(57)【要約】【課題】赤外線域において偏光性能（消光比、偏光度、透過率）に優れたワイヤーグリッド偏光子と当該ワイヤーグリッド偏光子を容易に製造できる製造方法を提供する。【解決手段】第１表面と第２表面とを有し、且つ、カルコゲナイドガラスからなるワイヤーグリッド偏光子であって、前記第１表面には、入射光の波長以下周期間隔において、並行に延びる複数の金属線が形成されており、且つ、前記第２表面には、入射光の波長以下の周期を有する反射防止構造を有する、ワイヤーグリッド偏光子。当該ワイヤーグリッド偏光子は、ガラスモールド法で片側表面に反射防止構造、反対側表面に凸状部を形成した後に、当該凸状部に、金属を斜め成膜することにより、簡便に製造することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１表面と第２表面とを有し、且つ、カルコゲナイドガラスからなるワイヤーグリッド偏光子であって、
前記第１表面には、入射光の波長以下の周期間隔において、並行に延びる複数の金属線が形成されており、且つ、
前記第２表面には、入射光の波長以下の周期を有する反射防止構造を有する、ワイヤーグリッド偏光子。
【請求項２】
前記第１表面は、入射光の波長以下の周期間隔において、並行に延びる複数の凸状部が形成されており、且つ、該凸状部の上面から一方の側面にかけて金属が付着することで、前記複数の金属線が形成されている、請求項１に記載のワイヤーグリッド偏光子。
【請求項３】
前記第２表面が有する反射防止構造は、入射光の波長以下の間隔において、並行に延びる断面視三角形状、半円形状、半楕円形状又はアーチ形状の複数の溝を有することにより形成されている、請求項１又は２に記載のワイヤーグリッド偏光子。
【請求項４】
前記入射光が、波長１〜３０μｍの赤外光である、請求項１〜３のいずれかに記載のワイヤーグリッド偏光子。
【請求項５】
前記金属線が、１００〜１０００ｎｍごとに形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のワイヤーグリッド偏光子。
【請求項６】
前記反射防止構造が、１μｍ〜６μｍの周期を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のワイヤーグリッド偏光子。
【請求項７】
第１表面に形成される複数の金属線は、周期に対する格子幅の比が０．３〜０．８である、請求項１〜６のいずれかに記載のワイヤーグリッド偏光子。
【請求項８】
前記金属線が、金、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、タングステン、タングステンシリサイド及び銅よりなる群から選ばれる少なくとも１種により形成されている、請求項１〜７のいずれかに記載のワイヤーグリッド偏光子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のワイヤーグリッド偏光子の製造方法であって、
（１）ガラスモールド法により、カルコゲナイドガラスの片方の表面上に入射光の波長以下周期間隔において、並行に延びる複数の凸状部を形成し、さらに、反対側表面に、入射光の波長以下の周期を有する反射防止構造を形成する工程、及び
（２）前記複数の凸状部上に、所定角度傾斜方向から原子を入射させる斜め成膜により、該凸状部の上面から一方の側面にかけて金属を付着させる工程
を備える、ワイヤーグリッド偏光子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤーグリッド偏光子及びその製造方法に係り、赤外線領域で作動するワイヤーグリッド偏光子及びその製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
近年のフォトリソグラフィー技術の発達により、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できるようになってきた。このように、非常に小さいピッチのパターンを有する部材、製品等は、半導体分野だけでなく、光学分野においても活用されているため、利用範囲が広く有用である。
【０００３】
例えば、金属等で構成された導電体線が特定のピッチで格子状に配列しているワイヤーグリッドは、そのピッチが入射光の波長（例えば、赤外光の波長１〜３０μｍ）に比べてかなり小さいピッチ（例えば、２分の１以下）であれば、導電体線に対して垂直な電場スペクトル成分の光をほとんど透過させるため、単一偏光を作り出す偏光子として使用できる。このワイヤーグリッド偏光子は、透過しない光を反射して再利用できるので、光の利用効率の観点からも望ましいものである。
【０００４】
このようなワイヤーグリッド偏光子としては、例えば、特許文献１に開示されているものが挙げられる。このワイヤーグリッド偏光子は、入射光の波長より小さいグリッド周期で間隔が置かれた金属ワイヤーを備えている。このワイヤーグリッド偏光子は、電場成分が金属線と平行な偏光成分（ＴＥ波）を反射し、金属線と垂直な偏光成分（ＴＭ波）を透過する偏光特性を有し、ビームスプリッタとして多く使用されている。
