KR20210012005A - 진공 자외광 편광 소자, 진공 자외광 편광 장치, 진공 자외광 편광 방법 및 배향 방법 - Google Patents

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KR20210012005A
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Abstract

(과제) 광배향 등의 처리에 사용할 수 있는 진공 자외광 편광 소자의 보다 적절한 구성을 제시하고, 진공 자외광에 의한 광배향의 적절한 기술 구성을 제공한다.
(해결 수단) 투명한 기판(1) 상에 형성된 그리드(2)는, 평행하게 연장되는 다수의 선형부(3)로 이루어진다. 각 선형부(3)의 재료는, 산화하프늄과 같은 제3 또는 4족의 원소의 산화물이며, PE=T2×log10(ER)(단, T는 투과율, ER은 소광비)로 얻어지는 PE가 진공 자외역에서 가장 높아지는 광학 상수의 조합에 있어서 PE가 0.2 이상인 재료이다. 각 선형부(3) 사이는 공간이며 충전물은 없고, 진공 자외광 편광 소자(6)가 배치된 공간은 불활성 가스로 치환된다. 광배향을 행하는 경우, 워크(10)는 진공 자외광 편광 소자(6)로부터 1~20mm 이하의 위치가 되고, 진공 자외광의 조사량은 40~4000mJ/mm2 이하가 된다.

Description

진공 자외광 편광 소자, 진공 자외광 편광 장치, 진공 자외광 편광 방법 및 배향 방법
본원의 발명은, 파장 200nm 이하의 진공 자외광을 편광시키는 기술, 및 분자 구조에 일정한 방향성이 주어진 배향층을 워크에 형성하는 기술에 관한 것이다.
각종 편광 소자 중에서도, 투명 기판 상에 미세한 줄무늬형상의 그리드를 형성한 구조의 그리드 편광 소자는, 비교적 큰 조사 에리어에 대해 편광광을 조사할 수 있는 점에서, 이용이 확대되고 있다. 이 중, 부재 중의 분자 구조에 일정한 방향성을 주는 배향 처리의 분야에서는, 편광광의 조사에 의해 이를 행하는 것이 실용화되어 있으며, 일반적으로 광배향이라 불린다.
광배향에서는, 보다 에너지가 높은 파장을 조사하여 처리의 효율화를 도모하기 위해, 편광광의 파장은 보다 짧은 것으로 되어 있다. 즉, 당초에는, 가시의 단파장역이었는데, 최근에는 자외광이 많이 사용되도록 되어 있으며, 365nm와 같은 근자외광도 사용되도록 되어 오고 있다.
이러한 단파장화를 위해서, 그리드 편광 소자도, 이전에는 알루미늄과 같은 금속을 그리드 재료로 한 반사형의 것(와이어 그리드 편광 소자)이 사용되고 있었는데, 단파장역에서의 광의 흡수를 이용한 흡수형의 그리드 편광 소자가 개발되어, 사용되고 있다.
또한, 그리드 편광 소자에 있어서, 그리드는, 서로 평행하게 연장되는 다수의 선형부로 이루어지는 줄무늬형상이다. 각 선형부 사이의 간격(갭 폭)을 광의 파장에 대해 적절히 짧게 하면, 그리드로부터는, 각 선형부의 길이 방향에 수직인 방향으로 전계 성분을 가지는 직선 편광광만이 출사된다. 이 때문에, 그리드 편광 소자의 자세를 제어하여, 그리드의 각 선형부의 길이 방향이 원하는 방향을 향하도록 함으로써, 편광광의 축(전계 성분의 방향)이 원하는 방향을 향한 편광광이 얻어지게 된다.
이하, 설명의 편의상, 전계가 그리드의 각 선형부의 길이 방향을 향하고 있는 직선 편광광을 s편광광이라 부르고, 길이 방향에 수직인 방향으로 전계가 향하고 있는 직선 편광광을 p편광광이라 부른다. 통상, 입사면(반사면에 수직이며 입사 광선과 반사광선을 포함하는 면)에 대해 전계가 수직인 것을 s파, 평행한 것을 p파라 부르는데, 각 선형부의 길이 방향이 입사면에 대해 수직인 것을 전제로 하여, 이와 같이 구별한다.
이러한 편광 소자의 성능을 나타내는 기본적인 지표는, 소광비 ER과 투과율 T이다. 소광비 ER은, 편광 소자를 투과한 편광광의 강도 중, s편광광의 강도(Is)에 대한 p편광광의 강도(Ip)의 비이다(Ip/Is). 또, 투과율 T는, 입사되는 s편광광과 p편광광의 전체 에너지 Iin에 대한 출사 p편광광의 에너지의 비이다(T=Ip/Iin). 이상적인 편광 소자는, 소광비 ER=∞, 투과율 T=50%가 된다.
일본국 특허공개 2015-125280호 공보 일본국 특허 4778958호 공보
그리드 편광 소자는, 광배향과 같은 광 처리에 이용되는 경우가 많고, 상기와 같이 처리의 효율화를 위해서, 보다 단파장화되어 오고 있다. 따라서, 근자외역보다 더욱 짧은 진공 자외광(파장 200nm 이하)에 대하여 편광할 수 있도록 하는 것도 생각된다. 그러나, 200nm 이하의 파장역이 되면, 에너지가 너무 높아져, 대상물의 분자 구조를 파괴해버리는 등, 원하는 처리를 하기 이전의 문제를 일으켜버릴 가능성이 있다. 진공 자외광은, 유해한 유기물 등을 광조사에 의해 분해하여 제거하는 광 세정의 분야에 있어서 자주 사용되는 파장역이며, 이 점에서도, 진공 자외광은, 광배향과 같은 광 처리에는 사용할 수 없다고 생각된다.
이러한 점에서, 진공 자외광을 편광시키는 그리드 편광 소자는, 지금까지 의도되지 않아, 연구는 되어 있지 않다. 이 때문에, 진공 자외광을 편광시키는 그리드 편광 소자에 대해서는, 적절한 그리드 재료나 특성 등의 점도 포함하여, 구체적인 교시를 한 문헌은 존재하지 않는다.
