(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複屈折性を有する誘電体膜材料を積層し、積層された誘電体膜に対して部分的にイオン注入を行ないそのイオン注入領域の複屈折性を消失させて等方性とすることにより、２種類の誘電体膜領域を交互に形成して回折格子構造を形成するようにした偏光素子の製造方法。
【請求項２】
誘電体膜材料が金属酸化物である請求項１記載の偏光素子の製造方法。
【請求項３】
金属酸化物による誘電体膜を斜め蒸着法により積層形成する請求項２記載の偏光素子の製造方法。
【請求項４】
複屈折性を有する金属酸化物による誘電体膜材料に部分的にイオン注入しながら斜め蒸着法により基板上に誘電体膜を積層形成し、そのイオン注入領域の複屈折性を消失させて等方性とすることにより、２種類の誘電体膜領域を交互に形成して回折格子構造を形成するようにした偏光素子の製造方法。
【請求項５】
複屈折性を有する金属酸化物による誘電体膜材料に対して部分的なイオン注入と斜め蒸着とを交互に行なって基板上に誘電体膜を積層形成し、そのイオン注入領域の複屈折性を消失させて等方性とすることにより、２種類の誘電体膜領域を交互に形成して回折格子構造を形成するようにした偏光素子の製造方法。
【請求項６】
イオン注入により複屈折性を消失させた領域の屈折率が、複屈折性を有する誘電体膜材料の常光屈折率又は異常光屈折率の何れか一方の屈折率と等しくなるようにした請求項１ないし５の何れか一に記載の偏光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ等に用いられて光の偏光方向によって素子を完全に透過する偏光方向と回折される偏光方向とに分離する機能を持つ回折格子型の偏光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクや光磁気ディスクなどに対する光ピックアップ用の光学部品、或いは、光アイソレータ等として用いられ、偏光方向によって回折効率を異ならせた偏光素子として種々のものが提案されている。その一つに回折格子型の偏光素子がある。
【０００３】
このような回折格子型の偏光素子として、例えば、ＬｉＮｂＯ3 にプロトン交換を利用して製造する製造方法が提案されている（例えば、特開昭６３−５５５０１号公報参照）。ところが、この製法による場合、高価な単結晶基板を用いる必要がある。
【０００４】
このようなことから、例えば、基板上に斜め蒸着法を用いて複屈折膜を形成し、格子状とした偏光素子が提案されている（例えば、特開平５−２８９０２７号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
斜め蒸着法を用いる製法によれば、高価な単結晶基板を用いる必要はないが、基板上に斜め蒸着法を用いて複屈折膜を形成した後、エッチング等により複屈折膜を格子状に加工し、さらに、誘電体膜を充填するという工程を経なければならず、その作製は容易でない。また、誘電体膜の充填に際して、スパッタ法や蒸着法といった真空プロセスを用いる場合には、空隙や欠陥を生じ易く、格子の間隔を良好な状態で充填するのが難しく、歩留まりの向上が困難である、という欠点を有している。また、樹脂等を液相系を用いて塗布し、それを固化して充填する場合には、基板及び誘電体膜材料と樹脂との濡れ性を良好にするのが困難で、仮に濡れ性を良好にできたとしても、その屈折率を所望の値に調整できない等の問題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、空隙や欠陥を生ずることなく、歩留まりが高く量産性に優れた安価な回折格子型の偏光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の偏光素子の製造方法は、基板上に複屈折性を有する誘電体膜材料を積層し、積層された誘電体膜に対して部分的にイオン注入を行ないそのイオン注入領域の複屈折性を消失させて等方性とすることにより、２種類の誘電体膜領域を交互に形成して回折格子構造を形成するようにした。
【０００８】
