JPH07120833B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序に従って本発明を説明する。

A.産業上の利用分野 B.発明の概要 C.背景技術［第５図、第６図］ D.発明が解決しようとする問題点 E.問題点を解決するための手段 F.作用 G.実施例［第１図乃至第４図］ H.発明の効果 （A.産業上の利用分野） 本発明は光学素子の製造方法、特に底面に対して所定の
角度傾斜した傾斜面を有する断面形状が略台形の光学素
子を製造する光学素子の製造方法に関する。

（B.発明の概要） 本発明は、底面に対して所定の角度傾斜した傾斜面を有
する断面形状が略台形の光学素子を製造する光学素子の
製造方法において、 光学素子を高精度で小型で且つ低価格に製造できるよう
にするため、 光学素子を透明な結晶体を材料として形成することと
し、半導体デバイス製造技術であるフォトレジスト等か
らなるエッチングマスク層の選択的形成、エッチングマ
スク層をマスクとする異方性エッチング、ダイシング等
の技術を駆使することにより光学素子を形成するもので
ある。

（C.背景技術）［第５図、第６図］ コンパクトディスクプレイヤー、レーザーディスクプレ
ヤー等に信号読取用として用いられる光学ヘッドは従来
においては回折格子により３本のビーム（１本の主ビー
ムと２本の副ビーム）をつくり、３ビーム法によりトラ
ッキングを行い、そして、シリンドカルレンズを用いた
非点収差法によりフォーカシングを行うタイプのものが
多く用いられていた。

しかしながら、このような従来の光学ヘッドは発光素子
（レーザダイオード）、回折格子、ビームスプリッタ、
対物レンズ、シリンドリカルレンズ、受光素子等非常に
多くの部品からなり、使用する部品全体の価格が高くな
るだけでなく、上記各光学部品を所定の位置関係になる
ように組立て、非常に高い精度で調整しなければならな
いので、光学部品の組立、調整のコストも非常に高くな
った。そして、光学ヘッドの構成光学部品の多いことは
必然的に光学ヘッドの小型化を制約し、延いてはコンパ
クトディスプレイヤー、ビデオディスプレイヤーの小型
化を阻んだ。

そこで、本願出願人会社においては、第５図、第６図に
示すような光学装置を用いた光学ヘッドを開発し、それ
に関する各種の提案を特願昭61−38576、特願昭61−126
318、特願昭61−38575等により行った。

図面において、ａは光学装置で、レーザダイオードｂを
錫半田等によってSi基板ｃに固定すると共に該Si基板ｃ
に光検出器ｄ、ｅ、ｆ、ｇを形成し、ガラスからなる断
面台形のプリズムｈを接着剤によって光検出器ｄ、ｅ、
ｆ上に固定したものである。

上記プリズムｈはレーザダイオードｂに対向している傾
斜面ｉと、Si基板ｃに対接している面ｊのうちでの光検
出器ｆの近傍以外の部分とが半透明反射面となってお
り、その面ｊと対向する内面ｋは内面反斜面となってい
る。

光検出器ｄ、ｅは、第６図に示すように、それぞれ一定
の方向に並べられた３個の光検出部d1〜d3、e1〜e3を有
し、これらの光検出部d1〜d3、e1〜e3は演算増幅器ｌ〜
ｎに接続されている。

光検出器ｆは４個の光検出部を有し、トラッキング検出
に用いられる。また、光検出部ｇはレーザダイオードｂ
の自動出力制御をするためのモニターとして用いられ
る。

このような光学装置では、レーザダイオードｂから射出
されたレーザビームｏの一部が傾斜面ｉで反射され、図
示しない光学装置封入キャップの対物レンズを透過して
コンパクトディスク等の光学記録媒体に照射され、そこ
で反射される。反射されたレーザビームは上記対物レン
ズを透過してプリズムｈの傾斜面ｉに戻り、傾斜面ｉに
戻ったビームの一部が傾斜面ｉを透過して面ｊに入射す
る。ところが、面ｊのうちで光検出器ｄの近傍は半透明
反射面であるのでビームｏの一部はその面ｊを透過して
光検出器ｄに入射し、残りのビームｏは面ｊにて反射さ
れる。

面ｊによって反射されたビームｏは、面ｋによって反射
されて、面ｊへ再度入射する。そして、面ｉへ入射した
ビームｏの一部が光検出器ｅへ入射し、残部はこの面ｊ
及び面ｋによって反射されて光検出器ｆへ入射する。

