JP3860715B2 - ホログラム素子製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体記録再生装置に搭載される光ピックアップ装置に用いられるホログラム素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報を記録したり、記録される情報を読出したりできる光ディスクは、大量の情報を高密度で記録できるため、映像音響機器およびコンピュータなど多分野にわたって利用されている。図１１（１）は、従来の光ピックアップ装置１を示す概略図である。光ピックアップ装置１は、光源２、立上げミラー３、コリメータレンズ４、対物レンズ５および光検出器６で構成される。光源２から出射した光は、立上げミラー３を透過し、コリメータレンズ４を透過して平行光になり、対物レンズ５によって光ディスク１０の情報記録面に集光される。光ディスク１０の情報記録面で反射された光ディスク１０の記録情報を有する信号光は、対物レンズ５およびコリメータレンズ４を透過して、立上げミラー３で反射されて、光検出器６に入射する。
【０００３】
光ディスクに記録される情報を読取る光記録媒体記録再生装置に搭載される光ピックアップ装置の再生特性を向上させるために、より多くの再生信号光を光検出器に入射させる必要があり、偏光光学系を採用することによって再生信号の質の向上を図ってきた。近年、受光素子を含む光検出部およびドライブ技術の進歩によって、信号光が弱くても充分な再生特性が得られるようになり、また装置の小形化および低コスト化のニーズが高まってきたために、偏光光学系を採用せずに、より簡素な構成の光学系を採用するようになってきた。その代表的な例として、回折素子を用いて、光源と光検出部とを一体化した集積ユニット光学系がある。
【０００４】
図１１（２）は、集積ユニット光学系を用いた光ピックアップ装置１１を示す概略図である。光ピックアップ装置１１は、大略的には集積ユニット１２および対物レンズ１３で構成される簡素な構成であり、集積ユニット１２と対物レンズ１３との間にコリメータレンズ１４を配置する構成となっている。また集積ユニット１２を用いる光ピックアップ装置は、集積ユニット１２と対物レンズ１３との間に立上げミラーを配置する構成としてもよい。
【０００５】
集積ユニット１２は、ホログラム素子１５、光源であるレーザ素子１７および光検出部である受光素子１８で構成される。ホログラム素子１５には、ホログラム１６が形成される。ホログラム１６は、２つの領域に分割され、各領域には回折格子が形成される。レーザ素子１７から出射した光は、ホログラム素子１５のホログラム１６を透過し、コリメータレンズ１４を透過して、対物レンズ１３によって光ディスク１０の情報記録面に集光される。対物レンズ１３およびコリメータレンズ１４を透過した光ディスク１０からの反射光がホログラム１６に入射して、ホログラム１６の各領域の回折格子によって回折して光検出部１８に入射する。ホログラム１６の一方の領域で回折された反射光は、光ディスク１０のピット情報の検出に用いられ、他方の領域で回折された反射光は、ピット情報の検出および焦点誤差信号の検出に用いられる。
【０００６】
またホログラム１６の各領域で回折された光の強度差によって、トラック誤差信号の検出を行う。この場合、ホログラムの各回折格子の１次回折効率が等しくないと、トラック誤差信号にオフセットが発生し、光ピックアップ装置による光ディスク上のトラックへの追従がうまくできなくなり、ピット情報がうまく検出できない。このためにホログラム素子を製造するときに、ホログラムの各領域の回折格子の１次回折効率の比である１次回折効率比を０．９〜１．１の範囲で管理して製造していた。ホログラムを形成する回折格子の１次回折効率は、回折格子の溝の深さおよび溝の開口幅によって決まるが、回折格子の溝の深さおよび溝の開口幅を管理することは困難である。
【０００７】
図１２は、ホトリソグラフィー法によるホログラムの製造工程を示す断面図である。図１２（１）に示される基板洗浄工程において、ガラス基板２１の表面が洗浄される。図１２（２）に示されるレジスト塗布工程において、感光体であるレジスト２２をスピンコート法によってガラス基板２１の表面に塗布し、溶剤揮発のためにベーキングを行う。
【０００８】
図１２（３）に示される露光工程では、ガラス基板２１とホログラムを構成する回折格子の微細パターンを有するマスクとを、レジスト２２を介して密着させて紫外線を照射し、回折格子の微細パターンがレジスト２２に形成される。図１２（４）に示されるエッチング工程において、露光工程において得られた微細パターンが形成されるレジスト２２を有するガラス基板２１を、ＣＦ4 ガスをエッチングガスとして用いて、反応性イオンエッチング装置（略称：ＲＩＥ装置）によってドライエッチングを行う。
【０００９】
図１２（５）に示されるアッシング工程では、ガラス基板２１に残留するレジスト２２を、溶剤による除去、または酸素ガス雰囲気中での灰化除去を行う。図１２（６）に示される分断工程では、ガラス基板２１に形成された複数のホログラムを、最終的に必要とされる形状に分割する。
【００１０】
図１３は、ホトリソグラフィー法を用いてホログラムを製造するときの回折効率比を管理する手順を示すフローチャートである。先ずガラス板にマスクを密着させる。次にホログラムの各領域の１次回折効率を、露光時間を変えて３回測定する。
【００１１】
次に１次回折効率比が０．９〜１．１であるか否かを判断する。１次回折効率は、ある露光量でピークを有するので、測定した各領域の１次回折効率を用いて、たとえば２次補間法によって各領域の１次回折効率が最大となる最適な露光量を求め、この最適な露光量における１次回折効率比を求める。この１次回折効率比が０．９〜１．１の範囲内であるか否かを判断し、範囲内でないと判断されると再び露光条件を変更する。このようにして、１次回折効率比が０．９〜１．１の範囲内となる最適な露光条件が決定される。露光条件が決定すると、これに基づいてホログラムの量産を行う。このようにマスクを変更する度に、このような最適露光量の管理を行えば、常にホログラムの２つの領域の１次回折効率比を０．９〜１．１の範囲内で管理することができる。
【００１２】
このような光学系に用いられるホログラム素子として、従来のガラス素子の他に、特開平１０−１８７０１４号公報および特開平１０−２５４３３５号公報に開示される紫外線硬化型樹脂製の素子が使用される。紫外線硬化型樹脂製の素子を使用することによって、従来のガラス素子にくらべて、材料が安価であるだけでなく、製造方法としてホトポリマー法（略称：２Ｐ法）と呼ばれる生産性の良い方法を利用することができ、ホログラム素子の製造コストを小さくすることができる。
【００１３】
図１４は、ホトポリマー法によるホログラムの製造工程を示す断面図である。先ず図１４（１）に示されるように、予め上述のホトリソグラフィー法によってガラス板に回折格子の型を形成した一対のスタンパ２３Ａ，２３Ｂを用いて、一方のスタンパ２３Ａの回折格子の型が形成される面をガラス基板２４の一方の面に面して配置し、他方のスタンパ２３Ｂの回折格子の型が形成される面をガラス基板２４の他方の面に面して配置して、ガラス基板２４の一方の面に紫外線硬化型樹脂２５を塗布し、他方のスタンパ２３Ｂの回折格子の型が形成される面に紫外線硬化型樹脂２５を塗布する。
【００１４】
続いて図１４（２）に示されるように、スタンパ２３Ａ，２３Ｂをガラス基板２４に当接させて、必要に応じて加圧して、紫外線硬化型樹脂２５をガラス基板２４の面に充分に圧し広げて、紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂２５を硬化させる。さらに図１４（３）に示されるように、ガラス基板２４および紫外線硬化型樹脂２５からスタンパ２３Ａ，２３Ｂを剥離させる。このようにしてガラス基板２４に回折格子が形成される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のホログラムの製造において、ホログラムの１次回折効率比だけを管理すると、ホログラムの回折格子に反射防止膜を設けたり、２Ｐ法においてガラス板をスタンパとして用いたりすると、形成されたホログラムの１次回折効率比が所定の値０．９〜１．１からしばしば外れてしまうことがある。これは回折効率比だけを管理しているので、ホログラムのいずれかの領域の回折格子の１次回折効率が偏った１次回折効率になっていることに起因する。
【００１６】
１次回折効率比を所定の範囲内にすることは、特に２つの領域の回折格子の格子間隔に差がある場合には非常に困難であった。このような場合には、格子間隔と格子の溝の開口幅との比であるデューティー比を犠牲にして、所望の１次回折効率比を得ることが多かった。デューティー比が所定の範囲外でも、所望の１次回折効率比を得ることができる。
【００１７】
デューティー比が所定の範囲外であるとき、回折格子の溝の開口幅と凸部の幅とが異なるために、たとえば回折格子に反射防止膜を蒸着すると、ホログラムの光学特性が変化してしまうことがあった。２Ｐ法によって回折格子を形成する場合には、スタンパと形成された回折格子とでは光学特性が異なるという問題が発生し、また形成したホログラム素子に反射防止膜を蒸着することによって光学特性が変化するという問題も発生した。
