(57)【要約】【課題】生産性を向上させながら、高い透過率を有する光学素子を形成することが可能な光学素子の製造方法および光学素子形成用ウェハを提供する。【解決手段】この光学素子の製造方法は、透明基板１上にアルミニウム膜２を堆積する工程と、アルミニウム膜２の素子領域２ａ以外の領域を除去することにより分離溝４を形成する工程と、アルミニウム膜２の素子領域２ａに陽極酸化を施す工程と、陽極酸化された酸化アルミニウム膜６に水蒸気酸化を施す工程と、水蒸気酸化が施された酸化アルミニウム膜６を含む光学素子形成用ウェハ７を分離溝４に沿って分離する工程とを備えている。【選択図】図９
2006065205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上にアルミニウム膜を堆積する工程と、
前記アルミニウム膜の素子領域以外の領域を除去することにより溝部を形成する工程と、
除去されずに残った前記アルミニウム膜に陽極酸化を施す工程と、
前記陽極酸化されたアルミニウム膜に熱酸化、水蒸気酸化およびプラズマ酸化のうちの少なくとも１つの酸化処理を施す工程と、
前記酸化処理が施されたアルミニウム膜を前記素子領域以外の溝部で分離する工程とを備えた、光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記透明基板は、サファイア基板を含む、請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記透明基板と、前記陽極酸化されたアルミニウム膜との間に、前記陽極酸化されたアルミニウム膜の熱膨張係数と前記透明基板の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する熱膨張緩衝膜を形成する工程をさらに備える、請求項１または２に記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記熱膨張緩衝膜を形成する工程は、スパッタ法を用いて、４０ｎｍ以下の厚みを有する酸化アルミニウム膜からなる熱膨張緩衝膜を形成する工程を含む、請求項３に記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記陽極酸化されたアルミニウム膜の屈折率をｎ１とし、前記熱膨張緩衝膜の屈折率をｎ２とし、前記透明基板の屈折率をｎ３とするとともに、前記陽極酸化により前記アルミニウム膜に形成された凹部の周期をＬ（μｍ）とし、前記熱膨張緩衝膜の実効屈折率をＮ０とする場合に、前記熱膨張緩衝膜の厚みは、以下の式（１）および式（２）で示すｔ０未満の厚みに設定されている、請求項３または４に記載の光学素子の製造方法。
ｔ０  ＝  ［ｔａｎ−１｛（Ｎ０２−ｎ１２）１／２／（ｎ２２−Ｎ０２）１／２｝
＋ｔａｎ−１｛（Ｎ０２−ｎ３２）１／２／（ｎ２２−Ｎ０２）１／２｝］
／（ｎ２２−Ｎ０２）１／２      ・・・  （１）
Ｎ０  ＝  ０．４／Ｌ    ・・・  （２）
【請求項６】
前記溝部を形成する工程は、隣接する素子領域間で連結部を有するように溝部を形成する工程を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記透明基板と、前記陽極酸化されたアルミニウム膜との間に、透明導電膜を形成する工程をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記陽極酸化されたアルミニウム膜の屈折率をｎ１とし、前記透明導電膜の屈折率をｎ４とし、前記透明基板の屈折率をｎ３とするとともに、前記陽極酸化により前記アルミニウム膜に形成された凹部の周期をＬ（μｍ）とし、前記透明導電膜の実効屈折率をＮ１とする場合に、前記透明導電膜の厚みは、以下の式（３）および式（４）で示すｔ１未満の厚みに設定されている、請求項７に記載の光学素子の製造方法。
ｔ１  ＝  ［ｔａｎ−１｛（Ｎ１２−ｎ１２）１／２／（ｎ４２−Ｎ１２）１／２｝
＋ｔａｎ−１｛（Ｎ１２−ｎ３２）１／２／（ｎ４２−Ｎ１２）１／２｝］
／（ｎ４２−Ｎ１２）１／２      ・・・  （３）
Ｎ１  ＝  ０．４／Ｌ    ・・・  （４）
【請求項９】
透明基板と、
前記透明基板上に形成され、陽極酸化されたアルミニウム膜とを備え、
前記陽極酸化されたアルミニウム膜は、前記陽極酸化されたアルミニウム膜の素子領域以外の領域に溝部を含み、
前記透明基板および前記アルミニウム膜は、前記溝部に沿って分離可能なように構成されている、光学素子形成用ウェハ。
【請求項１０】
透明基板と、
前記透明基板上に形成され、陽極酸化されたアルミニウム膜とを備え、
前記陽極酸化されたアルミニウム膜を含む素子領域の周囲に、前記素子領域の厚みよりも小さい厚みの領域を含む、光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の製造方法、光学素子形成用ウェハおよび光学素子に関し、特に、基板上に形成されたアルミニウム膜を陽極酸化する光学素子の製造方法、光学素子形成用ウェハおよび光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、透明基板上に設けたアルミニウム膜を陽極酸化することにより形成した多孔質構造体を、偏光制御素子、フォトニック結晶素子または光触媒素子などの光学素子として用いる技術が知られている。
【０００３】
図６４は、従来の光学素子の製造プロセスにおいて用いられる陽極酸化法を説明するための概略図である。図６４を参照して、従来では、アルミニウム膜の陽極酸化を行う場合、硫酸、シュウ酸およびリン酸などの水溶液からなる電解液２０１を収容した耐酸性容器２０２内に、白金などからなる陰極２０３と、透明基板２０４上に形成したアルミニウム膜２０５からなる陽極２０６とを対向させて配置する。そして、陰極２０３と陽極２０６との間に直流電圧Ｖａを印加する。これにより、陽極２０６側のアルミニウム膜２０５が酸化されるとともに、複数の細孔が自己組織化的にアルミニウム膜２０５の厚み方向に発生することにより多孔質構造体が形成される。陽極酸化により形成された多孔質構造体は、光学的に透明な酸化アルミニウム（アルミナ）からなるため、光学素子として使用することが可能である。また、上記した製造プロセスによりアルミニウム膜を陽極酸化した場合、酸化アルミニウム膜に形成される複数の細孔は、ランダムに配列される一方、平均して約２．５Ｖａ（ｎｍ）の間隔で配列することが一般的に知られている。また、従来では、規則的に配列した凸部を有する金型をアルミニウム膜に押し付けてアルミニウム膜に凹部を形成した後、陽極酸化することにより、規則的に配列した細孔を形成する製造プロセスも提案されている。
【０００４】
図６５〜図６７は、上記提案された従来の光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図６５〜図６７を参照して、上記した酸化アルミニウム膜の細孔を規則的に形成することが可能な製造プロセスについて詳細に説明する。まず、図６５に示すように、規則的に配列した凸部２０７ａを有する金型２０７を透明基板２０４上のアルミニウム膜２０５に押し付ける。これによって、図６６に示すように、アルミニウム膜２０５上に規則的に配列した凹部２０５ａを形成する。その後、陽極酸化を行うことにより、アルミニウム膜２０５の凹部２０５ａ（図６６参照）を起点として、図６７に示すように、アルミニウム膜２０５の厚み方向に自己組織化的に発生した細孔２０８ａを有する酸化アルミニウム膜２０８が形成される。この場合、アルミニウム膜２０５の凹部２０５ａの周期をＰ（図６６参照）とすると、陽極酸化電圧Ｖａは、Ｖａ＝Ｐ／２．５を満たすように設定される。
【０００５】
ここで、陽極酸化により形成された多孔質構造体を光学素子として用いるためには、多孔質構造体の透過率を向上させる必要がある。上記した陽極酸化の場合、図６７に示すように、酸化反応により細孔の先端が丸い凸形状（半球形状）で進行するため、酸化反応による細孔２０８ａの形成の最終段階でアルミニウムが断線する。これにより、透明基板２０４と酸化アルミニウム膜２０８との境界部分に位置するアルミニウムの酸化が行われずに残留アルミニウム２０５ｂとして残る。その結果、陽極酸化により形成された多孔質構造体の透過率を向上させるのが困難であるという不都合があった。
【０００６】
そこで、従来、上記した陽極酸化後の残留アルミニウム２０５ｂをさらに酸化する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。上記特許文献１には、ガラス基板上に形成された平板状のアルミニウム膜に陽極酸化を行った後、ガラス基板と酸化アルミニウム膜との間に酸化されずに残っている残留アルミニウムを、プラズマ酸化などによってアルミナ化する２段階酸化の技術が開示されている。
【０００７】
ところで、一般的に使用されている単体の光学素子は、１０ｍｍ角以内の大きさである場合が多い。従来では、１５ｃｍ角程度の比較的大きいサイズの透明基板を用いて光学素子形成用ウェハを形成した後、その光学素子形成用ウェハを１光学素子のサイズに切断している。これにより、一度に複数の光学素子を形成することができるので、光学素子の生産性を向上させることが可能である。
