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JP2019215435A - Vacuum ultraviolet polarizing element - Google Patents

Vacuum ultraviolet polarizing element Download PDF

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JP2019215435A
JP2019215435A JP2018112343A JP2018112343A JP2019215435A JP 2019215435 A JP2019215435 A JP 2019215435A JP 2018112343 A JP2018112343 A JP 2018112343A JP 2018112343 A JP2018112343 A JP 2018112343A JP 2019215435 A JP2019215435 A JP 2019215435A
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洋平 那脇
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Abstract

To present a further appropriate configuration of a vacuum ultraviolet polarizing element usable for processing such as optical alignment, etc.SOLUTION: A grid 2 provided on a substrate 1 which is transparent to vacuum ultraviolet light comprises a large number of linear parts 3 extending in parallel, an interval between the linear parts 3 being a space with no filler provided therein. The material of each linear part 3 is an oxide of a group 3 or group 4 element, with which PE obtained by a formula PE=T×log(ER) (where, T represents a transmission factor by grid, ER represents an extinction ratio by grid) is 0.2 or greater in a combination in which the PE is highest in a vacuum ultraviolet region.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本願の発明は、波長200nm以下の真空紫外光を偏光させる真空紫外光偏光素子に関するものである。   The present invention relates to a vacuum ultraviolet light polarizing element for polarizing vacuum ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less.

各種偏光素子の中でも、透明基板上に微細な縞状のグリッドを設けた構造のグリッド偏光素子は、比較的大きな照射エリアに対して偏光光を照射できることから、利用が広がっている。このうち、部材中の分子構造に一定の方向性を与える配向処理の分野では、偏光光の照射によりこれを行うことが実用化されており、一般に光配向と呼ばれる。   Among various polarizing elements, a grid polarizing element having a structure in which a fine striped grid is provided on a transparent substrate is widely used because a relatively large irradiation area can be irradiated with polarized light. Among these, in the field of alignment treatment that gives a certain direction to the molecular structure in the member, this is practically performed by irradiation with polarized light, and is generally called photo-alignment.

光配向では、よりエネルギーの高い波長を照射して処理の効率化を図るべく、偏光光の波長はより短いものになっている。即ち、当初は、可視の短波長域であったが、最近では紫外光が多く使用されるようになっており、365nmのような近紫外光も使用されるようになってきている。
このような短波長化のため、グリッド偏光素子も、以前はアルミのような金属をグリッド材料とした反射型のもの(ワイヤーグリッド偏光素子)が使用されていたが、短波長域での光の吸収を利用した吸収型のグリッド偏光素子が開発され、使用されている。
In photo-alignment, the wavelength of polarized light is shorter in order to irradiate a wavelength with higher energy to improve the processing efficiency. That is, although it was initially a visible short wavelength region, recently, ultraviolet light has been frequently used, and near ultraviolet light such as 365 nm is also being used.
In order to achieve such a short wavelength, the grid polarizing element used to be a reflective type (wire grid polarizing element) that uses a metal such as aluminum as a grid material. Absorption-type grid polarizing elements utilizing absorption have been developed and used.

尚、グリッド偏光素子において、グリッドは、互いに平行に延びる多数の線状部より成る縞状である。各線状部の間の間隔(ギャップ幅)を光の波長に対して適切に短くすると、グリッドからは、各線状部の長さ方向に垂直な方向に電界成分を持つ直線偏光光が専ら出射する。このため、グリッド偏光素子の姿勢を制御し、グリッドの各線状部の長さ方向が所望の方向に向くようにすることで、偏光光の軸(電界成分の向き)が所望の方向に向いた偏光光が得られることになる。   In the grid polarizing element, the grid has a stripe shape including a large number of linear portions extending in parallel with each other. When the interval (gap width) between the linear portions is appropriately shortened with respect to the wavelength of the light, linearly polarized light having an electric field component exclusively in the direction perpendicular to the length direction of the linear portions is emitted from the grid. . For this reason, the axis of the polarized light (direction of the electric field component) is directed in the desired direction by controlling the posture of the grid polarization element so that the length direction of each linear portion of the grid is directed in the desired direction. Polarized light is obtained.

以下、説明の都合上、電界がグリッドの各線状部の長さ方向に向いている直線偏光光をs偏光光と呼び、長さ方向に垂直な方向に電界が向いている直線偏光光をp偏光光と呼ぶ。通常、入射面(反射面に垂直で入射光線と反射光線を含む面)に対して電界が垂直なものをs波、平行なものをp波と呼ぶが、各線状部の長さ方向が入射面に対し垂直であることを前提とし、このように区別する。   Hereinafter, for convenience of explanation, linearly polarized light whose electric field is directed in the length direction of each linear portion of the grid is called s-polarized light, and linearly polarized light whose electric field is directed in a direction perpendicular to the length direction is p. Called polarized light. Usually, the surface perpendicular to the reflecting surface (the surface perpendicular to the reflecting surface and including the incident light and the reflected light) is called s wave, and the parallel one is called p wave, but the length direction of each linear part is incident. The distinction is made on the assumption that the surface is perpendicular to the surface.

このような偏光素子の性能を示す基本的な指標は、消光比ERと透過率Tである。消光比ERは、偏光素子を透過した偏光光の強度のうち、s偏光光の強度(Is)に対するp偏光光の強度(Ip)の比である(Ip/Is)。また、透過率Tは、入射するs偏光光とp偏光光の全エネルギーIinに対する出射p偏光光のエネルギーの比である(T=Ip/Iin)。理想的な偏光素子は、消光比ER=∞、透過率T=50%ということになる。   Basic indices indicating the performance of such a polarizing element are the extinction ratio ER and the transmittance T. The extinction ratio ER is the ratio (Ip / Is) of the intensity (Ip) of p-polarized light to the intensity (Is) of s-polarized light among the intensity of polarized light transmitted through the polarizing element. The transmittance T is the ratio of the energy of outgoing p-polarized light to the total energy Iin of incident s-polarized light and p-polarized light (T = Ip / Iin). An ideal polarizing element has an extinction ratio ER = ∞ and a transmittance T = 50%.

特開2015−125280号公報JP 2015-125280 A 特許4778958号公報Japanese Patent No. 4778958

グリッド偏光素子は、光配向のような光処理に用いられる場合が多く、上記のように処理の効率化のため、より短波長化してきている。したがって、近紫外域よりもさらに短い真空紫外光(波長200nm以下)について偏光できるようにすることも考えられる。しかしながら、200nm以下の波長域ともなると、あまりにもエネルギーが高くなり過ぎ、対象物の分子構造を破壊してしまう等、所望の処理をする以前の問題を生じてしまう可能性がある。真空紫外光は、有害な有機物等を光照射により分解して除去する光洗浄の分野においてしばしば使用される波長域であり、このことからも、真空紫外光は、光配向のような光処理には使用できないと考えられる。   Grid polarizers are often used for optical processing such as optical alignment, and as described above, the wavelength has been shortened for more efficient processing. Therefore, it is also conceivable to be able to polarize vacuum ultraviolet light (wavelength of 200 nm or less) shorter than the near ultraviolet region. However, when the wavelength region is 200 nm or less, the energy becomes too high, and there is a possibility of causing problems before the desired processing, such as destroying the molecular structure of the object. Vacuum ultraviolet light is a wavelength region often used in the field of light cleaning that decomposes and removes harmful organic substances by light irradiation. From this, vacuum ultraviolet light is also used for optical processing such as photo-alignment. Cannot be used.

