JP3618057B2 - 光学素子の製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、透明基板の表裏両面に光学パターンを一括的に形成するようにした光学素子の製造装置に関し、特に、光ディスクや光磁気ディスクに記録されている光情報を光学的に読み取ると共にフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を生成する光ピックアップに用いられるホログラムの作製に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ(コンパクトディスク),ＣＤ-Ｒ(コンパクトディスクレコーダブル),ＣＤ-ＲＯＭ(リードオンリメモリ),ＬＤ(レーザディスク),ＭＤ(ミニディスク),ＤＶＤ(デジタルビデオディスク),ＤＶＤ-ＲＯＭ,ＤＶＤ-ＲＡＭ(ランダムアクセスメモリ)などの光ディスク用の光ピックアップの部品として使用されるホログラム素子は、通常数ｍｍ角の大きさのものである。このホログラム素子は、大量かつ安価に製造することを目的として、大型の透明基板上に一括して複数個の光学パターンを形成した後に分断することによって製造される。
【０００３】
ホログラム素子にはボログラムや回折格子(グレーティング)を構成するきわめて微細なパターンが精密に形成されている。微細パターンを形成する方法として、従来、図１６に示す半導体装置の製造方法を適用する方法や図１７に示す一般に紫外線硬化型樹脂を用いた成形方法によって製造する方法、その他の方法が知られている。
【０００４】
図１６を参照して、半導体装置の製造方法を適用した第１従来例のホログラム素子の製造方法について説明する。まず、図１６(ａ)に示す透明基板としてのガラス基材７１を洗浄し、図１６(ｂ)に示すように、洗浄したガラス基材７１の片面に対して感光性材料７２をスピンコート法等によって塗布する。
【０００５】
次に、図１６(ｃ)に示すように、フォトリソグラフィ技術による露光によって感光材料７２に所要のパターンを形成し、次いで、図１６(ｄ)に示すように、ＣＦ４やＣＨＦ４等のガス雰囲気中で反応性イオンエッチング法によって感光材料７２のパターンを介してガラス基材７１に微細パターン７１ａを形成する。
【０００６】
このとき、感光性材料７２も同時にエッチングされるが、ガラス基材７１の加工レートと感光性材料７２の加工レートとの関係を予め把握しておき、ガラス基材７１に所要の深さの微細パターン７１ａが形成された後にも感光性材料７２がそのマスク機能を果たす状態でガラス基材７１上に残るように感光性材料７２の塗布厚を定めておく。
【０００７】
次いで、図１６(ｅ)に示すように、溶剤で溶かすか酸素ガス雰囲気中で灰化することによって、感光性材料７２をガラス基材７１から除去する。以上のようにして、ガラス基材７１上に複数個のホログラム素子が形成されるが、図１６(ｆ)に示すように、最終的に必要とされる形状、サイズに切断して複数に分割することによって所要のホログラム素子Ｈ１が得られる。そして、得られたホログラム素子をレーザユニットのキャップに固定する (ホログラム固定工程)。
【０００８】
以上を、各工程の流れに沿ってまとめると、透明基板の洗浄工程→感光性材料の塗布工程→露光工程→微細パターン形成のエッチング工程→感光性材料の除去工程→必要に応じた反射防止膜の成膜工程→分断工程→ホログラム固定工程となる。
【０００９】
ところが、上記第１従来例の製造方法では、反応性イオンエッチングの工程に多くの時間を要し、製造効率が上がらない。
【００１０】
そこで、図１７に示すように、２Ｐ法(フォトポリマ法)を利用した第２従来例の製造方法が有効である。この２Ｐ法は、従来、ＣＤ(コンパクトディスク)やＭＯ用ディスク製造で用いられている方法である。
【００１１】
この方法は、まず、図１７(ａ)に示すように、予め原盤パターン３３３ａが形成されているスタンパ３３３を用い、その上に液状の紫外線硬化型樹脂２２２を塗布し、さらにその上に透明基板１１１を配置する。次に、図１７(ｂ)に示すように、必要に応じて加圧しながら紫外線硬化型樹脂２２２をスタンパ３３３と透明基板１１１との間の隙間に充分に圧し広げ、紫外線硬化型樹脂２２２ｃとする。この紫外線硬化型樹脂２２２ｃは、スタンパ３３３における原盤パターン３３３ａの凹部の隅々まで圧し入れられている。
【００１２】
次いで、紫外線を照射することによって紫外線硬化型樹脂２２２ｃを硬化させた後に、図１７(ｃ)に示すように、透明基板１１１に硬化した透明樹脂層２２２ｄが接着されて一体化されたものを、スタンパ３３３から離型する。
【００１３】
なお、上記紫外線硬化型樹脂２２２ａとしては、硬化後にスタンパ３３３に対してよりも透明基板１１１に対する接着性がより強いような材質のものを選択しておく。もしくは、前処理によって透明基板１１１に対する接着性の方がスタンパ３３３に対する接着性よりも高くなるようにしておく。このことによって、透明樹脂２２２ｄを、透明基板１１１に一体化した状態で、スタンパ３３３から剥離することができる。
【００１４】
これにより、スタンパ３３３の原盤パターン３３３ａが転写された微細パターンをもつ透明樹脂層２２２ｄが、透明基板１１１に一体化された基板Ｈ１'が得られる。この基板Ｈ１'を、例えばホログラム素子基板とした場合、このＨ１'基板を複数個に分断して複数個のホログラム素子を得ることができる。
【００１５】
ところで、１つのホログラム素子に信号光を分岐して、フォーカス制御の機能とトラッキング制御の機能とを付加するためには、ホログラム素子の表側に「ホログラム」を、裏側に「回折格子」(グレーティング)を形成する必要があり、表面のホログラムの微細パターンと裏面の回折格子の微細パターンを高精度に位置合わせする必要がある。
【００１６】
図１６で先に説明した第１従来例としてのホログラム素子の製造方法においては、表裏両面に一括して微細パターンを形成することが困難であるので、片面ずつに微細パターンを形成する方法を採用している。まず、片面の微細パターンを従来の方法で形成し、次に、他面の微細パターンを形成するために露光工程において、顕微鏡を用いて、既に形成されている一方の微細パターンに対してマスクをアライメントし、露光を行い、従来の方法で他面の微細パターンを形成する。このアライメント自体は難しいものではないが、表裏の微細パターンを一括して形成できず、２回に分けて行うことから、洗浄,塗布,露光,エッチング,除去の各工程をそれぞれ２回ずつ行なわなければならず、これでは製造効率が非常に悪いものとなっている。
【００１７】
また、図１７に示す第２従来例のように、２Ｐ法(フォトポリマ法)を適用して表裏両面に微細パターンを有するホログラム素子を製造する方法では、表裏に一括して微細パターンを形成する場合、スタンパの取付精度などにより表裏のスタンパの平行度の違いやスタンパ上にかかる加圧力が位置により違ってくる。このため、紫外線硬化樹脂の広がりが均一にならず、紫外線硬化樹脂がスタンパの範囲から外れたり、樹脂が行き渡らない部分ができたりする。また、スタンパの端を囲むような構造とした場合でも、ホログラム素子のように表裏パターンを高精度に位置決めする必要があるので、表裏一括して微細パターンを形成するのは困難である。
【００１８】
２Ｐ法(フォトポリマ法)を適用して、表裏両面に微細パターンを有するホログラム素子の製造方法は、片面に微細パターンを形成した後に、同様の工程を経てもう一方の片面に微細パターンを形成することになる。図１８を参照して、そのプロセスを説明する。
【００１９】
まず、図１８(ａ)に示すように、予め一方の原盤パターン９１ａが形成されているホログラムスタンパ９１の上に液状の紫外線硬化樹脂９２ａを塗布する。次に、図１８(ｂ)に示すように、透明基板９３をホログラムスタンパ９１と透明部材９６の間に挿入し、図１８(ｃ)に示すように加圧することによって紫外線硬化樹脂９２ａをスタンパ９１と透明基板９３との隙間に充分に押し広げる。
【００２０】
次いで、紫外線透過型の透明部材９６を介して紫外線を照射することによって、紫外線硬化樹脂９２ａを硬化させた後に、図１８(ｄ)に示すように、透明基板９３の表面に硬化した透明樹脂層９２が接着によって一体化されたものをスタンパ９１から離型する。
【００２１】
以上により、透明基板９３の片面にスタンパ９１の原盤パターン９１ａが転写されたホログラムを作製できる。次に、透明基板９３の裏面に回折格子を作製する場合には、ホログラムを作製するのと同様の方法を再度実施する。
【００２２】
まず、図１８(ｅ)に示すように、原盤パターン９５ａが形成されている回折格子用スタンパ９５の上に液状の紫外線硬化樹脂９４ａを塗布する。次に、図１８(ｆ)に示すように、透明基板９３を回折格子用スタンパ９５と透明部材９６の間に挿入し、図１８(ｇ)に示すように、加圧することによって紫外線硬化樹脂９４ａをスタンパ９５と透明基板９３との隙間に充分に押し広げる。
【００２３】
次いで、紫外線透過型の透明部材９６を介して紫外線を照射することによって、紫外線硬化樹脂９４ａを硬化させた後に、図１８(ｈ)に示すように、透明基板９３の裏面に硬化した透明樹脂層９４が接着によって一体化されたものをスタンパ９５から離型する。以上により、透明基板９３の表裏にパターンを生成でき、半導体製造工程の製造方法に比べて製造効率が良い。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記２Ｐ法(フォトポリマ法)において、表裏各パターンを成形するために同一工程を２回繰り返す必要があり、生産時間がかかる。
【００２５】
また、表裏を一括して成形する場合、表裏の透明スタンパの平行度や紫外線硬化樹脂の塗布位置、スタンパを加圧する機構の加圧誤差により、加圧時に紫外線硬化樹脂がスタンパからはみ出ることがあったり、均一に樹脂が広がらないことがある。紫外線硬化樹脂がスタンパからはみ出すとスタンパ外に紫外線硬化樹脂が残り、加圧時に不具合が生じたり、透明基板を挿入するときに邪魔になったりする。また、紫外線硬化樹脂から表裏の透明スタンパを離型する場合に、加圧部を離す力が強いと、表裏に形成する微細パターンを破損することがある。
【００２６】
そこで、この発明の目的は、生産時間が短くて、生産効率の高い光学素子の製造装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の光学素子の製造装置は、転写用表スタンパと転写用裏スタンパが有する原盤パターンを、透明基材の表面と裏面に転写して、上記透明基材に光学パターンを形成する光学素子の製造装置であって、
上記表,裏スタンパを紫外線透過型材質とし、
上記透明基材の表側と裏側に配置した紫外線硬化樹脂を上記表,裏スタンパで挟んで、上記紫外線硬化樹脂に上記原盤パターンを転写する加圧手段と、
上記表,裏スタンパに挟まれた紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して、上記透明基材の表と裏に光学パターンを一括成形する紫外線照射部とを備え、
上記透明基材を、上記表,裏スタンパより大きい外形形状とし、
上記透明基材の外周部４辺を挟み込む形状の少なくとも２個の離型ハンドを備え、この少なくとも２個の離型ハンドを用いて、上記透明基材を、上記表スタンパおよび裏スタンパから離型することを特徴としている。
【００２８】
また、請求項２の発明の光学素子の製造装置は、請求項１に記載の光学素子の製造装置において、上記離型ハンドは、上記透明基板を位置決めする位置決めピンを備えていることを特徴としている。
【００２９】
請求項１の発明によれば、透明基材の表面と裏面に密着させた紫外線硬化樹脂に、表,裏光学パターンを同時に成形することができ、短い生産時間と高い生産効率を達成できる。
【００３０】
また、請求項１の発明は、上記透明基材を、上記スタンパより大きい外形形状とした。なお、上記透明基材を矩形形状としてもよい。
【００３１】
この請求項１の発明では、上記透明基材を、上記スタンパより大きい外形形状としたから、スタンパから透明基材を離型させ易くなる。
【００３２】
また、請求項１の発明は、上記透明基材の外周部４辺を挟み込む形状の少なくとも２個の離型ハンドを用いて、上記透明基材を、上記表スタンパおよび裏スタンパから離型する。
【００３３】
この請求項１の発明では、上記少なくとも２個の離型ハンドで、上記透明基材の外周部４辺を挟み込んだ安定した状態で、上記透明基材を表,裏スタンパから離型させることができる。したがって、離型時に、第１,第２紫外線硬化樹脂に形成された表,裏光学パターンを損傷させることを防止でき、生産性を向上させることができる。
【００３４】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の光学素子の製造装置において、上記離型ハンドは、上記透明基板を位置決めする位置決めピンを備えていることを特徴としている。
【００３５】
この請求項２の発明では、上記離型ハンドは、上記透明基板を位置決めする位置決めピンを備えているから、透明基板を離型ハンドで挟んだ状態で、離型ハンドに対する透明基板の位置決めを正確に行うことができる。したがって、表,裏スタンパに対して透明基板を高精度に位置決めできる。
【００３６】
また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載の光学素子の製造装置において、上記表,裏スタンパの外周を面取り形状とし、上記面取り形状に嵌合する形状を有するスタンパ押え部材を備え、
上記スタンパ押え部材に上記表,裏スタンパを嵌合させて、上記スタンパ押え部材をダイセットにネジ固定することで、上記表,裏スタンパを上記ダイセットに取り付け可能とし、かつ、上記ネジを緩めて上記ダイセットから上記表,裏スタンパを取り外すことができるようにしたことを特徴としている。
【００３７】
この請求項３の発明では、ダイセットにネジ固定できるスタンパ押え部材で、表,裏スタンパをダイセットに対して着脱可能になる。
【００３８】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の光学素子の製造装置において、上記表,裏スタンパと上記スタンパ押え部材を嵌合させた状態で、上記表,裏スタンパと上記スタンパ押え部材との間に、樹脂溜り部が形成されるようにしたことを特徴としている。
【００３９】
この請求項４の発明では、上記表,裏スタンパと上記スタンパ押え部材との間に形成される樹脂溜り部によって、外部への樹脂の流出を防ぎ、かつ、樹脂の周りが悪い領域に樹脂を回り込み易くすることができる。
【００４０】
また、請求項５の発明は、請求項３に記載の光学素子の製造装置において、上記ダイセットが上記加圧手段に対して脱着可能になっていて、上記ダイセットを上記加圧手段から取り外した状態で、上記表,裏スタンパを位置調整できるようになっていることを特徴としている。
【００４１】
この請求項５の発明では、上記ダイセットを上記加圧手段から取り外した状態で、上記表,裏スタンパを位置調整できるから、上記ダイセットに対する表,裏スタンパの位置調整を行い易くなる。
【００４２】
また、請求項６の発明は、請求項５に記載の光学素子の製造装置において、上記裏スタンパが搭載され、上記表スタンパを基準にして、上記裏スタンパの位置を調整できるアライメントステージを備えたことを特徴としている。
