JP2005353141A - 遮光膜を備えた光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学装置における周辺光による迷光の発生防止用の遮光膜を、蒸着装置による光吸収金属膜の蒸着及びエッチングによって構成すると、高額の蒸着装置と複雑な作業管理を必要とする。
【解決手段】 ガラス基材１の表面に遮光レジスト層２をスピンコートによって塗布し、所定のフォトマスクによってパターン光を照射して感光させ、遮光レジスト層２の感光領域を溶剤で溶解して現像し、ベーキングして所定のパターンを有する遮光レジスト層２を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ピックアップ装置等に用いられる光学素子であって、特に、開口部を除く領域に遮光膜を備えた光学素子とその製造方法に関する。

従来、光ピックアップ装置は、レーザダイオード（ＬＤ）からのレーザ光をプリズムやミラーなどを介してデータを書き込んだ光ディスクヘ導き、光ディスクからの強弱の反射光をフォトダイオード（ＰＤ）で受光して反射光の強度変化に応じた電気信号を取り出すことによって光ディスクに書き込まれた信号を読み取るものである。
このとき、装置内には前記の読み取り動作に寄与しない周辺光が存在し、この周辺光はピックアップ装置内で迷光となり、データ読み取り時のノイズとなる。
また、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどにおいては、この迷光によって画像のコントラストが低下する。
これを防止する方法として、特開平１１−３８２２０号公報にみられるように、周辺光をカットするマンガン等の金属酸化物の遮光膜を、ＥＢ蒸着機などの真空蒸着装置を用いて蒸着によって光学部品にコーティングする方法が取られるのが一般的である。

図７は、従来の蒸着装置を用いて光学部品にリフトオフの方法で遮光膜のパターンを形成する手順を示す工程図である。その手順は次の通りである。
透明なガラス基材５１にレジスト層５２をスピンコートによって塗布する（同図（ａ））。
レジスト層５２に所定のフォトマスクでパターン光を照射して感光させる（同図（ｂ））。
レジスト層５２の感光領域を溶剤で溶解して現像し、ベ一キングして所定のパターンを有するレジスト層５２を形成する（同図（ｃ））。
図示しない真空蒸着装置によってパターン上にマンガン等の金属酸化物の遮光膜５３を蒸着する（同図（ｄ））。
レジスト層５２を溶剤で剥離することによって、ガラス基材５１上に所定のパターンを有する金属酸化物の遮光膜５３を形成する（同図（ｅ））。
上記の方法によって、ガラス基材５１の上にマンガン等の金属酸化物による遮光膜５３のパターンを精度良く形成することができる。
特開平１１−３８２２０号公報 特願２００２−２６５００３

しかしながら、上記のリフトオフを利用した方法では高価な真空蒸着装置が必要となり、工程も複雑になるので、製造コストが高くなるという問題があった。また、蒸着膜の厚みに高い精度が要求されるので、ウェハサイズもおよそ５インチ程度の大きさまでしか処理できないという問題もあった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、真空蒸着装置等の高価な設備を用いることなく、所定のパターンをもつ遮光膜を形成することが可能な製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の遮光部を有する光学素子の製造方法においては、開口部と該開口部を除く領域に形成した遮光部とを有する光学素子の製造方法であって、基板の上面に光を吸収する材料を配合した樹脂からなる遮光レジストを塗布し、フォトマスクを介して遮光レジストを感光させ現像することにより前記開口部に塗布した遮光レジストを除去し、遮光部に相当する領域を遮光レジストにて覆ったことを特徴とする。
また、請求項２においては、請求項１の遮光部を有する光学素子の製造方法において、遮光レジストを塗布する前に光学素子の上面に第１の反射防止膜を成膜し、遮光レジストを感光現像した後に光学素子の上面に第２の反射防止膜を成膜し、遮光レジストを２つの反射防止膜の間に挟み込んだことを特徴とする。

