(57)【要約】【課題】分極反転構造の位置および形状を、容易かつ精度良く検査する。【解決手段】分極反転構造１０を有する光学素子１を検査する分極反転構造検査方法では、まず、光学素子１において、分極反転構造１０の分域壁１３と交差する対象表面１４に化学的機械研磨が行われ、分極反転構造１０に対応する凹凸構造１５が対象表面１４に形成される。続いて、対象表面１４上に、金属である被覆材料が付与され、凹凸構造１５が被覆材料により被覆される。次に、対象表面１４の被覆材料が付与された領域に対して化学的機械研磨が行われ、凹凸構造１５のうち凹部のみに被覆材料の被膜２２が残置される。そして、凹凸構造１５が光学的に観察される。これにより、光学素子１に設けられた分極反転構造１０の位置および形状を、被膜２２が設けられない場合に比べて、容易かつ精度良く検査することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分極反転構造を有する対象物を検査する分極反転構造検査方法であって、
ａ）分極反転構造を有する対象物において、前記分極反転構造の分域壁と交差する対象表面に化学的機械研磨を行い、前記分極反転構造に対応する凹凸構造を前記対象表面に形成する工程と、
ｂ）前記対象表面上に金属である被覆材料を付与して前記凹凸構造を被覆する工程と、
ｃ）前記対象表面の前記被覆材料が付与された領域に対して化学的機械研磨を行い、前記凹凸構造のうち凹部のみに前記被覆材料の被膜を残置する工程と、
ｄ）前記凹凸構造を光学的に観察する工程と、
を備えることを特徴とする分極反転構造検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の分極反転構造検査方法であって、
前記ｄ）工程よりも後に、前記対象表面の前記凹凸構造が配置された領域に対して研磨を行い、前記凹部内の前記被膜を除去する工程を、さらに備えることを特徴とする分極反転構造検査方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の分極反転構造検査方法であって、
前記被覆材料が、クロムまたはチタンであることを特徴とする分極反転構造検査方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の分極反転構造検査方法であって、
前記ｄ）工程における観察が顕微鏡による観察であり、
前記顕微鏡が、
接眼レンズと、
対物レンズと、
光源と、
前記光源からの光を前記凹凸構造へと導き、前記凹凸構造にて反射された光、または、前記凹凸構造を透過した光を前記接眼レンズへと導く観察光学系と、
を備え、
前記観察光学系の光路上に、微分干渉観察法または位相差観察法に利用される位相板が配置されないことを特徴とする分極反転構造検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分極反転構造を有する対象物を検査する分極反転構造検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電界により屈折率が変化する材料である電気光学結晶に周期的な分極反転構造を設けた光学素子が利用されている。分極反転構造では、電界が付与された際に発生する分極の向きが反対である２種類の分極部が交互に配列されている。このような光学素子を形成する際には、分極反転構造が所望の位置に所望の形状で形成されているか否かを確認するための検査が行われる。
【０００３】
このような検査の１つとして、エッチングを利用する検査方法が知られている。当該検査方法では、まず、分極反転構造の分域壁が存在する結晶表面に対して、フッ酸等の強酸性溶液または強塩基性溶液によるエッチングが行われる。分極反転構造では、分極の向きによりエッチング速度が異なるため、上記エッチングにより、分極の向きが異なる分極部間の境界（すなわち、分域壁）に対応する物理的な段差が結晶表面に形成される。そして、当該段差を顕微鏡等により観察することにより、分極反転構造の各分極部の位置および形状の検査が行われる。
【０００４】