【００１８】
上述の問題を解決する方法として、ホログラム素子の各領域の回折格子の回折効率を管理する、すなわち各領域の回折格子のデューティー比および溝の深さを管理することが考えられる。しかしデューティー比の測定は、レーザ顕微鏡等を用いると測定に要する時間は短いが、回折格子の格子間隔が２μｍ程度と非常に小さいために、高精度で測定することが困難であった。また、たとえば走査型トンネル顕微鏡（略称：ＳＴＭ）および原子間力顕微鏡（略称：ＡＦＭ）等の高精度で微細パターンを測定することができる装置を用いると、測定に要する時間が長く、すべてのホログラムを検査することができない。さらに測定に要する時間を短くするために、回折格子の極微小な領域だけを測定すると、ホログラム全体にわたって光学特性が満足する特性となる保証ができなかった。元来、ＳＴＭおよびＡＦＭなどでは、測定できる領域が小さく、大きなホログラムでは一度の測定では全体を測定できないという問題もあった。
【００１９】
また回折格子の開口幅は、露光工程（アライメント工程）において用いられるマスクの微細パターンの開口幅および露光量によって主に決定される。このとき、用いるマスクの開口幅が適切でないと、露光量等の露光条件を変更して回折格子を形成しても所望の特性となる回折格子を得ることができない。
【００２０】
したがって本発明の目的は、従来の製造方法をそのまま用いて、その製造方法にわずかな改良を加えることによって、量産性を損なうことなく高精度で所望のホログラム素子を製造する方法を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも２つの領域に分割され、各領域に回折格子が形成されるホログラムを有する多分割ホログラム素子の製造方法において、
ホログラム素子の回折格子がホトリソグラフィー工程によって形成され、
該ホトリソグラフィー工程での露光量は、
複数種類の露光量で露光したレジストを使用してガラス基板のエッチングを行って、各領域の回折格子の１次回折効率を測定し、
該複数種類の露光量に対する各領域の１次回折効率の測定結果に基づいて、該複数種類のうちで１次回折効率が最大となる露光量を求め、
該露光量で形成した回折格子のデューティー比を算出し、
算出したデューティー比の値が０．４〜０．６の範囲内となるデューティー比条件を満たすか否かを確認し、
デューティー比条件が満たされないときは、該複数種類の露光量を変えてエッチングを行うことを、デューティー比条件が満たされるまで繰り返して行い、
デューティー比条件が満たされれば、該露光量で形成した各領域の１次回折効率比の値が０．９〜１．１の範囲内となる１次回折効率比条件が満たされるか否かを確認し、
１次回折効率比条件が満たされないときは、マスク設定値を変更してから、複数種類の露光量でエッチングを行うことを、該デューティー比条件が満たされ、さらに該１次回折効率比条件が満たされるまで、繰り返して行って、
該デューティー比条件および該１次回折効率比条件の両方を満たすように決定することを特徴とするホログラム素子製造方法である。
【００２２】
本発明に従えば、ホトリソグラフィー工程の露光量を適切に決定して、ホログラム素子の各領域の１次回折効率比だけでなく、各領域の回折格子のデューティー比が所定の値の範囲になるようにホログラム素子を製造することができ、１次回折効率比が所定の値の範囲から外れることなく、所望の光学特性を有するホログラム素子を製造することができる。
【００２３】
また本発明は、前記複数種類のうちで１次回折効率が最大となる露光量に替えて、該複数種類の露光量と各露光量に対する１次回折効率との関係に基づいて、１次回折効率が最大となる露光量を推定し、
推定した露光量でエッチングを行って、前記各領域の回折格子の１次回折効率を改めて測定してから、前記デューティー比条件および前記１次回折効率比条件が満たされる露光量を決定することを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、ホログラムの各領域の回折格子の１次回折効率が最大となる露光量を推定し、推定された露光量でエッチングしたホログラムの各領域を測定して、各回折格子のデューティー比を算出するので、所望の光学特性を有するホログラム素子を製造することができる。
【００２５】
また本発明で、前記複数種類の露光量での露光は、１枚のダミーガラスへの多重露光法によって行うことを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、１枚のダミーガラスで複数種類の露光量に対応するホログラム素子を製造することができる。
【００２７】
また本発明で、前記複数種類の露光量での露光は、該複数のガラス基板を用い、各種類の露光量毎にガラス基板を変えて行うことを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、複数種類の露光量の各露光量毎に異なるガラス基板を用いて、露光量を決定することができる。
【００２９】
また本発明は、ホログラムの領域のうち少なくとも１つの領域に反射防止膜を設けることを特徴とする。
【００３０】
本発明に従えば、回折格子に反射防止膜を設けることによって、回折格子による光の反射を防ぐことができ、回折効率を高めることができる。また回折格子に反射防止膜を設けても、光学特性が変化しないホログラム素子を製造することができる。
【００３１】
また本発明は、ホトリソグラフィー工程で形成された回折格子の型を用いて成型して製造することを特徴とする。
【００３２】
本発明に従えば、回折格子の型であるスタンパを用いて、再現性の高い樹脂製のホログラムを有するホログラム素子を、個々のホログラムの光学的特性のばらつきを抑制するとともに生産性を高くして製造することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１（１）は、本発明の実施の一形態のホログラム素子の製造方法によって製造された第１のホログラム素子３１を示す平面図であり、図１（２）は、第１のホログラム素子３１のホログラム３２に形成される回折格子３３を示す断面図である。第１のホログラム素子３１およびホログラム３２の材質は、石英ガラスである。第１のホログラム素子３１の一表面の中央部に、ホログラム３２が設けられる。ホログラム３２の回折格子３３は、図１２で説明したホトリソグラフィー法によって形成される。本実施の形態において、反応性イオンエッチング装置（略称：ＲＩＥ装置）でＣＦ4 ガスをエッチングガスとして用いてドライエッチングを行って回折格子３３を形成し、回折格子３３の溝の深さを３７０ｎｍとした。
【００３８】
図２は、ホログラムを示す平面図である。図２（１）は、機種Ａのホログラムを示す。機種Ａにおいてホログラムは、領域αおよび領域βの２つの領域に分割されており、各領域α，βにおける回折格子の格子間隔であるピッチは表１に示される値となっている。図２（２）は、機種Ｂのホログラムを示す。機種Ｂにおいてホログラムは、機種Ａと同様に領域αおよび領域βの２つの領域に分割されており、各領域α，βにおける回折格子のピッチは表１に示される値となっている。図２（３）は、機種Ｃのホログラムを示す。機種Ｃにおいてホログラムは、領域α、領域βおよび領域γの３つの領域に分割されており、各領域α，β，γにおける回折格子のピッチは表１に示される値となっている。
【００３９】
【表１】
【００４０】
第１のホログラム素子３１のホログラム３２は、図２（２）に示される機種Ｂであり、表１に示されるように領域αおよび領域βの回折格子のピッチはそれぞれ１．８９３μｍ〜２．０３μｍおよび１．４５３μｍ〜１．６５５μｍである。
【００４１】
本実施の形態のホログラム素子製造方法は、複数種類の露光量でエッチングを行う毎に各領域α，βの回折格子の１次回折効率を測定し、測定した露光量および１次回折効率と、予め定めるデューティー比と１次回折効率との関係を表す式とに基づいて、ホログラムの各領域α，βの回折格子のデューティー比を算出する。
【００４２】
図３は、本実施の形態の第１のホログラム素子３１を製造する手順を示すフローチャートである。ステップｓ０で前記手順が開始され、ステップｓ１に進む。ステップｓ１では、回折格子のパターンが形成されるマスクを作成し、ステップｓ２に進む。ステップｓ２では、ホログラム３２の各領域α，βを複数種類、本実施の形態においては３種類の露光量で露光してエッチングを行い、各露光量によるエッチング毎に各領域α，βの１次回折効率を測定して、ステップｓ３に進む。
【００４３】
ステップｓ３では、ステップｓ２において測定された各領域α，βの１次回折効率と露光量との関係から、各領域α，βの１次回折効率が最大となる露光量を求める。ステップｓ４に進む。ステップｓ３における１次回折効率が最大となる露光量の求め方は、たとえば測定された１次回折効率のうち最大の１次回折効率となる露光量としてもよく、また測定によって得られた各領域α，βの１次回折効率と露光量とから、この１次回折効率との関係を２次曲線で補間して、１次回折効率が最大となる露光量を推定して求めても良い。また１次回折効率と露光量との関係を求める方法としては、１枚のダミーガラスを用いて、多重露光法によって前記ダミーガラスに露光して求めてもよいし、複数のガラスを用いて、各ガラスに露光して求めてもよい。