従って、複屈折性を有する誘電体膜にイオン注入を行なうことで複屈折が消失することを利用するので、誘電体膜材料を格子状に加工した後で誘電体膜を充填するというプロセスを不要にすることができ、よって、空隙や欠陥を生ずることなく、歩留まりが高く量産性に優れた製造方法で偏光素子を製造できる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の偏光素子の製造方法における誘電体膜材料が金属酸化物である。従って、金属酸化物を利用することにより、安定性及び量産性を向上させることができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の偏光素子の製造方法における金属酸化物による誘電体膜を斜め蒸着法により積層形成する。従って、高価な単結晶基板を用いることなく安価に製造できる上に、全ての工程を真空プロセスとすることが可能で不純物の混入を防止することもできる。
【００１１】
請求項４記載の発明の偏光素子の製造方法は、複屈折性を有する金属酸化物による誘電体膜材料に部分的にイオン注入しながら斜め蒸着法により基板上に誘電体膜を積層形成し、そのイオン注入領域の複屈折性を消失させて等方性とすることにより、２種類の誘電体膜領域を交互に形成して回折格子構造を形成するようにした。
【００１２】
従って、基本的に請求項１記載の発明の場合と同様であるが、特に、イオン注入を行ないながら斜め蒸着法を用いて金属酸化物による誘電体膜材料を積層させるので、誘電体膜の膜厚、即ち、格子の深さを任意に調整でき、製造される偏光素子の特性を向上させ得る。
【００１３】
請求項５記載の発明の偏光素子の製造方法は、複屈折性を有する金属酸化物による誘電体膜材料に対して部分的なイオン注入と斜め蒸着とを交互に行なって基板上に誘電体膜を積層形成し、そのイオン注入領域の複屈折性を消失させて等方性とすることにより、２種類の誘電体膜領域を交互に形成して回折格子構造を形成するようにした。
【００１４】
従って、基本的に請求項１記載の発明の場合と同様であるが、特に、イオン注入と斜め蒸着とを交互に行なって金属酸化物による誘電体膜材料を積層させるので、誘電体膜の膜厚、即ち、格子の深さを任意に調整でき、製造される偏光素子の特性を向上させ得る。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５の何れか一に記載の偏光素子の製造方法において、イオン注入により複屈折性を消失させた領域の屈折率が、複屈折性を有する誘電体膜材料の常光屈折率又は異常光屈折率の何れか一方の屈折率と等しくなるようにした。従って、製造される偏光素子としての特性が向上する上に、格子状部分のサイズに対する許容幅を大きくすることもでき、結果として、一層歩留まりの向上、量産性の向上を図れる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は第１の工程として、光学的に等方性を有する基板１上に複屈折性を有する誘電体膜２を積層してなる様子を示す概略断面図である。この場合の誘電体膜２の材料としては、有機・無機物を問わず、複屈折性を有するものであれば何でもよいが、安定性及び量産性を考慮すると、金属酸化物が好ましい。金属酸化物としては、例えば、Ｔａ，Ｗ，Ｂｉ，Ｔｉ，Ｓｎ等の酸化物を用い得るが、特にこれらの材料に限定されるものではない。もちろん、複数の金属の酸化物（化合物）であってもよいことはいうまでもない。
【００１８】
このような金属酸化物による誘電体膜２は、斜め蒸着法を用いて基板１上に形成することで、複屈折性を付与することが生産性の面から好ましい。また、斜め蒸着法によれば工程全体を真空プロセスとすることが可能であり、不純物が混入しにくいことからも、一層の歩留まりの向上が期待できる。
【００１９】
