WO2012042767A1 - 光学素子の製造方法、光ヘッド、及び情報記録装置 - Google Patents

光学素子の製造方法、光ヘッド、及び情報記録装置 Download PDF

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WO2012042767A1
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optical element
substrate
manufacturing
light
light source
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洋 波多野
光 横山
野田　哲也
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コニカミノルタオプト株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1362—Mirrors

Definitions

  • the present invention relates to an optical element manufacturing method, an optical head, and an information recording apparatus.
  • An optical assist method has been proposed as a method for increasing the magnetic recording density of a hard disk device.
  • the light assist method is a technique for performing magnetic recording by heating the medium by the heat of the light spot to reduce the holding power of the recording layer and controlling the magnetic domain direction according to the recording information by an external magnetic field. Therefore, in order to improve the recording density, the point is how to make the light spot for heating the medium minute.
  • the point of miniaturizing the light spot it has been fixed in the direction of adopting the technique of near-field light that can realize a spot size of several tens of nm.
  • a method of irradiating light from a light source to a plasmon probe via a waveguide and generating near-field light from the plasmon probe is becoming mainstream.
  • a waveguide is laminated with a magnetic recording / reproducing unit (magnetic head unit) on a slider provided in an optically assisted magnetic recording head by a semiconductor process, and a plasmon probe is formed near the output end on the media side of the waveguide.
  • near-field light is generated by irradiating the plasmon probe with light from the light source via the waveguide.
  • a coupling optical system which is arranged on a slider and deflects light emitted from a light source such as a semiconductor laser and condenses it to be coupled to a waveguide.
  • Patent Document 1 describes an aspherical mirror as a two-dimensional condensing optical element as an example of a coupling optical system.
  • the aspherical mirror is disposed on the slider, reflects and collects the light emitted from the light source, and couples it to the waveguide in the slider.
  • the width of the incident end of the waveguide is as small as several ⁇ m, it is very difficult to adjust the relative position between the light spot and the incident end.
  • this adjustment needs to be performed in two directions orthogonal to each other, the number of man-hours is greatly increased.
  • Patent Document 2 describes a slider in which a planar waveguide having a parabolic surface is formed, and a one-dimensional condensing optical element having a cylindrical parabolic surface and disposed on the slider.
  • the parabolic surface of the one-dimensional condensing optical element and the parabolic surface of the planar waveguide each have power in one direction, and the respective powers are orthogonal to each other.
  • the light emitted from the light source is condensed in the first direction by the one-dimensional condensing optical element, and then condensed in the second direction orthogonal to the first direction by the reflective parabolic surface in the planar waveguide.
  • the slider of the optically assisted magnetic recording head is also downsized.
  • a slider called a femto slider has a length of 0.85 mm, a width of 0.7 mm, and a thickness of 0.23 mm.
  • the optical element is also required to have a size of several tens ⁇ m to several hundreds ⁇ m. The problem is how to manufacture such a small-sized optical element in large quantities at low cost.
  • Patent Document 1 describes that an aspherical mirror made of glass having a size of 100 ⁇ m can be processed, but does not describe a specific processing method.
  • a glass mold method can be considered as a specific manufacturing method, since the aspherical mirror is too small, it is difficult to produce the aspherical mirror by the glass mold method.
  • polishing is performed. A process is required.
  • Patent Document 2 does not describe a specific method for manufacturing a microscopic one-dimensional condensing optical element.
  • Patent Document 3 there is a technique for obtaining a microlens mold by deepening a substrate by anisotropic etching by a Bosch process and further performing curved surface processing by isotropic etching.
  • An object of the present invention is to provide an information recording apparatus using a head.
  • the invention according to claim 1 is a first step of forming a cylindrical hole in the substrate by performing anisotropic etching on the substrate, and the substrate crossing the cylindrical hole. And a second step of obtaining an optical element having the cylindrical curved surface of the cut hole as a reflecting surface.
  • the substantially cylindrical hole is formed in the first step.
  • the substantially elliptical columnar hole is formed in the first step.
  • the hole portion penetrating in the thickness direction of the substrate is formed.
  • a fifth aspect of the present invention is the method of manufacturing an optical element according to the first aspect, wherein in the first step, the anisotropic etching is performed by a Bosch process method. Further, the invention described in claim 5 can be applied to the invention described in any one of claims 2 to 4.
  • a sixth aspect of the present invention is the method of manufacturing an optical element according to the first aspect, wherein a third step of flattening the reflective surface by performing a predetermined process on the reflective surface is performed. Including. Further, the invention described in claim 6 can be applied to the invention described in any one of claims 2-5.
  • a seventh aspect of the present invention is the method of manufacturing an optical element according to the sixth aspect, wherein the predetermined process in the third step is an annealing process performed at a predetermined high temperature in a hydrogen atmosphere.
  • the invention according to claim 8 is the method for manufacturing the optical element according to claim 1, wherein the reflectance of the reflective surface is determined by performing a predetermined treatment on the reflective surface, and the material of the substrate.
  • a fourth step of improving the reflectance of can be applied to the invention described in any one of claims 2-7.
  • the invention according to claim 9 is the method of manufacturing an optical element according to claim 8, wherein the predetermined process in the fourth step is a wet process.
  • a tenth aspect of the present invention is the method of manufacturing an optical element according to the ninth aspect, wherein the wet process uses electroless plating.
  • the invention according to claim 11 is an optical head having a light source and a waveguide for irradiating a recording medium with light emitted from the light source, and the optical head according to any one of claims 1 to 10.
  • the optical head is characterized in that the emitted light from the light source is reflected by a reflection surface of the optical element and coupled to the waveguide using an element.
  • a twelfth aspect of the present invention includes a recording medium and the optical head according to the eleventh aspect, wherein the recording medium is irradiated with light emitted from the light source through the waveguide, and information is recorded on the recording medium. It is an information recording device characterized by recording.
  • an optical element having a cylindrical curved surface as a reflecting surface can be obtained by forming a cylindrical hole in the substrate by anisotropic etching and cutting the substrate so as to intersect the hole. This makes it possible to easily produce an optical element having a curved reflecting surface.
  • action of the reflective surface of a one-dimensional condensing optical element It is a schematic diagram which shows that the reflective surface of a one-dimensional condensing optical element corresponds to a substantially ellipse surface. It is a figure which shows an example of the planar waveguide of an optical head. It is a figure which shows another example of the planar waveguide of an optical head. It is a figure for demonstrating the planar waveguide of an optical head, and is a front view of an optical head.
  • optical element manufacturing method A method for manufacturing an optical element according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1a to 1g.
  • a flat substrate 10 is prepared.
  • a substrate containing SiO 2 such as quartz or glass, a silicon substrate, a metal substrate, an alloy substrate, a ceramic substrate, or the like may be used. Since the optical element manufactured by the manufacturing method according to this embodiment is a surface reflection optical element, the material of the substrate 10 may be an opaque non-optical material.
  • a mask layer 11 is formed on one surface of the substrate 10.
  • the mask layer 11 may be a material having a high etching selectivity with respect to the substrate 10.
  • the mask layer 11 may be organic or inorganic.
  • Silicon dioxide (SiO 2 ) is a general mask material used when the substrate 10 is a silicon substrate.
  • the mask layer 11 formed of silicon dioxide (SiO 2 ) has a high etching selectivity with respect to the substrate 10 formed of silicon. Therefore, only the mask layer 11 can be selectively processed.
  • a resist is formed on the mask layer 11 using a spinner or a roll coater to form a resist layer 12.
  • a positive resist is formed on the mask layer 11.
  • a resist pattern 13 is formed by patterning the resist layer 12.
  • the resist pattern 12 is formed by irradiating the resist layer 12 with an electron beam and performing a developing process using a developer with an electron beam drawing apparatus.
  • a resist pattern 13 in which a plurality of cylindrical patterns are two-dimensionally arranged is formed.
  • a cylindrical pattern for example, a substantially cylindrical pattern or a substantially elliptical columnar pattern is formed.
  • the mask layer pattern 14 is formed by patterning the mask layer 11. Specifically, the mask layer pattern 14 is formed by etching the mask layer 11 using the resist pattern 13 as a mask. For example, the mask layer pattern 14 is formed by performing dry etching.
  • anisotropic etching is performed on the substrate 10 using the mask layer pattern 14 as a mask. Thereby, a cylindrical hole 15 is formed in the substrate 10.
  • a substantially cylindrical hole 15 or a substantially elliptical columnar hole 15 is formed.
  • anisotropic etching for example, dry etching or wet etching may be performed. Since anisotropic etching is etching that proceeds preferentially in one direction, it proceeds preferentially in the thickness direction of the substrate 10. Therefore, shape control in the thickness direction of the substrate 10 can be performed, and a high aspect ratio can be obtained. Further, it is preferable to use a Bosch process method as anisotropic etching.