【０００５】
このようなワイヤーグリッド偏光子において、金属線の形状と光学形状との関係が示されており、金属線の断面積が増加すると、消光比が増加すること、更に周期幅に対する所定の幅以上の金属線では透過率が減少することが分かっている（特許文献２）。また、金属線の長手方向に直行する断面形状がテーパー形状であると、広い帯域において透過率、偏光度の波長分散性が少なく、高消光比特性を示すことも分かっている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３２８２３４号公報
【特許文献２】特開２００３−５０８８１３号公報
【特許文献３】特開２００５−１７２８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のようなワイヤーグリッド偏光子は、一般にリソグラフィ方法を用いて光透過性基板の上に金属線を形成することにより製造される。前記ワイヤーグリッド偏光子の光透過性は、金属線と入射光の反射率により決定される。例えば、赤外線が、光透過性基盤に入射するとき、それぞれ空気／光透過性基板で反射損失が発生する。したがって、前記金属線が形成された光透過性基板の反対表面に反射防止膜又は反射防止構造を形成する必要がある。しかし、この金属線の形成、並びに反射防止膜若しくは反射防止構造の形成には多大な時間と費用がかかるという問題があった。
【０００８】
一方、時間及びコストを考慮して反射防止膜を形成しない場合には、前述したように、従来技術に係るワイヤーグリッド偏光子は、反射損失が発生するという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、赤外線域において偏光性能（消光比、偏光度、透過率）に優れたワイヤーグリッド偏光子と当該ワイヤーグリッド偏光子を容易に製造できる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するため、本発明者らは、鋭意検討した結果、赤外線を透過し、且つ高温で軟化成型可能なカルコゲナイドガラスを用いて、特定の金属線の周期構造と、特定の周期を有する反射防止構造をそれぞれ別の面に形成させることで、上記の課題を解決したワイヤーグリッド偏光子が得られることを見出した。このような知見に基づき、さらに研究を重ね、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下の項１〜１２に係るワイヤーグリッド偏光子及びその製造方法を包含する。
項１．第１表面と第２表面とを有し、且つ、カルコゲナイドガラスからなるワイヤーグリッド偏光子であって、
前記第１表面には、入射光の波長以下の周期間隔において、並行に延びる複数の金属線が形成されており、且つ、
前記第２表面には、入射光の波長以下の周期を有する反射防止構造を有する、ワイヤーグリッド偏光子。
項２．前記第１表面は、入射光の波長以下の周期間隔において、並行に延びる複数の凸状部が形成されており、且つ、該凸状部の上面から一方の側面にかけて金属が付着することで、前記複数の金属線が形成されている、項１に記載のワイヤーグリッド偏光子。
項３．前記第２表面が有する反射防止構造は、入射光の波長以下の間隔において、並行に延びる断面視三角形状、半円形状、半楕円形状又はアーチ形状の複数の溝を有することにより形成されている、項１又は２に記載のワイヤーグリッド偏光子。
項４．前記入射光が、波長１〜３０μｍの赤外光である、項１〜３のいずれかに記載のワイヤーグリッド偏光子。
項５．前記金属線が、１００〜１０００ｎｍごとに形成されている、項１〜４のいずれかに記載のワイヤーグリッド偏光子。
項６．前記反射防止構造が、１μｍ〜６μｍの周期を有する、項１〜５のいずれかに記載のワイヤーグリッド偏光子。
項７．第１表面に形成される複数の金属線は、周期に対する格子幅の比が０．３〜０．８である、項１〜６のいずれかに記載のワイヤーグリッド偏光子。
項８．前記金属線が、金、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、タングステン、タングステンシリサイド及び銅よりなる群から選ばれる少なくとも１種により形成されている、項１〜７のいずれかに記載のワイヤーグリッド偏光子。
項９．項１〜８のいずれかに記載のワイヤーグリッド偏光子の製造方法であって、
（１）ガラスモールド法により、カルコゲナイドガラスの片方の表面上に入射光の波長以下周期間隔において、並行に延びる複数の凸状部を形成し、さらに、反対側表面に、入射光の波長以下の周期を有する反射防止構造を形成する工程、及び
（２）前記複数の凸状部上に、所定角度傾斜方向から原子を入射させる斜め成膜により、該凸状部の上面から一方の側面にかけて金属を付着させる工程