【００４３】
この請求項６の発明では、上記アライメントステージによって、表スタンパに対する裏スタンパの位置調整を行えるから、表,裏スタンパの位置合わせを正確に行うことができる。
【００４４】
また、請求項７の発明は、請求項６に記載の光学素子の製造装置において、上記表スタンパと裏スタンパには、それぞれ、アライメントマークが形成されており、上記表,裏スタンパのアライメントマークを認識する少なくとも２台の認識手段を備えたことを特徴としている。
【００４５】
この請求項７の発明では、少なくとも２台の認識手段で、表,裏スタンパに形成されたアライメントマークを認識することによって、表スタンパと裏スタンパとを正確に位置合わせできる。
【００４６】
また、請求項８の発明の光学素子の製造装置は、請求項１に記載の光学素子の製造装置において、
上記加圧手段は、独立した３つの加圧機構を有し、
上記加圧手段の上記独立した３つの加圧機構による加圧状態を制御することを特徴としている。
【００４７】
この請求項８の発明では、たとえば撮像手段で、上記透明基材と上記表,裏スタンパの間での上記第１,第２紫外線硬化樹脂の広がりを認識した場合、この撮像手段が認識した紫外線硬化樹脂の広がり状態に応じて、上記加圧手段による加圧状態を制御する。したがって、上記加圧手段の加圧誤差を抑制でき、上記透明基材と表,裏スタンパとの間で、上記紫外線硬化樹脂を均一、かつ、はみ出さないように広げることができる。したがって、この発明の光学素子の製造装置によれば、透明基材の表面と裏面に密着させた紫外線硬化樹脂に、表,裏光学パターンを同時に正確に転写することができ、短い生産時間と高い生産効率を達成できる。
【００４８】
また、請求項９の発明は、請求項８に記載の光学素子の製造装置において、
上記スタンパ上および上記透明基材上に上記紫外線硬化樹脂を塗布する位置を変更して、上記スタンパと上記透明基材との間で、上記紫外線硬化樹脂が均等に広がるようにすることを特徴としている。
【００４９】
この請求項９の発明の光学素子の製造装置では、たとえば撮像手段が認識した上記紫外線硬化樹脂の広がり情報に応じて、上記スタンパ上および上記透明基材上に上記紫外線硬化樹脂を塗布する位置を変更して、上記スタンパと上記透明基材との間で、上記紫外線硬化樹脂を均等に広げるようにしている。したがって、より一層高い生産効率の達成を図れる。
【００５０】
また、請求項１０の発明は、請求項８に記載の光学素子の製造装置において、
上記表スタンパまたは裏スタンパが取り付けられるスタンパ固定部の傾きを変えるスタンパ傾斜機構を備え、
上記スタンパ傾斜機構を制御して、上記表,裏スタンパの平行度を制御し、
上記表,裏スタンパと上記透明基材との間で、上記紫外線硬化樹脂が均等に広がるようにすることを特徴としている。
【００５１】
この請求項１０の発明では、上記スタンパ傾斜機構で、スタンパ固定部の傾きを制御して、上記表,裏スタンパの平行度を制御することによって、上記紫外線硬化樹脂が表,裏スタンパと透明基材との間で均等に広がるようにする。したがって、この請求項１０の発明によれば、より一層高い生産効率の達成を図れる。
【００５２】
また、請求項１１の発明は、請求項８に記載の光学素子の製造装置において、
上記加圧手段は、複数の加圧部を備え、
この複数の加圧部の加圧力を制御して、上記表,裏スタンパと上記透明基材との間で、上記紫外線硬化樹脂が均等に広がるようにすることを特徴としている。
【００５３】
この請求項１１の発明では、加圧手段が備える複数の加圧部の加圧力を、たとえば紫外線硬化樹脂の広がり情報に応じて制御して、表,裏スタンパと透明基材との間で紫外線硬化樹脂が均等に広がるようにする。したがって、この請求項１１の発明によれば、より一層高い生産効率の達成を図れる。
【００５４】
また、請求項１２の発明は、請求項８乃至１１のいずれか１つに記載の光学素子の製造装置において、
上記加圧手段は、力学センサーを備え、
上記加圧手段が上記紫外線照射後に上記紫外線硬化樹脂から上記スタンパを離型するときの上記紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識する撮像手段を備え、
上記撮像手段で認識した剥がれ状態に応じて、上記力学センサーからの信号に基づいて上記加圧部の力を制御することを特徴としている。
【００５５】
この請求項１２の発明では、撮像手段が、加圧手段が紫外線照射後に紫外線硬化樹脂からスタンパを離型するときの紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識し、上記認識した剥がれ状態に応じて、上記加圧部の力を制御する。これにより、離型時に、紫外線硬化樹脂に形成した光学パターンが破損することを防止できるから、生産性を向上できる。
【００５６】
また、請求項１３の発明は、請求項１０または１１に記載の光学素子の製造装置において、上記加圧手段が上記紫外線照射後に上記紫外線硬化樹脂から上記スタンパを離型するときの上記紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識する撮像手段を備え、上記撮像手段で認識した剥がれ状態に応じて、上記スタンパ傾斜機構または上記加圧手段の複数の加圧部を制御して、上記表,裏スタンパの傾きを制御することを特徴としている。
【００５７】
この請求項１３の発明では、撮像手段が、加圧手段が紫外線照射後に紫外線硬化樹脂からスタンパを離型するときの紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識し、この認識した剥がれ状態に応じて、スタンパ傾斜機構または加圧手段の複数の加圧部を制御して、表,裏スタンパの傾きを制御する。これにより、表,裏スタンパの傾きに起因して、離型時に紫外線硬化樹脂に形成した光学パターンが破損することを防止できるから、生産性を向上できる。
【００５８】
また、請求項１４の発明は、請求項１０または１１に記載の光学素子の製造装置において、
上記透明基材の少なくとも２点以上を、硬化した紫外線硬化樹脂が表,裏スタンパから剥がれる方向に押さえる離型機構部を備え、
上記加圧手段が上記紫外線照射後に上記紫外線硬化樹脂から上記スタンパを離型するときの上記紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識する撮像手段を備え、上記認識した剥がれ状態に応じて上記離型機構部を制御することを特徴としている。
【００５９】
この請求項１４の発明では、撮像手段が撮像した剥がれ状態に応じて、離型機構部が透明基材の少なくとも２点以上を、紫外線硬化樹脂が表,裏スタンパから剥がれる方向に押さえるから、離型を容易にすることができる。
【００６０】
また、請求項１５の発明は、請求項１１に記載の光学素子の製造装置において、上記加圧手段が上記紫外線照射後に上記紫外線硬化樹脂から上記スタンパを離型するときの上記紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識する撮像手段を備え、上記撮像手段で認識した剥がれ状態に応じて上記複数の加圧部を制御して、離型を容易にすることを特徴としている。
【００６１】
この請求項１５の発明では、紫外線硬化樹脂からスタンパを離型するときの紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を撮像手段で認識し、この認識した剥がれ状態に応じて複数の加圧部を制御して離型を容易にする。これにより、離型時に、紫外線硬化樹脂に形成した光学パターンが破損することを防止できるから、生産性を向上できる。
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００６３】
〔参考例〕
図１を参照して、この発明の参考例としての光学素子の製造方法を説明する。この参考例は、２Ｐ法(フォトポリマ法)によって基板の表裏に一括して光学パターンを形成する。
【００６４】
まず、図１(ａ)に示すように、透明な裏スタンパ４０の上に紫外線硬化樹脂２ｂを塗布する。また、透明基板１の上に紫外線硬化樹脂２ａを塗布し、この透明基板１を、上記下スタンパ４０と上スタンパ４１の間に挿入する。この上スタンパ４１には転写用表光学パターン４１ａが形成されており、下スタンパ
４０には転写用裏光学パターン４０ａが形成されている。
【００６５】
次に、図１(ｂ)に示すように、透明基板１を、透明上スタンパ４１と透明下スタンパ４２とで挟み込んで加圧し、紫外線硬化樹脂２ａおよび２ｂを透明基板１の表面１ａと裏面１ｂ上に広げる。
【００６６】
次に、図１(ｃ)に示すように、上スタンパ４１の上方から紫外線を照射して、上記紫外線硬化樹脂２ａおよび２ｂを硬化させる。次に、図１(ｄ)に示すように、上スタンパ４１と下スタンパ４０を透明基板１から離型させる。これにより、透明基板１の表裏両面に、上,下スタンパ４１,４０の表,裏光学パターン４１ａ,４０ａが形成される。
【００６７】
この参考例の光学素子の製造方法によれば、透明基板１の表面１ａと裏面１ｂに密着させた紫外線硬化樹脂２ａおよび２ｂに、表,裏光学パターン４１ａ,４０ａを同時に形成でき、短い生産時間と高い生産効率を達成できる。
【００６８】
〔第１の実施の形態〕
次に、上記参考例で使用する光学素子の製造装置を、図２を参照して説明する。この製造装置が、この発明の第１の実施の形態である。
【００６９】
この製造装置は、透明な表,下スタンパ４１,４０を固定し挟み込む機構を有するダイセット部４４と、このダイセット部４４を加圧する加圧部４９と、透明基板１を固定するための基板固定用ハンド５９を備えている。
【００７０】
また、この製造装置は、透明基板１上の紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂの広がりを認識するカメラ４７と、加圧位置と紫外線照射位置にダイセット部４４をＸ軸方向に移動させるための搬送部４５と、紫外線を照射する紫外線照射部４６を備えている。
【００７１】
図２に示すように、ダイセット部４４には、あらかじめ位置決めされた透明な上スタンパ４１と透明な下スタンパ４０が取り付けられている。図２では、下側に下スタンパ４０を取り付け、上側に上スタンパ４１を取り付けたが、その逆でもよい。
【００７２】
そして、図１(ａ)に示したように、上記透明な下スタンパ４０の中心部に紫外線硬化樹脂２ｂを塗布し、透明基板１の中心部にも紫外線硬化樹脂２ａを塗布し、透明基板１を、図２のダイセット部４４の中に挿入し、基板固定用ハンド５９にて透明基板１を固定する。基板固定用ハンド５９は、透明基板１の中心が透明な下スタンパ４０の中心になるように透明基板１を固定する。この基板固定用ハンド５９は、加圧方向つまり上下方向(Ｚ軸方向)に自由に移動できるようになっている。
【００７３】
加圧部４９は、ダイセット部４４に取りつけられた上スタンパ４１と下スタンパ４０が、図１(ｂ)に示すように、透明基板１を上下から挟むように、ダイセット部４４を駆動する。この時、上記表,下スタンパ４１,４０の間で、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂが透明基板１上に広がるのをカメラ４７で撮像する。
【００７４】
このカメラ４７は、あらかじめスタンパ４０,４１の領域を記憶した画像メモリーを有する制御部に接続されている。そして、この制御部は、カメラ４７が撮像した紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂの広がり領域が、上記スタンパ４０,４１の領域外に外れたときに、加圧部４９の加圧を停止して、透明基板１をスタンパ４０,４１が挟み付けるのを停止させる。
【００７５】
次に、上記制御部は、搬送部４５を駆動して、紫外線照射部４６の直下の紫外線照射位置にダイセット部４４を移動させ、紫外線照射部４６からダイセット部４４に紫外線を照射して紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂを硬化させる。
【００７６】
この第１実施形態によれば、上記カメラ４７で紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂを撮像して、加圧部４９による加圧を制御するから、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂにスタンパ４１,４０の光学パターン４１ａ,４０ａを正確に転写できる。
【００７７】
また、この第１実施形態では、カメラ４７で紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂの広がり領域を撮像し、上記制御部で、上記広がり領域の重心を求める。そして、次にホログラム素子を成形するときに、前回に求めた紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂの広がり領域の重心が、上,下スタンパ４１,４０の中心に一致するように、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂを透明基板１,下スタンパ４０上に塗布する位置を変更する。
【００７８】
この紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂの塗布位置は、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂを塗布した後、カメラ４７で撮像して認識してもよく、Ｘ-Ｙ直交ステージ等に取り付けたシリンジを使用することで機構的に紫外線硬化樹脂を塗布できるようにしてもよい。これにより、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂの塗布位置を、データとして残すことができる。また、紫外線硬化樹脂の塗布位置と紫外線硬化樹脂の広がり領域の重心の関係をあらかじめデータベース化しておくと、紫外線硬化樹脂の正確な塗布位置を早く決定でき、生産性向上に有効である。
【００７９】
また、図３に示すような構成にしてもよい。この構成は、下スタンパ４０を搭載するステージ５５を、傾きを変えられるものとし、ステージ５５の位置データと紫外線硬化樹脂の広がり領域の重心との関係をデータベース化しておく。そして、新たに成形するとき、このデータベースを利用して、前回に成形したときの紫外線硬化樹脂の広がり領域の重心に基づいて、紫外線硬化樹脂の広がり領域の重心がスタンパの中心に来るように、ステージ５５を傾斜させて透明な下スタンパ４０の傾きを変化させる。
【００８０】
さらには、図４に示すように、３つの独立した加圧機構４９ａ,４９ｂ,４９ｃからなる加圧部４９を採用することで、紫外線硬化樹脂の広がり領域の重心をリアルタイムで変化させるようにしてもよい。
【００８１】
