專利名稱：光學(xué)元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)元件和光學(xué)元件的制造方法。特別地，本發(fā)明涉及諸如偏振 (polarization)光束分離器、相位板或帶通濾波器之類的具有三維中空結(jié)構(gòu)的透射型光學(xué) 元件，并涉及其制造方法，所述具有三維中空結(jié)構(gòu)的透射型光學(xué)元件在其表面上具有面內(nèi) 周期比可見光的波長短的結(jié)構(gòu)。這里使用的術(shù)語“面內(nèi)周期”指的是在面內(nèi)周期性地布置 結(jié)構(gòu)體的狀態(tài)。
背景技術(shù)：
近年來，諸如偏振光束分離器和帶通濾波器之類的透射型光學(xué)元件被積極地開發(fā)。常規(guī)上以多層膜結(jié)構(gòu)形成這種透射型光學(xué)元件。但是，為了獲得投影儀等的更高的亮度 和對比度，最近開發(fā)了以小于或等于可見光波長的間距的間距形成的精微(microscopic) 三維中空結(jié)構(gòu)體。美國專利申請公開No. 2007/0201135提出具有三維結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件和光 學(xué)元件的制造方法。順便說一句，在美國專利申請公開No. 2007/0201135的透射型微光學(xué)元件的制 造方法中，當(dāng)精微三維中空結(jié)構(gòu)體與基板接合時，使用粘接劑。但是，由于該元件具有 精微三維中空結(jié)構(gòu)，因此發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對于與基板接合使用粘接劑時，在間隙中出現(xiàn)毛細(xì)管 (capillary)現(xiàn)象并且粘接劑粘附于結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部，這產(chǎn)生折射率的波動。因此，希望不使 用粘接劑的接合技術(shù)。但是，面內(nèi)周期比可見光的波長短并且具有特別小的線寬度和點直 徑的結(jié)構(gòu)的強度低，由此，當(dāng)被施加大的負(fù)載時，結(jié)構(gòu)體受損。如果在形成于基板上的結(jié)構(gòu) 體和接合基板之間產(chǎn)生非接觸部分，那么入射光會被非接觸部分反射，由此導(dǎo)致光學(xué)元件 的光學(xué)性能可能降低。此外，負(fù)載集中在接觸部分上，由此使得結(jié)構(gòu)體可能被損壞。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的一個目的是，提供這樣的光學(xué)元件和光學(xué)元件的制造方 法，所述光學(xué)元件和光學(xué)元件的制造方法使得能夠在不使用粘接劑的情況下接合光學(xué)元 件、抑制在接合期間對于光學(xué)元件的損壞、以及進一步提高其功能和強度。根據(jù)本發(fā)明，一種光學(xué)元件的制造方法，所述光學(xué)元件包含第一光學(xué)部件和第二 光學(xué)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圍的空間部 分中形成結(jié)構(gòu)體，以由此形成第一光學(xué)部件；在減壓(pressure-reduced)環(huán)境中，在第一 光學(xué)部件上設(shè)置第二光學(xué)部件，以形成在減壓狀態(tài)中密封所述空間部分的光學(xué)元件；以及 將所述光學(xué)元件暴露于大氣中，由此通過大氣和在減壓狀態(tài)中密封的空間部分之間的差壓 (differential pressure)而使結(jié)構(gòu)體和所述第二光學(xué)部件相互緊密接觸。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)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 框架部分包圍的空間部分中形成的結(jié)構(gòu)體的第一光學(xué)部件；以及被設(shè)置在第一光學(xué)部件上 以密封空間部分的第二光學(xué)部件，其中，空間部分被減壓。根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)這樣的光學(xué)元件制造方法和光學(xué)元件，所述光學(xué)元件制造方法和光學(xué)元件使得能夠在不使用粘接劑的情況下接合光學(xué)元件、抑制在接合期間對于光 學(xué)元件的損壞、以及進一步提高其功能和強度。參照附圖閱讀示例性 實施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征變得清晰。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的光學(xué)元件的透視圖。圖2A、圖2B、圖2C和圖2D是用于示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的光學(xué)元件的制造 方法的步驟的斷面圖。圖3A、圖3B和圖3C是用于示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光學(xué)元件的制造方法的 步驟的斷面圖。圖4A、圖4B、圖4C、圖4D和圖4E是用于示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的光學(xué)元件的 制造方法的步驟的斷面圖。圖5是示出本發(fā)明的例子3中的偏振特性的評價結(jié)果的圖示。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。(第一實施例)圖2A 2D是用于示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的光學(xué)元件的制造方法的斷面圖。 在圖2A 2D中，附圖標(biāo)記1、2、3、4、5、9和10分別表示由光學(xué)玻璃等制成的基板、由根據(jù) 本實施例的光學(xué)玻璃等制成的基板形成的第二光學(xué)部件、框架部分、空間部分、結(jié)構(gòu)體、電 介質(zhì)膜、以及用于構(gòu)圖的抗蝕劑。在本實施例中，基板1、框架部分3和結(jié)構(gòu)體5 —起被稱為