이러한 상황이기는 하지만, 적절한 조사 조건을 설정하면, 진공 자외광이라도 광배향 등의 처리에 사용할 수 있고, 그 높은 에너지에 의해 보다 효율적으로 처리가 가능한 것은 아닐까 생각된다. 발명자는, 이러한 생각하에, 진공 자외광 편광 소자의 적절한 구성이나 진공 자외광 편광 소자를 사용한 광배향 기술에 대해 예의 연구하여, 이 출원의 발명을 도출하기에 이르렀다. 따라서, 이 발명이 해결하려는 과제는, 광배향 등의 처리에 사용할 수 있는 진공 자외광 편광 소자의 보다 적절한 구성을 제시함과 더불어, 진공 자외광에 의한 광배향의 적절한 기술 구성을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 이 출원의 발명에 따른 진공 자외광 편광 소자는, 파장 200nm 이하의 진공 자외광을 편광시키는 진공 자외광 편광 소자로서, 진공 자외광에 대해 투명한 기판과, 기판 상에 형성된 그리드를 구비하고 있다. 그리드는, 평행하게 연장되는 다수의 선형부로 이루어지는 것이며, 각 선형부 사이에는 충전물이 설치되어 있지 않은 구조이다. 그리고, 각 선형부의 재료는, 제3족 또는 제4족의 원소의 산화물이고, 또한 PE=T2×log10(ER)의 식(단, T는 그리드에 의한 투과율, ER은 그리드에 의한 소광비)으로 얻어지는 PE가 진공 자외역에서 가장 높아지는 광학 상수의 조합에 있어서 PE가 0.2 이상이 되는 재료이다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 이 진공 자외광 편광 소자는, 각 선형부를 형성하는 재료 중, 제3족 또는 제4족의 원소의 일부가 다른 원소로 치환되어 있고, 치환의 비율은, PE가 진공 자외역에서 가장 높아지는 광학 상수의 조합에 있어서 PE가 0.2가 되는 비율 이하라는 구성을 가질 수 있다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 이 출원의 발명에 따른 진공 자외광 편광 소자는, 파장 200nm 이하의 진공 자외광을 편광시키는 진공 자외광 편광 소자로서, 진공 자외광에 대해 투명한 기판과, 기판 상에 형성된 그리드를 구비하고 있다. 그리드는 평행하게 연장되는 다수의 선형부로 이루어지는 것이며, 각 선형부 사이는 공간이며 충전물이 설치되어 있지 않은 구조이고, 각 선형부는, 산화하프늄, 산화이트륨, 산화하프늄 중의 하프늄의 일부를 다른 원소로 치환한 산화하프늄계 다원 화합물 또는 산화이트륨 중의 이트륨의 일부를 다른 원소로 치환한 산화이트륨계 다원 화합물로 형성되어 있다는 구성을 갖는다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 이 출원의 발명에 따른 진공 자외광 편광 장치는, 상기 진공 자외광 편광 소자와, 진공 자외광 편광 소자가 배치된 공간을 불활성 가스로 치환하는 분위기 제어 수단을 구비하고 있다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 이 출원의 발명에 따른 진공 자외광 편광 방법은, 비편광 상태의 파장 200nm 이하의 진공 자외광을 상기 진공 자외광 편광 소자에 조사하여 편광시키는 진공 자외광 편광 방법이다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 이 진공 자외광 편광 방법은, 진공 자외광 편광 소자를 불활성 가스로 치환된 공간에 배치하면서 행해질 수 있다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 이 출원의 발명에 따른 배향 방법은, 분자 구조에 일정한 방향성이 주어진 배향층을 워크에 형성하는 배향 방법으로서, 파장 200nm 이하의 진공 자외광을 상기 진공 자외광 편광 소자에 조사하여 얻어진 진공 자외역의 편광광을 워크에 조사함으로써 배향층을 형성하는 방법이다. 이 방법에서는, 워크는 상기 진공 자외광 편광 소자에 대해 1mm 이상 20mm 이하의 위치에 배치되고, 워크로의 진공 자외광의 조사량은 40mJ/mm2 이상 4000mJ/mm2 이하가 된다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 이 배향 방법은, 불활성 가스로 치환된 공간에 상기 진공 자외광 편광 소자를 배치하면서 행해질 수 있다.
이하에 설명하는 바와 같이, 이 출원의 발명에 따른 진공 자외광 편광 소자, 진공 자외광 편광 장치 또는 진공 자외광 편광 방법에 의하면, 진공 자외광에 대하여 높은 편광 성능을 얻을 수 있는데다가, 진공 자외광의 조사 환경에 있어서도 내산화성이 높아, 장기간 안정적으로 높은 편광 성능을 얻을 수 있다.
또, 진공 자외광 편광 소자가 배치된 공간을 불활성 가스로 치환하는 구성을 채용하면, 그리드의 산화가 더욱 억제되어, 장기간 안정적으로 높은 편광 성능을 얻는 효과가 더욱 높아진다.
또, 이 출원의 발명에 따른 배향 방법에 의하면, 진공 자외광의 편광광에 의해 광배향이 이루어지므로, 배향 처리의 효율이 보다 높아진다. 이때, 높은 편광 성능이 장기간 안정적으로 얻어지므로, 양호한 배향 처리를 장기간 안정적으로 행할 수 있다.
도 1은, 제1 실시형태에 따른 진공 자외광 편광 소자의 사시 개략도이다.
도 2는, 제3족 및 제4족의 주요한 원소의 산화물의 엘링감 도표이다.
도 3은, 산화티탄, 산화지르코늄, 산화하프늄, 산화이트륨의 자외역에서의 광학 특성을 나타낸 도면이다.
도 4는, 각 회사로부터 판매되고 있는 근자외광용의 그리드 편광 소자의 편광 성능을 조사한 결과의 도면이다.
도 5는, 각 회사로부터 판매되고 있는 근자외광용의 그리드 편광 소자의 편광 성능을 조사한 결과의 도면이다.
도 6은, PE≥0.2가 어떠한 굴절률 n, 흡광계수 a에 의해 성립하는가를 검토한 시뮬레이션 실험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은, 제3족 및 제4족의 원소의 산화물에 대해, 진공 자외역에 있어서의 n 및 a의 값을 그래프화한 도면이다.
도 8은, 산화하프늄에 있어서 하프늄을 일부 실리콘으로 치환한 경우의 n과 k의 변화가 나타나 있고, (1)은 파장대 n의 그래프, (2)는 파장대 k의 그래프이다.
도 9는, 산화하프늄에 있어서 하프늄의 일부를 알루미늄으로 치환한 경우의 n과 k의 변화가 나타나 있고, 마찬가지로 (1)은 파장대 n의 그래프, (2)는 파장대 k의 그래프이다.
도 10은, 각 실시형태의 진공 자외광 편광 소자의 제조 방법에 대해 나타낸 개략도이다.
도 11은, 실시형태의 진공 자외광 편광 장치의 정면 단면 개략도이다.
도 12는, 실시형태의 진공 자외광 편광 소자를 탑재한 광배향 장치의 정면 개략도이다.
다음에, 이 출원의 발명을 실시하기 위한 형태(실시형태)에 대해 설명한다.
도 1은, 제1 실시형태에 따른 진공 자외광 편광 소자의 사시 개략도이다. 도 1에 나타내는 진공 자외광 편광 소자는, 투명 기판(1)과, 투명 기판(1) 상에 형성된 그리드(2)를 구비하고 있다.
투명 기판(1)은, 대상 파장(편광 소자를 사용하여 편광시키는 광의 파장)에 대해 충분한 투과성을 갖는다는 의미에서 「투명」이라고 하는 것이다. 이 실시형태에서는, 200nm 이하의 진공 자외역의 파장을 대상 파장으로서 상정하고 있으므로, 투명 기판(1)의 재질로서는 석영 유리(예를 들면 합성 석영)가 채용되고 있다. 투명 기판(1)은, 그리드(2)를 안정적으로 유지하는 기계적 강도나, 광학 소자로서의 취급의 용이성 등을 고려하여, 적절한 두께가 된다. 두께는, 예를 들면 0.5~10mm정도이다.
그리드(2)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 평행하게 연장되는 다수의 선형부(3)로 이루어지는 줄무늬형상의 것이다. 그리드 편광 소자는, 광학 상수가 상이한 영역이 교대로 또한 평행하게 배치됨으로써 편광 작용을 하는 것이다. 각 선형부(3) 사이의 공간(4)은 갭이라 불리고, 각 선형부(3)와 각 갭(4)에서 편광 작용이 얻어진다. 각 선형부(3)의 폭(w)과, 갭(4)의 폭은, 대상 파장의 광에 대해 편광 작용이 얻어지도록 적절히 정해진다. 구체적으로는, 갭(4)의 폭은, 대체로 대상 파장 이하가 된다. 또한, 이 실시형태에서는, 갭(4)에는 특별히 충전물은 설치되지 않는다. 따라서, 갭(4)의 굴절률은, 편광 소자가 놓여진 분위기의 굴절률이 된다. 통상은, 공기(굴절률≒1)이다.
실시형태의 진공 자외광 편광 소자는, 흡수형의 모델로 동작하는 것이 되어 있다. 즉, s편광광에 대해서는 그리드(2)를 형성하는 각 선형부(3)의 유전율에 의해 전계가 분단되어 각 선형부(3) 내에 국재하고 흡수에 의해 감쇠하면서 전반(傳搬)하는 한편, p편광광에 대해서는 전계의 분단, 국재화는 실질적으로 생기지 않으므로, 크게 감쇠하는 일 없이 전반한다. 이 때문에, 투명 기판(1)으로부터 p편광광만이 출사하여, 편광 작용이 얻어진다. 흡수형의 그리드 편광 소자의 동작 모델에 대해서는, 특허문헌 1에 상세하게 설명되어 있으므로 생략한다.
