TWI585473B - Method for manufacturing grating polarizer - Google Patents

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Description

光柵偏光元件製造方法
本案發明係關於取得偏光之狀態的光線(偏光光線)的偏光元件者，尤其關於在透明基板上形成光柵(柵格)之構造的光柵偏光元件者。
取得偏光光線的偏光元件，係以偏光太陽眼鏡之切身的產品為首，作為偏光濾光片及偏光薄膜等的光學元件，公知有各種者，即使液晶顯示器等的顯示器裝置也使用。於偏光元件，根據取出偏光光線的方式可分類成幾種，其一有線柵偏光元件。
線柵偏光元件，係於透明基板上設置由如鋁的金屬所成之細微的條紋狀柵格之構造者。利用將成為柵格之各線狀部的離開間隔(柵格間隔)設為偏光之光線的波長以下，具有作為偏光元件的功能。直線偏光光線中，因對於在柵格的長度方向具有電場成分的偏光光線而言，等同於平坦的金屬，所以會反射，但對於在與長度方向垂直之方向具有電場成分的偏光光線而言，僅等同於透明基板，所以會透射透明基板而射出。因此，來自偏光元件係 專設出與柵格的長度方向垂直之方向的直線偏光光線。利用控制偏光元件的姿勢，使柵格的長度方向朝向所希望的方向，可獲得偏光光線的軸(電場成分的朝向)朝向所希望的方向之偏光光線。
以下，為了說明便利，將於柵格的長度方向具有電場成分的直線偏光光線稱為s偏光光線，將於與柵格的長度方向垂直之方向具有電場成分的直線偏光光線稱為p偏光光線。通常，將對於射入面(與反射面垂直且包含射入光線與反射光線之面)，電場垂直者稱為s波，平行者稱為p波，但是以柵格的長度方向與射入面平行為前提，來如此區別。
表示此種偏光元件之性能的基本指標，係消光比ER與透射率TR。消光比ER係透射偏光元件之偏光光線的強度中，s偏光光線的強度(Is)相對於p偏光光線的強度(Ip)之比(Ip/Is)。又，透射率TR係通常，射入之s偏光光線與p偏光光線的全能量相對之射出p偏光光線的能量之比(TR=Ip/(Is+Ip))。理想的偏光元件係消光比ER=∞，透射率TR=50%。
因為柵格是金屬製，故稱為線柵偏光元件，但是，以本案發明的方法所製造之偏光元件，柵格不一定限於金屬，所以，以下單稱為光柵偏光元件。
圖5係先前之光柵偏光元件的製造方法的概略圖。光柵偏光元件，係利用在透明基板1上藉由光微影形成柵格2來製造。具體來說，如圖5(1)所示，首先 於透明基板1上作成柵格用薄膜40。然後，如圖5(2)所示，於柵格用薄膜40上塗布光阻50(圖5(2))。接著，透過具有形成之圖案的遮罩，對光阻50進行曝光，並進行顯像來獲得光阻的圖案5(圖5(3))。
接著，從光阻圖案5側供給蝕刻劑，對未被光阻圖案5覆蓋之處的柵格用薄膜40進行蝕刻。蝕刻係一邊對柵格用薄膜40的厚度方向施加電場一邊進行的非等向性蝕刻，柵格用薄膜40被圖案化成條紋狀(圖5(4))。之後，如圖5(5)所示，去除光阻圖案5時，獲得柵格2，完成光柵偏光元件。柵格2係將延伸於一定方向的線狀部3，隔開間隔平行地配置多數的構造，所以，經常被稱為線與間隙。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-8172號公報
在偏光元件的某種用途，逐漸需要使可視區域之短波長側的光線及紫外區域的光線等之短波長區域的光線偏光，對某種程度寬廣的照射區域進行照射。例如，於液晶顯示器的製程中，近來，逐漸採用被稱為光配向的技術。該技術係藉由光照射來取得於液晶顯示器中必要的配向膜的技術。對如聚醯亞胺之樹脂製的膜，照射紫外區 域的偏光光線時，膜中的分子被排列成偏光光線的朝向，可獲得配向膜。相較於被稱為刷磨的機械式配向處理，因可獲得高性能的配向膜，逐漸被高畫質之液晶顯示器的製程大幅採用。
在光柵偏光元件中，如上所述，需要將柵格間隔設為偏光之波長程度或比其短的間隔。所以，波長越短則需要越縮小柵格間隔，柵格的構造會細微化。因此，從前，難以實現作為從可視短波長區域至紫外區域之光線的偏光用，但是，藉由近年來細微加工技術(光微影技術)的進步，也逐漸考量充分可能實用化。
然而，依據發明者的研究，判明了有欲製造某程度之大小的光柵偏光元件，對某程度之大小的區域照射偏光光線時，於照射區域的周邊部中消光比ER會降低的問題。為了調查該問題的原因而持續銳意研究，結果，發現是起因於製造時的蝕刻工程之面內不均勻性。以下，針對此點進行說明。
圖6係模式揭示光柵偏光元件的製造之蝕刻工程的前視剖面概略圖。
在蝕刻工程中，形成反應性氣體的電漿，於透明基板1的厚度方向設定電場。電漿中的離子(蝕刻劑)係藉由電場從電漿被拉出，射入至柵格用薄膜，與柵格用薄膜反應而對柵格用薄膜進行蝕刻。
