JP4280567B2

JP4280567B2 - Polarizing optical element and manufacturing method thereof

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Publication number: JP4280567B2
Application number: JP2003178791A
Authority: JP
Inventors: 和博梅木
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2023-06-23
Also published as: JP2005017408A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に超微細加工を施すことによって、光学的機能を発現する製品及びその製造方法に関し、特に無機誘電体基板表面に入射光の波長よりも短いピッチで等間隔に配列された多数の帯状導電素子からなるアレイを備えた無機偏光光学素子（光の性質のうち電磁波成分を利用する光学素子）とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
偏光光学素子には有機シート材料を使用した「有機材料製品」と、無機材料基板に金属細線をアレイ状に配列した「無機材料製品」がある。
「有機材料製品」は、構成材料がＰＶＡ（ポリビ二ルアルコール）を主成分とする有機高分子材料からなる。その製造方法は、ＰＶＡフィルム材料に沃素材料又は有機染料を含浸し混合した後、これをＸ方向又はＸ−Ｙ方向に延伸させた後、上下方向からＰＶＡ等の有機フィルム材料でサンドイッチ構造に接合する方法がとられ、そのため二色性偏光子とも称されている。有機高分子材料から構成されているため、使用温度は１００℃以下に制限されている。
【０００３】
一例を挙げると、ＰＶＡ材料で製作される「偏光板」は携帯用液晶の偏光板としては安価で十分な機能を発揮するが、最近需要が広がっている液晶プロジェクター（大画面テレビやプレゼンテーション用大画面表示装置に使用されている。高輝度ランプ光を光学的に集光させて高密度光を液晶パネルに垂直に照射する光学製品で、液晶パネル付近の温度が１２０℃程度に上昇する。その温度上昇を避けるために冷却用ファンなどが設置されている。）用偏光板としては、耐熱性、耐久性の問題で使用できない。特にこの用途では、波長の短い光を長時間にわたって照射するとその機能が低下する。
【０００４】
対策として、効率的な冷却が重要であるが、▲１▼冷却用のファンの設置、▲２▼パネルの熱吸収源であるブラックマトリックス（ＢＭ）の設置やＢＭ膜への反射膜の採用、▲３▼パネル枠対を金属にする、▲４▼熱伝導率の大きな（ガラスの４０倍）サファイアガラスを支持機材に使用するなどが行なわれている。しかし、これらの対策は全て高価格となって液晶用表示素子の弱点となっている。
【０００５】
「無機材料製品」は、上記問題を解決するために提案されているもので、無機材料基板上に金属細線をアレイ状に配列したものであり、無機誘電体基板表面に使用光の波長よりも短いピッチで等間隔に配列された多数の帯状導電素子からなるアレイを備えた偏光光学素子が知られている（例えば、特許文献１−５参照。）。
【０００６】
図９はそのような偏光光学素子を概略的に表わしたものであり、誘電体基板３８上に幅ｗの多数の帯状導電素子４０が入射光の波長よりも短いピッチｐで互いに平行に配列されたアレイを備えている。この偏光光学素子に入射光４２が垂線からθの角度をもって入射面が導電素子４０に直交ように入射すると、この偏光光学素子は入射光４２の偏光成分のうち入射面に直交する偏光ベクトルを有する偏光成分を反射光４４とし、入射面に平行な偏光ベクトルを有する偏光成分を透過光４６とする偏光光学素子として機能する。
【０００７】
このような「無機材料製品」は、Ｘ線露光とリフトオフ法を使用して製作され、ガラス材料上に導電素子４０としてアルミ二ウム線が形成される。
【０００８】
超微細構造の製作方法としては、次のＡ），Ｂ）の方法が提案されている。
Ａ）電子ビーム、レーザービームやイオンビーム等を用いた直接描画法と、光リソグラフィーと、ドライエッチング技術を組み合わせた方法（非特許文献１参照。）。
Ｂ）複合機能回折光学素子の製作方法について、一定のレリーフ深さ（２値レベル）のフィリングファクターで特徴付けられた構造の素子の組合せで光波の位相変調量を制御する「有効屈折率法」の方法（非特許文献２参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特表２００３−５０２７０８号公報
【特許文献２】
米国特許第６２０８４６３号明細書
【特許文献３】
米国特許第６１２２１０３号明細書
【特許文献４】
米国特許第６２４３１９９号明細書
【特許文献５】
米国特許５４５８０８４号明細書
【非特許文献１】
「応用物理」誌、第６８巻第６号（１９９９）Ｐ．６３３〜６３８参照
【非特許文献２】
「第２７回光学シンポジウム」講演番号９，１０，１１：講演予稿集（２００１）Ｐ．２５〜３６
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の「無機材料製品」の偏光光学素子では、ガラス基板の表面上にアルミ二ウム導電素子が形成されているので、ガラス基板材料とアルミ二ウム導電素子との密着性が悪いために剥れやすく、耐久性に問題がある。
また、表面に微細な凹凸があるため、手で触ると汚れが凹部に入って除去できなくなるため、手扱い困難であるという問題もある。
そこで、本発明の第１の目的は、耐久性があり、手扱いも容易な「無機材料製品」の偏光光学素子を提供することである。
【００１１】
本発明が対象とするような、使用する光学波長よりも小さなＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）の超微細・三次元構造を形成する方法としては、上記のＡ），Ｂ）の方法のうち、Ａ方法では、回折光学素子の製作研究報告はあるものの、断面構造がテーパー状であり、またピッチは使用波長の０.７倍程度（０.７λ）で大きいものしかなかった。更に、次のような問題もある。
【００１２】
（イ）レーザービームやイオンビーム或いはＸ線を使用したマスク露光方法では、形成可能なＬ（ライン）幅に限界があり（露光に使用する光の波長よりも小さなＬは形成できないという限界）、十分小さな超微細構造が製作できない。
【００１３】
（ロ）電子ビームを使用した直接描画方法では、次の▲１▼〜▲６▼に列挙するような問題がある。
▲１▼広範囲の描画に莫大な描画時間を要する（５００μｍ（マイクロメートル）×５００μｍの正方形で１０〜１５時間程度）。
▲２▼描画範囲が５００μｍ×５００μｍに限られこの有効描画領域を繋ぎ合わせることが必要である。
▲３▼その場合の繋ぎ合わせの精度σは１５ｎｍ（ナノメートル）程度である。繋ぎ合わせの精度は１回だけ描画する場合にはこれよりも高精度に描画することができる。しかし、多数回繰り返して描画する場合には次の理由ａ）〜ｄ）により繋ぎ合わせの精度が劣化する。
ａ）長時間描画により、描画中にフィラメント電流量が揺らぐ。
ｂ）長時間描画により、描画位置精度が低下する。
ｃ）フィラメント自身が劣化する。
ｅ）描画装置自体の性能（装置設計に依存する）
▲４▼描画に再現性が乏しい。
▲５▼描画時の欠陥が生じ易い。
▲６▼高精度な制御技術を有する装置が必要で、描画装置が高価である（１０億〜１５億円／台）。
【００１４】
そのため、低価格安定供給が求められる量産製品の製造方法としては、電子ビームを使用した直接描画方法は使用できない状況にあり、実用化された例はない。
そこで、本発明の第２の目的は、生産の工程を簡素化して高精度の表面３次元構造をもつ「無機材料製品」の偏光光学素子を再現性よく、安価に製造するための方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の偏光光学素子は、入射光に対して透明で、平坦な表面をもつ無機誘電体基板の平坦な表面に、同じ幅、同じ高さをもち、入射光の波長よりも短いピッチで等間隔に配列された多数の帯状素子で構成される帯状素子アレイを備え、上記帯状素子アレイ上を含む上記無機誘電体基板の上記平坦な表面上に、入射光に対して透明で、平坦な表面をもつ保護層を備えているものである。
【００１６】
本発明の偏光光学素子では、帯状素子は保護層により覆われているので、耐熱性がよく、さらに帯状素子が基板から剥れることがないので耐久性にも優れている。また、保護層表面は平坦で凹凸がないため、手で触れて汚れがついても容易に除去することができ、手扱いが容易になる。
【００１７】
この偏光光学素子を製造する本発明の製造方法は、以下の工程（Ａ）から（Ｆ）をその順に備えている。
（Ａ）平坦な表面に、同じ幅、同じ深さをもち、入射光の波長よりも短いピッチで等間隔に配列された多数の凹状のアレイからなる微細形状をもつ金型を製作する工程、
（Ｂ）入射光に対して透明な無機誘電体基板である製品基板の表面に帯状素子形成用の層を形成する工程、
（Ｃ）上記金型表面に硬化可能な樹脂を介して上記製品基板の上記層を押し当て、金型表面形状を上記層上の上記樹脂に転写する工程、
（Ｄ）上記樹脂を硬化させる工程、
（Ｅ）上記樹脂を上記層に接合させた状態でその樹脂を上記金型から剥離させる工程、
（Ｆ）上記樹脂に転写された形状をドライエッチング法によって上記層に転写して帯状素子アレイと導電層を形成する工程、
（Ｇ）上記帯状素子アレイ上及び前記導電層上を含む上記製品基板上に保護層を形成する工程、
（Ｈ）上記保護層表面を平坦化する工程。
【００１８】
この製造方法の内容を大きく分けると次の４段階で構成されている。（１）製品基板上に帯状素子と導電層の形成用の層を形成すること、（２）Ｌ／Ｓの超微細・三次元構造を製品基板上に形成すること、（３）この三次元構造の溝部分（三次元構造を構成する素子間の領域）を保護層で埋めること、及び、（４）この保護層表面を平坦化することである。
【００１９】
本発明では、金型を用いてＬ／Ｓの超微細・三次元構造を樹脂に転写し、その転写された樹脂形状を製品基板上に形成された帯状素子と導電層の形成用の層に転写する方法をとる。金型を製作する工程では高価な描画装置を用いる必要があり、しかも描画に長時間を要するが、一度、高精度の金型を製作すれば、この金型を用いて製品を製造するので、量産製品毎に直接描画する必要がなく、生産の工程が簡素化され、偏光光学素子を再現性よく安価に製造することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の偏光光学素子において、上記無機誘電体基板の平坦な表面と上記帯状素子の間に、上記無機誘電体基板及び上記帯状素子との密着性を有するアンダーコート層を備えていることが好ましい。
本発明の製造方法において、上記工程（Ｂ）で上記製品基板表面に上記製品基板と上記帯状素子形成用の層との間の密着性を有するアンダーコート層を形成し、その上に上記帯状素子形成用の層を形成することが好ましい。
これにより、基板と帯状素子との密着性を向上させることができ、耐熱性及び耐久性をさらに向上させることができる。
【００２１】
本発明の偏光光学素子において、上記無機誘電体基板の上記平坦な表面上全面に形成され、かつ反射防止機能を有する上記アンダーコート層、上記保護層表面に形成された反射防止膜、もしくは上記無機誘電体基板の上記保護層とは反対側の面に形成された反射防止膜、又はこれらの組み合わせを備えていることが好ましい。
本発明の製造方法において、上記工程（Ｂ）は上記アンダーコート層として反射防止機能も有するものを形成する工程、上記工程（Ｈ）の後に上記保護層表面に反射帽子膜を形成する工程、上記工程（Ｈ）の後に上記保護層とは反対側の上記製品基板表面に反射防止膜を形成する工程、もしくは上記工程（Ｈ）の後に、上記保護層表面及び上記保護層とは反対側の上記製品基板表面に反射防止膜を形成する工程、又はこれらの組み合わせを含むことが好ましい。
これにより、超微細構造に密着性が良く、安価で耐熱性・耐腐食性が高く、かつ光学的効率の高い偏光素子とすることができる。
【００２２】
本発明の偏光光学素子において、上記無機誘電体基板の上記保護層とは反対側の面にマイクロレンズアレイが形成されているようにしてもよい。これにより、偏光光学素子とマイクロレンズアレイ部材を接着剤で接合させる従来の方法に比べて位置合わせ工程及び組付け工程が不要になり、製造コストを低減することができる。さらに、偏光光学素子とマイクロレンズアレイ部材を接合させるための接着剤を使用しないので、接着剤と基板の熱膨張係数の違いに起因する変形が生じない。
【００２３】
本発明の偏光光学素子において、上記アンダーコート層上の上記帯状素子アレイが形成されている領域以外の領域に上記帯状素子アレイにつながる他の層が形成されているようにする。この場合、帯状素子アレイ部分の偏光光学素子表面が受けた光が熱エネルギーに変換する場合、その熱を放出しやすくなる。その層に放熱板を接触させれば、放熱効果がさらに高まる。
【００２４】
製造方法において、上記工程（Ｂ）で上記金型表面に上記樹脂を介して製品基板を押し当てる前に、上記金型表面に離型処理を施すことが好ましい。金型表面の離型処理の一例として金型表面に金属薄膜を成膜することを挙げることができる。この離型処理により、金型の形状転写性が飛躍的に増し、正確な転写が行なえると同時に、剥離性が容易となり金型の寿命が飛躍的に向上する。
【００２５】
上記離型処理において、さらに上記層上に、微細な構造のフッ素樹脂を含む層によって表面処理を施すことが好ましい。
離型処理の施された金型表面に樹脂を介して製品基板を押し当てる際、樹脂と製品基板の帯状素子形成用の層表面との間に両者の密着性を向上させるためのプライマー表面処理を施しておくか、又は帯状素子形成用の層表面に対して水素もしくは酸素プラズマ処理を施しておくことが好ましい。これにより、剥離工程で金型側から選択的に剥離が行なわれ、樹脂のクワレ（剥離の際に樹脂の一部が金型に残ること）が急激に減少する。その結果、次工程での形状転写性が向上する。
【００２６】
金型の表面形状の反転形状を転写する樹脂としては、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂を用いることができる。
その樹脂として紫外線硬化型樹脂を用いる場合には、次のような利点がある。▲１▼常温での硬化が可能である。▲２▼液体状で塗布できるので、流動性がよく、泡などの発生を防ぐことができる。▲３▼紫外光を均一に照射して硬化させることができるので、均一に硬化させることができる。▲４▼短時間に硬化させることができる。その結果、金型表面形状を正確に容易に転写することができるようになる。
【００２７】
その樹脂として熱硬化型樹脂を用いる場合でも、均一に硬化させることによって、紫外線硬化型樹脂と同様に金型表面形状を正確に転写することができる。熱硬化型樹脂としては、プラスチック眼鏡レンズや、コンタクトレンズの製造に使用されている樹脂を用いることができる。
【００２８】
金型の表面形状の反転形状を転写する樹脂として紫外線硬化型樹脂を使用する場合、紫外線硬化型樹脂を硬化させる方法として、金型と製品基板のうち少なくとも一方は紫外線透過材料からなるものを選択しておき、紫外線硬化型樹脂の硬化工程では、紫外線透過材料の金型もしくは製品基板、又は両方を通して紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射してその紫外線硬化型樹脂を均一に硬化させるようにするのが好ましい。紫外線硬化型樹脂を均一に硬化させることにより、金型の形状転写性が飛躍的に増し、正確な転写が行なえる。
【００２９】
金型の表面形状の反転形状を転写する樹脂として熱硬化型樹脂を使用する場合、熱硬化型樹脂を硬化させる方法として、金型と製品基板を位置決めした状態で固定し、樹脂注入口を別途設ける。熱硬化型樹脂の硬化工程では徐々に加熱しながら金型全体に均一に熱が行きわたるようにして加熱硬化させるのが望ましい。
【００３０】
一般に、樹脂は硬化の際に収縮するものである。そこで、その収縮量を予め求めておき、感光性材料のドライエッチングによる金型母材料への形状転写工程では、その収縮量部分を見込んで金型母材料の形状が深くなるように補正して加工し、また、金型の表面平坦部と製品基板の表面平坦部は、互いに平行で、かつその隙間が微小になるように定量的に制御するのが好ましい。これにより、硬化収縮量の補正が可能となる。
【００３１】
金型表面の微細形状を形成する好ましい１つの方法は、以下の工程（Ｉ）から（Ｋ）をその順に備えた方法である。
（Ｉ）上記微細形状を形成しようとする金型母材料表面上に感光性材料（レジスト）を塗布する工程。
（Ｊ）電子線（ＥＢ）により感光性材料に所望の形状を描画し、次いで現像して感光性材料に所望形状を形成する工程。
（Ｋ）その感光性材料の形状をドライエッチング法によって金型母材料に転写する工程。
【００３２】
電子線により所望の形状を描画することにより、１度のプロセスで所望の形状を高精度で作製できる。
また、感光性材料の形状をドライエッチング法によって金型母材料に転写するようにすれば、軟質材料であるレジスト形状を硬質金型材料に転写できる。
【００３３】
この場合、金型母材料はドライエッチング可能な材料であることが必要であり、そのような材料として金属材料、ガラス材料、セラミックス材料、半導体材料、プラスチック材料及び硬質ゴム材料からなる群から選ばれた１種を用いることができる。
【００３４】
一般には、金型母材は平面基板であり、その平面上の表面に微細形状を形成する。
金型を作る際に金型母材料表面に感光性材料パターンを形成するために電子線描画用感光性材料を使用する場合は、その電子線描画用感光性材料はポジ型レジストとネガ型レジストのいずれも使用することができるが、微細構造製造方法としてポジ型レジストを塗布し電子線描画方法で描画する場合には、描画の再現性が良く、電子の漏れ等の制御が容易で制御し易いという利点がある。
【００３５】
金型を製作する際、感光性材料の形状をドライエッチング法によって金型母材料に転写する工程におけるドライエッチング工程で、所望の形状を深さ方向に深く（アスペクト比：大きくなるように）転写するために、選択比を段階的又は連続的に変化させることが好ましい。このように、選択比を段階的又は連続的に変化させることにより、転写時に所望の形状を深く得ることができるようになる。ここで「金型」とは、基となる形状を有する物品で、「転写すべき基形状を有する原盤」を意味している。また本件では詳細に述べないが、上記「金型」（マザー型）を基にして電鋳法で（形状が反転するが）「金属型製作」（シスター型）し、これを「転写用金型」として用いることもできる。この場合は、メッキできる材料であれば金属や合金材料など特別の制限はない。
【００３６】
製品基板上に成膜する帯状素子形成用の層の材料は、高反射率性能を発揮するＡｌ（アルミ二ウム）材料が好ましい。そのＡｌ層表面上に樹脂の形状を転写する工法で微細形状を形成する。
樹脂に転写された形状をドライエッチング法によって製品基板に転写する際、製品基板に所望の形状を形成するためにそのドライエッチングにおける樹脂と製品基板とのエッチングの選択比を段階的又は連続的に変化させることが好ましい。この選択比の調整により深さ方向の形状の補正が可能となり、所望の深い形状に転写できるようになる。また、（超微細転写のための）エッチング工程を途中で中断し樹脂層を基板表面に僅かに残し、その後樹脂層除去する工程によって、基板表面の平坦性を確保できる。
【００３７】
製品基板に形成された三次元超微細構造の溝部分を保護層としての二酸化珪素（ＳｉＯ₂）膜で埋める製作方法としては、真空蒸着法、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法又はスパッタリング法がある。また、半導体集積回路製造分野において、０.１μｍ（＝１００ｎｍ）のスルーホール穴埋め技術としてＷ（タングステン）、Ｃｕ（カッパー）材料が提案されている。しかし、本発明の偏光光学素子では、（イ）ラインの線幅が１００ｎｍ以下と更に細線となることがあること、（ロ）低屈折率二酸化珪素材料が好ましいものとして求められること、（ハ）確実な穴埋め性能を要求されること、（二）穴埋め材料中に気泡があってはいけないこと、などの特性を求められることから、従来方法により単に二酸化珪素膜を成膜するだけではうまくいかないことがある。
【００３８】
そこで、本発明の好ましい方法では、製作された超微細構造に好ましい材料としての二酸化珪素を穴埋めする方法として、超微細構造中に緻密かつ、着き廻り性良く成膜するためにプラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法を用いる。本発明では、例えばアルミ二ウム金属パターンからなる帯状素子アレイの超微細構造の穴埋め材料として、低屈折率材料であること、緻密かつ着き廻り性が良いことが求められるので、二酸化珪素を使用する。
【００３９】
プラズマＣＶＤ法による二酸化珪素膜は、通常の半導体製造装置を用いてシランガス又はＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）ガスを反応ガスとして使用し製品基板上に成膜する。
【００４０】
またスパッタリング法は、スパッタリングターゲットとして二酸化珪素を用いた通常のスパッタリング法でも良いし、デジタルスパッタリング法（回転式カルーセル型成膜方法）でシリコン（Ｓｉ）をスパッタリングした後、酸化させる方法でも、どちらでも良い。
【００４１】
二酸化珪素からなる保護層の成膜の好ましい１つの方法は、以下の工程（Ｌ）から（Ｎ）をその順に備えた方法である。
（Ｌ）上記帯状素子アレイが形成されている上記製品基板表面に密着性向上のための水素又は酸素処理を施す工程、
（Ｍ）上記帯状素子アレイ間の領域を完全に穴埋めするまで二酸化珪素膜を成膜する工程、
（Ｎ）上記帯状素子アレイ間の領域を完全に穴埋めした後、さらに上記帯状素子アレイ高さ以上に二酸化珪素を成膜する工程。
これにより、製品基板表面及び帯状素子アレイと、二酸化珪素からなる保護層の密着性を向上させることができ、さらに帯状素子間を二酸化珪素により穴埋めすることができる。
【００４２】
本発明の製造方法では、保護層を帯状素子アレイの厚みよりも厚く成膜するので製品基板表面は二酸化珪素で覆われている。しかし、保護層成膜の際に製品基板表面全てが均一の速度で成膜されるわけではないので、微視的に観察すると、表面のモホロジーは、数ｎｍ〜数十ｎｍオーダーで荒れている。この荒れを除去し、基板面の平行度を確保するためにするために、研磨工法又はＣＭＰ工法で表面平坦化の研磨加工を施すのが好ましい。
【００４３】
【実施例】
（実施例１）
図１（Ａ），（Ｂ）に示す偏光光学素子を製作した。図１の（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は（Ａ）の導電素子アレイ部分を縦方向に沿って切断した状態の断面図を示している。
厚みｔが１.０ｍｍ（ミリメートル）の合成石英基板からなる製品基板２の一表面に厚みが１００ｎｍの二酸化珪素からなるアンダーコート層４が形成されている。アンダーコート層４上にライン・アンド・スペースＬ／Ｓが３５ｎｍ／３５ｎｍ、ピッチＰが７０ｎｍ、高さＨが１１０ｎｍのアルミ二ウムパターンからなる導電素子６がアレイ状に配列されている。製品基板２のサイズは２５ｍｍ×２０ｍｍで、その素子有効範囲は２２ｍｍ×１７ｍｍである。そのアレイにはＬ／Ｓの導電素子６が短手方向に平行に規則的なパターンとして配列されている。Ｌ（ライン）は導電素子６が形成されている部分で、Ｓ（スペース）は隣り合う導電素子６間の領域、ＰはＬ＋Ｓのピッチを示している。ライン数は省略している。図１では導電素子６を拡大し簡略化して４本だけ示している。
【００４４】
導電素子アレイの外周部分数ｍｍは、導電素子６のない部分が帯状に存在している。その部分には導電素子６につながる導電層８がアンダーコート層４上に形成されている。導電層８は導電素子６と同じアルミ二ウム膜であり、導電素子６の形成時に同時に形成することができる。
導電素子６上及び導電層８上を含むアンダーコート層４上に二酸化珪素からなる保護層１０が形成されている。保護層１０の厚みは例えば０.５μｍである。
【００４５】
この偏光光学素子の表裏両面には反射防止膜１２が成膜されている。反射防止膜１２は、例えば製品基板２又は保護層１０側から順にＳｉＯ₂膜、ＴｉＯ₂膜、ＳｉＯ₂膜、ＴｉＯ₂膜、ＭｇＦ₂膜からなる５層積層構造の膜であり、各膜の膜厚はいずれもλ／４（λは、３８０〜７００ｎｍの中心波長で、ここではλ＝５４０ｎｍ）で、１３５ｎｍである。反射防止膜１２が反射防止機能を有する波長は、３８０〜７００ｎｍの範囲であり、透過率は石英基板の透過率を１００％とすると９９％以上である。
【００４６】
以下に、図２及び図３を参照してこの偏光光学素子の製作手順を示す。
図２及び図３を参照して工程毎の断面図で説明する。
（ａ）（金型母材料上に電子線用感光性材料を塗布し、電子線で描画する工程）
金型母材料１４ａとして直径が６インチ、厚みが１.０ｍｍの石英基板を用意した。この金型母材料１４ａの表面上に電子線描画用感光性材料（レジスト）１６ａ（日本ゼオン社製：ＺＥＰ−５２０）をスピンナーにて、５００ｒｐｍで５秒間、続いて４０００ｒｐｍで３０秒間塗布した。その後、９０℃で５分間のプリベークを行なった後、急冷却した。この時のレジスト膜厚は、１４０ｎｍであった。
【００４７】
次に、図１に示した導電素子６の反転形状（凹凸が反対）を得る為に、別途専用ソフトを使用してＥＢ照射ビームがなぞる領域分割、経路及びビーム径、ドーズ量、描画時間等を入力しておく。本実施例の場合には、描画全領域を５００μｍ×５００μｍの正方形の領域に分割して描画プログラムを作成し、この領域を繋ぎ合わせて２２ｍｍ×１７ｍｍの全領域を描画した。なお、本件では最終製品形状と描画形状とは、反転した関係である。予め、反転形状でプログラムを製作するのは当然である。
【００４８】
レジスト１６ａを塗布した金型母材料１４ａを電子線描画装置に配置し、所定の真空度まで排気する。次いで、専用データを描画装置の制御装置に転送し、描画を開始する。本件の場合には、Ｘ−Ｙステージを移動させながら描画し、描画に４８時間を要した。
【００４９】
（ｂ）（現像・リンスする工程）（図は現像後のパターン断面形状を示している。）
描画後、現像液（ＺＥＰ−５２０現像液）を使用して２５℃で３分間現像した。リンスを行ない、窒素ブロアーとスピンナー回転にて直ぐに乾燥させた。その後、ポストベークを１２０℃で５分間行なって、金型母材料１４ａ上にレジストパターン１６を形成した。
【００５０】
（ｃ）（感光性材料１２をマスクとして、ドライエッチングにより金型を製作する工程）（必要に応じて、剥離処理を施す工程。）
