<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze voor het maken van een optische informatiedrager, inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze en een optische informatiedrager verkregen met behulp van de werkwijze.
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een optische informatiedrager door informatie, die informatieëenheden bevat, in een masterplaat te schrijven, waarin een stralingsbundel door de informatie in vermogen gemoduleerd wordt en een fotolaklaag van de masterplaat belicht, waardoor een patroon van korte en lange belichte gebieden ontstaat, en vervolgens de lak ontwikkeld wordt, zodat een patroon van informatiegebieden ontstaat, waarbij voor elk belicht gebied de aanvang en duur van de belichting bepaald wordt door de bijbehorende informatieëenheid. De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze en op een optische informatiedrager verkregen met de uitvoering van de werkwijze.
Een informatieeenheid is een deel van een stroom van informatie dat met een enkel merkteken op de masterplaat wordt vastgelegd. Als bijvoorbeeld een digitaal informatiesignaal afwisselend een waarde nul en een heeft en een deel van het signaal met de waarde een leidt tot een belicht gebied waarvan de lengte bepaald is door de tijdsduur dat het signaal de waarde een heeft, dan is dat deel van het informatiesignaal een infbrmatieeenheid. Een belicht gebied wordt kort genoemd als zijn lengte kleiner is dan tweemaal de diameter van de stralingsvlek door de stralingsbundel op de laklaag gevormd, waarbij de diameter de afstand tussen twee diametraal gelegen punten binnen de stralingsvlek is waar de lokale intensiteit gelijk is aan de helft van de maximale intensiteit in de stralingsvlek.
Voor een Airy-vormig intensiteitsprofiel gevormd door een objectieflens is de genoemde diameter gelijk aan de helft van het quotiënt van de golflengte van de straling en de numerieke apertuur van de objectieflens. Een informatiegebied is een gebied op de masterplaat met eigenschappen die door een replicatieproces op informatiedragers overgebracht kunnen worden ; de overeenkomstige gebieden op de informatiedragers worden eveneens informatiegebieden genoemd. De term'gebied'zonder adjectief wordt in het vervolg gebruikt voor een belicht gebied in de fotolak, tenzij anders aangegeven.
<Desc/Clms Page number 2>
In de werkwijze voor het maken van een optische informatiedrager wordt eerst de informatie in de masterplaat geschreven door de laklaag te belichten. De laklaag wordt vervolgens ontwikkeld, zodat op de plaats van de belichte gebieden informatiegebieden, bijvoorbeeld in de vorm van putten ontstaan. Alhoewel in het vervolg vaak putten genoemd worden, zal het duidelijk zijn dat informatiegebieden eveneens bobbels omvatten. Vervolgens wordt op de masterplaat een metaallaag aangebracht. De metaallaag vormt na verwijderd te zijn van de laklaag een stempel met
EMI2.1
een negatieve afdruk van het puttenpatroon.
Het puttenpatroon van de stempel wordt e p daarna door bijvoorbeeld een kunststof-spuitproces overgebracht op een groot aantal optische informatiedragers, waarop vervolgens een of meer dunne lagen gezet worden om de informatiedrager reflecterend en/of beschrijfbaar te maken. In een niet door de gebruiker beschrijfbare informatiedrager representeert het puttenpatroon de opgeslagen gebruikersinformatie. In een beschrijtbare informatiedrager representeert het puttenpatroon naast eventuele gebruikersinformatie ook spoorvolginformatie waarmee een stralingsbundel gebruikt voor het lezen of schrijven van informatie over de
EMI2.2
informatiedrager kan worden.
: Z b
De informatiedichtheid op de informatiedrager is te verhogen door de putten dichter bij elkaar te plaatsen. Dichter bij elkaar geplaatste putten geven echter aanleiding tot een vermindering van de kwaliteit van het signaal gegenereerd bij het lezen van de informatie op de informatiedrager, waardoor de betrouwbaarheid van de gelezen informatie minder wordt. De vermindering van de kwaliteit blijkt onder meer uit een toename van de jitter, dat is, een toename van onregelmatige, willekeurige variaties van het signaal. Om bij hogere dichtheden toch een informatiesignaal van de informatiedrager te kunnen afleiden met een voldoende lage jitter is het noodzakelijk de positie en de vorm van de putten zeer nauwkeurig in de masterplaat vast te leggen.
Een van de problemen die het verhogen van de informatiedichtheid beperken, is dat bij een gelijkblijvend vermogen van de stralingsbundel tijdens het schrijven van de informatie in de masterplaat de korte putten smaller blijken te worden dan de lange putten.
Uit het Amerikaanse octrooischrift nr. 5 040 165 is een werkwijze bekend voor het vervaardigen van een optische informatiedrager, die een oplossing voor het genoemde probleem geeft. Voor het belichten van de laklaag wordt het vermogen in de
EMI2.3
stralingsbundel bij het schrijven van korte gebieden 25% tot 100% hoger gekozen dan C >
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
het vermogen bij lange gebieden. Uit metingen aan met de bekende werkwijze gemaakte informatiedragers blijkt echter dat de verwachte vermindering van de jitter niet optreedt. c Bovendien blijkt de verhouding van het vermogen voor het schrijven van korte gebieden i tot dat van lange gebieden sterk afhankelijk te zijn van de soort en conditie van de Z > gebruikte op de masterplaat, waardoor de kwaliteit van de informatiedragers verkregen uit verschillende masterplaten verschillend is.
