TWI606267B

TWI606267B - Ultraviolet polarized light ray irradiation method and manufacturing method of photo-alignment layer substrate

Info

Publication number: TWI606267B
Application number: TW103134418A
Authority: TW
Inventors: Kazuyuki Tsuruoka
Original assignee: Ushio Electric Inc
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2017-11-21
Also published as: CN104749676B; US9354375B2; KR20150076083A; TW201530194A; JP5983596B2; JP2015125280A; KR101836559B1; CN104749676A; US20150185386A1

Description

紫外線偏光光線照射方法及附光配向層基板的製造方法

本案發明係關於一種偏光元件的光柵偏光元件。

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多使用。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金屬(導電體)所成之細微的條紋狀光柵(柵格)之構造者。利用將成為光柵之多數線狀部的離開間隔設為偏光之光線的波長以下，具有作為偏光子的功能。直線偏光光線中，對於在光柵的長度方向具有電場成分的偏光光線而言，與平坦的金屬等價，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，僅與透明基板等價，所以會透射透明基板而射出。因此，來自偏光子係專射出與光柵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，使光柵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，為了便利說明，將於光柵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，但是以光柵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(ER=Ip/Is)。又，透射率TR係射入之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%。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第5184624號公報

[專利文獻2]日本專利第5224252號公報

[專利文獻3]日本專利第5277455號公報

線柵偏光元件係如該名稱般，作為光柵的材料，採用金屬，如上所述，利用選擇性使光柵反射s波來獲得偏光作用者。依據發明者的研究，線柵偏光元件，存在有無法避免之金屬劣化的問題。

線柵偏光元件的製造，係利用於透明基板上形成金屬膜，藉由光微影，獲得細微的光柵構造來進行。此時，製造終存在某些加熱工程，有金屬的表面會熱氧化之狀況。例如，光柵大多採用鋁，但是，將形成鋁製的光柵所得之偏光元件，在高溫狀態下暴露於空氣時，會急速氧化，於表面會形成氧化鋁層。

如上所述，在線柵偏光元件中，以與偏光之光線的波長的關係，來最佳化設計形成光柵之各線狀部的間隔(間隔寬)。於該設計，當然，光柵之材料的物性，尤其是光學常數(複數折射率的n與k)作為重要的參數而列入考量。即使設計為鋁製的光柵，於表面形成氧化層時，因光學常數與設計時不同，有無法獲得所希望之偏光性能的狀況。作為光柵的材料，有使用銅等之其他金屬之狀況，但是狀況相同。也可考量使用像金之不氧化的金屬，但是，有難以進行細微加工，產生成本上的問題之狀況。

此種光柵的劣化，不僅製造時的要因，也可能因為使用時的要因即使用環境而產生。例如在像高溫多濕的容易氧化之環境下使用的話，容易產生劣化。以使用環境作為要因的其他範例，係有偏光的光線是紫外線之狀況。

眾所皆知般，藉由紫外線的照射產生活性氧化物(例如原子狀氧)，活性氧化物具有高氧化作用。尤其藉由300nm以下的紫外線所產生之活性氧化物及臭氧的氧化作用很強，像鋁的金屬會急速氧化。又，在像光配向的光製程中，為了提升生產性，有需要利用更高的照度來照射偏光光線。此時，藉由高照度的光照射而金屬被加熱，也有可能熱氧化。

例如鋁製的光柵之狀況中，通常藉由使用鋁製標靶的濺鍍來作成光柵用的薄膜，藉由蝕刻成為條紋狀的光柵形狀。濺鍍係藉由DC或高頻進行，標靶的被濺鍍面之投入電力密度為1~10W/cm²程度，氣氛壓力為0.01~0.1Pa程度，作為濺鍍氣體的氬的流量為10~50SCCM程度，基板溫度為20~100℃程度。對於如此作成的鋁膜，照射紫外線(380nm以下)時，可確認鋁會氧化而反射率降低。

此種光照射所致之金屬氧化的問題，係也被特寫作為影響先前之線柵偏光元件的偏光機制本身的問題。亦即，線柵偏光元件係如上所述，利用於光柵中選擇性反射s波來產生偏光作用。然而，鋁或銅等金屬係因為氧化而容易吸收紫外線，結果，反射率會降低。因此，將由該等金屬所形成之光柵所成的線柵偏光元件使用來作為紫外線用時，短期間內光柵氧化而吸收率變高，變得無法取得所希望之偏光性能(消光比及透射率)。又，依據金屬，也有開始紫外線的吸收率就很高者，無法使用來作為紫外線用的材料。如此狀況根據發明者的研究而逐漸得知。

揭示線柵偏光元件的專利文獻1~3係作為形成偏光作用之主要層的元件26(亦即，線柵)的材料，採用鋁、銀、金或銅(例如專利文獻1中的段落0019)，也描述紫外線的偏光(例如專利文獻1中的段落0015)。然而，實際上，會成為因紫外線照射為要因而光柵氧化，紫外線的反射率降低，或者開始紫外線的吸收就多而反射較少的狀態。亦即，專利文獻1~3雖然有敘述紫外線的偏光，但是作為反射型的偏光元件，實際上並無法作用，或者只能獲得不充分的偏光性能。

