特許 5902389 耐性を有し、無機的で、吸収性を有する紫外線グリッド偏光素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5902389

(24)【登録日】2016年3月18日

(45)【発行日】2016年4月13日

(54)【発明の名称】耐性を有し、無機的で、吸収性を有する紫外線グリッド偏光素子

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/30 20060101AFI20160331BHJP

   G02B 5/22 20060101ALI20160331BHJP

【ＦＩ】

   G02B5/30

   G02B5/22

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2010-513282(P2010-513282)

(86)(22)【出願日】2008年3月3日

(65)【公表番号】特表2010-531467(P2010-531467A)

(43)【公表日】2010年9月24日

(86)【国際出願番号】US2008055685

(87)【国際公開番号】WO2009002573

(87)【国際公開日】20081231

【審査請求日】2010年5月17日

【審判番号】不服2014-26489(P2014-26489/J1)

【審判請求日】2014年12月25日

(31)【優先権主張番号】11/767,361

(32)【優先日】2007年6月22日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】501218636

【氏名又は名称】モックステック・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100075270

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100101373

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 茂雄

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(72)【発明者】

【氏名】ガードナー，エリック

(72)【発明者】

【氏名】ワン，ビン

(72)【発明者】

【氏名】デーヴィス，マーク

(72)【発明者】

【氏名】ドレッジ，ジョン・ディー，ジュニアー

【合議体】

【審判長】 藤原 敬士

【審判官】 鉄 豊郎

【審判官】 樋口 信宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２０７６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１１６３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０１８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３２８２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００４５７９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／１２３２７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００８−５０２９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−５８１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２５８６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２９７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３３０１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２８０８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

G02B 5/22

G02B 5/30

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射する紫外線ビームを偏光して互いに直交する偏光配向に分離し、該偏光配向の一つを吸収するように構成された偏光機器であって、
ａ）基体と、
ｂ）前記基体の上側に配設された少なくとも２つの層のスタックと、
を備え、
ｃ）前記少なくとも２つの層の各々は、無機的であると共に誘電性を有する材料で形成され、
ｄ）前記少なくとも２つの層において隣接する層は、各々異なる屈折率を有し、
ｅ）前記少なくとも２つの層のうちの少なくとも１つの層は、１６０ｎｍよりも短い周期を有する平行リブの配列で、構造性複屈折層を形成し、前記平行リブの配列において隣り合うリブの間でギャップが介在しており、
ｆ）前記少なくとも２つの層の他方は、前記構造性複屈折層とは異なり、紫外スペクトルに対して光学的吸収性のある材料で形成されて吸収層を規定し、前記少なくとも２つの層の前記他方は、隣り合うリブの間に介在するギャップを備えて形成される、ことを特徴とする、偏光機器。

【請求項2】

前記構造性複屈折層は、二酸化ケイ素を含み、前記光学的吸収性材料は、二酸化チタンを含むことを特徴とする請求項１に記載の機器。

【請求項3】

前記構造性複屈折層の少なくとも１つは、少なくとも２つの構造性複屈折層を含み、前記光学的吸収性材料の吸収層は、前記少なくとも２つの構造性複屈折層の間に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の機器。

【請求項4】

前記少なくとも２つの層は、構造性複屈折層の層と、光学的吸収性材料の層とについての複数の交互の層であることを特徴とする請求項１に記載の機器。

【請求項5】

前記リブと、前記リブの間に画定されるギャップとの上に配設される第三の平坦化層を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の機器。

【請求項6】

前記機器は、一方の偏光配向を実質的に透過し、他の偏光配向を実質的に吸収することを特徴とする請求項１に記載の機器。

【請求項7】

前記機器は、２０：１よりも大きい透過コントラスト比と、３０％よりも大きい透過効率を有することを特徴とする請求項１に記載の機器。

【請求項8】

前記光学的吸収性材料は、テルル化カドミウム、テルル化鉛、テルル、ケイ素、硫化カドミウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、及びそれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の機器。

【請求項9】

入射する紫外線ビームを偏光して互いに直交する偏光配向に分離し、該偏光配向の一つを吸収するように構成された偏光機器であって、
ａ）基体と、
ｂ）前記基体の上側に配設された少なくとも２つの層のスタックと、
を備え、
ｃ）前記少なくとも２つの層の各々は、無機的であると共に誘電性を有する材料で形成され、
ｄ）前記少なくとも２つの層において隣接する層は、各々異なる屈折率を有し、
ｅ）前記少なくとも２つの層は、１６０ｎｍよりも短い周期を有する平行リブの配列で構造性複屈折層を形成し、前記平行リブの配列において隣り合うリブの間でギャップが介在しており、各リブは、
i）紫外スペクトルに対して光学的非吸収性を有する材料で形成された透過層と、
ii）紫外スペクトルに対して光学的吸収性を有する材料で形成された吸収層と、
を有することを特徴とする、偏光機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、無機的で、誘電体の吸収性グリッド偏光素子に関し、特に、電磁スペクトルの紫外線（ＵＶ）部分で使用されるような偏光素子に焦点を当てたものである。

