JP4211817B2 - 形状可変ミラーの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ピックアップ装置に搭載される形状可変ミラーの製造方法に関する。

従来より、画像や音声等の情報を記録する光記録媒体として、ＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）が実用化されている。更に近年では、より一層の高密度記録を実現するために波長の短い青紫色のレーザ光を採用した次世代ＤＶＤが実用化される段階にある。このような光ディスクにアクセスするためにはドライブ装置としての光ディスク装置が必要であり、この光ディスク装置では、光ディスクを回転させ、その光ディスクの記録面にレーザ光を導いて情報の記録又は消去が行われ、記録面からの反射光に基づいて情報の再生が行われる。そして、このような機能を実現できるように、光ディスク装置には、レーザ光を出射し、そのレーザ光を光ディスクの記録面に導いて光スポットを形成するとともに、光ディスクの記録面からの反射光を受光するといった一連の装置として、光ピックアップ装置が備えられている。

ここで、光ピックアップ装置においては、特に次世代ＤＶＤに関して、準拠する規格に従って高開口数（ＮＡ）とされる場合があり、この場合、光ディスクの厚さが微妙に変動することによって生じる球面収差の影響が顕著となり、微小な光スポットが得られなくなることがある。そのため、再生信号のジッタが劣化したり、記録時のピークパワーが低下したりし、結果として記録・再生品質が低下してしまう。

また、光ディスクの反り等に起因して記録面に対してレーザ光の光軸が微妙に傾くことがあり、この場合、レーザ光の光路が曲げられてコマ収差が発生し、適正なスポット径に集光することができなくなる。その結果、記録・再生品質が低下してしまう。その他にも、光ピックアップ装置の構成要素である光学レンズやビームスプリッタ等の光学系の配置精度に起因して非点収差が発生し、結果として記録・再生品質の低下が引き起こされる。

こういった事態の発生を防止するために、球面収差等の波面収差を補正する形状可変ミラーが提案されている。例えば、図４に示すように、形状可変ミラー１を光学系に採用した光ピックアップ装置は、半導体レーザ１２、コリメートレンズ１３、ビームスプリッタ１４、形状可変ミラー１、１／４波長板１５、対物レンズ１６、集光レンズ１７、光検出器１８等より構成される。半導体レーザ１２から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ１３で平行光にされ、この平行光は、ビームスプリッタ１４を通過して、１／４波長板１５でレーザ光の偏光状態を変化された後に、形状可変ミラー１で反射され、対物レンズ１６で集光されて光ディスクＤの記録面に達する。また、光ディスクＤの記録面から反射されたレーザ光は、対物レンズ１６を通過後、形状可変ミラー１で反射されて１／４波長板１５を通過し、その後ビームスプリッタ１４で今度は反射され、集光レンズ１７で集光されて最終的に光検出器１８に達する。

ここでの形状可変ミラー１は、１つは、光ディスクＤへ向けてレーザ光を反射させるとともに、光ディスクＤからの反射光を光ディスクＤと平行に反射させるいわゆる立上げミラーの役割を担う。また、その反射面を適宜変形させてレーザ光の反射角を微調整し、これにより波面収差を補正する役割を担う。その際、光検出器１８で得られた信号に基づいて、波面収差の補正が必要な場合には、光ピックアップ装置が備える制御部より形状可変ミラー１に信号が送られ、収差を補正するようにその反射面が変形される。

形状可変ミラー１としては、圧電材料から成る圧電体の特質を利用したものがある（例えば特許文献１、２参照）。この形状可変ミラー１は、大きくは、支持基板と、この支持基板に対向しつつ支柱を介在して支持されたミラー基板と、支持基板とミラー基板との間に挟持された圧電体と、より構成される。ミラー基板の外面上には、レーザ光の反射面となる反射膜が形成されている。圧電体に所定の電圧が加えられることにより電界が印加されると、圧電体が支持基板とミラー基板との間で伸縮する。その伸縮に従ってミラー基板が弾性的に変形し、そのミラー基板の変形に追従して反射膜すなわち反射面が変形されるわけである。
特開２００４−１０９７６９号公報 特開２００４−２２６４５７号公報