此時，如圖6所示，透明基板1係被載置於平台7上，以在平台7上不移動之方式透明基板1的周緣被壓環 71按壓在平台7上。壓環71係沿著透明基板1之輪廓的形狀的周狀，以耐蝕刻性的材料(亦即，不會被蝕刻劑蝕刻的材料)形成。
蝕刻時，蝕刻劑因為與柵格用薄膜的反應而被消費。此時，在透明基板1上的周邊部中，因為有壓環71，蝕刻劑的消費量相較於中央部比較少。因此，蝕刻劑係成為相較於中央部，於周邊部中存在較多的空間分布。
於透明基板1的周邊部上蝕刻劑過剩存在的話，於周邊部中會被過剩蝕刻。亦即，於中央部中，到正常蝕刻結束為止進行蝕刻時，在周邊部中蝕刻會過剩，連光阻都會被蝕刻。因此，到形成的線狀部為止會被蝕刻。結果，如圖5(5)所示，成為於透明基板1的周邊部1p中，各線狀部3的高度於周邊部1p中比中央部1c還低的構造。
依據發明者的研究，於光柵偏光元件中消光比依存於線狀部的高度，線狀部的高度變低的話，消光比會降低。於研究中確認之照射區域的周邊部之消光比的降低，係判明起因於此種光柵偏光元件的製造工程之問題。
本案發明係依據此種發明者所致之新穎發現所發明者，解決課題為提供於周邊部中消光比不降低之優良光柵偏光元件。
為了解決前述課題，本案申請專利範圍第1項所記載之發明是一種光柵偏光元件，係具備透明基板， 與由設置於透明基板上之複數線狀部所成之條紋狀柵格所成的光柵偏光元件，具有：條紋狀的柵格，係由具有偏光作用之透明基板側的第一層，與位於第一層上側的第二層所成者；第二層，係以透光性的材料形成，高度比第一層低的構造。
又，為了解決前述課題，申請專利範圍第2項所記載之發明，具有於前述第1項的構造中，前述第二層，係以對於藉由蝕刻形成前述第一層時之蝕刻劑的耐性比第一層還高的材料所形成的構造。
又，為了解決前述課題，申請專利範圍第3項所記載之發明，具有於前述第1項或第2項的構造中，前述第二層的材料，係使用波長之消衰係數實質上為0的構造。
又，為了解決前述課題，申請專利範圍第4項所記載之發明，具有於前述第1項或第2項的構造中，前述第二層，係高度為10nm以上100nm以下的構造。
又，為了解決前述課題，申請專利範圍第5項所記載之發明，具有於前述第1項至第4項中任一項的構造中，前述使用波長，係200nm以上400nm以下的構造。
又，為了解決前述課題，申請專利範圍第6項所記載之發明，具有於前述第1項至第5項中任一項的構造中，前述第一層，係以矽形成的構造。
又，為了解決前述課題，申請專利範圍第7項所記載之發明，具有前述第1項或第2項的構造中，前述第二 層，係由氧化鈦、氧化矽、氧化鉭、氧化鈮、氧化鋁、氧化鉿、氧化釔、氧化鋯、氧化銦錫、氧化鈰、氧化鎢、氧化鋅、氟化鎂的任一種以上材料所成的構造。
又，為了解決前述課題，申請專利範圍第8項所記載之發明是一種光柵偏光元件製造方法，係製造具備透明基板，與設置於透明基板上之條紋狀柵格的光柵偏光元件的光柵偏光元件製造方法，具有以下構造：具有：第一成膜工程，係於透明基板上作成第一薄膜；第二成膜工程，係於第一薄膜上作成第二薄膜；第一蝕刻工程，係對第二薄膜進行蝕刻，將第二薄膜設為條紋狀的第二層；及第二蝕刻工程，係使成為條紋狀的第二層作為遮罩，對第一薄膜進行蝕刻並設為第一層；第一成膜工程，係以具有偏光作用的材料，作成第一薄膜的工程；第二成膜工程，係以透光性的材料，作成第二薄膜的工程；於製造的光柵偏光元件中，設為第二層的高度比第一層低的構造。
又，為了解決前述課題，申請專利範圍第9項所記載之發明，具有於前述第8項的構造中，在前述第二蝕刻工程中，使用前述第二薄膜耐性比第一薄膜還高的蝕刻劑的構造。
又，為了解決前述課題，申請專利範圍第10項所記載之發明，具有於前述第8項或第9項的構造中，前述第二薄膜的材料，係使用波長之消衰係數實質上為0的構造。
又，為了解決前述課題，申請專利範圍第11項所記載之發明，具有於前述第8項或第9項的構造中，前述第二層，係高度為10nm以上100nm以下的構造。
又，為了解決前述課題，申請專利範圍第12項所記載之發明，具有於前述第8項至第11項中任一項的構造中，前述使用波長，係200nm以上400nm以下的構造。
又，為了解決前述課題，申請專利範圍第13項所記載之發明，具有於前述第8項至第12項中任一項的構造中，前述第一薄膜，係以矽作成的構造。
又，為了解決前述課題，申請專利範圍第14項所記載之發明，具有前述第8項或第9項的構造中，前述第二層，係由氧化鈦、氧化矽、氧化鉭、氧化鈮、氧化鋁、氧化鉿、氧化釔、氧化鋯、氧化銦錫、氧化鈰、氧化鎢、氧化鋅、氟化鎂的任一種以上材料所作成的構造。
