JP2006228306A - 開口フィルタとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板に複数種類の光学薄膜を成膜して開口フィルタを構成した際に、光学薄膜間において生ずる位相段差を低減した開口フィルタを提供することを目的とする。
【解決手段】開口フィルタ１０は、ガラス基板１１のＡ領域（第一の領域）には第一の光学薄膜１２を成膜し、ガラス基板１１のＢ領域（第二の領域）には第二の光学薄膜１３を成膜したものである。第一の光学薄膜１２と第二の光学薄膜１３とは異なる薄膜構成であり、Ａ領域に成膜した第一の光学薄膜１２は、７８０ｎｍ、６６０ｎｍ、及び４０５ｎｍの波長の光線を９５％以上の透過率で透過させ、Ｂ領域に成膜した第二の光学薄膜１３は、６６０ｎｍと４０５ｎｍの波長の光線を９５％以上の透過率で透過させ、７８０ｎｍの波長の光線は４％以下の透過率に抑えた特性を有する。又、第一の光学薄膜１２及び第二の光学薄膜１３を成膜した後に、位相段差を解消するためにエッチングを行っている。
【選択図】 図１

Description

本発明は開口フィルタとその製造方法に関し、特に二波長以上の光源を使用する光ピックアップにおいて、一つのレンズで光ディスクに複数の波長の光線を集光する際に使用され、入射する複数の光線に対して絞り機能を有する開口フィルタとその製造方法に関するものである。

ＣＤやＤＶＤ等の光ディスクに対する情報の記録や再生を行う際は光ピックアップが使用され、光ピックアップには二波長以上の光源で使用する場合、複数の波長の光線を一つのレンズで対応できるよう絞り機能を有する開口フィルタが用いられる。

図４は、従来の開口フィルタの使用例を示す図である。図４（ａ）は光ディスクに光線を集光する場合の構成例を示し、図４（ｂ）は開口フィルタの構造を示す。図４（ａ）における構成例は、光ピックアップにおいて光ディスクに二波長を出射する光源から光線を照射する部分を示しており、開口フィルタ１と対物レンズ２を用いて光ディスク３のピットに光線を照射する。光源から出射される光線は、波長λ１と波長λ２の光線であり、開口フィルタ１のＡ領域は波長λ１と波長λ２の光線を共に透過し、開口フィルタ１のＢ領域は波長λ２の光線のみを透過して波長λ１の光線は反射する。従って、対物レンズ２には、波長λ１の光線は所定の範囲に絞り込まれた状態で入射する。

一方、光ディスク３に書き込まれている記録面は、波長λ１により読み出される第一の記録層と波長λ２により読みだされる第二の記録層とは、夫々異なった深さに記録され、対物レンズ２により波長λ１の光線は第一の記録層に集光し、波長λ２の光線は第二の記録層に集光する。例えば、波長λ１の光線を開口フィルタ１において絞り込まないで対物レンズ２に入射すると、対物レンズ２の収差により第一の記録層に光線が集光しなくなる。この問題を解決するために、複数の波長の光線を使用する光ピックアップには、開口フィルタ１が用いられる。

図４（ｂ）に示した開口フィルタ１の構造は、ガラス基板４のＡ領域には第一の光学薄膜５を成膜し、ガラス基板４のＢ領域には第二の光学薄膜６を成膜したものである。第一の光学薄膜５と第二の光学薄膜６とは異なる薄膜構成であり、夫々、高屈折材料（Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５等）と低屈折率材料（ＳｉＯ２、ＭｇＦ２等）を交互に蒸着することにより成膜する。

次に、従来の開口フィルタの製造方法について説明する。
図５は、従来の開口フィルタの製造手順を示す図である。先ず、Ａ領域に第一の光学薄膜５を形成するため、ガラス基板４の全面にレジスト７を塗布しパターンニングを行ってＢ領域のみにレジスト７を残留させる（ステップ１）。次に、所定の薄膜材料８を用いて第一の蒸着を行って多層膜を成膜した後（ステップ２）、レジスト７上に蒸着された薄膜材料８をレジスト７ごと剥離することにより（ステップ３）、Ａ領域に対する第一の光学薄膜５の形成が完了する。