また、特許文献１では、分極反転構造の分域壁が存在する結晶表面に対して化学的機械研磨（ＣＭＰ：chemical mechanical polishing）を施した後、化学的機械研磨が施された被加工面に生じる微小段差を、顕微鏡等により観察して分極反転構造の検査を行う技術が提案されている。特許文献１の方法によれば、化学的機械研磨を行うことにより、強酸性溶液等を使用することなく、分域壁に対応する微小段差が被加工面に形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−７２２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述の電気光学結晶では、分極反転構造が形成される部位は光を透過するため、結晶表面に形成された上記段差を通常の顕微鏡等で精度良く観察することは難しい。したがって、段差の観察には、微分干渉顕微鏡や位相差顕微鏡等が利用される。しかしながら、特許文献１のような方法で結晶表面上に形成された微小段差は、上述のエッチングにより形成された段差に比べて小さいため、微分干渉顕微鏡や位相差顕微鏡等を利用した場合であっても、当該微小段差を精度良く観察することは容易ではない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、分極反転構造の位置および形状を、容易かつ精度良く検査することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、分極反転構造を有する対象物を検査する分極反転構造検査方法であって、ａ）分極反転構造を有する対象物において、前記分極反転構造の分域壁と交差する対象表面に化学的機械研磨を行い、前記分極反転構造に対応する凹凸構造を前記対象表面に形成する工程と、ｂ）前記対象表面上に金属である被覆材料を付与して前記凹凸構造を被覆する工程と、ｃ）前記対象表面の前記被覆材料が付与された領域に対して化学的機械研磨を行い、前記凹凸構造のうち凹部のみに前記被覆材料の被膜を残置する工程と、ｄ）前記凹凸構造を光学的に観察する工程とを備える。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の分極反転構造検査方法であって、前記ｄ）工程よりも後に、前記対象表面の前記凹凸構造が配置された領域に対して研磨を行い、前記凹部内の前記被膜を除去する工程を、さらに備える。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の分極反転構造検査方法であって、前記被覆材料が、クロムまたはチタンである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の分極反転構造検査方法であって、前記ｄ）工程における観察が顕微鏡による観察であり、前記顕微鏡が、接眼レンズと、対物レンズと、光源と、前記光源からの光を前記凹凸構造へと導き、前記凹凸構造にて反射された光、または、前記凹凸構造を透過した光を前記接眼レンズへと導く観察光学系とを備え、前記観察光学系の光路上に、微分干渉観察法または位相差観察法に利用される位相板が配置されない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、分極反転構造の位置および形状を、容易かつ精度良く検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一の実施の形態に係る分極反転構造検査方法の流れを示す図である。
【図２】光学素子の断面図である。
【図３】光学素子の断面図である。
【図４】光学素子の断面図である。
【図５】光学素子の断面図である。
【図６】光学素子の断面図である。
【図７】顕微鏡の構成を示す図である。
【図８】他の顕微鏡の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る分極反転構造を有する対象物を検査する分極反転構造検査方法の流れを示す図である。また、図２ないし図６は、当該対象物の検査途上の様子を示す図である。図１に示す分極反転構造検査方法により検査される対象物は、例えば、分極反転構造を有する光学素子または基板である。以下では、当該対象物は、図２ないし図６に示すように、分極反転構造１０を有する光学素子１であるものとして説明する。