第一光學(xué)部件。(形成第一光學(xué)部件的步驟)首先，在圖2A所示的步驟中，在基板1上形成電介質(zhì)膜9，電介質(zhì)膜9主要包含鈦 氧化物(titanium oxide)、鈮氧化物(niobium oxide)、鋯氧化物(zirconium oxide)、鋁氧 化物(aluminium oxide)、釔氧化物(yttlium oxide)、鉿氧化物(hafnium oxide)、鉭氧化 物(tantalum oxide)和硅氧化物(silicon oxide)中的至少一種氧化物。然后，進一步在 電介質(zhì)膜9上涂敷抗蝕劑10。然后，在圖2B所示的步驟中，執(zhí)行曝光、顯影和干法蝕刻，以由此在基板1上形成 框架部分3和結(jié)構(gòu)體5。順便說一句，在本實施例中，結(jié)構(gòu)體5具有通過空間部分和結(jié)構(gòu)部 分的重復(fù)而形成的、面內(nèi)周期比可見光的波長短的線結(jié)構(gòu)(line structure)。但是，該結(jié) 構(gòu)體不限于根據(jù)本實施例的結(jié)構(gòu)體，并且，只要在形成在基板1上的、被基板1上的框架部 分3包圍的空間部分中形成結(jié)構(gòu)體，那么可以構(gòu)想各種形式。例如，可以根據(jù)設(shè)計，以線圖 案(線結(jié)構(gòu))、孔圖案(孔結(jié)構(gòu))或點圖案(點結(jié)構(gòu))形成結(jié)構(gòu)體。(形成其中空間部分被密封并且被減壓的光學(xué)元件的步驟)然后，在圖2C所示的步驟中，設(shè)置在基板1上形成的具有框架部分和結(jié)構(gòu)體的第 一光學(xué)部件和由例如基板2形成的第二光學(xué)部件2。在圖2D所示的步驟中，框架部分和第 二光學(xué)部件相互接觸，由此密封被框架部分包圍的空間部分。更具體而言，在真空室中制備 構(gòu)圖的第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件。然后，真空室被抽空(evacuate)到約IOe-IPa 10e-7Pa,并且，第二光學(xué)部件2被設(shè)置在第一光學(xué)部件的框架部分3上。因此，第一光學(xué)部 件的框架部分3的上表面與第二光學(xué)部件接觸，并且，第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件相互 接合，結(jié)果可以獲得其中空間部分4被密封并且被減壓的光學(xué)元件12。如圖3A所 示，可以通過使用離子束槍11等用氬離子束照射第一光學(xué)部件1和第 二光學(xué)部件的接觸表面。優(yōu)選地，用氬離子束照射第一光學(xué)部件1和第二光學(xué)部件2的整個 接觸表面。作為結(jié)果，第一光學(xué)部件1和第二光學(xué)部件2的各接觸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觸表面相互接合，這提高密封精度。順便說 一句，施加的電壓和離子束槍11的照射時間分別優(yōu)選為30 600V和約30秒 1小時。作 為清洗和活性化手段，作為氬離子束的替代，可以使用其它的等離子體、原子團(radical) 束、原子束、激光或燈，并且，在這種情況下可獲得類似的結(jié)果。作為氣體類型，可以有效地 使用其它的惰性(inert)氣體、氧氣或二氧化碳。如圖3C所示，框架部分3可沿輪廓線(outline)箭頭指示的方向被加壓以及被加 熱，并且，接觸表面可被活性化以相互接合，由此形成在光學(xué)玻璃基板1上的、被框架部分3 包圍的空間部分4被真空密封。順便說一句，優(yōu)選地，分別以0. 001N/mm2 100N/mm2和以 室溫 400°C執(zhí)行加壓和加熱。因此，第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件可以更牢固地相互接 合，這進一步提高密封精度。此外，如圖3B所示，在lOe-2 10e+5Pa的減壓室(真空室)內(nèi)，可以用包含氫 氟酸(hydrofluoric acid)或氫氟酸氣體的減壓等離子體照射框架部分3，并且，框架部 分3的表面會被溶解。作為利用等離子體噴射系統(tǒng)的氫氟酸照射條件，可以使用NF-、SF-、 CF-或F2等離子體。作為替代方案，作為真空室的背景，可以填充包含H2O的空氣，以由此 產(chǎn)生HF。作為產(chǎn)生HF的其它方法，例如，通過使H2O中的源氣體起泡來調(diào)整濕度的方法也 是有效的。當(dāng)通過氫氟酸實現(xiàn)接合時，能夠以低溫在低加壓(pressurization)情況下進行 接合。此外，通過經(jīng)由溶解來進行接合，可以實現(xiàn)強度更高的接合。作為結(jié)果，可降低用于 真空密封的框架部分的面積，由此減小整個元件尺寸。(使結(jié)構(gòu)體和第二光學(xué)部件相互接觸的步驟)然后，例如，使得真空室對于大氣開放，或者，在大氣中取出光學(xué)元件，由此光學(xué)元 件12被暴露于大氣中。