【背景技術】

【0002】

光を偏光し、又は光の各直交偏光配向を分離するために、各種の偏光素子又は偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）が開発されてきている。MacNeilleのＰＢＳは、高屈折率立方
体の対角線に沿って設けられた薄膜インターフェースでのブルースター角の振る舞いの達成を基礎としている。かかるMacNeilleのＰＢＳは、収差は発生しないが、許容角が狭く
、費用及び重量がかなりのものである。かかる機器は、ガラス及び薄膜の適切な選択により、電磁スペクトルの赤外から可視を介して紫外領域まで機能するように製造することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

他のタイプの偏光素子は、スペクトルの可視及び赤外部分で利用できるものであり、それには、長鎖重合体偏光素子、ワイヤーグリッド偏光素子、Glan Thompson結晶偏光素子
等がある。しかしながら、スペクトルの紫外（ＵＶ）部分、とりわけ、約３５０ｎｍ未満の波長、については、有能で高性能な偏光素子の同様の十分な供給がなかった。

【0004】

このように有能な偏光素子が不足していることにより、可視及び赤外（ＩＲ）と比較して、偏光ＵＶ光の、科学、技術、及び工業での応用は制限されていた。しかしながら、半導体の製造、フラットパネル液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の製造等の工業プロセスにおいて増加しつつあるＵＶ照射の応用をサポートするために、ＵＶ偏光素子の必要性は、重大事項となってきている。いくつかのＵＶ照射プロセスにおいて必要とされているような種類の偏光素子は、合理的な許容角を有していなければならず、概ね２０：１より大きい透過コントラスト比と、所望の偏光に対する約３０％を超える透過効率とを示すことができなければならず、また、高強度環境においても有益な期間（少なくとも１−２か月）活用できるものでなければならない。偏光素子は、使用すべき最も有効な光学的配置が可能となるプレート形態のような利便性のある形成因子を有していることが望ましい。可視スペクトルでのかかる性能レベルは、ワイヤーグリッド偏光素子技術又はいくつかの他の偏光技術により満たされるであろうが、ＵＶ領域においては、低い性能要求でさえ満たすことは驚くほど困難であることが分かっている。

【0005】

この要求に対する１つの解決策は、一連のガラス板を組み付け、その積み重ねをＵＶ照射に対してブルースター角で配置することにより形成されるパイルオブプレーツ偏光素子を使用し、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射することにより偏光ビームを生成するということであった。このアプローチにより、所望の光学的効率とコントラスト比が得られるが、それは法外に高価で嵩張り、よって実用的な解決策ではなかった。

【0006】

可視及び赤外に使用される商業的に得られるものと類似のアルミナ製ワイヤーグリッド偏光素子がこの要求を満たす役目を果たすと考えられてきた。しかしながら、ワイヤーグリッド技術における現在の技術では不十分であることが経験から分かっている。いくつかの製造者からの概ね１００ｎｍまで下がったグリッド周期を有するワイヤーグリッド偏光素子が、２４０ｎｍと３００ｎｍの間のＵＶ応用領域において試験されたが、上述の全ての要求は満たすことができなかった。特に、それらは、有用期間に渡って所望のコントラストレベルを呈することができなかった。基本的な問題は、グリッド周期と比較して波長
が短い（２５０ｎｍにおいて僅か２．５：１の比）ということにあるようであるが、このことは、コントラスト及び透過性能や、偏光素子がその偏光機能をほとんど失ってしまうような、グリッド内のアルミナ金属配線が酸化アルミナ配線に素早く（例えばせいぜい２，３時間）変わってしまうような工業的ＵＶ環境の苛酷さに対して否定的な衝撃を与える。

【0007】

他の提案は、単純にワイヤーグリッド偏光素子の近くに分離した吸収層を加えるか、ワイヤーグリッド偏光素子に吸収層を被膜することである。７，２０６，０５９参照。しかし、かかる偏光素子は、配線を使用している。

【0008】

Glan Thompson Alpha BBOのような他のＵＶ偏光素子は、科学分野での応用では満足の
いくものであるが、光学的効率及び許容角についての要求を満たすことができず、工業的応用においては、法外に高価なものとなってしまった。従って、今日では、ＵＶ光の工業的応用での要求を満たす、完全に許容できて実用的なＵＶ偏光素子は、存在していない。