この加圧部４９が備える３つの独立した加圧機構４９ａ,４９ｂ,４９ｃがダイセット部４４に接続されている。この３つの加圧機構４９ａは、ダイセット部４４に独立して加圧力を加えることができる。まず、ダイセット部４４を３つの加圧機構４９ａで同等の力で加圧していき、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂの広がる領域の面積がスタンパ４０の大きさの３分の１程度になったとき、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂが広がる領域の重心位置がスタンパ４０の中心に一致するように、１つの加圧機構または２つの加圧機構を残りの加圧機構より強く加圧する。次に、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂが広がる領域の面積がスタンパ４０の大きさの３分の２程度になったときに、再度、紫外線硬化樹脂の広がる領域の重心の位置がスタンパの中心位置に一致するように１つの加圧機構または２つの加圧機構を残りの加圧機構より強く加圧し、３つの加圧機構４９ａ,４９ｂ,４９ｃの力の加減を修正し、スタンパ４０の大きさに紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂが広がるようにする。
【００８２】
次に、紫外線照射後、図２の加圧部４９の上下動部４９ａを下げて、透明基板１の表裏の紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂから上,下スタンパ４１,４０を離型させる工程について説明する。
【００８３】
紫外線照射後、搬送部４５により紫外線照射位置から加圧位置にダイセット部４４を移動する。加圧部４９の上下動部４９ａを下げることによって、上,下スタンパ４１,４０と透明基板１を離型できる。
【００８４】
ところが、この離型が急激であると、図５(ａ)に示すように、紫外線硬化樹脂２ａに形成された微細パターン２ａ-１の接触部５３の摩擦力等により微細パターン部２ａ-１に力が加わり、図５(ｂ)に示すように、微細パターン２ａ-１に破損部５４が生じる。
【００８５】
そこで、上記離型時に、紫外線硬化樹脂２ａの剥がれ情報をカメラ４７で撮像し、紫外線硬化樹脂２ａがスタンパ４１と接触している部分の面積と重心を求める。さらに、加圧部４９に力学センサー(図示せず)を取り付け、この力学センサーが検知した力に基づいて、上記制御部で、加圧部４９が上下動部４９ａを下げる力を制御する。
【００８６】
そして、上記紫外線硬化樹脂２ａと上記スタンパ４１との接触面積が少し小さくなるときまで、上記加圧部４９による加圧力を少しずつ増加していき、紫外線硬化樹脂２ａとスタンパ４１との接触面積が少し小さくなったときの加圧力を維持する。このように加圧力を制御することによって、加圧部４９を離型に必要な最小限の力で駆動するようにして、ホログラム素子の微細パターン２ａ-１に破損部５４が発生することを防止する。
【００８７】
なお、図３に示したように、透明な下スタンパ４０の下に傾きが変えられるステージ５５が設置されている場合には、紫外線硬化樹脂が離型時に剥がれ始めた箇所を、紫外線硬化樹脂とスタンパとの接触面の重心から求めて認識し、上記傾きが可変なステージ５５によって、上記剥がれ始めた部分を僅かに下に傾ける。これにより、離型が容易になり、離型時間を短縮でき、生産時間を短縮できる。
【００８８】
また、図２に示す基板固定用ハンド５９を上下に駆動制御できるようにして、離型時に紫外線硬化樹脂からスタンパが剥がれ始めた箇所で、基板固定用ハンド５９を下降させて、離型を促進するようにしてもよい。
【００８９】
また、図４に示すように、加圧部４９が３つの加圧機構４９ａ,４９ｂ,４９ｃを備える場合には、この３つの加圧機構４９ａ,４９ｂ,４９ｃにそれぞれ力学センサーを取り付け、離型時には、まず、この３つの加圧機構４９ａ,４９ｂ,４９ｃの上下動部４９ａ-１,４９ｂ−１,４９ｃ−１を均等な力で下降させる。次に、紫外線硬化樹脂からスタンパが剥がれ始めたときの力を維持し、紫外線硬化樹脂の剥がれ位置に最も近い加圧機構の下降力を少し増加させることによって、離型を促進し、離型時間を短縮できる。
【００９０】
〔第２の実施の形態〕
次に、図６に、この発明の第２実施形態としてのホログラム素子の製造装置を示す。この第２実施形態は、図２に示した第１実施形態と同じ構成の搬送部４５と紫外線照射部４６とを備えている。
【００９１】
図６(ｂ)に示すように、加圧ユニット３１は、天板３２と、ベース板３４と、ベース板３４に対して天板３２を支える４本の支柱３３を備える。天板３２の下面には、ダイセットユニット８０がネジで固定され、ベース板３４の上面には、加圧手段としてのＺ軸ステージ６９が固定されている。このＺ軸ステージ６９は、ダイセットユニット８０を開閉するためのものである。
【００９２】
図６(ａ),(ｂ)に示すように、加圧ユニット３１内には、１対(２個)の離型ハンド５０および位置決め兼離型ハンド５１が、周方向に９０°ずつ位相がずれた状態に配置されている。離型ハンド５０は、図示しない駆動源により、Ｙ方向とＺ方向に移動可能になっている。このＹ方向とは、図６(ｂ)において奥行き方向であり、Ｚ方向とは、図６(ｂ)において上下方向である。また、位置決め兼離型ハンド５１は、図示せぬ駆動源により、Ｘ方向,Ｚ方向に移動可能となっている。
【００９３】
図７(ｂ)に示すように、位置決め兼離型ハンド５１は、透明基板１の隣接する２辺を上下から挟む腕５１ａ,５１ｂを有している。この腕５１ａ,５１ｂは、基部５１ｃから斜め外方に延びており、図７(ａ)に示すように、基板１を挟むための間隙を隔てて対向する２枚の板５１-１,５１-２で構成されている。また、図７(ａ),(ｂ)に示すように、この腕５１ａ,５１ｂの先端部分には、上記２枚の板５１-１,５１-２を貫通する位置決めピン５５５,５５５が固定されており、基部５１ｃには、板５１-１,５１-２を貫通する位置決めピン５７７,５７７が固定されている。
【００９４】
また、離型ハンド５０は、図７(ｄ)に示す形状をしている。この離型ハンド５０は、透明基板１を上下から挟む腕５０ａを有している。この腕５０ａは、基板１を挟むための間隙を隔てて対向する２枚の板５０-１,５０-２で構成されている。
【００９５】
次に、図１０を参照して、ダイセットユニット８０の構造を詳細に説明する。 ダイセットユニット８０は、上ダイセット８５と下ダイセット８６を有している。下ダイセット８６は、上下動用Ｚ軸ステージ６９に連結されており、下ダイセット８６の下面には４個のリニアブッシュ４８が固定されている。そして、このリニアブッシュ４８には、ガイドポスト４７が挿通されておりガイドポスト４７の上端は上ダイセット８５の下面に固定されている。これにより、上記Ｚ軸ステージ６９を駆動することで、上ダイセット８５に対して下ダイセット８６が上下動するようになっている。この下ダイセット８６の上動が、ダイセットユニット８０の閉動作であり、下ダイセット８６の下動が、ダイセットユニット８０の開動作である。なお、図１０に示すように、上記天板３２および上ダイセット８５は、中央貫通穴３２ａおよび８５ａを有し、この貫通穴３２ａ,８５ａを通して、その下の紫外線透過型台部材４３,紫外線透過型材質の上スタンパ４１に紫外線を照射できるようになっている。
【００９６】
下ダイセット８６には、アライメントステージ４２が取付けられている。このアライメントステージ４２の上面に紫外線透過型材質の下スタンパ４０が取付けられる。この下スタンパ４０の外周面取り部４０ａに、円環状のスタンパ押え治具３８が上下に嵌合しており、このスタンパ押え治具３８は、アライメントステージ４２にネジで固定されている。
【００９７】
一方、上ダイセット８５には、紫外線透過型台部材４３が取付けられる。この台部材４３の下面に紫外線透過型材質の上スタンパ４１が取付けられる。この上スタンパ４１の外周面取り部４１ａに、円環状のスタンパ押え治具３９が上下に嵌合しており、このスタンパ押え治具３９は、上記台部材４３にネジで固定されている。
【００９８】
次に、図１１(ａ),(ｂ)を参照して、上スタンパ押え治具３９の構造を説明する。この上スタンパ押え治具３９は、図１１(ａ)に示すように、内周側に周方向に所定間隔を隔てて８個の爪３９ａを有し、この爪３９ａは、図１１(ｂ)に示すように、上スタンパ４１の外周面取り部４１ａに嵌合するテーパ形状になっている。なお、下スタンパ押え治具３８も、上スタンパ押え治具３９と同じ構造になっている。また、図１１(ｃ),(ｄ)に、上スタンパ４１を示す。上スタンパ４１は、円板形状であり、外周縁部が面取り形状になっている。この外周面取り部４１ａが、図１１(ａ),(ｂ)に示す上スタンパ押え治具３９のテーパ形状の爪３９ａに嵌合する形状になっている。
【００９９】
図１０の破線で囲んだ円内に示すように、上記上スタンパ４１の外周面取り部４１ａが、上スタンパ押え治具３９のテーパ形状の爪３９ａに下から嵌合するようになっており、かつ、爪３９ａと面取り部４１ａの間に、略くさび形状の樹脂溜め部３７が形成されるようになっている。この樹脂溜め部３７に、上スタンパ４１と基板１の間からはみ出してきた余分な樹脂を溜めることができるので、樹脂が外部に流失されることを防ぐことができる。また、この樹脂溜め部３７に樹脂を流入させる作用によって、樹脂の回り込みが悪い領域に樹脂がまわり易くすることができる。したがって、この樹脂溜め部３７の容量相当分だけ樹脂量を規定値より多めに塗布すれば、領域不良の発生率を極力抑えることができ、かつ、成形完了後の基板の形状を均一にすることができる。
【０１００】
次に、上記構成のホログラム素子の製造装置を用いてホログラム素子を製造する方法を説明する。
【０１０１】
まず、製造の前準備として、上下のスタンパ４１,４０の位置調整を実施する。図８と図９を参照して、スタンパ４１,４０の位置調整について説明する。図８に示すように、ダイセットユニット８０を、ダイセット搭載部６５に搭載する。そして、上ダイセット８５の貫通穴８５ａの上方に、２台のＣＣＤカメラ６１,６１を設置する。この２台のＣＣＤカメラ６１,６１には、それぞれ、鏡筒６０,６０が取りつけられている。この鏡筒６０,６０には、それぞれ、同軸落射照明６２が接続されている。また、上記ＣＣＤカメラ６１は、モニター６３に接続されている。上記モニター６３,ＣＣＤカメラ６１,鏡筒６０,同軸落射照明６２が上下スタンパ認識部６４を構成している。
【０１０２】
そして、まず、ダイセットユニット８０をダイセット搭載部６５のＺ軸ステージ６６の上に搭載する。次に、Ｚ軸ステージ６６を用いて下ダイセット８６を上昇させ、上スタンパ４１と下スタンパ４０が接触する少し前で止める。次に、上下スタンパ認識部６４で上,下スタンパ４１,４０の任意の箇所を撮像し、モニター６３にその像を写す。モニター６３には、２台のＣＣＤカメラ６１,６１で撮像した像が写し出されるようになっており、上,下スタンパ４１,４０に形成されているパターンの任意の箇所の位置ズレを認識できる。もし、上,下スタンパ４１,４０の位置がズレていれば、アライメントステージ４２に対向しているアライメント治具４２-１を用いて、上スタンパ４１に対する下スタンパ４０の位置を調整する。図９に示すように、８個のアライメント治具４２-１が、アライメントステージ４２の各辺に２個づつ対向するように、下ダイセット４６に固定されている。このアライメント治具４２-１は、アライメントステージ４２の４つの側面を４組(８個)の押しネジ４２-１ａと引きネジ４２-１ｂによって、Ｘ,Ｙ方向およびθ方向に調整できるようになっている。
【０１０３】
アライメント用治具４２-１を用いて、アライメントステージ４２を下ダイセット８６の上面８６ａ上でＸ,Ｙ,θ方向の位置調整を行う。この位置調整が完了すると、アライメントステージ４２を下ダイセット８６にネジで固定する。これにより、上スタンパ４１を基準にして下スタンパを位置調整することによるスタンパ位置調整が完了する。なお、上記上スタンパ４１および下スタンパ４０にそれぞれ、位置調整用のアライメントマークを形成しておけば、位置調整を行い易くなる。
【０１０４】
次に、上記上,下スタンパ４０,４１の位置調整が完了したダイセットユニット３０を加圧ユニット３１に取り付け、ホログラム素子を製造する工程を、図１２,１３,１４,１５を順に参照して説明する。なお、図１２〜１５では、透明基板１を中心にして、Ｚ軸方向の上方から下方に見た様子と、Ｙ軸方向前方から見た様子を１セットにして示している。
【０１０５】
まず、図１２(ａ)に示すように、下スタンパ４０の上面に紫外線硬化樹脂２ａを塗布する。そして、透明基板１の上面に紫外線硬化樹脂２ｂを塗布し、ダイセットユニット８０内に挿入し、一対の離型ハンド５０,５０と一対の位置決め兼離型ハンド５１,５１の間に、透明基板１を位置させる。
【０１０６】
次に、図１２(ｂ)に示すように、一対の離型ハンド５１をＸ軸方向に接近移動させ、離型ハンド５１が有する腕５１ａ５１ｂの２枚の板５１-１,５１-２の間に透明基板１を上下から挟むようにすると同時に、透明基板１の隣接する２辺に位置決めピン５５,５７を当接させて、透明基板１の位置決めが完了する。次に、図１２(ｃ)に示すように、位置決め兼離型ハンド５１をＺ軸上方向に移動させ、透明基板１を上スタンパ４１に接触する寸前で停止させる。
【０１０７】
次に、ダイセット開閉用Ｚ軸ステージ６９を駆動し、図１３(ｄ)に示すように、下スタンパ４０を上昇させる。これにより、下スタンパ４０が、位置決め兼離型ハンド５１に支持されている透明基板１の下面に接触する。そして、下スタンパ４０を、さらに、上昇させることによって、透明基板１は、下スタンパ４０と上スタンパ４１の両方に接触する。すなわち、上,下スタンパ４０,４１によって、透明基板１が挟まれて加圧される。
【０１０８】
次に、図１３(ｅ)に示すように、上,下スタンパ４０,４１で上下方向から透明基板１を加圧し、この加圧状態を保持することによって、透明基板１の上面と下スタンパ４０の上面に塗布した紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂが透明基板１内で広がり、所定の領域に紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂが満たされる。その後、紫外線光を上ダイセット８５の上方から照射することによって、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂを硬化させる。次に、図１３(ｆ)に示すように、一対の離型ハンド５０,５０をＹ軸方向に移動させ接近させて中心部に近づけ、各離型ハンド５０で、透明基板１の隣接２辺を挟む。これにより、離型ハンド５０,５０と５１,５１の４つのハンドで、透明基板１の４つの角部が支持されたことになる。
【０１０９】
次に、ダイセット上下動用Ｚ軸ステージ６９を駆動し、図１４(ｇ)に示すように、下スタンパ４０を下降させ、ダイセットユニット８０を開く。このように、４つのハンド５０,５０,５１,５１で透明基板１を上下から挟んでいる状態で、下スタンパ４０を下降させるから、離型ハンド５１,５０が、基板１が下降することを防ぐストッパとなり、透明基板１を下スタンパ４０から確実に離型できる。次に、図１４(ｈ)に示すように、一対の離型ハンド５０,５０を、Ｙ軸方向に移動させ、中心部から離隔させる。次に、図１４(ｉ)に示すように、一対の位置決め兼離型ハンド５１,５１を、Ｚ軸方向下方に移動させて、透明基板１を上スタンパ４１から離型させる。次に、図１５(ｊ)に示すように、一対の位置決め兼離型ハンド５１を、中心部から離れるＸ軸方向に移動させることによって、透明基板１が、フリーになり、ダイセットユニット８０から排出できる。
【０１１０】
