JP7144968B2 - 無機波長板の製造方法 - Google Patents
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Description
また、格子状凸部を構成する金属酸化物として、高屈折材料(例えば、TiO2)を選択すれば、薄膜の無機波長板を実現することができ、ゼロオーダーの波長板を得ることができる。
また、カルボニル基を含む繰り返しユニットを有するポリマーの配列を微細なものとすれば、より微細なパターンの格子状凸部を有する無機波長板を実現することができ、その結果、高性能化デバイスへの要求を満たすことができる。
さらに、金属酸化物を主成分とする格子状凸部をマスクとしてエッチングを実施すれば、高いアスペクト比を有する格子状凸部を作製できるため、所望の位相差が実現容易であるとともに、所望の位相差を安定して得られる無機波長板を得ることが可能となる。
本発明の無機波長板は、格子構造による複屈折を利用した構造性複屈折タイプの波長板である。具体的には、ワイヤグリッド構造を有する無機波長板であって、透明基板と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板の少なくとも片面に配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備え、前記格子状凸部の主成分が金属酸化物である無機波長板である。なお、本発明の無機波長板は、透明基板と格子状凸部を備えていればよく、これら以外の他の層を有していてもよい。
透明基板(図1における透明基板1)としては、使用帯域の光に対して透光性を示す基板であれば特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。「使用帯域の光に対して透光性を示す」とは、使用帯域の光の透過率が100%であることを意味するものではなく、波長板としての機能を保持可能な透光性を示せばよい。使用帯域の光としては、例えば、波長380nm~810nm程度の可視光が挙げられる。
格子状凸部(たとえば図1(f)における金属酸化物を主成分とする領域4)は、透明基板の片側面に使用帯域の光の波長よりも短いピッチで形成され、所定方向に帯状に配列される。すなわち、本発明の無機波長板は、格子状凸部と溝部となる凹部とが周期的に繰り返される凹凸周期構造を有する。なお、本発明においては、透明基板と格子状凸部との間に、他の層が存在していてもよい。
また、本発明の無機波長板は、光学特性に影響を与えない範囲において、少なくとも光の入射側の表面が、保護膜により覆われていてもよい。保護膜は、誘電体で構成されることが好ましく、例えば、SiO2を好ましく適用することができる。保護膜を有することにより、機械的性能が向上し、凹凸形状を保護する効果が期待できる。
また、本発明の無機波長板は、少なくとも光の入射側の表面が、撥水膜により覆われていてもよい。撥水膜は有機系が好ましく、例えば、パーフルオロデシルトリエトキシシラン(FDTS)等のフッ素系シラン化合物を好ましく適用することができる。これにより、無機波長板へのゴミの侵入を防ぐことができるとともに、耐湿性等の信頼性を向上することができる。
本発明の無機波長板の製造方法は、ポリマー格子形成工程と、金属酸化物前駆体接触工程と、酸化工程と、を少なくとも有する。
ポリマー格子形成工程では、透明基板の少なくとも片面に、カルボニル基を含む繰り返しユニットを有するポリマーを、所定方向に延在する格子となるよう配列させて、ポリマー格子を形成する。
本発明においては、後の金属酸化物前駆体接触工程において、カルボニル基を含む繰り返しユニットを有するポリマーに含まれるカルボニル基に、金属酸化物前駆体を結合させる。このため、本発明においては、カルボニル基は必須の構成要素であるが、用いられるカルボニル基を含む繰り返しユニットを有するポリマーは、高分子の繰り返しユニットにカルボニル基を有するものであれば、特に限定されるものではない。
ポリマー格子形成工程において、透明基板の少なくとも片面に、カルボニル基を含む繰り返しユニットを有するポリマーを、所定方向に延在する格子となるよう配列させる方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、フォトリソグラフィ法にて実施することができる。
ポリマー格子形成工程において、透明基板の少なくとも片面に、カルボニル基を含む繰り返しユニットを有するポリマーを、所定方向に延在する格子となるよう配列させるための別の方法としては、例えば、自己組織化性能を有するポリマーを用いて、自己組織化させる方法が挙げられる。