このようなことから、真空紫外光を偏光させるグリッド偏光素子は、これまでのところ意図されておらず、研究はされていない。このため、真空紫外光を偏光させるグリッド偏光素子については、適切なグリッド材料や特性等の点も含めて、具体的な教示をした文献は存在しない。
発明者は、このような状況ではあるものの、適切な照射条件を設定すれば、真空紫外光ではあっても光配向等の処理に使用でき、その高いエネルギーによってより効率的に処理ができるのではないかと考えた。このような考えの下、真空紫外光偏光素子の適切な構成について鋭意研究し、この出願の発明を想到するに至った。したがって、この発明が解決しようとする課題は、光配向等の処理に使用できる真空紫外光偏光素子のより適切な構成を提示することである。
For this reason, a grid polarizer that polarizes vacuum ultraviolet light has not been intended so far and has not been studied. For this reason, there is no document that specifically teaches a grid polarizing element that polarizes vacuum ultraviolet light, including the appropriate grid material and characteristics.
In this situation, the inventor can use vacuum ultraviolet light for processing such as photo-alignment, etc., by setting appropriate irradiation conditions. I thought it might be. Based on such a concept, the inventors of the present invention have intensively studied an appropriate configuration of the vacuum ultraviolet light polarizing element, and have come to the invention of this application. Therefore, an object of the present invention is to provide a more appropriate configuration of a vacuum ultraviolet light polarizing element that can be used for processing such as optical alignment.

上記課題を解決するため、この出願の請求項1記載の発明は、波長200nm以下の真空紫外光を偏光させる真空紫外光偏光素子であって、
真空紫外光に対して透明な基板と、基板上に設けられたグリッドとを備えており、
グリッドは、平行に延びる多数の線状部より成るものであり、
各線状部の間には充填物が設けられていない構造であり、
各線状部の材料は、第3族又は第4族の元素の酸化物であって、且つPE=T×log10(ER)の式(但し、Tはグリッドによる透過率、ERはグリッドによる消光比)で得られるPEが真空紫外域で最も高くなる組合せにおいてPEが0.2以上となる材料であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項2記載の発明は、前記請求項1の構成において、前記真空紫外域は、波長172nmを含むという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項3記載の発明は、前記請求項1又は2の構成において、前記各線状部を形成する材料は、前記第3族又は第4族の元素の一部が他の元素に置換されており、置換の割合は、前記PEが真空紫外域で最も高くなる組合せにおいて前記PEが0.2となる割合以下であるという構成を有する。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 of this application is a vacuum ultraviolet light polarizing element that polarizes vacuum ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less,
A substrate transparent to vacuum ultraviolet light, and a grid provided on the substrate,
The grid is made up of a number of parallel linear parts,
It is a structure where no filler is provided between each linear part,
The material of each linear portion is an oxide of an element belonging to Group 3 or Group 4 and has a formula of PE = T 2 × log 10 (ER) (where T is transmittance through a grid, and ER is transmittance through a grid). The extinction ratio is such that PE is 0.2 or more in the combination in which the highest PE in the vacuum ultraviolet region is obtained.
Further, in order to solve the above problem, the invention according to claim 2 has the configuration according to claim 1, wherein the vacuum ultraviolet region includes a wavelength of 172 nm.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the material forming each linear portion is a part of the element belonging to the third or fourth group. Is substituted by another element, and the substitution ratio is not more than the ratio at which the PE becomes 0.2 in the combination in which the PE is highest in the vacuum ultraviolet region.

以下に説明する通り、この出願の請求項1記載の発明によれば、各線状部が第3族又は第4族の元素の酸化物で形成されているので、真空紫外線によるオゾンのような高い酸化作用を持つ種が存在する環境下においても偏光特性の変化が小さく抑えられる。また、T×log10(ER)で表されるPEが0.2以上となるようにグリッドの材料が選択され、またグリッドの各部の寸法が選定されるので、真空紫外の当該波長域において好適に使用することができる。
また、請求項2記載の発明によれば、上記効果に加え、波長172nmの真空紫外光を放射する光源を利用することができ、光源との組み合わせにおいて真空紫外光の偏向光を得る構成としてより実用的なものとすることができる。
また、請求項3記載の発明によれば、上記効果に加え、加工性を向上させたり屈折率を調整したりすべく他の元素で置換した際にも、真空紫外域において高い偏光性能を得ることができる。
As described below, according to the invention described in claim 1 of this application, since each linear portion is formed of an oxide of an element belonging to Group 3 or Group 4, the linear portion has a high level such as ozone due to vacuum ultraviolet rays. Even in an environment where a species having an oxidizing action is present, a change in polarization characteristics can be suppressed to a small value. Further, the material of the grid is selected so that the PE represented by T 2 × log 10 (ER) is 0.2 or more, and the dimensions of each part of the grid are selected. It can be suitably used.
According to the second aspect of the present invention, in addition to the above-described effects, a light source that emits vacuum ultraviolet light having a wavelength of 172 nm can be used. It can be practical.
According to the third aspect of the present invention, in addition to the above-described effects, high polarization performance can be obtained in a vacuum ultraviolet region even when the element is substituted with another element in order to improve workability or adjust a refractive index. Can be.

実施形態に係る真空紫外光偏光素子の斜視概略図である。1 is a schematic perspective view of a vacuum ultraviolet light polarizing element according to an embodiment. 第3族及び第4族の主要な元素の酸化物のエリンガム図である。It is an Ellingham diagram of the oxide of the main elements of Group 3 and Group 4. 各社から販売されている近紫外光用のグリッド偏光素子の偏光性能を調べた結果の図である。It is a figure of the result of having investigated the polarization performance of the grid polarizing element for near ultraviolet light sold from each company. 各社から販売されている近紫外光用のグリッド偏光素子の偏光性能を調べた結果の図である。It is a figure of the result of having investigated the polarization performance of the grid polarizing element for near ultraviolet light sold from each company. PE≧0.2がどのような屈折率n,吸光係数aにより成立するのかを検討したシミュレーション実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the simulation experiment which examined what kind of refractive index n and the light absorption coefficient a materialize PE> = 0.2. 第3族及び第4族の元素の酸化物について、真空紫外域におけるn及びaの値をグラフ化したものである。FIG. 4 is a graph of the values of n and a in the vacuum ultraviolet region for oxides of Group 3 and Group 4 elements. FIG. 酸化ハフニウムにおいてハフニウムを一部シリコンで置換した場合のnとkの変化が示されており、(1)は波長対nのグラフ、(2)は波長対kのグラフである。In hafnium oxide, changes in n and k are shown when part of the hafnium is replaced by silicon. (1) is a graph of wavelength vs. n, and (2) is a graph of wavelength vs. k. 酸化ハフニウムにおいてハフニウムの一部をアルミニウムで置換した場合のnとkの変化が示されており、同様に(1)は波長対nのグラフ、(2)は波長対kのグラフである。In hafnium oxide, changes in n and k are shown when a part of hafnium is replaced with aluminum. Similarly, (1) is a graph of wavelength vs. n and (2) is a graph of wavelength vs. k. 実施形態の真空紫外光偏光素子の製造方法について示した概略図である。It is the schematic which showed about the manufacturing method of the vacuum ultraviolet light polarization element of embodiment. 実施形態の真空紫外光偏光素子を搭載した光配向装置の正面概略図である。It is a front schematic diagram of a photo-alignment device carrying a vacuum ultraviolet light polarizing element of an embodiment.

次に、この出願の発明を実施するための形態(実施形態)について説明する。
図1は、実施形態に係る真空紫外光偏光素子の斜視概略図である。図1に示す真空紫外光偏光素子は、透明基板1と、透明基板1上に設けられたグリッド2とを備えている。
透明基板1は、対象波長(偏光素子を使用して偏光させる光の波長)に対して十分な透過性を有するという意味で「透明」ということである。この実施形態では、200nm以下の真空紫外域の波長を対象波長として想定しているので、透明基板1の材質としては石英ガラス(例えば合成石英)が採用されている。透明基板1は、グリッド2を安定して保持する機械的強度や、光学素子としての取り扱いの容易性等を考慮し、適宜の厚さとされる。厚さは、例えば0.5〜10mm程度である。
Next, modes (embodiments) for carrying out the invention of this application will be described.
FIG. 1 is a schematic perspective view of a vacuum ultraviolet light polarizing element according to the embodiment. The vacuum ultraviolet light polarizing element shown in FIG. 1 includes a transparent substrate 1 and a grid 2 provided on the transparent substrate 1.
The transparent substrate 1 is “transparent” in the sense that it has sufficient transparency with respect to the target wavelength (the wavelength of light polarized using a polarizing element). In this embodiment, since the wavelength of the vacuum ultraviolet region of 200 nm or less is assumed as the target wavelength, quartz glass (for example, synthetic quartz) is adopted as the material of the transparent substrate 1. The transparent substrate 1 has an appropriate thickness in consideration of mechanical strength for stably holding the grid 2 and ease of handling as an optical element. The thickness is, for example, about 0.5 to 10 mm.

