专利名称：具有精细结构的元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有精细结构的元件及其制造方法，特别涉及具有用阳极氧化法形成的精细结构的元件及其制造方法。
背景技术：
以前，制造精细光栅图案(pattern)等精细结构的方法，已知有使用光刻技术(photolithography)和蚀刻技术的方法、或使用阳极氧化法的方法。近年来，使用光刻技术和蚀刻技术已经实现了光学元件等具有精细光栅漕的元件。
图45是表示以往的作为具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)概念的斜视图。以往的波长板100如图45所示，在玻璃基板101上形成有构成光栅的槽图案。该光栅漕图案由空气层102和采用与玻璃基板101同样的材料制成的宽度为a的基板材料层103构成。该光栅漕具有小于光波长的周期p。另外，空气层102的折射率为1，基板材料层103(玻璃基板101)的折射率设为n。当光入射到该波长板100的光栅漕图案上时，波长板100的折射率是空气层102的折射率1与基板材料层103的折射率n混合得出的有效折射率。
图46是图45所示的以往波长板(偏振光元件)的有效折射率与占空比(dutyratio)之间关系的相关图。图46的纵轴表示了有效折射率，横轴表示的是基板材料层103的宽度a与光栅周期P的比例即占空比(＝a/P)。图46中的“TE”表示图45所示的偏振光方向与光栅漕图案延伸方向平行的光。而“TM”表示图45所示的偏振光方向与光栅漕图案延伸方向正交的光。
从图46可知，光栅漕图案的占空比变化时，有效折射率也变化。在此情况下，偏振光方向与光栅漕图案方向平行的光(TE)的有效折射率、和偏振光方向与光栅漕图案方向正交的光(TM)的有效折射率变成不同的值。像这样的折射率随着光的偏振光方向而不同的特性称为双折射特性。以往，还已知一种通过调整占空比、不改变对具有给定偏振光方向的光的折射率、而只改变对偏振光反向与该光的偏振光方向正交的光的折射率的偏振光依赖性衍射光栅(偏振光衍射元件)。以下将说明以往的偏振光依赖性衍射光栅。
图47是作为以往的具有精细结构的元件的偏振光依赖性衍射光栅(偏振光依赖性衍射元件)的光栅漕图案的平面图。参照图46和图47可知，以往的偏振光依赖性衍射光栅中，在玻璃基板101上交替形成直线状光栅漕图案100a和沿着基本正交于光栅漕图案100a的方向延伸的直线状光栅漕100b。该光栅漕图案100a和100b分别具有不同的占空比D1(＝(P-W1)/P)和D2(＝(P-W2)/P)。另外，光栅漕图案100a和100b具有同样的周期P。也就是说，可通过调整光栅漕图案100a的槽部的宽度W1和光栅漕图案100b的槽部的宽度W2，来调整光栅漕图案100a和100b的占空比D1和D2。
于是，在平行于占空比为D1的光栅漕图案100a的偏振光方向(TE)的光入射时，该光在占空比为D2的光栅漕图案100b中的偏振光方向变成与光栅漕图案100b正交的偏振光方向(TM)。因此，此时占空比为D1的光栅漕图案100a和占空比为D2的光栅漕图案100b的有效折射率变成图46所示的N5。另一方面，在正交于占空比为D1的光栅漕图案100a的偏振光方向(TM)的光入射时，光在占空比为D2的光栅漕图案100b中的偏振光方向变成与光栅漕图案100b平行的偏振光方向(TE)。因此，此时占空比为D1的光栅漕图案100a的有效折射率变成N4，占空比为D2的光栅漕图案100b的有效折射率变成N6。由此，占空比为D1的光栅漕图案100a与占空比为D2的光栅漕图案100b，对偏振光方向与光栅漕图案100a平行(TE)的光的有效折射率比就可同为N5，所以就能达到对偏振光方向与光栅漕图案100a平行的(TE)的光没有折射率差异(折射率变化)的状态(透明)。
另外，图45所示的以往波长板100或图47所示的以往偏振光依赖性衍射光栅的直线状光栅漕图案的制造方法，可以采用例如用光刻技术和蚀刻技术对玻璃基板表面进行蚀刻加工而形成直线状光栅漕图案的方法。
但是，如果用光刻技术和蚀刻技术形成图45所示的以往波长板或图47所示的以往偏振光依赖性衍射光栅的直线状光栅漕图案，会难以形成具有大的深度、并在深度方向上具有均匀槽宽的光栅漕图案。具体来说，如果使用光刻技术和蚀刻技术较深地形成直线状光栅漕图案，那么会形成图48所示的深度方向上具有不均匀梯形断面的光栅漕图案，因此会产生光栅漕图案的上部与下部占空比不同的不良情况。结果，难以形成具有良好光栅漕图案等精细结构的元件，所以存在难以得到具有良好双折射特性的光学元件的问题。
H.Masuda等人的“Appl.Phys.Lett.”、第71卷(19)、1997年11月10日、第2770-2772页中，公开了一种使用阳极氧化法制造三角光栅图案的方法。该文献中公开的三角光栅图案的制造方法可以形成具有均匀深度的细孔的三角光栅图案，因而被作为二元光致刻痕(photo nick)结晶的制造方法之一提出。具体来说，铝、钛和钽等阀用金属(valve metal)或Si、GaAs等半导体具有在酸性电解液中向阳极通电就会形成膜面上具有正交排列的细孔的氧化膜的特性。特别是铝的氧化膜具有细孔容易排列成三角光栅状的材料特性。通过利用这个特性，就可形成具有深度均匀的细孔的三角光栅图案。
图49～图52是采用以往的阳极氧化法制造三角光栅图案的过程的剖面图。图53是二元光致刻痕结晶的平面图。下面，参照图49～图53说明采用以往的阳极氧化法制造三角光栅图案的过程。
使用以往的阳极氧化法制造三角光栅的过程如图49所示，在由SiC等硬的材料制成的推压构件116的表面上形成具有三角光栅状排列的凸起部分116a。然后对铝材料115的表面进行用推压构件116压下去的织构化(texturing)处理。由此，如图50所示地在铝材115的表面上形成了具有三角光栅状的排列的凹部115a。接着，把形成了凹部115a的铝材115如图51所示地在电解液119中进行氧化处理。在此情况下，用铂等作为阴极118，并用硫酸、草酸、磷酸等的水溶液作为电解液119。由此，如图52和图53所示，自组织化地形成了具有三角光栅状排列、并具有以凹部115a为起点的深度均匀的细孔113a的氧化铝膜(氧化铝)113。这些细孔113a可以形成相当于亚微细粒直径的10微米以上的深度。
但是，上述的采用以往的阳极氧化法制造三角光栅图案的过程是作为用于形成二元光致刻痕结晶细孔的方法而被人们所知的。因此以前没有尝试过采用阳极氧化法来形成图45和图47所示的线状光栅漕图案。
如上所述，以前难以形成具有大的深度、并在深度方向上具有均匀槽宽的线状光栅漕图案，因此难以形成具有良好的光栅漕图案等精细结构的元件。
发明内容
本发明的一个目的在于提供具有良好的光栅漕图案等精细结构的元件的制造方法。
本发明的另一个目的在于提供具有良好的光栅漕图案等精细结构的元件。
本发明的发明人为了达到上述目的而进行了深入研究，结果发现使用以往的阳极氧化法可以形成深度方向上具有均匀槽宽的线状光栅漕图案。以下说明本发明的具体内容。
本发明第1方面所述的具有精细结构的元件的制造方法包括在基板上形成金属层的工序；在金属层表面上形成凹部点阵的工序；将形成有凹部点阵的金属层表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化、形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序。