  • the Bosch process method is an etching method in which etching and etching sidewall protection are repeated. By using the Bosch process method, the substrate 10 can be deepened and a higher aspect ratio can be obtained.
  • the etching may be stopped in the middle of the thickness direction of the substrate 10 as shown in FIG. 1f, or the etching is performed until the hole 15 penetrates through the substrate 10 as shown in FIG. 1g. Also good.
  • the mask layer pattern 14 is peeled off to obtain the substrate 10 in which a plurality of cylindrical holes 15 are formed.
  • 2 and the top view of FIG. 3 show the substrate 10 in which a cylindrical hole 15 is formed.
  • a plurality of holes 15 are formed in the substrate 10 by the manufacturing method described above.
  • the material of the mask layer pattern 14 is silicon dioxide (SiO 2 )
  • only the mask layer pattern 14 is obtained by a wet process using hydrofluoric acid (HF) or a dry process such as ashing using oxygen plasma. Can be selectively and easily peeled off.
  • a one-dimensional condensing optical element is obtained by cutting the substrate 10 in which the cylindrical hole 15 is formed using a dicing saw (not shown). For example, as shown in FIGS. 2 and 3, the substrate 10 is cut along cut lines 21 and 22 that intersect the hole 15 and are orthogonal to each other. Further, the substrate 10 is cut along the cut lines 23 and 24 that are orthogonal to each other between the hole 15 and the hole 15. For example, a dicing blade (not shown) is rotated at a high speed, and the substrate 10 is moved along the cut line 21 using an automatic stage and cut. Further, the substrate 10 is moved along the cut line 23 using an automatic stage and cut. Then, after rotating the substrate 10 by 90 degrees, the substrate 10 is moved along the cut line 22 by using an automatic stage and cut. Further, the substrate 10 is moved along the cut line 24 using an automatic stage and cut.
  • a dicing blade (not shown) is rotated at a high speed, and the substrate 10 is moved along the cut line 21 using an automatic stage and cut. Further, the substrate
  • the cylindrical hole 15 is formed in the substrate 10 by anisotropic etching, and the substrate is cut across the hole 15 so that the one-dimensional condensing has a cylindrical curved surface as the reflection surface.
  • the optical element 30 can be easily manufactured.
  • the manufacturing method described in Patent Document 3 since it is necessary to combine anisotropic etching and isotropic etching, the number of steps is increased, and it is necessary to control each etching.
  • the manufacturing method according to this embodiment since only the anisotropic etching needs to be performed, the one-dimensional condensing optical element 30 can be more easily manufactured.
  • a mask in which a plurality of cylindrical patterns are two-dimensionally arranged a plurality of one-dimensional condensing optical elements 30 can be manufactured together. As a result, a large amount of the one-dimensional condensing optical element 30 can be manufactured.
  • FIG. 6 shows a one-dimensional condensing optical element 30.
  • the one-dimensional condensing optical element 30 shown in FIG. 6 is an optical element obtained by performing anisotropic etching until the cylindrical hole portion 15 penetrates the substrate 10.
  • the one-dimensional condensing optical element 30 is a deflecting optical element that deflects incident light by including a reflecting mirror that is a cylindrical reflecting surface 31 having a concave surface.
  • the one-dimensional condensing optical element 30 has a shape in which a cylindrical reflecting surface 31 is formed on one ridge line of a rod-shaped rectangular parallelepiped. The reflecting surface 31 is exposed and functions as a surface reflecting mirror.
  • the reflecting surface 31 functions as a surface reflecting mirror. Since it is a surface reflection mirror, there is no entrance surface and no exit surface, and light quantity loss can be reduced. Further, when the reflectance can be obtained without forming the reflective film, the reflective surface may be used as it is without forming the reflective film. Since the reflecting surface 31 is a concave cylindrical surface, it has a light collecting function only in a direction having a curvature. Since the light collecting function is one-dimensional, the collected light is linear.
  • the cylindrical reflecting surface 31 serving as the surface reflecting surface is formed on a part of the ridgeline of the rod-shaped rectangular parallelepiped, the size of the rectangular parallelepiped itself can be made relatively large even with a very small mirror. Therefore, the handling property of the one-dimensional condensing optical element 30 can be ensured, and the assembly of the optically assisted magnetic recording head is facilitated.
  • the one-dimensional condensing optical element 40 is a deflection optical element that deflects incident light by including a reflecting mirror that is a cylindrical reflecting surface 41 having a concave surface.
  • the one-dimensional condensing optical element 40 has a shape in which a cylindrical reflecting surface 41 is formed on a part of one ridge line of a rod-shaped rectangular parallelepiped. Since the function of the reflecting surface 41 is the same as that of the reflecting surface 31 of the one-dimensional condensing optical element 30, description thereof is omitted.
  • the shape of the curved surface portions of the one-dimensional condensing optical elements 30 and 40 is not limited to a circle, but may be a cylindrical surface formed of a part of an aspherical cross section such as an ellipsoid.
  • the curved surface portions of the one-dimensional condensing optical elements 30 and 40 can be formed into an elliptical surface by forming a substantially elliptical columnar hole 15 in the substrate 10.
  • the resist layer 12 is formed on the substrate 10, and the substrate 10 is anisotropically etched using the resist pattern 13 as a mask, so that a cylindrical hole is formed in the substrate 10.
  • the portion 15 may be formed.
  • anisotropic etching is performed by blasting.
  • a so-called “sand blasting” method in which etching is performed by blowing an abrasive such as glass beads with compressed air can be used.
  • the planarization process uses, for example, an annealing process. As shown in FIG. 9, after the mask layer pattern 14 is peeled off, the processed surface 31a is annealed in a hydrogen atmosphere at 10 torr and 1100 ° C. for 10 minutes.
  • the silicon atoms on the surface of the processed surface 31a move, the end of the processed surface 31a is formed in an R shape, and the unevenness is flattened. (See FIG. 9).
  • the annealing treatment can reduce the thickness to 1 nm or less (for example, 0.3 nm).
  • the annealing process can be performed under various conditions. For example, the condition may be 10 torr and 1100 ° C. for 5 minutes in a hydrogen atmosphere.
  • annealing may be performed in a hydrogen atmosphere under conditions of 10 torr and 1300 ° C. On the other hand, if there is a sufficient processing time, annealing may be performed slowly in a hydrogen atmosphere at 10 torr and 900 ° C. for 30 minutes. A preferable condition is 1100 ° C. for 5 to 15 minutes.
  • the “predetermined high temperature” is a temperature suitable for performing the annealing process, and is a value that is appropriately determined depending on the pressure and the processing time.
  • annealing without hydrogen dry etching with hydrofluoric acid (HF) gas, wet etching with potassium hydroxide (KOH), tetramethylammonium hydroxide (TMAH), or the like is performed. be able to.
  • HF hydrofluoric acid
  • KOH potassium hydroxide
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • the coupling efficiency when the light from the light source unit 180 is incident on the planar waveguide (described later) in the light assist unit 171 through the reflecting surface 31 is improved. be able to.
  • an annealing process as the planarization process, it is possible to planarize the irregularities generated by the Bosch process in a short time and reduce the surface roughness of the processed surface 31a (reflective surface 31).
  • the flattening process similar to the above can also be performed on the one-dimensional condensing optical element 41.
  • the processing surface 31a can be flattened by a technique that does not switch between the etching gas and the side wall protection gas (a technique that keeps both gases flowing). Further, the processing surface 31a can be flattened by increasing the speed of switching between the etching gas and the side wall protecting gas.
  • a parameter ramping technique can also be used.
  • anisotropic etching by the general Bosch process method as the portion to be etched becomes deeper, the amount of etching gas that reaches the portion to be etched decreases. That is, since the amount that can be dug by one etching varies depending on the depth of etching, the unevenness of the processed surface 31a becomes large (see FIG. 8). Therefore, a parameter ramping technique that speeds up gas switching when digging shallow parts and slows down gas switching as you go deeper so that the amount that can be dug in one etching is equal. Is used. As described above, the unevenness of the processed surface 31a can be suppressed and flattened by equalizing the amount that can be dug by one etching.
  • the reflectance of the reflecting surface 31 (reflecting surface 41) formed by the above processing is also lowered.
  • a dry process such as vapor deposition or sputtering is generally used.
  • a metal film such as aluminum (Al) or gold (Au) is formed on the reflection surface 31 (reflection surface 41).
  • a wet process as a process for improving the reflectance.
