具有精細結構的元件及其制造方法

專利名稱：具有精細結構的元件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及具有精細結構的元件及其制造方法，特別涉及具有用陽極氧化法形成的精細結構的元件及其制造方法。
背景技術：
以前，制造精細光柵圖案(pattern)等精細結構的方法，已知有使用光刻技術(photolithography)和蝕刻技術的方法、或使用陽極氧化法的方法。近年來，使用光刻技術和蝕刻技術已經實現了光學元件等具有精細光柵漕的元件。
圖45是表示以往的作為具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)概念的斜視圖。以往的波長板100如圖45所示，在玻璃基板101上形成有構成光柵的槽圖案。該光柵漕圖案由空氣層102和采用與玻璃基板101同樣的材料制成的寬度為a的基板材料層103構成。該光柵漕具有小于光波長的周期p。另外，空氣層102的折射率為1，基板材料層103(玻璃基板101)的折射率設為n。當光入射到該波長板100的光柵漕圖案上時，波長板100的折射率是空氣層102的折射率1與基板材料層103的折射率n混合得出的有效折射率。
圖46是圖45所示的以往波長板(偏振光元件)的有效折射率與占空比(dutyratio)之間關系的相關圖。圖46的縱軸表示了有效折射率，橫軸表示的是基板材料層103的寬度a與光柵周期P的比例即占空比(＝a/P)。圖46中的“TE”表示圖45所示的偏振光方向與光柵漕圖案延伸方向平行的光。而“TM”表示圖45所示的偏振光方向與光柵漕圖案延伸方向正交的光。
從圖46可知，光柵漕圖案的占空比變化時，有效折射率也變化。在此情況下，偏振光方向與光柵漕圖案方向平行的光(TE)的有效折射率、和偏振光方向與光柵漕圖案方向正交的光(TM)的有效折射率變成不同的值。像這樣的折射率隨著光的偏振光方向而不同的特性稱為雙折射特性。以往，還已知一種通過調整占空比、不改變對具有給定偏振光方向的光的折射率、而只改變對偏振光反向與該光的偏振光方向正交的光的折射率的偏振光依賴性衍射光柵(偏振光衍射元件)。以下將說明以往的偏振光依賴性衍射光柵。
圖47是作為以往的具有精細結構的元件的偏振光依賴性衍射光柵(偏振光依賴性衍射元件)的光柵漕圖案的平面圖。參照圖46和圖47可知，以往的偏振光依賴性衍射光柵中，在玻璃基板101上交替形成直線狀光柵漕圖案100a和沿著基本正交于光柵漕圖案100a的方向延伸的直線狀光柵漕100b。該光柵漕圖案100a和100b分別具有不同的占空比D1(＝(P-W1)/P)和D2(＝(P-W2)/P)。另外，光柵漕圖案100a和100b具有同樣的周期P。也就是說，可通過調整光柵漕圖案100a的槽部的寬度W1和光柵漕圖案100b的槽部的寬度W2，來調整光柵漕圖案100a和100b的占空比D1和D2。
于是，在平行于占空比為D1的光柵漕圖案100a的偏振光方向(TE)的光入射時，該光在占空比為D2的光柵漕圖案100b中的偏振光方向變成與光柵漕圖案100b正交的偏振光方向(TM)。因此，此時占空比為D1的光柵漕圖案100a和占空比為D2的光柵漕圖案100b的有效折射率變成圖46所示的N5。另一方面，在正交于占空比為D1的光柵漕圖案100a的偏振光方向(TM)的光入射時，光在占空比為D2的光柵漕圖案100b中的偏振光方向變成與光柵漕圖案100b平行的偏振光方向(TE)。因此，此時占空比為D1的光柵漕圖案100a的有效折射率變成N4，占空比為D2的光柵漕圖案100b的有效折射率變成N6。由此，占空比為D1的光柵漕圖案100a與占空比為D2的光柵漕圖案100b，對偏振光方向與光柵漕圖案100a平行(TE)的光的有效折射率比就可同為N5，所以就能達到對偏振光方向與光柵漕圖案100a平行的(TE)的光沒有折射率差異(折射率變化)的狀態(透明)。
另外，圖45所示的以往波長板100或圖47所示的以往偏振光依賴性衍射光柵的直線狀光柵漕圖案的制造方法，可以采用例如用光刻技術和蝕刻技術對玻璃基板表面進行蝕刻加工而形成直線狀光柵漕圖案的方法。
但是，如果用光刻技術和蝕刻技術形成圖45所示的以往波長板或圖47所示的以往偏振光依賴性衍射光柵的直線狀光柵漕圖案，會難以形成具有大的深度、并在深度方向上具有均勻槽寬的光柵漕圖案。具體來說，如果使用光刻技術和蝕刻技術較深地形成直線狀光柵漕圖案，那么會形成圖48所示的深度方向上具有不均勻梯形斷面的光柵漕圖案，因此會產生光柵漕圖案的上部與下部占空比不同的不良情況。結果，難以形成具有良好光柵漕圖案等精細結構的元件，所以存在難以得到具有良好雙折射特性的光學元件的問題。
H.Masuda等人的“Appl.Phys.Lett.”、第71卷(19)、1997年11月10日、第2770-2772頁中，公開了一種使用陽極氧化法制造三角光柵圖案的方法。該文獻中公開的三角光柵圖案的制造方法可以形成具有均勻深度的細孔的三角光柵圖案，因而被作為二元光致刻痕(photo nick)結晶的制造方法之一提出。具體來說，鋁、鈦和鉭等閥用金屬(valve metal)或Si、GaAs等半導體具有在酸性電解液中向陽極通電就會形成膜面上具有正交排列的細孔的氧化膜的特性。特別是鋁的氧化膜具有細孔容易排列成三角光柵狀的材料特性。通過利用這個特性，就可形成具有深度均勻的細孔的三角光柵圖案。
圖49～圖52是采用以往的陽極氧化法制造三角光柵圖案的過程的剖面圖。圖53是二元光致刻痕結晶的平面圖。下面，參照圖49～圖53說明采用以往的陽極氧化法制造三角光柵圖案的過程。
使用以往的陽極氧化法制造三角光柵的過程如圖49所示，在由SiC等硬的材料制成的推壓構件116的表面上形成具有三角光柵狀排列的凸起部分116a。然后對鋁材料115的表面進行用推壓構件116壓下去的織構化(texturing)處理。由此，如圖50所示地在鋁材115的表面上形成了具有三角光柵狀的排列的凹部115a。接著，把形成了凹部115a的鋁材115如圖51所示地在電解液119中進行氧化處理。在此情況下，用鉑等作為陰極118，并用硫酸、草酸、磷酸等的水溶液作為電解液119。由此，如圖52和圖53所示，自組織化地形成了具有三角光柵狀排列、并具有以凹部115a為起點的深度均勻的細孔113a的氧化鋁膜(氧化鋁)113。這些細孔113a可以形成相當于亞微細粒直徑的10微米以上的深度。
但是，上述的采用以往的陽極氧化法制造三角光柵圖案的過程是作為用于形成二元光致刻痕結晶細孔的方法而被人們所知的。因此以前沒有嘗試過采用陽極氧化法來形成圖45和圖47所示的線狀光柵漕圖案。
如上所述，以前難以形成具有大的深度、并在深度方向上具有均勻槽寬的線狀光柵漕圖案，因此難以形成具有良好的光柵漕圖案等精細結構的元件。

發明內容
本發明的一個目的在于提供具有良好的光柵漕圖案等精細結構的元件的制造方法。
本發明的另一個目的在于提供具有良好的光柵漕圖案等精細結構的元件。
本發明的發明人為了達到上述目的而進行了深入研究，結果發現使用以往的陽極氧化法可以形成深度方向上具有均勻槽寬的線狀光柵漕圖案。以下說明本發明的具體內容。
本發明第1方面所述的具有精細結構的元件的制造方法包括在基板上形成金屬層的工序；在金屬層表面上形成凹部點陣的工序；將形成有凹部點陣的金屬層表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化、形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序。
第1方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，如果如上所述地將形成有凹部點陣的金屬層表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化的工序而形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜，使點陣的各個凹部之間的間隔變小，就能容易地自組織化地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均勻槽寬的線狀光柵漕圖案。結果，可形成具有良好的光柵漕圖案等精細結構的元件。在這種情況下，如果將第1方面所述的元件的制造方法適用于形成作為具有精細結構的元件的一個例子的光學元件上，就能容易地形成具有良好的雙折射特性的光學元件。