ZD
Het is een doel van de uitvinding een werkwijze te verschaffen van de in de aanhef genoemde soort welke niet de genoemde bezwaren van de bekende werkwijze heeft.
De werkwijze volgens de uitvinding heeft daartoe als kenmerk dat de belichtingsdosis over de lengte van elk geschreven gebied een constante, vooraf bepaalde waarde heeft die onafhankelijk is van die lengte.
De uitvinding berust op het inzicht dat de vorm van de contrastcurve van de laklaag van doorslaggevend belang is voor de uiteindelijke vorm van de putten in de informatiedrager. De contrastcurve geeft de ontwikkelsnelheid van de lak als functie van de belichtingsdosis, dat is de tijdgeïntegreerde hoeveelheid straling per eenheid van oppervlak invallend op een bepaalde plaats. De tot nu toe voor optische registratie gebruikte lakken hebben een redelijk lineair verlopende contrastcurve, dat wil zeggen, een tweemaal zo grote belichtingsdosis geeft een tweemaal zo hoge ontwikkelsnelheid.
Voor optische registratie met hogere dichtheden wil men nu lakken gebruiken met een hoog contrast ten einde kleine, goed gedefinieerde putten te kunnen maken. Een eerste karakteristiek van een hoog-contrastlak is de drempel. Een belichtingsdosis onder de drempelwaarde geeft een verwaarloosbaar kleine ontwikkelsnelheid. Een tweede karakteristiek van een hoog-contrastlak is dat boven de drempelwaarde de ontwikkelsnelheid zeer snel toeneemt als functie van de belichtingsdosis. In de bekende werkwijze worden voor het schrijven van korte en lange gebieden twee verschillende vermogens genomen die in het algemeen resulteren in twee verschillende belichtingsdoses. Dit leidt tot verschillende ontwikkelsnelheden voor de korte en lange gebieden, waarbij het verschil in snelheid toeneemt met het contrast.
De vorm, dat is de lengte, breedte en/of diepte, van de korte en lange putten ontstaan na het ontwikkelen van de lak is dan ook afhankelijk van de verschillen in vermogen gebruikt bij de belichting en van de vorm van de contrastcurve. De hoeveelheid materiaal in de lak
<Desc/Clms Page number 4>
omgezet door een bepaalde belichtingsdosis is betrekkelijk ongevoelig voor de temperatuur. De ontwikkelsnelheid, dat is de snelheid waarmee het omgezette materiaal wordt opgelost in een ontwikkelaar, is daarentegen sterk afhankelijk van zowel de temperatuur als de eigenschappen van de lak en van de concentratie van de ontwikkelaar. De vorm van de contrastcurve, bepaald door de eigenschappen van de lak en de ontwikkelaar, blijkt dan ook sterk af te hangen van de temperatuur, samenstelling en ouderdom van de lak.
Daar de contrastcurve het verband geeft tussen de belichtingsdosis en de ontwikkelsnelheid, geeft een verandering van de contrastcurve een verandering van de ontwikkelsnelheid. Daar de contrastcurve bij hoogcontrastlakken zeer steil is, zijn de veranderingen van de ontwikkelsnelheid daar groot en sterk afhankelijk van de precieze belichtingsdosis. In de bekende werkwijze is daarom de vorm van de putten niet goed te regelen.
De werkwijze volgens de uitvinding is daarentegen in hoge mate ongevoelig voor de precieze vorm van de contrastcurve door de wijze van belichten van de laklaag. Hiertoe wordt het vermogen van de stralingsbundel zodanig geregeld dat de belichtingsdosis een constante waarde heeft over de lengte van een gebied, terwijl de waarde gelijk is voor gebieden van verschillende lengtes. Hierbij is de aanloop en uitloop van ieder gebied buiten beschouwing gelaten. Door de gelijke belichtingsdoses is de ontwikkelsnelheid voor ieder gebied ook gelijk, onafhankelijk van de vorm van de contrastcurve. Als de vorm van de contrastcurve afwijkt van de veronderstelde vorm verandert de ontwikkelsnelheid van zowel korte als lange gebieden op dezelfde wijze.
De verandering in ontwikkelsnelheid is op eenvoudige wijze te corrigeren door de ontwikkelduur voor de laklaag te verkorten of te verlengen. De korte en lange putten krijgen zo de gewenste vorm, onafhankelijk van de precieze vorm van de contrastcurve.
Hierdoor vermindert de jitter, zodat de lengte van de putten en de afstanden tussen de putten verkleind kunnen worden en een verhoging van de informatiedichtheid op de informatiedrager mogelijk is.
