JP2003315523A

JP2003315523A - 回折光学素子およびその製造方法および光ピックアップ装置および光ディスクドライブ装置

Info

Publication number: JP2003315523A
Application number: JP2002124029A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Suzudo; 剛鈴土; Tetsuji Mori; 哲司守; Akishige Murakami; 明繁村上; Yasuhiro Azuma; 康弘東; Shuichi Hikiji; 秀一曳地; Koji Mori; 孝二森
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】有機材料膜を用いた回折光学素子の製造工程を
簡略化し、回折光学素子の低コスト化を図る。【解決手段】透明基板１Ａ上に設けられた有機材料膜３
の表面に矩形状の凹凸による回折格子を形成した回折素
子を有する回折光学素子を製造する方法であって、有機
材料膜３上にエッチングマスク材料によるマスク用膜４
を形成する工程と、フォトリソ工程によりマスク用膜４
上に加工用のマスクパターンに応じたレジストパターン
５を形成する工程と、液体中におけるウエットエッチン
グにより、マスク用膜４をパターニングして加工用のマ
スクパターン４Ｍを形成する工程と、マスクパターン形
成後、レジストパターン５を剥離することなく有機材料
膜３に対するエッチング加工を行って、回折格子７の形
成を行う工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回折光学素子お
よびその製造方法および光ピックアップ装置および光デ
ィスクドライブ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回折光学素子は「光に所望の回折現象を
生じさせる光学素子」であり、分光や光の偏向等を行わ
せる素子として広く使用されている。

【０００３】回折光学素子は従来から種々のものが知ら
れているが、新たな回折光学素子として「光学的に透明
な基板の上に有機膜や高分子膜を形成し、これら膜の表
面に凹凸による所望の回折格子を形成したもの」が提案
されている（特開２０００−２２１３２５号公報、特開
２０００―７５１３０号公報、特開平１１−１７４２２
６号公報等）。

【０００４】上記公報に記載されている回折光学素子
は、膜が複屈折性を持つ「偏光ホログラム素子」であ
り、例えば、光ピックアップ装置において「光源側から
の光束の光路と光ディスクからの戻り光束の光路とを光
路分離する」のに好適に使用され得る。

【０００５】光ピックアップ装置の小型化や、上記偏光
ホログラム素子を光源である半導体レーザとユニット化
した「ホログラムレーザユニット」の小型化のために
は、回折角を十分に大きく取るために「偏光ホログラム
素子の狭ピッチ化」が要請されているが、これに応える
には「回折格子を精度良く加工する加工方法」が必要で
ある。また、このような偏光ホログラム素子の低コスト
化のためには「工程の簡略化」が必要である。

【０００６】回折格子を有機材料膜の表面にドライエッ
チングで加工形成すると、有機材料膜は加工が容易で加
工速度も速い利点を有するが、反面、加工速度が速いた
めに「形状制御」が難しい。

【０００７】また、有機材料膜は一般に熱に弱く、フォ
トリソ工程におけるプリベークやポストベークなどで行
われる加熱により表面状態が変化したり、有機材料膜を
保持する基板が、有機材料膜の熱収縮により変形するこ
ともある。

【０００８】これを避けるには、低温のフォトリソ工程
（低温プロセス）を実行すれば良いが、低温プロセスに
よるエッチングマスクは、ドライエッチングに対して耐
性がない。

【０００９】また、フォトリソ工程で形成されたレジス
トパターンをマスクとして、ウエットエッチングにより
「金属膜などによるエッチング用のマスクパターン」を
形成する場合においても、低温プロセスに起因するフォ
トレジストの硬化不足により、正確なマスクパターンを
作製できない。低温プロセスではフォトレジストと金属
膜の密着性が不充分でサイドエッチング量が大きく、ウ
エットエッチングによっては寸法精度が取れないためで
ある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、有機材料
膜を用いた回折光学素子の製造工程を簡略化でき、回折
光学素子の低コスト化を図ることのできる回折光学素子
の製造方法の実現、かかる製造方法の実施による低コス
ト且つ高品質の回折光学素子、かかる回折光学素子を用
いる光ピックアップ装置、光ディスクドライブ装置の実
現を課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の製造方法は
「透明基板上に設けられた有機材料膜の表面に矩形状の
凹凸による回折格子を形成した回折素子を有する回折光
学素子」を製造する方法であって、マスク用膜形成工程
と、レジストパターン形成工程と、マスクパターン形成
工程と、回折格子形成工程とを有する。