を備える、ワイヤーグリッド偏光子の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のワイヤーグリッド偏光子は、金属線が形成された赤外光透過性の表面の反対表面に、反射防止構造を形成しているため、赤外線域の透過率を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明では、ガラスモールド法で片側表面に反射防止構造、反対側表面に凸状部を形成した後に、当該凸状部に、金属を斜め成膜することにより、赤外線透過率を向上させるワイヤーグリッド偏光子の製造工程を単純化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のワイヤーグリッド偏光子の製造方法を示す概念図である。
【図２】本発明のワイヤーグリッド偏光子の概略断面図である。
【図３】実施例１のワイヤーグリッド偏光子の第１表面及び第２表面のＳＥＭ写真である。
【図４】実施例１のワイヤーグリッド偏光子の偏光透過率曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のワイヤーグリッド偏光子及びその製造方法について、詳細に説明する。
【００１５】
１．ワイヤーグリッド偏光子
本発明のワイヤーグリッド偏光子は、カルコゲナイドガラスからなるものである。カルコゲナイドガラスは、入射光である赤外光を透過し、さらに、高温で軟化成型可能なため好ましい。なお、本発明で言うところの赤外光とは、波長１〜３０μｍ、特に２〜１２μｍ程度のものを言う。
【００１６】
＜カルコゲナイドガラス＞
カルコゲナイドガラスとは、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等のカルコゲン元素のいずれかを構成元素として含むガラスのことであり、例えば、特開２００９−１６１３７４号公報等に記載のものが挙げられる。
【００１７】
＜第１表面＞
本発明のワイヤーグリッド偏光子は、その片方の表面（第１表面）には、入射光の波長以下周期間隔において、並行に延びる複数の金属線が形成されている。これにより、入射光である赤外光が透過しやすくなる。なお、この金属線は、一方の端部から、対向する他方の端部まで形成されていることが好ましい。また、途中で金属線の一部が欠損していてもよい。
【００１８】
この複数の金属線の周期は、特に制限されるわけではないが、入射する赤外光に対して充分に小さいことが好ましい。具体的には、１００〜１０００ｎｍ程度ごと、特に３００〜６００ｎｍ程度ごとに形成されていることが好ましい。
【００１９】
また、金属線は、周期に対する格子幅（幅／周期）が０．３〜０．８、特に０．４〜０．６が好ましい。この範囲とすることにより、入射光である赤外光の透過率を向上させることができる。
【００２０】
このような複数の金属線は、入射光の波長以下周期間隔で形成されていれば特に制限されないが、例えば、並行に延びる複数の凸状部が形成され、且つ、当該凸状部の上面から一方の側面にかけて金属が付着したものは、後述の製造方法により簡便に形成できるため好ましい。
【００２１】
なお、第１表面の金属線の材質としては、特に制限はないが、金、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、タングステン、タングステンシリサイド及び銅よりなる群から選ばれる少なくとも１種により形成されていることが好ましい。
【００２２】
＜第２表面＞
本発明のワイヤーグリッド偏光子は、前記第１表面と反対側の表面（第２表面）には、入射光の波長以下の周期を有する反射防止構造が形成されている。
【００２３】
反射防止構造の周期は、入射光である赤外光の波長の半分以下である。これは、反射防止構造による回折を除去するためである。また前記反射防止構造の高さが高いほど光透過性基板の屈折率が緩やかに変化するために有利である。
【００２４】
このような観点から、波長１０μｍの赤外光を入射する場合には、反射防止構造の周期は、１〜６μｍ、特に２〜４μｍが好ましい。また、反射防止構造の高さは、１〜２μｍ、特に１．４〜１．８μｍが好ましい。この反射防止構造の周期及び高さは、入射する赤外光の波長に比例して変化させればよい。
【００２５】
なお、この反射防止構造は、一方の端部から、対向する他方の端部まで形成されていてもよい。
【００２６】
前記反射防止構造の形状は、特に制限されない。例えば、並行に延びる断面視三角形状、四角形状、台形形状、半円形状、半楕円形状、アーチ形状の複数の溝を有することにより形成されていればよいが、これらの形状以外にも採用することができる。このうち、断面視三角形状の溝を有する構造は、光透過性基板の内部方向へ行くほどその幅が広くなるので、該三角形状の溝を有する構造であることが好ましい。
【００２７】
また、光透過性基板の屈折率を連続的に変化させて不連続的な屈折率の変化を除去することにより、反射率を低減することができる。このような効果は、断面視三角形状の溝を有する場合に特に顕著であるが、断面視四角形状、台形形状等の溝を有する場合にも期待できる。
【００２８】
２．ワイヤーグリッド偏光子の製造方法
＜第１表面の作製＞
