JPH11237508A

JPH11237508A - 偏光性ホログラム素子の製造方法

Info

Publication number: JPH11237508A
Application number: JP4143298A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Hayashi; 賢一林; Kazuo Kobayashi; 一雄小林
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 1999-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】透明基板の表面に、無機材料を斜め蒸着する
ことにより格子状の複屈折膜が形成された構造の偏光性
ホログラム素子を製造するのに適した方法を提案するこ
と。【解決手段】透明基板２の表面２０１に格子状にレジ
スト５を形成する。次に、レジスト５をマスクとして用
いて、ドライエッチング法により透明基板２をエッチン
グする。この結果、レジスト５で覆われていない透明基
板２の表面２０１ａには、凹部２１２が形成され、これ
らの凹部２１２は格子状の溝パターンを形成する。次
に、真空蒸着法またはスパッタ法により、透明基板２の
各凹部２１２に蒸着膜３を形成する。この場合、各凹部
２１２を目安として、その長手方向（格子方向Ｂ）に平
行な方向から蒸着を行う。したがって、蒸着時に蒸着方
向Ａがずれないように配慮する必要がない。また、蒸着
後でも蒸着方向Ａを容易に判別できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光光を用いた光
学装置、例えば、光ピックアップに使用するのに適した
偏光性ホログラム素子の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル
ビデオディスク（ＤＶＤ）等の光記録媒体の再生等を行
う光ピックアップとしては、３ビーム法によりトラッキ
ング制御信号等を検出する光学系を備えたものが知られ
ている。この３ビーム法では、一般に、レーザ光源から
のレーザ光を偏光性ホログラム素子を用いて３ビームと
なるように回折している。光ピックアップでは、小型、
コンパクト化の要望から、その光学系を構成する偏光性
ホログラム素子も小型でコンパクトに構成できることが
望ましい。

【０００３】このような偏光性ホログラム素子は、たと
えば、特開昭６３−３１４５０２号公報に開示されてい
る。この公開公報に開示の偏光性ホログラム素子は、常
光をそのまま透過させ、異常光を回折するためのもので
ある。

【０００４】この偏光性ホログラム素子は、ニオブ酸リ
チウム（ＬｉＮｂＯ₃）等の複屈折性結晶板の表面にプ
ロトンイオン交換領域を形成するとともに、形成したプ
ロトンイオン交換領域の上に誘電体膜を形成した構成と
なっている。そして、常光がプロトンイオン交換領域を
通過する際に受ける位相変化と、プロトンイオン交換が
施されていない領域を通過する際に受ける位相変化が同
一となるように、プロトンイオン交換領域の深さ、およ
び誘電体膜の膜厚が設定されている。

【０００５】また、特開平７−１３００２２号公報に
も、常光をそのまま通過させて異常光のみを回折させる
ための同様な構成の偏光性ホログラム素子が開示されて
いる。この公開公報には、さらに、常光を回折するが、
異常光をそのまま通過させる構成の偏光性ホログラム素
子も開示されている。

【０００６】この後者の偏光性ホログラム素子は、ニオ
ブ酸リチウムの結晶の表面に一定の深さのプロトンイオ
ン交換領域を形成し、しかる後に、プロトンイオン交換
領域が形成された結晶板の表面を一定の深さとなるよう
にエッチングすることによって、異常光が回折作用を受
けないようにしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の公開公報に開示されている偏光性ホログラム素子は、
結晶板として光学的異方性基板であるニオブ酸リチウム
を用いている。光学的異方性基板は結晶板自体が非常に
高価である。したがって、偏光性ホログラム素子も高価
なものとなってしまう。また、当該偏光性ホログラム素
子を光ピックアップに採用すると、光ピックアップの価
格も当然に上昇してしまう。