又，為了解決前述課題，申請專利範圍第15項所記載之發明是一種光柵偏光元件製造方法，係製造具備透明基板，與由設置於透明基板上之複數線狀部所成之條紋狀柵格的光柵偏光元件的光柵偏光元件製造方法，具有以下構造：具有： 第一成膜工程，係於透明基板上作成第一薄膜；第三成膜工程，係於第一薄膜上作成犧牲層用的第三薄膜；犧牲層形成工程，係藉由光微影將第三薄膜設為條紋狀，形成犧牲層；第二成膜工程，係於包含犧牲層之側面的區域，作成第二薄膜；第一蝕刻工程，係在形成於犧牲層的側面之部分殘留之狀態下，對第二薄膜進行蝕刻；犧牲層去除工程，係去除犧牲層，形成條紋狀的第二層；及第二蝕刻工程，係使成為條紋狀的第二層作為遮罩，對第一層進行蝕刻；第一成膜工程，係以具有偏光作用的材料，作成第一薄膜的工程；第二成膜工程，係以透光性的材料，作成第二薄膜的工程；於製造的光柵偏光元件中，設為第二層的高度比第一層低的構造。
如以下所說明，依據本案申請專利範圍第1、8或15項所記載之發明，柵格由具有偏光作用之主要層的第一層，與具有透光性，高度比第一層低之作為覆蓋層 的第二層所成，所以，第一層的高度不會變成不均勻，可提升偏光作用的均勻性。
又，依據申請專利範圍第2項或第9項所記載之發明，除了前述效果之外，因為第二層具有耐蝕刻性，不需要厚厚地作成第二層用的薄膜，此點為佳。
又，依據申請專利範圍第3項或第10項的發明，除了前述效果之外，因為第二層的消衰係數實質上為0，即使第二層的高度不均勻，也因此，偏光作用的均勻性不會降低。
又，依據申請專利範圍第5項或第12項的發明，除了前述效果之外，因為使用波長為200~400nm，如光配向處理，需要進行該波長區域之偏光光線的照射時，可適合使用。
又，依據申請專利範圍第6項或第13項所記載之發明，除了前述效果之外，因為第一層以矽形成，可獲得容易進行細微加工的效果。
1‧‧‧透明基板
1p‧‧‧周邊部
2‧‧‧柵格
3‧‧‧線狀部
5‧‧‧光阻圖案
6‧‧‧犧牲層
7‧‧‧平台
31‧‧‧第一層
32‧‧‧第二層
40‧‧‧柵格用薄膜
41‧‧‧第一薄膜
42‧‧‧第二薄膜
43‧‧‧第三薄膜
50‧‧‧光阻
71‧‧‧壓環
[圖1]本案發明的實施形態之光柵偏光元件的剖面概略圖。
[圖2]揭示第一實施形態之光柵偏光元件製造方法的前視剖面概略圖。
[圖3]第二實施形態之光柵偏光元件製造方法的概略 圖。
[圖4]針對藉由實施形態的方法所製造之光柵偏光元件的偏光作用分布，與參考例的光柵偏光元件進行比較的模式圖。
[圖5]先前之光柵偏光元件的製造方法的概略圖。
[圖6]模式揭示光柵偏光元件的製造之蝕刻工程的前視剖面概略圖。
接著，針對用以實施本案發明的形態(以下，實施形態)進行說明。
圖1係本案發明的實施形態之光柵偏光元件的剖面概略圖。圖1所示之光柵偏光元件，係由透明基板1，與設置於透明基板1上之條紋狀的柵格2所構成。柵格2係具有延伸於一定方向的多數線狀部21隔開間隔所形成的構造。於圖1中，各線狀部3的寬度(柵格寬)以w表示，柵格間隔以t表示。又，以h表示各線狀部3的高度。
構成柵格2的各線狀部3係以上下兩層所形成，柵格2係作為整體，由下側的第一層31與第一層31上的第二層32所構成。該等層31、32整體也為格子狀。作為整體而成格子狀的第一層31係具有偏光作用之層。該第二層32係設置作為製造時保護第一層31的覆蓋層。
在此實施形態中，第一層31以矽形成。作為具有偏光作用之第一層31的材料，採用矽，係依據與先 前之線柵偏光元件不同的技術思想。以下，針對此點進行說明。
先前的線柵偏光元件，也可稱為反射型光柵偏光元件，於柵格2使用反射率高的金屬，藉由讓於柵格2的長度方向具有電場成分的直線偏光光線反射，而不透射透明基板1。
另一方面，實施形態的光柵偏光元件，係具有將包含吸收偏光之光線的波長之材料所構成之各線狀部3，以與偏光之光線的波長同程度以下的柵格間隔t排列之條紋狀的柵格2者，也稱為吸收型光柵偏光元件。即使稱為吸收型，也並不是在可視光用的偏光薄膜等所見之利用高分子所致之光線的吸收，而是利用伴隨電磁感應所致之光線的衰減。
作為第一層31的材料，可說某種程度上消衰係數較大為佳。第一層31的材料係衰減係數為0.8程度或其以上為佳。針對該理由在以下進行說明。
吸收型線柵偏光元件的原理，係具有與透明基板上的各線狀部3平行之電場成分的光線一邊傳播於線中，一邊被構成各線狀部3的材料吸收所致。在此，將具有吸收的媒質中往x方向(線狀部的高度方向)傳播的電場，係以以下式1賦予。
式1之右邊初始的exp項係表示衰減，可知消衰係數k越大，在短傳播距離x中電場越會衰減。所以，以消衰係數較小的材料形成第一層31時，對於提升消光比來說，可知需要提高第一層31，增加傳輸距離。另一方面，柵格寬w係與柵格間隔t一起，根據波長決定最佳寬度。亦即，以消衰係數較小的材料形成第一層31的話，必須提高柵格2的長寬比(相對於柵格寬w的線狀部3之高度h的比)。長寬比(h/w：圖1)較高的柵格2一般來說製造困難，又，機械性強度也變弱。所以，以具有某程度較高之消衰係數的材料形成第一層31為佳。雖然省略詳細說明，但是，依據發明者的研究，以具有0.8程度之消衰係數的材料形成第一層31時，可取得消光比超過20之高性能的光柵偏光元件。所以，第一層31的材料係衰減係數為0.8程度或其以上為佳。
