JP3840398B2

JP3840398B2 - キャップ一体型ホログラム光学素子、ホログラムレーザ装置および製造方法

Info

Publication number: JP3840398B2
Application number: JP2001326875A
Authority: JP
Inventors: 豊岡田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: JP2003131037A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク装置の光ピックアップなどに使用されるキャップ一体型ホログラム光学素子、ホログラムレーザ装置および製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
図２は、従来のホログラムレーザ装置２１の構造を示す図である。
【０００３】
従来、光ディスク装置の光ピックアップなどに用いられているホログラムレーザ装置として、図２に示すような構造を持つホログラムレーザ装置２１がある。これを第１の従来例として、以下に説明する。第１の従来例におけるホログラムレーザ装置２１は、半導体レーザ素子（以下、ＬＤとする）１１、モニタサブマウント（以下、ＭＳとする）１２、ホログラム光学素子（以下、ＨＯＥとする）１３、フォトダイオード（以下、ＰＤとする）１４、キャップ１５およびステム１６を備えて構成されている。
【０００４】
ＬＤ１１は、ホログラムレーザ装置２１において光源として用いられている。ＭＳ１２は、ＬＤ１１から出射された光の強度の監視を行う光学素子である。ＨＯＥ１３は、ＬＤ１１から出射された光を分割および屈折させる機能を有する回折格子である。ＰＤ１４は、ＬＤ１１から出射され、情報記録媒体で反射された光をＨＯＥ１３を介して受光し、電気信号に変換する光電変換素子である。キャップ１５は、ＬＤ１１、ＭＳ１２およびＰＤ１４と外部との物理的接触を避けるために封止する封止部材である。ステム１６は、入出力端子を有し、ＬＤ１１、ＭＳ１２およびＰＤ１４などの半導体チップを搭載させるために用いられている。
【０００５】
次に、第１の従来例のホログラムレーザ装置２１の製造工程について説明する。図３は、従来のホログラムレーザ装置２１の製造工程を示す図である。
【０００６】
まず、ＭＳ１２、ＬＤ１１およびＰＤ１４の順に、ステム１６上の所定の位置に固定するダイボンディングと呼ばれる作業を行う。ＭＳ１２、ＬＤ１１およびＰＤ１４の固定には、銀ペーストなどを使用する。なお、ＭＳ１２、ＬＤ１１およびＰＤ１４は、光学的な調整を行い、ステム１６上の最適位置に固定する。
【０００７】
ＬＤ１１などの半導体チップをステム１６上に固定するダイボンディングを行っただけでは半導体チップと外部との電気信号のやり取りができないので、半導体チップとステム１６とを電気的に接続するワイヤボンディングを行う。ワイヤボンディング工程の終了後、ステム１６上に設けられた半導体チップと外部との物理的接触を避けるために、キャップ１５で半導体チップを密封するキャップシールと呼ばれる作業を行う。
【０００８】
また、キャップシール工程の終了後、バーンインテストと呼ばれる劣化加速試験を行う。これは、実際の半導体の使用状態より厳しい条件で行う劣化試験である。バーンインテストに引き続いて、電気的特性、光学的特性などの特性検査を行う。最後に、キャップ１５上の最適位置にＨＯＥ１３を固定する作業を行う。
【０００９】
以上の製造方法において、ホログラムレーザ装置２１は、キャップ１５の上面にＨＯＥ１３を置き、ＬＤ１１から出射され、情報記録媒体で反射された光がＰＤ１４に正確に入射するようにＨＯＥ１３を光学的に調整して最適な位置に配置した後、ＨＯＥ１３をキャップ１５に固定する必要があるので、多くの製造工数が必要になるという問題がある。
【００１０】