De stralingsbundel vormt op de laklaag een stralingsvlek met een bepaald intensiteitsprofiel. Tijdens het schrijven verplaatst de stralingsvlek over de laklaag. De belichtingsdosis op een willekeurige plaats van de laklaag wordt daarom bepaald door
EMI4.1
de convolutie van het profiel en zijn verplaatsing. Bij het belichten van een klein gebied im is de verplaatsing de stralingsvlek klein ten opzichte van de grootte van de c stralingsvlek, dit in tegenstelling tot een lang gebied, waar de verplaatsing groter is dan
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
de grootte van de stralingsvlek. Door het convolutieëffect is de belichtingsdosis in een kleine gebied dan ook lager dan de belichtingsdosis in een lang gebied.
Een speciale uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft daarom als kenmerk dat het vermogen van de stralingsbundel bij het belichten van korte gebieden zoveel groter gemaakt wordt dan het vermogen bij het belichten van lange gebieden dat de belichtingsdosis in korte en lange gebieden substantieel gelijk is. De waarde van het vermogen als functie van de lengte van een te belichten gebied volgt uit de eis dat de lokale belichtingsdosis voor alle gebieden eenzelfde constante, vooraf bepaalde waarde moet hebben.
De laatstgenoemde uitvoeringsvorm van de werkwijze leidt in sommige omstandigheden tot relatief korte belichte gebieden in de laklaag bij het schrijven van lange informatieëenheden, en dus tot relatief korte putten. Dit zou gecorrigeerd kunnen worden door de laklaag iets langer te ontwikkelen. Echter, de korte gebieden worden dan ook langer ontwikkeld, zodat de korte putten te lang zouden worden. Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft daarom als kenmerk dat de duur van de belichting een lang gebied langer wordt gekozen dan de duur van de bijbehorende informatieeenheid. Deze verlenging compenseert het convolutie effect. De grootte van de verlenging is onafhankelijk van de steilheid van de contrastcurve, en bedraagt in het algemeen enkele procenten voor lange gebieden en nul voor korte gebieden.
Een speciale uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de belichting van een lang gebied aangevangen wordt vóór de aanvang van de bijbehorende informatieëenheid. Daar het schrijven in lak een symmetrisch proces is, moet de verlenging van de belichtingsduur symmetrisch ten opzichte van de nominale locatie van het gebied zijn, dat wil zeggen dat de belichting eerder begint en later ophoudt dan voorgeschreven door een informatieëenheid.
Het intensiteitsprofiel van de stralingsvlek heeft in het algemeen een centrale lob met een hoge intensiteit en daaromheen gelegen zijlobben, vaak in de vorm van ringen, met een lagere intensiteit. Tijdens het schrijven verplaatst de stralingsvlek over de laklaag, waardoor sommige plaatsen na elkaar zowel door de centrale lob als door een of meer zijlobben worden belicht. Door nu volgens een speciale uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding het vermogen van de stralingsbundel op dergelijke plaatsen te verlagen is toch een constante belichtingsdosis
<Desc/Clms Page number 6>
over de lengte van een belicht gebied te realiseren.
Bij verhoging van de informatiedichtheid moeten de gebieden op de masterplaat dichter bij elkaar geschreven worden. Door de uitgestrektheid van de stralingsvlek zal dan bij de belichting van een eerste gebied zowel een naastliggend
EMI6.1
tweede gebied als het tussen deze gebieden liggende deel van de laklaag met een lage . e CP dosis belicht worden. In dit tussengebied blijft de belichtingsdosis onder de drempel van de contrastcurve, en zal dan ook niet tot vorming van informatiegebieden leiden. In het tweede gebied wordt de lage dosis opgeteld bij de belichtingsdosis die al aangebracht is voor het vormen van dat tweede informatiegebied. De optelling leidt tot een iets hogere belichtingsdosis voor het tweede gebied dan in het geval de beide gebieden ver van elkaar verwijderd zouden zijn.
Door de steilheid van de contrastcurve leidt deze geringe verhoging van de belichtingsdosis van het tweede gebied tot een merkbare vergroting van de ontwikkelsnelheid. Bijgevolg worden dicht bij elkaar liggende informatiegebieden groter dan verder van elkaar liggende informatiegebieden. Deze vervorming geeft een vergroting van de jitter. De werkwijze kan op twee verschillende manieren aangepast worden om voor het beschreven effect te corrigeren.
In een eerste aanpassing heeft de werkwijze volgens de uitvinding het kenmerk dat bij het schrijven van twee naburige gebieden het deel van ieder gebied dat het dichtst bij het andere gebied ligt met een vermogen van de stralingsbundel
EMI6.2
geschreven wordt dat een monotoon niet-dalende functie is van de afstand tussen de Z twee gebieden. Bij het schrijven wordt het vermogen in de stralingsbundel zodanig geregeld in afhankelijkheid van de afstanden van de belendende gebieden, dat de belichtingsdosis in het gebied de vereiste constante waarde heeft, zodat er geen vervorming afhankelijk van de afstand tussen de gebieden optreedt.
In een tweede aanpassing heeft de werkwijze volgens de uitvinding het kenmerk dat de stralingsbundel tijdens de passage tussen twee gebieden een vermogen heeft dat lager is dan het vermogen voor het schrijven van deze gebieden en het vermogen een monotoon niet-dalend verband heeft met de afstand tussen de twee
EMI6.3
gebieden. Hierdoor wordt bereikt dat een naastliggend gebied een vaste extra belichting 2 l" krijgt, onafhankelijk van de afstand tot andere gebieden. Daar alle gebieden nu dezelfde vervorming krijgen, wordt de jitter verminderd.