本案發明者係根據與此種反射型之先前的線柵偏光元件根本上不同的技術思想，來意圖構築偏光元件，完成可稱為非反射型亦即吸收型的偏光元件。本案發明的偏光元件不是反射型，形成偏光作用的主要部分不是單體金屬製，所以，以下稱為光柵偏光元件。再者，所謂單體金屬係指未與其他金屬以外的原子鍵結的金屬(非金屬複合體)。

吸收型的光柵偏光元件，係反而利用前述的金屬化合物及介電體的光吸收，使吸收作用作為主要要因而產生偏光作用者。如後述般，作為光柵的材料而選定光吸收性的材料，某種程度提高光柵的高度而增大長寬比時，可選擇性吸收s波，一邊使其衰減一邊透射p波，可獲得充分的偏光作用。

再者，在專利文獻1~3中，於由像鋁的單體金屬所成的元件26上，設置有吸收層34a及34b。依照專利文獻1~3的說明，該等吸收層34a及34b係用以吸收被元件26(線柵)選擇性反射的s波者(例如專利文獻1中的段落0021)。可能目的是吸收反射s波，不讓在元件26反射之s波對周圍有不好影響。

本申請案的發明係考慮到上述各問題點所發明者，解決課題是提供一種非反射型(吸收型)的光柵偏光元件，製造容易，在如以紫外線為對象波長的容易產生氧化的條件下使用時也可穩定地獲得所希望之偏光性能的光柵偏光元件。

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，是一種非反射型光柵偏光元件，係由透明基板，與以設置於透明基板上之條紋狀的光柵所成，利用選擇性透射射入之光線中特定偏光光線，來使光線偏光的光柵偏光元件，具有以下構造：形成光柵的多數線狀部，係具有以氮化鈦或氮氧化鈦形成的主要層，且不包含單體金屬的層。

又，為了解決前述課題，申請專利範圍第2項所記載之發明，係具有於前述申請專利範圍第1項的構造中，將形成前述光柵之各線狀部的寬度設為w，高度設為h時，h/w為3以上的構造。

又，為了解決前述課題，申請專利範圍第3項所記載之發明，係具有於前述申請專利範圍第1項或第2項的構造中，前述線狀部，係在光線往前述線狀部的厚度方向傳導的過程中，相較於偏光軸朝向與各線狀部的長度方向垂直之方向的偏光光線，偏光軸朝向各線狀部的長度方向的偏光光線被吸收更多，藉此使光線偏光的構造。

又，為了解決前述課題，申請專利範圍第4項所記載之發明，係具有於前述申請專利範圍第1項、第2項或第3項的構造中，形成前述光柵之各線狀部的離開間隔，係可使紫外線偏光的間隔的構造。

又，為了解決前述課題，申請專利範圍第5項所記載之發明，係具有於前述申請專利範圍第4項的構造中，形成前述光柵之各線狀部的離開間隔，係100nm以上200nm以下的構造。

又，為了解決前述課題，申請專利範圍第6項的發明是一種紫外線偏光光線照射方法，具有以下構造：於來自包含260nm以下之輝線光譜的水銀燈的光線所到達之位置，配置申請專利範圍第4項或第5項所記載之非反射型光柵偏光元件，並將透射該非反射型光柵偏光元件的偏光光線，照射至對象物。

又，為了解決前述課題，申請專利範圍第7項所記載的發明是一種紫外線偏光光線照射裝置，具有以下構造：具備：水銀燈，係放射260nm以下之輝線光譜的光線；及非反射型光柵偏光元件，係配置於來自該水銀燈的光線所到達之位置的申請專利範圍第4項或第5項所記載之非反射型光柵偏光元件。

又，為了解決前述課題，申請專利範圍第8項所記載的發明是一種附光配向層基板的製造方法，具有以下構造：包含於光線從放射紫外線之光源所到達之位置，配置申請專利範圍第4項或第5項所記載之非反射型光柵偏光元件，並將透射該非反射型光柵偏光元件的紫外線偏光光線，照射至光配向層用的膜的工程。

又，為了解決前述課題，申請專利範圍第9項所記載的發明是一種光配向裝置，具有以下構造：具備：紫外線光源；非反射型光柵偏光元件，係配置於來自紫外線光源的光線所到達之位置的申請專利範圍第4項或第5項所記載之非反射型光柵偏光元件；及將光配向層用的膜，搬送或配置在被透射該非反射型光柵偏光元件的偏光光線照射的位置。

如以下所說明般，依據本案申請專利範圍第1 項所記載之光柵偏光元件，各線狀部的主要層是由氮化鈦或氮氧化鈦所形成，不包含單體金屬的層，所以，可獲得以吸收型的模型動作之光柵偏光元件，且即使在容易氧化的環境下使用，偏光特性的惡化也不會成為問題。因此，成為以紫外線作為對象波長而進行偏光時特別適合的光柵偏光元件。

又，依據申請專利範圍第2項所記載之發明，除了前述效果之外，因為各線狀部的長寬比為3以上，所以，於吸收型的模型中消光比變高，可獲得良質的偏光光線。

又，依據申請專利範圍第3項所記載之發明，除了前述效果之外，因為是以吸收型的模型動作者，所以，成為適合使紫外區域的光線偏光的光柵偏光元件。

又，依據申請專利範圍第4項或第5像所記載之發明，除了前述效果之外，可獲得紫外線的偏光光線。

又，依據申請專利範圍第6項或第7項所記載之發明，除了前述效果之外，因為於260nm以下的紫外區域中可獲得消光比高的偏光作用，所以，可照射強輝線光譜之良質的偏光光線。