描画後のレジストパターン１６をドライエッチング法によって金型母材料１４ａに転写して金型１４を形成した。このときのドライエッチングは、ＴＣＰ（誘導結合型プラズマ）エッチング装置を用い、ＣＦ₄：２０ｓｃｃｍのガスを導入しながら、基板バイアス電圧：５００Ｗ、上部電極パワー：１２５０Ｗ、真空度１.０×１０−３Ｔｏｒｒ（すなわち１.５ｍＴｏｒｒ）で０.５分間エッチングを行なった。このときのエッチング速度は、１８０ｎｍ／分であった。ここでは１０ｎｍ程のアンダーエッチングで終了させた。つまり金型１４の表面に僅かにレジストが残っている状況である。エッチングの選択比（金型母材料のエッチング速度／レジストのエッチング速度）は１.０でエッチング後の金型１４の凹部１８の深さは１２０ｎｍであった。表面粗さＲａは２ｎｍ以下で良好であった。凹部１８の深さは、次工程での選択比と、樹脂収縮（７％）を見込んで設定した。この時の凹部１８は、描画時の形状に比較して、ピッチ一定で、深さだけが０.９倍になっていた。
【００５１】
金型１４の表面に対して離型処理するために、フッ素官能基を有するトリアジンチオール有機化合物で金型１４の表面を処理した。これは、有機鍍金法と言われる方法で行なった。具体的には、フッ素化ＳＦＴＴ（スーパーファイントリアジンチオール）を溶媒に溶かした溶液中で電解重合処理（有機鍍金）して、金型表面にフッ素系の有機薄膜を形成した。フッ素化ＳＦＴＴは、有機硫黄化合物の１つであるトリアジンチオールの側鎖をフッ素化したものである。フッ素分子の数ｎは、ｎ＝７が最も撥水効果（剥型効果）が高かったので、この条件で１０ｎｍの膜厚に成膜した。
【００５２】
（ｄ）（金型パターン上に樹脂を塗布し、製品基板を上方から押し当てる工程）
合成石英からなる製品基板２（信越石英社製：合成石英スプラシルＰ−２０）上に、密着性向上を目的とした二酸化珪素膜からなるアンダーコート層４を１００ｎｍの膜厚にスパッタリング法で形成し、さらにその上に１１０ｎｍのアルミ二ウム膜６ａをスパッタリング法で形成した。その後必要に応じて、スパッタリングチャンバー内で加熱ヒーターを使用して３５０℃で加熱リフロー処理を行なってアルミ二ウムを平坦化させた。
【００５３】
離型処理した金型１４を下に配置した状態で、金型１４上に、好ましい樹脂である紫外線硬化型樹脂２０ａとしてアクリル系樹脂（大日本インキ社製：ＧＲＡＮＤＩＣＲＣ−８７２０）を１ｃｃ塗布した。金型１４を専用の接合機に配置し、予め別の工程でアルミニウム膜６ａ表面に対してシランカップリング処理（密着性向上処理）を施した製品基板２のシランカップリング処理面をゆっくりと押し当てる。このとき、紫外線硬化型樹脂２０ａの中に泡が発生しないように降下速度と、金型と製品基板の間隔が例えば５０ｎｍ以下となるように平行度を制御した自動接合機で接合した。
次に、金型１４側からゆっくりと製品基板２側に押し上げて、形状転写時に余分となる紫外線硬化型樹脂２０ａを除去した。
【００５４】
（ｅ）（紫外線照射し樹脂を硬化させ、次いで剥離する工程）
金型１４側から均一な紫外線光を３０００ｍＪ照射して紫外線硬化型樹脂２０ａを硬化させて樹脂層２０を形成した。このときの紫外線硬化型樹脂層２０の厚み（紫外線硬化型樹脂層２０の表面と製品基板２のアルミニウム膜６ａ間の距離）は、５０ｎｍ以下であった。当然、紫外線硬化型樹脂層２０の最大厚みは、「パターン深さ：１２０ｎｍ」＋「５０ｎｍ以下」＝１７０ｎｍ以下である。
【００５５】
（ｆ）（製品基板から金型を剥離する工程）
紫外線硬化型樹脂層２０を製品基板２に接合したまま金型１４の表面から剥離するために、治具を使って、金型１４をやや凸形状に変形させながら互いに平行状態を維持しながら剥離させた。
製品基板２のアルミニウム膜６ａ上の樹脂層２０の転写形状を測定したところ、金型１４の凹部１８に対応する凸部の高さは１１０ｎｍであり、凹部１８の深さに比べて小さくなっていた。これは、樹脂層２０が硬化収縮したためであり、その硬化収縮率は平均で約８.５％であった。
【００５６】
（ｇ）（ドライエッチングして樹脂形状を製品基板上のアルミ二ウムに転写する工程）
製品基板２上のアルミニウム膜６ａ上の樹脂層２０の転写形状をアルミニウム膜６ａに転写して導電素子６及び導電層（図示は省略）を形成した。このときのドライエッチングは、ＴＣＰ（誘導結合型プラズマ）エッチング装置を用い、ＢＣｌ₃：１５ｓｃｃｍ、ＣＦ₄：１０ｓｃｃｍ、Ａｒ：５ｓｃｃｍのガスを導入しながら、基板バイアス電圧：５００Ｗ、上部電極パワー：１２５０Ｗ、真空度１.０×１０^-3Ｔｏｒｒ（すなわち１.５ｍＴｏｒｒ）で１.３分間エッチングを行なった。アルミ二ウムのエッチング速度は、１００ｎｍ／分であった。
【００５７】
このとき、樹脂層２０に対しては、例えば４０ｎｍ程のアンダーエッチングで終了させた。つまり表面に僅かに樹脂が残っている状況である。また、アルミ二ウム膜６ａに対しては例えば４０ｎｍ程のアンダーエッチングで終了させた。つまり不必要な領域のアルミ二ウム膜６ａが完全にエッチング除去されて導電素子６及び導電層が形成された状況である。エッチングの選択比（製品基板のエッチング速度／樹脂層のエッチング速度）は１.３で、エッチング後の導電素子６の高さは１１０ｎｍであった。その後、通常の酸素アッシングで僅かに残っていた樹脂有機材料層を除去した。また、表面粗さＲａは２ｎｍ以下で良好であった。
【００５８】
エッチング後の形状に対して、側長ＳＥＭ装置を用いて、Ｌ／Ｓ寸法測定、段差測定を行なった。この中間工程での光学素子形状は、製品基板２上のアルミ二ウム材料表面にＬ／Ｓ＝３５／３５ｎｍ、Ｐ＝７０ｎｍ、高さ：Ｈ＝１１０ｎｍの導電素子６のアレイ及び導電層（図示は省略）を製作できた。
【００５９】
（ｈ）（プラズマＣＶＤ法によってアルミ二ウム溝を二酸化珪素膜で穴埋めする工程）
プラズマＣＶＤ装置を用いて、導電素子６上を含むアンダーコート層４上に二酸化珪素からなる保護層１０を２.５μｍ程度の膜厚に成膜した。このとき、導電素子６，６間の溝及び導電素子６、導電層間の溝は保護層１０によって完全に埋められた。また、ＳＥＭ（電子顕微鏡）で成膜後の基板断面を観察したが、導電素子６の超微細パターンは完全に埋められ、保護層１０の内部に気泡等の欠陥は見られなかった。
【００６０】
次いで、通常のガラス板研磨工程と同様に、平面度が３００ｎｍ以下に精度よく平面研磨された研磨皿にダイヤモンド粒子を埋め込んだ研磨シート材料を均一に貼り付け、ダイヤモンド粒子の大きさを＃８００、＃１２００、＃２０００（いずれもダイヤモンドの粒径を示し、次第に粒径が小さくなるように）研磨条件を変更しながら保護層１０の表面を研磨した。研磨後の保護層１０の表面粗さは、Ｒａ＝２ｎｍ以下で良好であった。
【００６１】
（ｉ）（反射防止膜の形成及び切り出し工程）
保護層１０の表面及び保護層１０とは反対側の製品基板２の表面に反射防止膜１２を成膜する。
複数の偏光光学素子が形成された一基板の形態で製造工程を進めてきたが、最後に、製品化するためにダイシング装置で個々の偏光光学素子に切断し、切り離す。
【００６２】
得られた偏光光学素子のパターン寸法と光学性能を評価した。製品検査は、抜き取りの断面形状評価と測長ＳＥＭで寸法測定を行なった。上記製造方法の実施例によって、設計通り、透過率：９０％、コントラスト：１２００（λ＝４５０ｎｍ）の偏光特性が得られた。
【００６３】
（実施例２）
図４（Ａ），（Ｂ）に示す偏光光学素子を製作した。図４の（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は（Ａ）の導電素子アレイ部分を縦方向に沿って切断した状態の断面図を示している。図１と同じ部分には同じ符号を付し、それらの部分の詳細な説明は省略する。
【００６４】
厚みが１.０ｍｍの光学ガラス（ＢＫ−７）基板からなる製品基板２２の一表面に厚みが４０５ｎｍのアンダーコート層２４が形成されている。アンダーコート層２４は、下層側から順にＳｉＯ₂膜、ＴｉＯ₂膜、ＳｉＯ₂膜をそれぞれ１３５ｎｍの膜厚で備えた３層積層構造の膜であり、基板２２と金属材料に対して密着性を有するとともに、反射防止機能を有している。
【００６５】
アンダーコート層２４上に、図１に示した実施例と同じ構成で導電素子６及び導電層８が形成されている。図４でも、図１と同様に導電素子６を拡大し簡略化して４本だけ示している。
導電素子６上及び導電層８上を含むアンダーコート層２４上に二酸化珪素からなる保護層１０が形成されている。保護層１０の厚みは例えば０.８μｍである。
保護層１０表面に、下層側から順にＡｌ₂Ｏ₃膜（１３５ｎｍ）、ＺｒＯ膜（２７０ｎｍ）、ＭｇＦ₂膜（１３５ｎｍ）の３層積層構造の膜からなる反射防止膜１３が成膜されている。この実施例では、図１に示した実施例とは異なり、基板２２の保護層１０とは反対側の面には反射防止膜が形成されていない。ただし、基板２２の保護層１０とは反対側の面に反射防止膜が形成されていてもよい。
【００６６】
図５に偏光光学素子の製作手順を示す。以下に、図５を参照して工程毎の断面図で説明する。
（ａ）図２（ａ）から（ｃ）を参照して説明した上記工程（ａ）から（ｃ）と同じ工程により凹部１８を有する金型１４を形成する。
密着性向上及び反射防止を目的として、下層側から順に、ＳｉＯ₂膜、ＴｉＯ₂膜、ＳｉＯ₂膜をそれぞれ１３５ｎｍの膜厚で備えた３層積層構造の膜を例えば反射防止膜の光学設計ソフトを使用して設計し、設計どおりの機能を有するアンダーコート層２４をＢＫ−７からなる製品基板２２の一表面上に真空蒸着法で形成した。さらにその上に１１０ｎｍのアルミ二ウム膜６ａをスパッタリング法で形成した。この実施例では加熱リフロー処理は行なわなかった。
【００６７】
図２（ｄ）を参照して説明した上記工程（ｄ）と同様にして、金型１４上に紫外線硬化型樹脂２０ａを塗布し、予め別の工程でシランカップリング処理を施した製品基板２２のアルミニウム膜６ａ表面を紫外線硬化型樹脂２０ａに接合させた後、余分な紫外線硬化型樹脂２０ａを除去した。
【００６８】
（ｂ）図２（ｅ）を参照して説明した上記工程（ｅ）と同じ処理により、紫外線硬化型樹脂２０ａを硬化させて樹脂層２０を形成した。このときの紫外線硬化型樹脂層２０の厚みは上記工程（ｅ）と同じく５０ｎｍ以下であり、紫外線硬化型樹脂層２０の最大厚みは１７０ｎｍ以下であった。
【００６９】
（ｃ）図３（ｆ）を参照して説明した上記工程（ｆ）と同じ処理により、紫外線硬化型樹脂層２０を製品基板２２に接合したまま金型１４の表面から剥離させた。
製品基板２２上のアルミニウム膜６ａ上の樹脂層２０の転写形状をアルミニウム膜６ａに転写して導電素子６及び導電層（図示は省略）を形成した。このときのドライエッチングは、ＴＣＰエッチング装置を用い、ＢＣｌ₃：１５ｓｃｃｍ、ＣＦ₄：１０ｓｃｃｍ、Ａｒ：５ｓｃｃｍのガスを導入しながら、基板バイアス電圧：５００Ｗ、上部電極パワー：１２５０Ｗ、真空度１.０×１０^-3Ｔｏｒｒで１.０分間エッチングを行なった。このときのアルミ二ウムのエッチング速度は、１３０ｎｍ／分であった。
【００７０】
このとき、樹脂層２０に対しては、例えば４０ｎｍ程アンダーエッチングで終了させた。つまり表面に僅かに樹脂が残っている状況である。またアルミ二ウムに対しては例えば４０ｎｍ程アンダーエッチングで終了させた。つまりアルミ二ウムが完全にエッチング除去された状況である。エッチングの選択比（製品基板のエッチング速度／樹脂層のエッチング速度）は１.２で、エッチング後の導電素子６の高さは１１０ｎｍであった。その後、通常の酸素アッシングで僅かに残っていた樹脂有機材料層を除去した。また、表面粗さＲａは２ｎｍ以下で良好であった。
【００７１】
エッチング後の形状に対して、側長ＳＥＭ装置を用いて、Ｌ／Ｓ寸法測定、段差測定を行なった。この中間工程での光学素子形状は、製品基板２上のアルミ二ウム材料表面にＬ／Ｓ＝３５／３５ｎｍ、Ｐ＝７０ｎｍ、高さ：Ｈ＝１１０ｎｍの導電素子６のアレイ及び導電層（図示は省略）を製作できた。
【００７２】
（ｄ）デジタルスパッタリング装置（カルーセル型スパッタリング装置）を用いて、導電素子６上を含むアンダーコート層２４上に二酸化珪素からなる保護層１０を２.５μｍ程度の膜厚に成膜した。この工程で用いたデジタルスパッタリング装置は、ターゲット材料のスパッタリング成膜室：第１室と、プラズマ処理室：第２室の２室構成で構成されている。そして、円筒型基板ホルダー治具が高速度で回転する機構となっている。本実施例では、第１室でＳｉ材料を単分子層の厚みで成膜し、第２室でＳｉ分子層を酸素プラズマで酸化した。この処理を高速で繰り返すことによって、安定した二酸化珪素膜を成膜できた。
【００７３】
この工程により、導電素子６，６間の溝及び導電素子６、導電層間の溝は保護層１０によって完全に埋められたことをＳＥＭによる成膜後の基板断面観察で確認した。導電素子６の超微細パターンは完全に埋められ、保護層１０の内部に気泡等の欠陥は見られなかった。
次いで、図３（ｆ）を参照して説明した上記工程（ｆ）での研磨工程と同じ処理により、保護層１０の表面を研磨した。研磨後の保護層１０の表面粗さは、Ｒａ＝２ｎｍ以下で良好であった。
【００７４】
（ｅ）保護層１０の表面に反射防止膜１３を成膜した。最後に、製品化するためにダイシング装置で個々の偏光光学素子に切断し、切り離した。
得られた偏光光学素子のパターン寸法と光学性能を評価した。上記製造方法の実施例によって、設計通り、透過率：８３％、コントラスト：６００（λ＝４５０ｎｍ）の偏光特性が得られた。
【００７５】
（実施例３）
図６（Ａ），（Ｂ）に示す偏光光学素子を製作した。図６の（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は（Ａ）の導電素子アレイ部分を縦方向に沿って切断した状態の断面図を示している。図１及び図４と同じ部分には同じ符号を付し、それらの部分の詳細な説明は省略する。
【００７６】
厚みが１.０ｍｍの石英基板からなる製品基板２６の一表面に厚みが１００ｎｍのアンダーコート層２４が形成されている。アンダーコート層２４は図４のアンダーコート層２４と同じであり、製品基板２６及び金属材料に対する密着性並びに反射防止機能を有している。
アンダーコート層２４上に、図１及び図４に示した実施例と同じ構成で導電素子６及び導電層８が形成されている。図６でも、図１及び図４と同様に導電素子６を拡大し簡略化して４本だけ示している。
【００７７】
導電素子６上及び導電層８上を含むアンダーコート層２４上に、二酸化珪素と酸化ニオブの混合材料からなる保護層２８が形成されている。保護層２８について、例えば厚みは０.５μｍであり、二酸化珪素と酸化ニオブの混合比は例えば１００：１である。
保護層２８表面に反射防止膜１３が成膜されている。この実施例では、図１に示した実施例とは異なり、製品基板２６の保護層２８とは反対側の面には反射防止膜が形成されていない。ただし、基板２６の保護層２８とは反対側の面に反射防止膜が形成されていてもよい。
【００７８】
図７に偏光光学素子の製作手順を示す。以下に、図５を参照して工程毎の断面図で説明する。
（ａ）図２（ａ）から（ｃ）を参照して説明した上記工程（ａ）から（ｃ）と同じ工程により凹部１８を有する金型１４を形成する。
図５（ａ）を参照して説明した上記工程（ａ）でのアンダーコート層２４形成工程と同様にして、製品基板２６の一表面上にアンダーコート層２４を形成した。さらにその上に１１０ｎｍのアルミ二ウム膜６ａをスパッタリング法で形成した。その後必要に応じて、スパッタリングチャンバー内で加熱ヒーターを使用して３５０℃で加熱リフロー処理を行なってアルミ二ウムを平坦化させた。
【００７９】
図２（ｄ）を参照して説明した上記工程（ｄ）と同様にして、金型１４上に紫外線硬化型樹脂２０ａを塗布し、予め別の工程でシランカップリング処理を施した製品基板２６のアルミニウム膜６ａ表面を紫外線硬化型樹脂２０ａに接合させた後、余分な紫外線硬化型樹脂２０ａを除去した。
図２（ｅ）を参照して説明した上記工程（ｅ）と同じ処理により、紫外線硬化型樹脂２０ａを硬化させて樹脂層２０を形成した。このときの紫外線硬化型樹脂層２０の厚みは上記工程（ｅ）と同じく５０ｎｍ以下であり、紫外線硬化型樹脂層２０の最大厚みは１７０ｎｍ以下であった。
図３（ｆ）を参照して説明した上記工程（ｆ）と同じ処理により、紫外線硬化型樹脂層２０を製品基板２６に接合したまま金型１４の表面から剥離させた。製品基板２６のアルミニウム膜６ａ上の樹脂層２０の転写形状を測定したところ、金型１４の凹部１８に対応する凸部の高さは１１０ｎｍであり、凹部１８の深さに比べて小さくなっていた。
【００８０】
（ｂ）図３（ｇ）を参照して説明した上記工程（ｇ）と同じ処理により、樹脂層２０の転写形状をアルミニウム膜６ａに転写して導電素子６のアレイ及び導電層（図示は省略）を形成した。エッチング後の導電素子６の形状高さは１１０ｎｍであった。その後、通常の酸素アッシングで僅かに残っていた樹脂有機材料層を除去した。また、表面粗さＲａは２ｎｍ以下で良好であった。
エッチング後の形状に対して、側長ＳＥＭ装置を用いて、Ｌ／Ｓ寸法測定、段差測定を行なった。この中間工程での光学素子形状は、製品基板２６上のアルミ二ウム材料表面にＬ／Ｓ＝３５／３５ｎｍ、Ｐ＝７０ｎｍ、高さ：Ｈ＝１１０ｎｍの導電素子６のアレイ及び導電層を製作できた。
【００８１】
（ｃ）デジタルスパッタリング装置（カルーセル型スパッタリング装置）を用いて、導電素子６上及び導電層上を含むアンダーコート層２４上に、二酸化珪素膜に酸化二オブを僅かに混合した屈折率：１.５５の保護層２８を２.５μｍ程度の膜厚に成膜した。この工程で用いたデジタルスパッタリング装置は、ターゲット材料のスパッタリング成膜室：第１室と第２室、プラズマ処理室：第３室の３室構成で構成されており、円筒型基板ホルダー治具が高速度で回転する機構となっている。本実施例では、第１室でＳｉ材料を単分子層の厚みで成膜し、第２室で二オブを成膜し、第３室でＳｉ＋Ｎｂ分子層を酸素プラズマで酸化した。この処理を高速で繰り返すことによって、安定した二酸化珪素＋酸化二オブ膜を成膜できた。
【００８２】
この工程により、導電素子６，６間の溝及び導電素子６、導電層間の溝は保護層２８によって完全に埋められたことをＳＥＭによる成膜後の基板断面観察で確認した。導電素子６の超微細パターンは完全に埋められ、保護層２８の内部に気泡等の欠陥は見られなかった。
【００８３】
次いで、図３（ｆ）を参照して説明した上記工程（ｆ）での研磨工程と同じ処理により、保護層２８の表面を研磨した。研磨後の保護層２８の表面粗さは、Ｒａ＝２ｎｍ以下で良好であった。
このとき、導電素子６，６間の溝及び導電素子６、導電層間の溝は完全に埋められたことをＳＥＭ（電子顕微鏡）で成膜後の基板断面観察で確認した。導電素子６の超微細パターンは完全に埋められ、内部に気泡等の欠陥は見られなかった。
【００８４】
（ｄ）保護層２８の表面に反射防止膜１３を成膜した。最後に、製品化するためにダイシング装置で個々の偏光光学素子に切断し、切り離した。得られた偏光光学素子のパターン寸法と光学性能を評価し、上記製造方法の実施例によって、設計通り、透過率：６５％、コントラスト：２００（λ＝４５０ｎｍ）の偏光特性が得られた。
【００８５】
（実施例４）
図８は偏光光学素子のさらに他の実施例を示す断面図である。図４と同じ部分には同じ符号を付し、それらの部分の詳細な説明は省略する。図８では、偏光光学素子の一部分を拡大して示している。
【００８６】
ＢＫ−７基板からなる製品基板２２の一表面に密着性並びに反射防止機能をもつアンダーコート層２４が形成されている。アンダーコート層２４上に導電素子６及び導電層（図示は省略）が形成されている。導電素子６上を含むアンダーコート層２４上に保護層１０が形成されている。保護層１０表面に反射防止膜１３が成膜されている。
【００８７】
製品基板２２の保護層１０とは反対側の面（以下裏面という）にマイクロレンズアレイ３０が形成されている。マイクロレンズアレイ３０上に樹脂層３２を介してカバーガラス３４が設けられている。
【００８８】
この実施例では、アンダーコート層２４を介して導電素子６のアレイを製品基板２２の一表面上に備え、マイクロレンズアレイ３０を製品基板２２の裏面に備えているので、偏光光学素子とマイクロレンズアレイ部材を接着剤で接合させる必要はない。これにより、従来の方法に比べて位置合わせ工程及び組付け工程が不要になり、製造コストを低減することができる。さらに、接着剤と基板の熱膨張係数の違いに起因する変形が生じない。
【００８９】
マイクロレンズアレイ３０の製造方法の一例を説明する。
例えば、図５（ｄ）を参照して説明した上記工程（ｄ）で保護層１０を形成した後、保護層１０上に反射防止膜１３を形成する。製品基板２２の裏面にフォトレジストを塗布し、フォトレジストをマイクロレンズ形状に対応して三次元形状に形成する。異方性エッチングによりフォトレジストの表面形状を製品基板２２の裏面に彫り写して転写することにより、製品基板２２の裏面にマイクロレンズアレイ３０を形成することができる。
【００９０】
マイクロレンズアレイ３０上に樹脂３２及びカバーガラス３４の形成を行なった後、ダイシング装置で個々の偏光光学素子に切り出すことにより、アンダーコート層２４を介して導電素子６のアレイを製品基板２２の一表面上に備え、マイクロレンズアレイ３０を製品基板２２の裏面に備えた偏光光学素子を得ることができる。
【００９１】
図８を参照して説明した実施例は、図４に示した実施例の製品基板２２の裏面にマイクロレンズアレイ３０を備えたものであるが、製品基板の裏面にマイクロレンズアレイを備えた本発明の偏光光学素子はこれに限定されるものではない。例えば図６に示した実施例の製品基板２６の裏面にマイクロレンズアレイを備えてもよい。また、図１に示した実施例の製品基板２の裏面側の反射防止膜１２を形成せずに、製品基板２の裏面にマイクロレンズアレイを備えてもよい。
【００９２】
以上、本発明の実施例を説明したが、寸法、形状、材料、配置、製造条件などは一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００９３】
【発明の効果】
本発明の偏光光学素子は、入射光に対して透明で、平坦な表面をもつ無機誘電体基板の平坦な表面に、同じ幅、同じ高さをもち、入射光の波長よりも短いピッチで等間隔に配列された金属材料からなる多数の帯状導電素子で構成される帯状導電素子アレイを備え、上記帯状導電素子アレイ上を含む上記無機誘電体基板の上記平坦な表面上に、入射光に対して透明で、平坦な表面をもつ保護層を備えているので、保護層により覆われていることにより、耐熱性がよく、耐久性にも優れている。また、保護層表面は平坦で凹凸がないため、手で触れて汚れがついても容易に除去することができ、手扱いが容易になる。
【００９４】
本発明の製造方法では、表面に微細形状をもつ金型の表面に硬化可能な樹脂を介して製品基板上の金属層を押し当て、金型の表面形状の反転形状をその樹脂に転写し、その樹脂を硬化させ、その樹脂を製品基板上の金属層に接合させた状態で金型を剥離した後、その樹脂に転写された形状をドライエッチング法によって金属層に転写することにより、微細表面構造をもつ物品を製造するようにしたので、微細構造（高精度の表面３次元構造）を高精度で、量産製品を大量に生産可能となった。生産の工程を簡素化して再現性あるかつ容易な製造工程とし、低コスト化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の偏光光学素子を示す図で、（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は（Ａ）の導電素子アレイ部分を縦方向に沿って切断した状態の断面図である。
【図２】製造方法の一実施例の前半部を示す工程断面図である。
【図３】製造方法の一実施例の後半部を示す工程断面図である。
【図４】他の実施例の偏光光学素子を示す図で、（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は（Ａ）の導電素子アレイ部分を縦方向に沿って切断した状態の断面図である。
【図５】製造方法の他の実施例を示す工程断面図である。
【図６】さらに他の実施例の偏光光学素子を示す図で、（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は（Ａ）の導電素子アレイ部分を縦方向に沿って切断した状態の断面図である。
【図７】製造方法のさらに他の実施例を示す工程断面図である。
【図８】さらに他の実施例の偏光光学素子を示す断面図である。
【図９】従来の偏光光学素子を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
２，２２，２６製品基板（無機誘電体基板）
４，２４アンダーコート層
６導電素子
６ａアルミニウム膜
８導電層
１０，２８保護層
１２，１３反射防止膜
１４ａ金型母材料
１４金型
１６ａレジスト
１６レジストパターン
１８金型の凹部
２０ａ紫外線硬化型樹脂
２０樹脂層
３０マイクロレンズアレイ
３２樹脂
３４カバーガラス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a product that exhibits an optical function by performing ultrafine processing on a surface and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a surface of an inorganic dielectric substrate that is arranged at equal intervals at a pitch shorter than the wavelength of incident light. The present invention relates to an inorganic polarizing optical element (an optical element that uses an electromagnetic wave component among the properties of light) and an manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
There are two types of polarizing optical elements: an “organic material product” using an organic sheet material, and an “inorganic material product” in which fine metal wires are arranged in an array on an inorganic material substrate.
The “organic material product” is made of an organic polymer material whose main component is PVA (polyvinyl alcohol). The manufacturing method is to impregnate a PVA film material with an iodine material or an organic dye, and then mix and then stretch it in the X direction or XY direction, and then join the sandwich structure with an organic film material such as PVA from above and below. Therefore, it is also called a dichroic polarizer. Since it is composed of an organic polymer material, the use temperature is limited to 100 ° C. or less.