第1方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，如果如上所述地将形成有凹部点阵的金属层表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化的工序而形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜，使点阵的各个凹部之间的间隔变小，就能容易地自组织化地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均匀槽宽的线状光栅漕图案。结果，可形成具有良好的光栅漕图案等精细结构的元件。在这种情况下，如果将第1方面所述的元件的制造方法适用于形成作为具有精细结构的元件的一个例子的光学元件上，就能容易地形成具有良好的双折射特性的光学元件。
上述第1方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，形成凹部点阵的工序最好从形成三角光栅的位置错开地形成凹部点阵。这样，可以防止在形成三角光栅的位置上形成小孔，从而防止了在光栅漕以外的部分形成小孔。这样，能形成具有更好的光栅漕图案等精细结构的元件。另外，如果在作为具有精细结构的元件的一个例子的光学元件上采用这种方式，就不会产生因光入射到光栅漕以外的部分形成的小孔上而使折射率变化等的不良情况了。
上述第1方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，形成具有光栅漕图案的金属氧化膜的工序最好是在将的金属层表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化、形成对应于点阵的小孔之后，通过蚀刻使对应于点阵的小孔扩大，形成具有光栅漕图案的金属氧化膜。这样，通过使对应于点阵的小孔扩大，使相邻小孔相连，因此能更容易地形成相邻小孔相连的良好的光栅漕图案等精细结构。
上述第1方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，最好在基板上形成金属层的工序之前，还具有在基板上形成透明导电膜的工序。这样，在通过用阳极氧化法使金属层氧化而形成金属氧化膜时，透明导电膜起着电极的作用，因此即使在基板的表面上有凹凸不平的情况下也能使金属层完全氧化。从而可以防止产生未被氧化的金属层。
上述第1方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序最好形成具有直线状光栅漕图案的金属氧化膜。这样，能容易地形成具有良好的直线状光栅漕图案的元件。
上述第1方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序最好形成具有曲线状光栅漕图案的金属氧化膜。这样，能容易地形成具有良好的曲线状光栅漕图案的元件。
本发明第2方面所述的具有精细结构的元件的制造方法包括在基板上形成金属层的工序；在金属层表面上周期性地形成掩蔽层(mask层)的工序；将形成有掩蔽层的金属层表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化、形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序。
本发明第2方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，通过如上所述地在金属层表面上周期性地形成掩蔽层之后，将金属层的表面在与阴极面相对的状态下进行阻极氧化、形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜，能容易地只在未形成掩蔽层的区域上自组织化地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均匀槽宽的线状光栅漕图案。结果，就能容易地形成具有良好的光栅漕图案等精细结构的元件。在此情况下，如果将第2方面的元件的制造方法适用于具有精细结构的元件的一个例子的光学元件的形成上，就能容易地形成具有良好的双折射特性的光学元件。另外，通过形成掩蔽层，可以防止在光栅漕以外的部分(掩蔽层的形成区域)上形成小孔，因此就不会产生因光入射到光栅漕以外的部分形成的小孔上而使折射率变化等的不良情况。
上述第2方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，形成具有光栅漕图案的金属氧化膜的工序最好是在将形成有掩蔽层的金属层表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化而在未形成掩蔽层的金属氧化膜表面上形成细微小孔之后，通过蚀刻来使细微小孔扩大，形成具有光栅漕图案的金属氧化膜。这样，通过将贯通金属氧化膜的细微小孔扩大，使相邻小孔相连，就能更容易地形成相邻小孔相连的良好的光栅漕图案等精细结构。
上述第2方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，最好在形成具有光栅漕图案的金属氧化膜的工序之前，还具有将掩蔽层作为掩模、对金属层进行蚀刻而形成蚀刻槽的工序。这样，在由蚀刻槽而形成的落差部分上容易产生电场的偏移，因此在位于形成了掩蔽层的区域和蚀刻槽之间的边界区域上的蚀刻槽的落差部分上容易产生细微小孔。由此可提高形成细微小孔的位置的精度。
在此情况下，将蚀刻槽的宽度设为S、掩蔽层的宽度设为L时，使蚀刻槽的宽度S和掩蔽层的宽度L之间满足L≠2S的关系式。这样，可以防止形成三角光栅的孔的假设位置相互一致的情况，从而就能抑制在形成掩蔽层的区域上产生细微小孔。
上述第2方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，最好在基板上形成金属层的工序之前，还具有在基板上形成透明导电膜的工序。这样，在通过用阳极氧化法使金属层氧化而形成金属氧化膜时，透明导电膜起着电极的作用，因此即使在基板的表面上有凹凸不平的情况下也可以使金属层完全氧化。从而可以防止产生未被氧化的金属层。
上述第2方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序最好形成具有直线状光栅漕图案的金属氧化膜。这样，能容易地形成具有良好的直线状光栅漕图案的元件。
上述第2方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序最好形成具有曲线状光栅漕图案的金属氧化膜。这样，能容易地形成具有良好的曲线状光栅漕图案的元件。
发明第3方面所述的具有精细结构的元件的制造方法包括在基板上形成金属层的工序；将金属层的表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化、形成具有细微小孔的金属氧化膜的工序；在金属氧化膜的表面上周期性地形成掩蔽层的工序；将掩蔽层作为掩模、通过蚀刻来使未形成掩蔽层的区域上的细微小孔扩大、形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序。
该第3方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，通过如上所述地将金属层的表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化、形成具有细微小孔的金属氧化膜之后，在金属氧化膜的表面上周期性地形成掩蔽层，并将掩蔽层作为掩模、通过蚀刻来使未形成掩蔽层的部分上的细微小孔扩大，使得未形成掩蔽层的部分上的各细微小孔因扩大而相连，就可以只在未形成掩蔽层的部分上形成具有大的深度、并在深度方向上具有均匀槽宽的线状光栅漕图案。结果，能容易地形成具有良好的光栅漕图案等精细结构的元件。在此情况下，如果将第3方面的元件的制造方法适用于形成作为具有精细结构的元件的一个例子的光学元件上，就能容易地形成具有良好的双折射特性的光学元件。
