(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に斜め方向から蒸発物質を入射させて形成した斜め蒸着膜を有し、上記斜め蒸着膜は膜厚及び複屈折量が制御された単層膜構造の蒸着膜である薄膜複屈折素子を作製する際の薄膜複屈折素子の製造方法であって、
１以上の基板を保持した円盤状の基板ホルダーを自転運動と公転運動からなる遊星回転機構で保持し、上記遊星回転機構により上記基板ホルダーを自転しながら上記蒸着装置内を公転運動させ、上記基板ホルダーで保持された１以上の基板を、蒸発物質を蒸発させる蒸発源の上部で半円状の軌跡を描くような回転運動で移動させるとともに、上記基板ホルダーと上記蒸発源の間の基板ホルダー近傍に開口部を有する遮蔽板を配置した状態で、上記蒸発源と、上記蒸発装置内にプラズマ状態を形成するプラズマ源もしくはイオン源を用いて蒸発物質をイオン化して基板方向に飛翔させ、上記遮蔽板の開口部を介して基板上に斜め方向から蒸発物質を入射させて斜め蒸着膜を形成することを特徴とする薄膜複屈折素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の薄膜複屈折素子の製造方法において、
上記遮蔽板には、上記基板ホルダーの自転運動の中心と該遮蔽板の２つの開口部の中心が同一となるよう配置された状態で上記基板ホルダーの遊星回転機構による公転運動と同期させた公転運動が与えられることを特徴とする薄膜複屈折素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の薄膜複屈折素子の製造方法において、
斜め方向からの蒸着により単層膜構造の斜め蒸着膜を形成すると共に、基板内において上記斜め蒸着膜の膜厚及び複屈折量を均一な状態に制御することを特徴とする薄膜複屈折素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の薄膜複屈折素子の製造方法において、
上記基板上に目的とする膜厚及び／または複屈折量の蒸着膜を形成するために、上記蒸着装置内にダミー基板を配置し、さらに蒸着装置外部に監視窓で接する投光部と受光部からなる光学式膜厚計及び／または該光学式膜厚計と同等の光学系の投光部と受光部の途中に偏光子を追加した構成の複屈折量測定器を用いて、加工中のダミー基板もしくは基板の透過光量もしくは反射光量の変化を監視することにより、斜め蒸着中の蒸着膜の光学的膜厚及び／または複屈折量を監視し、所望の膜厚及び／または複屈折量と成るよう蒸着条件及び時間を制御することを特徴とする薄膜複屈折素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の薄膜複屈折素子の製造方法において、
上記斜め蒸着膜を形成する前の基板表面、もしくは斜め蒸着膜形成後の斜め蒸着膜上のいずれか一方もしくは両方に、密着性、耐環境性及び光学特性を向上させることを目的とする薄膜を蒸着膜もしくは塗膜により形成することを特徴とする薄膜複屈折素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の薄膜複屈折素子の製造方法において、
上記薄膜複屈折素子の斜め蒸着膜もしくは斜め蒸着膜上の薄膜に、レーザー光を走査しながら照射してレーザー熱処理（レーザーアニール）を行い膜の状態を改質し、環境変化による複屈折量を始めとする光学特性の変動を抑えることを特徴とする薄膜複屈折素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載の薄膜複屈折素子の製造方法において、
上記薄膜複屈折素子を、２個以上貼り合わせることを特徴とする薄膜複屈折素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の薄膜複屈折素子の製造方法に用いられる薄膜複屈折素子の製造装置であって、
蒸発物質を蒸発させる蒸発源とプラズマ状態を形成するためのプラズマ源もしくはイオン源を有する蒸着装置と、その蒸着装置内において１以上の基板を保持する円盤状の基板ホルダーと、該基板ホルダーを自転運動と公転運動とにより上記蒸着装置内で回転させる遊星回転機構と、上記基板ホルダーと上記蒸発源の間の基板ホルダー近傍に配置され蒸発物質を通過させうる開口部を有する遮蔽板とを備え、
上記遊星回転機構により上記基板ホルダーを自転しながら上記蒸着装置内を公転運動させ、上記基板ホルダーで保持された１以上の基板を、上記蒸発源の上部で半円状の軌跡を描くような回転運動で移動させるとともに、
上記蒸発源と上記プラズマ源もしくはイオン源を用いて蒸発物質をイオン化して基板方向に飛翔させ、上記遮蔽板の開口部を介して基板上に斜め方向から蒸発物質を入射させて斜め蒸着膜を形成することを特徴とする薄膜複屈折素子の製造装置。
【請求項９】
請求項８記載の薄膜複屈折素子の製造装置において、
上記蒸着装置の外部に設けられ監視窓で接する投光部と受光部からなる光学式膜厚計及び／または該光学式膜厚計と同等の光学系の投光部と受光部の途中に偏光子を追加した複屈折量測定器を備え、上記光学式膜厚計及び／または複屈折量測定器を用いて、加工中の基板の透過光量もしくは反射光量の変化を監視することにより、斜め蒸着中の蒸着膜の光学的膜厚及び／または複屈折量を監視し、所望の膜厚及び／または複屈折量と成るよう蒸着条件及び時間を制御することを特徴とする薄膜複屈折素子の製造装置。
【請求項１０】
基板上に斜め方向から蒸発物質を入射させて形成した斜め蒸着膜を有し、上記斜め蒸着膜は膜厚及び複屈折量が制御された単層膜構造の蒸着膜である薄膜複屈折素子であって、
請求項１〜７のいずれか一つに記載の薄膜複屈折素子の製造方法、あるいは請求項８または９に記載の薄膜複屈折素子の製造装置により製造されたことを特徴とする薄膜複屈折素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光素子に含まれる薄膜複屈折素子及びその製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複屈折を利用して直線偏光・円偏光間の変換を初めとする光の偏光状態の調整、変換、回転を行う光学素子としては、従来、水晶や方解石といった結晶を加工したものがあるが、このような結晶を加工した光学素子は、材料費や加工コストがかかるという欠点がある。また、従来から斜め蒸着で形成された蒸着膜が異方性を持つことが知られており、蒸着膜は低コストで形成できることから、近年この斜め蒸着膜の異方性を波長板等の偏光素子として利用しようという提案がなされている。
【０００３】
ここで、図１６に斜め蒸着膜形成装置の一例を示すが、斜め蒸着を行う場合、斜め蒸着膜形成装置２５内で基板２６は蒸着材２８を備えた蒸発源２７に対して斜めに配置されているため、蒸発源２７と基板２６間の距離が基板位置で異なり、斜め蒸着により形成される蒸着膜は、同一基板内の上下方向において膜厚に差が生じる。この場合、複屈折量も膜厚に対応して異なっているため、基板内では位相差の分布が発生する。この基板内での位相差の分布を解消するため、斜め蒸着膜を多層構造とし、１層毎に基板への入射角を基板法線を中心として対称方向に変更する方法が知られている（特公平７−３４８６号公報）。
【０００４】
さらに斜め蒸着により形成される蒸着膜は、膜の縦方向と横方向で密度が異なり複屈折を示すが、この複屈折を目的として形成される斜め蒸着膜は、通常、金属酸化膜等の誘電体膜で形成されている。しかし、斜め蒸着により形成される誘電体膜はほとんどが柱状組成（コラム）として形成されるため密度が一様ではなく、内部応力も高く環境変化等により密着性が劣化し、基板から蒸着膜が剥離する、あるいは膜が白濁する不具合や、誘電体膜の吸収増加による分光透過率の低下などに見られる光学特性の劣化という不具合が生じる。
尚、この柱状組成（コラム）の成長方向では、蒸着角αとコラムの傾斜角βの間には、
β＝(1/2)tanα
の規則性があることが知られている（薄膜応用ハンドブック第２刷、（株）エヌ・ティー・エス発行）。
