TWI819001B - 真空紫外光偏光元件、真空紫外光偏光裝置、真空紫外光偏光方法及配向方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題係提示可使用於光配向等的處理之真空紫外光偏光元件的更適切的構造,提供真空紫外光所致之光配向的適切技術構造。 解決手段係設置於透明基板(1)上的光柵(2)由平行地延伸之多數線狀部(3)所成。各線狀部(3)的材料係如氧化鉿之第3族或第4族之元素的氧化物,且以PE=T2 ×log10 (ER)的計算式(但是,T為透射率,ER為消光比)所得的PE在真空紫外區域中成為最高的光學常數的組合中PE為0.2以上的材料。各線狀部(3)之間為空間,並無填充物,配置了真空紫外光偏光元件(6)的空間係以惰性氣體置換。進行光配向時,工件(10)係設為從真空紫外光偏光元件(6)離開1~20以下的位置,真空紫外光的照射量設為40~ 4000mJ/mm2 以下。

Description

真空紫外光偏光元件、真空紫外光偏光裝置、真空紫外光偏光方法及配向方法
本案發明係關於使波長200nm以下的真空紫外光偏光的技術、及將對分子構造賦予一定方向性的配向層形成於工件的技術者。
即使在各種偏光元件中,於透明基板上設置細微之條紋狀的光柵之構造的光柵偏光元件由於可對於比較大的照射區域照射偏光光線,被廣泛利用。其中,在對構件中的分子構造賦予一定方向性的配向處理的領域中,藉由偏光光線的照射來進行處理的技術已被實用化,一般稱為光配向。
在光配向中,為了照射能量更高的波長以謀求處理的效率化,偏光光線的波長成為更短者。也就是說,當初是可目視的短波長區域,但是,最近多使用紫外光,也逐漸使用像365nm的近紫外光。 因為此種短波長化,光柵偏光元件以前也使用將像鋁的金屬設為光柵材料之反射型者(線柵偏光元件),開發、使用利用短波長區域之光線的吸收之吸收型的光柵偏光元件。
再者,於光柵偏光元件中,光柵係由相互平行延伸之多數線狀部所成之條紋狀。將各線狀部之間的間隔(間隔寬度)相對於光線的波長適切設為較短時,從光柵會專射出在與各線狀部的長度方向垂直的方向具有電場成分的直線偏光光線。因此,利用控制光柵偏光元件的姿勢,使光柵之各線狀部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,將電場朝向光柵之各線狀部的長度方向的直線偏光光線稱為s偏光光線,將電場朝向於與長度方向垂直之方向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,但是以各線狀部的長度方向對於射入面垂直為前提,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T。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T係射入之s偏光光線與p偏光光線的全能量Iin相對之射出p偏光光線的能量之比(T=Ip/Iin)。理想的偏光元件係消光比ER=∞,透射率T=50%。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2015-125280號公報 [專利文獻2]日本專利第4778958號
[發明所欲解決之課題]
光柵偏光元件係在使用於像光配向的光處理的狀況中,大多如上所述為了處理的效率化,進行更短波長化。所以,也考慮可針對比近紫外區域更短的真空紫外光(波長200以下)進行偏光。然而,成為200nm以下的波長區域的話,能量會變太過於高,有破壞對象物的分子構造等,發生進行所希望之處理以前的問題的可能性。真空紫外光係藉由光照射來分解去除有害之有機物質等的光洗淨的領域中經常使用的波長區域,據此,也可考量到真空紫外光無法使用於像光配向的光處理。
由於此種狀況,使真空紫外光偏光的光柵偏光元件係至今未被考慮,也未被研究。因此,關於使真空紫外光偏光的光柵偏光元件,也包含適切之光柵材料及特性等之處,並未存在進行具體教示的文獻。
可推測雖然在此種狀況下,但只要設定適切的照射條件,即使是真空紫外光,也可使用於光配向等的處理,藉由其高能量可更有效率地進行處裡。發明者係在此種考量下,針對真空紫外光偏光元件的適切構造及使用真空紫外光偏光元件的光配向技術進行銳意研究,達成本申請案的發明。所以,本發明所欲解決的課題係提示可使用於光配向等的處理之真空紫外光偏光元件的更適切的構造,並且提供真空紫外光所致之光配向的適切技術構造。 [用以解決課題之手段]
