(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に周期的に配置されたグリッド構造と、を備えるワイヤグリッド素子を製造するワイヤグリッド素子の製造方法であって、
前記基板上にアルミニウムを主成分とした材料からなる薄膜、及びケイ素酸化物からなる薄膜を、この順に真空中にて連続成膜する成膜工程と、
該ケイ素酸化物からなる薄膜の表面にレジストからなるパターンを形成し、該レジストからなるパターンをマスクにしてエッチングを行うことにより前記ケイ素酸化物からなる薄膜に前記パターンを転写する転写工程と、
前記ケイ素酸化物をマスクにしてエッチングを行い、前記アルミニウムに前記パターンを転写するとともに、凸レンズ状の曲面構造を有するケイ素酸化物のみによって上側が被覆されたグリッドラインを生成するグリッドライン生成工程と、
前記グリッドライン生成工程に使用する装置と同一の装置内にて前記基板を大気に取り出す前に前記アルミニウムに酸素プラズマを施し、前記アルミニウムの側面に酸化アルミニウムを形成する酸化アルミニウム形成工程と、
を有することを特徴とするワイヤグリッド素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤグリッド素子ならびに該ワイヤグリッド素子を用いた偏光画像撮像装置及びプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
微細加工技術の進展に伴い、光の波長レベルのピッチを有する微細構造パターンを形成することが可能となり、近年、光学分野では平板型光学素子の開発が進んでいる。例えばプロジェクタでは、偏光子は偏光ビームスプリッタや検光子としての利用のほか、偏光再利用のための反射型偏光子として利用される（非特許文献１参照。）。
【０００３】
ワイヤグリッド型偏光子の機能について以下に簡単に述べる。
ワイヤグリッド型偏光子は、グリッドライン（金属細線）２の間隔または周期が波長よりもはるかに小さい場合には、グリッド方向に対して平行に偏光された電磁放射を反射し、直交する偏光の電磁放射を透過する偏光子として機能する（図１および非特許文献２参照。）。
平行な導電ワイヤアレイによる無線波の偏光形成や、可視光よりも長波長に対応する赤外偏光子などは古くから知られてきた。そして、前述の微細加工技術の進展により、可視光にも対応できるようになり、実際に金属ナノ構造からなるワイヤグリッド偏光子を用いたプロジェクタなども開発されている（非特許文献３及び特許文献１参照。）。
【０００４】
ワイヤグリッド偏光子のグリッドを形成する材料としては、可視光領域にて吸収が少ないという特性上、アルミニウム（Ａｌ）が主として利用されている。アルミニウムを主成分としたワイヤグリッド素子では、紫外光や可視光領域にて、透過側の透過率（ＴＭ透過率）を高く保ち、遮断側の透過率（ＴＥ透過率）を低くし、コントラスト（消光比のことであり、ＴＭ透過率とＴＥ透過率の比である。）を高くすることができる。
【０００５】
以下にワイヤグリッド偏光子の従来技術について述べる。
ワイヤグリッド偏光子の従来技術としては、特許文献１に開示されているような基板上にグリッド構造が形成されたワイヤグリッド素子がある。
また、環境によらず利用できるワイヤグリッド偏光子が望まれるが、一般的に耐久性に関する問題として、微細化したアルミニウムは水と反応し易く、腐食が生じ易いことが知られている。このような問題に対し、光学薄膜の保護膜のように、最表面にＳｉＯｘやＳｉＮなどの透明誘電膜を厚めに設ける方法もあるが、保護膜の厚みが厚い場合にはグリッド間のスペースを他の材料が埋める構造となってしまい、ワイヤグリッド素子としての偏光子の機能が低下してしまう。また、耐食性を向上させるために積極的に他の物質を用いて被膜を設ける方法もある。しかしながら、別途、他の物質を用いた場合にはその工程による歩留まり低下や、コスト増につながる。
【０００６】
例えば、特許文献２に記載の耐蝕性ワイヤグリッド偏光子及び製造法では、腐食防止のためにアルミニウムワイヤグリッドの側面に、アミノホスホネートなどの単分子膜を形成し、腐食防止効果をもたらすという報告がある。しかしながら、単分子膜形成は容易な技術ではなく、必ずしも面内に均一に形成されず、歩留まり低下が懸念される。また、単分子膜として、新たにアミノホスホネート等を利用することによる材料のコストが増加する。
【０００７】
また、金属の腐食防止剤は市販されている。アルミ腐食防止剤は、三価のクロムを含んだ水溶液（他にＮｉ、Ｃｏなどが含まれる場合もある）であり、アルミニウムの表面をエッチングしてアルミニウムの上にＣｒを主成分とする被膜を形成する。しかしながら、溶液を用いた場合には、厚みが０．１〜数百μｍとなり、さらに濃度、温度や時間などの調整による均一性の制御が容易ではない。また、Ｃｒの酸化物によりワイヤグリッド偏光子としての特性も劣化してしまう。