【０００８】さらに、ニオブ酸リチウムは、熱衝撃に非
常に弱いという特性を持っている。偏光性ホログラム素
子の作製プロセスには、プロトンイオン交換時に沸騰し
た安息香酸にニオブ酸リチウムを浸すプロセス、レジス
トを乾燥させるために熱処理を行うプロセス等といった
ニオブ酸リチウムに温度変化が生じるプロセスが含まれ
る。このようなプロセス中に、ニオブ酸リチウムはひび
が入ったり、極端な場合には割れが発生する恐れがあ
る。このため、ニオブ酸リチウムの結晶板を使った偏光
性ホログラム素子は、歩留りが悪く、量産に適さない。

【０００９】そこで、結晶板の強度を上げるため、ニオ
ブ酸リチウムの結晶板を厚くすることも考えられる。し
かし、結晶板を厚くすると、その分、偏光性ホログラム
素子が大型化し、重量も増してしまう。また、このよう
な偏光性ホログラム素子を光ピックアップに採用する
と、当然に光ピックアップが大型化し、重量も増してし
まう。

【００１０】さらに、上記の偏光性ホログラム素子で
は、プロトンイオンの拡散時において、プロトンイオン
がニオブ酸リチウムの結晶板の表面から横方向に拡散す
ることに起因するデューティーのずれが顕著になる。す
なわち、目標とする幅のプロトンイオン交換領域を精度
良く作り込むことが困難となる。このようなずれが発生
すると偏光性ホログラム素子に目標とする回折特性を付
与できず、たとえば、偶数項の回折光が発生する等して
光利用効率の低下等を招いてしまう。また、プロトンイ
オンの拡散では、数μｍ以下という細かいピッチで行う
ことができず、ピッチの細かい格子が作りにくい。すな
わち、プロトンイオンの拡散に起因して偏光性ホログラ
ム素子の構造が制約されてしまう。

【００１１】そこで、本出願人は、使用波長に対して透
明な透明基板と、該透明基板の光入射面および光出射面
のうち少なくとも一方の光通過面に格子状に形成された
複屈折膜とを有し、前記複屈折膜が、前記光通過面の法
線方向に対して所定の角度から当該光通過面に無機材料
を斜め蒸着することによって形成されている偏光性ホロ
グラム素子を提案している。

【００１２】本発明の課題は、この偏光性ホログラム素
子を製造するのに適した方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、使用波長に対して透明な透明基板と、該
透明基板の光入射面および光出射面のうち少なくとも一
方の光通過面に格子状に形成された複屈折膜とを有し、
前記複屈折膜が、前記光通過面の法線方向に対して所定
の角度から当該光通過面に無機材料を斜め蒸着すること
によって形成されている偏光性ホログラム素子を次のよ
うに製造している。すなわち、前記透明基板の前記光通
過面に格子状のレジストパターンを形成し、該レジスト
パターンをマスクとして前記透明基板をエッチングする
ことによって、前記光通過面に格子状の溝パターンを形
成し、該溝パターンの長手方向および前記法線方向を含
む平面内の方向から無機材料を斜め蒸着して、前記溝パ
ターンに沿って格子状の複屈折膜を形成している。

【００１４】本発明の製造方法では、無機材料を斜め蒸
着する前に、予め、透明基板の光通過面に複屈折膜を格
子状に形成するための溝パターンを形成している。した
がって、次の工程で無機材料を蒸着する場合には、この
溝パターンを目安として、溝パターンの長手方向に平行
な方向から無機材料を蒸着するだけでよい。このよう
に、無機材料の蒸着方向が一義的に定まっているので、
蒸着時に蒸着方向を特定するための作業が不要となる。
また、蒸着後でも蒸着方向を容易に判別できる。さら
に、無機材料が溝パターンの長手方向および法線方向を
含む平面内の方向から蒸着されるので、複屈折膜の膜厚
分布も均一に保てる。

【００１５】ここで、前記透明基板のエッチングは、レ
ジストパターンを用いたドライエッチング法によること
が好ましい。このようにすると、溝パターンを精度よく
形成することができるので、そこに形成される複屈折膜
のデューティ比およびエッチング深さを一定にでき、良
好な偏光性ホログラム素子を製造することができる。

