JP2002269799A

JP2002269799A - 光ヘッドおよび光ピックアップ装置

Info

Publication number: JP2002269799A
Application number: JP2001066508A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Fukuda; 浩章福田; Masaya Otsuka; 正也大塚
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2002-09-20

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラス基板上に形成された、ピラミッド状の
シリコン突起を有する近接場光プローブでは、Ｓｉ基板
の異方性エッチングを施すことにより形成しているた
め、そのプローブテーパ角を変化させることは困難であ
り、またプローブの外形に結晶方位に対応した面が残っ
てしまい円錐形状を形成するのが困難であるといった問
題点等を解決する。【解決手段】透明な石英基板２上に、先端の直径が入
射光の波長以下の大きさであり、かつ、石英基板２より
も高屈折率の材料からなる窒化シリコン膜６でできた複
数個の微小突起５’および微小突起５’の表面を金属薄
膜４で覆った近接場光プローブ５を形成したことを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ヘッドおよび光
ピックアップ装置に関し、さらに詳しくは超高密度でデ
ータの記録再生を行うことが可能な、近接場光学効果を
用いた光ヘッド、平面型プローブアレイおよび光ピック
アップ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】データの記録再生方法の一つとしては、
レーザ光等の光を用いてデータを情報記録媒体に記録、
再生する方法がある。このような光記録の方法の代表的
な例としては、特定の高分子材料に所定のレーザ光を照
射することによりその分子構造を局所的に変化させ、そ
の分子構造の変化による屈折率の違いによってデータを
記録・再生する方法や、一般に希土類金属と遷移金属と
からなるアモルファス合金薄膜に対して所定の磁界中で
レーザ光を照射して、局所的にキュリー点または補償点
以上に加熱することにより、そのアモルファス合金薄膜
の磁性体の方向を局所的に変化させ、その磁性体の方向
の違いによってデータを記録・再生する方法などがあ
る。

【０００３】ところで、上述した方法では、レーザ光を
レンズ光学系で集光したものを情報記録媒体に照射し、
このレーザ光のスポット径が記録マークの大きさを決定
する重要なパラメータになっている。ところが、このよ
うな方法では、光のスポット径は光の回折限界により、
レーザ光源の波長以下にすることは不可能である。

【０００４】これに対し、近年、近接場光学効果を用い
ることによりレーザ光の波長以下の記録マークを形成で
き、従来の光記録の記録密度を飛躍的に向上できる技術
の可能性が示されてきている。具体的には、光ファイバ
の先端を先鋭化した後、表面に金属薄膜をコーティング
し、さらにその金属薄膜をコーティングした部分の先端
に、レーザ光の波長以下のサイズの微小開口を設けるこ
とにより形成したプローブを用い、そのプローブの先端
より近接場光を媒体に照射することによって光記録を行
っている。この場合、光ファイバのスキャンは、ピエゾ
素子をアクチェータとして用い、ラスタスキャンするこ
とにより行われていた。しかし、実用的なピエゾ素子で
は、スキャンできる範囲が最大１００μｍ程度であり、
またスキャン速度もたかだか数十ｋＨｚ程度であるた
め、記録データの読み出し速度には限界があった。さら
に、実際にプローブから出力される近接場光の光の強度
も小さいため、記録・再生速度を高速にすることには限
界があった。

【０００５】これらの問題を解決すべく、プローブをア
レイ化した平面型プローブアレイが、特許第３０２３０
８５号（特開平１１−２５８４０９号公報）や、特開平
１１−１９１２３８号公報で提案されている。これは、
シリコン基板（以下、「Ｓｉ基板」と略称するときがあ
る）を異方性エッチングすることにより同一基板上に微
小開口をアレイ状に作製しているものである。したがっ
て、プローブが１つの素子に多数個あることになり、素
子自体の掃引速度はそれほど高速である必要はない。例
えば、碁盤目状に並んだプローブを備えた平面型プロー
ブアレイに対し、光ディスク等の情報記録媒体は回転す
るように配置され、２次元平面上に配置されたプローブ
は、それぞれ上記情報記録媒体上の異なった点を通過す
ることになる。また、上記したような平面型プローブア
レイにおいては、高効率化のために、各平面開口プロー
ブの微小開口部分に微小レンズを作製する方法も提案さ
れている。これは、微小開口の上にガラスビーズを落と
して微小レンズとしているものである（例えば、特開２
０００−９０４７８号公報の図４および図５参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各平面
開口プローブの微小開口部分にガラスビーズを落として
微小レンズを作製する方法では、ガラスビーズを所望の
位置に落としたり、レーザ光が入射した場合の焦点距離
を所望の値に調整したりすることが困難であると共に、
ガラスビーズが固定されていないため、長期に亘る信頼
性の確保という点に問題があった。また、上記した平面
開口プローブは、Ｓｉ基板を異方性エッチングにより掘
り込むことで微小開口を作製していた。この場合、レー
ザ光がプローブを通過する部分は空洞であり、より高効
率な光出力（すなわちより高速な光書き込み、読み出し
をするため）が必要となったときに、その空洞部分を光
の閉込め効果の高い屈折率の高い物質で充填する必要が
あった。