又，依據依據申請專利範圍第8項或第9項所記載之發明，因為即使一邊進行高照度的紫外線偏光光線的照射，一邊進行光配向，也不會產生偏光元件的劣化所致之偏光特性的變化，所以，可穩定且以高生產性獲得所希望之光配向處理的效果。

1‧‧‧透明基板

2‧‧‧光柵

5‧‧‧光照射器

6‧‧‧平台

7‧‧‧搬送機構

10‧‧‧工件

20‧‧‧氮化鈦薄膜

21‧‧‧線狀部

21a‧‧‧主要層

21b‧‧‧從屬層

30‧‧‧薄膜

31‧‧‧犧牲層

40‧‧‧氧化鈦薄膜

41‧‧‧線狀部

51‧‧‧光源

52‧‧‧鏡片

53‧‧‧光柵偏光元件

211‧‧‧第一層

212‧‧‧第二層

213‧‧‧第一層

214‧‧‧第二層

215‧‧‧第一層

216‧‧‧第二層

217‧‧‧第二層

[圖1]關於本案發明的第一實施形態之光柵偏光元件的立體概略圖。

[圖2]針對吸收型之光柵偏光元件的動作模型，進行揭示的立體概略圖。

[圖3]針對吸收型之光柵偏光元件的動作模型，進行揭示的前視概略圖。

[圖4]針對第一實施形態之光柵偏光元件的理想製造方法，進行揭示的前視剖面概略圖。

[圖5]揭示針對光柵偏光元件的實施例，進行調查偏光性能之模擬分析結果的圖。

[圖6]第二實施形態之光柵偏光元件的前視剖面概略圖。

[圖7]針對圖7所示之第二實施形態之光柵偏光元件的製造方法，進行揭示的前視剖面概略圖。

[圖8]光柵偏光元件之其他實施形態的前視剖面概略圖。

[圖9]概略揭示實施形態之附光配向層基板的製造方法的圖，光配向裝置的剖面概略圖。

接著，針對用以實施本案發明的形態(實施形態)進行說明。

首先，針對光柵偏光元件的發明的第一實施形態進行說明。圖1係關於本案發明的第一實施形態之光柵偏光元件的立體概略圖。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上的光柵2所成。

透明基板1係代表相對於對象波長(使用偏光元件進行偏光之光線的波長)，具有充分透射性的意思，故稱為「透明」。在此實施形態中，作為對象波長，想定紫外線，作為透明基板1的材料，採用石英玻璃(例如合成石英)。

光柵2係如圖1所示，由平行延伸之多數線狀部21所成之條紋(線與間隔，line and space)狀者。各線狀部21係在俯視中為線狀，但是，如圖1所示，具有某種程度的高度h。又，形成光柵2的各線狀部21具有寬度w，各線狀部21係以間隔(間隔寬)t離間。光柵2係藉由此種各線狀部21與其間的間隔的三維構造，形成偏光作用者。

於此種光柵2中，作為各線狀部21的材料，在此實施形態中選定氮化鈦。作為各線狀部21的材料，氮化鈦係考慮構成前述之吸收型的光柵偏光元件，與實現不因使用條件而可穩定獲得所希望之偏光特性來選定者。

依據發明者的研究，對於構成吸收型的光柵偏光元件來說，各線狀部21的材料需要具有適度大小的消衰係數(複數折射率的虛部)k，但是，氮化鈦的消衰係數k係例如於200~380nm程度的紫外區域中為0.8~1.6 程度，可理想地作為吸收型的光柵2的材料。

又，如公知般，氮化鈦是化學性穩定的材料，即使配置於活性氣氛也難以產生劣化。發明者特別著目的是即使在暴露於臭氧或活性氧化物等之氧化性化學物，假設一部分產生氧化之狀況中，對偏光特性有影響的光學性質的變化也比較少。

光柵偏光元件的偏光特性係除了光柵的尺寸形狀之外，藉由形成光柵之各線狀部的光學性質，尤其是光學常數(複數折射率n，k)來規定。尤其，在後述之吸收型的模型中，複數折射率的虛部(消衰係數k)很重要，於對象波長中虛要具有適度的消衰係數k。

在此，依據發明者的研究，氮化鈦相對於氮氧化鈦之n及k之值的不同較小，尤其於380nm以下的紫外區域中不同較小。進而，氮化鈦也相對於氧化鈦，n及k之值的不同較小。在此，所謂「較小」係指相較於如鋁氧化而成為氧化鋁時，單體金屬與該單體金屬的氧化物之間的光學常數的不同比較小。

氮化鈦被暴露於臭氧或活性氧化物等之氧化性的化學物種中時，可推測可能會有一部分氧化而變成氮氧化鈦之狀況。即使在該狀況中，氮氧化鈦的光學常數係相較於氮化鈦的光學常數，並無太大的差，所以，不會大幅損及偏光性能。亦即，在作為氮化鈦製的光柵所設計的尺寸(圖1所示之t、w及h)下可穩定獲得良好的偏光作用。又，雖然通常不可能，但是，即使假設氮化鈦變化成氧化鈦，光學常數也不會有太大變化，所以，在作為氮化鈦製的光柵所設計之尺寸下可穩定獲得良好的偏光作用。

