
도 2는, 제1의 실시형태의 그리드 편광 소자 제조 방법을 나타낸 정면 단면 개략도이다. 실시형태의 그리드 편광 소자를 제조하는 경우, 우선, 도 2(1)에 나타낸 바와 같이, 투명 기판(1) 상에 제1의 박막(41)을 제작하는 제1의 성막 공정이 행해진다. 제1의 박막(41)은, 제1의 층(31)이 되는 것이며, 실리콘으로 이루어지는 막이다. 이 실시형태에서는, 제1의 박막(41)은 아몰퍼스 실리콘이며, 예를 들면 스퍼터링에 의해 제작된다. 막 두께는, 제1의 층(31)의 높이에 상당하고 있으며, 예를 들면 50~200nm이다.
제1의 성막 공정 후에, 도 2(2)에 나타낸 바와 같이, 제1의 박막(41) 상에 제2의 박막(42)을 제작하는 제2의 성막 공정이 행해진다. 제2의 박막(42)은 제2의 층(32)이 되는 것이며, 이 실시형태에서는 산화실리콘으로 이루어지는 막이다. 산화실리콘막은, 마찬가지로 스퍼터링에 의해 제작된다. 산화실리콘제의 타겟을 스퍼터하여 산화실리콘막을 제작하는데, 유전체 타겟의 스퍼터이므로, 고주파 전압을 인가함으로써 스퍼터링을 행한다.
다음에, 도 2(3)에 나타낸 바와 같이, 레지스트 패턴의 형성이 행해진다. 즉, 제2의 박막(42) 상에 포토레지스트를 도포하고, 프리베이크(prebake), 노광, 현상 및 포스트베이크(postbake) 등을 행하여 레지스트 패턴(5)을 형성한다. 이 레지스트 패턴(5)은, 격자(2)의 패턴에 상당하는 것으로, 줄무늬 형상(라인 앤드 스페이스)이다.
다음에, 형성된 레지스트 패턴(5)을 마스크로 하여 제1 및 제2의 박막(41, 42)을 에칭하는 제1 및 제2의 에칭 공정이 행해진다. 이 때, 에칭 공정에 앞서, 레지스트 패턴(5)을 산소 플라즈마에 노출시켜, 부분적으로 애싱(Ashing)하여 패턴을 작게 하는 처리(시링크(shrink) 처리)가 행해진다. 이것은, 포토리소그래피의 해상도를 넘는 가는 선 폭으로 라인을 형성하기 위함이다.
시링크 처리 후에, 제2의 박막(42)을 에칭할 수 있는 에천트를 사용해, 우선 제1의 에칭 공정이 행해진다. 예를 들면 제2의 박막(42)이 산화실리콘인 경우, CF4와 같은 불화탄소계 가스와 산소의 혼합 가스를 사용해, 고주파 방전에 의해서 플라즈마를 형성하고, 바이어스 전계를 설정한다. 바이어스 전계에 의해서 이온이 빼내어, 제2의 박막(42)이 이방성 에칭된다. 그 결과, 도 2(4)에 나타낸 바와 같이, 제2의 층(32)이 형성된다. 또한, 플라즈마에는, 방전 방식의 차이에 유도 결합형과 용량 결합형이 있는데, 유도 결합형 플라즈마가 플라즈마 밀도가 높기 때문에, 생산성의 점에서 적절하다.
다음에, 제1의 박막(41)을 에칭할 수 있는 에천트를 사용해, 제1의 박막(41)을 에칭한다. 예를 들면 제1의 박막(41)이 실리콘인 경우, 염소 가스를 사용해, 마찬가지로 유도 결합 플라즈마에 의해 이방성 에칭한다. 그 결과, 도 2(5)에 나타낸 바와 같이, 제1의 층(31)이 형성된다. 그 후, 레지스트 패턴(5)을 애싱하여 제거하면, 도 2(6)에 나타낸 바와 같이, 실시형태의 그리드 편광 소자가 얻어진다.
상기 설명에서는, 제1의 박막(41)을 에칭하여 제1의 층(31)을 형성할 때, 레지스트 패턴(5)은, 소모가 있어도 잔류하도록 설명했는데, 레지스트 패턴(5)이 전부 소모되어버리는 일이 있을 수 있다. 이 경우, 제2의 층(32)이 에칭될 수 있지만, 에칭되는 경우라도, 완전히는 에칭되지 않고 잔류한다. 이 상태를 나타낸 것이, 도 2(6')이다. 실시형태의 제조 방법에서는, 도 2의 (6)이나 (6')의 구조로 그리드 편광 소자가 제조되게 된다.