本発明では、第１表面を作製する際には、まず、
（１）ガラスモールド法により、カルコゲナイドガラスの片方の表面上に入射光の波長以下周期間隔において、並行に延びる複数の凸状部を形成し、さらに、反対側表面に、入射光の波長以下の周期を有する反射防止構造を形成する工程
を施す。
【００２９】
ガラスモールド法とは、加熱軟化させたガラス（本発明の場合はカルコゲナイドガラス）を一対の成形型でプレスして成形した後、冷却して取り出す方法である。このガラスモールド法は、研磨加工が難しい成形体の製造に適していて、研磨加工を施すものに較べて製造が容易で小さい成形体でも容易に安価に製造することができる。
【００３０】
工程（１）では、まず、図１（Ａ）のように、第１表面形成用モールド、第２表面形成用モールド及びカルコゲナイドガラスを用意する。図１（Ａ）では、上から、第１表面形成用モールド、カルコゲナイドガラス、第２表面形成用モールドである。
【００３１】
なお、第１表面形成用モールドは、カルコゲナイドガラスに並行に延びる複数の凸状部が形成された表面が形成できるように加工されている。また、第２表面形成用モールドは、カルコゲナイドガラスに入射光の波長以下の周期を有する反射防止構造を形成できるように加工されている。
【００３２】
ここで、第１表面形成用モールド及び第２表面形成用モールドを構成する材料としては、特に制限はないが、カルコゲナイドガラスの軟化成型が可能な温度において耐えられる材料であることが好ましい。具体的には、二酸化ケイ素、シリコン、ニッケル、タングステンカーバイド、シリコンカーバイド、グラッシーカーボン等が挙げられる。
【００３３】
次に、高温で、カルコゲナイドガラスを、第１表面形成用モールド及び第２表面形成用モールドで挟んでプレスする。
【００３４】
この際のプレス温度は、カルコゲナイドガラスを軟化成型可能な温度であれば特に制限はなく、ガラスの屈伏温度付近で行うことが好ましいためガラスの種類によっても異なるが、通常２３０〜４００℃程度、特に２５０〜３８０℃程度が好ましい。
【００３５】
また、プレス圧力も、カルコゲナイドガラスを加工可能であれば特に制限はないが、０．５〜１０ＭＰａ程度、特に１〜９ＭＰａ程度が好ましい。
【００３６】
なお、第１表面形成用モールド及び第２表面形成用モールドは、それぞれの表面に形成された溝が互いに並行するように配置することが好ましい。
【００３７】
これにより、カルコゲナイドガラスの片方の表面上に入射光の波長以下周期間隔において、並行に延びる複数の凸状部が形成され、さらに、反対側表面に、入射光の波長以下の周期を有する反射防止構造が形成される。この後、第１表面形成用モールド及び第２表面形成用モールドを離型し、冷却固化させればよい（図１（Ｃ））。
【００３８】
次に、
（２）前記複数の凸状部上に、所定角度傾斜方向から原子を入射させる斜め成膜により、該凸状部の上面から一方の側面にかけて金属を付着させる工程
を施す。
【００３９】
このように、図１（Ｄ）のように、斜め成膜することにより、簡便に、入射光の波長以下周期間隔において、並行に延びる複数の金属線を形成することが可能である（図１（Ｅ）及び図２）。この際、金属線を好ましい幅に調整するには、カルコゲナイドガラスの対象面の法線に対し３０〜８０度、特に４０〜７０度の方向から原子を入射させることが好ましい。
【００４０】
成膜の方法としては、特に制限はなく、例えば、蒸着、スパッタ等が挙げられる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されないことは言うまでもない。
【００４２】
実施例１
第１表面形成用モールド、第２表面形成用モールド及びカルコゲナイドガラスを用意した。第１表面形成用モールドは、材質がＳｉＣであり、断面視四角形状の周期構造を５００ｎｍおきに有するものを用意した。また、第２表面形成用モールドは、材質がＧＣであり、断面視三角形状の周期構造を３μｍおきに有するものを用意した。さらに、カルコゲナイドガラスとしては、ＩＩＲ−ＳＦ１（五鈴精工硝子製）を使用した。
【００４３】
まず、カルコゲナイドガラスを挟むように、第１表面形成用モールド及び第２表面形成用モールドを配置し、２５０〜３８０℃、１〜９ＭＰａでプレスした。その後、第１表面形成用モールド及び第２表面形成用モールドを離型し、冷却固化させた。
【００４４】
さらに、蒸着により、カルコゲナイドガラスの対象面の法線に対して５０度の方向から、金属としてＡｌを斜め成膜した。
【００４５】
上記で得られたワイヤーグリッド偏光子の第１表面及び第２表面のＳＥＭ写真を示す。ＳＥＭ写真より、第１表面に複数の金属線、第２表面に反射防止構造が形成されたことが分かる。
【００４６】
さらに、図４に、得られたワイヤーグリッド偏光子の赤外分光器により測定した偏光透過率曲線を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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