當(dāng)光學(xué)元件12被暴露于大氣中時，結(jié)構(gòu)體5和第二光學(xué)部件2由 于大氣壓力和密封在減壓環(huán)境中的空間部分內(nèi)的壓力之間的差壓而相互接觸。由于空間 部分的壓力和大氣壓力之間的差壓，因此，第二光學(xué)部件被均勻地按壓(press)到結(jié)構(gòu)體5 的上表面(與第二光學(xué)部件的接觸表面)上，從而，負(fù)載不被集中于一個部分上。出于這種 原因，結(jié)構(gòu)體不受損。另外，第二光學(xué)部件被均勻地按壓，由此，不太可能在結(jié)構(gòu)體的上表面 (與第二光學(xué)部件的接觸表面)和第二光學(xué)部件之間產(chǎn)生非接觸部分。因此，光學(xué)元件12 表現(xiàn)出優(yōu)異的作為光學(xué)元件的性能。結(jié)構(gòu)體5和框架部分3的上表面(與第二光學(xué)部件的接觸表面)與第二光學(xué)部件 2之間的接觸可以是光學(xué)接觸。這里使用的術(shù)語“光學(xué)接觸”指的是這樣的狀態(tài)，在該狀態(tài) 中，對表面的分子發(fā)生相互作用(interaction)，以使所述分子穩(wěn)定(stabilize)為內(nèi)部分 子，并且所述表面被接合。第二光學(xué)部件被均勻地按壓，由此，結(jié)構(gòu)體5和第二光學(xué)部件2 的上表面相互接觸。另外，空間部分被減壓，由此在結(jié)構(gòu)體5和第二光學(xué)部件2之間幾乎不 存在空氣。因此，更容易地獲得光學(xué)接觸。
此外，還優(yōu)選地由于減壓的空間部分而均勻地施加力，以使基板1以及結(jié)構(gòu)體和 框架部分3的下表面在光學(xué)接觸中相互接觸。并且，通過加熱光學(xué)元件12，結(jié)構(gòu)體和第二光 學(xué)部件的上表面可緊密地相互接合，由此進一步提高其強度。 以上述方式形成光學(xué)元件避免了由于入射光的全反射而導(dǎo)致的光損失，并且，能 夠?qū)崿F(xiàn)高效的透射型微光學(xué)元件。下面描述根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)元件的分解 透視圖。在圖1中，光學(xué)元件包含由光學(xué)玻璃等制成的基板1、由例如由光學(xué)玻璃等制成的 基板形成的第二光學(xué)部件2、框架部分3、空間部分4和結(jié)構(gòu)體5。在第一光學(xué)部件中，在基板1上形成框架部分3和在被框架部分3包圍的空間部 分中形成的結(jié)構(gòu)體5?？蚣懿糠?和結(jié)構(gòu)體5由電介質(zhì)膜形成，所述電介質(zhì)膜主要包含選自 鈦氧化物、鈮氧化物、鋯氧化物、鋁氧化物、釔氧化物、鉿氧化物、鉭氧化物和硅氧化物中的 至少一種氧化物。另外，第一光學(xué)部件具有通過空間部分和結(jié)構(gòu)部分的重復(fù)而形成的、面內(nèi) 周期比可見光的波長短的結(jié)構(gòu)?？梢愿鶕?jù)設(shè)計，以線圖案(線結(jié)構(gòu))、孔圖案(孔結(jié)構(gòu))或 點圖案(點結(jié)構(gòu))形成該結(jié)構(gòu)體。在本實施例中，第二光學(xué)部件是由光學(xué)玻璃等制成的基板2。但是，第二光學(xué)部件 不限于本實施例的第二光學(xué)部件，而是可以包含如第一光學(xué)部件的情況那樣形成在其中的 結(jié)構(gòu)體。以這種方式，可以設(shè)想各種形式。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件由第一光學(xué)部件和第二 光學(xué)部件形成。為了示出光學(xué)元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在非接觸狀態(tài)下示出第二光學(xué)部件。但是， 實際上，空間部分4被減壓，并且，結(jié)構(gòu)體的上表面(與第二光學(xué)部件的接觸表面)粘附于 第二光學(xué)部件上并且被固定。優(yōu)選地，光學(xué)元件為光學(xué)接觸狀態(tài)下的光學(xué)元件。這里使用 的術(shù)語“光學(xué)接觸”指的是這樣的狀態(tài)，在所述狀態(tài)下，對表面中的分子發(fā)生相互作用，以使 所述分子穩(wěn)定化為內(nèi)部分子，并且所述表面被接合。空間部分被減壓，由此在結(jié)構(gòu)體5和第 二光學(xué)部件之間幾乎不存在空氣。因此，更容易地獲得光學(xué)接觸。更優(yōu)選地，基板1以及結(jié) 構(gòu)體5和框架部分3的下表面處于光學(xué)接觸中。其間也幾乎不存在空氣，由此更容易地獲 得光學(xué)接觸。如上所述的光學(xué)元件避免了由于入射光的全反射而導(dǎo)致的光損失，并且，能夠 實現(xiàn)高度有效的光學(xué)性能。(第二實施例)下面描述根據(jù)本發(fā)明第二實施例的光學(xué)元件的制造方法和光學(xué)元件。圖4A 4E 是用于示出根據(jù)本實施例的光學(xué)元件的制造方法和光學(xué)元件的斷面圖。在圖4A 4E中， 與圖2A 2D所示的組件類似的組件由相同的附圖標(biāo)記表示，并且，省略對它們的描述。(形成第一光學(xué)部件的步驟)首先，在圖4A所示的步驟中，在基板1上形成框架部分3、結(jié)構(gòu)體6和結(jié)構(gòu)體7，由 此形成第一光學(xué)部件。通過形成電介質(zhì)膜，形成第一光學(xué)部件，所述電介質(zhì)膜主要包含選自 鈦氧化物、鈮氧化物、鋯氧化物、鋁氧化物、釔氧化物、鉿氧化物、鉭氧化物和硅氧化物中的 至少一種氧化物。然后，進一步在其上涂敷抗蝕劑。然后，執(zhí)行曝光、顯影和干法蝕刻，由此 在基板1上形成框架部分3、結(jié)構(gòu)體6和結(jié)構(gòu)體7。