為了解決前述課題,本申請案的發明之真空紫外光偏光元件,係使波長200nm以下的真空紫外光偏光的真空紫外光偏光元件,且具備對於真空紫外光透明的基板,與設置於基板上的光柵。光柵,係由平行延伸之多數線狀部所成者,且在各線狀部之間並未設置填充物的構造。然後,各線狀部的材料,係第3族或第4族之元素的氧化物,且以PE=T2 ×log10 (ER)的計算式(但是,T為光柵所致之透射率,ER為光柵所致之消光比)所得的PE在真空紫外區域中成為最高的光學常數的組合中PE為0.2以上的材料。 又,為了解決前述課題,該真空紫外光偏光元件,係可具有形成前述各線狀部的材料中,第3族或第4族的元素的一部分被置換成其他元素;置換的比例係PE在真空紫外區域中成為最高的光學常數的組合中PE成為0.2的比例以下的構造。 又,為了解決前述課題,本申請案的發明之真空紫外光偏光元件,係使波長200nm以下的真空紫外光偏光的真空紫外光偏光元件,且具備對於真空紫外光透明的基板,與設置於基板上的光柵。光柵,係由平行延伸之多數線狀部所成者,且在各線狀部之間並未設置填充物的構造;各線狀部,係具有利用氧化鉿、氧化釔、將氧化鉿中的鉿之一部分以其他元素置換的氧化鉿系多元化合物或將氧化釔中的釔之一部分以其他元素置換的氧化釔系多元化合物來形成各線狀部,且在各線狀部之間並未設置填充物的構造。 又,為了解決前述課題,本申請案的發明之真空紫外光偏光元件,係具備前述真空紫外光偏光元件,與以惰性氣體置換配置了真空紫外光偏光元件的空間的氣氛控制手段。 又,為了解決前述課題,本申請案的發明之真空紫外光偏光方法,係將非偏光狀態之波長200nm以下的真空紫外光照射至前述真空紫外光偏光元件而使其偏光的真空紫外光偏光方法。 又,為了解決前述課題,該真空紫外光偏光方法,係可一邊將前述真空紫外光偏光元件配置於以惰性氣體置換的空間一邊進行。 又,為了解決前述課題,本申請案的發明之配向方法,係將對分子構造賦予一定方向性的配向層形成於工件的配向方法,且為利用對工件照射將波長200nm以下的真空紫外光照射至前述真空紫外光偏光元件所得之真空紫外區域的偏光光線,以形成配向層的配向方法。在該方法中,工件係配置於對於前述真空紫外光偏光元件1mm以上20mm以下的位置;對工件之真空紫外光的照射量設為40mJ/mm2 以上4000mJ/mm2 以下。 又,為了解決前述課題,該配向方法,係可一邊將前述真空紫外光偏光元件配置於以惰性氣體置換的空間一邊進行。 [發明的效果]
如以下所說明般,依據本申請案的發明之真空紫外光偏光元件、真空紫外光偏光裝置或真空紫外光偏光方法,除了可針對真空紫外光獲得高偏光性能之外,即使餘真空紫外光的照射環境中也有高耐酸化性,可長期間穩定獲得高偏光性能。 又,採用以惰性氣體置換配置了真空紫外光偏光元件的空間的構造的話,可更抑制光柵的氧化,長期間穩定獲得高偏光性能的效果更為提升。 又,依據本申請案的發明之配向方法,因為藉由真空紫外光的偏光光線進行光配向,配向處理的效率更為提升。此時,可長期間穩定獲得高偏光性能,所以,可長期間穩定進行良好的配向處理。
接著,針對用以實施本申請案的發明之形態(實施形態)進行說明。 圖1係第一實施形態之真空紫外光偏光元件的立體概略圖。圖1所示之真空紫外光偏光元件,係具備透明基板1,與設置於透明基板1上的光柵2。 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200nm以下之真空紫外區域的波長,作為透明基板1的材質,採用石英玻璃(例如合成石英)。透明基板1係考慮穩定保持光柵2的機械強度、作為光學元件的易處理性等,設為適當的厚度。厚度例如0.5mm~10mm程度。
光柵2係如圖1所示,由平行延伸之多數線狀部3所成之條紋狀者。光柵偏光元件是利用光學常數不同的區域交互且平行地配置,發揮偏光作用者。各線狀部3之間的空間4被稱為間隔,以各線狀部3與各間隔4獲得偏光作用。各線狀部3的寬度w與間隔4的寬度,係以針對對象波長的光線獲得偏光作用之方式適當訂定。具體來說,間隔4的寬度係大概設為對象波長以下。再者,在此實施形態中,於間隔4並未特別設置填充物。所以,間隔4的折射率係成為置放偏光元件之氣氛的折射率。通常為空氣(折射率≒1)。
實施形態的真空紫外光偏光元件,係以吸收型的模型動作者。也就是說,關於s偏光光線係藉由形成光柵2之各線狀部3的介電率,電場斷開而局部存在且被吸收於各線狀部3內,一邊衰減一邊傳輸之外,關於p偏光光線係實質上不發生電場的斷開、局部存在化,所以,不會大幅衰減地進行傳輸。因此,從透明基板1專射出p偏光光線,獲得偏光作用。關於吸收型的光柵偏光元件的動作模型,於專利文獻1有詳細說明,所以省略。