【０００８】
他のワイヤグリッド関連の技術としては、積層構造を微細化しワイヤグリッド素子とした従来例（例えば、特許文献３〜５参照。）、グリッド構造を合金で被覆する従来例（例えば、特許文献６参照。）などが挙げられる。しかしながら、特許文献３〜６に記載の従来例では構造や構成する材料が充分に検討されているとは言えず、信頼性や光学特性においてさらなる改善が求められている。
【０００９】
さらに、金属グリッド構造に酸化被膜を設ける構造の従来例（例えば、特許文献７参照。）が例示できる。
しかしながら、特許文献７に示されるような酸化被膜では信頼性に対して、効果はあるが充分とはいえない。また、反応性イオンエッチングではなく、リフトオフプロセスを用いているため、高アスペクト比のワイヤグリッド形成はできず、その結果、高消光比をもつ、光学特性の優れた偏光子を提供できないという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように、Ａｌによるワイヤグリッド素子は、大気中の水分やガスと反応しやすいため、特に高温高湿下にて放置した後に偏光子としての機能が劣化するという問題がある。
従って本発明は、耐食性があり、簡易な構造からなり、偏光子としての光学特性（ＴＥ透過率、ＴＭ透過率、消光比）が良好なワイヤグリッド素子ならびに該ワイヤグリッド素子を用いた偏光画像撮像装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。
また本発明は、ＴＭ透過率が高いと共に、信頼性も充分であるワイヤグリッド素子ならびに該ワイヤグリッド素子を用いた偏光画像撮像装置及びプロジェクタ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】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明に係るワイヤグリッド素子の製造方法は、基板と、該基板上に周期的に配置されたグリッド構造と、を備えるワイヤグリッド素子を製造するワイヤグリッド素子の製造方法であって、前記基板上にアルミニウムを主成分とした材料からなる薄膜、及びケイ素酸化物からなる薄膜を、この順に真空中にて連続成膜する成膜工程と、該ケイ素酸化物からなる薄膜の表面にレジストからなるパターンを形成し、該レジストからなるパターンをマスクにしてエッチングを行うことにより前記ケイ素酸化物からなる薄膜に前記パターンを転写する転写工程と、前記ケイ素酸化物をマスクにしてエッチングを行い、前記アルミニウムに前記パターンを転写するとともに、凸レンズ状の曲面構造を有するケイ素酸化物のみによって上側が被覆されたグリッドラインを生成するグリッドライン生成工程と、前記グリッドライン生成工程に使用する装置と同一の装置内にて前記基板を大気に取り出す前に前記アルミニウムに酸素プラズマを施し、前記アルミニウムの側面に酸化アルミニウムを形成する酸化アルミニウム形成工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高温高湿下においても劣化がなく、耐久性に優れ、光学特性も良好であり、且つ、低コストのワイヤグリッド素子なワイヤグリッド素子ならびに該ワイヤグリッド素子を用いた偏光画像撮像装置及びプロジェクタを提供することができる。
また本発明によれば、光学性能として高いＴＭ透過率を有し、信頼性が高く、低コストのワイヤグリッド素子ならびに該ワイヤグリッド素子を用いた偏光画像撮像装置及びプロジェクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ワイヤグリッド型偏光子の偏光子としての機能を説明するための概略図である。
【図２】（ａ）本発明に係るワイヤグリッド素子の第１の実施の形態であるワイヤグリッド偏光子における構成例を示す断面模式図である。（ｂ）本発明に係るワイヤグリッド素子の第１の実施の形態であるワイヤグリッド偏光子における構成例を示す上面模式図である。
【図３】ワイヤグリッド偏光子の作製フローの一例を示す図である。
【図４】（ａ）はＡｌライン構造の側面はＡｌ２Ｏ３、上面はＳｉＯ２が保護膜として形成された構造の断面模式図である。（ｂ）はＡｌライン構造の側面、および、上面がＡｌ２Ｏ３を保護膜として形成された構造の断面模式図である。（ｃ）は、図４（ａ）および図４（ｂ）におけるＴＭ、ＴＥ透過率の波長依存性を示すグラフである。
【図５】本発明に係るワイヤグリッド素子の第２の実施の形態であるワイヤグリッド偏光子における構成例を示す断面模式図である。