上述第3方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，形成具有细微小孔的金属氧化膜的工序最好形成具有排列成三角光栅状的细微小孔的金属氧化膜。这样，与随机地形成细微小孔的场合相比，可以提高细微小孔连接形成的光栅漕图案的尺寸精度。
上述第3方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，在基板上形成金属层的工序之前，最好还具有在基板上形成透明导电膜的工序。这样，在用阳极氧化法使金属层氧化而形成金属氧化膜时，透明导电膜起着电极的作用，因此即使在基板的表面上有凹凸不平的情况下也可以使金属层完全氧化。由此可以防止产生未被氧化的金属层。
上述第3方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序最好形成具有直线状光栅漕图案的金属氧化膜。这样，可以容易地形成具有良好的直线状光栅漕图案的元件。
上述第3方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序最好形成具有曲线状光栅漕图案的金属氧化膜。这样，可以容易地形成具有良好的曲线状光栅漕图案的元件。
本发明第4方面所述的具有精细结构的元件的制造方法包括在基板上形成金属层的工序；在金属层表面上形成凹部点阵的工序；将形成有凹部点阵的金属层表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化、形成具有直线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序。
第4方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，通过如上所述地将形成有凹部点阵的金属层表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化、形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜，使点阵的各个凹部之间的间隔变小，就能容易地自组织化地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均匀槽宽的线状光栅漕图案。在此情况下，如果将第4方面的元件的制造方法适用于形成作为具有精细结构的元件的一个例子的光学元件上，就可以容易地形成具有良好的双折射特性的光学元件。
本发明第5方面所述的具有精细结构的元件的制造方法包括在基板上形成金属层的工序；在金属层的侧面上形成凹部点阵的工序；将形成了凹部点阵的金属层侧面在与阴极端相对的状态下进行阳极氧化、形成具有沿着基本平行于基板表面的方向延伸的光栅孔图案的金属氧化膜的工序。
第5方面所述的具有精细结构的元件的制造方法中，通过将形成了凹部点阵的金属层侧面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化、形成具有沿着基本平行于基板的方向延伸的细孔列图案的金属氧化膜，能容易地自组织化地形成具有沿着基本平行于基板表面的方向延伸的在深度方向上具有均匀孔径的细孔列图案。结果，可以容易地形成具有良好的细孔列图案等精细结构的元件。另外，如果将第5方面的元件的制造方法适用于形成作为具有精细结构的元件的一个例子的光学元件上，并使光沿着与金属氧化膜的表面正交的方向入射，就可以用偏振光方向与细孔列图案延伸方向平行的光、和偏振光方向与细孔列图案延伸方向正交的光来使有效折射率变化。
本发明第6方面所述的具有精细结构的元件包括基板、和形成在基板上的具有线状光栅漕图案的金属氧化膜。
第6方面所述的具有精细结构的元件中，如上所述地在基板上形成了具有线状光栅漕图案的金属氧化膜，并且该金属氧化膜采用阳极氧化法形成，就可以自组织化地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均匀槽宽的光栅漕图案，从而可以容易地得到具有良好的光栅漕图案等精细结构的元件。如果将第6方面的结构适用于作为具有精细结构的元件的一个例子的光学元件上，就可以容易地得到具有良好的双折射特性的光学元件。
上述第6方面所述的具有精细结构的元件中，线状光栅漕图案最好包括细孔连接成线状的细孔列图案。这样，能用以往形成细孔列的阳极氧化法容易地形成细孔连接成线状的光栅漕图案等精细结构。
上述第6方面所述的具有精细结构的元件中，还包括形成于基板与金属氧化膜之间的透明导电膜。这样，通过用阳极氧化法使金属层氧化而形成金属氧化膜时，透明导电膜起着电极的作用，因此即使在基板的表面上有凹凸不平的情况下也可以使金属层完全氧化。由此可以防止产生未被氧化的金属层。
上述第6方面所述的具有精细结构的元件中，线状光栅漕图案最好包括直线状光栅漕图案。这样，可以容易地得到具有良好的直线状光栅漕图案的元件。
上述第6方面所述的具有精细结构的元件中，线状光栅漕图案最好包括曲线状光栅漕图案。这样，可以容易地形成具有良好的曲线状光栅漕图案的元件。
上述第6方面所述的具有精细结构的元件中，线状光栅漕图案包括沿着第1方向延伸的线状第1槽图案、和沿着与第1槽图案基本正交的方向延伸的线状第2槽图案，并且第1槽图案与第2槽图案可以相互交替地形成。这样，如果将这种结构适用于作为具有精细结构的元件的一个例子的光学元件上，可以制成不同偏振光依赖性的衍射光栅。这样，如果调整第1槽图案和第2槽图案的占空比，例如使第1槽图案与第2槽图案只对偏振光方向与第1槽图案正交的光的折射率相同，就可以达到没有折射率差异(折射率变化)的状态(透明)。由此可以得到良好的消光比。另外，通过采用阳极氧化法使第1槽图案以及第2槽图案具有均匀的槽宽，因此上部和下部的占空比可以变得均一。结果，能得到更好的消光比。
上述第6方面所述的具有精细结构的元件中，具有线状光栅漕图案的金属氧化膜可以用于偏振光元件、偏振光依赖性衍射元件和多层膜元件中的任意一个。这样，可以容易地得到具有光栅漕图案的偏振光元件、偏振光依赖性衍射元件和多层膜元件。
本发明第7方面所述的具有精细结构的元件包括基板、和形成在基板上的具有直线状光栅漕图案的金属氧化膜。
第7方面所述的具有精细结构的元件中，如上所述地在基板上形成具有直线状光栅漕图案的金属氧化膜，且该金属氧化膜用阳极氧化法形成，就可以自组织化地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均匀槽宽的直线状光栅漕图案，因此可以容易地得到具有良好的直线状光栅漕图案等精细结构的元件。如果在作为具有精细结构的元件的一个例子的光学元件上使用这种第7方面的结构，可以容易地得到具有良好的双折射特性的光学元件。
附图简述
图1和图2是用于说明作为本发明第1实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的制造过程的剖面图。
图3是用于说明作为本发明第1实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的制造过程的平面图。
图4和图5是用于说明作为本发明第1实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的制造过程的剖面图。
图6和图7是用于说明作为本发明第1实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的制造过程的平面图。
图8是用于说明作为本发明第1实施方式中具有精细结构的元件一个例子的1/4波长板(偏振光元件)的结构的斜视图。
图9是用于说明作为本发明第1实施方式的变形例中具有精细结构的元件的偏振光依赖性衍射光栅(偏振光依赖性衍射元件)的光栅漕图案的平面图。
