(57)【要約】【課題】異なる二つの波長の光線に対応した回折格子体において、最適な反射防止膜の設計を行い、光量損失を低減すると共に、回折格子体の製造歩留まりを向上させることを目的とする。【解決手段】第一の回折格子１０は、ガラスなどからなる基板９の表面上から順に、第一のマッチング層１２とエッチングストップ層１３とにより構成する第一の反射防止膜１４と、回折格子凸部１５と、カバー層１６と第二のマッチング層１７とにより構成する第二の反射防止膜１８と、を積層したものである。また各層は第一のマッチング層１２としてＴａ2Ｏ5を、エッチングストップ層１３としてＡｌ2Ｏ3を、回折格子凸部１５としてＴａ2Ｏ5を、カバー層１６としてＴａ2Ｏ5を、第二のマッチング層１７としてＳｉＯ2を、それぞれ材料として使用した。【選択図】図２
2007234094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子体を構成する基板の入射面及び出射面のそれぞれの表面上に、凸部と凹部を周期的に形成した第一の回折格子と第二の回折格子とを備えた回折格子体であって、
前記第一の回折格子は、第一の波長の光線をメインビームとなる０次光とサイドビームとなる二つの±１次光に回折すると共に、第二の波長の光線を透過させるものであり、
前記第二の回折格子は、第二の波長の光線をメインビームとなる０次光とサイドビームとなる二つの±１次光に回折すると共に、第一の波長の光線を透過させるものであり、
前記第一の回折格子、及び前記第二の回折格子は、前記基板と比べて高屈折率な材料により形成されると共に、前記基板と前記第一の回折格子との境界面、及び前記基板と前記第二の回折格子との境界面には、それぞれ第一の反射防止膜を形成し、前記第一の回折格子と空気との境界面、及び前記第二の回折格子と空気との境界面には、それぞれ第二の反射防止膜を形成していることを特徴とする回折格子体。
【請求項２】
前記第一の回折格子、及び前記第二の回折格子を形成する高屈折率材料は、Ｔａ2Ｏ5、或いはＴｉＯ2であることを特徴とする請求項１に記載の回折格子体。
【請求項３】
前記第一の反射防止膜は、前記基板の表面上に第一のマッチング層を形成した後、該第一のマッチング層の表面上にエッチングストップ層を形成したものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回折格子体。
【請求項４】
前記第一のマッチング層の材料は、Ｔａ2Ｏ5であり、前記エッチングストップ層の材料は、Ａｌ2Ｏ3、或いはＭｇＦ2であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の回折格子体。
【請求項５】
前記第二の反射防止膜は、前記第一の回折格子、及び前記第二の回折格子の表面上にカバー層を形成した後、該カバー層の表面上に第二のマッチング層を形成したものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の回折格子体。
【請求項６】
前記カバー層の材料は、Ｔａ2Ｏ5であり、前記第二のマッチング層の材料は、ＳｉＯ2であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の回折格子体。
【請求項７】
前記第一の回折格子、及び前記第二の回折格子は、第一の回折格子、及び第二の回折格子を透過する光線が、凸部と凹部との間で位相差が２πとなるような回折格子の溝の深さであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の回折格子体。
【請求項８】
前記第一の波長が６６０ｎｍであり、前記第二の波長が７８５ｎｍであり、前記第一の回折格子の溝の深さは６８４５Å、回折格子凸部の幅は３．９８μｍ、回折格子の繰り返しピッチは２０．０μｍであり、前記第二の回折格子の溝の深さは５６７０Å、回折格子凸部の幅は５．００μｍ、回折格子の繰り返しピッチは２０．０μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の回折格子体。
【請求項９】
第一の波長および第二の波長の光線を出射する光源と、前記第一の波長および前記第二の波長の光線を光記録媒体に集光する対物レンズとを備え、光記録媒体に情報の記録・再生を行う光ヘッド装置であって、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に、請求項１乃至８に記載の回折格子体が設置されている光ヘッド装置。
【請求項１０】
回折格子体を構成する基板の入射面、及び出射面のそれぞれの表面上に、凸部と凹部を周期的に形成した第一の回折格子と第二の回折格子とを備えた回折格子体の製造方法であって、
所定の寸法に加工した基板の一方の表面上に、第一のマッチング層を蒸着するステップと、蒸着した前記第一のマッチング層の表面上に、エッチングストップ層を蒸着するステップと、蒸着した前記エッチングストップ層の表面上に、回折格子となる高屈折率材料を蒸着するステップと、蒸着した前記高屈折率材料の表面上に、所定の寸法のマスクパターンを形成するステップと、前記マスクパターンが形成された回折格子体の表面をエッチングストップ層までエッチングするステップと、エッチングした前記回折格子体の表面上に、カバー層を蒸着するステップと、蒸着した前記カバー層の表面上に、第二のマッチング層を蒸着するステップと、を含む第一の回折格子を形成する第一の工程と、