上述第1方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，形成凹部點陣的工序最好從形成三角光柵的位置錯開地形成凹部點陣。這樣，可以防止在形成三角光柵的位置上形成小孔，從而防止了在光柵漕以外的部分形成小孔。這樣，能形成具有更好的光柵漕圖案等精細結構的元件。另外，如果在作為具有精細結構的元件的一個例子的光學元件上采用這種方式，就不會產生因光入射到光柵漕以外的部分形成的小孔上而使折射率變化等的不良情況了。
上述第1方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，形成具有光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序最好是在將的金屬層表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化、形成對應于點陣的小孔之后，通過蝕刻使對應于點陣的小孔擴大，形成具有光柵漕圖案的金屬氧化膜。這樣，通過使對應于點陣的小孔擴大，使相鄰小孔相連，因此能更容易地形成相鄰小孔相連的良好的光柵漕圖案等精細結構。
上述第1方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，最好在基板上形成金屬層的工序之前，還具有在基板上形成透明導電膜的工序。這樣，在通過用陽極氧化法使金屬層氧化而形成金屬氧化膜時，透明導電膜起著電極的作用，因此即使在基板的表面上有凹凸不平的情況下也能使金屬層完全氧化。從而可以防止產生未被氧化的金屬層。
上述第1方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序最好形成具有直線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。這樣，能容易地形成具有良好的直線狀光柵漕圖案的元件。
上述第1方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序最好形成具有曲線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。這樣，能容易地形成具有良好的曲線狀光柵漕圖案的元件。
本發明第2方面所述的具有精細結構的元件的制造方法包括在基板上形成金屬層的工序；在金屬層表面上周期性地形成掩蔽層(mask層)的工序；將形成有掩蔽層的金屬層表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化、形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序。
本發明第2方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，通過如上所述地在金屬層表面上周期性地形成掩蔽層之后，將金屬層的表面在與陰極面相對的狀態下進行阻極氧化、形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜，能容易地只在未形成掩蔽層的區域上自組織化地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均勻槽寬的線狀光柵漕圖案。結果，就能容易地形成具有良好的光柵漕圖案等精細結構的元件。在此情況下，如果將第2方面的元件的制造方法適用于具有精細結構的元件的一個例子的光學元件的形成上，就能容易地形成具有良好的雙折射特性的光學元件。另外，通過形成掩蔽層，可以防止在光柵漕以外的部分(掩蔽層的形成區域)上形成小孔，因此就不會產生因光入射到光柵漕以外的部分形成的小孔上而使折射率變化等的不良情況。
上述第2方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，形成具有光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序最好是在將形成有掩蔽層的金屬層表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化而在未形成掩蔽層的金屬氧化膜表面上形成細微小孔之后，通過蝕刻來使細微小孔擴大，形成具有光柵漕圖案的金屬氧化膜。這樣，通過將貫通金屬氧化膜的細微小孔擴大，使相鄰小孔相連，就能更容易地形成相鄰小孔相連的良好的光柵漕圖案等精細結構。
上述第2方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，最好在形成具有光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序之前，還具有將掩蔽層作為掩模、對金屬層進行蝕刻而形成蝕刻槽的工序。這樣，在由蝕刻槽而形成的落差部分上容易產生電場的偏移，因此在位于形成了掩蔽層的區域和蝕刻槽之間的邊界區域上的蝕刻槽的落差部分上容易產生細微小孔。由此可提高形成細微小孔的位置的精度。
在此情況下，將蝕刻槽的寬度設為S、掩蔽層的寬度設為L時，使蝕刻槽的寬度S和掩蔽層的寬度L之間滿足L≠2S的關系式。這樣，可以防止形成三角光柵的孔的假設位置相互一致的情況，從而就能抑制在形成掩蔽層的區域上產生細微小孔。
上述第2方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，最好在基板上形成金屬層的工序之前，還具有在基板上形成透明導電膜的工序。這樣，在通過用陽極氧化法使金屬層氧化而形成金屬氧化膜時，透明導電膜起著電極的作用，因此即使在基板的表面上有凹凸不平的情況下也可以使金屬層完全氧化。從而可以防止產生未被氧化的金屬層。
上述第2方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序最好形成具有直線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。這樣，能容易地形成具有良好的直線狀光柵漕圖案的元件。
上述第2方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序最好形成具有曲線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。這樣，能容易地形成具有良好的曲線狀光柵漕圖案的元件。
發明第3方面所述的具有精細結構的元件的制造方法包括在基板上形成金屬層的工序；將金屬層的表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化、形成具有細微小孔的金屬氧化膜的工序；在金屬氧化膜的表面上周期性地形成掩蔽層的工序；將掩蔽層作為掩模、通過蝕刻來使未形成掩蔽層的區域上的細微小孔擴大、形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序。
該第3方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，通過如上所述地將金屬層的表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化、形成具有細微小孔的金屬氧化膜之后，在金屬氧化膜的表面上周期性地形成掩蔽層，并將掩蔽層作為掩模、通過蝕刻來使未形成掩蔽層的部分上的細微小孔擴大，使得未形成掩蔽層的部分上的各細微小孔因擴大而相連，就可以只在未形成掩蔽層的部分上形成具有大的深度、并在深度方向上具有均勻槽寬的線狀光柵漕圖案。結果，能容易地形成具有良好的光柵漕圖案等精細結構的元件。在此情況下，如果將第3方面的元件的制造方法適用于形成作為具有精細結構的元件的一個例子的光學元件上，就能容易地形成具有良好的雙折射特性的光學元件。