さらに、物理ガイドと呼ばれる壁を用いて、この壁の間に、自己組織化性能を有し、且つ、カルボニル基を含む繰り返しユニットを有するポリマーを格納することで、より容易にパターンを形成させることが可能となる。物理ガイドを用いる場合には、物理ガイドの幅と、自己組織化により相分離して形成されるパターンの幅とは、必ずしも同一とする必要はない。異ならせることで、最終的に、異なる2種以上のピッチが混在している格子状凸部を有する、無機波長板を実現することができる。
金属酸化物前駆体接触工程では、ポリマー格子形成工程で形成されたポリマー格子に、金属酸化物前駆体の蒸気を接触させて、ポリマー中のカルボニル基に金属酸化物前駆体の金属を結合させ、金属酸化物前駆体結合部を形成する。
金属酸化物前駆体接触工程では、ポリマー格子を形成するポリマー中のカルボニル基に、金属酸化物の前駆体となる物質を、蒸気の形態で接触させる。蒸気として供給する金属酸化物前駆体は、カルボニル基に選択的に結合する性質を有するものである。金属酸化物前駆体は、カルボニル基を含む繰り返しユニットを有する分子鎖とは結合し、当該分子鎖上で成長するが、カルボニル基を有しない分子鎖とは、実質的に非反応性である。
酸化工程では、金属酸化物前駆体接触工程で形成された金属酸化物前駆体結合部を有する格子に、水蒸気を接触させて、金属酸化物前駆体結合部を酸化させ、金属酸化物を主成分とする金属酸化物格子を形成する。得られる金属酸化物格子は、金属酸化物を主成分とするため、エッチング耐性が高く、また、耐熱性も向上した格子状凸部となる。
なお、本発明の無機波長板の製造方法においては、上記の金属酸化物前駆体接触工程と、上記の酸化工程と、を1サイクルとして、これらの工程を複数サイクル繰り返して実施することが好ましい。
本発明の無機波長板の製造方法において、カルボニル基を含む繰り返しユニットを有するポリマーとして、カルボニル基を含む繰り返しユニットを有する分子鎖とカルボニル基を有しない分子鎖とで構成されるブロック共重合体を用いる場合には、格子状凸部形成工程を実施する。
本発明の無機波長板の製造方法は、さらに、酸化工程で形成された金属酸化物格子をマスクとしてエッチングする、エッチング工程を有していてもよい。エッチング工程は、図2における図2(c)から図2(d)の間に実施される工程である。図2(d)においては、エッチングにより透明基板1に掘り込みが形成され、透明基板1の一部が格子状凸部の一部を構成する態様が示されている。
本発明の無機波長板の製造方法は、少なくとも光の入射側の表面を保護膜で覆う、保護膜付与工程を有していてもよい。保護膜付与工程においては、少なくとも波長板の表面(ワイヤグリッドが形成された面)上に、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)やALD(Atomic Layer Deposition)を利用して保護膜を形成する。保護膜としては、誘電体からなる膜とすることが好ましく、例えば、SiO2を好ましく適用することができる。
本発明の無機波長板の製造方法は、少なくとも光の入射側の表面を撥水膜で覆う、撥水膜付与工程を有していてもよい。撥水膜付与工程においては、少なくとも波長板の表面(ワイヤグリッドが形成された面)上に、例えば、上述のCVDやALDを利用して撥水膜を形成可する。撥水膜としては、有機系材料からなる膜とすることが好ましく、例えば、パーフルオロデシルトリエトキシシラン(FDTS)等のフッ素系シラン化合物を好ましく適用することができる。
本発明の無機波長板は、各種の光学機器に搭載することができる。光学機器としては、液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、デジタルカメラ等が挙げられる。また、有機材料からなる有機波長板に比べて、耐熱性および耐久性に優れる無機波長板であるため、耐熱性および耐久性が要求される液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ等の用途に特に好適に用いることができる。
実施例1においては、物理ガイドを用いて、物理ガイドの壁の間に自己組織化性能を有し、且つ、カルボニル基を含む繰り返しユニットを有するポリマーを格納してパターンを形成する方法を実施した。
ポリメチルメタクリル酸からなる分子鎖とポリスチレンからなる分子鎖のランダム共重合体(分子量:約40000)を、トルエン中に濃度1.5質量%となるよう溶解した。続いて、得られた溶液をスピンコートして、中性層を作製した。さらに、作製した中性層の上にフォトレジストをコートし、フォトレジスト層を形成した。引き続き、フォトレジスト層を露光・現像することにより、レジストパターンを作製した。得られたレジストパターンを用いて、中性層をO2プラズマにてエッチングし、続いてレジストを剥離することにより、中性層によるガイドパターン(図2(a)におけるガイド6)を形成した。ガイドの膜厚(高さ)は、13nmであった。図3(a)に、得られたガイドパターンの写真を示す。