【００１２】「マスク用膜形成工程」は、透明基板上に
設けられた有機材料膜上にエッチングマスク材料による
マスク用膜を形成する工程である。「レジストパターン
形成工程」は、フォトリソ工程により、マスク用膜上に
加工用のマスクパターンに応じたレジストパターンを形
成する工程である。「マスクパターン形成工程」は、液
体中におけるウエットエッチングにより、マスク用膜を
パターニングして加工用のマスクパターンを形成する工
程である。

【００１３】「回折格子形成工程」は、マスクパターン
形成工程後、有機材料膜に対するエッチング加工を行っ
て回折格子の形成を行う工程であるが、この回折格子形
成工程は「マスクパターン形成工程後のマスクパターン
上に残っているレジストパターンを剥離する」ことなく
実行される。

【００１４】このように、請求項１記載の製造方法で
は、レジスパターンをマスクパターン上に残したまま次
工程の「回折格子形成工程」に進むので、レジストパタ
ーン剥離に伴なう諸処理が省略されて製造工程が簡略化
され、回折光学素子の製造コストの低減が可能となる。

【００１５】請求項１記載の回折光学素子の製造方法に
おけるパターン形成工程は「フォトリソ工程における熱
処理を低温で行い、パターニングされたレジストパター
ンにおけるレジスト材料の表面のみを硬化もしくは架橋
させる」ことが好ましい（請求項２）。

【００１６】上記レジスト材料の表面のみを硬化若しく
は架橋させるのは、パターニングされたレジストパター
ンに「紫外光を照射」して行うこともできるし（請求項
３）、「赤外光を照射」して行うこともできる（請求項
４）。

【００１７】上記請求項２または３または４記載の回折
光学素子の製造方法において、レジストパターン形成工
程は「真空中」において行うことが好ましい（請求項
５）。上記「真空」は、通常の「真空装置を用いたドラ
イプロセス」が行われる程度の真空、例えば、１０^−３
Ｔｏｒｒ以下の真空である。

【００１８】請求項１〜５の任意の１に記載の回折光学
素子の製造方法において、マスク用膜の材料としては
「金属材料（請求項６）」あるいは「酸化物材料（請求
項７）」を好適に用いることができる。

【００１９】上記請求項１〜７の任意の１に記載の製造
方法により回折素子を形成したのち、回折素子における
矩形状の回折格子の凹部に「光学的に透明な材料」を充
填してオーバコート層とすることができる（請求項
８）。この場合、光学的に透明な材料は、有機材料膜と
異なる屈折率を持つものが用いられる。

【００２０】請求項１〜７の任意の１に記載の製造方法
において、有機材料膜を「有機複屈折膜」とし、回折素
子を形成したのち、回折素子における矩形状の回折格子
の凹部に、光学的に透明で、その屈折率が「有機複屈折
膜における常光線もしくは異常光線に対する屈折率」に
実質的に等しい等方性光学材料を充填して、オーバコー
ト層とすることができる（請求項９）。「有機複屈折
膜」は、例えば、有機材料膜を延伸することにより複屈
折を発現させたものを用いることができる。

【００２１】上記請求項８記載の回折光学素子の製造方
法において「オーバコート層上に、透明な基板を一体化
する」ことが好ましい（請求項１０）。また、請求項９
記載の回折光学素子の製造方法において「オーバコート
層上に、透明な基板を一体化する」ことが好ましい（請
求項１１）。

【００２２】請求項１２記載の回折光学素子は「請求項
１〜１０の任意の１に記載の回折光学素子の製造方法」
により製造されるものである。このような回折光学素子
は、分光や光の偏向等を行わせる光学素子として好適に
使用できる。

【００２３】請求項１３記載の回折光学素子は「請求項
１１記載の回折光学素子の製造方法により製造」される
ものである。このような回折光学素子は「偏光ホログラ
ム素子」として使用することが可能である。

【００２４】この発明の光ピックアップ装置は、請求項
１３記載の回折光学素子を「光源側からの光束の光路
と、光ディスクからの戻り光束の光路とを光路分離する
偏光ホログラム素子」として用いたことを特徴とする
（請求項１４）。

【００２５】この発明の光ディスクドライブ装置は「光
ディスクに対し、光ピックアップ装置を用いて、情報の
記録・再生・消去の１以上を行う光ディスクドライブ装
置」であって、光ピックアップ装置として請求項１４記
載のものを用いたことを特徴とする（請求項１５）。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を説明する。図
１は、この発明の回折光学素子の製造方法を説明するた
めの図である。図１（ａ）は、透明基板１Ａ上に有機材
料膜３を、接着剤層２により接着した状態を示してい
る。

【００２７】図１（ｂ）に示すように、有機材料膜３の
上に「エッチングマスク材料」によるマスク用膜４を形
成する（マスク用膜形成工程）。

【００２８】続いて、図１（ｃ）に示すように、フォト
リソ工程により、マスク用膜４上に加工用のマスクパタ
ーンに応じたレジストパターン５を形成する（レジスト
パターン形成工程）。