【特許文献１】特開平５−３３５５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に開示された従来の２段階酸化の技術を、光学素子の生産性を高めるために、比較的大きいサイズの透明基板を用いて陽極酸化した光学素子形成用ウェハに適用する場合を考える。この場合、図６８に示すように、光学素子形成用ウェハ２０９の端部では、側方から酸素が供給されるので、残留アルミニウム２０５ｂが効率良く酸化される。
【０００９】
しかしながら、光学素子形成用ウェハ２０９の中央付近では、酸素の供給不足が原因で残留アルミニウム２０５ｂの酸化が十分に行われないという不都合が生じる。この場合に、光学素子形成用ウェハ２０９を切断することにより光学素子２１０を形成すると、図６９に示すように、光学素子２１０の透明基板２０４と酸化アルミニウム膜２０８との間に、残留アルミニウム２０５ｂが存在するという不都合が生じる。そして、このような残留アルミニウム２０５ｂが存在する光学素子２１０では、高い透過率を得るのは困難であるという問題点がある。上記のように、従来では、特許文献１に開示された２段階酸化を用いた場合にも、生産性を向上させるために比較的大きい基板上に形成されたアルミニウム膜を用いた場合には、高い透過率を有する光学素子を得るのは困難であるという問題点がある。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、生産性を向上させながら、高い透過率を有する光学素子を形成することが可能な光学素子の製造方法および光学素子形成用ウェハを提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１１】
上記目的を解決するために、この発明の第１の局面による光学素子の製造方法は、透明基板上にアルミニウム膜を堆積する工程と、アルミニウム膜の素子領域以外の領域を除去することにより溝部を形成する工程と、除去されずに残ったアルミニウム膜に陽極酸化を施す工程と、陽極酸化されたアルミニウム膜に熱酸化、水蒸気酸化およびプラズマ酸化のうちの少なくとも１つの酸化処理を施す工程と、酸化処理が施されたアルミニウム膜を素子領域以外の溝部で分離する工程とを備えている。
【００１２】
この第１の局面による光学素子の製造方法では、上記のように、アルミニウム膜の素子領域以外の領域を除去することにより溝部を形成することによって、生産性を向上させるために比較的大きい基板上に形成されたアルミニウム膜を用いた場合にも、熱酸化、水蒸気酸化およびプラズマ酸化のうちの少なくとも１つの酸化処理の際に、アルミニウム膜の中央付近に存在する陽極酸化の際に酸化されずに残ったアルミニウムにも、溝部を介して酸素が供給されるので、容易に、陽極酸化の際に酸化されずに残ったアルミニウムを酸化することができる。これにより、生産性を向上させるために比較的大きい基板上に形成されたアルミニウム膜を用いた場合にも、光学素子形成領域の透過率を向上させることができるので、生産性を向上させながら、高い透過率を有する光学素子を形成することができる。
【００１３】
上記第１の局面による光学素子の製造方法において、好ましくは、透明基板は、サファイア基板を含む。このように構成すれば、サファイア基板は、陽極酸化されたアルミニウム膜の熱膨張係数（９．６×１０−６／℃）に比較的近い熱膨張係数（７．０×１０−６／℃）を有しているので、高温を伴う酸化処理である熱酸化、水蒸気酸化またはプラズマ酸化が行われる際に、透明基板と、陽極酸化されたアルミニウム膜との熱膨張係数の差に起因して、陽極酸化されたアルミニウム膜にクラック（割れ）が発生するのを抑制することができる。
【００１４】
上記第１の局面による光学素子の製造方法において、好ましくは、透明基板と、陽極酸化されたアルミニウム膜との間に、陽極酸化されたアルミニウム膜の熱膨張係数と透明基板の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する熱膨張緩衝膜を形成する工程をさらに備える。このように構成すれば、透明基板と陽極酸化されたアルミニウム膜との熱膨張係数の差が大きい場合でも、熱膨張緩衝膜が、透明基板と陽極酸化されたアルミニウム膜との境界部分に発生する歪みを緩和する機能を有するので、陽極酸化されたアルミニウム膜にクラック（割れ）が発生するのを抑制することができる。
【００１５】
この場合、好ましくは、熱膨張緩衝膜を形成する工程は、スパッタ法を用いて、４０ｎｍ以下の厚みを有する酸化アルミニウム膜からなる熱膨張緩衝膜を形成する工程を含む。このように構成すれば、スパッタ法を用いて形成された厚みが４０ｎｍ以下の酸化アルミニウム膜には、膜自体が収縮しようとする力が働くので、スパッタ法を用いて形成された厚みが４０ｎｍ以下の酸化アルミニウム膜の熱膨張係数は、スパッタ法以外の方法を用いて形成された酸化アルミニウム膜や、スパッタ法を用いて形成された４０ｎｍよりも大きい厚みを有する酸化アルミニウム膜の熱膨張係数よりも小さくなる。つまり、スパッタ法を用いて形成された４０ｎｍ以下の厚みを有する酸化アルミニウム膜の熱膨張係数は、陽極酸化されたアルミニウム膜の熱膨張係数よりも小さくなるので、スパッタ法を用いて形成された４０ｎｍ以下の厚みを有する酸化アルミニウム膜は、陽極酸化されたアルミニウム膜と透明基板との間の熱膨張係数を有する。その結果、透明基板と陽極酸化されたアルミニウム膜との間に、スパッタ法を用いて４０ｎｍ以下の厚みで酸化アルミニウム膜からなる熱膨張緩衝膜を形成すれば、容易に、陽極酸化されたアルミニウム膜にクラック（割れ）が発生するのを抑制することができる。
【００１６】
上記熱膨張緩衝膜を形成する工程を含む光学素子の製造方法において、好ましくは、陽極酸化されたアルミニウム膜の屈折率をｎ１とし、熱膨張緩衝膜の屈折率をｎ２とし、透明基板の屈折率をｎ３とするとともに、陽極酸化によりアルミニウム膜に形成された凹部の周期をＬ（μｍ）とし、熱膨張緩衝膜の実効屈折率をＮ０とする場合に、熱膨張緩衝膜の厚みは、以下の式（１）および式（２）で示すｔ０未満の厚みに設定されている。
【００１７】
ｔ０  ＝  ［ｔａｎ−１｛（Ｎ０２−ｎ１２）１／２／（ｎ２２−Ｎ０２）１／２｝
＋ｔａｎ−１｛（Ｎ０２−ｎ３２）１／２／（ｎ２２−Ｎ０２）１／２｝］
／（ｎ２２−Ｎ０２）１／２      ・・・  （１）
Ｎ０  ＝  ０．４／Ｌ    ・・・  （２）
このように構成すれば、透明基板と陽極酸化されたアルミニウム膜との間に形成された熱膨張緩衝膜の膜厚が導波路としてのカットオフ膜厚よりも小さくなるので、入射光が熱膨張緩衝膜により構成される導波路に結合して再放射されるのを防止することができる。その結果、光学素子形成領域の透過率を向上させることができる。
【００１８】
上記第１の局面による光学素子の製造方法において、好ましくは、溝部を形成する工程は、隣接する素子領域間で連結部を有するように溝部を形成する工程を含む。このように構成すれば、連結部により、溝部を挟んで隣接する素子領域間が電気的に断線された状態になるのを防止することができるので、アルミニウム膜に溝部を形成したとしても、アルミニウム膜の陽極酸化を行うことができる。
【００１９】
上記第１の局面による光学素子の製造方法において、好ましくは、透明基板と、陽極酸化されたアルミニウム膜との間に、透明導電膜を形成する工程をさらに備える。このように構成すれば、陽極酸化の際に透明導電膜を介してアルミニウム膜に電力が供給されるので、アルミニウムが断線するのを抑制することができる。これにより、陽極酸化後の残留アルミニウムの量を減少させることができるので、熱酸化、水蒸気酸化、またはプラズマ酸化などの２回目の酸化処理を比較的低温で行うことができる。その結果、透明基板と陽極酸化されたアルミニウム膜との間の熱膨張係数の差に起因する酸化アルミニウム膜のクラッド（割れ）の発生を抑制することができる。
【００２０】
上記透明導電膜を形成する工程を含む光学素子の製造方法において、好ましくは、陽極酸化されたアルミニウム膜の屈折率をｎ１とし、透明導電膜の屈折率をｎ４とし、透明基板の屈折率をｎ３とするとともに、陽極酸化によりアルミニウム膜に形成された凹部の周期をＬ（μｍ）とし、透明導電膜の実効屈折率をＮ１とする場合に、透明導電膜の厚みは、以下の式（３）および式（４）で示すｔ１未満の厚みに設定されている。
【００２１】
ｔ１  ＝  ［ｔａｎ−１｛（Ｎ１２−ｎ１２）１／２／（ｎ４２−Ｎ１２）１／２｝
＋ｔａｎ−１｛（Ｎ１２−ｎ３２）１／２／（ｎ４２−Ｎ１２）１／２｝］
／（ｎ４２−Ｎ１２）１／２      ・・・  （３）
Ｎ１  ＝  ０．４／Ｌ    ・・・  （４）
このように構成すれば、透明基板と陽極酸化されたアルミニウム膜との間に形成された透明導電膜の膜厚が導波路としてのカットオフ膜厚よりも小さくなるので、入射光が透明導電膜により構成される導波路に結合して再放射されるのを防止することができる。その結果、光学素子形成領域の透過率を向上させることができる。
【００２２】
この発明の第２の局面による光学素子形成用ウェハは、透明基板と、透明基板上に形成され、陽極酸化されたアルミニウム膜とを備え、陽極酸化されたアルミニウム膜は、陽極酸化されたアルミニウム膜の素子領域以外の領域に溝部を含み、透明基板およびアルミニウム膜は、溝部に沿って分離可能なように構成されている。
【００２３】