이러한 실시형태의 진공 자외광 편광 소자에 있어서, 각 선형부(3)의 재료에는, 진공 자외광의 편광을 위해서 특히 최적화된 재료가 선정되어 있다. 이하, 이 점에 대해 설명한다.
진공 자외광 편광 소자의 각 선형부(3)의 재료에 대해 우선 검토를 필요로 하는 것은, 내산화성이다. 주지하는 바와 같이, 진공 자외광은, 공기 중의 산소 분자에 많이 흡수되어, 산소 라디칼, 오존, 하이드록시라디칼과 같은 높은 산화 작용을 가지는 종을 풍부하게 만들어낸다. 이 때문에, 각 선형부(3)의 재료의 내산화성이 낮으면, 진공 자외광의 편광용으로 이용한 경우, 단기간 중에 각 선형부(3)가 산화하여, 특성이 변화해버린다. 특성의 변화는, 투과율이나 소광비라는 편광 특성이 기대된 바와 같이 얻어지지 않게 되는, 즉 열화로서 나타난다.
실시형태의 진공 자외광 편광 소자는, 이 점을 고려하여, 우선 내산화성이 높은 재료를 그리드 재료(각 선형부(3)의 재료)로서 선정한다. 이때, 이 실시형태에서는, 흡수형의 그리드 편광 소자임을 고려하여 내산화성을 다시 파악하고 있다. 즉, 흡수형의 그리드 편광 소자에서는, 대상 파장의 광을 적절히 흡수하는 재료가 그리드 재료로서 사용되고, 자외역에서는, 산화티탄과 같은 금속 산화물이 자주 사용된다. 이 점을 고려하여, 내산화성을, "산화되기 어렵다"라는 성질이 아닌, "그 이상은 산화되지 않는다"라는 성질로 다시 파악하고 있다. 즉, 산화 상태의 안정성(산화 안정성)을 내산화성으로서 파악하고 있다.
발명자의 연구에 의하면, 일반적으로는, ＋2가~＋4가가 되기 쉬운 제3족, 제4족의 천이 금속이 안정된 산화물을 형성하기 쉬워, 그리드 재료용의 산화물을 형성하는 원소로서 적합하다. 단, 실제로는, 투명 기판과의 관계도 고려할 필요가 있다. 석영, 지르코니아 결정, 산화마그네슘 결정과 같은 산화물 결정도 광투과성을 가지므로, 그리드 편광 소자의 투명 기판의 재료로서 사용될 수 있다. 이 경우, 투명 기판을 형성하는 산화물에 비해 산화 안정성이 낮으면, 투명 기판측에 산소를 빼앗겨 환원되기 쉽고, 그 후에 분위기 중의 산화종(산소, 산소 라디칼, 오존 등)에 의해 재산화되게 되기 쉽다. 이러한 투명 기판의 재료에 의한 환원과, 공기 중의 산화종에 의한 산화가 불안정하게 발생하는 결과, 광학 특성도 변화하기 쉬워진다. 이 때문에, 이러한 재료를 그리드 재료로서 선정하는 것은 바람직하지 않다.
금속 산화물의 산화 안정성은, 이른바 엘링감 도표로서 알려져 있다. 도 2는, 제3족 및 제4족의 주요한 원소의 산화물의 엘링감 도표이다. 이 실시형태에서는, 투명 기판(2)은 석영제이므로, 비교를 위해 산화실리콘의 표준화학 포텐셜도 추가 기재되어 있다. 도 2의 가로축은 절대 온도, 세로축은 표준 깁스 에너지이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 산화티탄, 산화지르코늄, 산화하프늄, 산화이트륨은, 산화실리콘에 비해 표준 깁스 에너지가 낮아져 있어, 산화 안정도가 높음을 알 수 있다. 따라서, 이들 재료가, 진공 자외광 편광 소자의 그리드 재료의 후보가 될 수 있다.
한편, 진공 자외광 편광 소자의 그리드 재료로서는, 단순히 산화 안정도가 높은 것만으로는 안되고, 편광 소자로서의 기본 성능(투과율 및 소광비)이 충분히 발휘될 필요가 있다. 발명자는, 상기 4개의 후보 재료에 대해 추가로 연구를 진행하여, 자외광 편광 소자의 그리드 재료가 될 수 있는지 여부를 검토했다.
도 3은, 산화티탄, 산화지르코늄, 산화하프늄, 산화이트륨의 자외역에서의 광학 특성을 나타낸 도면이다. 이 중, 도 3의 (1)은 굴절률을 나타내고, (2)는 흡광계수를 나타낸다.
상술한 바와 같이, 그리드 편광 소자는, 줄무늬형상 구조에 있어서 굴절률의 콘트라스트가 높은 것이 필요하다. 이 실시형태에서는, 각 선형부 사이(갭)에는 충전부는 없고, 공기이므로, 공기(굴절률≒1)에 대해 보다 큰 굴절률 차를 가지는 재료인 것이 필요하다. 이 점에 관하여, 도 3의 (1)에 나타내는 바와 같이, 산화티탄이나 산화지르코늄은, 200nm 이하의 진공 자외역에 있어서, 굴절률은 거의 2 이하이며, 2를 초과하는 경우는 거의 없다.
또, 이 실시형태의 진공 자외광 편광 소자에서는, 흡수형의 그리드 편광 소자이므로, 진공 자외광을 적당히 흡수하는 재료인 것이 필요하다. 이 점에 관하여, 도 3의 (2)에 나타내는 바와 같이, 산화지르코늄은, 진공 자외역에 있어서 흡광계수가 0.5를 밑돌고 있고, 흡수가 너무 적어 그리드 재료로서 적합하지 않다. 산화하프늄에 대해서는, 180~200nm 정도의 범위에서는 흡광계수는 0.5를 밑돌지만, 그보다 짧은 파장역에서는 0.5를 웃돌고 있다. 특히, 진공 자외역에서 중요한 스펙트럼인 172nm에 있어서 0.5를 웃돌고 있으므로, 적합하게 사용 가능하다. 이들 결과로부터, 진공 자외광 편광 소자의 그리드 재료로서는, 산화하프늄 및 산화이트륨이 바람직한 후보라고 결론지어진다.
발명자는, 상기 2개의 후보 재료에 대해, 제조 프로세스의 관점에서 검토를 추가했다. 이하, 이 점에 대해 설명한다.
산화하프늄이나 산화이트륨과 같은 천이 금속 산화물은, 금속·할로겐 화합물이 되었을 때의 휘발성이 낮고, 또 금속·산소 간 결합이 강하기 때문에, 일반적으로 난가공재로서 알려져 있다. 그런데도, 산화하프늄은, 반도체 디바이스에 있어서의 게이트 절연막의 재료로서도 검토가 되고 있어, BCl3계 플라즈마에 의해 에칭이 가능하다. 향후, 반도체 디바이스 제조용의 장치로서 산화하프늄 에칭 장치가 개발되면, 그것을 전용하는 것도 가능해질 것으로 생각된다. 한편, 산화이트륨은, 플루오로카본 플라즈마에 대해 높은 내성을 나타낸다는 보고도 있어, 플라즈마 에칭 장치 내에서 플라즈마에 노출되는 부위의 보호막으로서의 이용도 검토되고 있다. 이 때문에, 산화이트륨은, 가공성의 점에서 산화하프늄에 비해 뒤떨어지는 상황은 향후에도 계속될 것으로 추측된다. 즉, 가공성의 관점도 덧붙이면, 산화하프늄이 진공 자외광 편광 소자의 그리드 재료의 후보로서 보다 적합하게 된다.
이러한 검토를 토대로 하여, 제1 실시형태의 진공 자외광 편광 소자는, 산화하프늄을 그리드 재료로서 채용하고 있다. 보다 구체적인 치수예를 나타내면, 도 1에 나타내는 투명 기판(1)의 두께는 0.7mm, 각 선형부(3)의 폭(W)은 10~50nm, 높이(h)는 50~300nm이며, 따라서 애스펙트비는 1~30 정도이다. 또, 각 선형부(3)의 피치(p)는 80~200nm이며, 따라서 갭(4)의 폭은 30~190nm 정도이다.