於此種實施形態的真空紫外光偏光元件中,於各線狀部3的材料,為了真空紫外光的偏光而特別選定最佳化的材料。以下,針對此點進行說明。 關於真空紫外光偏光元件之各線狀部3的材料首先需要檢討的是耐氧化性。如公知般,真空紫外光係大多被空氣中的氧分子吸收,豐富地製造出氧自由基、臭氧、羥自由基等具有高氧化作用的物種。因此,各線狀部3的材料的耐氧化性低的話,使用於真空紫外光的偏光用時,短期間中各線狀部3會氧化,導致特性變化。特性的變化係作為像透射率及消光比等的偏光特性無法如期待般獲得,亦即劣化顯現。
實施形態的真空紫外光偏光元件,係考量此點,首先作為光柵材料(各線狀部3的材料)選定耐氧化性高的材料。此時,在此實施形態中,考慮是吸收型的光柵偏光元件的狀況,重新領會耐氧化性。也就是說,在吸收型的光柵偏光元件中,作為光柵材料使用適度吸收對象波長之光線的材料,在紫外光區域中,經常使用像氧化鈦的金屬氧化物。考慮此點,將耐氧化性,並不是"難以氧化"的性質,重新領會為"不會再被氧化"的性質。亦即,將氧化狀態的穩定性(氧化穩定性)領會為耐氧化性。
依據發明者的研究,一般來說,容易成為+2價~+4價的第3族、第4族的過渡金屬易形成穩定的氧化物,適合作為形成光柵材料用的氧化物的元素。但是,實際上,也需要考慮與透明基板的關係。像石英、氧化鋯結晶、氧化鎂結晶的氧化物結晶也具有光透射性,所以,可使用來作為光柵偏光元件的透明基板的材料。此時,相較於形成透明基板的氧化物,氧化穩定性低的話,氧容易被透明基板側擷取而還原,之後易因為氣氛中的氧化物種(氧、氧自由基、臭氧等)再氧化。此種透明基板的材料所致之還原,與空氣中的氧化物種所致之氧化不穩定發生的結果,光學特性也容易變化。因此,作為光柵材料選定此種材料並不理想。
金屬氧化物的氧化穩定性係公知有所謂氧化物自由能圖。圖2係第3族及第4族的主要元素之氧化物的氧化物自由能圖。在此實施形態中,透明基板2是石英製,故為了比較,也加上氧化矽的標準化學位能。圖2的橫軸是絕對溫度,縱軸是標準吉布斯自由能(Gibbs energy)。 如圖2所示般,氧化鈦、氧化鋯、氧化鉿、氧化釔相較於氧化矽,標準吉布斯自由能低,可知氧化穩定度高。所以,該等材料可成為真空紫外光偏光元件的光柵材料的候補。
另一方面,作為真空紫外光偏光元件的光柵材料,僅氧化穩定度高也不行,有充分發揮作為偏光元件的基本性能(透射率及消光比)的必要。發明者係針對前述4種候補材料更進行研究,檢討是否可成為紫外光偏光元件的光柵材料。
圖3係揭示氧化鈦、氧化鋯、氧化鉿、氧化釔在紫外區域之光學特性的圖。其中,圖3(1)表示折射率,(2)表示消光係數。 如上所述,光柵偏光元件係需要於條紋狀構造中折射率的對比高。在此實施形態中,在各線狀部之間(間隔)並無填充部,而是空氣,所以,需要是對於空氣(折射率≒1)具有更高折射率差的材料。關於此點,如圖3(1)所示,氧化鈦及氧化矽係於200nm以下的真空紫外區域中,折射率為大略2以下,幾乎不會超過2。
又,在此實施形態的真空紫外光偏光元件中,因為是吸收型的光柵偏光元件,需要是適度吸收真空紫外光的材料。關於此點,如圖3(2)所示,氧化鋯係於真空紫外區域中消光係數低於0.5,吸收過低,不適合作為光柵材料。關於氧化鉿,在180~200nm程度的範圍中,消光係數低於0.5,但是,在比其短的波長區域中超過0.5。尤其,在真空紫外區域重要的光譜即172nm中超過0.5,所以,可理想地使用。根據該等結果,作為真空紫外光偏光元件的光柵材料,可得到氧化鉿及氧化釔是理想候補的結論。
發明者係針對前述兩種候補材料,從製程的觀點來加以檢討。以下,針對此點進行說明。 像氧化鉿及氧化釔的過渡金屬氧化物,係成為金屬‧鹵素化合物等時的揮發性低,又,金屬‧氧間鍵結強,故一般公知是難以加工材料。即使如此,氧化鉿也檢討作為半導體裝置之閘極絕緣膜的材料,可藉由BCl3 系電漿來進行蝕刻。今後,作為半導體裝置製造用的裝置,開發氧化鉿蝕刻裝置的話,也可轉用其。另一方面,氧化釔也有對於碳氟化合物電漿顯現高耐性的報告,也檢討在電漿蝕刻裝置內暴露於電漿之部位的保護膜的利用。因此,可推測氧化釔在加工性的觀點上,相較於氧化鉿較差的狀況今後也會持續。也就是說,也加上加工性的觀點的話,氧化鉿更適合做為真空紫外光偏光元件的光柵材料的候補。
以此種檢討結果為前提,第一實施形態的真空紫外光偏光元件係作為光柵材料採用氧化鉿。揭示更具體的尺寸的話,圖1所示的透明基板1的厚度為0.7mm,各線狀部3的寬W為10~50nm程度,高度h為50~300nm,所以,長寬比為1~30程度。又,各線狀部3的間距p為80~200nm,所以,間隔4的寬度為30~190nm程度。