次に、Ｂ領域に第二の光学薄膜６を形成するため、ガラス基板４の全面にレジスト７を塗布し、パターンニングを行ってＡ領域のみにレジスト７を残留させる（ステップ４）。次に、所定の薄膜材料９を用いて第二の蒸着を行って多層膜を成膜した後（ステップ５）、レジスト７上に蒸着された薄膜材料９をレジスト７ごと剥離することにより（ステップ６）、Ｂ領域に対する第二の光学薄膜６の形成が完了する。開口フィルタは、このように第一の成膜と第二の成膜を経て完成される。
特開２００４−７９０１０号公報

しかしながら、従来の開口フィルタは、Ａ領域に成膜した第一の光学薄膜５とＢ領域に成膜した第二の光学薄膜６とで、蒸着膜厚に差が発生することにより光路長に差が生じてしまい、波長λ２の光線がＡ領域とＢ領域を透過した際に、第一の光学薄膜５と第二の光学薄膜６との間の光路長の違いにより位相のズレ（以降、位相段差と呼ぶ）が発生する。位相段差は、開口フィルタを光ピックアップに使用した際に、データの読み取りや書き込みに影響を与えるので問題となる。

図６は、従来の開口フィルタにおいて位相段差を示す図である。ｎを薄膜の屈折率、ｄを薄膜の物理的膜厚とすると、第一の光学薄膜５の光路長はｎ_１ｄ_１となり、第二の光学薄膜６の光路長はｎ_２ｄ_２となり、位相段差はΔｎｄ
Δｎｄ＝ｎ_１ｄ_１−ｎ_２ｄ_２
と表すことが出来る。そこで、従来、位相段差を低減するため、設計段階において試作を行って位相段差の実測を行い、その結果に基づいて設計値を修正して量産に移行していたが、実際の蒸着においては、蒸着装置の経時変化や劣化により実際の光路長が設計値より変化するという問題が生じていた。位相段差が与える影響は使用される光線の波長が短波長であるほど大きくなり、従来のＣＤやＤＶＤなどにおいて使用されている７８０ｎｍ、６６０ｎｍの波長の光線においては、蒸着装置を調整することで必要な精度が得られるよう対処していたが、青色レーザーの波長である４０５ｎｍの光線に対しては対応が困難であった。

図７は、開口フィルタの位相段差の影響度を示す表である。図７に示すように、ＣＤに使用されている７８０ｎｍの波長の場合の影響度を１とすると、青色レーザーの波長である４０５ｎｍの波長では、位相段差の影響は１２．７倍に増加する。従って、ＣＤよりも青色レーザーを使用したディスクは、１／１２．７の精度が要求される。
本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであって、ガラス基板に複数種類の光学薄膜を成膜して開口フィルタを構成した際に、光学薄膜間において生ずる位相段差を低減した開口フィルタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係わる開口フィルタとその製造方法は以下の構成をとる。
請求項1に記載の開口フィルタは、複数の波長の光線を入射した時、全ての波長の光線を透過する第一の領域と所定の波長の光線の透過を阻止する第二の領域とを有した開口フィルタであって、第一の領域に形成した第一の光学薄膜と第二の領域に形成した第二の光学薄膜の夫々の最表面層の薄膜材料として異なる材質のものを使用し、前記第一の光学薄膜と第二の光学薄膜の成膜後にエッチングを施すことにより前記第一の光学薄膜、或いは第二の光学薄膜のどちらか一方の光路長を調整したものであるよう構成する。

請求項２に記載の開口フィルタは、前記開口フィルタに入射する光線の波長が７８０ｎｍ、６６０ｎｍ、及び４０５ｎｍであるよう構成する。

請求項３に記載の開口フィルタは、前記第一の光学薄膜が、薄膜材料としてＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３を交互に複数層蒸着した多層薄膜であり、光学薄膜の最表面層には、Ａｌ２Ｏ３を成膜したものであるよう構成する。

請求項４に記載の開口フィルタは、前記第一の光学薄膜が、薄膜材料としてＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２／ＭｇＦ２を交互に複数層蒸着した多層薄膜であり、光学薄膜の最表面層には、ＭｇＦ２を成膜したものであるよう構成する。

請求項５に記載の開口フィルタは、前記第二の光学薄膜が、薄膜材料としてＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２を交互に複数層蒸着した多層薄膜であり、光学薄膜の最表面層には、ＳｉＯ２を成膜したものであるよう構成する。