請求項３の遮光部を有するグレーティング素子の製造方法においては、開口部と該開口部を除く領域に形成した遮光部とを有し、前記開口部には格子状の回折格子を備えたグレーティング素子の製造方法であって、透明基板上面の前記開口部に相当する領域に格子状の回折格子を形成する回折格子形成工程と、回折格子を含む透明基板上面に第１の反射防止膜を形成する第１の反射防止膜形成工程と、第１の反射防止膜の上面に光を吸収する材料を配合した樹脂からなる遮光レジストを塗布する遮光レジスト塗布工程と、遮光レジストを露光現像して前記開口部に塗布された遮光レジストを除去する露光現像工程と、少なくとも遮光レジスト上面に第２の反射防止膜を形成する第２の反射防止膜形成工程とを備えたことを特徴とする。

請求項４のグレーティング素子においては、開口部と該開口部を除く領域に形成した遮光部とを有し、前記開口部には格子状の回折格子を備えたグレーティング素子であって、透明基板上面の前記開口部に相当する位置に形成された格子状の回折格子と、回折格子を含む透明基板上面を覆う第１の反射防止膜と、第１の反射防止膜の上面であって前記遮光部に相当する位置に形成された光を吸収する材料を配合した樹脂からなる遮光レジスト層と、少なくとも遮光部を覆う第２の反射防止膜とを備えていることを特徴とする。
また、請求項５においては、請求項４のグレーティング素子であって、前記透明基板下面に第３の反射防止膜を備えていることを特徴とする。

本発明においては、光学装置における迷光を防止するための遮光膜として、装置に使用される光学素子表面に光を吸収する材料を配合した樹脂から成る遮光レジストを塗布し、フォトマスクを介して前記遮光レジストを感光させて現像して固着させることによって、所望の開口部を形成し、該開口部以外の光学素子表面を遮光レジストで覆うようにした。更に、前記遮光レジストの両面に表面反射を防止する誘電体膜を施すことによって、優れた遮光膜を構成することが可能となった。
その結果、従来のように蒸着によって遮光膜を形成するための蒸着装置が不要となり、さらに例えば、蒸着後にレジストを剥離するためのエッチャントの使用条件の設定等の複雑な作業管理が不要となる一方で、前記遮光レジストを構成する樹脂を紫外線硬化型樹脂とすれば、マスクアライナ等のパターン転写装置を用いて複雑な形状のパターンを容易に転写することが可能となる。
上記のように、本発明による遮光レジストを用いた遮光膜の製造方法は、高価な蒸着装置が不要で、作業工程も容易で短くすることが出来るため、低コストで優れた特性を有する遮光膜の製造方法を提供する上で顕著な効果を期待できる。

本発明を図面に示した実施の形態に基づいて説明する。図１は、本発明に係わる光学部品基材に遮光膜のパターンを形成する手順を示す基本的な工程図である。本発明においては、光吸収材を配合した紫外線感光樹脂（以下、遮光レジストという）、例えば、液晶モニタ用の遮光レジストを遮光膜として用いることを特徴としている。
同図に従ってその手順を説明する。
透明なガラス基材１の一方の面に遮光レジスト層２をスピンコートによって塗布する（同図（ａ））。このとき、スピンコートの回転数、回転時間を所定値に設定することによって遮光レジスト層２の厚みを制御して透過率を調整する。ガラス基材１の面積が大きい場合はローラなどで塗布することも可能である。
遮光レジスト層２に所定のフォトマスクによってパターン光を照射して感光させる（同図（ｂ））。
遮光レジスト層２の感光領域を溶剤で溶解して現像し、ベ一キングして所定のパターンを有する遮光レジスト層２を形成する（同図（ｃ））。
上記の工程によって形成された遮光レジスト層２を遮光膜とするものである。
この方法は真空蒸着装置を必要とせず、従来方法と比較して工程が簡略化される。また、遮光レジストを塗布するだけの方法であるので、ウェハサイズの制約も生じない。
また、光の吸収材に、例えばカーボンを用いれば波長に依存しない遮光効果がえられ、特定の波長を吸収する材料を用いれば所定の波長のみを遮光する効果が得られる。