도 2(6')에 나타낸 바와 같이, 실시형태의 제조 방법에서는, 격자(2)를 구성하는 제2의 층(32)이 일부 에칭되는 경우가 있다. 이 경우, 이 에칭은 투명 기판(1)의 주변부에서 커지기 쉬워, 따라서 제2의 층(32)의 높이가 불균일해지기 쉽다. 그 경우에도, 제2의 층(32)은, 높이가 제1의 층(31)보다도 낮기 때문에, 전체적으로 편광 작용이 불균일해지지는 않는다. 또한, 제2의 층(32)의 높이가 최종적으로 제1의 층(31)보다도 낮게 되도록, 제1 및 제2의 각 박막(41, 42)의 두께가 선정된다.
다음에, 제2의 실시형태의 그리드 편광 소자 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 3은, 제2의 실시형태의 그리드 편광 소자 제조 방법의 개략도이다.
도 3에 나타낸 실시형태의 방법은, 보다 미세한 구조의 그리드 편광 소자를 제조하기 위해서, 희생층을 일시적인 층으로서 형성하는 방법이다. 상술한 바와 같이, 그리드 편광 소자에 있어서, 격자 간격 t는, 편광시키는 광의 파장과 동일한 정도 이하로 하는 것이 필요하고, 파장이 짧아지면 격자 간격 t도 좁게 할 필요가 있다. 그 한편, 격자 간격 t가 좁아지면, 미세 가공 기술이 발달했다고는 해도, 단순히 줄무늬 형상의 레지스트 패턴(5)을 형성하여 에칭하는 것만으로는, 충분한 치수 형상 정도로 격자(2)를 형성하는 것이 어려워진다.
도 3에 나타낸 실시형태는, 이 점을 고려한 것이다. 구체적으로 설명하면, 이 실시형태에서도, 투명 기판(1) 상에 제1의 박막(41)이 형성된다. 그리고, 제1의 박막(41) 상에, 희생층용 제3의 박막(43)이 제작된다. 그리고, 이 제3의 박막(43) 상에, 도 3(2)에 나타낸 바와 같이, 동일하게 포토리소그래피에 의해 레지스트 패턴(5)이 형성된다. 레지스트 패턴(5)은, 형성하는 격자(2)의 형상에 적합한 줄무늬 형상이다.
다음에, 레지스트 패턴(5)을 마스크로 하여 제3의 박막(43)을 에칭하고, 도 3(3)에 나타낸 바와 같이, 각 희생층(6)을 형성한다. 각 희생층(6)은, 레지스트 패턴(5)의 형상을 따른 줄무늬 형상을 이루고 있다. 각 희생층(6)을 형성 후, 레지스트 패턴(5)을 제거한다.
다음에, 도 3(4)에 나타낸 바와 같이, 각 희생층(6)을 덮도록 하여 제2의 박막(42)을 형성한다. 제2의 박막(42)은, 각 희생층(6)의 상면, 측면 및 각 희생층(6) 사이의 제1의 박막(41)의 노출면에 형성된다.
다음에, 제2의 박막(42)의 재료를 에칭할 수 있는 에천트를 사용해, 제2의 박막(42)을 이방성 에칭하는 제1의 에칭 공정을 행한다. 그 결과, 도 3(5)에 나타낸 바와 같이, 제2의 박막(42)은, 각 희생층(6)의 측면에 퇴적한 것만이 되며, 제2의 층(32)이 형성된다.
다음에, 희생층(6)만을 에칭할 수 있는 에천트를 사용해, 희생층(6)을 에칭하여 제거한다. 그 결과, 도 3(6)에 나타낸 바와 같이, 제1의 박막(41) 상에 줄무늬 형상으로 각 제2의 층(32)만이 돌출하여 형성된 상태가 된다. 희생층(6)의 에칭은, RIE와 같은 드라이 에칭인 경우가 많은데, 웨트 에칭인 경우도 있다.
다음에, 각 제2의 층(32)을 마스크로 하여 제1의 박막(41)을 에칭하여 제1의 층(31)을 형성하는 제2의 에칭 공정을 행한다. 각 제2의 층(32)의 재료에 대해 선택성이 있는 에천트를 사용해, 제1의 박막(41)만을 선택적으로 에칭한다. 그 결과, 도 3(7)에 나타낸 바와 같이, 제1의 층(31) 상에 제2의 층(32)이 잔류한 구조의 격자(2)로 이루어지는 그리드 편광 소자가 얻어진다.