請求項６に記載の開口フィルタは、前記第二の光学薄膜が、薄膜材料としてＴｉＯ２／ＳｉＯ２を交互に複数層蒸着した多層薄膜であり、光学薄膜の最表面層には、ＳｉＯ２を成膜したものであるよう構成する。

請求項７に記載の開口フィルタの製造方法は、複数の波長の光線を入射し、全ての波長の光線を透過する第一の領域と所定の波長の光線の透過を阻止する第二の領域を有した開口フィルタの製造方法であって、第一の領域に第一の光学薄膜を蒸着するため、ガラス基板の全面にレジストを塗布しパターンニングを行って第二の領域のみにレジストを残留させるステップと、所定の薄膜材料により第一の蒸着を行って多層膜を成膜するステップと、レジスト上に蒸着された薄膜材料をレジストごと剥離し、前記第一の領域に第一の光学薄膜を完成させるステップと、前記第二の領域に第二の光学薄膜を蒸着するため、前記第一の光学薄膜が成膜されたガラス基板の全面にレジストを塗布し、パターンニングを行って前記第一の領域のみにレジストを残留させるステップと、所定の薄膜材料により第二の蒸着を行って多層膜を成膜するステップと、レジスト上に蒸着された薄膜材料をレジストごと剥離し、前記第二の領域に第二の光学薄膜を完成させるステップと、前記第一の光学薄膜、或いは第二の光学薄膜の一方の光学薄膜をエッチングし、光学薄膜の一方の光路長を調整するステップとを含むよう構成する。

請求項１乃至７に記載の発明は、開口フィルタ製造の後工程にエッチングにより一方の光学薄膜を削り位相段差を低減するようにしたため、蒸着工程の高精度化が実現出来ることから開口フィルタの光学特性が改善されるので、波長４０５ｎｍの青色レーザーにも対応可能となると共に、開口フィルタ製造の歩留まりが向上し、開口フィルタが低コスト化されて開口フィルタを用いる上で大きな効果を発揮する。

以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明においては、開口フィルタの製造方法の後工程に、二つの光学薄膜による位相段差を低減するために、片側の光学薄膜をエッチングにより削る工程を追加したことが特徴である。その際に、第一の光学薄膜の最表面層に成膜する材料と第二の光学薄膜の最表面層に成膜する材料とを異ならせ、エッチングの必要のない光学薄膜の領域の薄膜材料を、エッチングして光学薄膜を削りたい領域の薄膜材料より強固で耐薬品性の高い物を使用し、エッチングの際に片側の領域の光学薄膜のみを削り取ることとした。

図１は、本発明に係る開口フィルタの実施例を示す構造図であり、図１（ａ）は、開口フィルタ１０の入射面を示し、図１（ｂ）は、開口フィルタ１０のＡ−Ａ’での断面図を示す。本実施例は、ガラス基板１１のＡ領域（第一の領域）には第一の光学薄膜１２を成膜し、ガラス基板１１のＢ領域（第二の領域）には第二の光学薄膜１３を成膜したものである。第一の光学薄膜１２と第二の光学薄膜１３とは異なる材料の薄膜構成であり、Ａ領域に成膜した第一の光学薄膜１２は、７８０ｎｍ、６６０ｎｍ、及び４０５ｎｍの波長の光線を９５％以上の透過率で透過させ、Ｂ領域に成膜した第二の光学薄膜１３は、６６０ｎｍと４０５ｎｍの波長の光線を９５％以上の透過率で透過させ、７８０ｎｍの波長の光線は４％以下の透過率に抑えた特性を有するものである。

第一の光学薄膜１２は、薄膜材料としてＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３を交互に複数層蒸着した多層薄膜、或いはＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２／ＭｇＦ２を交互に複数層蒸着した多層薄膜であり、夫々、光学薄膜の最表面層１４には、強固で耐薬品性の高いＡｌ２Ｏ３やＭｇＦ２が成膜されるようにする。一方、第二の光学薄膜１３は、薄膜材料としてＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２を交互に複数層蒸着した多層薄膜、或いはＴｉＯ２／ＳｉＯ２を交互に複数層蒸着した多層薄膜であり、夫々、光学薄膜の最表面層１５には、第一の光学薄膜１２の最表面層１４の薄膜材料として使用した強固で耐薬品性の高いＡｌ２Ｏ３やＭｇＦ２と比べてエッチングが容易なＳｉＯ２を成膜する。