  • the wet process it is not necessary to arrange the surfaces to which the metal is attached (the surface on which the reflecting surface 31 is formed) in the same manner as in vapor deposition, and the vacuum process necessary for the dry process is not necessary. Therefore, a reflective film can be formed on the reflective surface 31 (reflective surface 41) inexpensively and easily.
  • Such a wet process is particularly effective for the one-dimensional condensing optical element 30 (one-dimensional condensing optical element 40) that is minute and difficult to handle.
  • the effect that the surface roughness of the processed surface 31a can be improved by forming the reflective film is also achieved.
  • wet processes include film formation and plating by the dip coating method.
  • the one-dimensional condensing optical element 30 is immersed in a resin liquid (for example, a silicone resin including titanium oxide (TiO 2 ) particles) containing fine particles such as highly reflective metal powder and glass beads.
  • a resin liquid for example, a silicone resin including titanium oxide (TiO 2 ) particles
  • TiO 2 titanium oxide
  • a highly reflective film is formed on the reflecting surface 31.
  • high reflectivity can be realized by forming a multilayer film by alternately forming layers having a high refractive index and a low refractive index on the reflecting surface 31 by a dip coating method.
  • a highly reflective film is formed by electrolytic plating or electroless plating.
  • the plating process can be performed on a large amount of the one-dimensional condensing optical element 30 at a time. Therefore, it is possible to form a reflective film on the reflective surface 31 inexpensively and easily.
  • a surface activation treatment of the reflecting surface 31 is performed by cleaning with a chemical agent or the like, thereby improving the adhesion of the plating layer.
  • the reflective surface 31 is subjected to a primer treatment to form a core portion for capturing the plated metal, thereby improving the adhesion.
  • a nucleus such as palladium (Pd) that captures the plating metal is formed on the reflecting surface 31.
  • the electroconductive film layer can be formed by immersing the reflective surface 31 in a plating solution such as electroless copper plating, electroless nickel plating, electroless tin plating, or electroless gold plating.
  • a plating solution such as electroless copper plating, electroless nickel plating, electroless tin plating, or electroless gold plating.
  • the treatment by electroless plating does not require electrical connection compared to the treatment by electrolytic plating. Further, the treatment by electroless plating can form a coating layer having a uniform thickness regardless of the shape of the one-dimensional condensing optical element 30 or the reflecting surface 31. From the above, film formation of the reflective surface 31 by electroless plating is highly productive.
  • FIG. 10 shows a schematic configuration of an optically assisted magnetic recording apparatus (for example, a hard disk apparatus, hereinafter also referred to as “information recording apparatus”) equipped with an optically assisted magnetic recording head.
  • the information recording apparatus 100 includes a plurality of rotatable recording disks (magnetic recording media) 120, a head support 140, a tracking actuator 160, and an optically assisted magnetic recording head 130 (hereinafter referred to as “optical head 130”). And a drive device (not shown) in the housing 110.
  • the disk 120 may be one.
  • the head support portion 140 is provided so as to be rotatable in the direction of arrow A (tracking direction) with the support shaft 150 as a fulcrum.
  • the tracking actuator 160 is attached to the head support 140.
  • the optical head 130 is attached to the tip of the head support 140.
  • a drive device (not shown) rotates the disk 3 in the direction of arrow B.
  • FIG. 11 is a sectional view showing a schematic configuration example of the optical head 130.
  • the optical head 130 is a minute optical recording head that uses light for information recording on the disk 120.
  • the optical head 130 includes a light source unit 180, a slider 190, and a one-dimensional condensing optical element 30. Instead of the one-dimensional condensing optical element 30, a one-dimensional condensing optical element 40 may be used.
  • the information recording apparatus 100 is configured such that the optical head 130 can move relatively in the direction of arrow C while flying over the disk 120.
  • the light source unit 180 has a semiconductor laser.
  • the light source unit 180 may be a combination of a semiconductor laser and optical components such as an optical fiber, an optical waveguide, and a collimating lens.
  • the wavelength of the laser light emitted from the semiconductor laser constituting the light source unit 180 is a wavelength from visible light to near infrared (wavelength band is about 0.6 ⁇ m to 2 ⁇ m, and specific wavelengths are as follows: 650 nm, 780 nm, 830 nm, 1310 nm, 1550 nm and the like are preferable.
  • the slider 190 is composed of a substrate including an AlTiC material.
  • a magnetic reproducing unit 173, an optical assist unit 171 and a magnetic recording unit 172 are formed in this order from the inflow side to the outflow side of the recording portion of the disk 120 (in the direction of arrow C). Note that this order is not necessary as long as the optical assist unit 171 is on the inflow side with respect to the magnetic recording unit 172.
  • the magnetic recording unit 172 is a magnetic recording element that writes magnetic information to a recording portion of the disk 120.
  • the magnetic reproducing unit 173 is a magnetic reproducing element that reads magnetic information recorded on the disk 120. Note that the optical assist unit 171, the magnetic recording unit 172, and the magnetic reproducing unit 173 may be formed integrally with the slider 190, or may be configured separately and attached to the slider 190.
  • the light assist unit 171 is composed of a planar waveguide described later and a plasmon probe (not shown).
  • the planar waveguide condenses the laser light from the light source toward the emission end face on the disk 120 side and irradiates the plasmon probe.
  • the plasmon probe generates near-field light for spot-heating the recording portion of the disk 120.
  • the laser light emitted from the light source unit 180 is guided to the light assist unit 171 by the one-dimensional condensing optical element 30.
  • the laser light incident on the light assist unit 171 is emitted from the optical head 130 through a planar waveguide in the light assist unit 171. Since the condensing function of the one-dimensional condensing optical element 30 is one-dimensional, the condensed light is linear, and the precise position adjustment of the light on the incident end face of the planar waveguide that couples the light is one-dimensional. Since only the direction is sufficient, the position adjustment becomes much easier.
  • the temperature of the irradiated portion of the disk 120 temporarily rises and the holding power of the disk 120 decreases.
  • Magnetic information is written by the magnetic recording unit 172 to the irradiated portion in a state where the holding force is reduced.
  • the radius of curvature of the reflecting surface 31 is 20 ⁇ m
  • the distance on the optical axis from the emitting end of the semiconductor laser of the light source unit 180 to the reflecting surface 31 is 14.13 ⁇ m
  • the reflecting surface 31 to the image surface (condensing surface) is 15.36 ⁇ m
  • the mode field diameters of the planar waveguides in the x and y directions in FIG. 9 are 5 ⁇ m and 1 ⁇ m, respectively
  • the laser light wavelength is 0.785 ⁇ m
  • the radiation angle (full width at half maximum) is x.
  • the direction is 9.5 ° and the z direction (y direction after deflection) is 23 °.
  • the intensity distribution of the laser light is Gaussian
  • the coupling efficiency with the planar waveguide is 60.5%, and sufficient coupling efficiency can be obtained as an optical assist method.
  • the intensity distribution of the laser light emitted from the light source unit 180 is an ellipse in the z direction, sufficient coupling efficiency can be obtained by focusing only in this direction.
  • the calculation method refer to “Basics and Applications of Optical Coupling System for Optical Devices” (Kenji Kawano, Hyundai Engineering Co., Ltd.).
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the operation of the reflecting surface 31 when the reflecting surface 31 of the one-dimensional condensing optical element 30 is a cylindrical surface formed of a part of a substantially ellipse.
  • FIG. 12 shows a substantially elliptical surface 32, and the reflecting surface 31 has a shape of a part of the substantially elliptical surface 32.
  • the reflective surface 31 having a shape of a part of the substantially elliptical surface 32 can be formed by forming the substantially elliptical columnar hole 15 in the substrate 10.
  • substantially elliptical surface in this specification means a cylindrical elliptical surface having power only in one direction.
  • two straight lines LA and LB perpendicular to the major axis LX of the ellipse are positioned on the two focal points F2 and F1, respectively.
  • One curved reflecting surface 33 with the major axis LX between the straight line LA and the straight line LB as a boundary corresponds to the reflecting surface 31.
  • a conic constant of 1.00053 is added to form a substantially elliptical surface, and the distance on the optical axis from the cylindrical surface to the best image plane (condensing surface) on the substantially elliptical surface is 14.15 ⁇ m.
  • the coupling efficiency is 70.6%, and the coupling efficiency can be improved by about 1.2 times that of the cylindrical surface.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing that the reflection surface 31 of the one-dimensional condensing optical element 30 corresponds to a substantially elliptical surface 32.
  • FIG. 14 and FIG. 15 show specific examples of planar waveguides included in the optical assist unit 171.
  • FIG. A planar waveguide 171A shown in FIG. 14 includes a planar solid immersion mirror (PSIM) having a mirror type condensing function.