在本實施例中，形成結(jié)構(gòu)體6，所述結(jié)構(gòu)體 6具有通過空間部分和結(jié)構(gòu)部分的重復(fù)而形成的、面內(nèi)周期比可見光的波長短的線結(jié)構(gòu)。然 后，在其上面形成結(jié)構(gòu)體7，所述結(jié)構(gòu)體7具有在與結(jié)構(gòu)體6的線結(jié)構(gòu)垂直的方向上的線結(jié) 構(gòu)。但是，不用說，結(jié)構(gòu)體不限于本實施例的結(jié)構(gòu)體，而是可以設(shè)想各種形式。例如，只要在基板1上的、被形成在基板1上的框架部分3包圍的空間部分中形成結(jié)構(gòu)體，那么可以僅以一層(tier)結(jié)構(gòu)體6形成結(jié)構(gòu)體，或者，所述結(jié)構(gòu)體可由三層或更多層層疊的結(jié)構(gòu)體形成。 此外，所述結(jié)構(gòu)不限于線結(jié)構(gòu)，而是可以根據(jù)設(shè)計，以線圖案(線結(jié)構(gòu))、孔圖案(孔結(jié)構(gòu)) 或點圖案(點結(jié)構(gòu))形成結(jié)構(gòu)體。(形成第二光學(xué)部件的步驟)在圖4B所示的步驟中，在由光學(xué)玻璃等制成的第二基板20上形成第二框架部 分23和用作第二結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)體8，由此形成第二光學(xué)部件。如上面所述的第一光學(xué)部件 的情況那樣，通過在基板20上形成電介質(zhì)膜來形成第二光學(xué)部件，所述電介質(zhì)膜由鈦氧化 物、鈮氧化物、鋯氧化物、鋁氧化物、釔氧化物、鉿氧化物、鉭氧化物或硅氧化物等制成。然 后，進一步在其上涂敷抗蝕劑。然后，執(zhí)行曝光、顯影和干法蝕刻，由此在第二基板20上形 成第二框架部分23和第二結(jié)構(gòu)體8。在本實施例中，形成具有通過空間部分和結(jié)構(gòu)部分的 重復(fù)而形成的、面內(nèi)周期比可見光的波長短的線結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體8。但是，不用說，第二結(jié)構(gòu) 體不限于本實施例的第二結(jié)構(gòu)體，而是可以設(shè)想各種形式。例如，只要在基板20上的、被在 基板20上形成的框架部分23包圍的空間部分中形成第二結(jié)構(gòu)體，那么可以僅以一層第二 結(jié)構(gòu)體8形成第二結(jié)構(gòu)體，或者，可由三層或更多層層疊的結(jié)構(gòu)體形成第二結(jié)構(gòu)體。并且， 可以根據(jù)設(shè)計，以線圖案(線結(jié)構(gòu))、孔圖案(孔結(jié)構(gòu))或點圖案(點結(jié)構(gòu))形成第二結(jié)構(gòu) 體。(形成其中空間部分被密封并被減壓的光學(xué)元件的步驟)然后，在真空室中制備構(gòu)圖的第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件。如圖4C所示，為了 清洗和活性化第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件，可通過使用離子束槍11等來照射氬離子束。 順便說一句，優(yōu)選地，施加的電壓和離子束槍11的照射時間分別為30 600V和約30秒 1小時。在這種情況下，使用氬離子束作為清洗和活性化手段。作為替代方案，可以通過其 它的等離子體、原子團束、原子束、激光或燈來執(zhí)行清洗和活性化，并且，在這種情況下也可 以獲得類似的結(jié)果。作為氣體類型，可以有效地使用其它的惰性氣體、氧氣或二氧化碳。然后，在圖4D所示的步驟中，第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件被布置為使得第一光 學(xué)部件的框架部分3和第二光學(xué)部件的框架部分23在約IOe-IPa 10e-7Pa的真空室中 彼此相對。然后，與框架部分3對應(yīng)的、在用輪廓線箭頭指示的部分附近的部分被加壓和加 熱，第一光學(xué)部件的框架部分3和第二光學(xué)部件的框架部分23相互接合，并且，空間部分4 被真空密封，結(jié)果形成光學(xué)元件14。順便說一句，優(yōu)選地，分別以0. lN/mm2 100N/mm2和 以200°C 400°C執(zhí)行加壓和加熱。(使結(jié)構(gòu)體和第二光學(xué)部件相互接觸的步驟)然后，在圖4E所示的步驟中，光學(xué)元件14被暴露于大氣中。這里，當(dāng)光學(xué)元件14被暴露于大氣中時，由于大氣壓力和在減壓環(huán)境下被密封的 空間部分內(nèi)的壓力之間的差壓，導(dǎo)致第一光學(xué)部件的結(jié)構(gòu)體7和第二光學(xué)部件相互附著。 在本實施例中，導(dǎo)致第一光學(xué)部件的結(jié)構(gòu)體7和第二光學(xué)部件的第二結(jié)構(gòu)體8相互附著和 固定。通過空間部分的壓力和大氣壓力之間的差壓，第二結(jié)構(gòu)體8被均勻地按壓在結(jié)構(gòu)體 7的上表面(與第二結(jié)構(gòu)體8的接觸表面)上，由此負(fù)載不集中于一個部分上。因此，結(jié)構(gòu) 體不受損。另外，由于第二結(jié)構(gòu)體8被均勻地按壓，因此，在結(jié)構(gòu)體7的上表面(與第二光 學(xué)部件的接觸表面)和第二結(jié)構(gòu)體8之間幾乎不產(chǎn)生非接觸部分，由此，光學(xué)元件14表現(xiàn)出優(yōu)異的作為光學(xué)元件的性能。