【0009】

約２０：１を超える透過及び／又は反射におけるコントラストを有し、合理的な許容角を有し、十分な期間、ＵＶ光固有の、より高いエネルギーの光子を有し、プレート形態のような合理的な物理的形態を有し、工業的プロセスでの応用で合理的な費用で製造できるような偏光素子又は偏光ビームスプリッターを開発することは有益であることが認識されている。加えて、アルミナのような金属の酸化や、強いＵＶ環境による、重合体のような有機材料の破壊を防止するために、無機的であり、誘電体特性を有する偏光素子を開発することは有益であることが認識されている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、吸収性、紫外域、無機的及び誘電性グリッド偏光機器を提供する。少なくとも２つの層のスタックが、基体の上側に配設されている。少なくとも２つの層の各々は、無機的であると共に誘電性を有する材料で形成されている。少なくとも２つの層の隣接層は、異なる屈折率を有している。少なくとも２つの層のうちの少なくとも１つは、概ね４００ｎｍよりも短い周期を有する不連続な平行リブの配列で、構造性複屈折層を形成している。少なくとも２つの層の他方は、構造性複屈折層とは異なり、紫外スペクトルに対して光学的吸収性のある材料で形成されて吸収層を不連続に規定している。

【0011】

他の様相では、本発明は、基体の上側に配設された少なくとも２つの層のスタックを伴った吸収性、紫外域、無機的及び誘電性グリッド偏光機器を提供する。少なくとも２つの層の各々は、無機的であると共に誘電性を有する材料で形成されている。少なくとも２つの層の隣接層は、異なる屈折率を有している。少なくとも２つの層は、概ね４００ｎｍよりも短い周期を有する不連続な平行リブの配列で構造性複屈折層を形成し、各リブは、紫外スペクトルに対して光学的非吸収性を有する材料で形成された透過層と、紫外スペクトルに対して光学的吸収性を有する材料で形成された吸収層と、を有している。

【0012】

他の様相によれば、本発明は、基体の上側に配設された少なくとも２つの層のスタックを伴った吸収性、紫外域、無機的及び誘電性グリッド偏光機器を提供する。スタックの各層は、無機的であると共に誘電性を有する材料で形成されている。スタックの隣接層は、異なる屈折率を有している。スタックの全ての層は、概ね４００ｎｍよりも短い周期を有する不連続な平行リブの配列で構造性複屈折層を形成している。周期と異なる屈折率により、スタックは、入射紫外線ビームを実質的に偏光して２つの直交偏光配向に分離し、それらの偏光の１つを透過又は反射する。スタックの各層の少なくとも１つは、紫外スペクトルに対して光学的吸収性を有する材料で形成され、それらの偏光配向の他方を実質的に吸収する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

本発明の更なる特徴及び利点が、添付の図面と共に、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。添付図面はいずれも発明の特徴を例示で表すものである。

【図1a】図１ａは、本発明の一実施形態による吸収性、無機的及び誘電体のグリッド偏光素子の側方断面図である。

【図1b】図１ｂは、図１ａの偏光素子の例の走査電子画像である。

【図1c】図１ｃは、図１ａの偏光素子の（理論的に算出された）期待性能のグラフである。

【図1d】図１ｄは、Ｎｂ２０５で形成されたリブを有した図１ａの偏光素子の（理論的に算出された）期待性能のグラフである。

【図1e】図１ｅは、１００ｎｍの周期を有するリブを有した図１ａの偏光素子の（理論的に算出された）期待性能のグラフである。

【図1f】図１ｆは、図１ａの偏光素子の実際の性能のグラフである。

【図2】図２は、本発明の他の実施形態による他の吸収性、無機的及び誘電体のグリッド偏光素子の側方断面図である。

【図3a】図３ａは、本発明の他の実施形態による他の吸収性、無機的及び誘電体のグリッド偏光素子の側方断面図である。

【図3b】図３ｂは、図３ａの偏光素子の（理論的に算出された）期待性能のグラフである。

【図4a】図４ａは、本発明の他の実施形態による他の吸収性、無機的及び誘電体のグリッド偏光素子の側方断面図である。

【図4b】図４ｂは、図４ａの偏光素子の（理論的に算出された）期待性能のグラフである。

【図5a】図５ａは、本発明の他の実施形態による他の吸収性、無機的及び誘電体のグリッド偏光素子の側方断面図である。

【図5b】図５ｂは、図５ａの偏光素子の例の走査電子画像である。

【図5c】図５ｃは、図４ａの偏光素子の（理論的に算出された）期待性能のグラフである。

【図6】図６は、本発明の他の実施形態による他の吸収性、無機的及び誘電体のグリッド偏光素子の側方断面図である。

【図7】図７は、図１ａの偏光素子を作製する方法の概略図である。

【図8】図８は、本発明の一実施形態による、図１ａの偏光素子を使用した紫外線露光システムの概略図である。

【0014】

図面内の各種特徴は、明確化のために誇張されている。

【0015】

以下、図面に表された実施形態を参照するが、ここでは、その実施形態を記述するために具体的な言語が使用される。しかしながら、それにより発明の範囲を限定することを意図するものではない、ということが理解されるであろう。