上記図１２〜１５に示した工程によって、透明基板１の両面に、上,下スタンパ４１,４０が有する転写用光学パターン形状を同時に転写でき、効率よくホログラム素子基板１を作製できる。また、上下スタンパのパターン位置調整が、スタンパを取り付けた時の一回だけですみ、製造効率の向上を図ることができる。
【０１１１】
また、この第２実施形態のホログラム素子の製造装置によれば、図１０に示したように、上スタンパ４１と上スタンパ押え治具３９の間に樹脂溜め部３７が形成されている。したがって、紫外線硬化樹脂２ｂの塗布位置のズレが発生した場合や、上,下ダイセット８５,８６の平行度が出ていなかった場合であっても、上スタンパ４１の全域に紫外線硬化樹脂２ｂを回わすことができ、スタンパパターンを透明基板１に正確に転写することができる。
【０１１２】
なお、この発明が対象とする光学素子は、その表裏両面に何らかの光学パターンを有する光学素子であれば何でもよいが、光ディスク,光磁気ディスクに記録されている光情報を光学的に読み取ると共に、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を生成する光ピックアップに用いられるホログラムに適用すれば好適である。
【０１１３】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の光学素子の製造装置によれば、表,下スタンパを紫外線透過型材質とし、透明基材の表側と裏側に配置した紫外線硬化樹脂を表,下スタンパで挟んで、紫外線硬化樹脂に原盤パターンを転写し、表,下スタンパに挟まれた紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して、透明基材の表と裏に光学パターンを一括成形する。
【０１１４】
したがって、この請求項１の発明によれば、透明基材の表面と裏面に密着させた紫外線硬化樹脂に、表,裏光学パターンを同時に成形することができ、短い生産時間と高い生産効率を達成できる。
【０１１５】
また、請求項１の発明は、透明基材を、スタンパより大きい外形形状としたから、スタンパから透明基材を離型させ易くなる。
【０１１６】
また、請求項１の発明は、少なくとも２個の離型ハンドで、透明基材の外周部４辺を挟み込んだ安定した状態で、透明基材を表,下スタンパから離型させることができる。したがって、離型時に、第１,第２紫外線硬化樹脂に形成された表,裏光学パターンを損傷させることを防止でき、生産性を向上させることができる。
【０１１７】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の光学素子の製造装置において、離型ハンドは、透明基板を位置決めする位置決めピンを備えているから、透明基板を離型ハンドで挟んだ状態で、離型ハンドに対する透明基板の位置決めを正確に行うことができる。したがって、表,下スタンパに対して透明基板を高精度に位置決めできる。
【０１１８】
また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載の光学素子の製造装置において、表,下スタンパの外周を面取り形状とし、面取り形状に嵌合する形状を有するスタンパ押え部材を備え、スタンパ押え部材に表,下スタンパを嵌合させて、スタンパ押え部材をダイセットにネジ固定することで、表,下スタンパをダイセットに取り付け可能とし、かつ、ネジを緩めて上記ダイセットから上記表,下スタンパを取り外すことができるようにした。この請求項３の発明では、ダイセットにネジ固定できるスタンパ押え部材で、表,下スタンパをダイセットに対して着脱可能になる。
【０１１９】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の光学素子の製造装置において、表,下スタンパとスタンパ押え部材を嵌合させた状態で、表,下スタンパとスタンパ押え部材との間に、樹脂溜り部が形成されるようにした。この請求項４の発明では、表,下スタンパとスタンパ押え部材との間に形成される樹脂溜り部によって、外部への樹脂の流出を防ぎ、かつ、樹脂の周りが悪い領域に樹脂を回り込み易くすることができる。
【０１２０】
また、請求項５の発明は、請求項３に記載の光学素子の製造装置において、ダイセットが加圧手段に対して脱着可能になっていて、ダイセットを加圧手段から取り外した状態で、表,下スタンパを位置調整できる。したがって、ダイセットに対する表,下スタンパの位置調整を行い易くなる。
【０１２１】
また、請求項６の発明は、請求項５に記載の光学素子の製造装置において、上記下スタンパが搭載され、上記上スタンパを基準にして、上記下スタンパの位置を調整できるアライメントステージを備えた。この請求項６の発明では、アライメントステージによって、上スタンパに対する下スタンパの位置調整を行えるから、表,下スタンパの位置合わせを正確に行うことができる。
【０１２２】
また、請求項７の発明は、請求項６に記載の光学素子の製造装置において、上記上スタンパと下スタンパには、それぞれ、アライメントマークが形成されており、上記表,下スタンパのアライメントマークを認識する少なくとも２台の認識手段を備えた。この請求項７の発明では、少なくとも２台の認識手段で、表,下スタンパに形成されたアライメントマークを認識することによって、上スタンパと下スタンパとを正確に位置合わせできる。
【０１２３】
また、請求項８の発明の光学素子の製造装置は、たとえば撮像手段で、透明基材と表,下スタンパの間での第１,第２紫外線硬化樹脂の広がりを認識した場合、この撮像手段が認識した紫外線硬化樹脂の広がり状態に応じて、加圧手段による加圧状態を制御する。したがって、加圧手段の加圧誤差を抑制でき、透明基材と表,下スタンパとの間で、第１,第２紫外線硬化樹脂を均一、かつ、はみ出さないように広げることができる。したがって、この発明の光学素子の製造装置によれば、透明基材の表面と裏面に密着させた第１,第２紫外線硬化樹脂に、表,裏光学パターンを同時に正確に転写することができ、短い生産時間と高い生産効率を達成できる。
【０１２４】
また、請求項９の発明は、請求項８に記載の光学素子の製造装置において、たとえば撮像手段が認識した紫外線硬化樹脂の広がり情報に応じて、スタンパ上および透明基材上に紫外線硬化樹脂を塗布する位置を変更して、スタンパと透明基材との間で紫外線硬化樹脂を均等に広げるようにしている。したがって、より一層高い生産効率の達成を図れる。
【０１２５】
また、請求項１０の発明は、請求項８に記載の光学素子の製造装置において、スタンパ傾斜機構で、スタンパ固定部の傾きを制御して、表,下スタンパの平行度を制御することによって、第１,第２紫外線硬化樹脂が表,下スタンパと透明基材との間で均等に広がるようにする。したがって、この請求項１０の発明によれば、より一層高い生産効率の達成を図れる。
【０１２６】
また、請求項１１の発明は、請求項８に記載の光学素子の製造装置において、加圧手段が備える複数の加圧部の加圧力を、たとえば紫外線硬化樹脂の広がり情報に応じて制御して、表,下スタンパと透明基材との間で第１,第２紫外線硬化樹脂が均等に広がるようにする。したがって、この請求項１１の発明によれば、より一層高い生産効率の達成を図れる。
【０１２７】
また、請求項１２の発明は、請求項８乃至１１のいずれか１つに記載の光学素子の製造装置において、上記加圧手段は、力学センサーを備え、撮像手段が、加圧手段が紫外線照射後に紫外線硬化樹脂からスタンパを離型するときの紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識し、上記認識した剥がれ状態に応じて、上記加圧部の力を制御する。これにより、離型時に、紫外線硬化樹脂に形成した光学パターンが破損することを防止できるから、生産性を向上できる。
【０１２８】
また、請求項１３の発明は、請求項１０または１１に記載の光学素子の製造装置において、撮像手段が、加圧手段が紫外線照射後に紫外線硬化樹脂からスタンパを離型するときの紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識し、この認識した剥がれ状態に応じて、スタンパ傾斜機構または加圧手段の複数の加圧部を制御して、表,下スタンパの傾きを制御する。これにより、表,下スタンパの傾きに起因して、離型時に紫外線硬化樹脂に形成した光学パターンが破損することを防止できるから、生産性を向上できる。
【０１２９】
また、請求項１４の発明は、請求項１０または１１に記載の光学素子の製造装置において、撮像手段が撮像した剥がれ状態に応じて、離型機構部が透明基材の少なくとも２点以上を、紫外線硬化樹脂が表,下スタンパから剥がれる方向に押さえるから、離型を容易にすることができる。
【０１３０】
また、請求項１５の発明は、紫外線硬化樹脂からスタンパを離型するときの紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を撮像手段で認識し、この認識した剥がれ状態に応じて複数の加圧部を制御して離型を容易にする。これにより、離型時に、紫外線硬化樹脂に形成した光学パターンが破損することを防止できるから、生産性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の参考例としての光学素子の製造方法を説明する工程図である。
【図２】上記参考例で使用する本発明の光学素子の製造装置の第１実施形態であるホログラム素子の製造装置の構成図である。
【図３】上記第１実施形態で採用される傾き機構を持つダイセット部４４を示す図である。
【図４】上記第１実施形態で採用される３つの加圧機構を持つダイセット部を示す図である。
【図５】上記第１実施形態における離型時の微細パターンの破損説明図である。
【図６】図６(ａ)はこの発明の第２実施形態のホログラム素子の製造装置を上方から見た様子を示す平面図であり、図６(ｂ)は上記第２実施形態をＹ方向から見た様子を示す側面図であり、図６(ｃ)は上記第２実施形態をＸ方向から見た様子を示す側面図である。
【図７】図７(ａ)は上記第２実施形態の位置決め兼離型ハンド５１の正面図であり、図７(ｂ)は上記離型ハンド５１の平面図であり、図７(ｃ)は上記離型ハンド５１の側面図であり、図７(ｄ)は離型ハンド５０の正面図であり、図７(ｅ)は離型ハンド５０の平面図であり、図７(ｆ)は離型ハンド５０の側面図である。
【図８】上記第２実施形態において、ダイセット８０の上方に上下スタンパ認識部６４を配置した様子を示す模式図である。
【図９】上記第２実施形態におけるアライメントステージ４２とアライメント治具４２-１を示す模式図である。
【図１０】上記第２実施形態のダイセットユニット８０の構造を示す部分断面図である。
【図１１】図１１(ａ)は上記第２実施形態の上スタンパ押え治具３９の平面図であり、図１１(ｂ)は図１１(ａ)のＸ-Ｘ断面図であり、図１１(ｃ)は第２実施形態の上スタンパ４１の平面図であり、図１１(ｄ)は図１１(ｃ)のＸ-Ｘ断面図である。
【図１２】図１２(ａ)〜(ｃ)は、上記第２実施形態の製造装置でホログラム素子を製造する工程を説明する工程図である。
【図１３】図１３(ｄ)〜(ｆ)は、図１２(ａ)〜(ｃ)に示した工程に続く工程を示す工程図である。
【図１４】図１４(ｇ)〜(ｉ)は、図１３(ｄ)〜(ｆ)に示した工程に続く工程を示す工程図である。
【図１５】図１５(ｊ)は、図１４(ｇ)〜(ｉ)に示した工程に続く工程を示す工程図である。
【図１６】第１従来例のホログラム素子の製造方法を示す工程図である。
【図１７】第２従来例の２Ｐ法(フォトポリマ法)によるホログラム素子の製造方法を示す工程図である。
【図１８】第３従来例の２Ｐ法によるホログラム素子を製造する方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１…透明基板、１ａ…表面、１ｂ…裏面、２ａ,２ｂ…紫外線硬化樹脂、
３１…加圧ユニット、３２…天板、３３…支柱、３４…ベース板、
３８…上スタンパ押さえ治具、３９…下スタンパ押さえ治具、
４０…下スタンパ、４１…上スタンパ、４１ａ…転写用表光学パターン、
４０ａ…転写用裏光学パターン、４２…アライメントステージ、
４４…ダイセット部、４５…搬送部、
４６…紫外線照射部、４７…画像認識カメラ、４９…加圧部、
５０…離型ハンド、５１…位置決め兼離型ハンド、６１…ＣＣＤカメラ、
６４…上下スタンパ認識部、６９…Ｚ軸ステージ、
８０…ダイセットユニット、８５…上ダイセット、８６…下ダイセット。
【発明の属する技術分野】
この発明は、透明基板の表裏両面に光学パターンを一括的に形成するようにした光学素子の製造装置に関し、特に、光ディスクや光磁気ディスクに記録されている光情報を光学的に読み取ると共にフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を生成する光ピックアップに用いられるホログラムの作製に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ(コンパクトディスク),ＣＤ-Ｒ(コンパクトディスクレコーダブル),ＣＤ-ＲＯＭ(リードオンリメモリ),ＬＤ(レーザディスク),ＭＤ(ミニディスク),ＤＶＤ(デジタルビデオディスク),ＤＶＤ-ＲＯＭ,ＤＶＤ-ＲＡＭ(ランダムアクセスメモリ)などの光ディスク用の光ピックアップの部品として使用されるホログラム素子は、通常数ｍｍ角の大きさのものである。このホログラム素子は、大量かつ安価に製造することを目的として、大型の透明基板上に一括して複数個の光学パターンを形成した後に分断することによって製造される。
【０００３】
ホログラム素子にはボログラムや回折格子(グレーティング)を構成するきわめて微細なパターンが精密に形成されている。微細パターンを形成する方法として、従来、図１６に示す半導体装置の製造方法を適用する方法や図１７に示す一般に紫外線硬化型樹脂を用いた成形方法によって製造する方法、その他の方法が知られている。
【０００４】
図１６を参照して、半導体装置の製造方法を適用した第１従来例のホログラム素子の製造方法について説明する。まず、図１６(ａ)に示す透明基板としてのガラス基材７１を洗浄し、図１６(ｂ)に示すように、洗浄したガラス基材７１の片面に対して感光性材料７２をスピンコート法等によって塗布する。
【０００５】
次に、図１６(ｃ)に示すように、フォトリソグラフィ技術による露光によって感光材料７２に所要のパターンを形成し、次いで、図１６(ｄ)に示すように、ＣＦ４やＣＨＦ４等のガス雰囲気中で反応性イオンエッチング法によって感光材料７２のパターンを介してガラス基材７１に微細パターン７１ａを形成する。
【０００６】
このとき、感光性材料７２も同時にエッチングされるが、ガラス基材７１の加工レートと感光性材料７２の加工レートとの関係を予め把握しておき、ガラス基材７１に所要の深さの微細パターン７１ａが形成された後にも感光性材料７２がそのマスク機能を果たす状態でガラス基材７１上に残るように感光性材料７２の塗布厚を定めておく。
【０００７】
次いで、図１６(ｅ)に示すように、溶剤で溶かすか酸素ガス雰囲気中で灰化することによって、感光性材料７２をガラス基材７１から除去する。以上のようにして、ガラス基材７１上に複数個のホログラム素子が形成されるが、図１６(ｆ)に示すように、最終的に必要とされる形状、サイズに切断して複数に分割することによって所要のホログラム素子Ｈ１が得られる。そして、得られたホログラム素子をレーザユニットのキャップに固定する (ホログラム固定工程)。