回折格子体を構成する前記基板を反転させ、基板の他方の表面上に、第一のマッチング層を蒸着するステップと、蒸着した前記第一のマッチング層の表面上に、エッチングストップ層を蒸着するステップと、蒸着した前記エッチングストップ層の表面上に、回折格子となる高屈折率材料を蒸着するステップと、蒸着した前記高屈折率材料の表面上に、所定の寸法のマスクパターンを形成するステップと、前記マスクパターンが形成された回折格子体の表面をエッチングストップ層までエッチングするステップと、エッチングした前記回折格子体の表面上に、カバー層を蒸着するステップと、蒸着した前記カバー層の表面上に、第二のマッチング層を蒸着するステップと、を含む第二の回折格子を形成する第二の工程からなることを特徴とする回折格子体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回折格子体及びこれを用いた光ヘッド装置と回折格子体の製造方法に関し、特に異なる二つの波長の光線に対応する回折格子体であって、一方の波長の光線は透過すると共に、他方の波長の光線は回折するよう機能する回折格子を備えた回折格子体及びこれを用いた光ヘッド装置と回折格子体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスク装置や光磁気ディスク装置に用いられる光ピックアップは、ＣＤやＤＶＤといった種類の異なる光ディスクに対応するため、波長の異なる複数の光線を使用する構造となっている。近年、モノリシック型集積型の２波長レーザが実用化され、一つの半導体基板上に二つの異なる波長（例えば、６６０ｎｍ、７８５ｎｍ）の光源を形成することができることから、光ピックアップは、更なる小型化が図られている。
更に、近年、Ｂｌｕ−ｒａｙ ＤｉｓｃやＨＤ ＤＶＤ等の高密度光ディスクを記録再生可能な光ヘッド装置用に青紫色レーザー（４０５ｎｍ）を出射する半導体レーザーダイオードも開発されている。
一方、例えば波長λ１の光線、或いは波長λ２の光線を用いて、光ディスクに書き込まれた情報を再生するためには、光ディスクに形成したピットに照射するデータ読み書き用の光と、ピットの両脇の溝に照射するトラッキング用の光とが必要である。そこで、光ピックアップでは、光線を３ビーム化することが要求され、入射した光線をメインビームとなる０次光と、サイドビームとなる二つの±１次光に回折する機能を有する。光線を３ビーム化する手段としては、一般的に回折格子体が使用されている。
【０００３】
図７、及び図８は、それぞれ従来の回折格子体の構造例を示す図である。図７に示した回折格子体１は、ガラスなどからなる基板２の一方の面の表面に、回折格子３を所定の溝の深さと繰り返しピッチで全面に形成したものである。回折格子体１は、図７（ａ）に示すように、第一の波長λ１の光線をそのまま透過し、図７（ｂ）に示すように、第二の波長λ２の光線をメインビームとなる０次光と、サイドビームとなる二つの±１次光に回折する機能を有する。
図８に示した回折格子体４は、ガラスなどからなる基板５の光線の入射面、及び出射面のそれぞれの表面に、第一の回折格子６、及び第二の回折格子７を所定の溝の深さと繰り返しピッチで全面に形成したものである。回折格子体４は、図８（ａ）に示すように、第一の波長λ１の光線をメインビームとなる０次光と、サイドビームとなる二つの±１次光に回折し、図８（ｂ）に示すように、第二の波長λ２の光線をメインビームとなる０次光と、サイドビームとなる二つの±１次光に回折する機能を有する。そこで、第一の回折格子６は、第一の波長λ１の光線を回折すると共に、第二の波長λ２の光線をそのまま透過し、一方、第二の回折格子７は、第二の波長λ２の光線を回折すると共に、第一の波長λ１の光線をそのまま透過する。なお、図８においては、波長λ１と波長λ２の光線の光路を分離して記載しているが、これは説明を容易にするためで、実際は各波長の光線は同一の光路を伝搬する。
【０００４】
回折格子体は、回折格子体を構成する基板の光線の入射面、或いは出射面のいずれか一方の面、もしくは、両面の表面に所定の屈折率を有する回折格子を所定の溝の深さと繰り返しピッチで全面に形成し、前記溝の深さと繰り返しピッチを適宜に設定することにより、所望の波長の光線に対して、入射した光線をメインビームとなる０次光と、サイドビームとなる二つの±１次光とに回折するものである。
【特許文献１】特許第３４５９７７７号
【特許文献２】特開２００１−２８１４３２公報
【特許文献３】特開２００２−２１４４２０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
二つの波長の光線に対応する回折格子は、一方の波長の光線は透過し、他方の波長の光線はメインビームとなる０次光と、サイドビームとなる二つの±１次光に回折するが、回折の際に光量損失をいかに低減するかが課題となっている。
そこで、この問題を解決する手段として、例えば、特許文献１により開示されている手法がある。それによれば、波長６６０ｎｍの第一の半導体レーザの光のみを回折するホログラム格子の溝の深さを、６６０ｎｍの回折効率がほぼ０となり７８５ｎｍで回折効率が大きくなる約１．７μｍとし、波長７８５ｎｍの第二の半導体レーザの光のみを回折するホログラム格子の溝の深さを、７８５ｎｍの回折効率がほぼ０となり６６０ｎｍで回折効率が大きくなる約１．４μｍとすると所望の回折特性が得られると説明している。
【０００６】
しかし、格子の溝の深さを１．７μｍ、或いは１．４μｍとすると、回折格子体は、理論的には光量損失を低減できるものの、格子の溝が深いため、エッチングなどの手法を用いて格子を形成した際に格子の形状が台形となってしまい、その台形の傾斜した部分において光量損失が生じて不具合となる。