  • the planar waveguide 171B shown in FIG. 13 has a taper type condensing function.
  • the waveguide structures employed in these planar waveguides 171A and 171B are each formed by laminating a high refractive index layer 171H on a substrate and laminating a low refractive index layer 171L around it. Laser light is condensed by the reflection action at the boundary surface between the high refractive index layer 171H and the low refractive index layer 171L.
  • the boundary surface between the high refractive index layer 171H and the low refractive index layer 171L forms a part of a substantially elliptical surface.
  • the interface between the high refractive index layer 171H and the low refractive index layer 171L shown in FIG. 14 is configured to cause total reflection due to the difference in refractive index. Since the boundary surface forms a part of a substantially elliptical surface, when diverging light enters the planar waveguide 171A, a light source image is formed at the focal position of the substantially elliptical surface. That is, in the planar waveguide 171A, a laser beam can be condensed in one direction by a mirror effect using total reflection, and a minute light spot can be formed.
  • the boundary surface between the high refractive index layer 171H and the low refractive index layer 171L is formed linearly.
  • Two boundary surfaces are formed in the planar waveguide 171A, and the laser light incident on the high refractive index layer 171H is repeatedly totally reflected between these two boundary surfaces, and the mode field diameter gradually increases as it proceeds to the emission end. It becomes smaller and is condensed at the exit end of the high refractive index layer 171H, and a minute light spot can be formed.
  • planar waveguides 171A and 171B are used for the light assist portion 171, a minute light spot can be obtained. Accordingly, the plasmon probe can be irradiated with light having a higher energy density, and the amount of generated near-field light can be increased.
  • the two planar waveguides have been described above as examples. However, the present invention is not limited to these, and waveguides that can convert other types of spot sizes such as a two-stage core type may be used.
  • the one-dimensional condensing optical element 30 optically couples the light source unit 180 and the planar waveguide 171A or 171B (FIGS. 14 and 15) in the light assist unit 171 to the light source.
  • the laser beam emitted from the unit 180 is deflected so as to enter the planar waveguides 171A and 171B.
  • FIG. 16 is a schematic view of the planar waveguide 171A of the optical head 130 viewed from the y direction.
  • the laser light coupled from the light source unit 180 to the planar waveguide 171A is condensed so as to generate near-field light on the disk 120 by the planar waveguide 171A.
  • the light emitted from the light source unit 180 is reflected on the reflective surface 31 of the one-dimensional condensing optical element 30 and the optical axis in the y direction is in the yz plane.
  • the light in the x direction enters the planar waveguide in a spread state without being condensed, and the x direction is condensed in the planar waveguide by a planar waveguide 171A having a substantially elliptical reflecting surface shown in FIG.
  • the At the exit end of the planar waveguide light is sufficiently focused in both the x and y directions, and a plasmon probe (not shown) formed on the exit end face of the planar waveguide is irradiated to generate near-field light from the plasmon probe. .
  • the disk 120 is heated by the near-field light, the holding force is reduced, and magnetic information is recorded by the magnetic recording unit 172.
  • the holding force is restored and magnetic information is held. Therefore, a minute light spot can be obtained with high light utilization efficiency without requiring highly accurate position adjustment, and high-density information recording can be performed using the light spot.
  • the embodiment described above relates to an optically assisted magnetic recording head and an optically assisted magnetic recording apparatus.
  • the main configuration of this embodiment is an optical recording disk as a recording medium. It can also be used in an optical recording head and an optical recording apparatus. In this case, the magnetic recording unit 172 and the magnetic reproducing unit 173 are not necessary for the slider 190.

Abstract