Een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze, voorzien van een apparaat voor het schrijven van informatie in een masterplaat door belichting met een
<Desc/Clms Page number 7>
stralingsbundel volgens een patroon van korte en lange belichte gebieden, welk apparaat omvat een stralingsbron voor het leveren van de stralingsbundel, een intensiteitsmodulator en een ermee verbonden stuurinrichting, een optisch stelsel voor het met behulp van de stralingsbundel vormen van een stralingsvlek op de masterplaat, en middelen om de masterplaat en de stralingsvlek onderling te bewegen, heeft volgens de uitvinding het kenmerk dat de stuurinrichting ingericht is voor het zodanig sturen van de modulator dat de belichtingsdosis over de lengte van een belicht gebied een constante, vooraf bepaalde waarde heeft die onafhankelijk is van die lengte.
Een speciale uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de stuurinrichting een geheugen bevat voor het opslaan van de relatie tussen enerzijds de duur van de informatieëenheden en anderzijds de aanvang, duur en vermogen van de belichting.
Voor het schrijven van informatie met hoge dichtheid heeft de inrichting bij voorkeur als kenmerk het optisch stelsel voorzien is van een filter. Met een filter kan de amplitude of de fase van de straling zodanig beinvloed worden dat de afmeting van de centrale lob van de stralingsvlek verkleind wordt, waardoor de belichte gebieden eveneens kleiner kunnen worden.
Een speciale uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat het filter een ellipsvormige faseplaat bevat. Door de ellipsvorm kan het vermogen van de zijlobben van het intensiteitsprofiel in de schrijfrichting verkleind worden in vergelijking met een ronde faseplaat, waardoor de schrijfstrategieën volgens de uitvinding een beter resultaat geven.
Opgemerkt wordt dat uit de Europese aanvrage nr. 0 411 525 een rechthoekige faseplaat met een lengte gelijk aan de diameter van de pupil van het optisch stelsel bekend is. Met een dergelijk faseplaat is echter geen voor een masterapparaat geschikte stralingsvlek te maken met in twee richtingen kleine afmetingen.
Een optische informatiedrager vervaardigd overeenkomstig de werkwijze
EMI7.1
volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de lengtes van de informatiegebieden minder dan 10% afwijken van de lengtes van de bijbehorende informatieëenheden. Deze afwijking is kleiner dan die van informatiedragers die niet met de werkwijze volgens de uitvinding zijn gefabriceerd. De kleinere afwijking leidt tot een kleinere jitter in het leessignaal van de informatiedrager.
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
De optische informatiedrager heeft als verder kenmerk dat de afstanden tussen naburige informatiegebieden minder dan 50 nm afwijken van de afstanden van de bijbehorende informatieëenheden. Evenals de nauwkeurigere definitie van de lengtes van de informatiegebieden leidt een nauwkeurigere definitie van de afstanden tussen naburige informatiegebieden eveneens tot een reductie van de jitter.
De optische informatiedrager heeft als verder kenmerk dat de spreiding van de breedte van de informatiegebieden kleiner is dan 30 nm. Een goed gedefinieerde breedte van de informatiegebieden leidt tot een goed gedefinieerde grootte van het leessignaal. Ook dit resulteert in een verlaging van de jitter.
De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden onder verwijzing naar de figuren. Daarin tonen Figuur 1 een inrichting voor het vervaardigen van informatiedragers, Figuur 2 een apparaat voor het schrijven van informatie in een masterplaat, Figuur 3 de intensiteit en belichtingsdosis als functie van de plaats op de masterplaat, Figuur 4a het verband tussen belichtingsdosis en ontwikkelsnelheid voor een lak met laag contrast, Figuur 4b het verband tussen belichtingsdosis en ontwikkelsnelheid voor een lak met hoog contrast, Figuur 5 de ontwikkelprofielen voor EFM informatieëenheden zonder schrijfstrategie geschreven, Figuur 6 de ontwikkelprofielen voor EFM informatieëenheden met de eerste schrijfstrategie geschreven,
Figuur 7 het vermogen van de stralingsbundel volgens de eerste schrijfstrategie als functie van de lengte van het te schrijven gebied, Figuur 8 de ontwikkelprofielen voor EFM informatieeenheden met de tweede schrijfstrategie geschreven, Figuur 9 het vermogen van de stralingsbundel volgens de tweede schrijfstrategie als functie van de lengte van het te schrijven gebied,
<Desc/Clms Page number 9>
Figuur 10 belichtingsdoses voor een serie van twee korte gebieden op verschillende afstanden,
Figuur 11 de ontwikkelprofielen behorend bij de dosisprofielen van Figuur 10,
Figuur 12 het vermogen van de stralingsbundel volgens de derde strategie voor een serie te schrijven gebieden,
Figuur 13 het vermogen van de stralingsbundel volgens de vierde strategie voor een serie te schrijven gebieden,
Figuur 14 belichtingsdoses volgens de vierde strategie voor een serie van twee korte gebieden op verschillende afstanden,
Figuur 15 belichtingsdoses in de tussengebieden van Figuur 14,
EMI9.1
Figuur 16 de ontwikkelprofielen behorend bij de dosisprofielen van Figuur ZD 14,
Figuur 17 een intensiteit-en dosisprofiel met het effect van de zijlobben van het intensiteitsprofiel,
Figuur 18 ontwikkelprofielen voor EFM informatieëenheden met een gefilterde stralingsbundel geschreven,
Figuur 19 een intensiteitsprofiel en vermogen van de stralingsbundel volgens een vijfde strategie,
Figuur 20 de pupil van de objectieflens van het masterapparaat met een ellipsvormige faseplaat,
Figuur 21 ontwikkelprofielen voor een 19 signaal met en zonder faseplaat,
Figuur 22 een eerste uitvoeringsvorm van de stuurinrichting van het masterapparaat,
en
Figuur 23 een tweede uitvoeringsvorm van de stuurinrichting van het masterapparaat.
