(57)【要約】【課題】偏光素子の光学特性を容易に最適化することが可能な偏光素子の製造方法を提供する。【解決手段】基板上に設けられた金属格子を含む偏光素子の製造方法であって、複数のストライプ状の金属層が設けられた基板を用意し、マスクが無い状態で、複数のストライプ状の金属層に対し、等方性エッチングを行う工程を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた金属格子を含む偏光素子の製造方法であって、
複数のストライプ状の金属層が設けられた前記基板を用意し、マスクが無い状態で、前記複数のストライプ状の金属層に対し、等方性エッチングを行う工程を有する偏光素子の製造方法。
【請求項２】
前記等方性エッチングを行う工程において、前記複数のストライプ状の金属層が設けられた前記基板を、前記複数のストライプ状の金属層に対するエッチング液に浸漬する請求項１に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項３】
前記等方性エッチングを行う工程の後に、前記複数のストライプ状の金属層の上に光吸収層を形成する工程をさらに有する請求項１または２に記載の偏光素子の製造方法。
【請求項４】
前記等方性エッチングを行う工程と前記光吸収層を形成する工程との間に、前記複数のストライプ状の金属層の表面に誘電体層を形成する工程をさらに有する請求項３に記載の偏光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光素子の一種としてワイヤーグリッド偏光素子が知られている（例えば特許文献１参照）。ワイヤーグリッド偏光素子は、透明な基板上に金属からなるグリッドが、用いる光の波長よりも短いピッチで敷き詰められた構成を備えている。ワイヤーグリッド偏光素子は無機物のみで構成できるため有機物を用いた偏光板と比較して光照射による劣化が著しく少なく、高輝度化が進む液晶プロジェクターにおいて有効なデバイスとして注目されている。
【０００３】
特許文献１の偏光素子の製造方法では、リン酸等を含むエッチング液を用いて金属層の一部を除去する等方性ウエットエッチングを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４８４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された等方性ウエットエッチングによっては、サブミクロンオーダーの微細加工を高い精度で行うことは困難であり、グリッドの高さ及び幅を所望の値に加工することが困難である。そのため、偏光素子の光学特性を最適化することが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、偏光素子の光学特性を容易に最適化することが可能な偏光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。
（１）すなわち、本発明の一態様における偏光素子の製造方法は、基板上に設けられた金属格子を含む偏光素子の製造方法であって、複数のストライプ状の金属層が設けられた前記基板を用意し、マスクが無い状態で、前記複数のストライプ状の金属層に対し、等方性エッチングを行う工程を有することを特徴とする。
【０００８】
この製造方法によれば、等方性エッチングの条件を適宜調整することにより、複数のストライプ状の金属層の高さ及び幅を所望の値にすることができる。従って、偏光素子の光学特性を容易に最適化することができる。
【０００９】
（２）上記（１）に記載の偏光素子の製造方法では、前記等方性エッチングを行う工程において、前記複数のストライプ状の金属層が設けられた前記基板を、前記複数のストライプ状の金属層に対するエッチング液に浸漬してもよい。
【００１０】
この製造方法によれば、エッチング液や浸漬時間を適宜調整することにより、複数のストライプ状の金属層の高さ及び幅を所望の値にすることができる。
【００１１】
（３）上記（１）または（２）に記載の偏光素子の製造方法では、前記等方性エッチングを行う工程の後に、前記複数のストライプ状の金属層の上に光吸収層を形成する工程をさらに有していてもよい。
【００１２】
この製造方法によれば、複数のストライプ状の金属層の上に光吸収層を設けることができる。
【００１３】
（４）上記（３）に記載の偏光素子の製造方法では、前記等方性エッチングを行う工程と前記光吸収層を形成する工程との間に、前記複数のストライプ状の金属層の表面に誘電体層を形成する工程をさらに有していてもよい。
【００１４】
この製造方法によれば、金属層の表面に光吸収層を直接形成する場合に比べて、金属層の材料が光吸収層に拡散することを抑制することができる。従って、吸収型の偏光素子の吸収特性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）〜（ｆ）第１実施形態に係る偏光素子の製造方法を示す工程図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）第２実施形態に係る偏光素子の製造方法を示す工程図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）第２実施形態に係る偏光素子の形状制御を説明するための図である。