この第２の局面による光学素子形成用ウェハでは、上記のように、アルミニウム膜の素子領域以外の領域に溝部を含むことによって、生産性を向上させるために比較的大きい基板上に形成されたアルミニウム膜を用いた場合にも、熱酸化、水蒸気酸化およびプラズマ酸化のうちの少なくとも１つの酸化処理を行う際に、アルミニウム膜の中央付近に存在する陽極酸化の際に酸化されずに残ったアルミニウムにも、溝部を介して酸素が供給されるので、容易に、陽極酸化の際に酸化されずに残ったアルミニウムを酸化することができる。これにより、生産性を向上させるために比較的大きい基板上に形成されたアルミニウム膜を用いた場合にも、光学素子形成領域の透過率を向上させることができるので、生産性を向上させながら、高い透過率を有する光学素子を形成することができる。
【００２４】
この発明の第３の局面による光学素子は、透明基板と、透明基板上に形成され、陽極酸化されたアルミニウム膜とを備え、陽極酸化されたアルミニウム膜を含む素子領域の周囲に、素子領域の厚みよりも小さい厚みの領域を含む。
【００２５】
この第３の局面による光学素子では、上記のように、素子領域の周囲に素子領域の厚みよりも小さい厚みの領域を含むことによって、光学素子をハウジングなどに固定する際に、固定具が素子領域に接触することがない。これにより、光学素子をハウジングなどに固定する際に素子領域が破損するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
図１〜図８は、本発明の第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための平面図および断面図であり、図９は、本発明の第１実施形態による光学素子形成用ウェハを示した断面図であり、図１０は、本発明の第１実施形態による光学素子を示した断面図である。まず、図１〜図１０を参照して、第１実施形態による光学素子の製造プロセスについて説明する。
【００２８】
まず、図１に示すように、サファイア基板からなる透明基板１上に、電子ビーム蒸着法またはスパッタ法を用いて、１μｍ〜１０μｍの厚みを有するアルミニウム膜２を堆積する。次に、図２に示すように、アルミニウム膜２の素子領域２ａ（図３参照）上に、ニッケル膜３を形成する。そして、図３に示すように、ニッケル膜３をマスクとして、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）法を用いて、アルミニウム膜２の表面から透明基板１の上面までをエッチングすることによって、透明基板１の上面を露出させる。そして、ニッケル膜３を除去することによって、図４および図５に示すように、アルミニウム膜２の素子領域２ａ以外の領域に分離溝４を形成する。なお、分離溝４は、本発明の「溝部」の一例である。また、第１実施形態では、図４に示すように、アルミニウム膜２に陽極酸化を行うために、隣接する素子領域２ａ間が電気的に断線された状態になるのを防止する必要があるので、隣接する素子領域２ａ間を連結する連結部２ｂを残すように分離溝４を形成する。
【００２９】
次に、図６に示すように、三角格子状などの規則的に配列した凸部５ａを有する金型５を透明基板１上の素子領域２ａに上方から押し付ける。これにより、図７に示すように、素子領域２ａ上に三角格子状などの規則的に配列された凹部２ｃが形成される。そして、アルミニウム膜２の陽極酸化を行うことにより、図８に示すように、三角格子状などの規則的に配列された凹部２ｃ（図７参照）を起点として自己組織化的に発生した細孔６ａを有する酸化アルミニウム（アルミナ）膜６が形成される。このとき、細孔６ａの先端が丸い凸形状（半球形状）を有しているため、細孔６ａの形成の最終段階でアルミニウムが断線する。これにより、透明基板１と酸化アルミニウム膜６との境界部分には、酸化されずに残った残留アルミニウム２ｄ（図８参照）が発生する。
【００３０】
次に、この残留アルミニウム２ｄを酸化するために、図８に示した状態から水蒸気酸化を行う。この水蒸気酸化は、窒素ガスをキャリアガスとして、毎分２リットルの流量の水蒸気を用いて、１気圧（大気圧）の水蒸気圧力および約６５０℃の温度条件下で行う。なお、水蒸気酸化の温度は、５００℃〜７００℃の間に設定することが好ましい。また、水蒸気酸化が高温（約６５０℃）を伴う酸化処理であるので、透明基板１の熱膨張係数と酸化アルミニウム膜６の熱膨張係数との差によって、酸化アルミニウム膜６にクラック（割れ）が発生しやすい。そこで、第１実施形態では、上記したように、透明基板１として、酸化アルミニウムの熱膨張係数（９．６×１０−６／℃）との差が大きい熱膨張係数（０．５４×１０−６／℃）を有する石英基板ではなく、酸化アルミニウムの熱膨張係数（９．６×１０−６／℃）に近い熱膨張係数（７．０×１０−６／℃）を有するサファイア基板を用いている。
【００３１】
ここで、第１実施形態の製造プロセスでは、上記した水蒸気酸化によって、透明基板１と酸化アルミニウム膜６との境界部分の残留アルミニウム２ｄの酸化が行われる。このとき、透明基板１上の中央付近の残留アルミニウム２ｄにも分離溝４を介して酸素が供給されることにより、透明基板１と酸化アルミニウム膜６との境界部分に存在するほとんどすべての残留アルミニウム２ｄが酸化される。そして、図９に示すように、高い透過率を有する光学素子形成用ウェハ７が形成される。この光学素子形成用ウェハ７は、複数の分離溝４を有している。そして、光学素子形成用ウェハ７を分離溝４（図９中の点線の位置）に沿って分離（切断）することにより、図１０に示すように、残留アルミニウム２ｄがほとんど存在しない高い透過率を有する光学素子８が形成される。この光学素子８は、素子形成領域としての酸化アルミニウム膜６の周囲の領域の厚みが酸化アルミニウム膜６の厚みよりも小さくなるように、端部に段差部８ａを有している。
【００３２】
図１１は、第１実施形態による光学素子をハウジングに固定した状態を示した断面図である。次に、図１１を参照して、第１実施形態による光学素子の製造プロセスを用いて形成された光学素子８のハウジング１１への固定方法について説明する。第１実施形態による光学素子８をハウジング１１に固定する際は、まず、図１１に示すように、光学素子８をハウジング１１の載置部１１ａに載置する。その後、上方から板バネ１２で光学素子８の段差部８ａを押さえるとともに、ネジ１３で固定する。第１実施形態による光学素子８では、図１１に示すように、光学素子８の端部に酸化アルミニウム膜６が形成されていないので、固定の際に板バネ１２により酸化アルミニウム膜６（素子領域）が押さえられることがない。これにより、板バネ１２の押圧力や、温度変化などに起因して光学素子８の酸化アルミニウム膜６（素子領域）が破損するのを抑制することが可能である。また、第１実施形態による光学素子８を、板バネ１２を用いずに接着剤で固定する場合にも、段差部８ａが存在することにより、接着剤が酸化アルミニウム膜６に付着するのを容易に防止することが可能である。このため、接着剤の塗布箇所を特に限定する必要がないので、光学素子８の固定作業を容易に行うことが可能である。これに対して、図１２に示すような比較例１（従来例）による光学素子１４では、光学素子１４の端部にまで酸化アルミニウム膜１５が形成されているので、板バネ１２により固定する際に板バネ１２により酸化アルミニウム膜１５を押さえる必要がある。このため、板バネ１２の押圧力や温度変化などに起因して、酸化アルミニウム膜１５が破損しやすいという不都合がある。また、比較例１（従来例）による光学素子１４では、接着剤によりハウジングなどに固定する場合にも、酸化アルミニウム膜１５に接着剤が付着しやすいために、接着剤の塗布箇所を限定する必要があるという不都合がある。
【００３３】
第１実施形態による光学素子の製造プロセスでは、上記のように、アルミニウム膜２の素子領域２ａ以外の領域を除去することにより分離溝４を形成することによって、生産性を向上させるために比較的大きい透明基板１上に形成されたアルミニウム膜２を用いた場合にも、水蒸気酸化の際に、アルミニウム膜２の中央付近に存在する陽極酸化の際に酸化されずに残った残留アルミニウム２ｄにも、分離溝４を介して酸素が供給されるので、容易に、残留アルミニウム２ｄを酸化することができる。これにより、生産性を向上させるために比較的大きい透明基板１上に形成されたアルミニウム膜２を用いた場合にも、素子領域２ａの透過率を向上させることができるので、生産性を向上させながら、高い透過率を有する光学素子８を形成することができる。
【００３４】
なお、上記した第１実施形態とは異なり、図１３に示すように、比較的大きい透明基板２１上にアルミニウム膜２２を堆積し、１光学素子のサイズに切断した後、陽極酸化および水蒸気酸化を行うことにより、光学素子を形成する方法（比較例２）も考えられる。しかしながら、この場合には、透明基板２１上のアルミニウム膜２２が粘性を有しているため、ダイシングブレードなどによる切断の際に、アルミニウム膜２２がダイシングブレードに引っ張られて変形する。これによって、図１４に示すように、アルミニウム膜２２の端部にバリ２２ａが形成されたり、アルミニウム膜２２と透明基板２１との境界部分に剥離による間隙２３が発生したりするという不都合が生じる。このため、図１３に示したような比較例２による方法は、好ましくないと考えられる。
【００３５】
また、上記した第１実施形態とは異なり、図１５に示すように、予め１光学素子のサイズに切断された透明基板３１上にアルミニウム膜３２を堆積した後、陽極酸化および水蒸気酸化を行うことにより、光学素子を形成する方法（比較例３）も考えられる。しかしながら、この場合には、透明基板３１が小さいので、透明基板３１上にアルミニウムを堆積する際に、透明基板３１の側方にアルミニウムの回り込み部３２ａが形成される。この回り込み部３２ａにより、水蒸気酸化の際に、酸化アルミニウム膜３３の側方からの酸素の供給が遮断される。その結果、図１６に示すように、水蒸気酸化後にも残留アルミニウム３２ｂが存在するという不都合が生じる。このため、図１５に示したような比較例３による方法も好ましくないと考えられる。