上述第3方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，形成具有細微小孔的金屬氧化膜的工序最好形成具有排列成三角光柵狀的細微小孔的金屬氧化膜。這樣，與隨機地形成細微小孔的場合相比，可以提高細微小孔連接形成的光柵漕圖案的尺寸精度。
上述第3方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，在基板上形成金屬層的工序之前，最好還具有在基板上形成透明導電膜的工序。這樣，在用陽極氧化法使金屬層氧化而形成金屬氧化膜時，透明導電膜起著電極的作用，因此即使在基板的表面上有凹凸不平的情況下也可以使金屬層完全氧化。由此可以防止產生未被氧化的金屬層。
上述第3方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序最好形成具有直線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。這樣，可以容易地形成具有良好的直線狀光柵漕圖案的元件。
上述第3方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序最好形成具有曲線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。這樣，可以容易地形成具有良好的曲線狀光柵漕圖案的元件。
本發明第4方面所述的具有精細結構的元件的制造方法包括在基板上形成金屬層的工序；在金屬層表面上形成凹部點陣的工序；將形成有凹部點陣的金屬層表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化、形成具有直線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序。
第4方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，通過如上所述地將形成有凹部點陣的金屬層表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化、形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜，使點陣的各個凹部之間的間隔變小，就能容易地自組織化地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均勻槽寬的線狀光柵漕圖案。在此情況下，如果將第4方面的元件的制造方法適用于形成作為具有精細結構的元件的一個例子的光學元件上，就可以容易地形成具有良好的雙折射特性的光學元件。
本發明第5方面所述的具有精細結構的元件的制造方法包括在基板上形成金屬層的工序；在金屬層的側面上形成凹部點陣的工序；將形成了凹部點陣的金屬層側面在與陰極端相對的狀態下進行陽極氧化、形成具有沿著基本平行于基板表面的方向延伸的光柵孔圖案的金屬氧化膜的工序。
第5方面所述的具有精細結構的元件的制造方法中，通過將形成了凹部點陣的金屬層側面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化、形成具有沿著基本平行于基板的方向延伸的細孔列圖案的金屬氧化膜，能容易地自組織化地形成具有沿著基本平行于基板表面的方向延伸的在深度方向上具有均勻孔徑的細孔列圖案。結果，可以容易地形成具有良好的細孔列圖案等精細結構的元件。另外，如果將第5方面的元件的制造方法適用于形成作為具有精細結構的元件的一個例子的光學元件上，并使光沿著與金屬氧化膜的表面正交的方向入射，就可以用偏振光方向與細孔列圖案延伸方向平行的光、和偏振光方向與細孔列圖案延伸方向正交的光來使有效折射率變化。
本發明第6方面所述的具有精細結構的元件包括基板、和形成在基板上的具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。
第6方面所述的具有精細結構的元件中，如上所述地在基板上形成了具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜，并且該金屬氧化膜采用陽極氧化法形成，就可以自組織化地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均勻槽寬的光柵漕圖案，從而可以容易地得到具有良好的光柵漕圖案等精細結構的元件。如果將第6方面的結構適用于作為具有精細結構的元件的一個例子的光學元件上，就可以容易地得到具有良好的雙折射特性的光學元件。
上述第6方面所述的具有精細結構的元件中，線狀光柵漕圖案最好包括細孔連接成線狀的細孔列圖案。這樣，能用以往形成細孔列的陽極氧化法容易地形成細孔連接成線狀的光柵漕圖案等精細結構。
上述第6方面所述的具有精細結構的元件中，還包括形成于基板與金屬氧化膜之間的透明導電膜。這樣，通過用陽極氧化法使金屬層氧化而形成金屬氧化膜時，透明導電膜起著電極的作用，因此即使在基板的表面上有凹凸不平的情況下也可以使金屬層完全氧化。由此可以防止產生未被氧化的金屬層。
上述第6方面所述的具有精細結構的元件中，線狀光柵漕圖案最好包括直線狀光柵漕圖案。這樣，可以容易地得到具有良好的直線狀光柵漕圖案的元件。
上述第6方面所述的具有精細結構的元件中，線狀光柵漕圖案最好包括曲線狀光柵漕圖案。這樣，可以容易地形成具有良好的曲線狀光柵漕圖案的元件。
上述第6方面所述的具有精細結構的元件中，線狀光柵漕圖案包括沿著第1方向延伸的線狀第1槽圖案、和沿著與第1槽圖案基本正交的方向延伸的線狀第2槽圖案，并且第1槽圖案與第2槽圖案可以相互交替地形成。這樣，如果將這種結構適用于作為具有精細結構的元件的一個例子的光學元件上，可以制成不同偏振光依賴性的衍射光柵。這樣，如果調整第1槽圖案和第2槽圖案的占空比，例如使第1槽圖案與第2槽圖案只對偏振光方向與第1槽圖案正交的光的折射率相同，就可以達到沒有折射率差異(折射率變化)的狀態(透明)。由此可以得到良好的消光比。另外，通過采用陽極氧化法使第1槽圖案以及第2槽圖案具有均勻的槽寬，因此上部和下部的占空比可以變得均一。結果，能得到更好的消光比。
上述第6方面所述的具有精細結構的元件中，具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜可以用于偏振光元件、偏振光依賴性衍射元件和多層膜元件中的任意一個。這樣，可以容易地得到具有光柵漕圖案的偏振光元件、偏振光依賴性衍射元件和多層膜元件。
本發明第7方面所述的具有精細結構的元件包括基板、和形成在基板上的具有直線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。
第7方面所述的具有精細結構的元件中，如上所述地在基板上形成具有直線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜，且該金屬氧化膜用陽極氧化法形成，就可以自組織化地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均勻槽寬的直線狀光柵漕圖案，因此可以容易地得到具有良好的直線狀光柵漕圖案等精細結構的元件。如果在作為具有精細結構的元件的一個例子的光學元件上使用這種第7方面的結構，可以容易地得到具有良好的雙折射特性的光學元件。
附圖簡述

圖1和圖2是用于說明作為本發明第1實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的制造過程的剖面圖。
圖3是用于說明作為本發明第1實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的制造過程的平面圖。
圖4和圖5是用于說明作為本發明第1實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的制造過程的剖面圖。