【００２９】このようにしてレジストパターン５が形成
されたら、液体中におけるウエットエッチングにより、
マスク用膜４をパターニングして加工用のマスクパター
ン４Ｍを形成する（マスクパターン形成工程）。

【００３０】即ち、図１（ｄ）に示すように、レジスト
パターン５がウエットエッチングに対するマスクとな
り、マスク用膜４の「露呈していた部分」がエッチング
されて除去される。

【００３１】このマスクパターン形成工程後、マスクパ
ターン４Ｍ上のレジストパターン５を剥離することな
く、有機材料膜３に対するエッチング加工を行って、回
折格子の形成を行う（回折格子形成工程）。このエッチ
ング加工の際、マスクパターン５上のレジストパターン
５もエッチングされて除去され、図１（ｅ）に示すよう
に、有機材料膜の表面には矩形状の凹凸による回折格子
７が形成され、この回折格子７の凸部にマスクパターン
５が残っている。

【００３２】図１（ｆ）は、図１（ｅ）の状態から、回
折格子７上に残っていたマスクパターン５をリフトオフ
して除去した状態を示している。この状態のものが回折
素子８である。即ち、回折素子８は、透明基板１上に設
けられた有機材料膜３の表面に矩形状の凹凸による回折
格子７を形成したものである。

【００３３】回折素子８は、それ自体で「回折光学素子
としての機能（透過光を回折させる機能）」を有するの
で、これをそのまま回折光学素子として使用することも
できるが、回折格子の形成された有機材料膜は必ずしも
十分な「物理的強度」を持つ訳ではないので、このまま
使用するよりは、図１（ｇ）に示すように、回折素子に
おける矩形状の回折格子の凹部に「光学的に透明な材
料」を充填してオーバコート層９とし、且つ、このオー
バコート層９上に透明な基板１Ｂを一体化することが好
ましい。

【００３４】このようにして、回折光学素子１０が得ら
れる。この場合、有機材料膜３が複屈折性を持たず、オ
ーバコート層９が「有機材料膜３と異なる屈折率」を持
つものであれば、回折光学素子１０は請求項１０記載の
回折光学素子である。

【００３５】また、有機材料膜３を「有機複屈折膜」と
し、オーバコート層９として「有機複屈折膜における常
光線もしくは異常光線に対する屈折率に実質的に等しい
屈折率」を持つ等方性光学材料を用いれば、回折光学素
子１０は請求項１１記載の回折光学素子である。

【００３６】取り扱いに幾分慎重を期するならば、図１
（ｇ）の状態から透明な基板１Ｂを除去し、オーバコー
ト層９を「保護膜を兼ねた表面層」とすることもでき
る。このような回折光学素子は、請求項８または９記載
の製造方法により製造される回折光学素子である。

【００３７】図１（ｃ）に示した「レジストパターン形
成工程」において、フォトリソ工程における熱処理を低
温で行い、パターニングされたレジストパターンにおけ
るレジスト材料の表面のみを硬化もしくは架橋させるこ
とが好ましい。このようにすると、以下の如き効果が得
られる。

【００３８】図２（ａ）は、フォトリソ工程直後の状態
（微小部分）を模型化して示している。符号２３は「有
機材料膜」、符号２２は「マスク用膜」、符号２１は
「レジストパターンを構成するフォトレジスト（レジス
ト材料）」を示している。

【００３９】フォトリソ工程における熱処理を低温（２
０℃〜７０℃）で行うと、マスク用膜２３とフォトレジ
スト２１の密着性が弱くなり易い。密着性が弱いと、液
体中におけるウエットエッチングにより「マスクパター
ン形成工程」を行う際に、符号２０で示す部分からエッ
チング溶液がマスク用膜２２とフォトレジスト２１との
間に入り込み、図２（ｂ）に示すようにマスク用膜２２
の「サイドエッチング」が進行してしまう（図２（ｂ）
において、フォトレジスト２１の左側下部がエッチング
されて除去されている）。

【００４０】このようになると、次工程の「回折格子形
成工程」におけるエッチングに対するマスクパターンの
形状が不正確になり、十分な形状精度を持った回折格子
をエッチングにより形成することができなくなる。

【００４１】上記レジストパターン形成工程で低温処理
によるフォトリソ工程後、フォトレジスト２１に紫外光
や赤外光を照射して、図２（ｃ）に示すように、フォト
レジスト２１の表面部分に「硬化・架橋」した部分２４
を形成すると、符号２０で示す部分におけるフォトレジ
スト２１とマスク用膜２２との密着性が向上し、ウエッ
トエッチングの際にエッチング溶液が「フォトレジスト
２１とマスク用膜２２との間」に入り込まなくなる。