图10～图12是用于说明作为本发明第2实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的光栅漕图案的制造过程的平面图。
图13～图15是用于说明作为本发明第3实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的光栅漕图案的制造过程的平面图。
图16是用于说明作为本发明第4实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的光栅漕图案的制造过程的剖面图。
图17是用于说明作为本发明第4实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的光栅漕图案的制造过程的斜视图。
图18是用于说明作为本发明第4实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的光栅漕图案的制造过程的剖面图。
图19是用于说明作为本发明第4实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的光栅漕图案的制造过程的斜视图。
图20是用于说明作为本发明第5实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的光栅漕图案的制造过程的斜视图。
图21～图23是用于说明作为本发明第6实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的光栅漕图案的制造过程的剖面图。
图24是用于说明进行氧化处理时孔的生成位置的平面图。
图25是用于说明作为本发明第6实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的光栅漕图案的制造过程的平面图。
图26是用于说明作为本发明第6实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的光栅漕图案的制造过程的剖面图。
图27是用于说明作为本发明第6实施方式的变形例的具有精细结构的元件的偏振光依赖性衍射光栅(偏振光依赖性衍射元件)的斜视图。
图28是图27所示的本发明第6实施方式的变形例的偏振光依赖性衍射光栅的光栅漕图案的平面图。
图29是图27所示的本发明第6实施方式的变形例的偏振光依赖性衍射光栅的有效折射率与周期之间关系的相关图。
图30～图31是用于说明作为本发明第7实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的光栅漕图案的制造过程的平面图。
图32是图31沿500-500线剖开的剖面图。
图33是用于说明作为本发明第7实施方式中具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的光栅漕图案的制造过程的平面图。
图34是图33沿600-600线剖开的剖面图。
图35和图36是用于说明作为本发明第7实施方式的变形例的具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的光栅漕图案的制造过程的平面图。
图37是图36沿700-700线剖开的剖面图。
图38是用于说明作为本发明第7实施方式的变形例的具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)的光栅漕图案的制造过程的平面图。
图39是图38沿800-800线剖开的剖面图。
图40是按照本发明的精细结构的制造方法制成的波导式波长滤光器的结构的斜视图。
图41～图44是显示可由本发明的精细结构的制造方法制成的光栅漕图案的形状的例子的平面图。
图45是以往作为具有精细结构的元件的波长板(偏振光元件)概念的斜视图。
图46是图45所示的以往的波长板(偏振光元件)的有效折射率与占空比之间关系的相关图。
图47是以往作为具有精细结构的元件的偏振光依赖性衍射光栅(偏振光依赖性衍射元件)的光栅漕图案的平面图。
图48是用光刻技术和蚀刻技术形成的具有以往的光栅漕图案的元件的剖面图。
图49是用于说明采用以往的阳极氧化法制造光栅孔图案的过程的剖面图。
图50是用于说明采用以往的阳极氧化法制造光栅孔图案的过程的剖面图。
图51是用于说明采用以往的阳极氧化法制造光栅孔图案的过程的剖面图。
图52是用于说明采用以往的阳极氧化法制造光栅孔图案的过程的剖面图。
图53是采用以往的阳极氧化法形成的二元光致刻痕结晶的平面图。
具体实施例方式
下面参照图面说明本发明的实施方式。
第1实施方式参照图1～图7，说明本发明第1实施方式的波长板的制造过程。
首先如图1所示，采用蒸镀法在玻璃基板1的上面依次形成由ITO或者是ZnO构成的透明电极模2和具有约3微米膜厚的铝膜3。玻璃基板是本发明的“基板”的一个例子，透明电极膜2是本发明“透明导电层”的一个例子，铝膜3是本发明“金属层”的一个例子。
接着如图2所示，为了进行织构化处理，在由SiC等硬材料构成的推压构件4的表面上形成具有规则排列的凸起部分4a。第1实施方式中，如图3所示，按照使织构化处理后的铝膜3表面上形成的凹部3a的点阵每隔三角光栅图案5(用排列成多个列状的虚线表示)的1列形成的方式，形成推压构件的凸起部分4a(参照图2)。然后如图2所示，把推压构件4压在铝膜3的表面进行织构化处理，从而在铝膜3的表面上形成具有图3所示的排列的凹部3a的点阵。
接着，如图4所示，采用阳极氧化法对形成了凹部3a(参照图3)的点阵的铝膜3进行氧化处理，形成了对应于点阵的小孔(图中未示出)。具体来说是将作为阳极的铝膜3的表面和由铂制成的阴极6的表面对向放置。然后在约5％浓度的硫酸水溶液7中施加约30伏的电压，进行约20分钟的氧化处理。此时，在第1实施方式中通过形成于玻璃基板1与铝膜3之间的透明电极膜2向铝膜3施加电压。由此可以在氧化处理中一直向铝膜3施加电压，因而即使在玻璃基板1的表面上有凹凸不平的情况下，也能防止未被氧化的铝膜3残留等的不良情况。这样，可以自组织化地形成具有细微小孔的氧化铝膜8。另外，已知将通过该阳极氧化处理而形成的细微小孔中相邻小孔之间的最大距离设为U、阳极氧化电压设为Va时，成立U＝0.0025Va(微米)的关系式。该关系式公开于例如H.Masuda等人的“Jpn.J.Apol.Phys.”、第37卷、1998、第L1340-L1342页等中。
然后，在第1实施方式中使用含有约5重量％磷酸的水溶液，在约30℃下，对通过阳极氧化处理而形成的对应于点阵的小孔进行湿式蚀刻法使他们扩大。此时如图5和图6所示，通过使对应于点阵的小孔扩大，令相邻小孔相连，因此能容易地完全除去位于槽部8a的形成区域的氧化铝膜8。由此，形成了具有直线状光栅漕图案的氧化铝膜(氧化铝)8。此外，氧化铝膜8是本发明“金属氧化膜”的一个例子。该光栅漕图案包含细孔连接成直线状而形成的槽部8a。另外，光栅漕图案的槽部8a的深度到透明电极模2为止，同时槽部8a在深度方向上均匀地形成。而且，位于槽部8a之间的氧化铝膜8的表面上形成小孔9。小孔9的形成原因如图7所示，认为是受到因织构化处理而形成的凹部3a的应变和因阳极氧化而产生的应变的影响，而在相应于未形成凹部3a的三角光栅图案5(参照图3)的位置上形成了小孔。
第1实施方式中，如上所述地在铝膜3的表面上形成如图3所示的凹部3a的点阵，同时将该铝膜3的表面在与由铂制成的阴极6的表面相对的状态下进行阳极氧化，就可采用以往用于形成细孔图案的阳极氧化法来容易地形成细孔连接成直线状的光栅漕图案。
另外，第1实施方式中，通过采用阳极氧化法可以形成包含上部和下部具有均匀宽度的槽部8a的光栅漕图案，因而可以使光栅漕图案的上部和下部的占空比达到均一。结果，可以用偏振光方向与光栅漕图案延伸方向平行的光和偏振光方向与光栅漕图案延伸方向正交的光来良好地使有效折射率变化，因此就能形成具有良好双折射特性的波长板。