また、例えば、特許文献２により開示されている手法では、第一の波長λ１の入射光を透過させると共に、第二の波長λ２の入射光を回折させる際に、回折格子を、回折格子の凸部と凹部の間で第一の波長λ１からなる透過光の位相差が２πとなるような溝の深さに設定するよう説明している。しかし、この場合においても回折格子の溝の深さは１．３μｍ程度となり、前述した特許文献１により開示されている手法と同様に回折格子が深いため光量損失が生じて不具合となる。
【０００７】
そこで、回折格子が深いために生ずる光量損失を低減する手法として、例えば、特開２００２−２１４４２０号公報に開示されている手法がある。それによれば、回折格子体は、回折格子を、高屈折率材料を用いて構成している。高屈折率材料として、例えばＴａ2Ｏ5（タンタルオキサイド）を用いると、Ｔａ2Ｏ5膜の赤色光に対する屈折率ｎは、２程度となる。そこで、計算式を省略するが、所定の計算式に、ｎ＝２、及び赤色光の波長λ１＝６６０ｎｍを代入して最適な回折格子の溝の深さを求めると、回折格子の溝の深さは、６６０ｎｍとなる。すなわち、従来の回折格子体は、屈折率ｎが１．５程度であり、回折格子の溝の深さは１．３μｍ程度必要であったことと比べて、この手法による回折格子の溝の深さは、半分の値となる。従って、エッチングなどの手法を用いて回折格子を形成した際に、回折格子の断面形状を矩形状に形成し易いことから、回折格子体は、回折格子の形状の傾斜した部分において生じる光量損失を低減できる。通常は、回折格子体のコストを低減するために、回折格子体を形成する基板には、安価なガラスや樹脂を用い、回折格子部分を形成する基材のみに高価な高屈折率材料を使用する。また、回折格子は、回折格子体を形成する基板の表面上に高屈折率材料を蒸着し、エッチングにより回折格子を形成する方法が一般的である。
【０００８】
しかしながら、回折格子を形成するために高屈折率材料をエッチングする場合、エッチングにより形成する溝の深さの精度のばらつきは、蒸着の成膜精度と比較して非常に大きいため、エッチングにより形成する溝の深さの精度のばらつきにより回折格子体の製造歩留まりが低下するという問題を有していた。
また、上述したような回折格子部分に高屈折率材料を使用した回折格子体は、回折格子体を構成する基板と回折格子を形成する基材とが異なるため、基板と回折格子を形成する基材との間で反射が生じ光量損失が発生するので、境界面に反射防止膜が必要である。また、回折格子体と空気との境界面においても反射が生じて光量損失が発生するので、回折格子体表面上には、反射防止膜が必要である。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、異なる二つの波長の光線に対応した回折格子体において、最適な反射防止膜の設計を行い、光量損失を低減すると共に、回折格子体の製造歩留まりを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係る回折格子体とその製造方法は、以下の構成をとる。
本発明における回折格子体は、回折格子体を構成する基板の入射面、及び出射面のそれぞれの表面上に、凸部と凹部を周期的に形成した第一の回折格子と第二の回折格子を備えた回折格子体であって、前記第一の回折格子は、第一の波長（λ１の波長）の光線をメインビームとなる０次光とサイドビームとなる二つの±１次光に回折すると共に、第二の波長（λ２の波長）の光線を透過させるものであり、前記第二の回折格子は、第二の波長の光線をメインビームとなる０次光とサイドビームとなる二つの±１次光に回折すると共に、第一の波長の光線を透過させるものであり、前記第一の回折格子、及び前記第二の回折格子は、前記基板と比べて高屈折率な材料により形成されると共に、前記基板と前記第一の回折格子との境界面、及び前記基板と前記第二の回折格子との境界面には、それぞれ第一の反射防止膜を形成し、前記第一の回折格子と空気との境界面、及び前記第二の回折格子と空気との境界面には、それぞれ第二の反射防止膜を形成していることを特徴としている。
これによれば、回折格子体を構成する基板の両面の表面上に回折格子を形成した構造の回折格子体において、基板と回折格子との境界面、及び回折格子と空気との境界面に反射防止膜を形成したので、回折格子体は、入射する光線の光量損失が低減でき、回折格子体を使用する上で大きな効果を発揮することができる。
【００１０】
また、本発明における回折格子体は、前記第一の回折格子、及び前記第二の回折格子を形成する高屈折率材料が、Ｔａ2Ｏ5、或いはＴｉＯ2であることを特徴としている。
これによれば、回折格子体は、回折格子を構成する基材として、高屈折率材料を使用したので、高屈折率材料を使用しない従来の回折格子と比べて回折格子の溝を浅くすることができ、回折格子の溝が台形に傾斜することによる光量損失を低減することができる。
また、本発明における回折格子体は、前記第一の反射防止膜が、前記基板の表面上に第一のマッチング層を形成した後、該第一のマッチング層の表面上にエッチングストップ層を形成していることを特徴としている。
これによれば、回折格子体は、第一の反射防止膜にエッチングストップ層を含めたので、回折格子体の基板に高屈折率材料を蒸着し、エッチングにより回折格子を形成する際に、所定の溝の深さでエッチングを停止することができる。従って、回折格子体を製造する上で製造歩留まりが向上し、回折格子体のコストを低減する上で大きな効果を発揮することができる。
【００１１】
また、本発明における回折格子体は、前記第一のマッチング層の材料が、Ｔａ2Ｏ5であり、前記エッチングストップ層の材料が、Ａｌ2Ｏ3、或いはＭｇＦ2であることを特徴としている。