【００４２】従って、ウエットエッチングにより正確な
マスクパターンが形成され、十分な形状精度を持った回
折格子の形成が可能となる。

【００４３】図３は、この発明の光ピックアップ装置の
実施の１形態を示す図である。この光ピックアップ装置
は、光源３０から放射される光を、対物レンズ３７によ
り光ディスク４０の記録面上に光スポットとして集光
し、記録面により反射された戻り光束を、対物レンズ３
７を介して光検出部３９へ導きつつ、光ディスク４０に
対し、情報の記録・再生・消去の１以上を行う光ピック
アップ装置であり、光源と対物レンズとの間に回折光学
素子３１が配置されている。

【００４４】回折光学素子３１は、図１（ｇ）に即して
説明した如きもの（図１（ｇ）における回折光学素子１
０）である。

【００４５】図３の光ピックアップ装置では、光源３０
である半導体レーザからの光が回折光学素子３１を透過
する。回折光学素子３１は「偏光ホログラム素子」とし
て用いられており、光源側からの光はそのまま回折光学
素子３１を透過し、コリメータレンズ３３により平行光
束化される。

【００４６】平行光束化された光は１／４波長板３５を
透過し、対物レンズ３７の作用により、光ディスク４０
の記録面上に光スポットとして集光する。記録面により
反射された光は「戻り光束」となって対物レンズ３７、
１／４波長板３５を透過し、偏光面が当初の方向から９
０度旋回した直線偏光となり、回折光学素子３１に入射
し、回折光学素子３１による回折作用を受けて光検出部
３９へ向けて偏向される。このとき、戻り光束には回折
光学素子３１により、例えば、非点収差が与えられ、こ
の光束は光検出部３９で受光され、非点収差法によるフ
ォーカシング信号、プッシュプル法によるトラッキング
信号や再生信号を発生させる。

【００４７】図４は、光ディスクドライブ装置の実施の
１形態を示す図である。この光ディスクドライブ装置
は、光ディスク４０に対し、光ピックアップ装置４１を
用いて情報の記録・再生・消去の１以上を行う装置であ
る。光ディスク４０は保持部４７に保持され、「駆動手
段」としてのモータＭで回転駆動される。

【００４８】セットされた光ディスク４０に対し光ピッ
クアップ装置４１が、変位駆動手段４３により光ディス
ク４０の半径方向へ変位駆動されて、記録・再生・消去
の１以上を行う。制御手段４５は、光ピックアップ装置
４１からの信号に基づく各種制御や再生信号の出力を制
御するほか、装置全体の制御を行う。

【００４９】若干、説明を補足する。図１（ｇ）に示す
回折光学素子１０は、上記のごとき光ピックアップ装置
に用いられるものでは、サイズが「数ミリ四方程度」
で、これを単品づつ別個に製造するわけではなく、一度
に数百のものが製造される。

【００５０】即ち、透明基板１Ａ、１Ｂとしては、直径
数１０ｍｍ〜数１００ｍｍのサイズのもの、例えば直
径：１００あるいは１６０ｍｍのものが用いられ、透明
基板１Ａの上に接着剤層２が形成される。接着剤層２の
形成には種々の方法があるが、１例としてスピンコータ
を用いて「スピンコート」する方法は好適である。

【００５１】このようにして形成された接着剤層２の上
に、基板サイズより一回り小さい有機材料膜を載せ、接
着剤層２により透明基板１Ａに接着固定する。この場
合、接着剤として光硬化性のもの、例えば紫外線硬化型
樹脂を用いると、固化前の接着剤層上に有機材料膜を載
せ、有機材料膜を介して紫外線照射を行い、接着剤層２
を固化して接着を行うことができる。

【００５２】このとき「以後の製造工程において、有機
材料膜３と透明基板１Ａとが剥離したりしない」ように
接着力を強化するのに、有機材料膜３の接着剤層側面を
「粗面化処理」するのが好ましい。粗面化処理は「プラ
ズマ処理」を用いて行うこともできるし、コロナ放電や
サンドブラスト処理で行うこともできる。粗面化処理に
より有機材料膜面に形成される凹凸が大きいと光を散乱
させるので、形成される凹凸は、使用波長：λに対しλ
／１０以下の大きさで、なおかつ接着力強化に有効な大
きさである必要がある。