　曲面の反射面を有する光学素子を容易に作製することが可能な光学素子の製造方法を提供することを目的とする。平板状の基板１０に異方性エッチングを行うことにより、基板１０に筒状の孔部１５を形成する。例えば、略円筒状又は略楕円柱状の孔部１５を基板１０に形成する。筒状の孔部１５に交差して基板１０を切断することにより、筒状の曲面を反射面とする光学素子を得る。

Description

光学素子の製造方法、光ヘッド、及び情報記録装置
　この発明は、光学素子の製造方法、光ヘッド、及び情報記録装置に関する。
　ハードディスク装置の磁気記録密度を上げる方式として、光アシスト方式が提案されている。光アシスト方式とは、光スポットの熱によりメディアを加熱して記録層の保持力を低下させ、外部磁場により記録情報に応じた磁区方向に制御して磁気記録を行う技術である。従って、記録密度を向上させるためには、メディアを加熱するための光スポットを如何に微小にするのかがポイントとなる。光スポットを微小化する点に関しては、数十ｎｍのスポットサイズを実現できる近接場光の技術を採用する方向に固まってきた。
　近接場光を発生させる手法としては、光源からの光を、導波路を経由してプラズモンプローブに照射し、プラズモンプローブから近接場光を発生させる方法が主流となりつつある。具体的には、光アシスト式磁気記録ヘッドに設けられたスライダに磁気記録再生部（磁気ヘッド部）と共に導波路を半導体プロセスで積層し、導波路のメディア側の出射端近辺にプラズモンプローブを形成し、光源からの光を導波路経由でプラズモンプローブに照射することにより近接場光を発生させる。
　このように近接場光を発生させる手法においては、光源からの光を導波路に結合させる結合光学系の構成が課題となる。
　結合光学系の一つとして、スライダ上に配置されて半導体レーザなどの光源から出射した光を偏向すると共に集光して導波路に結合させる結合光学系がある。
　例えば特許文献１には、結合光学系の一例として２次元集光光学素子としての非球面ミラーが記載されている。この非球面ミラーはスライダ上に配置されており、光源から出射した光を反射集光させ、スライダ内の導波路に結合させる。しかしながら、導波路の入射端の幅は数μｍと非常に小さいため、光スポットと入射端との相対的な位置調整が非常に難しい。また、この調整を互いに直交する２方向に対して行う必要があるため、工数が大幅に増えてしまう。
　また特許文献２には、放物面を有する平面導波路が形成されたスライダと、シリンドリカルな放物面を有しスライダ上に配置された１次元集光光学素子とが記載されている。１次元集光光学素子の放物面と平面導波路の放物面とは、それぞれ１方向にパワーを有し、各パワーは互いに直交している。光源から出射した光は、１次元集光光学素子によって第１の方向に集光され、次に平面導波路内の反射放物面によって第１の方向に直交する第２の方向に集光される。このように互いに直交する方向の集光機能を、１次元集光光学素子と平面導波路とに分けることにより、１次元集光光学素子の厳密な位置調整が１方向だけで済むため、その位置調整が容易となる。
　ところでハードディスク装置は小型化が進んでおり、磁気ヘッドも小型になっている。これに伴い、光アシスト式磁気記録ヘッドのスライダも小型化されている。例えばフェムトスライダと称されるスライダの大きさは、長さが０．８５ｍｍ、幅が０．７ｍｍ、厚さが０．２３ｍｍとなっている。スライダに光学素子を設ける場合には、その光学素子も、数十μｍ～数百μｍのサイズが要求される。このような微小サイズの光学素子をいかに低コストで大量に製造するのかが課題となる。
　例えば特許文献１には、１００μｍサイズのガラスからなる非球面ミラーの加工は可能であると記載されているが、具体的な加工方法が記載されていない。具体的な製造方法としてガラスモールド法が考えられるが、非球面ミラーは小さすぎるため、ガラスモールド法では非球面ミラーを作製することは困難である。また、非球面レンズをガラスモールド法により作製し、その一部を切断して非球面ミラーを作製することも考えられるが、非球面ミラーの入射面と反射面とが切断面となるため、研磨工程が必要となる。しかしながら、微小サイズに切断された非球面ミラーを研磨することは困難である。また、プラスチックの射出成型によって非球面ミラーを製造することも考えられるが、光源の直近に非球面ミラーを配置するため、光源の発熱による非球面ミラーの変形などの問題が生じるおそれがある。また、特許文献２においても、微小サイズの１次元集光光学素子の具体的な製造方法は記載されていない。
　一方で、ボッシュプロセスによる異方性エッチングで基板を深堀し、さらに等方性エッチングにより曲面加工を施すことによりマイクロレンズモールドを得る技術がある（特許文献３）。
特開２００３－４５００４号公報 特開２００９－１０４７３４号公報 特開２０１０－１４８５７号公報
　しかしながら特許文献３に記載の方法によると、異方性エッチングと等方性エッチングとを組み合わせているため工数が増えてしまう。また、それぞれのエッチングを制御する必要があるため、所望する光学素子を作製することは容易ではない。
　この発明は上記の問題点を解決するものであり、光学素子を容易に作製することが可能な光学素子の製造方法、その製造方法によって作製された光学素子を用いた光ヘッド、及び、その光ヘッドを用いた情報記録装置を提供することを目的とする。
　請求項１に記載の発明は、基板に異方性エッチングを行うことにより、前記基板に筒状の孔部を形成する第１の工程と、前記筒状の孔部に交差して前記基板を切断して、切断された前記孔部の前記筒状の曲面を反射面とする光学素子を得る第２の工程と、を含む光学素子の製造方法である。
　請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法であって、前記第１の工程では、略円柱状の前記孔部を形成する。
　請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法であって、前記第１の工程では、略楕円柱状の前記孔部を形成する。
　請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法であって、前記第１の工程では、前記基板の厚さ方向に貫通する前記孔部を形成する。また、請求項４に記載の発明を請求項２又は３に記載の発明に適用することも可能である。
　請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法であって、前記第１の工程では、ボッシュプロセス法によって前記異方性エッチングを行う。また、請求項５に記載の発明を請求項２～４のいずれかに記載の発明に適用することも可能である。
　請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法であって、前記反射面に対して所定の処理を行うことにより、前記反射面を平坦化する第３の工程を含む。また、請求項６に記載の発明を請求項２～５のいずれかに記載の発明に適用することも可能である。
　請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の光学素子の製造方法であって、前記第３の工程における所定の処理は、水素雰囲気下、所定の高温で行うアニール処理である。
　請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の光学素子の製造方法であって、前記反射面に対して所定の処理を行うことにより、当該反射面の反射率を、前記基板の材料の反射率よりも向上させる第４の工程を含む。また、請求項８に記載の発明を請求項２～７のいずれかに記載の発明に適用することも可能である。
　請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の光学素子の製造方法であって、前記第４の工程における所定の処理は、ウエットプロセスである。
　請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の光学素子の製造方法であって、前記ウエットプロセスは、無電解めっきを用いる。
　請求項１１に記載の発明は、光源と、前記光源からの出射光を記録媒体に照射する導波路と、を有する光ヘッドであって、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光学素子を用いて、前記光源からの前記出射光を前記光学素子の反射面で反射させて前記導波路に結合させることを特徴とする光ヘッドである。
　請求項１２に記載の発明は、記録媒体と、請求項１１に記載の光ヘッドと、を有し、前記光源からの出射光を前記導波路によって前記記録媒体に照射し、前記記録媒体に情報を記録することを特徴とする情報記録装置である。
　この発明によると、異方性エッチングによって基板に筒状の孔部を形成し、孔部に交差して基板を切断することにより、筒状の曲面を反射面とする光学素子が得られる。これにより、曲面状の反射面を有する光学素子を容易に作製することが可能となる。
この発明の実施形態に係る光学素子の製造方法を示す基板の断面図である。 この発明の実施形態に係る光学素子の製造方法を示す基板の断面図である。 この発明の実施形態に係る光学素子の製造方法を示す基板の断面図である。 この発明の実施形態に係る光学素子の製造方法を示す基板の断面図である。 この発明の実施形態に係る光学素子の製造方法を示す基板の断面図である。 この発明の実施形態に係る光学素子の製造方法を示す基板の断面図である。 この発明の実施形態に係る光学素子の製造方法を示す基板の断面図である。 エッチング後の基板の斜視図である。 エッチング後の基板の上面図である。 基板を切断した後の状態を示す斜視図である。 基板を切断した後の状態を示す上面図である。 １次元集光光学素子の一例を示す斜視図である。 １次元集光光学素子の別の例を示す斜視図である。 エッチング後の基板の断面図である。 エッチング後の基板の断面図である。 情報記録装置の概略構成を示す斜視図である。 光ヘッドの概略断面図である。 １次元集光光学素子の反射面の作用を説明するための図である。 １次元集光光学素子の反射面が略楕円面に相当することを示す模式図である。 光ヘッドの平面導波路の一例を示す図である。 光ヘッドの平面導波路の別の例を示す図である。 光ヘッドの平面導波路を説明するための図であり、光ヘッドの正面図である。
（光学素子の製造方法）
　図１ａ～図１ｇを参照して、この実施形態に係る光学素子の製造方法について説明する。