ところで、このような形状可変ミラーの量産に適した製造手法については、未だ確立されていないのが実情である。例えば、現状では、支持基板、ミラー基板それぞれの素になるウエハから、個々の形状可変ミラーとなる支持基板、ミラー基板を予め切り出しておき、その支持基板とミラー基板との間に支柱、圧電体を挟み込んで、両基板と支柱、両基板と圧電体をそれぞれ互いに接合する。そして、ミラー基板の外面上に反射膜を形成する。これで一応は形状可変ミラーを得ることができる。

しかし、このような手法では、ミラー基板と支柱、ミラー基板と圧電体それぞれの接合部分に生じた局部的な残留応力に起因して、そのミラー基板に歪が発生することが多い。そのミラー基板が歪んだままではその外面上に形成される反射膜も歪んだ状態になるため、適正な反射面とはならない。そうすると、得られる形状可変ミラーの良品率が悪化することから、量産体制には不適な手法と言える。

そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、形状可変ミラーの量産に適した製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明による形状可変ミラーの製造方法は、支持基板と、この支持基板に対向しつつ支柱を介在して支持され、外面上に反射膜を有するミラー基板と、前記支持基板と前記ミラー基板との間に挟持され、電界の印加により伸縮して前記ミラー基板と共に前記反射膜を変形させる圧電体と、を備える形状可変ミラーの製造方法であって、以下の工程を含む。前記支持基板と前記ミラー基板との間に前記支柱及び前記圧電体を挟み込み、前記支持基板と前記支柱、前記支持基板と前記圧電体、前記ミラー基板と前記支柱、及び前記ミラー基板と前記圧電体のうち、少なくとも前記支持基板と前記支柱、前記支持基板と前記圧電体、及び前記ミラー基板と前記支柱を互いに接合する接合工程。前記ミラー基板の外面全域に外面が平坦化された弾性膜を形成する弾性膜形成工程。前記弾性膜上に反射膜を形成する反射膜形成工程。なお、前記弾性膜形成工程を前記接合工程よりも後に行い、前記反射膜形成工程を前記弾性膜形成工程よりも後に行う。

これにより、ミラー基板の外面上に形成された弾性膜の平坦にされた外面上に反射膜６が形成されるため、その反射膜の反射面も平坦になり、良好な品質の形状可変ミラーを確実に得ることができる。

ここで、前記弾性膜が樹脂製であることが好ましい。

また、実用的には、前記接合工程において、前記支持基板と前記支柱との接合部分、及び前記支持基板と前記圧電体との接合部分に、金属の薄層を介在させ、互いを押圧しながら加熱することにより拡散接合するとよい。

同様に、前記接合工程において、前記ミラー基板と前記支柱との接合部分、及び前記ミラー基板と前記圧電体との接合部分に、金属の薄層を介在させ、互いを押圧しながら加熱することにより拡散接合するとよい。

本発明の形状可変ミラーの製造方法によれば、良好な品質の形状可変ミラーを確実に得ることができ、量産体制に十分適する。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳述する。図１は本発明の一実施形態である形状可変ミラーの製造方法によって製造された形状可変ミラーを示す断面図であって、同図（ａ）は非駆動状態を示し、同図（ｂ）は駆動状態を示している。図２はその形状可変ミラーの概略構成を示す分解斜視図、図３は本発明の一実施形態である形状可変ミラーの製造方法の手順を示す断面図である。

先ず、本実施形態での形状可変ミラー１について述べる。図１（ａ）、図２に示すように、本実施形態での形状可変ミラー１は、大きくは、概ね正方形の支持基板２と、この支持基板２よりもサイズがやや小さく概ね正方形で、支持基板２に対向するミラー基板３と、支持基板２とミラー基板３との間での所定位置に挟み込まれた複数の圧電体４、複数の支柱５と、より構成される。ここでの形状可変ミラー１では、図２に示すように、ミラー基板３の４隅と、その４辺の各中心とに、それぞれ支柱５が配置されていて、その４辺の各中心に配置された支柱５に対し中央寄りに所定の隙間をあけて、それぞれ圧電体４が配置されている。つまり、ミラー基板３の中央から十字方向それぞれの外方へ向けて順に、圧電体４、支柱５が配置された格好になっている。