このように誘電体膜２を形成することは、従来も行なっており、この後、公知の微細加工プロセスを用いて格子状に加工した後、誘電体膜を充填するという工程を経ていたものであり、前述したような欠点を生じていたものである。この点、本実施の形態では、このような加工・充填プロセスを用いることなく、図１（ｂ）に示すように、イオン注入法を用いることで回折格子構造を形成するものである。図１（ｂ）は基板１上に積層した複屈折性を有する誘電体膜２に対して部分的にイオンビーム３によりイオン種を注入することにより、イオン種が注入された領域の複屈折性が消失して等方性領域４に変換された様子を示す概略断面図である。これにより、基板１上の同一面に２種類の誘電体膜領域（複屈折性を有する領域と複屈折性が消失した領域）が交互に形成されて回折格子構造が形成される。このような等方性領域４を形成するためには、イオン種を注入しない領域部分に対して必要に応じてレジスト或いは金属等のマスクを利用してもよい。或いは、マスクを用いることなく、集束イオンビーム装置を用いてイオン種を必要個所にのみ注入して所望の領域に等方性領域４を形成するようにしてもよい。
【００２０】
また、基板１上に複屈折性を有する誘電体膜２を積層させた後、イオン種を注入する場合、このイオン種の注入により、等方性となる誘電体膜２の膜厚（等方性領域４部分の膜厚）は、誘電体膜２の種類及びイオン種により変化する。偏光素子を作製する場合、複屈折膜の常光及び異常光に対する屈折率、膜厚及び等方性領域４の屈折率を適切に調整する必要がある。従って、等方性の基板１上に複屈折性を有する誘電体膜２を積層した後でイオン種を注入する方法では膜厚を適切に調整できない場合があり得る。このような場合には、イオン種を注入しながら斜め蒸着を行なって金属酸化物による誘電体膜を積層したり、或いは、イオン注入と斜め蒸着とを交互に行なって金属酸化物による誘電体膜を積層する方法を採ることが有効である。これにより、任意に膜厚を調整することが可能となり、偏光素子としての特性が向上する。
【００２１】
図２は、上記のようにイオン種の注入法を調整することにより、図１（ｂ）に示した異方性膜の格子（回折格子構造部分）の上面を等方性領域４で全面的に覆った場合を模式的に示す概略断面図である。これによれば、従来行われてきた方法の場合と同様に偏光素子を形成することができる。この際、従来のように等方性膜と異方性膜との間に空隙や各種欠陥を生ずることがなく、良好なる特性の素子となる。また、これらの場合において、基板１上に積層した複屈折性を有する誘電体膜２の常光屈折率又は異常光屈折率の何れか一方の屈折率と等しくなるように、等方性領域４の屈折率を調整することにより、偏光素子として優れた特性を示すものとなる。同時に、格子状部分のサイズに対する許容幅も大きくなり、歩留まり、量産性を一層向上させることができる。
【００２２】
【実施例】
上記実施の形態に基づく、より具体的な実施例について数例を示す。
【００２３】
実施例１
１ｍｍ厚のガラス基板（コーニング７０５９）上に誘電体膜として複屈折性を有するＴａ2Ｏ5を斜め蒸着法を用いて膜厚５μｍに積層した（これを、試料Ａとする）。この試料Ａに対してイオン注入を行なうことにより、複屈折性を消失させて、Ｔａ2Ｏ5の複屈折性領域と等方性領域とを交互に形成して格子状とした。イオン注入にはイオン源としてＢ+を選択した。イオン注入した部分のＴａ2Ｏ5の深さ方向に組成及び形態が均一となるように、ドーズ量は１０11〜１０13／ｃｍ2で変化させ、加速エネルギーは５０ｋｅＶ〜１ＭｅＶまで変化させた。さらに、通常の蒸着を行なうことにより、等方性のＴａ2Ｏ5を上面に積層させることで、図２に示すような構造の偏光素子とした（試料Ｂ…本実施の形態方式）。このように作製された試料Ｂの断面構造を電子顕微鏡により観察したところ、空隙等は生じていなかったものである。また、偏光素子としての特性も良好であった。
【００２４】
比較例１
試料Ａ上にフォトリソグラフィー技術等を用いて格子状のマスクを積層し、エッチングによりＴａ2Ｏ5を格子状に加工した。さらに、通常の蒸着法を用いて等方性のＴａ2Ｏ5を格子の溝が十分埋まるまで積層させ、このままでは表面に凹凸を生じていたため、表面研磨を行なって表面を平坦にした（試料Ｃ…従来例方式）。このような試料Ｃにおいて、蒸着法の代わりにスパッタ法により等方性のＴａ2Ｏ5を積層させた以外は試料Ｃと同様な製造法で試料Ｄ（…従来例方式）を作製した。
【００２５】