[0003]
For example, “Polarizers” made of PVA material are inexpensive and have sufficient functions as portable liquid crystal polarizers, but recently there has been a growing demand for liquid crystal projectors (large screen televisions and large presentations). An optical product that optically collects high-intensity lamp light and irradiates high-density light perpendicularly to the liquid crystal panel, and the temperature near the liquid crystal panel rises to about 120 ° C. In order to avoid temperature rise, a cooling fan, etc. is installed.) As a polarizing plate, it cannot be used due to heat resistance and durability problems. In particular, in this application, when the light having a short wavelength is irradiated for a long time, the function is deteriorated.
[0004]
As a countermeasure, efficient cooling is important. (1) Installation of a cooling fan, (2) Installation of a black matrix (BM) that is a heat absorption source of the panel, and adoption of a reflective film on the BM film, (3) The panel frame pair is made of metal, and (4) sapphire glass having a high thermal conductivity (40 times that of glass) is used as a supporting device. However, all of these measures are expensive and are weak points of liquid crystal display elements.
[0005]
“Inorganic material products” have been proposed to solve the above problems, and are formed by arranging metal thin wires in an array on an inorganic material substrate, and on the surface of the inorganic dielectric substrate than the wavelength of the light used. There has been known a polarizing optical element including an array of a large number of strip-shaped conductive elements arranged at equal intervals at a short pitch (see, for example, Patent Documents 1-5).
[0006]
FIG. 9 schematically shows such a polarizing optical element. A large number of strip-like conductive elements 40 having a width w are arranged on a dielectric substrate 38 in parallel with each other at a pitch p shorter than the wavelength of incident light. Equipped with an array. When the incident light 42 is incident on the polarizing optical element at an angle θ from the normal line so that the incident surface is orthogonal to the conductive element 40, the polarizing optical element has a polarization vector orthogonal to the incident surface among the polarization components of the incident light 42. It functions as a polarizing optical element in which the polarization component is reflected light 44 and the polarization component having a polarization vector parallel to the incident surface is transmitted light 46.
[0007]
Such an “inorganic material product” is manufactured using X-ray exposure and a lift-off method, and an aluminum wire is formed as a conductive element 40 on a glass material.
[0008]
The following methods A) and B) have been proposed as methods for manufacturing the ultrafine structure.
A) A method in which a direct drawing method using an electron beam, a laser beam, an ion beam, or the like, optical lithography, and dry etching technology are combined (see Non-Patent Document 1).
B) “Manufacturing method of complex function diffractive optical element” “effective refractive index method” for controlling phase modulation amount of light wave by combination of elements characterized by a filling factor of a certain relief depth (binary level) (See Non-Patent Document 2).
[0009]
[Patent Document 1]
Special table 2003-502708 gazette
[Patent Document 2]
US Pat. No. 6,208,463
[Patent Document 3]
US Pat. No. 6,122,103
[Patent Document 4]
US Pat. No. 6,243,199
[Patent Document 5]
US Pat. No. 5,580,084
[Non-Patent Document 1]
“Applied Physics”, Vol. 68, No. 6 (1999) p. See 633-638
[Non-Patent Document 2]
“27th Optical Symposium” Lecture Numbers 9, 10, and 11: Proceedings of Lectures (2001) p. 25-36
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional polarizing optical element of “inorganic material product”, since the aluminum conductive element is formed on the surface of the glass substrate, it peels off due to poor adhesion between the glass substrate material and the aluminum conductive element. It is easy and has a problem with durability.
In addition, since there are fine irregularities on the surface, there is a problem that it is difficult to handle by hand because dirt enters the concave portion when it is touched with the hand and cannot be removed.
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a polarizing optical element of an “inorganic material product” that is durable and easy to handle.
[0011]
As a method of forming an ultrafine / three-dimensional structure having an L / S (line and space) smaller than the optical wavelength to be used as the object of the present invention, the above-mentioned methods A) and B) are used. Among them, in the method A, although there were reports on the production of diffractive optical elements, the sectional structure was tapered, and the pitch was only about 0.7 times the wavelength used (0.7λ) and large. There are also the following problems.
[0012]
(A) In a mask exposure method using a laser beam, ion beam or X-ray, there is a limit to the L (line) width that can be formed (a limit that L smaller than the wavelength of light used for exposure cannot be formed). A sufficiently small ultra-fine structure cannot be produced.
[0013]
(B) The direct writing method using an electron beam has the following problems (1) to (6).
(1) An enormous drawing time is required for drawing over a wide area (500 μm (micrometer) × 500 μm square for about 10 to 15 hours).
(2) The drawing range is limited to 500 μm × 500 μm, and it is necessary to connect the effective drawing areas.
(3) The joining accuracy σ in that case is about 15 nm (nanometers). The accuracy of splicing can be drawn with higher accuracy when drawing only once. However, when drawing repeatedly many times, the joining accuracy deteriorates due to the following reasons a) to d).
a) The filament current fluctuates during drawing due to drawing for a long time.
b) The drawing position accuracy decreases due to long-time drawing.
c) The filament itself deteriorates.
e) Performance of the drawing device itself (depends on device design)
(4) Poor reproducibility in drawing.
(5) Defects at the time of drawing tend to occur.
(6) A device having high-precision control technology is required, and the drawing device is expensive (billion to 1.5 billion yen / unit).
[0014]
For this reason, as a production method for mass-produced products for which low-price stable supply is required, the direct drawing method using an electron beam cannot be used, and there is no practical example.
Accordingly, a second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a polarizing optical element of an “inorganic material product” having a highly accurate surface three-dimensional structure with high reproducibility and low cost by simplifying the production process. It is to be.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The polarizing optical element of the present invention is transparent to incident light, has the same width and height on the flat surface of an inorganic dielectric substrate having a flat surface, and has a pitch shorter than the wavelength of the incident light. Arranged in intervals Many Number band element A band consisting of element With an array element A protective layer having a flat surface transparent to incident light is provided on the flat surface of the inorganic dielectric substrate including the array.
[0016]
In the polarizing optical element of the present invention, Strip element Is covered with a protective layer, so it has good heat resistance. Strip element Since it does not peel off from the substrate, it has excellent durability. Further, since the surface of the protective layer is flat and has no irregularities, even if it is touched by a hand and gets dirty, it can be easily removed, and handling by hand becomes easy.
[0017]
The manufacturing method of the present invention for manufacturing this polarizing optical element includes the following steps (A) to (F) in that order.
(A) A step of producing a mold having a fine shape composed of a number of concave arrays arranged on a flat surface with the same width and the same depth and at a pitch shorter than the wavelength of incident light.
(B) Inorganic dielectric substrate transparent to incident light Product board of Forming a layer for forming a band-shaped element on the surface;
(C) pressing the layer of the product substrate through a curable resin to the mold surface, and transferring the mold surface shape to the resin on the layer;
(D) a step of curing the resin;
(E) peeling the resin from the mold in a state where the resin is bonded to the layer;
(F) A band-shaped element array in which the shape transferred to the resin is transferred to the layer by dry etching. And conductive layer Forming a process,
(G) Above the band-shaped element array And on the conductive layer Forming a protective layer on the product substrate including:
(H) A step of planarizing the surface of the protective layer.
[0018]
The contents of this manufacturing method are roughly divided into the following four stages. (1) Strip element on product substrate And conductive layer Forming a forming layer, (2) Forming an L / S ultra-fine, three-dimensional structure on the product substrate; (3) Filling the groove portion of this three-dimensional structure (the region between elements constituting the three-dimensional structure) with a protective layer; and (4) It is to flatten the surface of this protective layer.
[0019]
In the present invention, an L / S ultrafine / three-dimensional structure is transferred to a resin using a mold, and the transferred resin shape is formed on a product substrate. And conductive layer A method of transferring to the forming layer is taken. In the process of manufacturing a mold, it is necessary to use an expensive drawing apparatus, and it takes a long time to draw, but once a high-precision mold is manufactured, a product is manufactured using this mold, There is no need to draw directly for each mass-produced product, the production process is simplified, and a polarizing optical element can be manufactured with good reproducibility and at low cost.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the polarizing optical element of the present invention, the flat surface of the inorganic dielectric substrate and the strip shape element Between the inorganic dielectric substrate and the strip element It is preferable to provide an undercoat layer having adhesiveness.
In the manufacturing method of the present invention, the product substrate is formed on the product substrate surface in the step (B). When the above Between the layers for forming the band-shaped element Form an undercoat layer with adhesion , That Above above Layer for forming band elements Is preferably formed.
This makes the substrate and strip element Can be improved, and heat resistance and durability can be further improved.
[0021]
In the polarizing optical element of the present invention, the undercoat layer formed on the entire flat surface of the inorganic dielectric substrate and having an antireflection function, the antireflection film formed on the surface of the protective layer, or the inorganic It is preferable to provide an antireflection film formed on the surface of the dielectric substrate opposite to the protective layer, or a combination thereof.
In the production method of the present invention, the step (B) is a step of forming the undercoat layer also having an antireflection function, a step of forming a reflective cap film on the surface of the protective layer after the step (H), After the step (H), a step of forming an antireflection film on the surface of the product substrate opposite to the protective layer, or after the step (H), the surface on the side opposite to the protective layer surface and the protective layer. It is preferable to include a step of forming an antireflection film on the surface of the product substrate, or a combination thereof.