針對此種實施形態的真空紫外光偏光元件的動作進行說明。以下的說明係真空紫外光偏光方法的發明之實施形態的說明。 真空紫外光偏光元件係以光柵2位於非偏光的真空紫外光的射入側,透明基板1位於射出側的姿勢配置。非偏光的真空紫外光係在高度方向傳輸於光柵2的各線狀部3及各間隔4的過程中,s偏光光線選擇性被吸收‧衰減。因此,透射透明基板1所射出的真空紫外光都僅成為p偏光光線。
依據此種實施形態的真空紫外光偏光元件,真空紫外光偏光元件2由氧化鉿製的各線狀部3所成,間隔4為空間,並未設置填充物的構造,所以,除了可針對真空紫外光獲得高偏光性能之外,即使餘真空紫外光的照射環境中也有高耐酸化性,可長期間穩定獲得高偏光性能。
接著,針對第二實施形態的真空紫外光偏光元件進行說明。第二實施形態的真空紫外光偏光元件也與圖1所示之第一實施形態相同,具備透明基板1,與設置於透明基板1上的光柵2。如上所述,作為真空紫外光偏光元件的光柵材料,僅氧化穩定度高也不行,有充分發揮作為偏光元件的基本性能(透射率及消光比)的必要。發明者係作為檢討該點的指標,研究出以PE=T2 ×log10 (ER)的計算式對合的量PE。第二實施形態的真空紫外光偏光元件係依據該檢討結果。
在光柵偏光元件中,一般來說透射率與消光比有交互損益的關係。欲提高透射率的話則消光比變低,相反地欲提高消光比的話透射率會降低。此點即使在吸收型的光柵偏光元件也相同。使用可大幅吸收對象波長的光線的材料的話消光比變高,但是,整體的透射率會降低。使用吸收低的材料的話則透射率變高,但消光比降低。
所以,作為光柵偏光元件的整體的性能(以下以PE表示)係應以透射率T與消光比ER的積來表示。此時,消光比ER係線寬及間隔寬、長寬比等的參數(以下稱為光柵尺寸)導致的變化較大,所以,應採用常用對數,PE係將透射率設為T,將消光比設為ER,應以T×log10 (ER)表示。
作為紫外光用的偏光元件,從幾間公司有販賣200nm~400nm之近紫外光用的光柵偏光元件。發明者係取得作為近紫外光用的光柵偏光元件被評估為幾乎同等性能之幾間公司的產品,測定透射率與消光比。該結果於圖3及圖4揭示。圖4及圖5係揭示各公司販賣之近紫外光用的光柵偏光元件之偏光性能的結果的圖。
於圖4及圖5中,橫軸是以常用對數揭示的消光比,縱軸是透射率。如圖4及圖5所示,各公司的光柵偏光元件的性能係於消光比與透射率的組合中有些許偏差,但為相似的性能。在此有趣的是雖然消光比與透射率為交互損益的關係,針對各公司的光柵偏光元件的性能描繪之點,卻無法搭上圖4所示之T×log10 (ER)的線。發明者覺得既然如此,則試著加上T2 ×log10 (ER)的結果,如圖5所示,發現幾乎可搭上其線。
該結果所代表的是作為整體評估光柵偏光元件的偏光性能時,並不是以T×log10 (ER)之值評估,而是以T2 ×log10 (ER)之值評估為佳。發明者係根據該發現,進而持續銳意研究的結果,發現T2×log10(ER)之值(以下將其設為整體的偏光性能PE)在實用上0.2以上為佳。
PE≧0.2係例如透射率為0.2(20%)的話,消光比需要105以上,相反地例如消光比為10的話,透射率需要√(0.2)≒0.45(45%)程度以上的透射率。
發明者係以作為此種偏光元件的基本性能為前提,針對真空紫外光偏光元件的光柵材料更進行研究。以下,針對此點進行說明。
消光比及透射率係只要知道對象波長、材料的光學常數(n,k)及光柵尺寸的話,即可藉由模擬實驗求出。反過來說,利用虛擬訂定光學常數及光柵尺寸,求出各波長之消光比及透射率,求出PE≧0.2是藉由何種光學常數成立。圖6揭示作為模擬實驗進行該檢討的結果。
在此檢討中,作為真空紫外光偏光元件以典型的光柵尺寸為前提。具體來說,線寬W=20nm,光柵高度h=100nm,間距p=100nm。所以,長寬比(h/w)為5,間隔寬為80nm。在圖6揭示結果的模擬實驗中,以前述尺寸的光柵為前提,接連變更n、k採用各種組合後計算出透射率T及消光比ER。計算係依據FDTD(Finite-Difference Time-Domain)法,使用的軟體係Mathworks公司(美國麻州)的MATLAB(同公司的註冊商標)。