【図６】（ａ）本発明に係るワイヤグリッド素子の第３の実施の形態であるワイヤグリッド偏光子における構成例を示す断面模式図である。（ｂ）本発明に係るワイヤグリッド素子の第３の実施の形態であるワイヤグリッド偏光子における構成例を示す上面模式図である。
【図７】（ａ）シミュレーションを行った第３の実施の形態に基づくワイヤグリッド偏光子の構造。（ｂ）シミュレーションを行った従来のワイヤグリッド偏光子の構造。
【図８】（ａ）第３の実施の形態に基づくワイヤグリッド偏光子の構造のシミュレーション結果を示すグラフである。（ｂ）従来のワイヤグリッド偏光子の構造のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】（ａ）本発明に係るワイヤグリッド素子の第４の実施の形態であるワイヤグリッド偏光子における構成例を示す断面模式図である。（ｂ）本発明に係るワイヤグリッド素子の第４の実施の形態であるワイヤグリッド偏光子における構成例を示す上面模式図である。
【図１０】本発明に係るワイヤグリッド素子の第５の実施の形態であるワイヤグリッド偏光子における構成例を示す断面模式図である。
【図１１】本発明に係る偏光画像撮像装置における一実施の形態を示す模式図である。
【図１２】本発明に係るプロジェクタにおける一実施の形態である３板式液晶プロジェクタの表示部中心の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は基板上に微細構造が形成された平板型光学素子の一つである、アルミニウムワイヤグリッド素子に関するものである。アルミニウムワイヤグリッド素子は、プロジェクタでは、偏光ビームスプリッタや検光子としての利用のほか、偏光再利用のための反射型偏光子として利用される。また、偏光画像撮像装置においては、撮像素子の前にワイヤグリッド素子を配置することにより、偏光画像を取得する。
【００１５】
本発明に係るワイヤグリッド素子は、基板１１と、該基板上１１に周期的に配置されたグリッド構造１２と、を備え、前記グリッド構造１２は、アルミニウムを主成分とした材料からなるグリッドライン１２ａと、前記グリッドライン１２ａの上側を被覆するケイ素酸化物１２ｂと、前記グリッドライン１２ａの側面を被覆するアルミニウム酸化物１２ｃと、を有することを特徴とする。
また、上記課題を解決するために本発明に係るワイヤグリッド素子は、基板１１と、該基板１１上に周期的に配置されたグリッド構造１２と、を備え、前記グリッド構造１は、アルミニウムを主成分とした材料からなるグリッドライン１２ａと、前記グリッドライン１２ａの上側を被覆する誘電体１２ｂと、を有し、前記誘電体１２ｂは、凸レンズ状の曲面構造を有することを特徴とする。
次に、本発明に係るワイヤグリッド素子ならびに該ワイヤグリッド素子を用いた偏光画像撮像装置及びプロジェクタについてさらに詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１６】
《ワイヤグリッド偏光子》
（第１の実施の形態）
本発明に係るワイヤグリッド素子の第１の実施の形態であるワイヤグリッド偏光子における構成例を図２に示す。
図２（ａ）は断面模式図、図２（ｂ）は上面模式図である。図２におけるサイズは図面作製上の便宜のためであり、実際のスケールは異なる。アルミニウムグリッドパターン方向に対して、入射ＴＭ偏光は透過し、入射ＴＥ偏光は反射もしくは吸収される。
【００１７】
基板１１はホウケイ酸ガラス基板であり、透明基板である。この透明基板１１上にワイヤグリッド素子としての機能を示す周期的なライン状のグリッド構造（グリッドパターン）１２が設けられ、このグリッド構造１２の中心部であるグリッドライン１２ａはアルミニウム（Ａｌ）からなる。
グリッド構造１２の上側（基板と反対側）の被覆層１２ｂは厚み３０ｎｍのケイ素酸化物からなる。Ａｌグリッド構造の両側面の被覆層１２ｃは厚み約１０ｎｍのアルミニウム酸化物からなる。
また、グリッド構造１２の（ライン配列方向）の周期は１５０ｎｍであり、Ａｌグリッド構造１２の（ライン配列方向の）幅はグリッドライン１２ａと両側面のアルミニウム酸化物の領域とをあわせて７０ｎｍ、基板１１に対して垂直方向の高さは１８０ｎｍである。
【００１８】
本発明におけるワイヤグリッド偏光子の作製フローの一例を図３（ａ）〜（ｅ）に示す。
【００１９】
＜図３（ａ）成膜、図３（ｂ）レジストパターニング＞
まず、透明基板１１上にＡｌ１２ａ及びケイ素酸化物（ＳｉＯｘ）１２ｂをそれぞれ、例えば、１８０ｎｍ、３０ｎｍの厚さで連続的に成膜する。
その後、有機レジスト等を用い、例えば、１５０ｎｍの周期、７０ｎｍの幅で有機レジストパターン１３を形成する。
【００２０】
＜図３（ｃ）ＳｉＯｘエッチング、図３（ｄ）Ａｌエッチング＞
続いて、ＲＩＥエッチング装置で、フッ素系ガスを用いてケイ素酸化物をドライエッチングし、有機レジストパターン１３をケイ素酸化物１２ｂに転写し、Ａｌエッチングのハードマスクを形成する。
