光学元件及其制造方法

专利名称：光学元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及光学元件和光学元件的制造方法。特别地，本发明涉及诸如偏振 (polarization)光束分离器、相位板或带通滤波器之类的具有三维中空结构的透射型光学 元件，并涉及其制造方法，所述具有三维中空结构的透射型光学元件在其表面上具有面内 周期比可见光的波长短的结构。这里使用的术语“面内周期”指的是在面内周期性地布置 结构体的状态。
背景技术：
近年来，诸如偏振光束分离器和带通滤波器之类的透射型光学元件被积极地开发。常规上以多层膜结构形成这种透射型光学元件。但是，为了获得投影仪等的更高的亮度 和对比度，最近开发了以小于或等于可见光波长的间距的间距形成的精微(microscopic) 三维中空结构体。美国专利申请公开No. 2007/0201135提出具有三维结构的光学元件和光 学元件的制造方法。顺便说一句，在美国专利申请公开No. 2007/0201135的透射型微光学元件的制 造方法中，当精微三维中空结构体与基板接合时，使用粘接剂。但是，由于该元件具有 精微三维中空结构，因此发现，当对于与基板接合使用粘接剂时，在间隙中出现毛细管 (capillary)现象并且粘接剂粘附于结构体的内部，这产生折射率的波动。因此，希望不使 用粘接剂的接合技术。但是，面内周期比可见光的波长短并且具有特别小的线宽度和点直 径的结构的强度低，由此，当被施加大的负载时，结构体受损。如果在形成于基板上的结构 体和接合基板之间产生非接触部分，那么入射光会被非接触部分反射，由此导致光学元件 的光学性能可能降低。此外，负载集中在接触部分上，由此使得结构体可能被损坏。

发明内容
鉴于上述问题，本发明的一个目的是，提供这样的光学元件和光学元件的制造方 法，所述光学元件和光学元件的制造方法使得能够在不使用粘接剂的情况下接合光学元 件、抑制在接合期间对于光学元件的损坏、以及进一步提高其功能和强度。根据本发明，一种光学元件的制造方法，所述光学元件包含第一光学部件和第二 光学部件，所述制造方法包括在基板上形成框架部分，并且在被框架部分包围的空间部 分中形成结构体，以由此形成第一光学部件；在减压(pressure-reduced)环境中，在第一 光学部件上设置第二光学部件，以形成在减压状态中密封所述空间部分的光学元件；以及 将所述光学元件暴露于大气中，由此通过大气和在减压状态中密封的空间部分之间的差压 (differential pressure)而使结构体和所述第二光学部件相互紧密接触。根据本发明的光学元件包括具有在基板上形成的框架部分并具有在被基板上的 框架部分包围的空间部分中形成的结构体的第一光学部件；以及被设置在第一光学部件上 以密封空间部分的第二光学部件，其中，空间部分被减压。根据本发明，可以实现这样的光学元件制造方法和光学元件，所述光学元件制造方法和光学元件使得能够在不使用粘接剂的情况下接合光学元件、抑制在接合期间对于光 学元件的损坏、以及进一步提高其功能和强度。参照附图阅读示例性 实施例的以下描述，本发明的其它特征变得清晰。


图1是根据本发明第一实施例的光学元件的透视图。图2A、图2B、图2C和图2D是用于示出根据本发明第一实施例的光学元件的制造 方法的步骤的断面图。图3A、图3B和图3C是用于示出根据本发明另一实施例的光学元件的制造方法的 步骤的断面图。图4A、图4B、图4C、图4D和图4E是用于示出根据本发明第二实施例的光学元件的 制造方法的步骤的断面图。图5是示出本发明的例子3中的偏振特性的评价结果的图示。
具体实施例方式现在将参照附图详细描述本发明的优选实施例。(第一实施例)图2A 2D是用于示出根据本发明第一实施例的光学元件的制造方法的断面图。 在图2A 2D中，附图标记1、2、3、4、5、9和10分别表示由光学玻璃等制成的基板、由根据 本实施例的光学玻璃等制成的基板形成的第二光学部件、框架部分、空间部分、结构体、电 介质膜、以及用于构图的抗蚀剂。在本实施例中，基板1、框架部分3和结构体5 —起被称为