又，對於作為光柵2的材料選定氮化鈦來說，也有偏光元件的製造更為容易的意義。如公知般，氮化鈦係於半導體積體電路元件(各種記憶體及邏輯元件)中廣泛使用作為障壁膜(例如防止銅擴散膜)及電極膜(例如電容電極膜)。因此，積極研究氮化鈦所致之細微構造的形成技術(膜作成技術及蝕刻技術等)，確立作為實用化的技術。在製造實施形態的光柵偏光元件時，可應用此種半導體製程中確立的氮化鈦所致之細微構造形成技術。

尤其，光柵偏光元件之狀況中，因為需要將光柵2之間隔寬(圖1的t)設為偏光之光線的波長以下，欲使紫外線偏光時，必須縮小間隔寬，相較於可視光用的偏光元件，需要更細微的加工。作為光柵2的材料，選定新的材料時，需要分別重新開發用以利用此種材料來形成具有必要細微度的光柵2的技術。另一方面，氮化鈦之狀況中，如上所述，因為可應用半導體製程中已確立的細微加工技術，所以，製造條件的選定可容易進行，又，製造本身也容易。

又，相較於專利文獻1~3所揭示之線柵偏光元件之狀況，實施形態的光柵偏光元件細在其他觀點中具有製造更容易的優勢性。專利文獻1~3的線柵偏光元件，為在以單體金屬形成之元件26上設置介電體的多層膜的構造。鋁或銅等的單體金屬，一般來說是難加工材，難以進行蝕刻處理。

於專利文獻1~3中，因為元件26是光柵，需要細微構造，需要藉由蝕刻來形成條紋狀的圖案。此時，對上側的介電體多層膜進行蝕刻而成條紋狀之後，進而對單體金屬層進行蝕刻來形成元件26，但是，在單體金屬的蝕刻中，需要使用反應性高的蝕刻劑。此時，光阻會消耗，也有上側的介電體多層膜被消磨的可能性，適當的蝕刻條件的選定並不簡單。進而，對單體金屬層進行蝕刻來形成元件26時，也有因蝕刻而被放出之金屬材料變成殘渣而附著於介電體多層膜的側面的問題，有可能與設計上的光學構造大幅不同。

另一方面，實施形態的光柵偏光元件，因為只要於透明基板1上設置由氮化鈦所成的光柵2即可，所以，與取得層積異種材料之光柵構造時的困難性無緣。氮化鈦的蝕刻可利用作為蝕刻劑使用四氟化碳(CF₄)的乾製程(反應性離子蝕刻)來實現，蝕刻條件的選定並無特別困難性。

接著，針對此種氮化鈦製的光柵2中所實現之吸收型的偏光作用的模型，補足性進行說明。圖2及圖3係針對吸收型的光柵偏光元件的動作模型進行揭示的概略圖，圖2是立體概略圖，圖3是前視概略圖。於圖2及圖3中，為了說明方便，光線設為從紙面上往下傳導者，將此方向設為z方向。又，將光柵2的各線狀部21延伸的方向設為y方向，所以，s偏光光線(於圖2以Ls表示) 具有電場成分Ey。該s偏光光線的磁場成分(未圖示)為x方向(Hx)。

此種s偏光光線射入光柵偏光元件的光柵2時，s偏光光線的電場Ey係因各線狀部21的介電率而變弱。另一方面，各線狀部21之間的媒質大多為空氣，但是，一般來說介電率小於光柵2，在各線狀部21之間的空間中，電場Ey並未變弱如各線狀部21內般。

結果，於x-y平面中產生電場Ey的旋轉成分。然後，藉由對應法拉第之電磁感應的以下馬克斯威爾方程式(式1)，因應該x-y平面之旋轉的強度，於z方向中誘發兩個彼此逆向的磁場Hz。

亦即，以各線狀部21之間的中央的電場Ey最高處為境界，在一方側中Hz朝向光線的傳導方向前方，在另一方側中Hz朝向後方。在此，在圖2中省略，但是，x方向的磁場Hx係與Ey相同相位，朝向x軸負側而存在。該x方向磁場成分Hx係以被產生之z方向成分Hz拉引，產生波動之方式變形。

此種磁場成分Hx的波動(旋轉)產生的話，藉由對應Maxwell Ampere法則的麥克斯威爾方程式(式2)，進而於圖2的y方向產生電場。

該樣子於圖3中模式揭示，模式揭示因x方像磁場成分Hx的波動(旋轉)而產生新的電場Ey之樣子。

如圖3所示，藉由x-z面內之磁場成分Hx的波動(旋轉)，在各線狀部21內，產生朝向圖3的紙面前方側的電場Ey，於各線狀部21之間，產生朝向紙面裏側的電場Ey。此時，射入之s偏光光線原來的電場Ey係因為朝向紙面前方側，線狀部21之間的電場以被前述磁場的旋轉抵消，分斷波動之方式作用。作為結果，電場Ey於光柵2中局部存在於各線狀部21內，藉由因應線狀部21之材質的吸收，s偏光光線的能量一邊傳播於光柵2內，一邊逐漸消失。