【０００７】さらに、近接場光を効率よく発生させるた
めに、ガラス基板上に形成された、ピラミッド状のシリ
コン突起を有する近接場光プローブが提案されている
（２０００．３．春季応用物理学会、第４７回応用物理
学関係連合講演会講演予稿集３１ａ−ＺＡ−１０、東
京工業大学、八井崇他参照）。このピラミッド状のシ
リコン突起は、ＫＯＨおよびＩＰＡ（イソプロピルアル
コール）からなるエッチング液によりウエットエッチン
グによって形成されている。この場合、プローブの形状
は、Ｓｉ基板の異方性エッチングを施すことにより形成
しているため、そのプローブテーパ角を変化させること
は困難であり、またプローブの外形に結晶方位に対応し
た面が残ってしまい円錐形状を形成するのが困難である
といった問題点があった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、光の近接場効果
を用いた光記録装置であって、高効率に光を出力でき
て、さらに高効率で信号光を検出可能で、簡便に作製可
能な光ヘッド（近接場光プローブを備えた平面型プロー
ブアレイ）および光ピックアップ装置を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
と共に上記目的を達成するために、各請求項記載の発明
では以下の特徴ある手段を採用している。請求項１記載
の発明は、透明基板上に、先端の直径が入射光の波長以
下の大きさであり、かつ、該透明基板よりも高屈折率の
材料からなる複数個の微小突起を形成したことを特徴と
する光ヘッドである。

【００１０】請求項２記載の発明は、高屈折率材料から
なる透明基板上に、先端の直径が入射光の波長以下の大
きさであり、かつ、上記透明基板と同じ高屈折率材料か
らなる複数個の微小突起を形成したことを特徴とする光
ヘッドである。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の光ヘッドにおいて、上記高屈折率材料として、シ
リコンを用いたことを特徴とする。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１、２また
は３記載の光ヘッドにおいて、上記各微小突起が、円柱
状の形状をなすことを特徴とする。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項４記載の光
ヘッドにおいて、上記各微小突起は、上記高屈折率材料
を、ＣＨＦ_３／ＳＦ_６／Ｏ_２からなるガス種を用いてド
ライエッチングにより作製したことを特徴とする。

【００１４】請求項６記載の発明は、請求項１、２また
は３記載の光ヘッドにおいて、上記各微小突起が、円錐
状の形状をなすことを特徴とする。

【００１５】請求項７記載の発明は、請求項６記載の光
ヘッドにおいて、上記各微小突起は、上記高屈折率材料
を、ＣＨＦ_３／ＳＦ_６からなるガス種を用いてドライエ
ッチングにより作製したことを特徴とする。

【００１６】請求項８記載の発明は、請求項１ないし７
の何れか一つに記載の光ヘッドにおいて、上記各微小突
起の表面が、金属薄膜で覆われていることを特徴とす
る。

【００１７】請求項９記載の発明は、請求項１ないし８
の何れか一つに記載の光ヘッドにおいて、上記複数個の
微小突起を形成した上記透明基板の反対側表面に、プラ
イマーを塗布した後、そのプライマー上に熱変形性の感
光性材料としてポジ型のフォトレジストを塗布し、その
後、パターニングされた感光性樹脂材料の膜を熱変形温
度以上に加熱してポストベークを行うことにより、上記
各微小突起の開口上部に凸面形状のマイクロレンズアレ
イを形成したことを特徴とする。

【００１８】請求項１０記載の発明は、請求項１ないし
８の何れか一つに記載の光ヘッドにおいて、上記複数個
の微小突起を形成した上記透明基板の反対側表面上に、
熱変形性の感光性材料のフォトレジストをパターンニン
グし、熱変形温度以上に加熱してポストベークして、上
記各微小突起の開口上部になめらかな凸面形状を形成し
た後、上記凸面形状がアレイ配置された面に対してドラ
イエッチを行うことにより、上記凸面形状のアレイ配置
を基板表面に彫り移すことによって、上記各微小突起と
反対側の上記透明基板上部にマイクロレンズアレイを形
成したことを特徴とする。

【００１９】請求項１１記載の発明は、請求項９または
１０記載の光ヘッドにおいて、上記マイクロレンズアレ
イの材料として、パイレックスまたはソーダガラスを用
いたことを特徴とする。

【００２０】請求項１２記載の発明は、請求項１ないし
１１の何れか一つに記載の光ヘッドを有し、上記微小突
起を形成した上記透明基板の反対面側に、入射レーザビ
ーム光と光記録媒体からの信号光を分離する偏光スプリ
ッタと１／４波長板とを備えていることを特徴とする光
ピックアップ装置である。

【００２１】請求項１３記載の発明は、請求項１ないし
１１の何れか一つに記載の光ヘッドを有し、上記微小突
起を形成した上記透明基板の反対側に、入射レーザビー
ム光と光記録媒体からの信号光を分離する偏光スプリッ
タと１／４波長板とを備え、上記複数個の微小突起を形
成した上記透明基板上に、光記録媒体からの信号光を検
出するための光検出器を備えていることを特徴とする光
ピックアップ装置である。

【００２２】請求項１４記載の発明は、請求項２ないし
１１の何れか一つに記載の光ヘッドを有し、上記複数個
の微小突起を形成した上記透明基板の反対面側の上記各
微小突起の上面に、グレーティングレンズを備えている
ことを特徴とする光ピックアップ装置である。