【００４４】
続いてステップｓ４では、ステップｓ３で求めた各領域α，βの回折格子の１次回折効率が最大となる露光量を用いてホログラム３２を作成し、改めて測定したホログラム３２の各領域α，βの１次回折効率と露光量とから、各領域α，βの回折格子３３のデューティー比を算出し、ステップｓ５に進む。各領域α，βの回折格子３３のデューティー比と、各領域α，βの１次回折効率ηｅとの関係は、次式（１）で表される。
【００４５】
ηｅ＝ηｍ｛１−ｃｏｓ（２πＤ１／Ｄ）｝ …（１）
式（１）のＤは回折格子の格子間隔（以後、「ピッチ」ともいう）であり、Ｄ１は回折格子の溝の開口幅である。式（１）においてデューティー比は、Ｄ１／Ｄである。ηｍは各領域α，βの最大回折効率であり、各領域α，βの１次回折効率と露光量との関係から求められる。
【００４６】
図４（１）は、矩形断面の溝および凸部を有する回折格子のピッチＤと溝の開口幅Ｄ１とを示す断面図であり、図４（２）は側壁がテーパになる溝を有する回折格子のピッチＤと溝の開口幅Ｄ１とを示す断面図である。図４（２）に示される台形断面の溝および凸部を有する回折格子において、溝の開口幅Ｄ１は溝の深さｔの半分の位置における開口幅と定義する。
【００４７】
ステップｓ５では、式（１）によって求められた各領域α，βのデューティー比が、０．４〜０．６であるか否かを判断し、デューティー比が０．４〜０．６であると判断されるとステップｓ６に進み、デューティー比が０．４〜０．６でないと判断されるとステップｓ２に戻る。ステップｓ２では、露光量を変更する。ステップｓ５においてデューティー比が０．４〜０．６であると判断されると、ステップｓ６では、領域α，βの１次回折効率比が０．９〜１．１であるか否かを判断し、１次回折効率比が０．９〜１．１であると判断されるとステップｓ７に進み、１次回折効率比が０．９〜１．１でないと判断されるとステップｓ９に進む。
【００４８】
ステップｓ６において１次回折効率比が０．９〜１．１であると判断されると、ステップｓ７では、上述のステップにおいて得られたデューティー比と露光量との関係から、デューティー比が所定の値の範囲となる露光量の範囲を決定し、１次回折効率比が所定の値の範囲となる露光量の範囲をして、これらから最適露光量を決定し、この最適露光量を用いてホログラム３２を量産して、ステップｓ８に進み、すべての手順を終了する。ステップｓ６において１次回折効率比が０．９〜１．１でないと判断されると、ステップｓ９では、マスクの設定値を変更してステップｓ１に戻る。
【００４９】
コンパクトディスク（略称：ＣＤ）を読取る光ピックアップ装置に用いられるホログラム素子では、回折格子の溝の深さは３７０±２０ｎｍ程度で、デューティー比は０．４〜０．６である。この条件の元では、領域αと領域βとの１次回折効率比は０．９〜１．１となる。
【００５０】
図５（１）は、本実施の形態のホログラム素子の製造方法によって製造された第２のホログラム素子３１Ａを示す平面図であり、図５（２）は、第２のホログラム素子３１Ａのホログラム３２Ａに形成される回折格子３３Ａを示す断面図である。第２のホログラム素子３１Ａおよびホログラム３２Ａの材質は、青板ガラスである。第２のホログラム素子３１Ａの一表面の中央部に、ホログラム３２Ａが設けられる。ホログラム３２Ａの回折格子３３Ａは、第１のホログラム素子３１のホログラム３２の回折格子３３と同様に作成される。ホログラム３２Ａは、図２（１）に示される機種Ａであり、機種Ａにおいてホログラムは、領域αおよび領域βの２つの領域に分割されており、表１に示されるように領域αおよび領域βの回折格子のピッチはそれぞれ２．６３μｍ〜２．７５μｍおよび１．９１μｍ〜１．９８μｍである。また第２のホログラム素子３１Ａのホログラム３２Ａの各領域α，βには、反射防止膜３４が蒸着されて設けられる。反射防止膜３４は、ＳｉＯ／ＳｉＯ2 の２層構造である。領域αおよび領域βの１次回折効率は、それぞれ１８．６％および１７．７％であった。
【００５１】
図６は、本実施の形態のホログラム素子の製造方法によって製造された第３のホログラム素子における各領域α，βのデューティー比と１次回折効率との関係を示すグラフである。第３のホログラム素子のホログラムは、第１および第２のホログラム素子３１，３１Ａと同様の製造方法で作成されたスタンパを用いて、従来の技術で説明したホトポリマー法（略称：２Ｐ法）で製造される。第３のホログラム素子のホログラムは、図２（２）に示される機種Ｂであり、機種Ｂにおいてホログラムは、領域αおよび領域βの２つの領域に分割されており、表１に示されるように領域αおよび領域βの回折格子のピッチはそれぞれ１．８９３μｍ〜２．０３μｍおよび１．４５３μｍ〜１．６５５μｍである。図６のＧ１は領域αの回折格子のデューティー比と１次回折効率ηα１との関係を示し、Ｇ２は領域βの回折格子のデューティー比と１次回折効率ηβ１との関係を示す。図６に示されるように、各領域α，βの回折効率ηα１，ηβ１の、最大１次回折効率から最大１次回折効率より２％低い１次回折効率までの範囲におけるデューティー比は、０．４〜０．６となる。
【００５２】
図７は、第３のホログラム素子の領域αの１次回折効率ηα１と領域βの１次回折効率ηβ１との比である１次回折効率比ηβ１／ηα１と、デューティー比との関係を示すグラフである。デューティー比が０．３〜０．７のとき、１次回折効率比ηβ１／ηα１は０．９以上である。
【００５３】
表２は、第３のホログラム素子を製造するときの露光量ＬＩに対する各領域α，βの１次回折効率および１次回折効率比ηβ１／ηα１とを示す表である。
【００５４】
【表２】
【００５５】
図８は、第３のホログラム素子を製造するときの露光量ＬＩに対する各領域α，βの１次回折効率および１次回折効率比ηβ１／ηα１とを示すグラフである。図８において、Ｇ３は領域αの１次回折効率ηα１を示し、Ｇ４は領域βの１次回折効率ηβ１を示し、Ｇ５は１次回折効率比ηβ１／ηα１を示す。従来の製造方法では、１次回折効率比を重視するために露光量ＬＩを４．３程度とする露光条件で製造していたが、本実施の形態では図８に示すように、領域αおよび領域βともに露光量ＬＩが４．０で１次回折効率ηα１，ηβ１が最大となっている。
【００５６】
図９は、式（１）から算出されたデューティー比と各領域α，βの１次回折効率ηα１，ηβ１との関係を示すグラフである。図９において、Ｇ６は領域αの１次回折効率ηα１を示し、Ｇ７は領域βの１次回折効率ηβ１を示す。図９に示されるようにデューティー比が０．５のときに各領域α，βの１次回折効率ηα１，ηβ１は最大となるので、図８における露光量ＬＩが４．０のときのデューティー比は０．５である。
【００５７】
図８および図９から、領域αにおいて、露光量ＬＩが３．５のときは、デューティー比は約０．４であり、露光量ＬＩが４．３のときはデューティー比は約０．６である。また領域βにおいて、露光量ＬＩが３．８のときは、デューティー比は約０．４であり、露光量ＬＩが４．４のときは、デューティー比は約０．６である。したがって各領域α，βのデューティー比が０．４〜０．６となるようにするには、露光量ＬＩを３．８〜４．３とすればよい。露光量ＬＩを４．０とすると、各領域のデューティー比が０．５となり、このとき１次回折効率比ηβ１／ηα１は０．９５となるので、１次回折効率比の所定の値の範囲０．９〜１．１を満足している。
【００５８】
１次回折効率からデューティー比Ｄ１／Ｄを算出するのに用いた式（１）は経験式であるが、通常は矩形断面を有する回折格子の０次回折効率η０および１次回折効率η１は、次の式（２）および式（３）でそれぞれ表される。
η０＝１−｛４Ｄ1／Ｄ−（２Ｄ1／Ｄ）2｝sin2Δφ …（２）
η１＝（２／π2）×｛１−cos（２πD1／D）｝sin2Δφ …（３）
【００５９】
式（２）、式（３）の右辺のΔφは、次式（４）で表される。
２Δφ＝２πｔ（ｎ−１）／λ …（４）
【００６０】
式（４）において、ｔは回折格子の溝の深さであり、ｎは回折格子の材質の屈折率であり、λは回折効率を測定するのに用いた光の波長である。
【００６１】
経験式である式（１）は、式（３）から導き出され、デューティー比が０．５付近では実測値とほぼ一致するので、本実施の形態における回折格子は、デューティー比が０．５付近であるので問題なく適用することができる。
【００６２】
本実施の形態のホログラム素子の製造方法によれば、回折格子のデューティー比および１次回折効率比とが所定の範囲となり、光学特性の良好なホログラム素子を製造することができる。従来の手法では、デューティー比と１次回折効率比とを同時に所定の値の範囲にすることが困難な場合があったが、これは露光時に用いるマスクの開口幅が適切でないことが原因であり、本発明の方法に従って得られた１次回折効率と露光量との関係、および露光量とデューティー比との関係から、マスクの開口幅の設計値を変更して、回折格子を作成するのに適した作成条件に変更することができる。