支持基板２は、各部品を支持するための土台となる板である。その材質としては、ガラスが適用される。但し、絶縁性を有する限り、例えばセラミックス等でも構わない。この支持基板２には、ミラー基板３と向き合う面（内面）上において、各圧電体４及び各支柱５が配置される位置（図２中の斜線部分）に、Ｓｉ（シリコン）の薄膜部が形成されていて、特に各圧電体４が配置される位置でのＳｉ薄膜部からは、同じくＳｉの配線パターン（不図示）が支持基板２の縁近傍まで導き出されるように形成されている。なお、これらのＳｉ薄膜部とＳｉ配線パターンは、フォトリソグラフィ等によって施される。

ミラー基板３は、弾性変形が可能な板である。その材質としては、Ｓｉが適用される。但し、弾性変形が可能である限り、例えばガラス等でも構わない。このミラー基板３には、支持基板２と向き合う面（内面）とは反対側の面（外面）上において、その全域に、弾性膜７が形成されている。弾性膜７としては、エポキシ系やポリイミド系等の樹脂が適用される。但し、弾性変形が可能な限り、その材質に限定は無い。この弾性膜７上には、ほぼ全域に、反射面として機能する反射膜６が形成されている。反射膜６は、Ａｌ（アルミニウム）等の金属膜であり、蒸着やスパッタリング等によって施される。

圧電体４は、電界の印加により伸縮する圧電材料より成る直方体状のものである。その材質としては、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃；チタン酸ジルコン酸鉛）が適用される。但し、ＰＺＴ以外の圧電セラミックスでも構わないし、ポリフッ化ビニリデンのような圧電高分子等でも構わない。なお、圧電体４の形状は円柱状や多角柱状等でも構わない。

各圧電体４は、支持基板２の内面上に形成されているＳｉ薄膜部の上に、金属の薄層部（不図示）を間に介在して接合されている。その金属薄層部としては、Ａｕ（金）が適用され、その金属薄層部は、支持基板２の内面上におけるＳｉ薄膜部上に、蒸着やスパッタリング等によって施される。但し、金属薄層部は、Ａｕに限らず、例えばＰｔ（白金）等でも構わない。ここでは、支持基板２と各圧電体４同士を互いに押圧しながら加熱することで、両者の間に存在する金属薄層部の金属（Ａｕ）原子が、支持基板２の内面上のＳｉ薄膜部と圧電体４（ＰＺＴ）とに拡散し、これにより、支持基板２と各圧電体４が強固に拡散接合される。

同様にして、各圧電体４の上には、金属の薄層部（不図示）を間に介在してミラー基板３が拡散接合されている。その金属薄層部は、ミラー基板３の内面上に、蒸着やスパッタリング等によって施される。

こうして、本実施形態では、支持基板２の内面上のＳｉ薄膜部が、金属薄層部を介して各圧電体４に電気的に接続されて、各圧電体４に対しての電界印加のための個別電極となる。一方、Ｓｉ製のミラー基板３そのものが、金属薄層部を介して各圧電体４に電気的に接続されて、各圧電体４に対しての電界印加のための共通電極となる。

なお、本実施形態では、金属薄膜部を一種の接着剤として、支持基板２と圧電体４同士、ミラー基板３と圧電体４同士をそれぞれ拡散接合しているが、導電性の接着剤を用いて両者を接合しても構わない。また、導電性の無いエポキシ系等の接着剤を用いて両者を接合してもよいが、その場合は、別途ワイヤボンディング等によって、支持基板２の内面上のＳｉ薄膜部からのＳｉ配線パターンと圧電体４同士、Ｓｉ製のミラー基板３と圧電体４同士をそれぞれ電気的に接続する必要がある。また、ミラー基板３と圧電体４同士については、接合せずに、接触させるだけで電気的に接続してもよい。

またなお、本実施形態では、ミラー基板３と圧電体４同士を接合しているが、例えば、圧電体４として、両側に自己の電極が引き出された積層型の圧電体を用いた場合、支持基板２の内面上のＳｉ薄膜部を２つに分けた上で、その各Ｓｉ薄膜部と積層型圧電体の各電極同士を接続すれば、各圧電体４に対しての電界印加を行えるため、この場合は、ミラー基板３と圧電体４同士を接合せずに単に接触した状態にしておけばよい。

支柱５は、支持基板２に対してミラー基板３を支持するためのものである。本実施形態での支柱５は、圧電体４と同様のものが採用されており、上記した圧電体４と同様にして、支持基板２、ミラー基板３にそれぞれ接合されている。なお、本実施形態では、支柱５が支持基板２と別体であるが、支持基板２と一体に形成されていても構わない。