이러한 실시형태의 진공 자외광 편광 소자의 동작에 대해 설명한다. 이하의 설명은, 진공 자외광 편광 방법의 발명의 실시형태의 설명이기도 하다.
진공 자외광 편광 소자는, 비편광의 진공 자외광의 입사측에 그리드(2)가 위치하고, 출사측에 투명 기판(1)이 위치하는 자세로 배치된다. 비편광의 진공 자외광은, 그리드(2)의 각 선형부(3) 및 각 갭(4)을 높이 방향으로 전반하는 과정에서, s편광광이 선택적으로 흡수·감쇠한다. 이 때문에, 투명 기판(1)을 투과하여 출사하는 진공 자외광은 오로지 p편광광만이 된다.
이러한 실시형태의 진공 자외광 편광 소자에 의하면, 그리드(2)가 산화하프늄제의 각 선형부(3)로 이루어지고, 갭(4)은 공간이며 충전물이 설치되어 있지 않은 구조이므로, 진공 자외광에 대해 높은 편광 성능을 얻을 수 있는데다가, 진공 자외광의 조사 환경에 있어서도 내산화성이 높고, 장기간 안정적으로 높은 편광 성능을 얻을 수 있다.
다음에, 제2 실시형태의 진공 자외광 편광 소자에 대해 설명한다. 제2 실시형태의 진공 자외광 편광 소자도, 도 1에 나타내는 제1 실시형태와 마찬가지로, 투명 기판(1)과, 투명 기판(1) 상에 형성된 그리드(2)를 구비하고 있다.
상술한 바와 같이, 진공 자외광 편광 소자의 그리드 재료로서는, 단순히 산화 안정도가 높은 것만으로는 안되고, 편광 소자로서의 기본 성능(투과율 및 소광비)이 충분히 발휘될 필요가 있다. 발명자는, 이 점을 검토하는 지표로서, PE=T2×log10(ER)의 식으로 나타내어지는 PE를 도출하기에 이르렀다. 제2 실시형태의 진공 자외 편광 소자는, 이 검토 결과에 의거하고 있다.
그리드 편광 소자에서는, 일반적으로, 투과율과 소광비와 트레이드 오프의 관계에 있다. 투과율을 높게 하려고 하면 소광비는 낮아지고, 반대로 소광비를 높게 하려고 하면 투과율은 저하된다. 이 점은, 흡수형의 그리드 편광 소자에서도 동일하다. 대상 파장의 광에 대해 흡수가 큰 재료를 사용하면 소광비는 높아지지만, 전체적인 투과율은 저하되어버린다. 흡수가 작은 재료를 사용하면 투과율은 높아지지만, 소광비는 저하된다.
따라서, 그리드 편광 소자의 전체적인 성능(이하, PE로 나타낸다)은, 투과율 T와 소광비 ER의 곱으로 나타내어져야 한다. 이 경우, 소광비 ER은, 선폭이나 갭폭, 애스펙트비와 같은 파라미터(이하, 그리드 치수)에 의한 변화가 크기 때문에 상용로그를 취해야 하고, PE는, 투과율을 T, 소광비를 ER로 하여, T×log10(ER)로 나타내어져야 한다.
자외광용의 편광 소자로서는, 200nm~400nm의 근자외광용의 그리드 편광 소자가 몇 개의 회사로부터 판매되고 있다. 발명자는, 근자외광용의 그리드 편광 소자로서 거의 동등한 성능으로서 평가되어 있는 몇 개의 회사의 제품을 입수하여, 투과율과 소광비를 측정했다. 이 결과가, 도 3 및 도 4에 나타나 있다. 도 4 및 도 5는, 각 회사로부터 판매되고 있는 근자외광용의 그리드 편광 소자의 편광 성능을 조사한 결과의 도면이다.
도 4 및 도 5에 있어서, 가로축은 상용로그로 나타낸 소광비, 세로축은 투과율이다. 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 각 회사의 그리드 편광 소자의 성능은, 소광비와 투과율의 조합에 있어서 약간의 불균형이 있지만, 유사한 성능으로 되어 있다. 여기서 흥미로운 것은, 소광비와 투과율이 트레이드 오프의 관계에 있다고는 해도, 각 회사의 그리드 편광 소자의 성능을 플롯한 점은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 왜인지 T×log10(ER)의 라인에는 올라가 있지 않다. 발명자는, 그렇다면 T2×log10(ER)의 라인을 기입해 본 바, 도 5에 나타내는 바와 같이 그 라인에는 거의 올라가 있는 것이 판명되었다.
이 결과가 의미하는 바는, 그리드 편광 소자의 편광 성능을 전체적으로 평가할 때에는, T×log10(ER)의 값으로 평가하는 것이 아니라, T2×log10(ER)의 값으로 평가하는 것이 바람직하다는 것이다. 발명자는, 이 지견을 토대로 하여, 더욱 예의 연구를 계속한 결과, T2×log10(ER)의 값(이하, 이를 전체의 편광 성능 PE로 한다)은, 실용적으로는 0.2 이상인 것이 바람직함을 알 수 있었다.
PE≥0.2란, 예를 들면 투과율이 0.2(20%)이면, 소광비는 105 이상 필요하다는 것이며, 반대로 예를 들면 소광비가 10이면, 투과율은, √(0.2)≒0.45(45%) 정도 이상의 투과율이 필요하다는 것이 된다.
발명자는, 이러한 편광 소자로서의 기본 성능을 전제로 하여, 진공 자외광 편광 소자의 그리드 재료에 대해 추가로 연구를 진행했다. 이하, 이 점에 대해 설명한다.
소광비나 투과율은, 대상 파장, 재료의 광학 상수(n, k) 및 그리드 치수를 알면 시뮬레이션에 의해 구할 수 있다. 반대로 말하면, 광학 상수 및 그리드 치수를 가상적으로 정함으로써, 각 파장에 있어서의 소광비나 투과율이 구해지고, PE≥0.2가 어떠한 광학 상수에 의해 성립하는지도 구해진다. 이 검토를 시뮬레이션 실험으로서 행한 결과를 나타내는 것이 도 6이다.
이 검토에서는, 진공 자외광 편광 소자로서 전형적으로 생각되는 그리드 치수를 전제로 했다. 구체적으로는, 선폭 w=20nm, 그리드 높이 h=100nm, 피치 p=100nm로 했다. 따라서, 애스펙트비(h/w)는 5, 갭폭은 80nm이다.
도 6에 결과를 나타내는 시뮬레이션 실험에서는, 상기 치수의 그리드를 전제로 하고, n, k를 잇달아 변경하여 다양한 조합을 채용한 후에 투과율 T 및 소광비 ER을 계산했다. 계산은 FDTD(Finite-Difference Time-Domain)법에 의거하고 있으며, 사용한 소프트웨어는, Mathworks사(미국 매사추세츠주)의 MATLAB(동 회사의 등록상표)이다.
다양한 n 및 k의 조합에 있어서, PE=T2×log10(ER)이 0.2 이상이 되는 n 및 k를 조사했다. 이 결과가, 도 6에 나타나 있다. 도 6의 (1)의 세로축은 굴절률(의 실수부) n, 가로축은 파장이다. 또, 도 6의 (2)의 세로축은 소광계수 k로부터 구한 흡광계수 a, 가로축은 파장이다. 흡광계수 a는, a=4πk/(λ는 파장)로 구해진다. 도 5 (1)에 있어서, PE=0.2가 되는 라인을 파선으로 나타내고, PE가 최대값이 되는 라인을 실선으로 나타낸다. 또, 도 5의 (2)에 있어서도, PE=0.2가 되는 라인을 파선으로 나타내고, PE가 최대값이 되는 라인을 실선으로 나타낸다.