その後、金属用ドライエッチング装置で、塩素系ガスを用いて、ケイ素酸化物１２ｂをマスクとしてＡｌ１２ａをドライエッチングし、グリッド構造（１２ａ，１２ｂおよび１２ｃの酸化前の状態）を形成する。
【００２１】
＜図３（ｅ）プラズマ酸化＞
更に、同一エッチャー内で、連続して酸素ガスを用いてプラズマ酸化することにより、Ａｌグリッド両側壁１２ｃにアルミニウム酸化物を形成し（例えば、１０ｎｍの厚み）、耐食性の高いワイヤグリッド素子を形成することができる。
【００２２】
本作製フローの特徴としては、下記（１）〜（３）が挙げられ、低コストで耐食性の高いワイヤグリッド素子を形成することができる。
（１）Ａｌ成膜に続けてＳｉＯｘ成膜することにより、Ａｌが大気に触れる時間が短く、また、Ａｌがウエットプロセスにさらされることがない。よって、作製途中でのＡｌの劣化や腐食が起こり難い。
（２）Ａｌのエッチングとプラズマ酸化を同一エッチング装置内で、連続的に行える。よって、基板を取り出して大気中に触れること無く、清浄なＡｌグリッド側面に緻密なアルミニウム酸化物を形成することができる。尚、Ａｌエッチング後にエッチャーから基板を取り出した場合には、残留塩素と大気中の水分から酸が発生しＡｌを腐食する心配があるが、このような腐食を防ぐ効果もある。
（３）保護層であるアルミニウム酸化物は同一エッチング装置内で作製出来る為、特別な工程の増加もなく低コストで作製できる。
【００２３】
本実施の形態におけるワイヤグリッドの構造についてさらに詳しく説明する。
図２に示す構造では、ケイ素酸化物１２ｂとアルミニウム酸化物１２ｃとに囲まれたＡｌグリッド構造の中心部であるグリッドライン１２ａは、大気と直接触れる箇所がないという特徴がある。したがって、アルミニウムからなるＡｌグリッドライン１２ａは基本的に、腐食を生じさせる元素と触れることはなく、化学反応することもない。
また、通常の酸化アルミニウム被膜のみの場合よりも、Ａｌグリッド構造の上部をケイ素酸化物で被覆することにより、信頼性をより高めることができる。
【００２４】
さらに、ケイ素酸化物はＡｌをドライエッチングする際のマスクとしても利用し、また、Ａｌとケイ素酸化物は連続成膜できることから、Ａｌを大気にさらす工程を極力減らすことができる。
また、アルミニウム酸化物に関しては、Ａｌのドライエッチング工程と連続して行えることからエッチング箇所を大気にさらす前に酸素プラズマなどの簡易なプロセスにより形成できる。したがって、本実施の形態では、新たに保護膜材料を用意するなどのプロセスは不要であり、コストの増加に繋がらないという利点がある。
他の材料を用いた場合について述べる。
【００２５】
（基板１１）
基板１１となるガラス素材としては、ホウケイ酸ガラス、合成石英、結晶化ガラス、極低膨張ガラスセラミックス、低膨張ガラス、光学ガラス、特殊ガラス、無アルカリガラス、白板ガラス、青板ガラスなどが挙げられる。いずれも基本的にＡｌを腐食する成分がＡｌグリッド構造に染み出すことはない。
通常、基板１１の厚みは０．５〜１ｍｍ程度である。ホウケイ酸ガラスを用いた場合には、基板上に信頼性の高いワイヤグリッド素子が形成できる。このため、Ｓｉウエハ上に形成される結像素子とするような場合や他のデバイス等と積層するような場合、陽極接合によりウエハレベル同士で接合できるので、低コスト実装が可能になる。
【００２６】
（グリッド構造１２：アルミニウムグリッド１２ａ、ケイ素酸化物１２ｂ、アルミニウム酸化物１２ｃ）
Ａｌの成膜は、スパッタリング法、蒸着法などの真空成膜技術により形成できる。グリッド構造１２を作製するためのパターン形成には、電子線描画等を用いた微細加工プロセスやアルミニウムを加工するドライエッチングプロセスが必要となる。
なお、アルミニウムが主成分であるとは、アルミニウムの原子比が９８％以上であることを意味する。ワイヤグリッド素子としてのＴＭ透過率を向上させる観点からは、純Ａｌ（Ａｌが１００％）であることが好ましいが、さらに耐久性を必要とする場合などには、ＳｉやＮｄ、Ｔｉを２％以内の範囲で添加することもある。
【００２７】
Ａｌグリッド構造１２の上部に形成されている上側被覆層１２ｂを構成するケイ素酸化物については、基本的には化学組成としてＳｉＯｘ（ｘは１．０〜２．０）と記載される。ケイ素酸化物は、二酸化ケイ素の化学量論的組成であるＳｉＯ２と酸化ケイ素ＳｉＯとが混じりあった状態である。したがって、ｘとしては特に１．０〜２．０の範囲で限定されないが、光学的に透明である方が良いという点でｘ＝２に近いことが好ましい。本実施の形態では、ｘはほぼ２であり、ＳｉＯ２がケイ素酸化物の大部分を占めている。
【００２８】