【００６３】
本実施の形態においてデューティー比を０．４〜０．６の値の範囲としたが、この範囲に限定することはない。たとえば紫外線硬化型樹脂製のホログラム素子を２Ｐ法で製造する場合、スタンパからホログラム素子を離反させる必要があるので、図４（２）に示すように回折格子の溝の側壁がテーパ状になっている。このような回折格子に反射防止膜を蒸着すると、溝の側壁がテーパ状になっているために溝の幅が狭くなるので、このような場合には、回折格子のデューティー比を０．５〜０．７とする。また精度をより高くするためには、デューティー比を０．５〜０．６とするとよい。
【００６４】
本実施の形態において１次回折効率比を０．９〜１．１の値の範囲としたが、製造における歩留りを向上するために、１次回折効率比を０．９２〜１．０８の値の範囲としてもよい。
【００６５】
上述の第１〜第３のホログラム素子は、ホログラムが２分割されるホログラム素子であるが、たとえば図２（３）に示される機種Ｃのようなホログラムが３分割されるホログラムであってもよい。
【００６６】
図１０は、本発明の他の実施の形態の光ピックアップ装置５１の構成を示す概略図である。光ピックアップ装置５１は、集積ユニット５２、コリメータレンズ５３、立上げミラー５４および対物レンズ５５を含んで構成される。集積ユニット５２は、本発明の製造方法によって製造されたホログラム素子５６、レーザ素子および受光素子（図示せず）を含んで構成される。コリメータレンズ５３は、集積ユニット５２のレーザ素子から出射した光を、平行光に変換する。立上げミラー５４は、入射した光を、前記光の光軸に垂直な方向へ反射する。対物レンズ５５は、立上げミラー５４で反射された光を、光ディスク６０の情報記録面上に集光する。
【００６７】
集積ユニット５２のレーザ素子から出射した光は、ホログラム素子５６およびコリメータレンズ５３を透過して、立上げミラー５４で光ディスク６０の方向に反射され、対物レンズ５５によって光ディスク６０の情報記録面に集光される。光ディスク６０の情報記録面で反射され光ディスク６０の情報を有する信号光は、対物レンズ５５を透過し、立上げミラー５４で反射され、コリメータレンズ５３を透過し、ホログラム素子５６のホログラムによって回折し、受光素子に入射する。
【００６８】
光ピックアップ装置５１において、集積ユニット５２、コリメータレンズ５３、立上げミラー５４の順に並んで配置され、立上げミラー５４、集光レンズ５５は、集積ユニット５２、コリメータレンズ５３、立上げミラー５４の並ぶ方向とは垂直な方向に順に並んで配置される。ホログラム素子５６を含む集積ユニット５２を用いることによって、光ピックアップ装置５１の構成が簡単になるとともに、装置の小形化も達成できる。この光ピックアップ装置５１の電気光学特性を測定すると、光ディスク読取り信号（略称：ＲＦ）の出力レベル、焦点誤差信号（略称：ＦＥＳ）の出力レベル、およびフォーカスエラー対称性等が、所望の仕様を満足した。
【００６９】
本実施の形態の光ピックアップ装置５１において、立上げミラー５４を用いたが、図１１（２）に示すように立上げミラーは無くても構わない。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ホログラム素子の各領域の１次回折効率比だけでなく、各領域の回折格子のデューティー比が所定の値の範囲になるようにホログラム素子を製造することができるので、ホトポリマー法（略称：２Ｐ法）によってホログラム素子を製造したり、ホログラムに反射防止膜を設けたりしても、１次回折効率比が所定の値の範囲から外れることなく、所望の光学特性を有するホログラム素子を製造することができる。
【００７１】
また本発明によれば、複数種類の露光量でエッチングを行ったホログラムの各領域の回折格子の１次回折効率を測定して、測定された１次回折効率から、１次回折効率が最大となる露光量を推定し、推定した露光量でのエッチングに基づいてデューティー比を算出し、さらに１次回折効率比を算出して、それぞれ範囲内となることが確認された露光量に決定するので、歩留りおよび生産性が向上する。
【００７２】
また本発明によれば、１枚のダミーガラスで複数種類の露光量について確認することができる。
【００７３】
また本発明によれば、複数種類の露光量について、それぞれ異なるガラス基板で確認することができる。
【００７４】
また本発明によれば、回折格子に反射防止膜を設けることによって、回折格子による光の反射を防ぐことができ、回折効率を高めることができる。また回折格子に反射防止膜を設けても、光学特性が変化しないホログラム素子を製造することができる。
【００７５】
また本発明によれば、回折格子の型であるスタンパを用いて、再現性の高い樹脂製のホログラムを有するホログラム素子を、個々のホログラムの光学的特性のばらつきを抑制するとともに生産性を高くして製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（１）は、本発明の実施の一形態のホログラム素子の製造方法によって製造された第１のホログラム素子３１を示す平面図であり、図１（２）は、第１のホログラム素子３１のホログラム３２に形成される回折格子３３を示す断面図である。
【図２】図２（１）は、機種Ａのホログラムを示す平面図であり、図２（２）は、機種Ｂのホログラムを示す平面図であり、図２（３）は、機種Ｃのホログラムを示す平面図である。
【図３】本実施の形態の第１のホログラム素子３１を製造する手順を示すフローチャートである。
【図４】図４（１）は、矩形断面の溝および凸部を有する回折格子のピッチＤと溝の開口幅Ｄ１とを示す断面図であり、図４（２）は側壁がテーパになる溝を有する回折格子のピッチＤと溝の開口幅Ｄ１とを示す断面図である。
【図５】図５（１）は、本実施の形態のホログラム素子の製造方法によって製造された第２のホログラム素子３１Ａを示す平面図であり、図５（２）は、第２のホログラム素子３１Ａのホログラム３２Ａに形成される回折格子３３Ａを示す断面図である。
【図６】本実施の形態のホログラム素子の製造方法によって製造された第３のホログラム素子における各領域α，βのデューティー比と１次回折効率との関係を示すグラフである。
【図７】第３のホログラム素子の領域αの１次回折効率ηα１と領域βの１次回折効率ηβ１との比である１次回折効率比ηβ１／ηα１と、デューティー比との関係を示すグラフである。
【図８】第３のホログラム素子を製造するときの露光量ＬＩに対する各領域α，βの１次回折効率および１次回折効率比ηβ１／ηα１とを示すグラフである。
【図９】式（１）から算出されたデューティー比と各領域α，βの１次回折効率ηα，ηβとの関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の他の実施の形態の光ピックアップ装置５１の構成を示す概略図である。
【図１１】図１１（１）は、従来の光ピックアップ装置１を示す概略図であり、図１１（２）は、集積ユニット光学系を用いた光ピックアップ装置１１を示す概略図である。
【図１２】ホトリソグラフィー法によるホログラムの製造工程を示す断面図である。
【図１３】ホトリソグラフィー法を用いてホログラムを製造するときの回折効率比を管理する手順を示すフローチャートである。
【図１４】ホトポリマー法によるホログラムの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
３１，３１Ａ，５６ ホログラム素子
３２，３２Ａ ホログラム
３３，３３Ａ 回折格子
３４ 反射防止膜
５１ 光ピックアップ装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体記録再生装置に搭載される光ピックアップ装置に用いられるホログラム素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報を記録したり、記録される情報を読出したりできる光ディスクは、大量の情報を高密度で記録できるため、映像音響機器およびコンピュータなど多分野にわたって利用されている。図１１（１）は、従来の光ピックアップ装置１を示す概略図である。光ピックアップ装置１は、光源２、立上げミラー３、コリメータレンズ４、対物レンズ５および光検出器６で構成される。光源２から出射した光は、立上げミラー３を透過し、コリメータレンズ４を透過して平行光になり、対物レンズ５によって光ディスク１０の情報記録面に集光される。光ディスク１０の情報記録面で反射された光ディスク１０の記録情報を有する信号光は、対物レンズ５およびコリメータレンズ４を透過して、立上げミラー３で反射されて、光検出器６に入射する。
【０００３】
