(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交する２つの偏光成分を分離するため、透明基板上に入射光の異なる振動面に対し屈折率が異なる有機複屈折膜を接着し、この有機複屈折膜に周期的な凹凸格子（以下、回折格子と記述する）を形成し、この回折格子の凹み部分に等方性の接着剤を充填し、該回折格子上に対向透明基板を接着し、前記有機複屈折膜を接着する透明基板に応力を有するコーティング膜を設けた偏光分離素子の製造方法において、
前記有機複屈折膜をＵ字形状に変形する工程と、
該有機複屈折膜を透明基板に接着する際、ＣＣＤレーザー変位計を用いて前記有機複屈折膜のＵ字形状及び透明基板上の接着剤の凸形状の頂点位置情報を取得する工程と、
前記有機複屈折膜のＵ字形状の頂点を接着剤の凸形状の頂点に位置合わせを行い、前記有機複屈折膜のＵ字形状の頂点と接着剤の凸形状の頂点との一つの接触点において接触させる工程と、
前記接触点から全体に接触面を広げることにより接着する工程と、
を含むことを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の偏光分離素子の製造方法において、
前記コーティング膜の応力は引張り応力とし、該コーティング膜の応力により透明基板に反りを発生させることを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の偏光分離素子の製造方法において、
前記コーティング膜として、透明基板の屈折率と同等もしくはそれより小さい屈折率を有する単層または多層のコーティング膜、あるいは単層または透明基板より小さい屈折率と大きい屈折率との多層の反射防止膜を形成することを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１，２または３記載の偏光分離素子の製造方法において、
前記透明基板のコーティング膜を設けた面とは反対側の面に有機複屈折膜を接着することを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の偏光分離素子の製造方法において、
前記有機複屈折膜は、延伸により分子鎖を配向させた高分子膜としたことを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の偏光分離素子の製造方法において、
前記コーティング膜の応力を前記有機複屈折膜の熱収縮応力と均衡するよう制御することを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載の偏光分離素子の製造方法において、
前記有機複屈折膜を透明基板に接着する工程では、紫外線を有機複屈折膜側から照射することを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の偏光分離素子の製造方法において、
前記有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着装置の透明基板を載置固定する装置形状を、透明基板のコーティング膜側表面形状と相似形としたことを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の偏光分離素子の製造方法において、
前記有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着装置の有機複屈折膜を加圧する装置形状を、透明基板のコーティング膜とは反対側の表面形状と相似形としたことを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生産性が良く、信頼性の高い偏光分離素子とその製造方法に関し、特に接着に特徴を有する偏光分離素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
偏光分離素子に関する従来技術として、特開昭６３−３１４５０２号公報、特開２０００−７５１３０号公報では、簡単な工程で安価に作製できる偏光分離素子として、透明基板上、同一平面に回折格子を有する複屈折膜と、その上に等方性のオーバーコート層が被覆あるいは装荷されている構造のものが提案されている。これらの中には良好な光学的特性を得るために両面の平坦性の向上を目的とした構成となっているものがある。これはガラスやプラスチック等の透明基板上の同一平面に回折格子を形成し、接着剤により接着され、その複屈折膜が等方性のオーバーコート層で覆われ、このオーバーコート層が接着層も兼ねて透明基板と接着しているために、素子として強度があり、かつ生産性の高い構成となっているものである。
【０００３】
特開平９−９０２６３号公報記載の発明では、ホログラムディスク表面を予め上方に反った形状にプラスチック基板を成形加工し、組み付けた後に、重力によりホログラムディスクが下方に撓み反りを打ち消すことで、回折レーザー光の回折角の変動を低減している。
また、特許第２６３９６５９号公報記載の発明では、ガラス基板上にフォトエッチングで凹凸（回折格子）を形成し、もうひとつの面に真空蒸着法でＭｇＦ２の無反射コーティングを施し、回折格子で反射されて直接に受光手段に入射したり、回折格子で反射された光が迷光となって受光手段に入射することを防止している。
【０００４】
１９９３年第４０回春季応用物理学会30a-B-1では、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）を基板に用いた偏光分離素子を実現している。また、特開平１０−３３５４３３号公報記載の発明では、真空中で貼り付けを行い、貼り付け時の気泡の巻き込みを防止している。この場合、予め粘着剤を塗布しておいたフィルムを用いているように、蒸気圧成分を含む接着剤の使用には制限がある。
【０００５】