另外，第1实施方式中，用湿式蚀刻法扩大由阳极氧化法而形成的小孔，因此可以更加容易地形成细孔连接成直线状的光栅漕图案。
上述第1实施方式中作为具有精细结构的偏振光元件的一个例子的1/4波长板的结构如图8所示，在基板81的上面形成具有本发明直线状光栅漕图案89的金属氧化膜88。使相对于光栅漕图案约倾斜45°的直线偏振光的光A向金属氧化膜88的上面正交地入射，则直线偏振光的光A就会变成圆偏振光的光A。
再参照图9，第1实施方式的变形例的偏振光依赖性衍射光栅采用和上述第1实施方式的波长板的制造过程相同造过程，在同一个玻璃基板(图中未示出)上面互相交替地形成直线状光栅漕图案10a和沿着基本正交于光栅漕图案10a的方向上延伸的直线状光栅漕图案10b。另外，光栅漕图案10a和10b分别作为本发明的“第1槽图案”和“第2槽图案”的一个例子。由此，可以在玻璃基板上制成偏振光依赖性衍射光栅。在此情况下，如果调整光栅漕10a的占空比或周期、和光栅漕图案10b的占空比或周期，例如可使光栅漕图案10a和光栅漕图案10b对偏振光方向与光栅漕图案10a正交的光的有效折射率变得相同，就可达到只对与光栅漕图案10a正交的偏振光方向没有折射率差异(折射率变化)的状态(透明)。这样，可以得到良好的消光比。另外，光栅漕图案10a和光栅漕图案10b与上述第1实施方式相同，光栅漕图案的上部与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实施方式下面参照图10～图12，该第2实施方式中通过织构化处理形成的铝膜凹部点阵位置不同于第1实施方式。第2实施方式的其余制造过程与第1实施方式相同。
即，第2实施方式的制造过程中，如图10所示，按照使经织构化处理后的铝膜13表面上形成的凹部3a的点阵每隔三角光栅图案5(用排列成多个列状的虚线表示)的一列形成、并且相邻两列凹部13a的点阵互相错开的方式进行织构化处理。由此，在铝膜13的表面上形成具有图10所示排列的凹部13a的点阵。另外，铝膜13是本发明“金属层”的一个例子。
其后，第2实施方式与上述的第1实施方式相同，采用阳极氧化法对形成了凹部13a的点阵的铝膜13进行氧化处理。像这样对形成了具有图10所示排列的凹部13a的点阵的铝膜13进行阳极氧化时，可以如图11所示地将受到因织构化处理而形成的凹部13a的应变和因阳极氧化而产生的应变影响的位置相互错开。然后，进行湿式蚀刻法以扩大因阳极氧化而形成的细孔，就可形成图12所示的位于槽部18a之间的氧化铝18表面上没有小孔的光栅漕图案。结果，不会产生因光入射到在槽部18a以外形成的小孔上而使折射率等变化的不良情况，因此可以形成具有比第1实施方式更好的双折射特性的波长板。另外，氧化铝膜18是本发明“金属氧化膜”的一个例子。
第2实施方式的其余效果与第1实施方式相同。
第3实施方式下面参照图13～15，该第3实施方式与第1实施方式以及第2实施方式相比，形成更多细孔连接成直线状的光栅漕图案。
即，该第3实施方式的波长板的光栅漕图案的制造过程中，如图13所示，经织构化处理而形成的铝膜23的凹部23a的点阵的位置不同于上述第1和第2实施方式。具体来说，按照使铝膜23表面上形成的凹部23a的点阵每隔三角光栅图案5(用排成多列的虚线表示)的一列形成、并且点阵方向上的间隔比三角光栅图案5的间隔狭窄的方式，进行织构化处理。另外，铝膜23是本发明“金属层”的一个例子。
其后，第3实施方式与上述第1和第2实施方式相同，采用阳极氧化法对形成了凹部23a的点阵的铝膜23进行氧化处理。像这样对形成了具有图13所示排列的凹部23a的点阵的铝膜23进行阳极氧化时，可以如图14所示地将受到因织构化处理而形成的凹部23a的应变和因阳极氧化而产生的应变影响的位置分开。然后，通过进行湿式蚀刻以扩大阳极氧化而形成的细孔，就可形成图15所示的位于槽部28a之间的氧化铝28表面上没有小孔的光栅漕图案。结果，不会产生因光入射到在槽部28a以外形成的小孔上而使折射率等变化的不良情况，因此可以形成具有比第1实施方式更好的双折射特性的波长板。另外，氧化铝膜28是本发明“金属氧化膜”的一个例子。
第3实施方式的其余效果与第1和第2实施方式相同。
第4实施方式下面参照图16～图19，该实施方式4中将说明与上述的第1～第3实施方式不同的、在氧化铝膜的侧面上形成光栅漕图案的例子。
即，第4实施方式的波长板的制造过程中，如图16所示，使用蒸镀法在玻璃基板31的上面形成约3微米厚的铝膜33。玻璃基板31是本发明“基板”的一个例子，铝膜33是本发明“金属层”的一个例子。
在第4实施方式中，为了进行织构化处理，对铝膜33的侧面进行研磨。然后如图17所示，通过织构化处理，在铝膜33的侧面上形成凹部33a的点阵。该凹部33a的点阵可以采用图3所示的第1实施方式、图10所示的第2实施方式和图13中所示的第3实施方式的排列中任意一种。
之后，第4实施方式如图18所示，采用阳极氧化法对形成了凹部33a的点阵的铝膜33进行氧化处理，从而形成对应于点阵的小孔(图中未示出)。具体来说，是将作为阳极的铝膜33的侧面和由铂制成的阴极36的侧面对向地放置。然后在约5％浓度的硫酸水溶液37中施加约30伏的电压，进行120分钟的氧化处理。随后与上述第1实施方式相同地通过湿式蚀刻扩大由氧化处理而形成的对应于点阵的小孔。此时，如图19所示，位于槽部38a的形成区域的氧化铝膜38几乎被完全除去。由此，就能自组织化地形成具有包含槽部38a在内的直线状光栅漕图案的氧化铝膜38。此外，氧化铝膜38是本发明“金属氧化膜”的一个例子。
在第4实施方式的制造过程中，如上所述地在铝膜33的侧面上形成具有规则排列的凹部33a的点阵，同时将该铝膜33的侧面在与由铂制成的阴极36的侧面对向的状态下进行氧化处理，从而就能采用以往用于形成细孔图案的阳极氧化法来容易地形成细孔连接成直线状的光栅漕图案。
另外，通过采用阳极氧化法可以形成包含上部和下部具有均匀宽度的槽部38a在内的光栅漕图案，可以使光栅漕图案的上部和下部的占空比均一。结果，可以用偏振光方向与光栅漕图案延伸方向平行的光和偏振光方向与光栅漕图案延伸方向正交的光来良好地使有效折射率变化，所以就能形成具有良好双折射特性的波长板。
另外，第4实施方式中采用湿式蚀刻来扩大由阳极氧化法而形成的小孔，由此可以更加容易地形成细孔连接成直线状的光栅漕图案。
第5实施方式下面参照图20，该第5实施方式中制备与上述第1～第4实施方式不同的、具有沿着基本平行于玻璃基板41表面的方向(X方向)延伸的三角光栅状光栅孔48a图案的氧化铝膜48。玻璃基板41是本发明“基板”的一个例子，氧化铝膜48是本发明“金属氧化膜”的一个例子。
即，该第5实施方式的波长板的制造过程中，在进行图17所示的第4实施方式的织构化处理时，与第4实施方式不同，对三角光栅图案进行织构化处理。然后，进行与图18所示的第4实施方式的阳极氧化工序相同的工序，从而容易地形成具有沿着基本平行于玻璃基板41表面的方向(X方向)延伸的三角光栅状光栅孔48a图案的氧化铝膜48。由此，就能在光以相对于氧化铝膜48表面垂直的方向入射到第5实施方式的波长板上时，可以用偏振光方向与光栅孔48a的图案延伸方向平行的光、和偏振光方向与光栅孔48a的图案延伸方向正交的光使有效折射率变化。结果，可以容易地形成具有良好的双折射特性的波长板。
第6实施方式下面参照图21～图26，说明第6实施方式，该实施方式中，与上述第1～第5实施方式不同的，不进行织构化处理，而是在铝膜上周期性地形成掩蔽层后进行氧化处理来形成光栅漕图案。
即，在该第6实施方式中，首先如图21所示，使用电子束蒸发法或喷镀法在由石英等制成的透明基板51上形成具有给定厚度的铝膜53。透明基板51是本发明“基板”的一个例子，铝膜53是本发明“金属层”的一个例子。