另一方面，關於p偏光光線，電場成分朝向x方向(Ex)，但是從y方向觀察時，介電率的分布為一樣，故如前述之電場的旋轉成分實質上不會產生。所以，s偏光光線之電場的光柵2內的局部存在化，在各線狀部21內的衰減，不會產生於p偏光光線。亦即，利用使s偏光光線產生磁場成分Hx的波動(旋轉)，使電場Ey局部存在於各線狀部21內，並藉由在各線狀部21內的吸收，選擇性地使s偏光光線衰減，是此實施形態的光柵偏光元件中所採用之吸收型的動作模型。此種吸收型的動作模型，也可使用於可視域之光線的偏光用，但是，可理想地使用於光柵材料中吸收容易變多之紫外區域之光線的偏光用。

以此種吸收型動作的光柵偏光元件之狀況中，光柵2的各線狀部21的長寬比(圖1之h/w)更大為佳。由圖2及圖3可知，s波被各線狀部21吸收所致之衰減，係在s波的傳導方向亦即各線狀部21的高度方向中產生，因為長寬比較高處s波的衰減變大(亦即因為消光比變高)。揭示一例的話，由氮化鈦或氮氧化鈦所成之光柵2之狀況中，長寬比為3以上為佳，5以上更理想。

針對更具體的尺寸進行說明的話，例如在使200~380nm的近紫外線偏光的用途之狀況中，各線狀部21的寬w為15~50nm程度，高為70~300nm程度，長寬比為5~15nm程度。會大幅影響偏光性能的間隔寬t為30~150nm程度(使紫外線偏光時)。

接著，針對此種第一實施形態之光柵偏光元件的理想製造方法進行說明。圖4係針對第一實施形態之光柵偏光元件的理想製造方法，進行揭示的前視剖面概略圖。

光柵偏光元件係如上所述，利用薄膜作成與光微影的技術製造。實施形態的光柵偏光元件係紫外線的偏光用，為了獲得高長寬比的光柵構造，圖4所示之製造方法，係為暫時形成被稱為犧牲層之層的方法。

具體說明的話，以對於透明基板1成為犧牲層的材料作成薄膜30(圖4(1))。然後，進行光阻塗布、曝光、顯像之後，進行以光阻圖案作為遮罩的蝕刻，形成犧牲層31(圖4(2))。犧牲層31也與光柵相同，為條紋狀。

然後，以覆蓋犧牲層31之方式，作成光柵用的氮化鈦薄膜20(圖4(3))。氮化鈦薄膜20係形成於各犧牲層31的上面及側面、透明基板1的露出面。

接著，藉由非等向性蝕刻，選擇性去除氮化鈦薄膜20。蝕刻劑係藉由電場而被附加方向，沿著各犧牲層31的高度方向侵入。因此，在各犧牲層31的上面及透明基板1的露出面，氮化鈦薄膜20被去除，僅在各犧牲層31的側面殘留氮化鈦薄膜20(圖4(4))。

之後，使用可僅去除犧牲層31的蝕刻劑來進行蝕刻的話，可獲得在透明基板1上形成氮化鈦製的各線狀部21的光柵2，之後，經由洗淨工程等，完成光柵偏光元件(圖4(5))。

再者，作為犧牲層31的材料，只要是有對於氮化鈦薄膜20的蝕刻時的蝕刻劑的耐性，各線狀部21的形成後可藉由蝕刻選擇性去除者，並無特別限制而可選定。例如，作為犧牲層31的材料可選定矽。

於前述製造方法中，對於獲得尺寸精度高的光柵2來說，以相對於各犧牲層31的側面充分且被控制的膜厚，作成氮化鈦薄膜20很重要。因為，作為成膜方法，適合採用ALD(Atomic Layer Deposition，原子層沉積法)。

具體來說，作為原料氣體，使用像四氯化鈦(TiCl₄)的鈦複合體，使在高頻感應耦合電漿中產生之第一前驅氣體，到達並吸附於透明基板1上，藉由飽和來形成單原子層。然後，藉由惰性氣體清洗來去除多餘的原料氣體之後，同樣地使在高頻感應耦合電漿中產生之第二前驅氣體，到達透明基板1上，完成反應。重複該製程，對應每一原子層來使膜成長。重複的次數係依據作成之氮化鈦薄膜20的厚度，但是，例如設為500~1500次程度。

ALD之狀況中，因為利用在表面的吸附與飽和(自身停止)，所以，有對於像犧牲層31的側面之細微構造的內面也可充分成膜，且可利用界定選定重複的次數，來高精度控制膜厚的優點。因此，適合使用於實施形態之光柵偏光元件的製造。

接著，針對如前述之實施形態的光柵偏光元件之一例(實施例)，說明調查偏光性能之模擬分析的結果。圖5係揭示針對光柵偏光元件的實施例，進行調查偏光性能之模擬分析結果的圖。