【００１６】本発明の別の形態における製造方法におい
ては、前記透明基板の前記光通過面に対して前記複屈折
膜を形成した後、所定間隔ごとに前記複屈折膜を除去し
て、前記複屈折膜を格子状に形成している。

【００１７】ここで、前記複屈折膜を所定間隔ごとに除
去するためには、レーザ加工法を採用することができ
る。このようにすると、格子状の複屈折膜のデューティ
比およびエッチング深さを一定にでき、良好な偏光性ホ
ログラム素子を製造することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００１９】［実施の形態１］図１（ａ）は、本発明の
実施の形態１に係る方法によって製造された偏光性ホロ
グラム素子を示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ’
線で切断した部分の断面図である。（ｃ）は、蒸着膜を
拡大して示す断面図である。

【００２０】図１（ａ）、（ｂ）に示すように、偏光性
ホログラム素子１は、等方性基板である透明基板２を有
している。透明基板２は、ガラス基板、シリコン基板、
プラスチック基板等といった使用波長に対して透明な材
料から形成されている。使用波長とは、たとえば、偏光
性ホログラム素子１を光ピックアップに採用した場合、
その光ピックアップに使用されているレーザ光の波長を
いう。透明基板２の表面（光通過面）２０１には、凹部
２１２が一定の幅および深さで格子状に形成されてい
る。透明基板２の表面２０１のうち、隣接する凹部２１
２の間の凸部２１３の表面は、そのまま外部に露出して
いる。凹部２１２には、その深さを越えない厚さで蒸着
膜３が形成されている。

【００２１】蒸着膜３は、五酸化タンタル（Ｔａ
₂Ｏ₅）、酸化タングステン（ＷＯ₃）、三酸化ビスマ
ス（Ｂｉ₂Ｏ₃）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）等の無機材
料を蒸着することにより形成されている。蒸着膜３の蒸
着方向Ａは、図１（ａ）および（ｃ）から分かるよう
に、格子方向Ｂおよび透明基板２の表面２０１の法線方
向Ｈを含む平面内において、法線方向Ｈに対して所定の
角度θをなす方向とされている。蒸着膜３は、放線方向
Ｈと蒸着方向Ａ、Ａ’とがなす角度θを例えば７０°と
して蒸着されている。無機材料をこのように斜め蒸着す
ると、複屈折性を有する蒸着膜が形成されることが知ら
れている。したがって、蒸着膜３は複屈折膜として機能
する。

【００２２】このように構成された偏光性ホログラム素
子１では、蒸着膜３（図１（ｂ）におけるＣの経路）を
通過する常光および異常光と、透明基板２１の凸部２１
３（図１（ｂ）におけるＤの経路）を通過する常光およ
び異常光とは、常光同士の間、および異常光同士の間に
位相差が生じるので、偏光性ホログラム素子としての特
性を有する。

【００２３】また、蒸着膜３の膜厚および凹部２１２の
深さを調整すれば、常光のみを回折して異常光をそのま
ま透過させる特性を付与できる。この逆に、常光をその
まま透過させ、異常光を回折する特性を付与することも
できる。すなわち、常光の位相差をπの奇数倍かつ異常
光の位相差をπの偶数倍となるように蒸着膜３の膜厚、
および凹部２１２の深さを設定すれば、常光のみを回折
して異常光をそのまま透過させることができる。逆に、
常光の位相差をπの偶数倍かつ異常光の位相差をπの奇
数倍となるように蒸着膜３の膜厚、および凹部２１２の
深さを設定すれば、常光をそのまま透過させ、異常光の
みを回折することができる。

【００２４】なお、偏光性ホログラム素子１は、蒸着膜
３の膜厚をあまり厚くすることができないので、常光を
回折し、異常光をそのまま透過させるのに適した構造で
ある。

【００２５】図２を参照して、偏光性ホログラム素子１
の製造方法を説明する。

【００２６】まず、図２（ａ）に示す透明基板２の表面
２０１にフォトリソグラフィ法により格子状にレジスト
５のパターンを形成する。このレジスト５のパターンに
よって、透明基板２の表面２０１は、図２（ｂ）に示す
ように、一定の幅を持つレジスト５で覆われた部分２０
１ａと透明基板２の表面２０１がそのまま露出した部分
２０１ｂとが交互に繰り返された状態となる。