第一光学部件。(形成第一光学部件的步骤)首先，在图2A所示的步骤中，在基板1上形成电介质膜9，电介质膜9主要包含钛 氧化物(titanium oxide)、铌氧化物(niobium oxide)、锆氧化物(zirconium oxide)、铝氧 化物(aluminium oxide)、钇氧化物(yttlium oxide)、铪氧化物(hafnium oxide)、钽氧化 物(tantalum oxide)和硅氧化物(silicon oxide)中的至少一种氧化物。然后，进一步在 电介质膜9上涂敷抗蚀剂10。然后，在图2B所示的步骤中，执行曝光、显影和干法蚀刻，以由此在基板1上形成 框架部分3和结构体5。顺便说一句，在本实施例中，结构体5具有通过空间部分和结构部 分的重复而形成的、面内周期比可见光的波长短的线结构(line structure)。但是，该结 构体不限于根据本实施例的结构体，并且，只要在形成在基板1上的、被基板1上的框架部 分3包围的空间部分中形成结构体，那么可以构想各种形式。例如，可以根据设计，以线图 案(线结构)、孔图案(孔结构)或点图案(点结构)形成结构体。(形成其中空间部分被密封并且被减压的光学元件的步骤)然后，在图2C所示的步骤中，设置在基板1上形成的具有框架部分和结构体的第 一光学部件和由例如基板2形成的第二光学部件2。在图2D所示的步骤中，框架部分和第 二光学部件相互接触，由此密封被框架部分包围的空间部分。更具体而言，在真空室中制备 构图的第一光学部件和第二光学部件。然后，真空室被抽空(evacuate)到约IOe-IPa 10e-7Pa,并且，第二光学部件2被设置在第一光学部件的框架部分3上。因此，第一光学部 件的框架部分3的上表面与第二光学部件接触，并且，第一光学部件和第二光学部件相互 接合，结果可以获得其中空间部分4被密封并且被减压的光学元件12。如图3A所 示，可以通过使用离子束枪11等用氩离子束照射第一光学部件1和第 二光学部件的接触表面。优选地，用氩离子束照射第一光学部件1和第二光学部件2的整个 接触表面。作为结果，第一光学部件1和第二光学部件2的各接触表面可被清洗和活性化 (activate)，并且，更容易以更高的精度使各接触表面相互接合，这提高密封精度。顺便说 一句，施加的电压和离子束枪11的照射时间分别优选为30 600V和约30秒 1小时。作 为清洗和活性化手段，作为氩离子束的替代，可以使用其它的等离子体、原子团(radical) 束、原子束、激光或灯，并且，在这种情况下可获得类似的结果。作为气体类型，可以有效地 使用其它的惰性(inert)气体、氧气或二氧化碳。如图3C所示，框架部分3可沿轮廓线(outline)箭头指示的方向被加压以及被加 热，并且，接触表面可被活性化以相互接合，由此形成在光学玻璃基板1上的、被框架部分3 包围的空间部分4被真空密封。顺便说一句，优选地，分别以0. 001N/mm2 100N/mm2和以 室温 400°C执行加压和加热。因此，第一光学部件和第二光学部件可以更牢固地相互接 合，这进一步提高密封精度。此外，如图3B所示，在lOe-2 10e+5Pa的减压室(真空室)内，可以用包含氢 氟酸(hydrofluoric acid)或氢氟酸气体的减压等离子体照射框架部分3，并且，框架部 分3的表面会被溶解。作为利用等离子体喷射系统的氢氟酸照射条件，可以使用NF-、SF-、 CF-或F2等离子体。作为替代方案，作为真空室的背景，可以填充包含H2O的空气，以由此 产生HF。作为产生HF的其它方法，例如，通过使H2O中的源气体起泡来调整湿度的方法也 是有效的。当通过氢氟酸实现接合时，能够以低温在低加压(pressurization)情况下进行 接合。此外，通过经由溶解来进行接合，可以实现强度更高的接合。作为结果，可降低用于 真空密封的框架部分的面积，由此减小整个元件尺寸。