また、試料Ｃに関して、等方性のＴａ2Ｏ5を積層させる代わりに、屈折率が１．７２のアクリル系樹脂をスピンコート法を用いて塗布し、さらに紫外線照射により樹脂を硬化させることによりＴａ2Ｏ5の格子の溝を充填し、試料Ｅ（…従来例方式）を作製した。
【００２６】
これらの試料Ｂ〜Ｅの偏光素子について、各々、空隙の有無、表面の平坦性、偏光素子としての特性を評価した結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
0003683728.tif 000002
【００２８】
このような評価結果によれば、本実施の形態方式による試料Ｂの偏光素子が、空隙がなく、表面も平坦で偏光素子としての特性も良好であることが判る。
【００２９】
実施例２
実施例１における試料Ｂの作製において、最後の通常の蒸着処理に代えて、さらに複屈折性を有する領域（イオンを注入していない部分）の表面に対してイオン注入を行なうことで、図２に示したような構造の試料Ｆを作製した。このように作製された試料Ｆの断面構造を電子顕微鏡により観察したところ、空隙等は生じていなかったものである。また、偏光素子としての特性も良好であった。
【００３０】
実施例３
１ｍｍ厚のガラス基板（コーニング７０５９）上に誘電体膜として複屈折性を有するＴａ2Ｏ5を斜め蒸着法を用いて積層し、これにイオン注入を行なう、という工程を６回繰返し、３μｍの膜厚とした。これにより、Ｔａ2Ｏ5の複屈折性領域と等方性領域とが交互に形成されて格子状となった。イオン注入は、その加速エネルギーを５０〜４００ｋｅＶまで変化させる以外は、実施例１の場合と同様とした。さらに、実施例２の場合と同様に、複屈折性を有する領域（イオンを注入していない部分）の表面に対してイオン注入を行なうことで、図２に示したような構造の試料Ｇを作製した。このように作製された試料Ｇの断面構造を電子顕微鏡により観察したところ、空隙等は生じていなかったものである。また、偏光素子としての特性も良好であった。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、複屈折性を有する誘電体膜にイオン注入を行なうことで複屈折が消失することを利用するようにしたので、誘電体膜材料を格子状に加工した後で誘電体膜を充填するというプロセスを不要にすることができ、よって、空隙や欠陥を生ずることなく、歩留まりが高く量産性に優れた偏光素子の製造方法を提供することができる。
【００３２】
請求項２記載の発明によれば、金属酸化物を利用することにより、安定性及び量産性を向上させることができる。
【００３３】
請求項３記載の発明によれば、高価な単結晶基板を用いることなく安価に製造できる上に、全ての工程を真空プロセスとすることが可能で不純物の混入を防止することもできる。
【００３４】
請求項４記載の発明によれば、基本的に請求項１記載の発明の場合と同様であるが、特に、イオン注入を行ないながら斜め蒸着法を用いて金属酸化物による誘電体膜材料を積層させるようにしたので、誘電体膜の膜厚、即ち、格子の深さを任意に調整することができ、製造される偏光素子の特性を向上させることができる。
【００３５】
請求項５記載の発明によれば、基本的に請求項１記載の発明の場合と同様であるが、特に、イオン注入と斜め蒸着とを交互に行なって金属酸化物による誘電体膜材料を積層させるようにしたので、誘電体膜の膜厚、即ち、格子の深さを任意に調整することができ、製造される偏光素子の特性を向上させることができる。
【００３６】
請求項６記載の発明によれば、製造される偏光素子としての特性を向上させ得る上に、格子状部分のサイズに対する許容幅を大きくすることもでき、結果として、一層歩留まりの向上、量産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の偏光素子の作製工程を示す概略断面図である。
【図２】イオン種の注入方法を調整した結果、作製された偏光素子例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１      基板
２      誘電体膜
４      イオン注入領域
【図１】
0003683728.tif 000003
【図２】
0003683728.tif 000004