As a result, a polarizing element having good adhesion to the ultrafine structure, low cost, high heat resistance and corrosion resistance, and high optical efficiency can be obtained.
[0022]
In the polarizing optical element of the present invention, a microlens array may be formed on the surface of the inorganic dielectric substrate opposite to the protective layer. Thereby, compared with the conventional method which joins a polarizing optical element and a micro lens array member with an adhesive agent, an alignment process and an assembly | attachment process become unnecessary and can reduce manufacturing cost. Furthermore, since an adhesive for joining the polarizing optical element and the microlens array member is not used, deformation due to the difference in thermal expansion coefficient between the adhesive and the substrate does not occur.
[0023]
In the polarizing optical element of the present invention, the other layer connected to the band element array is formed in a region other than the area where the band element array is formed on the undercoat layer. Do . In this case, when the light received by the surface of the polarizing optical element in the band-shaped element array portion is converted into thermal energy, the heat is easily released. If a heat sink is brought into contact with the layer, the heat dissipation effect is further enhanced.
[0024]
In the manufacturing method, it is preferable to perform a mold release treatment on the mold surface before the product substrate is pressed against the mold surface via the resin in the step (B). An example of mold release treatment on the mold surface is to form a metal thin film on the mold surface. By this mold release process, the shape transferability of the mold is remarkably increased and accurate transfer can be performed. At the same time, the releasability is facilitated and the life of the mold is dramatically improved.
[0025]
In the mold release process, further layer Further, it is preferable to perform surface treatment with a layer containing a fluorine resin having a fine structure.
When pressing the product substrate through the resin to the mold surface that has been subjected to the mold release treatment, the resin and product substrate Layer for forming band elements Apply primer surface treatment to improve adhesion between both surfaces Or Or Layer for forming band elements The surface is preferably subjected to hydrogen or oxygen plasma treatment. Thereby, peeling is selectively performed from the mold side in the peeling process, and the squeezing of the resin (part of the resin remains in the mold at the time of peeling) is rapidly reduced. As a result, the shape transferability in the next process is improved.
[0026]
As the resin for transferring the inverted shape of the surface shape of the mold, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin can be used.
The use of an ultraviolet curable resin as the resin has the following advantages. (1) Curing at room temperature is possible. {Circle around (2)} Since it can be applied in a liquid state, it has good fluidity and can prevent generation of bubbles and the like. (3) Since it can be cured by uniformly irradiating with ultraviolet light, it can be cured uniformly. (4) It can be cured in a short time. As a result, the mold surface shape can be accurately and easily transferred.
[0027]
Even when a thermosetting resin is used as the resin, the mold surface shape can be accurately transferred in the same manner as the ultraviolet curable resin by uniformly curing the resin. As the thermosetting resin, a plastic spectacle lens or a resin used for manufacturing a contact lens can be used.
[0028]
When using an ultraviolet curable resin as the resin that transfers the inverted shape of the mold surface shape, select a method that cures the ultraviolet curable resin, at least one of the mold and the product substrate is made of an ultraviolet transmissive material. In the curing process of the ultraviolet curable resin, the ultraviolet curable resin is uniformly cured by irradiating the ultraviolet curable resin with ultraviolet rays through the mold of the ultraviolet transmissive material, the product substrate, or both. Is preferred. By uniformly curing the ultraviolet curable resin, the shape transferability of the mold is greatly increased, and accurate transfer can be performed.
[0029]
When a thermosetting resin is used as the resin that transfers the inverted shape of the mold surface, the thermosetting resin can be cured by fixing the mold and the product substrate while positioning the resin injection port separately. Provide. In the curing step of the thermosetting resin, it is desirable to heat and cure so that heat is uniformly distributed over the entire mold while gradually heating.
[0030]
In general, the resin shrinks upon curing. Therefore, the shrinkage amount is obtained in advance, and in the shape transfer process to the mold base material by dry etching of the photosensitive material, the mold base material is corrected so that the shape of the mold base material becomes deep in consideration of the shrinkage amount portion. It is preferable to quantitatively control the surface flat portion of the mold and the surface flat portion of the product substrate so that they are parallel to each other and the gap between them is minute. This makes it possible to correct the amount of cure shrinkage.
[0031]
One preferable method for forming the fine shape of the mold surface is as follows: I ) To ( K ) In that order.
( I ) A step of applying a photosensitive material (resist) on the surface of the mold base material on which the fine shape is to be formed.
( J ) A step of drawing a desired shape on the photosensitive material with an electron beam (EB) and then developing to form the desired shape on the photosensitive material.
( K ) A step of transferring the shape of the photosensitive material to the mold base material by a dry etching method.
[0032]
By drawing a desired shape with an electron beam, the desired shape can be produced with high accuracy in a single process.
If the shape of the photosensitive material is transferred to the mold base material by a dry etching method, the resist shape, which is a soft material, can be transferred to the hard mold material.
[0033]
In this case, the mold base material must be a material that can be dry-etched, and such a material is selected from the group consisting of metal materials, glass materials, ceramic materials, semiconductor materials, plastic materials, and hard rubber materials. One kind can be used.
[0034]
Generally, the mold base material is a flat substrate, and a fine shape is formed on the surface on the flat surface.
When a photosensitive material for electron beam drawing is used to form a photosensitive material pattern on the surface of the mold base material when making a mold, the photosensitive material for electron beam drawing is positive resist or negative resist. However, when a positive resist is applied as a microstructure manufacturing method and drawing is performed by an electron beam drawing method, the reproducibility of drawing is good and control of electron leakage is easy and controlled. There is an advantage that it is easy.
[0035]
When manufacturing a mold, the desired shape is transferred deeply in the depth direction (to increase the aspect ratio) in the dry etching process in which the shape of the photosensitive material is transferred to the mold base material by dry etching. In order to achieve this, it is preferable to change the selection ratio stepwise or continuously. Thus, by changing the selection ratio stepwise or continuously, a desired shape can be obtained deeply during transfer. Here, the “mold” means an article having a base shape and means “a master having a base shape to be transferred”. In addition, although not described in detail in this case, “metal mold production” (sister mold) is performed by electroforming (although the shape is reversed) based on the above “mold” (mother mold). It can also be used as a “type”. In this case, there is no special restriction such as metal or alloy material as long as it can be plated.
[0036]
Film formation on product substrate The layer for forming the band-shaped element The material is preferably an Al (aluminum) material that exhibits high reflectivity performance. The Al layer A fine shape is formed by a method of transferring the shape of the resin on the surface.
When the shape transferred to the resin is transferred to the product substrate by the dry etching method, the etching selectivity between the resin and the product substrate in the dry etching is changed stepwise or continuously in order to form the desired shape on the product substrate. It is preferable to change. By adjusting the selection ratio, the shape in the depth direction can be corrected, and the image can be transferred to a desired deep shape. Further, the flatness of the substrate surface can be ensured by the step of interrupting the etching process (for ultra-fine transfer) halfway leaving the resin layer slightly on the substrate surface and then removing the resin layer.
[0037]
Three-dimensional hyperfine structure formed on the product substrate groove Silicon dioxide (SiO2) as part of the protective layer ₂ As a manufacturing method for filling with a film, there are a vacuum deposition method, a CVD (chemical vapor deposition) method and a sputtering method. In the field of manufacturing semiconductor integrated circuits, W (tungsten) and Cu (copper) materials have been proposed as a 0.1 μm (= 100 nm) through-hole filling technique. However, in the polarizing optical element of the present invention, (b) the line width of the line may be 100 nm or less, which may be a finer line, (b) a low refractive index silicon dioxide material is required as a preferable material, Because certain characteristics such as that certain filling performance is required and (2) there should be no bubbles in the filling material, simply forming a silicon dioxide film by conventional methods may not work. is there.
[0038]
Therefore, in the preferred method of the present invention, as a method of filling in silicon dioxide as a preferred material for the manufactured ultrafine structure, a plasma CVD method or a sputtering method is used in order to form a dense film with good wearability in the ultrafine structure. Use the law. In the present invention, for example, a strip formed of an aluminum metal pattern element Silicon dioxide is used because it is required to be a low-refractive-index material as a material for filling the array ultrafine structure, and to be dense and have good wearability.
[0039]
A silicon dioxide film formed by plasma CVD is formed on a product substrate using a silane gas or a TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) gas as a reaction gas using an ordinary semiconductor manufacturing apparatus.
[0040]
The sputtering method may be a normal sputtering method using silicon dioxide as a sputtering target, or a method of oxidizing after sputtering silicon (Si) by a digital sputtering method (rotary carousel type film forming method). good.
[0041]
One preferable method for forming the protective layer made of silicon dioxide is to perform the following steps ( L ) To ( N ) In that order.
( L ) Strip shape above element Performing hydrogen or oxygen treatment for improving adhesion to the product substrate surface on which the array is formed;
( M ) Strip shape above element Forming a silicon dioxide film until the area between the arrays is completely filled,