(使结构体和第二光学部件相互接触的步骤)然后，例如，使得真空室对于大气开放，或者，在大气中取出光学元件，由此光学元 件12被暴露于大气中。当光学元件12被暴露于大气中时，结构体5和第二光学部件2由 于大气压力和密封在减压环境中的空间部分内的压力之间的差压而相互接触。由于空间 部分的压力和大气压力之间的差压，因此，第二光学部件被均勻地按压(press)到结构体5 的上表面(与第二光学部件的接触表面)上，从而，负载不被集中于一个部分上。出于这种 原因，结构体不受损。另外，第二光学部件被均勻地按压，由此，不太可能在结构体的上表面 (与第二光学部件的接触表面)和第二光学部件之间产生非接触部分。因此，光学元件12 表现出优异的作为光学元件的性能。结构体5和框架部分3的上表面(与第二光学部件的接触表面)与第二光学部件 2之间的接触可以是光学接触。这里使用的术语“光学接触”指的是这样的状态，在该状态 中，对表面的分子发生相互作用(interaction)，以使所述分子稳定(stabilize)为内部分 子，并且所述表面被接合。第二光学部件被均勻地按压，由此，结构体5和第二光学部件2 的上表面相互接触。另外，空间部分被减压，由此在结构体5和第二光学部件2之间几乎不 存在空气。因此，更容易地获得光学接触。
此外，还优选地由于减压的空间部分而均勻地施加力，以使基板1以及结构体和 框架部分3的下表面在光学接触中相互接触。并且，通过加热光学元件12，结构体和第二光 学部件的上表面可紧密地相互接合，由此进一步提高其强度。 以上述方式形成光学元件避免了由于入射光的全反射而导致的光损失，并且，能 够实现高效的透射型微光学元件。下面描述根据本发明的光学元件。图1是根据本发明的实施例的光学元件的分解 透视图。在图1中，光学元件包含由光学玻璃等制成的基板1、由例如由光学玻璃等制成的 基板形成的第二光学部件2、框架部分3、空间部分4和结构体5。在第一光学部件中，在基板1上形成框架部分3和在被框架部分3包围的空间部 分中形成的结构体5。框架部分3和结构体5由电介质膜形成，所述电介质膜主要包含选自 钛氧化物、铌氧化物、锆氧化物、铝氧化物、钇氧化物、铪氧化物、钽氧化物和硅氧化物中的 至少一种氧化物。另外，第一光学部件具有通过空间部分和结构部分的重复而形成的、面内 周期比可见光的波长短的结构。可以根据设计，以线图案(线结构)、孔图案(孔结构)或 点图案(点结构)形成该结构体。在本实施例中，第二光学部件是由光学玻璃等制成的基板2。但是，第二光学部件 不限于本实施例的第二光学部件，而是可以包含如第一光学部件的情况那样形成在其中的 结构体。以这种方式，可以设想各种形式。根据本发明的光学元件由第一光学部件和第二 光学部件形成。为了示出光学元件的内部结构，在非接触状态下示出第二光学部件。但是， 实际上，空间部分4被减压，并且，结构体的上表面(与第二光学部件的接触表面)粘附于 第二光学部件上并且被固定。优选地，光学元件为光学接触状态下的光学元件。这里使用 的术语“光学接触”指的是这样的状态，在所述状态下，对表面中的分子发生相互作用，以使 所述分子稳定化为内部分子，并且所述表面被接合。空间部分被减压，由此在结构体5和第 二光学部件之间几乎不存在空气。因此，更容易地获得光学接触。更优选地，基板1以及结 构体5和框架部分3的下表面处于光学接触中。其间也几乎不存在空气，由此更容易地获 得光学接触。如上所述的光学元件避免了由于入射光的全反射而导致的光损失，并且，能够 实现高度有效的光学性能。(第二实施例)下面描述根据本发明第二实施例的光学元件的制造方法和光学元件。图4A 4E 是用于示出根据本实施例的光学元件的制造方法和光学元件的断面图。在图4A 4E中， 与图2A 2D所示的组件类似的组件由相同的附图标记表示，并且，省略对它们的描述。(形成第一光学部件的步骤)首先，在图4A所示的步骤中，在基板1上形成框架部分3、结构体6和结构体7，由 此形成第一光学部件。