이 실시형태의 제조 방법에 의하면, 각 희생층(6)의 각 측면에 제2의 박막(42)을 퇴적시켜 각 제2의 층(32)을 형성하므로, 각 제2의 층(32)의 폭이나 이격 간격을 좁게 하는 것이 가능하다. 이 때문에, 각 제1의 층(31)에 대해서도 폭이나 이격 간격을 좁게 할 수 있어, 보다 단파장용의 미세한 격자 구조를 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 이 실시형태의 제조 방법에 있어서 일시적으로 형성되는 희생층(6)의 재료로는, 각 제2의 층(32)의 형성 후에 에칭하여 희생층(6)을 제거할 때, 각 제2의 층(32)이나 제1의 박막(41)까지 에칭해버리지 않는 재료가 아닌 이상, 임의의 재료를 사용할 수 있다.
특히 이 실시형태의 제조 방법에서는, 제2의 박막(42)을 희생층(6) 상에 불균일없이 형성하는 것이 필요한데, 산화티탄을 제2의 박막(42)으로서 제작하는 경우, ALD에 의해 커버리지성 좋게 불균일없이 제작하는 것이 용이하므로, 바람직하다. 또, 제2의 박막(42)은, 도 3(6)에 나타낸 제2의 박막(32)의 패턴(줄무늬 형상 패턴)을 형성하기 위한 에칭에 있어서 적당히 에칭되는 재료인 것이 필요한 한편, 제1의 박막(41)의 에칭에 있어서는 내에칭성을 갖는 재료인 것이 필요하게 된다. 제2의 박막(42)으로서 산화티탄을 이용하면, 줄무늬 형상 패턴으로 하기 위한 에칭을 양호하게 행할 수 있음과 더불어, 제1의 박막(41)을 에칭하여 제1의 층(31)을 형성할 때에 제1의 층(31)에 대한 보호층으로서 양호하게 기능시킬 수 있다.
[실시예 1]
다음에, 상기 실시형태에 속하는 실시예에 대해서 설명한다.
실시예의 그리드 편광 소자 제조 방법에서는, 합성 석영으로 이루어지는 투명 기판 상에, 제1의 박막으로서 실리콘막이 마그네트론 스퍼터 장치에 의해 100nm의 두께로 제작된다. 이 때, 투명 기판을 올려놓은 스테이지의 온도는 실온이며, 프로세스 가스로서 아르곤을 30sccm의 유량으로 챔버에 도입된다. 이 상태에서, 타겟인 실리콘에 13.56MHz의 고주파가 300W 인가된다.
상기 고주파에 의해 아르곤 가스는 해리되어 플라즈마 상태가 되고, 아르곤 이온이 생성된다. 생성된 아르곤 이온은, 음전위인 실리콘 타겟에 가속하면서 충돌하여, 타겟으로부터 실리콘을 배출시킨다. 배출된 실리콘은, 타겟과 대향하도록 배치된 투명 기판 상에 퇴적되고, 성막이 진행하게 된다. 10분간의 고주파 인가로, 100nm의 실리콘막이 투명 기판(1) 상에 퇴적된다.
다음에, 타겟 재료를 산화실리콘으로서 상술과 같은 조건으로 13분간의 고주파 인가가 행해지고, 제1의 박막(실리콘막) 상에 제2의 박막으로서 산화실리콘막을 50nm의 두께로 제작된다.
다음에, 산화실리콘막의 표면에 포토레지스트가 스핀 코터에 의해 도포된다. 사용되는 포토레지스트는 도쿄오카 공업 주식회사 제조의 TDUR-P338EM이며, 예를 들면 회전수 4000rpm인 조건으로 150nm 도포된다.
다음에, 상기 포토레지스트에 대해 100℃에서 소프트베이크가 행해진 후, KrF 스테퍼에 의해 줄무늬 형상 패턴(라인 앤드 스페이스)의 노광이 행해진다. 라인의 폭과 스페이스의 폭은, 예를 들면 1:1이며, 각 150nm가 된다.
이 노광 후, 100℃에서 포토레지스트의 포스트베이크가 행해지고, 그 후, 도쿄오카 공업 주식회사 제조의 현상액 NMD-3에 의해 현상 처리가 행해진다.