具體來說，在此實施形態中，第一層31係以利用如濺鍍的成膜技術所作成之膜形成，成為非晶矽。
在實施形態的光柵偏光元件中，作為使用波長，假想200~400nm。非晶矽在200~400nm的波長區域中具有2.6~3.3的消衰係數，所以，理想選擇作為第一層31的材料。
選定矽之其他理由是容易進行細微加工之處。矽是代表性半導體材料，作為各種半導體裝置的製造技術，確立有各種細微加工技術。該等技術可轉用也是作為第一層31的材料的理想理由。
接著，針對第二層32進行說明。第二層32係設置作為用以維持第一層31之尺寸形狀的均勻性的覆蓋層。如上所述，於光柵偏光元件的製造中，因為蝕刻時的蝕刻劑分布的不均勻性，形成之各線狀部3的高度容易變成不均勻。考慮此點，在此實施形態中，將柵格2設為層積第一、第二兩層31、32的構造，將第一層31作為主要層(具有偏光作用之層)。
第二層32係於形成第一層31時的非等向性蝕刻中，覆蓋逐漸形成之第一層31的上面，讓第一層31的上面不會暴露於蝕刻劑。所以，第二層32係在非等向性蝕刻完成，第一層31完全形成之時間點，殘留於第一層31上。主要具有偏光作用的層是第一層31，所以，也考量第一層31的形成後去除第二層32，但是，難以僅去除第二層32。所以，作為直接殘留第二層32的構造。
在選定此種第二層32的材料時，必須考慮幾點。其一是使用波長之光線的透射性。實施形態的光柵偏光元件，係如上所述，以吸收型的模式動作的偏光元件。對於以吸收型動作來說，需要光線到達第一層31，傳輸於第一層31中。假設，第二層32以完全遮光性的材料形成的話，光線不會到達第一層31，第一層31無法完成偏光作用。第二層32以如鋁的金屬形成，實質上是100%的反射率時，相當於此例。再者，即使是金屬，也有如鉻系般，藉由削薄而具有透光性的材料。所以，無法使用來作為第二層32的是考慮厚度(高度)之外，實質上100%遮 住使用波長之光線之狀況。
以第二層32是透光性的材料為前提時，接著應檢討的是於第二層32中有哪種程度的吸收。作為第二層32的特性的理想範例，係於使用波長中，第二層32的消衰係數實質上為0。如果消衰係數實質上為0的話，第二層32之吸收等於實質上沒有，光線會不衰減而到達第一層31。所以，第二層32係一邊於製程中發揮覆蓋第一層31的功能，一邊於製造後不會阻礙第一層31的偏光作用。所謂「實質上為0」係例如消衰係數未滿1之狀況，更理想來說是未滿0.1之狀況。
針對第二層32之材料的消衰係數實質上不為0，有某種程度的吸收之狀況進行檢討的話，此時，需要考量即使於第二層32中也可能產生吸收型的偏光作用之狀況。第二層32具有偏光作用會成為問題的是第二層32在先前技術中所述，高度成為不均勻之狀況。第二層32具有偏光作用，其高度成為不均勻時，由第一層31及第二層32所成之柵格2發揮的偏光作用，變成整體上不均勻，可能產生前述的問題。
實施形態的光柵偏光元件，係考量此點，使第二層32的高度比第一層31還低。例如，在第二層32之材料的消衰係數實質上不是0之狀況中，第一層31的高度為50~300nm程度的範圍時，第二層32的高度係在10~100nm的範圍中適當選定，理想為10~40nm，更理想為20~30nm。
假設第二層32具有偏光作用，即使第二層32的高度成為不均勻，原本的高度也比第一層31還低，所以，作為偏光元件整體，偏光作用的面內分布不會不均勻到有問題的程度。再者，所謂「面內」係指透明基板1之板面的區域內，於偏光元件中偏光作用的面內分布不均勻的話，在照射面的照射區域內偏光光線的照射會不均勻。
再者，第二層32以使用波長之光線吸收度高的材料形成，也可假定作為整體為格子狀的第二層32中可能產生高偏光作用，但是，第一層31是具有主要偏光作用之層，因為與使用波長的關係，選定充分吸收光線的材料。第二層32係以與第一層31不同的材料形成，所以，通常難以假想具有比第一層31還高的偏光作用。所以，只要將第二層32形成為比第一層31還低的話，可防止偏光作用的面內分布不均勻化。
又，第二層32係因為是用於形成第一層31時的蝕刻之第一層31的覆蓋，第二層32的材料係對於形成第一層31時的蝕刻劑，具有耐性為佳。通常，蝕刻係使光阻圖案作為遮罩來進行，光阻圖案也無法避免因為蝕刻劑而多少被蝕刻。光阻圖案的消耗過多的話，到第一層31的形成完成為止，光阻圖案有可能完全消失。此時，第一層31會露出，身為覆蓋層的第二層32對於蝕刻劑的耐性較低時，有可能第一層31都被蝕刻而消失。所以，第二層32的材料，係對於形成第一層31時的蝕刻劑具有高耐性為佳。所謂「高耐性」因為是第一層31的保護， 相較於第一層31比較高，關於對第一層31進行蝕刻時所使用之蝕刻劑，蝕刻速度會比第一層31慢。