通过形成电介质膜，形成第一光学部件，所述电介质膜主要包含选自 钛氧化物、铌氧化物、锆氧化物、铝氧化物、钇氧化物、铪氧化物、钽氧化物和硅氧化物中的 至少一种氧化物。然后，进一步在其上涂敷抗蚀剂。然后，执行曝光、显影和干法蚀刻，由此 在基板1上形成框架部分3、结构体6和结构体7。在本实施例中，形成结构体6，所述结构体 6具有通过空间部分和结构部分的重复而形成的、面内周期比可见光的波长短的线结构。然 后，在其上面形成结构体7，所述结构体7具有在与结构体6的线结构垂直的方向上的线结 构。但是，不用说，结构体不限于本实施例的结构体，而是可以设想各种形式。例如，只要在基板1上的、被形成在基板1上的框架部分3包围的空间部分中形成结构体，那么可以仅以一层(tier)结构体6形成结构体，或者，所述结构体可由三层或更多层层叠的结构体形成。 此外，所述结构不限于线结构，而是可以根据设计，以线图案(线结构)、孔图案(孔结构) 或点图案(点结构)形成结构体。(形成第二光学部件的步骤)在图4B所示的步骤中，在由光学玻璃等制成的第二基板20上形成第二框架部 分23和用作第二结构体的结构体8，由此形成第二光学部件。如上面所述的第一光学部件 的情况那样，通过在基板20上形成电介质膜来形成第二光学部件，所述电介质膜由钛氧化 物、铌氧化物、锆氧化物、铝氧化物、钇氧化物、铪氧化物、钽氧化物或硅氧化物等制成。然 后，进一步在其上涂敷抗蚀剂。然后，执行曝光、显影和干法蚀刻，由此在第二基板20上形 成第二框架部分23和第二结构体8。在本实施例中，形成具有通过空间部分和结构部分的 重复而形成的、面内周期比可见光的波长短的线结构的结构体8。但是，不用说，第二结构 体不限于本实施例的第二结构体，而是可以设想各种形式。例如，只要在基板20上的、被在 基板20上形成的框架部分23包围的空间部分中形成第二结构体，那么可以仅以一层第二 结构体8形成第二结构体，或者，可由三层或更多层层叠的结构体形成第二结构体。并且， 可以根据设计，以线图案(线结构)、孔图案(孔结构)或点图案(点结构)形成第二结构 体。(形成其中空间部分被密封并被减压的光学元件的步骤)然后，在真空室中制备构图的第一光学部件和第二光学部件。如图4C所示，为了 清洗和活性化第一光学部件和第二光学部件，可通过使用离子束枪11等来照射氩离子束。 顺便说一句，优选地，施加的电压和离子束枪11的照射时间分别为30 600V和约30秒 1小时。在这种情况下，使用氩离子束作为清洗和活性化手段。作为替代方案，可以通过其 它的等离子体、原子团束、原子束、激光或灯来执行清洗和活性化，并且，在这种情况下也可 以获得类似的结果。作为气体类型，可以有效地使用其它的惰性气体、氧气或二氧化碳。然后，在图4D所示的步骤中，第一光学部件和第二光学部件被布置为使得第一光 学部件的框架部分3和第二光学部件的框架部分23在约IOe-IPa 10e-7Pa的真空室中 彼此相对。然后，与框架部分3对应的、在用轮廓线箭头指示的部分附近的部分被加压和加 热，第一光学部件的框架部分3和第二光学部件的框架部分23相互接合，并且，空间部分4 被真空密封，结果形成光学元件14。顺便说一句，优选地，分别以0. lN/mm2 100N/mm2和 以200°C 400°C执行加压和加热。(使结构体和第二光学部件相互接触的步骤)然后，在图4E所示的步骤中，光学元件14被暴露于大气中。这里，当光学元件14被暴露于大气中时，由于大气压力和在减压环境下被密封的 空间部分内的压力之间的差压，导致第一光学部件的结构体7和第二光学部件相互附着。 在本实施例中，导致第一光学部件的结构体7和第二光学部件的第二结构体8相互附着和 固定。通过空间部分的压力和大气压力之间的差压，第二结构体8被均勻地按压在结构体 7的上表面(与第二结构体8的接触表面)上，由此负载不集中于一个部分上。因此，结构 体不受损。另外，由于第二结构体8被均勻地按压，因此，在结构体7的上表面(与第二光 学部件的接触表面)和第二结构体8之间几乎不产生非接触部分，由此，光学元件14表现出优异的作为光学元件的性能。