於各種n及k的組合中,調查PE=T2×log10(ER)成為0.2以上的n及k。並於圖6揭示該結果。圖6(1)的縱軸是折射率(的實際部分)n,橫軸是波長。又,圖6(2)的縱軸 是根據消衰係數k所求出的消光係數a,橫軸是波長。消光係數a係以a=4πk/λ(λ為波長)求出。於圖6(1)中,以虛線揭示PE=0.2的線,以實線揭示PE成為最大值的線。又,於圖6(2)中,以虛線揭示PE=0.2的線,以實線揭示PE成為最大值的線。
圖6(1)(2)所示結果係表示於波長200nm以下中進入n高某種程度以下,有a的範圍內的話,可採用來作為真空紫外光偏光元件的光柵材料。再者,a值有上限及下限係可推測是由於沒有某種程度的吸收的話則無法發揮偏光性能,相反地k過於高的話,吸收變多而透射率變得過低。
發明者係以圖6所示結果為基準進而進行研究,調查滿足PE≧0.2的材料。圖7揭示該結果。圖7係針對前述之第3族及第4族之元素的氧化物,將真空紫外區域之n及a之值圖表化的圖。雖是與圖3相同的圖表,但多加上成為PE=2.0的線、PE=成為最大的線。
如圖7所示,可知於真空紫外區域中,氧化鉿、氧化釔具有滿足PE≧0.2的n及a。氧化鉿的狀況中,在180nm程度以上關於a低於PE=0.2。但是,如後述般,作為真空紫外光的光譜重要的172nm中,高於PE=0.2,所以,可作為有力的光柵材料。
所以,根據以上的實驗、調查的結果,可得到氧化鉿及氧化釔可作為真空紫外區域的有力光柵材料的結論。
此種光柵材料可根據加工性的提升及折射率的調整等的目的,以其他元素置換一部分。此時,也不低於PE=0.2為佳。以下,針對此點,以氧化鉿為例來進行說明。
圖8係揭示氧化鉿中將鉿一部分以矽置換時的n及k的變化,(1)係光子能量對n的圖表,(2)係光子能量對k的圖表。又,於圖9揭示氧化鉿中將鉿一部分以矽置換時的n及k的變化,同樣地(1)係光子能量對n的圖表,(2)係光子能量對k的圖表。 如圖8所示,逐漸增加矽的置換量的話,真空紫外區域中n、k會逐漸降低。此時的置換量係組成比,Hf1-x Six O2 之x的值。
於圖8,為了評估,多加上成為PE=2.0的線。於圖8(1)中,x=0.6時,折射率n低於PE=0.2的線係光子能量為7eV程度時。光子能量E與波長λ之間,由於有λ=1240/E的關係,此為波長180nm的狀況。又,關於消光k,x=0.6時,7.8eV程度中PE低於0.2。此相當於160nm程度。所以,由於x為0.6以上時,比160~180nm程度更短波長側PE為0.2以上,於氧化鉿中置換鉿時,矽的組成比設為0.6以下為佳。又,由於x=0.4時,PE成為0.2以上的波長區域更擴散到長波長側,更理想。再者,關於矽酸鉿,也有氧化數為4的狀況(HfSiO4 )及1的狀況(HfSiO),但任一都相同結果。
又,於揭示以鋁置換的狀況(鉿‧鋁酸鹽的狀況)的圖9中,為了評估,加上PE=0.2的線。如圖9(1)所示,鋁的組成比x為1/3時,光子組成比在6.8eV(≒182nm) ~7.4eV(≒168nm)程度的範圍,PE高於0.2。關於消衰係數k,x為1/3時,光子能量大於7.2eV程度的狀況中(≒波長比172nm程度還短時),PE高於0.2。所以,將x設為0.3以下的話,關於n、k雙方可推測在180~150nm程度的範圍中PE成為0.2以上。也就是說,以鋁置換的狀況中,其組成設為0.3以下為佳(Hf1-x Alx O2 、0≦x≦0.3)。
以前述以外的材料置換鉿的一部分的狀況中,也設為達成PE≧0.2的組成比為佳。此種一部分置換的氧化鉿也可稱為氧化鉿系多元化合物,但是,置換的材料作為由兩種以上的元素所成的材料亦可。 再者,關於釔,也可矽酸鹽化或鋁酸鹽化,以其他元素置換,但是於真空紫外光中設為達成PE≧0.2的添加比根據獲得良好的偏光性能的觀點來說為佳。然後,關於釔,也可使用以兩種以上的元素所成的材料置換之氧化釔系多元化合物。
接著,針對此種真空紫外光偏光元件的製造方法進行說明。圖10係針對各實施形態之真空紫外光偏光元件的製造方法,進行揭示的概略圖。製造各實施形態的真空紫外光偏光元件時,作為中間的構造,理想地採用形成犧牲層的製程。圖10係該製程的一例。
製造各實施形態的真空紫外光偏光元件時,於透明基板1上首先作成犧牲層用的膜51(圖10(1))。作為犧牲層的材料,適合採用對於光柵材料之蝕刻選擇比高的材料,例如採用矽作為犧牲層的材料。作為犧牲層用的膜51的作成方法可採用各種者,但例如採用電漿CVD。
接著,於犧牲層的膜51上塗布光阻劑,藉由光微影進行圖案化,形成光阻圖案52。光阻圖案52因為是光柵偏光元件的製造,故為條紋狀(線與間隙狀)。但是,光阻圖案52的間距(圖10(1)以p'表示)係最終之光柵的間距的一倍。 接著,將光阻圖案52作為遮罩,對膜51進行蝕刻,之後灰化去除光阻圖案52。藉此,如圖10(2)所示,形成犧牲層53。蝕刻係對於透明基板1垂直之方向的非等向性蝕刻。犧牲層53也為條紋狀,以平行延伸之多數線狀部形成。