グリッド2は、図1に示すように、平行に延びる多数の線状部3より成る縞状のものである。グリッド偏光素子は、光学定数が異なる領域が交互に且つ平行に配置されることで偏光作用を為すものである。各線状部3の間の空間4はギャップと呼ばれ、各線状部3と各ギャップ4とで偏光作用が得られる。各線状部3の幅wとギャップ4の幅とは、対象波長の光について偏光作用が得られるよう適宜定められる。具体的には、ギャップ4の幅は、概ね、対象波長以下とされる。尚、この実施形態では、ギャップ4には特に充填物は設けられない。従って、ギャップ4の屈折率は、偏光素子が置かれた雰囲気の屈折率となる。通常は、空気(屈折率1)である。   As shown in FIG. 1, the grid 2 is a stripe having a large number of linear portions 3 extending in parallel. The grid polarizing element performs a polarizing action by alternately and parallelly arranging regions having different optical constants. The space 4 between each linear part 3 is called a gap, and a polarization action is obtained by each linear part 3 and each gap 4. The width w of each linear portion 3 and the width of the gap 4 are appropriately determined so that a polarization action can be obtained with respect to light of the target wavelength. Specifically, the width of the gap 4 is generally equal to or smaller than the target wavelength. In this embodiment, no special filler is provided in the gap 4. Therefore, the refractive index of the gap 4 is the refractive index of the atmosphere in which the polarizing element is placed. Usually, it is air (refractive index 1).

実施形態の真空紫外光偏光素子は、吸収型のモデルで動作するものとなっている。即ち、s偏光光についてはグリッド2を形成する各線状部3の誘電率により電界が分断されて各線状部3内に局在して吸収により減衰しながら伝搬する一方、p偏光光については電界の分断、局在化は実質的に生じないので、大きく減衰することなく伝搬する。このため、透明基板1からは専らp偏光光が出射し、偏光作用が得られる。吸収型のグリッド偏光素子の動作モデルについては、特許文献1に詳説されているので、省略する。   The vacuum ultraviolet light polarizing element of the embodiment operates in an absorption type model. That is, the electric field of the s-polarized light is divided by the dielectric constant of each linear portion 3 forming the grid 2 and is localized in each linear portion 3 and propagates while being attenuated by absorption. , Does not substantially occur, and propagates without significant attenuation. For this reason, p-polarized light is emitted exclusively from the transparent substrate 1, and a polarizing action is obtained. The operation model of the absorption-type grid polarizer is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-157, and thus is omitted.

このような実施形態の真空紫外光偏光素子において、各線状部3の材料には、真空紫外光の偏光のために特に最適化された材料が選定されている。以下、この点について説明する。
真空紫外光偏光素子の各線状部3の材料についてまず検討を要するのは、耐酸化性である。周知のように、真空紫外光は、空気中の酸素分子に多く吸収され、酸素ラジカル、オゾン、ヒドロキシラジカルといった高い酸化作用を持つ種を豊富に作り出す。このため、各線状部3の材料の耐酸化性が低いと、真空紫外光の偏光用に用いた場合、短期間のうちに各線状部3が酸化し、特性が変化してしまう。特性の変化は、透過率や消光比といった偏光特性が期待されたように得られなくなる、即ち劣化として現れる。
In the vacuum ultraviolet polarizing element of such an embodiment, a material particularly optimized for the polarization of vacuum ultraviolet light is selected as the material of each linear portion 3. Hereinafter, this point will be described.
It is oxidation resistance that needs to be examined first for the material of each linear portion 3 of the vacuum ultraviolet polarizing element. As is well known, vacuum ultraviolet light is largely absorbed by oxygen molecules in the air and creates abundant species having high oxidizing effects such as oxygen radicals, ozone, and hydroxyl radicals. For this reason, if the oxidation resistance of the material of each linear part 3 is low, when it uses for polarization | polarized-light of vacuum ultraviolet light, each linear part 3 will oxidize in a short period, and a characteristic will change. The change in the characteristics cannot be obtained as expected in the polarization characteristics such as transmittance and extinction ratio, that is, appears as deterioration.

実施形態の真空紫外光偏光素子は、この点を考慮し、まず耐酸化性の高い材料をグリッド材料(各線状部3の材料)として選定する。この際、この実施形態では、吸収型のグリッド偏光素子であることを考慮して耐酸化性を捉え直している。即ち、吸収型のグリッド偏光素子では、対象波長の光を適度に吸収する材料がグリッド材料として使用され、紫外域では、酸化チタンのような金属酸化物がしばしば使用される。この点を考慮し、耐酸化性を、“酸化されにくい”という性質ではなく、“それ以上は酸化されない”という性質と捉え直している。つまり、酸化状態の安定性(酸化安定性)を耐酸化性として捉えている。   In consideration of this point, the vacuum ultraviolet light polarizing element of the embodiment first selects a material having high oxidation resistance as a grid material (material of each linear portion 3). At this time, in this embodiment, the oxidation resistance is reconsidered in consideration of the absorption type grid polarizing element. That is, in the absorption type grid polarizing element, a material that appropriately absorbs light of a target wavelength is used as the grid material, and in the ultraviolet region, a metal oxide such as titanium oxide is often used. Considering this point, the oxidation resistance is reconsidered not as “not easily oxidized” but as “not further oxidized”. That is, the stability of oxidation state (oxidation stability) is regarded as oxidation resistance.

発明者の研究によると、一般的には、+2価〜+4価となり易い第3族、第4族の遷移金族が安定な酸化物を形成し易く、グリッド材料用の酸化物を形成する元素として適している。ただ、実際には、透明基板との関係も考慮する必要がある。石英、ジルコニア結晶、酸化マグネシウム結晶のような酸化物結晶も光透過性を有するので、グリッド偏光素子の透明基板の材料として使用され得る。この場合、透明基板を形成する酸化物に比べて酸化安定性が低いと、透明基板の側に酸素が取られて還元され易く、その後に雰囲気中の酸化種(酸素、酸素ラジカル、オゾン等)によって再酸化されることになり易い。このような透明基板の材料による還元と、空気中の酸化種による酸化が不安定に生じる結果、光学特性も変化し易くなる。このため、このような材料をグリッド材料とすることは好ましくない。   According to the study of the inventor, in general, the transition metal of Group 3 or Group 4 which easily has +2 to +4 valence easily forms a stable oxide, and is an element which forms an oxide for a grid material. Suitable as. However, in practice, it is necessary to consider the relationship with the transparent substrate. Oxide crystals such as quartz, zirconia crystals, and magnesium oxide crystals also have optical transparency and can be used as a material for a transparent substrate of a grid polarizer. In this case, if the oxidation stability is lower than the oxide forming the transparent substrate, oxygen is easily taken and reduced on the transparent substrate side, and then the oxidized species in the atmosphere (oxygen, oxygen radical, ozone, etc.) It is likely to be reoxidized by. As a result of such unstable reduction by the material of the transparent substrate and oxidation by the oxidizing species in the air, the optical characteristics are likely to change. For this reason, it is not preferable to use such a material as a grid material.