優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)體7和框架部分3的上表面(與第二光學(xué)部件的接觸表面)與第二 結(jié)構(gòu)體8之間的接觸處于光學(xué)接觸中。這里使用的術(shù)語“光學(xué)接觸”指的是這樣的狀態(tài)，在 所述狀態(tài)下，對表面中的分子發(fā)生相互作用，以使所述分子穩(wěn)定化為內(nèi)部分子，并且所述表面被接合?？臻g部分被減壓，由此在結(jié)構(gòu)體7和第二結(jié)構(gòu)體8之間幾乎不存在空氣。因此， 更容易地獲得光學(xué)接觸。此外，優(yōu)選地，在結(jié)構(gòu)體6和結(jié)構(gòu)體7之間、在結(jié)構(gòu)體6和框架部分3與基板1之 間、以及在結(jié)構(gòu)體8和框架部分23與基板20之間獲得光學(xué)接觸。以相同的方式，空間部分 被減壓，并且，在結(jié)構(gòu)體之間以及在結(jié)構(gòu)體和基板之間幾乎不存在空氣，由此更容易地獲得 光學(xué)接觸。此外，通過加熱光學(xué)元件14，結(jié)構(gòu)體7的上表面和第二光學(xué)部件(第二結(jié)構(gòu)體8) 可以緊密地相互接合，使得可進一步提高其強度。當(dāng)以這種方式形成光學(xué)元件時，可以避免由于入射光的全反射導(dǎo)致的光損失。當(dāng) 在各組件之間獲得光學(xué)接觸時，可以實現(xiàn)效率更高的透射型微光學(xué)元件。下面，描述根據(jù)第二實施例制造的根據(jù)第二實施例的光學(xué)元件。在第一光學(xué)部件 中，在基板1上形成框架3以及在被框架部分3包圍的空間部分中形成的結(jié)構(gòu)體6和結(jié)構(gòu) 體7?？蚣懿糠?、結(jié)構(gòu)體6和結(jié)構(gòu)體7由電介質(zhì)膜制成，所述電介質(zhì)膜主要包含選自鈦氧 化物、鈮氧化物、鋯氧化物、鋁氧化物、釔氧化物、鉿氧化物、鉭氧化物和硅氧化物中的至少 一種氧化物。在本實施例中，形成具有通過空間部分和結(jié)構(gòu)部分的重復(fù)而形成的、面內(nèi)周期 比可見光的波長短的線結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體6。在其上形成具有在與結(jié)構(gòu)體6的線結(jié)構(gòu)垂直的方 向上的線結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體7。但是，不用說，結(jié)構(gòu)體不限于本實施例的那些結(jié)構(gòu)體，而是可以設(shè) 想各種形式。例如，只要在基板1上的、被在基板1上形成的框架部分3包圍的空間部分中 形成結(jié)構(gòu)體，那么所述結(jié)構(gòu)體可以僅以一層結(jié)構(gòu)體6形成，或者，所述結(jié)構(gòu)體可以是以三層 或更多層形成的層疊結(jié)構(gòu)體。此外，結(jié)構(gòu)不限于線結(jié)構(gòu)，而是可以根據(jù)設(shè)計，以線圖案(線 結(jié)構(gòu))、孔圖案(孔結(jié)構(gòu))或點圖案(點結(jié)構(gòu))形成結(jié)構(gòu)體。在本實施例中，在第二光學(xué)部件中，在由光學(xué)玻璃等制成的第二基板20上形成第 二框架部分23和第二結(jié)構(gòu)體8。第二框架部分23和第二結(jié)構(gòu)體8由電介質(zhì)膜形成，所述電 介質(zhì)膜主要包含選自鈦氧化物、鈮氧化物、鋯氧化物、鋁氧化物、釔氧化物、鉿氧化物、鉭氧 化物和硅氧化物中的至少一種氧化物。在本實施例中，第二結(jié)構(gòu)體8具有通過空間部分和 第二結(jié)構(gòu)體8的重復(fù)而形成的、面內(nèi)周期比可見光的波長短的線結(jié)構(gòu)。但是，不用說，結(jié)構(gòu) 體不限于本實施例的結(jié)構(gòu)體，而是可以設(shè)想各種形式。例如，只要在基板20上的、被在基板 20上形成的框架部分23包圍的空間部分中形成結(jié)構(gòu)體，那么結(jié)構(gòu)體可由具有兩層或更多 層的層疊的多個結(jié)構(gòu)體形成。此外，結(jié)構(gòu)不限于線結(jié)構(gòu)，而是可以根據(jù)設(shè)計，以線圖案(線 結(jié)構(gòu))、孔圖案(孔結(jié)構(gòu))或點圖案(點結(jié)構(gòu))形成該結(jié)構(gòu)。空間部分4被減壓，由此，結(jié)構(gòu) 體的上表面(與第二光學(xué)部件的接觸表面)緊密地與第二光學(xué)部件粘接。優(yōu)選地，光學(xué)元 件為處于光學(xué)接觸中的光學(xué)元件。術(shù)語“光學(xué)接觸”指的是這樣的狀態(tài)，在所述狀態(tài)下，對 表面中的分子發(fā)生相互作用，以使所述分子穩(wěn)定化為內(nèi)部分子?？臻g部分被減壓，由此在結(jié) 構(gòu)體7和第二結(jié)構(gòu)體8之間幾乎不存在空氣。因此，更容易地獲得光學(xué)接觸。還優(yōu)選地在 結(jié)構(gòu)體6與結(jié)構(gòu)體7之間、在結(jié)構(gòu)體6和框架部分3與基板1之間、以及在結(jié)構(gòu)體8和框架部分23與基板20之間獲得光學(xué)接觸。在結(jié)構(gòu)體8和框架部分23與基板20之間也幾乎不 存在空氣，由此更容易地獲得光學(xué)接觸。如上所述，形成在結(jié)構(gòu)體和基板之間幾乎不存在空 氣的光學(xué)元件避免了由于入射光的全反射而導(dǎo)致的光損失。此外，各部件處于光學(xué)接觸中， 結(jié)果可以實現(xiàn)更高效率的透射型微光學(xué)元件。