尚、本実施例においては、第一の光学薄膜１２は、薄膜材料としてＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３を交互に複数層蒸着した多層薄膜、或いはＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２／ＭｇＦ２を交互に複数層蒸着した多層薄膜であり、一方、第二の光学薄膜１３は、薄膜材料としてＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２を交互に複数層蒸着した多層薄膜、或いはＴｉＯ２／ＳｉＯ２を交互に複数層蒸着した多層薄膜であるとしたが、光学薄膜の構成は、第一の光学薄膜１２が、薄膜材料としてＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２を交互に複数層蒸着した多層薄膜、或いはＴｉＯ２／ＳｉＯ２を交互に複数層蒸着した多層薄膜とし、一方、第二の光学薄膜１３は、薄膜材料としてＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３を交互に複数層蒸着した多層薄膜、或いはＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２／ＭｇＦ２を交互に複数層蒸着した多層薄膜であっても良い。

次に、本実施例においては、第一の光学薄膜１２及び第二の光学薄膜１３を成膜した後に、位相段差を解消するためにエッチングを行う。図１に示した実施例では、第一の光学薄膜１２はそのままに、第二の光学薄膜１３をエッチングするものであり、前述したように第一の光学薄膜１２の最表面層１４の薄膜は、第二の光学薄膜１３の最表面層１５の薄膜より強固で耐薬品性の高いものであるので、第二の光学薄膜１３をエッチングして所望の膜厚としても第一の光学薄膜１２には影響を与えない。

次に、第二の光学薄膜１３をエッチングにより削った際に、第二の光学薄膜１３の光学特性に対する影響について説明する。
図２は、本発明に係る開口フィルタにおいて、第二の光学薄膜１３の最表面層１５の薄膜厚を変化させ、その際の第二の光学薄膜１３が成膜されたＢ領域の光学特性を示す。図２（ａ）は、入射光の波長が３５０ｎｍから８５０ｎｍの場合の特性を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）を拡大したもので、青色レーザーの波長である４０５ｎｍ近辺の光学特性を注視するため、入射光の波長を３５０ｎｍから４５０ｎｍとした場合の特性を示す。図２の光学特性はシミュレーションを行って求めたもので、第二の光学薄膜１３の最表面層１５の薄膜厚を、ｎｄ＝１．５、１．３、１．１、１．０、０．９、０．７、及び０．５と変化させたものを示し、青色レーザーディスクで使用される波長である４０５ｎｍ近辺と、ＤＶＤで使用する光源の波長である６６０ｎｍ近辺では透過率９５％以上が要求され、ＣＤで使用する光源の波長である７８０ｎｍ近辺では透過率４％以下が要求される。

図２（ｂ）において、折れ線グラフのｎｄ＝１．５とｎｄ＝０．５と表示したもの以外の折れ線グラフは、ｎｄ＝１．３から０．７の間の数値のもので、図２（ｂ）から解るようにｎｄ＝１．３からｎｄ＝０．７間の範囲のものは、波長が４０５ｎｍの近辺で透過率９５％以上を確保している。そこで、ｎｄ＝１．３を基準とすると、幅０．６（光路長換算で約５０ｎｍ）の範囲で第二の光学薄膜１３の最表面層１５の薄膜をエッチングしても、Ｂ領域の光学特性への影響は問題とならないことが解る。

次に、本発明に係る開口フィルタの製造方法について説明する。
図３は、本発明に係る開口フィルタの製造手順を示す図である。先ず、Ａ領域に第一の光学薄膜１２を蒸着するため、ガラス基板１１の全面にレジスト７を塗布しパターンニングを行ってＢ領域のみにレジスト７を残留させる（ステップ１）。次に、所定の薄膜材料１６を用いて第一の蒸着を行って多層膜を成膜した後（ステップ２）、レジスト７上に蒸着された薄膜材料１６をレジスト７ごと剥離することにより（ステップ３）、Ａ領域に対する第一の光学薄膜１２の形成が完了する。

次に、Ｂ領域に第二の光学薄膜１３を蒸着するため、ガラス基板１１の全面にレジスト７を塗布し、パターンニングを行ってＡ領域のみにレジスト７を残留させる（ステップ４）。次に、所定の薄膜材料１７を用いて第二の蒸着を行って多層膜を成膜した後（ステップ５）、レジスト７上に蒸着された薄膜材料１７をレジスト７ごと剥離することにより（ステップ６）、Ｂ領域に対する第二の光学薄膜１３の形成が完了する。次に、第二の光学薄膜１３を所定の範囲でエッチングし、位相段差を低減して開口フィルタは完成する（ステップ７）。
尚、実施例においては、第一の光学薄膜１２を成膜後、第二の光学薄膜１３を成膜したが、第二の光学薄膜１３を成膜後、第一の光学薄膜１２を成膜してもよい。