【発明を実施するための形態】

【0016】

定義
語句、誘電体は、ここでは、とりわけ金属酸化物、金属窒化物、金属フッ化物、又は他の同様の材料である非金属光学材料を意味するように使用される。加えて、グラファイト、ダイヤモンド、ガラス状炭素等の各種形態の炭素が、本発明の範囲にある誘電体である。

【0017】

説明
上述のように、特に紫外（ＵＶ）応用領域のための改良された偏光素子の必要性が認識されてきた。ワイヤーグリッド偏光素子のような無機偏光素子でさえ、ＵＶスペクトルに
おけるこの特別な必要性を満たすことに成功しなかったのであるから、ＵＶスペクトルで固有に働くものの、電磁スペクトルの他の領域において関連しない、又は有益でないような偏光素子を開発するために、応用での要求を調べることは有益である。特に、いくつかのＵＶでの応用におけるコントラスト比及び透過効率について要求は、可視又は赤外（ＩＲ）スペクトルにおける応用機器についての性能の許容レベルとして考えられているものよりもかなり低いことに注意すべきである。このことにより、より創造的なアプローチを使用する可能性が開かれており、全ての光学的効率に渡る強い否定的な影響のために可視又はＩＲでの応用ではとりわけ考慮されていない、吸収性の材料をも含めて検討することが可能であろう。

【0018】

図１ａ及び１ｂに描かれているように、吸収性、無機的及び誘電体のグリッド偏光素子が、本発明による一実施形態において、一般記号１０で示されている。偏光素子１０は、入射ＵＶ光ビーム（“ＵＶ”で示される）を実質的に偏光して、実質的に分離した直交偏光配向に分け、その偏光の１つを実質的に吸収するように構成されている。例えば、図１ａに示すように、その偏光素子は、ｐ偏光配向を有したＵＶ光のような１つの偏光配向を透過し、ｓ偏光配向を有したＵＶ光のような他の偏光配向を吸収するように構成されている。ｓ偏光配向は、以下に記述のように、偏光素子のリブに平行に向いている一方、ｐ偏光配向は、リブに対して直交に、又は垂直に向いている。かかる偏光素子１０は、半導体の製造、フラットパネル液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の製造等に分野で利用できる。

【0019】

偏光素子１０は、各層を担持又は支持する基体２２の上側に配設された膜層１８ａ及び１８ｂのスタック１４を有している。スタック１４は、少なくとも２層を含んでおり、少なくとも１つが、紫外スペクトルに関し、透過性の、又は非光学的吸収性の層１８ａであり、少なくとも１つが光学的吸収性の層１８ｂである。透過層１８ａは、基体上に直接配設されるか、又は吸収層１８ｂよりも基体の近くに位置付けされるので、透過層は、吸収層と基体の間に配設されることとなる。層１８ａ及び１８ｂは、無機的な誘電体材料で形成される。偏光素子の無機的な誘電体材料により、酸化のような、ＵＶビームによる劣化に対して耐性を有している。加えて、基体２２も、石英ガラスのような、無機的な誘電体材料で形成されているので、ＵＶ光による基体の劣化が更に防止される。従って、偏光素子全体が無機的な誘電体であり、無機的な誘電体材料のみで形成される。

【0020】

透過層１８ａは、少なくともＵＶスペクトル領域で光学的透過性を有する材料で形成される。同様に、基体は、ＵＶスペクトル領域で光学的透過性を有する材料で形成される。

【0021】

少なくとも透過層１８ａは、グリッド３２を規定する不連続な平行リブ３０の配列を伴った構造性複屈折層２６を形成している。リブ３０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）のような無機的な誘電体材料で形成されている。ある面では、リブ３０は、ＵＶビームの波長よりも短い、つまり４００ｎｍよりも短い周期Ｐを有している。他の面では、リブ３０又はグリッド３２は、ＵＶビームの波長の半分よりも短い、つまり２００ｎｍよりも短い周期Ｐを有している。他の面では、リブ又はグリッドは、１６０ｎｍよりも短い周期Ｐを有している。リブ３０の構造（周期、幅、厚さ、及び隣接層の異なる屈折率）は、ＵＶビームと相互に作用し、実質的にＵＶビームを２つの直交する偏光配向に偏光している。ある面では、後に記述のように、グリッド３２は、ｐ偏光配向のような、偏光配向の１つを実質的に透過する一方、ｓ偏光配向のような他の偏光配向は、実質的に吸収される。あるいは、グリッドは、ｓ偏光配向を実質的に反射する一方、ｐ偏光配向は、実質的に吸収される。