상기 노광·현상 후, ICP(유도 결합 플라즈마) 드라이 에칭 장치에 의해 드라이 에칭 처리가 행해진다. 우선, 산소 가스 플라즈마에 의해, 레지스트 패턴의 폭이 75nm 폭에서 30nm 폭 정도로 시링크된다. 이 시링크 처리의 조건은, 분위기 압력 1Pa, 유도 결합용 안테나로의 투입 전력 100W, 투명 기판을 올려놓은 스테이지의 온도 20℃, 산소 가스의 유량 100SCCM이 되고, 30초 처리된다.
그 후, 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 제2의 박막인 산화실리콘막을 에칭하는 제1의 에칭 공정이 행해진다. 처리 조건은, 분위기 압력 1Pa, 안테나로의 투입 전력 500W, 바이어스 전력 300W, 스테이지의 온도 20℃, 산소 가스의 유량 5sccm, CF4 가스의 유량 30sccm이 되고, 30초 처리된다.
다음에, 제2의 에칭 공정으로서, 상기 제1의 에칭 공정에 의해 형성된 각 제2의 층을 마스크로 하여, 제1의 박막인 실리콘막이 에칭된다. 처리 조건은, 분위기 압력 1Pa, 안테나로의 투입 전력 600W, 바이어스 전력 50W, 스테이지의 온도 20℃로 하고, 프로세스 가스로서의 염소 가스를 유량 30sccm로, 60초 처리된다. 그 후, 레지스트 패턴을 레지스터 제거용 용매에 의해 제거함으로써, 실시예의 그리드 편광 소자가 얻어진다.
다음에, 상술한 실시형태의 방법에 의해 제조되는 그리드 편광 소자에 있어서의 편광 작용 균일성 향상의 효과에 대해서 시뮬레이션 한 결과에 대해서 설명한다.
도 4는, 실시형태의 방법에 의해 제조되는 그리드 편광 소자의 편광 작용 분포에 대해서 참고예의 그리드 편광 소자와 비교한 모식도이다. 도 4에 나타낸 시뮬레이션에서는, 격자(2)를 구성하는 각 선형부(3)가 실리콘만으로 이루어지는 경우를 참고예로 하고, 제1의 층(31)으로서의 실리콘의 층과 제2의 층(32)으로서의 산화실리콘의 층으로 이루어지는 경우를 실시예로 하여 비교했다. 또한, 각 선형부(3)를 형성할 때의 에칭 처리는, 참고예와 실시예에서 동일한 에칭 장치를 이용하고, 동일한 처리 조건인 것을 전제로 했다. 따라서, 에천트의 분포도 참고예와 실시예에서 동일한 것을 전제로 했다.
도 4(1)에 나타낸 참고예에서는, 실리콘으로 이루어지는 박막을 에칭하여 각 선형부(3)를 형성한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 에천트의 불균일한 분포에 의해, 각 선형부(3)의 높이는 불균일해진다. 도 4(1-1)에 주변부에 있어서의 선형부의 높이가 hp로 나타나고, (1-2)에 투명 기판(1)의 중앙부에 있어서의 선형부(3)의 높이가 hc로 나타나 있다. 상술한 바와 같이, 주변부에서는 에천트의 양이 많기 때문에, hp＜hc가 된다.
한편, 실시예에서는, 제1의 층(31)으로서의 실리콘층 상에 제2의 층(32)으로서의 산화실리콘층이 존재하고 있는데, 동일한 편광 작용을 하는 것을 전제로, 제1의 층(31)의 높이를, 참고예에 있어서의 설계치 hc와 같은 것으로 한다. 참고예에 있어서, 중앙부의 선형부(3)는 막 감소가 없다고 가정할 수 있고, 높이가 설계치 hc라고 할 수 있기 때문에, 실시예의 그리드 편광 소자에서는, 각 제1의 층(31)의 높이 hc1, hp1이, hc와 동일하다고 가정할 수 있다.
이 경우, 실시예의 그리드 편광 소자에 있어서의 제2의 층(32)에 대해서, 중앙부의 높이를 hc2, hp2로 하면, 마찬가지로 에천트의 불균일성으로부터, hp2＜hc2가 된다.
상술한 바와 같이, 마찬가지로 에천트는 불균일에 분포하고 있으며, 에칭 완료 후의 각 선형부(3)의 높이 분포의 불균일성은 동일하다.