また、Ｔａ2Ｏ5の斜め蒸着において、柱状組成の傾斜角をα、蒸着角をθとしたときの両者の関係は、α＝0.5θの関係にあることが報告されている（Applied
optics/Vol.28,No.13/1 July 1989）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術（特公平７−３４８６号公報）に記載された方法により作成される斜め蒸着膜は、１層毎に基板の方向を変えて蒸着しなければならない多層膜構造であり、斜め蒸着膜の形成時に、１層毎に基板の方向を変更して蒸着する必要があるため加工時間の増長を招き、さらには製造装置への複雑で新規な機構の追加が必要となるため、コストがかかるという問題がある。加えて同一物質の分割蒸着となるため、各層での屈折率を均一に保つことは困難であり不均質膜と成りやすく、基板内での複屈折量にも誤差が生じ易くなるという問題がある。
また、上述したように、斜め蒸着により形成される誘電体膜はほとんどが柱状組成として形成されるため密度が一様ではなく、内部応力も高く環境変化等により密着性が劣化し、基板から蒸着膜が剥離する、あるいは膜が白濁する不具合や、誘電体膜の吸収増加による分光透過率の低下などに見られる光学特性の劣化という不具合が生じ、信頼性が劣るという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、加工コストが安く、量産が可能であり、且つ斜め蒸着膜の剥離及び白濁・吸収を防止し、斜め蒸着膜の密着性、耐環境性、光学特性及びその安定性等を向上させた信頼性の高い薄膜複屈折素子を提供すること、及び同一基板内での複屈折量の誤差を少なくさせた薄膜複屈折素子、もしくは基板内に任意の勾配を持たせた複屈折量を精度良く発現させた薄膜複屈折素子を提供することを目的とし、さらには、その薄膜複屈折素子の製造方法及び製造装置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】
上記目的を達成するため、本発明に係る薄膜複屈折素子は、基板上に斜め方向から蒸発物質を入射させて形成した斜め蒸着膜を有する薄膜複屈折素子であって、上記斜め蒸着膜は膜厚及び複屈折量が制御された単層膜構造の蒸着膜であることを特徴としており、これにより、従来の多層膜構造の斜め蒸着膜に比べて加工コストを低減でき、量産性も確保できる。
また、本発明に係る薄膜複屈折素子は、基板上に斜め方向から蒸発物質を入射させて形成した斜め蒸着膜を有する薄膜複屈折素子であって、上記斜め蒸着膜は膜厚及び複屈折量が制御された単層膜構造の蒸着膜であり、基板表面と上記斜め蒸着膜の間もしくは上記斜め蒸着膜上のいずれか一方もしくは両方に、密着性、耐環境性及び光学特性を向上させることを目的とする薄膜（アンダーコート膜またはオーバーコート膜）を有することを特徴としており、これにより、斜め蒸着膜の密着性、耐環境性及び光学特性の向上を図ることが可能となる。
さらに、本発明に係る薄膜複屈折素子は、上記の構成の薄膜複屈折素子において、上記斜め蒸着膜もしくは斜め蒸着膜上の薄膜に熱処理（アニール）を施して膜の状態を改質し、環境変化による複屈折量を始めとする光学特性の変動を抑えたことを特徴としており、これにより、斜め蒸着膜の密着性、耐環境性、光学特性及びその安定性の向上を図ることが可能となる。
さらにまた、本発明に係る薄膜複屈折素子は、上記の構成の薄膜複屈折素子を、２個以上貼り合わせて構成したことを特徴としており、これにより、斜め蒸着膜の密着性、耐環境性、光学特性及びその安定性の向上をより一層図ることが可能となる。
そして上記のような本発明に係る薄膜複屈折素子は、以下のような製造方法あるいは製造装置で製造される。
【０００８】
請求項１に係る発明は、基板上に斜め方向から蒸発物質を入射させて形成した斜め蒸着膜を有し、上記斜め蒸着膜は膜厚及び複屈折量が制御された単層膜構造の蒸着膜である薄膜複屈折素子を作製する際の薄膜複屈折素子の製造方法であって、１以上の基板を保持した円盤状の基板ホルダーを自転運動と公転運動からなる遊星回転機構で保持し、上記遊星回転機構により上記基板ホルダーを自転しながら上記蒸着装置内を公転運動させ、上記基板ホルダーで保持された１以上の基板を、蒸発物質を蒸発させる蒸発源の上部で半円状の軌跡を描くような回転運動で移動させるとともに、上記基板ホルダーと上記蒸発源の間の基板ホルダー近傍に開口部を有する遮蔽板を配置した状態で、上記蒸発源と、上記蒸発装置内にプラズマ状態を形成するプラズマ源もしくはイオン源を用いて蒸発物質をイオン化して基板方向に飛翔させ、上記遮蔽板の開口部を介して基板上に斜め方向から蒸発物質を入射させて斜め蒸着膜を形成することを特徴としており、膜厚及び複屈折量が制御された単層膜構造の斜め蒸着膜を形成することが可能となる。
また、請求項２に係る発明は、請求項１記載の薄膜複屈折素子の製造方法において、上記遮蔽板には、上記基板ホルダーの自転運動の中心と該遮蔽板の２つの開口部の中心が同一となるよう配置された状態で上記基板ホルダーの遊星回転機構による公転運動と同期させた公転運動が与えられることを特徴としている。
【００１０】
さらに請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の薄膜複屈折素子の製造方法において、斜め方向からの蒸着により単層膜構造の斜め蒸着膜を形成すると共に、基板内において上記斜め蒸着膜の膜厚及び複屈折量を均一な状態に制御することを特徴としている。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の薄膜複屈折素子の製造方法において、上記基板上に目的とする膜厚及び／または複屈折量の蒸着膜を形成するために、上記蒸着装置内にダミー基板を配置し、さらに蒸着装置外部に監視窓で接する投光部と受光部からなる光学式膜厚計及び／または該光学式膜厚計と同等の光学系の投光部と受光部の途中に偏光子を追加した構成の複屈折量測定器を用いて、加工中のダミー基板もしくは基板の透過光量もしくは反射光量の変化を監視することにより、斜め蒸着中の蒸着膜の光学的膜厚及び／または複屈折量を監視し、所望の膜厚及び／または複屈折量と成るよう蒸着条件及び時間を制御することを特徴としており、これにより、斜め蒸着膜の膜厚及び／または複屈折量を均一な状態に制御することや、あるいは、斜め蒸着膜の基板内の位置と複屈折量の関係が勾配を持って分布するように制御することが可能となる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の薄膜複屈折素子の製造方法において、上記斜め蒸着膜を形成する前の基板表面、もしくは斜め蒸着膜形成後の斜め蒸着膜上のいずれか一方もしくは両方に、密着性、耐環境性及び光学特性を向上させることを目的とする薄膜（アンダーコート膜またはオーバーコート膜）を蒸着膜もしくは塗膜により形成することを特徴としており、密着性、耐環境性及び光学特性が向上された薄膜複屈折素子を作製することが可能となる。
また、請求項６に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の薄膜複屈折素子の製造方法において、上記薄膜複屈折素子の斜め蒸着膜もしくは斜め蒸着膜上の薄膜に、レーザー光を走査しながら照射してレーザー熱処理（レーザーアニール）を行い膜の状態を改質し、環境変化による複屈折量を始めとする光学特性の変動を抑えることを特徴としており、密着性、耐環境性、光学特性及びその安定性が向上された薄膜複屈折素子を作製することが可能となる。
さらにまた、請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の薄膜複屈折素子の製造方法において、上記薄膜複屈折素子を、２個以上貼り合わせることを特徴としており、密着性、耐環境性、光学特性及びその安定性がさらに向上された薄膜複屈折素子を作製することが可能となる。
【００１３】