得られたガイドパターンのガイド(図2(a)におけるガイド6)の壁の間に、ポリメチルメタクリル酸からなる分子鎖とポリスチレンからなる分子鎖とを含むブロック共重合体を格納した。用いたブロック共重合体の分子量は、113,000であり、ポリメチルメタクリル酸からなる分子鎖とポリスチレンからなる分子鎖との組成比は、約1:1であった。なお、格納にあたっては、溶媒としてトルエンを用いて共重合体の濃度を1.5質量%とし、スピンコートを実施した。
真空中にて、240℃にて12時間の熱処理を実施することにより、ガイド6の間にて、ポリメチルメタクリル酸からなる分子鎖とポリスチレンからなる分子鎖とを含むブロック共重合体を自己組織化させて、規則的なドメインを有する構造に相分離させた。その結果、図2(a)に示すように、ガイド6に沿って、ポリメチルメタクリル酸(PMMA)からなる分子鎖を有する領域2と、ポリスチレンからなる分子鎖を有する領域3とが、交互に存在する周期的なラメラ構造が形成された。形成された周期的なラメラ構造の写真を、図3(b)に示す。作製された周期的なラメラ構造の周期長は、約45nmであった。
続いて、得られた周期的なラメラ構造に、トリメチルアルミニウム(TMA)の蒸気を接触させて、ポリメチルメタクリル酸(PMMA)からなる分子鎖を有する領域2におけるカルボニル基に金属酸化物前駆体の金属を結合させ、金属酸化物前駆体結合部を形成した。蒸気を供給した環境は真空チャンバー内であり、基板温度は200℃、圧力は1mTorr、供給時間は0.3秒、保持時間は600秒とした。
続いて、金属酸化物前駆体結合部が形成された周期的なラメラ構造に水蒸気を接触させることにより、金属酸化物前駆体結合部を酸化し、図2(b)に示すように、金属酸化物を主成分とする領域4で構成される金属酸化物格子を形成した。なお、本実施例で形成された金属酸化物は、Al2O3である。水蒸気を供給した環境は真空チャンバー内であり、基板温度は200℃、圧力は1mTorr、供給時間は0.3秒、保持時間は600秒とした。
続いて、ポリスチレンからなる分子鎖を有する領域3とガイド6とを除去して、Al2O3からなる格子状凸部を形成し(図2(c))、無機波長板を得た。ポリスチレンからなる分子鎖を有する領域3とガイド6との除去にあたっては、O2プラズマによるアッシングを行った。得られた無機波長板の格子状凸部は、ピッチ45nm、高さ13nmであった。
2 ポリメチルメタクリル酸(PMMA)からなる分子鎖を有する領域
3 ポリスチレンからなる分子鎖を有する領域
4 金属酸化物を主成分とする領域
5 レジスト
6 ガイド
Claims (6)
- ワイヤグリッド構造を有する無機波長板の製造方法であって、
前記無機波長板は、透明基板と、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで前記透明基板の少なくとも片面に配列され、所定方向に延在する格子状凸部と、を備え、
前記ピッチは、45nm以上100nm以下であり、
前記格子状凸部は、主成分が金属酸化物であり、異なる2種以上の前記ピッチが混在しており、
物理ガイドを用いて、前記透明基板の少なくとも片面に、カルボニル基を含む繰り返しユニットを有するポリマーを、前記ポリマーの自己組織化によって、所定方向に延在する格子となるよう配列させて、ポリマー格子を形成するポリマー格子形成工程と、
前記ポリマー格子に、金属酸化物前駆体の蒸気を接触させて、前記カルボニル基に前記金属酸化物前駆体の金属を結合させ、金属酸化物前駆体結合部を形成する金属酸化物前駆体接触工程と、
前記金属酸化物前駆体結合部を有する格子に、水蒸気を接触させて、前記金属酸化物前駆体結合部を酸化させ、金属酸化物を主成分とする金属酸化物格子を形成する酸化工程と、を含む、無機波長板の製造方法。 - 前記金属酸化物前駆体接触工程と、前記酸化工程と、をサイクルとして、前記サイクルを複数回繰り返す、請求項1記載の無機波長板の製造方法。
- 前記カルボニル基を含む繰り返しユニットは、メタクリル酸メチルに由来するものである、請求項1または2記載の無機波長板の製造方法。
- 前記カルボニル基を含む繰り返しユニットを有するポリマーは、ポリメタクリル酸メチルからなる分子鎖とポリスチレンからなる分子鎖とを含むブロック共重合体である、請求項3記載の無機波長板の製造方法。
- 前記物理ガイドは、メタクリル酸メチル/スチレンランダム共重合体を含む、請求項4記載の無機波長板の製造方法。
- さらに、前記金属酸化物格子をマスクとしてエッチングするエッチング工程を含む、請求項1から5いずれか記載の無機波長板の製造方法。
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