特開２０００−４７０１４号公報では、ニオブ酸リチウム基板の結晶のＸ面もしくはＹ面の所定の部分がプロトン交換されたプロトン交換層と、これによりニオブ酸リチウム基板に生じる応力を前記と同じ手法でプロトン交換されたプロトン交換層により応力を補正するプロトン交換層とを備えた光学素子の製造方法が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
直交する２つの偏光成分を分離するため、透明基板上に入射光の異なる振動面に対し屈折率が異なる有機複屈折膜を接着した構成の偏光分離素子では、前記有機複屈折膜の接着時において、有機複屈折膜が延伸した高分子材料であり、その後の微細加工プロセスにおけるフォトリソグラフィのレジスト硬化プロセスでかかる温度で、有機複屈折膜が熱収縮し、その結果、有機複屈折膜を接着した透明基板が、有機複屈折膜側に反るという問題がある。また、用いる接着剤も１〜１０％程度の硬化収縮があり、基板の反りが発生する問題がある。この有機複屈折膜接着基板の反りはフォトリソグラフィプロセスにおける露光時の焦点位置変動による焦点合わせ不良や、波面収差の低下等の問題となる。
【０００７】
また、有機複屈折膜のフィルム厚みは一般的に数十μｍ〜数百μｍと薄く、他の部材に接着する際、自重や気圧等により容易に変形し、透明基板上の接着剤と有機複屈折膜の接触点が面で接触し、気泡を巻込む問題がある。
さらに接着剤硬化後は透明基板と同等の屈折率が必要であり、また、光の吸収がない特性が要求される等、制約が多いという問題がある。また、ＬｉＮｂＯ３のような材料を基板に用いて偏光分離素子を作成する方法では、高価な光学結晶が必要となり、材料コストが高く、また、プロセスも複雑になり製造コストも高くなる。
【０００８】
本発明は上記のような事情に鑑みなされたものであり、透明基板に有機複屈折膜を接着後、有機複屈折膜上への微細加工におけるプロセス時に発生する有機複屈折膜の熱収縮による基板の反りを低減することができる構成の偏光分離素子と、その製造方法を提供することを目的とする。
さらに本発明では、気泡の巻き込みの無い有機複屈折膜の接着を行なうことができ、これにより素子の信頼性向上を確保することのできる偏光分離素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、本発明では以下に示すような構成の偏光分離素子及びその製造方法を採用した。
(１)．直交する２つの偏光成分を分離するため、透明基板上に入射光の異なる振動面に対し屈折率が異なる有機複屈折膜を接着し、この有機複屈折膜に周期的な凹凸格子（以下、回折格子と記述する）を形成し、この回折格子の凹み部分に等方性の接着剤を充填し、該回折格子上に対向透明基板を接着した構成の偏光分離素子において、前記有機複屈折膜を接着する透明基板に応力を有するコーティング膜を設けた構成とする。
(２)．前記(１)に記載の偏光分離素子において、前記コーティング膜の応力は、引張り応力となるように構成する。
(３)．前記(１)または(２)に記載の偏光分離素子において、前記コーティング膜は、透明基板の屈折率と同等もしくはそれより小さい屈折率を有する単層または多層のコーティング膜、あるいは単層または透明基板より小さい屈折率と大きい屈折率との多層の反射防止膜からなる構成とする。
(４)．前記(１)，(２)または(３)に記載の偏光分離素子において、前記透明基板のコーティング膜を設けた面とは反対側の面に有機複屈折膜を接着した構成とする。
(５)．前記(４)に記載の偏光分離素子において、前記有機複屈折膜は、延伸により分子鎖を配向させた高分子膜からなる構成とする。
(６)．前記(１)〜(５)のいずれか一つに記載の偏光分離素子において、前記コーティング膜の応力を前記有機複屈折膜の熱収縮応力と均衡するよう制御した構成とする。
【００１０】
(７)．直交する２つの偏光成分を分離するため、透明基板上に入射光の異なる振動面に対し屈折率が異なる有機複屈折膜を接着し、この有機複屈折膜に周期的な凹凸格子（以下、回折格子と記述する）を形成し、この回折格子の凹み部分に等方性の接着剤を充填し、該回折格子上に対向透明基板を接着し、前記有機複屈折膜を接着する透明基板に応力を有するコーティング膜を設けた偏光分離素子の製造方法において、前記有機複屈折膜をＵ字形状に変形する工程と、該有機複屈折膜を透明基板に接着する際、ＣＣＤレーザー変位計を用いて前記有機複屈折膜のＵ字形状及び透明基板上の接着剤の凸形状の頂点位置情報を取得する工程と、前記有機複屈折膜のＵ字形状の頂点を接着剤の凸形状の頂点に位置合わせを行い、前記有機複屈折膜のＵ字形状の頂点と接着剤の凸形状の頂点との一つの接触点において接触させる工程と、前記接触点から全体に接触面を広げることにより接着する工程と、を含むことを特徴とする（請求項１）。
(８)．前記(７)に記載の偏光分離素子の製造方法において、前記コーティング膜の応力は引張り応力とし、該コーティング膜の応力により透明基板に反りを発生させる（請求項２）。
(９)．前記(７)または(８)に記載の偏光分離素子の製造方法において、前記コーティング膜として、透明基板の屈折率と同等もしくはそれより小さい屈折率を有する単層または多層のコーティング膜、あるいは単層または透明基板より小さい屈折率と大きい屈折率との多層の反射防止膜を形成する（請求項３）。
(１０)．前記(７)，(８)または(９)に記載の偏光分離素子の製造方法において、前記透明基板のコーティング膜を設けた面とは反対側の面に有機複屈折膜を接着する（請求項４）。
(１１)．前記(１０)に記載の偏光分離素子の製造方法において、前記有機複屈折膜は、延伸により分子鎖を配向させた高分子膜とする（請求項５）。
(１２)．前記(７)〜(１１)のいずれか一つに記載の偏光分離素子の製造方法において、前記コーティング膜の応力を前記有機複屈折膜の熱収縮応力と均衡するよう制御する（請求項６）。