圖6和圖7是用于說明作為本發明第1實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的制造過程的平面圖。
圖8是用于說明作為本發明第1實施方式中具有精細結構的元件一個例子的1/4波長板(偏振光元件)的結構的斜視圖。
圖9是用于說明作為本發明第1實施方式的變形例中具有精細結構的元件的偏振光依賴性衍射光柵(偏振光依賴性衍射元件)的光柵漕圖案的平面圖。
圖10～圖12是用于說明作為本發明第2實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的光柵漕圖案的制造過程的平面圖。
圖13～圖15是用于說明作為本發明第3實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的光柵漕圖案的制造過程的平面圖。
圖16是用于說明作為本發明第4實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的光柵漕圖案的制造過程的剖面圖。
圖17是用于說明作為本發明第4實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的光柵漕圖案的制造過程的斜視圖。
圖18是用于說明作為本發明第4實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的光柵漕圖案的制造過程的剖面圖。
圖19是用于說明作為本發明第4實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的光柵漕圖案的制造過程的斜視圖。
圖20是用于說明作為本發明第5實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的光柵漕圖案的制造過程的斜視圖。
圖21～圖23是用于說明作為本發明第6實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的光柵漕圖案的制造過程的剖面圖。
圖24是用于說明進行氧化處理時孔的生成位置的平面圖。
圖25是用于說明作為本發明第6實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的光柵漕圖案的制造過程的平面圖。
圖26是用于說明作為本發明第6實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的光柵漕圖案的制造過程的剖面圖。
圖27是用于說明作為本發明第6實施方式的變形例的具有精細結構的元件的偏振光依賴性衍射光柵(偏振光依賴性衍射元件)的斜視圖。
圖28是圖27所示的本發明第6實施方式的變形例的偏振光依賴性衍射光柵的光柵漕圖案的平面圖。
圖29是圖27所示的本發明第6實施方式的變形例的偏振光依賴性衍射光柵的有效折射率與周期之間關系的相關圖。
圖30～圖31是用于說明作為本發明第7實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的光柵漕圖案的制造過程的平面圖。
圖32是圖31沿500-500線剖開的剖面圖。
圖33是用于說明作為本發明第7實施方式中具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的光柵漕圖案的制造過程的平面圖。
圖34是圖33沿600-600線剖開的剖面圖。
圖35和圖36是用于說明作為本發明第7實施方式的變形例的具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的光柵漕圖案的制造過程的平面圖。
圖37是圖36沿700-700線剖開的剖面圖。
圖38是用于說明作為本發明第7實施方式的變形例的具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)的光柵漕圖案的制造過程的平面圖。
圖39是圖38沿800-800線剖開的剖面圖。
圖40是按照本發明的精細結構的制造方法制成的波導式波長濾光器的結構的斜視圖。
圖41～圖44是顯示可由本發明的精細結構的制造方法制成的光柵漕圖案的形狀的例子的平面圖。
圖45是以往作為具有精細結構的元件的波長板(偏振光元件)概念的斜視圖。
圖46是圖45所示的以往的波長板(偏振光元件)的有效折射率與占空比之間關系的相關圖。
圖47是以往作為具有精細結構的元件的偏振光依賴性衍射光柵(偏振光依賴性衍射元件)的光柵漕圖案的平面圖。
圖48是用光刻技術和蝕刻技術形成的具有以往的光柵漕圖案的元件的剖面圖。
圖49是用于說明采用以往的陽極氧化法制造光柵孔圖案的過程的剖面圖。
圖50是用于說明采用以往的陽極氧化法制造光柵孔圖案的過程的剖面圖。
圖51是用于說明采用以往的陽極氧化法制造光柵孔圖案的過程的剖面圖。
圖52是用于說明采用以往的陽極氧化法制造光柵孔圖案的過程的剖面圖。
圖53是采用以往的陽極氧化法形成的二元光致刻痕結晶的平面圖。
具體實施例方式
下面參照圖面說明本發明的實施方式。
第1實施方式參照圖1～圖7，說明本發明第1實施方式的波長板的制造過程。
首先如圖1所示，采用蒸鍍法在玻璃基板1的上面依次形成由ITO或者是ZnO構成的透明電極模2和具有約3微米膜厚的鋁膜3。玻璃基板是本發明的“基板”的一個例子，透明電極膜2是本發明“透明導電層”的一個例子，鋁膜3是本發明“金屬層”的一個例子。
接著如圖2所示，為了進行織構化處理，在由SiC等硬材料構成的推壓構件4的表面上形成具有規則排列的凸起部分4a。第1實施方式中，如圖3所示，按照使織構化處理后的鋁膜3表面上形成的凹部3a的點陣每隔三角光柵圖案5(用排列成多個列狀的虛線表示)的1列形成的方式，形成推壓構件的凸起部分4a(參照圖2)。然后如圖2所示，把推壓構件4壓在鋁膜3的表面進行織構化處理，從而在鋁膜3的表面上形成具有圖3所示的排列的凹部3a的點陣。
接著，如圖4所示，采用陽極氧化法對形成了凹部3a(參照圖3)的點陣的鋁膜3進行氧化處理，形成了對應于點陣的小孔(圖中未示出)。具體來說是將作為陽極的鋁膜3的表面和由鉑制成的陰極6的表面對向放置。然后在約5％濃度的硫酸水溶液7中施加約30伏的電壓，進行約20分鐘的氧化處理。此時，在第1實施方式中通過形成于玻璃基板1與鋁膜3之間的透明電極膜2向鋁膜3施加電壓。由此可以在氧化處理中一直向鋁膜3施加電壓，因而即使在玻璃基板1的表面上有凹凸不平的情況下，也能防止未被氧化的鋁膜3殘留等的不良情況。這樣，可以自組織化地形成具有細微小孔的氧化鋁膜8。另外，已知將通過該陽極氧化處理而形成的細微小孔中相鄰小孔之間的最大距離設為U、陽極氧化電壓設為Va時，成立U＝0.0025Va(微米)的關系式。該關系式公開于例如H.Masuda等人的“Jpn.J.Apol.Phys.”、第37卷、1998、第L1340-L1342頁等中。
然后，在第1實施方式中使用含有約5重量％磷酸的水溶液，在約30℃下，對通過陽極氧化處理而形成的對應于點陣的小孔進行濕式蝕刻法使他們擴大。此時如圖5和圖6所示，通過使對應于點陣的小孔擴大，令相鄰小孔相連，因此能容易地完全除去位于槽部8a的形成區域的氧化鋁膜8。由此，形成了具有直線狀光柵漕圖案的氧化鋁膜(氧化鋁)8。此外，氧化鋁膜8是本發明“金屬氧化膜”的一個例子。該光柵漕圖案包含細孔連接成直線狀而形成的槽部8a。另外，光柵漕圖案的槽部8a的深度到透明電極模2為止，同時槽部8a在深度方向上均勻地形成。而且，位于槽部8a之間的氧化鋁膜8的表面上形成小孔9。小孔9的形成原因如圖7所示，認為是受到因織構化處理而形成的凹部3a的應變和因陽極氧化而產生的應變的影響，而在相應于未形成凹部3a的三角光柵圖案5(參照圖3)的位置上形成了小孔。
第1實施方式中，如上所述地在鋁膜3的表面上形成如圖3所示的凹部3a的點陣，同時將該鋁膜3的表面在與由鉑制成的陰極6的表面相對的狀態下進行陽極氧化，就可采用以往用于形成細孔圖案的陽極氧化法來容易地形成細孔連接成直線狀的光柵漕圖案。