再者，即使第二層32對於蝕刻劑具有低耐性之狀況中，只要在第一層31的形成完成之時間點殘留的話，也可以達到保護第一層31的目的。所以，對於形成第一層31時的蝕刻劑，第二層32之材料的耐性低時，預測到該狀況，先把第二層32用的薄膜形成為比較厚即可。例如，對於形成第一層31時的蝕刻劑，第二層32的耐性只有第一層31的一半時(蝕刻速度是第一層31的材料的一倍時)，只要將第二層32用的薄膜，以稍微超過第一層31用的薄膜之厚度的一倍程度的厚度來形成，即使在第一層31的形成完成之時間點，第二層32也會殘留。
揭示具體材料的範例的話，第一層31如前述般，以矽形成時，第二層32係例如可利用氧化矽形成。氧化矽是藉由如濺鍍的成膜技術所作成之膜時，雖省略圖示，但是，200~400nm之消衰係數為0，相較於矽(非晶)的消衰係數2.6~3.3的話，充分夠小，可成為實質上為0。
又，矽係例如可利用如CF4之氟化碳系氣體及氯系氣體的電漿來進行蝕刻，但是，此時，如公知般，例如形成氯氣的電漿來進行蝕刻的話，可對於氧化矽，選擇性地蝕刻矽。亦即，氧化矽係相對於蝕刻矽時的蝕刻劑，蝕刻速度充分比矽還低。
揭示第二層32的材料的其他範例的話，氧化鈦、氧化鉭、氧化鈮、氧化鋁、氧化鉿、氧化釔、氧化鋯、氧化銦錫、氧化鈰、氧化鎢、氧化鋅、氟化鎂等可選定作為第二層32的材料。也包含氧化矽，該等各材料係作為單體的材料，形成第二層32亦可，以兩種以上的材料來形成第二層32亦可。作為第二層32用的薄膜的形成方法，除了濺鍍之外，也可採用如ALD(Atomic Layer Deposition)的熱CVD。
尤其，在後述之圖3的製造方法中所說明般，第一層31以矽形成，第二層32以氧化鈦形成為佳。
再者，作成的薄膜係一般來說，成膜溫度變高的話，結晶化的程度也變高。結晶化的程度變高的話，因為起因於能帶吸收之光線的吸收會顯現，一般來說消衰係數會變高。所以，以上述之各材料形成第二層32時，大多作為非晶狀態比較理想。
針對各層的高度進行說明時，第一層31的高度在50~300nm程度的範圍中適當選定，例如作為100nm程度。又，第二層32的高度在10~100nm程度的範圍中適當選定，理想為10~40nm，更理想為20~30nm，例如作為30nm程度。
關於由第一及第二層31、32所成之柵格2的尺寸，需要根據幾個觀點來檢討。一般來說，光柵偏光元件係各線狀部3的高度越高，消光比越高。在吸收型的狀況中，因為利用傳輸各線狀部3的過程之s偏光光線的衰 減，該傾向比較顯著。另一方面，各線狀部3的高度變高的話，透射率會降低。又，相對於各線狀部3的寬度之高度的比(長寬比)變高的話，各線狀部3的機械強度降低，容易倒壞。因此，各線狀部3的高度需要考量消光比、透射率及機械強度來決定，例如，柵格寬w為10~50nm程度時，由第一及第二層31、32所成之柵格2的高度h在60nm~400nm程度的範圍中適當選定。其中，具有偏光作用的第一層31係根據獲得充分之消光比的觀點，50~300nm程度為佳。再者，關於各線狀部3的長寬比，在2~20程度的範圍中適當選定，例如長寬比可設為5。
接著，針對此種實施型態之光柵偏光元件的製造方法進行說明。以下說明係光柵偏光元件製造方法之發明的實施形態的說明。
圖2係揭示第一實施形態之光柵偏光元件製造方法的前視剖面概略圖。在製造實施形態之光柵偏光元件時，首先，如圖2(1)所示，進行於透明基板1上作成第一薄膜41的第一成膜工程。第一薄膜41係成為第一層31者，由矽所成之膜。在此實施形態中，第一薄膜41係非晶矽，例如藉由濺鍍所作成。膜厚係相當於第一層31的高度，例如50~200nm。
第一成膜工程之後，如圖2(2)所示，進行於第一薄膜41上作成第二薄膜42的第二成膜工程。第二薄膜42係成為第二層32者，在此實施形態中，由氧化矽 所成之膜。氧化矽膜係同樣地藉由濺鍍所作成。對氧化矽製的標靶進行濺鍍，作成氧化矽膜，但是，因為是介電質標靶的濺鍍，利用施加高頻電壓來進行濺鍍。
接著，如圖2(3)所示，進行光阻圖案的形成。亦即，於第二薄膜42上塗布光阻，進行預烘烤、曝光、顯像及後烘烤等，形成光阻圖案5。該光阻圖案5係相當於柵格2的圖案，為條紋狀(線與間隙)。
接著，使形成之光阻圖案5成為遮罩，進行對第一及第二薄膜41、42進行蝕刻的第一及第二蝕刻工程。此時，在蝕刻工程之前，進行使光阻圖案5暴露於氧電漿，部分性灰化而縮小圖案的處理(縮小處理)。此係用於以超過光微影的解析度的細小線寬來形成線。
縮小處理之後，使用可對第二薄膜42進行蝕刻的蝕刻劑，首先，進行第一蝕刻工程。例如第二薄膜42為氧化矽時，使用如CF4之氟化碳系氣體與氧的混合氣體，藉由高頻放電來形成電漿，設定偏壓電場。藉由偏壓電場而拉出離子，對第二薄膜42進行非等向性蝕刻。結果，如圖2(4)所示，形成第二層32。再者，於電漿，在放電方式上的不同，有感應耦合型與電容耦合型，感應結合型電漿的電漿密度比較高，所以，在生產性的觀點上為佳。
接著，使用可對第一薄膜41進行蝕刻的蝕刻劑，對第一薄膜41進行蝕刻。例如第一薄膜41是矽時，使用氯氣，同樣地藉由感應耦合電漿來進行非等向性蝕 刻。結果，如圖2(5)所示，形成第一層31。之後，灰化去除光阻圖案5時，如圖2(6)所示，取得實施形態的光柵偏光元件。