도 6의 (1), (2)에 나타내는 결과는, 파장 200nm 이하에 있어서 n이 어느 정도 이상 높고, a가 어느 범위 내에 들어가 있으면, 진공 자외광 편광 소자의 그리드 재료로서 채용 가능한 것을 나타내고 있다. 또한, a의 값에 상한 및 하한이 있는 것은, 어느 정도의 흡수가 없으면 편광 성능이 발휘되지 않는 반면, k가 너무 크면, 흡수가 많아져 투과율이 너무 작아지기 때문이라고 추측된다.
발명자들은, 도 6에 나타내는 결과를 기초로 추가로 연구를 진행하여, PE≥0.2를 만족하는 재료를 조사했다. 이 결과를 나타낸 것이 도 7이다. 도 7은, 상술한 제3족 및 제4족의 원소의 산화물에 대해, 진공 자외역에 있어서의 n 및 a의 값을 그래프화한 것이다. 도 3과 동일한 그래프인데, PE=0.2가 되는 라인, PE=최대가 되는 라인이 추가 기재되어 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 진공 자외역에 있어서, 산화하프늄, 산화이트륨이 PE≥0.2를 만족하는 n 및 a를 갖고 있음을 알 수 있다. 산화하프늄의 경우, 180nm 정도 이상에서는 a에 대해 PE=0.2를 밑돌고 있다. 그러나, 후술하는 바와 같이 진공 자외광의 스펙트럼으로서 중요한 172nm에서는, PE=0.2를 웃돌고 있으므로, 유력한 그리드 재료라고 할 수 있다.
따라서, 이상의 실험, 조사의 결과로부터, 산화하프늄 및 산화이트륨이 진공 자외역의 그리드 재료로서 유력하다고 결론지어진다.
이러한 그리드 재료는, 가공성의 향상이나 굴절률의 조정 등의 목적으로부터, 다른 원소로 일부 치환되는 경우가 있을 수 있다. 이 경우도, PE=0.2를 밑돌지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이하, 이 점에 대해, 산화하프늄을 예로 들어 설명한다.
도 8은, 산화하프늄에 있어서 하프늄의 일부를 실리콘으로 치환한 경우의 n과 k의 변화가 나타나 있고, (1)은 광자 에너지 대 n의 그래프, (2)는 광자 에너지 대 k의 그래프이다. 또, 도 9에는, 산화하프늄에 있어서 하프늄의 일부를 알루미늄으로 치환한 경우의 n과 k의 변화가 나타나 있고, 마찬가지로 (1)은 광자 에너지 대 n의 그래프, (2)는 광자 에너지 대 k의 그래프이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 실리콘의 치환량을 많게 해나가면, 진공 자외역에 있어서 n, k 모두 저하되어 간다. 이 경우의 치환량이란, 조성비를 말하는 것이며, Hf1-xSixO2에 있어서의 x의 값이다.
도 8에는, 평가를 위해서, PE=0.2인 라인이 추가 기재되어 있다. 도 8의 (1)에 있어서, x=0.6인 경우에, 굴절률 n이 PE=0.2인 라인을 밑도는 것은 광자 에너지가 7eV 정도인 경우이다. 광자 에너지 E와 파장 λ 사이에는, λ=1240/E의 관계가 있으므로, 이는 파장 180nm 정도의 경우이다. 또, 소광비 k에 대해서는, x=0.6인 경우, 7.8eV 정도에서 PE가 0.2를 밑돈다. 이는, 160nm 정도에 상당한다. 따라서, x가 0.6 이상인 경우, 160~180nm 정도보다 단파장측에서 PE가 0.2 이상이 되기 때문에, 산화하프늄에 있어서 하프늄이 치환되는 경우, 실리콘의 조성비는 0.6 이하로 하는 것이 바람직하게 된다. 또, x=0.4인 경우, PE가 0.2 이상이 되는 파장역은 보다 장파장측까지 넓어지므로, 보다 바람직하다. 또한, 규산화하프늄에 대해서는, 산화 수가 4인 경우(HfSiO4)나 1인 경우(HfSiO)도 있는데, 어느 경우에 대해서 동일한 결과였다.
또, 알루미늄으로 치환한 경우(하프늄·알루미네이트의 경우)에 대해 나타낸 도 9에 있어서도, PE=0.2인 라인이 평가를 위해 추가 기재되어 있다. 도 9의 (1)에 나타내는 바와 같이, 알루미늄의 조성비 x가 1/3인 경우, 광자 에너지가 6.8eV(≒182nm)~7.4eV(≒168nm) 정도의 범위에서 PE가 0.2를 웃돈다. 소광계수 k에 대해서는, x가 1/3일 때, 광자 에너지가 7.2eV 정도보다 큰 경우(≒파장이 172nm 정도보다 짧은 경우), PE가 0.2를 웃돈다. 따라서, x를 0.3 이하로 해두면, n, k 쌍방에 대해 180~150nm 정도의 범위에서 PE가 0.2 이상이 된다고 추측된다. 즉, 알루미늄으로 치환하는 경우, 그 조성은 0.3 이하로 하는 것이 바람직하다(Hf1-xAlxO2, 0≤x≤0.3).
하프늄의 일부를 상기 이외의 재료로 치환한 경우여도, PE≥0.2를 달성하는 조성비로 하는 것이 바람직하다. 이러한 일부 치환된 산화하프늄은 산화하프늄계 다원 화합물이라 할 수 있는데, 치환하는 재료는 2 이상의 원소로 이루어지는 재료여도 된다.
또한, 이트륨에 대해서도, 실리케이트화하거나 알루미네이트화하거나 하여 다른 원소로 치환되는 경우가 있을 수 있는데, 진공 자외역에 있어서 PE≥0.2를 달성하는 첨가비로 하는 것이 양호한 편광 성능을 얻는 관점에서 바람직하다. 그리고, 이트륨에 대해서도, 2 이상의 원소로 이루어지는 재료로 치환된 산화이트륨계 다원 화합물이 사용되는 경우도 있을 수 있다.
다음에, 이러한 진공 자외광 편광 소자의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 10은, 각 실시형태의 진공 자외광 편광 소자의 제조 방법에 대해 나타낸 개략도이다. 각 실시형태의 진공 자외광 편광 소자를 제조하는 경우, 중간적인 구조로서 희생층을 형성하는 프로세스가 적합하게 채용된다. 도 10은, 이 프로세스의 일례로 되어 있다.
각 실시형태의 진공 자외광 편광 소자를 제조하는 경우, 투명 기판(1) 상에 우선 희생층용의 막(51)을 작성한다(도 10의 (1)). 희생층의 재료로서는, 그리드 재료에 대한 에칭 선택비가 높은 재료가 적합하게 채용되고, 예를 들면 실리콘이 희생층의 재료로서 채용된다. 희생층용의 막(51)의 작성 방법으로서는 다양한 것을 채용할 수 있는데, 예를 들면 플라즈마 CVD가 채용된다.
다음에, 희생층용의 막(51) 상에 레지스트를 도포하고, 포토리소그래피에 의해 패턴화하여 레지스트 패턴(52)을 형성한다. 레지스트 패턴(52)은, 그리드 편광 소자의 제조이므로, 줄무늬형상(라인 앤드 스페이스형상)이다. 단, 레지스트 패턴(52)의 피치(도 10의 (1)에 p'로 나타낸다)는, 최종적인 그리드의 피치의 배이다.
다음에, 레지스트 패턴(52)을 마스크로 해 막(51)을 에칭하고, 그 후 레지스트 패턴(52)을 애싱하여 제거한다. 이에 의해, 도 10의 (2)에 나타내는 바와 같이 희생층(53)이 형성된다. 에칭은, 투명 기판(1)에 대해 수직인 방향의 이방성 에칭이다. 희생층(53)도 줄무늬형상이며, 평행하게 연장되는 다수의 선형부로 형성되어 있다.