請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか一つに記載の薄膜複屈折素子の製造方法に用いられる薄膜複屈折素子の製造装置であって、蒸発物質を蒸発させる蒸発源とプラズマ状態を形成するためのプラズマ源もしくはイオン源を有する蒸着装置と、その蒸着装置内において１以上の基板を保持する円盤状の基板ホルダーと、該基板ホルダーを自転運動と公転運動とにより上記蒸着装置内で回転させる遊星回転機構と、上記基板ホルダーと蒸発源の間の基板ホルダー近傍に配置され蒸発物質を通過させうる開口部を有する遮蔽板とを備え、上記遊星回転機構により上記基板ホルダーを自転しながら上記蒸着装置内を公転運動させ、上記基板ホルダーで保持された１以上の基板を、上記蒸発源の上部で半円状の軌跡を描くような回転運動で移動させるとともに、上記蒸発源とプラズマ源もしくはイオン源を用いて蒸発物質をイオン化して基板方向に飛翔させ、上記遮蔽板の開口部を介して基板上に斜め方向から蒸発物質を入射させて斜め蒸着膜を形成すること特徴としており、膜厚及び複屈折量が制御された単層膜構造の斜め蒸着膜を形成することが可能な製造装置を提供できる。
【００１５】
請求項９に係る発明は、請求項８記載の薄膜複屈折素子の製造装置において、上記蒸着装置の外部に設けられ監視窓で接する投光部と受光部からなる光学式膜厚計及び／または該光学式膜厚計と同等の光学系の投光部と受光部の途中に偏光子を追加した複屈折量測定器を備え、上記光学式膜厚計及び／または複屈折量測定器を用いて、加工中の基板の透過光量もしくは反射光量の変化を監視することにより、斜め蒸着中の蒸着膜の光学的膜厚及び／または複屈折量を監視し、所望の膜厚及び／または複屈折量と成るよう蒸着条件及び時間を制御することを特徴としており、斜め蒸着膜の膜厚及び／または複屈折量を均一な状態に制御することや、あるいは、斜め蒸着膜の基板内の位置と複屈折量の関係が勾配を持って分布するように制御することが可能な製造装置を提供できる。
請求項１０に係る発明は、基板上に斜め方向から蒸発物質を入射させて形成した斜め蒸着膜を有し、上記斜め蒸着膜は膜厚及び複屈折量が制御された単層膜構造の蒸着膜である薄膜複屈折素子であって、請求項１〜７のいずれか一つに記載の薄膜複屈折素子の製造方法、あるいは請求項８または９に記載の薄膜複屈折素子の製造装置により製造されたことを特徴としている。
【００１６】
以下、本発明のより具体的な特徴について説明する。
本発明に係る薄膜複屈折素子は、基板上に斜め方向から蒸発物質を入射させて形成した斜め蒸着膜を有するものであり、上記斜め蒸着膜は膜厚及び複屈折量が制御された単層膜構造の蒸着膜である。そして、本発明に係る薄膜複屈折素子の製造方法では、膜厚及び複屈折量が制御された単層膜構造の斜め蒸着膜を形成するが、単層膜構造で量産性を確保するため、例えば図１に示すような構成の製造装置により、基板ホルダー９で保持された１以上の基板６を、自転運動と公転運動からなる遊星回転機構を用いて、蒸着材３を蒸発させる蒸発源（例えば電子銃あるいは抵抗加熱源等）２の上部を半円状の回転運動で移動させ、さらに基板６と蒸発源２を結ぶ直線上の基板ホルダー近傍に、上下２箇所の開口部８を有する遮蔽板７を配置した状態で斜め蒸着膜を形成する。この時、基板法線２４に対して蒸発物質が４０〜８０度傾いた方向から飛翔するように基板ホルダー９及び遮蔽板７を設定する。
【００１７】
ここで、図６に示すような遊星回転機構４５により、円盤状の基板ホルダー４６は自転しながら蒸着装置内を公転運動するので、基板ホルダー４６に保持された基板４７には、軌跡４７ａで示すような半円状の回転運動が与えられる。
一方、図１に示すように、遮蔽板７には、基板ホルダー９の自転運動の中心と遮蔽板７の２つの開口部８の中心が同一となるよう配置された状態で基板ホルダー９の遊星回転機構による公転運動と同期させた公転運動が与えられる。すなわち、基板ホルダー９と遮蔽板７は同期して公転運動を行うが、この際、基板ホルダー９は自転しているので、基板ホルダー９上に保持された複数の基板６は、遮蔽板７の２箇所の開口部８を順次通過することになり、各基板６が開口部８を通過する時に蒸着されることになる。
【００１８】
そして、上記の状態で蒸発源２から蒸着材３の蒸発物質を蒸発させることにより、遮蔽板７の開口部８を通過した蒸発物質により基板６に蒸着膜が形成されるが、この時、遮蔽板７の上下２箇所の開口部８に位置した基板のみ蒸着膜が形成され、遮蔽部分に位置する基板には蒸着膜が形成されないので、基板に対する蒸着方向は一方向に規制されることになる。
すなわち、基板に対する蒸発物質の飛翔方向は、開口部８に位置する基板の中心と蒸発源２を結ぶ直線を基準とした上下方向に限定され、かつ基板はその直線に対して傾けて配置されているので、図２に示すように蒸着材３０からの蒸発物質は基板法線３１に対してαだけ傾いた方向から飛翔することになり、基板上に斜め蒸着膜が形成される。また、遮蔽板７の上下２箇所の開口部８の位置では、基板の上下の向きが逆となるため、遮蔽板７の上下２箇所の開口部８を順次通過する基板上には、基板の法線を中心として対称方向から蒸発物質が交互に入射することになり、膜厚が略均一な斜め蒸着膜膜が形成される。そして、この斜め蒸着膜は、上記の直線方向での蒸着膜の構造と同直線方向と直交する方向での膜の構造が異なるので、複屈折性を示す膜となる。
【００１９】
さらに上記遮蔽板７の上下２箇所の開口部８の形状を目的に応じて設定することにより、基板表面内における複屈折量の分布を任意に変更することが可能となる。具体的には基板内の同一面内において複屈折量を一様にするには、遮蔽板７の上下２箇所の開口部８の形状を基板ホルダー９の自転軸を基準とした円分形状とする。一方、基板内の一方向で複屈折量に勾配を持たせるには遮蔽板７の開口部８の形状を矩形を基準として中心側と外周側の開口部の幅を複屈折量の勾配に合わせて決定する。
【００２０】
尚、遮蔽板を用いないで複屈折量に勾配を持たせることも可能である。この場合には、図１１に示す構成の装置のように、公転冶具７１で保持された基板６９に公転機構にて円周状の回転運動を与える。この時、基板６９の法線７３に対して蒸発物質が６０〜８０度傾いた方向から飛翔するように基板６９の角度を設定する。この状態で基板上に蒸発物質を堆積させると、基板上には、蒸発源方向から反蒸発源方向にかけて膜厚が薄くなる勾配を持った単層構造の斜め蒸着膜を形成できる。
【００２１】
斜め蒸着膜を形成するための蒸着材は、斜め蒸着により異方性を示す物であれば良いが、特にＴａ2Ｏ5，ＳｉＯ2，ＮｂＯ5，ＷＯ3，ＳｎＯ2，ＴｉＯ2等の金属酸化物系の誘電体膜は良好の結果を示す。しかし、単に斜め蒸着した場合には、密着性の劣化、白濁の発生、吸収の増加による分光特性の劣化等の問題が発生する。そのために本発明では、電子銃や抵抗加熱源等による蒸着材の蒸発に加えて、プラズマ源もしくはイオン源を用いて導入ガスをイオン化し装置内にプラズマ状態を形成させる。そして、そのプラズマ中を蒸発物質及び酸素などの反応性ガスが通過する際にイオン化し、蒸発物質と反応性ガスとの反応を促す。この時、あらかじめ基板ホルダーに前述のイオンと逆の電荷を与えておくことにより、プラズマ空間と基板の間に電界が形成され、イオン化された蒸発物質や導入ガスが電界に従い加速され基板表面に衝突するために、密着性が高く、吸収や白濁の少ない蒸着膜が形成される。
【００２２】
薄膜複屈折素子の複屈折量を所望の値とするためには蒸着膜の膜厚を制御する必要があり、本発明においては図１に示す装置のように、投光部である光源１４と、反射鏡１６及び受光部１５からなる光学式膜厚計を用いて蒸着中の光学的膜厚を連続的に監視し、光量の変化から斜め蒸着膜の屈折率と光学的膜厚を読み取り、所望の膜厚に形成するよう制御する。制御動作としては、蒸発源２上に設置したシャッター板１２の開閉動作により実行し、所望の膜厚が得られた時点でシャッター板１２で蒸発源２上を遮蔽することで蒸着膜の膜厚制御が可能となる。
【００２３】