【０００８】
以上を、各工程の流れに沿ってまとめると、透明基板の洗浄工程→感光性材料の塗布工程→露光工程→微細パターン形成のエッチング工程→感光性材料の除去工程→必要に応じた反射防止膜の成膜工程→分断工程→ホログラム固定工程となる。
【０００９】
ところが、上記第１従来例の製造方法では、反応性イオンエッチングの工程に多くの時間を要し、製造効率が上がらない。
【００１０】
そこで、図１７に示すように、２Ｐ法(フォトポリマ法)を利用した第２従来例の製造方法が有効である。この２Ｐ法は、従来、ＣＤ(コンパクトディスク)やＭＯ用ディスク製造で用いられている方法である。
【００１１】
この方法は、まず、図１７(ａ)に示すように、予め原盤パターン３３３ａが形成されているスタンパ３３３を用い、その上に液状の紫外線硬化型樹脂２２２を塗布し、さらにその上に透明基板１１１を配置する。次に、図１７(ｂ)に示すように、必要に応じて加圧しながら紫外線硬化型樹脂２２２をスタンパ３３３と透明基板１１１との間の隙間に充分に圧し広げ、紫外線硬化型樹脂２２２ｃとする。この紫外線硬化型樹脂２２２ｃは、スタンパ３３３における原盤パターン３３３ａの凹部の隅々まで圧し入れられている。
【００１２】
次いで、紫外線を照射することによって紫外線硬化型樹脂２２２ｃを硬化させた後に、図１７(ｃ)に示すように、透明基板１１１に硬化した透明樹脂層２２２ｄが接着されて一体化されたものを、スタンパ３３３から離型する。
【００１３】
なお、上記紫外線硬化型樹脂２２２ａとしては、硬化後にスタンパ３３３に対してよりも透明基板１１１に対する接着性がより強いような材質のものを選択しておく。もしくは、前処理によって透明基板１１１に対する接着性の方がスタンパ３３３に対する接着性よりも高くなるようにしておく。このことによって、透明樹脂２２２ｄを、透明基板１１１に一体化した状態で、スタンパ３３３から剥離することができる。
【００１４】
これにより、スタンパ３３３の原盤パターン３３３ａが転写された微細パターンをもつ透明樹脂層２２２ｄが、透明基板１１１に一体化された基板Ｈ１'が得られる。この基板Ｈ１'を、例えばホログラム素子基板とした場合、このＨ１'基板を複数個に分断して複数個のホログラム素子を得ることができる。
【００１５】
ところで、１つのホログラム素子に信号光を分岐して、フォーカス制御の機能とトラッキング制御の機能とを付加するためには、ホログラム素子の表側に「ホログラム」を、裏側に「回折格子」(グレーティング)を形成する必要があり、表面のホログラムの微細パターンと裏面の回折格子の微細パターンを高精度に位置合わせする必要がある。
【００１６】
図１６で先に説明した第１従来例としてのホログラム素子の製造方法においては、表裏両面に一括して微細パターンを形成することが困難であるので、片面ずつに微細パターンを形成する方法を採用している。まず、片面の微細パターンを従来の方法で形成し、次に、他面の微細パターンを形成するために露光工程において、顕微鏡を用いて、既に形成されている一方の微細パターンに対してマスクをアライメントし、露光を行い、従来の方法で他面の微細パターンを形成する。このアライメント自体は難しいものではないが、表裏の微細パターンを一括して形成できず、２回に分けて行うことから、洗浄,塗布,露光,エッチング,除去の各工程をそれぞれ２回ずつ行なわなければならず、これでは製造効率が非常に悪いものとなっている。
【００１７】
また、図１７に示す第２従来例のように、２Ｐ法(フォトポリマ法)を適用して表裏両面に微細パターンを有するホログラム素子を製造する方法では、表裏に一括して微細パターンを形成する場合、スタンパの取付精度などにより表裏のスタンパの平行度の違いやスタンパ上にかかる加圧力が位置により違ってくる。このため、紫外線硬化樹脂の広がりが均一にならず、紫外線硬化樹脂がスタンパの範囲から外れたり、樹脂が行き渡らない部分ができたりする。また、スタンパの端を囲むような構造とした場合でも、ホログラム素子のように表裏パターンを高精度に位置決めする必要があるので、表裏一括して微細パターンを形成するのは困難である。
【００１８】
２Ｐ法(フォトポリマ法)を適用して、表裏両面に微細パターンを有するホログラム素子の製造方法は、片面に微細パターンを形成した後に、同様の工程を経てもう一方の片面に微細パターンを形成することになる。図１８を参照して、そのプロセスを説明する。
【００１９】
まず、図１８(ａ)に示すように、予め一方の原盤パターン９１ａが形成されているホログラムスタンパ９１の上に液状の紫外線硬化樹脂９２ａを塗布する。次に、図１８(ｂ)に示すように、透明基板９３をホログラムスタンパ９１と透明部材９６の間に挿入し、図１８(ｃ)に示すように加圧することによって紫外線硬化樹脂９２ａをスタンパ９１と透明基板９３との隙間に充分に押し広げる。
【００２０】
次いで、紫外線透過型の透明部材９６を介して紫外線を照射することによって、紫外線硬化樹脂９２ａを硬化させた後に、図１８(ｄ)に示すように、透明基板９３の表面に硬化した透明樹脂層９２が接着によって一体化されたものをスタンパ９１から離型する。
【００２１】
以上により、透明基板９３の片面にスタンパ９１の原盤パターン９１ａが転写されたホログラムを作製できる。次に、透明基板９３の裏面に回折格子を作製する場合には、ホログラムを作製するのと同様の方法を再度実施する。
【００２２】
まず、図１８(ｅ)に示すように、原盤パターン９５ａが形成されている回折格子用スタンパ９５の上に液状の紫外線硬化樹脂９４ａを塗布する。次に、図１８(ｆ)に示すように、透明基板９３を回折格子用スタンパ９５と透明部材９６の間に挿入し、図１８(ｇ)に示すように、加圧することによって紫外線硬化樹脂９４ａをスタンパ９５と透明基板９３との隙間に充分に押し広げる。
【００２３】
次いで、紫外線透過型の透明部材９６を介して紫外線を照射することによって、紫外線硬化樹脂９４ａを硬化させた後に、図１８(ｈ)に示すように、透明基板９３の裏面に硬化した透明樹脂層９４が接着によって一体化されたものをスタンパ９５から離型する。以上により、透明基板９３の表裏にパターンを生成でき、半導体製造工程の製造方法に比べて製造効率が良い。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記２Ｐ法(フォトポリマ法)において、表裏各パターンを成形するために同一工程を２回繰り返す必要があり、生産時間がかかる。
【００２５】
また、表裏を一括して成形する場合、表裏の透明スタンパの平行度や紫外線硬化樹脂の塗布位置、スタンパを加圧する機構の加圧誤差により、加圧時に紫外線硬化樹脂がスタンパからはみ出ることがあったり、均一に樹脂が広がらないことがある。紫外線硬化樹脂がスタンパからはみ出すとスタンパ外に紫外線硬化樹脂が残り、加圧時に不具合が生じたり、透明基板を挿入するときに邪魔になったりする。また、紫外線硬化樹脂から表裏の透明スタンパを離型する場合に、加圧部を離す力が強いと、表裏に形成する微細パターンを破損することがある。
【００２６】
そこで、この発明の目的は、生産時間が短くて、生産効率の高い光学素子の製造装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の光学素子の製造装置は、転写用表スタンパと転写用裏スタンパが有する原盤パターンを、透明基材の表面と裏面に転写して、上記透明基材に光学パターンを形成する光学素子の製造装置であって、
上記表,裏スタンパを紫外線透過型材質とし、
上記透明基材の表側と裏側に配置した紫外線硬化樹脂を上記表,裏スタンパで挟んで、上記紫外線硬化樹脂に上記原盤パターンを転写する加圧手段と、
上記表,裏スタンパに挟まれた紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して、上記透明基材の表と裏に光学パターンを一括成形する紫外線照射部とを備え、
上記透明基材を、上記表,裏スタンパより大きい外形形状とし、
上記透明基材の外周部４辺を挟み込む形状の少なくとも２個の離型ハンドを備え、この少なくとも２個の離型ハンドを用いて、上記透明基材を、上記表スタンパおよび裏スタンパから離型することを特徴としている。
【００２８】
また、請求項２の発明の光学素子の製造装置は、請求項１に記載の光学素子の製造装置において、上記離型ハンドは、上記透明基板を位置決めする位置決めピンを備えていることを特徴としている。
【００２９】
請求項１の発明によれば、透明基材の表面と裏面に密着させた紫外線硬化樹脂に、表,裏光学パターンを同時に成形することができ、短い生産時間と高い生産効率を達成できる。
【００３０】
また、請求項１の発明は、上記透明基材を、上記スタンパより大きい外形形状とした。なお、上記透明基材を矩形形状としてもよい。
【００３１】
この請求項１の発明では、上記透明基材を、上記スタンパより大きい外形形状としたから、スタンパから透明基材を離型させ易くなる。
【００３２】
また、請求項１の発明は、上記透明基材の外周部４辺を挟み込む形状の少なくとも２個の離型ハンドを用いて、上記透明基材を、上記表スタンパおよび裏スタンパから離型する。
【００３３】
この請求項１の発明では、上記少なくとも２個の離型ハンドで、上記透明基材の外周部４辺を挟み込んだ安定した状態で、上記透明基材を表,裏スタンパから離型させることができる。したがって、離型時に、第１,第２紫外線硬化樹脂に形成された表,裏光学パターンを損傷させることを防止でき、生産性を向上させることができる。
【００３４】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の光学素子の製造装置において、上記離型ハンドは、上記透明基板を位置決めする位置決めピンを備えていることを特徴としている。
【００３５】
この請求項２の発明では、上記離型ハンドは、上記透明基板を位置決めする位置決めピンを備えているから、透明基板を離型ハンドで挟んだ状態で、離型ハンドに対する透明基板の位置決めを正確に行うことができる。したがって、表,裏スタンパに対して透明基板を高精度に位置決めできる。
【００３６】
また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載の光学素子の製造装置において、上記表,裏スタンパの外周を面取り形状とし、上記面取り形状に嵌合する形状を有するスタンパ押え部材を備え、
上記スタンパ押え部材に上記表,裏スタンパを嵌合させて、上記スタンパ押え部材をダイセットにネジ固定することで、上記表,裏スタンパを上記ダイセットに取り付け可能とし、かつ、上記ネジを緩めて上記ダイセットから上記表,裏スタンパを取り外すことができるようにしたことを特徴としている。
【００３７】
この請求項３の発明では、ダイセットにネジ固定できるスタンパ押え部材で、表,裏スタンパをダイセットに対して着脱可能になる。
【００３８】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の光学素子の製造装置において、上記表,裏スタンパと上記スタンパ押え部材を嵌合させた状態で、上記表,裏スタンパと上記スタンパ押え部材との間に、樹脂溜り部が形成されるようにしたことを特徴としている。
【００３９】
この請求項４の発明では、上記表,裏スタンパと上記スタンパ押え部材との間に形成される樹脂溜り部によって、外部への樹脂の流出を防ぎ、かつ、樹脂の周りが悪い領域に樹脂を回り込み易くすることができる。
【００４０】
また、請求項５の発明は、請求項３に記載の光学素子の製造装置において、上記ダイセットが上記加圧手段に対して脱着可能になっていて、上記ダイセットを上記加圧手段から取り外した状態で、上記表,裏スタンパを位置調整できるようになっていることを特徴としている。
【００４１】
この請求項５の発明では、上記ダイセットを上記加圧手段から取り外した状態で、上記表,裏スタンパを位置調整できるから、上記ダイセットに対する表,裏スタンパの位置調整を行い易くなる。
【００４２】
また、請求項６の発明は、請求項５に記載の光学素子の製造装置において、上記裏スタンパが搭載され、上記表スタンパを基準にして、上記裏スタンパの位置を調整できるアライメントステージを備えたことを特徴としている。
【００４３】
この請求項６の発明では、上記アライメントステージによって、表スタンパに対する裏スタンパの位置調整を行えるから、表,裏スタンパの位置合わせを正確に行うことができる。
【００４４】
また、請求項７の発明は、請求項６に記載の光学素子の製造装置において、上記表スタンパと裏スタンパには、それぞれ、アライメントマークが形成されており、上記表,裏スタンパのアライメントマークを認識する少なくとも２台の認識手段を備えたことを特徴としている。
【００４５】
この請求項７の発明では、少なくとも２台の認識手段で、表,裏スタンパに形成されたアライメントマークを認識することによって、表スタンパと裏スタンパとを正確に位置合わせできる。
【００４６】
また、請求項８の発明の光学素子の製造装置は、請求項１に記載の光学素子の製造装置において、
上記加圧手段は、独立した３つの加圧機構を有し、
上記加圧手段の上記独立した３つの加圧機構による加圧状態を制御することを特徴としている。
【００４７】
この請求項８の発明では、たとえば撮像手段で、上記透明基材と上記表,裏スタンパの間での上記第１,第２紫外線硬化樹脂の広がりを認識した場合、この撮像手段が認識した紫外線硬化樹脂の広がり状態に応じて、上記加圧手段による加圧状態を制御する。したがって、上記加圧手段の加圧誤差を抑制でき、上記透明基材と表,裏スタンパとの間で、上記紫外線硬化樹脂を均一、かつ、はみ出さないように広げることができる。したがって、この発明の光学素子の製造装置によれば、透明基材の表面と裏面に密着させた紫外線硬化樹脂に、表,裏光学パターンを同時に正確に転写することができ、短い生産時間と高い生産効率を達成できる。
【００４８】
また、請求項９の発明は、請求項８に記載の光学素子の製造装置において、
上記スタンパ上および上記透明基材上に上記紫外線硬化樹脂を塗布する位置を変更して、上記スタンパと上記透明基材との間で、上記紫外線硬化樹脂が均等に広がるようにすることを特徴としている。
【００４９】
この請求項９の発明の光学素子の製造装置では、たとえば撮像手段が認識した上記紫外線硬化樹脂の広がり情報に応じて、上記スタンパ上および上記透明基材上に上記紫外線硬化樹脂を塗布する位置を変更して、上記スタンパと上記透明基材との間で、上記紫外線硬化樹脂を均等に広げるようにしている。したがって、より一層高い生産効率の達成を図れる。
【００５０】
また、請求項１０の発明は、請求項８に記載の光学素子の製造装置において、
上記表スタンパまたは裏スタンパが取り付けられるスタンパ固定部の傾きを変えるスタンパ傾斜機構を備え、
上記スタンパ傾斜機構を制御して、上記表,裏スタンパの平行度を制御し、
上記表,裏スタンパと上記透明基材との間で、上記紫外線硬化樹脂が均等に広がるようにすることを特徴としている。
【００５１】
この請求項１０の発明では、上記スタンパ傾斜機構で、スタンパ固定部の傾きを制御して、上記表,裏スタンパの平行度を制御することによって、上記紫外線硬化樹脂が表,裏スタンパと透明基材との間で均等に広がるようにする。したがって、この請求項１０の発明によれば、より一層高い生産効率の達成を図れる。