接着，在第6实施方式中如图22所示地使用隆起(lift-off)法，在铝膜53上每隔0.1微米的间隔周期性地(周期0.35微米)形成厚度约0.1微米和宽度L为0.25微米的由Ni制成的掩蔽层54。具体来说，首先在铝膜53的全部表面上形成保护层(图中未示出)，然后用电子束绘图装置或分节器(stepper)或双光束干涉曝光装置等，对保护层每隔0.25微米间隔进行图案化处理，使其具有0.1微米的宽度。之后，形成约0.1微米厚包覆该保护层的Ni层(图中未示出)，然后除去保护层和保护层上的Ni层。由此，厚度约0.1微米和宽度L为0.25微米的由Ni制成的掩蔽层54以每隔0.1微米的间隔周期性地形成。
之后，如图23所示，将掩蔽层54作为掩模，用湿式蚀刻除去铝膜53的上面到约0.1微米的深度，从而形成宽度S为0.1微米、深度约0.1微米的蚀刻槽50。通过形成该蚀刻槽50，在后述的阳极氧化工序中，在蚀刻槽50的落差部位上容易产生电场的偏移。因此，在发生电场偏移的区域中容易产生由阳极氧化而形成的细孔，所以可以提高细孔的产生位置的精度。
接着，采用与图4所示的第1实施方式相同的阳极氧化法，对铝膜53进行氧化处理。但是，在该第6实施方式中，通过在使用溶解了约0.1摩尔浓度的草酸的电解液的同时于3℃下施加100伏特电压进行氧化处理。由此，可自组织化地形成图24所示的具有细微小孔53a和53b的氧化铝膜58。另外，在小孔53a和53b形成于蚀刻槽50与掩蔽层54形成区域54a之间的边界上的同时，还形成了三角光栅(图24中用虚线包围的部分F)。另外，氧化铝膜58是本发明“金属氧化膜”的一个例子。而且，此时由Ni制成的掩蔽层54也经氧化处理。
己知在将阳极氧化法形成的小孔中相邻小孔之间的最大距离设为U、阳极氧化电压设为Va时，成立U＝0.0025Va(微米)的关系式。另外如图24所示，为了在蚀刻槽50与掩蔽层54形成区域54a之间的边界上生成小孔53a和53b，设定阳极氧化电压Va以使其满足0.866U≥S的关系式是必要的。该关系式(0.866U≥S)由三角比的关系U=(2/3)×S]]>可以推出。另外，该第6实施方式中相邻小孔之间的最大距离U为U＝约0.25(微米)、蚀刻槽50的宽度S为S＝约0.1(微米)，因此满足0.866U≥S的关系式。由此，小孔53a和孔53b就可产生于蚀刻槽50与掩蔽层54形成区域54a之间的边界上。
另外，为了形成良好的光栅漕图案，使后述光栅漕图案的槽部58a(参照图25)的形成区域以外的区域(掩蔽层54的形成区域54a)上不形成小孔是重要的。如图24所示，掩蔽层54的形成区域54a中，如果与小孔53a形成三角光栅的假想位置59a和与小孔53b形成三角光栅的假想位置59b一致，那么即使形成掩蔽层54也有可能在氧化处理时形成小孔。所以，通过防止假想位置59a和假想位置59b一致，可以防止在掩蔽层54的形成区域54a上形成小孔。因此，使掩蔽层54的宽度L和蚀刻槽50的宽度S之间满足关系式L≠2S是必要的。第6实施方式中，掩蔽层54的宽度L为L＝约0.25(微米)，蚀刻槽的宽度S为S＝约0.1(微米)，所以满足关系式L≠2S。
另外，设定掩蔽层54的宽度L以使掩蔽层54的宽度L比小孔之间的最大距离U小、即满足关系式U≥L是必要的。不满足这个条件(U＜L时)时，位于掩蔽层54的宽度方向两端的小孔53a与小孔53b随着深度方向上的成长而逐渐接近，从而使小孔53a和53b之间的距离变成U。这样就不能形成深度方向上笔直的孔。另外，该第6实施方式中相邻小孔之间的最大距离U为U＝约0.25(微米)，掩蔽层54的宽度L为L＝0.25(微米)，所以满足U≥L的关系式。
然后，第6实施方式中使用含有约5重量％磷酸的水溶液，在30℃下将掩蔽层作为掩模，用湿式蚀刻使小孔53a和53b扩大。此时如图25和图26所示，通过使小孔53a和53b(参照图24)扩大，令相邻的小孔53a和53b相连，因此能容易地将位于槽部58a形成区域的氧化铝膜58几乎完全地除去。在这里，构成掩蔽层54的Ni氧化物对磷酸水溶液有良好的耐性。所以，即使在掩蔽层54的形成区域54a(参照图24)上形成了小孔，也可以防止该小孔受到蚀刻。由此，在掩蔽层54的形成领域54a以外的区域上形成了具有直线状光栅漕图案的氧化铝膜58。该光栅漕图案包含小孔53a和53b连接成直线状而形成的槽部58a。另外，光栅漕图案的槽部58a的深度到透明基板51为止，同时槽部58a在深度方向上均匀地形成。
第6实施方式中，如上所述地在铝膜53上周期性形成掩蔽层54后，对铝膜53进行阳极氧化，从而形成具有直线状光栅漕图案的氧化铝膜58。这样就能容易地只在未形成掩蔽层54的区域上自组织化地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均匀槽宽的直线状光栅漕图案。结果，可以容易地形成具有良好的双折射特性的波长板。另外，可以防止在光栅漕图案的槽部58a以外的部分(掩蔽层54的形成区域54a)上形成小孔，所以不会产生因光入射到光栅漕图案的槽部58a以外的部分形成的小孔上而引起折射率变化的不良情况。
下面参照图27～图29，对第6实施方式的变形例的偏振光依赖性衍射光栅进行说明。图29的纵轴表示有效折射率，横轴表示周期P。另外，图29中的“TE”表示偏振光方向与光栅漕图案延伸方向平行的光，“TM”表示偏振光方向与光栅漕图案延伸方向正交的光。
参照图27～图29，该第6实施方式的变形例的偏振光依赖性衍射光栅采用了与上述第6实施方式的波长板的制造过程相同的制造过程，在透明基板51上形成了具有直线状光栅漕图案50a和沿着基本正交于光栅漕图案50a的方向延伸的直线状光栅漕图案50b的氧化铝膜58。而且，光栅漕图案50a与光栅漕图案50b相互交替地形成。光栅漕图案50a和光栅漕图案50b分别是本发明“第1槽图案”和“第2槽图案”的一个例子。该光栅漕图案50a和光栅漕图案50b分别具有周期P1和P2，并具有相同宽度W的槽部。也就是说，该第6实施方式的变形例不同于图47所示的以往的偏振光依赖性衍射光栅，它不是通过调整槽宽、而是通过调整周期P1和P2来制造偏振光依赖性衍射光栅的。
具体来说，当与具有周期P1的光栅漕图案50a平行的偏振光方向(TE)的光A入射时，该光A的偏振光方向在具有周期P2的光栅漕图案50b中成为与光栅漕图案50b正交的偏振光方向(TM)。因此，具有周期P1的光栅漕图案50a和具有周期P2的光栅漕图案50b的有效折射率成为N2。另一方面，当与具有周期长度P1的光栅漕图案50a正交的偏振光方向(TM)的光B入射时，该光B的偏振光方向在具有周期P2的光栅漕图案50b中成为与光栅漕图案50b平行的偏振光方向(TE)。因此，具有周期P1的光栅漕图案50a的有效折射率成为N1，具有周期P2的光栅漕图案50b的有效折射率成为N3。由此，可以使具有周期P1的光栅漕图案50a和具有周期P2的光栅漕图案50b，对偏振光方向与光栅漕图案50a平行的光A的有效折射率成为相同的N2，所以可以达到只对光A没有折射率差异(折射率变化)的状态(透明)。
第6实施方式的变形例中，如上所述地可以不调整光栅漕图案50a和光栅漕图案50b的光栅漕图案槽部宽度W而制成偏振光依赖性衍射光栅，所以如果使用这个容易形成具有均匀宽度的光栅漕图案的第6实施方式的制造过程，就能容易地制造偏振光依赖性衍射光栅。另外，可以与上述第6实施方式相同地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均匀槽宽的直线状光栅漕图案50a和50b，从而可以得到良好的消光比。
第7实施方式下面参照图30～图34，说明第7实施方式，该实施方式是不同于上述第6实施方式的、在形成掩蔽层之前对铝膜进行氧化处理的例子。