さらに本発明では、図１に示す装置のように、複屈折量測定器を用いて蒸着中の複屈折量を監視しながら制御することも可能である。複屈折量測定器での制御は、上記の光学式膜厚計と同等の光学系構成で、投光部である光源２０と測定用基板６もしくはダミー基板１７の間、及び測定用基板６もしくはダミー基板１７と受光部２１もしくは受光部２２の間の計２箇所に偏光子１８を配置し、各々の偏光子１８の光学軸が９０度異なった方向とする。加えて光源２０からの出射光は目的とする複屈折に対応する波長の干渉フィルターで通過させる。制御動作としては、上記の膜厚制御と同様に蒸発源２上のシャッター板１２の開閉で実施する。そして、目的の波長と複屈折量に応じて光量の極大値もしくは極小値で蒸着を終了することで複屈折量の制御を行う。極大値と極小値の関係は複屈折の増加量に応じて、使用する干渉フィルターの１／２波長毎に極大値と極小値を繰り返す。
上記２種類の制御方法の何れか一方もしくは両方を用いることにより、高精度な複屈折量の制御が可能となる。
【００２４】
ところで、基板となる媒質と斜め蒸着膜の関係において、両者の組み合わせ次第では分子間の結合力が低下し密着性が劣る場合や、屈折率の違いにより分光透過率が低下する等の現象が発生する。そこで、蒸着膜と基板の密着性及び分光透過率をさらに向上させるためには、図５に示す構成の薄膜複屈折素子のように、斜め蒸着膜４２と基板４０の間に形成される蒸着膜もしくは塗膜によるアンダーコート４１、もしくは斜め蒸着膜上に形成される蒸着膜もしくは塗膜によるオーバーコート４３、のいずれか一方もしくは両方を形成することで達成できる。このアンダーコート及びオーバーコートの材料は、斜め蒸着膜の屈折率と基板の屈折率から振幅条件と位相条件を用いて求められる屈折率と膜厚で決定する。
また、斜め蒸着膜の密着性、耐環境性、光学特性及びその安定性をさらに向上させるためには、斜め蒸着膜もしくは斜め蒸着膜上の薄膜（オーバーコート）に熱処理（アニール）を施して膜の状態を改質し、環境変化による複屈折量を始めとする光学特性の変動を抑えることにより達成することができる。より具体的には、斜め蒸着膜もしくは斜め蒸着膜上の薄膜に、レーザー光を走査しながら照射してレーザー熱処理（レーザーアニール）を行い膜の状態を改質し、環境変化による複屈折量を始めとする光学特性の変動を抑えることにより、密着性、耐環境性、光学特性及びその安定性が向上された薄膜複屈折素子を作製することができる。また、斜め蒸着膜もしくは斜め蒸着膜上の薄膜にレーザーアニールを施すことにより、チップ化に伴う切断時の切削液の浸透による複屈折特性の変動を抑止することができる。
【００２５】
さらに、斜め蒸着膜を形成した２つ以上の薄膜複屈折素子を用い、基板上に形成された斜め蒸着膜を有する面同士を貼り合せることで位相差の分布を調整することができる。すなわち、１枚の基板内において位相差に分布を持つものであっても、基板内における位相差の分布傾向が同じ２つの薄膜複屈折素子を図１２に示すように非対称の状態で貼り合せることで位相差の分布が解消可能となる。また、上記の方法で位相差の分布傾向を揃えて図１３に示すように対称の状態で２つの薄膜複屈折素子を貼り合せることで位相差の分布の勾配をより強調したものが製作可能である。
一方、図１４に示すように、１枚の基板での位相差が少ないものを複数貼り合せることにより、任意の位相差を有する複屈折素子（例えば波長板）の製作が可能となる。また、前述したように、斜め蒸着膜の前後にアンダーコートとオーバコートの両方もしくは一方を形成した基板を２つ以上貼り合せることで、さらに分光透過率を向上させることが可能である。
これらの薄膜複屈折素子を貼り合せる場合には、斜め蒸着面側を向い合わせて貼り合せることにより、斜め蒸着面が外部に露出しないので、耐環境性に優れ、密着性及び位相差や分光特性といった各種特性の安定性に優れた信頼性の高い薄膜複屈折素子が作製可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための具体的な構成及び動作についてより詳細に説明する。
本発明に係る薄膜複屈折素子は、図１に示すように遊星回転機構と中心部に開口部８を有する遮蔽板７を備えた構成に加えて、蒸発源２の蒸着材３からの蒸発物質と導入ガスをプラズマ源（もしくはイオン源）４を用いてイオン化する構成の装置を用いて、基板上に斜め蒸着膜を形成することで実現できる。ここで、図１は薄膜複屈折素子の斜め蒸着膜を形成する製造装置の第１の構成例を示し、（ａ）は製造装置内の概略構成を示す正面図、（ｂ）は側面図である。また、図１において符号１は蒸着装置、２は蒸発源（例えば、電子銃あるいは抵抗加熱源等）、３は蒸着材、４はプラズマ源（もしくはイオン源）、５は反応性ガス導入口、６は基板、７は遮蔽板、８は遮蔽板開口部、９は遊星回転機構に支持された基板ホルダー、１０は基板ホルダーの自転方向、１１は基板ホルダーの公転方向及び遮蔽板の公転方向、１２はシャッター板、１３は監視窓、１４は膜厚計の投光部である光源、１５は膜厚計の受光部、１６は膜厚計の反射鏡、１７はダミー基板、１８は複屈折測定器の偏光子、１９は複屈折測定器の反射鏡、２０は複屈折測定器の投光部である光源、２１は複屈折測定器の透過光受光部、２２は複屈折測定器の反射光受光部、２３は蒸発物質の飛翔方向、２４は基板法線である。
【００２７】
図１に示す装置では、１以上の基板６を保持した円盤状の基板ホルダー９を自転運動と公転運動からなる遊星回転機構で蒸着装置１内を回転させ、基板ホルダー９と蒸発源２の間の基板ホルダー近傍に、上下２箇所の開口部８を有する遮蔽板７を配置した状態で、蒸発物質を蒸発させる蒸発源２と蒸発装置内にプラズマ状態を形成するプラズマ源（もしくはイオン源）４を用いて蒸発物質をイオン化して基板方向に飛翔させ、上記遮蔽板７の開口部８を介して基板６上に斜め方向から蒸発物質を入射させて斜め蒸着膜を形成するものであり、膜厚及び複屈折量が制御された単層膜構造の斜め蒸着膜を形成することができる。また、基板上に目的とする膜厚及び複屈折量の蒸着膜を形成するために、蒸着装置１内にダミー基板１７を配置し、さらに蒸着装置１の外部に監視窓１３で接する投光部（光源）１４と受光部１５からなる光学式膜厚計及び該光学式膜厚計と同等の光学系の投光部（光源）２０と受光部２１，２２の途中に偏光子１８を追加した構成の複屈折量測定器を用いて、加工中のダミー基板１７もしくは基板６の透過光量もしくは反射光量の変化を監視することにより、斜め蒸着中の蒸着膜の光学的膜厚と複屈折量を監視し、所望の膜厚及び複屈折量と成るよう蒸着条件及び時間を制御することができ、斜め蒸着膜の膜厚及び複屈折量を均一な状態に制御することができる。
【００２８】
ここで、基板上に斜め方向から蒸発物質を入射させて形成した斜め蒸着膜を有する薄膜複屈折素子は、基板表面の法線方向から光線を入射した場合、偏光素子である波長板としての機能を有する。
図２に示すように、基板２９の法線３１に対して蒸着材３０からの蒸発物質を斜め方向から入射させて斜め蒸着膜を形成する場合、斜め蒸着の初期段階においては、通常の蒸着と同様に基板表面に核が形成されるが、基板２９上の斜め蒸着膜の核が成長するに従い、蒸発物質の飛翔方向の後ろに影ができて蒸発物質が到達せずに核が形成されない部分が出現し柱状構造となる。この現象は一般に「シャドーイング効果」と呼ばれている。
この斜め蒸着膜は、蒸着膜を形成する核の成長方向が図２において基板のＸ方向とＹ方向で異なり、Ｘ，Ｙ各方向を２次元の断面として捉えた場合、図４に示すＸ方向は、斜め蒸着膜３９の核の集合体が基板法線３７の方向に成長し、基板３６と平行な方向で核の集合体が密に接する。また、図３に示すＹ方向は、基板法線３３に対して蒸着物質入射方向３４に傾斜する微細で独立した柱状構造を形成するため、斜め蒸着膜３５の屈折率はＸ方向で最大となり、Ｙ方向で最小となる。
この屈折率と複屈折の関係は次のように表すことができる。すなわち、Ｘ方向の屈折率：ｎo 、Ｙ方向の屈折率：ｎe 、複屈折：Δｎとする場合、次式の関係が成り立つ。
Δｎ＝｜ｎo−ｎe｜
【００２９】