【００５２】
また、請求項１１の発明は、請求項８に記載の光学素子の製造装置において、
上記加圧手段は、複数の加圧部を備え、
この複数の加圧部の加圧力を制御して、上記表,裏スタンパと上記透明基材との間で、上記紫外線硬化樹脂が均等に広がるようにすることを特徴としている。
【００５３】
この請求項１１の発明では、加圧手段が備える複数の加圧部の加圧力を、たとえば紫外線硬化樹脂の広がり情報に応じて制御して、表,裏スタンパと透明基材との間で紫外線硬化樹脂が均等に広がるようにする。したがって、この請求項１１の発明によれば、より一層高い生産効率の達成を図れる。
【００５４】
また、請求項１２の発明は、請求項８乃至１１のいずれか１つに記載の光学素子の製造装置において、
上記加圧手段は、力学センサーを備え、
上記加圧手段が上記紫外線照射後に上記紫外線硬化樹脂から上記スタンパを離型するときの上記紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識する撮像手段を備え、
上記撮像手段で認識した剥がれ状態に応じて、上記力学センサーからの信号に基づいて上記加圧部の力を制御することを特徴としている。
【００５５】
この請求項１２の発明では、撮像手段が、加圧手段が紫外線照射後に紫外線硬化樹脂からスタンパを離型するときの紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識し、上記認識した剥がれ状態に応じて、上記加圧部の力を制御する。これにより、離型時に、紫外線硬化樹脂に形成した光学パターンが破損することを防止できるから、生産性を向上できる。
【００５６】
また、請求項１３の発明は、請求項１０または１１に記載の光学素子の製造装置において、上記加圧手段が上記紫外線照射後に上記紫外線硬化樹脂から上記スタンパを離型するときの上記紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識する撮像手段を備え、上記撮像手段で認識した剥がれ状態に応じて、上記スタンパ傾斜機構または上記加圧手段の複数の加圧部を制御して、上記表,裏スタンパの傾きを制御することを特徴としている。
【００５７】
この請求項１３の発明では、撮像手段が、加圧手段が紫外線照射後に紫外線硬化樹脂からスタンパを離型するときの紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識し、この認識した剥がれ状態に応じて、スタンパ傾斜機構または加圧手段の複数の加圧部を制御して、表,裏スタンパの傾きを制御する。これにより、表,裏スタンパの傾きに起因して、離型時に紫外線硬化樹脂に形成した光学パターンが破損することを防止できるから、生産性を向上できる。
【００５８】
また、請求項１４の発明は、請求項１０または１１に記載の光学素子の製造装置において、
上記透明基材の少なくとも２点以上を、硬化した紫外線硬化樹脂が表,裏スタンパから剥がれる方向に押さえる離型機構部を備え、
上記加圧手段が上記紫外線照射後に上記紫外線硬化樹脂から上記スタンパを離型するときの上記紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識する撮像手段を備え、上記認識した剥がれ状態に応じて上記離型機構部を制御することを特徴としている。
【００５９】
この請求項１４の発明では、撮像手段が撮像した剥がれ状態に応じて、離型機構部が透明基材の少なくとも２点以上を、紫外線硬化樹脂が表,裏スタンパから剥がれる方向に押さえるから、離型を容易にすることができる。
【００６０】
また、請求項１５の発明は、請求項１１に記載の光学素子の製造装置において、上記加圧手段が上記紫外線照射後に上記紫外線硬化樹脂から上記スタンパを離型するときの上記紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識する撮像手段を備え、上記撮像手段で認識した剥がれ状態に応じて上記複数の加圧部を制御して、離型を容易にすることを特徴としている。
【００６１】
この請求項１５の発明では、紫外線硬化樹脂からスタンパを離型するときの紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を撮像手段で認識し、この認識した剥がれ状態に応じて複数の加圧部を制御して離型を容易にする。これにより、離型時に、紫外線硬化樹脂に形成した光学パターンが破損することを防止できるから、生産性を向上できる。
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００６３】
〔参考例〕
図１を参照して、この発明の参考例としての光学素子の製造方法を説明する。この参考例は、２Ｐ法(フォトポリマ法)によって基板の表裏に一括して光学パターンを形成する。
【００６４】
まず、図１(ａ)に示すように、透明な裏スタンパ４０の上に紫外線硬化樹脂２ｂを塗布する。また、透明基板１の上に紫外線硬化樹脂２ａを塗布し、この透明基板１を、上記下スタンパ４０と上スタンパ４１の間に挿入する。この上スタンパ４１には転写用表光学パターン４１ａが形成されており、下スタンパ
４０には転写用裏光学パターン４０ａが形成されている。
【００６５】
次に、図１(ｂ)に示すように、透明基板１を、透明上スタンパ４１と透明下スタンパ４２とで挟み込んで加圧し、紫外線硬化樹脂２ａおよび２ｂを透明基板１の表面１ａと裏面１ｂ上に広げる。
【００６６】
次に、図１(ｃ)に示すように、上スタンパ４１の上方から紫外線を照射して、上記紫外線硬化樹脂２ａおよび２ｂを硬化させる。次に、図１(ｄ)に示すように、上スタンパ４１と下スタンパ４０を透明基板１から離型させる。これにより、透明基板１の表裏両面に、上,下スタンパ４１,４０の表,裏光学パターン４１ａ,４０ａが形成される。
【００６７】
この参考例の光学素子の製造方法によれば、透明基板１の表面１ａと裏面１ｂに密着させた紫外線硬化樹脂２ａおよび２ｂに、表,裏光学パターン４１ａ,４０ａを同時に形成でき、短い生産時間と高い生産効率を達成できる。
【００６８】
〔第１の実施の形態〕
次に、上記参考例で使用する光学素子の製造装置を、図２を参照して説明する。この製造装置が、この発明の第１の実施の形態である。
【００６９】
この製造装置は、透明な表,下スタンパ４１,４０を固定し挟み込む機構を有するダイセット部４４と、このダイセット部４４を加圧する加圧部４９と、透明基板１を固定するための基板固定用ハンド５９を備えている。
【００７０】
また、この製造装置は、透明基板１上の紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂの広がりを認識するカメラ４７と、加圧位置と紫外線照射位置にダイセット部４４をＸ軸方向に移動させるための搬送部４５と、紫外線を照射する紫外線照射部４６を備えている。
【００７１】
図２に示すように、ダイセット部４４には、あらかじめ位置決めされた透明な上スタンパ４１と透明な下スタンパ４０が取り付けられている。図２では、下側に下スタンパ４０を取り付け、上側に上スタンパ４１を取り付けたが、その逆でもよい。
【００７２】
そして、図１(ａ)に示したように、上記透明な下スタンパ４０の中心部に紫外線硬化樹脂２ｂを塗布し、透明基板１の中心部にも紫外線硬化樹脂２ａを塗布し、透明基板１を、図２のダイセット部４４の中に挿入し、基板固定用ハンド５９にて透明基板１を固定する。基板固定用ハンド５９は、透明基板１の中心が透明な下スタンパ４０の中心になるように透明基板１を固定する。この基板固定用ハンド５９は、加圧方向つまり上下方向(Ｚ軸方向)に自由に移動できるようになっている。
【００７３】
加圧部４９は、ダイセット部４４に取りつけられた上スタンパ４１と下スタンパ４０が、図１(ｂ)に示すように、透明基板１を上下から挟むように、ダイセット部４４を駆動する。この時、上記表,下スタンパ４１,４０の間で、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂが透明基板１上に広がるのをカメラ４７で撮像する。
【００７４】
このカメラ４７は、あらかじめスタンパ４０,４１の領域を記憶した画像メモリーを有する制御部に接続されている。そして、この制御部は、カメラ４７が撮像した紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂの広がり領域が、上記スタンパ４０,４１の領域外に外れたときに、加圧部４９の加圧を停止して、透明基板１をスタンパ４０,４１が挟み付けるのを停止させる。
【００７５】
次に、上記制御部は、搬送部４５を駆動して、紫外線照射部４６の直下の紫外線照射位置にダイセット部４４を移動させ、紫外線照射部４６からダイセット部４４に紫外線を照射して紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂを硬化させる。
【００７６】
この第１実施形態によれば、上記カメラ４７で紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂを撮像して、加圧部４９による加圧を制御するから、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂにスタンパ４１,４０の光学パターン４１ａ,４０ａを正確に転写できる。
【００７７】
また、この第１実施形態では、カメラ４７で紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂの広がり領域を撮像し、上記制御部で、上記広がり領域の重心を求める。そして、次にホログラム素子を成形するときに、前回に求めた紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂの広がり領域の重心が、上,下スタンパ４１,４０の中心に一致するように、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂを透明基板１,下スタンパ４０上に塗布する位置を変更する。
【００７８】
この紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂの塗布位置は、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂを塗布した後、カメラ４７で撮像して認識してもよく、Ｘ-Ｙ直交ステージ等に取り付けたシリンジを使用することで機構的に紫外線硬化樹脂を塗布できるようにしてもよい。これにより、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂの塗布位置を、データとして残すことができる。また、紫外線硬化樹脂の塗布位置と紫外線硬化樹脂の広がり領域の重心の関係をあらかじめデータベース化しておくと、紫外線硬化樹脂の正確な塗布位置を早く決定でき、生産性向上に有効である。
【００７９】
また、図３に示すような構成にしてもよい。この構成は、下スタンパ４０を搭載するステージ５５を、傾きを変えられるものとし、ステージ５５の位置データと紫外線硬化樹脂の広がり領域の重心との関係をデータベース化しておく。そして、新たに成形するとき、このデータベースを利用して、前回に成形したときの紫外線硬化樹脂の広がり領域の重心に基づいて、紫外線硬化樹脂の広がり領域の重心がスタンパの中心に来るように、ステージ５５を傾斜させて透明な下スタンパ４０の傾きを変化させる。
【００８０】
さらには、図４に示すように、３つの独立した加圧機構４９ａ,４９ｂ,４９ｃからなる加圧部４９を採用することで、紫外線硬化樹脂の広がり領域の重心をリアルタイムで変化させるようにしてもよい。
【００８１】
この加圧部４９が備える３つの独立した加圧機構４９ａ,４９ｂ,４９ｃがダイセット部４４に接続されている。この３つの加圧機構４９ａは、ダイセット部４４に独立して加圧力を加えることができる。まず、ダイセット部４４を３つの加圧機構４９ａで同等の力で加圧していき、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂの広がる領域の面積がスタンパ４０の大きさの３分の１程度になったとき、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂが広がる領域の重心位置がスタンパ４０の中心に一致するように、１つの加圧機構または２つの加圧機構を残りの加圧機構より強く加圧する。次に、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂが広がる領域の面積がスタンパ４０の大きさの３分の２程度になったときに、再度、紫外線硬化樹脂の広がる領域の重心の位置がスタンパの中心位置に一致するように１つの加圧機構または２つの加圧機構を残りの加圧機構より強く加圧し、３つの加圧機構４９ａ,４９ｂ,４９ｃの力の加減を修正し、スタンパ４０の大きさに紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂが広がるようにする。
【００８２】
次に、紫外線照射後、図２の加圧部４９の上下動部４９ａを下げて、透明基板１の表裏の紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂから上,下スタンパ４１,４０を離型させる工程について説明する。
【００８３】
紫外線照射後、搬送部４５により紫外線照射位置から加圧位置にダイセット部４４を移動する。加圧部４９の上下動部４９ａを下げることによって、上,下スタンパ４１,４０と透明基板１を離型できる。
【００８４】
ところが、この離型が急激であると、図５(ａ)に示すように、紫外線硬化樹脂２ａに形成された微細パターン２ａ-１の接触部５３の摩擦力等により微細パターン部２ａ-１に力が加わり、図５(ｂ)に示すように、微細パターン２ａ-１に破損部５４が生じる。
【００８５】
そこで、上記離型時に、紫外線硬化樹脂２ａの剥がれ情報をカメラ４７で撮像し、紫外線硬化樹脂２ａがスタンパ４１と接触している部分の面積と重心を求める。さらに、加圧部４９に力学センサー(図示せず)を取り付け、この力学センサーが検知した力に基づいて、上記制御部で、加圧部４９が上下動部４９ａを下げる力を制御する。
【００８６】
そして、上記紫外線硬化樹脂２ａと上記スタンパ４１との接触面積が少し小さくなるときまで、上記加圧部４９による加圧力を少しずつ増加していき、紫外線硬化樹脂２ａとスタンパ４１との接触面積が少し小さくなったときの加圧力を維持する。このように加圧力を制御することによって、加圧部４９を離型に必要な最小限の力で駆動するようにして、ホログラム素子の微細パターン２ａ-１に破損部５４が発生することを防止する。
【００８７】
なお、図３に示したように、透明な下スタンパ４０の下に傾きが変えられるステージ５５が設置されている場合には、紫外線硬化樹脂が離型時に剥がれ始めた箇所を、紫外線硬化樹脂とスタンパとの接触面の重心から求めて認識し、上記傾きが可変なステージ５５によって、上記剥がれ始めた部分を僅かに下に傾ける。これにより、離型が容易になり、離型時間を短縮でき、生産時間を短縮できる。
【００８８】