(１３)．前記(７)〜(１２)のいずれか一つに記載の偏光分離素子の製造方法において、前記有機複屈折膜を透明基板に接着する工程では、紫外線を有機複屈折膜側から照射する（請求項７）。
尚、有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着剤としては、光硬化型の接着剤（例えばアクリル系またはエポキシ系の光硬化型接着剤）などが好適に用いられる。
(１４)．前記(７)〜(１３)のいずれか一つに記載の偏光分離素子の製造方法において、前記有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着装置の透明基板を載置固定する装置形状を、透明基板のコーティング膜側表面形状と相似形とした（請求項８）。
(１５)．前記(７)〜(１３)のいずれか一つに記載の偏光分離素子の製造方法において、前記有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着装置の有機複屈折膜を加圧する装置形状を、透明基板のコーティング膜とは反対側の表面形状と相似形とした（請求項９）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す偏光分離素子の概略断面図である。この偏光分離素子は、透明基板１上に入射光の異なる振動面に対し屈折率が異なる有機複屈折膜３を接着剤２により接着し、この有機複屈折膜３に周期的な凹凸格子（以下、回折格子と記述する）４を形成し、この回折格子４の凹み部分に等方性の接着剤５を充填し、該回折格子上に対向透明基板６を接着した構成であり、さらに、前記有機複屈折膜３を接着する透明基板１に引張り応力を有するコーティング膜７を設けた構成としたものである。
すなわち、この実施例では、透明基板１の片面に引張り応力を有する単層または多層の膜７をコーティングし、この透明基板１の反対の平面上に有機複屈折膜３を接着剤２で接着し、有機複屈折膜３に微細加工により回折格子４を形成し、その後、等方性接着剤５で対向透明基板６を接着し、偏光分離素子を構成している。以下、本発明の偏光分離素子とその製造方法の具体的な実施例を示す。
【００１２】
［実施例１］
本発明の第１の実施例を図２〜５を参照して説明する。図２に第１の実施例の透明基板及びコーティング膜の断面図を示した。本実施例では、透明基板１として、直径φ１００ｍｍ、板厚１．０ｍｍの石英ガラス基板を用い、この石英ガラス基板１の片面にコーティング膜７として真空蒸着法でＭｇＦ２を１μｍの膜厚で形成した。真空蒸着は薄膜を形成する一般的な手法と同じ方法で形成しているので詳細な説明は省略する。
【００１３】
このようにしてＭｇＦ２コーティング膜７が形成された石英ガラス基板１は、ＭｇＦ２コーティング膜７の引張り応力により、ＭｇＦ２コーティング膜７側に反っている。
また、望ましくはＭｇＦ２コーティング膜７の引張り応力は１ＭＰａ〜１０ＧＰａになるように基板温度、膜厚、等のコーティング条件で応力を制御する。
尚、コーティング膜７の材質はＭｇＦ２に限定するものではなく、石英ガラス基板１と屈折率が同等もしくはそれ以下の屈折率の材料、例えばＣａＦ２、ＬｉＦ等の誘電体材料を用いてもよい。
【００１４】
次に図３は裏面側にコーティング膜を設けた基板上に有機複屈折膜を接着する際に用いられる接着装置の概略構成を示す図である。図３に示すように、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸が移動可能な移動ステージ８上に固定された基板ホルダ９上に、ＭｇＦ２膜面を下に石英ガラス基板１が載置され、図示しない真空吸着機構により固定される。この基板ホルダ９はＭｇＦ２膜７をコーティングした石英ガラス基板１のコーティング膜側表面の反りとほぼ同じ形状を有する凸形状としている。基板ホルダ９及び石英ガラス基板１の上方には、図示しない接着剤滴下装置と、接着剤２の中心の特定と有機複屈折膜３の中心を測定するためのＸ，Ｙ方向に移動可能な測定系を設けてある。本実施例では測定系として、接着剤２、石英ガラス基板１及び有機複屈折膜３の表面からの反射光を検出し、変位量を読み取るＣＣＤレーザー変位計１１と、ＣＣＤレーザー変位計１１で位置検出し、位置情報をそれぞれの移動装置にフィードバックする回路（図示せず）と、有機複屈折膜３の両端部を保持するための保持装置１０を、基板ホルダ９に対し平行に配置し、これに図示しないモーメント力Ｍを発生する装置を配置している。
【００１５】
次に石英ガラス基板１の中心に、石英ガラス基板１とほぼ同じ屈折率１．５８のアクリル樹脂系の紫外線（ＵＶ）硬化型接着剤２を０．２ｍＬ滴下し、この上方に有機複屈折膜３を載置する。有機複屈折膜３は厚み０．１２ｍｍで１１０ｍｍ×１２０ｍｍの大きさに切断されており、保持装置１０により有機複屈折膜３の両端部が真空吸着により保持されている。そして、有機複屈折膜３の略中心位置を石英ガラス基板１の略中心位置に載置した後、図示しないモーメント発生装置により有機複屈折膜３をＵ字形状に変形する。再び、ＣＣＤレーザー変位計１１により有機複屈折膜３の表面形状を測定し、Ｕ字形状の中心位置を検出し、予め測定しておいた接着剤２の凸形状の頂点位置情報より移動量を演算し、Ｘ−Ｙ移動装置により有機複屈折膜３のＵ字形状の中心を接着剤２の凸中心に位置合わせを行う。そして、石英ガラス基板１−接着剤２−有機複屈折膜３の位置合わせを完了した後、移動ステージ８で基板ホルダ９を上昇し、接着剤２と有機複屈折膜３のそれぞれの頂点で接触する位置で停止し、その後、有機複屈折膜３のモーメント力Ｍを緩やかに解除しながら有機複屈折膜３を石英ガラス基板１上に載置する。
【００１６】