Ａｌグリッド構造の両側面の側面被覆層１２ｃを構成するアルミニウム酸化物に関しても、酸化アルミニウム（アルミナ、化学量論的組成：Ａｌ２Ｏ３）と、ＡｌＯが混じりあった状態であるため、ＡｌＯｘと記載される。このとき、前記ｘとしては１．０〜１．５程度である。本実施の形態では、ｘはほぼ１．５であり、Ａｌ２Ｏ３がアルミニウム酸化物の大部分を占めている。
【００２９】
また、上記作製したワイヤグリッド素子に対して電子顕微鏡を用いて断面観察を行い、測長した結果、Ａｌグリッドのピッチは１５０ｎｍ、Ａｌライン幅は５０ｎｍであり、左右の側面に形成されたアルミニウム酸化物の厚みが各々１０ｎｍであった。即ち、アルミニウム酸化物もふくめたグリッド幅は７０ｎｍであった。
また、同様に上記作製したワイヤグリッド素子に対して電子顕微鏡を用いて断面観察を行い、測長した結果、Ａｌの高さは１８０ｎｍであり、その上側に形成されたケイ素酸化物の高さは３０ｎｍであった。
【００３０】
さらに、ワイヤグリッド偏光子としての光学特性を評価した。波長５５０ｎｍにて、ＴＭ透過率が８５．０％、ＴＥ透過率が０．０２％であり、消光比（ＴＭ透過率とＴＥ透過率の比）は４２５０であった。また、高温高湿下（温度：８５℃、湿度：８５％ＲＨの一定条件）にて、５００時間放置し、試験前後にて光学特性を比較したが、大きな変化はなく、高温高湿下においても充分な耐食性をもつことを確認した。なお、１００個の試料にて劣化を示す試料はなかった。
【００３１】
また、計算機シミュレータを用いて、Ａｌライン構造の側面はアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）とした上で、上側の材料がケイ素酸化物（ＳｉＯ２）である場合と、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）である場合とについて、比較した。
図４（ａ）はＡｌライン構造の側面はＡｌ２Ｏ３、上面はＳｉＯ２が保護膜として形成された構造の断面模式図である。また、図４（ｂ）はＡｌライン構造の側面、および、上面がＡｌ２Ｏ３を保護膜として形成された構造の断面模式図である。また、図４（ｃ）は、（ａ）および（ｂ）におけるＴＭ、ＴＥ透過率の波長依存性を示す。
【００３２】
例えば、波長５５０ｎｍにおける透過率値を具体的に比較してみると、図４（ａ）に示す構成ではＴＭ透過率が６７．９％、ＴＥ透過率が０．０１９％、図４（ｂ）に示す構成ではＴＭ透過率が６６．４％、ＴＥ透過率が０．０２１％である。消光比は、図４（ａ）に示す構成では３６３７、図４（ｂ）に示す構成では３２２４である。
なお、図４（ｃ）において右側の縦軸がＴＥ透過率を表し、左側の縦軸がＴＭ透過率を表す。また、図４（ｃ）中、減少していく曲線がＴＥ透過率を表し、山型の曲線がＴＭ透過率を表す。
【００３３】
以上の計算機シミュレータによるシミュレーションによれば、本発明に対応する図４（ａ）に示す構成の方が、図４（ｂ）に示す構成よりも、偏光子としての光学特性が良好であることがわかる。この計算において、アルミニウム酸化物を完全なＡｌ２Ｏ３と仮定して計算したが、実際にはＡｌラインの側面においてはＡｌ２Ｏ３よりもＡｌの成分は多い。同様の構造で測定値と計算値を比較した場合、測定値の方が計算値よりもＴＭ透過率がより高くなっているのはこのためと考えられる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態と同様の構造にて、Ａｌの代わりにＡｌ−Ｓｉ（Ｓｉの原子比１％）を用い、ホウケイ酸ガラス基板の代わりに石英基板を用いて図５に示す構造とした。
グリッド構造１２の上側（基板と反対側）の被覆層１２ｂは厚み３０ｎｍのケイ素酸化物からなる。Ａｌ−Ｓｉグリッド構造の両側面の被覆層１２ｃは厚み約２０ｎｍのアルミニウム酸化物からなる。
また、Ａｌ−Ｓｉグリッド（ライン配列方向）１２の周期は２００ｎｍであり、Ａｌ−Ｓｉラインの（ライン配列方向の）幅はグリッドライン１２ａと両側面のアルミニウム酸化物の領域とをあわせて１１０ｎｍ、基板に対して垂直方向の高さは２００ｎｍである。
【００３５】
本実施の形態も第１の実施の形態と同様に、ワイヤグリッドを形成する金属Ａｌ−Ｓｉの側面のアルミニウム酸化物、および上部のケイ素酸化物がＡｌ−Ｓｉに対して保護膜として働き、充分な耐久性を示すことを確認した。
【００３６】
（第３の実施の形態）
本発明に係るワイヤグリッド素子の第３の実施の形態であるワイヤグリッド偏光子における構成例を図６に示す。
図６（ａ）は断面模式図、図６（ｂ）は上面模式図である。図６におけるサイズは図面作製上の便宜のためであり、実際のスケールは異なる。アルミニウムグリッドパターン方向に対して、入射ＴＭ偏光は透過し、入射ＴＥ偏光は反射もしくは吸収される。
【００３７】