( N ) Strip shape above element After completely filling the area between the arrays, element A process of depositing silicon dioxide over the array height.
As a result, the product substrate surface and the belt shape element The adhesion between the array and the protective layer made of silicon dioxide can be improved. element The gap can be filled with silicon dioxide.
[0042]
In the production method of the present invention, the protective layer is Strip element Since the film is formed to be thicker than the thickness of the array, the product substrate surface is covered with silicon dioxide. However, since the entire surface of the product substrate is not formed at a uniform speed when forming the protective layer, the surface morphology is rough on the order of several nanometers to several tens of nanometers when microscopically observed. . In order to remove this roughness and ensure the parallelism of the substrate surface, it is preferable to perform a surface flattening polishing process by a polishing method or a CMP method.
[0043]
【Example】
(Example 1)
A polarizing optical element shown in FIGS. 1A and 1B was manufactured. 1A is a schematic plan view, and FIG. 1B is a sectional view of the conductive element array portion of FIG. 1A cut along the vertical direction.
An undercoat layer 4 made of silicon dioxide having a thickness of 100 nm is formed on one surface of a product substrate 2 made of a synthetic quartz substrate having a thickness t of 1.0 mm (millimeters). On the undercoat layer 4, conductive elements 6 made of an aluminum pattern having a line and space L / S of 35 nm / 35 nm, a pitch P of 70 nm, and a height H of 110 nm are arranged in an array. The size of the product substrate 2 is 25 mm × 20 mm, and the element effective range is 22 mm × 17 mm. In the array, L / S conductive elements 6 are arranged in a regular pattern parallel to the short direction. L (line) is a portion where the conductive element 6 is formed, S (space) is a region between adjacent conductive elements 6, and P indicates a pitch of L + S. The number of lines is omitted. In FIG. 1, only four conductive elements 6 are shown in an enlarged and simplified manner.
[0044]
As for the outer peripheral portion of the conductive element array of several mm, the portion without the conductive element 6 exists in a band shape. In that portion, a conductive layer 8 connected to the conductive element 6 is formed on the undercoat layer 4. The conductive layer 8 is the same aluminum film as the conductive element 6 and can be formed at the same time as the conductive element 6 is formed.
A protective layer 10 made of silicon dioxide is formed on the undercoat layer 4 including the conductive element 6 and the conductive layer 8. The thickness of the protective layer 10 is 0.5 μm, for example.
[0045]
Antireflection films 12 are formed on both front and back surfaces of the polarizing optical element. The antireflection film 12 is made of, for example, SiO 2 in order from the product substrate 2 or the protective layer 10 side. ₂ Film, TiO ₂ Film, SiO ₂ Film, TiO ₂ Membrane, MgF ₂ Each of the films has a thickness of λ / 4 (λ is a central wavelength of 380 to 700 nm, where λ = 540 nm) and is 135 nm. The wavelength at which the antireflection film 12 has an antireflection function is in the range of 380 to 700 nm, and the transmittance is 99% or more when the transmittance of the quartz substrate is 100%.
[0046]
Hereinafter, the manufacturing procedure of this polarizing optical element will be described with reference to FIGS.
With reference to FIG.2 and FIG.3, it demonstrates with sectional drawing for every process.
(A) (Process of applying a photosensitive material for electron beam on a mold base material and drawing with an electron beam)
A quartz substrate having a diameter of 6 inches and a thickness of 1.0 mm was prepared as the mold base material 14a. A photosensitive material (resist) for electron beam drawing 16a (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd .: ZEP-520) was applied on the surface of the mold base material 14a with a spinner at 500 rpm for 5 seconds and then at 4000 rpm for 30 seconds. Thereafter, pre-baking was performed at 90 ° C. for 5 minutes, followed by rapid cooling. The resist film thickness at this time was 140 nm.
[0047]
Next, in order to obtain the inverted shape of the conductive element 6 shown in FIG. 1 (the concavity and convexity are opposite), a separate software is used to separately divide the region, the path and beam diameter, the dose, the drawing time, etc. Enter. In the case of the present embodiment, the drawing area is divided into 500 μm × 500 μm square areas to create a drawing program, and these areas are connected to draw an entire area of 22 mm × 17 mm. In this case, the final product shape and the drawing shape are in an inverted relationship. Of course, it is natural to produce the program in the inverted shape in advance.
[0048]
The mold base material 14a coated with the resist 16a is placed in an electron beam drawing apparatus and evacuated to a predetermined degree of vacuum. Next, the dedicated data is transferred to the control device of the drawing apparatus, and drawing is started. In this case, drawing was performed while moving the XY stage, and it took 48 hours to draw.
[0049]
(B) (Step of developing / rinsing) (The figure shows the pattern cross-sectional shape after development.)
After drawing, development was performed at 25 ° C. for 3 minutes using a developer (ZEP-520 developer). Rinsing was performed, and the film was immediately dried with a nitrogen blower and a spinner. Thereafter, post-baking was performed at 120 ° C. for 5 minutes to form a resist pattern 16 on the mold base material 14a.
[0050]
(C) (Process for producing a mold by dry etching using the photosensitive material 12 as a mask) (Process for performing a peeling treatment if necessary)
The resist pattern 16 after drawing was transferred to the mold base material 14a by a dry etching method to form the mold 14. The dry etching at this time uses a TCP (inductively coupled plasma) etching apparatus and CF _Four Etching was carried out for 0.5 minutes at a substrate bias voltage of 500 W, an upper electrode power of 1250 W, and a vacuum of 1.0 × 10 −3 Torr (ie, 1.5 mTorr) while introducing a gas of 20 sccm. The etching rate at this time was 180 nm / min. Here, it was terminated by under-etching of about 10 nm. That is, a slight amount of resist remains on the surface of the mold 14. The etching selectivity (the etching rate of the mold base material / the etching rate of the resist) was 1.0, and the depth of the concave portion 18 of the mold 14 after the etching was 120 nm. The surface roughness Ra was good at 2 nm or less. The depth of the recess 18 was set in consideration of the selection ratio in the next step and resin shrinkage (7%). The recesses 18 at this time had a constant pitch and a depth of 0.9 times that of the shape at the time of drawing.
[0051]
In order to release the surface of the mold 14, the surface of the mold 14 was treated with a triazine thiol organic compound having a fluorine functional group. This was done by a method called the organic plating method. Specifically, electrolytic polymerization treatment (organic plating) was performed in a solution in which fluorinated SFTT (super fine triazine thiol) was dissolved in a solvent to form a fluorine-based organic thin film on the mold surface. Fluorinated SFTT is a fluorinated side chain of triazine thiol, which is one of organic sulfur compounds. As for the number n of fluorine molecules, n = 7 had the highest water-repellent effect (peeling effect), so that a film having a thickness of 10 nm was formed under these conditions.
[0052]
(D) (Process of applying resin on mold pattern and pressing product substrate from above)
On the product substrate 2 made of synthetic quartz (manufactured by Shin-Etsu Quartz Co., Ltd .: synthetic quartz splatil P-20), an undercoat layer 4 made of a silicon dioxide film for the purpose of improving adhesion is formed to a thickness of 100 nm by a sputtering method. Further, a 110 nm aluminum film 6a was formed thereon by sputtering. Thereafter, if necessary, a heat reflow treatment was performed at 350 ° C. using a heater in the sputtering chamber to flatten the aluminum.
[0053]
With the mold 14 subjected to the mold release treatment disposed below, 1 cc of an acrylic resin (manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd .: GRANDIC RC-8720) was applied as an ultraviolet curable resin 20a, which is a preferable resin, on the mold 14. . The mold 14 is placed in a dedicated bonding machine, and the silane coupling treatment surface of the product substrate 2 that has been subjected to silane coupling treatment (adhesion improvement treatment) on the surface of the aluminum film 6a in a separate process in advance is slowly pushed. Hit it. At this time, bonding was performed by an automatic bonding machine in which the parallelism was controlled so that bubbles were not generated in the ultraviolet curable resin 20a and the distance between the mold and the product substrate was 50 nm or less, for example.
Next, it was slowly pushed up from the mold 14 side to the product substrate 2 side to remove the extraneous UV curable resin 20a during shape transfer.
[0054]
(E) (Step of irradiating with ultraviolet rays to cure the resin, and then peeling)
The resin layer 20 was formed by irradiating 3000 mJ of uniform ultraviolet light from the mold 14 side to cure the ultraviolet curable resin 20a. At this time, the thickness of the ultraviolet curable resin layer 20 (the distance between the surface of the ultraviolet curable resin layer 20 and the aluminum film 6a of the product substrate 2) was 50 nm or less. Naturally, the maximum thickness of the ultraviolet curable resin layer 20 is “pattern depth: 120 nm” + “50 nm or less” = 170 nm or less.
[0055]
(F) (Process for peeling mold from product substrate)
In order to peel off the UV curable resin layer 20 from the surface of the mold 14 while being bonded to the product substrate 2, the jig 14 is peeled off while maintaining the parallel state while deforming the mold 14 into a slightly convex shape. I let you.
When the transfer shape of the resin layer 20 on the aluminum film 6a of the product substrate 2 was measured, the height of the convex portion corresponding to the concave portion 18 of the mold 14 was 110 nm, which was smaller than the depth of the concave portion 18. It was. This is because the resin layer 20 was cured and shrunk, and the curing shrinkage rate was about 8.5% on average.
[0056]
(G) (Dry etching to transfer resin shape to aluminum on product substrate)
The transferred shape of the resin layer 20 on the aluminum film 6a on the product substrate 2 was transferred to the aluminum film 6a to form a conductive element 6 and a conductive layer (not shown). The dry etching at this time uses a TCP (inductively coupled plasma) etching apparatus and BCl. _Three : 15 sccm, CF _Four : 10 sccm, Ar: Introducing gas of 5 sccm, substrate bias voltage: 500 W, upper electrode power: 1250 W, degree of vacuum 1.0 × 10 ^-3 Etching was performed at Torr (ie 1.5 mTorr) for 1.3 minutes. The etching rate of aluminum was 100 nm / min.
[0057]
At this time, the resin layer 20 was terminated by under-etching of about 40 nm, for example. In other words, a slight amount of resin remains on the surface. For the aluminum film 6a, for example, it was terminated by under-etching of about 40 nm. That is, the unnecessary region of the aluminum film 6a is completely etched away to form the conductive element 6 and the conductive layer. The etching selectivity (product substrate etching rate / resin layer etching rate) was 1.3, and the height of the conductive element 6 after etching was 110 nm. Thereafter, the resin organic material layer slightly left by normal oxygen ashing was removed. The surface roughness Ra was good at 2 nm or less.