【００２７】次に、図２（ｃ）に示すように、レジスト
５をマスクとして用いて、ドライエッチング法により透
明基板２の露出部分２０１ｂをエッチングする。この結
果、隣接するレジスト５の間の透明基板２の露出部分２
０１ｂが一定の深さの凹部２１２になる。これらの凹部
２１２は格子状の溝パターンを形成している。

【００２８】次に、図２（ｄ）に示すように、真空蒸着
法またはスパッタ法により、透明基板２１の凹部２１２
に蒸着膜３を形成する。蒸着膜３の蒸着方向は、凹部２
１２の長手方向および透明基板２の法線方向Ｈを含む平
面内において、法線方向Ｈに対して所定の角度θをなす
方向とする。この結果、レジスト５の表面、および凹部
２１２に蒸着膜３が一定の膜厚で形成される。

【００２９】次に、図２（ｅ）に示すように、レジスト
剥離液を用いてレジスト５を透明基板２の表面２１２ａ
から除去する。これにより、レジスト５の表面に形成さ
れていた蒸着膜３も一体となって除去される。すなわ
ち、蒸着膜３の不要な部分がリフトオフされる。この結
果、図１に示すような偏光性ホログラム素子１を得るこ
とができる。

【００３０】本形態の製造方法では、無機材料を斜め蒸
着する前に、予め、透明基板２の光通過面（光入射面ま
たは光出射面）２０１に蒸着膜３を格子状に形成するた
めの凹部２１２からなる溝パターンを形成している。従
って、凹部２１２の長手方向（格子方向Ｂ）に平行な方
向から無機材料を蒸着すればよい。このように、無機材
料の蒸着方向が一義的に定まっているので、蒸着時に蒸
着方向を特定するための作業が不要となる。また、蒸着
後でも蒸着方向Ａを容易に判別できる。また、無機材料
が溝パターンの長手方向および法線方向Ｈを含む平面内
の方向から蒸着されるので、蒸着膜３の膜厚分布も均一
に保てる。さらに、溝パターンは、ドライエッチング法
によって形成されているので精度よく形成することがで
きる。従って、各凹部２１２に形成される複屈折膜のデ
ューティ比およびエッチング深さを一定にでき、良好な
偏光性ホログラム素子を製造することができる。

【００３１】なお、透明基板２は、ガラス基板、シリコ
ン基板、プラスチック基板等の単体から形成されている
ものに限らない。例えば、図３に示すように、ガラス基
板２２等の上に酸化シリコン（ＳｉＯ₂）等の誘電体膜
２３を形成したものも、使用波長に対して透明なので透
明基板２として採用できる。この場合には、誘電体膜２
３に凹部２１２が形成され、その凹部２１２に沿って蒸
着膜３が形成される。

【００３２】このような偏光性ホログラム素子１１も、
図２を用いて説明したように、透明基板２の表面２０１
（誘電体膜の表面）に格子状にレジスト５のパターンを
形成し、透明基板２の露出部分２０１ｂ（誘電体膜の露
出部分）をエッチングすることによって、透明基板２
（誘電体膜）に一定の深さの凹部２１２を形成し、この
凹部２１２からなる格子状の溝パターンの長手方向およ
び透明基板２の法線方向Ｈを含む平面内の方向から蒸着
膜３を蒸着する本形態の偏光性ホログラム素子の製造方
法を適用できる。

【００３３】［実施の形態２］図４（ａ）は、本発明の
実施の形態２に係る方法によって製造された偏光性ホロ
グラム素子を示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ’
線で切断した部分の断面図である。なお、本形態の偏光
性ホログラム素子１０は、透明基板２の光通過面（光入
射面または光出射面）２１１が平面のままである点と、
蒸着膜３の表面に誘電体膜が形成されている点を除き、
実施の形態１で説明した偏光性ホログラム素子１と基本
的な構成が同様であるので、共通する部分については、
同じ符号を付して、それらの詳細な説明は省略する。