そしてこの光学装置ａでは、光学記録媒体がビームｏの
収束点に位置している場合にこの収束点の共役点が面ｋ
上に位置する様に、プリズムｈの大きさ等が設定されて
いる。従って第６図に示すように、検出器ｄ、ｅ上にお
けるビームｏのスポットＰは、光学記録媒体がビームｏ
の収束点に位置している場合は互いに等しい大きさを有
しており、光学記録媒体がビームｏの収束点からずれる
ことによって一方が大きくなると他方が小さくなる。

この結果、演算増幅器ｌ、ｍ、ｎからは、フォーカスエ
ラー量に対応した信号が得られる。従って、演算増幅器
ｎから得られる信号をフォーカス誤差信号としてフォー
カスサーボ系を駆動すればフォーカシングができる。

しかして、このような光学装置を用いれば非常に小型で
部品数が少なく、組立が容易な光学ヘッドを提供するこ
とができる。従って、第５図に示す構造の光学装置はコ
ンパクトディスクプレイヤー等の低価格化、小型化に貢
献することが期待できる。

（D.発明が解決しようとする問題点） ところで、上記プリズムｈは現在の技術ではガラスを研
摩して加工しなければならず、プリズムの小型化、低コ
スト化を図ることが難しく、そのため光学装置ａをより
小型化することがプリズムｈによって制約され、また、
光学装置ａの製造コスト全体に占めるプリズムｈの製造
コストの割合が大きくなり、光学装置ａのより一層の小
型化、低価格化が阻まれる。

そこで、本発明はプリズム等の光学素子を高精度で小型
で且つ低価格に製造できるようにすることを目的とする
ものである。

（E.問題点を解決するための手段） 本発明光学素子の製造方法は上記問題点を解決するた
め、光学素子を透明な結晶体を材料として形成すること
とし、半導体デバイス製造技術であるフォトレジスト等
からなるエッチングマスク層の選択的形成、エッチング
マスク層をマスクとする異方性エッチング、ダイシング
等の技術を駆使することにより光学素子を形成すること
を特徴とするものである。

（F.作用） 本発明光学素子の製造方法によれば、半導体デバイスの
製造技術を駆使して、光学素子を製造することができる
ので、光学素子を小型に、高精度で且つ大量に製造する
ことができる。特に光学素子の傾斜面は結晶面によって
エッチングレートが異なる異方性エッチングによって所
望の傾斜角度で形成することができ、所望の傾斜角度を
得るために研摩することは全く必要としない。

（G.実施例）［第１図乃至第５図］ 以下、本発明光学素子の製造方法を図示実施例に従って
詳細に説明する。

第１図（Ａ）乃至（Ｆ）は本発明光学素子の製造方法を
プリズムの製造に適用した一つの実施例を工程順に示す
ものである。

（Ａ）先ず、第１図（Ａ）に示すようなGaPからなるウ
エハ状の結晶基板１を用意する。GaPはシリコンのダイ
ヤモンド構造と同様の格子構造（Zincブレンド構造）を
有しており、光学ヘッドで使用するレーザービーム（波
長0.60〜0.87μｍ）に対して透明な光学的性質を有して
いる。この結晶基板１の両面２、３は（001）面よりも
＜110＞方向に約5.3゜傾いた結晶基板となっている。す
なわちGaPの単結晶インゴットを（001）面よりも＜110
＞方向に約5.3゜傾けた面でスライスしてウエハ状結晶
基板１をつくる。尚、ファセットは（１０）である。

尚、結晶基板１の両面２、３はプリズムの内面反射面と
なる面なので鏡面研摩されていなければならない。

（Ｂ）次に、結晶基板１の両面２、３の所定位置に必要
な反射係数を有する一層又は多層の反射膜４、４を形成
する。この反射膜４、４は蒸着、CVD等の薄膜形成技術
及びフォトエッチング技術を駆使することによって形成
することができる。尚、表面２の反射膜４は全反射膜で
あることが望ましいが、裏面３の反射膜４は半透明反射
膜でなければならない。第１図（Ｂ）は反射膜４、４形
成後の状態を示す。

（Ｃ）次に、結晶基板１の表面２上にレジスト膜５を形
成し、該レジスト膜５に対し、所定のパターンを有する
マスクを介して露光、現像処理をすることによりエッチ
ング用窓部６、６、…を形成する。このエッチング用窓
部６、６、…はプリズムの傾斜面（第５図のプリズムｈ
の傾斜面ｉ参照）を形成するための異方性エッチングを
するためのものである。第１図はエッチング用窓部６、
６、…を形成後の状態を示す。

（Ｄ）次に、上記レジスト膜５をマスクとして異方性エ
ッチングにより結晶基板１をエッチングすることにより
エッチング孔７を形成する。８はこのエッチングにより
形成された（１）面からなる傾斜面である。この傾
斜面８の向い側は（111）面である。第１図（Ｄ）は異
方性エッチング後の状態を示す。