このような問題を解決するためのホログラムレーザ装置の従来例として、特開平３−４４９９２号公報記載の「半導体レーザ用キャップ」が開示されている。これを第２の従来例として、以下に説明する。第２の従来例におけるホログラムレーザ装置の構成および機能は、上述した第１の従来例におけるホログラムレーザ装置２１とほぼ同様であるので、相違点のみを説明し、他の説明は省略する。
【００１１】
図４は、従来のホログラムレーザ装置の一部分である半導体レーザ用キャップの断面図である。第２の従来例では、図４に示すように、キャップ１５頂部の外側表面、または両面に回折格子であるホログラムパターン１７が形成されている。このため、キャップ１５をステム１６に接合する際に位置調整を行うだけで、ＬＤ１１から出射され、情報記録媒体で反射された光を、ホログラムパターン１７を介してＰＤ１４に正確に入射させることができる。
【００１２】
以上のことから、キャップ１５がホログラムパターン１７を含めて一度に成形することができるので、ホログラムパターン１７の光学的な位置調整とキャップ１５およびステム１６の接合とを同一工程で行うことができ、製造工数を削減することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
第２の従来例のホログラムレーザ装置において、キャップ１５の内側の形状は凹形状となっているので、フォトリソグラフィ、エッチングなどでキャップ１５頂部の内側表面にホログラムパターン１７を形成することは、非常に困難であるという問題がある。
【００１４】
本発明の目的は、両面に回折格子を容易に形成し、製造工数の削減が可能なキャップ一体型ホログラム光学素子、ホログラムレーザ装置および製造方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の基板両面に、両面で対をなす回折格子を複数形成するホログラム基板形成工程と、
前記回折格子に対応するように複数の貫通孔を有する第２の基板を形成するキャップ基板形成工程と、
前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせて、貼り合わせ基板を形成する貼り合わせ基板形成工程と、
前記貼り合わせ基板をダイシングして、複数のキャップ一体型ホログラム光学素子に分割する分割工程とを含むことを特徴とするキャップ一体型ホログラム光学素子の製造方法である。
【００１６】
本発明に従えば、基板両面に、両面で対をなす回折格子を複数形成した第１の基板と、第１の基板の回折格子に対応するように複数の貫通孔を有する第２の基板とを貼り合わせて形成した貼り合わせ基板をダイシングするだけで、回折格子とキャップとが一体となったキャップ一体型ホログラム光学素子を、容易に製造することができる。
【００１７】
また本発明は、入出力端子を有するステム上の所定の位置に、光源となる半導体レーザ素子および前記半導体レーザ素子から出射され、情報記録媒体で反射された光を受光する受光素子を固定する工程と、
前記ステムと前記半導体レーザ素子および前記受光素子とを電気的に接続するワイヤボンディング工程と、
請求項１記載の製造方法によってキャップ一体型ホログラム光学素子を製造する工程と、
前記ステムに請求項１記載の製造方法によって製造されたキャップ一体型ホログラム光学素子を固定する工程とを含むことを特徴とするホログラムレーザ装置の製造方法である。
【００１８】
本発明に従えば、回折格子とキャップとが一体となったキャップ一体型ホログラム光学素子を用いることによって、キャップシール工程とキャップにホログラム光学素子を固定する工程とを１工程で行うことができるので、ホログラムレーザ装置の製造工数を削減することができ、それに伴い製造コストも低減することができる。
【００１９】
また本発明は、両面で対をなす回折格子が形成される直方体状のホログラム素子と、
前記ホログラム素子に貼り合わされ、前記ホログラム素子と同じ平面形状を有する四角筒状のキャップとを有するキャップ一体型ホログラム光学素子である。
【００２０】