接著,進行光用的膜54的作成工程。光柵用的膜54係如圖10(3)所示,形成於犧牲層53之各線狀部的各側面及各上面。膜54的作成係藉由ALD(Atomic Layer Deposition)進行為佳。例如,作為膜54作成氧化鉿膜時,作為前驅氣體使用TEMAH(四(乙基甲基氨基)鉿),作為氧化劑使用水(水蒸氣)。將載置透明基板1的加熱台的溫度設為200~400℃(例如250℃)程度,將水蒸氣與預先加熱至75~95℃程度的前驅物,以200~500毫秒的脈衝間隔,導入至處理室內,作成氧化鉿膜。處理室內的壓力係100mTorr~500mTorr程度。作為氧化劑,也有導入臭氧的狀況。作為載體氣體及清洗氣體,使用氮或氬等。
如此作成膜54之後,如圖10(4)所示,對膜54進行部分性蝕刻。「部分性」係僅去除載置於犧牲層53之各上面的部分與直接堆積於透明基板1的部分(間隔的底部)的蝕刻。該蝕刻係如前述般在氧化鉿的狀況中藉由BCl3 系電漿蝕刻進行。例如藉由作為緩衝氣體使用氬的BCl3 的ECR電漿或IC(電容耦合)電漿,進行膜54的部分蝕刻。此時,施加基板偏壓設定垂直於透明基板1的電場,進行異向性蝕刻。此係為了不蝕刻到堆積於犧牲層53的各側面的部分。再者,也於BCl3 氣體添加氧氣或氯氣,進行電漿蝕刻。藉此,形成構成光柵的各線狀部。
之後,進行去除犧牲層53的蝕刻。此時,僅選擇性蝕刻犧牲層53的材料。例如犧牲層53是矽時,藉由使用CF4 等的氣體的電漿蝕刻,可選擇性僅蝕刻去除犧牲層53。藉由犧牲層53的去除,如圖10(5)所示,完成實施形態的真空紫外光偏光元件。完成的偏光元件之各線狀部3的間距p成為光阻圖案52的間距p'的一半。
再者,於前述製造方法中,於中間所形成之犧牲層53的高度,成為決定最終之光柵2的高度者,所以特別需要精度。又,犧牲層53的長寬比成為決定光柵2的長寬比的要因,對於為了高長寬比化來說,犧牲層53也需要設為高長寬比。由於此種狀況,也有於犧牲層用的膜51上作為遮罩層,形成碳等的膜,藉由光微影進行圖案化,並將該遮罩層作為遮罩來蝕刻犧牲層用的膜51的情況。遮罩本身高長寬比化,故可承受長時間的異向性蝕刻,可形成均勻高度的犧牲層53。
接著,針對真空紫外光偏光裝置的發明的實施形態、及真空紫外光偏光方法的發明的實施形態進行說明。 圖11係實施形態之真空紫外光偏光裝置的前視剖面概略圖。圖11所示的真空紫外光偏光元件係具備真空紫外光偏光元件6,與以惰性氣體置換配置了真空紫外光偏光元件6的空間的氣氛控制手段7。
在此實施形態中,氣氛控制手段7係具備於內部收容真空紫外光偏光元件6的容器71,與將惰性氣體導入至容器71內的氣體導入系72。容器71係具有射入側開口與射出側開口的形狀。於射入側開口,嵌入光射入窗73。光射入窗73係以像石英玻璃之高度透射真空紫外光的材料形成。
真空紫外光偏光元件6係在封堵射出側開口的狀態下收容於容器71,藉由未圖示的固定具固定於容器71的內面。再者,真空紫外光偏光元件6係如圖11中放大揭示般,光柵2以成為容器71的內部側的姿勢配置。所以,光柵2係成為露出於容器3內的氣氛之狀態。
氣體導入系72係以可置換容器71內的氣氛程度的流量導入惰性氣體者。在配置光射入窗73及真空紫外光偏光元件6之處,形成微小的間隙,氣體導入系72導入的惰性氣體係充滿容器71內後,從該等間隙漏出。因此,容器71內的氣氛以惰性氣體置換。此外,也有採用將容器71設為氣密容器,另外設置排出惰性氣體的排氣系的構造之狀況。
針對裝置的動作亦即真空紫外光偏光方法進行說明的話,此種真空紫外光偏光裝置系配置於放射真空紫外光的光源,與照射偏光光線的對象物之間的光路徑上。來自光源的真空紫外光係透射光射入窗73到達容器71內的真空紫外光偏光元件6,透射真空紫外光偏光元件6之真空紫外光的偏光光線照射至對象物。
如上所述,真空紫外光偏光元件6係光柵2由氧化鉿製的各線狀部3所成,所以,針對真空紫外光可長期間穩定獲得高偏光性能。然後,真空紫外光偏光元件6中尤其光柵2係配置於以惰性氣體置換的氣氛中,所以,可抑制各線狀部3因為氧化而劣化的狀況。因此,經時之偏光特性的變化會更小。
在前述實施形態中,真空紫外光偏光元件6也兼用作為封堵射出側開口的窗口,但是另外設置射出窗亦可。此時,真空紫外光偏光元件6整體會被暴露於惰性氣體置換的氣氛。但是,構造上兼用於射出窗比較簡潔。 又,也有採用光源配置於容器71內的構造,亦即光源與偏光裝置成為組的構造。此時,容器71係相當於所謂燈室的構件。