このような構成の形状可変ミラー１は、非駆動状態すなわち各圧電体４に電圧が加えられていない状態では、図１（ａ）に示すように、ミラー基板３の反射膜６の反射面は平坦な状態となっている。一方、駆動に際して各圧電体４に所定の電圧が加えられることにより電界が印加されると、図１（ｂ）に示すように、各圧電体４が支持基板２とミラー基板３との間で伸長する。その伸長に従ってミラー基板３が押し上げられて凸状に弾性変形し、そのミラー基板３の変形に追従して弾性膜７と共に反射膜６の反射面が変形されるようになる。従って、このような形状可変ミラー１を光ピックアップ装置の光学系に用いることにより、レーザ光の波面収差を補正することが可能になる。

引き続き、このような形状可変ミラーの製造方法について述べる。先ず、図３（ａ）に示すように、個々の形状可変ミラー１の構成部品である支持基板２、ミラー基板３、圧電体４、及び支柱５を準備する。例えば、支持基板２、ミラー基板３は、それぞれの素になるウエハから切り出されて準備される。なお、本実施形態では、支持基板２の一方の面には、上記形状可変ミラー１の構成の説明で述べたＳｉ薄膜部、Ｓｉ配線パターン、金属薄層部が形成されていて、ミラー基板３の一方の面には、金属薄層部が形成されている。

次に、図３（ｂ）に示すように、支持基板２とミラー基板３を、支持基板２のＳｉ薄膜部等が形成されている面と、ミラー基板３の金属薄層部が形成されている面とが互いに向き合って重なるように配置する。ここで、支持基板２とミラー基板３との間に、支柱５及び圧電体４を挟み込んで、支持基板２と支柱５、支持基板２と圧電体４、ミラー基板３と支柱５、及びミラー基板３と圧電体４をそれぞれ互いに接合する。本実施形態では、支持基板２と支柱５同士、支持基板２と圧電体４同士、ミラー基板３と支柱５同士、及びミラー基板３と圧電体４同士を互いに押圧しながら加熱することで、支持基板２と支柱５、支持基板２と圧電体４、ミラー基板３と支柱５、及びミラー基板３と圧電体４が強固に拡散接合される。なお、ミラー基板３と圧電体４同士については、接合せずに、接触させるだけでもよい。

このようにして、支持基板２、ミラー基板３、圧電体４、及び支柱５が接合された後においては、ミラー基板３と支柱５、ミラー基板３と圧電体４それぞれの接合部分に局部的な残留応力が生じ、主としてその残留応力に起因して、ミラー基板３に歪が発生して、ミラー基板３が微妙に波打った状態になることが多い。図３（ｂ）にはその様子を誇張して示している。そのミラー基板３が歪んだままではその外面上に形成される反射膜６も歪んだ状態になるため、適正な平坦な反射面が得られない。本実施形態では、次の工程によって、そのような不都合の発生を防止している。

図３（ｃ）に示すように、ミラー基板３の外面全域を覆うように弾性膜７を形成し、その弾性膜７の外面を平坦化する。本実施形態では、弾性膜７として樹脂が用いられ、この場合、以下のようにして、ミラー基板３の外面上で外面が平坦化された弾性膜７を形成することができる。例えば、いわゆるスピンコート法のように、ミラー基板３を高速回転させ、その回転しているミラー基板３の外面上に樹脂を滴下する手法がある。また、フラットな彫り込み形状を有する金型に樹脂を流し込んで、その上にミラー基板３を外面から被せ、樹脂が硬化した後に離型する手法がある。また、ミラー基板３の外面上に樹脂を塗布し、その樹脂表面をその樹脂のガラス転移点以上の温度に加熱した状態で、その樹脂表面にフラットな平板を押し当てる手法がある。

そして、図３（ｄ）に示すように、弾性膜７の平坦にされた外面上に反射膜６を形成する。これで形状可変ミラー１を得ることができる。

こうして得られた形状可変ミラー１では、ミラー基板３の外面上に形成された弾性膜７の平坦にされた外面上に反射膜６が形成されているため、その反射膜６の反射面も平坦になっている。従って、本実施形態の製造方法によれば、良好な品質の形状可変ミラー１を確実に得ることができる。よって、本実施形態の製造方法は量産体制に十分適する。