光ディスクに記録される情報を読取る光記録媒体記録再生装置に搭載される光ピックアップ装置の再生特性を向上させるために、より多くの再生信号光を光検出器に入射させる必要があり、偏光光学系を採用することによって再生信号の質の向上を図ってきた。近年、受光素子を含む光検出部およびドライブ技術の進歩によって、信号光が弱くても充分な再生特性が得られるようになり、また装置の小形化および低コスト化のニーズが高まってきたために、偏光光学系を採用せずに、より簡素な構成の光学系を採用するようになってきた。その代表的な例として、回折素子を用いて、光源と光検出部とを一体化した集積ユニット光学系がある。
【０００４】
図１１（２）は、集積ユニット光学系を用いた光ピックアップ装置１１を示す概略図である。光ピックアップ装置１１は、大略的には集積ユニット１２および対物レンズ１３で構成される簡素な構成であり、集積ユニット１２と対物レンズ１３との間にコリメータレンズ１４を配置する構成となっている。また集積ユニット１２を用いる光ピックアップ装置は、集積ユニット１２と対物レンズ１３との間に立上げミラーを配置する構成としてもよい。
【０００５】
集積ユニット１２は、ホログラム素子１５、光源であるレーザ素子１７および光検出部である受光素子１８で構成される。ホログラム素子１５には、ホログラム１６が形成される。ホログラム１６は、２つの領域に分割され、各領域には回折格子が形成される。レーザ素子１７から出射した光は、ホログラム素子１５のホログラム１６を透過し、コリメータレンズ１４を透過して、対物レンズ１３によって光ディスク１０の情報記録面に集光される。対物レンズ１３およびコリメータレンズ１４を透過した光ディスク１０からの反射光がホログラム１６に入射して、ホログラム１６の各領域の回折格子によって回折して光検出部１８に入射する。ホログラム１６の一方の領域で回折された反射光は、光ディスク１０のピット情報の検出に用いられ、他方の領域で回折された反射光は、ピット情報の検出および焦点誤差信号の検出に用いられる。
【０００６】
またホログラム１６の各領域で回折された光の強度差によって、トラック誤差信号の検出を行う。この場合、ホログラムの各回折格子の１次回折効率が等しくないと、トラック誤差信号にオフセットが発生し、光ピックアップ装置による光ディスク上のトラックへの追従がうまくできなくなり、ピット情報がうまく検出できない。このためにホログラム素子を製造するときに、ホログラムの各領域の回折格子の１次回折効率の比である１次回折効率比を０．９〜１．１の範囲で管理して製造していた。ホログラムを形成する回折格子の１次回折効率は、回折格子の溝の深さおよび溝の開口幅によって決まるが、回折格子の溝の深さおよび溝の開口幅を管理することは困難である。
【０００７】
図１２は、ホトリソグラフィー法によるホログラムの製造工程を示す断面図である。図１２（１）に示される基板洗浄工程において、ガラス基板２１の表面が洗浄される。図１２（２）に示されるレジスト塗布工程において、感光体であるレジスト２２をスピンコート法によってガラス基板２１の表面に塗布し、溶剤揮発のためにベーキングを行う。
【０００８】
図１２（３）に示される露光工程では、ガラス基板２１とホログラムを構成する回折格子の微細パターンを有するマスクとを、レジスト２２を介して密着させて紫外線を照射し、回折格子の微細パターンがレジスト２２に形成される。図１２（４）に示されるエッチング工程において、露光工程において得られた微細パターンが形成されるレジスト２２を有するガラス基板２１を、ＣＦ4 ガスをエッチングガスとして用いて、反応性イオンエッチング装置（略称：ＲＩＥ装置）によってドライエッチングを行う。
【０００９】
図１２（５）に示されるアッシング工程では、ガラス基板２１に残留するレジスト２２を、溶剤による除去、または酸素ガス雰囲気中での灰化除去を行う。図１２（６）に示される分断工程では、ガラス基板２１に形成された複数のホログラムを、最終的に必要とされる形状に分割する。
【００１０】
図１３は、ホトリソグラフィー法を用いてホログラムを製造するときの回折効率比を管理する手順を示すフローチャートである。先ずガラス板にマスクを密着させる。次にホログラムの各領域の１次回折効率を、露光時間を変えて３回測定する。
【００１１】
次に１次回折効率比が０．９〜１．１であるか否かを判断する。１次回折効率は、ある露光量でピークを有するので、測定した各領域の１次回折効率を用いて、たとえば２次補間法によって各領域の１次回折効率が最大となる最適な露光量を求め、この最適な露光量における１次回折効率比を求める。この１次回折効率比が０．９〜１．１の範囲内であるか否かを判断し、範囲内でないと判断されると再び露光条件を変更する。このようにして、１次回折効率比が０．９〜１．１の範囲内となる最適な露光条件が決定される。露光条件が決定すると、これに基づいてホログラムの量産を行う。このようにマスクを変更する度に、このような最適露光量の管理を行えば、常にホログラムの２つの領域の１次回折効率比を０．９〜１．１の範囲内で管理することができる。
【００１２】
このような光学系に用いられるホログラム素子として、従来のガラス素子の他に、特開平１０−１８７０１４号公報および特開平１０−２５４３３５号公報に開示される紫外線硬化型樹脂製の素子が使用される。紫外線硬化型樹脂製の素子を使用することによって、従来のガラス素子にくらべて、材料が安価であるだけでなく、製造方法としてホトポリマー法（略称：２Ｐ法）と呼ばれる生産性の良い方法を利用することができ、ホログラム素子の製造コストを小さくすることができる。
【００１３】
図１４は、ホトポリマー法によるホログラムの製造工程を示す断面図である。先ず図１４（１）に示されるように、予め上述のホトリソグラフィー法によってガラス板に回折格子の型を形成した一対のスタンパ２３Ａ，２３Ｂを用いて、一方のスタンパ２３Ａの回折格子の型が形成される面をガラス基板２４の一方の面に面して配置し、他方のスタンパ２３Ｂの回折格子の型が形成される面をガラス基板２４の他方の面に面して配置して、ガラス基板２４の一方の面に紫外線硬化型樹脂２５を塗布し、他方のスタンパ２３Ｂの回折格子の型が形成される面に紫外線硬化型樹脂２５を塗布する。
【００１４】
続いて図１４（２）に示されるように、スタンパ２３Ａ，２３Ｂをガラス基板２４に当接させて、必要に応じて加圧して、紫外線硬化型樹脂２５をガラス基板２４の面に充分に圧し広げて、紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂２５を硬化させる。さらに図１４（３）に示されるように、ガラス基板２４および紫外線硬化型樹脂２５からスタンパ２３Ａ，２３Ｂを剥離させる。このようにしてガラス基板２４に回折格子が形成される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のホログラムの製造において、ホログラムの１次回折効率比だけを管理すると、ホログラムの回折格子に反射防止膜を設けたり、２Ｐ法においてガラス板をスタンパとして用いたりすると、形成されたホログラムの１次回折効率比が所定の値０．９〜１．１からしばしば外れてしまうことがある。これは回折効率比だけを管理しているので、ホログラムのいずれかの領域の回折格子の１次回折効率が偏った１次回折効率になっていることに起因する。
【００１６】
１次回折効率比を所定の範囲内にすることは、特に２つの領域の回折格子の格子間隔に差がある場合には非常に困難であった。このような場合には、格子間隔と格子の溝の開口幅との比であるデューティー比を犠牲にして、所望の１次回折効率比を得ることが多かった。デューティー比が所定の範囲外でも、所望の１次回折効率比を得ることができる。
【００１７】
デューティー比が所定の範囲外であるとき、回折格子の溝の開口幅と凸部の幅とが異なるために、たとえば回折格子に反射防止膜を蒸着すると、ホログラムの光学特性が変化してしまうことがあった。２Ｐ法によって回折格子を形成する場合には、スタンパと形成された回折格子とでは光学特性が異なるという問題が発生し、また形成したホログラム素子に反射防止膜を蒸着することによって光学特性が変化するという問題も発生した。
【００１８】
上述の問題を解決する方法として、ホログラム素子の各領域の回折格子の回折効率を管理する、すなわち各領域の回折格子のデューティー比および溝の深さを管理することが考えられる。しかしデューティー比の測定は、レーザ顕微鏡等を用いると測定に要する時間は短いが、回折格子の格子間隔が２μｍ程度と非常に小さいために、高精度で測定することが困難であった。また、たとえば走査型トンネル顕微鏡（略称：ＳＴＭ）および原子間力顕微鏡（略称：ＡＦＭ）等の高精度で微細パターンを測定することができる装置を用いると、測定に要する時間が長く、すべてのホログラムを検査することができない。さらに測定に要する時間を短くするために、回折格子の極微小な領域だけを測定すると、ホログラム全体にわたって光学特性が満足する特性となる保証ができなかった。元来、ＳＴＭおよびＡＦＭなどでは、測定できる領域が小さく、大きなホログラムでは一度の測定では全体を測定できないという問題もあった。
【００１９】
また回折格子の開口幅は、露光工程（アライメント工程）において用いられるマスクの微細パターンの開口幅および露光量によって主に決定される。このとき、用いるマスクの開口幅が適切でないと、露光量等の露光条件を変更して回折格子を形成しても所望の特性となる回折格子を得ることができない。