【００３６】
図１７および図１８は、本発明の第１実施形態の第１変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための図である。この第１実施形態の第１変形例では、図１７に示すように、透明基板４１上にアルミニウム膜４２を形成した後、アルミニウム膜４２の素子領域４２ａ（図１８参照）上に、レジスト膜４３を形成する。そして、図１８に示すように、レジスト膜４３をマスクとして、リン酸水溶液によりアルミニウム膜４２の表面から透明基板４１の上面までをエッチングすることによって、透明基板４１の上面を露出させる。そして、レジスト膜４３を除去することによって、第１実施形態の分離溝４（図４および図５参照）と同様の構造を有する分離溝４４を形成する。なお、分離溝４４は、本発明の「溝部」の一例である。
【００３７】
図１９および図２０は、本発明の第１実施形態の第２変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための図である。この第１実施形態の第２変形例では、図１９に示すように、透明基板５１上の素子領域以外の領域にレジスト膜５２を形成する。そして、図２０に示すように、レジスト膜５２が形成された透明基板５１上にアルミニウム膜５３を形成する。そして、レジスト膜５２を除去することにより、図２１に示すように、第１実施形態の分離溝４（図４および図５参照）と同様の構造を有する分離溝５４を形成する。なお、分離溝５４は、本発明の「溝部」の一例である。
【００３８】
図２２および図２３は、本発明の第１実施形態の第３変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための図である。この第１実施形態の第３変形例では、図２２に示すように、透明基板６１上にアルミニウム膜６２を堆積した後、エッチングによりアルミニウム膜６２のみならず、透明基板６１も途中の深さまで除去することにより、分離溝６４を形成する。なお、分離溝６４は、本発明の「溝部」の一例である。その後、図６〜図９に示した第１実施形態によるプロセスと同様のプロセスを用いて、図２３に示す光学素子６３が形成される。このように透明基板６１の途中まで達する分離溝６４を形成した場合にも、上記した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
（第２実施形態）
図２４〜図３１は、本発明の第２実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための平面図および断面図であり、図３２は、本発明の第２実施形態による光学素子形成用ウェハを示した断面図であり、図３３は、本発明の第２実施形態による光学素子を示した断面図である。まず、図２４〜図３３を参照して、第２実施形態による光学素子の製造プロセスについて説明する。
【００４０】
この第２実施形態による光学素子の製造プロセスは、上記第１実施形態と異なり、透明基板とアルミニウム膜との間に熱膨張緩衝膜を挿入した例について説明する。
【００４１】
すなわち、この第２実施形態では、図２４に示すように、石英基板からなる透明基板７１上に、電子ビーム蒸着法またはスパッタ法を用いて、約１０ｎｍの厚みを有する熱膨張緩衝膜７２を堆積した後、熱膨張緩衝膜７２上に、電子ビーム蒸着法またはスパッタ法を用いて、１μｍ〜１０μｍの厚みを有するアルミニウム膜７３を堆積する。この熱膨張緩衝膜７２は、透明基板７１を構成する石英基板の熱膨張係数（０．５４×１０−６／℃）と酸化アルミニウムの熱膨張係数（９．６×１０−６／℃）との間の熱膨張係数を有する材料から形成されている。第２実施形態では、熱膨張緩衝膜７２は、たとえば、酸化チタン（熱膨張係数：７．５×１０−６／℃）、酸化ジルコニウム（熱膨張係数：６．５×１０−６／℃）、または、ＢＫ７（ホウケイ酸クラウン光学ガラス（熱膨張係数：７．１×１０−６／℃））などの光学ガラスからなる。この熱膨張緩衝膜７２は、陽極酸化後の水蒸気酸化時に透明基板７１と酸化アルミニウム膜７７との熱膨張係数の差に起因する光学素子７９の歪みを緩和する機能を有する。
【００４２】
次に、図２５に示すように、アルミニウム膜７３の素子領域７３ａ（図２６参照）上にニッケル膜７４を形成する。そして、図２６に示すように、ＲＩＥ法を用いて、ニッケル膜７４をマスクとして、アルミニウム膜７３の表面から熱膨張緩衝膜７２の上面までをエッチングすることによって、熱膨張緩衝膜７２の上面を露出させる。そして、ニッケル膜７４を除去することによって、図２７および図２８に示すように、アルミニウム膜７３の素子領域７３ａ以外の領域に分離溝７５を形成する。なお、分離溝７５は、本発明の「溝部」の一例である。また、第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様、図２７に示すように、アルミニウム膜７３に陽極酸化を行うために、隣接する素子領域７３ａ間が電気的に断線された状態になるのを防止する必要があるので、隣接する素子領域７３ａ間を連結する連結部７３ｂを残すように分離溝７５を形成する。なお、熱膨張緩衝膜７２として酸化チタンなどの導電性の材料を用いる場合には、隣接する素子領域７３ａが電気的に断線されることがないので、連結部７３ｂを形成する必要はない。
【００４３】
次に、図２９に示すように、三角格子状などの規則的に配列した凸部７６ａを有する金型７６を素子領域７３ａに上方から押し付ける。これにより、図３０に示すように、素子領域７３ａ上に三角格子状などの規則的に配列された凹部７３ｃが形成される。そして、アルミニウム膜７３の陽極酸化を行うことにより、図３１に示すように、細孔７７ａを有する酸化アルミニウム膜７７が形成される。このときにも、上記第１実施形態と同様に、熱膨張緩衝膜７２と酸化アルミニウム膜７７との境界部分には、酸化されずに残った残留アルミニウム７３ｄが発生する。
【００４４】
次に、この残留アルミニウム７３ｄを酸化するために、図３１に示した状態から水蒸気酸化を行う。なお、水蒸気酸化は、上記第１実施形態と同様、窒素ガスをキャリアガスとして、毎分２リットルの流量の水蒸気を用いて、１気圧（大気圧）の水蒸気圧力および約６５０℃の温度条件下で行う。なお、水蒸気酸化の温度は、５００℃〜７００℃の間に設定することが好ましい。ここで、第２実施形態では、透明基板７１と酸化アルミニウム膜７７との間に熱膨張緩衝膜７２が形成されているので、高温（約６５０℃）を伴う水蒸気酸化を行った場合でも、透明基板７１の熱膨張係数と酸化アルミニウム膜７７の熱膨張係数との差によって、酸化アルミニウム膜７７にクラック（割れ）が発生するのが抑制される。このため、第２実施形態では、透明基板７１として石英（熱膨張係数：０．５４×１０−６／℃）基板を用いたとしても、酸化アルミニウム膜７７にクラック（割れ）が発生することはない。
【００４５】
また、第２実施形態の製造プロセスでは、上記した水蒸気酸化によって、透明基板７１と酸化アルミニウム膜７７との境界部分の残留アルミニウム７３ｄの酸化が行われる。このとき、透明基板７１上の中央付近の残留アルミニウム７３ｄにも分離溝７５を介して酸素が供給されることにより、透明基板７１と酸化アルミニウム膜７７との境界部分に存在するほとんどすべての残留アルミニウム７３ｄが酸化される。そして、図９に示すように、高い透過率を有する光学素子形成用ウェハ７８が形成される。この光学素子形成用ウェハ７８は、複数の分離溝７５を有している。そして、光学素子形成用ウェハ７８を分離溝７５（図３２中の点線の位置）に沿って分離（切断）することにより、図３３に示すように、残留アルミニウム７３ｄがほとんど存在しない高い透過率を有する光学素子７９が形成される。この光学素子７９は、素子形成領域としての酸化アルミニウム膜７７の周囲の領域の厚みが酸化アルミニウム膜７７の厚みよりも小さくなるように、端部に段差部７９ａを有している。
【００４６】
図３４は、第２実施形態による光学素子をハウジングに固定した状態を示した断面図である。図３４を参照して、この第２実施形態による光学素子の製造プロセスを用いて形成された光学素子７９をハウジング８１に固定する場合も、上記した第１実施形態と同様、光学素子７９をハウジング８１の載置部８１ａに載置する。その後、上方から板バネ８２で光学素子７９の段差部７９ａを押さえるとともに、ネジ８３で固定する。このように、第２実施形態による光学素子７９においても、図３４に示すように、光学素子７９の端部に酸化アルミニウム膜７７が形成されていないので、固定の際に板バネ８２により酸化アルミニウム膜７７（素子領域）が押さえられることがない。これにより、板バネ８２の押圧力や、温度変化などに起因して光学素子７９の酸化アルミニウム膜７７（素子領域）が破損するのを抑制することが可能である。また、第２実施形態による光学素子７９を、板バネ８２を用いずに接着剤で固定する場合にも、段差部７９ａが存在することにより、接着剤が酸化アルミニウム膜７７に付着するのを容易に防止することが可能である。このため、接着剤の塗布箇所を特に限定する必要がないので、光学素子７９の固定作業を容易に行うことが可能である。
【００４７】