다음에, 그리드용의 막(54)의 작성 공정을 행한다. 그리드용의 막(54)은, 도 10의 (3)에 나타내는 바와 같이, 희생층(53)의 각 선형부의 각 측면 및 각 상면에 형성된다. 막(54)의 작성은, ALD(Atomic Layer Deposition)에 따르는 것이 바람직하다. 예를 들면, 산화하프늄막을 막(54)으로서 작성하는 경우, 프리커서 가스로서 TEMAH(테트라키스에틸메틸아미노하프늄)가 사용되고, 산화제로서 물(수증기)이 사용된다. 투명 기판(1)이 재치된 서셉터의 온도를 200~400℃(예를 들면 250℃) 정도로 하고, 수증기와 미리 75~95℃ 정도로 가열된 프리커서를 200~500밀리초의 펄스 간격으로 챔버 내에 도입하여 산화하프늄막을 작성한다. 챔버 내의 압력은 100mTorr~500mTorr 정도이다. 산화제로서 오존이 도입되는 경우도 있다. 캐리어 가스나 퍼지 가스로서는, 질소 또는 아르곤 등이 사용된다.
이와 같이 하여 막(54)을 작성한 후, 도 10의 (4)에 나타내는 바와 같이, 막(54)을 부분적으로 에칭한다. 「부분적」이란, 희생층(53)의 각 상면에 놓여 있는 부분과 투명 기판(1)에 직접 퇴적되어 있는 부분(갭의 저부)만을 제거하는 에칭이다. 이 에칭은, 상술한 바와 같이 산화하프늄의 경우에는 BCl3계의 플라즈마 에칭에 의해 행해진다. 예를 들면 아르곤을 버퍼 가스로서 사용한 BCl3의 ECR 플라즈마 또는 IC(용량 결합) 플라즈마에 의해, 막(54)의 부분 에칭이 행해진다. 이때, 기판 바이어스를 인가하여 투명 기판(1)에 수직인 전계를 설정하고, 이방적으로 에칭한다. 이는, 희생층(53)의 각 측면에 퇴적된 부분을 에칭하지 않도록 하기 위함이다. 또한, BCl3 가스에 산소 가스 또는 염소 가스를 첨가하여 플라즈마 에칭을 행하는 경우도 있다. 이에 의해 그리드를 구성하는 각 선형부가 형성된다.
그 후, 희생층(53)을 제거하는 에칭을 행한다. 이때, 희생층(53)의 재료만을 선택적으로 에칭한다. 예를 들면, 희생층(53)이 실리콘인 경우, CF4 등의 가스를 사용한 플라즈마 에칭에 의해 선택적으로 희생층(53)만을 에칭하여 제거할 수 있다. 희생층(53)의 제거에 의해, 도 10의 (5)에 나타내는 바와 같이, 실시형태의 진공 자외광 편광 소자가 완성된다. 완성된 편광 소자에 있어서의 각 선형부(3)의 피치(p)는, 레지스트 패턴(52)의 피치(p')의 반분이 된다.
또한, 상기 제조 방법에 있어서, 중간에 있어서 형성되는 희생층(53)의 높이는, 최종적인 그리드(2)의 높이를 결정하는 것이 되므로, 특히 정밀도가 필요하다. 또, 희생층(53)의 애스펙트비가 그리드(2)의 애스펙트비를 결정하는 요인이 되어, 고(高)애스펙트비화를 위해서는 희생층(53)도 고애스펙트비로 할 필요가 있다. 이러한 점에서, 희생층용의 막(51) 상에 마스크층으로서 카본 등의 막을 형성하여 포토리소그래피에 의해 패턴화하고, 이 마스크층을 마스크로 하여 희생층용의 막(51)을 에칭하는 경우도 있다. 마스크 자체가 고애스펙트비화되기 때문에, 장시간의 이방성 에칭을 견딜 수 있어, 균일한 높이의 희생층(53)을 형성할 수 있다.
다음에, 진공 자외광 편광 장치의 발명의 실시형태, 및 진공 자외광 편광 방법의 발명의 실시형태에 대해 설명한다.
도 11은, 실시형태의 진공 자외광 편광 장치의 정면 단면 개략도이다. 도 11에 나타내는 진공 자외광 편광 장치는, 진공 자외광 편광 소자(6)와, 진공 자외광 편광 소자(6)가 배치된 공간을 불활성 가스로 치환하는 분위기 제어 수단(7)을 구비하고 있다.
이 실시형태에서는, 분위기 제어 수단(7)은, 내부에 진공 자외광 편광 소자(6)를 수용한 용기(71)와, 용기(71) 내에 불활성 가스를 도입하는 가스 도입계(72)를 구비하고 있다. 용기(71)는, 입사측 개구와 출사측 개구를 갖는 형상이다. 입사측 개구에는, 광입사창(73)이 끼워넣어져 있다. 광입사창(73)은, 석영 유리와 같은 진공 자외광을 잘 투과하는 재료로 형성되어 있다.
진공 자외광 편광 소자(6)는, 출사측 개구를 막는 상태에서 용기(71)에 수용되고 있고, 도시 생략된 고정구에 의해 용기(71)의 내면에 고정되어 있다. 또한, 진공 자외광 편광 소자(6)는, 도 11 중에 확대하여 나타내는 바와 같이, 그리드(2)가 용기(71)의 내부측이 되는 자세로 배치되어 있다. 따라서, 그리드(2)는, 용기(71) 내의 분위기에 노출된 상태로 되어 있다.
가스 도입계(72)는, 용기(71) 내의 분위기를 치환할 수 있을 정도의 유량으로 불활성 가스를 도입할 수 있는 것으로 되어 있다. 광입사창(73)이나 진공 자외광 편광 소자(6)가 배치된 개소에는, 미소한 간극이 형성되어 있고, 가스 도입계(72)가 도입한 불활성 가스는, 용기(71) 내에 충만된 후, 이들 간극으로부터 누출된다. 이 때문에, 용기(71) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환된다. 이 외, 용기(71)를 기밀 용기로 하고, 불활성 가스를 배출하는 배기계를 별도 설치하는 구성이 채용되기도 한다.
장치의 동작, 즉 진공 자외광 편광 방법에 대해 설명하면, 이러한 진공 자외광 편광 장치는, 진공 자외광을 방사하는 광원과, 편광광 조사의 대상물 사이의 광로 상에 배치된다. 광원으로부터의 진공 자외광은, 광입사창(73)을 투과하여 용기(71) 내의 진공 자외광 편광 소자(6)에 도달하고, 진공 자외광 편광 소자(6)를 투과한 진공 자외광의 편광광이 대상물에 조사된다.
상술한 바와 같이, 진공 자외광 편광 소자(6)는, 그리드(2)가 산화하프늄제의 각 선형부(3)로 이루어지므로, 진공 자외광에 대해 높은 편광 성능을 장기간 안정적으로 얻을 수 있다. 그리고, 진공 자외광 편광 소자(6) 중 특히 그리드(2)는, 불활성 가스로 치환된 분위기 중에 배치되므로, 각 선형부(3)가 산화에 의해 열화되는 것이 억제된다. 이 때문에, 경시적인 편광 특성의 변화가 더욱 작아진다.
상기 실시형태에서는, 진공 자외광 편광 소자(6)는, 출사측 개구를 막는 창으로서도 겸용되었는데, 출사창을 별도 설치해도 된다. 이 경우에는, 진공 자외광 편광 소자(6)가 전체적으로 불활성 가스 치환의 분위기에 노출되게 된다. 단, 구조적으로는, 출사창을 겸용시키는 편이 심플하다.
또, 광원이 용기(71) 내에 배치된 구성, 즉 광원과 편광 장치가 세트로 된 구성이 채용되기도 한다. 이 경우, 용기(71)는 이른바 램프 하우스에 상당하는 부재가 된다.
다음에, 배향 방법의 발명의 실시형태에 대해 설명한다.