【００２０】
したがって本発明の目的は、従来の製造方法をそのまま用いて、その製造方法にわずかな改良を加えることによって、量産性を損なうことなく高精度で所望のホログラム素子を製造する方法を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも２つの領域に分割され、各領域に回折格子が形成されるホログラムを有する多分割ホログラム素子の製造方法において、
ホログラム素子の回折格子がホトリソグラフィー工程によって形成され、
該ホトリソグラフィー工程での露光量は、
複数種類の露光量で露光したレジストを使用してガラス基板のエッチングを行って、各領域の回折格子の１次回折効率を測定し、
該複数種類の露光量に対する各領域の１次回折効率の測定結果に基づいて、該複数種類のうちで１次回折効率が最大となる露光量を求め、
該露光量で形成した回折格子のデューティー比を算出し、
算出したデューティー比の値が０．４〜０．６の範囲内となるデューティー比条件を満たすか否かを確認し、
デューティー比条件が満たされないときは、該複数種類の露光量を変えてエッチングを行うことを、デューティー比条件が満たされるまで繰り返して行い、
デューティー比条件が満たされれば、該露光量で形成した各領域の１次回折効率比の値が０．９〜１．１の範囲内となる１次回折効率比条件が満たされるか否かを確認し、
１次回折効率比条件が満たされないときは、マスク設定値を変更してから、複数種類の露光量でエッチングを行うことを、該デューティー比条件が満たされ、さらに該１次回折効率比条件が満たされるまで、繰り返して行って、
該デューティー比条件および該１次回折効率比条件の両方を満たすように決定することを特徴とするホログラム素子製造方法である。
【００２２】
本発明に従えば、ホトリソグラフィー工程の露光量を適切に決定して、ホログラム素子の各領域の１次回折効率比だけでなく、各領域の回折格子のデューティー比が所定の値の範囲になるようにホログラム素子を製造することができ、１次回折効率比が所定の値の範囲から外れることなく、所望の光学特性を有するホログラム素子を製造することができる。
【００２３】
また本発明は、前記複数種類のうちで１次回折効率が最大となる露光量に替えて、該複数種類の露光量と各露光量に対する１次回折効率との関係に基づいて、１次回折効率が最大となる露光量を推定し、
推定した露光量でエッチングを行って、前記各領域の回折格子の１次回折効率を改めて測定してから、前記デューティー比条件および前記１次回折効率比条件が満たされる露光量を決定することを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、ホログラムの各領域の回折格子の１次回折効率が最大となる露光量を推定し、推定された露光量でエッチングしたホログラムの各領域を測定して、各回折格子のデューティー比を算出するので、所望の光学特性を有するホログラム素子を製造することができる。
【００２５】
また本発明で、前記複数種類の露光量での露光は、１枚のダミーガラスへの多重露光法によって行うことを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、１枚のダミーガラスで複数種類の露光量に対応するホログラム素子を製造することができる。
【００２７】
また本発明で、前記複数種類の露光量での露光は、該複数のガラス基板を用い、各種類の露光量毎にガラス基板を変えて行うことを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、複数種類の露光量の各露光量毎に異なるガラス基板を用いて、露光量を決定することができる。
【００２９】
また本発明は、ホログラムの領域のうち少なくとも１つの領域に反射防止膜を設けることを特徴とする。
【００３０】
本発明に従えば、回折格子に反射防止膜を設けることによって、回折格子による光の反射を防ぐことができ、回折効率を高めることができる。また回折格子に反射防止膜を設けても、光学特性が変化しないホログラム素子を製造することができる。
【００３１】
また本発明は、ホトリソグラフィー工程で形成された回折格子の型を用いて成型して製造することを特徴とする。
【００３２】
本発明に従えば、回折格子の型であるスタンパを用いて、再現性の高い樹脂製のホログラムを有するホログラム素子を、個々のホログラムの光学的特性のばらつきを抑制するとともに生産性を高くして製造することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１（１）は、本発明の実施の一形態のホログラム素子の製造方法によって製造された第１のホログラム素子３１を示す平面図であり、図１（２）は、第１のホログラム素子３１のホログラム３２に形成される回折格子３３を示す断面図である。第１のホログラム素子３１およびホログラム３２の材質は、石英ガラスである。第１のホログラム素子３１の一表面の中央部に、ホログラム３２が設けられる。ホログラム３２の回折格子３３は、図１２で説明したホトリソグラフィー法によって形成される。本実施の形態において、反応性イオンエッチング装置（略称：ＲＩＥ装置）でＣＦ4 ガスをエッチングガスとして用いてドライエッチングを行って回折格子３３を形成し、回折格子３３の溝の深さを３７０ｎｍとした。
【００３８】
図２は、ホログラムを示す平面図である。図２（１）は、機種Ａのホログラムを示す。機種Ａにおいてホログラムは、領域αおよび領域βの２つの領域に分割されており、各領域α，βにおける回折格子の格子間隔であるピッチは表１に示される値となっている。図２（２）は、機種Ｂのホログラムを示す。機種Ｂにおいてホログラムは、機種Ａと同様に領域αおよび領域βの２つの領域に分割されており、各領域α，βにおける回折格子のピッチは表１に示される値となっている。図２（３）は、機種Ｃのホログラムを示す。機種Ｃにおいてホログラムは、領域α、領域βおよび領域γの３つの領域に分割されており、各領域α，β，γにおける回折格子のピッチは表１に示される値となっている。
【００３９】
【表１】
第１のホログラム素子３１のホログラム３２は、図２（２）に示される機種Ｂであり、表１に示されるように領域αおよび領域βの回折格子のピッチはそれぞれ１．８９３μｍ〜２．０３μｍおよび１．４５３μｍ〜１．６５５μｍである。
【００４１】
本実施の形態のホログラム素子製造方法は、複数種類の露光量でエッチングを行う毎に各領域α，βの回折格子の１次回折効率を測定し、測定した露光量および１次回折効率と、予め定めるデューティー比と１次回折効率との関係を表す式とに基づいて、ホログラムの各領域α，βの回折格子のデューティー比を算出する。
【００４２】
図３は、本実施の形態の第１のホログラム素子３１を製造する手順を示すフローチャートである。ステップｓ０で前記手順が開始され、ステップｓ１に進む。ステップｓ１では、回折格子のパターンが形成されるマスクを作成し、ステップｓ２に進む。ステップｓ２では、ホログラム３２の各領域α，βを複数種類、本実施の形態においては３種類の露光量で露光してエッチングを行い、各露光量によるエッチング毎に各領域α，βの１次回折効率を測定して、ステップｓ３に進む。
【００４３】
ステップｓ３では、ステップｓ２において測定された各領域α，βの１次回折効率と露光量との関係から、各領域α，βの１次回折効率が最大となる露光量を求める。ステップｓ４に進む。ステップｓ３における１次回折効率が最大となる露光量の求め方は、たとえば測定された１次回折効率のうち最大の１次回折効率となる露光量としてもよく、また測定によって得られた各領域α，βの１次回折効率と露光量とから、この１次回折効率との関係を２次曲線で補間して、１次回折効率が最大となる露光量を推定して求めても良い。また１次回折効率と露光量との関係を求める方法としては、１枚のダミーガラスを用いて、多重露光法によって前記ダミーガラスに露光して求めてもよいし、複数のガラスを用いて、各ガラスに露光して求めてもよい。
【００４４】
続いてステップｓ４では、ステップｓ３で求めた各領域α，βの回折格子の１次回折効率が最大となる露光量を用いてホログラム３２を作成し、改めて測定したホログラム３２の各領域α，βの１次回折効率と露光量とから、各領域α，βの回折格子３３のデューティー比を算出し、ステップｓ５に進む。各領域α，βの回折格子３３のデューティー比と、各領域α，βの１次回折効率ηｅとの関係は、次式（１）で表される。
【００４５】
ηｅ＝ηｍ｛１−ｃｏｓ（２πＤ１／Ｄ）｝ …（１）
式（１）のＤは回折格子の格子間隔（以後、「ピッチ」ともいう）であり、Ｄ１は回折格子の溝の開口幅である。式（１）においてデューティー比は、Ｄ１／Ｄである。ηｍは各領域α，βの最大回折効率であり、各領域α，βの１次回折効率と露光量との関係から求められる。
【００４６】
図４（１）は、矩形断面の溝および凸部を有する回折格子のピッチＤと溝の開口幅Ｄ１とを示す断面図であり、図４（２）は側壁がテーパになる溝を有する回折格子のピッチＤと溝の開口幅Ｄ１とを示す断面図である。図４（２）に示される台形断面の溝および凸部を有する回折格子において、溝の開口幅Ｄ１は溝の深さｔの半分の位置における開口幅と定義する。