【００１５】
光学素子１は、電界により屈折率が変化する材料である電気光学結晶にて形成された薄板状の（すなわち、スラブ状の）部材である。光学素子１は、例えば、ＳＬＴ（定比組成タンタル酸リチウム）の単結晶にて形成される。光学素子１は、電界により結晶内に分極が発生して屈折率が変化する他の材料にて形成されてもよい。例えば、ＬＴ（タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３））の単結晶、または、ＬＮ（ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３））の単結晶により、光学素子１が形成されてもよい。
【００１６】
図２ないし図６は、光学素子１の表面近傍の一部を示す断面図である。図２ないし図６では、光学素子１の断面の平行斜線の図示を省略している。図２に示すように、光学素子１は、複数の第１分極部１１と複数の第２分極部１２とが所定の分極部配列方向（すなわち、図２中の左右方向であるＸ方向）に交互に配列された周期的な分極反転構造１０を有する。複数の第１分極部１１および複数の第２分極部１２は、分極部配列方向に垂直なＹ方向に延びる帯状の部位である。以下の説明では、第１分極部１１と第２分極部１２との間にてＹ方向に拡がる境界面を「分域壁１３」と呼び、図中では二点鎖線にて示す。
【００１７】
第１分極部１１と第２分極部１２とでは、結晶軸の向きが反対であるため、分極反転構造１０にＺ方向の電界が付与された際に発生する分極の向きが反対となる。図２ないし図６では、各分極部の分極の向きを矢印にて示す。図中において下向きの矢印を付す部位が第１分極部１１であり、上向きの矢印を付す部位が第２分極部１２である。光学素子１の分極反転構造１０は、分極反転構造１０が形成される前の光学素子１の第１分極部１１となる予定の部位に、非常に高いＺ方向の電圧を印加して第１分極部１１となる予定の部位の分極の向きを反転させることにより形成される。
【００１８】
分極反転構造１０を有する光学素子１が検査される際には、まず、光学素子１において分極反転構造１０の分域壁１３と交差する対象表面１４に対して、弱塩基性溶液または弱酸性溶液を用いた化学的機械研磨（ＣＭＰ：chemical mechanical polishing）が行われる。対象表面１４は、Ｚ方向に略垂直な平面であり、図２中における光学素子１の上面である。対象表面１４に化学的機械研磨が行われることにより、図３に示すように、分極反転構造１０に対応する微小な凹凸構造１５が、対象表面１４上に形成される（ステップＳ１１）。換言すれば、分極反転構造１０の複数の分域壁１３に対応する複数の微小段差（例えば、数十ｎｍ（ナノメートル）の段差）が対象表面１４に形成される。図３に示す例では、対象表面１４の第１分極部１１に対応する領域に凹部が形成され、対象表面１４の第２分極部１２に対応する領域に凸部が形成される。
【００１９】
続いて、図４に示すように、対象表面１４上に被覆材料が付与され、対象表面１４の凹凸構造１５が被覆材料の層である被覆材料層２１により被覆される（ステップＳ１２）。当該被覆材料は、例えば、金属である。図４に示す例では、被覆材料は、クロム（Ｃｒ）またはチタン（Ｔｉ）である。被覆材料層２１の厚さは、例えば数十ｎｍである。凹凸構造１５は、略全域に亘って被覆材料層２１により被覆され、被覆材料層２１から露出しない。換言すれば、被覆材料層２１の上面（すなわち、（＋Ｚ）側の表面）は、凹凸構造１５の凸部の上面よりも、凹凸構造１５の略全域に亘って上方に位置する。被覆材料層２１は、例えば、真空蒸着により被覆材料を対象表面１４に付着させることにより形成される。
【００２０】