在前述說明中，已說明對第一薄膜41進行蝕刻而形成第一層31時，光阻圖案5係即使有消耗也會殘留，但是，也可能光阻圖案5全部消耗。此時，可蝕刻第二層32，即使是蝕刻之狀況，也不會被完全蝕刻而會殘留。揭示此狀態的是圖2(6’)。在實施形態的製造方法中，以圖2(6)或(6’)的構造製造光柵偏光元件。
如圖2(6’)所示，在實施形態的製造方法中，有構成柵格2的第二層32被一部分蝕刻之狀況。此時，該蝕刻係在透明基板1的周邊部容易變大，所以，第二層32的高度容易變成不均勻。即使此狀況中，第二層32也因高度比第一層31還低，整體來說，偏光作用不會不均勻。再者，以第二層32的高度最後比第一層31還低之方式，選定第一及第二的各薄膜41、42的厚度。
接著，針對第二實施形態的光柵偏光元件製造方法進行說明。圖3係第二實施形態之光柵偏光元件製造方法的概略圖。
圖3所示之實施形態的方法，係為了製造更細微構造的光柵偏光元件，作為暫時性層而形成犧牲層的方法。如上所述，於光柵偏光元件中，柵格間隔t係需要設為與偏光之光線的波長同程度以下，波長變短時也需要縮小柵格間隔t。另一方面，柵格間隔t變狹小的話，即使是細微 加工技術發達，僅單單形成條紋狀的光阻圖案5而進行蝕刻，也難以以充分的尺寸形狀精度來形成柵格2。
圖3所示之實施形態係考慮此點者。具體說明的話，在此實施形態中，也於透明基板1上形成第一薄膜41。然後，於第一薄膜41上，作成犧牲層用的第三薄膜43。然後，於該第三薄膜43上，如圖3(2)所示，同樣地藉由光微影形成光阻圖案5。光阻圖案5係適合形成之柵格2的形狀的條紋狀。
接著，將光阻圖案5作為遮罩，對第三薄膜43進行蝕刻，如圖3(3)所示，形成各犧牲層6。各犧牲層6係成為沿著光阻圖案5之形狀的條紋狀。形成各犧牲層6之後，去除光阻圖案5。
接著，如圖3(4)所示，以覆蓋各犧牲層6之方式形成第二薄膜42。第二薄膜42係形成於各犧牲層6的上面、側面及各犧牲層之間的第一薄膜41的露出面。
接著，進行使用可對第二薄膜42的材料進行蝕刻的蝕刻劑，對第二薄膜42進行非等向性蝕刻的第一蝕刻工程。結果，如圖3(5)所示，第二薄膜42係僅堆積於各犧牲層6的側面，形成第二層32。
接著，使用可僅對犧牲層6進行蝕刻的蝕刻劑，蝕刻去除犧牲層6。結果，如圖3(6)所示，成為於第一薄膜41上，僅各第二層32突出而形成為條紋狀之狀態。犧牲層6的蝕刻係大多是如RIE的乾式蝕刻之狀況，但也有濕式蝕刻之狀況。
接著，進行使各第二層32作為遮罩，對第一薄膜進行蝕刻，形成第一層31的第二蝕刻工程。對於各第二層32的材料使用有選擇性的蝕刻劑，對第一薄膜41選擇性進行蝕刻。結果，如圖3(7)所示，獲得由在第一層31上殘留第二層32之構造的柵格2所成的光柵偏光元件。
依據此實施形態的製造方法，於各犧牲層6的各側面堆積第二薄膜42，形成各第二層32，所以，可縮小各第二層32的寬度及離開間隔。因此，針對各第一層31也可縮小寬度及離開間隔，可容易獲得更短波長用的細微柵格構造。
再者，於此實施形態的製造方法中作為暫時形成之犧牲層6的材料，只要是在各第二層32的形成後進行蝕刻來去除犧牲層6時，不會連各第二層32及第一薄膜41都蝕刻的材料，可使用任意材料。
尤其在此實施形態的製造方法中，需要將第二薄膜42無不均地形成於犧牲層6上，但是，作為第二薄膜42，作成氧化鈦時，藉由ALD可容易具優良覆蓋性且無不均地作成，因而理想。又，第二薄膜42除了需要是於用以形成圖3(6)所示之第二薄膜32的圖案(條紋狀圖案)的蝕刻中可適度蝕刻的材料之外，且於第一薄膜41的蝕刻中具有耐蝕刻性的材料。作為第二薄膜42使用氧化鈦時，可良好地進行用以成為條紋狀圖案的蝕刻，並且對第一薄膜41進行蝕刻來形成第一層31時，可具有作 為對於第一層31的保護層之良好功能。
[實施例1]
接著，針對前述實施形態所屬實施例進行說明。
在實施例的光柵偏光元件製造方法中，在由合成石英所成之透明基板上，作為第一薄膜，藉由磁控濺鍍裝置，以100nm的厚度作成矽膜。此時，載置透明基板之平台的溫度為室溫，作為加工氣體，將氬以30sccm的流量，導入至處理室。在此狀態中，對標靶的矽，施加300W之13.56MHz的高頻。
藉由前述高頻，解離氬氣而成為電漿狀態，產生氬離子。產生的氬離子係一邊往負電位的矽標靶加速一邊衝突，從標靶擊出矽。被擊出的矽係堆積於以與標靶對向之方式配置的透明基板上，進行成膜。在10分鐘的高頻施加中，100nm的矽膜會堆積於透明基板1上。
接著，將標靶材料作為氧化矽，以與上述相同條件進行13分鐘的高頻施加，於第一薄膜(矽膜)上作為第二薄膜，以50nm的厚度作成氧化矽膜。
接著，於氧化矽膜的表面，藉由旋轉塗布機來塗布光阻。使用的光阻係東京應化工業公司製的TDUR-P338EM，例如以旋轉數4000rpm的條件，塗布150nm。