【００４７】
ステップｓ５では、式（１）によって求められた各領域α，βのデューティー比が、０．４〜０．６であるか否かを判断し、デューティー比が０．４〜０．６であると判断されるとステップｓ６に進み、デューティー比が０．４〜０．６でないと判断されるとステップｓ２に戻る。ステップｓ２では、露光量を変更する。ステップｓ５においてデューティー比が０．４〜０．６であると判断されると、ステップｓ６では、領域α，βの１次回折効率比が０．９〜１．１であるか否かを判断し、１次回折効率比が０．９〜１．１であると判断されるとステップｓ７に進み、１次回折効率比が０．９〜１．１でないと判断されるとステップｓ９に進む。
【００４８】
ステップｓ６において１次回折効率比が０．９〜１．１であると判断されると、ステップｓ７では、上述のステップにおいて得られたデューティー比と露光量との関係から、デューティー比が所定の値の範囲となる露光量の範囲を決定し、１次回折効率比が所定の値の範囲となる露光量の範囲をして、これらから最適露光量を決定し、この最適露光量を用いてホログラム３２を量産して、ステップｓ８に進み、すべての手順を終了する。ステップｓ６において１次回折効率比が０．９〜１．１でないと判断されると、ステップｓ９では、マスクの設定値を変更してステップｓ１に戻る。
【００４９】
コンパクトディスク（略称：ＣＤ）を読取る光ピックアップ装置に用いられるホログラム素子では、回折格子の溝の深さは３７０±２０ｎｍ程度で、デューティー比は０．４〜０．６である。この条件の元では、領域αと領域βとの１次回折効率比は０．９〜１．１となる。
【００５０】
図５（１）は、本実施の形態のホログラム素子の製造方法によって製造された第２のホログラム素子３１Ａを示す平面図であり、図５（２）は、第２のホログラム素子３１Ａのホログラム３２Ａに形成される回折格子３３Ａを示す断面図である。第２のホログラム素子３１Ａおよびホログラム３２Ａの材質は、青板ガラスである。第２のホログラム素子３１Ａの一表面の中央部に、ホログラム３２Ａが設けられる。ホログラム３２Ａの回折格子３３Ａは、第１のホログラム素子３１のホログラム３２の回折格子３３と同様に作成される。ホログラム３２Ａは、図２（１）に示される機種Ａであり、機種Ａにおいてホログラムは、領域αおよび領域βの２つの領域に分割されており、表１に示されるように領域αおよび領域βの回折格子のピッチはそれぞれ２．６３μｍ〜２．７５μｍおよび１．９１μｍ〜１．９８μｍである。また第２のホログラム素子３１Ａのホログラム３２Ａの各領域α，βには、反射防止膜３４が蒸着されて設けられる。反射防止膜３４は、ＳｉＯ／ＳｉＯ2 の２層構造である。領域αおよび領域βの１次回折効率は、それぞれ１８．６％および１７．７％であった。
【００５１】
図６は、本実施の形態のホログラム素子の製造方法によって製造された第３のホログラム素子における各領域α，βのデューティー比と１次回折効率との関係を示すグラフである。第３のホログラム素子のホログラムは、第１および第２のホログラム素子３１，３１Ａと同様の製造方法で作成されたスタンパを用いて、従来の技術で説明したホトポリマー法（略称：２Ｐ法）で製造される。第３のホログラム素子のホログラムは、図２（２）に示される機種Ｂであり、機種Ｂにおいてホログラムは、領域αおよび領域βの２つの領域に分割されており、表１に示されるように領域αおよび領域βの回折格子のピッチはそれぞれ１．８９３μｍ〜２．０３μｍおよび１．４５３μｍ〜１．６５５μｍである。図６のＧ１は領域αの回折格子のデューティー比と１次回折効率ηα１との関係を示し、Ｇ２は領域βの回折格子のデューティー比と１次回折効率ηβ１との関係を示す。図６に示されるように、各領域α，βの回折効率ηα１，ηβ１の、最大１次回折効率から最大１次回折効率より２％低い１次回折効率までの範囲におけるデューティー比は、０．４〜０．６となる。
【００５２】
図７は、第３のホログラム素子の領域αの１次回折効率ηα１と領域βの１次回折効率ηβ１との比である１次回折効率比ηβ１／ηα１と、デューティー比との関係を示すグラフである。デューティー比が０．３〜０．７のとき、１次回折効率比ηβ１／ηα１は０．９以上である。
【００５３】
表２は、第３のホログラム素子を製造するときの露光量ＬＩに対する各領域α，βの１次回折効率および１次回折効率比ηβ１／ηα１とを示す表である。
【００５４】
【表２】
図８は、第３のホログラム素子を製造するときの露光量ＬＩに対する各領域α，βの１次回折効率および１次回折効率比ηβ１／ηα１とを示すグラフである。図８において、Ｇ３は領域αの１次回折効率ηα１を示し、Ｇ４は領域βの１次回折効率ηβ１を示し、Ｇ５は１次回折効率比ηβ１／ηα１を示す。従来の製造方法では、１次回折効率比を重視するために露光量ＬＩを４．３程度とする露光条件で製造していたが、本実施の形態では図８に示すように、領域αおよび領域βともに露光量ＬＩが４．０で１次回折効率ηα１，ηβ１が最大となっている。
【００５６】
図９は、式（１）から算出されたデューティー比と各領域α，βの１次回折効率ηα１，ηβ１との関係を示すグラフである。図９において、Ｇ６は領域αの１次回折効率ηα１を示し、Ｇ７は領域βの１次回折効率ηβ１を示す。図９に示されるようにデューティー比が０．５のときに各領域α，βの１次回折効率ηα１，ηβ１は最大となるので、図８における露光量ＬＩが４．０のときのデューティー比は０．５である。
【００５７】
図８および図９から、領域αにおいて、露光量ＬＩが３．５のときは、デューティー比は約０．４であり、露光量ＬＩが４．３のときはデューティー比は約０．６である。また領域βにおいて、露光量ＬＩが３．８のときは、デューティー比は約０．４であり、露光量ＬＩが４．４のときは、デューティー比は約０．６である。したがって各領域α，βのデューティー比が０．４〜０．６となるようにするには、露光量ＬＩを３．８〜４．３とすればよい。露光量ＬＩを４．０とすると、各領域のデューティー比が０．５となり、このとき１次回折効率比ηβ１／ηα１は０．９５となるので、１次回折効率比の所定の値の範囲０．９〜１．１を満足している。
【００５８】
１次回折効率からデューティー比Ｄ１／Ｄを算出するのに用いた式（１）は経験式であるが、通常は矩形断面を有する回折格子の０次回折効率η０および１次回折効率η１は、次の式（２）および式（３）でそれぞれ表される。
η０＝１−｛４Ｄ1／Ｄ−（２Ｄ1／Ｄ）2｝sin2Δφ …（２）
η１＝（２／π2）×｛１−cos（２πD1／D）｝sin2Δφ …（３）
【００５９】
式（２）、式（３）の右辺のΔφは、次式（４）で表される。
２Δφ＝２πｔ（ｎ−１）／λ …（４）
【００６０】
式（４）において、ｔは回折格子の溝の深さであり、ｎは回折格子の材質の屈折率であり、λは回折効率を測定するのに用いた光の波長である。
【００６１】
経験式である式（１）は、式（３）から導き出され、デューティー比が０．５付近では実測値とほぼ一致するので、本実施の形態における回折格子は、デューティー比が０．５付近であるので問題なく適用することができる。
【００６２】
本実施の形態のホログラム素子の製造方法によれば、回折格子のデューティー比および１次回折効率比とが所定の範囲となり、光学特性の良好なホログラム素子を製造することができる。従来の手法では、デューティー比と１次回折効率比とを同時に所定の値の範囲にすることが困難な場合があったが、これは露光時に用いるマスクの開口幅が適切でないことが原因であり、本発明の方法に従って得られた１次回折効率と露光量との関係、および露光量とデューティー比との関係から、マスクの開口幅の設計値を変更して、回折格子を作成するのに適した作成条件に変更することができる。
【００６３】
本実施の形態においてデューティー比を０．４〜０．６の値の範囲としたが、この範囲に限定することはない。たとえば紫外線硬化型樹脂製のホログラム素子を２Ｐ法で製造する場合、スタンパからホログラム素子を離反させる必要があるので、図４（２）に示すように回折格子の溝の側壁がテーパ状になっている。このような回折格子に反射防止膜を蒸着すると、溝の側壁がテーパ状になっているために溝の幅が狭くなるので、このような場合には、回折格子のデューティー比を０．５〜０．７とする。また精度をより高くするためには、デューティー比を０．５〜０．６とするとよい。
【００６４】
本実施の形態において１次回折効率比を０．９〜１．１の値の範囲としたが、製造における歩留りを向上するために、１次回折効率比を０．９２〜１．０８の値の範囲としてもよい。
【００６５】
上述の第１〜第３のホログラム素子は、ホログラムが２分割されるホログラム素子であるが、たとえば図２（３）に示される機種Ｃのようなホログラムが３分割されるホログラムであってもよい。
【００６６】