【００２３】請求項１５記載の発明は、請求項１ないし
１１の何れか一つに記載の光ヘッドを有し、該光ヘッド
部分が、浮上スライダ上に形成されていることを特徴と
する光ピックアップ装置である。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して実施例を含む
本発明の実施の形態（以下、単に「実施形態」という）
を説明する。各実施形態等に亘り、同一の機能および形
状等を有する部材や構成部品等については、同一符号を
付すことによりその説明を省略する。図および説明の簡
明化を図るため、図に表されるべき部材や構成部品であ
っても、その図において特別に説明する必要がない部材
や構成部品は適宜断わりなく省略することがある。（第１の実施形態）第１の実施形態は、透明基板上に、
先端の直径が入射レーザビーム光の波長以下の大きさで
あり、かつ、該透明基板よりも高屈折率の材料からなる
複数個の微小突起を形成したことを特徴とするものであ
る（請求項１参照）。なお、後述する実施形態等を含
め、本発明に係る複数個の微小突起は、図の簡明化を図
るため拡大・誇張して示す。図１を参照して、第１の実
施形態に係る光ヘッドに適用できる近接場光プローブお
よび平面型プローブアレイの作製方法を説明する。

【００２５】図１（ａ）に示すように、透明基板として
の石英ガラスから形成された石英基板２の上に、高屈折
率の材料として窒化シリコン（窒化ケイ素）膜６を形成
する。この窒化シリコン膜６は、ＳｉＨ_４とＮＨ_３を７
００〜１１００℃の高温下で熱反応させる高温熱ＣＶＤ
法で成膜することができる。窒化シリコン膜６の膜厚
は、２μｍ以上であることが望ましい。

【００２６】ここでは、高屈折率材料として窒化シリコ
ン膜６を挙げたが、他の高屈折率材料でもなんら問題な
い。例えば、石英ガラス上にスパッタ（石英基板表面か
ら１μｍ程度）したのち、Ｎ原子あるいはＣ原子の侵入
層を作製する。Ｃ原子の場合では、ＣＨ_４をソースガス
とするイオン注入法により石英ガラスへイオン注入する
ことにより、またＮ原子の場合では、ＳｉＨ_４とＮ_２Ｏ
とを原料とする熱分解ＣＶＤ法によってＳｉＯ_２を成膜
することにより、高屈折率層を形成することができる。
このような高屈折率層は、上記した方法以外にも他のＣ
ＶＤ、真空蒸着、スパッタリング等や熱拡散法によって
も形成できる。また、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）
基板と呼ばれる、シリコン単結晶基板に酸化シリコンの
バッファー層が形成されている基板を使用し、ＳＯＩ基
板とガラス基板に電極を設け、約３００℃程度の温度雰
囲気中で適当な電圧を印加することによりＳＯＩ基板と
ガラス基板とを接合して、石英基板上に高屈折率材料を
形成することができる。別の方法としては、接合する石
英基板表面を十分に洗浄し、ＳＯＩ基板の活性シリコン
層を貼り合わせ、窒素雰囲気中９００℃以上で熱処理す
ることにより接合することが可能である。また、接合す
る石英基板とＳＯＩ基板の接合面を鏡面研磨してＲＣＡ
洗浄し、１×１０^−９Ｔｏｒｒ以下の真空度のチャンバ
ー内で、ＡｒのＦＡＢ（Fast Atom Beam）を３００ｓｅ
ｃ程度同時に照射し、１０ＭＰaの圧力で圧着すること
により接合することができる。

【００２７】石英基板２上に窒化シリコン膜６を成膜し
た基板に、図１（ｂ）に示すように、半導体プロセスの
フォトリソグラフィ技術を用いて、円柱状のレジストパ
ターン３を複数個（図１（ｂ），（ｃ）に示す例では２
個）形成する。この円柱状のレジストパターン３は、窒
化シリコンの微小突起５’を形成する領域に作製され
る。このレジストパターン３をマスクとして、窒化シリ
コン膜６をドライエッチングにより除去する（図１
（ｃ）参照）。このドライエッチング時に、石英基板２
をストッパー層とすることで、光学的に透明な石英基板
２上に高屈折率の材料からなる微小突起５’を複数個形
成することができる。微小突起５’の先端の直径は、入
射（レーザビーム）光の波長以下の大きさである。ま
た、ドライエッチング時間を調節することにより、石英
基板２上にレジストパターン３が無い領域の窒化シリコ
ン膜６を基板上に残して、石英基板２上に高屈折率材料
からなる微小突起を複数個形成することができる。

【００２８】ここで、ドライエッチングの条件を変化さ
せることにより、形成された窒化シリコン突起の形状を
変化させることができる。ドライエッチングは、平行平
板型のＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いた。
ここでガス種、処理圧力、ＲＦパワーを最適条件に変化
させることで各種形状の窒化シリコンの微小突起を形成
することができる。このドライエッチング時に透明基板
２をストッピングレイヤーとすることで、透明基板上に
円柱もしくは円錐形のシリコン突起からなる近接場光プ
ローブを形成することができる。