Figuur 1 toont een inrichting voor het vervaardigen van een optische informatiedrager. Een dergelijke inrichting bestaat in het algemeen uit een informatiebewerkingseenheid 1, een apparaat voor het schrijven van informatie in een masterplaat 3 ofwel een masterapparaat (eng. : master recorder) 2, een apparaat 4 voor het bewerken van de masterplaat en het maken van stempels 5 met behulp van de
<Desc/Clms Page number 10>
masterplaat, en een dupliceerapparaat 6 voor het maken van afdrukken van de stempels in informatiedragers 7. Informatie 8 die op de informatiedragers moet worden vastgelegd wordt aan een ingang van de informatiebewerkingseenheid 1 toegevoerd.
De informatie bestaat uit spoorvolginformatie die in een geometrie van bijvoorbeeld spoorvolggroeven of spoorvolgputten vastgelegd moet worden, adresinformatie om bepaalde plaatsen op de informatiedrager te kunnen identificeren, informatie om leesfouten achteraf te kunnen corrigeren, en eventuele informatie die door de gebruiker van de informatiedrager gelezen kan worden. De informatiebewerkingseenheid genereert uit de ingangsinformatie signalen 9 voor het sturen van het masterapparaat 2. Het masterapparaat schrijft de informatie aan de hand van de stuursignalen in de masterplaat 3 in de vorm van een patroon van belichte gebieden in een fotolaklaag. In een belicht gebied wordt straling van de bundel geabsorbeerd, waardoor lokaal materiaal in de fotolak wordt omgezet en de oplosbaarheid van de laklaag verandert.
Bij een grotere belichtingsdosis is de oplosbaarheid groter, en dus ook de snelheid van het ontwikkelen van de laklaag. Het masterapparaat is een essentieel onderdeel van de inrichting, en wordt hierna meer in detail besproken. De laklaag van de masterplaat 3 wordt in het volgend apparaat 4 ontwikkeld, zodat het belichtingspatroon omgezet wordt in een patroon van informatiegebieden in de vorm van putten en/of groeven in de laklaag. Op de laklaag wordt vervolgens een metaallaag afgezet. Na van de laklaag verwijderd te zijn vormt de metaallaag een stempel 5 met een afdruk van het puttenpatroon. Met behulp van een dergelijk stempel maakt het dupliceerapparaat 6 afdrukken van het puttenpatroon in informatiedragers door middel van bijvoorbeeld een kunststofspuitproces of een replicatieproces op basis van fotopolymerisatie, een zogenaamd 2Pproces.
Van een enkele masterplaat 3 zijn verscheidene stempels 5 te maken en met iedere stempel zijn honderden tot duizenden informatiedragers 7 te maken, zodat met behulp van een enkele masterplaat duizenden tot miljoenen gelijke informatiedragers vervaardigd kunnen worden. De werkwijze kan verscheidene dupliceerstappen omvatten, waarbij van een enkele stempel een aantal stempels gemaakt wordt.
Figuur 2 toont een masterapparaat 2 voor het beschrijven van een ronde masterplaat 3. Het zal duidelijk zij dat met een kleine modificatie een dergelijk apparaat ook geschikt is te maken voor het beschrijven van andere vormen van masterplaten, bijvoorbeeld rechthoekige masterplaten voor het maken van rechthoekige optische informatiekaarten. Het masterapparaat 2 is voorzien van een stralingsbron 12,
<Desc/Clms Page number 11>
EMI11.1
bijvoorbeeld een argon-ion laser, welke een stralingsbundel levert. Het vermogen van de stralingsbundel wordt door een electro-optische of acousto-optische modulator 14 in pulsen gemoduleerd in afhankelijkheid van de uitgangssignalen 11 van een t > ZD stuurinrichting 10, welke aan een ingang de signalen 9 van de informatiebewerkingseenheid 1 ontvangt.