优选地，结构体7和框架部分3的上表面(与第二光学部件的接触表面)与第二 结构体8之间的接触处于光学接触中。这里使用的术语“光学接触”指的是这样的状态，在 所述状态下，对表面中的分子发生相互作用，以使所述分子稳定化为内部分子，并且所述表面被接合。空间部分被减压，由此在结构体7和第二结构体8之间几乎不存在空气。因此， 更容易地获得光学接触。此外，优选地，在结构体6和结构体7之间、在结构体6和框架部分3与基板1之 间、以及在结构体8和框架部分23与基板20之间获得光学接触。以相同的方式，空间部分 被减压，并且，在结构体之间以及在结构体和基板之间几乎不存在空气，由此更容易地获得 光学接触。此外，通过加热光学元件14，结构体7的上表面和第二光学部件(第二结构体8) 可以紧密地相互接合，使得可进一步提高其强度。当以这种方式形成光学元件时，可以避免由于入射光的全反射导致的光损失。当 在各组件之间获得光学接触时，可以实现效率更高的透射型微光学元件。下面，描述根据第二实施例制造的根据第二实施例的光学元件。在第一光学部件 中，在基板1上形成框架3以及在被框架部分3包围的空间部分中形成的结构体6和结构 体7。框架部分3、结构体6和结构体7由电介质膜制成，所述电介质膜主要包含选自钛氧 化物、铌氧化物、锆氧化物、铝氧化物、钇氧化物、铪氧化物、钽氧化物和硅氧化物中的至少 一种氧化物。在本实施例中，形成具有通过空间部分和结构部分的重复而形成的、面内周期 比可见光的波长短的线结构的结构体6。在其上形成具有在与结构体6的线结构垂直的方 向上的线结构的结构体7。但是，不用说，结构体不限于本实施例的那些结构体，而是可以设 想各种形式。例如，只要在基板1上的、被在基板1上形成的框架部分3包围的空间部分中 形成结构体，那么所述结构体可以仅以一层结构体6形成，或者，所述结构体可以是以三层 或更多层形成的层叠结构体。此外，结构不限于线结构，而是可以根据设计，以线图案(线 结构)、孔图案(孔结构)或点图案(点结构)形成结构体。在本实施例中，在第二光学部件中，在由光学玻璃等制成的第二基板20上形成第 二框架部分23和第二结构体8。第二框架部分23和第二结构体8由电介质膜形成，所述电 介质膜主要包含选自钛氧化物、铌氧化物、锆氧化物、铝氧化物、钇氧化物、铪氧化物、钽氧 化物和硅氧化物中的至少一种氧化物。在本实施例中，第二结构体8具有通过空间部分和 第二结构体8的重复而形成的、面内周期比可见光的波长短的线结构。但是，不用说，结构 体不限于本实施例的结构体，而是可以设想各种形式。例如，只要在基板20上的、被在基板 20上形成的框架部分23包围的空间部分中形成结构体，那么结构体可由具有两层或更多 层的层叠的多个结构体形成。此外，结构不限于线结构，而是可以根据设计，以线图案(线 结构)、孔图案(孔结构)或点图案(点结构)形成该结构。空间部分4被减压，由此，结构 体的上表面(与第二光学部件的接触表面)紧密地与第二光学部件粘接。优选地，光学元 件为处于光学接触中的光学元件。术语“光学接触”指的是这样的状态，在所述状态下，对 表面中的分子发生相互作用，以使所述分子稳定化为内部分子。空间部分被减压，由此在结 构体7和第二结构体8之间几乎不存在空气。因此，更容易地获得光学接触。还优选地在 结构体6与结构体7之间、在结构体6和框架部分3与基板1之间、以及在结构体8和框架部分23与基板20之间获得光学接触。在结构体8和框架部分23与基板20之间也几乎不 存在空气，由此更容易地获得光学接触。如上所述，形成在结构体和基板之间几乎不存在空 气的光学元件避免了由于入射光的全反射而导致的光损失。此外，各部件处于光学接触中， 结果可以实现更高效率的透射型微光学元件。