【００２９】ドライエッチング後、レジストパターン３
を酸素プラズマによるレジストアッシングを行いレジス
トパターン３を除去する（図１（ｄ）参照）。次いで、
窒化シリコンの微小突起が形成された表面に、図１
（ｅ）に示すように、金属薄膜４をスパッタにより成膜
する。これにより、窒化シリコンの微小突起５’の表面
が金属薄膜４で覆われ、近接場光プローブ５を形成する
ことができる。金属薄膜４を光の染み込み深さ以上に蒸
着することで、窒化シリコンの微小突起から生じる近接
場光以外を遮断することができる。シリコンエッチング
後、残ったレジストパターン３を酸素プラズマによるレ
ジストアッシングを行うことにより、レジストを除去す
ることができる。またシリコン突起側面に付着した側壁
保護膜等はＢＨＦ溶液によって除去することができる。（第２の実施形態）第２の実施形態は、高屈折率材料か
らなる透明基板上に、先端の直径が入射レーザビーム光
の波長以下の大きさであり、かつ、透明基板と同じ高屈
折率材料からなる複数個の微小突起を形成したことを特
徴とするものである（請求項２参照）。図３を参照し
て、第２の実施形態に係る光ヘッドに適用できる近接場
光プローブおよび平面型プローブアレイの作製方法を説
明する。

【００３０】まず、図３（ａ）において、ＳＯＩ基板１
の最上位層として示されている基板シリコン層１ａを、
ＫＯＨまたはＴＭＡＨ溶液を用いて選択的に除去する
（図３（ｂ）参照）。次いで、シリコン酸化膜層１ｂ
を、ＨＦ溶液を用いて選択的に除去し、透明な石英基板
２上に活性シリコン層１ｃを有する基板を形成する（図
３（ｃ）参照）。次いで、図３（ｄ）に示すように、半
導体プロセスのフォトレジスト技術を用いて、活性シリ
コン基板１ｃ上に、円柱状のレジストパターン３を形成
する。この円柱状のレジストパターン３は、シリコンの
微小突起５Ａ’としての近接場光学プローブ５Ａを形成
する領域に作製する。ここで、第２の実施形態における
石英基板２の石英ガラスは、高屈折率材料であり、活性
シリコン基板１ｃのシリコンは、石英基板２（透明基
板）と同じ高屈折率材料である。

【００３１】レジストパターン３の高さは、０．５μｍ
以上必要であり、より望ましくは１μｍ以上ある方がよ
い。次いで、このレジストパターン３をマスクとして、
活性シリコン層１ｃをドライエッチングにより選択的に
除去する（図３（ｅ）参照）。このとき、ドライエッチ
ング時間を上記条件よりも短くすることにより、レジス
トパターン３の無い領域の活性層あるいはシリコン層を
石英基板２上に残し、シリコンの微小突起５Ａ’（以
下、「シリコン微小突起５Ａ’」という）を形成するこ
とができる。シリコン微小突起５Ａ’の先端の直径は、
入射（レーザビーム）光の波長以下の大きさに形成され
る。次いで、シリコン微小突起５Ａ’が形成された表面
に、図１（ｅ）に示すように、金属薄膜４をスパッタに
より成膜する。これにより、シリコン微小突起５Ａ’の
表面が金属薄膜４で覆われ、近接場光プローブ５Ａを作
製することができる。第１の実施形態と同様に、金属薄
膜４を光の染み込み深さ以上に蒸着することで、シリコ
ン微小突起から生じる近接場光以外を遮断することがで
きる。この場合、レジストパターン３の無い領域の活性
シリコン層１ｃの膜厚としては、１００ｎｍ以上が望ま
しい。

【００３２】ここで、ドライエッチングの条件を変化さ
せることにより、形成されたシリコン微小突起の形状を
変化させることができる。ドライエッチングは、第１の
実施形態と同様に平行平板型のＲＩＥ（Reactive Ion E
tching）装置を用いた。エッチング条件はガス種：ＣＨ
Ｆ_３／ＳＦ_６／Ｏ_２＝１４／１／１、処理圧力：１００
ｍＴｏｒｒである。この条件では、図２に示すような円
柱状の形状をなすシリコン微小突起５Ｂ’が得られる。

【００３３】また、ガス種：ＣＨＦ_３／ＳＦ_６、処理圧
力２００ｍＴｏｒｒとすると、テーパ角約７５度の円錐
形状のシリコン微小突起を形成することができる。この
ドライエッチング時に石英基板２をストッピングレイヤ
ーとすることで、透明な石英基板２上に円柱または円錐
形のシリコン微小突起からなる近接場光プローブを形成
することができる。（第３の実施形態）次に、図４を参照して、第３の実施
形態について説明する。第３の実施形態は、複数個の微
小突起を形成した透明基板の反対側表面に、プライマー
を塗布した後、そのプライマーの上に熱変形性の感光性
材料としてポジ型のフォトレジストを塗布し、その後、
パターニングされた感光性樹脂材料の膜を熱変形温度以
上に加熱してポストベークを行うことにより、各微小突
起の開口上部に凸面形状のマイクロレンズアレイを形成
するものである（請求項９参照）。