これによれば、回折格子体は、エッチングストップ層の材料としてエッチングが困難なＡｌ2Ｏ3、或いはＭｇＦ2を使用したので、エッチングにより回折格子を形成する際に、所定の溝の深さで確実にエッチングを停止することが可能となった。
また、本発明における回折格子体は、前記第二の反射防止膜が、前記第一の回折格子、及び前記第二の回折格子の表面上にカバー層を形成した後、該カバー層の表面上に第二のマッチング層を形成していることを特徴としている。
また、本発明における回折格子体は、前記カバー層の材料が、Ｔａ2Ｏ5であり、前記第二のマッチング層の材料が、ＳｉＯ2であることを特徴としている。
これによれば、回折格子体は、第二の反射防止膜にカバー層を含めたので、本実施形態のように回折格子の凸部と凹部の材質の構成が異なり、そのため空気に接触する材質の屈折率が相違し、通常の反射防止膜では有効な反射防止効果を得がたい場合であっても、効果的な反射防止膜を形成することが可能となった。
【００１２】
また、本発明における回折格子体は、前記第一の回折格子、及び前記第二の回折格子を透過する光線が、凸部と凹部との間で位相差が２πとなるような回折格子の溝の深さであることを特徴としている。
また、本発明における回折格子体は、前記第一の波長が６６０ｎｍであり、前記第二の波長が７８５ｎｍであり、前記第一の回折格子の溝の深さは６８４５Å、回折格子凸部の幅は３．９８μｍ、回折格子の繰り返しピッチは２０．０μｍであり、前記第二の回折格子の溝の深さは５６７０Å、回折格子凸部の幅は５．００μｍ、回折格子の繰り返しピッチは２０．０μｍであることを特徴としている。
これによれば、回折格子体は、回折格子体を透過する光線が、回折格子の凸部と凹部との間で位相差が２πとなるような回折格子の溝の深さに設定したので、回折格子体をそのまま透過する波長の光線の光量損失を低減すると共に、他方の波長の光線の回折効率も向上させることが可能となった。
【００１３】
また、本発明における光ヘッド装置は、第一の波長および第二の波長の光線を出射する光源と、前記第一の波長および前記第二の波長の光線を光記録媒体に集光する対物レンズとを備え、光記録媒体に情報の記録・再生を行う光ヘッド装置であって、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に、前記記載の回折格子体が設置されていることを特徴としている。
これによれば、光ヘッド装置は、前記記載の回折格子体を使用することにより、光源から出射する第一の波長および第二の波長の光線を容易に３ビーム化することができるので、光ヘッド装置を構成する上で大きな効果を発揮する。
【００１４】
また、本発明における回折格子体の製造方法は、回折格子体を構成する基板の入射面、及び出射面のそれぞれの表面上に、凸部と凹部を周期的に形成した第一の回折格子と第二の回折格子とを備えた回折格子体の製造方法であって、所定の寸法に加工した基板の一方の表面上に、第一のマッチング層を蒸着するステップと、蒸着した前記第一のマッチング層の表面上に、エッチングストップ層を蒸着するステップと、蒸着した前記エッチングストップ層の表面上に、回折格子となる高屈折率材料を蒸着するステップと、蒸着した前記高屈折率材料の表面上に、所定の寸法のマスクパターンを形成するステップと、前記マスクパターンが形成された回折格子体の表面上をエッチングストップ層までエッチングするステップと、エッチングした前記回折格子体の表面上に、カバー層を蒸着するステップと、蒸着した前記カバー層の表面上に、第二のマッチング層を蒸着するステップと、を含む第一の回折格子を形成する第一の工程と、回折格子体を構成する前記基板を反転させ、基板の他方の表面上に、第一のマッチング層を蒸着するステップと、蒸着した前記第一のマッチング層の表面上に、エッチングストップ層を蒸着するステップと、蒸着した前記エッチングストップ層の表面上に回折格子となる高屈折率材料を蒸着するステップと、蒸着した前記高屈折率材料の表面上に、所定の寸法のマスクパターンを形成するステップと、前記マスクパターンが形成された回折格子体の表面上をエッチングストップ層までエッチングするステップと、エッチングした前記回折格子体の表面上に、カバー層を蒸着するステップと、蒸着した前記カバー層の表面上に、第二のマッチング層を蒸着するステップと、を含む第二の回折格子を形成する第二の工程からなることを特徴としている。
【００１５】
これによれば、回折格子体は、第一の反射防止膜にエッチングストップ層を形成したので、回折格子体の基板に高屈折率材料を蒸着し、エッチングにより回折格子を形成する際に、所定の溝の深さでエッチングを停止することができる。従って、回折格子体は、製造する上で製造歩留まりが向上し、回折格子体のコストを低減する上で大きな効果を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明は、光量損失を低減して安定した回折格子性能を得るために、回折格子を高屈折率材料を用いて形成すると共に、回折格子体を構成する基板と回折格子を形成する高屈折率材料からなる基材との間に第一の反射防止膜を形成した。また、第一の反射防止膜は、マッチング層とエッチングストップ層とにより構成した。従って、回折格子体は、マッチング層により回折格子体を構成する基板と回折格子を形成する基材との間で発生する光線の反射を低減することが可能となった。また、回折格子体は、エッチングストップ層を形成したことにより、回折格子体を構成する基板の表面上に蒸着した高屈折率材料をエッチングして回折格子を形成する際に、精度の高いエッチングが行われ、安定した回折格子特性を得ることができるようになった。