【0022】

吸収層１８ｂは、二酸化チタンのような、ＵＶスペクトル領域についての光学的吸収材料を含んでいる。従って、吸収層１８ｂは、ｓ偏光配向のような、ＵＶビームの偏光配向の１つを実質的に吸収する。吸収層１８ｂは、グリッド３２の一部を形成する平行リブ３０の並列により不連続とすることができる。吸収層１８ｂをグリッド３２として形成することにより、後により詳細に記述するように、製造者は、全ての層を一回でエッチングすることが可能となる。吸収層の光学的吸収材料は、テルル化カドミウム、ゲルマニウム、テルル化鉛、酸化ケイ素、テルル、二酸化チタン、ケイ素、硫化カドミウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、及びそれらの組合せを含む。

【0023】

各層又はグリッドの材料は、屈折率ｎ又は有効屈折率を有している。各隣接層又はグリッドは、異なる屈折率（ｎ_１≠ｎ_２）又は異なる有効屈折率を有している。加えて、第一層１８ａは、基体２２の屈折率ｎ_ｓとは異なる屈折率ｎ_１を有している（ｎ_１≠ｎ_ｓ）。層のスタックは、２つの屈折率、２つの厚さ（異なってもよいし異なっていなくてもよい）、及び２つの材料を有する２つの層による基本パターンを有しており、それらの材料の１つは、ＵＶスペクトルの特定注目領域において光学的吸収性を呈している。この基本パターンが繰り返されれば、１つより多い層対の構造が形成される。連続的光学薄膜材料（図示せず）でできた他の層が、その層対の下に、又はその層対の上に加えられて、他の光学的な恩恵を提供できることに注意すべきである。

【0024】

加えて、各層の厚さは、ＵＶスペクトルの所望の特定範囲について、光学的性能（透過効率及びコントラスト比）を最適化するように製造できる。例えば、図１ａに示すように、透過層１８ａの厚さｔ_１は、吸収層１８ｂの厚さｔ_２により短い。

【0025】

スタック１４は、２つの膜層１８ａ−ｂで示されているが、スタックの膜層の枚数は、変えることができる。ある面では、スタックは、３枚から２０枚までの層を有することができる。２０枚に満たない層が、所望の偏光を達成できると信じられている。基体の上側のスタック内の全ての膜層の厚さは、２マイクロメーター未満である。

【0026】

２層膜は、不連続な平行リブ３０の配列を伴った構造性複屈折構造を形成している。リブは、扱われる波長よりも短いピッチ又は周期Ｐを有しており、ある面では、扱われる波長の半分よりも短いものを有している。ＵＶ光での応用（λ≒１００−４００ｎｍ）については、リブは、ある面では４００ｎｍ、他の面では２００ｎｍ、他の面では１６０ｎｍよりも短いピッチ又は周期を有している。従って、偏光素子１０は、入射ＵＶ光ビームを２つの直交偏光配向に分けるが、ｓ偏光配向を有する光（リブの長さ方向に対して平行に向いた偏光配向）は、いくらかのエネルギーが反射するもののほとんどが吸収し、ｐ偏光配向を有する光（リブの長さ方向に対して垂直に向いた偏光配向）は、いくらかのエネルギーが吸収されるものの多くが透過又は通過する。（無論、これらの２つの偏光の分離は、完全ではなく、損失や、反射及び／又は透過の望まれない偏光配向があるということが理解される。）加えて、光の波長の約半分よりも短いピッチを有したリブのグリッド又は配列は、（光の波長の約半分よりも長いピッチを有する）回折格子のようには働かない、ということに注意すべきである。従って、グリッド偏光素子は、回折を回避する。更に、かかる周期は、また、共鳴効果又は他の光学的変則を排除すると信じられている。

【0027】

図１ａに示すように、膜層の全ては不連続な平行リブ３０の配列を形成している。リブ３０は、介在する溝、ギャップ又はトラフ３４により分けられている。この場合、溝３４は、膜層１８ａ−１８ｂの双方を貫いて基体２２まで延びている。従って、各リブ３０は、２層で形成されている。加えて、全ての膜層は、構造性複屈折性を有している。後に議論するように、かかる構成は、製造し易い。

【0028】

リブ３０は、矩形で示されているが、無論、図１ｂに示すように、リブ及び溝３４は、他の各種形状をとることができると理解できる。例えば、リブ及びトラフは、台形、円形、部分正弦波形等とすることができる。