【００３４】第３の実施形態では、第２の実施形態で得
られた図３（ｇ）に示す近接場光プローブ５Ａを使用す
る。複数個のシリコン微小突起５Ａ’を備えた近接場光
プローブ５Ａを作製後、先ず、シリコン微小突起５Ａを
形成した石英基板２の反対側表面にプライマーを塗布
し、そのプライマーの上に熱変形性の感光性材料として
ポジ型のフォトレジストを逆ピラミッド構造が十分埋ま
る程度に塗布して、フォトレジスト層７を形成する。次
いで、最初に熱酸化膜形成に用いたマスクで上記膜に密
着した後、紫外線露光を行い、通常のフォトレジスト現
像法に従って現像を行いリンスした（図４（ａ），
（ｂ）参照）。次いで、図４（ｃ）に示すように、不要
なフォトレジスト層を除去され、パターニングされた感
光性樹脂材料の感光性樹脂膜８をその熱変形温度以上の
１５０℃以上に加熱してポストベークを行う。その結
果、各シリコン微小突起５Ａ’の開口上部に形成された
断面長方形形状の感光性樹脂膜８は、溶融・液状化して
その表面張力によってなめらかな凸面形状のマイクロレ
ンズ９、すなわちマイクロレンズアレイを作製すること
ができる。以上の工程により、シリコン微小突起５Ａ’
の形成面の石英基板２の反対側表面に、シリコン微小突
起５Ａ’の開口上部に対応して所望の屈折面形状を有す
るマイクロレンズ９をアレイ配置した平面型プローブア
レイ１０を得ることができる。（図４（ｄ）参照）。（第４の実施形態）次に、第４の実施形態について説明
する。第４の実施形態は、複数個の微小突起を形成した
透明基板の反対側表面上に、熱変形性の感光性材料のフ
ォトレジストをパターンニングし、熱変形温度以上に加
熱してポストベークして、各微小突起の開口上部になめ
らかな凸面形状を形成した後、凸面形状がアレイ配置さ
れた面に対してドライエッチを行うことにより、凸面形
状のアレイ配置を透明基板表面に彫り移すことによっ
て、各微小突起と反対側の透明基板上部にマイクロレン
ズアレイを形成するものである（請求項１０参照）。

【００３５】第４の実施形態におけるマイクロレンズを
アレイ配置した平面型プローブアレイの製造工程は、概
略以下のようである。シリコン微小突起を形成した石英
基板２の反対側表面上にプライマーを塗布し、その上に
熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジストを
塗布する。次いで、最初に熱酸化膜形成に用いたマスク
で上記膜に密着した後、紫外線露光を行い、通常のフォ
トレジスト現像法に従って現像を行いリンスした。さら
に、パターンニングされた感光性樹脂材料の感光性樹脂
膜をその熱変形温度以上の１５０度以上に加熱してポス
トベークを行った。その結果、各シリコン微小突起の開
口上部に形成された断面長方形形状の感光性樹脂膜は、
溶融・液状化してその表面張力によってなめらかな凸面
形状となる。さらに、上記凸面形状がアレイ配置された
面に対してドライエッチを行う。このドライエッチを、
上記凸面形状のアレイ配置が基板表面に彫り移すところ
まで行うことにより、各シリコン微小突起の開口上部に
マイクロレンズアレイを作製することができ、これによ
ってマイクロレンズをアレイ配置した平面型プローブア
レイを得ることができる。

【００３６】上記透明基板の材料としては、石英ガラス
として、例えばパイレックス、ソーダガラスなど用いる
ことができるが、それに限定することなく、カルケゴン
を含む化合物、ＬｉＮｂＯ_３のような誘電体や、透明な
樹脂等ももちろん使用することができる。樹脂を選択し
た場合には、その接合の方法として透明な接着剤で接合
してもよい。（第５の実施形態）図５を参照して、第５の実施形態に
ついて説明する。図５において、符号２０は、図示しな
い（例えば光ディスク等である）光記録媒体に、情報の
記録、再生、消去を行うための光ピックアップ装置を示
す。光ピックアップ装置２０は、図４に示した第３の実
施形態における平面型プローブアレイ１０の右側の構成
と、その左側のマイクロレンズ９よりもやや小さいマイ
クロレンズ９’とを有し、シリコン微小突起５Ａ’を形
成した石英基板２の反対側に、入射レーザビーム光２５
と上記光記録媒体からの信号光とを分離するマイクロプ
リズム２２Ａ，２２Ｂと、シリコン微小突起５Ａ’を形
成したと同一面側の石英基板２上に、上記光記録媒体か
らの信号光を検出するための光検出器２１とを具備して
いる。