【００３４】図４（ａ）、（ｂ）に示すように、偏光性
ホログラム素子１０は、等方性基板である透明基板２１
を有している。透明基板２１は、透明基板２と同様に、
ガラス基板、シリコン基板、プラスチック基板等、使用
波長に対して透明な材料から形成されている。透明基板
２１の表面２１１には、蒸着膜３が、一定の幅および膜
厚で、格子状に形成されている。隣接する蒸着膜３の間
では、透明基板２１の表面２１１がそのまま露出してい
る。

【００３５】蒸着膜３は、実施の形態１に係る方法によ
って製造された偏光性ホログラム素子１と同様に、五酸
化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）、酸化タングステン（Ｗ
Ｏ₃）、三酸化ビスマス（Ｂｉ₂Ｏ₃）、酸化チタン
（ＴｉＯ₂）等の無機材料を蒸着することにより形成さ
れている。蒸着膜３の蒸着方向Ａ、Ａ’は、透明基板２
１の表面２１１の法線方向Ｈに対して所定の角度θをな
す方向とされている。なお、蒸着膜３は、法線方向Ｈと
蒸着方向Ａ、Ａ’とがなす角度θを７０°として蒸着さ
れている。また、本形態では、蒸着膜３の表面にＳｉＯ
₂からなる誘電体膜４が形成されている。この誘電体膜
４は保護膜としての機能も同時に果たしている。誘電体
膜４としては、ＳｉＯ₂の代わりにＭｇＦ₂、Ａｌ₂Ｏ
₃、ＴｉＯ₂等を用いることもできる。

【００３６】なお、ここでは蒸着膜３の上に誘電体膜４
が形成されているが、誘電体膜４の上に蒸着膜３が形成
されていてもよい。

【００３７】このように構成された偏光性ホログラム素
子１０でも、蒸着膜３（図４（ｂ）におけるＣの経路）
を通過する常光および異常光と、透明基板２１の表面２
１１が露出した部分（図４（ｂ）におけるＤの経路）を
通過する常光および異常光とは、常光同士の間、および
異常光同士の間に位相差が生じるので、偏光性ホログラ
ム素子１０としての特性を有する。

【００３８】また、蒸着膜３および誘電体膜４の膜厚を
所定の厚さとすれば、常光のみを回折して異常光をその
まま透過させる特性、逆に、常光をそのまま透過させ、
異常光を回折する特性を付与できる。すなわち、常光の
位相差をπの奇数倍かつ異常光の位相差をπの偶数倍と
なるように、蒸着膜３および誘電体膜４の膜厚を設定す
れば、常光のみを回折して異常光をそのまま透過させる
ことができる。逆に、常光の位相差をπの偶数倍かつ異
常光の位相差をπの奇数倍となるように、蒸着膜３およ
び誘電体膜４の膜厚を設定すれば、常光をそのまま透過
させ、異常光のみを回折することができる。したがっ
て、偏光性ホログラム素子１０でも、実施の形態１に係
る方法によって製造された偏光性ホログラム素子１と同
様な効果を有する。

【００３９】なお、偏光性ホログラム素子１０は、蒸着
膜３の膜厚を比較的薄くすることができるので、異常光
のみを回折し、常光をそのまま透過するのに適した構造
である。

【００４０】図５を参照して、偏光性ホログラム素子１
０の製造方法を説明する。

【００４１】まず、図５（ａ）および（ｂ）に示すよう
に、透明基板２１の表面２１１に蒸着膜３を形成する。
次に、図５（ｃ）に示すように、真空蒸着法またはスパ
ッタ法により、蒸着膜３の表面にＳｉＯ₂からなる誘電
体膜４を形成する。しかる後に、レーザ加工法により蒸
着膜３および誘電体膜４を格子状に除去する。この結
果、図５（ｄ）に示すように、透明基板２１の表面２１
１に、複屈折膜である蒸着膜３が格子状に形成された偏
光性ホログラム素子１０が得られる。