[0058]
L / S dimension measurement and level difference measurement were performed on the shape after etching using a side length SEM apparatus. The optical element shape in this intermediate process is an array of conductive elements 6 and a conductive layer (illustrated) on the surface of the aluminum material on the product substrate 2 with L / S = 35/35 nm, P = 70 nm, and height: H = 110 nm. Was omitted).
[0059]
(H) (Process of filling aluminum groove with silicon dioxide film by plasma CVD method)
A protective layer 10 made of silicon dioxide was formed to a thickness of about 2.5 μm on the undercoat layer 4 including the conductive element 6 using a plasma CVD apparatus. At this time, the groove between the conductive elements 6 and 6 and the groove between the conductive element 6 and the conductive layer were completely filled with the protective layer 10. In addition, the cross section of the substrate after film formation was observed with an SEM (electron microscope). However, the ultrafine pattern of the conductive element 6 was completely buried, and no defects such as bubbles were found inside the protective layer 10.
[0060]
Next, similarly to the normal glass plate polishing step, a polishing sheet material in which diamond particles are embedded in a polishing dish that has been flat polished with a flatness of 300 nm or less with high precision is uniformly attached, and the size of the diamond particles is # 800. The surface of the protective layer 10 was polished while changing the polishing conditions # 1200 and # 2000 (both exhibiting the particle size of diamond and gradually decreasing the particle size). The surface roughness of the protective layer 10 after polishing was good at Ra = 2 nm or less.
[0061]
(I) (Antireflection film formation and cutting step)
An antireflection film 12 is formed on the surface of the protective layer 10 and the surface of the product substrate 2 opposite to the protective layer 10.
The manufacturing process has been carried out in the form of a single substrate on which a plurality of polarizing optical elements are formed. Finally, the individual polarizing optical elements are cut and separated by a dicing apparatus for commercialization.
[0062]
The pattern dimension and optical performance of the obtained polarizing optical element were evaluated. In the product inspection, the cross-sectional shape of the sample was evaluated and the dimension was measured by a length measurement SEM. According to the example of the manufacturing method, polarization characteristics of transmittance: 90% and contrast: 1200 (λ = 450 nm) were obtained as designed.
[0063]
(Example 2)
A polarizing optical element shown in FIGS. 4A and 4B was manufactured. 4A is a schematic plan view, and FIG. 4B is a sectional view of the conductive element array portion of FIG. 4A cut along the vertical direction. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0064]
An undercoat layer 24 having a thickness of 405 nm is formed on one surface of a product substrate 22 made of an optical glass (BK-7) substrate having a thickness of 1.0 mm. The undercoat layer 24 is made of SiO in order from the lower layer side. ₂ Film, TiO ₂ Film, SiO ₂ Each of the films has a thickness of 135 nm and has a three-layer structure. The film has adhesion to the substrate 22 and a metal material and has an antireflection function.
[0065]
A conductive element 6 and a conductive layer 8 are formed on the undercoat layer 24 with the same configuration as that of the embodiment shown in FIG. In FIG. 4 as well, only four conductive elements 6 are shown enlarged and simplified as in FIG.
A protective layer 10 made of silicon dioxide is formed on the undercoat layer 24 including the conductive element 6 and the conductive layer 8. The thickness of the protective layer 10 is, for example, 0.8 μm.
Al on the surface of the protective layer 10 in order from the lower layer side ₂ O _Three Film (135 nm), ZrO film (270 nm), MgF ₂ An antireflection film 13 made of a film having a three-layer structure of a film (135 nm) is formed. In this embodiment, unlike the embodiment shown in FIG. 1, the antireflection film is not formed on the surface of the substrate 22 opposite to the protective layer 10. However, an antireflection film may be formed on the surface of the substrate 22 opposite to the protective layer 10.
[0066]
FIG. 5 shows a procedure for manufacturing a polarizing optical element. Below, with reference to FIG. 5, it demonstrates with sectional drawing for every process.
(A) The mold 14 having the recesses 18 is formed by the same steps as the steps (a) to (c) described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (c).
For the purpose of improving adhesion and preventing reflection, in order from the lower layer side, SiO ₂ Film, TiO ₂ Film, SiO ₂ A film having a three-layer structure having a film thickness of 135 nm each is designed using, for example, optical design software for an antireflection film, and an undercoat layer 24 having a function as designed is a product substrate made of BK-7 It was formed on one surface of 22 by vacuum evaporation. Further, a 110 nm aluminum film 6a was formed thereon by a sputtering method. In this example, the heat reflow treatment was not performed.
[0067]
Similar to the step (d) described with reference to FIG. 2 (d), the ultraviolet ray curable resin 20a is applied on the mold 14, and the product substrate 22 is previously subjected to silane coupling treatment in another step. After the surface of the aluminum film 6a was bonded to the ultraviolet curable resin 20a, the excess ultraviolet curable resin 20a was removed.
[0068]
(B) By the same process as the process (e) described with reference to FIG. 2 (e), the ultraviolet curable resin 20 a was cured to form the resin layer 20. The thickness of the ultraviolet curable resin layer 20 at this time was 50 nm or less as in the step (e), and the maximum thickness of the ultraviolet curable resin layer 20 was 170 nm or less.
[0069]
(C) The ultraviolet curable resin layer 20 was peeled off from the surface of the mold 14 while being bonded to the product substrate 22 by the same process as the process (f) described with reference to FIG.
The transferred shape of the resin layer 20 on the aluminum film 6a on the product substrate 22 was transferred to the aluminum film 6a to form the conductive element 6 and a conductive layer (not shown). The dry etching at this time uses a TCP etching apparatus and BCl. _Three : 15 sccm, CF _Four : 10 sccm, Ar: Introducing gas of 5 sccm, substrate bias voltage: 500 W, upper electrode power: 1250 W, degree of vacuum 1.0 × 10 ^-3 Etching was performed at Torr for 1.0 minute. The etching rate of aluminum at this time was 130 nm / min.
[0070]
At this time, the resin layer 20 was terminated by under-etching, for example, by about 40 nm. In other words, a slight amount of resin remains on the surface. For aluminum, for example, it was terminated by under-etching by about 40 nm. That is, aluminum is completely removed by etching. The etching selectivity (product substrate etching rate / resin layer etching rate) was 1.2, and the height of the conductive element 6 after the etching was 110 nm. Thereafter, the resin organic material layer slightly left by normal oxygen ashing was removed. The surface roughness Ra was good at 2 nm or less.
[0071]
L / S dimension measurement and level difference measurement were performed on the shape after etching using a side length SEM apparatus. The optical element shape in this intermediate process is an array of conductive elements 6 and a conductive layer (illustrated) on the surface of the aluminum material on the product substrate 2 with L / S = 35/35 nm, P = 70 nm, and height: H = 110 nm. Was omitted).
[0072]
(D) Using a digital sputtering apparatus (carousel type sputtering apparatus), the protective layer 10 made of silicon dioxide was formed to a thickness of about 2.5 μm on the undercoat layer 24 including the conductive element 6. The digital sputtering apparatus used in this step has a two-chamber configuration of a target material sputtering film forming chamber: a first chamber and a plasma processing chamber: a second chamber. The cylindrical substrate holder jig is a mechanism that rotates at a high speed. In this example, the Si material was formed to a thickness of a monomolecular layer in the first chamber, and the Si molecular layer was oxidized with oxygen plasma in the second chamber. By repeating this process at a high speed, a stable silicon dioxide film could be formed.
[0073]
By this step, it was confirmed by observation of the cross section of the substrate after film formation by SEM that the groove between the conductive elements 6 and 6 and the groove between the conductive element 6 and the conductive layer were completely filled with the protective layer 10. The ultrafine pattern of the conductive element 6 was completely filled, and no defects such as bubbles were found inside the protective layer 10.
Next, the surface of the protective layer 10 was polished by the same treatment as the polishing step in the step (f) described with reference to FIG. The surface roughness of the protective layer 10 after polishing was good at Ra = 2 nm or less.
[0074]
(E) An antireflection film 13 was formed on the surface of the protective layer 10. Finally, for the purpose of commercialization, each polarizing optical element was cut with a dicing apparatus and separated.
The pattern dimension and optical performance of the obtained polarizing optical element were evaluated. According to the example of the manufacturing method, polarization characteristics of transmittance: 83% and contrast: 600 (λ = 450 nm) were obtained as designed.
[0075]
(Example 3)
A polarizing optical element shown in FIGS. 6A and 6B was manufactured. 6A is a schematic plan view, and FIG. 6B is a sectional view of the conductive element array portion of FIG. 6A cut along the vertical direction. The same parts as those in FIGS. 1 and 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0076]
An undercoat layer 24 having a thickness of 100 nm is formed on one surface of a product substrate 26 made of a quartz substrate having a thickness of 1.0 mm. The undercoat layer 24 is the same as the undercoat layer 24 of FIG. 4, and has adhesion to the product substrate 26 and the metal material and an antireflection function.
A conductive element 6 and a conductive layer 8 are formed on the undercoat layer 24 with the same configuration as that of the embodiment shown in FIGS. In FIG. 6 as well, only four conductive elements 6 are shown enlarged and simplified as in FIGS. 1 and 4.
[0077]
A protective layer 28 made of a mixed material of silicon dioxide and niobium oxide is formed on the undercoat layer 24 including the conductive element 6 and the conductive layer 8. For the protective layer 28, for example, the thickness is 0.5 μm, and the mixing ratio of silicon dioxide and niobium oxide is, for example, 100: 1.
An antireflection film 13 is formed on the surface of the protective layer 28. In this embodiment, unlike the embodiment shown in FIG. 1, an antireflection film is not formed on the surface of the product substrate 26 opposite to the protective layer 28. However, an antireflection film may be formed on the surface of the substrate 26 opposite to the protective layer 28.
[0078]
FIG. 7 shows a manufacturing procedure of the polarizing optical element. Below, with reference to FIG. 5, it demonstrates with sectional drawing for every process.
(A) The mold 14 having the recesses 18 is formed by the same steps as the steps (a) to (c) described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (c).
The undercoat layer 24 was formed on one surface of the product substrate 26 in the same manner as the undercoat layer 24 forming step in the step (a) described with reference to FIG. Further, a 110 nm aluminum film 6a was formed thereon by a sputtering method. Thereafter, if necessary, a heat reflow treatment was performed at 350 ° C. using a heater in the sputtering chamber to flatten the aluminum.