基板１１はホウケイ酸ガラス基板であり、透明基板である。この透明基板１１上にワイヤグリッド素子としての機能を示す周期的なライン状のグリッド構造（グリッドパターン）１２が設けられ、このグリッド構造１２の中心部であるグリッドライン１２ａはアルミニウム（Ａｌ）からなる。
Ａｌグリッド（ライン配列方向）１２の周期は１５０ｎｍであり、グリッドライン１２ａの（ライン配列方向の）幅は６０ｎｍ、基板に対して垂直方向の高さは２１０ｎｍである。
また、グリッド構造の上側（基板と反対側）の被覆層１２ｂは厚み５０ｎｍのケイ素酸化物またはケイ素窒化物等の誘電体からなり、最大高さ５０ｎｍ、最小高さ２０ｎｍの凸状レンズ構造である。
【００３８】
次に、本実施の形態における作製フローについて説明する。
まず、透明基板１１上にＡｌ１２ａ及びケイ素酸化物（ＳｉＯｘ）１２ｂをそれぞれ、例えば、２１０ｎｍ、６０ｎｍの厚さで連続的に成膜する。
その後、有機レジスト等を用い、例えば、１５０ｎｍの周期、６０ｎｍの幅で有機レジストパターン１３を形成する。
続いて、ＲＩＥエッチング装置で、フッ素系ガスを用いてケイ素酸化物をドライエッチングし、有機レジストパターン１３をケイ素酸化物に転写し、Ａｌエッチングのハードマスクを形成する。
その後、金属用ドライエッチング装置で、塩素系ガスを用いて、ケイ素酸化物をマスクとしてＡｌをドライエッチングし、Ａｌからなるグリッド構造を形成する。
【００３９】
ケイ素酸化物はＡｌをドライエッチングする際のマスクとしても利用し、また、Ａｌとケイ素酸化物は連続成膜できることから、Ａｌを大気にさらす工程を極力減らすことができる。
他の材料を用いた場合について述べる。
【００４０】
（基板１１）
基板１１となるガラス素材としては、ホウケイ酸ガラス、合成石英、結晶化ガラス、極低膨張ガラスセラミックス、低膨張ガラス、光学ガラス、特殊ガラス、無アルカリガラス、白板ガラス、青板ガラスなどが挙げられる。いずれも基本的にＡｌを腐食する成分がＡｌグリッド構造に染み出すことはない。
通常、基板１１の厚みは０．５〜１ｍｍ程度である。ホウケイ酸ガラスを用いた場合には、基板上に信頼性の高いワイヤグリッド素子が形成できる。このため、Ｓｉウエハ上に形成される結像素子とするような場合や他のデバイス等と積層するような場合、陽極接合によりウエハレベル同士で接合できるので、低コスト実装が可能になる。
【００４１】
（グリッド構造１２：アルミニウムグリッドライン１２ａ、誘電体１２ｂ）
Ａｌの成膜は、スパッタリング法、蒸着法などの真空成膜技術により形成できる。グリッド構造を作製するためのパターン形成には、電子線描画等を用いた微細加工プロセスやアルミニウムを加工するドライエッチングプロセスが必要となる。
なお、アルミニウムが主成分であるとは、アルミニウムの原子比が９８％以上であることを意味する。ワイヤグリッド素子としてのＴＭ透過率を向上させる観点からは、純Ａｌ（Ａｌが１００％）であることが好ましいが、さらに耐久性を必要とする場合などには、ＳｉやＮｄ、Ｔｉを２％以内の範囲で添加することもある。
【００４２】
Ａｌグリッド構造１２の上部に形成されている上側被覆層１２ｂを構成するケイ素酸化物については、基本的には化学組成としてＳｉＯｘ（ｘは１．０〜２．０）と記載される。ケイ素酸化物は、二酸化ケイ素の化学量論的組成であるＳｉＯ２と酸化ケイ素ＳｉＯとが混じりあった状態である。したがって、ｘとしては特に１．０〜２．０の範囲で限定されないが、光学的に透明である方が良いという点でｘ＝２に近いことが好ましい。本実施の形態では、ｘはほぼ２であり、ＳｉＯ２がケイ素酸化物の大部分を占めている。
Ａｌグリッド構造１２の上部に形成されている上側被覆層１２ｂを構成するケイ素窒化物については、化学量論的組成であるＳｉ３Ｎ４から、Ｎが欠乏することもあるが、ケイ素酸化物の場合と同様に光学的に透明である方が良いという点で、化学量論的組成に近いことが好ましい。
【００４３】
上記作製したワイヤグリッド素子に対して電子顕微鏡を用いて断面観察を行い、測長した結果、Ａｌグリッドのピッチは１５０ｎｍ、Ａｌライン幅は６０ｎｍであった。
また、同様に上記作製したワイヤグリッド素子に対して電子顕微鏡を用いて断面観察を行い、測長した結果、Ａｌの高さは２１０ｎｍであり、その上側に形成されたケイ素酸化物は凸レンズ形状であり、凸状箇所の最大高さは５０ｎｍ、最小高さは２０ｎｍであった。
【００４４】
さらに、ワイヤグリッド偏光子としての光学特性を評価した。波長５５０ｎｍにて、ＴＭ透過率が８５．０％、ＴＥ透過率が０．０２％であり、消光比（ＴＭ透過率とＴＥ透過率の比）は４２５０であった。
【００４５】
なお、ケイ素酸化物が上部にて凸状の曲面構造である場合と、平坦である場合とを光学シミュレーションにより比較すると、凸状の曲面構造の方が、ＴＭ透過率が高くなることが判明している。光が入射した際に、ケイ素酸化物の層が平坦である場合には光は屈折率変化の影響を急激に受けるため、反射が生じやすいが、凸形状である場合には、光は次第に屈折率変化の影響を受けるため、反射抑制効果があり、ＴＭ透過率が高まる。