또, 사용 파장은 365nm인 것을 전제로 했다. 실리콘의 광학 상수는, n=4.03, k=3.04로 하고, 산화실리콘의 광학 상수는, n=1.56, k=0으로 했다. 참고예에 있어서, 실리콘으로 이루어지는 각 선형부(3)의 높이는, hc=100nm, hp=(70)nm로 했다. 또 실시예에 대해서는, hc1=hp1=100nm, hc2=40nm, hp2=10nm로 했다. 격자 폭 w는, 어느 경우에도 25nm로 하고, 격자 간격 t는 어느 경우에도 150nm로 했다.
이상을 전제로, 그리드 편광 소자로서의 특성이 어떻게 되는지 시뮬레이션 했다. 시뮬레이션은, RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysis)법을 이용하여 행해지고, 미국 국립 표준 기술 연구소(NIST)가 배포하고 있는 소프트웨어(http://physi cs.nist.gov/Divisions/Div844/facilities/scatmech/html/grating.htm)를 사용해, 투명 기판(1)의 중앙부와 주변부에서, 파장 365nm인 광의 소광비 ER과 투과율 TR을 산출했다. 이 결과가, 도 4 중에 기재되어 있다.
도 4(1-2)에 나타낸 바와 같이, 참고예에서는, 중앙부의 소광비 ER은 46, 투과율 TR은 43.7%이다. 또, 도 4(1-1)에 나타낸 바와 같이, 주변부의 소광비 ER은 16, 투과율 TR은 47.4%이다. 즉, 참고예에서는, 주변부의 소광비 ER은, 중앙부의 반분 이하로 저하되어 있다. 또한, 주변부에서 투과율 TR이 약간 높은 이유는, 선형부(3)의 높이가 낮기 때문에 p편광광의 감쇠가 중앙부에 비해 적은 것에 의한다고 추측된다.
한편, 실시예에서는, 도 4(2-2)에 나타낸 바와 같이, 중앙부의 소광비 ER은 45, 투과율 TR은 42.9%이며, 도 4(2-1)에 나타낸 바와 같이 주변부의 소광비 ER은 45, 투과율 TR은 43.2%이다. 즉, 소광비 ER은, 중앙부와 주변부에서 동일하며, 균일하게 되어 있다. 이것은, 제1의 층(31)의 높이가 중앙부와 주변부에서 동일했기 때문이며, 제2의 층(32)에서는 실질적으로 흡수가 없기 때문에, 이 부분에서 편광 작용이 발생하지 않기 때문이다. 혹은, 제2의 층(32)에서의 흡수가 적고, 또 높이가 낮기 때문에, 소광비 ER의 차로서 나타나지 않는 것이라고 추측된다. 또한, 투과율 TR이 주변부에 있어서 약간 높은 것은 동일한 이유로, 제2의 층의 높이가 낮기 때문에 흡수가 적은 것에 의한 것이라고 추측된다.
이와 같이, 실시예의 그리드 편광 소자에 의하면, 편광 작용을 갖는 주된 층으로서의 제1의 층(31)의 높이가 일정하기 때문에, 편광 작용의 면내 균일성이 향상되는 것이 시뮬레이션에 의해서 확인되었다.
또한, 상기 각 실시형태 및 실시예의 설명에 있어서, 그리드 편광 소자는 투명 기판(1)이 수평인 자세로 배치되는 것을 전제로 하고, 제1의 층(31)이나 제2의 층(32)에 대해서 「높이」라고 표현했는데, 그리드 편광 소자는, 수평 이외의 자세로 배치되는(예를 들면, 수직으로 세워서 배치되는) 경우도 있다. 제1의 층(31)이나 제2의 층(32)의 「높이」는, 상위 개념으로는, 광의 전반방향의 길이라는 것이 된다.