金属酸化物の酸化安定性は、いわゆるエリンガム図として知られている。図2は、第3族及び第4族の主要な元素の酸化物のエリンガム図である。この実施形態では、透明基板1は石英製であるので、比較のため、酸化シリコンの標準化学ポテンシャルも書き加えられている。図2の横軸は絶対温度、縦軸は、標準ギプスエネルギーである。
図2に示すように、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウムは、酸化シリコンに比べて標準ギブスエネルギーが低くなっており、酸化安定度が高いことがわかる。したがって、これらの材料が、真空紫外光偏光素子のグリッド材料の候補となり得る。
The oxidation stability of metal oxides is known as the so-called Ellingham diagram. FIG. 2 is an Ellingham diagram of oxides of the main elements of Group 3 and Group 4. In this embodiment, since the transparent substrate 1 is made of quartz, the standard chemical potential of silicon oxide is also added for comparison. The horizontal axis in FIG. 2 is the absolute temperature, and the vertical axis is the standard cast energy.
As shown in FIG. 2, it can be seen that titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, and yttrium oxide have lower standard Gibbs energy and higher oxidation stability than silicon oxide. Therefore, these materials can be candidates for the grid material of the vacuum ultraviolet light polarizing element.

一方、真空紫外光偏光素子のグリッド材料としては、単に酸化安定度が高いだけではだめで、偏光素子としての基本性能(透過率及び消光比)が十分に発揮される必要がある。この点を検討する指標として、発明者は、PE=T×log10(ER)なる式で合わされる量PEを想到するに至った。以下、この点について詳説する。 On the other hand, as a grid material of a vacuum ultraviolet light polarizing element, it is not enough to simply have high oxidation stability, and it is necessary to sufficiently exhibit basic performance (transmittance and extinction ratio) as a polarizing element. As an index for examining this point, the inventor has come to conceive a quantity PE to be combined by the equation PE = T 2 × log 10 (ER). Hereinafter, this point will be described in detail.

グリッド偏光素子では、一般的に、透過率と消光比とはトレードオフの関係にある。透過率を高くしようとすると消光比は低くなり、逆に消光比を高くしようとすると透過率は低下する。この点は、実施形態のような吸収型のグリッド偏光素子でも同様である。対象波長の光に対して吸収の大きい材料を使用すると消光比は高くなるが、全体としての透過率は低下してしまう。吸収の小さい材料を使用すると透過率は高くなるが、消光比は低下する。   In a grid polarizer, the transmittance and the extinction ratio generally have a trade-off relationship. When trying to increase the transmittance, the extinction ratio decreases, and conversely, increasing the extinction ratio decreases the transmittance. This point is the same in the absorption type grid polarizer as in the embodiment. If a material having a large absorption with respect to light of the target wavelength is used, the extinction ratio is increased, but the overall transmittance is lowered. When a material with low absorption is used, the transmittance increases, but the extinction ratio decreases.

したがって、グリッド偏光素子の全体としての性能(以下、PEで表す。)は、透過率Tと消光比ERの積で表されるべきである。この場合、消光比ERは、線幅やギャップ幅、アスペクト比といったパラメータ(以下、グリッド寸法)による変化が大きいので常用対数を取るべきで、PEは、透過率をT、消光比をERとして、T×log10(ER)で表されるべきである。 Therefore, the overall performance of the grid polarizing element (hereinafter referred to as PE) should be expressed by the product of the transmittance T and the extinction ratio ER. In this case, the extinction ratio ER has a large change due to parameters such as line width, gap width, and aspect ratio (hereinafter referred to as grid dimensions), so a common logarithm should be taken. PE has transmittance T and extinction ratio ER. Should be expressed as T × log 10 (ER).

紫外光用の偏光素子としては、200nm〜400nmの近紫外光用のグリッド偏光素子が幾つかの会社から販売されている。発明者は、近紫外光用のグリッド偏光素子としてほぼ同等の性能として評価されている幾つかの会社の製品を入手し、透過率と消光比とを測定した。この結果が、図3及び図4に示されている。図3及び図4は、各社から販売されている近紫外光用のグリッド偏光素子の偏光性能を調べた結果の図である。   As a polarizing element for ultraviolet light, grid polarizing elements for near ultraviolet light of 200 nm to 400 nm are sold by several companies. The inventor obtained the products of several companies that have been evaluated as almost the same performance as a grid polarizing element for near ultraviolet light, and measured the transmittance and the extinction ratio. The results are shown in FIGS. 3 and 4. FIGS. 3 and 4 are diagrams showing the results of examining the polarization performance of grid polarizers for near ultraviolet light sold by various companies.

図3及び図4において、横軸は常用対数で示した消光比、縦軸は透過率である。図3及び図4に示すように、各社のグリッド偏光素子の性能は、消光比と透過率の組み合わせにおいて若干のバラツキがあるが、似通った性能となっている。ここで興味深いのは、消光比と透過率とがトレードオフの関係にあるとはいっても、各社のグリッド偏光素子の性能をプロットとした点は、図3に示すようにT×log10(ER)のラインにはなぜか乗らない。発明者は、それではと、T×log10(ER)のラインを書き入れてみたところ、図4に示すようにそのラインにはほぼ乗ることが判明した。 3 and 4, the abscissa represents the extinction ratio represented by a common logarithm, and the ordinate represents the transmittance. As shown in FIGS. 3 and 4, the performances of the grid polarizers of each company are similar, although there is some variation in the combination of the extinction ratio and the transmittance. What is interesting here is that although the extinction ratio and the transmittance have a trade-off relationship, the performance of the grid polarizers of each company is plotted as shown in FIG. 3 by T × log 10 (ER). For some reason I don't get on the line. Then, the inventor tried to write a line of T 2 × log 10 (ER), and it was found that the line almost entered as shown in FIG.

この結果が意味するところは、グリッド偏光素子の偏光性能を全体として評価する際には、T×log10(ER)の値で評価するのではなくて、T×log10(ER)の値で評価することが望ましいということである。発明者は、この知見を踏まえ、さらに鋭意研究を続けたところ、T×log10(ER)の値(以下、全体の偏光性能としてPEで表す)は、実用的には0.2以上であることが好ましいことが判ってきた。 Where this result implies, in assessing the overall polarization performance of the grid polarizer, rather than evaluating the value of T × log 10 (ER), T 2 × log value of 10 (ER) It is desirable to evaluate with. Based on this finding, the inventor further continued the research and found that the value of T 2 × log 10 (ER) (hereinafter, expressed as PE as the overall polarization performance) was practically 0.2 or more. It has turned out to be preferable.

PE≧0.2とは、例えば透過率が0.2(20%)であれば、消光比は10以上必要ということであり、逆に例えば消光比が10であれば、透過率は、√(0.2)≒0.45(45%)程度以上の透過率が必要ということになる。
発明者は、このような偏光素子としての基本性能を前提として、真空紫外光偏光素子のグリッド材料の候補として選定した酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウムの各材料についてさらに研究を進めた。以下、この点について説明する。
PE ≧ 0.2 means that if the transmittance is 0.2 (20%), for example, the extinction ratio is 10 5 or more. Conversely, if the extinction ratio is 10, for example, the transmittance is A transmittance of about √ (0.2) ≈0.45 (45%) is required.
The inventor has further researched on titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide and yttrium oxide materials selected as grid material candidates for the vacuum ultraviolet light polarizing element, assuming such basic performance as a polarizing element. . Hereinafter, this point will be described.

消光比や透過率は、対象波長、材料の光学定数(n,k)及びグリッド寸法がわかればシミュレーションにより求められる。逆に言えば、光学定数及びグリッド寸法を仮想的に定めることで、各波長における消光比や透過率が求められ、PE≧0.2がどのような光学定数により成立するのかも、求められる。この検討をシミュレーション実験として行った結果を示すのが、図5である。   The extinction ratio and the transmittance can be obtained by simulation if the target wavelength, the optical constants (n, k) of the material, and the grid dimensions are known. In other words, by virtually determining the optical constant and the grid size, the extinction ratio and transmittance at each wavelength can be obtained, and what optical constant can be used to satisfy PE ≧ 0.2. FIG. 5 shows the result of conducting this study as a simulation experiment.