【図４】波長と透過率Ｔｐとの間の関係を示す図である。
【図５】波長と透過率Ｔｃとの間の関係を示す図である。
【図６】波長と反射率Ｒｃとの間の関係を示す図である。
【図７】波長と吸収率Ａｃとの間の関係を示す図である。
【図８】波長と透過率Ｔｐとの間の関係を示す図である。
【図９】波長と透過率Ｔｃとの間の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００１７】
[第１実施形態]
先ず、本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態に係る偏光素子の製造方法は、吸収型の偏光素子の製造方法である。
【００１８】
本実施形態に係る偏光素子の製造方法は、複数のストライプ状の金属層が設けられた基板を用意し、マスクが無い状態で、複数のストライプ状の金属層に対し、等方性エッチングを行う工程を有するものである。つまり、本実施形態に係る偏光素子の製造方法は、一次加工されたグリッド（ストライプ状の金属層）に対して等方性エッチングを行うものである。
【００１９】
さらに、等方性エッチングを行う工程の後に、金属層の表面に誘電体層を形成する工程と、誘電体層上に光吸収層を形成する工程と、を有する。
【００２０】
以下、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態に係る偏光素子１の製造方法を示す工程図である。
【００２１】
先ず、図１（ａ）に示すように、基板１０の上面に、スパッタ法等の成膜方法により金属膜１１を成膜する。金属膜１１の厚みｔ１は特に限定されないが、例えば１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲とする。
【００２２】
基板１０は透光性を有する基板であればよく、例えば、ガラス基板、樹脂基板、シリコン等の半導体基板等、種々の材料からなる基板を用いることができる。本実施形態では、基板１０としてガラス基板を用いる。偏光素子の用途によっては、偏光素子が蓄熱して高温になる場合があるため、基板１０としては、耐熱性の高いガラス基板を用いることが好ましい。
【００２３】
金属膜１１の材料としては、可視域において光の反射率が高い材料を用いることができる。本実施形態では、金属膜１１の材料としてアルミニウムを用いる。尚、この他に、金属膜１１の材料としては、銀、銅、クロム、チタン、ニッケル、タングステン、鉄等の金属材料を用いることもできる。
【００２４】
次に、図１（ｂ）に示すように、金属膜１１の上面に、スピンコート法等の成膜方法によりレジスト膜を形成し、レジスト膜を露光・現像して、レジスト膜をストライプパターンのマスク１２とする。マスク１２の厚みｔ２は、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲である。マスク１２のストライプパターンの周期Ｐ（ピッチ）は、１４０ｎｍ程度である。
【００２５】
次に、図１（ｃ）に示すように、マスク１２を用いて、ドライエッチングを行い、金属膜１１及び基板１０を加工する。
【００２６】
ドライエッチングとしては、ＩＣＰ（誘電結合プラズマ）やＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）等の方法を用いることができる。
【００２７】
その後、マスク１２を除去することにより、基板１０上にストライプ状に配置された複数の金属層１１ａが形成される。基板１０上面における互いに隣り合って配置された２つの金属層１１ａの間には溝１０ｈが形成される。言い換えると、基板１０上面には複数のリブ１０ａが形成される。金属層１１ａの幅ｗ１は、７０ｎｍ程度である。互いに隣り合って配置された２つの金属層１１ａ同士の間隔ｓ１（溝１０ｈの幅）は、７０ｎｍ程度である。
【００２８】
尚、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示した工程は、公知の製造プロセスを適用することができる。例えば、特開２００６−３３９３５９号公報に記載の成膜工程、露光工程、現像工程、エッチング工程を適用することにより、複数のストライプ状の金属層が設けられた基板を形成することができる。また、既に複数のストライプ状の金属層が設けられた基板を準備してもよい。
【００２９】
次に、マスクが無い状態で、複数のストライプ状の金属層１１ａに対し、等方性エッチングを行う。本実施形態では、等方性エッチングとして、複数のストライプ状の金属層１１ａが設けられた基板１０を、複数のストライプ状の金属層１１ａに対するエッチング液に浸漬する。尚、この他にも、等方性エッチングとして、ケミカルドライエッチングを行うこともできる。
【００３０】
例えば、エッチング液としては、エッチングレートが２０ｎｍ／ｍｉｎ以上３０ｎｍ／ｍｉｎ以下の範囲のアルカリ溶液を用いることができる。本実施形態では、エッチング液として、東京応化工業社製のＮＭＤ−３を用いる。エッチング液の浸漬は、室温で行い、浸漬時間は１ｍｉｎ程度とする。尚、金属層１１ａの材料であるアルミニウムは両性金属であるため、エッチング液として酸性溶液を用いることもできる。