在此模擬分析中，光柵2設為氮化鈦製，各線狀部21的寬w為20nm，高h為170nm，間隔寬t為70nm，構成光柵偏光元件時，藉由計算求出各波長之透射率TR與消光比ER。又，為了比較，也同樣求出將氧化鈦作為光柵的材料，各尺寸設為完全相同時的透射率TR與消光比ER。雖然透射率及消光比的計算需要光學常數，氮化鈦及氧化鈦的光學常數係使用法國的SOPRA公司(Sopra S.A.,26 Rue Pierre Joigneaux Bois-Colombes 92270 FRANCE)所公開的N&K資料庫之值。再者，模擬分析係遵從RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysis)法，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)來進行。

圖5中的(1)表示透射率TR，(2)表示消光比ER。各橫軸為波長(nm)。再者，圖5(2)的縱軸是對數尺標。圖5(1)中，TR_TiN是氮化鈦製光柵時的透射率，TR_TiO2是氧化鈦製光柵時的透射率。圖5(2)中，ER_TiN是氮化鈦製光柵時的消光比，ER_TiO2是氧化鈦製光柵時的消光比。

如圖5(1)所示，在300~390nm的波長區域中，氧化鈦製的光柵顯示較高的透射率，但是，在250~300nm的波長區域中，氮化鈦製的光柵成為與氧化鈦製的光柵幾乎相同的透射率。

又，如圖5(2)所示，於300~390nm程度的波長區域中，氮化鈦製的光柵相較於氧化鈦製的光柵，顯示稍微比較高的消光比。在260~300nm的範圍中，相反地，氧化鈦製的光柵的消光比稍微變高，但是，在260nm以下則逆轉，氮化鈦製的光柵比較高。

再者，大多狀況都消光比只要7~8程度以上就足夠，氮化鈦製的光柵即使在320~390nm程度的範圍中也可充分使用。

如此，藉由模擬分析，顯示在氮化鈦製的光柵與氧化鈦製的光柵中，根據波長而有優劣，但是，總合來說可獲得幾乎相同的偏光性能。在圖5中，未揭示氮氧化鈦製的光柵之狀況，但是，可容易推測出同樣地可獲得無太大差異的偏光性能。

但是，260nm以下的波長區域之氮化鈦製的光柵的消光比，相較於氧化鈦製的光柵之狀況比較高。所以，於使該波長區域的光線偏光的用途，尤其需要消光比較高的偏光光線的用途中，氮化鈦製的光柵可說具有較大優勢性。

不管如何，該等模擬分析結果，係表示依據氮化鈦製的光柵或氮氧化鈦製的光柵，即使一部分產生氧化，偏光特性也不會有大幅劣化，可穩定獲得良好的偏光性能。

再者，如前述般，氮化鈦薄膜係利用以例如四氯化鈦(TiCl₄)為原料氣體的ALD來作成，但是，揭示更具體的條件的話，作為使原料氣體活性化的電漿，使用在放電空間的投入電力為300~1000W程度的高頻電漿。成膜時的透明基板的溫度為200~600℃，作為清洗氣體，使用氮。一原子層的重疊的次數(重複的次數)為500~1500次程度，作成之氮化鈦薄膜的膜厚為12~36nm程度。

接著，針對第二實施形態的光柵偏光元件進行說明。圖6係第二實施形態之光柵偏光元件的前視剖面概略圖。

圖6所示之第二實施形態的光柵偏光元件，係於形成光柵2的各線狀部21中，主要層21a以氮氧化鈦形成。如圖6所示，各線狀部21係於內部具有從屬層21b，該層21b係以氧化鈦形成。如圖6所示，身為氧化鈦的從屬層21b係相對於線狀部21整體的剖面積，未滿50%，所以是未滿50%的體積。

圖7係針對圖6所示之第二實施形態之光柵偏光元件的製造方法，進行揭示的前視剖面概略圖。

製造第二實施形態的光柵偏光元件時，同樣地，以對於透明基板1成為犧牲層的材料作成薄膜30(圖7(1))。然後，進行光阻塗布、曝光、顯像，進行以光阻圖案作為遮罩的蝕刻，形成犧牲層31(圖7(2))。

然後，以覆蓋犧牲層31之方式，作成光柵用的氧化鈦薄膜40(圖7(3))。氧化鈦薄膜40係形成於各犧牲層31的上面及側面、透明基板1的露出面。

接著，藉由非等向性蝕刻，選擇性去除氧化鈦薄膜40。同樣地，藉由電場對蝕刻劑附加方向，在各犧牲層31的上面及透明基板1的露出面，氧化鈦薄膜40被去除，僅在各犧牲層31的側面殘留氧化鈦薄膜40(圖7(4))。

之後，同樣地使用僅可去除犧牲層31的蝕刻劑來進行蝕刻，成為於透明基板1上形成由氧化鈦所成的各線狀部41之狀態(圖7(5))。

在其上，對於各線狀部41施加氮化處理，在由氮氧化鈦所成的主要層21a與由氧化鈦所成的從屬層21b，形成各線狀部21。例如，採用將各線狀部41暴露於氮電漿，藉由電漿中的氮離子及活性氮物種的作用，來進行氮化處理的方法。氮化係從各線狀部41的表面產生，但是，各線狀部41係奈米排序尺寸的細微者，利用某種程度的時間暴露於氮電漿，可氮化至各線狀部41的內部為止，可成為於50%以上的剖面積中形成由氮氧化鈦所成的層21a之狀態。之後，同樣地經由洗淨工程等，最後完成光柵偏光元件(圖7(6))。