本発明に従えば、キャップ一体型ホログラム光学素子は、ホログラム光学素子とキャップとが貼り合わされて形成されているので、ホログラム光学素子とキャップとの煩わしい光学的な位置調整が不要となり、容易に製造することができる。
【００２１】
また本発明は、請求項３記載のキャップ一体型ホログラム光学素子のキャップ内に、半導体レーザ素子と受光素子とが設けられることを特徴とするホログラムレーザ装置である。
【００２２】
本発明に従えば、キャップ一体型ホログラム光学素子を用いることによって、ホログラムレーザ装置を容易に製造することができ、製造コストも低減することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態であるキャップ一体型ホログラム光学素子８（以下、キャップ一体型ＨＯＥとする）の製造方法について説明する。図１は、キャップ一体型ＨＯＥ８の製造方法を示す概略図である。図１（ａ）に示すように、第１の基板１両面に、両面で対をなすホログラムと呼ばれる回折格子４を複数形成し、第１の基板１の回折格子４に対応するように複数の貫通孔５を有する第２の基板２を形成する。
【００２４】
本実施形態において、第１の基板１および第２の基板２に用いられる材料は、たとえば熱可塑性樹脂であるアクリル樹脂などである。アクリル樹脂は、透明度が高く、表面硬度もかなり高いため、耐衝撃用として利用される。また、強度および剛性が大きく、機械加工および熱加工が容易であるという利点がある。
【００２５】
ホログラム光学素子（ＨＯＥ）は、半導体レーザ素子（ＬＤ）から出射され、情報記録媒体で反射された光に対して、適切な波面変換を与えて回折させて、ＬＤから離れて配置された受光素子（ＰＤ）に光を導くために使用される。ＨＯＥは、通常、細い溝を形成するための精密な金型原盤（スタンパ）を用いて射出成形機によって作製されるか、あるいはエッチング技術を用いて作製される。本実施形態では、エッチング技術を用いたＨＯＥの作製方法について説明する。
【００２６】
まず、薬液などを用いてホログラムを形成する基板を洗浄する。洗浄工程の終了後、基板上にフォトレジストと呼ばれる感光性樹脂を塗布する。フォトレジストが塗布された基板は、フォトレジスト中の溶剤を飛ばして基板との密着性を高めるために、プリベークと呼ばれる軽い焼き締めが行われる。次に、フォトレジストが塗布された基板をフォトマスクで覆い、紫外線などの光を照射して露光する。露光された基板は、ＰＥＢ（露光後焼き締め）と呼ばれる軽い熱処理を受けた後、現像処理を行う。ポジ型レジストによる現像では、紫外線などの光が照射された部分のフォトレジストが現像液に溶け、未露光部のフォトレジストのパターンが残る。また、ネガ型レジストによる現像では未照射部のフォトレジストが溶け、照射部のフォトレジストが残る。
【００２７】
現像処理の終了後、基板のフォトレジストが溶けてなくなった部分に溝を刻むために、エッチング処理を行う。本実施形態では、ドライエッチングの最も一般的な方法である反応性イオンエッチングによる処理について説明する。反応性イオンエッチングは、真空にしたチャンバー（化学反応室）内に基板を入れ、必要なエッチングガスを導入する。このガスを電場や磁場でプラズマ化する。プラズマ中では正、負のイオンや電子などの荷電粒子、中性活性種が混在しており、エッチング種が基板に吸着して成膜されると、基板表面で化学反応が起こり、エッチング生成物は基板表面から離脱して外部へ排気除去され、エッチングが進行する。このエッチング方法は、化学反応の作用によって、サイドエッチのない垂直断面形状が得やすいため微細パターンの加工に適している。エッチング処理を施した後、基板上に残っているフォトレジストの除去を行うことによって、ホログラムが作製される。
【００２８】
次に、成形速度が速く、熱可塑性樹脂の代表的な成形方法である射出成形を用いて第２の基板２を形成する方法について説明する。
【００２９】