この検討では、真空紫外光偏光素子として典型的と思われるグリッド寸法を前提とした。具体的には、線幅w=20nm、グリッド高さh=100nm、ピッチp=100nmとした。したがって、アスペクト比(h/w)は5、ギャップ幅は80nmである。
図5に結果を示すシミュレーション実験では、上記寸法のグリッドを前提とし、n,kを次々に変更して色々な組み合わせを採用した上で透過率T及び消光比ERを計算した。計算はFDTD(Finite-Difference Time-Domain)法に基づいており、使用したソフトウェアは、Mathworks社(米国マサチューセッツ州)のMATLAB(同社の登録商標)である。
In this study, a grid size that is considered typical for a vacuum ultraviolet polarizing element was assumed. Specifically, the line width w = 20 nm, the grid height h = 100 nm, and the pitch p = 100 nm. Therefore, the aspect ratio (h / w) is 5, and the gap width is 80 nm.
In the simulation experiment whose results are shown in FIG. 5, the transmittance T and the extinction ratio ER were calculated on the premise that the grids having the above dimensions were used and various combinations were adopted while n and k were changed one after another. The calculation is based on the FDTD (Finite-Difference Time-Domain) method, and the software used is MATLAB (registered trademark) of Mathworks (Massachusetts, USA).

種々のn及びk組み合わせにおいて、PE=T×log10(ER)が0.2以上となるn及びkを調べた。この結果が、図5に示されている。図5(1)の縦軸は屈折率(の実部)n、横軸は波長である。また、図5(2)の縦軸は消衰係数kから求めた吸光係数a、横軸は波長である。吸光係数aは、a=4πk/λ(λは波長)で求められる。図5(1)において、PE=0.2となるラインを破線で示し、PEが最大値となるラインを実線で示す。また、図5(2)においても、PE=0.2となるラインを破線で示し、PEが最大値となるラインを実線で示す。 In various n and k combinations, n and k at which PE = T 2 × log 10 (ER) was 0.2 or more were examined. The result is shown in FIG. In FIG. 5A, the vertical axis represents the refractive index (real part) n, and the horizontal axis represents the wavelength. In FIG. 5B, the vertical axis represents the absorption coefficient a obtained from the extinction coefficient k, and the horizontal axis represents the wavelength. The extinction coefficient a is obtained by a = 4πk / λ (λ is a wavelength). In FIG. 5 (1), the line where PE = 0.2 is indicated by a broken line, and the line where PE is the maximum value is indicated by a solid line. Also in FIG. 5 (2), a line where PE = 0.2 is indicated by a broken line, and a line where PE is the maximum value is indicated by a solid line.

図5(1)(2)に示す結果は、波長200nm以下においてnがある程度以上高く、aがある範囲内に入っていれば、真空紫外光偏光素子のグリッド材料として採用可能なことを示している。尚、aの値に上限及び下限があるのは、ある程度の吸収がないと偏光性能が発揮されない反面、あまりkが大きすぎると、吸収が多くなって透過率があまりにも小さくなるからであると推測される。   The results shown in FIGS. 5A and 5B show that n can be used as a grid material of a vacuum ultraviolet light polarizing element if n is higher than a certain level at a wavelength of 200 nm or less and a is within a certain range. I have. Note that the value of a has an upper limit and a lower limit, but the polarization performance is not exhibited unless there is a certain amount of absorption, but if k is too large, the absorption increases and the transmittance becomes too small. Guessed.

発明者らは、図5に示す結果を基にさらに研究を進め、PE≧0.2を満足する材料を調べた。この結果を示したのが、図6である。図6は、前述した第3族及び第4族の元素の酸化物について、真空紫外域におけるn及びaの値をグラフ化したものである。同様に、図6(1)は波長対n(屈折率実部)、図6(2)は波長対a(吸光係数)を示す。   The inventors further studied based on the results shown in FIG. 5 and examined materials satisfying PE ≧ 0.2. FIG. 6 shows the result. FIG. 6 is a graph showing the values of n and a in the vacuum ultraviolet region for the oxides of the above-described Group 3 and Group 4 elements. Similarly, FIG. 6A shows wavelength vs. n (real part of refractive index), and FIG. 6B shows wavelength vs. a (extinction coefficient).

図6に示すように、真空紫外域において、酸化ハフニウム、酸化イットリウムがPE≧0.2を満足するn及びaを有していることがわかる。酸化ハフニウムの場合、180nm程度以上ではaについてPE=0.2を下回っている。しかし、後述するように真空紫外光のスペクトルとして重要な172nmでは、PE=0.2を上回っているので、有力なグリッド材料であるとすることができる。酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ランタンについては、n又はaのいずれかがPE=0.2のラインを下回っており、真空紫外域のグリッド材料としては不適であることがわかる。   As shown in FIG. 6, it can be seen that in the vacuum ultraviolet region, hafnium oxide and yttrium oxide have n and a satisfying PE ≧ 0.2. In the case of hafnium oxide, PE is less than 0.2 for a at about 180 nm or more. However, as will be described later, at 172 nm, which is important as the spectrum of vacuum ultraviolet light, exceeds PE = 0.2, it can be regarded as an effective grid material. With respect to titanium oxide, zirconium oxide, and lanthanum oxide, either n or a is below the line of PE = 0.2, which indicates that it is unsuitable as a vacuum ultraviolet grid material.

したがって、以上の実験、調査の結果から、酸化ハフニウム及び酸化イットリウムが真空紫外域のグリッド材料として有力であると結論づけられる。
このようなグリッド材料は、加工性の向上や屈折率の調整等の目的から、他の元素で一部置換されることがあり得る。この場合も、PE=0.2を下回らないようにすることが望ましい。以下、この点について、酸化ハフニウムを例にして説明する。
Therefore, from the results of the above experiments and investigations, it can be concluded that hafnium oxide and yttrium oxide are promising as grid materials in the vacuum ultraviolet region.
Such a grid material may be partially substituted with other elements for the purpose of improving workability and adjusting the refractive index. Also in this case, it is desirable not to fall below PE = 0.2. Hereinafter, this point will be described by taking hafnium oxide as an example.

図7は、酸化ハフニウムにおいてハフニウムの一部をシリコンで置換した場合のnとkの変化が示されており、(1)は光子エネルギー対nのグラフ、(2)は光子エネルギー対kのグラフである。また、図8には、酸化ハフニウムにおいてハフニウムの一部をアルミニウムで置換した場合のnとkの変化が示されており、同様に(1)は光子エネルギー対nのグラフ、(2)は光子エネルギー対kのグラフである。
図7に示すように、シリコンの置換量を多くしていくと、真空紫外域においてn、kとも低下していく。この場合の置換量とは、組成比のことであり、Hf1−xSiにおけるxの値である。
FIG. 7 shows changes in n and k when a part of hafnium is replaced with silicon in hafnium oxide. (1) is a graph of photon energy vs. n, and (2) is a graph of photon energy vs. k. It is. FIG. 8 shows a change in n and k when a part of hafnium is replaced with aluminum in hafnium oxide. Similarly, (1) is a graph of photon energy vs. n, and (2) is a photon energy. 6 is a graph of energy versus k.
As shown in FIG. 7, as the replacement amount of silicon increases, both n and k decrease in the vacuum ultraviolet region. The substitution amount in this case is that the composition ratio is the value of x in the Hf 1-x Si x O 2 .