【0029】

溝３４は、空気（ｎ＝１）で満たされていても満たされていなくてもよい。あるいは、溝３４は、入射ＵＶ光に関して光学的透過性を有する材料で満たされていてもよい。

【0030】

ある面では、基体の上側のスタック内の全ての膜層の厚さは、１ミクロン未満である。従って、グリッド偏光素子１０は、薄く、小型の応用分野に向いている。

【0031】

膜層の複屈折特性や、隣接膜層同士が異なる屈折率を有することにより、グリッド偏光素子１０は、入射光の偏光配向を実質的に分離し、ｓ偏光配向を実質的に吸収したり反射し、ｐ偏光を許容量の吸収はあるものの実質的に透過又は通過させる、と信じられる。加えて、少なくとも各層の１つが入射ＵＶ光に対して吸収性を有する限り、膜層の数、膜層の厚さ、及び膜層の屈折率は、調整でき、それによりグリッド偏光素子の性能特性を変えることができる、と信じられる。

【0032】

図１ｃを参照すると、１２０ｎｍの周期を有する図１ａ及び１ｂの偏光素子１０の予測性能（具体的には透過率及びコントラスト比）が示されている。偏光素子１０は、２５０−３５０ｎｍの特定範囲に渡って４０％を超える透過率を有し、特に３１０ｎｍ以上は増加している。加えて、コントラスト比は、概ね２７０ｎｍの波長で、ピーク（３５０の値）となっている。図１ｅを参照すると、１００ｎｍの周期を有する図１ａ及び１ｂの偏光素子１０の予測性能が示されている。透過率は、３０％を超え、３００ｎｍ以上では増加している。加えて、コントラストは、２６０ｎｍでピークを有している。図１ｄを参照すると、Ｎｂ２０５で形成されたリブを有した図１ａ及び１ｂの偏光素子１０の予測性能が示されている。その偏光素子は、特定範囲２５０−３５０ｎｍに渡って４０％を超える透過率を有し、それは２９０ｎｍ以上で増加していることが分かる。加えて、コントラスト比は、２５０ｎｍの波長でピーク（４００を超える値）を有している。従って、特別な波長に偏光素子を合わせるために、異なる材料が選択されることが分かる。

【0033】

図２を参照すると、他の吸収性、無機的及び誘電体のグリッド偏光素子又は偏光ビームスプリッターが、本発明による一実施形態において、一般記号１０ｂで示されている。上記記述をここで援用する。また、偏光層１８ａ、リブ３０ｂ及びグリッド３２ｂは、基体２２ｂと一体的に形成されている。つまり、吸収層１８ｂを超えて基体に入り込んでエッチングされている。成膜される層がより少ないので、かかる偏光素子１０ｂは、製造がより容易である。従って、偏光素子は、基体２２ｂ自体に形成され、そこから延びた複数のリブを有している。膜層に形成された、又は膜層のスタック１４ｂに形成されたリブは、基体のリブの上に配設され、又は基体のリブにより担持されている。基体のリブは、膜層の溝と揃っている介在溝又はトラフを規定している。この構成によれば、基体の一部が構造性複屈折層を形成している。リブ又は溝は、上方の層をエッチングして更に進めて基体までエッチングすることにより形成される。

【0034】

図３ａを参照すると、他の吸収性、無機的及び誘電体のグリッド偏光素子又は偏光ビームスプリッターが、本発明による一実施形態において、一般記号１０ｃで示されている。上記記述をここで援用する。また、偏光素子１０ｃは、不連続層１８ａ−ｃのスタック１４ｃを有している。最上部と底部の層１８ｃ及び１８ａは、透過層であり、また、グリッド２６を規定する不連続なリブ３０の配列を伴った構造性複屈折層３２を形成している。吸収層１８ｂは、２つの偏光グリッドの間に配設されている。

【0035】

図３ｂを参照すると、図３ａの偏光素子１０ｃの予測性能を示されている。偏光素子１０ｃの性能は、図１ａの偏光素子１０のそれと類似であることが分かる。

【0036】

図４ａを参照すると、他の吸収性、無機的及び誘電体のグリッド偏光素子又は偏光ビームスプリッターが、本発明による一実施形態において、一般記号１０ｄで示されている。
上記記述をここで援用する。また、偏光素子１０ｄは、不連続層１８ａ−１８ｆを有しており、それによりグリッドを規定するリブ３０の配列を伴った構造性複屈折層３２を形成している。各層は、非吸収層１８ａ、１８ｃ及び１８ｅと吸収層１８ｂ、１８ｄ及び１８ｆとの間の交互の層となっている。

【0037】

図４ｂを参照すると、図４ａの偏光素子１０ｄの予測性能が示されている。透過率は、２５０−３５０ｎｍの範囲に渡って３０％を超えていることが分かる。加えて、コントラストは、２７０ｎｍの波長で、ピーク（１２０の値）となっている。