【００１７】
一方、回折格子体の表面上には、空気との境界で発生する反射を防止する第二の反射防止膜を形成すると共に、第二の反射防止膜を、マッチング層とカバー層とにより構成した。回折格子体に形成された回折格子は、凸部と凹部の材質の積層構成が異なり、通常の反射防止膜では有効な反射防止効果を得ることはできない。そこで、回折格子体の表面上には、カバー層を形成し、その上にマッチング層を形成して第二の反射防止膜とした。従って、本発明における回折格子体は、第一の反射防止膜、及び第二の反射防止膜を形成することにより回折格子体の光量損失を低減すると共に、回折格子体の製造歩留まりを改善することが可能となった。
【００１８】
図１は、本発明に係る回折格子体の実施形態を示す構造図である。本実施形態において説明する回折格子体８は、回折格子体８を構成する基板９の光線の入射面、及び出射面のそれぞれの表面上に、高屈折率材料からなる第一の回折格子１０と第二の回折格子１１を所定の溝の深さと繰り返しピッチで全面に形成した構造のものである。回折格子体８は、図１（ａ）に示すように、第一の波長λ１の光線を、メインビームとなる０次光と、サイドビームとなる二つの±１次光に回折する機能を有する。また、回折格子体８は、図１（ｂ）に示すように、第二の波長λ２の光線を、メインビームとなる０次光と、サイドビームとなる二つの±１次光に回折する機能を有する。そこで、第一の回折格子１０は、第一の波長λ１の光線を回折すると共に、第二の波長λ２の光線をそのまま透過する。一方、第二の回折格子１１は、第二の波長λ２の光線を回折すると共に、第一の波長λ１の光線をそのまま透過する。なお、図１においては、波長λ１と波長λ２の光線の光路を分離して記載しているが、これは説明を容易にするためで、実際は各波長の光線は同一の光路を伝搬する。また、本実施形態においては、第一の波長λ１の光線として、ＤＶＤに対応した波長である６６０ｎｍの光線を、第二の波長λ２の光線として、ＣＤに対応した波長である７８５ｎｍの光線を、それぞれ設定している。
【００１９】
図２は、本発明に係る回折格子体の回折格子部分の拡大図である。図２（ａ）は、図１に示した構造図の第一の回折格子１０の拡大図を示し、図２（ｂ）は、図１に示した第二の回折格子１１の拡大図を示す。
図２（ａ）について説明する。図２（ａ）は、ＤＶＤ用として用いられる６６０ｎｍの波長の光線に対応する第一の回折格子の構成図である。第一の回折格子１０は、ガラスなどからなる基板９の表面上から順に、第一のマッチング層１２とエッチングストップ層１３とにより構成する第一の反射防止膜１４と、回折格子凸部１５と、カバー層１６と第二のマッチング層１７とにより構成する第二の反射防止膜１８と、を積層したものである。また、各層は、第一のマッチング層１２としてＴａ2Ｏ5を、エッチングストップ層１３としてＡｌ2Ｏ3を、回折格子凸部１５としてＴａ2Ｏ5を、カバー層１６としてＴａ2Ｏ5を、第二のマッチング層１７としてＳｉＯ2を、それぞれ材料として使用した。
【００２０】
次に、第一の反射防止膜１４について説明する。第一の反射防止膜１４は、基板９と回折格子凸部１５との間で光線が反射し、光量損失が発生することを防止する機能を有する。本発明においては、第一の反射防止膜１４にエッチングストップ層１３を含めたことが特徴である。回折格子体の製造方法については後述するが、回折格子は、ガラスなどからなる基板に高屈折率材料を蒸着した後、所定の形状にエッチングすることにより形成している。回折格子凸部１５の高さは、回折格子が所定の機能を発揮する上で重要な要素であるが、エッチング精度は、一般的に蒸着の精度と比べて非常に劣っている。そこで、本発明においては、エッチング精度を向上させるため、基板９の表面上にエッチングストップ層１３を形成して、エッチング精度がばらついても確実に所定の溝の深さでエッチングが停止するようにした。従って、エッチングストップ層１３の材料は、回折格子凸部１５を形成する高屈折率材料であるＴａ2Ｏ5に比べ、エッチングされ難い物質であるＡｌ2Ｏ3とした。また、各層の膜厚については、一般的にマトリクス法と呼ばれる計算方法により計算され、本実施形態における最適値の例を算出すると以下のとおりであった。
第一のマッチング層（Ｔａ2Ｏ5）＝２０４Å
エッチングストップ層（Ａｌ2Ｏ3）＝５１４Å
【００２１】
次に、回折格子凸部１５について説明する。本実施形態において、回折格子凸部１５は、高屈折率材料により形成し、回折格子を透過する波長の光線が、回折格子の凸部と凹部との間で位相差が２πとなるような回折格子の溝の深さであるよう設定した。回折格子体の回折効率は、回折格子凸部１５の高さｈと、幅ｗとにより決定され、また、回折格子の繰り返しピッチｐは、光ディスクの使用方法により決定される。回折格子凸部１５は、光ディスクとしてＤＶＤに対応している。
位相型回折効率は、回折効率をηｍ（反射を含まないｍ次回折効率）とすると、スカラ回折理論を用いて下記式（１）のように表すことができる。
【００２２】
【数１】
2007234094.tif 000003
式（１）に示すΦ（ｘ）は位相シフト関数である。位相シフト関数は回折格子の凸部高さｈとピッチｐ及び幅ｗで表すことができる。すなわち所望の回折効率とピッチｐを設定すれば式（１）より、前記高さｈ、及び幅ｗを算出することが出来る。本実施形態における回折格子体のパラメータを算出した結果は、以下のとおりであった。
ｈ＝６８４５Å、ｐ＝２０．０μｍ、ｗ＝３．９８μｍ
【００２３】