已通過相應(yīng)的實施例描述了本發(fā)明。本發(fā)明適用于照相機、投影儀、光學(xué)拾取或光 學(xué)通信等領(lǐng)域中的透射型微光學(xué)元件。如上所述，通過根據(jù)第一和第二實施例的配置，在光學(xué)玻璃基板上形成框架部分， 并且，通過框架部分執(zhí)行與第二光學(xué)部件的接合，結(jié)果在減壓狀態(tài)下密封空間部分。然后， 光學(xué)元件被暴露于大氣中，結(jié)果，由于大氣壓力和真空密封的空間部分內(nèi)的壓力之間的差 壓，可以使第一光學(xué)部件的結(jié)構(gòu)體的上表面與第二光學(xué)部件以均勻的壓力接觸，并且與第 二光學(xué)部件緊密地粘接。另外，可以減少存在于結(jié)構(gòu)體的上表面和第二光學(xué)部件之間的空 氣，并由此可以更容易地獲得光學(xué)接觸。因此，可以消除接合表面上出現(xiàn)的光反射，這使得 能夠顯著地改善光損失。此外，當(dāng)使第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件相互接合時，為了清洗和活性化第一和 第二光學(xué)部件，照射能量波，由此第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件有效地相互接合。此外，光 學(xué)元件被暴露于大氣中，并且，結(jié)構(gòu)體和光學(xué)部件在相互接觸之后被加熱。因此，結(jié)構(gòu)體和 光學(xué)部件可緊密地相互接合，這進一步提高光學(xué)元件的強度。(例子)以下描述本發(fā)明的例子。(例子1)在例子1中，實施應(yīng)用根據(jù)第一實施例的光學(xué)元件的制造方法的例子。首先，在光 學(xué)玻璃基板上形成鈦氧化物(TiO2)膜，進一步在其上涂敷抗蝕劑以制備基板。然后，執(zhí)行 曝光、顯影和干法蝕刻，由此在光學(xué)玻璃基板上形成框架部分和具有56nm的線、84nm的空 間和140nm的間距的線狀(linear)結(jié)構(gòu)體。然后，包含框架部分和結(jié)構(gòu)體的第一光學(xué)部件 與由玻璃基板形成的第二光學(xué)部件被制備并被放在真空室中。然后，為了清洗和活性化光 學(xué)玻璃基板1上的包含框架部分和結(jié)構(gòu)體的第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件的表面，通過使 用離子束槍，以200V照射氬離子束10分鐘。然后，在約10e-5Pa的真空室中，在第一光學(xué) 部件上設(shè)置第二光學(xué)部件，并且，使框架部分和第二光學(xué)部件相互接合，由此通過空間部分 的真空密封而形成光學(xué)元件。然后，在沿諸如圖3C中的輪廓線箭頭指示的方向、以5N/mm2 對框架部分3加壓的狀態(tài)下，以250°C的溫度執(zhí)行加熱1小時，并且，第一基板的框架部分3 與第二基板相互接合，結(jié)果，空間部分4被真空密封。然后，光學(xué)元件被暴露于大氣中。順 便說一句，在本例子中是在不同的真空室中執(zhí)行活性化和真空密封，但是，當(dāng)在同一室中或 在連貫的(consistent)真空步驟中執(zhí)行活性化和真空密封時，重現(xiàn)性(r印roducibility) 得到提高。然后，用由SF6的光學(xué)玻璃制成的45°棱鏡夾住如此獲得的光學(xué)元件，并評價其在 可見光范圍中的反射率(reflectance)。評價表明，入射光的反射率被顯著地降低。在結(jié)構(gòu) 體和第二光學(xué)部件之間存在間隙的狀態(tài)下，入射光被全反射，由此確認(rèn)，在根據(jù)本例子的光 學(xué)元件中，結(jié)構(gòu)體的上表面與第二光學(xué)部件的玻璃基板是沒有間隙地接觸的。另外，確認(rèn)結(jié) 構(gòu)體的下表面與第一光學(xué)部件的光學(xué)玻璃基板也是沒有間隙地接觸的。
(例子2)在例子2中，實 施在根據(jù)例子1的光學(xué)元件的制造方法中添加清洗和活性化表面 的步驟、用氫氟酸進行接合的步驟、以及通過加熱和加壓來進行接合的步驟的應(yīng)用的例子。首先，在光學(xué)玻璃基板上形成具有非晶(amorphous)結(jié)構(gòu)的鈦氧化物(Ti02)膜， 并進一步在其上涂敷抗蝕劑以制備基板。然后，執(zhí)行曝光、顯影和干法蝕刻，以由此在光學(xué) 基板上形成框架部分和具有56nm的線、84nm的空間和140nm的間距的線狀結(jié)構(gòu)體。然后，制 備構(gòu)圖的第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件并將它們放在相應(yīng)的真空室中。然后，為了清洗和 活性化光學(xué)玻璃基板上的包含框架部分和結(jié)構(gòu)體的第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件的表面， 通過使用離子束槍，以200V照射氬離子束10分鐘。然后，制備包含框架部分和結(jié)構(gòu)體的第 一光學(xué)部件與第二光學(xué)部件并將它們放在真空室中。然后，為了溶解光學(xué)玻璃基板1上的 包含框架部分和結(jié)構(gòu)體的第一光學(xué)部件的框架部分，通過等離子體射流(jet)用氫氟酸照 射框架部分。氫氟酸等離子體射流的排出條件如下微波頻率為2. 45GHz ；功率為50W ；所 用氣體的流速為SF6/Ar = 50/400 (SCCM)。作為真空室的背景，填充包含N2和H2O的空氣， 并且，真空室被減壓到10e+5Pa。然后，在約10e_5Pa的真空室內(nèi)，第二光學(xué)部件被設(shè)置在其框架部分已被氫氟酸 溶解了的第一光學(xué)部件上。