도 12는, 실시형태의 진공 자외광 편광 소자를 탑재한 광배향 장치의 정면 개략도이다. 도 12에 나타내는 광배향 장치는, 액정 디스플레이용의 광배향층을 얻기 위한 장치이며, 대상물(워크)(10)에 진공 자외광의 편광광을 조사함으로써, 워크(10)에 광배향층을 형성하는 장치이다. 이 장치는, 진공 자외광을 방사하는 광원(81)을 포함하는 램프 하우스(8)와, 진공 자외광 편광 소자(6)와, 진공 자외광의 조사 영역(R)에 워크(10)를 반송하는 워크 반송계(9)를 구비하고 있다.
광원(81)으로서는, 엑시머 램프나 저압 수은 램프 등을 사용할 수 있다. 특히, 엑시머 램프는, 단일 파장으로 간주할 수 있는 광을 방사하는 램프이며, 불필요하게 워크(10)를 가열하거나, 불필요한 반응을 일으키게 하거나 하는 일이 없으므로 적합하다. 예를 들면, 제논을 방전 가스로서 봉입한 파장 172nm의 엑시머 램프가 사용된다. 광원(81)의 배후에는, 한 쌍의 장척인 미러(82)가 배치된다.
진공 자외광 편광 소자(6)는, 램프 하우스(8)의 광 출사측에 탑재된다. 예를 들면, 진공 자외광 편광 소자(6)는, 프레임(61)에 유지되어 유닛화되고, 램프 하우스(8)의 광 출사구를 막는 상태로 탑재된다. 또한, 상술한 바와 같이, 램프 하우스(8) 내를 불활성 가스로 치환하는 분위기 제어 수단이 설치되는 경우가 있다.
워크(10)는, 이 예에서는 투명한 판형상이다. 워크 반송계(9)는, 상면에 워크(10)가 재치되는 스테이지(91)와, 스테이지(91)를 조사 영역(R)을 통해 직선 이동시켜 반송하는 기구를 구비한 것이 된다. 구체적으로는, 워크 반송계(9)는, 스테이지(91)의 직선 이동을 가이드하는 리니어 가이드(92)나 도시 생략된 직선 구동원 등을 구비한 것이 된다. 반송 라인은, 램프 하우스(8)의 직하의 조사 영역(R)을 통과하도록 설정된다. 조사 영역(R)의 일방측에 설정된 로드 위치에는 도시 생략된 로드용 로봇이 배치된다. 언로드용의 기구로서는, 로드용 로봇을 겸용하거나, 조사 영역(R)의 타방측에 언로드용 로봇이 배치된다. 워크(10)로서는, 표면에 광배향층이 되는 막재가 피착한 것이 사용되기도 한다.
또한, 램프 하우스(8) 내는, 진공 자외광의 흡수를 억제하기 위해, 질소 가스가 퍼지되는 경우가 있다. 질소 가스는, 진공 자외광 편광 소자(6)의 냉각이나 진공 자외광 편광 소자(6)로의 실록산 등의 이물 부착 방지의 목적으로 흘려지기도 한다.
또, 진공 자외광 편광 소자(6)에서 워크(10)까지의 조사 거리(도 12에 L로 나타낸다)는, 1~40mm 정도로 하는 것이 바람직하다. 40mm보다 길면, 분위기(공기)에 의한 진공 자외광의 흡수를 위해서, 조도가 한도 이상으로 저하되어버릴 우려가 있다. 1mm보다 짧으면, 워크 반송계(9)에 의한 반송 위치에 매우 높은 정밀도가 요구되어버리는 등의 문제가 생긴다.
다음에, 상기 광배향 장치의 동작에 대해 설명한다. 이하의 설명은, 배향 방법의 발명의 실시형태의 설명이기도 하다.
워크(10)는, 도시 생략된 로드용 로봇에 의해 스테이지(91)에 재치되고, 워크 반송계(9)에 의해 반송되어 조사 영역(R)을 통과한다. 조사 영역(R)에는, 진공 자외광의 편광광이 조사되어 있고, 워크(10)는, 이 광에 의해 배향 처리가 된다. 배향 처리가 된 워크(10)는, 스테이지(91)가 로드 위치로 되돌아왔을 때에 로드용 로봇에 의해 스테이지(91)로부터 제거되거나, 또는 반대측에 설치된 언로드용 로봇에 의해 스테이지로부터 제거된다.
상술한 배향 방법에 의하면, 보다 에너지가 높은 진공 자외광인 편광광에 의해 배향 처리가 된다. 이 때문에, 보다 효율적으로 배향 처리가 행해진다. 이때, 높은 편광 성능이 장기간 안정적으로 얻어지므로, 양호한 배향 처리를 장기간 안정적으로 행할 수 있다.
또한, 워크(10)의 폭(도 12의 지면 수직 방향의 길이)보다 긴 조사 영역(R)에 진공 자외광의 편광광이 조사되는데, 워크(10)로의 조사량은, 반송 방향의 조사 영역(R)의 길이와 조사 영역(R)을 통과할 때의 속도, 및 조도에 따라 정해진다. 이 조사량은, 40mJ/mm2~4000mJ/mm2 정도로 하는 것이 바람직하다. 40mJ/mm2보다 적으면, 조사량이 부족해 광배향이 불충분해질 우려가 있다. 4000mJ/mm2보다 많으면, 진공 자외광의 높은 에너지에 의해 워크(10)가 열화되어버릴 우려가 있다.
상기 각 실시형태에 있어서, 진공 자외광 편광 소자의 구조로서는, 그리드(2)의 입사측에 반사 방지층이나 보호층이 형성된 것이 사용되기도 한다. 예를 들면, 그리드(2)를 덮도록 하여 보호층으로서 산화실리콘층이 형성되는 경우도 있다. 보호층은, 실록산 등의 이물의 부착을 고려하여 형성되는 경우도 있고, 이물을 닦아냄 등의 방법으로 제거할 수 있도록 보호층이 형성된다.
또, 광배향 장치에 대해서는, 시트형상의 막재가 워크가 되는 경우도 있다. 이 경우에는, 롤 투 롤의 반송 방식에 의해 워크를 반송하는 기구가 워크 반송계로서 채용될 수 있다.
1: 투명 기판 2: 그리드
3: 선형부 4: 갭
53: 희생층 6: 진공 자외광 편광 소자
7: 분위기 제어 수단 71: 용기
72: 불활성 가스 도입계 8: 램프 하우스
9: 워크 반송계 10: 워크

Claims (15)

  1. 파장 200nm 이하의 진공 자외광을 편광시키는 진공 자외광 편광 소자로서,
    진공 자외광에 대해 투명한 기판과, 기판 상에 형성된 그리드를 구비하고 있고,
    그리드는, 평행하게 연장되는 다수의 선형부로 이루어지는 것이며, 각 선형부 사이에는 충전물이 설치되어 있지 않은 구조이고,
    각 선형부의 재료는, 제3족 또는 제4족 원소의 산화물이고, 또한 PE=T2×log10(ER)의 식(단, T는 그리드에 의한 투과율, ER은 그리드에 의한 소광비)으로 얻어지는 PE가 진공 자외역에서 가장 높아지는 광학 상수의 조합에 있어서 PE가 0.2 이상이 되는 재료인 것을 특징으로 하는 진공 자외광 편광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 선형부를 형성하는 재료는, 상기 제3족 또는 제4족의 원소의 일부가 다른 원소로 치환되어 있고, 치환의 비율은, 상기 PE가 진공 자외역에서 가장 높아지는 광학 상수의 조합에 있어서 상기 PE가 0.2가 되는 비율 이하인 것을 특징으로 하는 진공 자외광 편광 소자.
  3. 파장 200nm 이하의 진공 자외광을 편광시키는 진공 자외광 편광 소자로서,
    진공 자외광에 대해 투명한 기판과, 기판 상에 형성된 그리드를 구비하고 있고,
    그리드는 평행하게 연장되는 다수의 선형부로 이루어지는 것이며, 각 선형부 사이는 공간으로 충전물이 설치되어 있지 않은 구조이고,
    각 선형부는, 산화하프늄, 산화이트륨, 산화하프늄 중의 하프늄의 일부를 다른 원소로 치환한 산화하프늄계 다원 화합물 또는 산화이트륨 중의 이트륨의 일부를 다른 원소로 치환한 산화이트륨계 다원 화합물로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 자외광 편광 소자.