【００３１】
これにより、図１（ｄ）に示すように、高さがｔ１よりも低く、幅がＷ１よりも狭くなるように形状が調整されたストライプ状の金属層１１ｂを形成することができる。金属層１１ｂの幅は基板１０上面のリブ１０ａの幅ｗ３よりも小さくなるため、基板１０において金属層１１ａが除去された部分（面１０ｓ）は露出される。金属層１１ｂの幅ｗ２は、５０ｎｍ程度である。互いに隣り合って配置された２つの金属層１１ｂ同士の間隔ｓ２は、９０ｎｍ程度である。
【００３２】
次に、図１（ｅ）に示すように、金属層１１ｂの表面に、スパッタ等の成膜方法により誘電体層１３を形成する。本実施形態では、誘電体層１３の材料として、二酸化珪素（シリカ、ＳｉＯ２）を用いる。尚、この他に、誘電体層１３の材料としては、酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ２Ｏ３）を用いることもできる。
【００３３】
本実施形態では、図１（ｄ）に示した工程により、基板１０の面１０ｓが露出しているため、金属層１１ｂの側面及び頂部に誘電体層１３を選択的に形成しやすくなる。また、金属層１１ｂの表面に誘電体層１３を形成する際に、誘電体層１３の厚みを面１０ｓの幅の範囲内にすれば、前工程で形成された溝１０ｈの幅を維持することができる。
【００３４】
尚、図１（ｅ）においては、誘電体層１３が溝１０ｈに形成されていないが、これに限らない。誘電体層１３が透光性を有する材料で形成される場合には、誘電体層１３が溝１０ｈに形成されていてもよい。
【００３５】
次に、図１（ｆ）に示すように、誘電体層１３の表面に、スパッタ等の成膜方法により光吸収層１５を形成する。本実施形態では、光吸収層１５の材料として、シリコンを用いる。尚、この他に、光吸収層１５の材料としては、ゲルマニウムを用いることもできる。
【００３６】
以上の工程を経ることにより、偏光素子１を製造することができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態の製造方法によれば、マスクが無い状態で、複数のストライプ状の金属層１１ａに対し、等方性エッチングを行うため、エッチングの条件を適宜調整することにより、複数のストライプ状の金属層１１ｂの高さ及び幅を所望の値にすることができる。従って、吸収型の偏光素子１の光学特性を容易に最適化することができる。
【００３８】
また、従来は、偏光素子の透過率が規格値よりも低いために規格外となった場合等、製品不具合が生じた場合には、ドライエッチングの追加加工による再修正が必要であった。これに対し、本実施形態によれば、製品不具合が生じた場合であっても、等方性エッチングの条件を調整して、マスクがない状態でグリッドを等方性エッチングするだけで容易に製品の再修正を行うことができる。また、等方性エッチングの条件を調整するだけで、サブミクロンオーダーの微細加工にも対応することができる。さらに、製造工程中だけではなく後工程のために、予め金属層１１ｂの高さ及び幅の微調整を行うことができる。
【００３９】
また、本実施形態の製造方法では、等方性エッチングとして、複数のストライプ状の金属層１１ａが設けられた基板１０を、複数のストライプ状の金属層１１ａに対するエッチング液に浸漬しているため、エッチング液や浸漬時間を適宜調整することにより、複数のストライプ状の金属層１１ｂの高さ及び幅を所望の値にすることができる。
【００４０】
仮に、エッチングレートを３０ｎｍ／ｍｉｎよりも速くすると、基板１０に設けられた複数のストライプ状の金属層１１ｂの面内均一性が悪化してしまう。これに対し、本実施形態のウエットエッチングによれば、エッチングレートが２０ｎｍ／ｍｉｎ以上３０ｎｍ／ｍｉｎ以下の範囲であり、比較的低レートであるため、基板１０に設けられた複数のストライプ状の金属層１１ｂの面内均一性の精度を高めることができる。
【００４１】
また、本実施形態の製造方法では、等方性エッチングを行う工程の後に、複数のストライプ状の金属層１１ｂの上に光吸収層１５を形成しているため、複数のストライプ状の金属層１１ｂの上に光吸収層１５を設けることができる。
【００４２】
また、本実施形態の製造方法では、等方性エッチングを行う工程と光吸収層１５を形成する工程との間に、金属層１１ｂの表面に誘電体層１３を形成しているため、すなわち後工程で誘電体層１３の表面に光吸収層１５を形成しているため、金属層１１ｂの表面に光吸収層１５を直接形成する場合に比べて、金属層１１ｂの材料が光吸収層１５に拡散することを抑制することができる。従って、吸収型の偏光素子１の吸収特性の低下を抑制することができる。また、偏光素子１の使用時に温度が上昇しても、酸化等による金属層１１ｂの劣化を抑制することができる。従って、偏光素子１の偏光特性の低下を抑制することができる。
【００４３】
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態に係る偏光素子の製造方法は、反射型の偏光素子の製造方法である点で、上記第１実施形態の透過型の偏光素子の製造方法と異なる。