【００３７】シリコン微小突起５Ａ’を作製した同一面
側のシリコン基板上に、例えばボロンを選択的に拡散す
ることによりｐ-ｎ接合を形成することでフォトダイオ
ードを作製することができる。シリコン微小突起５Ａ’
の微小開口上に上記光記録媒体から反射した信号光を分
離するためのマイクロプリズム２２Ａを設け、上記フォ
トダイオード上にも微小開口上同様にマイクロレンズ
９’を設けることで、効率よく信号光を光検出器２１に
導くことができる。シリコン微小突起５Ａ’の微小開口
上には、入射レーザビーム光２５と上記光記録媒体から
の信号光を分離し、その信号光を光検出器２１上に導く
ためのマイクロプリズム２２Ａ，２２Ｂが接着されてい
る。（第６の実施形態）図６を参照して、第６の実施形態に
ついて説明する。第６の実施形態は、第３の実施形態と
比較して、マイクロレンズの作製方法が相違するもので
ある。第６の実施形態では、透明基板として石英ガラス
でできた石英基板２を用い、まず、図６（ａ）に示すよ
うに、Ｎ原子あるいはＣ原子の侵入層１１を作製する。
Ｃ原子の場合では、ＣＨ_４をソースガスとするイオン注
入法により石英基板２へイオン注入し、Ｎ原子の場合で
は、ＳｉＨ_４とＮ_２Ｏを原料とする熱分解ＣＶＤ法によ
ってＳｉＯ_２を成膜してＳｉＯ_２層１２を形成すること
により侵入層１１を形成することができる。これらは、
上記方法以外にも他のＣＶＤ、真空蒸着、スパッタリン
グ等や熱拡散法によっても形成できる。

【００３８】さらに、侵入層１１およびＳｉＯ_２層１２
の上に、シリコン層１３を所定の厚さに形成し、パター
ニングを行う（図６（ｂ）参照）。これは通常のフォト
リソグラフィとエッチングにより可能である。次いで、
パターンニング後、加熱を行いシリコン層１３を溶融さ
せることにより、表面張力によりその自由表面は球面に
近いレンズ形状になる。シリコンの加熱は炉中加熱、レ
ーザ光などによる光加熱、電子ビームによる加熱などで
行う。なお、シリコンの溶融温度はおよそ１４１２℃で
ある。さらに、酸化処理を行うことによりシリコン層１
３は透明なＳｉＯ_２から形成されたマイクロレンズ１５
になる（図６（ｃ）参照）。このマイクロレンズ１５の
形成に合わせて、その石英基板２の裏面側において、図
１ないし図３に示した方法で微小突起５’，５Ａ’を作
製することで、マイクロレンズ付きの平面光ヘッドを製
作することができる。（第７の実施形態）図７を参照して、第７の実施形態に
ついて説明する。

【００３９】第７の実施形態は、図５に示した第５の実
施形態と比較して、光ピックアップ装置２０に代えて、
光ピックアップ装置３０を有することのみ相違する。

【００４０】光ピックアップ装置３０は、図５に示した
光ピックアップ装置２０と比較して、マイクロプリズム
２２Ａ，２２Ｂに代えて、マイクロプリズム２２Ｃを有
すること、シリコン微小突起５Ａ’を形成した石英基板
２の反対側に、入射レーザビーム光２５と上記光記録媒
体からの信号光を分離する偏光ビームスプリッタ２３と
１／４波長板２４とを備えていることが主に相違する。

【００４１】図７に示したように、シリコン微小突起５
Ａ’の平面微小開口上部に１／４波長板２４と偏光ビー
ムスプリッタ２３とを配置したことにより、入射光と信
号光の偏波面を９０度回転させることにより信号光をよ
り高いＳＮ比で検出することが可能である。

【００４２】本発明の光ピックアップ装置の実施形態
は、上述したものに限らず、次のようなものであっても
よい。すなわち、図４に示されているシリコン微小突起
５Ａ’の微小開口上のマイクロレンズ９や、図６に示さ
れているマイクロレンズ１５の代わりに、入射波長に依
存した周期を持つグレーティングを微小開口上に形成す
ることにより、光ピックアップを構成することができ
る。この場合は、例えば微小開口上に所定の周期を持っ
たパターンを形成し反応性イオンエッチング等で透明基
板を所定の深さだけエッチングすることにより、グレー
ティングレンズを容易に形成することができる。

【００４３】また、上記方法で作製した平面型近接場光
プローブを浮上型ヘッドに形成することにより、上記光
記録媒体と上記光ピックアップの微小開口部の間隔を一
定かつ微小に保つことが可能になり、より微小な記録マ
ークを形成できることとなって、超高密度記録が可能と
なる。

【００４４】以上述べたとおり、本発明を実施例を含む
特定の実施形態等について説明したが、本発明の構成
は、上述した各実施形態および各変形例等に限定される
ものではなく、これらを適宜組み合わせて構成してもよ
く、本発明の範囲内において、その必要性および用途等
に応じて種々の実施形態や実施例を構成し得ることは当
業者ならば明らかである。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来技術の有する問題点を解決して光ヘッドに利用でき
る新規な、近接場光プローブ、平面型プローブアレイお
よび光ピックアップ装置を提供することができる。請求
項ごとの効果を挙げれば以下のとおりである。請求項１
記載の発明によれば、透明基板上に、先端の直径が入射
光の波長以下の大きさであり、かつ、透明基板よりも高
屈折率の材料からなる複数個の微小突起を形成したの
で、高効率に近接場光を光記録媒体に照射することがで
き、高速かつ高効率に光記録、再生消去が可能になる。

【００４６】請求項２記載の発明によれば、高屈折率材
料からなる透明基板上に、先端の直径が入射光の波長以
下の大きさであり、かつ、透明基板と同じ高屈折率材料
からなる複数個の微小突起を形成したので、透明基板と
高屈折率基板との密着性を高めることができるため、経
時安定性に優れている。