まず、原料となるアクリル樹脂などの熱可塑性樹脂を射出成形機のシリンダ内に投入する。次に、シリンダ内のスクリューで押し進め、ヒーターでアクリル樹脂を溶かしながらシリンダ前部に送る。溶けて高温の液体状になったアクリル樹脂がシリンダ内で規定量になると、スクリューがピストンの役目を果たして、アクリル樹脂に圧力をかけ、シリンダ先端のノズルから金型内に一定量ずつ、高温の液体状になったアクリル樹脂を射出する。
【００３０】
ここで金型とは、丈夫な金属でできており、所望の成形品と同一形状の内部空間（キャビティ）を持っている型のことである。すなわち、射出成形機に取り付けられる金型によって、所望の形状の成形品を形成することができ、キャビティの違いによって、種々の形状の射出成形品を得ることができる。したがって、本実施形態における第２の基板２を形成する工程では、複数の貫通孔５を有する第２の基板２の形成に適した金型を用意し、予め射出成形機に取り付けておく。
【００３１】
次に、高温の液体状になったアクリル樹脂を温度の低い金型内に射出すると、アクリル樹脂は冷却されて固化または硬化される。固化または硬化された時点で、金型を分離すると、所望の形状になったアクリル樹脂製品を取り出すことができる。以上の動作を繰り返すことによって、連続的に射出成形が行われ、第２の基板２が形成される。
【００３２】
ホログラム基板である第１の基板１と、キャップ基板である第２の基板２とが形成された後、図１（ｂ）に示すように、第１の基板１と第２の基板２とを貼り合わせて、貼り合わせ基板３を形成する貼り合わせ基板３形成工程を行う。
【００３３】
本工程では、基板両面で対をなすホログラム４を複数形成した第１の基板１と、第１の基板１に形成した回折格子４に対応するように複数の貫通孔５を有する第２の基板２とを貼り合わせる。このとき、接着剤として、アクリル系ＵＶ（紫外線）樹脂が用いられる。アクリル系ＵＶ樹脂は、紫外線硬化型樹脂の一種であり、紫外線を照射すると瞬時に硬化する性質がある。したがって、第１の基板および第２の基板の少なくとも一方に、アクリル系ＵＶ樹脂を塗布した後、回折格子４と貫通孔５との位置合わせを行い、紫外線を照射して硬化させることによって、貼り合わせ基板３が形成される。
【００３４】
続いて、分割工程を行う。本工程では、貼り合わせ基板３をダイシングして、複数のキャップ一体型ＨＯＥ８に分割する。図１（ｃ）は、分割されたキャップ一体型ＨＯＥ８の斜視図である。
【００３５】
以上の工程を辿ることによって、図１（ｃ）に示すように、両面で対をなす回折格子４が形成される直方体状のＨＯＥ６と、ＨＯＥ６に貼り合わされ、ＨＯＥ６と同じ平面形状を有する四角筒状のキャップ７とを有するキャップ一体型ＨＯＥ８が製造される。
【００３６】
以上のようなキャップ一体型ＨＯＥ８の製造方法を用いることによって、両面に回折格子４を形成したキャップ一体型ＨＯＥ８を容易に製造することができる。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施の形態であるキャップ一体型ＨＯＥ８を用いたホログラムレーザ装置の製造方法について説明する。
【００３８】
まず、入出力端子を有するステム１６上の所定の位置に、ＬＤ１１とＰＤ１４とを固定するダイボンディングと呼ばれる作業を行う。このとき、熱硬化性樹脂の一種であるエポキシ樹脂の中に８０％程度の銀を加えたペースト状の材料、すなわち銀ペーストを用いて、ＬＤ１１およびＰＤ１４をステム上に固定する。なお、ＬＤ１１およびＰＤ１４は、光学的な調整を行い、ステム１６上の最適位置に固定する。ＬＤ１１およびＰＤ１４などの半導体チップをステム１６上に固定しただけでは半導体チップと外部との電気信号のやり取りができないので、半導体チップとステム１６とを金の細線などで電気的に接続するワイヤボンディングと呼ばれる作業を行う。また、上述したキャップ一体型ＨＯＥ８の製造方法によってキャップ一体型ＨＯＥ８の製造を行う。
【００３９】