（Ｅ）その後、レジスト膜５を除去する。第１図（Ｅ）
及び第２図は異方性エッチングを終えレジスト膜５を除
去した後の状態を示す。その後、９に示す部分をフルカ
ットすることによりダイシングして第１図（Ｆ）に示す
ような断面形状が台形のプリズム10を得ることができ
る。

このプリズム10は傾斜面８の裏面３（底面）に対する傾
斜角度が60゜になっている。この60゜という傾斜角度は
プリズムの結晶基板材料としてGaP利用する場合の最適
値であるが、それを実現するには前述のとおりGaPから
なる結晶基板として（001）面から＜110＞方向に5.3゜
傾けた面でGaPのインゴットをスライスしたものを用い
るのが最適である。というのは、GaP等Zincブレンド構
造のものは第３図に示すように（001）面に対する（
１）面の角度は54.7゜になり、異方性エッチングによ
りこの（１）面をきれいに出すことができる。そこ
で異方性エッチングにより形成した（１）面がプリ
ズムの表面２及び裏面３に対して60゜になるようにする
ためには（001）面に対する（１）面の角度54.7゜
と欲する傾斜角度60゜の差の分だけ（001）面から＜110
＞方向に傾けてスライスしたものを結晶基板として用い
れば良いことになる。これがGaP結晶基板として（001）
面から＜110＞方向に5.3゜傾けた面でスライスしたもの
を用いる理由である。

尚、透明（例えばGaAsを用いた半導体レーザーから発生
する波長0.60〜0.87μｍのレーザービームに対して透
明）な材料としてはGaPのほかAlSb、AlAs、AlGaAs等III
・Ｖ族の結晶があり、これはすべてプリズム10の材料と
して使用することができる。プリズム10の傾斜面８の最
適傾斜角度及び異方性エッチングにより形成できる結晶
面が異なるので、材料によって結晶基板として使用する
ウエハのスライス結晶面も自ずと変えることが必要であ
るが、そうする限り上述した材料はすべてプリズム10に
使用することができる。

第４図（Ａ）、（Ｂ）は本発明光学素子の製造方法の別
の実施例を示すものである。

この実施例はプリズム多数分の傾斜面８を１つの長い帯
状のエッチング用窓部６を通じてのエッチングにより形
成するようにしたものであり、そして、同図（Ａ）に示
すようにエッチング部の深さが結晶基板１の厚さより深
くならないように異方性エッチングが為され、その後フ
ルカット部９でフルカットすることにより同図（Ｂ）に
示すようなプリズム10を得ることができる。従って、こ
のようなプリズム10は傾斜面８の下部11が底面３に対し
て略垂直な面となる。

本発明はこのような態様でも実施することができる。

（H.発明の効果） 以上に述べたように、本発明光学素子の製造方法は、ガ
ラスの研摩のような面倒な方法ではなく半導体デバイス
の製造に用いられるリソグラフィ技術を駆使して光学素
子をつくるのである。

従って、本発明によれば、光学素子を小型に、高精度で
且つ大量に製造することができる。特に光学素子の傾斜
面は結晶面によってエッチングレートが異なる異方性エ
ッチングによって所望の傾斜角度で形成することがで
き、所望の傾斜角度を得るために機械的に研摩をするこ
とは全く必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明光学素子の製造方法の一つの
実施例を説明するためのもので、第１図（Ａ）乃至
（Ｆ）は製造方法を工程順に示す断面図、第２図は異方
性エッチング後の状態を示す斜視図、第３図は（001）
面でスライスしたGaP基板に対する異方性エッチングの
説明図、第４図（Ａ）、（Ｂ）は本発明光学素子の製造
方法の別の実施例を工程順に示す断面図、第５図は背景
技術を示す断面図、第６図は背景技術を示す回路図であ
る。 符号の説明 １……結晶基板、２……結晶基板の表面、 ３……結晶基板の底面、 ５……エッチングマスク層、 ６……エッチング用窓部、７……孔部、 ８……傾斜面、９……ダイシング部、 10……光学素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】底面に対して所定の角度傾斜した傾斜面を
   有する断面形状が略台形の光学素子を製造する光学素子
   の製造方法において、 所定の結晶面でウエハ状にスライスされた透明な結晶基
   板を用意し、 上記結晶基板上にエッチング用窓部が規則的に配置され
   たエッチングマスク層を形成し、 上記エッチングマスク層をマスクとして上記結晶基板に
   対して異方性エッチングすることにより上記各エッチン
   グ用窓部下に上記傾斜面を有する孔部を形成し、 その後上記結晶基板をダイシングすることにより上記傾
   斜面を一つの端面として有する光学素子を多数得る ことを特徴とする光学素子の製造方法