次に、第二の反射防止膜１８について説明する。第一の回折格子１０の凸部は、Ｔａ2Ｏ5からなるため、空気との境界で反射が約１３％発生する。そこで、第二の反射防止膜１８は、第一の回折格子１０と空気との境界で光線が反射し、光量損失が発生することを防止する機能を有する。回折格子体は、第一の回折格子１０の凸部と凹部の材質の構成が異なっており、通常の反射防止膜では有効な反射防止効果を得ることはできない。第一の回折格子１０の凸部は、空気側から順に、Ｔａ2Ｏ5（回折格子凸部１５）、Ａｌ2Ｏ3（エッチングストップ層１３）、Ｔａ2Ｏ5（第一のマッチング層１２）の各材料により構成する。一方、回折格子凹部は、空気側から順に、Ａｌ2Ｏ3（エッチングストップ層１３）、Ｔａ2Ｏ5（第一のマッチング層１２）の各材料により構成する。従って、このように異なる多層構造を有すると、通常の反射防止膜では、所望の機能を得ることは困難である。そこで、回折格子体は、表面上に、一旦、カバー層１６を形成し、カバー層１６の表面上に第二のマッチング層１７を形成して第二の反射防止膜１８とした。また、各層の膜厚については、一般的にマトリクス法と呼ばれる計算方法により計算され、本実施形態における最適値の例を算出すると以下のとおりであった。
カバー層（Ｔａ2Ｏ5）＝８５３Å
第二のマッチング層（ＳｉＯ2）＝１２５１Å
【００２４】
次に、図２（ｂ）について説明する。図２（ｂ）は、ＣＤ用として用いられる７８５ｎｍの波長の光線に対応する第二の回折格子の構成図である。第二の回折格子１１は、ガラスなどからなる基板９の表面上から順に、第一のマッチング層１９とエッチングストップ層２０とにより構成する第一の反射防止膜２１と、回折格子凸部２２と、カバー層２３と第二のマッチング層２４とにより構成する第二の反射防止膜２５とを積層したものである。また、各層は、第一のマッチング層１９としてＴａ2Ｏ5を、エッチングストップ層２０としてＡｌ2Ｏ3を、回折格子凸部２２としてＴａ2Ｏ5を、カバー層２３としてＴａ2Ｏ5を、第二のマッチング層２４としてＳｉＯ2を、材料としてそれぞれ使用した。
【００２５】
次に、第一の反射防止膜２１について説明する。第一の反射防止膜２１は、基板９と回折格子凸部２２との間で光線が反射し、光量損失が発生することを防止する機能を有するが、本発明においては、第一の反射防止膜２１にエッチングストップ層２０を含めたことが特徴である。回折格子体の製造方法については後述するが、回折格子は、ガラスなどからなる基板に高屈折率材料を蒸着した後、所定の形状にエッチングすることにより形成している。回折格子凸部２２の高さは、回折格子が所定の機能を発揮する上で重要な要素であるが、エッチング精度は、一般的に蒸着の精度と比べて非常に劣っている。そこで、回折格子体は、エッチング精度を向上させるため、基板９の表面上にエッチングストップ層２０を形成して、エッチング精度がばらついても確実に所定の位置でエッチングが停止するようにした。従って、エッチングストップ層２０の材料は、回折格子凸部２２を形成する高屈折率材料であるＴａ2Ｏ5に比べ、エッチングされ難い物質であるＡｌ2Ｏ3とした。また、各層の膜厚については、一般的にマトリクス法と呼ばれる計算方法により計算され、本実施形態における最適値の例を算出すると以下のとおりであった。
第一のマッチング層（Ｔａ2Ｏ5）＝２０４Å
エッチングストップ層（Ａｌ2Ｏ3）＝５１４Å
【００２６】
次に、回折格子凸部２２について説明する。本実施形態において、回折格子凸部２２は、高屈折率材料により形成し、回折格子を透過する波長の光線が、回折格子の凸部と凹部との間で位相差が２πとなるような回折格子の溝の深さであるよう設定した。回折格子体の回折効率は、回折格子凸部２２の高さｈと、幅ｗとにより決定され、また、回折格子の繰り返しピッチｐは、光ディスクの使用方法により決定される。回折格子凸部２２は、光ディスクとしてＣＤに対応している。
位相型回折格子の回折効率は、前述したように、回折効率をηｍ（反射を含まないｍ次回折効率）とすると、スカラ回折理論を用いて前記式（１）のように表すことができる。そこで、所望の回折効率とピッチｐを設定し、式（１）より、前記高さｈ、及び幅ｗを算出する。本実施形態における回折格子体のパラメータを算出した結果は、以下のとおりであった。
ｈ＝５６７０Å、ｐ＝２０．０μｍ、ｗ＝５．００μｍ
【００２７】
次に、第二の反射防止膜２５について説明する。第二の回折格子１１の凸部は、Ｔａ2Ｏ5からなるため、空気との境界で反射が約１３％発生する。そこで、第二の反射防止膜２５は、第二の回折格子１１と空気との境界面で光線が反射し、光量損失が発生することを防止する機能を有する。第二の回折格子１１の凸部と凹部の材質の構成は異なっており、通常の反射防止膜では有効な反射防止効果を得ることはできない。第二の回折格子１１の凸部は、空気側から順に、Ｔａ2Ｏ5（回折格子凸部２２）、Ａｌ2Ｏ3（エッチングストップ層２０）、Ｔａ2Ｏ5（第一のマッチング層１９）の各材料により構成する。一方、回折格子凹部は、空気側から順に、Ａｌ2Ｏ3（エッチングストップ層２０）、Ｔａ2Ｏ5（第一のマッチング層１９）の各材料により構成する。従って、回折格子体は、このように異なる多層構造を有すると、通常の反射防止膜では、所望の機能を得ることは困難である。そこで、回折格子体は、表面上に、一旦、カバー層２３を形成し、カバー層２３の表面上に第二のマッチング層２４を形成して第二の反射防止膜２５とした。また、各層の膜厚については、一般的にマトリクス法と呼ばれる計算方法により計算され、本実施形態における最適値の例を算出すると以下のとおりであった。
カバー層（Ｔａ2Ｏ5）＝８５３Å
第二のマッチング層（ＳｉＯ2）＝１２５１Å
【００２８】