1:투명 기판
2:격자
3:선형부
31:제1의 층
32:제2의 층
41:제1의 박막
42:제2의 박막
5:레지스트 패턴
6:희생층

Claims (15)

  1. 편광시키는 광의 파장으로서 200nm 이상 400nm 이하인 사용 파장에 있어서 투명한 투명 기판과, 투명 기판 상에 설치된 줄무늬 형상의 격자를 구비한 흡수형의 그리드 편광 소자를 제조하는 그리드 편광 소자 제조 방법으로서,
    투명 기판 상에 제1의 박막을 제작하는 제1의 성막 공정과,
    제1의 박막 상에 제2의 박막을 제작하는 제2의 성막 공정과,
    제2의 박막 상에 줄무늬 형상의 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
    형성된 레지스트 패턴을 마스크로 하여 제2의 박막을 에칭하여 제2의 박막을 줄무늬 형상의 제2의 층으로 하는 제1의 에칭 공정과,
    줄무늬 형상으로 된 제2의 층을 마스크로 하여 제1의 박막을 에칭하여 제1의 층으로 하는 제2의 에칭 공정을 갖고 있으며,
    제1의 성막 공정은, 200nm 이상 400nm 이하의 파장역에 있어서 소광계수가 2.6 이상 3.3 이하가 되는 성막 방법으로 아몰퍼스 실리콘막을 제1의 박막으로서 제작하는 공정이며,
    제2의 성막 공정은, 투광성의 재료로 제2의 박막을 제작하는 공정이며, 제2의 박막의 재료는, 200nm 이상 400nm 이하인 사용 파장에 있어서의 소광계수가 1 미만이고,
    제2의 에칭 공정에 있어서, 제2의 박막은 제1의 박막의 에칭 속도보다 느린 속도로 에칭됨과 함께, 제2의 박막은, 제1의 박막의 에칭의 종료 시에 줄무늬 형상을 이루는 각 선형부에 있어서 잔류하여 제2의 층을 형성하고, 이 결과, 각 선형부에 있어서 제2의 층의 높이가 제1의 층보다 낮은 구조로 하는 것을 특징으로 하는 그리드 편광 소자의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2의 층은, 높이가 10nm 이상 40nm 이하인 것을 특징으로 하는 그리드 편광 소자의 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제2의 층은, 산화티탄, 산화실리콘, 산화탄탈, 산화니오브, 알루미나, 산화하프늄, 이트리아, 지르코니아, 인듐산주석, 산화세륨, 산화텅스텐, 산화아연, 불화마그네슘 중 어느 한 종 이상의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 그리드 편광 소자의 제조 방법.
  4. 편광시키는 광의 파장으로서 200nm 이상 400nm 이하인 사용 파장에 있어서 투명한 투명 기판과, 투명 기판 상에 설치된 줄무늬 형상의 격자를 구비한 흡수형의 그리드 편광 소자를 제조하는 그리드 편광 소자 제조 방법으로서,
    투명 기판 상에 제1의 박막을 제작하는 제1의 성막 공정과,
    희생층용의 제3의 박막을 제1의 박막 상에 제작하는 제3의 성막 공정과,
    제3의 박막을 포토리소그래피에 의해 줄무늬 형상으로 하여 희생층을 형성하는 희생층 형성 공정과,
    희생층의 측면을 포함하는 영역에 제2의 박막을 제작하는 제2의 성막 공정과,
    희생층의 측면에 형성된 부분이 잔류한 상태로 제2의 박막을 에칭하는 제1의 에칭 공정과,
    희생층을 제거하여, 줄무늬 형상의 제2의 층을 형성하는 희생층 제거 공정과,
    줄무늬 형상으로 된 제2의 층을 마스크로 하여 제1의 박막을 에칭하여 제1의 층을 형성하는 제2의 에칭 공정을 갖고 있으며,
    제1의 성막 공정은, 200nm 이상 400nm 이하의 파장역에 있어서 소광계수가 2.6 이상 3.3 이하가 되는 성막 방법으로 아몰퍼스 실리콘막을 제1의 박막으로서 제작하는 공정이며,
    제2의 성막 공정은, 투광성의 재료로 제2의 박막을 제작하는 공정이며, 제2의 박막의 재료는, 200nm 이상 400nm 이하인 사용 파장에 있어서의 소광계수가 1 미만이고,
    제2의 에칭 공정에 있어서, 제2의 박막은 제1의 박막의 에칭 속도보다 느린 속도로 에칭됨과 함께, 제2의 박막은, 제1의 박막의 에칭의 종료 시에 줄무늬 형상을 이루는 각 선형부에 있어서 잔류하여 제2의 층을 형성하고, 이 결과, 각 선형부에 있어서 제2의 층의 높이가 제1의 층보다 낮은 구조로 하는 것을 특징으로 하는 그리드 편광 소자의 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2의 층은, 산화티탄, 산화실리콘, 산화탄탈, 산화니오브, 알루미나, 산화하프늄, 이트리아, 지르코니아, 인듐산주석, 산화세륨, 산화텅스텐, 산화아연, 불화마그네슘 중 어느 한 종 이상의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 그리드 편광 소자의 제조 방법.

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