【００５３】上に説明した「回折格子７の形成」は、透
明基板１Ａに接着された有機材料膜３表面上の複数の素
子に対応して１度に行われる。前述の如く、プリベーク
は６０度以下の低温で行うことが好ましい。このとき、
真空中でプリベークする（請求項５）と、２０℃程度の
低音でも溶剤を有効に除去でき、短時間でプリベークを
実現できる。

【００５４】回折格子７の形成後、オーバコート層９を
形成し、その上から透明基板１Ｂを載置してオーバコー
ト層９による接着で全体を一体化する。例えば、このと
きもオーバコート層材料として紫外線硬化型樹脂を用い
れば、樹脂の塗布後に透明基板１Ｂを載置して、透明基
板１Ｂ越しに紫外線の照射を行うことにより接着固化を
行うことができる。有機材料膜３のオーバコート層９に
接する側の面にも、前記と同様の「粗面化処理」を施す
ことが好ましい。

【００５５】このようにして透明基板１Ｂを接着した
ら、ダイシングソーを用いて切断を行い、個々の回折光
学素子を得ることができる。

【００５６】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。なお、各
実施例の説明にあたっては図１を参照し、図１の符号を
用いる。

【００５７】実施例１図１（ａ）において、透明基板１Ａとして、厚さ：１ｍ
ｍのＢＫ７の平行平板を用い、その上に接着剤層２とし
てのエポキシ系接着剤の層を厚さ：５０μｍに形成し、
この接着剤層２を介して、ポリエステル系材料のフィル
ムを延伸して複屈折性を発現させた厚さ：１００μｍの
有機複屈折膜３を接着した。

【００５８】次ぎに、図１（ｂ）に示すように、有機複
屈折膜３の表面に、マスク用膜としてＡｌ金属膜４をス
パッタリング法によって厚み：略５０ｎｍに形成した。

【００５９】次で、図１（ｃ）に示すように、Ａｌ金属
膜４上にフォトリソ工程を用いて、厚み：約１．０μｍ
のレジストパターン５を形成した。フォトリソ工程を行
うに際しては、有機複屈折膜３の熱変形（熱収縮）を押
さえるため、プリベークを低温（約６０度）かつ真空中
で行い、ポストベークは行なわない（低温処理）。

【００６０】また、フォトレジストとしては「通常のポ
ジレジスト」を使用した。

【００６１】フォトリソ工程で形成されたレジストパタ
ーン５をなすフォトレジスト層に、真空中において紫外
光を約１００ｍＷ／ｃｍ^２の強度で約１０分間照射し、
レジストパターンをなすフォトレジスト表面の硬化・架
橋を進行させ、表面のみを硬化させた。

【００６２】次に、図１（ｄ）に示すように、ウエット
エッチングによりＡｌ金属膜４のパターニングを行っ
た。エッチング液として「リン酸」を用い、室温（約２
３度）で処理した。Ａｌ金属膜４の膜厚が薄いため、室
温での処理を行うことでエッチング速度の低減を図っ
た。このようにしてＡｌ金属膜によるマスクパターン４
Ｍが形成された。

【００６３】続いて、図１（ｅ）に示すように、マスク
パターン４Ｍの上にフォトレジストを残したまま、酸素
ガスをエッチングガスとするドライエッチング加工を行
い、有機複屈折膜３に矩形形状の凹凸による回折格子７
を形成した。即ち、このときＡｌ金属膜４Ｍとフォトレ
ジストとがマスクとなっている。

【００６４】エッチングガスとして酸素ガスを用いたた
め、エッチング終了時にはマスクパターン４Ｍ上のフォ
トレジストはアッシングされて除去されている。

【００６５】次に、図１（ｆ）に示すように、再度「リ
ン酸によるウエットエッチング」を行い、格子上に残存
したＡｌ金属膜４Ｍをリフトオフして除去した。

【００６６】最後に図１（ｇ）に示すように、上記回折
格子の凹部に「等方性光学材料」としてエポキシ系の等
方性光学樹脂（等方性光学材料）を充填してオーバコー
ト層９とし、その上面に光学的に透明な透明基板１Ｂ
（透明基板１Ａと同じもの）を（オーバコート層９を接
着剤として）接着した。

【００６７】有機複屈折膜３の屈折率は各軸に対して
１．５８と１．６７であり、これに合わせ、接着剤層２
の屈折率を１．５８、オーバコート層９の屈折率も１．
５８とした。矩形形状の凹凸による回折格子７は、深
さ：４．０μｍ、ピッチ：２μｍとした。

【００６８】このようにして得られた回折光学素子１０
にレーザ光を透過させた。Ｐ偏光（有機複屈折膜３の屈
折率：１．５８方向）に対しては、レーザ光に対する屈
折率：１．５８が同一なので透過率：略９８％を示し、
Ｓ偏光（有機複屈折膜の屈折率：１．６７方向）に対し
ては、オーバコート層９と有機複屈折膜３の屈折率が異
なるため、１次回折効率：略４０％が得られた。