  4. 진공 자외광 편광 소자와, 진공 자외광 편광 소자가 배치된 공간을 불활성 가스로 치환하는 분위기 제어 수단을 구비하고 있고,
    진공 자외광 편광 소자는, 파장 200nm 이하의 진공 자외광을 편광시키는 진공 자외광 편광 소자로서, 진공 자외광에 대해 투명한 기판과, 기판 상에 형성된 그리드를 구비하고 있고,
    그리드는, 평행하게 연장되는 다수의 선형부로 이루어지는 것이며, 각 선형부 사이에는 충전물이 설치되어 있지 않은 구조이고,
    각 선형부의 재료는, 제3족 또는 제4족의 원소의 산화물이고, 또한 PE=T2×log10(ER)의 식(단, T는 그리드에 의한 투과율, ER은 그리드에 의한 소광비)으로 얻어지는 PE가 진공 자외역에서 가장 높아지는 광학 상수의 조합에 있어서 PE가 0.2 이상이 되는 재료인 것을 특징으로 하는 진공 자외광 편광 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 각 선형부를 형성하는 재료는, 상기 제3족 또는 제4족의 원소의 일부가 다른 원소로 치환되어 있고, 치환의 비율은, 상기 PE가 진공 자외역에서 가장 높아지는 광학 상수의 조합에 있어서 상기 PE가 0.2가 되는 비율 이하인 것을 특징으로 하는 진공 자외광 편광 장치.
  6. 진공 자외광 편광 소자와, 진공 자외광 편광 소자가 배치된 공간을 불활성 가스로 치환하는 분위기 제어 수단을 구비하고 있고,
    진공 자외광 편광 소자는, 파장 200nm 이하의 진공 자외광을 편광시키는 진공 자외광 편광 소자로서, 진공 자외광에 대해 투명한 기판과, 기판 상에 형성된 그리드를 구비하고 있고,
    그리드는 평행하게 연장되는 다수의 선형부로 이루어지는 것이며, 각 선형부 사이는 공간으로 충전물이 설치되어 있지 않은 구조이고,
    각 선형부는, 산화하프늄, 산화이트륨, 산화하프늄 중의 하프늄의 일부를 다른 원소로 치환한 산화하프늄계 다원 화합물 또는 산화이트륨 중의 이트륨의 일부를 다른 원소로 치환한 산화이트륨계 다원 화합물로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 자외광 편광 장치.
  7. 비편광 상태의 파장 200nm 이하의 진공 자외광을 진공 자외광 편광 소자에 조사하여 편광시키는 진공 자외광 편광 방법으로서,
    진공 자외광 편광 소자는, 진공 자외광에 대해 투명한 기판 상에 평행하게 연장되는 다수의 선형부로 이루어지는 그리드가 형성된 구조이며,
    그리드는, 제3족 또는 제4족의 원소의 산화물이고, 또한 PE=T2×log10(ER)의 식(단, T는 그리드에 의한 투과율, ER은 그리드에 의한 소광비)으로 얻어지는 PE가 진공 자외역에서 가장 높아지는 광학 상수의 조합에 있어서 PE가 0.2 이상이 되는 재료로 각 선형부가 형성되고, 각 선형부 사이에는 충전물이 설치되어 있지 않은 구조인 것을 특징으로 하는 진공 자외광 편광 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 각 선형부를 형성하는 재료는, 상기 제3족 또는 제4족의 원소의 일부가 다른 원소로 치환되어 있고, 치환의 비율은, 상기 PE가 진공 자외역에서 가장 높아지는 광학 상수의 조합에 있어서 상기 PE가 0.2가 되는 비율 이하인 것을 특징으로 하는 진공 자외광 편광 방법.
  9. 비편광 상태의 파장 200nm 이하의 진공 자외광을 진공 자외광 편광 소자에 조사하여 편광시키는 진공 자외광 편광 방법으로서,
    진공 자외광 편광 소자는, 진공 자외광에 대해 투명한 기판 상에 평행하게 연장되는 다수의 선형부로 이루어지는 그리드가 형성된 구조이며,
    그리드는, 산화하프늄, 산화이트륨, 산화하프늄 중의 하프늄의 일부를 다른 원소로 치환한 산화하프늄계 다원 화합물 또는 산화이트륨 중의 이트륨의 일부를 다른 원소로 치환한 산화이트륨계 다원 화합물로 각 선형부가 형성되고, 각 선형부 사이에는 충전물이 설치되어 있지 않은 구조인 것을 특징으로 하는 진공 자외광 편광 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 진공 자외광 편광 소자를, 불활성 가스로 치환된 공간에 배치하면서 행하는 것을 특징으로 하는 진공 자외광 편광 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 진공 자외광 편광 소자를, 불활성 가스로 치환된 공간에 배치하면서 행하는 것을 특징으로 하는 진공 자외광 편광 방법.
  12. 분자 구조에 일정한 방향성이 주어진 배향층을 워크에 형성하는 배향 방법으로서,
    파장 200nm 이하의 진공 자외광을 진공 자외광 편광 소자에 조사하여 얻어진 진공 자외역의 편광광을 워크에 조사함으로써 배향층을 형성하는 배향 방법이고,
    진공 자외광 편광 소자는, 진공 자외광에 대해 투명한 기판 상에 평행하게 연장되는 다수의 선형부로 이루어지는 그리드가 형성된 구조이며,
    그리드는, 제3족 또는 제4족의 원소의 산화물이고, 또한 PE=T2×log10(ER)의 식(단, T는 그리드에 의한 투과율, ER은 그리드에 의한 소광비)으로 얻어지는 PE가 진공 자외역에서 가장 높아지는 광학 상수의 조합에 있어서 PE가 0.2 이상이 되는 재료로 각 선형부가 형성되고, 각 선형부 사이에는 충전물이 설치되어 있지 않은 구조를 갖고 있고,
    워크를 진공 자외광 편광 소자에 대해 1mm 이상 20mm 이하의 위치에 배치하고,
    워크로의 진공 자외광의 조사량을 40mJ/mm2 이상 4000mJ/mm2 이하로 하는 것을 특징으로 하는 배향 방법.
  13. 분자 구조에 일정한 방향성이 주어진 배향층을 워크에 형성하는 배향 방법으로서,
    파장 200nm 이하의 진공 자외광을 진공 자외광 편광 소자에 조사하여 얻어진 진공 자외역의 편광광을 워크에 조사함으로써 배향층을 형성하는 배향 방법이고,
    진공 자외광 편광 소자는, 진공 자외광에 대해 투명한 기판 상에 평행하게 연장되는 다수의 선형부로 이루어지는 그리드가 형성된 구조이며,
    그리드는, 산화하프늄, 산화이트륨, 산화하프늄 중의 하프늄의 일부를 다른 원소로 치환한 산화하프늄계 다원 화합물 또는 산화이트륨 중의 일부의 이트륨을 다른 원소로 치환한 산화이트륨계 다원 화합물로 각 선형부가 형성되고, 각 선형부 사이에는 충전물이 설치되어 있지 않은 구조를 갖고 있고,
    워크를 진공 자외광 편광 소자에 대해 1mm 이상 20mm 이하의 위치에 배치하고,
    워크로의 진공 자외광의 조사량을 40mJ/mm2 이상 4000mJ/mm2 이하로 하는 것을 특징으로 하는 배향 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 진공 자외광 편광 소자를, 불활성 가스로 치환된 공간에 배치하면서 행하는 것을 특징으로 하는 배향 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 진공 자외광 편광 소자를, 불활성 가스로 치환된 공간에 배치하면서 행하는 것을 특징으로 하는 배향 방법.
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