図３５〜図３９は、透明基板と酸化アルミニウム膜との間に位置する熱膨張緩衝膜の膜厚と透過率との関係を説明するための図である。次に、図３５〜図３９を参照して、第２実施形態による熱膨張緩衝膜７２の膜厚と光学素子７９の透過率との関係について説明する。透明基板７１と酸化アルミニウム膜７７との間に、熱膨張緩衝膜７２などの挿入膜を設けることにより、光学素子７９の透過率が低下する場合がある。すなわち、挿入膜（熱膨張緩衝膜７２）の屈折率が、透明基板７１の屈折率および酸化アルミニウム膜７７の屈折率よりも大きい場合には、挿入膜（熱膨張緩衝膜７２）が入射光の導波路として機能する。このため、図３５に示すように、酸化アルミニウム膜７７側から入射した入射光の一部は、透明基板７１側に透過せずに挿入膜内を結合光として伝搬し、放射光として再び酸化アルミニウム膜７７から上方に出射する。その結果、光学素子７９の透過率が低下する。上記した透過率の特性は、光学素子７９を可視光の波長領域で使用する場合には好ましくない。
【００４８】
次に、図３６を参照して、上記した光学素子７９の透過率低下の現象が発生する条件について説明する。図３６に示すように、導波路材料としての挿入膜（熱膨張緩衝膜７２）の実効屈折率（Ｎ）は、挿入膜（熱膨張緩衝膜７２）の屈折率（ｎ２）と、酸化アルミニウム膜７７および透明基板７１のうちの大きい方の屈折率（ｎ１またはｎ３）との間で変化する。そして、挿入膜の膜厚（ｔ）が決定すると、挿入膜の実効屈折率（Ｎ）も決定する。図３５に示す光学素子７９に波長λの光が垂直に入射する場合に、入射光が導波路に結合する条件は、細孔７７ａの格子ベクトル値をＫとし、細孔７７ａの周期をＬとし、空気中の光の波数をｋ０とした場合に、以下の式（５）、式（６）および式（７）によって表される。
【００４９】
Ｋ  ＝  Ｎ×ｋ０    ・・・  （５）
Ｋ  ＝  ２π／Ｌ    ・・・  （６）
ｋ０  ＝  ２π／λ    ・・・  （７）
そして、上記した式（５）に式（６）および式（７）を代入することにより、以下の式（８）が導かれる。
【００５０】
Ｎ  ＝  λ／Ｌ    ・・・  （８）
ここで、挿入膜（熱膨張緩衝膜７２）の実効屈折率（Ｎ）と細孔７７ａの周期（Ｌ）とは、光学素子７９の構造により決定される値であるので、上記した式（８）を満たす波長λの光が光学素子７９に入射したときに、その入射光が導波路に結合する。
【００５１】
ところで、一般的な光学機器で用いられる光の波長は、０．４μｍ以上であるので、０．４μｍ以上の波長λを有する入射光を導波路に結合させないようにすることが好ましい。このため、光学素子の構造を、波長λが０．４μｍ未満のときに式（８）を満たすような挿入膜（熱膨張緩衝膜７２）の実効屈折率（Ｎ）と細孔７７ａの周期（Ｌ）とを有する構造にする必要がある。波長λが０．４μｍのときの実効屈折率をＮ０とした場合、Ｎ０は、λ＝０．４（μｍ）を式（８）に代入して、Ｎ０＝０．４／Ｌで表される。このようなＮ０を与える導波路膜厚（ｔ０）は、以下の式（９）により導かれる。
【００５２】
ｔ０  ＝  ［ｔａｎ−１｛（Ｎ０２−ｎ１２）１／２／（ｎ２２−Ｎ０２）１／２｝
＋ｔａｎ−１｛（Ｎ０２−ｎ３２）１／２／（ｎ２２−Ｎ０２）１／２｝］
／（ｎ２２−Ｎ０２）１／２      ・・・  （９）
これにより、挿入膜（熱膨張緩衝膜７２）の膜厚を上記式（９）で表される導波路膜厚（ｔ０）未満にすれば、０．４μｍ以上の波長λを有する入射光が導波路に結合することはない。
【００５３】
次に、上記式（９）を適用する際の条件について説明する。まず、Ｎ０≧ｎ２の場合、挿入膜（熱膨張緩衝膜７２）の膜厚にかかわらず、入射光が導波路に結合することはない。そして、（ｎ１およびｎ３のうちの大きい方）≦Ｎ０＜ｎ２の場合、０．４μｍ以上の波長λを有する入射光が導波路に結合しないための挿入膜の膜厚は、上記式（９）で計算される導波路膜厚（ｔ０）未満に設定すればよい。そして、Ｎ０＜（ｎ１およびｎ３のうちの大きい方）の場合、０．４μｍ以上の波長λを有する入射光が導波路に結合しないための挿入膜の膜厚は、上記式（９）にＮ０＝（ｎ１およびｎ３のうちの大きい方）を代入して計算される導波路膜厚（ｔ０）未満に設定すればよい。
【００５４】
具体的には、細孔７７ａの周期（Ｌ）を０．２６μｍとし、酸化アルミニウム膜７７の屈折率（ｎ１）を１．６７９とし、透明基板７１を構成する石英基板の屈折率（ｎ３）を１．４７０とし、挿入膜（熱膨張緩衝膜７２）として３．３０１の屈折率（ｎ２）を有する酸化チタンを用いた場合には、波長λが０．４μｍのときのＮ０は、式（８）よりＮ０＝１．５３８となる。この場合、Ｎ０＜（ｎ１およびｎ３のうちの大きい方）の場合の条件を適用すればよい。これにより、入射光が導波路に結合する酸化チタンからなる熱膨張緩衝膜７２（挿入膜）の最小膜厚（カットオフ膜厚）をｔ１とすると、上記式（９）を用いてｔ１＝９７．８（ｎｍ）が導かれる。これは、挿入膜としての酸化チタンの膜厚が９７．８ｎｍ以上のときには、入射光が導波路と結合するので、光学素子７９の透過率が低下することを意味する。この入射光が導波路に結合する場合の一例として、厚さ１００ｎｍの酸化チタンを挿入膜（熱膨張緩衝膜７２）として用いた場合の透過率シミュレーション結果を図３８に示す。図３８を参照して、入射光の波長λが０．５８５μｍ付近で光学素子７９の透過率が急激に低下していることがわかる。また、波長が０．５８５μｍ以外の波長領域においても光学素子７９の透過率が周期的に低下している。
【００５５】
また、ｔ１＝９７．８ｎｍから、挿入膜としての酸化チタンの膜厚が９７．８ｎｍ未満のときには、図３７に示すように、入射光が導波路と結合しないので、光学素子７９の透過率は低下しない。この入射光が導波路に結合しない場合の一例として、厚さ５ｎｍの酸化チタンを挿入膜（熱膨張緩衝膜７２）として用いた場合の透過率シミュレーション結果を図３９に示す。図３９を参照して、入射光の波長が０．４μｍ〜０．８μｍの領域では、光学素子７９の透過率の急激な低下はなく、透過率の周期的な変動も小さくなっていることがわかる。
【００５６】
なお、上記式（９）は、入射光がＴＥモードである場合の導波路膜厚（ｔ０）を示した式である。しかしながら、図４０に示すように、入射光のうちのＴＭモードの光に対するカットオフ膜厚（入射光が導波路に結合する挿入膜の最小膜厚）は、ＴＥモードの光に対するカットオフ膜厚よりも大きい。ここで、ＴＭモードの光とは、図３５において、偏光方向が導波路（熱膨張緩衝膜７２）と透明基板７１との境界面に対して垂直な光であり、ＴＥモードの光とは、偏光方向が導波路（熱膨張緩衝膜７２）と透明基板７１との境界面に対して平行な光である。このように、ＴＭモードの光に対するカットオフ膜厚は、ＴＥモードの光に対するカットオフ膜厚よりも大きいので、挿入膜（熱膨張緩衝膜７２）の膜厚が、入射光のうちのＴＥモードの光が導波路に結合しないための条件を満たしていれば、ＴＭモードの光が導波路に結合しないための条件を必ず満たしている。つまり、ＴＥモードの光が導波路に結合しなければ、ＴＭモードの光も結合しない。したがって、ＴＥモードの光が導波路に結合しないための条件を満たすように挿入膜（熱膨張緩衝膜７２）の膜厚を設定すればよい。
【００５７】
なお、上記第２実施形態による透明基板上に熱膨張緩衝膜を形成するプロセスとして、スパッタ法を用いて４０ｎｍ以下の厚みで酸化アルミニウム膜からなる熱膨張緩衝膜を形成するプロセスを用いてもよい。ここで、スパッタ法を用いて形成された厚みが４０ｎｍ以下の酸化アルミニウム膜には、膜自体が収縮しようとする力が働くことが知られている。このことは、たとえば、麻蒔立男著「薄膜形成の基礎（第２版）」、日刊工業新聞社、１９８４年７月３０日、ｐｐ．９４〜９６に開示されている。これにより、スパッタ法を用いて形成された厚みが４０ｎｍ以下の酸化アルミニウム膜の熱膨張係数は、スパッタ法以外の方法を用いて形成された酸化アルミニウム膜や、スパッタ法を用いて形成された４０ｎｍよりも大きい厚みを有する酸化アルミニウム膜の熱膨張係数よりも小さくなる。つまり、スパッタ法を用いて形成された４０ｎｍ以下の厚みを有する酸化アルミニウム膜の熱膨張係数は、陽極酸化されたアルミニウム膜の熱膨張係数よりも小さくなるので、スパッタ法を用いて形成された４０ｎｍ以下の厚みを有する酸化アルミニウム膜は、陽極酸化されたアルミニウム膜と透明基板との間の熱膨張係数を有する。その結果、透明基板と陽極酸化されたアルミニウム膜との間に、スパッタ法を用いて４０ｎｍ以下の厚みで酸化アルミニウム膜からなる熱膨張緩衝膜を形成すれば、容易に、陽極酸化されたアルミニウム膜にクラック（割れ）が発生するのを抑制することができる。
【００５８】
図４１および図４２は、第２実施形態の第１変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための図である。この第２実施形態の第１変形例では、図４１に示すように、透明基板９１上に熱膨張緩衝膜９２およびアルミニウム膜９３を順次堆積した後、エッチングによりアルミニウム膜９３のみならず、熱膨張緩衝膜９２も除去することにより分離溝９５を形成する。なお、分離溝９５は、本発明の「溝部」の一例である。その後、図２９〜図３２に示した第２実施形態によるプロセスと同様のプロセスを用いて、図４２に示す光学素子９４が形成される。このように熱膨張緩衝膜９２も除去して分離溝９５を形成した場合にも、上記した第２実施形態と同様の効果を得ることができる。但し、この第２実施形態の第１変形例では、熱膨張緩衝膜９２が除去されて分離溝９５が形成されるので、熱膨張緩衝膜９２を酸化チタンなどの導電性を有する材料により形成したとしても、分離溝９５によって、隣接する素子領域が電気的に断線された状態になる。このため、この第２実施形態の第１変形例では、上記第２実施形態と異なり、熱膨張緩衝膜９２を酸化チタンなどの導電性を有する材料により形成した場合にも、隣接する素子領域が電気的に断線されるのを防止するために、隣接する素子領域間に連結部を設ける必要がある。