另外，第1實施方式中，通過采用陽極氧化法可以形成包含上部和下部具有均勻寬度的槽部8a的光柵漕圖案，因而可以使光柵漕圖案的上部和下部的占空比達到均一。結果，可以用偏振光方向與光柵漕圖案延伸方向平行的光和偏振光方向與光柵漕圖案延伸方向正交的光來良好地使有效折射率變化，因此就能形成具有良好雙折射特性的波長板。
另外，第1實施方式中，用濕式蝕刻法擴大由陽極氧化法而形成的小孔，因此可以更加容易地形成細孔連接成直線狀的光柵漕圖案。
上述第1實施方式中作為具有精細結構的偏振光元件的一個例子的1/4波長板的結構如圖8所示，在基板81的上面形成具有本發明直線狀光柵漕圖案89的金屬氧化膜88。使相對于光柵漕圖案約傾斜45°的直線偏振光的光A向金屬氧化膜88的上面正交地入射，則直線偏振光的光A就會變成圓偏振光的光A。
再參照圖9，第1實施方式的變形例的偏振光依賴性衍射光柵采用和上述第1實施方式的波長板的制造過程相同造過程，在同一個玻璃基板(圖中未示出)上面互相交替地形成直線狀光柵漕圖案10a和沿著基本正交于光柵漕圖案10a的方向上延伸的直線狀光柵漕圖案10b。另外，光柵漕圖案10a和10b分別作為本發明的“第1槽圖案”和“第2槽圖案”的一個例子。由此，可以在玻璃基板上制成偏振光依賴性衍射光柵。在此情況下，如果調整光柵漕10a的占空比或周期、和光柵漕圖案10b的占空比或周期，例如可使光柵漕圖案10a和光柵漕圖案10b對偏振光方向與光柵漕圖案10a正交的光的有效折射率變得相同，就可達到只對與光柵漕圖案10a正交的偏振光方向沒有折射率差異(折射率變化)的狀態(透明)。這樣，可以得到良好的消光比。另外，光柵漕圖案10a和光柵漕圖案10b與上述第1實施方式相同，光柵漕圖案的上部與下部的占空比可以相等，因此可以得到更加良好的消光比。
第2實施方式下面參照圖10～圖12，該第2實施方式中通過織構化處理形成的鋁膜凹部點陣位置不同于第1實施方式。第2實施方式的其余制造過程與第1實施方式相同。
即，第2實施方式的制造過程中，如圖10所示，按照使經織構化處理后的鋁膜13表面上形成的凹部3a的點陣每隔三角光柵圖案5(用排列成多個列狀的虛線表示)的一列形成、并且相鄰兩列凹部13a的點陣互相錯開的方式進行織構化處理。由此，在鋁膜13的表面上形成具有圖10所示排列的凹部13a的點陣。另外，鋁膜13是本發明“金屬層”的一個例子。
其后，第2實施方式與上述的第1實施方式相同，采用陽極氧化法對形成了凹部13a的點陣的鋁膜13進行氧化處理。像這樣對形成了具有圖10所示排列的凹部13a的點陣的鋁膜13進行陽極氧化時，可以如圖11所示地將受到因織構化處理而形成的凹部13a的應變和因陽極氧化而產生的應變影響的位置相互錯開。然后，進行濕式蝕刻法以擴大因陽極氧化而形成的細孔，就可形成圖12所示的位于槽部18a之間的氧化鋁18表面上沒有小孔的光柵漕圖案。結果，不會產生因光入射到在槽部18a以外形成的小孔上而使折射率等變化的不良情況，因此可以形成具有比第1實施方式更好的雙折射特性的波長板。另外，氧化鋁膜18是本發明“金屬氧化膜”的一個例子。
第2實施方式的其余效果與第1實施方式相同。
第3實施方式下面參照圖13～15，該第3實施方式與第1實施方式以及第2實施方式相比，形成更多細孔連接成直線狀的光柵漕圖案。
即，該第3實施方式的波長板的光柵漕圖案的制造過程中，如圖13所示，經織構化處理而形成的鋁膜23的凹部23a的點陣的位置不同于上述第1和第2實施方式。具體來說，按照使鋁膜23表面上形成的凹部23a的點陣每隔三角光柵圖案5(用排成多列的虛線表示)的一列形成、并且點陣方向上的間隔比三角光柵圖案5的間隔狹窄的方式，進行織構化處理。另外，鋁膜23是本發明“金屬層”的一個例子。
其后，第3實施方式與上述第1和第2實施方式相同，采用陽極氧化法對形成了凹部23a的點陣的鋁膜23進行氧化處理。像這樣對形成了具有圖13所示排列的凹部23a的點陣的鋁膜23進行陽極氧化時，可以如圖14所示地將受到因織構化處理而形成的凹部23a的應變和因陽極氧化而產生的應變影響的位置分開。然后，通過進行濕式蝕刻以擴大陽極氧化而形成的細孔，就可形成圖15所示的位于槽部28a之間的氧化鋁28表面上沒有小孔的光柵漕圖案。結果，不會產生因光入射到在槽部28a以外形成的小孔上而使折射率等變化的不良情況，因此可以形成具有比第1實施方式更好的雙折射特性的波長板。另外，氧化鋁膜28是本發明“金屬氧化膜”的一個例子。
第3實施方式的其余效果與第1和第2實施方式相同。
第4實施方式下面參照圖16～圖19，該實施方式4中將說明與上述的第1～第3實施方式不同的、在氧化鋁膜的側面上形成光柵漕圖案的例子。
即，第4實施方式的波長板的制造過程中，如圖16所示，使用蒸鍍法在玻璃基板31的上面形成約3微米厚的鋁膜33。玻璃基板31是本發明“基板”的一個例子，鋁膜33是本發明“金屬層”的一個例子。
在第4實施方式中，為了進行織構化處理，對鋁膜33的側面進行研磨。然后如圖17所示，通過織構化處理，在鋁膜33的側面上形成凹部33a的點陣。該凹部33a的點陣可以采用圖3所示的第1實施方式、圖10所示的第2實施方式和圖13中所示的第3實施方式的排列中任意一種。
之后，第4實施方式如圖18所示，采用陽極氧化法對形成了凹部33a的點陣的鋁膜33進行氧化處理，從而形成對應于點陣的小孔(圖中未示出)。具體來說，是將作為陽極的鋁膜33的側面和由鉑制成的陰極36的側面對向地放置。然后在約5％濃度的硫酸水溶液37中施加約30伏的電壓，進行120分鐘的氧化處理。隨后與上述第1實施方式相同地通過濕式蝕刻擴大由氧化處理而形成的對應于點陣的小孔。此時，如圖19所示，位于槽部38a的形成區域的氧化鋁膜38幾乎被完全除去。由此，就能自組織化地形成具有包含槽部38a在內的直線狀光柵漕圖案的氧化鋁膜38。此外，氧化鋁膜38是本發明“金屬氧化膜”的一個例子。
在第4實施方式的制造過程中，如上所述地在鋁膜33的側面上形成具有規則排列的凹部33a的點陣，同時將該鋁膜33的側面在與由鉑制成的陰極36的側面對向的狀態下進行氧化處理，從而就能采用以往用于形成細孔圖案的陽極氧化法來容易地形成細孔連接成直線狀的光柵漕圖案。
另外，通過采用陽極氧化法可以形成包含上部和下部具有均勻寬度的槽部38a在內的光柵漕圖案，可以使光柵漕圖案的上部和下部的占空比均一。結果，可以用偏振光方向與光柵漕圖案延伸方向平行的光和偏振光方向與光柵漕圖案延伸方向正交的光來良好地使有效折射率變化，所以就能形成具有良好雙折射特性的波長板。
另外，第4實施方式中采用濕式蝕刻來擴大由陽極氧化法而形成的小孔，由此可以更加容易地形成細孔連接成直線狀的光柵漕圖案。
第5實施方式下面參照圖20，該第5實施方式中制備與上述第1～第4實施方式不同的、具有沿著基本平行于玻璃基板41表面的方向(X方向)延伸的三角光柵狀光柵孔48a圖案的氧化鋁膜48。玻璃基板41是本發明“基板”的一個例子，氧化鋁膜48是本發明“金屬氧化膜”的一個例子。
即，該第5實施方式的波長板的制造過程中，在進行圖17所示的第4實施方式的織構化處理時，與第4實施方式不同，對三角光柵圖案進行織構化處理。然后，進行與圖18所示的第4實施方式的陽極氧化工序相同的工序，從而容易地形成具有沿著基本平行于玻璃基板41表面的方向(X方向)延伸的三角光柵狀光柵孔48a圖案的氧化鋁膜48。由此，就能在光以相對于氧化鋁膜48表面垂直的方向入射到第5實施方式的波長板上時，可以用偏振光方向與光柵孔48a的圖案延伸方向平行的光、和偏振光方向與光柵孔48a的圖案延伸方向正交的光使有效折射率變化。結果，可以容易地形成具有良好的雙折射特性的波長板。
第6實施方式下面參照圖21～圖26，說明第6實施方式，該實施方式中，與上述第1～第5實施方式不同的，不進行織構化處理，而是在鋁膜上周期性地形成掩蔽層后進行氧化處理來形成光柵漕圖案。
即，在該第6實施方式中，首先如圖21所示，使用電子束蒸發法或噴鍍法在由石英等制成的透明基板51上形成具有給定厚度的鋁膜53。透明基板51是本發明“基板”的一個例子，鋁膜53是本發明“金屬層”的一個例子。