【００４６】
計算例を以下に示す。図７は、第３の実施の形態におけるワイヤグリッド偏光子のシミュレーションを行った構造であり、図７（ａ）は第３の実施の形態に基づく構造、図７（ｂ）は従来の構造である。ワイヤグリッドを形成するＡｌラインのピッチは１５０ｎｍ、高さは２１０ｎｍ、幅は６０ｎｍとした。図７（ａ）では、Ａｌラインの上に誘電体層のＳｉＯ２が存在する。ＳｉＯ２層の上部の凸部は高さ３０ｎｍの曲面であり、その下に高さｔ１の誘電体層が存在する構造である。図７（ｂ）は平坦なＳｉＯ２層（厚みｔ２）がＡｌラインの上に存在する構造である。各々の構造において、ＳｉＯ２層の厚みｔ１、およびｔ２を変化させた場合の計算結果として、ＴＭ透過率の波長依存性を図８に示す。
【００４７】
図７（ａ）における構造においては、ｔ１が増加するほど、ＴＭ透過率が高くなる。この場合、消光比は若干低下するが、高いＴＭ透過率が光学素子とて必要な特性である場合が多く、ＴＭ透過率が数％でも高い光学素子を利用することが、撮像装置やプロジェクタでは好ましい。一方、図７（ｂ）における構造においては、ｔ２が増加するほど、ＴＭ透過率は低くなる。
なお、図８（ａ）及び図８（ｂ）において、曲線を横切る矢印の方向の順に膜厚ｔ１，ｔ２は０，２０，４０，６０ｎｍと変化している。
以上より、上記第３の実施の形態の構造においては、凸構造をもちながら、ＴＭ透過率も高くすることができる。
【００４８】
（第４の実施の形態）
本実施の形態では、第３の実施の形態と同様の構造にて、Ａｌグリッドライン１２ａの高さを１８０ｎｍに変更し、ホウケイ酸ガラス基板の代わりに石英基板を用いて図９に示す構造とした。
【００４９】
本実施の形態も第３の実施の形態と同様に、ケイ素酸化物がＡｌワイヤグリッド構造に対して、反射抑制構造として働き、透過率としてもＴＭ透過率が８７％、ＴＥ透過率は０．０２％であった。
【００５０】
（第５の実施の形態）
本実施の形態では、第３の実施の形態と同様の構造にて、Ａｌグリッドライン１２ａの幅は４０ｎｍとし、グリッド構造１２の両側壁部１２ｃは酸化させることにより、１０ｎｍの幅のアルミニウム酸化物を形成し図１０に示す構造とした。
ケイ素酸化物がＡｌワイヤグリッド構造に対して、反射抑制構造として働き、透過率としてもＴＭ透過率が８９％、ＴＥ透過率は０．０３％であった。
信頼性の点では、図１０の構造は、Ａｌラインの上面および、側壁などの側面全体が誘電体により被覆され、大気中の水分の浸入を防ぐようになっている。したがって、信頼性が高いワイヤグリッド素子構造となっている。
【００５１】
《偏光画像撮像装置》
第１の実施の形態のワイヤグリッド素子を二次元アレイ状に作製するとともに、偏光画像撮像装置を作製した。模式図を図１１に示す。
偏光画像撮像装置では、撮像素子（受光素子）２２が図示の如く横方向および縦方向にそれぞれ等間隔で二次元配列され、各撮像素子の手前（受光面側）に領域ごとに偏光軸が異なるワイヤグリッド素子２１が二次元配置されている。
【００５２】
複数の領域のそれぞれにおいて、ワイヤグリッド素子２１の一辺の大きさは約５μｍである。また、複数の領域のうち、図１１中において黒の点線で囲われた領域である縦横２×２の４つの領域において、各々の領域はそれぞれ偏光軸が異なり、異なる偏光成分の光を取り出す一組の偏光子アレイとなっている。これらの４つの領域を、多数配置したワイヤグリッド偏光子アレイを透過した偏光成分が、領域ごとに撮像素子（例えば、ＣＣＤ等。）にて受光されるため、偏光情報を画像として得ることができる。
【００５３】
このような場合に、ワイヤグリッドは偏光フィルタとして機能しているが、偏光画像撮像装置は、車載利用など、環境として過酷な環境下においても利用される。本発明のワイヤグリッド素子では、そのような場合においても充分利用可能である。
【００５４】
なお、撮像素子の偏光軸やそれらの配列、撮像素子の配列などは限定されない。
ワイヤグリッドの基板としてホウケイ酸ガラスを用いた場合には、ガラス基板上に信頼性の高いワイヤグリッド素子が形成できるので、Ｓｉウエハ上に形成される結像素子とする場合や他のデバイス等と積層するような場合、陽極接合によりウエハレベル同士で接合できるので、低コスト実装が可能になる。
【００５５】
《プロジェクタ》
本プロジェクタにかかる実施の形態は、上述したワイヤグリッド素子を偏光子３１として利用したプロジェクタである。プロジェクタは、画像を鮮明に投射することが必要とされ、偏光分離素子の機能が低下すると画像品質に影響する。本実施の形態においては、高温高湿下においても光学特性が変化することのない耐久性のあるワイヤグリッド素子を利用しているため、プロジェクタの画像が劣化することはない。