次に、バーンインテストと呼ばれる劣化加速試験を行う。これは、実際の半導体の使用状態より厳しい条件で行う劣化試験である。劣化を加速する要因となる半導体の電圧および電流、使用環境の温度、湿度などを通常の動作条件より厳しく設定することによって、部品や装置の劣化を進めて寿命の予測、故障率の予測などの検査を行う。また、バーンインテストに引き続いて電気的特性、光学的特性などの特性検査を行う。最後に、ステム１６上に設けられた半導体チップと外部との物理的接触を避けるために、キャップ一体型ＨＯＥ８をステム１６に固定する作業を行う。
【００４０】
以上の工程を経て、キャップ一体型ＨＯＥ８のキャップ７内に、ＬＤ１１とＰＤ１４とが設けられたホログラムレーザ装置が製造される。
【００４１】
以上のように、回折格子４とキャップ７とが一体となったキャップ一体型ＨＯＥ８を用いることによって、キャップシール工程とキャップ１５にＨＯＥ１３を固定する工程とを１工程で行うことができるので、ホログラムレーザ装置の製造工数を削減することができ、それに伴い製造コストも低減することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、回折格子とキャップとが一体となったキャップ一体型ホログラム光学素子を、容易に製造することができる。
【００４３】
また本発明によれば、ホログラムレーザ装置の製造工数を削減することができ、それに伴い製造コストも低減することができる。
【００４４】
また本発明によれば、ホログラム光学素子とキャップとの煩わしい光学的な位置調整が不要となり、キャップ一体型ホログラム光学素子を容易に製造することができる。
【００４５】
また本発明によれば、ホログラムレーザ装置を容易に製造することができ、製造コストも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のキャップ一体型ホログラム光学素子の製造方法を示す概略図である。
【図２】従来のホログラムレーザ装置の構造を示す図である。
【図３】従来のホログラムレーザ装置における製造工程を示す概略図である。
【図４】従来のホログラムレーザ装置の一部分である半導体レーザ用キャップの断面図である。
【符号の説明】
１第１の基板
２第２の基板
３貼り合わせ基板
４回折格子
５貫通孔
６，１３ホログラム光学素子
７，１５キャップ
８キャップ一体型ホログラム光学素子
１１半導体レーザ素子
１２モニタサブマウント
１４フォトダイオード
１６ステム
１７ホログラムパターン
２１ホログラムレーザ装置

Claims

第１の基板両面に、両面で対をなす回折格子を複数形成するホログラム基板形成工程と、
前記回折格子に対応するように複数の貫通孔を有する第２の基板を形成するキャップ基板形成工程と、
前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせて、貼り合わせ基板を形成する貼り合わせ基板形成工程と、
前記貼り合わせ基板をダイシングして、複数のキャップ一体型ホログラム光学素子に分割する分割工程とを含むことを特徴とするキャップ一体型ホログラム光学素子の製造方法。
入出力端子を有するステム上の所定の位置に、光源となる半導体レーザ素子および前記半導体レーザ素子から出射され、情報記録媒体で反射された光を受光する受光素子を固定する工程と、
前記ステムと前記半導体レーザ素子および前記受光素子とを電気的に接続するワイヤボンディング工程と、
請求項１記載の製造方法によってキャップ一体型ホログラム光学素子を製造する工程と、
前記ステムに請求項１記載の製造方法によって製造されたキャップ一体型ホログラム光学素子を固定する工程とを含むことを特徴とするホログラムレーザ装置の製造方法。
両面で対をなす回折格子が形成される直方体状のホログラム素子と、
前記ホログラム素子に貼り合わされ、前記ホログラム素子と同じ平面形状を有する四角筒状のキャップとを有するキャップ一体型ホログラム光学素子。
請求項３記載のキャップ一体型ホログラム光学素子のキャップ内に、半導体レーザ素子と受光素子とが設けられることを特徴とするホログラムレーザ装置。