接著，在第6實施方式中如圖22所示地使用隆起(lift-off)法，在鋁膜53上每隔0.1微米的間隔周期性地(周期0.35微米)形成厚度約0.1微米和寬度L為0.25微米的由Ni制成的掩蔽層54。具體來說，首先在鋁膜53的全部表面上形成保護層(圖中未示出)，然后用電子束繪圖裝置或分節器(stepper)或雙光束干涉曝光裝置等，對保護層每隔0.25微米間隔進行圖案化處理，使其具有0.1微米的寬度。之后，形成約0.1微米厚包覆該保護層的Ni層(圖中未示出)，然后除去保護層和保護層上的Ni層。由此，厚度約0.1微米和寬度L為0.25微米的由Ni制成的掩蔽層54以每隔0.1微米的間隔周期性地形成。
之后，如圖23所示，將掩蔽層54作為掩模，用濕式蝕刻除去鋁膜53的上面到約0.1微米的深度，從而形成寬度S為0.1微米、深度約0.1微米的蝕刻槽50。通過形成該蝕刻槽50，在后述的陽極氧化工序中，在蝕刻槽50的落差部位上容易產生電場的偏移。因此，在發生電場偏移的區域中容易產生由陽極氧化而形成的細孔，所以可以提高細孔的產生位置的精度。
接著，采用與圖4所示的第1實施方式相同的陽極氧化法，對鋁膜53進行氧化處理。但是，在該第6實施方式中，通過在使用溶解了約0.1摩爾濃度的草酸的電解液的同時于3℃下施加100伏特電壓進行氧化處理。由此，可自組織化地形成圖24所示的具有細微小孔53a和53b的氧化鋁膜58。另外，在小孔53a和53b形成于蝕刻槽50與掩蔽層54形成區域54a之間的邊界上的同時，還形成了三角光柵(圖24中用虛線包圍的部分F)。另外，氧化鋁膜58是本發明“金屬氧化膜”的一個例子。而且，此時由Ni制成的掩蔽層54也經氧化處理。
己知在將陽極氧化法形成的小孔中相鄰小孔之間的最大距離設為U、陽極氧化電壓設為Va時，成立U＝0.0025Va(微米)的關系式。另外如圖24所示，為了在蝕刻槽50與掩蔽層54形成區域54a之間的邊界上生成小孔53a和53b，設定陽極氧化電壓Va以使其滿足0.866U≥S的關系式是必要的。該關系式(0.866U≥S)由三角比的關系U=(2/3)×S]]>可以推出。另外，該第6實施方式中相鄰小孔之間的最大距離U為U＝約0.25(微米)、蝕刻槽50的寬度S為S＝約0.1(微米)，因此滿足0.866U≥S的關系式。由此，小孔53a和孔53b就可產生于蝕刻槽50與掩蔽層54形成區域54a之間的邊界上。
另外，為了形成良好的光柵漕圖案，使后述光柵漕圖案的槽部58a(參照圖25)的形成區域以外的區域(掩蔽層54的形成區域54a)上不形成小孔是重要的。如圖24所示，掩蔽層54的形成區域54a中，如果與小孔53a形成三角光柵的假想位置59a和與小孔53b形成三角光柵的假想位置59b一致，那么即使形成掩蔽層54也有可能在氧化處理時形成小孔。所以，通過防止假想位置59a和假想位置59b一致，可以防止在掩蔽層54的形成區域54a上形成小孔。因此，使掩蔽層54的寬度L和蝕刻槽50的寬度S之間滿足關系式L≠2S是必要的。第6實施方式中，掩蔽層54的寬度L為L＝約0.25(微米)，蝕刻槽的寬度S為S＝約0.1(微米)，所以滿足關系式L≠2S。
另外，設定掩蔽層54的寬度L以使掩蔽層54的寬度L比小孔之間的最大距離U小、即滿足關系式U≥L是必要的。不滿足這個條件(U＜L時)時，位于掩蔽層54的寬度方向兩端的小孔53a與小孔53b隨著深度方向上的成長而逐漸接近，從而使小孔53a和53b之間的距離變成U。這樣就不能形成深度方向上筆直的孔。另外，該第6實施方式中相鄰小孔之間的最大距離U為U＝約0.25(微米)，掩蔽層54的寬度L為L＝0.25(微米)，所以滿足U≥L的關系式。
然后，第6實施方式中使用含有約5重量％磷酸的水溶液，在30℃下將掩蔽層作為掩模，用濕式蝕刻使小孔53a和53b擴大。此時如圖25和圖26所示，通過使小孔53a和53b(參照圖24)擴大，令相鄰的小孔53a和53b相連，因此能容易地將位于槽部58a形成區域的氧化鋁膜58幾乎完全地除去。在這里，構成掩蔽層54的Ni氧化物對磷酸水溶液有良好的耐性。所以，即使在掩蔽層54的形成區域54a(參照圖24)上形成了小孔，也可以防止該小孔受到蝕刻。由此，在掩蔽層54的形成領域54a以外的區域上形成了具有直線狀光柵漕圖案的氧化鋁膜58。該光柵漕圖案包含小孔53a和53b連接成直線狀而形成的槽部58a。另外，光柵漕圖案的槽部58a的深度到透明基板51為止，同時槽部58a在深度方向上均勻地形成。
第6實施方式中，如上所述地在鋁膜53上周期性形成掩蔽層54后，對鋁膜53進行陽極氧化，從而形成具有直線狀光柵漕圖案的氧化鋁膜58。這樣就能容易地只在未形成掩蔽層54的區域上自組織化地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均勻槽寬的直線狀光柵漕圖案。結果，可以容易地形成具有良好的雙折射特性的波長板。另外，可以防止在光柵漕圖案的槽部58a以外的部分(掩蔽層54的形成區域54a)上形成小孔，所以不會產生因光入射到光柵漕圖案的槽部58a以外的部分形成的小孔上而引起折射率變化的不良情況。
下面參照圖27～圖29，對第6實施方式的變形例的偏振光依賴性衍射光柵進行說明。圖29的縱軸表示有效折射率，橫軸表示周期P。另外，圖29中的“TE”表示偏振光方向與光柵漕圖案延伸方向平行的光，“TM”表示偏振光方向與光柵漕圖案延伸方向正交的光。
參照圖27～圖29，該第6實施方式的變形例的偏振光依賴性衍射光柵采用了與上述第6實施方式的波長板的制造過程相同的制造過程，在透明基板51上形成了具有直線狀光柵漕圖案50a和沿著基本正交于光柵漕圖案50a的方向延伸的直線狀光柵漕圖案50b的氧化鋁膜58。而且，光柵漕圖案50a與光柵漕圖案50b相互交替地形成。光柵漕圖案50a和光柵漕圖案50b分別是本發明“第1槽圖案”和“第2槽圖案”的一個例子。該光柵漕圖案50a和光柵漕圖案50b分別具有周期P1和P2，并具有相同寬度W的槽部。也就是說，該第6實施方式的變形例不同于圖47所示的以往的偏振光依賴性衍射光柵，它不是通過調整槽寬、而是通過調整周期P1和P2來制造偏振光依賴性衍射光柵的。
具體來說，當與具有周期P1的光柵漕圖案50a平行的偏振光方向(TE)的光A入射時，該光A的偏振光方向在具有周期P2的光柵漕圖案50b中成為與光柵漕圖案50b正交的偏振光方向(TM)。因此，具有周期P1的光柵漕圖案50a和具有周期P2的光柵漕圖案50b的有效折射率成為N2。另一方面，當與具有周期長度P1的光柵漕圖案50a正交的偏振光方向(TM)的光B入射時，該光B的偏振光方向在具有周期P2的光柵漕圖案50b中成為與光柵漕圖案50b平行的偏振光方向(TE)。因此，具有周期P1的光柵漕圖案50a的有效折射率成為N1，具有周期P2的光柵漕圖案50b的有效折射率成為N3。由此，可以使具有周期P1的光柵漕圖案50a和具有周期P2的光柵漕圖案50b，對偏振光方向與光柵漕圖案50a平行的光A的有效折射率成為相同的N2，所以可以達到只對光A沒有折射率差異(折射率變化)的狀態(透明)。
第6實施方式的變形例中，如上所述地可以不調整光柵漕圖案50a和光柵漕圖案50b的光柵漕圖案槽部寬度W而制成偏振光依賴性衍射光柵，所以如果使用這個容易形成具有均勻寬度的光柵漕圖案的第6實施方式的制造過程，就能容易地制造偏振光依賴性衍射光柵。另外，可以與上述第6實施方式相同地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均勻槽寬的直線狀光柵漕圖案50a和50b，從而可以得到良好的消光比。
第7實施方式下面參照圖30～圖34，說明第7實施方式，該實施方式是不同于上述第6實施方式的、在形成掩蔽層之前對鋁膜進行氧化處理的例子。
即，該第7實施方式中，采用電子束蒸鍍法或噴鍍法在玻璃基板51(參照圖32)上形成鋁膜(圖中未示出)，然后采用圖4所示的與第1實施方式相同的陽極氧化法對鋁膜進行氧化處理。但在該第7實施方式的陽極氧化中，施加比上述第6實施方式的外加電壓(約100伏)低的電壓(約30～50伏)。由此，形成圖30所示的、具有比圖24所示的第6實施方式的小孔53a和53b直徑和間隔更小的小孔63的氧化鋁膜68。該小孔63在氧化鋁膜68的全部區域中隨機的產生。氧化鋁膜68是本發明“金屬氧化膜”的一個例子。