接著，對於前述光阻，以100℃進行軟烘烤之後，藉由KrF步進器來進行條紋狀圖案(線與間隙)的曝光。線 的寬度與間隙的寬度例如為1：1，設為各150nm，在此曝光後，以100℃進行光阻的後烘烤，之後，藉由東京應化工業公司製的顯影液NMD-3來進行顯像處理。
前述曝光‧顯像後，藉由ICP(感應耦合電漿)乾式蝕刻裝置來進行乾式蝕刻處理。首先，藉由氧氣電漿，將光阻圖案的寬度從75nm寬縮小到30nm寬程度。該縮小處理的條件係設為氣氛壓力1Pa，感應耦合用的天線的投入電力100W，載置透明基板之平台的溫度20℃，氧氣的流量100sccm，進行30秒鐘處理。
之後，進行將光阻圖案作為遮罩，對第二薄膜的氧化矽膜進行蝕刻的第一蝕刻工程。處理條件係設為氣氛壓力1Pa，天線的投入電力500W，偏壓電力300W，平台的溫度20℃，氧氣的流量5sccm，CF4氣體的流量30sccm，進行30秒鐘處理。
接著，作為第二蝕刻工程，將藉由前述第一蝕刻工程所形成之各第二層作為遮罩，對第一薄膜的矽膜進行蝕刻。處理條件係設為氣氛壓力1Pa，天線的投入電力600W，偏壓電力50W，平台的溫度20℃，作為加工氣體之氯氣設為流量30sccm，進行60秒鐘處理。之後，藉由光阻去除用溶媒來去除光阻圖案，獲得實施例的光柵偏光元件。
接著，針對模擬藉由上述之實施形態的方法所製造之光柵偏光元件之偏光作用均勻性提升的效果之結果進行說明。
圖4係針對藉由實施形態的方法所製造之光柵偏光元件的偏光作用分布，與參考例的光柵偏光元件進行比較的模式圖。在圖4所示之模擬分析中，將構成柵格2之各線狀部3僅由矽所成之狀況作為參考例，將由作為第一層31的矽層與作為第二層32的氧化矽層所成之狀況作為實施例來進行比較。再者，形成各線狀部3時的蝕刻處理，係參考例與實施例中使用相同的蝕刻裝置，以相同的處理條件作為前提。所以，以蝕刻劑的分布在參考例與實施例中也相同作為前提。
在圖4(1)所示之參考例中，對由矽所成之薄膜進行蝕刻，形成各線狀部3。所以，如上所述，因為蝕刻劑的不均勻分布，各線狀部3的高度也不均勻。於圖4(1-1)以hp表示周邊部之線狀部的高度’，於(1-2)以hc表示透明基板1的中央部之線狀部3的高度。如上所述，因為在周邊部中蝕刻劑的量比較多，成為hp<hc。
另一方面，在實施例中，於作為第一層31的矽層上存在有作為第二層32的氧化矽層，但是，以發揮相同偏光作用為前提，將第一層31的高度設為與參考例之設計值hc相同。於參考例中，根據中央部的線狀部3可假設沒有膜消耗，高度為設計值hc，在實施例的光柵偏光元件中，可假設各第一層31的高度hc1、hp1等於hc。此時，針對實施例的光柵偏光元件之第二層32，將中央部的高度設為hc2、hp2的話，相同地根據蝕刻劑的不均勻性，成為hp2<hc2。
如上所述，同樣地蝕刻劑不均勻分布，蝕刻完成後之各線狀部3的高度分布的不均勻性相同。
又，以使用波長為365nm為前提。矽的光學常數設為n=4.03，k=3.04，氧化矽的光學常數設為n=1.56，k=0。於參考例中，由矽所成之各線狀部3的高度，設為hc=100nm，hp=(70)nm。又，針對實施例，設為hc1=hp1=100，hc2=40nm，hp2=10nm。柵格寬w係任一狀況都設為25nm，柵格間隔t也任一狀況都設為150nm。
以以上內容為前提，模擬分析作為光柵偏光元件的特性變成如何。模擬係使用RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysis)法來進行，使用美國國家標準技術研究院(NIST)所發派的軟體(http：//physics.nist.gov/Divisions/Div844/facilities/scatmech/html/grating.htm)，在透明基板1的中央部與周邊部，計算出波長365nm之光線的消光比ER與透射率TR。並於圖4中揭示此結果。
如圖4(1-2)所示，在參考例中，中央部的消光比ER為46，透射率TR為43.7%。如圖4(1-1)所示，周邊部的消光比ER為16，透射率TR為47.4%。亦即，在參考例中，周邊部的消光比ER降低至中央部的一半以下。再者，在周邊部中TR稍微高的理由，係可推測為因線狀部3的高度較低，p偏光光線的衰減相較於中央部比較少所致。
另一方面，在實施例中，如圖4(2-2)所示，中央部的消光比ER為45，透射率TR為42.9%，如 圖4(2-1)所示，周邊部的消光比ER為45，透射率TR為43.2%。亦即，消光比ER係在中央部與周邊部相同，成為均勻。此係因為第一層31的高度在中央部與周邊部相同，在第二層32中實質上不會吸收，故在此部分中不會產生偏光作用。或者，可推測為在第二層32的吸收較少，又高度較低，故不會顯現消光比ER的差。再者，透射率TR於周邊部中稍微較高也是相同理由，可推測為因第二層的高度較低，吸收較少所致。