この斜め蒸着膜の柱状構造は基板表面に対する蒸発物質の入射方向に成長しているため、基板に対する蒸発物質の入射角αを４０〜８０度の範囲で調整することにより、基板のＸ方向とＹ方向の屈折率の差、すなわち「Δｎ」が調整可能となるが、この入射角は略７０度の時にΔｎが最も大きい値を示す。
薄膜複屈折素子を波長板として用いる場合、上記Δｎと膜厚を調整することにより任意の波長板が作製可能である。ここで、波長板の特性である位相遅れ（リタデーション）は次のように表すことができる。図７に示すように、直線偏光を波長板のｎe 方向とＹ方向の電気的振動成分４８が平行となる位置関係で透過させたとき、図８に示すように、基板のＹ方向を透過した電気的振動成分５０に対して基板のＸ方向を通過した電気的振動成分５１が図示したΓだけ遅れている。この位相遅れ（リタデーション）：Γ及びΔｎの関係は斜め蒸着膜の膜厚をｄとした場合、次式の関係が成り立つ。
Γ＝Δｎ・ｄ
【００３０】
Δｎと膜厚の両者を調整して目的の位相遅れを得ようとする場合、前述した蒸発物質の入射角を調整する方法の他にｎe 及びｎo の調整が必要となるが、この調整は、方向に偏らない膜全体としての屈折率、言い換えると複屈折を考慮しない膜の屈折率：ｎの調整方法と一致する。この屈折率：ｎの変化は、一般に▲１▼単位時間当り基板に形成される蒸着膜の膜厚（蒸着レート）、▲２▼蒸着中の圧力と導入ガスの量、▲３▼基板の温度、▲４▼イオンビームもしくはプラズマ形成の放電条件、の以上４項目が主な因子となるが、厳密にｎを任意の値に調整するのは困難であり、調整できる範囲も非常に限られるため膜厚を含めた調整が不可欠となるために、ｎの変化に合わせて膜厚を高精度に調整しなければならなくなり、製作過程が複雑となる。加えて基板上に形成される蒸着膜の屈折率を測定するためには、蒸着後にエリプソメータ等の測定器を用いなければならないために、蒸着中の屈折率に合わせた膜厚を決定するのは困難である。
【００３１】
しかし本発明では、図１に示す製造装置に設けた光学式膜厚計を用いて光量の変化を監視するため、光量の極大値と極小値から大凡の屈折率：ｎを読み取ることが可能となり、加えてこの光量変化から屈折率：ｎと膜厚：ｄの積である光学的膜厚：ｎｄを監視できるため、経験的に求められる位相遅れ（リタデーション）：Γと光学的膜厚：ｎｄの関係から、目標のｎｄに達した時に蒸着を終了すれば所望のΓを得ることが可能となる。加えてさらに高精度のΓを得ることも可能であり、この場合、上記光学式膜厚計と同等の光学系を有する複屈折量測定器の光路途中の光源２０と基板６の間と、基板６と透過光受光部２１もしくは反射光受光部２２の間の２箇所に偏光子１８を配置する。このとき各偏光子１８の光学軸は互いに直交させた状態でかつ基板６のｎo もしくはｎe となる方向と、偏光子１８の光学軸が±４５度で、各偏光子１８と基板６への光線を略垂直入射となるように配置したときに、クロスニコルの方式で蒸着中のΓを知ることが可能となり、蒸着中に所望のΓとなったときに蒸着を停止することにより、高精度の薄膜複屈折素子の製作が可能となる。尚、複屈折量測定器の光学系は透過型もしくは反射型のどちらでもよい。
【００３２】
ところで蒸発源から飛翔する蒸発物質は放射状に発散しながら蒸発するため、蒸発源からの距離が増すごとに蒸発物質の密度は広がりを持つこととなるが、図１６に示した従来の斜め蒸着における基板の配置方法では、蒸発源と基板との位置関係は蒸発物質の入射方向と基板法線を含む基板面内で距離に差が生じ、基板面内において膜厚分布を示す。
本発明の薄膜複屈折素子ではこの膜厚分布を単層膜構造で解決するために、図１に示す構成の装置を使用し、図６に示すような遊星回転機構４５により基板４７が半円状の軌跡４７ａを描くように移動させた状態で、図１に示す装置の遮蔽板開口部８から蒸発物質を基板法線２４に対し約７０度で入射させる。このとき蒸発源２に対する基板６の位置関係は、遮蔽板７の上下２箇所の開口部８の位置にきた基板６にのみ蒸発物質が入射するため、柱状構造の成長方向が図２に示す基板内でのＹ方向に限定される（但し、遮蔽板７の上側と下側の開口部位置では基板の向きは上下が逆となるため、蒸着膜は傾斜方向がＹ方向で逆向きの柱状構造が交互に重なる構造となる）。また、図１に示す装置の遮蔽板開口部８は上下方向で開口部の幅が異なり、前述した蒸発物質の密度を見かけ上均一に補正する働きを持ち、基板６に形成される斜め蒸着膜は基板面内での膜厚分布が解消され、基板表面の膜厚が一様となる。この方法で成膜された柱状組成の傾斜方向は、蒸着面と平行な面での柱状組成の成長角をβ、蒸着角をαとし、６０°≦α≦７０°の場合に、略｜β｜≦０．１５αの関係にある。
【００３３】
図１に示す装置の遮蔽板開口部８の形状は基板ホルダー９の中心を基準にθを５〜４５度の円分形状もしくは扇形とすることにより基板表面の膜厚を一様にできるが、円分の中心部を基板ホルダー９の中心より後方向に移動すれば基板の手前方向から後方向に膜厚分布の勾配を持たせることができる。
【００３４】
次に本発明の別の手段として、図１１に示す構成の製造装置を用いて斜め蒸着膜を成膜することにより、遮蔽板を用いないで基板内に膜厚分布を持たせることが可能となる。ここで、図１１は薄膜複屈折素子の斜め蒸着膜を形成する製造装置の第２の構成例を示し、製造装置内の概略構成を示す正面図である。また、図１１において符号６５は蒸着装置、６６はプラズマ源（もしくはイオン源）、６７は蒸発源（例えば、電子銃あるいは抵抗加熱源等）、６８は蒸着材、６９は基板、７０は基板ホルダー、７１は公転機構の公転冶具、７２は蒸発物質飛翔方向（蒸発源と基板間の距離：Ｌ）、７３は基板法線、７４は反応性ガス導入口である。図１１に示す装置においては、１以上の基板６９を公転機構の公転冶具７１で保持し、該公転機構の公転運動により基板６９を蒸着装置６５内で回転させた状態で、蒸着物質を蒸発させる蒸発源６７と蒸発装置内にプラズマ状態を形成するプラズマ源（もしくはイオン源）６６を用いて蒸発物質をイオン化して基板方向に飛翔させ、基板上に斜め方向から蒸発物質を入射させて斜め蒸着膜を形成するものであり、膜厚及び複屈折量の分布が制御された単層膜構造の斜め蒸着膜を形成することができる。尚、図１１の構成の場合にも、図１と同様の光学式膜厚計及び／または複屈折量測定器が必要に応じて設置されるが、これらの図示は省略する。
【００３５】
図１１において、基板６９は基板ホルダー７０を介して公転冶具７１に支持され、図示しない公転機構により円周状の回転運動を与えられる。この時、基板６９の法線に対して蒸発物質がα＝６０〜８０度傾いた方向から飛翔するように基板６９を設定する。この状態で基板上に蒸発物質を堆積させると、基板上には蒸発源方向から反蒸発源方向にかけての膜厚が薄い方向へ勾配を持った斜め蒸着膜を形成できる。
基板内における膜厚分布の勾配は、基板６９の法線７３に対する蒸発物質の飛翔方向７２の傾きと、蒸発源６７と基板６９間の距離：Ｌを変えることで調整が可能である。具体的には、基板法線７３に対する蒸発物質の飛翔する方向７２の角度：αを鋭角とし、蒸発源と基板間の距離：Ｌを長くすれば膜厚分布の勾配が緩やかとなり、前記のαを鈍角とし、Ｌを短くすれば膜厚分布の勾配をきつくすることができる。
【００３６】
ところで、本発明の薄膜複屈折素子を構成する斜め蒸着膜は異方性を持つものであれば良いが、複屈折：Δｎが大きく機械強度に優れたものがより望ましく、Ｔａ2Ｏ5，ＳｉＯ2，ＮｂＯ5，ＷＯ3，ＳｎＯ2，ＴｉＯ2等の金属酸化物系の誘電体膜は良好の結果を示す。しかし、これらの金属酸化物を蒸着材として基板上に斜め蒸着膜を形成した場合、高い内部応力により、そのままでは密着性が充分でなかったり、膜の白濁化や吸収の増加等の不具合が発生する。特に長波長域での１／４波長板もしくは１／２波長板としての複屈折量を得る場合、相当量の膜厚が必要となるために前記の問題が顕著に表れ、斜め蒸着膜が基板から剥離したり、白濁化による入射光の散乱や蒸着材が所望の組成から掛離れることによる吸収が発生し分光特性の低下等の不具合が発生する。
【００３７】