　まず、図１ａに示すように、平板状の基板１０を用意する。基板１０には、例えば、石英やガラスなどのＳｉＯ２を含む基板、シリコン基板、金属基板、合金基板、又はセラミック基板などを用いればよい。この実施形態に係る製造方法によって作製される光学素子は表面反射光学素子であるため、基板１０の材料は不透明な非光学材料であってもよい。
　次に図１ｂに示すように、基板１０の一方の表面にマスク層１１を形成する。マスク層１１は、基板１０に対するエッチング選択比が高い材料であればよい。マスク層１１は有機物であってもよいし、無機物であってもよい。マスク層１１の材料として、例えばクロム（Ｃｒ）又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を用いればよい。二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）は、基板１０がシリコン基板の場合に用いられる一般的なマスク材料である。二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成されたマスク層１１は、シリコンで形成された基板１０に対するエッチング選択比が高い。従って、マスク層１１のみを選択的に加工することが可能となる。
　次に図１ｃに示すように、マスク層１１上にレジストをスピナーやロールコーターを用いて成膜し、レジスト層１２を形成する。例えば、ポジ型レジストをマスク層１１上に形成する。
　次に図１ｄに示すように、レジスト層１２をパターニングすることによりレジストパターン１３を形成する。例えば電子線描画装置にて、レジスト層１２に電子線を照射し、現像液を用いて現像処理を行うことによりレジストパターン１３を形成する。例えば、複数の筒状のパターンが２次元的に配置されたレジストパターン１３を形成する。筒状のパターンとして、例えば略円筒状のパターン又は略楕円柱状のパターンを形成する。
　次に図１ｅに示すように、マスク層１１をパターニングすることによりマスク層パターン１４を形成する。具体的には、レジストパターン１３をマスクとしてマスク層１１をエッチングすることによりマスク層パターン１４を形成する。例えばドライエッチングを行うことにより、マスク層パターン１４を形成する。
　次に図１ｆに示すように、マスク層パターン１４をマスクとして基板１０に異方性エッチングを行う。これにより、基板１０に筒状の孔部１５を形成する。マスク層パターン１４のマスク形状に合わせて、略円筒状の孔部１５又は略楕円柱状の孔部１５を形成する。異方性エッチングとしては、例えばドライエッチング又はウェットエッチングなどを行ってもよい。異方性エッチングは、一方向に優先的に進行するエッチングであるため、基板１０の厚さ方向に優先的に進行する。そのため、基板１０の厚さ方向の形状制御を行うことができ、高いアスペクト比が得られる。また、異方性エッチングとしてボッシュプロセス法を用いることが好ましい。ボッシュプロセス法は、エッチングとエッチング側壁保護とを繰り返しながら行うエッチング方法である。ボッシュプロセス法を用いることにより、基板１０を深堀し、より高いアスペクト比が得られる。
　異方性エッチングにおいては、図１ｆに示すように基板１０の厚さ方向の途中でエッチングを止めてもよいし、図１ｇに示すように基板１０を孔部１５が貫通するまでエッチングを行ってもよい。
　そして、マスク層パターン１４を剥離して、複数の筒状の孔部１５が形成された基板１０を得る。図２の斜視図及び図３の上面図に、筒状の孔部１５が形成された基板１０を示す。上述した製造方法により、基板１０には複数の孔部１５が形成されている。なお、マスク層パターン１４（マスク層１１）の材料が二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の場合、フッ酸（ＨＦ）等を用いるウエットプロセスや、酸素プラズマによるアッシング等のドライプロセスにより、マスク層パターン１４のみを選択的且つ容易に剥離することができる。
　筒状の孔部１５が形成された基板１０を図示しないダイシングソーを用いて切断することにより、１次元集光光学素子を得る。例えば図２及び図３に示すように、孔部１５に交差し、互いに直交するカットライン２１、２２に沿って基板１０を切断する。さらに、孔部１５と孔部１５との間で互いに直交するカットライン２３、２４に沿って基板１０を切断する。例えば図示しないダイシングブレードを高速に回転させ、カットライン２１に沿って自動ステージを用いて基板１０を移動させて切断する。さらに、カットライン２３に沿って自動ステージを用いて基板１０を移動させて切断する。そして、基板１０を９０度回転させた後、カットライン２２に沿って自動ステージを用いて基板１０を移動させて切断する。さらに、カットライン２４に沿って自動ステージを用いて基板１０を移動させて切断する。
　図４の斜視図及び図５の上面図に切断後の基板１０を示す。これにより、筒状の孔部１５の一部の曲面を有する複数の１次元集光光学素子３０が得られる。
　以上のように、異方性エッチングによって基板１０に筒状の孔部１５を形成し、孔部１５に交差して基板を切断することにより、筒状の曲面を反射面とする１次元集光光学素子３０を容易に作製することが可能となる。例えば特許文献３に記載の製造方法では、異方性エッチングと等方性エッチングとを組み合わせる必要があるため工数が増え、また、それぞれのエッチングの制御を行う必要がある。これに対して、この実施形態に係る製造方法によると、異方性エッチングのみを行えばよいため、より簡単に１次元集光光学素子３０を作製することが可能となる。
　また、複数の筒状のパターンが２次元的に配置されたマスクを用いることにより、複数の１次元集光光学素子３０をまとめて作製することが可能となる。そのことにより、１次元集光光学素子３０を大量に作製することが可能となる。
　また、カットラインを示すマークや位置調整用のマークを、上記の製造プロセスにおいて形成することも可能である。あるいは、カットラインをも含むマスクを用いることにより、ダイシングソーを用いずに、図５のような切断された複数の集光光学素子を作製することも可能である。その際、１次元集光光学素子３０それぞれがばらばらにならないよう、予め基板１０の底面に保護レジストを成形しておく、或いは保護基板を接着しておくのが望ましい。これらの保護レジストや保護基板は、剥離液に浸漬する等により容易に剥離できる材料を用いる。
（１次元集光光学素子３０）
　図６に、１次元集光光学素子３０を示す。図６に示す１次元集光光学素子３０は、円筒状の孔部１５が基板１０を貫通するまで異方性エッチングを行って得られた光学素子である。１次元集光光学素子３０は、円筒面状の凹面の反射面３１である反射ミラーを有することで、入射光を偏向する偏向光学素子である。１次元集光光学素子３０は、棒状の直方体の１つの稜線に円筒状の反射面３１が形成された形状を有する。反射面３１は露出しており、表面反射ミラーとして機能する。反射面３１には、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属膜、又は、誘電体多層膜の反射膜などを形成する。これにより、反射面３１は、表面反射ミラーとして機能する。表面反射ミラーであるため、入射面及び出射面が無く、光量損失を低減することができる。また、反射膜を形成しなくても反射率が得られる場合には、反射膜を形成せずにそのまま反射面として使用してもよい。反射面３１は凹状の円筒面であるため曲率を持った方向のみ集光機能を有する。集光機能が１次元であるため、集光された光は線状となる。棒状の直方体の一部の稜線に表面反射面となる円筒状の反射面３１を形成するので、非常に小さなミラーであっても直方体自体の大きさを比較的大きくすることができる。そのため、１次元集光光学素子３０のハンドリング性を確保することができ、光アシスト磁気記録ヘッドの組立も容易となる。
　また、基板１０に対するエッチングを基板１０の厚さ方向の途中で止めた場合、図７に示すように、孔部１５の一部の曲面を有する１次元集光光学素子４０が得られる。１次元集光光学素子４０は、円筒面状の凹面の反射面４１である反射ミラーを有することで、入射光を偏向する偏向光学素子である。１次元集光光学素子４０は、棒状の直方体の１つの稜線の一部に円筒状の反射面４１が形成された形状を有する。反射面４１の機能は、１次元集光光学素子３０の反射面３１と同じであるため、説明を省略する。
　なお、１次元集光光学素子３０、４０の曲面部の形状は円に限るものではなく、楕円面など非球面の断面の一部からなるシリンドリカル面でもよい。例えば、基板１０に対して略楕円柱状の孔部１５を形成することにより、１次元集光光学素子３０、４０の曲面部を楕円面とすることができる。
　なお、基板１０上にマスク層１１を形成せずに、基板１０上にレジスト層１２を形成し、レジストパターン１３をマスクとして基板１０を異方性エッチングすることにより、基板１０に筒状の孔部１５を形成してもよい。たとえば、基板１０としてガラス基板が用いられる場合、基板１０にレジストパターン１３を形成する。これをレジストマスクとして、ブラスト処理により異方性エッチングを行う。ブラスト処理は、たとえば、ガラスビーズ等の研磨剤を圧縮エアーにより吹き付けることでエッチングを行う、所謂「サンドブラスト」の手法を用いることができる。
（平坦化）
　上述のように、ボッシュプロセス法を用いて異方性エッチングを行った場合、エッチングとエッチング側壁保護を繰り返すことにより、そのサイクルに応じて加工面３１ａに凹凸（スキャロップ）が形成される（図８参照）。加工面３１ａは、１次元集光光学素子３０の反射面３１となる。よって、加工面３１ａに形成される凹凸のピッチや凹凸による表面粗さにより光の散乱等が発生し、光の利用効率が低下する可能性がある。このような場合には、マスク層パターン１４の剥離後に加工面３１ａを平坦化する処理を行うことが望ましい。なお、以下では、基板１０としてシリコン基板を用いる例について述べる。
　平坦化の処理は、たとえばアニール処理を用いる。図９に示すように、マスク層パターン１４の剥離後、加工面３１ａに対して、水素雰囲気下、１０ｔｏｒｒ、１１００℃で１０分間の条件で、アニール処理を行う。