即，该第7实施方式中，采用电子束蒸镀法或喷镀法在玻璃基板51(参照图32)上形成铝膜(图中未示出)，然后采用图4所示的与第1实施方式相同的阳极氧化法对铝膜进行氧化处理。但在该第7实施方式的阳极氧化中，施加比上述第6实施方式的外加电压(约100伏)低的电压(约30～50伏)。由此，形成图30所示的、具有比图24所示的第6实施方式的小孔53a和53b直径和间隔更小的小孔63的氧化铝膜68。该小孔63在氧化铝膜68的全部区域中随机的产生。氧化铝膜68是本发明“金属氧化膜”的一个例子。
接着，在第7实施方式中，如图31和图32所示地采用与图22所示的第6实施方式相同的过程，在氧化铝膜68上周期性地形成掩蔽层54。然后，在与上述第6实施方式同样的蚀刻条件下，将掩蔽层54作为掩模，通过湿式蚀刻来使小孔扩大。此时，如图33以及图34所示，通过使位于掩蔽层54的形成区域以外的区域上的小孔63扩大，使相邻的小孔63相连，所以可以容易地将位于槽部68a的形成区域的氧化铝膜68几乎完全除去。由此，形成了具有直线状光栅漕图案的氧化铝膜68。该光栅漕图案包含小孔63连接成带状而形成的槽部68a。另外，光栅漕图案的槽部68a深度到透明基板51为止，同时槽部68a在深度方向上均匀地形成。
第7实施方式中，通过如上所述地对铝膜进行阳极氧化，形成具有细微小孔63的氧化铝膜68，然后在氧化铝膜68上周期性地形成掩蔽层54，同时将掩蔽层54作为掩模，通过蚀刻来扩大位于未形成掩蔽层54的区域的细微小孔63，从而可以容易地只在未形成掩蔽层54的区域上自组织化地形成具有大的深度、并在深度方向上具有均匀槽宽的直线状光栅漕图案。结果，可以容易地形成具有双折射特性的波长板。
另外，第7实施方式中，随机生成的小孔63连接成直线状而形成光栅漕图案的槽部68a，所以难以提高槽部68a的尺寸精度。另一方面，没有必要在氧化铝膜68上设定产生小孔63的位置，所以可以避免阳极氧化工序的复杂化。
下面参照图35～图39说明第7实施方式的变形例，该例子是不同于上述第7实施方式的、自组织化地形成具有排列成三角光栅状的小孔的氧化铝膜的例子。
即，第7实施方式的变形例中，在采用阳极氧化法对铝膜(图中未示出)进行氧化处理时，通过调整电解液浓度、温度和电压等，自组织化地形成图35所示的具有排列成三角光栅状的小孔73的氧化铝膜78。阳极氧化的具体条件如下，电解液浓度约0.3摩尔(草酸)，温度约1℃，电压40伏。另外，氧化铝膜78是本发明“金属氧化膜”的一个例子。
其次，第7实施方式的变形例中采用与上述第7实施方式同样的过程形成直线状的光栅漕图案。即，如图36和图37所示地在氧化铝膜78上周期性地形成掩蔽层54。然后，如图38和图39所示地通过湿式蚀刻来使小孔73扩大，从而几乎完全除去位于槽部78a的形成区域的氧化铝膜78。由此，形成了具有直线状光栅漕图案的氧化铝膜78。该光栅漕图案包含小孔73连接成带状而形成的槽部78a。另外，光栅漕图案的槽部78a的深度到透明基板51为止，并且槽部78a在深度方向上均匀地形成。
第7实施方式的变形例中，如上所述地通过调整电解液浓度、温度和电压等在特殊的条件下进行氧化处理，使氧化铝膜78上小孔73的产生位置具有规则性，因此可以提高小孔73连接成带状而形成的槽部78a的尺寸精度。由此，可以容易地制造具有所需双折射特性的波长板。
另外，这次所公开的实施方式从所有方面看都是例示，而不能看作是限制。本发明的范围不是由上述实施方式的说明表示的，而是由权利要求的范围表示的，并且还包含与权利要求的范围等同的含义以及该范围内的全部变化。
例如，上述第1～第7实施方式中虽然说明了在偏振光元件或偏振光依赖性衍射元件等光学元件的形成中使用本发明的例子，但是本发明并不限于此，它也可适用于除光学元件以外的具有光栅漕图案的元件的形成中。
另外，上述第1～第7实施方式中虽然说明了在作为偏振光元件的波长板或作为偏振光依赖性衍射元件的偏振光依赖性衍射光栅的形成中使用本发明的例子，但是本发明并不限于此，它也可适用于除波长板或偏振光依赖性衍射光栅以外的偏振光元件、偏振光依赖性衍射元件和多层膜元件的形成中。例如，除波长板以外的偏振光元件被认为有偏振光束分裂器以及隔离器等。另外，偏振光依赖性衍射光栅以外的偏振光依赖性衍射元件被认为有全息光学元件(HOEHolographic Opticalelement)和菲涅耳透镜等。另外，多层膜元件被认为有利用布拉格反射的多层膜元件或波导式多层膜元件等、波导式波长滤光器(参照图40)、反射器、分路滤光器和波导转换器等。
另外，上述作为多层膜元件的波导式波长滤光器的结构如图40所示，在基板91上的给定区域上形成具有本发明直线状光栅漕图案99的金属氧化膜98。该光栅漕图案99排列在金属氧化膜98中央部分附近、并起着作为滤光部分90a的作用。而金属氧化膜98中除滤光部分90a以外的区域起着作为波导部分90b的作用。于是，在使2种波长的光A和B进行导波时，波长不满足布拉格反射条件的光A透过滤光部分90a，而波长满足布拉格反射条件的光B在滤光部分90a反射。另外，起着作为滤光器部分90a的作用的光栅漕图案99的形状，可以是图41所示的槽部99a的间距逐渐变化的形状，也可以是图42所示的槽部99b以放射线状延伸的形状。此外，也可以像图43那样以圆弧状形成槽部99c。而且，图43所示的圆弧状槽部99c可以采用与上述第1～第3、第6和第7实施方式相同的过程形成。
另外，上述的偏振光元件、偏振光依赖性衍射元件和多层膜元件中，也可以形成图44所示的槽部99d交叉成2元(平面)形状的光栅漕图案。
另外，上述第1～第7实施方式中虽然是对铝膜(3、13、23、33、和53)进行阳极氧化，但是本发明并不限于此，对钛和钽等其他阀用金属进行阳极氧化处理也可以。
另外，上述第1～第7实施方式中虽然用由硫酸和草酸制成的电解液作为阳极氧化法所用的电解液，但是本发明并不限于此，使用由磷酸等制成的电解液也可以。
另外，上述第1～第7实施方式中虽然使用铂作为阳极氧化法中所用的阴极，但本发明并不限于此，使用由其他材料制成的阴极也可以。
另外，上述第6和第7实施方式中虽然在透明基板与铝膜之间未形成透明电极膜，但本发明并不限于此，在透明基板与铝膜之间形成透明电极膜、并在氧化处理时经透明电极膜向铝膜施加电压也可以。在此情况下，氧化处理中可以一直向铝膜施加电压，所以即使在透明基板上有凹凸不平的情况下也可以防止未被氧化的铝膜残留的不良情况。
另外，上述第6以及第7实施方式中虽然形成了由Ni制成的掩蔽层，但本发明并不限于此，采用由Ni以外的金属、SiO2等无机电介质和光致抗蚀剂(photoresist)制成掩蔽层也可以。另外，为了防止位于掩蔽层的形成区域的小孔受到蚀刻，最好采用对湿式蚀刻具有良好耐性的材料作为掩蔽层。此外，上述第6实施方式中，为了以良好的精度形成蚀刻槽，最好采用对干式刻蚀具有良好耐性的材料作为掩蔽层。对干式刻蚀具有良好耐性的材料认为有例如Ta、Ti和Cr等。
另外，上述第6和第7实施方式中虽然采用隆起法在铝膜上周期性地形成掩蔽层，但本发明并不限于此，在该铝膜上堆积构成掩蔽层的材料，然后用会聚离子束(FIBFocused Ion Beam)形成分离槽，从而在铝膜上周期性地形成掩蔽层也是可以的。
另外，上述第6实施方式中虽然在阳极氧化工序中形成蚀刻槽来提高小孔的产生位置的精度，但本发明并不限于此，不形成蚀刻槽也可以。
另外，上述第7实施方式的变形例中，虽然通过调整电解液浓度、温度和电压等在特殊条件下进行氧化处理而自组织化地形成具有排列成三角光栅状的小孔的氧化铝膜，但本发明并不限于此，通过在织构化处理后进行氧化处理而自组织化地形成具有排列成三角光栅状的小孔的氧化铝膜也可以。
另外，还可以像以往的大型铝基板的阳极氧化中报告的那样，在阳极氧化工序之前加入使铝膜骤冷的工序。如果进行该工序，可以更好的精度控制细孔位置。
另外，将按照本发明制造的精细结构作为模具所制成的成形品也具有同等的元件特性。