【実施例1】

【0038】

図１ａを参照すると、吸収性、無機的及び誘電体のグリッド偏光素子１０の第一非限定例が示されている。

【0039】

グリッド偏光素子１０は、基体２２の上側に配設された２つの膜層１８ａ及び１８ｂを有している。各膜層は、無機的な誘電体材料で形成されている。つまり、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）（２６６ｎｍにおいて、ｎ≒１．６、ｋ≒０）の層１８ａと、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）（２６６ｎｍにおいて、ｎ≒２．７、ｋ≒１．３）の層１８ｂである。２つの層は、それぞれ２０ｎｍ及び１３０ｎｍの厚さ（ｔ_１及びｔ_２）を有している。従って、スタック全体は、概ね１５０ｎｍの厚さ（ｔ_{ｔｏｔａｌ}）を有している。その薄膜層の双方は、不連続な平行リブ３０の配列２６を形成している。従って、全ての層は不連続であり、共に構造性複屈折層を作り上げている。リブは、１１８ｎｍのピッチ又は周期Ｐを有し、０．４８のデューティー比（リブ幅に対する周期の比）又は５７ｎｍのリブ幅を有している。二酸化チタン（ＴｉＯ_２）材料が、入射ＵＶ照射に対する、その光学的指標及び光学的吸収特性により、選択されてきた。構造性複屈折構造は、ｓ偏光を優先的に反射したり吸収する一方で、許容量のエネルギーが損失又は吸収されるもののｐ偏光を透過する。この所望の性能は、約０°入射（つまり垂直入射）から、法線に対して約７５度の角度までの入射角度の範囲に渡って発揮される。

【0040】

表１は、波長（λ）が２６６ｎｍで、入射角度が０°、１５°及び３０°の入射ＵＶ光のときの、図１ａの偏光素子１０の性能を示している。

【0041】

【表1】

【0042】

表１から、グリッド偏光素子は、記述した十分な光学的性能を呈し、ＵＶスペクトルにおいて非常に有用であることが分かる。加えて、偏光素子の開口角は、少なくとも±３０
°の角度に渡って拡がっていることが分かる。加えて、リブ又はグリッドの周期を短くすると、透過率が上昇するということが分かる。

【0043】

図１ｆを参照すると、偏光素子１０の実際の性能、透過率及びコントラストが示されている。実際の性能は、期待された性能と類似しており、偏光素子は４０％より大きい透過率を有していることが分かる。

【実施例2】

【0044】

図４ａを参照すると、吸収性、無機的及び誘電体のＵＶ偏光素子１０ｄの第二非限定例が示されている。

【0045】

偏光素子１０ｄは、基体２２の上側に配設された膜層１８ａ−ｆのスタックを有している。各膜層は、無機的な誘電体材料で形成されている。つまり、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）（２６６ｎｍにおいて、ｎ≒１．６、ｋ≒０）と、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）（２６６ｎｍにおいて、ｎ≒２．７、ｋ≒１．３）の交互の層である。従って、複数の層は、屈折率（ｎ）の高い値と低い値の間を行き来する。各層は、２３ｎｍの厚さを有している。従って、スタック全体は、概ね１３８ｎｍの厚さ（ｔ_{ｔｏｔａｌ}）を有している。その全膜層は、不連続な平行リブ３０の配列２６を形成している。従って、全ての層は不連続であり、構造性複屈折層を作り上げている。リブは、１１８ｎｍのピッチ又は周期Ｐを有し、０．４のデューティー比（幅に対する周期の比）又は７１ｎｍの幅を有している。

【0046】

表２は、波長（λ）が２６６ｎｍで、入射角度が０°の入射ＵＶ光のときの、図４の偏光素子１０ｄの性能を示している。

【0047】

【表2】

【0048】

表２から、ＵＶ偏光素子は、記述した十分な光学的性能を呈し、ＵＶスペクトルにおいて非常に有用であることが分かる。

【0049】

上の例から、有効なＵＶ偏光素子は、１２０ｎｍより大きい周期を有し、ＵＶスペクトルの有効領域に渡って動作可能であるということが分かる。

【0050】

図５ａ及び５ｂを参照すると、他の吸収性、無機的及び誘電体のグリッド偏光素子又は偏光ビームスプリッターが、本発明による一実施形態において、一般記号１０ｅで示されている。上記記述をここで援用する。また、偏光素子１０ｅは、リブ３０及びギャップ３４を覆うように配設された平坦化層４０を有している。平坦化層は、ギャップを実質的に覆い、他の物質がギャップに入り込むことを実質的に防止しており、それにより空気がギ
ャップ内に実質的に保持されている。平坦化層４０は、リブ上に他の層を配設するか、又は偏光素子に他の光学的構成を取り付けるに際し、有用である。平坦化層４０は、フッ化チタン（ＴｉＦｘ）を含んでいる。図５ｂを参照すると、この実施形態は、基体に対してエッチングを施して各構造性複屈折層のうちの１つを形成することにより、製造したものである。