本発明に係る開口フィルタの実施例を示す構造図である。 本発明に係る開口フィルタにおいて、第二の光学薄膜１２の最表面層１４の薄膜厚を変化させ、その際のＢ領域の光学特性を示す。 本発明に係る開口フィルタの製造手順を示す図である。 従来の開口フィルタの使用例を示す図である。 従来の開口フィルタの製造手順を示す図である。 従来の開口フィルタにおいて位相段差を示す図である。 開口フィルタの位相段差の影響度を示す表である。

符号の説明

１・・開口フィルタ、
２・・対物レンズ、
３・・光ディスク、
４・・ガラス基板、
５・・第一の光学薄膜、
６・・第二の光学薄膜、
７・・レジスト、
８・・薄膜材料、
９・・薄膜材料、
１０・・開口フィルタ
１１・・ガラス基板、
１２・・第一の光学薄膜、
１３・・第二の光学薄膜、
１４・・最表面層、
１５・・最表面層、
１６・・薄膜材料、
１７・・薄膜材料

Claims (7)

1. 複数の波長の光線を入射した時、全ての波長の光線を透過する第一の領域と所定の波長の光線の透過を阻止する第二の領域とを有した開口フィルタであって、
   第一の領域に形成した第一の光学薄膜と第二の領域に形成した第二の光学薄膜の夫々の最表面層の薄膜材料として異なる材質のものを使用し、前記第一の光学薄膜と第二の光学薄膜の成膜後にエッチングを施すことにより前記第一の光学薄膜、或いは第二の光学薄膜のどちらか一方の光路長を調整したものであることを特徴とする開口フィルタ。
2. 前記開口フィルタは、入射する光線の波長が７８０ｎｍ、６６０ｎｍ、及び４０５ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の開口フィルタ。
3. 前記第一の光学薄膜は、薄膜材料としてＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３を交互に複数層蒸着した多層薄膜であり、光学薄膜の最表面層には、Ａｌ２Ｏ３を成膜したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の開口フィルタ。
4. 前記第一の光学薄膜は、薄膜材料としてＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２／ＭｇＦ２を交互に複数層蒸着した多層薄膜であり、光学薄膜の最表面層には、ＭｇＦ２を成膜したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の開口フィルタ。
5. 前記第二の光学薄膜は、薄膜材料としてＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２を交互に複数層蒸着した多層薄膜であり、光学薄膜の最表面層には、ＳｉＯ２を成膜したものであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の開口フィルタ。
6. 前記第二の光学薄膜は、薄膜材料としてＴｉＯ２／ＳｉＯ２を交互に複数層蒸着した多層薄膜であり、光学薄膜の最表面層には、ＳｉＯ２を成膜したものであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の開口フィルタ。
7. 複数の波長の光線を入射し、全ての波長の光線を透過する第一の領域と所定の波長の光線の透過を阻止する第二の領域を有した開口フィルタの製造方法であって、
   第一の領域に第一の光学薄膜を蒸着するため、ガラス基板の全面にレジストを塗布しパターンニングを行って第二の領域のみにレジストを残留させるステップと、
   所定の薄膜材料により第一の蒸着を行って多層膜を成膜するステップと、
   レジスト上に蒸着された薄膜材料をレジストごと剥離し、前記第一の領域に第一の光学薄膜を完成させるステップと、
   前記第二の領域に第二の光学薄膜を蒸着するため、前記第一の光学薄膜が成膜されたガラス基板の全面にレジストを塗布し、パターンニングを行って前記第一の領域のみにレジストを残留させるステップと、
   所定の薄膜材料により第二の蒸着を行って多層膜を成膜するステップと、
   レジスト上に蒸着された薄膜材料をレジストごと剥離し、前記第二の領域に第二の光学薄膜を完成させるステップと、
   前記第一の光学薄膜、或いは第二の光学薄膜の一方の光学薄膜をエッチングし、光学薄膜の一方の光路長を調整するステップとを含むことを特徴とする開口フィルタの製造方法。
   

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