【００４７】請求項３記載の発明によれば、高屈折率材
料として、シリコンを用いたことにより、請求項１また
は２記載の発明の効果に加えて、既存の半導体プロセス
を使用することができ、光ヘッドを容易かつ安定に、し
かも安価に作製することができる。

【００４８】請求項４記載の発明によれば、各微小突起
が、円柱状の形状をなすことにより、請求項１，２また
は３記載の発明の効果に加えて、微小突起の形状を安定
して作製することができる。

【００４９】請求項５記載の発明によれば、各微小突起
は、高屈折率材料を、ＣＨＦ_３／ＳＦ_６／Ｏ_２からなる
ガス種を用いてドライエッチングにより作製したので、
請求項４記載の発明の効果に加えて、微小突起の円柱状
の形状をより安定かつ簡便に作製することが可能であ
る。

【００５０】請求項６記載の発明によれば、各微小突起
が、円錐状の形状をなすことにより、請求項１，２また
は３記載の発明の効果に加えて、入射レーザ光のモード
変換により、より微少なスポットを形成することが可能
となって、より高密度な光記録が可能になる。

【００５１】請求項７記載の発明によれば、各微小突起
は、高屈折率材料を、ＣＨＦ_３／ＳＦ_６からなるガス種
を用いてドライエッチングにより作製したので、請求項
６記載の発明の効果に加えて、各微小突起の円錐状の形
状をより安定かつ簡便に作製することが可能である。

【００５２】請求項８記載の発明によれば、各微小突起
の表面が、金属薄膜で覆われていることにより、上記各
発明の効果に加えて、伝播光を遮断できるため、効率よ
く近接場光を照射し、検出することが可能になる。

【００５３】請求項９記載の発明によれば、複数個の微
小突起を形成した透明基板の反対側表面に、プライマー
を塗布した後、そのプライマー上に熱変形性の感光性材
料としてポジ型のフォトレジストを塗布し、その後、パ
ターニングされた感光性樹脂材料の膜を熱変形温度以上
に加熱してポストベークを行うことにより、各微小突起
の開口上部に凸面形状のマイクロレンズアレイを形成し
たので、上記各発明の効果に加えて、各微小突起の微小
開口部分に、より効率的にレーザ光を集光することがで
きるため、高効率かつ高速に光記録媒体に情報を記録、
再生、消去することが可能になる。

【００５４】請求項１０記載の発明によれば、複数個の
微小突起を形成した透明基板の反対側表面上に、熱変形
性の感光性材料のフォトレジストをパターンニングし、
熱変形温度以上に加熱してポストベークして、各微小突
起の開口上部になめらかな凸面形状を形成した後、凸面
形状がアレイ配置された面に対してドライエッチを行う
ことにより、凸面形状のアレイ配置を基板表面に彫り移
すことによって、各微小突起と反対側の透明基板上部に
マイクロレンズアレイを形成したので、上記各発明の効
果に加えて、マイクロレンズ部分を例えば酸化シリコン
で形成することができ、可視レーザ波長領域での透過特
性に優れ、入射レーザパワーを高くとることが可能であ
る。

【００５５】請求項１１記載の発明によれば、マイクロ
レンズアレイの材料として、パイレックスまたはソーダ
ガラスを用いたので、請求項９または１０記載の発明の
効果に加えて、マイクロレンズの形状を安定かつ容易に
作製できる。

【００５６】請求項１２記載の発明によれば、請求項１
ないし１１の何れか一つに記載の光ヘッドを有し、複数
個の微小突起を形成した透明基板の反対面側に、入射レ
ーザビーム光と光記録媒体からの信号光を分離する偏光
スプリッタと１／４波長板とを備えているので、上記各
発明の効果に加えて、入射レーザビーム光と光記録媒体
からの信号光を分離することができ、これによって信号
光をより効率的に検出することが可能となる。

【００５７】請求項１３記載の発明によれば、請求項１
ないし１１の何れか一つに記載の光ヘッドを有し、複数
個の微小突起を形成した透明基板の反対側に、入射レー
ザビーム光と光記録媒体からの信号光を分離する偏光ス
プリッタと１／４波長板とを備え、複数個の微小突起を
形成した透明基板上に、光記録媒体からの信号光を検出
するための光検出器を備えているので、上記各発明の効
果に加えて、高効率に信号光を検出することができる。
さらに、検出光学系が一体化して形成されているため光
軸ずれ等の影響を受け難くく安定である。

【００５８】請求項１４記載の発明によれば、請求項２
ないし１１の何れか一つに記載の光ヘッドを有し、複数
個の微小突起を形成した透明基板の反対面側の各微小突
起の上面に、グレーティングレンズを備えているので、
より簡単な工程で作製可能である。

【００５９】請求項１５記載の発明によれば、請求項１
ないし１１の何れか一つに記載の光ヘッドを有し、該光
ヘッド部分が浮上スライダ上に形成されているので、光
ヘッドは光記録媒体上を高速に移動可能であり、高速再
生が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態を示す近接場光プローブおよび
平面型プローブアレイの製造プロセスを説明する断面図
である。