図３は、本発明に係る回折格子体の数値データの例を示す表図である。図３は、ＤＶＤに対応した第一の回折格子１０のデータと、ＣＤに対応した第二の回折格子１１のデータを示しており、光ディスクの使用目的により、回折格子凸部高さ、幅が異なっている。図３に示すように、ＤＶＤに対応した回折格子、及びＣＤに対応した回折格子ともに、回折格子凸部高さは、高屈折率材料を用いない従来の回折格子体と比べて１／２程度となっており、回折格子体の光量損失を低減する上で有効である。
【００２９】
図４は、本発明に係る回折格子体の透過光量の波長依存性の例を示すグラフ図である。図４は、ＤＶＤに対応した６６０ｎｍの波長の光線を入射した際の回折格子体の０次透過光量の波長依存性を示す。また、図４は、回折格子の基材としてＳｉＯ2を用いた従来の回折格子体と、回折格子の基材として高屈折率材料であるＴａ2Ｏ5を用いた回折格子体について、シミュレーションにより求めた透過光量の波長依存性を示すものである。また、回折格子の基材として高屈折率材料であるＴａ2Ｏ5を用いた回折格子体については、本発明に係る回折格子体のように反射防止膜を形成した場合と、反射防止膜を形成しない場合について記載した。ＳｉＯ2を用いた従来の回折格子体の場合、回折格子凸部の高さは、１．４μｍ程度となり、回折格子凸部の斜面の光量損失が大きくなるが、回折格子の基材としてＴａ2Ｏ5を用いた本発明に係る回折格子体は、回折格子凸部の高さが０．６８μｍ程度となり、光量損失が約１．４％減少した。一方、図４に示すように、回折格子の基材として高屈折率材料であるＴａ2Ｏ5を使用した場合であっても、回折格子体は、本発明の実施形態において説明した反射防止膜を形成しないと、高屈折率材料を使用したことによる光量損失低減の効果は低下する。
【００３０】
以上、回折格子の構成について説明したが、高屈折率材料としては、他にＴｉＯ2なども使用可能であり、誘電体以外に樹脂などを使用してもよい。
また、エッチングストップ層として、Ａｌ2Ｏ3を使用したが、他にＭｇＦ2なども使用可能である。
また、第二のマッチング層として、ＳｉＯ2を使用したが、他にＭｇＦ2のような低屈折率材料なども使用可能である。
【００３１】
次に、本発明に係る回折格子体の製造方法について説明する。
図５は、本発明に係る回折格子体の製造手順を示すフローチャートである。製造手順は、回折格子体を構成する基板の一方の面の表面上に、ＤＶＤに対応した第一の回折格子を形成する第一の工程と、他方の面の表面上に、ＣＤに対応した第二の回折格子を形成する第二の工程とにより構成する。
第一の工程を説明すると、まず、ガラス、水晶などの結晶材や透明な樹脂などを用いて、回折格子体を構成する基板を所定の寸法に加工する（ステップ１）。次に、加工した基板の一方の面の表面上に、第一のマッチング層として、Ｔａ2Ｏ5を２０４Åの膜圧になるよう蒸着する（ステップ２）。次に、蒸着した第一のマッチング層の表面上に、エッチングストップ層として、Ａｌ2Ｏ3を５１４Åの膜圧となるよう蒸着する（ステップ３）。次に、蒸着したエッチングストップ層の表面上に回折格子となるＴａ2Ｏ5を、６８４５Åの膜厚となるよう蒸着する。このＴａ2Ｏ5による蒸着膜の膜圧が、ＤＶＤに対応した回折格子の重要なパラメータとなる回折格子凸部の高さとなる。（ステップ４）。
【００３２】
次に、蒸着したＴａ2Ｏ5の表面上に、回折格子を形成する際にエッチングを行うため、フォトレジスト、或いは金属膜などを用いて所定の寸法のマスクパターンを形成する。所定の寸法は、回折格子の凸部幅３．９８μｍ、回折格子の繰り返しピッチ２０．０μｍである（ステップ５）。次に、マスクパターンが形成された回折格子体の表面上をエッチングストップ層までエッチングし、所定の高さの回折格子凸部を形成したのち、マスクパターンを剥離する。エッチングストップ層は、エッチングし難い材質で構成されており、エッチングがエッチングストップ層に達するとエッチングが停止される。（ステップ６）。次に、回折格子体の表面上にカバー層としてＴａ2Ｏ5を８５３Åの膜厚となるよう蒸着する（ステップ７）。最後に、カバー層の表面上に、第二のマッチング層としてＳｉＯ2を１２５１Åの膜厚となるよう蒸着して回折格子体の片面の蒸着が完了する（ステップ８）。
【００３３】
次に、第二の工程を説明する。回折格子体を構成する前記基板を反転させ、基板の他方の表面上に、第一のマッチング層として、Ｔａ2Ｏ5を２０４Åの膜圧になるよう蒸着する（ステップ９）。次に、蒸着した第一のマッチング層の表面上に、エッチングストップ層として、Ａｌ2Ｏ3を５１４Åの膜圧となるよう蒸着する（ステップ１０）。次に、蒸着したエッチングストップ層の表面上に回折格子となるＴａ2Ｏ5を、５６７０Åの膜圧になるよう蒸着する。このＴａ2Ｏ5による蒸着膜の膜圧が、ＣＤに対応した回折格子の重要なパラメータとなる回折格子凸部の高さとなる（ステップ１１）。
【００３４】
次に、蒸着したＴａ2Ｏ5の表面上に、回折格子を形成する際にエッチングを行うため、フォトレジスト、或いは金属膜などを用いて所定の寸法のマスクパターンを形成する。所定の寸法は、回折格子の凸部幅５．００μｍ、回折格子の繰り返しピッチ２０．０μｍである（ステップ１２）。次に、マスクパターンが形成された回折格子体の表面をエッチングストップ層までエッチングし、所定の高さの回折格子凸部を形成したのち、マスクパターンを剥離する。エッチングストップ層は、エッチングし難い材質で構成されており、エッチングがエッチングストップ層に達するとエッチングが停止される。（ステップ１３）。次に、回折格子体の表面上にカバー層としてＴａ2Ｏ5を８５３Åの膜厚となるよう蒸着する（ステップ１４）。最後に、カバー層の表面上に、第二のマッチング層としてＳｉＯ2を１２５１Åの膜厚となるよう蒸着して回折格子体が完成する（ステップ１５）。なお、図５に示したフローチャートは、片面蒸着の製造手順について説明しているが、２回の工程にわたる前記片面蒸着の製造手順を同時に行うことにより、両面蒸着を同様に実行できる。