De stuurinrichting vormt de signalen 9 om tot signalen bruikbaar voor het besturen van de modulator 14. Bij gebruik van een snel moduleerbare stralingsbron zoals bijvoorbeeld een halfgeleiderlaser kan de laser direct door de stuurinrichting 10 gestuurd worden, en vallen de stralingsbron 12 en de modulator 14 samen. De intensiteits-gemoduleerde stralingsbundel uit de modulator wordt bijvoorbeeld door een bundelvergroter 16, een spiegel 17 en een objectieflens 18 gefocusseerd tot een stralingsvlek 19 gevormd op de laklaag 20 van de masterplaat 3. m Door nu de masterplaat om een rotatieas 21 te draaien en tegelijkertijd de optische elementen 17 en 18 in radiale richting 22 te bewegen kunnen concentrische of spiraalvormige sporen in de laklaag geschreven worden.
Door de onderlinge beweging van de stralingsvlek en de laklaag kan de tijdsduur van een informatieëenheid en van de bijbehorende belichting omgerekend worden naar een lengte van de informatieëenheid en van de belichting. Het focus van de stralingsbundel wordt tijdens het schrijven op de laklaag door de objectieflens 18 via terugkoppeling de verticale beweging 23 van de masterplaat te laten volgen. In het geval dat de masterplaat met constante hoeksnelheid draait, moet het vermogen in de stralingsbundel met de straal van het te schrijven spoor toenemen om de belichtingsdosis constant te houden. Deze langzame verandering van het vermogen kan door de modulator 14 uitgevoerd worden. t3 Het effect van de onderlinge verplaatsing van de stralingsvlek 19 en de masterplaat 3 tijdens het schrijven van een gebied in de laklaag zal verduidelijkt worden aan de hand van Figuur 3.
Tijdens het schrijven van een gebied in de laklaag wordt de laklaag belicht door de stralingsvlek 19. Het intensiteitsprofiel van de stralingsvlek als functie van de plaats is weergegeven met streep-lijn curve 25 in Figuur 3. Langs de horizontale as is de plaats x op de laklaag in de richting waarin de stralingsvlek beweegt uitgezet, langs de verticale as staat de intensiteit I. De intensiteit is voor de eenvoud weergegeven als een klokvormige curve, hoewel de curve meestal een zogenaamd Airy profiel heeft, dat karakteristiek is voor een diffractie-begrensde stralingsvlek gevormd door een lens met een ronde apertuur.
De curve 25 toont het profiel op het moment dat de stralingsbundel aangezet wordt voor de belichting van een gebied, de curve 26 toont
<Desc/Clms Page number 12>
EMI12.1
het profiel aan het einde van de belichting na een verplaatsing weergegeven door de pijl 27. De belichtingsdosis van de laklaag in het belichte gebied is de convolutie van het intensiteitsprofiel en de verplaatsing ervan. Het dosisprofiel, dat is de belichtingsdosis als functie van de plaats, is in de Figuur aangegeven met de getrokken curve 28, voor welke langs de verticale as de belichtingsdosis E staat. De lengte van het belichte gebied is in de getoonde situatie relatief kort in vergelijking met de diameter van het intensiteitsprofiel van de stralingsvlek, in de Figuur aangegeven met w.
In Figuur 3 is eveneens de situatie getoond voor de belichting van een relatief lang gebied. Bij het begin van het belichten is het intensiteitsprofiel gegeven door de streep-lijn curve 29, die dezelfde vorm heeft als het intensiteitsprofiel 25 aan het einde door de curve 30, na een verplaatsing van het centrum van het profiel weergeven door de pijl 31 waarvan de lengte groter is dan tweemaal de diameter van het intensiteitsprofiel 29. Het bijbehorende dosisprofiel, weergegeven door de curve 32, vertoont een vlak maximum, dat iets hoger is dan het maximum van de curve 28. De maximale belichtingsdosis van curve 32 wordt alleen bereikt in gebieden waar het intensiteitsprofiel verplaatst wordt over een afstand groter dan ongeveer tweemaal de diameter van het profiel.
Tijdens het ontwikkelproces worden de belichte gebieden van de laklaag rm in een ontwikkelvloeistof opgelost. De contrastcurve van de lak bepaalt het verband tussen de snelheid van oplossen, ook de ontwikkelsnelheid genoemd, en de belichtingsdosis, zoals getoond in Figuur 4a. In het rechterbovenkwadrant van de Figuur is de contrastcurve 35 voor een lak met een redelijk laag contrast weergegeven met langs de horizontale as de belichtingsdosis E en langs de verticale as de ontwikkelsnelheid (eng. development rate) D. De drempelwaarde 36 geeft de belichtingsdosis aan waar beneden een belichting een verwaarloosbaar kleine ontwikkelsnelheid geeft. In het rechteronderkwadrant is het dosisprofiel van twee gebieden getoond, dat is, de belichtingsdosis als functie van de plaats x op de laklaag.
Het maximum van het dosisprofiel 37 van het eerste gebied is iets hoger dan het maximum van het dosisprofiel 38 van het tweede gebied, welk verschil ontstaan kan zijn op de wijze uitgelegd aan de hand van Figuur 3. De belichtingsdoses in het rechteronderkwadrant kunnen nu via de contrastcurve in het rechterbovenkwadrant vertaald worden in ontwikkelsnelheden weergegeven in het linkerbovenkwadrant, welke snelheden weer worden getoond als functie van de plaats x op de laklaag. De
<Desc/Clms Page number 13>
13dosisprofielen 37 en 38 resulteren zo in de ontwikkelprofielen 39 respectievelijk 40. Bij het ontwikkelen lost de laklaag op met een snelheid evenredig met het ontwikkelprofiel.