次に、図４に示すように、石英ガラス基板１のコーティング膜７とは反対側の面の反りとほぼ同じ凹み形状に加工した、直径φ１１０ｍｍ、厚み２０ｍｍの石英ガラス製押圧装置１２を有機複屈折膜３上に載せ、有機複屈折膜３の全面を均等に加圧し、接着剤２が石英ガラス基板１の全面に広がった時点で加圧を停止した後、 押圧装置１２を通して図示しない紫外線照射装置（ＵＶ装置）で光強度３０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を２００秒間照射し、接着剤２を硬化した。硬化後、直径φ１００ｍｍの外形に沿って、余分な有機複屈折膜３を切断した後、押圧装置１２を上昇し、基板ホルダ９の真空吸着を解除して石英ガラス基板１を取り出し、有機複屈折膜付き石英ガラス基板とした。
【００１７】
以上のように、接着工程時の位置合わせ方法として、有機複屈折膜３の中央から石英ガラス基板１に接触することで、面接触で接着する従来法では目視レベルで確認できる気泡の巻き込みが発生していたのに対し、本実施例の方法では気泡の巻き込みがない貼り合わせが実現できた。
【００１８】
尚、接着工程時の位置合わせは本実施例の方法の他、ＣＣＤカメラと画像処理装置により石英ガラス基板１と接着剤２の形状を認識し、中心を割り出し、位置合わせする方法等も実施可能である。また、ここでは接着剤としてアクリル樹脂系の光硬化型の接着剤を用いて接着したが、エポキシ樹脂系の光硬化型の接着剤を用いてもよい。
また、有機複屈折膜３はハンドリング性を考慮すると、厚みは０．０１ｍｍ以上が望ましいが、延伸により光学的特性を得ることを考慮すると、最大厚み０．５ｍｍの範囲で用いるのが好ましい。より望ましくは０．０５〜０．２ｍｍの範囲がよい。本実施例では厚み０．１２ｍｍの有機複屈折膜を用いた。
【００１９】
次に、石英ガラス基板１上に接着した有機複屈折膜３をイソプロピルアルコール等の有機溶媒と純水の順で洗浄する。その後、日本ゼオン化社製ＺＥＰ−５２０レジストをスピンコートにより０．５μｍ厚のレジスト膜を形成し、１００℃で３０分間ベークした。この時、有機複屈折膜３の熱収縮で石英ガラス基板１に引張り応力約７．５ＭＰａが発生するが、石英ガラス基板１の裏面にコーティングしたコーティング膜７の応力と均衡するため、石英ガラス基板１は平面性を保っている。その後、ステッパ装置を用い、有機複屈折膜３上のレジスト膜にライン＆スペース３μｍのパターンを８ｍｍピッチで３００周期繰り返し形成し、レジスト膜に周期的な凹凸格子（回折格子）のパターンを形成した素子を形成した。この回折格子のパターンは素子外形８×８ｍｍの中心に略形状１×２ｍｍで形成している。
【００２０】
この後、酸素ガスを主成分とするエッチングガス雰囲気中で、住友金属社製ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance：電子サイクロトロン共鳴）エッチング装置でエッチングし、有機複屈折膜３に幅３μｍ、深さ５μｍのラインと３μｍ幅のスペースを３００周期繰り返した回折格子４を形成した。
尚、他のフォトリソ工程は一般に知られているプロセスを採用しており、詳細な説明は省略する。
【００２１】
次に、平面加工した直径φ２００ｍｍ、厚み５０ｍｍのステンレス台上に、有機複屈折膜３に回折格子４を形成した石英ガラス基板１を載置し、この回折格子面にアクリル樹脂系の光硬化型の等方性接着剤５をマイクロシリンジで０．２５ｍＬ計量滴下し、この等方性接着剤５を滴下した石英ガラス基板１の回折格子面に両面光学研磨した外径φ１００ｍｍ、厚み０．５ｍｍの対向透明基板６を載置し、さらにこの上に加圧部材として光学研磨した石英ガラスを載せ、対向透明基板６に１００ｇｆ／ｃｍ２の圧力を印加し、等方性接着剤５を被接着面全面に広げた。尚、対向透明基板６の接着面と反対の面には入射波長の反射が最小となるよう反射防止膜を形成した。この状態で、図示しない紫外線照射装置で１５０ｍｍ上面から照射照度２０ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を対向透明基板６を通して１０分間照射し硬化接着した。このようにして製造した偏光分離素子の要部断面を図５に示す。
【００２２】
図５に示す偏光分離素子の等方性接着剤５は粘性や屈折率等の特性制御の容易さや接着力および透明性の点からアクリル系の接着剤を用いたが、エポキシ系でも同様なことが可能である。これらの接着剤は紫外線で硬化するので、加圧部材に石英ガラス等の透明部材を用いることにより加圧中硬化が可能であり、プロセスを簡略できる。
また、有機複屈折膜３としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の高分子膜を布で擦ってラビング処理して配向膜を形成し、この配向膜上にポリジアセチレンモノマーを真空蒸着して配向させた後、紫外光を照射してポリマー化して異方性膜とする方法（参考文献：J.Appl.phys.,72,No,3,P938-947）があるが、工程が複雑でコスト高となるため、ここでは、分子鎖が配向した高分子膜で、特性の均一性を考慮して延伸された有機複屈折膜を用いた。
【００２３】
［実施例２］
次に本発明の第２の実施例について説明する。図６は本発明の第２の実施例を示す図であり、一方の面に多層コーティング膜を形成し、他方の面に有機複屈折膜を接着した透明基板の一例を示す要部断面図である。図中の符号２１は透明基板、２２は接着剤、２３は有機複屈折膜、２４は多層膜からなるコーティング膜である。尚、偏光分離素子の構成としては、図１、図５と同様に、有機複屈折膜２３上に周期的な凹凸格子（回折格子）４が形成され、その回折格子４の凹み部分には等方性接着剤５が充填され、該等方性接着剤で回折格子上に対向透明基板６が接着されるが、これらの図示は省略している。
【００２４】