　このように、水素雰囲気下、所定の高温でアニール処理を行うことで、加工面３１ａ表面のケイ素原子が移動し、加工面３１ａの端部がＲ状に形成されると共に、凹凸が平坦化される（図９参照）。エッチング条件やアニール処理時間に依存するが、たとえば、表面粗さが２０ｎｍの場合、アニール処理により１ｎｍ以下（たとえば０．３ｎｍ）とすることができる。なお、アニール処理は、種々の条件が可能である。たとえば、水素雰囲気下、１０ｔｏｒｒ、１１００℃で５分間の条件でもよい。また、処理時間を短縮させるために、水素雰囲気下、１０ｔｏｒｒ、１３００℃の条件でアニール処理を行ってもよい。逆に処理時間に余裕がある場合には、水素雰囲気下、１０ｔｏｒｒ、９００℃で３０分間の条件でゆっくりとアニール処理を行ってもよい。なお、好ましい条件は、１１００℃で５～１５分間である。このように、「所定の高温」とは、アニール処理を行うために適した温度であり、圧力や処理時間によって適宜決定される値である。
　また、ガラスからなる基板１０をサンドブラストの手法により加工した場合には、研磨剤による微小な加工痕が残り、加工面３１ａの表面粗さが大きくなる。よって、このような場合にも加工面３１ａの平坦化の処理を行うことが望ましい。
　この場合の処理は、水素を用いないアニール処理、フッ酸（ＨＦ）ガスによるドライエッチング、及び水酸化カリウム（ＫＯＨ）や水酸化テトラメチルアンモニウム（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ　ａｍｍｏｎｉｕｍ　ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ：ＴＭＡＨ）等によるウエットエッチング等を行うことができる。
　以上のように、加工面３１ａを平坦化することにより、光源部１８０からの光を反射面３１を介して光アシスト部１７１内の平面導波路（後述）へ入射させる際の結合効率を向上させることができる。また、平坦化の処理としてアニール処理を用いることにより、ボッシュポロセス法により発生した凹凸を短時間で平坦化し、加工面３１ａ（反射面３１）の表面粗さを低減させることが可能となる。なお、１次元集光光学素子４１に対しても上記と同様の平坦化処理が可能である。
　或いは、ボッシュプロセス法の条件を工夫することにより、加工面３１ａに生じる凹凸を抑え、平坦化を図ることも可能である。
　たとえば、図１ｆにおいてボッシュプロセス法を用いる際、エッチング用のガスと側壁保護用のガスとを切り替えない手法（両方のガスを流し続ける手法）により加工面３１ａの平坦化を図ることができる。また、エッチング用のガスと側壁保護用のガスとの切り替えを高速化することでも加工面３１ａの平坦化を図ることができる。
　更には、パラメータ・ランピングの手法を用いることもできる。一般的なボッシュプロセス法による異方性エッチングは、エッチングする部分が深くなるにつれ、エッチングを行う部分に対してエッチングガスが到達する量が少なくなる。すなわち、エッチングをする深さに応じて１回のエッチングで掘ることができる量が変わってくることから、加工面３１ａの凹凸が大きくなる（図８参照）。そこで、１回のエッチングで掘ることができる量が均等になるよう、浅い部分を掘る際にはガスの切り替えを高速化し、深い部分に行くにつれ、ガスの切り替えを低速化するパラメータ・ランピングの手法を用いる。このように、１回のエッチングで掘ることができる量を均等にすることでも加工面３１ａの凹凸を抑え、平坦化することができる。
（反射率の向上）
　基板１０を反射率の低い材料で形成した場合、上記加工により形成される反射面３１（反射面４１）の反射率も低くなる。このような場合、光の利用効率を高めるために反射面３１（反射面４１）に所定の処理を施して反射膜を形成し、反射率を向上させることが望ましい。
　反射率を向上させるための処理としては、たとえば、蒸着やスパッタ等のドライプロセスが一般的である。ドライプロセスでは、反射面３１（反射面４１）に対してアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）等の金属膜を成膜する。
　また、反射率を向上させるための処理としてウエットプロセスを用いることも可能である。ウエットプロセスでは、蒸着等のように、金属を付着させる面（反射面３１を形成する面）の向きを揃えて配置する必要がなく、又、ドライプロセスに必要な真空プロセス等が不要となる。従って、安価且つ容易に反射面３１（反射面４１）に反射膜を形成することができる。このようなウエットプロセスは、微小でハンドリングが困難な１次元集光光学素子３０（１次元集光光学素子４０）に対しては特に有効である。また、反射膜の形成により、加工面３１ａの表面粗さを改善することができるという効果も奏する。
　ウエットプロセスの例としては、ディップコート法による成膜やめっき処理がある。
　ディップコート法は、たとえば、１次元集光光学素子３０を反射率の高い金属粉末やガラスビーズ等の微粒子を含む樹脂（たとえば、酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子を含むシリコーン樹脂）液に浸すことにより、その反射面３１に高反射率の膜を成膜する方法である。或いは、ディップコート法により、反射面３１に高屈折率と低屈折率の層を交互に成膜して多層膜を形成することで高反射率を実現することも可能である。
　めっき処理は、電解めっきや無電解めっきにより高反射率の膜を形成する。めっき処理は、一度に大量の１次元集光光学素子３０に対して施すことが可能である。従って、安価且つ容易に反射面３１に反射膜を形成することが可能となる。
　本めっき処理の手法においては、めっき層の密着性を高めるために前処理を行うことが望ましい。前処理としては、たとえば、薬剤等を用いた洗浄による反射面３１の表面活性化処理を行い、めっき層の密着性を高める。或いは、前処理として、反射面３１にプライマー処理を施し、めっき金属を捕捉する核となる部分を形成し、密着性を高める。
　たとえば、無電解めっきによるめっき処理においては、反射面３１にめっき金属を捕捉するパラジウム（Ｐｄ）等の核を形成する。その後、当該反射面３１を無電解銅めっき、無電解ニッケルめっき、無電解スズめっき、無電解金めっき等のめっき液に浸漬することで電導性の皮膜層を形成することができる。なお、めっき液として無電解銀めっき液を用いる場合には、パラジウム等の核を形成する必要はない。
　無電解めっきによる処理は、電解めっきによる処理と比べ、電気的な接続を取る必要がない。また、無電解めっきによる処理は、１次元集光光学素子３０や反射面３１の形状に関わらず均一な厚みの皮膜層を形成することが可能である。以上より、無電解めっきによる反射面３１の成膜は生産性が高い。
（情報記録装置の概略構成）
　上記の１次元集光光学素子３０又は１次元集光光学素子４０を備えた光アシスト式磁気記録ヘッド、及びその光アシスト式磁気記録ヘッドを備えた情報記録装置について説明する。図１０に、光アシスト式磁気記録ヘッドを搭載した光アシスト式磁気記録装置（例えばハードディスク装置、以下「情報記録装置」ともいう）の概略構成を示す。情報記録装置１００は、記録用の複数枚の回転可能なディスク（磁気記録媒体）１２０と、ヘッド支持部１４０と、トラッキング用アクチュエータ１６０と、光アシスト式磁気記録ヘッド１３０（以下、「光ヘッド１３０」と称する）と、図示しない駆動装置と、を筺体１１０内に備えている。なお、ディスク１２０は１枚であってもよい。ヘッド支持部１４０は、支軸１５０を支点として矢印Ａの方向（トラッキング方向）に回動可能に設けられている。トラッキング用アクチュエータ１６０は、ヘッド支持部１４０に取り付けられている。光ヘッド１３０は、ヘッド支持部１４０の先端に取り付けられている。図示しない駆動装置は、ディスク３を矢印Ｂの方向に回転させる。
（光ヘッド１３０）
　図１１に、光ヘッド１３０の概略構成例を断面図で示す。光ヘッド１３０は、ディスク１２０に対する情報記録に光を利用する微小光記録ヘッドである。光ヘッド１３０は、光源部１８０と、スライダ１９０と、１次元集光光学素子３０とを有する。１次元集光光学素子３０の代わりに１次元集光光学素子４０を用いてもよい。情報記録装置１００は、光ヘッド１３０がディスク１２０上で浮上しながら矢印Ｃ方向に相対的に移動しうるように構成されている。
　光源部１８０は半導体レーザを有する。光源部１８０は、半導体レーザと、光ファイバ、光導波路、及びコリメートレンズなどの光学部品との組み合わせであってもよい。光源部１８０を構成している半導体レーザから出射されるレーザ光の波長は、可視光から近赤外の波長（波長帯としては、０．６μｍ～２μｍ程度であり、具体的な波長としては、６５０ｎｍ、７８０ｎｍ、８３０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍなどが挙げられる）が好ましい。
　スライダ１９０は、ＡｌＴｉＣ材などを含む基板で構成されている。スライダ１９０には、ディスク１２０の被記録部分の流入側から流出側にかけて順に（矢印Ｃ方向に）、磁気再生部１７３、光アシスト部１７１、及び磁気記録部１７２が形成されている。なお、光アシスト部１７１が磁気記録部１７２よりも流入側にあれば、この順番でなくてもよい。
　磁気記録部１７２は、ディスク１２０の被記録部分に対して磁気情報の書き込みを行う磁気記録素子である。磁気再生部１７３は、ディスク１２０に記録されている磁気情報の読み取りを行う磁気再生素子である。なお、光アシスト部１７１、磁気記録部１７２、及び磁気再生部１７３は、スライダ１９０と一体に形成されていてもよいし、別体に構成されたものをスライダ１９０に取り付けてもよい。
　光アシスト部１７１は、後述する平面導波路と図示しないプラズモンプローブとで構成されている。平面導波路は光源からのレーザ光をディスク１２０側の出射端面に向かって集光させてプラズモンプローブに照射する。プラズモンプローブはディスク１２０の被記録部分をスポット加熱するための近接場光を発生させる。
　光源部１８０から出射したレーザ光は、１次元集光光学素子３０によって光アシスト部１７１に導かれる。光アシスト部１７１に入射したレーザ光は、光アシスト部１７１内の平面導波路を通って光ヘッド１３０から出射する。１次元集光光学素子３０の集光機能が１次元であるため、集光された光は線状となり、光を結合する平面導波路の入射端面上での光の厳密な位置調整が１次元方向のみで済むため、位置調整が格段に容易になる。
　光アシスト部１７１から出射したレーザ光が、微小な光スポットとしてディスク１２０に照射されると、ディスク１２０の被照射部分の温度が一時的に上昇してディスク１２０の保持力が低下する。その保持力の低下した状態の被照射部分に対して、磁気記録部１７２により磁気情報が書き込まれる。