已通过相应的实施例描述了本发明。本发明适用于照相机、投影仪、光学拾取或光 学通信等领域中的透射型微光学元件。如上所述，通过根据第一和第二实施例的配置，在光学玻璃基板上形成框架部分， 并且，通过框架部分执行与第二光学部件的接合，结果在减压状态下密封空间部分。然后， 光学元件被暴露于大气中，结果，由于大气压力和真空密封的空间部分内的压力之间的差 压，可以使第一光学部件的结构体的上表面与第二光学部件以均勻的压力接触，并且与第 二光学部件紧密地粘接。另外，可以减少存在于结构体的上表面和第二光学部件之间的空 气，并由此可以更容易地获得光学接触。因此，可以消除接合表面上出现的光反射，这使得 能够显著地改善光损失。此外，当使第一光学部件和第二光学部件相互接合时，为了清洗和活性化第一和 第二光学部件，照射能量波，由此第一光学部件和第二光学部件有效地相互接合。此外，光 学元件被暴露于大气中，并且，结构体和光学部件在相互接触之后被加热。因此，结构体和 光学部件可紧密地相互接合，这进一步提高光学元件的强度。(例子)以下描述本发明的例子。(例子1)在例子1中，实施应用根据第一实施例的光学元件的制造方法的例子。首先，在光 学玻璃基板上形成钛氧化物(TiO2)膜，进一步在其上涂敷抗蚀剂以制备基板。然后，执行 曝光、显影和干法蚀刻，由此在光学玻璃基板上形成框架部分和具有56nm的线、84nm的空 间和140nm的间距的线状(linear)结构体。然后，包含框架部分和结构体的第一光学部件 与由玻璃基板形成的第二光学部件被制备并被放在真空室中。然后，为了清洗和活性化光 学玻璃基板1上的包含框架部分和结构体的第一光学部件和第二光学部件的表面，通过使 用离子束枪，以200V照射氩离子束10分钟。然后，在约10e-5Pa的真空室中，在第一光学 部件上设置第二光学部件，并且，使框架部分和第二光学部件相互接合，由此通过空间部分 的真空密封而形成光学元件。然后，在沿诸如图3C中的轮廓线箭头指示的方向、以5N/mm2 对框架部分3加压的状态下，以250°C的温度执行加热1小时，并且，第一基板的框架部分3 与第二基板相互接合，结果，空间部分4被真空密封。然后，光学元件被暴露于大气中。顺 便说一句，在本例子中是在不同的真空室中执行活性化和真空密封，但是，当在同一室中或 在连贯的(consistent)真空步骤中执行活性化和真空密封时，重现性(r印roducibility) 得到提高。然后，用由SF6的光学玻璃制成的45°棱镜夹住如此获得的光学元件，并评价其在 可见光范围中的反射率(reflectance)。评价表明，入射光的反射率被显著地降低。在结构 体和第二光学部件之间存在间隙的状态下，入射光被全反射，由此确认，在根据本例子的光 学元件中，结构体的上表面与第二光学部件的玻璃基板是没有间隙地接触的。另外，确认结 构体的下表面与第一光学部件的光学玻璃基板也是没有间隙地接触的。
(例子2)在例子2中，实 施在根据例子1的光学元件的制造方法中添加清洗和活性化表面 的步骤、用氢氟酸进行接合的步骤、以及通过加热和加压来进行接合的步骤的应用的例子。首先，在光学玻璃基板上形成具有非晶(amorphous)结构的钛氧化物(Ti02)膜， 并进一步在其上涂敷抗蚀剂以制备基板。然后，执行曝光、显影和干法蚀刻，以由此在光学 基板上形成框架部分和具有56nm的线、84nm的空间和140nm的间距的线状结构体。然后，制 备构图的第一光学部件和第二光学部件并将它们放在相应的真空室中。然后，为了清洗和 活性化光学玻璃基板上的包含框架部分和结构体的第一光学部件和第二光学部件的表面， 通过使用离子束枪，以200V照射氩离子束10分钟。然后，制备包含框架部分和结构体的第 一光学部件与第二光学部件并将它们放在真空室中。然后，为了溶解光学玻璃基板1上的 包含框架部分和结构体的第一光学部件的框架部分，通过等离子体射流(jet)用氢氟酸照 射框架部分。氢氟酸等离子体射流的排出条件如下微波频率为2. 45GHz ；功率为50W ；所 用气体的流速为SF6/Ar = 50/400 (SCCM)。作为真空室的背景，填充包含N2和H2O的空气， 并且，真空室被减压到10e+5Pa。然后，在约10e_5Pa的真空室内，第二光学部件被设置在其框架部分已被氢氟酸 溶解了的第一光学部件上。