【0051】

図５ｃを参照すると、図５ａ及び５ｂの偏光素子１０ｅの予測性能が示されている。偏光素子１０ｅは、約３１０ｎｍより上の部分で増加する、より低い透過率を有していることが分かる。

【0052】

図６を参照すると、他の吸収性、無機的及び誘電体のグリッド偏光素子又は偏光ビームスプリッターが、本発明による一実施形態において、一般記号１０ｆで示されている。上記記述をここで援用する。また、偏光素子１０ｆは、紫外スペクトル域において誘電性と吸収性の双方を有する材料で形成された不連続なリブ３０の平行配列を有するグリッド３２ｆを伴う構造性複屈折層を形成するように少なくとも１つの層を備えている。従って、グリッドが偏光化、誘電性及び吸収性グリッド又は層を規定している。この実施形態は、上記実施形態と同様の性能を呈することはないと信じられるものの、ある最小限の性能要求を満たすことができると信じられる。

【0053】

上述のような偏光素子を形成する方法では、基体２２を用意することを含んでいる。上述のように、基体は、石英ガラスである。全ての様相において、基体は、電磁照射の所望の波長に対して透過性を有するようなものが選択される。基体は、洗浄され、その他準備される。第一連続層１８ａが、第一屈折率を有する第一無機的、誘電性光学的透過性（紫外の特定領域で）材料で、基体上に形成される。第二連続層１８ｂが、第二屈折率を有する第二無機的、誘電性光学的吸収性（紫外の特定領域で）材料で、第一連続層の上に形成される。各層には、入射ＵＶ光に対して強力な光学的吸収性を呈する材料が選択される。次の各連続層が、第二層の上に形成される。第一及び第二層も、それに続く層も、当該技術分野で知られている真空蒸着、化学気相成長法、スピンコート等により形成される。連続層又は少なくとも第一もしくは第二連続層は、少なくとも１つの構造性複屈折層を規定する平行リブの配列で２つの不連続層を作りだすようにパターン化されている。加えて、全ての連続層が、不連続層を作りだすようにパターン化されている。各層は、当該技術分野で知られているエッチング等によりパターン化される。

【0054】

グリッド偏光素子は、光ビームが当たるように配設され、ｓ偏光を実質的に反射したり吸収し、ｐ偏光を僅かな量のエネルギーの吸収はあるものの実質的に透過させる。

【0055】

図７を参照すると、上で示したような無機的で誘電体のグリッド偏光素子を形成するための他の方法が示されている。この方法は、上で記述した方法と類似であり、それをまず援用する。基体２２が得られ、又は準備される。第一連続層４８が、第一屈折率を有する第一無機的、誘電性材料で、基体２２上に形成される。第一連続層は、平行リブの配列で、不連続層を作りだして、少なくとも１つの構造性複屈折層を規定するようにパターン化されている。そのパターン化は、エッチングマスク５０を配設することにより達成される。そして、エッチングマスクは、リソグラフ５４によりパターン化される。層４８は、パターン化されたエッチングマスク５４を通して、エッチングされる。エッチングマスク５４は、パターン化された層１８ａは残したまま、取り除かれる。第二連続層が、第二屈折率を有する第二無機的、誘電性材料で、第一不連続層の上に形成される。他の連続層が、第二層の上に形成され、第二不連続層を形成するようにパターン化される。従って、パターン化は、全ての層について行われるということではないので、少なくとも２つの隣接層が、連続層及び不連続層を含んでいる。

【0056】

他の面では、第二連続層が、第一、及びパターン化された第二連続層の上に形成される。

【0057】

図８を参照すると、上述の偏光素子（１０で表わされる）は、紫外線露光システム１００で使用できる。システム１００は、ＵＶビームを偏光素子１０の方へ向ける紫外線源１１０を有し、そしてその偏光素子は、偏光されたＵＶビームを透過して露光目標の方へ向かわせる。

【0058】

以上の例は、１つ以上の特定の応用領域における、本発明の原理の例証であるが、当業者であれば、実施化における形態、利用法及び詳細について多数の変形態様を、発明的能力の訓練なくして、また発明の原理及びコンセプトから外れることなく、作り上げることができるということは自明であろう。しかして、発明は、以下に規定された請求の範囲以外のものにより限定されることは意図されていない。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図1e】

【図1f】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4a】

【図4b】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図6】

【図7】

【図8】