本実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成要素については、適宜、上記の実施形態と同様の符号を付してその説明を簡略化、あるいは省略する。
【００４４】
以下、図面を参照しながら説明する。
図２（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る偏光素子２の製造方法を示す工程図である。
【００４５】
尚、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した工程は、第１実施形態で説明した工程と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４６】
図２（ｃ）に示した状態であっても、反射型の偏光素子として使用することができるが、本実施形態では、偏光素子の光学特性を最適化するべく、以下の処理を行う。
【００４７】
マスクが無い状態で、複数のストライプ状の金属層１１ａに対し、等方性エッチングを行う。本実施形態では、等方性エッチングとして、複数のストライプ状の金属層１１ａが設けられた基板１０を、複数のストライプ状の金属層１１ａに対するエッチング液に浸漬する。
【００４８】
例えば、エッチング液としては、エッチングレートが２０ｎｍ／ｍｉｎ以上３０ｎｍ／ｍｉｎ以下の範囲のアルカリ溶液を用いることができる。本実施形態では、エッチング液として、東京応化工業社製のＮＭＤ−３を用いる。エッチング液の浸漬は、室温で行い、浸漬時間は２ｍｉｎ程度とする。
【００４９】
これにより、図２（ｄ）に示すように、高さがｔ１よりも低く、幅がＷ１よりも狭くなるように形状が調整されたストライプ状の金属層２１ｂを形成することができる。金属層２１ｂの幅ｗ２は基板１０上面のリブ１０ａの幅ｗ３よりも小さくなるため、基板１０において金属層１１ａが除去された部分（面２０ｓ）は露出される。
【００５０】
図３（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態に係る偏光素子２の形状制御を説明するための図である。
図３（ａ）は図２（ｃ）に示した金属層１１ａの形状と寸法を示す図であり、図３（ｂ）は図２（ｄ）に示した金属層２１ｂの形状と寸法を示す図である。
【００５１】
図３（ａ）に示すように、金属層１１ｂの高さは１７５ｎｍであり、幅は６０ｎｍである。
【００５２】
これに対し、図３（ｂ）に示すように、金属層２１ｂの高さは１１５ｎｍ、幅は２０ｎｍである。
【００５３】
このように、マスクが無い状態で、ストライプ状の金属層１１ａに対し、等方性エッチングを行うことにより、ストライプ状の金属層１１ｂの高さ及び幅を小さくすることができることが分かる。以上の工程を経ることにより、偏光素子２を製造することができる。
【００５４】
本実施形態の製造方法によれば、反射型の偏光素子２の光学特性を容易に最適化することができる。
【００５５】
以上、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されないことは言うまでもない。上記の実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【実施例】
【００５６】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の技術範囲は下記の実施例に限定されるものではない。
【００５７】
（実施例１）
吸収型偏光素子として、基板側からＡｌ（金属層１１ｂ）、ＳｉＯ２（誘電体層１３）、Ｓｉ（光吸収層１５）がこの順に積層されたワイヤーグリッド偏光素子を用いた。本実施例の偏光素子は、第１実施形態の製造方法によって製造された偏光素子１に相当する。エッチング液としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドが２．３８重量％含まれる水溶液（東京応化工業社製の「ＮＭＤ−３」）を用いた。
【００５８】
（偏光素子の光学特性評価）
光学物性評価は、本実施例の偏光素子をプロジェクターのライトバルブ用の偏光素子として適用することを想定して行った。本実施例の偏光素子は、無機材料で形成されており耐熱性が高いことから、高出力の光源を有するプロジェクターのプリ偏光板として適用できる。
【００５９】
本実施例の偏光素子に対して、波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における光学特性を測定した。
【００６０】
図４は、波長と透過率Ｔｐとの間の関係を示す図である。図５は、波長と透過率Ｔｃとの間の関係を示す図である。図６は、波長と反射率Ｒｃとの間の関係を示す図である。図７は、波長と吸収率Ａｃとの間の関係を示す図である。
図４〜図７において、０ｍｉｎ、１ｍｉｎ、１．５ｍｉｎは偏光素子をＮＭＤ−３に浸漬させた浸漬時間である。
図４〜図７において、横軸は波長λ（ｎｍ）である。図４において、縦軸は透過率Ｔｐ（％）である。図５において、縦軸は透過率Ｔｃ（％）である。図６において、縦軸は反射率Ｒｃ（％）である。図７において、縦軸は吸収率Ａｃ（％）である。
尚、ＴｐはＴＭ光の透過率、ＴｃはＴＥ光の透過率、ＲｃはＴＥ光の反射率、Ａｃは偏光素子の光吸収率である。ここで、ＴＭ光は金属層の延在方向と直交する方向に振動する直線偏光であり、ＴＥ光は金属層の延在方向に振動する直線偏光である。