次に、対象表面１４の被覆材料が付与された領域、すなわち、被覆材料層２１の略全面に対して、化学的機械研磨が行われる。これにより、図５に示すように、凹凸構造１５のうち凹部のみ（すなわち、分極反転構造１０の第１分極部１１の上方のみ）に被覆材料の被膜２２が残置される（ステップＳ１３）。また、凸部の上面（すなわち、第２分極部１２の上面）は、略全面に亘って被覆材料から露出する。ステップＳ１３における化学的機械研磨では、図４に示す凹凸構造１５の凸部の上端部（すなわち、（＋Ｚ）側の一部）が、被覆材料層２１と共に除去される。このため、図５に示すように、ステップＳ１３の終了後における凹凸構造１５の凹部は、ステップＳ１１にて形成された直後の凹凸構造１５（図３参照）の凹部よりも浅い。
【００２１】
被覆材料層２１に対する化学的機械研磨が終了すると、光学素子１の凹凸構造１５が、作業者により光学的に観察される（ステップＳ１４）。ステップＳ１４における光学素子１の観察は、例えば、図７に示す顕微鏡３による観察である。顕微鏡３は、落射照明式の反射型顕微鏡である。顕微鏡３は、接眼レンズ３１と、対物レンズ３２と、光源３３と、観察光学系３４と、ステージ３５とを備える。ステージ３５は、光学素子１を支持する。接眼レンズ３１、対物レンズ３２、光源３３および観察光学系３４は、ステージ３５の上方に配置される。観察光学系３４は、光源３３からの光を対物レンズ３２を介して凹凸構造１５へと導き、凹凸構造１５にて反射された光を観察光学系３４を介して接眼レンズ３１へと導く。顕微鏡３は、いわゆる通常の金属顕微鏡であり、観察光学系３４の光路上には、微分干渉観察法または位相差観察法に利用される位相板は配置されない。
【００２２】
図５に示すように、凹凸構造１５では、第１分極部１１に対応する凹部は被覆材料の被膜２２により覆われており、第２分極部１２に対応する凸部の上面（すなわち、（＋Ｚ）側の表面）は、周囲の被覆材料から露出している。換言すれば、第１分極部１１に対応する領域の上面は被覆材料（例えば、クロムまたはチタン）により形成され、第２分極部１２に対応する領域の上面は電気光学結晶（例えば、ＳＬＴ）により形成される。被覆材料の反射率と電気光学結晶の反射率とは異なるため、顕微鏡３により凹凸構造１５を観察することにより、被覆材料の複数の被膜２２の位置および形状、並びに、複数の被膜２２以外の領域（すなわち、電気光学結晶の露出部）の位置および形状を容易かつ精度良く取得することができる。その結果、光学素子１に設けられた分極反転構造１０の第１分極部１１および第２分極部１２の位置および形状（換言すれば、分域壁１３の位置および形状）を、被膜２２が設けられない場合に比べて、容易かつ精度良く検査することができる。
【００２３】
ステップＳ１４では、図７に示す顕微鏡３に代えて、図８に示す透過型の顕微鏡３ａを利用して、光学素子１の凹凸構造１５（図５参照）が光学的に観察されてもよい。顕微鏡３ａは、接眼レンズ３１と、対物レンズ３２と、光源３３と、観察光学系３４ａと、ステージ３５とを備える。ステージ３５は、光学素子１を支持する。接眼レンズ３１および対物レンズ３２は、ステージ３５の上方に配置され、光源３３はステージ３５の下方に配置される。観察光学系３４ａは、ステージ３５の上方および下方に配置される。観察光学系３４ａは、光源３３からの光を光学素子１の下方から凹凸構造１５へと導き、凹凸構造１５を透過して対物レンズ３２を通過した光を接眼レンズ３１へと導く。顕微鏡３ａでは、図７に示す顕微鏡３と同様に、観察光学系３４ａの光路上には、微分干渉観察法または位相差観察法に利用される位相板は配置されない。
【００２４】
図５に示す凹凸構造１５では、上述のように、第１分極部１１に対応する凹部は被覆材料の被膜２２により覆われており、第２分極部１２に対応する凸部には被覆材料は存在しない。被覆材料の被膜２２は非常に薄いため、光学素子１の下方から照射される光源３３からの光を透過するが、被膜２２の光の透過率と、被膜２２が存在しない凸部の光の透過率（すなわち、電気光学結晶の光の透過率）とは異なる。このため、顕微鏡３ａにより凹凸構造１５を観察することにより、被覆材料の複数の被膜２２の位置および形状、並びに、複数の被膜２２以外の領域の位置および形状を容易かつ精度良く取得することができる。その結果、図７に示す顕微鏡３により凹凸構造１５を観察する場合と同様に、光学素子１に設けられた分極反転構造１０の第１分極部１１および第２分極部１２の位置および形状（すなわち、分域壁１３の位置および形状）を、被膜２２が設けられない場合に比べて、容易かつ精度良く検査することができる。