Hierdoor vormen zich op de plaats van de ontwikkelprofielen 39 en 40 informatiegebieden in de vorm van putten in de laklaag, waarvan de diepte, lengte en breedte afhankelijk zijn van de vorm van de contrastcurve en de ontwikkeltijd. De precieze vorm van de put is niet geheel bepaald door de vorm van het het ontwikkelprofiel, maar is ook afhankelijk van andere factoren in het ontwikkelproces.
Een van de factoren is dat de richting van de ontwikkelsnelheid altijd loodrecht staat op een te ontwikkelen oppervlak, zodat aan het begin van het ontwikkelproces de snelheid loodrecht staat op de laklaag, maar bij een al gevormde put loodrecht staat op de schuine wanden van de put. Daar de dikte van de laklaag meestal gelijk is aan de gewenste diepte van een informatiegebied of put, welke diepte relatief klein is, resulteert een korte ontwikkeltijd al in een put met een diepte gelijk aan de dikte van de laklaag. Bij langer belichten verandert de diepte dus niet meer, en zullen alleen de lengte en breedte van de put toenemen evenredig met de ontwikkelsnelheid op een bepaalde plaats op de laklaag.
De lengte van een put kan op verschillende manieren gedefinieerd worden, bijvoorbeeld als de lengte van dat deel van de put dat een diepte heeft gelijk aan de dikte van de laklaag, of \an het deel van de put dat gelegen is tussen de posities op de begin-en eindhelling waar de diepte gelijk is aan de helft van de dikte van de laklaag. Deze diepte d, waarvan de waarde afhankelijk is van de gebruikte definitie, wordt in een bepaald ontwikkelproces bereikt in een tijd t, waarbij geldt : t = d/D. De punten van de ontwikkelprofielen 39 en 40 die in de tijd t tot een diepte d zijn ontwikkeld, liggen op een zogenaamde ontwikkellijn, aangegeven met de lijn 41 in Figuur 4a. De ontwikkelde putten hebben na afloop van het proces lengtes gegeven door de pijlen 42 en 43.
Bij een langere ontwikkeltijd ligt de lijn 41 bij een lagere ontwikkelsnelheid D omdat voor de ontwikkellijn t maal D constant is. Hierdoor wordt de lengte van de gevormde putten groter. De steilheid van de wanden van de putten wordt bepaald door de helling van de profielen 39 en 40 waar deze de lijn 41 doorsnijden. Door de relatief lage drempel 36 in de contrastcurve 35 kunnen zijlobben of voeten van de beide profielen 37 en 38 aanleiding tot verlenging van de putten geven. De iets verschillende belichtingsdoses van de profielen 37 en 38 in Figuur 4a leiden tot twee putten met verschillende lengtes, aangegeven met de pijlen 42 en 43. Via
<Desc/Clms Page number 14>
de contrastcurve 35 is de ontwikkellijn 41 gerelateerd aan een belichtingsdosislijn 44 in het rechteronderkwadrant.
De doorsnijdingen 45 en 46 met de dosisprofielen 37 en 38 geven de lengte van de uiteindelijk gevormde putten. De lengtes van de pijlen 45 en 46 zijn gelijk aan die van de pijlen 42 respectievelijk 43.
Figuur 4b toont evenals Figuur 4a een verband tussen belichtingsdosis en ontwikkelsnelheid, maar dan voor een fotolak met een hoog in plaats van een laag contrast. Het hoge contrast uit zieh in de steilheid van de contrastcurve 35'en de hoge drempel 36'. De dosisprofielen 37 en 38 in Figuur 4b zijn gelijk aan de dosisprofielen in Figuur 4a. De resulterende ontwikkelprofielen 39'respectievelijk 40'wijken echter sterk af van de profielen 39 en 40. In de eerste plaats leidt de steilere contrastcurve tot steilere wanden van de putten en dus tot smallere putten. Door de hoge drempel 36' geven de zijlobben van de beide profielen 37 en 38 bovendien geen aanleiding tot verlenging van de putten.
Hierdoor kunnen de gevormde putten kleiner zijn en dichter bij elkaar geplaatst worden, zodat de informatiedichtheid van de informatiedrager hoger wordt. In de tweede plaats is er een groot verschil tussen de maximale ontwikkelsnelheden van de beide profielen 39'en 40', ondanks het relatief kleine verschil tussen de maximale belichtingsdoses van de profielen 37 en 38. De lengte en breedte van de resulterende putten zullen bij het gebruik van een hoog-contrastlak dan ook sterk afhangen van de precieze waarde van de belichtingsdosis in de belichte gebieden. De put gevormd door het ontwikkelprofiel 39'zal langer en breder zijn dan de put gevormd door het profiel 40'. De verschillen tussen de vormen van de beide putten is bovendien afhankelijk van de precieze condities van het ontwikkelproces.