【００５９】
図４３および図４４は、第２実施形態の第２変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための図である。この第２実施形態の第２変形例では、図４３に示すように、透明基板９１上に熱膨張緩衝膜９２およびアルミニウム膜９３を順次堆積した後、エッチングによりアルミニウム膜９３のみならず、熱膨張緩衝膜９２も途中の深さまで除去することにより、分離溝９５ａを形成する。なお、分離溝９５ａは、本発明の「溝部」の一例である。その後、図２９〜図３２に示した第２実施形態によるプロセスと同様のプロセスを用いて、図４４に示す光学素子９６が形成される。このように熱膨張緩衝膜９２の途中の深さまで達する分離溝９５ａを形成した場合にも、上記した第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
図４５および図４６は、第２実施形態の第３変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための図である。この第２実施形態の第３変形例では、図４５に示すように、透明基板９１上に熱膨張緩衝膜９２およびアルミニウム膜９３を順次堆積した後、エッチングによりアルミニウム膜９３および熱膨張緩衝膜９２のみならず、透明基板９１も途中の深さまで除去することにより、分離溝９５ｂを形成する。なお、分離溝９５ｂは、本発明の「溝部」の一例である。その後、図２９〜図３２に示した第２実施形態によるプロセスと同様のプロセスを用いて、図４６に示す光学素子９７が形成される。このように透明基板９１の途中の深さまで達する分離溝９５ｂを形成した場合にも、上記した第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
（第３実施形態）
図４７〜図５４は、本発明の第３実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための平面図および断面図であり、図５５は、本発明の第３実施形態による光学素子形成用ウェハを示した断面図であり、図５６は、本発明の第３実施形態による光学素子を示した断面図である。まず、図４７〜図５６を参照して、第３実施形態による光学素子の製造プロセスについて説明する。
【００６２】
この第３実施形態による光学素子の製造プロセスは、上記第１実施形態と異なり、透明基板とアルミニウム膜との間に透明導電膜を挿入した例について説明する。
【００６３】
すなわち、この第３実施形態では、図４７に示すように、サファイア基板からなる透明基板１０１上に、電子ビーム蒸着法、スパッタ法またはプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、約１０ｎｍの厚みを有する透明導電膜１０２を堆積した後、透明導電膜１０２上に、電子ビーム蒸着法またはスパッタ法を用いて、１μｍ〜１０μｍの厚みを有するアルミニウム膜１０３を堆積する。透明導電膜１０２は、たとえば、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化チタンから形成されている。この透明導電膜１０２は、陽極酸化の際に透明導電膜１０２を介してアルミニウム膜１０３に電力を供給するために設けられている。
【００６４】
次に、図４８に示すように、アルミニウム膜１０３の素子領域１０３ａ（図４９参照）上にニッケル膜１０４を形成する。そして、図４９に示すように、ＲＩＥ法を用いて、ニッケル膜１０４をマスクとして、アルミニウム膜１０３の表面から透明導電膜１０２の上面までをエッチングすることによって、透明導電膜１０２の上面を露出させる。そして、ニッケル膜１０４を除去することによって、図５０および図５１に示すように、アルミニウム膜１０３の素子領域１０３ａ以外の領域に分離溝１０５を形成する。なお、分離溝１０５は、本発明の「溝部」の一例である。なお、この第３実施形態では、上記第１実施形態と異なり、図５０に示すように、透明導電膜１０２を介してアルミニウム膜１０３に電力が供給されるので、アルミニウム膜１０３が電気的に断線された状態になることを防止するための連結部を形成する必要がない。
【００６５】
次に、図５２に示すように、三角格子状などの規則的に配列した凸部１０６ａを有する金型１０６を素子領域１０３ａに上方から押し付ける。これにより、図５３に示すように、素子領域１０３ａ上に三角格子状などの規則的に配列された凹部１０３ｂが形成される。そして、アルミニウム膜１０３の陽極酸化を行うことにより、図５４に示すように、細孔１０７ａを有する酸化アルミニウム膜１０７が形成される。このときにも、透明導電膜１０２と酸化アルミニウム膜１０７との境界部分には、酸化されずに残った残留アルミニウム１０３ｃが僅かに発生する。これは、透明導電膜１０２自体に抵抗が存在するので、電圧降下が起こることに起因している。
【００６６】
次に、この残留アルミニウム１０３ｃを酸化するために、図５４に示した状態から水蒸気酸化を行う。なお、この第３実施形態の水蒸気酸化の条件は、陽極酸化後の残留アルミニウム１０３ｃの量が第１実施形態と比べて少ない分（図８および図５４参照）、水蒸気酸化温度（第３実施形態では、約４５０℃）を低く設定している以外、上記第１実施形態と同様である。すなわち、第３実施形態の水蒸気酸化は、窒素ガスをキャリアガスとして、毎分２リットルの流量の水蒸気を用いて、１気圧（大気圧）の水蒸気圧力および約４５０℃の温度条件下で行う。この第３実施形態では、水蒸気酸化温度を４５０℃の比較的低い温度に設定することにより、透明基板１０１の熱膨張係数と酸化アルミニウム膜１０７の熱膨張係数との差に起因して酸化アルミニウム膜１０７にクラック（割れ）が発生するのが抑制される。
【００６７】
ここで、第３実施形態の製造プロセスでは、上記した水蒸気酸化によって、透明基板１０１と酸化アルミニウム膜１０７との境界部分の残留アルミニウム１０３ｃの酸化が行われる。このとき、透明基板１０１上の中央付近の残留アルミニウム１０３ｃにも分離溝１０５を介して酸素が供給されることにより、透明基板１０１と酸化アルミニウム膜１０７との境界部分に存在するほとんどすべての残留アルミニウム１０３ｃが酸化される。そして、図９に示すように、高い透過率を有する光学素子形成用ウェハ１０８が形成される。この光学素子形成用ウェハ１０８は、複数の分離溝１０５を有している。そして、光学素子形成用ウェハ１０８を分離溝１０５（図５５中の点線の位置）で分離（切断）することにより、図５６に示すように、残留アルミニウム１０３ｃがほとんど存在しない高い透過率を有する光学素子１０９が形成される。この光学素子１０９は、素子形成領域としての酸化アルミニウム膜１０７の周囲の領域の厚みが酸化アルミニウム膜１０７の厚みよりも小さくなるように、端部に段差部１０９ａを有している。
【００６８】
図５７は、第３実施形態による光学素子をハウジングに固定した状態を示した断面図である。図５７を参照して、この第３実施形態による光学素子の製造プロセスを用いて形成された光学素子１０９をハウジング１１１に固定する場合も、上記した第１実施形態と同様に、光学素子１０９をハウジング１１１の載置部１１１ａに載置する。その後、上方から板バネ１１２で光学素子１０９の段差部１０９ａを押さえるとともに、ネジ１１３で固定する。このように、第３実施形態による光学素子１０９においても、図５７に示すように、光学素子１０９の端部に酸化アルミニウム膜１０７が形成されていないので、固定の際に板バネ１１２により酸化アルミニウム膜１０７（素子領域）が押さえられることがない。これにより、板バネ１１２の押圧力や、温度変化などに起因して光学素子１０９の酸化アルミニウム膜１０７（素子領域）が破損するのを抑制することが可能である。また、第３実施形態による光学素子１０９を、板バネ１１２を用いずに接着剤で固定する場合にも、段差部１０９ａが存在することにより、接着剤が酸化アルミニウム膜１０７に付着するのを容易に防止することが可能である。このため、接着剤の塗布箇所を特に限定する必要がないので、光学素子１０９の固定作業を容易に行うことが可能である。
【００６９】
なお、この第３実施形態による透明基板１０１と酸化アルミニウム膜１０７との間に形成される透明導電膜１０２（挿入膜）の膜厚にも、上記した第２実施形態の熱膨張緩衝膜７２の膜厚と同様の上記式（９）などの限定条件が適用される。この場合、挿入膜（透明導電膜１０２）の屈折率をｎ４とし、波長λが０．４μｍのときの挿入膜（透明導電膜１０２）の実効屈折率をＮ１とし、Ｎ１を与える導波路膜厚をｔ１とした場合、上記式（９）は、以下の式（１０）のようになる。
【００７０】
ｔ１  ＝  ［ｔａｎ−１｛（Ｎ１２−ｎ１２）１／２／（ｎ４２−Ｎ１２）１／２｝
＋ｔａｎ−１｛（Ｎ１２−ｎ３２）１／２／（ｎ４２−Ｎ１２）１／２｝］
／（ｎ４２−Ｎ１２）１／２      ・・・  （１０）