【００５６】
図１２に３板式液晶プロジェクタの表示部中心の構成を示す。光源からの光は波長分離（ダイクロイック）ミラーを通して、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３つのパネル用に分けられ、表示用に使用している液晶パネルに裏面から各々光が照射される。パネルを透過した光は、ダイクロイッククロスプリズム３４により、３つの光が１つに集められ、最終的にパネルの映像は投射レンズ３５で拡大投射される。コンデンサレンズ３３は、棚珪酸ガラスからなるレンズであり、光源からの光を効率的に集光するために用いられる。ＬＣライトバルブ３２により光源からの光の変調を行う。
ここで、本発明におけるワイヤグリッド素子は、ＬＣＯＳなどの空間光変調器を用いたプロジェクタにも利用できる。
以上、本発明におけるワイヤグリッド素子の偏光子としての利用について述べたが、偏光分離素子としての利用においても、ワイヤグリッド素子は充分に機能を保つ。
【００５７】
上記のように、本発明を説明するために具体例として実施の形態を示してきたが、本発明はこれらの実施の形態にとどまることなく応用できることは言うまでもない。
なお、上記第３及び第４の実施の形態においてＡｌラインの側壁に誘電体層が形成されていてもよい。従来例と異なり、凸状の誘電体層が効果につながっている。
また、ワイヤグリッド素子として平面上に一方向のみならず、二方向、もしくは、ランダムに配置した場合でも有用である。ワイヤグリッドのグリッド箇所を構成する材料として、Ａｌのみの場合や、Ａｌを主成分としながら、ＳｉやＴｉ（チタン）、Ｎｄ（ネオジウム）、Ｃｓ（セシウム）などの添加物が入った材料においても、本発明の構成は適用できる。また、上記実施の形態では、ＴＥ光成分は主に反射される反射型のワイヤグリッド素子について述べたが、光吸収層を新たに用意した反射抑制型のワイヤグリッド素子についても同様に適用できる。
なお、ケイ素酸化物及び／またはアルミニウム酸化物の厚みについて、耐久性を向上させるという観点で説明したが、これらの厚みを制御することにより、ワイヤグリッド素子の偏光子としての光学特性も制御できる。
【符号の説明】
【００５８】
２    金属細線
１１    基板
１２    グリッドパターン（グリッド構造）
１２ａ  グリッドライン
１２ｂ  グリッドライン上側被覆層
１２ｃ  グリッドライン側面被覆層
１３    レジスト
２１    偏光子アレイ
２２    撮像素子（ＣＣＤ）
３１    偏光子
３２    コンデンサレンズ
３３    ＬＣライトバルブ
３４    ダイクロイッククロスプリズム
３５    投射レンズ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５９】
【特許文献１】特表２００３−５０２７０８号公報
【特許文献２】特表２００６−５０７５１７号公報
【特許文献３】特表２０１０−５３０９９４号公報
【特許文献４】特表２０１０−５３０９９５号公報
【特許文献５】特表２０１０−５３１４６７号公報
【特許文献６】特開２０１０−２３７４３７号公報
【特許文献７】特開平１０−７３７２２号公報
【非特許文献】
【００６０】
【非特許文献１】‘Simulation  of  sub-100nm  gratings  incorporated  in  LCD  stack’,  M.Paukshto,  K.Lovetsky,  A.Zhukov,  V.Smirnov,  D.Kibalov,  and  G.King’,  SID  06  DIGEST,  848(2006).
【非特許文献２】「第3・光の鉛筆」、鶴田匡夫著、p.278,新技術コミュニケーションズ
【非特許文献３】‘30-nm-wide  aluminum  nanowire  grid  for  ultrahigh  contrast  and  transmittance  polarizers  made  by  UV-nanoimprint  lithography’,  J.J.Wang,  L.Chen,  X.Liu,  P.Sciortino,  F.Liu,  F.Walters,  and  X.Deng,  Appl.Phys.Lett.  89,  141105(2006).
【図８】
0006051519.tif 000002
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006051519.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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