接著,針對配向方法的發明的實施形態進行說明。 圖12係搭載實施形態之真空紫外光偏光元件的光配向裝置的前視概略圖。圖12所示之光配向裝置係用以取得液晶顯示器用的光配向層的裝置,利用對對象物(工件)10照射真空紫外光的偏光光線,於工件10形成光配向膜的裝置。該裝置係具備包含放射真空紫外區域之光源81的燈室8、真空紫外光偏光元件6、將工件10搬送至真空紫外區域的照射區域R的工件搬送系9。
作為光源81,可使用準分子燈或低壓水銀燈等。尤其,準分子燈係放射可當成單一波長的燈管,因為不會不必要地加熱工件10,或產生不必要的反應,可理想地使用。例如,使用作為放電氣體封入氙之波長172nm的準分子燈。於光源81的背後,配置有一對長條狀的鏡片82。
真空紫外光偏光元件6係搭載於燈室8的光射出側。例如,真空紫外光偏光元件6係被框架61保持而單元化,在封堵燈室8的光射出口之狀態下搭載。再者,如上所述,也有設置以惰性氣體置換燈室6內的氣氛控制手段之狀況。
工件10係在此範例中為透明的板狀。工件搬送系9係具備上面載置工件10的工作台91,與使工作台91通過照射區域R直線移動進行搬送的機構。具體來說,工件搬送系9係具備導引工作台71的直線移動的線性導件92及未圖示的直線驅動源等。搬送線係以通過燈室8之正下方的照射區域R之方式設定。於設定於照射區域R之一方側的裝載位置,配置未圖示之裝載用機器人。作為卸載用的機構,兼用載入用機器人,或者於照射區域R之另一方側配置卸載用機器人。作為工件10,也有使用於表面黏著成為光配向膜的膜材者之狀況。再者,燈室8內係抑制真空紫外光的吸收,故有進行氮氣清洗的狀況。氮氣也有以真空紫外光偏光元件6的冷卻及防止對真空紫外光偏光元件6之矽氧烷等的異物為目的流通之狀況。
又,從真空紫外光偏光元件6到工件10為止的照射距離(圖12以L表示)設為1~40mm程度為佳。比40mm還長的話,因為氣氛(空氣)所致之真空紫外光的吸收,有照度降低到限度以上之虞。比1mm還短的話,會產生工件搬送系9所致之搬送位置被要求非常高的精度等的問題。
接著,針對前述光配向裝置的動作進行說明。以下的說明也是配向法的發明之實施形態的說明。工件10係藉由未圖示的裝載用機器人載置於工作台91,藉由工件搬送系9搬送,通過照射區域R。於照射區域R,被照射真空紫外光的偏光光線,工件10係藉由該光線進行配向處理。進行了配向處理的工件10係在工作台91回到裝載位置時,藉由裝載用機器人從工作台91清除,或者藉由設置於相反側的卸載用機器人從工作台清除。
依據上述的配像方法,藉由更高能量的真空紫外光即偏光光線進行配向處理。因此,可更高效率地進行配向處理。此時,可長期間穩定獲得高偏光性能,所以,可長期間穩定進行良好的配向處理。 再者,對比工件10的寬度(圖12的紙面垂直方向的長度)還長的照射區域R照射真空紫外區域的偏光光線,但是,對工件10的照射量係根據搬送方向之照射區域R的長度與通過照射區域R時的速度、及照度決定。該照射量設為40mJ/mm2 ~4000mJ/mm2 程度為佳。低於40mJ/mm2 的話,有照射量不足而光配向不夠充分之虞。高於4000mJ/mm2 的話,會友因為真空紫外光的高能量,導致工件10劣化之虞。
於前述各實施形態中,作為真空紫外光偏光元件的構造,也有使用於光柵2的射入側形成反射防止層及保護層者的狀況。例如,也有覆蓋光柵2作為保護層形成氧化矽層的狀況。保護層也有考慮矽氧烷等之異物的附著而設置的情況,以可利用擦拭去除異物等的方法去除之方式設置保護層。又,關於光配向裝置,也有薄片狀的膜材成為工件的狀況。此時,作為工件搬送系,可採用藉由捲對捲的搬送方式來搬送工件的機構。
1‧‧‧透明基板 2‧‧‧光柵 3‧‧‧線狀部 4‧‧‧間隔 6‧‧‧真空紫外光偏光元件 7‧‧‧氣氛控制手段 8‧‧‧燈室 9‧‧‧工件搬送系 10‧‧‧工件 51‧‧‧膜 52‧‧‧光阻圖案 53‧‧‧犧牲層 61‧‧‧框架 71‧‧‧容器 72‧‧‧惰性氣體導入系 73‧‧‧光射入窗 81‧‧‧光源 82‧‧‧鏡片 91‧‧‧工作台 92‧‧‧線性導件 R‧‧‧照射區域