即使於此第二實施形態的光柵偏光元件中，形成光柵2的各線狀部21也作為主要層21a，具有具有適度的光吸收特性，且由化學性穩定的氮氧化鈦所成之層，所以，可獲得以吸收型的模型動作的光柵偏光元件，且即使在容易氧化的環境下使用，也不會有偏光特性惡化的問題。因此，成為以紫外線作為對象波長而進行偏光時特別適合的光柵偏光元件。

又，因為利用在以氧化鈦形成各線狀部41之後進行氮化處理，獲得氮氧化鈦製的光柵21，所以，製程簡單，且沒有像對包含單體金屬層之異種材料的多層膜進行蝕刻般的困難性。再者，也有線狀部41的內部全部被氮化之狀況，此時，僅在由氮氧化鈦所成的主要層21a形成各線狀部21。

又，於前述製造方法中，關於氧化鈦薄膜40的作成，也可合適地採用ALD，作為原料氣體可使用四氯化鈦(TiCl₄)。又，與氮化鈦之狀況相同，關於氧化鈦，也可應用半導體製程中確立之各種細微加工技術。

再者，在前述第二實施形態中，作為光柵用的薄膜，作成氧化鈦薄膜40，利用對其進行氮化處理，形成由氮氧化鈦所成的主要層21a，但是，作為光柵用的薄膜，作成氮化鈦薄膜，利用對其進行氧化處理，形成由氮氧化鈦所成的主要層亦可。氧化處理可採用例如暴露於由高頻放電所形成之氧電漿來進行的氧電漿處理。又，此時，也有氧化處理僅在氮化鈦的表面區域，其他區域維持氮化鈦之狀況。

接著，針對光柵偏光元件的其他實施形態進行說明。圖8係光柵偏光元件之其他實施形態的前視剖面概略圖。

本案發明的光柵偏光元件，係除了上述之第一第二實施形態之外，可作為各種形態來實施。例如，如圖8(a)所示，各線狀部21由上下兩層所形成，一方可設為由氮化鈦所成的第一層211，另一方可設為由氮氧化鈦所成的第二層212。此時，第一層211與第二層212相反亦可。

又，如圖8(b)所示，可設為由氮化鈦所成的第一層213與由氮氧化鈦所成的第二層214接觸而並排成橫向，以兩層213、214形成一個線狀部21的構造。

進而，如圖8(c)所示，設為在由氮化鈦所成的第一層215的兩側，設置由氮氧化鈦所成的第二層216、217，各層215、216、217是相互接觸之狀態的構造亦可。此時，第一層215與第二層216、217的關係相反亦可。

再者，該等圖8所示之各實施形態，係以氮化鈦之層與氮氧化鈦之層，形成主要層的實施形態。亦即，主要層係僅利用氮化鈦形成亦可，僅利用氮氧化鈦形成亦可，利用兩者形成亦可。

接著，針對紫外線偏光光線照射方法的發明及紫外線偏光光線照射裝置的發明之各實施形態進行說明。以下的說明係關於光配向裝置及附光配向層基板的製造方法者，但是，是使用水銀燈的方法及裝置，也兼紫外線偏光光線照射方法及紫外線偏光光線照射裝置之各發明的實施形態的說明。

圖9係概略揭示實施形態之附光配向層基板的製造方法的圖，光配向裝置的剖面概略圖。圖9所示之光配向裝置，係於液晶顯示器等的製造中用以取得光配向層者，利用光配向層用的膜照射偏光光線，使膜的分子構造成為對齊一定方向的狀態。所以，工件10是形成光配向層用的膜之像液晶基板的基板。光配向層用的膜係例如聚醯亞胺製。

圖9所示之光配向裝置，係具備對被設定之照射區域，照射偏光光線的光照射器5、載置工件10的平台6、及以利用直線移動平台6來通過照射區域，使平台6上的工件10通過照射區域的搬送機構7。搬送機構7的詳細構造在圖9中被省略，但是，通常採用組合滾珠螺絲與線性導件的直線移動機構。此外，也有光配向層的膜本身是工件之狀況，此時，採用利用捲對捲方式來搬送例如聚醯亞胺製之薄片狀的膜的搬送機構，在搬送的途中照射偏光光線。

光照射器5係具備光源51、覆蓋光源51之背後的鏡片52、配置於光源51與工件10之間的光柵偏光元件53。光柵偏光元件53係前述之實施形態者。

光配向需要紫外線的照射，所以，光源51使用如長弧型的低壓水銀燈或高壓水銀燈。一般來說，封體內壓為100Pa以下者為低壓水銀燈，其以上者為高壓水銀燈。光源51是與工件10的搬送方向垂直之方向(在此為紙面垂直方向)較長者。鏡片52係延伸於與光源51相同方向之長條的一對鏡片，反射面的剖面形狀為拋物線狀或橢圓的圓弧狀。

光柵偏光元件53係如前述般，以光柵的長度為基準，選擇性透射p偏光光線。所以，以p偏光光線的偏光軸朝向進行光配向的方向之方式，光柵偏光元件53對於工件10配置成高精度的姿勢。