図２は、光吸収材としてカーボンを用いた遮光レジスト層２の膜厚をおよそ２μｍとしたときの光の波長に対する透過率と反射率の特性図である。
通常、ＤＶＤ又はＣＤのピックアップ装置のグレーティング素子用の遮光膜においては、波長６５０ｎｍ±２０ｎｍ、７８５ｎｍ±２０ｎｍの帯域で透過率及び反射率をそれぞれ１％以下とするのが望ましいとされている。
しかしながら、前記遮光レジスト層２は、同図に示されるように、波長６００〜８５０ｎｍの帯域で、表面及び裏面の透過率共にほぼ０％、表面反射率は約６.２％、裏面反射率は約１.２％となり、透過率（遮光率）は良いものの反射率が大きいという結果となった。
図２の透過率及び反射率をもとに、前記遮光レジスト層２の光学的特性値を算出した結果、屈折率１.６、吸収係数０.２５が得られた。この特性値に基づいて、グレーティング素子に施した前記遮光レジストの反射率改善のための評価確認試験を行った。

図３は、前記遮光レジスト層を遮光膜としてコーティングしたグレーティング素子の一例を示す図で、（ａ）模式的な全体図、（ｂ）はその部分拡大断面図である。
同図（ａ）に示すように、本グレーティング素子１０は、ガラス基材１１の一方の面の所定の範囲（開口部）にグレーティング格子部分（遮光部）１０ａが形成され、他の範囲の上面には後述の遮光レジスト１５を主構成材とした遮光部分１０ｂが形成されている。
同図（ｂ）は、同図（ａ）の破線で囲まれた部分の部分拡大図であって、同図から明らかなように、グレーティング格子部分１０ａおよび遮光部分１０ｂはいずれも多層構造となっている。
本発明の特徴的な構成の一つは遮光レジスト層１５の上下面を２つの反射防止膜１４、１６により挟み込むことによって、遮光部分１０ｂの反射特性を改善したところにある。
以下、本グレーティング素子１０の製造方法を説明しつつ、細部の構成を説明する。

図４は、前記グレーティング素子１０の製造手順を示す工程図である。
同図（ａ）の工程では、ガラス基材１１の一方の面の全面に蒸着によってＭｇＦ_２（エッチング保護膜）１２と、ＳｉＯ_２層１３を順次形成する。
同図（ｂ）の工程では、同図（ａ）のＳｉＯ_２層をフォトリソグラフィによってエッチングして、グレーティング格子部分１０ａに所定のパターンのグレーティング格子を形成する。
このグレーティング格子の製造方法は、例えば特許文献２の特願２００２−２６５００３に記述されているので、ここでの詳細な説明は省略する。
同図（ｃ）の工程では、同図（ｂ）の上面に反射防止膜として機能するＡｌ_２Ｏ_３からなる第１の誘電体膜１４を蒸着によって積層する。
同図（ｄ）の工程では、同図（ｃ）の第１の誘電体膜１４上面全面に遮光レジスト層１５を塗布する。
同図（ｅ）の工程では、同図（ｄ）の遮光レジスト層１５に、図示しないフォトマスクを介して露光して、遮光部分１０ｂを残してグレーティング格子部分１０ａの遮光レジスト層１５を溶剤で溶解して除去し、遮光部分１０ｂの第１の誘電体膜１４ａ上に遮光レジスト層１５を形成する。
同図（ｆ）の工程で、同図（ｅ）の両面全面に反射防止膜として機能する第２の誘電体膜１６を蒸着によって形成する。
同図（ｆ）の工程において、遮光レジスト層１５は樹脂であるので高温度になる通常の蒸着法を避けて、ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５の交互層を蒸着物質としたイオンプレーティング（ＲＦ）法による無加熱蒸着によってコーティングを行なう。