【００６９】また、エッチングマスク４Ｍに金属材料
（Ａｌ）を使用することにより、被エッチング材料であ
る有機複屈折膜３との選択比を十分取れ、エッチング時
のマスク後退などによる形状制御性の悪さが改善されて
形状制御性が向上した。即ち、この方法で、形状制御性
よく、性能の安定した偏光ホログラム素子を歩留まり良
く得ることができ、低コスト化が可能になった。

【００７０】実施例２図１（ａ）において、透明基板１Ａとして、厚さ：１ｍ
ｍのＢＫ７の平行平板を用い、その上に接着剤層２とし
てのエポキシ系接着剤の層を厚さ：５０μｍに形成し、
この接着剤層２を介して、ポリエステル系材料のフィル
ムを延伸して複屈折性を発現させた厚さ：１００μｍの
有機複屈折膜３を接着した。

【００７１】次に、図１（ｂ）に示すように、有機複屈
折膜３の表面に、マスク用膜として酸化クロム膜４をス
パッタリング法により厚さ：約５０ｎｍに形成する。次
いで、図１（ｃ）に示すように、酸化クロム膜４上にフ
ォトリソ工程を用いて、厚み：約１．０μｍのフォトレ
ジストによるレジストパターン５を形成する。その際、
有機複屈折膜３の熱変形を押さえるため、プリベークを
低温（約６０度）且つ真空中で行い、ポストベークは行
わない（低温処理）。フォトレジストとしては通常のポ
ジレジストを使用した。

【００７２】さらに、真空中において赤外光を強度：約
５０ｍＷ／ｃｍ^２で約１０分間照射し、フォトレジスト
表面の硬化・架橋を進行させ、表面のみ硬化させた。

【００７３】次に、図１（ｄ）に示すように、ウエット
エッチングにより酸化クロム膜４のパターニングを行っ
た。エッチング液として「硝酸系のエッチング液」を用
い、室温（約２３度）で処理した。酸化クロム膜４の膜
厚が薄いため、室温での処理を行うことでエッチング速
度の低減を図った。このようにして酸化クロム膜４によ
るマスクパターン４Ｍが形成された。

【００７４】続いて、図１（ｅ）に示すように、マスク
パターン４Ｍの上にフォトレジストを残したまま酸素ガ
スをエッチングガスとするドライエッチング加工を行
い、有機複屈折膜３に矩形形状の凹凸による回折格子７
を形成した。即ち、このとき酸化クロム膜４Ｍとフォト
レジストとがマスクとなっている。

【００７５】エッチングガスとして酸素ガスを用いたた
め、エッチング終了時にはマスクパターン４Ｍ上のフォ
トレジストはアッシングされて除去されている。

【００７６】次に、図１（ｆ）に示すように、再度「硝
酸系のエッチング液」によるウエットエッチングを行
い、格子上に残存した酸化クロム膜４Ｍを除去した。

【００７７】最後に、図１（ｇ）に示すように、回折格
子の凹部に「等方性光学材料」としてエポキシ系の等方
性光学樹脂（等方性光学樹脂）を充填してオーバコート
層９とし、その上面に光学的に透明な基板１Ｂを接着し
た。

【００７８】有機複屈折膜３の屈折率は各軸に対して
１．５８と１．６７であり、これに合わせ、接着剤層２
の屈折率は１．５８、オーバコート層９の屈折率も１．
５８とした。矩形形状の凹凸による回折格子７は、深
さ：４．０μｍ、ピッチ：２μｍとした。

【００７９】このようにして得られた回折光学素子１０
にレーザ光を透過させた。Ｐ偏光（有機複屈折膜３の屈
折率：１．５８方向）に対しては、レーザ光に対する屈
折率：１．５８が同一なので透過率：約９８％を示し、
Ｓ偏光（有機複屈折膜の屈折率：１．６７方向）に対し
ては、オーバコート層９と有機複屈折膜３の屈折率が異
なるため、１次回折効率：約４０％が得られた。

【００８０】また、エッチングマスク４Ｍに酸化物材料
（酸化クロム）を使用することにより、被エッチング材
料である有機複屈折膜３との選択比を十分取れ、エッチ
ング時のマスク後退などによる形状制御性の悪さが改善
され形状制御性が向上した。即ち、この方法で、形状制
御性よく、性能の安定した偏光ホログラム素子を歩留ま
り良く得ることができ、低コスト化が可能になった。