再者，光柵偏光元件53係難以製造大型者，故需要對較大區域照射偏光光線時，採用將複數光柵偏光元件53並排於相同平面上的構造。此時，並排複數光柵偏光元件53之面，係與工件10的表面平行，以各光柵偏光元件53之柵格的長度方向對於工件10成為所定朝向之方式配置各光柵偏光元件53。

於照射區域中，對於工件10，經由光柵偏光元件53，照射偏光光線。結果，形成於工件10之光配向層用的膜的分子構造成為對齊偏光光線的偏光軸的朝向之狀態，獲得光配向層。亦即，製造出附光配向層基板。再者，在工件是以捲對捲方式搬送之光配向用的膜材時，在光配向處理之後，切斷成適當的大小而貼附於基板。藉此，製造出附光配向層基板。

如上所述，光柵的各線狀部是以氮化鈦形成的光柵偏光元件53，具有於260nm以下的波長區域中消光比變高的偏光特性。消光比較高係代表偏光光線的純度(關於偏光軸之朝向的純度)較高，代表光配向更鮮明地被進行。另一方面，公知般，低壓水銀燈係於254nm及185nm中具有較強的輝線光譜。所以，此種組合水銀燈與氮化鈦製光柵的光柵偏光元件53的光配向裝置，係帶來可高生產性獲得品質更佳的光配向層的結果。

再者，光柵的材料是氮氧化鈦時，也可推測即使不如氮化鈦，對於254nm的輝線光譜，也可發揮高的消光比，可獲得幾乎同等的效果。此種效果於光配向的用途中特別有意義，但是，不限於光配向，於紫外區域的波長中需要良質的高照度的偏光光線之照射的用途中一般來說很合適。

又，在前述說明中，光配向裝置是具備搬送機構7者，單單僅於偏光光線照射區域設置配置工件10的手段(例如平台6)亦可。

於前述各實施形態的光柵偏光元件中，形成各線狀部21的主要層的膜20、40是利用ALD形成，但是，也可利用像CVD或濺鍍之其他方法作成。

又，在前述說明中，對象波長都舉出紫外區域，尤其是260nm以下之波長區域的紫外線的偏光為例，但是，於260~380nm的波長區域的紫外線(例如365nm)的偏光用，也可理想地使用各實施形態的光柵偏光元件。

再者，於光柵偏光元件中，已說明光柵2的各線狀部21之間，間隔是空氣，但是，也可在間隔內填充適當的材料。

1‧‧‧透明基板

2‧‧‧光柵

21‧‧‧線狀部

h‧‧‧高度

t‧‧‧間隔寬

w‧‧‧寬度

Claims

一種紫外線偏光光線照射方法，其特徵為：將非反射型光柵偏光元件，配置於包含260nm以下的輝線光譜之來自水銀燈的光線所到達的位置，並將透射該非反射型光柵偏光元件之波長260nm以下的紫外線的偏光光線，照射至對象物；其中，前述非反射型光柵偏光元件，係由透明基板，與以設置於透明基板上之多數線狀部形成之條紋狀的光柵所成，利用選擇性透射射入之光線中特定偏光光線，來使200nm以上260nm以下之波長的紫外線偏光的非反射形光柵偏光元件，且為形成光柵的多數線狀部具有以氮化鈦或氮氧化鈦形成的主要層，且不包含單體金屬的層的非反射形光柵偏光元件。
如申請專利範圍第1項所記載之紫外線偏光光線照射方法，其中，將形成前述光柵之各線狀部的寬度設為w，高度設為h時，h/w為3以上。
如申請專利範圍第1項或第2項所記載之紫外線偏光光線照射方法，其中，前述線狀部，係在光線往前述線狀部的厚度方向傳導的過程中，相較於偏光軸朝向與各線狀部的長度方向垂直之方向的偏光光線，偏光軸朝向各線狀部的長度方向的偏光光線被吸收更多，藉此使光線偏光者。
如申請專利範圍第3項所記載之紫外線偏光光線照射方法，其中，形成前述光柵之各線狀部的離開間隔，係100nm以上200nm以下。
一種附光配向層基板的製造方法，其特徵為包含：將非反射型光柵偏光元件，配置於從放射260nm以下之紫外線的光源，光線所到達的位置，並將透射該非反射型光柵偏光元件之波長260nm以下的紫外線的偏光光線，照射至光配向層用的膜的工程，其中，前述非反射型光柵偏光元件，係由透明基板，與以設置於透明基板上之多數線狀部形成之條紋狀的光柵所成，利用選擇性透射射入之光線中特定偏光光線，來使200nm以上260nm以下之波長的紫外線偏光的非反射形光柵偏光元件，且為形成光柵的多數線狀部具有以氮化鈦或氮氧化鈦形成的主要層，且不包含單體金屬的層的非反射形光柵偏光元件。
如申請專利範圍第5項所記載之附光配向層基板的製造方法，其中，將形成前述光柵之各線狀部的寬度設為w，高度設為h時，h/w為3以上。
如申請專利範圍第5項或第6項所記載之附光配向層基板的製造方法，其中，前述線狀部，係在光線往前述線狀部的厚度方向傳導的過程中，相較於偏光軸朝向與各線狀部的長度方向垂直之方向的偏光光線，偏光軸朝向各線狀部的長度方向的偏光光線被吸收更多，藉此使光線偏光者。