然后，與第一光學(xué)部件的框架部分對應(yīng)的部分在從第二光學(xué)部件上方沿諸如由圖 3C中的輪廓線箭頭指示的方向以0. lN/mm2被加壓的狀態(tài)下以250°C被加熱1小時，第一光 學(xué)部件的框架部分和第二光學(xué)部件相互接合，并且，空間部分被真空密封，由此，光學(xué)元件 被形成。然后，光學(xué)元件被暴露于大氣中，由此結(jié)構(gòu)體和第二光學(xué)部件相互接觸。順便說一 句，在本例子中是在不同的真空室中執(zhí)行活性化步驟、溶解步驟和真空密封的，但是，當(dāng)在 同一室中或在連貫的真空步驟中執(zhí)行這些步驟時，重現(xiàn)性得到提高。然后，用由SF6的光學(xué)玻璃制成的45°棱鏡夾住如此獲得的光學(xué)元件，并且，評價 其在可見光范圍中的反射率。評價表明，入射光的反射率被顯著地降低。入射光在結(jié)構(gòu)體5和光學(xué)玻璃基板2之間存在間隙的狀態(tài)下被全反射，由此確認(rèn)， 在根據(jù)本例子的光學(xué)元件中，結(jié)構(gòu)體的上表面與基板沒有間隙地接觸。另外，確認(rèn)結(jié)構(gòu)體的 下表面也與上述的光學(xué)玻璃基板沒有間隙地接觸。(例子3)在例子3中，實施根據(jù)第二實施例的光學(xué)元件的制造方法的應(yīng)用例子。首先，在光學(xué)玻璃基板上形成框架部分和具有56nm的線、84nm的空間和140nm的 間距的線狀結(jié)構(gòu)體。然后，框架部分和具有IlSnm的線、22nm的空間和140nm的間距的線狀 結(jié)構(gòu)體在它們的線方向相互垂直的狀態(tài)下被層疊于其上，由此形成第一光學(xué)部件。然后，在光學(xué)玻璃基板上，形成包含框架部分和具有56nm的線、84nm的空間和 140nm的間距的線狀結(jié)構(gòu)體的第二光學(xué)部件。通過使用光刻法和干法蝕刻來執(zhí)行構(gòu)圖。對 于框架部分和結(jié)構(gòu)體的材料來說，使用鈦氧化物(TiO2)然后，第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件被放在真空室中。然后，為了清洗和活性化第 一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件，用離子束槍以200V照射氬離子束10分鐘。
然后，在約10e_5Pa的真空室中，第二光學(xué)部件被設(shè)置在第一光學(xué)部件上，使得各 基板的框架部分3彼此相對，即，第一光學(xué)部件的框架部分和第二光學(xué)部件的框架部分彼 此相對。然后，在沿諸如由圖4D中的輪廓線箭頭指示的方向從第二光學(xué)部件上方對與框 架部分對應(yīng)的部分加壓的狀態(tài)下，以250°C執(zhí)行加熱1小時，由此，第一光學(xué)部件和第二光 學(xué)部件的框架部分相互接合，并且，空間部分被真空密封，使得形成光學(xué)元件。然后，光學(xué)元件被暴露于大氣中，由此，第一光學(xué)部件的結(jié)構(gòu)體和第二光學(xué)部件的 結(jié)構(gòu)體相互接觸。在本例子中是在不同的真空室中執(zhí)行活性化步驟和真空密封的，但是，可 以在同一室中或在連貫的真空步驟中執(zhí)行這些步驟，由此提高重現(xiàn)性。順便說一句，上述光 學(xué)元件被設(shè)計為適用于偏振光束分離器。然后，用由SF6的光學(xué)玻璃制成的45°棱鏡夾住如此獲得的光學(xué)元件的樣品，并 且，評價其偏光特性。順便說一句，接合被執(zhí)行為使得與基板接觸的結(jié)構(gòu)體的線方向與棱鏡 的傾斜表面平行。作為結(jié)果，獲得具有高的偏振特性的偏振光束分離器。圖5是示出其測量 數(shù)據(jù)的圖示。在圖5中，橫軸表示波長，縱軸表示透射率，虛線15表示P波的偏振透射率， 實線16表示S波的偏振透射率。從圖5可以看出，只有P波有效地通過偏振光束分離器。確認(rèn)在根據(jù)本例子的光學(xué)元件中第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件沒有間隙地相互 接觸。此外，表明在基板和結(jié)構(gòu)體的下表面中，第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件也沒有間隙地 相互接觸。(比較例1)描述例子3的比較例。以與在例子3中制造的光學(xué)元件的形狀相同的形狀制造包含部分不同的制造步 驟的樣品。步驟的不同在于接合步驟。比較例1中制造的光學(xué)元件是在大氣中被接合并以大氣壓力被密封的樣品，并 且，它的一個目的是比較真空密封的光學(xué)元件和大氣壓力密封的光學(xué)元件之間的偏振特 性。然后，關(guān)于例子3，用由SF6的光學(xué)玻璃制成的45°棱鏡夾住樣品，并且，評價其偏振特 性。作為結(jié)果，引起全反射，并且，P波和S波的透射率均為0%。(例子4)在例子4中，描述配置例子，在該配置例子中，光學(xué)元件被暴露于大氣中，然后光 學(xué)元件被加熱，由此使第二光學(xué)部件在其框架部分和結(jié)構(gòu)體的上表面中與第一光學(xué)部件緊 密地接合。在本例子中，制備在例子1 3中獲得的光學(xué)元件，并以大氣壓力、以300°C對這些 光學(xué)元件加熱1小時。然后，所述光學(xué)元件中的每一個被切割，并且，觀察其第一光學(xué)部件 和第二光學(xué)部件的接觸部分。作為結(jié)果，確認(rèn)在切割之后，第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件的接觸部分繼續(xù)相互接合。由上面可以揭示，例子1 3中描述的第一光學(xué)部件和第二光學(xué)部件之間的接觸 部分可通過加熱而相互接合。作為接合的結(jié)果，元件的強度被顯著地提高。雖然已參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所公開的示例 性實施例。