図7には、評価のため、PE=0.2のラインが書き加えられている。図7(1)において、x=0.6の場合に、屈折率nがPE=0.2のラインを下回るのは光子エネルギーが7eV程度の場合である。光子エネルギーEと波長λとの間は、λ=1240/Eの関係があるから、これは波長180nm程度の場合である。また、消光比kについては、x=0.6の場合、7.8eV程度でPEが0.2を下回る。これは、160nm程度に相当する。したがって、xが0.6以上の場合、160〜180nm程度より短波長側でPEが0.2以上となるから、酸化ハフニウムにおいてハフニウムが置換される場合、シリコンの組成比は0.6以下とすることが好ましいということになる。また、x=0.4の場合、PEが0.2以上となる波長域はより長波長側まで広がるから、より好ましい。尚、珪酸化ハフニウムについては、酸化数が4の場合(HfSiO)や1の場合(HfSiO)もあるが、いずれについて同様の結果であった。 In FIG. 7, a line of PE = 0.2 is added for evaluation. In FIG. 7A, when x = 0.6, the refractive index n falls below the line of PE = 0.2 when the photon energy is about 7 eV. Since there is a relationship of λ = 1240 / E between the photon energy E and the wavelength λ, this is a case where the wavelength is about 180 nm. Regarding the extinction ratio k, when x = 0.6, PE is less than 0.2 at about 7.8 eV. This corresponds to about 160 nm. Therefore, when x is 0.6 or more, PE becomes 0.2 or more on the shorter wavelength side than about 160 to 180 nm, and when hafnium is substituted in hafnium oxide, the composition ratio of silicon is 0.6 or less. It is preferable to do so. Further, when x = 0.4, the wavelength region where PE is 0.2 or more is more preferable because it extends to the longer wavelength side. As for hafnium silicate, there are cases where the oxidation number is 4 (HfSiO 4 ) and 1 (HfSiO).

また、アルミニウムで置換した場合(ハフニウム・アルミネートの場合)について示した図8においても、PE=0.2のラインが評価のため書き加えられている。図8(1)に示すように、アルミニウムの組成比xが1/3の場合、光子エネルギーが6.8eV(≒182nm)〜7.4eV(≒168nm)程度の範囲でPEが0.2を上回る。消衰係数kについては、xが1/3の場合、光子エネルギーが7.2eV程度より大きい場合(≒波長が172nm程度より短い場合)、PEが0.2を上回る。したがって、xを0.3以下としておくと、n、k双方について180〜150nm程度の範囲でPEが0.2以上となると推測される。即ち、アルミニウムで置換する場合、その組成は0.3以下とすることが好ましい(Hf1−xAl、0≦x≦0.3)。
尚、イットリウムについても、シリケート化したりアルミネート化したりして他の元素で置換されることがあり得るが、真空紫外域においてPE≧0.2を達成する添加比にすることが良好な偏光性能を得る観点から好ましい。
Also, in FIG. 8 showing the case of substitution with aluminum (the case of hafnium aluminate), a line of PE = 0.2 is added for evaluation. As shown in FIG. 8A, when the composition ratio x of aluminum is 3, PE is 0.2 when the photon energy is in the range of about 6.8 eV (≒ 182 nm) to 7.4 eV (≒ 168 nm). Surpass. Regarding the extinction coefficient k, when x is 1/3, when the photon energy is larger than about 7.2 eV (when the ≒ wavelength is shorter than about 172 nm), PE exceeds 0.2. Therefore, if x is set to 0.3 or less, it is estimated that PE becomes 0.2 or more in the range of about 180 to 150 nm for both n and k. That is, when substituting with aluminum, the composition is preferably set to 0.3 or less (Hf 1-x Al x O 2 , 0 ≦ x ≦ 0.3).
It should be noted that yttrium may be replaced with other elements by silicate or aluminate. However, it is preferable to make the addition ratio to achieve PE ≧ 0.2 in the vacuum ultraviolet region. From the viewpoint of obtaining

また、酸化ハフニウムと酸化イットリウムとの比較では、酸化ハフニウムの方が加工性が良いとの優位性を有している。酸化ハフニウムや酸化イットリウムのような遷移金属酸化物は、金属・ハロゲン化合物となった際の揮発性が低く、また金属・酸素間結合が強いため、一般に難加工材として知られている。それでも、酸化ハフニウムは、半導体デバイスにおけるゲート絶縁膜の材料としても検討がされており、BCl系プラズマによりエッチングが可能である。今後、半導体デバイス製造用の装置として酸化ハフニウムエッチング装置が開発されれば、それを転用することも可能になると考えられる。一方、酸化イットリウムは、フルオロカーボンプラズマに対して高い耐性を示すとの報告もあり、プラズマエッチング装置内でプラズマに晒される部位の保護膜としての利用も検討されている。このため、加工性の点で酸化ハフニウムに比べて劣る状況は今後も続くと推測される。 Further, in comparison between hafnium oxide and yttrium oxide, hafnium oxide has an advantage that workability is better. Transition metal oxides such as hafnium oxide and yttrium oxide are generally known as difficult-to-work materials because of their low volatility when they are converted to metal / halogen compounds and strong bonds between metal and oxygen. Nevertheless, hafnium oxide has been studied as a material for a gate insulating film in a semiconductor device, and can be etched by BCl 3 plasma. In the future, if a hafnium oxide etching apparatus is developed as an apparatus for manufacturing semiconductor devices, it will be possible to divert it. On the other hand, it has been reported that yttrium oxide exhibits high resistance to fluorocarbon plasma, and its use as a protective film for a portion exposed to plasma in a plasma etching apparatus is also being studied. For this reason, it is assumed that the situation in which the workability is inferior to that of hafnium oxide will continue in the future.

次に、このような真空紫外光偏光素子の製造方法について説明する。
図9は、実施形態の真空紫外光偏光素子の製造方法について示した概略図である。実施形態の真空紫外光偏光素子を製造する場合、中間的な構造として犠牲層を形成するプロセスが好適に採用される。図9は、このプロセスの一例となっている。
実施形態の真空紫外光偏光素子を製造する場合、透明基板1上にまず犠牲層用の膜51を作成する(図9(1))。犠牲層の材料としては、グリッド材料に対するエッチング選択比が高い材料が好適に採用され、例えばシリコンが犠牲層の材料として採用される。犠牲層用の膜51の作成方法としては種々のものを採用し得るが、例えばプラズマCVDが採用される。
Next, a method for manufacturing such a vacuum ultraviolet light polarizing element will be described.
FIG. 9 is a schematic view illustrating a method for manufacturing the vacuum ultraviolet light polarizing element of the embodiment. When manufacturing the vacuum ultraviolet light polarizing element of the embodiment, a process of forming a sacrificial layer as an intermediate structure is suitably adopted. FIG. 9 shows an example of this process.
When manufacturing the vacuum ultraviolet light polarizing element of the embodiment, first, a film 51 for a sacrificial layer is formed on the transparent substrate 1 (FIG. 9A). As the material of the sacrifice layer, a material having a high etching selectivity with respect to the grid material is suitably used, and for example, silicon is used as the material of the sacrifice layer. Various methods can be employed for forming the film 51 for the sacrificial layer. For example, plasma CVD is employed.

次に、犠牲層用の膜51の上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりパターン化してレジストパターン52を形成する。レジストパターン52は、グリッド偏光素子の製造であるので、縞状(ラインアンドスペース状)である。但し、レジストパターン52のピッチ(図9(1)にp’で示す)は、最終的なグリッドのピッチの倍である。
次に、レジストパターン52をマスクにして膜51をエッチングし、その後レジストパターン52をアッシングして除去する。これにより、図9(2)に示すように、犠牲層53が形成される。エッチングは、透明基板1に対して垂直な方向の異方性エッチングである。犠牲層53も縞状であり、平行に延びる多数の線状部で形成されている。
Next, a resist is applied on the sacrificial layer film 51 and patterned by photolithography to form a resist pattern 52. Since the resist pattern 52 is a manufacture of a grid polarizing element, it is striped (line and space). However, the pitch of the resist pattern 52 (indicated by p ′ in FIG. 9A) is twice the pitch of the final grid.
Next, the film 51 is etched using the resist pattern 52 as a mask, and then the resist pattern 52 is removed by ashing. Thus, a sacrificial layer 53 is formed as shown in FIG. The etching is anisotropic etching in a direction perpendicular to the transparent substrate 1. The sacrificial layer 53 is also striped and formed of a large number of linear portions extending in parallel.