上記第３実施形態による光学素子の製造方法では、透明基板１０１と酸化アルミニウム膜１０７との間に透明導電膜１０２を形成することによって、陽極酸化の際に透明導電膜１０２を介してアルミニウム膜１０３に電力が供給されるので、アルミニウムが断線するのを抑制することができる。これにより、陽極酸化後の残留アルミニウム１０３ｃの量を減少させることができるので、水蒸気酸化を比較的低温（約４５０℃）で行うことができる。その結果、透明基板１０１と酸化アルミニウム膜１０７との間の熱膨張係数の差に起因する酸化アルミニウム膜１０７のクラック（割れ）の発生を抑制することができる。
【００７１】
図５８および図５９は、第３実施形態の第１変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための図である。この第３実施形態の第１変形例では、図５８に示すように、透明基板１２１上に透明導電膜１２２およびアルミニウム膜１２３を順次堆積した後、エッチングによりアルミニウム膜１２３のみならず、透明導電膜１２２も除去することにより分離溝１２５を形成する。なお、分離溝１２５は、本発明の「溝部」の一例である。その後、図５２〜図５５に示した第３実施形態によるプロセスと同様のプロセスを用いて、図５９に示す光学素子１２４が形成される。このように透明導電膜１２２を除去して分離溝１２５を形成した場合にも、上記した第３実施形態と同様の効果を得ることができる。但し、この第３実施形態の第１変形例では、透明導電膜１２２が除去されて分離溝１２５が形成されるので、分離溝１２５によって、隣接する素子領域が電気的に断線された状態になる。このため、この第３実施形態の第１変形例では、上記第３実施形態と異なり、隣接する素子領域が電気的に断線されるのを防止するために、隣接する素子領域間に連結部を設ける必要がある。
【００７２】
図６０および図６１は、第３実施形態の第２変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための図である。この第３実施形態の第２変形例では、図６０に示すように、透明基板１２１上に透明導電膜１２２およびアルミニウム膜１２３を順次堆積した後、エッチングによりアルミニウム膜１２３のみならず、透明導電膜１２２も途中の深さまで除去することにより、分離溝１２５ａを形成する。なお、分離溝１２５ａは、本発明の「溝部」の一例である。その後、図５２〜図５５に示した第３実施形態によるプロセスと同様のプロセスを用いて、図６１に示す光学素子１２６が形成される。このように透明導電膜１２２の途中の深さまで達する分離溝１２５ａを形成した場合にも、上記した第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
図６２および図６３は、第３実施形態の第３変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための図である。この第３実施形態の第３変形例では、図６２に示すように、透明基板１２１上に透明導電膜１２２およびアルミニウム膜１２３を順次堆積した後、エッチングによりアルミニウム膜１２３および透明導電膜１２２のみならず、透明基板１２１も途中の深さまで除去することにより、分離溝１２５ｂを形成する。なお、分離溝１２５ｂは、本発明の「溝部」の一例である。その後、図５２〜図５５に示した第３実施形態によるプロセスと同様のプロセスを用いて、図６３に示す光学素子１２７が形成される。このように透明基板１２１の途中の深さまで達する分離溝１２５ｂを形成した場合にも、上記した第３実施形態と同様の効果を得ることができる。但し、この第３実施形態の第３変形例では、透明導電膜１２２のみならず、透明基板１２１の途中の深さまで除去することにより分離溝１２５ｂが形成されるので、分離溝１２５ｂによって、隣接する素子領域が電気的に断線された状態になる。このため、この第３実施形態の第３変形例では、上記第３実施形態と異なり、隣接する素子領域が電気的に断線されるのを防止するために、隣接する素子領域間に連結部を設ける必要がある。
【００７４】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７５】
たとえば、上記実施形態では、陽極酸化後に水蒸気酸化を行う例を示したが、本発明はこれに限らず、水蒸気酸化に代えて、熱酸化またはプラズマ酸化を行うようにしてもよい。熱酸化を行う場合には、酸素雰囲気中で８００℃〜１０００℃の温度条件下で行う。なお、熱酸化の温度は、約９００℃に設定することが好ましい。また、プラズマ酸化を行う場合には、２．４５ＧＨｚの周波数および５００Ｗの電力のマイクロ波を用いて、酸素とアルゴンとの混合気体の雰囲気中で３００℃〜６００℃の温度条件下で行う。なお、プラズマ酸化の温度は、約４００℃に設定することが好ましい。
【００７６】
また、上記実施形態では、アルミニウム膜の表面に金型を押し付けることにより形成された、三角格子状などの規則的な配列の細孔を有する酸化アルミニウム膜に本発明を適用する例を示したが、本発明はこれに限らず、アルミニウム膜の表面に金型を押し付けずに形成された、ランダムな配列の細孔を有する酸化アルミニウム膜に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。
【００７７】
また、上記第２および第３実施形態では、式（９）および式（１０）を用いて、熱膨張緩衝膜および透明導電膜の膜厚を制御することにより、素子形成領域の周囲に段差部を有する光学素子の透過率を向上させる例を示したが、本発明はこれに限らず、式（９）および式（１０）を用いて、熱膨張緩衝膜および透明導電膜の膜厚を制御することによって、素子形成領域の周囲に段差部を有さない光学素子の透過率を向上させてもよい。
【００７８】
また、上記第２および第３実施形態では、１層構造の熱膨張緩衝膜および透明導電膜を、透明基板とアルミニウム膜との間に挿入する例を示したが、本発明はこれに限らず、多層構造の熱膨張緩衝膜および透明導電膜を、透明基板とアルミニウム膜との間に挿入してもよい。この場合、多層構造を構成している各々の熱膨張緩衝膜および透明導電膜の膜厚を制御することにより、図３９に示した光学素子の透過率の周期的変動をより小さくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【図５】図４中の３００−３００線に沿った断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態による光学素子形成用ウェハを示した断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による光学素子を示した断面図である。
【図１１】図１０に示した第１実施形態による光学素子をハウジングに固定した状態を示した断面図である。
【図１２】図１０に示した第１実施形態による光学素子に対応する比較例１による光学素子をハウジングに固定した状態を示した断面図である。
【図１３】比較例２による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１４】比較例２による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１５】比較例３による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１６】比較例３による光学素子を示した断面図である。
【図１７】本発明の第１実施形態の第１変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１８】本発明の第１実施形態の第１変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１９】本発明の第１実施形態の第２変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２０】本発明の第１実施形態の第２変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２１】本発明の第１実施形態の第２変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２２】本発明の第１実施形態の第３変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２３】本発明の第１実施形態の第３変形例による光学素子を示した断面図である。
【図２４】本発明の第２実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２５】本発明の第２実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２６】本発明の第２実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２７】本発明の第２実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【図２８】図２７中の４００−４００線に沿った断面図である。
【図２９】本発明の第２実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３０】本発明の第２実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３１】本発明の第２実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３２】本発明の第２実施形態による光学素子形成用ウェハを示した断面図である。