本実施例では、透明基板２１として、直径φ１００ｍｍ、板厚０．５ｍｍのＢＫ−７基板を用い、このＢＫ−７基板２１の片面に、真空蒸着法でＳｉＯ２膜２４ａ、ＴｉＯ２膜２４ｂ、ＳｉＯ２膜２４ｃの３層からなる多層コーティング膜２４を、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２がｎ1・ｔ1＝λ／４、ｎ2・ｔ2＝λ／４もしくはｎ2・ｔ2＝λ／２をとるように膜厚を制御し、引っ張り応力となるよう形成した。ここでｎ1はＳｉＯ２の屈折率で、ｔ1はＳｉＯ２の膜厚、ｎ2はＴｉＯ２の屈折率で、ｔ2はＴｉＯ２の膜厚、λは波長で６６０ｎｍである。尚、真空蒸着は薄膜を形成する一般的な手法と同じ方法で形成しているので詳細な説明は省略する。
【００２５】
このようにして多層コーティング膜２４が形成されたＢＫ−７基板２１は、多層のコーティング膜２４側からの入射光の反射率が０．５％以下と小さく、且つコーティング膜２４の引張り応力で膜側に反っている。尚、コーティング膜２４は、材質をＣａＦ２やＳｉＯ２等の他の誘電体の単層もしくは多層膜として構成してもよい。
【００２６】
次に図３と同様な構成の接着装置を用いた接着工程について説明するが、ここでは、図３の基板１、接着剤２、有機複屈折膜３を、本実施例のＢＫ−７基板２１、接着剤２２、有機複屈折膜２３に置き換えて説明する。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸が移動可能な移動ステージ８上に固定された基板ホルダ９上に、本実施例のＢＫ−７基板２１をコーティング膜面を下にして載置し、図示しない真空吸着機構により固定する。この基板ホルダ９は多層コーティング膜２４をコーティングしたＢＫ−７基板２１のコーティング膜側表面の反りとほぼ同じ形状を有する凸形状としている。基板ホルダ９及びＢＫ−７基板２１の上方には、図示しない接着剤滴下装置と、接着剤の中心の特定と有機複屈折膜２３の中心を測定するためのＸ，Ｙ方向に移動可能な測定系を設けてある。本実施例では、図３と同様に測定系として、接着剤２２、ＢＫ−７基板２１及び有機複屈折膜２３の表面からの反射光を検出し、変位量を読み取るＣＣＤレーザー変位計１１と、ＣＣＤレーザー変位計１１で位置検出し、位置情報をそれぞれの移動装置にフィードバックする回路（図示せず）と、有機複屈折膜２３の両端部を保持するための保持装置１０を、基板ホルダ９に対し平行に配置し、これに図示しないモーメント力Ｍを発生する装置を配置している。
【００２７】
次に、ＢＫ−７基板２１の中心に、ＢＫ−７基板とほぼ同じ屈折率１．５８のアクリル樹脂系のＵＶ硬化型接着剤２２を０．２ｍＬ滴下し、この上方に有機複屈折膜２３を載置する。有機複屈折膜２３は厚み０．２ｍｍで１１０ｍｍ×１２０ｍｍの大きさに切断されており、図３と同様に保持装置１０により有機複屈折膜２３の両端部が真空吸着により保持されている。そして、有機複屈折膜２３の略中心位置をＢＫ−７基板の略中心位置に載置した後、図示しないモーメント発生装置により有機複屈折膜２３をＵ字形状に変形する。そして、再びＣＣＤレーザー変位計１１により有機複屈折膜２３の表面形状を測定し、Ｕ字形状の中心位置を検出し、予め測定しておいた接着剤２２の凸形状の頂点位置情報より移動量を演算し、Ｘ−Ｙ移動ステージ８により有機複屈折膜２３のＵ字形状の中心を接着剤２２の凸中心に位置合わせを行う。そして、ＢＫ−７基板−接着剤−有機複屈折膜の位置合わせを完了した後、移動ステージ８で基板ホルダを上昇し、接着剤２２と有機複屈折膜２３のそれぞれの頂点で接触する位置で停止し、その後、有機複屈折膜２３のモーメント力Ｍを緩やかに解除しながら有機複屈折膜２３をＢＫ−７基板２１上に載置する。
【００２８】
次に、図４と同様に、ＢＫ−７基板２１のコーティング膜とは反対側の面の反りとほぼ同じ形状を有する凹み形状に加工した、直径φ１１０ｍｍ、厚み２０ｍｍの石英ガラス製押圧装置１２を有機複屈折膜２３上に載せ、有機複屈折膜２３の全面を均等に加圧し、接着剤２２がＢＫ−７基板２１の全面に広がった時点で加圧を停止した後、押圧装置を通して紫外線照射装置（ＵＶ装置）で光強度３０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を２００秒間照射し、接着剤２２を硬化した。硬化後、直径φ１００ｍｍの外形に沿って、余分な有機複屈折膜２３を切断した後、押圧装置を上昇し、基板ホルダの真空吸着を解除してＢＫ−７基板２３を取り出し、図６に示すような有機複屈折膜付きＢＫ−７基板とした。
【００２９】
以上のように、接着工程時の位置合わせ方法として、有機複屈折膜２３の中央から基板２１に接触することで、面接触で接着する従来法では目視レベルで確認できる気泡の巻き込みが発生していたのに対し、本実施例の方法では気泡の巻き込みがない貼り合わせが実現できた。
また、下記の表１に、有機複屈折膜側とコーティング膜（ＳｉＯ２／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２膜）側から紫外線を照射した時の光強度比を示すが、表１に示した通り、有機複屈折膜側から紫外線を入射することで、効率良く接着剤へ光照射できる。
【００３０】
【表１】
0004219609.tif 000002
【００３１】
尚、接着工程時の位置合わせは本実施例の他、ＣＣＤカメラと画像処理装置によりＢＫ−７基板２１と接着剤２２の形状を認識し、中心を割り出し、位置合わせする方法等も実施可能である。また、ここではアクリル樹脂系の光硬化型の接着剤を用いて接着したが、エポキシ樹脂系の光硬化型の接着剤を用いてもよい。また、有機複屈折膜２３はハンドリング性を考慮すると、厚みは０．０１ｍｍ以上が望ましいが、延伸により光学的特性を得ることを考慮すると、最大厚み０．５ｍｍの範囲で用いるのが好ましい。より望ましくは０．０５〜０．２ｍｍの範囲がよい。本実施例では厚み０．２ｍｍの有機複屈折膜を用いた。
【００３２】