然后，与第一光学部件的框架部分对应的部分在从第二光学部件上方沿诸如由图 3C中的轮廓线箭头指示的方向以0. lN/mm2被加压的状态下以250°C被加热1小时，第一光 学部件的框架部分和第二光学部件相互接合，并且，空间部分被真空密封，由此，光学元件 被形成。然后，光学元件被暴露于大气中，由此结构体和第二光学部件相互接触。顺便说一 句，在本例子中是在不同的真空室中执行活性化步骤、溶解步骤和真空密封的，但是，当在 同一室中或在连贯的真空步骤中执行这些步骤时，重现性得到提高。然后，用由SF6的光学玻璃制成的45°棱镜夹住如此获得的光学元件，并且，评价 其在可见光范围中的反射率。评价表明，入射光的反射率被显著地降低。入射光在结构体5和光学玻璃基板2之间存在间隙的状态下被全反射，由此确认， 在根据本例子的光学元件中，结构体的上表面与基板没有间隙地接触。另外，确认结构体的 下表面也与上述的光学玻璃基板没有间隙地接触。(例子3)在例子3中，实施根据第二实施例的光学元件的制造方法的应用例子。首先，在光学玻璃基板上形成框架部分和具有56nm的线、84nm的空间和140nm的 间距的线状结构体。然后，框架部分和具有IlSnm的线、22nm的空间和140nm的间距的线状 结构体在它们的线方向相互垂直的状态下被层叠于其上，由此形成第一光学部件。然后，在光学玻璃基板上，形成包含框架部分和具有56nm的线、84nm的空间和 140nm的间距的线状结构体的第二光学部件。通过使用光刻法和干法蚀刻来执行构图。对 于框架部分和结构体的材料来说，使用钛氧化物(TiO2)然后，第一光学部件和第二光学部件被放在真空室中。然后，为了清洗和活性化第 一光学部件和第二光学部件，用离子束枪以200V照射氩离子束10分钟。
然后，在约10e_5Pa的真空室中，第二光学部件被设置在第一光学部件上，使得各 基板的框架部分3彼此相对，即，第一光学部件的框架部分和第二光学部件的框架部分彼 此相对。然后，在沿诸如由图4D中的轮廓线箭头指示的方向从第二光学部件上方对与框 架部分对应的部分加压的状态下，以250°C执行加热1小时，由此，第一光学部件和第二光 学部件的框架部分相互接合，并且，空间部分被真空密封，使得形成光学元件。然后，光学元件被暴露于大气中，由此，第一光学部件的结构体和第二光学部件的 结构体相互接触。在本例子中是在不同的真空室中执行活性化步骤和真空密封的，但是，可 以在同一室中或在连贯的真空步骤中执行这些步骤，由此提高重现性。顺便说一句，上述光 学元件被设计为适用于偏振光束分离器。然后，用由SF6的光学玻璃制成的45°棱镜夹住如此获得的光学元件的样品，并 且，评价其偏光特性。顺便说一句，接合被执行为使得与基板接触的结构体的线方向与棱镜 的倾斜表面平行。作为结果，获得具有高的偏振特性的偏振光束分离器。图5是示出其测量 数据的图示。在图5中，横轴表示波长，纵轴表示透射率，虚线15表示P波的偏振透射率， 实线16表示S波的偏振透射率。从图5可以看出，只有P波有效地通过偏振光束分离器。确认在根据本例子的光学元件中第一光学部件和第二光学部件没有间隙地相互 接触。此外，表明在基板和结构体的下表面中，第一光学部件和第二光学部件也没有间隙地 相互接触。(比较例1)描述例子3的比较例。以与在例子3中制造的光学元件的形状相同的形状制造包含部分不同的制造步 骤的样品。步骤的不同在于接合步骤。比较例1中制造的光学元件是在大气中被接合并以大气压力被密封的样品，并 且，它的一个目的是比较真空密封的光学元件和大气压力密封的光学元件之间的偏振特 性。然后，关于例子3，用由SF6的光学玻璃制成的45°棱镜夹住样品，并且，评价其偏振特 性。作为结果，引起全反射，并且，P波和S波的透射率均为0%。(例子4)在例子4中，描述配置例子，在该配置例子中，光学元件被暴露于大气中，然后光 学元件被加热，由此使第二光学部件在其框架部分和结构体的上表面中与第一光学部件紧 密地接合。在本例子中，制备在例子1 3中获得的光学元件，并以大气压力、以300°C对这些 光学元件加热1小时。然后，所述光学元件中的每一个被切割，并且，观察其第一光学部件 和第二光学部件的接触部分。作为结果，确认在切割之后，第一光学部件和第二光学部件的接触部分继续相互接合。由上面可以揭示，例子1 3中描述的第一光学部件和第二光学部件之间的接触 部分可通过加热而相互接合。作为接合的结果，元件的强度被显著地提高。虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例 性实施例。