次に、グリッド用の膜54の作成工程を行う。グリッド用の膜54は、犠牲層53の各線状部の各側面及び各上面に形成される。膜54の作成は、ALD(Atomic Layer Deposition)によることが好ましい。例えば、酸化ハフニウム膜を膜54として作成する場合、プリカーサガスとしてTEMAH(テトラキスエチルメチルアミノハフニウム)が使用され、酸化剤として水(水蒸気)が使用される。透明基板1が載置されたサセプタの温度を200〜400℃(例えば250℃)程度とし、水蒸気と予め75〜95℃程度に加熱されたプリカーサとを200〜500ミリ秒のパルス間隔でチャンバー内に導入して酸化ハフニウム膜を作成する。チャンバー内の圧力は100mTorr〜500mTorr程度である。酸化剤としてオゾンが導入される場合もある。キャリアガスやパージガスとしては、窒素又はアルゴン等が使用される。図9(3)に示すように、グリッド用の膜54は、犠牲層53の各線状部の各側面及び各上面に形成される。   Next, a step of forming a film 54 for the grid is performed. The grid film 54 is formed on each side surface and each upper surface of each linear portion of the sacrificial layer 53. The film 54 is preferably formed by ALD (Atomic Layer Deposition). For example, when a hafnium oxide film is formed as the film 54, TEMAH (tetrakisethylmethylaminohafnium) is used as the precursor gas, and water (water vapor) is used as the oxidizing agent. The temperature of the susceptor on which the transparent substrate 1 is placed is set to about 200 to 400 ° C. (for example, 250 ° C.), and water vapor and a precursor that has been heated to about 75 to 95 ° C. in the chamber at pulse intervals of 200 to 500 milliseconds. To form a hafnium oxide film. The pressure in the chamber is about 100 mTorr to 500 mTorr. Ozone may be introduced as an oxidant. Nitrogen or argon is used as the carrier gas or purge gas. As shown in FIG. 9C, the grid film 54 is formed on each side surface and each upper surface of each linear portion of the sacrificial layer 53.

このようにして膜54を作成した後、図9(4)に示すように、膜54を部分的にエッチングする。「部分的」とは、犠牲層53の各上面に載っている部分と透明基板1に直接堆積している部分(ギャップの底部)のみを除去するエッチングである。このエッチングは、前述したように酸化ハフニウムの場合にはBCl系のプラズマエッチングにより行われる。例えばアルゴンをバッファガスとして使用したBClのECRプラズマ又はIC(容量結合)プラズマにより、膜54の部分エッチングが行われる。この際、基板バイアスを印加して透明基板1に垂直な電界を設定し、異方的にエッチングする。これは、犠牲層53の各側面に堆積した部分をエッチングしないようにするためである。尚、BClガスに酸素ガス又は塩素ガスを添加してプラズマエッチングを行う場合もある。これによりグリッド2を構成する各線状部3が形成される。 After forming the film 54 in this way, as shown in FIG. 9D, the film 54 is partially etched. “Partial” refers to etching that removes only the portion of each sacrificial layer 53 that is placed on the upper surface and the portion that is directly deposited on the transparent substrate 1 (the bottom of the gap). As described above, this etching is performed by BCl 3 plasma etching in the case of hafnium oxide. For example, partial etching of the film 54 is performed by ECR plasma or IC (capacitive coupling) plasma of BCl 3 using argon as a buffer gas. At this time, a substrate bias is applied to set an electric field perpendicular to the transparent substrate 1 and anisotropic etching is performed. This is in order not to etch the portion deposited on each side surface of the sacrificial layer 53. In some cases, plasma etching is performed by adding oxygen gas or chlorine gas to BCl 3 gas. Thus, each linear portion 3 constituting the grid 2 is formed.

その後、犠牲層53を除去するエッチングを行う。この際、犠牲層53の材料のみを選択的にエッチングする。例えば、犠牲層53がシリコンである場合、CF等のガスを使用したプラズマエッチングにより選択的に犠牲層53のみをエッチングして除去することができる。犠牲層53の除去により、図9(5)に示すように、実施形態の真空紫外光偏光素子が出来上がる。出来上がった偏光素子における各線状部3のピッチpは、レジストパターンのピッチp’の半分となる。 Thereafter, etching for removing the sacrificial layer 53 is performed. At this time, only the material of the sacrificial layer 53 is selectively etched. For example, when the sacrificial layer 53 is silicon, only the sacrificial layer 53 can be selectively removed by plasma etching using a gas such as CF 4 . By removing the sacrificial layer 53, the vacuum ultraviolet light polarizing element of the embodiment is completed as shown in FIG. The pitch p of each linear portion 3 in the completed polarizing element is half the pitch p ′ of the resist pattern.

尚、上記製造方法において、中間において形成される犠牲層53の高さは、最終的なグリッドの高さを決めるものとなるので、特に精度が必要である。また、犠牲層53のアスペクト比がグリッドのアスペクト比を決める要因になり、高アスペクト比化のためには犠牲層53も高アスペクト比とする必要がある。このようなことから、犠牲層用の膜51の上にマスク層としてカーボン等の膜を形成してフォトリソグラフィによりパターン化し、このマスク層をマスクにして犠牲層用の膜51をエッチングする場合もある。マスク自体が高アスペクト比化するため、長時間の異方性エッチングに耐えることができ、均一な高さの犠牲層53を形成することができる。   In the above-mentioned manufacturing method, the height of the sacrificial layer 53 formed in the middle determines the final height of the grid, and therefore requires a particularly high precision. Further, the aspect ratio of the sacrifice layer 53 is a factor that determines the aspect ratio of the grid. To increase the aspect ratio, the sacrifice layer 53 also needs to have a high aspect ratio. For this reason, a film of carbon or the like is formed as a mask layer on the sacrificial layer film 51 and patterned by photolithography, and the sacrificial layer film 51 is etched using the mask layer as a mask. is there. Since the mask itself has a high aspect ratio, it can withstand long-time anisotropic etching, and the sacrificial layer 53 having a uniform height can be formed.

このような真空紫外光偏光素子は、光配向の用途に好適に使用される。以下、この点について説明する。
図10は、実施形態の真空紫外光偏光素子を搭載した光配向装置の正面概略図である。図10に示す光配向装置は、液晶ディスプレイ用の光配向層を得るための装置であり、対象物(ワーク)10に真空紫外光の偏光光を照射することで、ワーク10の表面に光配向層を形成する装置である。
Such a vacuum ultraviolet light polarizing element is suitably used for applications of optical alignment. Hereinafter, this point will be described.
FIG. 10 is a schematic front view of an optical alignment device equipped with the vacuum ultraviolet light polarizing element of the embodiment. The photo-alignment device shown in FIG. 10 is a device for obtaining a photo-alignment layer for a liquid crystal display. This is a device for forming a layer.

この装置は、真空紫外光を放射する光源61を含むランプハウス6と、真空紫外光の照射領域Rにワーク10を搬送するワーク搬送系7とを備えている。光源61としては、エキシマランプや低圧水銀ランプ等が使用できる。特に、エキシマランプは、単一波長とみなせる光を放射するランプであり、不必要にワーク10を加熱したり、反応を生じさせたりすることがないので好適である。例えば、キセノンを放電ガスとして封入した波長172nmのエキシマランプが使用される。   This apparatus includes a lamp house 6 including a light source 61 that emits vacuum ultraviolet light, and a work transfer system 7 that transfers the work 10 to a vacuum ultraviolet light irradiation region R. As the light source 61, an excimer lamp, a low-pressure mercury lamp, or the like can be used. In particular, an excimer lamp is a lamp that emits light that can be regarded as having a single wavelength, and is preferable because it does not unnecessarily heat the work 10 or cause a reaction. For example, an excimer lamp having a wavelength of 172 nm in which xenon is sealed as a discharge gas is used.