次に、ＢＫ−７基板２１上に接着した有機複屈折膜２３をイソプロピルアルコール等の有機溶媒と純水の順で洗浄する。その後、日本ゼオン化社製ＺＥＰ−５２０レジストを用い、スピンコートにより有機複屈折膜２３上に０．５μｍ厚のレジスト膜を形成し、１００℃で３０分間ベークした。この時、有機複屈折膜２３の熱収縮でＢＫ−７基板２１に引張り応力が発生するが、ＢＫ−７基板２１の裏面にコーティングしたコーティング膜２４の応力と均衡するためＢＫ−７基板２１は平面性を保っている。その後、ステッパ装置を用い、ライン＆スペース３μｍのパターンを８ｍｍピッチで３００周期繰り返し形成し、レジスト膜に周期的な凹凸格子（回折格子）のパターンを形成した素子を形成した。この回折格子のパターンは素子外形８×８ｍｍの中心に略形状１×２ｍｍで形成している。
【００３３】
この後、酸素ガスを主成分とするエッチングガス雰囲気中で、住友金属社製ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance：電子サイクロトロン共鳴）エッチング装置でエッチングし、有機複屈折膜２３に幅３μｍ、深さ５μｍのラインと３μｍ幅のスペースを３００周期繰り返した回折格子を形成した。
尚、他のフォトリソ工程は一般に知られているプロセスを採用しており、詳細な説明は省略する。
【００３４】
次に平面加工した直径φ２００ｍｍ、厚み５０ｍｍのステンレス台上に、有機複屈折膜２３に回折格子を形成したＢＫ−７基板２１を載置し、この回折格子面にアクリル樹脂系の光硬化型の等方性接着剤をマイクロシリンジで０．２５ｍＬ計量滴下し、この等方性接着剤を滴下したＢＫ−７基板２１の回折格子面に両面光学研磨した外径φ１００ｍｍ、厚み０．５ｍｍの対向透明基板を載置し、さらにこの上に加圧部材として光学研磨した石英ガラスを載せ、対向透明基板に１００ｇｆ／ｃｍ２の圧力を印加し、等方性接着剤を被接着面全面に広げた。尚、対向透明基板の接着面と反対の面には入射波長の反射が最小となるよう反射防止膜を形成した。この状態で、図示しない紫外線照射装置で１５０ｍｍ上面から照射照度２０ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を対向透明基板を通して１０分間照射し硬化接着した。このようにして製造した偏光分離素子の断面構造は図１や図５と略同様である。
【００３５】
以上のようにして製造された偏光分離素子の等方性接着剤は、粘性や屈折率等の特性制御の容易さや接着力および透明性の点からアクリル系の接着剤を用いたが、エポキシ系でも同様なことが可能である。これらの接着剤は紫外線で硬化するので、加圧部材に石英ガラス等の透明部材を用いることにより加圧中硬化が可能であり、プロセスを簡略できる。
また、有機複屈折膜２３としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の高分子膜を布で擦ってラビング処理して配向膜を形成し、この配向膜上にポリジアセチレンモノマーを真空蒸着して配向させた後、紫外光を照射してポリマー化して異方性膜とする方法（参考文献：J.Appl.phys.,72,No,3,P938-947）があるが、工程が複雑でコスト高となるため、ここでは、分子鎖が配向した高分子膜で、特性の均一性を考慮して延伸された有機複屈折膜を用いた。
【００３６】
［実施例３］
次に本発明の第３の実施例について説明する。図７は本発明の第３の実施例の説明図であって、透明基板上に有機複屈折膜を接着する際に用いられる接着装置の概略構成を示す図である。
本実施例では図７に示すように、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸が移動可能な移動ステージ８上に固定された基板ホルダ９上に、透明基板３１として、直径φ１００ｍｍ、板厚１．０ｍｍの透明なＢＫ−７基板が載置され、図示しない真空吸着機構により固定される。基板ホルダ９及びＢＫ−７基板３１の上方には、図示しない接着剤滴下装置と、接着剤３２の中心と有機複屈折膜３３の中心を測定するためのＸ，Ｙ方向に移動可能な測定系を設けてある。本実施例では、測定系として、接着剤３２、ＢＫ−７基板３１及び有機複屈折膜３３の表面からの反射光を検出し、変位量を読み取るＣＣＤレーザー変位計１１と、ＣＣＤレーザー変位計１１で位置検出し、位置情報をそれぞれの移動装置にフィードバックする回路（図示せず）と、有機複屈折膜３３の両端部を保持するための保持装置１０を、基板ホルダ９に対し平行に配置し、これに図示しないモーメント力Ｍを発生する装置を配置している。
【００３７】
次に、ＢＫ−７基板３１の中心に、ＢＫ−７基板３１とほぼ同じ屈折率１．５８のアクリル樹脂系のＵＶ硬化型接着剤３２を０．２ｍＬ滴下し、この上方に有機複屈折膜３３を載置する。有機複屈折膜３３は厚み０．２ｍｍで１１０ｍｍ×１２０ｍｍの大きさに切断されており、保持装置１０により有機複屈折膜３３の両端部が真空吸着により保持されている。そして、有機複屈折膜３３の略中心位置をＢＫ−７基板３１の略中心位置に載置した後、図示しないモーメント発生装置により有機複屈折膜３３をＵ字形状に変形する。そして、再びＣＣＤレーザー変位計１１により有機複屈折膜３３の表面形状を測定し、Ｕ字形状の中心位置を検出し、予め測定しておいた接着剤３２の凸形状の頂点位置情報より移動量を演算し、Ｘ−Ｙ移動装置により有機複屈折膜３３のＵ字形状の中心を接着剤３２の凸中心に位置合わせを行う。そして、ＢＫ−７基板−接着剤−有機複屈折膜の位置合わせを完了した後、移動ステージ８で基板ホルダ９を上昇し、接着剤３２と有機複屈折膜３３のそれぞれの頂点で接触する位置で停止し、その後、有機複屈折膜３３のモーメント力を緩やかに解除しながら有機複屈折膜３３をＢＫ−７基板３１上に載置する。
【００３８】