[0079]
In the same manner as in the above step (d) described with reference to FIG. 2D, the product substrate 26, in which the ultraviolet curable resin 20a is applied on the mold 14 and silane coupling treatment is performed in a separate step in advance. After the surface of the aluminum film 6a was bonded to the ultraviolet curable resin 20a, the excess ultraviolet curable resin 20a was removed.
The resin layer 20 was formed by curing the ultraviolet curable resin 20a by the same process as the process (e) described with reference to FIG. The thickness of the ultraviolet curable resin layer 20 at this time was 50 nm or less as in the step (e), and the maximum thickness of the ultraviolet curable resin layer 20 was 170 nm or less.
The ultraviolet curable resin layer 20 was peeled off from the surface of the mold 14 while being bonded to the product substrate 26 by the same process as the process (f) described with reference to FIG. When the transfer shape of the resin layer 20 on the aluminum film 6a of the product substrate 26 was measured, the height of the convex portion corresponding to the concave portion 18 of the mold 14 was 110 nm, which was smaller than the depth of the concave portion 18. It was.
[0080]
(B) By the same process as the above-described step (g) described with reference to FIG. 3G, the transfer shape of the resin layer 20 is transferred to the aluminum film 6a, and an array of conductive elements 6 and a conductive layer (not shown) ) Was formed. The shape height of the conductive element 6 after the etching was 110 nm. Thereafter, the resin organic material layer slightly left by normal oxygen ashing was removed. The surface roughness Ra was good at 2 nm or less.
L / S dimension measurement and level difference measurement were performed on the shape after etching using a side length SEM apparatus. The optical element shape in this intermediate process is to produce an array of conductive elements 6 and conductive layers of L / S = 35/35 nm, P = 70 nm, height: H = 110 nm on the surface of the aluminum material on the product substrate 26. did it.
[0081]
(C) Using a digital sputtering apparatus (carousel type sputtering apparatus), a refractive index obtained by slightly mixing niobium oxide with a silicon dioxide film on the conductive element 6 and the undercoat layer 24 including the conductive layer: 1. 55 protective layers 28 were formed to a thickness of about 2.5 μm. The digital sputtering apparatus used in this process is composed of a target material sputtering film forming chamber: a first chamber and a second chamber, and a plasma processing chamber: a third chamber. It is a mechanism that rotates at high speed. In this example, the Si material was formed in a monomolecular layer thickness in the first chamber, the niobium film was formed in the second chamber, and the Si + Nb molecular layer was oxidized with oxygen plasma in the third chamber. By repeating this process at a high speed, a stable silicon dioxide + niobium oxide film could be formed.
[0082]
By this step, it was confirmed by observation of the cross section of the substrate after film formation by SEM that the grooves between the conductive elements 6 and 6 and the grooves between the conductive elements 6 and the conductive layers were completely filled with the protective layer 28. The ultrafine pattern of the conductive element 6 was completely filled, and no defects such as bubbles were found inside the protective layer 28.
[0083]
Next, the surface of the protective layer 28 was polished by the same treatment as the polishing step in the step (f) described with reference to FIG. The surface roughness of the protective layer 28 after polishing was good at Ra = 2 nm or less.
At this time, it was confirmed by SEM (electron microscope) observation of the substrate cross section after film formation that the groove between the conductive elements 6 and 6 and the groove between the conductive element 6 and the conductive layer were completely filled. The ultrafine pattern of the conductive element 6 was completely filled, and no defects such as bubbles were found inside.
[0084]
(D) The antireflection film 13 was formed on the surface of the protective layer 28. Finally, for the purpose of commercialization, each polarizing optical element was cut with a dicing apparatus and separated. Pattern dimensions and optical performance of the obtained polarizing optical element were evaluated, and polarization characteristics of transmittance: 65% and contrast: 200 (λ = 450 nm) were obtained as designed according to the examples of the manufacturing method.
[0085]
(Example 4)
FIG. 8 is a sectional view showing still another embodiment of the polarizing optical element. The same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 8 shows an enlarged part of the polarization optical element.
[0086]
An undercoat layer 24 having adhesion and antireflection function is formed on one surface of a product substrate 22 made of a BK-7 substrate. A conductive element 6 and a conductive layer (not shown) are formed on the undercoat layer 24. A protective layer 10 is formed on the undercoat layer 24 including the conductive element 6. An antireflection film 13 is formed on the surface of the protective layer 10.
[0087]
A microlens array 30 is formed on the surface of the product substrate 22 opposite to the protective layer 10 (hereinafter referred to as the back surface). A cover glass 34 is provided on the microlens array 30 via a resin layer 32.
[0088]
In this embodiment, since the array of the conductive elements 6 is provided on one surface of the product substrate 22 through the undercoat layer 24 and the microlens array 30 is provided on the back surface of the product substrate 22, the polarizing optical element and the microlens are provided. It is not necessary to join the array members with an adhesive. Thereby, compared with the conventional method, an alignment process and an assembly | attachment process become unnecessary and can reduce manufacturing cost. Furthermore, deformation due to the difference in thermal expansion coefficient between the adhesive and the substrate does not occur.
[0089]
An example of a method for manufacturing the microlens array 30 will be described.
For example, after forming the protective layer 10 in the step (d) described with reference to FIG. 5D, the antireflection film 13 is formed on the protective layer 10. Photoresist is applied to the back surface of the product substrate 22, and the photoresist is formed into a three-dimensional shape corresponding to the microlens shape. The microlens array 30 can be formed on the back surface of the product substrate 22 by engraving and transferring the surface shape of the photoresist on the back surface of the product substrate 22 by anisotropic etching.
[0090]
After the resin 32 and the cover glass 34 are formed on the microlens array 30, the array of the conductive elements 6 is formed on the product substrate 22 through the undercoat layer 24 by cutting into individual polarizing optical elements with a dicing apparatus. A polarizing optical element provided on the front surface and provided with the microlens array 30 on the back surface of the product substrate 22 can be obtained.
[0091]
The embodiment described with reference to FIG. 8 includes the microlens array 30 on the back surface of the product substrate 22 of the embodiment shown in FIG. 4, but the book having the microlens array on the back surface of the product substrate. The polarizing optical element of the invention is not limited to this. For example, a microlens array may be provided on the back surface of the product substrate 26 of the embodiment shown in FIG. Further, a microlens array may be provided on the back surface of the product substrate 2 without forming the antireflection film 12 on the back surface side of the product substrate 2 of the embodiment shown in FIG.
[0092]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, a dimension, a shape, material, arrangement | positioning, manufacturing conditions, etc. are examples, This invention is not limited to these, This invention described in the claim Various changes can be made within the range.
[0093]
【The invention's effect】
The polarizing optical element of the present invention is transparent to incident light, has the same width and height on the flat surface of an inorganic dielectric substrate having a flat surface, and has a pitch shorter than the wavelength of the incident light. A strip-shaped conductive element array including a plurality of strip-shaped conductive elements made of metal materials arranged at intervals is provided on the flat surface of the inorganic dielectric substrate including the strip-shaped conductive element array with respect to incident light. Since it is provided with a protective layer that is transparent and has a flat surface, it is covered with the protective layer so that it has good heat resistance and excellent durability. Further, since the surface of the protective layer is flat and has no irregularities, even if it is touched by a hand and gets dirty, it can be easily removed, and handling by hand becomes easy.
[0094]
In the production method of the present invention, the metal layer on the product substrate is pressed through a curable resin on the surface of the mold having a fine shape on the surface, and the inverted shape of the surface shape of the mold is transferred to the resin. The resin is cured, the mold is peeled off while the resin is bonded to the metal layer on the product substrate, and then the shape transferred to the resin is transferred to the metal layer by a dry etching method. Since an article having a structure is manufactured, a fine structure (high-precision surface three-dimensional structure) can be produced with high accuracy and mass-produced products can be produced in large quantities. This simplifies the production process, makes the production process reproducible and easy, and realizes cost reduction.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are diagrams showing a polarizing optical element according to an embodiment, in which FIG. 1A is a schematic plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a conductive element array portion of FIG. .
FIG. 2 is a process cross-sectional view illustrating the first half of one embodiment of the manufacturing method.
FIG. 3 is a process sectional view showing the latter half of one embodiment of the manufacturing method;
4A and 4B are diagrams showing a polarizing optical element according to another embodiment, in which FIG. 4A is a schematic plan view, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the conductive element array portion of FIG. is there.
FIG. 5 is a process cross-sectional view illustrating another embodiment of the manufacturing method.
6A and 6B are diagrams showing a polarizing optical element of still another embodiment, in which FIG. 6A is a schematic plan view, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the conductive element array portion of FIG. It is.
FIG. 7 is a process cross-sectional view illustrating still another embodiment of the manufacturing method.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a polarizing optical element of still another embodiment.
FIG. 9 is a schematic perspective view showing a conventional polarizing optical element.
[Explanation of symbols]
2,22,26 Product substrate (inorganic dielectric substrate)
4,24 Undercoat layer
6 Conductive elements
6a Aluminum film
8 Conductive layer
10, 28 Protective layer
12, 13 Antireflection film
14a Mold base material
14 Mold
16a resist
16 resist pattern
18 Mold recess
20a UV curable resin
20 Resin layer
30 Micro lens array
32 resin
34 Cover glass