如此，依據實施例的光柵偏光元件，作為具有偏光作用之主要層的第一層31的高度為一定，故可藉由模擬來確認偏光作用的面內均勻性提升。
再者，於前述各實施形態及實施例的說明中，光柵偏光元件係以透明基板1以水平姿勢配置為前提，針對第一層31及第二層32，表現為「高度」，但是，光柵偏光元件也有以水平以外的姿勢配置(例如垂直豎立配置)之狀況。第一層31及第二層32的「高度」係作為上位概念，為光線之傳輸方向的長度。
1‧‧‧透明基板
2‧‧‧柵格
3‧‧‧線狀部
31‧‧‧第一層
32‧‧‧第二層

Claims (6)

  1. 一種光柵偏光元件製造方法，係製造具備有於偏光之光線的波長，且200nm以上400nm以下的使用波長中為透明的透明基板，與設置於透明基板上之條紋狀柵格之吸收型的光柵偏光元件的光柵偏光元件製造方法，其特徵為：具有：第一成膜工程，係於透明基板上作成第一薄膜；第二成膜工程，係於第一薄膜上作成第二薄膜；於第二薄膜上，形成條紋狀的光阻圖案的工程；第一蝕刻工程，係將所形成之光阻圖案作為遮罩，對第二薄膜進行蝕刻，將第二薄膜設為條紋狀的第二層；及第二蝕刻工程，係將成為條紋狀的第二層作為遮罩，對第一薄膜進行蝕刻並設為第一層；第一成膜工程，係利用於200nm以上400nm以下的波長區域中消衰係數為2.6以上3.3以下的成膜方法，作為第一薄膜而作成非晶矽膜；第二成膜工程，係以透光性的材料作成第二薄膜的工程；第二薄膜的材料，係200nm以上400nm以下的使用波長之消衰係數未滿1；於第二蝕刻工程中，第二薄膜，係以比第一薄膜的蝕刻速度還慢的速度被蝕刻，並且第二薄膜，係在第一薄膜的蝕刻結束時於成條紋狀的各線狀部中殘留，形成第二層，結果，於各線狀部中成為第二層的高度比第一層還低 的構造。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之光柵偏光元件製造方法，其中，前述第二層，係高度為10nm以上100nm以下。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之光柵偏光元件製造方法，其中，前述第二層，係由氧化鈦、氧化矽、氧化鉭、氧化鈮、氧化鋁、氧化鉿、氧化釔、氧化鋯、氧化銦錫、氧化鈰、氧化鎢、氧化鋅、氟化鎂的任一種以上材料所成。
  4. 一種光柵偏光元件製造方法，係製造具備有於偏光之光線的波長，且200nm以上400nm以下的使用波長中為透明的透明基板，與設置於透明基板上之條紋狀柵格之吸收型的光柵偏光元件的光柵偏光元件製造方法，其特徵為：具有：第一成膜工程，係於透明基板上作成第一薄膜；第三成膜工程，係於第一薄膜上作成犧牲層用的第三薄膜；犧牲層形成工程，係藉由光微影將第三薄膜設為條紋狀，形成犧牲層；第二成膜工程，係於包含犧牲層之側面的區域，作成第二薄膜；第一蝕刻工程，係在形成於犧牲層的側面之部分殘留之狀態下，對第二薄膜進行蝕刻； 犧牲層去除工程，係去除犧牲層，形成條紋狀的第二層；及第二蝕刻工程，係將成為條紋狀的第二層作為遮罩，對第一薄膜進行蝕刻，形成第一層；第一成膜工程，係利用於200nm以上400nm以下的波長區域中消衰係數為2.6以上3.3以下的成膜方法，作為第一薄膜而作成非晶矽膜；第二成膜工程，係以透光性的材料作成第二薄膜的工程；第二薄膜的材料，係200nm以上400nm以下的使用波長之消衰係數未滿1；於第二蝕刻工程中，第二薄膜，係以比第一薄膜的蝕刻速度還慢的速度被蝕刻，並且第二薄膜，係在第一薄膜的蝕刻結束時於成條紋狀的各線狀部中殘留，形成第二層，結果，於各線狀部中成為第二層的高度比第一層還低的構造。
  5. 如申請專利範圍第4項所記載之光柵偏光元件製造方法，其中，前述第二層，係由氧化鈦、氧化矽、氧化鉭、氧化鈮、氧化鋁、氧化鉿、氧化釔、氧化鋯、氧化銦錫、氧化鈰、氧化鎢、氧化鋅、氟化鎂的任一種以上材料所作成。
  6. 一種光柵偏光元件製造方法，係製造具備透明基板，與設置於透明基板上之條紋狀柵格的光柵偏光元件的光柵偏光元件製造方法，其特徵為：具有： 第一成膜工程，係於透明基板上作成第一薄膜；第三成膜工程，係於第一薄膜上作成犧牲層用的第三薄膜；犧牲層形成工程，係藉由光微影將第三薄膜設為條紋狀，形成犧牲層；第二成膜工程，係於包含犧牲層之側面的區域，作成第二薄膜；第一蝕刻工程，係在形成於犧牲層的側面之部分殘留之狀態下，對第二薄膜進行蝕刻；犧牲層去除工程，係去除犧牲層，形成條紋狀的第二層；及第二蝕刻工程，係使成為條紋狀的第二層作為遮罩，對第一薄膜進行蝕刻，形成第一層；第一成膜工程，係以具有偏光作用的材料，作成第一薄膜的工程；第二成膜工程，係以透光性的材料，作成第二薄膜的工程；於製造的光柵偏光元件中，設為第二層的高度比第一層低的構造。
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