図１０は、本発明の他の実施の形態の光ピックアップ装置５１の構成を示す概略図である。光ピックアップ装置５１は、集積ユニット５２、コリメータレンズ５３、立上げミラー５４および対物レンズ５５を含んで構成される。集積ユニット５２は、本発明の製造方法によって製造されたホログラム素子５６、レーザ素子および受光素子（図示せず）を含んで構成される。コリメータレンズ５３は、集積ユニット５２のレーザ素子から出射した光を、平行光に変換する。立上げミラー５４は、入射した光を、前記光の光軸に垂直な方向へ反射する。対物レンズ５５は、立上げミラー５４で反射された光を、光ディスク６０の情報記録面上に集光する。
【００６７】
集積ユニット５２のレーザ素子から出射した光は、ホログラム素子５６およびコリメータレンズ５３を透過して、立上げミラー５４で光ディスク６０の方向に反射され、対物レンズ５５によって光ディスク６０の情報記録面に集光される。光ディスク６０の情報記録面で反射され光ディスク６０の情報を有する信号光は、対物レンズ５５を透過し、立上げミラー５４で反射され、コリメータレンズ５３を透過し、ホログラム素子５６のホログラムによって回折し、受光素子に入射する。
【００６８】
光ピックアップ装置５１において、集積ユニット５２、コリメータレンズ５３、立上げミラー５４の順に並んで配置され、立上げミラー５４、集光レンズ５５は、集積ユニット５２、コリメータレンズ５３、立上げミラー５４の並ぶ方向とは垂直な方向に順に並んで配置される。ホログラム素子５６を含む集積ユニット５２を用いることによって、光ピックアップ装置５１の構成が簡単になるとともに、装置の小形化も達成できる。この光ピックアップ装置５１の電気光学特性を測定すると、光ディスク読取り信号（略称：ＲＦ）の出力レベル、焦点誤差信号（略称：ＦＥＳ）の出力レベル、およびフォーカスエラー対称性等が、所望の仕様を満足した。
【００６９】
本実施の形態の光ピックアップ装置５１において、立上げミラー５４を用いたが、図１１（２）に示すように立上げミラーは無くても構わない。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ホログラム素子の各領域の１次回折効率比だけでなく、各領域の回折格子のデューティー比が所定の値の範囲になるようにホログラム素子を製造することができるので、ホトポリマー法（略称：２Ｐ法）によってホログラム素子を製造したり、ホログラムに反射防止膜を設けたりしても、１次回折効率比が所定の値の範囲から外れることなく、所望の光学特性を有するホログラム素子を製造することができる。
【００７１】
また本発明によれば、複数種類の露光量でエッチングを行ったホログラムの各領域の回折格子の１次回折効率を測定して、測定された１次回折効率から、１次回折効率が最大となる露光量を推定し、推定した露光量でのエッチングに基づいてデューティー比を算出し、さらに１次回折効率比を算出して、それぞれ範囲内となることが確認された露光量に決定するので、歩留りおよび生産性が向上する。
【００７２】
また本発明によれば、１枚のダミーガラスで複数種類の露光量について確認することができる。
【００７３】
また本発明によれば、複数種類の露光量について、それぞれ異なるガラス基板で確認することができる。
【００７４】
また本発明によれば、回折格子に反射防止膜を設けることによって、回折格子による光の反射を防ぐことができ、回折効率を高めることができる。また回折格子に反射防止膜を設けても、光学特性が変化しないホログラム素子を製造することができる。
【００７５】
また本発明によれば、回折格子の型であるスタンパを用いて、再現性の高い樹脂製のホログラムを有するホログラム素子を、個々のホログラムの光学的特性のばらつきを抑制するとともに生産性を高くして製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（１）は、本発明の実施の一形態のホログラム素子の製造方法によって製造された第１のホログラム素子３１を示す平面図であり、図１（２）は、第１のホログラム素子３１のホログラム３２に形成される回折格子３３を示す断面図である。
【図２】図２（１）は、機種Ａのホログラムを示す平面図であり、図２（２）は、機種Ｂのホログラムを示す平面図であり、図２（３）は、機種Ｃのホログラムを示す平面図である。
【図３】本実施の形態の第１のホログラム素子３１を製造する手順を示すフローチャートである。
【図４】図４（１）は、矩形断面の溝および凸部を有する回折格子のピッチＤと溝の開口幅Ｄ１とを示す断面図であり、図４（２）は側壁がテーパになる溝を有する回折格子のピッチＤと溝の開口幅Ｄ１とを示す断面図である。
【図５】図５（１）は、本実施の形態のホログラム素子の製造方法によって製造された第２のホログラム素子３１Ａを示す平面図であり、図５（２）は、第２のホログラム素子３１Ａのホログラム３２Ａに形成される回折格子３３Ａを示す断面図である。
【図６】本実施の形態のホログラム素子の製造方法によって製造された第３のホログラム素子における各領域α，βのデューティー比と１次回折効率との関係を示すグラフである。
【図７】第３のホログラム素子の領域αの１次回折効率ηα１と領域βの１次回折効率ηβ１との比である１次回折効率比ηβ１／ηα１と、デューティー比との関係を示すグラフである。
【図８】第３のホログラム素子を製造するときの露光量ＬＩに対する各領域α，βの１次回折効率および１次回折効率比ηβ１／ηα１とを示すグラフである。
【図９】式（１）から算出されたデューティー比と各領域α，βの１次回折効率ηα，ηβとの関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の他の実施の形態の光ピックアップ装置５１の構成を示す概略図である。
【図１１】図１１（１）は、従来の光ピックアップ装置１を示す概略図であり、図１１（２）は、集積ユニット光学系を用いた光ピックアップ装置１１を示す概略図である。
【図１２】ホトリソグラフィー法によるホログラムの製造工程を示す断面図である。
【図１３】ホトリソグラフィー法を用いてホログラムを製造するときの回折効率比を管理する手順を示すフローチャートである。
【図１４】ホトポリマー法によるホログラムの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
３１，３１Ａ，５６ ホログラム素子
３２，３２Ａ ホログラム
３３，３３Ａ 回折格子
３４ 反射防止膜
５１ 光ピックアップ装置
Claims (6)
- 少なくとも２つの領域に分割され、各領域に回折格子が形成されるホログラムを有する多分割ホログラム素子の製造方法において、
ホログラム素子の回折格子がホトリソグラフィー工程によって形成され、
該ホトリソグラフィー工程での露光量は、
複数種類の露光量で露光したレジストを使用してガラス基板のエッチングを行って、各領域の回折格子の１次回折効率を測定し、
該複数種類の露光量に対する各領域の１次回折効率の測定結果に基づいて、該複数種類のうちで１次回折効率が最大となる露光量を求め、
該露光量で形成した回折格子のデューティー比を算出し、
算出したデューティー比の値が０．４〜０．６の範囲内となるデューティー比条件を満たすか否かを確認し、
デューティー比条件が満たされないときは、該複数種類の露光量を変えてエッチングを行うことを、デューティー比条件が満たされるまで繰り返して行い、
デューティー比条件が満たされれば、該露光量で形成した各領域の１次回折効率比の値が０．９〜１．１の範囲内となる１次回折効率比条件が満たされるか否かを確認し、
１次回折効率比条件が満たされないときは、マスク設定値を変更してから、複数種類の露光量でエッチングを行うことを、該デューティー比条件が満たされ、さらに該１次回折効率比条件が満たされるまで、繰り返して行って、
該デューティー比条件および該１次回折効率比条件の両方を満たすように決定することを特徴とするホログラム素子製造方法。 - 前記複数種類のうちで１次回折効率が最大となる露光量に替えて、該複数種類の露光量と各露光量に対する１次回折効率との関係に基づいて、１次回折効率が最大となる露光量を推定し、
推定した露光量でエッチングを行って、前記各領域の回折格子の１次回折効率を改めて測定してから、前記デューティー比条件および前記１次回折効率比条件が満たされる露光量を決定することを特徴とする請求項１記載のホログラム素子製造方法。 - 前記複数種類の露光量での露光は、１枚のダミーガラスへの多重露光法によって行うことを特徴とする請求項１または２記載のホログラム素子製造方法。
- 前記複数種類の露光量での露光は、該複数のガラス基板を用い、各種類の露光量毎にガラス基板を変えて行うことを特徴とする請求項１または２記載のホログラム素子製造方法。
- ホログラムの領域のうち少なくとも１つの領域に反射防止膜を設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のホログラム素子製造方法。
- ホトリソグラフィー工程で形成された回折格子の型を用いて成型して製造することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のホログラム素子製造方法。
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