【００３５】
以上、本実施形態においては、回折格子体が、ガラスなどからなる基板の光線の入射面、及び出射面の両面の表面上に、回折格子を所定の高さと繰り返しピッチで全面に形成した構造の回折格子体について説明した。また、回折格子体が、ガラスなどからなる基板の一方の面の表面上に、回折格子を所定の高さとピッチで全面に形成した構造の回折格子体についても、本発明を同様に適用可能である。
【００３６】
図６に示す光ヘッド装置２６は、ＤＶＤ用として６６０ｎｍの波長λ１のレーザ光を発光する発光素子２７ａと、ＣＤ用として７８５ｎｍの波長λ２のレーザ光を発光する発光素子２７ｂが微小間隔離れた状態で、単一の筐体内に設けられて光源（発光部）２７として構成されている。
前記光ヘッド装置２６には、光学系として、前記回折格子体８が前記光源２７の発光側の前方に配置され、その他偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称す）２８、フロントモニター２９、コリメータレンズ３０、広帯域１／４波長板３１、対物レンズ３２、光ディスク記録媒体３３及び受光部３４が所定の位置に配置されている。
【００３７】
前記光源２７の発光素子２７ａ、２７ｂの一方から発せられた直線偏光３５のレーザ光は、前記回折格子体８を通過して３ビーム光となりＰＢＳ２８に入射する。前記入射３ビーム光はＰＢＳ２８のミラー面２８ａで約９０％が光ディスク記録媒体３３側へ反射し、約１０％が透過してフロントモニター２９で検出されて前記光源２７から出射したレーザ光の強度等を制御する。前記ＰＢＳ２８のミラー面２８ａで反射した３ビーム光はコリメータレンズ３０で平行光に調整され、広帯域１／４波長板３１にて円偏光３６のレーザ光に変換され、対物レンズ３２で集光されて光ディスク記録媒体３３の表面のピット３３ａにレーザ光のスポット光を形成する。そして、前記ピット３３ａで前記円偏光３６は逆回転の円偏光３７のレーザ光（戻りレーザ光）となって反射する。反射した戻りレーザ光は、対物レンズ３２を通過し広帯域１／４波長板で前記直線偏光３５とは直交関係となる直線偏光３８に変換されてコリメータレンズ３０を通り、ＰＢＳ２８を透過して、受光部３４の受光素子へ入射する。
【００３８】
前記受光部３４の受光素子はピンフォトダイオードで形成されており、この素子で検知された信号に応じて対物レンズ３２を光ディスク記録媒体３３の表面に沿うトラッキング方向へ補正し、またディスク面に直交するフォーカシング方向へ補正することができる。
また、図示していないが、前記光ヘッド装置２６には前記対物レンズ３２を微動自在に支持するレンズホルダが設けられ、このレンズホルダを微駆動させる駆動手段が設けられている。前記駆動手段による動力により、対物レンズ５がトラッキング方向とフォーカシ
ング方向へ微駆動可能とされている。
【００３９】
なお、本発明に係る２波長に対応する回折格子体８における回折格子の凸部の幅と周期の比を変えることにより、回折効率を調整した回折格子体を構成する技術は、異なる２つの波長が、６６０ｎｍ波長と７８５ｎｍ波長の組み合わせだけに限定されず、４０５ｎｍ波長と６６０ｎｍ波長の組み合わせ、または４０５ｎｍ波長と７８５ｎｍ波長の組み合わせにおいても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る回折格子体の実施形態を示す構造図である。
【図２】本発明に係る回折格子体の回折格子部分の拡大図である。
【図３】本発明に係る回折格子体の数値データの例を示す表図である。
【図４】本発明に係る回折格子体の透過光量の波長依存性の例を示すグラフ図である。
【図５】本発明に係る回折格子体の製造手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る回折格子体が搭載された光ヘッド装置を示す概略構成図である。
【図７】従来の回折格子体の構造例を示す図である。
【図８】従来の回折格子体の構造例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１・・回折格子体、２・・基板、３・・回折格子、４・・回折格子体、５・・基板、６・・第一の回折格子、７・・第二の回折格子、８・・回折格子体、９・・基板、１０・・第一の回折格子、１１・・第二の回折格子、１２・・第一のマッチング層、１３・・エッチングストップ層、１４・・第一の反射防止膜、１５・・回折格子凸部、１６・・カバー層、１７・・第二のマッチング層、１８・・第二の反射防止膜、１９・・第一のマッチング層、２０・・エッチングストップ層、２１・・第一の反射防止膜、２２・・回折格子凸部、２３・・カバー層、２４・・第二のマッチング層、２５・・第二の反射防止膜、２６・・光ヘッド装置、２７・・光源、２７ａ・・発光素子、２７ｂ・・発光素子、２８・・偏光ビームスプリッタ、２８ａ・・ミラー面、２９・・フロントモニター、３０・・コリメータレンズ、３１・・広帯域１／４波長板、３２・・対物レンズ、３３・・光ディスク記録媒体、３３ａ・・ピット、３４・・受光部、３５・・直線偏光、３６・・円偏光、３７・・円偏光、３８・・直線偏光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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