本申请要求在2008年5月26日提交的日本专利申请No. 2008-136579和在2009 年5月25日提交的日本专利申请No. 2009-125288的权益，在此通过引用方式将其全部内 容并入本文。
权利要求
1.一种光学元件制造方法，包括在基板上形成框架部分，以及在被所述框架部分包围的空间部分中形成结构体，以由 此形成第一光学部件；在减压环境中，在所述第一光学部件上设置第二光学部件，以形成在减压状态下密封 所述空间部分的光学元件；以及将所述光学元件暴露于大气中，由此通过大气和在减压状态下被密封的所述空间部分 之间的差压而使所述结构体和所述第二光学部件相互紧密接触。
2.根据权利要求1的光学元件制造方法，其中，所述结构体和所述第二光学部件通过 紧密接触而成为光学接触状态。
3.根据权利要求1的光学元件制造方法，还包括在第二基板上形成第二框架部分，并 且在被所述第二框架部分包围的第二空间部分中形成第二结构体，以由此形成所述第二光 学部件。
4.根据权利要求1的光学元件制造方法，其中，形成在减压状态下密封所述空间部分 的光学元件包括在所述第一光学部件上设置所述第二光学部件之前，用能量波照射所述 第一光学部件和所述第二光学部件中的至少一个，以清洗和活性化其表面。
5.根据权利要求1的光学元件制造方法，其中，形成在减压状态下密封所述空间部分 的光学元件包括使所述框架部分的与所述第二光学部件的接触表面的至少一部分暴露于 氢氟酸或氢氟酸气体中以被溶解，然后设置所述第二光学部件。
6.根据权利要求1的光学元件制造方法，还包括在使所述结构体和所述第二光学部 件相互紧密接触之后，加热所述结构体和所述第二光学部件之间的接触部分。
7.一种光学元件，包括第一光学部件，具有在基板上形成的框架部分，并且具有在被基板上的所述框架部分 包围的空间部分中形成的结构体；以及第二光学部件，被设置在所述第一光学部件上，以便密封所述空间部分，其中，所述空间部分被减压。
8.根据权利要求7的光学元件，其中，所述结构体和所述第二光学部件处于光学接触 状态。
9.根据权利要求7的光学元件，其中，所述结构体具有面内周期比可见光的波长短并 且通过空间部分和结构部分的重复而形成的结构。
10.根据权利要求7的光学元件，其中，所述第二光学部件具有在第二基板上形成的第 二框架部分并具有在被第二基板上的所述第二框架部分包围的第二空间部分中形成的第 二结构体，以及其中，所述第二结构体具有面内周期比可见光的波长短并且通过空间部分 和结构部分的重复而形成的结构。
11.根据权利要求10的光学元件，其中，用所述第一光学部件的框架部分和所述第二 光学部件的第二框架部分对空间部分进行密封。
全文摘要
提供一种光学元件的制造方法，该方法包括在基板上形成框架部分并在被框架部分包围的空间部分中形成结构体，以由此形成第一光学部件；在减压环境中，在第一光学部件上设置第二光学部件，以形成在减压状态下密封空间部分的光学元件；以及将光学元件暴露于大气中，由此通过大气和在减压状态下被密封的空间部分之间的差压来使结构体和第二光学部件相互紧密接触。因此，能够在接合光学元件时抑制光学元件在接合中的损坏并进一步在不使用粘接剂的情况下提高光学元件的功能和强度。
文档编号G02B5/30GK102037386SQ20098011883
公开日2011年4月27日 申请日期2009年5月26日 优先权日2008年5月26日
发明者寺田顺司, 岩片政秀, 荒井一浩 申请人:佳能株式会社