【図３３】本発明の第２実施形態による光学素子を示した断面図である。
【図３４】図３３に示した第２実施形態による光学素子をハウジングに固定した状態を示した断面図である。
【図３５】透明基板と酸化アルミニウム膜との間に形成された挿入膜の膜厚と透過率との関係を説明するための図である。
【図３６】透明基板と酸化アルミニウム膜との間に形成された挿入膜の膜厚に対する実効屈折率の変化を表したグラフである。
【図３７】透明基板と酸化アルミニウム膜との間に形成された挿入膜の膜厚と透過率との関係を説明するための図である。
【図３８】透明基板と酸化アルミニウム膜との間に形成された挿入膜を膜厚１００ｎｍの酸化チタンとした場合の透過率シミュレーション結果である。
【図３９】透明基板と酸化アルミニウム膜との間に形成された挿入膜を膜厚５ｎｍの酸化チタンとした場合の透過率シミュレーション結果である。
【図４０】ＴＥモードの光およびＴＭモードの光に対する膜厚と実効屈折率との関係を説明するためのグラフである。
【図４１】本発明の第２実施形態の第１変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４２】本発明の第２実施形態の第１変形例による光学素子を示した断面図である。
【図４３】本発明の第２実施形態の第２変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４４】本発明の第２実施形態の第２変形例による光学素子を示した断面図である。
【図４５】本発明の第２実施形態の第３変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４６】本発明の第２実施形態の第３変形例による光学素子を示した断面図である。
【図４７】本発明の第３実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４８】本発明の第３実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４９】本発明の第３実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５０】本発明の第３実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【図５１】図５０中の５００−５００線に沿った断面図である。
【図５２】本発明の第３実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５３】本発明の第３実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５４】本発明の第３実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５５】本発明の第３実施形態による光学素子形成用ウェハを示した断面図である。
【図５６】本発明の第３実施形態による光学素子を示した断面図である。
【図５７】図５６に示した第３実施形態による光学素子をハウジングに固定した状態を示した断面図である。
【図５８】本発明の第３実施形態の第１変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５９】本発明の第３実施形態の第１変形例による光学素子を示した断面図である。
【図６０】本発明の第３実施形態の第２変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６１】本発明の第３実施形態の第２変形例による光学素子を示した断面図である。
【図６２】本発明の第３実施形態の第３変形例による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６３】本発明の第３実施形態の第３変形例による光学素子を示した断面図である。
【図６４】従来の光学素子の製造プロセスにおける陽極酸化法を説明するための図である。
【図６５】従来の光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６６】従来の光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６７】従来の光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６８】従来の光学素子形成用ウェハを示した断面図である。
【図６９】従来の光学素子を示した断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１、４１、５１、６１、７１、９１、１０１、１２１  透明基板
２、４２、５３、６２、７３、９３、１０３、１２３  アルミニウム膜
２ａ、４２ａ、７３ａ、１０３ａ  素子領域
４、４４、５４、６４、７５、９５、９５ａ、９５ｂ、１０５、１２５、１２５ａ、１２５ｂ  分離溝（溝部）
７、７８、１０８  光学素子形成用ウェハ
８、６３、７９、９４、９６、９７、１０９、１２４、１２６、１２７  光学素子
７２、９２  熱膨張緩衝膜
１０２、１２２  透明導電膜
【図１】
2006065205.tif 000003
【図２】
2006065205.tif 000004
【図３】
2006065205.tif 000005
【図４】
2006065205.tif 000006
【図５】
2006065205.tif 000007
【図６】
2006065205.tif 000008
【図７】
2006065205.tif 000009
【図８】
2006065205.tif 000010
【図９】
2006065205.tif 000011
【図１０】
2006065205.tif 000012
【図１１】
2006065205.tif 000013
【図１２】
2006065205.tif 000014
【図１３】
2006065205.tif 000015
【図１４】
2006065205.tif 000016
【図１５】
2006065205.tif 000017
【図１６】
2006065205.tif 000018
【図１７】
2006065205.tif 000019
【図１８】
2006065205.tif 000020
【図１９】
2006065205.tif 000021
【図２０】
2006065205.tif 000022
【図２１】
2006065205.tif 000023
【図２２】
2006065205.tif 000024
【図２３】
2006065205.tif 000025
【図２４】
2006065205.tif 000026
【図２５】
2006065205.tif 000027
【図２６】
2006065205.tif 000028
【図２７】
2006065205.tif 000029
【図２８】
2006065205.tif 000030
【図２９】
2006065205.tif 000031
【図３０】
2006065205.tif 000032
【図３１】
2006065205.tif 000033
【図３２】
2006065205.tif 000034
【図３３】
2006065205.tif 000035
【図３４】
2006065205.tif 000036
【図３５】
2006065205.tif 000037
【図３６】
2006065205.tif 000038
【図３７】
2006065205.tif 000039
【図３８】
2006065205.tif 000040
【図３９】
2006065205.tif 000041
【図４０】
2006065205.tif 000042
【図４１】
2006065205.tif 000043
【図４２】
2006065205.tif 000044
【図４３】
2006065205.tif 000045
【図４４】
2006065205.tif 000046
【図４５】
2006065205.tif 000047
【図４６】
2006065205.tif 000048
【図４７】
2006065205.tif 000049
【図４８】
2006065205.tif 000050
【図４９】
2006065205.tif 000051
【図５０】
2006065205.tif 000052
【図５１】
2006065205.tif 000053
【図５２】
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【図５３】
2006065205.tif 000055
【図５４】
2006065205.tif 000056
【図５５】
2006065205.tif 000057
【図５６】
2006065205.tif 000058
【図５７】
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【図５８】
2006065205.tif 000060
【図５９】
2006065205.tif 000061
【図６０】
2006065205.tif 000062
【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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