尚、光源61の背後にはミラー62が配置されている。光源61は、紙面垂直方向に長い棒状のものであるので、ミラー62は略樋状のものとされる。光源61やミラー62を強制冷却するための機構が設けられる場合もある。
真空紫外光偏光素子8は、ランプハウス6の光出射側に搭載される。例えば、真空紫外光偏光素子8は、フレーム81に保持されてユニット化され、ランプハウス6の光出射口に嵌め込まれることで搭載される。
Note that a mirror 62 is arranged behind the light source 61. Since the light source 61 has a rod shape elongated in the direction perpendicular to the paper surface, the mirror 62 has a substantially gutter shape. A mechanism for forcibly cooling the light source 61 and the mirror 62 may be provided.
The vacuum ultraviolet light polarizing element 8 is mounted on the light emitting side of the lamp house 6. For example, the vacuum ultraviolet light polarization element 8 is mounted on the frame 81 by being held as a unit and fitted into the light exit of the lamp house 6.

ワーク10は、この例では透明な板状であり、ステージ71の上に載置されて搬送される。したがって、ワーク搬送系7は、照射領域Rを通してステージ71を搬送する機構を備えたものとされる。ワーク10としては、表面に光配向層となる膜材が被着したものが使用されることもある。ワーク10は、照射領域Rを通過するように搬送され、搬送の際に真空紫外光の偏光光が照射されて光配向処理がされる。ワーク搬送系7は、ステージ71の直線移動をガイドするリニアガイド72や不図示の直線駆動源等を備えている。   The work 10 has a transparent plate shape in this example, and is placed on the stage 71 and transported. Therefore, the work transfer system 7 includes a mechanism for transferring the stage 71 through the irradiation area R. As the work 10, a work whose surface is coated with a film material to be a photo-alignment layer may be used. The work 10 is conveyed so as to pass through the irradiation region R, and at the time of conveyance, the work 10 is irradiated with polarized light of vacuum ultraviolet light to be subjected to optical alignment processing. The work transfer system 7 includes a linear guide 72 for guiding the linear movement of the stage 71, a linear drive source (not shown), and the like.

尚、ランプハウス6内は、真空紫外光の吸収を抑えるため、窒素ガスパージされる場合がある。窒素ガスは、真空紫外光偏光素子8の冷却や真空紫外光偏光素子8へのシロキサン等の異物付着防止の目的で流されることもある。
また、真空紫外光偏光素子8からワーク10までの照射距離(図10にLで示す)は、1〜40mm程度とすることが好ましい。40mmより長いと、雰囲気(空気)による真空紫外光の吸収のため、照度が限度以上に低下してしまう恐れがある。1mmより短いと、ワーク搬送系7による搬送位置に非常に高い精度が要求されてしまう等の問題が生じる。
Note that the inside of the lamp house 6 may be purged with nitrogen gas in order to suppress absorption of vacuum ultraviolet light. Nitrogen gas may be flowed for the purpose of cooling the vacuum ultraviolet light polarizing element 8 or preventing adhesion of foreign substances such as siloxane to the vacuum ultraviolet light polarizing element 8.
The irradiation distance (indicated by L in FIG. 10) from the vacuum ultraviolet light polarizing element 8 to the work 10 is preferably about 1 to 40 mm. If it is longer than 40 mm, the illuminance may be reduced to a limit or less due to absorption of vacuum ultraviolet light by the atmosphere (air). If it is shorter than 1 mm, there arises a problem that extremely high accuracy is required for the transfer position by the work transfer system 7.

尚、ワーク10の幅(図10の紙面垂直方向の長さ)より長い照射領域Rに真空紫外光の偏光光が照射されるが、ワーク10への照射量は、搬送方向の照射領域Rの長さと照射領域Rを通過する際の速度、及び照度によって決まる。この照射量は、40mJ/mm〜4000mJ/mm程度とすることが好ましい。40mJ/mmより少ないと照射量が不足して光配向が不十分となる恐れがある。4000mJ/mmより多いと、真空紫外光の高いエネルギーによってワーク10が劣化してしまう恐れがある。 The irradiation region R longer than the width of the work 10 (the length in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 10) is irradiated with the polarized light of the vacuum ultraviolet light. It is determined by the length, the speed of passing through the irradiation area R, and the illuminance. It is preferable that the irradiation amount is about 40 mJ / mm 2 to 4000 mJ / mm 2 . If it is less than 40 mJ / mm 2 , the amount of irradiation may be insufficient and the photo-alignment may be insufficient. When it is more than 4000 mJ / mm 2 , the workpiece 10 may be deteriorated by high energy of vacuum ultraviolet light.

上記実施形態において、真空紫外光偏光素子の構造としては、グリッド2の入射側に反射防止層や保護層が形成されたものが使用されることもある。例えば、グリッド2を覆うようにして保護層として酸化シリコン層が形成される場合もある。保護層は、シロキサン等の異物の付着を考慮して設けられる場合もあり、異物を拭き取り等の方法で除去できるように保護層が設けられる。
また、光配向装置については、シート状の膜材がワークとなる場合もある。この場合には、ロールツーロールの搬送方式によりワークを搬送する機構がワーク搬送系として採用され得る。
In the above embodiment, as the structure of the vacuum ultraviolet light polarizing element, a structure in which an antireflection layer or a protective layer is formed on the incident side of the grid 2 may be used. For example, a silicon oxide layer may be formed as a protective layer so as to cover the grid 2. The protective layer may be provided in consideration of adhesion of foreign substances such as siloxane, and the protective layer is provided so that the foreign substances can be removed by a method such as wiping.
Moreover, about a photo-alignment apparatus, a sheet-like film | membrane material may become a workpiece | work. In this case, a mechanism for conveying a workpiece by a roll-to-roll conveyance method may be employed as the workpiece conveyance system.

1 透明基板
2 グリッド
3 線状部
4 ギャップ
53 犠牲層
6 ランプハウス
61 光源
7 ワーク搬送系
8 真空紫外光偏光素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent substrate 2 Grid 3 Linear part 4 Gap 53 Sacrificial layer 6 Lamp house 61 Light source 7 Work transfer system 8 Vacuum ultraviolet light polarizing element

Claims (3)

波長200nm以下の真空紫外光を偏光させる真空紫外光偏光素子であって、
真空紫外光に対して透明な基板と、基板上に設けられたグリッドとを備えており、
グリッドは、平行に延びる多数の線状部より成るものであり、
各線状部の間には充填物が設けられていない構造であり、
各線状部の材料は、第3族又は第4族の元素の酸化物であって、且つPE=T×log10(ER)の式(但し、Tはグリッドによる透過率、ERはグリッドによる消光比)で得られるPEが真空紫外域で最も高くなる組合せにおいてPEが0.2以上となる材料であることを特徴とする真空紫外光偏光素子。
A vacuum ultraviolet light polarizing element that polarizes vacuum ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less,
A substrate transparent to vacuum ultraviolet light, and a grid provided on the substrate,
The grid is made up of a number of parallel linear parts,
It is a structure where no filler is provided between each linear part,
The material of each linear portion is an oxide of an element belonging to Group 3 or Group 4 and has a formula of PE = T 2 × log 10 (ER) (where T is transmittance through a grid, and ER is transmittance through a grid). A vacuum ultraviolet light polarizing element comprising a material having a PE of 0.2 or more in a combination in which PE obtained by extinction ratio is highest in a vacuum ultraviolet region.
前記真空紫外域は、波長172nmを含むことを特徴とする請求項1記載の真空紫外光偏光素子。   The vacuum ultraviolet light polarization element according to claim 1, wherein the vacuum ultraviolet region includes a wavelength of 172 nm. 前記各線状部を形成する材料は、前記第3族又は第4族の元素の一部が他の元素に置換されており、置換の割合は、前記PEが真空紫外域で最も高くなる組合せにおいて前記PEが0.2となる割合以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の真空紫外光偏光素子。   In the material forming each of the linear portions, a part of the element of the third or fourth group is replaced by another element, and the substitution ratio is determined in a combination in which the PE is highest in a vacuum ultraviolet region. 3. The vacuum ultraviolet light polarizing element according to claim 1, wherein the PE is 0.2 or less.
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