【００８１】即ち、実施例１、２の製造方法は、透明基
板１Ａ上に設けられた有機材料膜３の表面に矩形状の凹
凸による回折格子を形成した回折素子８を有する回折光
学素子を製造する方法であって、透明基板１Ａ上に設け
られた有機材料膜３上にエッチングマスク材料によるマ
スク用膜４を形成するマスク用膜形成工程と、フォトリ
ソ工程により、マスク用膜４上に加工用のマスクパター
ンに応じたレジストパターン５を形成するレジストパタ
ーン形成工程と、液体中におけるウエットエッチングに
より、マスク用膜４をパターニングして加工用のマスク
パターン４Ｍを形成するマスクパターン形成工程と、こ
のマスクパターン形成工程後、レジストパターン５を剥
離することなく、有機材料膜３に対するエッチング加工
を行って、回折格子の形成を行う回折格子形成工程とを
有する（請求項１）。

【００８２】また、パターン形成工程において、フォト
リソ工程における熱処理を低温で行い、パターニングさ
れたレジストパターン５におけるレジスト材料の表面の
みを硬化もしくは架橋させる（請求項２）。レジスト材
料の表面のみを硬化もしくは架橋させるのに、実施例１
では「紫外光」を照射し（請求項３）、実施例２では
「赤外光」を照射する（請求項４）。

【００８３】レジストパターン形成工程は、実施例１、
２の方法とも「真空中」において行われ（請求項５）、
マスク用膜４の材料として、実施例１では金属材料（Ａ
ｌ）が用いられ（請求項６）、実施例２では酸化物材料
（酸化クロム）が用いられている（請求項７）。

【００８４】また、実施例１、２の方法とも、有機材料
膜３は「有機複屈折膜」であり、回折素子形成後、回折
素子における矩形状の回折格子の凹部に、光学的に透明
で、その屈折率が有機複屈折膜３における常光線もしく
は異常光線に対する屈折率に実質的に等しい等方性材料
を充填してオーバコート層９とし（請求項９）、オーバ
コート層９上に、透明な基板１Ｂを一体化している（請
求項１１）。

【００８５】従って、実施例１、２で製造された回折光
学素子は、請求項１３記載のものである。

【００８６】上記実施例１、２の回折光学素子の、入・
射出面と空気層の界面に波長：６６０ｎｍの光に対する
無反射コートを施し、このようにして得られた回折光学
素子を偏光ホログラム素子として、図３に示す如き光ピ
ックアップ装置を作製し、これを図４の如く光ディスク
ドライブ装置に組込み、光ディスク４０としてのＤＶＤ
（デジタルビデオディスク）に対して、情報の再生を行
ったところ極めて良好な再生画像が得られた。

【００８７】

【発明の効果】以上に説明した如く、この発明によれば
新規な回折光学素子およびその製造方法、上記回折光学
素子を用いる光ピックアップ装置および光ディスクドラ
イブ装置を実現できる。

【００８８】この発明の製造方法では、マスク用膜のウ
エットエッチングの際にマスクとして用いられたレジス
トパターンのフォトレジストを除去せずに次工程の回折
格子形成工程を行うので、回折光学素子の製造工程が簡
略化され、低コストで回折光学素子を製造することが出
来る。また、エッチングマスク材料にレジスト材料を使
用せず「選択比の高い材料」を使用できるため、回折格
子形成における形状等の制御性が向上し、安定な特性を
もつ回折光学素子を実現できる。

【００８９】また、請求項２〜８に記載の発明では、ウ
エットエッチングによるマスクパターンのパターニング
に先立ち、レジストパターンの表面を硬化・架橋するの
で、エッチングマスク材料とフォトレジストの密着性が
向上し、ウエットエッチングの際のサイドエッチングが
有効に防止され、エッチングマスク材料によるマスクパ
ターンの精度が向上し、形状制御性の向上とそれによる
性能安定化が可能になり、歩留りがよく、簡便な工程を
採用することにより、より安定に、低コストで、回折光
学素子を製造できる。

【００９０】請求項９〜１２に記載の発明では、製造さ
れた回折光学素子の回折格子が直接に露呈しないので、
回折格子の保護性に優れた回折光学素子を製造できる。

【００９１】この発明の回折格子素子は、上記の如く低
コストで製造でき、光ピックアップ装置ひいては光ディ
スクドライブ装置を低コスト・コンパクトに実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】回折光学素子の製造方法の実施の１形態を説明
するための図である。