【００４２】このように、本形態では、レーザ加工法に
よって所定間隔ごとに複屈折膜を除去する方法を採用し
ているので、格子状の複屈折膜のデューティ比およびエ
ッチング深さを一定にでき、良好な偏光性ホログラム素
子を製造することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の偏光分離
素子の製造方法では、無機材料を斜め蒸着する前に、予
め、透明基板の光入射面または光出射面に複屈折膜を格
子状に形成するための溝パターンを形成している。した
がって、無機材料を蒸着する場合には、この溝パターン
を目安として、溝パターンの長手方向に平行な方向から
蒸着するだけでよい。このように、無機材料の蒸着方向
が一義的に定まっているので、蒸着時に蒸着方向を特定
するための作業が不要となる。また、蒸着後でも蒸着方
向を容易に判別できる。さらに、無機材料が溝パターン
の長手方向および法線方向を含む平面内の方向から蒸着
されるため、複屈折膜の膜厚分布も均一に保つことがで
きる。

【００４４】また、本発明では、レーザ加工法によって
所定間隔ごとに前記複屈折膜を除去する方法を採用して
いるので、格子状の複屈折膜のデューティ比およびエッ
チング深さを一定にでき、良好な偏光性ホログラム素子
を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る方法に
より製造された偏光性ホログラム素子を示す斜視図、
（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ’線で切断した部分の断面
図、（ｃ）は、蒸着膜を拡大して示す断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態１に係
る偏光性ホログラム素子の製造方法を示す説明図であ
る。

【図３】本発明の実施の形態１に係る方法により製造さ
れた偏光性ホログラム素子の変形例を示す断面図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態２に係る方法により製造さ
れた偏光性ホログラム素子を示す斜視図、（ｂ）は、
（ａ）のＸ−Ｘ’線で切断した部分の断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態２に係
る偏光性ホログラム素子の製造方法を示す説明図であ
る。

【符号の説明】１、１０、１１偏光性ホログラム素子２、２１透明基板２０１、２１１表面（光入射面または光出射面）２１２凹部２１３凸部３蒸着膜（複屈折膜）４誘電体膜５レジストＡ蒸着方向Ｂ格子方向Ｈ法線方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】使用波長に対して透明な透明基板と、該
透明基板の光入射面および光出射面のうち少なくとも一
方の光通過面に格子状に形成された複屈折膜とを有し、
前記複屈折膜が、前記光通過面の法線方向に対して所定
の角度から当該光通過面に無機材料を斜め蒸着すること
によって形成されている偏光性ホログラム素子の製造方
法であって、前記透明基板の前記光通過面に格子状のレジストパター
ンを形成し、該レジストパターンをマスクとして前記透
明基板をエッチングすることによって、前記光通過面に
格子状の溝パターンを形成し、該溝パターンの長手方向
および前記法線方向を含む平面内の方向から無機材料を
斜め蒸着して、前記溝パターンに沿って格子状の複屈折
膜を形成することを特徴とする偏光性ホログラム素子の
製造方法。
【請求項２】請求項１において、前記透明基板のエッ
チングは、レジストパターンを用いたドライエッチング
法によることを特徴とする偏光性ホログラム素子の製造
方法。
【請求項３】使用波長に対して透明な透明基板と、該
透明基板の光入射面および光出射面のうち少なくとも一
方の光通過面に格子状に形成された複屈折膜とを有し、
前記複屈折膜が、前記光通過面の法線方向に対して所定
の角度から当該光通過面に無機材料を斜め蒸着すること
によって形成されている偏光性ホログラム素子の製造方
法であって、前記透明基板の前記光通過面に対して前記複屈折膜を形
成した後、所定間隔ごとに前記複屈折膜を除去して、前
記複屈折膜を格子状に形成することを特徴とする偏光性
ホログラム素子の製造方法。
【請求項４】請求項３において、レーザ加工法により
前記複屈折膜を所定間隔ごとに除去することを特徴とす
る偏光性ホログラム素子の製造方法。