本発明では上記の問題を解決するために、通常の蒸着方式による蒸着材の蒸発に加えて、図１（あるいは図１１）に示す構成のように、蒸着装置１内にプラズマ源（もしくはイオン源）４を併用し、装置内に形成されるプラズマを積極的に活用する。具体的には蒸着装置１内を５×１０-3Ｐａ以下に減圧した状態で不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）等の導入ガスを流量制御機構を用いて３〜５０ccm の範囲内で装置内のプラズマ発生機構に供給し放電を開始する。そのときプラズマ発生機構から供給される電子との衝突により導入ガスをイオン化し、さらに図示しない中間電極等によるイオン及び電子の引き出しにより蒸着装置内にプラズマ空間を形成する。そして、上記の状態で形成されたプラズマ中に、斜め蒸着膜との反応に最適な反応性ガス、例えば酸素を反応性ガス導入口５から導入することにより、蒸着材３の蒸発物質がプラズマ中を通過するときに、反応性ガスと蒸発物質がプラズマ中の電子やイオンとの衝突によりイオン化され、かつ両者間での反応が発生し、高いエネルギー状態で基板に突入するので、導入ガスと蒸着材が結合した蒸着膜が基板上に形成される。このとき基板（基板ホルダー）には負の電荷を与えておくことで、蒸着材の蒸発物質及び反応性ガスのイオンが電気的偏位状態にある基板に対して電界の効果で激突し基板上に核を形成する。この激突の繰り返しにより極めて密着性が高く光の吸収を軽減した斜め蒸着膜の形成が可能となる。
【００３８】
しかし、基板と斜め蒸着膜の組み合わせ次第では、双方の分子間の結合力低下や、過酷な使用環境に起因する密着力の低下が問題となる場合がある。さらに基板と斜め蒸着膜の間及び反基板側の斜め蒸着膜と接する媒質（例えば空気）の間で透過光の損失があり、分光透過率が低くなるという問題がある。
そこで上記の２つの問題を解決するために、本発明では図５に示す構成の薄膜複屈折素子のように、基板４０と斜め蒸着膜４２の間にアンダーコート４１を施し、斜め蒸着膜上にオーバーコート４３を施す。このアンダーコート４１及びオーバーコート４３の材料は、基板４０と斜め蒸着膜４２及び斜め蒸着膜４２と接する媒質の各屈折率から振幅条件と位相条件から求められる屈折率と膜厚で決定する。
【００３９】
上記アンダーコートやオーバーコートとなる薄膜の形成には真空蒸着やスパッタ等による蒸着膜あるいはスピンコート等による塗膜を用いる。このとき上記振幅条件のみで形成した膜に対して、振幅条件と位相条件の両者を考慮して形成した膜では分光透過率がさらに向上する。例えば硼硅酸ガラスを基板とし、Ｔａ2Ｏ5を斜め蒸着膜として用いた場合、アンダーコート及びオーバーコートの材料はシリコン系もしくはアルミニウム系の材料が最適となる。
ここで、形成する膜の屈折率：ｎ1、光の入射する側の媒質の屈折率：ｎ0、基板の屈折率：ｎSとすると、単層膜構造の斜め蒸着膜における振幅条件は次のように表すことができる。
ｎ1＝(ｎ0・ｎS)1/2
また、中心波長：λ0、形成する膜厚：ｄ1、ｍ＝１，２，３・・・（整数）とすると、単層膜における位相条件は次のように表すことができる。
ｎ1・ｄ1＝(２ｍ−１)・λ0／４
【００４０】
一方、斜め蒸着膜が形成されない基板裏面側においても、そのままでは透過光の損失があるので、図５に示すように基板４０の裏面にも反射防止膜４４を形成することで分光透過率が向上する。この反射防止膜４４は上記と同様に振幅条件と位相条件から求められる屈折率と膜厚で決定し、真空蒸着法もしくはスパッタ法で薄膜を形成する。
【００４１】
また、斜め蒸着膜の密着性、耐環境性、光学特性及びその安定性をさらに向上させるためには、斜め蒸着膜もしくは斜め蒸着膜上の薄膜（オーバーコート）に熱処理（アニール）を施して膜の状態を改質すると良く、環境変化による複屈折量を始めとする光学特性の変動を抑えることができる。より具体的には、斜め蒸着膜もしくは斜め蒸着膜上の薄膜に、レーザー光を走査しながら照射してレーザー熱処理（レーザーアニール）を行い膜の状態を改質し、環境変化による複屈折量を始めとする光学特性の変動を抑えることにより、密着性、耐環境性、光学特性及びその安定性が向上された薄膜複屈折素子を作製することができる。
【００４２】
ところで薄膜複屈折素子の基板上に形成された斜め蒸着膜が１枚の基板内において位相差に分布を持つものであっても、斜め蒸着膜を有する基板を複数枚貼り合せることにより位相差の分布を調整することができる。すなわち、基板内における位相差の分布傾向が同じである２つの薄膜複屈折素子を貼り合せることで位相差の分布が解消されたり、あるいは位相差の分布傾向を揃えて対称の状態で２つの薄膜複屈折素子を貼り合せることで、位相差の分布の勾配をより強調した薄膜複屈折素子が製作可能である。
また、１枚の基板内における位相差の分布が小さい薄膜複屈折素子を複数貼り合せることにより、任意の位相差を有する薄膜複屈折素子の製作が可能である。
これらの薄膜複屈折素子を製作する方法としては、同時に複数の基板を成膜した物もしくは、同じ条件で異なる時期に成膜したそれらの基板を、目的に応じて基板の方向を決めて貼り合せることで可能となる。
【００４３】
具体的には、斜め蒸着膜７７の膜厚あるいは位相差分布に勾配を有する薄膜複屈折素子でも、その勾配の向きを逆向きにして２枚の薄膜複屈折素子を図１２に示す構成のように接着剤７９で貼り合せることにより、基板内の位相差が均一な薄膜複屈折素子（例えば波長板）が作製できる。ここで、図１２に示す薄膜複屈折素子は、基板７５上にアンダーコート７６、斜め蒸着膜７７、オーバーコート７８を形成し、基板裏面に反射防止膜を設けた構成の薄膜複屈折素子を２つ形成した後、位相差分布の勾配の向きを逆向きにして接着剤７９で貼り合わせたものである。この場合、１枚の基板の位相差が例えば１／１６波長の位相差を有する場合には、２枚の薄膜複屈折素子の斜め蒸着膜７７の位相差分布の勾配の向きを逆向きにして貼り合せることで、基板内の位相差が均一な１／８波長の位相差を有する薄膜複屈折素子が製作できる。
同様に図１４に示すように、図１２の構成の薄膜複屈折素子をさらに２枚以上貼り付けた構成とした場合、１／８波長に貼り付けた薄膜複屈折素子の枚数を掛け合わせた位相差を有する１／４あるいは１／２波長の位相差を有する薄膜複屈折素子の製作が可能となる。
また、成膜時に取り付けた基板の上下方向を対称とし、図１３に示す構成のように、位相差分布の勾配の向きを同方向にして貼り合せることにより、基板内の位相差が一方向に勾配を持つ薄膜複屈折素子を製作することができる。
さらに、これらの基板を貼り合せる場合に、狭帯域フィルター等の各種フィルターを基板の接合面もしくは裏面に貼り合せることにより、位相差とフィルターの機能を併せ持つ薄膜複屈折素子の製作が可能となる。また、上記のように複数の薄膜複屈折素子を貼り合せて構成した薄膜複屈折素子においても、外側に位置する基板の裏面に反射防止膜８０を形成することにより、分光透過率を向上することができる。
【００４４】
【実施例】
次に本発明の具体的な実施例について説明する。
【００４５】
（実施例１）
図１に示す構成の装置を用い、蒸発源２に蒸着材３のＴａ2Ｏ5を入れ、蒸着材３からの蒸発物質の基板への入射角αが７０°となるように基板ホルダー９に５０×５０ｍｍのガラス基板６を複数配置し、遮蔽板７の開口部８のθを２０°とし、基板ホルダー９及び遮蔽板７を矢印１１で示す回転方向に公転運動させると共に基板ホルダー９を矢印１０で示す回転方向に自転させる。これにより、基板ホルダー９上の複数の基板６は、蒸着装置１内を公転運動しながら基板ホルダー９の自転により遮蔽板７の２箇所の開口部８の位置を順次通過することになり、その開口部８の位置を通過する時に蒸発物質が斜め蒸着されることになる。このとき予め蒸着装置１内を図示されない真空排気系を用いて１×１０-4Ｐａ程度に減圧しておき、この状態からプラズマ源４に不活性ガスのＡｒを供給すると共に反応性ガス導入口５より酸素を導入した後、放電させ、装置内にプラズマ状態を形成し、例えば、電子銃からなる蒸発源２で蒸着材３を蒸発させて、基板上にＴａ2Ｏ5の斜め蒸着膜を約４μｍ形成する。蒸着中の膜厚制御は、光学式膜厚計を用いて干渉フィルターの中心波長：λを６３０ｎｍとし、ダミー用のガラス基板１７の光量変化を監視して、光学的膜厚：ｎｄが３３λとなった時点で蒸着を終了した。このようにして製作された薄膜複屈折素子は膜厚及び複屈折量が均一な単層膜構造の斜め蒸着膜を有し、１／４波長板として使用できる。