【００２５】
上述の光学素子１の分極反転構造検査方法（ステップＳ１１〜Ｓ１４）では、被膜２２を形成する被覆材料としてクロムまたはチタンが利用される。クロムおよびチタンは、光学素子１を形成する電気光学結晶に対する高い付着性を有する。このため、被膜２２を凹凸構造１５の凹部に容易かつ強固に密着させることができる。また、クロムおよびチタンの光の反射率は、光学素子１を形成する電気光学結晶の反射率と大きく異なるため、ステップＳ１４において反射型の顕微鏡３を使用する場合、被膜２２の存在する領域と存在しない領域とを容易かつ精度良く判別することができる。その結果、分極反転構造１０の検査精度を向上することができる。さらに、クロムおよびチタンの光の透過率は、光学素子１を形成する電気光学結晶の透過率と大きく異なるため、ステップＳ１４において透過型の顕微鏡３ａを使用する場合も、被膜２２の存在する領域と存在しない領域とを容易かつ精度良く判別することができる。その結果、分極反転構造１０の検査精度を向上することができる。
【００２６】
上述のように、光学素子１の検査に利用される顕微鏡３，３ａでは、観察光学系３４，３４ａの光路上に、微分干渉観察法または位相差観察法に利用される位相板が配置されない。このように、上述の光学素子１の分極反転構造検査方法（ステップＳ１１〜Ｓ１４）では、微分干渉顕微鏡や位相差顕微鏡を利用することなく、比較的低コストの通常の顕微鏡３，３ａを利用して、分極反転構造１０の高精度な検査を行うことができる。
【００２７】
ステップＳ１４が終了すると、光学素子１において、対象表面１４の凹凸構造１５が配置された領域に対して研磨が行われ、図６に示すように、凹部内の被覆材料の被膜２２が除去される（ステップＳ１５）。ステップＳ１５における対象表面１４の研磨は、例えば、ダイヤモンド砥粒等を用いた機械研磨であってもよく、化学的機械研磨であってもよい。ステップＳ１５では、凹凸構造１５の凸部も研磨されて除去される。これにより、分極反転構造１０を有するとともに対象表面１４がおよそ平坦な検査済みの光学素子１を準備することができる。
【００２８】
上述の分極反転構造検査方法では、様々な変更が可能である。
【００２９】
被覆材料層２１を形成する被覆材料は、必ずしもクロムまたはチタンには限定されず、例えば、スズ（Ｓｎ）や金（Ａｕ）等の他の金属が利用されてもよい。被覆材料は、光学素子１への良好な付着性を有するものが好ましい。被覆材料層２１の形成方法は、必ずしも真空蒸着には限定されず、例えば、対象表面１４に対する被覆材料のスパッタリングにより、被覆材料層２１が形成されてもよい。あるいは、溶融させた被覆材料を凹凸構造１５上に流し込むことにより、被覆材料層２１が形成されてもよい。
【００３０】
ステップＳ１４における凹凸構造１５の光学的な観察は、明視野観察により行われてもよく、暗視野観察により行われてもよい。
【００３１】
ステップＳ１５における被膜２２の除去はステップＳ１４よりも後に行われるのであればよく、例えば、ステップＳ１４とステップＳ１５との間に他の工程が行われてもよい。また、ステップＳ１１〜Ｓ１４に示す上記検査工程よりも後に、光学素子１に対する他の処理等において対象表面１４の研磨等が行われる予定がある場合、ステップＳ１５における被膜２２の除去は行われなくてもよい。
【００３２】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【００３３】
１    光学素子
３，３ａ    顕微鏡
１０    分極反転構造
１１    第１分極部
１２    第２分極部
１３    分域壁
１４    対象表面
１５    凹凸構造
２１    被覆材料層
２２    被膜
３１    接眼レンズ
３２    対物レンズ
３３    光源
３４，３４ａ    観察光学系
３５    ステージ
Ｓ１１〜Ｓ１５    ステップ
【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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