【００６１】
図４に示すように、透過率Ｔｐは、波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲において、浸漬時間が長くなるほど上昇することが確認された。
【００６２】
図５に示すように、透過率Ｔｃは、波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲において、浸漬時間：０ｍｉｎと浸漬時間：１ｍｉｎとを比べるとほとんど差がない。しかし、浸漬時間：１．５ｍｉｎの場合の透過率Ｔｃは、浸漬時間：０ｍｉｎ及び浸漬時間：１ｍｉｎの場合に比べて高いことが確認された。
【００６３】
図６に示すように、反射率Ｒｃは、波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲において、浸漬時間を長くしても各浸漬時間の間でほとんど差がなく、浸漬時間の影響が小さいことが確認された。
【００６４】
図７に示すように、吸収率Ａｃは、波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲において、浸漬時間を長くしても各浸漬時間の間でほとんど差がなく、浸漬時間の影響が小さいことが確認された。尚、各浸漬時間における吸収率Ａｃのピーク波長は５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲であり、偏光素子の吸収ピークがＧ（緑）チャンネルに最適化されている。
【００６５】
本実施例においては、図４に示したように、浸漬時間を長くすることにより、波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲において、透過率Ｔｐを８０％よりも大きくすることができる。従って、プリ偏光板として好適な特性を有するものであると認められる。尚、図５に示したように、浸漬時間を長くし過ぎると、波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲において、透過率Ｔｃがある程度（３％程度）大きくなるが、プリ偏光板としては問題ないレベルであるといえる。
このように、吸収型のワイヤーグリッド偏光素子においても、一次加工されたグリッドに対して等方性エッチングを行うことによって、容易に偏光素子の光学特性を最適化することが可能である。
【００６６】
（実施例２）
偏光素子として、Ａｌからなる金属層１１ｂを備えた反射型のワイヤーグリッド偏光素子を用いた。本実施例の偏光素子は、第２実施形態の製造方法によって製造された偏光素子２に相当する。エッチング液としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドが２．３８重量％含まれる水溶液（東京応化工業社製の「ＮＭＤ−３」）を用いた。
【００６７】
本実施例の偏光素子に対して、波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における光学特性を求めた。
【００６８】
図８は、波長と透過率Ｔｐとの間の関係を示す図である。図９は、波長と透過率Ｔｃとの間の関係を示す図である。
図８、図９において、０ｍｉｎ、０．５ｍｉｎ、１ｍｉｎは偏光素子をＮＭＤ−３に浸漬させた浸漬時間である。
図８、図９において、横軸は波長λ（ｎｍ）である。図８において、縦軸は透過率Ｔｐ（％）である。図９において、縦軸は透過率Ｔｃ（％）である。
【００６９】
図８に示すように、透過率Ｔｐは、波長４００ｎｍ以上５４０未満の範囲では、浸漬時間を長くしても各浸漬時間の間でほとんど差がない。しかし、波長５４０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲において、浸漬時間が長くなるほど上昇することが確認された。
【００７０】
図９に示すように、透過率Ｔｃは、波長４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲において、浸漬時間が長くなるほど上昇することが確認された。
このように、反射型のワイヤーグリッド偏光素子においても、一次加工されたグリッドに対して等方性エッチングを行うことによって、容易に偏光素子の光学特性を最適化することが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１，２…偏光素子、１０…基板、１１ａ…金属層、１３…誘電体層、１５…光吸収層
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
2014186181.tif 000006
【図６】
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【図７】
2014186181.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図３】
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