接著，在第7實施方式中，如圖31和圖32所示地采用與圖22所示的第6實施方式相同的過程，在氧化鋁膜68上周期性地形成掩蔽層54。然后，在與上述第6實施方式同樣的蝕刻條件下，將掩蔽層54作為掩模，通過濕式蝕刻來使小孔擴大。此時，如圖33以及圖34所示，通過使位于掩蔽層54的形成區域以外的區域上的小孔63擴大，使相鄰的小孔63相連，所以可以容易地將位于槽部68a的形成區域的氧化鋁膜68幾乎完全除去。由此，形成了具有直線狀光柵漕圖案的氧化鋁膜68。該光柵漕圖案包含小孔63連接成帶狀而形成的槽部68a。另外，光柵漕圖案的槽部68a深度到透明基板51為止，同時槽部68a在深度方向上均勻地形成。
第7實施方式中，通過如上所述地對鋁膜進行陽極氧化，形成具有細微小孔63的氧化鋁膜68，然后在氧化鋁膜68上周期性地形成掩蔽層54，同時將掩蔽層54作為掩模，通過蝕刻來擴大位于未形成掩蔽層54的區域的細微小孔63，從而可以容易地只在未形成掩蔽層54的區域上自組織化地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均勻槽寬的直線狀光柵漕圖案。結果，可以容易地形成具有雙折射特性的波長板。
另外，第7實施方式中，隨機生成的小孔63連接成直線狀而形成光柵漕圖案的槽部68a，所以難以提高槽部68a的尺寸精度。另一方面，沒有必要在氧化鋁膜68上設定產生小孔63的位置，所以可以避免陽極氧化工序的復雜化。
下面參照圖35～圖39說明第7實施方式的變形例，該例子是不同于上述第7實施方式的、自組織化地形成具有排列成三角光柵狀的小孔的氧化鋁膜的例子。
即，第7實施方式的變形例中，在采用陽極氧化法對鋁膜(圖中未示出)進行氧化處理時，通過調整電解液濃度、溫度和電壓等，自組織化地形成圖35所示的具有排列成三角光柵狀的小孔73的氧化鋁膜78。陽極氧化的具體條件如下，電解液濃度約0.3摩爾(草酸)，溫度約1℃，電壓40伏。另外，氧化鋁膜78是本發明“金屬氧化膜”的一個例子。
其次，第7實施方式的變形例中采用與上述第7實施方式同樣的過程形成直線狀的光柵漕圖案。即，如圖36和圖37所示地在氧化鋁膜78上周期性地形成掩蔽層54。然后，如圖38和圖39所示地通過濕式蝕刻來使小孔73擴大，從而幾乎完全除去位于槽部78a的形成區域的氧化鋁膜78。由此，形成了具有直線狀光柵漕圖案的氧化鋁膜78。該光柵漕圖案包含小孔73連接成帶狀而形成的槽部78a。另外，光柵漕圖案的槽部78a的深度到透明基板51為止，并且槽部78a在深度方向上均勻地形成。
第7實施方式的變形例中，如上所述地通過調整電解液濃度、溫度和電壓等在特殊的條件下進行氧化處理，使氧化鋁膜78上小孔73的產生位置具有規則性，因此可以提高小孔73連接成帶狀而形成的槽部78a的尺寸精度。由此，可以容易地制造具有所需雙折射特性的波長板。
另外，這次所公開的實施方式從所有方面看都是例示，而不能看作是限制。本發明的范圍不是由上述實施方式的說明表示的，而是由權利要求的范圍表示的，并且還包含與權利要求的范圍等同的含義以及該范圍內的全部變化。
例如，上述第1～第7實施方式中雖然說明了在偏振光元件或偏振光依賴性衍射元件等光學元件的形成中使用本發明的例子，但是本發明并不限于此，它也可適用于除光學元件以外的具有光柵漕圖案的元件的形成中。
另外，上述第1～第7實施方式中雖然說明了在作為偏振光元件的波長板或作為偏振光依賴性衍射元件的偏振光依賴性衍射光柵的形成中使用本發明的例子，但是本發明并不限于此，它也可適用于除波長板或偏振光依賴性衍射光柵以外的偏振光元件、偏振光依賴性衍射元件和多層膜元件的形成中。例如，除波長板以外的偏振光元件被認為有偏振光束分裂器以及隔離器等。另外，偏振光依賴性衍射光柵以外的偏振光依賴性衍射元件被認為有全息光學元件(HOEHolographic Opticalelement)和菲涅耳透鏡等。另外，多層膜元件被認為有利用布拉格反射的多層膜元件或波導式多層膜元件等、波導式波長濾光器(參照圖40)、反射器、分路濾光器和波導轉換器等。
另外，上述作為多層膜元件的波導式波長濾光器的結構如圖40所示，在基板91上的給定區域上形成具有本發明直線狀光柵漕圖案99的金屬氧化膜98。該光柵漕圖案99排列在金屬氧化膜98中央部分附近、并起著作為濾光部分90a的作用。而金屬氧化膜98中除濾光部分90a以外的區域起著作為波導部分90b的作用。于是，在使2種波長的光A和B進行導波時，波長不滿足布拉格反射條件的光A透過濾光部分90a，而波長滿足布拉格反射條件的光B在濾光部分90a反射。另外，起著作為濾光器部分90a的作用的光柵漕圖案99的形狀，可以是圖41所示的槽部99a的間距逐漸變化的形狀，也可以是圖42所示的槽部99b以放射線狀延伸的形狀。此外，也可以像圖43那樣以圓弧狀形成槽部99c。而且，圖43所示的圓弧狀槽部99c可以采用與上述第1～第3、第6和第7實施方式相同的過程形成。
另外，上述的偏振光元件、偏振光依賴性衍射元件和多層膜元件中，也可以形成圖44所示的槽部99d交叉成2元(平面)形狀的光柵漕圖案。
另外，上述第1～第7實施方式中雖然是對鋁膜(3、13、23、33、和53)進行陽極氧化，但是本發明并不限于此，對鈦和鉭等其他閥用金屬進行陽極氧化處理也可以。
另外，上述第1～第7實施方式中雖然用由硫酸和草酸制成的電解液作為陽極氧化法所用的電解液，但是本發明并不限于此，使用由磷酸等制成的電解液也可以。
另外，上述第1～第7實施方式中雖然使用鉑作為陽極氧化法中所用的陰極，但本發明并不限于此，使用由其他材料制成的陰極也可以。
另外，上述第6和第7實施方式中雖然在透明基板與鋁膜之間未形成透明電極膜，但本發明并不限于此，在透明基板與鋁膜之間形成透明電極膜、并在氧化處理時經透明電極膜向鋁膜施加電壓也可以。在此情況下，氧化處理中可以一直向鋁膜施加電壓，所以即使在透明基板上有凹凸不平的情況下也可以防止未被氧化的鋁膜殘留的不良情況。
另外，上述第6以及第7實施方式中雖然形成了由Ni制成的掩蔽層，但本發明并不限于此，采用由Ni以外的金屬、SiO2等無機電介質和光致抗蝕劑(photoresist)制成掩蔽層也可以。另外，為了防止位于掩蔽層的形成區域的小孔受到蝕刻，最好采用對濕式蝕刻具有良好耐性的材料作為掩蔽層。此外，上述第6實施方式中，為了以良好的精度形成蝕刻槽，最好采用對干式刻蝕具有良好耐性的材料作為掩蔽層。對干式刻蝕具有良好耐性的材料認為有例如Ta、Ti和Cr等。
另外，上述第6和第7實施方式中雖然采用隆起法在鋁膜上周期性地形成掩蔽層，但本發明并不限于此，在該鋁膜上堆積構成掩蔽層的材料，然后用會聚離子束(FIBFocused Ion Beam)形成分離槽，從而在鋁膜上周期性地形成掩蔽層也是可以的。
另外，上述第6實施方式中雖然在陽極氧化工序中形成蝕刻槽來提高小孔的產生位置的精度，但本發明并不限于此，不形成蝕刻槽也可以。
另外，上述第7實施方式的變形例中，雖然通過調整電解液濃度、溫度和電壓等在特殊條件下進行氧化處理而自組織化地形成具有排列成三角光柵狀的小孔的氧化鋁膜，但本發明并不限于此，通過在織構化處理后進行氧化處理而自組織化地形成具有排列成三角光柵狀的小孔的氧化鋁膜也可以。
另外，還可以像以往的大型鋁基板的陽極氧化中報告的那樣，在陽極氧化工序之前加入使鋁膜驟冷的工序。如果進行該工序，可以更好的精度控制細孔位置。
另外，將按照本發明制造的精細結構作為模具所制成的成形品也具有同等的元件特性。
權利要求
1.具有精細結構的元件的制造方法，它包括在基板上形成金屬層的工序；在所述金屬層表面上形成凹部點陣的工序；將形成有所述凹部點陣的金屬層表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化，制成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序。