上記製造方法によって遮光部分１０ｂの光学特性（シミュレーション値）は、図５の透過率と反射率の特性図に示されるように、波長６５０ｎｍ及び７８５ｎｍにおいて表面、裏面とも１％以下の反射率が得られた。

図６は、図３の遮光レジストによる遮光膜付きグレーティング素子の使用例を示す図で、（ａ）はディスク状記録媒体のＣＤ、ＤＶＤ互換ピックアップ装置の一例を示す模式図、（ｂ）は（ａ）のＬＤ及びグレーティング素子部分の拡大図である。
同図（ａ）に示したように、本ピックアップ装置２０は、ＣＤ用レーザダイオード（以下、ＬＤという）２１、グレーティング２２、ＤＶＤ用ＬＤ２３、グレーティング２４、波長合成プリズム２５、ハーフミラー２６、コリメータレンズ２７、対物レンズ２８、ディスク（ＣＤあるいはＤＶＤ）２９、フォトダイオード（以下、ＰＤという）３０より構成される。

ピックアップ装置２０のＣＤ用ＬＤ２１あるいはＤＶＤ用ＬＤ２３から出射したレーザ光はグレーティング２２あるいはグレーティング２４によってそれぞれ信号書き込み／読み取り用の主光とトラッキング用の副光の回折光に分離され、波長合成プリズム２５の反射経路で光路を曲げられた（ＤＶＤ用ＬＤ２３からのレーザ光の場合は直進）後、ハーフミラー２６の反射経路で光路を曲げられてコリメータレンズ２７で平行光に変換された後、対物レンズ２８でディスク２９に到達する。
ディスク２９面で反射したレーザ光は、対物レンズ２８、コリメータレンズ２７を経て、ハーフミラー２６を透過してＰＤ３０で受光され、電気信号に変換されて出力される。

図６（ｂ）の拡大図に示すように、ＬＤ２１（２３）より出射するレーザ光は、そのビーム強度がガウス分布を示す発散光である。
通常、ＬＤのレーザ光は、所定の発散角θの範囲に光域を制限してピックアップ装置の信号光として使用される。しかしながら、発散角θより大きい範囲の外周光はピックアップ装置の信号の再生には使用されないが、実際には、この外周光は各光学素子の外周での反射、又は外周のチッピング部での乱反射によって、その一部がＰＤで受光されて迷光となってピックアップ装置のＳ/Ｎ比を低下させ、信号を解読できなくなってしまうおそれがあった。
そこで、本発明においては、ＬＤ２１（２３）のレーザ光出射の位置のグレーティング２２（２４）に、図３の本発明に係わる遮光膜２２ａ（２４ａ）を形成し、迷光が発生することを防止したものである。

本発明の遮光レジストによる遮光膜を、デジタルカメラあるいはビデオカメラに適用する場合は次の方法による。
デジタルカメラあるいはビデオカメラのレンズにおいては、入射した光は基本的にＯＬＰＦ、色補正フィルタを経て電荷結合素子（ＣＣＤ）に到達する。このとき、レンズの鏡筒内などで乱反射した光が迷光となりＣＣＤで像を受光する際にコントラストを低下させるおそれがある。
そこで、ＯＬＰＦのレンズ側表面に、本発明に係わる遮光レジストによる遮光膜を形成して、迷光をカットする。ＯＬＰＦ、色補正フィルタ等の素子が貼り合わせで構成されている場合には、前記遮光膜を貼り合わせ面に形成しても良い。

本発明に係わる光学部品に遮光膜のパターンを形成する手順を示す基本的な工程図。 本発明に係わる光吸収材としてカーボンを用いた遮光レジスト層２の膜厚をおよそ２μｍとしたときの光の波長に対する透過率と反射率の特性図。 遮光レジスト層を遮光膜としてコーティングしたグレーティング素子の一例を示す図で、（ａ）模式的な全体図、（ｂ）はその部分拡大断面図。 グレーティング素子の遮光膜の製造手順を示す工程図。 反射率改善対策後の遮光レジストの透過率と反射率の特性図。 図３の遮光レジストによる遮光膜付きグレーティング素子の使用例を示す図で、（ａ）はＣＤ、ＤＶＤ互換ピックアップ装置の一例を示す模式図、（ｂ）は（ａ）のＬＤ及びグレーティング素子部分の拡大図。 従来の蒸著によって光学部品にリフトオフの方法で遮光膜のパターンを形成する手順を示す工程図。