【図２】別の実施形態を示す近接場光プローブおよび平
面型プローブアレイの製造プロセスを説明する断面図で
ある。

【図３】第２の実施形態を示す近接場光プローブおよび
平面型プローブアレイの製造プロセスを説明する断面図
である。

【図４】第３の実施形態を示す近接場光プローブおよび
平面型プローブアレイの製造プロセスを説明する断面図
である。

【図５】第５の実施形態を示す光ピックアップ装置の要
部の断面図である。

【図６】第６の実施形態を示す近接場光プローブおよび
平面型プローブアレイの製造プロセスを説明する断面図
である。

【図７】第７の実施形態を示す光ピックアップ装置の要
部の断面図である。

【符号の説明】

１ＳＯＩ基板１ａ基板シリコン層１ｂシリコン酸化膜層１ｃ活性シリコン層２透明基板の一例としての石英基板３レジストパターン４金属薄膜５，５Ａ近接場光プローブ５’ 微小突起５Ａ’ シリコン微小突起６高屈折率の材料である窒化シリコン膜８感光性樹脂膜９，１５マイクロレンズ１０平面型プローブアレイ１１侵入層１３シリコン層２０，３０光ピックアップ装置２１光検出器２３偏光スプリッタとしての偏光ビームスプリッタ２４１/４波長板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に、先端の直径が入射光の波長
以下の大きさであり、かつ、該透明基板よりも高屈折率
の材料からなる複数個の微小突起を形成したことを特徴
とする光ヘッド。
【請求項２】高屈折率材料からなる透明基板上に、先端
の直径が入射光の波長以下の大きさであり、かつ、上記
透明基板と同じ高屈折率材料からなる複数個の微小突起
を形成したことを特徴とする光ヘッド。
【請求項３】請求項１または２記載の光ヘッドにおい
て、上記高屈折率材料として、シリコンを用いたことを特徴
とする光ヘッド。
【請求項４】請求項１、２または３記載の光ヘッドにお
いて、上記各微小突起が、円柱状の形状をなすことを特徴とす
る光ヘッド。
【請求項５】請求項４記載の光ヘッドにおいて、上記各微小突起は、上記高屈折率材料を、ＣＨＦ_３／Ｓ
Ｆ_６／Ｏ_２からなるガス種を用いてドライエッチングに
より作製したことを特徴とする光ヘッド。
【請求項６】請求項１、２または３記載の光ヘッドにお
いて、上記各微小突起が、円錐状の形状をなすことを特徴とす
る光ヘッド。
【請求項７】請求項６記載の光ヘッドにおいて、上記微小突起は、上記高屈折率材料を、ＣＨＦ_３／ＳＦ
_６からなるガス種を用いてドライエッチングにより作製
したことを特徴とする光ヘッド。
【請求項８】請求項１ないし７の何れか一つに記載の光
ヘッドにおいて、上記微小突起の表面が、金属薄膜で覆われていることを
特徴とする光ヘッド。
【請求項９】請求項１ないし８の何れか一つに記載の光
ヘッドにおいて、上記複数個の微小突起を形成した上記透明基板の反対側
表面に、プライマーを塗布した後、そのプライマー上に
熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォトレジストを
塗布し、その後、パターニングされた感光性樹脂材料の
膜を熱変形温度以上に加熱してポストベークを行うこと
により、上記各微小突起の開口上部に凸面形状のマイク
ロレンズアレイを形成したことを特徴とする光ヘッド。
【請求項１０】請求項１ないし８の何れか一つに記載の
光ヘッドにおいて、上記複数個の微小突起を形成した上記透明基板の反対側
表面上に、熱変形性の感光性材料のフォトレジストをパ
ターンニングし、熱変形温度以上に加熱してポストベー
クして、上記各微小突起の開口上部になめらかな凸面形
状を形成した後、上記凸面形状がアレイ配置された面に
対してドライエッチを行うことにより、上記凸面形状の
アレイ配置を基板表面に彫り移すことによって、上記各
微小突起と反対側の上記透明基板上部にマイクロレンズ
アレイを形成したことを特徴とする光ヘッド。
【請求項１１】請求項９または１０記載の光ヘッドにお
いて、上記マイクロレンズアレイの材料として、パイレックス
（登録商標）またはソーダガラスを用いたことを特徴と
する光ヘッド。
【請求項１２】請求項１ないし１１の何れか一つに記載
の光ヘッドを有し、上記微小突起を形成した上記透明基
板の反対面側に、入射レーザビーム光と光記録媒体から
の信号光を分離する偏光スプリッタと１／４波長板とを
備えていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１３】請求項１ないし１１の何れか一つに記載
の光ヘッドを有し、上記微小突起を形成した上記透明基
板の反対側に、入射レーザビーム光と光記録媒体からの
信号光を分離する偏光スプリッタと１／４波長板とを備
え、上記微小突起を形成した上記透明基板上に、光記録
媒体からの信号光を検出するための光検出器を備えてい
ることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１４】請求項２ないし１１の何れか一つに記載
の光ヘッドを有し、上記複数個の微小突起を形成した上
記透明基板の反対面側の上記各微小突起の上面に、グレ
ーティングレンズを備えていることを特徴とする光ピッ
クアップ装置。
【請求項１５】請求項１ないし１１の何れか一つに記載
の光ヘッドを有し、該光ヘッド部分が、浮上スライダ上
に形成されていることを特徴とする光ピックアップ装
置。