[圖1]第一實施形態之真空紫外光偏光元件的立體概略圖。 [圖2]第3族及第4族的主要元素之氧化物的氧化物自由能圖。 [圖3]揭示氧化鈦、氧化鋯、氧化鉿、氧化釔在紫外區域之光學特性的圖。 [圖4]揭示各公司販賣之近紫外光用的光柵偏光元件之偏光性能的結果的圖。 [圖5]揭示各公司販賣之近紫外光用的光柵偏光元件之偏光性能的結果的圖。 [圖6]揭示檢討PE≧0.2是藉由何種折射率n、吸光係數a成立之模擬實驗的結果的圖。 [圖7]針對第3族及第4族之元素的氧化物,將真空紫外區域之n及a之值圖表化的圖。 [圖8]揭示氧化鉿中將鉿一部分以矽置換時的n及k的變化,(1)係波長對n的圖表,(2)係波長對k的圖表。 [圖9]揭示氧化鉿中將鉿的一部分以鋁置換時的n及k的變化,同樣地,(1)係波長對n的圖表,(2)係波長對k的圖表。 [圖10]針對各實施形態之真空紫外光偏光元件的製造方法,進行揭示的概略圖。 [圖11]實施形態之真空紫外光偏光裝置的前視剖面概略圖。 [圖12]搭載實施形態之真空紫外光偏光元件的光配向裝置的前視概略圖。
1‧‧‧透明基板
2‧‧‧光柵
3‧‧‧線狀部
4‧‧‧間隔

Claims (6)

  1. 一種真空紫外光偏光元件,係使波長200nm以下的真空紫外光偏光的真空紫外光偏光元件,其特徵為:具備對於真空紫外光透明的基板,與設置於基板上的光柵;前述光柵,係由平行延伸之多數線狀部所成者,且在各線狀部之間並未設置填充物的構造;各線狀部的材料,係利用氧化鉿、氧化釔、將氧化鉿中的鉿之一部分以其他元素置換的氧化鉿系多元化合物或將氧化釔中的釔之一部分以其他元素置換的氧化釔系多元化合物所形成,且以PE=T2×log10(ER)的計算式(但是,T為光柵所致之透射率,ER為光柵所致之消光比)所得的PE在真空紫外區域中成為最高的光學常數的組合中PE為0.2以上的材料。
  2. 一種真空紫外光偏光裝置,其特徵為:具備真空紫外光偏光元件,與以惰性氣體置換配置了真空紫外光偏光元件的空間的氣氛控制手段;真空紫外光偏光元件,係使波長200nm以下的真空紫外光偏光的真空紫外光偏光元件,且具備對於真空紫外光透明的基板,與設置於基板上的光柵;前述光柵,係由平行延伸之多數線狀部所成者,且在各線狀部之間並未設置填充物的構造; 各線狀部的材料,係利用氧化鉿、氧化釔、將氧化鉿中的鉿之一部分以其他元素置換的氧化鉿系多元化合物或將氧化釔中的釔之一部分以其他元素置換的氧化釔系多元化合物所形成,且以PE=T2×log10(ER)的計算式(但是,T為光柵所致之透射率,ER為光柵所致之消光比)所得的PE在真空紫外區域中成為最高的光學常數的組合中PE為0.2以上的材料。
  3. 一種真空紫外光偏光方法,係將非偏光狀態之波長200nm以下的真空紫外光照射至真空紫外光偏光元件而使其偏光的真空紫外光偏光方法,其特徵為:真空紫外光偏光元件,係於對於真空紫外光透明的基板上,設置由平行延伸之多數線狀部所成的光柵的構造;前述光柵,係利用氧化鉿、氧化釔、將氧化鉿中的鉿之一部分以其他元素置換的氧化鉿系多元化合物或將氧化釔中的釔之一部分以其他元素置換的氧化釔系多元化合物所形成,且以PE=T2×log10(ER)的計算式(但是,T為光柵所致之透射率,ER為光柵所致之消光比)所得的PE在真空紫外區域中成為最高的光學常數的組合中PE為0.2以上的材料來形成各線狀部,且在各線狀部之間並未設置填充物的構造。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載之真空紫外光偏光方法,其中, 一邊將前述真空紫外光偏光元件配置於以惰性氣體置換的空間一邊進行。
  5. 一種配向方法,係將對分子構造賦予一定方向性的配向層形成於工件的配向方法,其特徵為:利用對工件照射將波長200nm以下的真空紫外光照射至真空紫外光偏光元件所得之真空紫外區域的偏光光線,以形成配向層的配向方法;真空紫外光偏光元件,係於對於真空紫外光透明的基板上,設置由平行延伸之多數線狀部所成的光柵的構造;前述光柵,係具有利用氧化鉿、氧化釔、將氧化鉿中的鉿之一部分以其他元素置換的氧化鉿系多元化合物或將氧化釔中的釔之一部分以其他元素置換的氧化釔系多元化合物所形成,且以PE=T2×log10(ER)的計算式(但是,T為光柵所致之透射率,ER為光柵所致之消光比)所得的PE在真空紫外區域中成為最高的光學常數的組合中PE為0.2以上的材料來形成各線狀部,且在各線狀部之間並未設置填充物的構造;將工件配置於對於真空紫外光偏光元件1mm以上20mm以下的位置;將對工件之真空紫外光的照射量設為40mJ/mm2以上4000mJ/mm2以下。
  6. 如申請專利範圍第5項所記載之配向方法,其中, 一邊將前述真空紫外光偏光元件配置於以惰性氣體置換的空間一邊進行。
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