　図６に示した１次元集光光学素子３０を搭載した光学結合系について数値例を用いて説明する。反射面３１（円筒面）の曲率半径を２０μｍ、光源部１８０の半導体レーザの出射端から反射面３１までの光軸上の距離を１４．１３μｍ、反射面３１から像面（集光面）までの光軸上の距離を１５．３６μｍ、図９のｘ、ｙ方向の平面導波路のモードフィールド径を各々５μｍ、１μｍとし、レーザ光の波長を０．７８５μｍ、放射角（半値全角）をｘ方向９．５°、ｚ方向（偏向後ｙ方向）２３°とする。レーザ光の強度分布をガウシアンとした場合、平面導波路との結合効率は６０．５％となり、光アシスト方式としては十分な結合効率が得られる。光源部１８０から出射されるレーザ光の強度分布はｚ方向に長円となっているため、この方向のみ集光するだけで十分な結合効率が得られる。なお、計算方法については「光デバイスのための光結合系の基礎と応用」（河野健治著、現代工学社）を参照した。
　図１２は、１次元集光光学素子３０の反射面３１が略楕円の一部からなるシリンドリカル面である場合の反射面３１の作用を説明するための図である。図１２には略楕円面３２が示されており、反射面３１は略楕円面３２の一部の形状を有する。例えば、基板１０に対して略楕円柱状の孔部１５を形成することにより、略楕円面３２の一部の形状を有する反射面３１を形成することができる。
　１次元集光光学素子３０は、光学的作用が１方向に限られるため、本明細書において「略楕円面」とは、１方向のみにパワーを有するシリンドリカル状の楕円面を意味する。
　図１２に示す略楕円面３２において、楕円の長軸ＬＸに対して垂直な２本の直線ＬＡ、ＬＢは２つの焦点Ｆ２、Ｆ１上にそれぞれ位置している。直線ＬＡと直線ＬＢとの間の部分の長軸ＬＸを境にした一方の曲面反射面３３が反射面３１に相当する。
　従って、一方の焦点Ｆ２（光源部１８０の出射端）から出射して、曲面反射面３３での反射により集光されたレーザ光は、すべて他方の焦点Ｆ１（平面導波路の入射端）に到達して光スポットを形成する。このように略楕円面３２の２つの焦点Ｆ１、Ｆ２の位置にレーザ光の入射位置と集光位置とを設定することにより、集光される方向の収差の発生量を小さくすることができ、円筒状の反射面よりも平面導波路との結合効率をより高めることが可能となる。例えば、上述した円筒面の数値例において、コーニック定数１．０００５３を入れ略楕円面とし、円筒面から略楕円面での最良像面（集光面）までの光軸上の距離を１４．１５μｍとした場合には、結合効率は７０．６％となり、円筒面よりも約１．２倍、結合効率を向上させることができる。
　図１３は、１次元集光光学素子３０における反射面３１が略楕円面３２に相当することを示す模式図である。上記のように、光源部１８０から出射したレーザ光を平面導波路に入射させるために１次元集光光学素子３０を設けると、曲面反射面３３での反射による偏向及び集光により、平面導波路に対する結合効率を著しく向上させることができる。また、集光方向に関して無収差での結合が可能となるため、より高い光利用効率を得ることができる。
　次に、図１４及び図１５に、光アシスト部１７１が有する平面導波路の具体例を示す。図１４に示す平面導波路１７１Ａは、ミラー型集光機能を有するプラナーソリッドイマージョンミラー（ＰＳＩＭ）を有する。図１３に示す平面導波路１７１Ｂは、テーパ型集光機能を有する。これらの平面導波路１７１Ａ、１７１Ｂに採用されている導波路構造は、いずれも基板上に高屈折率層１７１Ｈを積層し、その周りに低屈折率層１７１Ｌを積層することにより構成されている。高屈折率層１７１Ｈと低屈折率層１７１Ｌとの境界面での反射作用によりレーザ光が集光される。
　図１４に示す平面導波路１７１Ａでは、高屈折率層１７１Ｈと低屈折率層１７１Ｌとの境界面が、略楕円面の一部形状を成している。図１４に示す高屈折率層１７１Ｈと低屈折率層１７１Ｌとの境界面では、その屈折率差によって全反射を生じさせる構成としている。境界面は略楕円面の一部形状を成しているので、平面導波路１７１Ａに発散光が入射すると、略楕円面の焦点位置で光源像が形成されることになる。つまり、平面導波路１７１Ａでは全反射を利用したミラー効果によりレーザ光を１方向に集光して、微小な光スポットを形成することができる。
　図１５に示す平面導波路１７１Ｂでは、高屈折率層１７１Ｈと低屈折率層１７１Ｌとの境界面が、直線状に形成されている。平面導波路１７１Ａには２つの境界面が形成されており、高屈折率層１７１Ｈに入射したレーザ光はこれら２つの境界面の間で繰り返し全反射され、出射端に進むにつれ次第にモードフィールド径が小さくなっていき、高屈折率層１７１Ｈの出射端で集光され、微小な光スポットを形成することができる。
　上記のように光アシスト部１７１に平面導波路１７１Ａ、１７１Ｂを用いれば、微小な光スポットを得ることができる。従って、よりエネルギー密度の高い光をプラズモンプローブに照射することができ、近接場光の発生光量を増大することが可能となる。以上、２つの平面導波路を例として示したが、これらに限るものではなく、２段コア型など、他のタイプのスポットサイズを変換できる導波路であってもよい。
　図１１に示す光ヘッド１３０では、１次元集光光学素子３０が光源部１８０と光アシスト部１７１内の平面導波路１７１Ａ又は１７１Ｂ（図１４、１５）とを光学的に結合させ、かつ、光源部１８０から出射したレーザ光を平面導波路１７１Ａ、１７１Ｂに入射させるために偏向させる構成になっている。図１６は、ｙ方向から光ヘッド１３０の平面導波路１７１Ａを見た模式図である。光源部１８０から平面導波路１７１Ａに結合されたレーザ光は、平面導波路１７１Ａによりディスク１２０上に近接場光を発生させるように集光される。
　以上説明した光ヘッド１３０を備えた情報記録装置１００においては、光源部１８０（半導体レーザ）から出射した光は１次元集光光学素子３０の反射面３１にてｙ方向の光軸がｙｚ面内で９０°折り返されてｚ方向に偏向されると共にｙｚ面内に集光され、平面導波路に入射する。一方、ｘ方向の光は集光されず広がった状態で平面導波路に入射し、例えば図１４に示す略楕円反射面を持つ平面導波路１７１Ａにてｘ方向が平面導波路内で集光される。平面導波路の出射端ではｘ方向、ｙ方向ともに光が十分に絞られた状態となり、平面導波路の出射端面に形成された図示しないプラズモンプローブを照射し、プラズモンプローブから近接場光が発生する。この近接場光によりディスク１２０が加熱され、保持力が低下し、磁気記録部１７２にて磁気情報が記録される。ディスク１２０が光ヘッド１３０から移動し、冷却されると保持力が回復し、磁気情報が保持される。従って、高精度の位置調整を必要とせずに、高い光利用効率で微小な光スポットを得ることが可能となり、その光スポットを用いて高密度の情報記録を行うことが可能となる。
　なお、以上説明してきた実施の形態は、光アシスト式磁気記録ヘッド、及び、光アシスト式磁気記録装置に関するものであるが、この実施の形態の要部構成を、記録媒体を光記録ディスクとした光記録ヘッド、及び、光記録装置に利用することも可能である。この場合は、スライダ１９０に磁気記録部１７２と磁気再生部１７３は不要である。
　１０　基板
　１１　マスク層
　１２　レジスト層
　１３　レジストパターン
　１４　マスク層パターン
　１５　孔部
　２１、２２、２３、２４　カットライン
　３０、４０　１次元集光光学素子
　３１、４１　反射面
　１００　情報記録装置
　１１０　筺体
　１２０　ディスク（磁気記録媒体）
　１３０　光アシスト式磁気記録ヘッド（光ヘッド）
　１４０　ヘッド支持部
　１５０　支軸
　１６０　トラッキング用アクチュエータ
　１７１　光アシスト部
　１７２　磁気記録部
　１７３　磁気再生部
　１８０　光源
　１９０　スライダ

Claims (12)

  1. 　基板に異方性エッチングを行うことにより、前記基板に筒状の孔部を形成する第１の工程と、
    　前記筒状の孔部に交差して前記基板を切断して、切断された前記孔部の前記筒状の曲面を反射面とする光学素子を得る第２の工程と、
    　を含む光学素子の製造方法。
  2. 　前記第１の工程では、略円筒状の前記孔部を形成する、
    　請求項１に記載の光学素子の製造方法。
  3. 　前記第１の工程では、略楕円柱状の前記孔部を形成する、
    　請求項１に記載の光学素子の製造方法。
  4. 　前記第１の工程では、前記基板の厚さ方向に貫通する前記孔部を形成する、
    　請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  5. 　前記第１の工程では、ボッシュプロセス法によって前記異方性エッチングを行う、
    　請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  6. 　前記反射面に対して所定の処理を行うことにより、前記反射面を平坦化する第３の工程を含む請求項１から５のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  7. 　前記第３の工程における所定の処理は、水素雰囲気下、所定の高温で行うアニール処理である、
    　請求項６に記載の光学素子の製造方法。
  8. 　前記反射面に対して所定の処理を行うことにより、当該反射面の反射率を、前記基板の材料の反射率よりも向上させる第４の工程を含む請求項１から７のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  9. 　前記第４の工程における所定の処理は、ウエットプロセスである、
    　請求項８に記載の光学素子の製造方法。
  10. 　前記ウエットプロセスは、無電解めっきを用いる、
    　請求項９に記載の光学素子の製造方法。
  11. 　光源と、
    　前記光源からの出射光を記録媒体に照射する導波路と、
    　を有する光ヘッドであって、
    　請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光学素子を用いて、前記光源からの前記出射光を前記光学素子の反射面で反射させて前記導波路に結合させる、
    　ことを特徴とする光ヘッド。
  12. 　記録媒体と、
    　請求項１１に記載の光ヘッドと、
    　を有し、
    　前記光源からの出射光を前記導波路によって前記記録媒体に照射し、前記記録媒体に情報を記録する、
    　ことを特徴とする情報記録装置。
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