次に、ＢＫ−７基板３１の反りとほぼ同じ形状を有する凹み形状に加工した、直径φ１１０ｍｍ、厚み２０ｍｍの石英ガラス製押圧装置（図示せず）を有機複屈折膜上に載せ、有機複屈折膜３３の全面を均等に加圧し、接着剤３２がＢＫ−７基板３３の全面に広がった時点で加圧を停止した後、押圧装置を通して図示しない紫外線照射装置（ＵＶ装置）で光強度３０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を２００秒間照射し、接着剤を硬化した。硬化後、直径φ１００ｍｍの外形に沿って、余分な有機複屈折膜３３を切断した後、押圧装置を上昇し、基板ホルダ９の真空吸着を解除してＢＫ−７基板３１を取り出し、有機複屈折膜付きＢＫ−７基板３１とした。図８（ａ）は以上のようにして有機複屈折膜が接着されたＢＫ−７基板の概略断面図である。
【００３９】
以上のように、接着工程時の位置合わせ方法として、有機複屈折膜３３の中央から基板３１に接触することで、面接触で接着する従来法では目視レベルで確認できる気泡の巻き込みが発生していたのに対し、本実施例の方法では気泡の巻き込みがない貼り合わせが実現できた。
【００４０】
尚、接着工程時の位置合わせは本実施例の他、ＣＣＤカメラと画像処理装置によりＢＫ−７基板２１と接着剤２２の形状を認識し、中心を割り出し、位置合わせする方法等も実施可能である。また、ここではアクリル樹脂系の光硬化型の接着剤を用いて接着したが、エポキシ樹脂系の光硬化型の接着剤を用いてもよい。また、有機複屈折膜３３はハンドリング性を考慮すると厚みは０．０１ｍｍ以上が望ましいが、延伸により光学的特性を得ることを考慮すると、最大厚み０．５ｍｍの範囲で用いるのが好ましい。より望ましくは０．０５〜０．２ｍｍの範囲がよい。本実施例では厚み０．２ｍｍの有機複屈折膜を用いた。
【００４１】
次に、図８（ａ）に示すＢＫ−７基板３１の有機複屈折膜３３を接着していない側の面に、真空蒸着法でＭｇＦ２をｎ1・ｔ1＝λ／４、もしくはｎ1・ｔ1＝３λ／４となるように膜厚を制御してコーティング膜３４を形成した。図８（ｂ）はコーティング膜３４を形成したＢＫ−７基板の概略断面図である。ここでｎ1はＭｇＦ２の屈折率で、ｔ1はＭｇＦ２の膜厚、λは波長で６６０ｎｍを用いた。真空蒸着での基板温度は１００℃で実施した。真空蒸着プロセスは薄膜を形成する一般的な手法と同じ方法で形成しているので詳細な説明は省略する。
【００４２】
本実施例では、コーティング膜３４の引張り応力を有機複屈折膜３３の熱収縮による応力と均衡するよう０．１ＭＰａ〜１０ＧＰａで制御した。また、コーティング中の加熱により、有機複屈折膜３３の収縮が安定するため、その後のプロセスでの有機複屈折膜３３の収縮は極めて小さい。また、コーティング膜３４の構成を、ｎ1・ｔ1＝λ／４、もしくはｎ1・ｔ1＝３λ／４となるように膜厚を制御しているので、コーティング膜側からの入射光の反射率を低減できる。尚、コーティング膜３４のその他の膜構成としては、単層構成のＳｉＯ２，ＣａＦ２や、多層構成のＳｉＯ２／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２等でもよい。
【００４３】
次に、図８（ｂ）に示すＢＫ−７基板３１上の有機複屈折膜３３をイソプロピルアルコール等の有機溶媒と純水の順で洗浄する。その後、日本ゼオン化社製ＺＥＰ−５２０レジストを用い、スピンコートにより有機複屈折膜３３上に０．５μｍ厚のレジスト膜を形成し、１００℃で３０分間ベークした。この時、有機複屈折膜３３の熱収縮で基板３１に引張り応力が発生するが、ＢＫ−７基板３１の裏面にコーティングしたコーティング膜３４の引張り応力と均衡するためＢＫ−７基板３１は平面性を保っている。その後、ステッパ装置を用い、ライン＆スペース３μｍのパターンを８ｍｍピッチで３００周期繰り返し形成し、レジスト膜に周期的な凹凸格子（回折格子）のパターンを形成した素子を形成した。この回折格子のパターンは素子外形８×８ｍｍの中心に略形状１×２ｍｍで形成している。
【００４４】
この後、酸素ガスを主成分とするエッチングガス雰囲気中で、住友金属社製ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance：電子サイクロトロン共鳴）エッチング装置でエッチングし、有機複屈折膜３３に幅３μｍ、深さ５μｍのラインと３μｍ幅のスペースを３００周期繰り返した回折格子を形成した。
尚、他のフォトリソ工程は一般に知られているプロセスを採用しており、詳細な説明は省略する。
【００４５】
次に、平面加工した直径φ２００ｍｍ、厚み５０ｍｍのステンレス台上に、回折格子を形成したＢＫ−７基板３１を載置し、この回折格子面にアクリル樹脂系の光硬化型の等方性接着剤をマイクロシリンジで０．２５ｍＬ計量滴下し、この等方性接着剤を滴下したＢＫ−７基板３１の回折格子面に両面光学研磨した外径φ１００ｍｍ、厚み０．５ｍｍの対向透明基板を載置し、さらにこの上に加圧部材として光学研磨した石英ガラスを載せ、対向透明基板に１００ｇｆ／ｃｍ２の圧力を印加し、等方性接着剤５を被接着面全面に広げた。尚、対向透明基板の接着面と反対の面に入射波長の反射が最小となるよう反射防止膜を形成した。この状態で、図示しない紫外線照射装置で１５０ｍｍ上面から照射照度２０ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を対向透明基板を通して１０分間照射し硬化接着した。このようにして製造した偏光分離素子の断面構造は図１や図５と略同様である。
【００４６】
以上のようにして製造された偏光分離素子の等方性接着剤は、粘性や屈折率等の特性制御の容易さや接着力および透明性の点からアクリル系の接着剤を用いたが、エポキシ系でも同様なことが可能である。これらの接着剤は紫外線で硬化するので、加圧部材に石英ガラス等の透明部材を用いることにより加圧中硬化が可能であり、プロセスを簡略できる。