本申請要求在2008年5月26日提交的日本專利申請No. 2008-136579和在2009 年5月25日提交的日本專利申請No. 2009-125288的權(quán)益，在此通過引用方式將其全部內(nèi) 容并入本文。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)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圍的空間部分中形成結(jié)構(gòu)體，以由 此形成第一光學(xué)部件；在減壓環(huán)境中，在所述第一光學(xué)部件上設(shè)置第二光學(xué)部件，以形成在減壓狀態(tài)下密封 所述空間部分的光學(xué)元件；以及將所述光學(xué)元件暴露于大氣中，由此通過大氣和在減壓狀態(tài)下被密封的所述空間部分 之間的差壓而使所述結(jié)構(gòu)體和所述第二光學(xué)部件相互緊密接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)元件制造方法，其中，所述結(jié)構(gòu)體和所述第二光學(xué)部件通過 緊密接觸而成為光學(xué)接觸狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)元件制造方法，還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圍的第二空間部分中形成第二結(jié)構(gòu)體，以由此形成所述第二光 學(xué)部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)元件制造方法，其中，形成在減壓狀態(tài)下密封所述空間部分 的光學(xué)元件包括在所述第一光學(xué)部件上設(shè)置所述第二光學(xué)部件之前，用能量波照射所述 第一光學(xué)部件和所述第二光學(xué)部件中的至少一個，以清洗和活性化其表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)元件制造方法，其中，形成在減壓狀態(tài)下密封所述空間部分 的光學(xué)元件包括使所述框架部分的與所述第二光學(xué)部件的接觸表面的至少一部分暴露于 氫氟酸或氫氟酸氣體中以被溶解，然后設(shè)置所述第二光學(xué)部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)元件制造方法，還包括在使所述結(jié)構(gòu)體和所述第二光學(xué)部 件相互緊密接觸之后，加熱所述結(jié)構(gòu)體和所述第二光學(xué)部件之間的接觸部分。
7.一種光學(xué)元件，包括第一光學(xué)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 包圍的空間部分中形成的結(jié)構(gòu)體；以及第二光學(xué)部件，被設(shè)置在所述第一光學(xué)部件上，以便密封所述空間部分，其中，所述空間部分被減壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的光學(xué)元件，其中，所述結(jié)構(gòu)體和所述第二光學(xué)部件處于光學(xué)接觸 狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的光學(xué)元件，其中，所述結(jié)構(gòu)體具有面內(nèi)周期比可見光的波長短并 且通過空間部分和結(jié)構(gòu)部分的重復(fù)而形成的結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的光學(xué)元件，其中，所述第二光學(xué)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圍的第二空間部分中形成的第 二結(jié)構(gòu)體，以及其中，所述第二結(jié)構(gòu)體具有面內(nèi)周期比可見光的波長短并且通過空間部分 和結(jié)構(gòu)部分的重復(fù)而形成的結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的光學(xué)元件，其中，用所述第一光學(xué)部件的框架部分和所述第二 光學(xué)部件的第二框架部分對空間部分進行密封。
全文摘要
提供一種光學(xué)元件的制造方法，該方法包括在基板上形成框架部分并在被框架部分包圍的空間部分中形成結(jié)構(gòu)體，以由此形成第一光學(xué)部件；在減壓環(huán)境中，在第一光學(xué)部件上設(shè)置第二光學(xué)部件，以形成在減壓狀態(tài)下密封空間部分的光學(xué)元件；以及將光學(xué)元件暴露于大氣中，由此通過大氣和在減壓狀態(tài)下被密封的空間部分之間的差壓來使結(jié)構(gòu)體和第二光學(xué)部件相互緊密接觸。因此，能夠在接合光學(xué)元件時抑制光學(xué)元件在接合中的損壞并進一步在不使用粘接劑的情況下提高光學(xué)元件的功能和強度。
文檔編號G02B5/30GK102037386SQ20098011883
公開日2011年4月27日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月26日
發(fā)明者寺田順?biāo)? 巖片政秀, 荒井一浩 申請人:佳能株式會社