2.如權利要求1所述的具有精細結構的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成凹部點陣的工序從形成三角光柵的位置錯開地形成凹部點陣。
3.如權利要求1所述的具有精細結構的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序是在將形成了所述點陣的金屬層表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化、形成對應于所述點陣的小孔之后，通過蝕刻使對應于點陣的小孔擴大，形成具有光柵漕圖案的金屬氧化膜。
4.如權利要求1所述的具有精細結構的元件的制造方法，其特征在于，在所述的基板上形成金屬層的工序之前，還具有在基板上形成透明導電膜的工序。
5.如權利要求1所述的具有精細結構的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序形成具有直線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。
6.如權利要求1所述的具有精細結構的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序形成具有曲線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。
7.具有精細結構的元件的制造方法，它包括在基板上形成金屬層的工序；在所述的金屬層表面上周期性地形成掩蔽層的工序；將形成有掩蔽層的金屬層表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化，形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序。
8.如權利要求7所述的具有精細結構的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序是在將形成有掩蔽層的金屬層表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化而在未形成所述掩蔽層的所述金屬氧化膜表面上形成細微小孔之后，通過蝕刻來使所述的細微小孔擴大，形成所述的具有光柵漕圖案的金屬氧化膜。
9.如權利要求7所述的具有精細結構的元件的制造方法，其特征在于，在所述的形成具有光柵漕圖案的金屬層的工序之前，還具有將掩蔽層作為掩模、對金屬層進行蝕刻而形成蝕刻槽的工序。
10.如權利要求9所述的具有精細結構的元件的制造方法，其特征在于，將蝕刻槽的寬度設為S、掩蔽層的寬度設為L時，使蝕刻槽的寬度S和掩蔽層的寬度L之間滿足L≠2S的關系式。
11.如權利要求7所述的具有精細結構的元件的制造方法，其特征在于，在所述的在基板上形成金屬層的工序之前，還具有在所述的基板上形成透明導電膜的工序。
12.如權利要求7所述的具有精細結構的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序形成具有直線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。
13.如權利要求7所述的具有精細結構的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序形成具有曲線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。
14.具有精細結構的元件的制造方法，它包括在基板上形成金屬層的工序；將所述的金屬層表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化，形成具有細微小孔的金屬氧化膜的工序；在金屬氧化膜的表面上周期性地形成掩蔽層的工序；將所述的掩蔽層作為掩模、通過蝕刻來使未形成掩蔽層的區域上的細微小孔擴大、形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序。
15.如權利要求14所述的具有精細結構的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有細微小孔的金屬氧化膜的工序形成具有排列成三角光柵狀的細微小孔的金屬氧化膜。
16.如權利要求14所述的具有精細結構的元件的制造方法，其特征在于，在所述的在基板上形成金屬層的工序之前，還具有在基板上形成透明導電膜的工序。
17.如權利要求14所述的具有精細結構的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序形成具有直線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。
18.如權利要求14所述的具有精細結構的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序形成具有曲線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。
19.具有精細結構的元件的制造方法，它包括在基板上形成金屬層的工序；在所述金屬層的表面上形成凹部點陣的工序；將形成有所述凹部點陣的金屬層表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化，形成具有直線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序。
20.具有精細結構的元件的制造方法，它包括在基板上形成金屬層的工序；在所述金屬層的側面上形成凹部點陣的工序；將形成了所述凹部點陣的金屬層側面在與陰極端相對的狀態下進行陽極氧化，形成具有沿著基本平行于所述基板表面的方向延伸的光柵孔圖案的金屬氧化膜的工序。
21.具有精細結構的元件，它包括基板、和形成在基板上的具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。
22.如權利要求21所述的具有精細結構的元件，其特征在于，所述的線狀光柵漕圖案包括細孔連接成線狀的細孔列圖案。
23.如權利要求21所述的具有精細結構的元件，其特征在于，它還包括形成于基板與金屬氧化膜之間的透明導電膜。
24.如權利要求21所述的具有精細結構的元件，其特征在于，所述的線狀光柵漕圖案包括直線狀光柵漕圖案。
25.如權利要求21所述的具有精細結構的元件，其特征在于，所述的線狀光柵漕圖案包括曲線狀光柵漕圖案。
26.如權利要求21所述的具有精細結構的元件，其特征在于，所述的線狀光柵漕圖案包括沿著第1方向延伸的線狀第1槽圖案、和沿著與第1槽圖案基本正交的方向延伸的線狀第2槽圖案，并且第1槽圖案與第2槽圖案相互交替地形成。
27.如權利要求21所述的具有精細結構的元件，其特征在于，所述的具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜用于偏振光元件、偏振光依賴性衍射元件和多層膜元件中的任意一個。
28.具有精細結構的元件，它包括基板、和形成在基板上的具有直線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜。
全文摘要
本發明涉及具有良好的光柵漕等精細結構的元件的制造方法。具有這種精細結構的元件的制造方法包括在基板上形成金屬層的工序；在金屬層表面上形成凹部點陣的工序；將形成有凹部點陣的金屬層表面在與陰極面相對的狀態下進行陽極氧化、形成具有線狀光柵漕圖案的金屬氧化膜的工序。因此，如果使點陣的各凹部之間的間隔變小，就能容易地自組織化地形成具有大的深度、并且深度方向上槽寬均勻的線狀光柵漕圖案。
文檔編號G02B5/18GK1446772SQ0310834
公開日2003年10月8日 申請日期2003年3月25日 優先權日2002年3月25日
發明者森和思, 松本光晴, 富永浩司, 田尻敦志, 古沢浩太郎 申請人:三洋電機株式會社