この薄膜複屈折素子をエリプソメータを用いて位相差：Δを測定した結果、Δ＝９０．４６°（波長：λ＝６３３ｎｍ）の測定結果が得られた。
【００４６】
（実施例２）
実施例１の基板と斜め蒸着膜の間に予めアンダーコートとしてＳｉＯを略９３ｎｍの厚さに形成し、実施例１と同一の方法と条件でＴａ2Ｏ5の斜め蒸着膜を形成し、その上にオーバーコートとしてＳｉＯ2を略１０８ｎｍの厚さに形成した。さらに基板のＴａ2Ｏ5蒸着膜とは反対の面に３層反射防止膜を形成した（図５の構成）。
この薄膜複屈折素子を実施例１と同じ方法で位相差：Δを測定した結果、Δ＝９２．４３°の結果が得られた。
また、この薄膜複屈折素子の基板法線方向から垂直に光を入射し、分光透過率を測定した結果、λ＝６３３ｎｍで約９７％Ｔ以上の結果が得られた。
さらに、この薄膜複屈折素子を６０〜８５℃、９０％ＲＨの温・湿度雰囲気中に２００時間以上放置したが、蒸着膜の剥離は見られず、テープ試験においても放置前と何ら変わるものではなかった。
【００４７】
（実施例３）
実施例１または２の方法でＴａ2Ｏ5蒸着膜の膜厚を約８μｍに形成した。この薄膜複屈折素子は１／２波長板として使用できる。
この薄膜複屈折素子を実施例１と同じ方法で位相差：Δを測定した結果、Δ＝１７９．３５°の結果が得られた。
【００４８】
（実施例４）
実施例２の方法で製作された薄膜複屈折素子にレーザーアニールによる熱処理を実施した。具体的には、斜め蒸着膜上のオーバーコートにレーザー光を走査しながら照射してレーザーアニールを行い、膜の状態を改質した。
このレーザーアニール後の薄膜複屈折素子をダイシング装置を使用して５０×５０ｍｍから５×５ｍｍに切断したが、蒸着膜の剥離や位相差の変動は見られなかった。
さらに、５×５ｍｍに切断した薄膜複屈折素子を６０〜８５℃、９０％ＲＨの温・湿度雰囲気中に５００時間放置したが、蒸着膜の剥離や位相差の変動は見られなかった。
【００４９】
（実施例５）
実施例１または２または３で製作された薄膜複屈折素子を所望の大きさに切断し、図９の（ａ）に示す形状のプリズム５３の光の入射面と出射面に、位相差１／４波長の薄膜複屈折素子５４と位相差１／２波長の薄膜複屈折素子５５として配置し、図９の（ｂ）に示すプリズム正面５６から見た光学軸方向５７及び５８に合わせて各々貼り付けた。この薄膜複屈折素子５４，５５を貼り付けたプリズム５３は、２ビーム合成プリズムとして使用できる。
【００５０】
（実施例６）
実施例１または２または３と同一の方法で、ガラス基板の代わりに図９の（ａ）に示す形状のプリズム５３の光の入射面と出射面に直接、符号５４で示す位相差１／４波長の斜め蒸着膜を形成した後、符号５５で示す位相差１／２波長の斜め蒸着膜を形成する。そのとき図９の（ｂ）に示すプリズム正面５６から見た光学軸５７及び５８の方向が基板ホルダーの外周部と中心部を結ぶ線と平行となるように各々配置する。この位相差１／４波長と１／２波長の斜め蒸着膜５４，５５を形成したプリズム５３は、一体型の複合素子として波長板の機能を有する２ビーム合成プリズムとして使用できる。
【００５１】
（実施例７）
実施例１または２と同様の方法で、ガラス基板の代わりに図１０（ａ）に示す偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）面６２を有するプリズム５９の一面に直接、符号６０で示す位相差１／４波長の斜め蒸着膜を形成する。そのとき図１０の（ｂ）に示す光学軸６３の方向が図１に示す装置の基板ホルダー９の外周部と中心部を結ぶ線と平行となるように配置する。この位相差１／４波長の斜め蒸着膜６０を形成したプリズム５９は、一体型の複合素子として波長板の機能を有するＰＢＳプリズムとして使用でき、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザーディスク（ＬＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体６１からの反射光を光源からの光束と分離する偏光分離素子として光ディスクドライブの光ピックアップ等に応用することができる。
【００５２】
（実施例８）
実施例２と同様の方法で基板７５上にアンダコート７６、斜め蒸着膜７７、オーバーコート７８を形成した薄膜複屈折素子（図５の構成）を２枚用い、図１５に示すように斜め蒸着膜７７側を向い合わせて接着剤７９を用いて貼り合せた。この薄膜複屈折素子の位相差：Δをエリプソメータを用いて測定した結果、Δ＝１７９．８３°の結果が得られた。この薄膜複屈折素子は１／２波長板として利用できる。
また、この薄膜複屈折素子を、６０〜８５℃、９０％ＲＨの温・湿度雰囲気中に２００時間放置したが、剥離や位相差：Δの変化は見られなかった。
【００５３】
（実施例９）
図１１に示す構成の装置を用い、蒸発源６７に蒸着材６８としてＴａ2Ｏ5を入れ、蒸着材６８からの蒸発物質の基板への入射角αが７０°となるように基板ホルダー７０に予めアンダーコートを形成した５０×５０ｍｍのガラス基板６９を数枚配置し、公転機構で公転冶具７１を回転させる。このとき予め装置内を図示されない真空排気系を用いて１×１０-4Ｐａ程度に減圧しておき、この状態からプラズマ源６６に不活性ガスのＡｒを供給すると共に反応性ガス導入口７４より酸素を導入した後、放電させ、装置内にプラズマ状態を形成し、例えば、電子銃からなる蒸発源６７で蒸着材３を蒸発させ、基板上にＴａ2Ｏ5の蒸着膜を約２μｍ形成し、さらにＴａ2Ｏ5の蒸着膜上にオーバーコートを形成した。
このような作製方法で成膜中における基板ホルダー７０への固定方法を非対称にして膜厚に変化を持たせた斜め蒸着膜７７を有する薄膜複屈折素子を２枚作製し、この２枚の薄膜複屈折素子を、図１２に示す構成のように各蒸着膜側を向い合わせて接着剤７９で貼り合せた。この薄膜複屈折素子は１／４波長板として利用できる。
この薄膜複屈折素子の位相差：Δをエリプソメータで測定した結果、基板中心部の位相差はΔ＝９０．０２°（波長：λ＝６３３ｎｍ）であり、基板中心部と外周部のΔの差が２％以内という測定結果が得られた。
また、この薄膜複屈折素子を、６０〜８５℃、９０％ＲＨの温・湿度雰囲気中に２００時間放置したが、剥離や位相差：Δの変化は見られなかった。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の薄膜複屈折素子は、膜厚及び複屈折量が制御された単層膜構造の斜め蒸着膜を有するので、加工コストが安く、量産が可能であり、且つ光学特性が向上された薄膜複屈折素子を提供することができる。また、基板表面と上記斜め蒸着膜の間もしくは上記斜め蒸着膜上のいずれか一方もしくは両方に、密着性、耐環境性及び光学特性を向上させることを目的とする薄膜（アンダーコート膜またはオーバーコート膜）を有する構成とすることにより、斜め蒸着膜の剥離及び白濁・吸収を防止し、密着性と光学特性・耐環境性を向上させた薄膜複屈折素子を提供することができる。さらに、上記斜め蒸着膜もしくは斜め蒸着膜上の薄膜に熱処理（アニール）を施して膜の状態を改質し、環境変化による複屈折量を始めとする光学特性の変動を抑えた構成とすることにより、密着性、耐環境性、光学特性及びその安定性が向上された薄膜複屈折素子を提供することができる。さらにまた、基板上に単層膜構造の斜め蒸着膜を形成した薄膜複屈折素子、あるいは基板表面と斜め蒸着膜の間もしくは斜め蒸着膜上のいずれか一方もしくは両方に薄膜（アンダーコート膜またはオーバーコート膜）を有する構成の薄膜複屈折素子、あるいは斜め蒸着膜もしくは斜め蒸着膜上の薄膜に熱処理（アニール）を施して膜の状態を改質し、環境変化による複屈折量を始めとする光学特性の変動を抑えた構成の薄膜複屈折素子を、２個以上貼り合わせた構成とすることにより、密着性、耐環境性、光学特性及びその安定性がより一層向上された薄膜複屈折素子を提供することができる。