また、図２に示す基板固定用ハンド５９を上下に駆動制御できるようにして、離型時に紫外線硬化樹脂からスタンパが剥がれ始めた箇所で、基板固定用ハンド５９を下降させて、離型を促進するようにしてもよい。
【００８９】
また、図４に示すように、加圧部４９が３つの加圧機構４９ａ,４９ｂ,４９ｃを備える場合には、この３つの加圧機構４９ａ,４９ｂ,４９ｃにそれぞれ力学センサーを取り付け、離型時には、まず、この３つの加圧機構４９ａ,４９ｂ,４９ｃの上下動部４９ａ-１,４９ｂ−１,４９ｃ−１を均等な力で下降させる。次に、紫外線硬化樹脂からスタンパが剥がれ始めたときの力を維持し、紫外線硬化樹脂の剥がれ位置に最も近い加圧機構の下降力を少し増加させることによって、離型を促進し、離型時間を短縮できる。
【００９０】
〔第２の実施の形態〕
次に、図６に、この発明の第２実施形態としてのホログラム素子の製造装置を示す。この第２実施形態は、図２に示した第１実施形態と同じ構成の搬送部４５と紫外線照射部４６とを備えている。
【００９１】
図６(ｂ)に示すように、加圧ユニット３１は、天板３２と、ベース板３４と、ベース板３４に対して天板３２を支える４本の支柱３３を備える。天板３２の下面には、ダイセットユニット８０がネジで固定され、ベース板３４の上面には、加圧手段としてのＺ軸ステージ６９が固定されている。このＺ軸ステージ６９は、ダイセットユニット８０を開閉するためのものである。
【００９２】
図６(ａ),(ｂ)に示すように、加圧ユニット３１内には、１対(２個)の離型ハンド５０および位置決め兼離型ハンド５１が、周方向に９０°ずつ位相がずれた状態に配置されている。離型ハンド５０は、図示しない駆動源により、Ｙ方向とＺ方向に移動可能になっている。このＹ方向とは、図６(ｂ)において奥行き方向であり、Ｚ方向とは、図６(ｂ)において上下方向である。また、位置決め兼離型ハンド５１は、図示せぬ駆動源により、Ｘ方向,Ｚ方向に移動可能となっている。
【００９３】
図７(ｂ)に示すように、位置決め兼離型ハンド５１は、透明基板１の隣接する２辺を上下から挟む腕５１ａ,５１ｂを有している。この腕５１ａ,５１ｂは、基部５１ｃから斜め外方に延びており、図７(ａ)に示すように、基板１を挟むための間隙を隔てて対向する２枚の板５１-１,５１-２で構成されている。また、図７(ａ),(ｂ)に示すように、この腕５１ａ,５１ｂの先端部分には、上記２枚の板５１-１,５１-２を貫通する位置決めピン５５５,５５５が固定されており、基部５１ｃには、板５１-１,５１-２を貫通する位置決めピン５７７,５７７が固定されている。
【００９４】
また、離型ハンド５０は、図７(ｄ)に示す形状をしている。この離型ハンド５０は、透明基板１を上下から挟む腕５０ａを有している。この腕５０ａは、基板１を挟むための間隙を隔てて対向する２枚の板５０-１,５０-２で構成されている。
【００９５】
次に、図１０を参照して、ダイセットユニット８０の構造を詳細に説明する。 ダイセットユニット８０は、上ダイセット８５と下ダイセット８６を有している。下ダイセット８６は、上下動用Ｚ軸ステージ６９に連結されており、下ダイセット８６の下面には４個のリニアブッシュ４８が固定されている。そして、このリニアブッシュ４８には、ガイドポスト４７が挿通されておりガイドポスト４７の上端は上ダイセット８５の下面に固定されている。これにより、上記Ｚ軸ステージ６９を駆動することで、上ダイセット８５に対して下ダイセット８６が上下動するようになっている。この下ダイセット８６の上動が、ダイセットユニット８０の閉動作であり、下ダイセット８６の下動が、ダイセットユニット８０の開動作である。なお、図１０に示すように、上記天板３２および上ダイセット８５は、中央貫通穴３２ａおよび８５ａを有し、この貫通穴３２ａ,８５ａを通して、その下の紫外線透過型台部材４３,紫外線透過型材質の上スタンパ４１に紫外線を照射できるようになっている。
【００９６】
下ダイセット８６には、アライメントステージ４２が取付けられている。このアライメントステージ４２の上面に紫外線透過型材質の下スタンパ４０が取付けられる。この下スタンパ４０の外周面取り部４０ａに、円環状のスタンパ押え治具３８が上下に嵌合しており、このスタンパ押え治具３８は、アライメントステージ４２にネジで固定されている。
【００９７】
一方、上ダイセット８５には、紫外線透過型台部材４３が取付けられる。この台部材４３の下面に紫外線透過型材質の上スタンパ４１が取付けられる。この上スタンパ４１の外周面取り部４１ａに、円環状のスタンパ押え治具３９が上下に嵌合しており、このスタンパ押え治具３９は、上記台部材４３にネジで固定されている。
【００９８】
次に、図１１(ａ),(ｂ)を参照して、上スタンパ押え治具３９の構造を説明する。この上スタンパ押え治具３９は、図１１(ａ)に示すように、内周側に周方向に所定間隔を隔てて８個の爪３９ａを有し、この爪３９ａは、図１１(ｂ)に示すように、上スタンパ４１の外周面取り部４１ａに嵌合するテーパ形状になっている。なお、下スタンパ押え治具３８も、上スタンパ押え治具３９と同じ構造になっている。また、図１１(ｃ),(ｄ)に、上スタンパ４１を示す。上スタンパ４１は、円板形状であり、外周縁部が面取り形状になっている。この外周面取り部４１ａが、図１１(ａ),(ｂ)に示す上スタンパ押え治具３９のテーパ形状の爪３９ａに嵌合する形状になっている。
【００９９】
図１０の破線で囲んだ円内に示すように、上記上スタンパ４１の外周面取り部４１ａが、上スタンパ押え治具３９のテーパ形状の爪３９ａに下から嵌合するようになっており、かつ、爪３９ａと面取り部４１ａの間に、略くさび形状の樹脂溜め部３７が形成されるようになっている。この樹脂溜め部３７に、上スタンパ４１と基板１の間からはみ出してきた余分な樹脂を溜めることができるので、樹脂が外部に流失されることを防ぐことができる。また、この樹脂溜め部３７に樹脂を流入させる作用によって、樹脂の回り込みが悪い領域に樹脂がまわり易くすることができる。したがって、この樹脂溜め部３７の容量相当分だけ樹脂量を規定値より多めに塗布すれば、領域不良の発生率を極力抑えることができ、かつ、成形完了後の基板の形状を均一にすることができる。
【０１００】
次に、上記構成のホログラム素子の製造装置を用いてホログラム素子を製造する方法を説明する。
【０１０１】
まず、製造の前準備として、上下のスタンパ４１,４０の位置調整を実施する。図８と図９を参照して、スタンパ４１,４０の位置調整について説明する。図８に示すように、ダイセットユニット８０を、ダイセット搭載部６５に搭載する。そして、上ダイセット８５の貫通穴８５ａの上方に、２台のＣＣＤカメラ６１,６１を設置する。この２台のＣＣＤカメラ６１,６１には、それぞれ、鏡筒６０,６０が取りつけられている。この鏡筒６０,６０には、それぞれ、同軸落射照明６２が接続されている。また、上記ＣＣＤカメラ６１は、モニター６３に接続されている。上記モニター６３,ＣＣＤカメラ６１,鏡筒６０,同軸落射照明６２が上下スタンパ認識部６４を構成している。
【０１０２】
そして、まず、ダイセットユニット８０をダイセット搭載部６５のＺ軸ステージ６６の上に搭載する。次に、Ｚ軸ステージ６６を用いて下ダイセット８６を上昇させ、上スタンパ４１と下スタンパ４０が接触する少し前で止める。次に、上下スタンパ認識部６４で上,下スタンパ４１,４０の任意の箇所を撮像し、モニター６３にその像を写す。モニター６３には、２台のＣＣＤカメラ６１,６１で撮像した像が写し出されるようになっており、上,下スタンパ４１,４０に形成されているパターンの任意の箇所の位置ズレを認識できる。もし、上,下スタンパ４１,４０の位置がズレていれば、アライメントステージ４２に対向しているアライメント治具４２-１を用いて、上スタンパ４１に対する下スタンパ４０の位置を調整する。図９に示すように、８個のアライメント治具４２-１が、アライメントステージ４２の各辺に２個づつ対向するように、下ダイセット４６に固定されている。このアライメント治具４２-１は、アライメントステージ４２の４つの側面を４組(８個)の押しネジ４２-１ａと引きネジ４２-１ｂによって、Ｘ,Ｙ方向およびθ方向に調整できるようになっている。
【０１０３】
アライメント用治具４２-１を用いて、アライメントステージ４２を下ダイセット８６の上面８６ａ上でＸ,Ｙ,θ方向の位置調整を行う。この位置調整が完了すると、アライメントステージ４２を下ダイセット８６にネジで固定する。これにより、上スタンパ４１を基準にして下スタンパを位置調整することによるスタンパ位置調整が完了する。なお、上記上スタンパ４１および下スタンパ４０にそれぞれ、位置調整用のアライメントマークを形成しておけば、位置調整を行い易くなる。
【０１０４】
次に、上記上,下スタンパ４０,４１の位置調整が完了したダイセットユニット３０を加圧ユニット３１に取り付け、ホログラム素子を製造する工程を、図１２,１３,１４,１５を順に参照して説明する。なお、図１２〜１５では、透明基板１を中心にして、Ｚ軸方向の上方から下方に見た様子と、Ｙ軸方向前方から見た様子を１セットにして示している。
【０１０５】
まず、図１２(ａ)に示すように、下スタンパ４０の上面に紫外線硬化樹脂２ａを塗布する。そして、透明基板１の上面に紫外線硬化樹脂２ｂを塗布し、ダイセットユニット８０内に挿入し、一対の離型ハンド５０,５０と一対の位置決め兼離型ハンド５１,５１の間に、透明基板１を位置させる。
【０１０６】
次に、図１２(ｂ)に示すように、一対の離型ハンド５１をＸ軸方向に接近移動させ、離型ハンド５１が有する腕５１ａ５１ｂの２枚の板５１-１,５１-２の間に透明基板１を上下から挟むようにすると同時に、透明基板１の隣接する２辺に位置決めピン５５,５７を当接させて、透明基板１の位置決めが完了する。次に、図１２(ｃ)に示すように、位置決め兼離型ハンド５１をＺ軸上方向に移動させ、透明基板１を上スタンパ４１に接触する寸前で停止させる。
【０１０７】
次に、ダイセット開閉用Ｚ軸ステージ６９を駆動し、図１３(ｄ)に示すように、下スタンパ４０を上昇させる。これにより、下スタンパ４０が、位置決め兼離型ハンド５１に支持されている透明基板１の下面に接触する。そして、下スタンパ４０を、さらに、上昇させることによって、透明基板１は、下スタンパ４０と上スタンパ４１の両方に接触する。すなわち、上,下スタンパ４０,４１によって、透明基板１が挟まれて加圧される。
【０１０８】
次に、図１３(ｅ)に示すように、上,下スタンパ４０,４１で上下方向から透明基板１を加圧し、この加圧状態を保持することによって、透明基板１の上面と下スタンパ４０の上面に塗布した紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂが透明基板１内で広がり、所定の領域に紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂが満たされる。その後、紫外線光を上ダイセット８５の上方から照射することによって、紫外線硬化樹脂２ａ,２ｂを硬化させる。次に、図１３(ｆ)に示すように、一対の離型ハンド５０,５０をＹ軸方向に移動させ接近させて中心部に近づけ、各離型ハンド５０で、透明基板１の隣接２辺を挟む。これにより、離型ハンド５０,５０と５１,５１の４つのハンドで、透明基板１の４つの角部が支持されたことになる。
【０１０９】
次に、ダイセット上下動用Ｚ軸ステージ６９を駆動し、図１４(ｇ)に示すように、下スタンパ４０を下降させ、ダイセットユニット８０を開く。このように、４つのハンド５０,５０,５１,５１で透明基板１を上下から挟んでいる状態で、下スタンパ４０を下降させるから、離型ハンド５１,５０が、基板１が下降することを防ぐストッパとなり、透明基板１を下スタンパ４０から確実に離型できる。次に、図１４(ｈ)に示すように、一対の離型ハンド５０,５０を、Ｙ軸方向に移動させ、中心部から離隔させる。次に、図１４(ｉ)に示すように、一対の位置決め兼離型ハンド５１,５１を、Ｚ軸方向下方に移動させて、透明基板１を上スタンパ４１から離型させる。次に、図１５(ｊ)に示すように、一対の位置決め兼離型ハンド５１を、中心部から離れるＸ軸方向に移動させることによって、透明基板１が、フリーになり、ダイセットユニット８０から排出できる。
【０１１０】
上記図１２〜１５に示した工程によって、透明基板１の両面に、上,下スタンパ４１,４０が有する転写用光学パターン形状を同時に転写でき、効率よくホログラム素子基板１を作製できる。また、上下スタンパのパターン位置調整が、スタンパを取り付けた時の一回だけですみ、製造効率の向上を図ることができる。
【０１１１】
また、この第２実施形態のホログラム素子の製造装置によれば、図１０に示したように、上スタンパ４１と上スタンパ押え治具３９の間に樹脂溜め部３７が形成されている。したがって、紫外線硬化樹脂２ｂの塗布位置のズレが発生した場合や、上,下ダイセット８５,８６の平行度が出ていなかった場合であっても、上スタンパ４１の全域に紫外線硬化樹脂２ｂを回わすことができ、スタンパパターンを透明基板１に正確に転写することができる。
【０１１２】
なお、この発明が対象とする光学素子は、その表裏両面に何らかの光学パターンを有する光学素子であれば何でもよいが、光ディスク,光磁気ディスクに記録されている光情報を光学的に読み取ると共に、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を生成する光ピックアップに用いられるホログラムに適用すれば好適である。
【０１１３】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の光学素子の製造装置によれば、表,下スタンパを紫外線透過型材質とし、透明基材の表側と裏側に配置した紫外線硬化樹脂を表,下スタンパで挟んで、紫外線硬化樹脂に原盤パターンを転写し、表,下スタンパに挟まれた紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して、透明基材の表と裏に光学パターンを一括成形する。
【０１１４】
したがって、この請求項１の発明によれば、透明基材の表面と裏面に密着させた紫外線硬化樹脂に、表,裏光学パターンを同時に成形することができ、短い生産時間と高い生産効率を達成できる。
【０１１５】
また、請求項１の発明は、透明基材を、スタンパより大きい外形形状としたから、スタンパから透明基材を離型させ易くなる。
【０１１６】
また、請求項１の発明は、少なくとも２個の離型ハンドで、透明基材の外周部４辺を挟み込んだ安定した状態で、透明基材を表,下スタンパから離型させることができる。したがって、離型時に、第１,第２紫外線硬化樹脂に形成された表,裏光学パターンを損傷させることを防止でき、生産性を向上させることができる。
【０１１７】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の光学素子の製造装置において、離型ハンドは、透明基板を位置決めする位置決めピンを備えているから、透明基板を離型ハンドで挟んだ状態で、離型ハンドに対する透明基板の位置決めを正確に行うことができる。したがって、表,下スタンパに対して透明基板を高精度に位置決めできる。
【０１１８】