Claims

An inorganic dielectric substrate transparent to the incident light;
A band-shaped element array formed on one surface of the substrate, having the same width, the same height, and a plurality of band-shaped elements arranged at equal intervals at a pitch shorter than the wavelength of incident light;
A protective layer formed on the surface of the substrate including on the strip-shaped element array, transparent to incident light, and having a flat surface;
A conductive layer formed in a region other than the region where the band-shaped element array is formed on the one surface of the substrate, and connected to the band-shaped element array;
A polarizing optical element comprising:

Polarizing optical element according to, in claim 1, further comprising an undercoat layer having adhesion between the substrate and the strip-like element between the strip element and the planar surface of the substrate.

The polarizing optical element according to claim 2, wherein the undercoat layer is formed on the entire surface of the flat surface of the substrate and has an antireflection function.

The polarizing optical element according to claim 1, wherein an antireflection film is formed on the surface of the protective layer of the substrate .

The polarizing optical element according to any one of claims 1 to 4, wherein a microlens array is formed on a surface of the substrate opposite to the protective layer.

The polarizing optical element according to any one of claims 1 to 3, wherein an antireflection film is formed on a surface of the protective layer and a surface of the substrate opposite to the protective layer.

The manufacturing method which manufactures the polarizing optical element of Claim 1 provided with the following processes (A) to (H) in that order.
(A) A step of producing a mold having a fine shape composed of a number of concave arrays arranged on a flat surface with the same width and the same depth and at a pitch shorter than the wavelength of incident light.
(B) forming a metal layer on the surface of the product substrate which is the inorganic dielectric substrate ;
(C) pressing the metal layer of the product substrate through a curable resin to the mold surface, and transferring the mold surface shape to the resin on the metal layer;
(D) curing the resin;
(E) peeling the resin from the mold in a state where the resin is bonded to the metal layer;
(F) the step of forming the conductive layer and the strip-like element array is transferred to the metal layer the transferred shape on the resin by a dry etching method,
(G) forming a protective layer on the product substrate including the strip-shaped element array and the conductive layer;
(H) A step of planarizing the surface of the protective layer.

The manufacturing method according to claim 7, wherein an undercoat layer having adhesion with the product substrate and the metal layer is formed on the surface of the product substrate in the step (B), and the metal layer is further formed thereon.

The manufacturing method of Claim 8 which forms what also has an antireflection function as said undercoat layer.

The manufacturing method in any one of Claim 7 to 9 including the process of forming an anti-reflective film in the said protective layer surface after the said process (H).

The manufacturing method according to any one of claims 7 to 9, further comprising a step of forming an antireflection film on the surface of the protective layer and on the surface of the product substrate opposite to the protective layer after the step (H).

The manufacturing method according to any one of claims 7 to 11, wherein a mold release treatment is performed on the surface of the mold before the product substrate is pressed against the surface of the mold via the resin in the step (B).

The manufacturing method according to claim 7, wherein the resin is an ultraviolet curable resin.

The manufacturing method according to claim 7, wherein the fine shape of the mold surface is formed by including the following steps (I) to (K) in that order.
(I) a step of applying a photosensitive material on the surface of a mold base material on which the fine shape is to be formed;
(J) drawing a desired shape on the photosensitive material with an electron beam, and then developing to form the desired shape on the photosensitive material;
(K) A step of transferring the shape of the photosensitive material to the mold base material by a dry etching method.

The mold base material is a material that can be dry-etched, and is one type selected from the group consisting of a silicon material, a semiconductor material, a metal material, a glass material, a ceramic material, a plastic material, and a hard rubber material. The manufacturing method as described.

The manufacturing method according to claim 7, wherein silicon dioxide is used as a material for the protective layer, and the protective layer is formed by a CVD method or a sputtering method.

The manufacturing method according to claim 7, wherein a material of the protective layer is a mixture of silicon dioxide and niobium oxide, and the protective layer is formed by a CVD method or a sputtering method.

The manufacturing method according to claim 16 or 17, wherein the protective layer is formed by including the following steps (L) to (N) in that order.
(L) A step of performing hydrogen or oxygen treatment for improving adhesion on the product substrate surface on which the strip-shaped element array is formed,
(M) forming a protective layer until the region between the strip-shaped element arrays is completely filled;
(N) A step of forming the protective layer more than the height of the band-shaped element array after completely filling the region between the band-shaped element arrays.

The manufacturing method according to any one of 7 to 18, wherein the surface of the protective layer is planarized by a polishing method or a CMP method in the step (H).