【００５５】
本発明の薄膜複屈折素子の製造方法によれば、膜厚及び複屈折量が制御された単層膜構造の斜め蒸着膜を形成することができるので、同一基板内での複屈折量の誤差を少なくさせた薄膜複屈折素子、もしくは基板内に任意の勾配を持たせた複屈折量を精度良く発現させた薄膜複屈折素子を製作することができる。また、密着性などの機械的強度に優れ、吸収の少ない光の利用効率の高い分光特性を有する斜め蒸着膜を単層構造で形成するため、生産性に優れ、かつ所望の複屈折量を精度良く達成できるため、各種光学系の幅広い波長への対応が可能な薄膜複屈折素子を製作できる。加えてレンズやプリズム等の光学素子へ直接蒸着して斜め蒸着膜を形成することもできるので、複屈折機能を有する複合素子の製作が可能となり、各種光学素子のさらなる小型化が可能となる。また、基板表面と斜め蒸着膜の間もしくは斜め蒸着膜上のいずれか一方もしくは両方に、密着性、耐環境性及び光学特性を向上させることを目的とする薄膜（アンダーコート膜またはオーバーコート膜）を蒸着膜や塗膜により形成することにより、斜め蒸着膜の剥離及び白濁・吸収を防止し、密着性と光学特性・耐環境性を向上させた薄膜複屈折素子を製作することができる。さらに、斜め蒸着膜もしくは斜め蒸着膜上の薄膜に、レーザー光を走査しながら照射してレーザー熱処理（レーザーアニール）を行い膜の状態を改質し、環境変化による複屈折量を始めとする光学特性の変動を抑えることにより、密着性、耐環境性、光学特性及びその安定性が向上された薄膜複屈折素子を製作することができる。また、斜め蒸着膜もしくは斜め蒸着膜上の薄膜にレーザーアニールを施すことにより、チップ化に伴う切断時の切削液の浸透による複屈折特性の変動を抑止することができる。さらにまた、基板上に単層膜構造の斜め蒸着膜を形成した薄膜複屈折素子、あるいは基板表面と斜め蒸着膜の間もしくは斜め蒸着膜上のいずれか一方もしくは両方に薄膜（アンダーコート膜またはオーバーコート膜）を有する構成の薄膜複屈折素子、あるいは斜め蒸着膜もしくは斜め蒸着膜上の薄膜に、レーザー光を走査しながら照射してレーザー熱処理（レーザーアニール）を行い膜の状態を改質し環境変化による複屈折量を始めとする光学特性の変動を抑えた薄膜複屈折素子を製作した後、これらの薄膜複屈折素子を２個以上接着剤で貼り合わせることにより、密着性、耐環境性、光学特性及びその安定性がより一層向上された薄膜複屈折素子を製作することができる。
【００５６】
本発明の薄膜複屈折素子の製造装置によれば、膜厚及び複屈折量が制御された単層膜構造の斜め蒸着膜を形成することができ、さらには、斜め蒸着膜の膜厚及び複屈折量を均一な状態に制御することや、あるいは、斜め蒸着膜の基板内の位置と複屈折量の関係が勾配を持って分布するように制御することができるので、同一基板内での複屈折量の誤差を少なくさせた薄膜複屈折素子、もしくは基板内に任意の勾配を持たせた複屈折量を精度良く発現させた薄膜複屈折素子を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜複屈折素子の斜め蒸着膜を形成する製造装置の第１の構成例を示す図であって、（ａ）は製造装置内の概略構成を示す正面図、（ｂ）は製造装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明に係る薄膜複屈折素子の斜め蒸着膜を形成する際の、基板法線に対する蒸発物質の入射角αと基板の関係を示す図である。
【図３】図２のＹ方向側面から見た図であって、基板に対する蒸発物質の入射と斜め蒸着膜の柱状構造を模式的に示す図である。
【図４】図２のＸ方向側面から見た図であって、基板に対する蒸発物質の入射と斜め蒸着膜の柱状構造を模式的に示す図である。
【図５】本発明による薄膜複屈折素子の膜構造の一例を示す要部断面図である。
【図６】図１に示す製造装置に具備される遊星回転機構と該機構における基板移動の軌跡の例を示す図である。
【図７】直線偏光の成分状態を示す図である。
【図８】直線偏光が複屈折素子を通過した後の位相遅れを示す図である。
【図９】本発明の実施例４及び５の光学素子（２ビーム合成プリズム）を示す図であって、（ａ）は光学素子の平面図、（ｂ）は光学素子の側面図である。
【図１０】本発明の実施例６の光学素子（波長板の機能を有するＰＢＳプリズム）を示す図であって、（ａ）は光学素子の平面図、（ｂ）は光学素子の側面図である。
【図１１】本発明に係る薄膜複屈折素子の斜め蒸着膜を形成する製造装置の第２の構成例を示す概略構成図である。
【図１２】本発明に係る２つの薄膜複屈折素子を基板内の位相差が均一となるように貼り合せた構成の薄膜複屈折素子の要部断面図である。
【図１３】本発明に係る２つの薄膜複屈折素子を基板内の位相差が勾配を持つように貼り合せた構成の薄膜複屈折素子の要部断面図である
【図１４】本発明に係る複数の薄膜複屈折素子を基板内の位相差が均一となるように貼り合せた構成の薄膜複屈折素子の要部断面図である。
【図１５】本発明の実施例７の薄膜複屈折素子の構成例を示す要部断面図である。
【図１６】従来の斜め蒸着膜を形成する装置の一例を示す図であって、（ａ）蒸着膜形成装置の正面図、（ｂ）は蒸着膜形成装置の側面図である。
【符号の説明】
１      蒸着装置
２      蒸発源
３      蒸着材
４      プラズマ源（もしくはイオン源）
５      反応性ガス導入口
６      基板
７      遮蔽板
８      遮蔽板の開口部
９      基板ホルダー
１０    基板ホルダーの自転方向
１１    基板ホルダーの公転方向及び遮蔽板の回転方向
１２    シャッター板
１３    監視窓
１４    膜厚計の光源
１５    膜厚計の受光部
１６    膜厚計の反射鏡
１７    ダミー基板
１８    複屈折測定器の偏光子
１９    複屈折測定器の反射鏡
２０    複屈折測定器の光源
２１    複屈折測定器の透過光受光部
２２    複屈折測定器の反射光受光部
２３    蒸発物質の飛翔方向
２４    基板法線
２９    基板
３０    蒸着材
３１    基板法線
３２    基板
３３    基板法線
３４    蒸発物質入射方向
３５    斜め蒸着膜
３６    基板
３７    基板法線
３８    蒸発物質入射方向
３９    斜め蒸着膜
４０    基板
４１    アンダーコート
４２    斜め蒸着膜
４３    オーバーコート
４４    反射防止膜
４５    遊星回転機構
４６    基板ホルダー
４７    基板
４７ａ  基板の軌跡
４８    Ｙ方向の電気的振動成分
４９    Ｘ方向の電気的振動成分
５０    Ｙ方向の電気的振動成分
５１    Ｘ方向の電気的振動成分
５３    プリズム
５４    位相差１／４波長の薄膜複屈折素子
５５    位相差１／２波長の薄膜複屈折素子
５６    プリズム正面
５７    薄膜複屈折素子の光学軸
５８    薄膜複屈折素子の光学軸
５９    ＰＢＳプリズム
６０    位相差１／４波長の薄膜複屈折素子
６１    記録媒体
６２    ＰＢＳ面
６３    薄膜複屈折素子の光学軸
６５    蒸着装置
６６    プラズマ源（もしくはイオン源）
６７    蒸発源
６８    蒸着材
６９    基板
７０    基板ホルダー
７１    公転機構の公転冶具
７２    蒸発物質の飛翔方向
７３    基板法線
７４    反応性ガス導入口
７５    基板
７６    アンダーコート
７７    斜め蒸着膜
７８    オーバーコート
７９    接着層（接着剤）
８０    反射防止膜
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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