また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載の光学素子の製造装置において、表,下スタンパの外周を面取り形状とし、面取り形状に嵌合する形状を有するスタンパ押え部材を備え、スタンパ押え部材に表,下スタンパを嵌合させて、スタンパ押え部材をダイセットにネジ固定することで、表,下スタンパをダイセットに取り付け可能とし、かつ、ネジを緩めて上記ダイセットから上記表,下スタンパを取り外すことができるようにした。この請求項３の発明では、ダイセットにネジ固定できるスタンパ押え部材で、表,下スタンパをダイセットに対して着脱可能になる。
【０１１９】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の光学素子の製造装置において、表,下スタンパとスタンパ押え部材を嵌合させた状態で、表,下スタンパとスタンパ押え部材との間に、樹脂溜り部が形成されるようにした。この請求項４の発明では、表,下スタンパとスタンパ押え部材との間に形成される樹脂溜り部によって、外部への樹脂の流出を防ぎ、かつ、樹脂の周りが悪い領域に樹脂を回り込み易くすることができる。
【０１２０】
また、請求項５の発明は、請求項３に記載の光学素子の製造装置において、ダイセットが加圧手段に対して脱着可能になっていて、ダイセットを加圧手段から取り外した状態で、表,下スタンパを位置調整できる。したがって、ダイセットに対する表,下スタンパの位置調整を行い易くなる。
【０１２１】
また、請求項６の発明は、請求項５に記載の光学素子の製造装置において、上記下スタンパが搭載され、上記上スタンパを基準にして、上記下スタンパの位置を調整できるアライメントステージを備えた。この請求項６の発明では、アライメントステージによって、上スタンパに対する下スタンパの位置調整を行えるから、表,下スタンパの位置合わせを正確に行うことができる。
【０１２２】
また、請求項７の発明は、請求項６に記載の光学素子の製造装置において、上記上スタンパと下スタンパには、それぞれ、アライメントマークが形成されており、上記表,下スタンパのアライメントマークを認識する少なくとも２台の認識手段を備えた。この請求項７の発明では、少なくとも２台の認識手段で、表,下スタンパに形成されたアライメントマークを認識することによって、上スタンパと下スタンパとを正確に位置合わせできる。
【０１２３】
また、請求項８の発明の光学素子の製造装置は、たとえば撮像手段で、透明基材と表,下スタンパの間での第１,第２紫外線硬化樹脂の広がりを認識した場合、この撮像手段が認識した紫外線硬化樹脂の広がり状態に応じて、加圧手段による加圧状態を制御する。したがって、加圧手段の加圧誤差を抑制でき、透明基材と表,下スタンパとの間で、第１,第２紫外線硬化樹脂を均一、かつ、はみ出さないように広げることができる。したがって、この発明の光学素子の製造装置によれば、透明基材の表面と裏面に密着させた第１,第２紫外線硬化樹脂に、表,裏光学パターンを同時に正確に転写することができ、短い生産時間と高い生産効率を達成できる。
【０１２４】
また、請求項９の発明は、請求項８に記載の光学素子の製造装置において、たとえば撮像手段が認識した紫外線硬化樹脂の広がり情報に応じて、スタンパ上および透明基材上に紫外線硬化樹脂を塗布する位置を変更して、スタンパと透明基材との間で紫外線硬化樹脂を均等に広げるようにしている。したがって、より一層高い生産効率の達成を図れる。
【０１２５】
また、請求項１０の発明は、請求項８に記載の光学素子の製造装置において、スタンパ傾斜機構で、スタンパ固定部の傾きを制御して、表,下スタンパの平行度を制御することによって、第１,第２紫外線硬化樹脂が表,下スタンパと透明基材との間で均等に広がるようにする。したがって、この請求項１０の発明によれば、より一層高い生産効率の達成を図れる。
【０１２６】
また、請求項１１の発明は、請求項８に記載の光学素子の製造装置において、加圧手段が備える複数の加圧部の加圧力を、たとえば紫外線硬化樹脂の広がり情報に応じて制御して、表,下スタンパと透明基材との間で第１,第２紫外線硬化樹脂が均等に広がるようにする。したがって、この請求項１１の発明によれば、より一層高い生産効率の達成を図れる。
【０１２７】
また、請求項１２の発明は、請求項８乃至１１のいずれか１つに記載の光学素子の製造装置において、上記加圧手段は、力学センサーを備え、撮像手段が、加圧手段が紫外線照射後に紫外線硬化樹脂からスタンパを離型するときの紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識し、上記認識した剥がれ状態に応じて、上記加圧部の力を制御する。これにより、離型時に、紫外線硬化樹脂に形成した光学パターンが破損することを防止できるから、生産性を向上できる。
【０１２８】
また、請求項１３の発明は、請求項１０または１１に記載の光学素子の製造装置において、撮像手段が、加圧手段が紫外線照射後に紫外線硬化樹脂からスタンパを離型するときの紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識し、この認識した剥がれ状態に応じて、スタンパ傾斜機構または加圧手段の複数の加圧部を制御して、表,下スタンパの傾きを制御する。これにより、表,下スタンパの傾きに起因して、離型時に紫外線硬化樹脂に形成した光学パターンが破損することを防止できるから、生産性を向上できる。
【０１２９】
また、請求項１４の発明は、請求項１０または１１に記載の光学素子の製造装置において、撮像手段が撮像した剥がれ状態に応じて、離型機構部が透明基材の少なくとも２点以上を、紫外線硬化樹脂が表,下スタンパから剥がれる方向に押さえるから、離型を容易にすることができる。
【０１３０】
また、請求項１５の発明は、紫外線硬化樹脂からスタンパを離型するときの紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を撮像手段で認識し、この認識した剥がれ状態に応じて複数の加圧部を制御して離型を容易にする。これにより、離型時に、紫外線硬化樹脂に形成した光学パターンが破損することを防止できるから、生産性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の参考例としての光学素子の製造方法を説明する工程図である。
【図２】上記参考例で使用する本発明の光学素子の製造装置の第１実施形態であるホログラム素子の製造装置の構成図である。
【図３】上記第１実施形態で採用される傾き機構を持つダイセット部４４を示す図である。
【図４】上記第１実施形態で採用される３つの加圧機構を持つダイセット部を示す図である。
【図５】上記第１実施形態における離型時の微細パターンの破損説明図である。
【図６】図６(ａ)はこの発明の第２実施形態のホログラム素子の製造装置を上方から見た様子を示す平面図であり、図６(ｂ)は上記第２実施形態をＹ方向から見た様子を示す側面図であり、図６(ｃ)は上記第２実施形態をＸ方向から見た様子を示す側面図である。
【図７】図７(ａ)は上記第２実施形態の位置決め兼離型ハンド５１の正面図であり、図７(ｂ)は上記離型ハンド５１の平面図であり、図７(ｃ)は上記離型ハンド５１の側面図であり、図７(ｄ)は離型ハンド５０の正面図であり、図７(ｅ)は離型ハンド５０の平面図であり、図７(ｆ)は離型ハンド５０の側面図である。
【図８】上記第２実施形態において、ダイセット８０の上方に上下スタンパ認識部６４を配置した様子を示す模式図である。
【図９】上記第２実施形態におけるアライメントステージ４２とアライメント治具４２-１を示す模式図である。
【図１０】上記第２実施形態のダイセットユニット８０の構造を示す部分断面図である。
【図１１】図１１(ａ)は上記第２実施形態の上スタンパ押え治具３９の平面図であり、図１１(ｂ)は図１１(ａ)のＸ-Ｘ断面図であり、図１１(ｃ)は第２実施形態の上スタンパ４１の平面図であり、図１１(ｄ)は図１１(ｃ)のＸ-Ｘ断面図である。
【図１２】図１２(ａ)〜(ｃ)は、上記第２実施形態の製造装置でホログラム素子を製造する工程を説明する工程図である。
【図１３】図１３(ｄ)〜(ｆ)は、図１２(ａ)〜(ｃ)に示した工程に続く工程を示す工程図である。
【図１４】図１４(ｇ)〜(ｉ)は、図１３(ｄ)〜(ｆ)に示した工程に続く工程を示す工程図である。
【図１５】図１５(ｊ)は、図１４(ｇ)〜(ｉ)に示した工程に続く工程を示す工程図である。
【図１６】第１従来例のホログラム素子の製造方法を示す工程図である。
【図１７】第２従来例の２Ｐ法(フォトポリマ法)によるホログラム素子の製造方法を示す工程図である。
【図１８】第３従来例の２Ｐ法によるホログラム素子を製造する方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１…透明基板、１ａ…表面、１ｂ…裏面、２ａ,２ｂ…紫外線硬化樹脂、
３１…加圧ユニット、３２…天板、３３…支柱、３４…ベース板、
３８…上スタンパ押さえ治具、３９…下スタンパ押さえ治具、
４０…下スタンパ、４１…上スタンパ、４１ａ…転写用表光学パターン、
４０ａ…転写用裏光学パターン、４２…アライメントステージ、
４４…ダイセット部、４５…搬送部、
４６…紫外線照射部、４７…画像認識カメラ、４９…加圧部、
５０…離型ハンド、５１…位置決め兼離型ハンド、６１…ＣＣＤカメラ、
６４…上下スタンパ認識部、６９…Ｚ軸ステージ、
８０…ダイセットユニット、８５…上ダイセット、８６…下ダイセット。
Claims (15)
- 転写用表スタンパと転写用裏スタンパが有する原盤パターンを、透明基材の表面と裏面に転写して、上記透明基材に光学パターンを形成する光学素子の製造装置であって、
上記表,裏スタンパを紫外線透過型材質とし、
上記透明基材の表側と裏側に配置した紫外線硬化樹脂を上記表,裏スタンパで挟んで、上記紫外線硬化樹脂に上記原盤パターンを転写する加圧手段と、
上記表,裏スタンパに挟まれた紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して、上記透明基材の表と裏に光学パターンを一括成形する紫外線照射部とを備え、
上記透明基材を、上記表,裏スタンパより大きい外形形状とし、
上記透明基材の外周部４辺を挟み込む形状の少なくとも２個の離型ハンドを備え、この少なくとも２個の離型ハンドを用いて、上記透明基材を、上記表スタンパおよび裏スタンパから離型することを特徴とする光学素子の製造装置。 - 請求項１に記載の光学素子の製造装置において、
上記離型ハンドは、上記透明基板を位置決めする位置決めピンを備えていることを特徴とする光学素子の製造装置。 - 請求項１または２に記載の光学素子の製造装置において、
上記表,裏スタンパの外周を面取り形状とし、
上記面取り形状に嵌合する形状を有するスタンパ押え部材を備え、
上記スタンパ押え部材に上記表,裏スタンパを嵌合させて、上記スタンパ押え部材をダイセットにネジ固定することで、上記表,裏スタンパを上記ダイセットに取り付け可能とし、かつ、上記ネジを緩めて上記ダイセットから上記表,裏スタンパを取り外すことができるようにしたことを特徴とする光学素子の製造装置。 - 請求項３に記載の光学素子の製造装置において、
上記表,裏スタンパと上記スタンパ押え部材を嵌合させた状態で、上記表,裏スタンパと上記スタンパ押え部材との間に、樹脂溜り部が形成されるようにしたことを特徴とする光学素子の製造装置。 - 請求項３に記載の光学素子の製造装置において、
上記ダイセットが上記加圧手段に対して脱着可能になっていて、
上記ダイセットを上記加圧手段から取り外した状態で、上記表,裏スタンパを位置調整できるようになっていることを特徴とする光学素子の製造装置。 - 請求項５に記載の光学素子の製造装置において、
上記裏スタンパが搭載され、上記表スタンパを基準にして、上記裏スタンパの位置を調整できるアライメントステージを備えたことを特徴とする光学素子の製造装置。 - 請求項６に記載の光学素子の製造装置において、
上記表スタンパと裏スタンパには、それぞれ、アライメントマークが形成されており、
上記表,裏スタンパのアライメントマークを認識する少なくとも２台の認識手段を備えたことを特徴とする光学素子の製造装置。 - 請求項１に記載の光学素子の製造装置において、
上記加圧手段は、独立した３つの加圧機構を有し、
上記加圧手段の上記独立した３つの加圧機構による加圧状態を制御することを特徴とする光学素子の製造装置。 - 請求項８に記載の光学素子の製造装置において、
上記スタンパ上および上記透明基材上に上記紫外線硬化樹脂を塗布する位置を変更して、上記スタンパと上記透明基材との間で、上記紫外線硬化樹脂が均等に広がるようにすることを特徴とする光学素子の製造装置。 - 請求項８に記載の光学素子の製造装置において、
上記表スタンパまたは裏スタンパが取り付けられるスタンパ固定部の傾きを変えるスタンパ傾斜機構を備え、
上記スタンパ傾斜機構を制御して、上記表,裏スタンパの平行度を制御し、
上記表,裏スタンパと上記透明基材との間で、上記紫外線硬化樹脂が均等に広がるようにすることを特徴とする光学素子の製造装置。 - 請求項８に記載の光学素子の製造装置において、
上記加圧手段は、複数の加圧部を備え、
この複数の加圧部の加圧力を制御して、上記表,裏スタンパと上記透明基材との間で、上記紫外線硬化樹脂が均等に広がるようにすることを特徴とする光学素子の製造装置。 - 請求項８乃至１１のいずれか１つに記載の光学素子の製造装置において、
上記加圧手段は、力学センサーを備え、
上記加圧手段が上記紫外線照射後に上記紫外線硬化樹脂から上記スタンパを離型するときの上記紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識する撮像手段を備え、
上記撮像手段で認識した剥がれ状態に応じ、上記力学センサーからの信号に基づいて、上記加圧部の力を制御することを特徴とする光学素子の製造装置。 - 請求項１０または１１に記載の光学素子の製造装置において、
上記加圧手段が上記紫外線照射後に上記紫外線硬化樹脂から上記スタンパを離型するときの上記紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識する撮像手段を備え、
上記撮像手段で認識した剥がれ状態に応じて、上記スタンパ傾斜機構または上記加圧手段の複数の加圧部を制御して、上記表,裏スタンパの傾きを制御することを特徴とする光学素子の製造装置。 - 請求項１０または１１に記載の光学素子の製造装置において、
上記透明基材の少なくとも２点以上を、硬化した紫外線硬化樹脂が表,裏スタンパから剥がれる方向に押さえる離型機構部を備え、
上記加圧手段が上記紫外線照射後に上記紫外線硬化樹脂から上記スタンパを離型するときの上記紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識する撮像手段を備え、上記撮像手段で認識した剥がれ状態に応じて上記離型機構部を制御することを特徴とする光学素子の製造装置。 - 請求項１１に記載の光学素子の製造装置において、
上記加圧手段が上記紫外線照射後に上記紫外線硬化樹脂から上記スタンパを離型するときの上記紫外線硬化樹脂の剥がれ状態を認識する撮像手段を備え、
上記撮像手段で認識した剥がれ状態に応じて上記複数の加圧部を制御して、離型を容易にすることを特徴とする光学素子の製造装置。
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