【図２】請求項２記載の発明の効果を説明するための図
である。

【図３】光ピックアップ装置の実施の１形態を説明する
ための図である。

【図４】光ディスクドライブ装置の実施の１形態を説明
するための図である。

【符号の説明】

１透明基板２接着剤層３有機材料膜４マスク用膜５レジストパターン７回折格子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村上明繁東京都大田区中馬込１丁目３番６号・株式会社リコー内 (72)発明者東康弘東京都大田区中馬込１丁目３番６号・株式会社リコー内 (72)発明者曳地秀一東京都大田区中馬込１丁目３番６号・株式会社リコー内 (72)発明者森孝二東京都大田区中馬込１丁目３番６号・株式会社リコー内Ｆターム(参考） 2H049 AA25 AA33 AA37 AA43 AA48 AA57 5D119 AA01 AA32 AA38 AA40 AA43 BA01 BB01 BB02 BB03 DA01 DA05 EA02 EA03 EC07 FA05 FA30 JA02 JA12 JA14 JA32 JA43 JA64 NA05 5D789 AA01 AA32 AA38 AA40 AA43 BA01 BB01 BB02 BB03 DA01 DA05 EA02 EA03 EC07 FA05 FA30 JA02 JA12 JA14 JA32 JA43 JA64 NA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に設けられた有機材料膜の表面
に矩形状の凹凸による回折格子を形成した回折素子を有
する回折光学素子を製造する方法であって、透明基板上に設けられた有機材料膜上にエッチングマス
ク材料によるマスク用膜を形成するマスク用膜形成工程
と、フォトリソ工程により、上記マスク用膜上に加工用のマ
スクパターンに応じたレジストパターンを形成するレジ
ストパターン形成工程と、液体中におけるウエットエッチングにより、上記マスク
用膜をパターニングして加工用のマスクパターンを形成
するマスクパターン形成工程と、このマスクパターン形成工程後、上記レジストパターン
を剥離することなく、上記有機材料膜に対するエッチン
グ加工を行って、回折格子の形成を行う回折格子形成工
程とを有することを特徴とする回折光学素子の製造方
法。
【請求項２】請求項１記載の回折光学素子の製造方法に
おいて、レジストパターン形成工程において、フォトリソ工程に
おける熱処理を低温で行い、パターニングされたレジス
トパターンにおけるレジスト材料の表面のみを硬化もし
くは架橋させることを特徴とする回折光学素子の製造方
法。
【請求項３】請求項２記載の回折光学素子の製造方法に
おいて、パターニングされたレジストパターンに紫外光を照射し
て、レジスト材料の表面のみを硬化もしくは架橋させる
ことを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項４】請求項２記載の回折光学素子の製造方法に
おいて、パターニングされたレジストパターンに赤外光を照射し
て、レジスト材料の表面のみを硬化もしくは架橋させる
ことを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項５】請求項２または３または４記載の回折光学
素子の製造方法において、レジストパターン形成工程を真空中において行うことを
特徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項６】請求項１〜５の任意の１に記載の回折光学
素子の製造方法において、マスク用膜の材料として金属材料を用いることを特徴と
する回折光学素子の製造方法。
【請求項７】請求項１〜５の任意の１に記載の回折光学
素子の製造方法において、マスク用膜の材料として酸化物材料を用いることを特徴
とする回折光学素子の製造方法。
【請求項８】請求項１〜７の任意の１に記載の製造方法
により回折素子を形成したのち、回折素子における矩形
状の回折格子の凹部に、光学的に透明な材料を充填し
て、オーバコート層とすることを特徴とする回折光学素
子の製造方法。
【請求項９】請求項１〜７の任意の１に記載の製造方法
において、有機材料膜を有機複屈折膜とし、回折素子を形成したのち、回折素子における矩形状の凹
凸による回折格子の凹部に、光学的に透明で、その屈折
率が上記有機複屈折膜における常光線もしくは異常光線
に対する屈折率に実質的に等しい等方性光学材料を充填
して、オーバコート層とすることを特徴とする回折光学
素子の製造方法。
【請求項１０】請求項８記載の回折光学素子の製造方法
において、オーバコート層上に、透明な基板を一体化することを特
徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項１１】請求項９記載の回折光学素子の製造方法
において、オーバコート層上に、透明な基板を一体化することを特
徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項１２】請求項１〜１０の任意の１に記載の回折
光学素子の製造方法により製造される回折光学素子。
【請求項１３】請求項１１記載の回折光学素子の製造方
法により製造される回折光学素子。
【請求項１４】請求項１３記載の回折光学素子を、光源
側からの光束の光路と、光ディスクからの戻り光束の光
路とを光路分離する偏光ホログラム素子として用いたこ
とを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１５】光ディスクに対し、光ピックアップ装置
を用いて情報の記録・再生・消去の１以上を行う光ディ
スクドライブ装置において、光ピックアップ装置として、請求項１４記載のものを用
いたことを特徴とする光ディスクドライブ装置。