符号の説明

１・・ガラス基材、 ２・・遮光レジスト層、 １０・・グレーティング素子、
１０ａ・・グレーティング格子部分、 １０ｂ・・遮光部分、 １１・・ガラス基材、
１２・・エッチング保護膜（ＭｇＦ_２層）、 １３・・ＳｉＯ_２層、
１４・・第１の誘電体膜（Ａｌ_２Ｏ_３）、 １５・・遮光レジスト層、
１６、・・第２の誘電体膜（Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２層）、
２０・・ピックアップ装置、 ２１・・ＣＤ用レーザダイオード（ＬＤ）、
２２・・グレーティング、２２ａ・・遮光膜、２３・・ＤＶＤ用レーザダイオード（ＬＤ）、
２４・・グレーティング素子、 ２４ａ・・遮光膜、 ２５・・波長合成プリズム、
２６・・ハーフミラー、 ２７・・コリメータレンズ、 ２８・・対物レンズ、
２９・・ディスク（ＣＤあるいはＤＶＤ）、 ３０・・フォトダイオード（ＰＤ）、
５１・・ガラス基材、 ５２・・レジスト層、 ５３・・金属酸化物の遮光膜

Claims (5)

1. 開口部と該開口部を除く領域に形成した遮光部とを有する光学素子の製造方法であって、基板の上面に光を吸収する材料を配合した樹脂からなる遮光レジストを塗布し、フォトマスクを介して遮光レジストを感光させ現像することにより前記開口部に塗布した遮光レジストを除去し、遮光部に相当する領域を遮光レジストにて覆ったことを特徴とする遮光部を有する光学素子の製造方法。
2. 遮光レジストを塗布する前に光学素子の上面に第１の反射防止膜を成膜し、遮光レジストを感光現像した後に光学素子の上面に第２の反射防止膜を成膜し、遮光レジストを２つの反射防止膜の間に挟み込んだことを特徴とする請求項１に記載の遮光部を有する光学素子の製造方法。
3. 開口部と該開口部を除く領域に形成した遮光部とを有し、前記開口部には格子状の回折格子を備えたグレーティング素子の製造方法であって、
   透明基板上面の前記開口部に相当する領域に格子状の回折格子を形成する回折格子形成工程と、回折格子を含む透明基板上面に第１の反射防止膜を形成する第１の反射防止膜形成工程と、第１の反射防止膜の上面に光を吸収する材料を配合した樹脂からなる遮光レジストを塗布する遮光レジスト塗布工程と、遮光レジストを露光現像して前記開口部に塗布された遮光レジストを除去する露光現像工程と、少なくとも遮光レジスト上面に第２の反射防止膜を形成する第２の反射防止膜形成工程とを備えたことを特徴とする遮光部を有するグレーティング素子の製造方法。
4. 開口部と該開口部を除く領域に形成した遮光部とを有し、前記開口部には格子状の回折格子を備えたグレーティング素子であって、
   透明基板上面の前記開口部に相当する位置に形成された格子状の回折格子と、回折格子を含む透明基板上面を覆う第１の反射防止膜と、第１の反射防止膜の上面であって前記遮光部に相当する位置に形成された光を吸収する材料を配合した樹脂からなる遮光レジスト層と、少なくとも遮光部を覆う第２の反射防止膜とを備えていることを特徴とするグレーティング素子。
5. 前記透明基板下面に第３の反射防止膜を備えていることを特徴とする請求項４に記載のグレーティング素子。
   

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