权利要求
1.具有精细结构的元件的制造方法，它包括在基板上形成金属层的工序；在所述金属层表面上形成凹部点阵的工序；将形成有所述凹部点阵的金属层表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化，制成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序。
2.如权利要求1所述的具有精细结构的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成凹部点阵的工序从形成三角光栅的位置错开地形成凹部点阵。
3.如权利要求1所述的具有精细结构的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有光栅漕图案的金属氧化膜的工序是在将形成了所述点阵的金属层表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化、形成对应于所述点阵的小孔之后，通过蚀刻使对应于点阵的小孔扩大，形成具有光栅漕图案的金属氧化膜。
4.如权利要求1所述的具有精细结构的元件的制造方法，其特征在于，在所述的基板上形成金属层的工序之前，还具有在基板上形成透明导电膜的工序。
5.如权利要求1所述的具有精细结构的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序形成具有直线状光栅漕图案的金属氧化膜。
6.如权利要求1所述的具有精细结构的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序形成具有曲线状光栅漕图案的金属氧化膜。
7.具有精细结构的元件的制造方法，它包括在基板上形成金属层的工序；在所述的金属层表面上周期性地形成掩蔽层的工序；将形成有掩蔽层的金属层表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化，形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序。
8.如权利要求7所述的具有精细结构的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有光栅漕图案的金属氧化膜的工序是在将形成有掩蔽层的金属层表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化而在未形成所述掩蔽层的所述金属氧化膜表面上形成细微小孔之后，通过蚀刻来使所述的细微小孔扩大，形成所述的具有光栅漕图案的金属氧化膜。
9.如权利要求7所述的具有精细结构的元件的制造方法，其特征在于，在所述的形成具有光栅漕图案的金属层的工序之前，还具有将掩蔽层作为掩模、对金属层进行蚀刻而形成蚀刻槽的工序。
10.如权利要求9所述的具有精细结构的元件的制造方法，其特征在于，将蚀刻槽的宽度设为S、掩蔽层的宽度设为L时，使蚀刻槽的宽度S和掩蔽层的宽度L之间满足L≠2S的关系式。
11.如权利要求7所述的具有精细结构的元件的制造方法，其特征在于，在所述的在基板上形成金属层的工序之前，还具有在所述的基板上形成透明导电膜的工序。
12.如权利要求7所述的具有精细结构的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序形成具有直线状光栅漕图案的金属氧化膜。
13.如权利要求7所述的具有精细结构的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序形成具有曲线状光栅漕图案的金属氧化膜。
14.具有精细结构的元件的制造方法，它包括在基板上形成金属层的工序；将所述的金属层表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化，形成具有细微小孔的金属氧化膜的工序；在金属氧化膜的表面上周期性地形成掩蔽层的工序；将所述的掩蔽层作为掩模、通过蚀刻来使未形成掩蔽层的区域上的细微小孔扩大、形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序。
15.如权利要求14所述的具有精细结构的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有细微小孔的金属氧化膜的工序形成具有排列成三角光栅状的细微小孔的金属氧化膜。
16.如权利要求14所述的具有精细结构的元件的制造方法，其特征在于，在所述的在基板上形成金属层的工序之前，还具有在基板上形成透明导电膜的工序。
17.如权利要求14所述的具有精细结构的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序形成具有直线状光栅漕图案的金属氧化膜。
18.如权利要求14所述的具有精细结构的元件的制造方法，其特征在于，所述的形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序形成具有曲线状光栅漕图案的金属氧化膜。
19.具有精细结构的元件的制造方法，它包括在基板上形成金属层的工序；在所述金属层的表面上形成凹部点阵的工序；将形成有所述凹部点阵的金属层表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化，形成具有直线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序。
20.具有精细结构的元件的制造方法，它包括在基板上形成金属层的工序；在所述金属层的侧面上形成凹部点阵的工序；将形成了所述凹部点阵的金属层侧面在与阴极端相对的状态下进行阳极氧化，形成具有沿着基本平行于所述基板表面的方向延伸的光栅孔图案的金属氧化膜的工序。
21.具有精细结构的元件，它包括基板、和形成在基板上的具有线状光栅漕图案的金属氧化膜。
22.如权利要求21所述的具有精细结构的元件，其特征在于，所述的线状光栅漕图案包括细孔连接成线状的细孔列图案。
23.如权利要求21所述的具有精细结构的元件，其特征在于，它还包括形成于基板与金属氧化膜之间的透明导电膜。
24.如权利要求21所述的具有精细结构的元件，其特征在于，所述的线状光栅漕图案包括直线状光栅漕图案。
25.如权利要求21所述的具有精细结构的元件，其特征在于，所述的线状光栅漕图案包括曲线状光栅漕图案。
26.如权利要求21所述的具有精细结构的元件，其特征在于，所述的线状光栅漕图案包括沿着第1方向延伸的线状第1槽图案、和沿着与第1槽图案基本正交的方向延伸的线状第2槽图案，并且第1槽图案与第2槽图案相互交替地形成。
27.如权利要求21所述的具有精细结构的元件，其特征在于，所述的具有线状光栅漕图案的金属氧化膜用于偏振光元件、偏振光依赖性衍射元件和多层膜元件中的任意一个。
28.具有精细结构的元件，它包括基板、和形成在基板上的具有直线状光栅漕图案的金属氧化膜。
全文摘要
本发明涉及具有良好的光栅漕等精细结构的元件的制造方法。具有这种精细结构的元件的制造方法包括在基板上形成金属层的工序；在金属层表面上形成凹部点阵的工序；将形成有凹部点阵的金属层表面在与阴极面相对的状态下进行阳极氧化、形成具有线状光栅漕图案的金属氧化膜的工序。因此，如果使点阵的各凹部之间的间隔变小，就能容易地自组织化地形成具有大的深度、并且深度方向上槽宽均匀的线状光栅漕图案。
文档编号G02B5/18GK1446772SQ0310834
公开日2003年10月8日 申请日期2003年3月25日 优先权日2002年3月25日
发明者森和思, 松本光晴, 富永浩司, 田尻敦志, 古沢浩太郎 申请人:三洋电机株式会社