また、有機複屈折膜３３としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の高分子膜を布で擦ってラビング処理して配向膜を形成し、この配向膜上にポリジアセチレンモノマーを真空蒸着して配向させた後、紫外光を照射してポリマー化して異方性膜とする方法（参考文献：J.Appl.phys.,72,No,3,P938-947）があるが、工程が複雑でコスト高となるため、ここでは、分子鎖が配向した高分子膜で、特性の均一性を考慮して延伸された有機複屈折膜を用いた。
【００４７】
以上、本発明の実施例１〜３について説明したが、本発明で作製した偏光分離素子の直径φ１００ｍｍの透明基板（石英ガラス基板またはＢＫ−７基板）の反りは３０μｍ以下であり、従来の基板の反りの１／５から１／１０と極めて小さい値であり、また、内包する気泡は従来は目視レベルで数個から数十個確認されていたのに対し、本発明の方法では気泡は確認できないほど低減できている。このように、本発明の偏光分離素子は、有機複屈折膜等を回折格子や位相差膜として用いた素子において、透明基板に有機複屈折膜を接着した有機複屈折膜の微細加工で発生する有機複屈折膜の収縮による基板の反りを、透明基板に形成したコーティング膜で相殺するので、露光時の焦点位置バラツキの低減による歩留まり向上と信頼性の高い偏光分離素子を実現することができる。
尚、実施例１〜３では、透明基板として石英ガラス基板またはＢＫ−７基板を用いた例を示したが、透明基板としてはこれらに限られるものではなく、その他の光学ガラス基板や、透明樹脂基板等、種々のものを用いることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、透明基板に引張り応力を有するコーティング膜を設け、透明基板のコーティング膜側とは反対側の面に有機複屈折膜を接着したことで、コーティング膜の応力を有機複屈折膜の熱収縮応力と均衡するように制御することにより、透明基板の反りを低減することができる。従って、基板の反りの発生を低減した偏光分離素子を実現することができる。
さらに本発明では、コーテイング膜を基板と同じ屈折率を有する単層または多層のコーテイング膜とすることにより、光学特性を低下することなく応力を発生することができ、また、コーテイング膜を単層または多層の反射防止膜とすることにより、光の入射効率を向上することができる。
さらに本発明では、有機複屈折膜を延伸により分子鎖を配向させた高分子膜とすることにより、低コスト化が達成できる。
さらに本発明では、有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着剤として、光硬化型の接着剤（例えばアクリル系またはエポキシ系の光硬化型接着剤）を用いることにより、プロセスの簡略化とプロセスの低コスト化ができ、また、紫外線を有機複屈折膜側から照射することで、光反射が少なく、紫外線硬化時間を短縮できる。
さらに本発明では、有機複屈折膜をＵ字形状に変形して透明基板に１つの接触点において接触させ、接触点から全体に接触面を広げることにより、気泡の巻き込みが防止でき、信頼性の高い接着を行なうことができ、信頼性の高い偏光分離素子を提供することができる。
さらに本発明では、有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着装置の透明基板を載置固定する装置形状を、透明基板のコーティング膜側表面形状と相似形としたことで、接着剤の厚みを均一にできる。
さらに本発明では、有機複屈折膜と透明基板とを接着する接着装置の有機複屈折膜を加圧する装置形状を、透明基板のコーティング膜とは反対側の表面形状と相似形としたことで、接着剤の厚みを均一にできる。
さらに本発明では、回折格子を分子鎖が配向した高分子としたことで、偏光分離素子の小型化、低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す偏光分離素子の概略断面図である。
【図２】引っ張り応力を有するコーティング膜を設けた透明基板の断面図である。
【図３】裏面側にコーティング膜を設けた基板上に有機複屈折膜を接着する際に用いられる接着装置の概略構成を示す図である。
【図４】図３に示す接着装置で基板上に有機複屈折膜を接着する際に用いられる押圧装置と接着断面の説明図である。
【図５】本発明の製造方法で作製された偏光分離素子の一例を示す要部断面図である。
【図６】一方の面に多層コーティング膜を形成し、他方の面に有機複屈折膜を接着した透明基板の一例を示す要部断面図である。
【図７】基板上に有機複屈折膜を接着する際に用いられる接着装置の概略構成を示す図である。
【図８】（ａ）は図７に示す接着装置で有機複屈折膜を接着した透明基板の一例を示す要部断面図であり、（ｂ）は有機複屈折膜の接着後にコーティング膜を形成した透明基板の一例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１：透明基板（石英ガラス基板）
２，２２，３２：接着剤
３，２３，３３：有機複屈折膜
４：回折格子
５：等方性接着剤
６：対向透明基板
７，３４：コーティング膜（ＭｇＦ２膜）
８：移動ステージ
９：基板ホルダ
１０：保持装置
１１：ＣＣＤレーザー変位計
１２：押圧装置
２１，３１：透明基板（ＢＫ−７基板）
２４：多層コーティング膜
Ｍ：モーメント力
【図１】
0004219609.tif 000003
【図２】
0004219609.tif 000004
【図３】
0004219609.tif 000005
【図４】
0004219609.tif 000006
【図５】
0004219609.tif 000007
【図６】
0004219609.tif 000008
【図７】
0004219609.tif 000009
【図８】
0004219609.tif 000010