なお、本実施形態では、弾性膜７と反射膜６とを互いに別個のものとしているが、共用させることもできる。つまり、ミラー基板３の外面上に反射膜６と同質の金属の弾性膜７をある程度厚く形成し、この弾性膜７の外面全域に平坦な砥石を押し当てて研磨すれば、その後更に反射膜６を形成するまでもなく、平坦な反射面がそのまま形成される。

その他本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、個々の形状可変ミラー１の製造にあたり、ウエハから予め切り出したチップレベルの支持基板２、ミラー基板３を用いたが、ウエハの段階で個々の形状可変ミラー１となる部分を作製し、その後ウエハを分断して個々の形状可変ミラー１に分離するようにしても構わない。

この場合の手法は、支持基板２、ミラー基板３それぞれの素になるウエハを準備し、両ウエハの間における個々の形状可変ミラー１となる領域内にそれぞれ支柱５、圧電体４を挟み込んで、両ウエハと支柱５、両ウエハと圧電体４をそれぞれ互いに接合する。次いで、ミラー基板３になる側のウエハの外面上に弾性膜７を形成する。その後、各ウエハを個別に、個々の形状可変ミラー１となる領域それぞれの境界に沿って円盤状のダイシングソーにより分断し、個々の形状可変ミラー１に分離する。そして、各形状可変ミラー１におけるミラー基板３の外面上に反射膜６を形成する。

これにより、形状可変ミラー１を多数同時に得ることができるため、形状可変ミラー１の製造効率が向上し、量産体制にはより一層優れる。なお、この手法では、そもそも薄くて脆弱なミラー基板３となるウエハが弾性膜７によって補強されることになるため、ダイシングソーによるウエハの分断の際、そのウエハが欠損や破損等して損傷するようなことはない。

本発明は、形状可変ミラーの製造に有用である。

本発明の一実施形態である形状可変ミラーの製造方法によって製造された形状可変ミラーを示す断面図である。 形状可変ミラーの概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態である形状可変ミラーの製造方法の手順を示す断面図である。 形状可変ミラーを採用した光ピックアップ装置の概略構成を示す平面図である。

符号の説明

１ 形状可変ミラー
２ 支持基板
３ ミラー基板
４ 圧電体
５ 支柱
６ 反射膜
７ 弾性膜

Claims (4)

1. 支持基板と、この支持基板に対向しつつ支柱を介在して支持され、外面上に反射膜を有するミラー基板と、前記支持基板と前記ミラー基板との間に挟持され、電 界の印加により伸縮して前記ミラー基板と共に前記反射膜を変形させる圧電体と、を備える形状可変ミラーの製造方法であって、
   前記支持基板と前記ミラー基板との間に前記支柱及び前記圧電体を挟み込み、前記支持基板と前記支柱、前記支持基板と前記圧電体、前記ミラー基板と前記支柱、及び前記ミラー基板と前記圧電体のうち、少なくとも前記支持基板と前記支柱、前記支持基板と前記圧電体、及び前記ミラー基板と前記支柱を互いに接合する接合工程と、
   前記ミラー基板の外面全域に外面が平坦化された弾性膜を形成する弾性膜形成工程と、
   前記弾性膜上に反射膜を形成する反射膜形成工程と、
   を含み、
   前記弾性膜形成工程を前記接合工程よりも後に行い、
   前記反射膜形成工程を前記弾性膜形成工程よりも後に行う
   ことを特徴とする形状可変ミラーの製造方法。
2. 前記弾性膜が樹脂製であることを特徴とする請求項１に記載の形状可変ミラーの製造方法。
3. 前記接合工程において、前記支持基板と前記支柱との接合部分、及び前記支持基板と前記圧電体との接合部分に、金属の薄層を介在させ、互いを押圧しながら加熱することにより拡散接合することを特徴とする請求項１又は２に記載の形状可変ミラーの製造方法。
4. 前記接合工程において、前記ミラー基板と前記支柱との接合部分、及び前記ミラー基板と前記圧電体との接合部分に、金属の薄層を介在させ、互いを押圧しながら加熱することにより拡散接合することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の形状可変ミラーの製造方法。

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