Dit laatste is verduidelijkt aan het extreme geval getoond in Figuur 4b, waar de ontwikkellijn 41'door het ontwikkelprofiel 39'loopt en boven het profiel 40'ligt. Het profiel 39'resulteert in een put die tot de gewenste diepte ontwikkeld is, terwijl het profiel 40'een put geeft die niet de gewenste diepte heeft. De variatie in diepte, breedte en lengte van de putten resulteert in een toegenomen jitter bij het lezen van de informatiedragers gemaakt met een masterplaat waar een dergelijke verschuiving is opgetreden tijdens de fabricage. De verschillen in belichtingsdoses zijn tijdens het ontwikkelproces niet meer te corrigeren met een verandering van de ontwikkelduur.
Behalve de belichtingsdosis hebben ook de parameters van het ontwikkelproces invloed op de vorm van de putten. Veroudering van de fotolak gebruikt voor de laklaag, een verandering van de concentratie van ingrediënten van de lak, een
<Desc/Clms Page number 15>
verandering van de concentratie van de ontwikkelaar leiden alle tot een verandering van de steilheid en de drempelwaarde van de contrastcurves 35 en 35'. Hierdoor veranderen de ontwikkelprofielen 39 en 40, respectievelijk 39'en 40'. Deze veranderingen zijn slechts ten dele nog te corrigeren met een langere of kortere ontwikkelduur.
Op de wijze zoals voor Figuur 3 aangegeven kan de belichtingsdosis voor iedere willekeurige lengte van de belichte gebieden bepaald worden uit een convolutie van het intensiteitsprofiel van de stralingsvlek en de verplaatsing van de stralingsvlek, waarna via de contrastcurve 35 of 35'in Figuur 4a respectievelijk 4b de ontwikkelsnelheid voor de verschillende gebieden is te bepalen. De gewenste lengte van de belichte gebieden in de laklaag wordt bepaald door de gewenste informatiedichtheid en de wijze van coderen van de informatie. Om een hoge dichtheid te realiseren, wordt de lengte van het kortste gebied zo klein mogelijk gemaakt.
Het is in sommige omstandigheden wenselijk gebieden te schrijven met een lengte korter dan de diameter van de stralingsvlek, dat is, voor een Airy-vormig intensiteitsprofiel, korter dan het quotiënt van de golflengte van de straling en de numerieke apertuur van de objectieflens 18. Een gangbare wijze van coderen van digitale signalen is de zogenaamde acht-naarveertien modulatie (EFM). In het onderstaande zal de EFM codering als voorbeeld worden gebruikt ; echter, de uitvinding is niet beperkt tot deze codering. Bij de EFM codering is de tijdsduur van de informatieëenheden in het digitale infbrmatiesignaal gelijk aan een geheel aantal malen een vaste basistijd, met het aantal liggend tussen 3 en
11.
Door de verplaatsingssnelheid van de stralingsvlek over de laklaag kan de basistijd vertaald worden in een basislengte. De inforrnatieëenheden en de bijbehorende informatiegebieden worden daarom aangeduid met I3 tot en met Ill, afhankelijk van hun lengte. Op de zogenaamde Compact Disc is de informatie EFM gecodeerd.
Figuur 5 toont de ontwikkelprofielen voor EFM gebieden 13 tot en met
111 met een basislengte van 208 nm, waarbij gebruik gemaakt is van een gepulste stralingsvlek met een Airy-vormig intensiteitsprofiel en een constant vermogen tijdens de puls, onafhankelijk van de lengte van de te schrijven gebieden, en van een hoog- contrastlak. De profielen zijn verkregen bij het schrijven van een masterplaat met hoge informatiedichtheid met behulp van een stralingsbundel waarvan de golflengte 458 nm is en een objectieflens 18 met een numerieke apertuur van 0, 45. De getoonde profielen
EMI15.1
gelden op de as van een door de stralingsvlek geschreven spoor, waarbij x de afstand is 2 langs deze as.
Uit de Figuur blijkt dat de korte 13, I4 en I5 gebieden in het midden, dat
<Desc/Clms Page number 16>
EMI16.1
is voor x = 0, een relatief lage ontwikkelsnelheid hebben in vergelijking met de langere gebieden. Dit is veroorzaakt doordat de korte gebieden een lagere maximale belichtingsdosis hebben ontvangen dan de 16 en langere gebieden, waar wel de maximale belichtingsdosis zoals getoond door de curve 32 in Figuur 3 bereikt is. Door het convolutieëffect zoals hiervoor aan de hand van Figuur 3 uitgelegd is de ontwikkelsnelheid voor de korte gebieden aanzienlijk kleiner dan voor de lange gebieden.
Als de ontwikkellijn 48 op de in de Figuur 5 aangegeven hoogte ligt, blijkt dat de lengtes van de gevormde putten voor de 13, 14 en 15 aanzienlijk korter zijn dan de lengtes van de bijbehorende informatieëenheden, dat is 3, 4 respectievelijk 5 maal de basislengte van de EFM codering, terwijl de lengtes van langere putten iets te kort zijn.
Het verschil tussen de afwijking van de lengte van korte putten en die van lange putten geeft het leessignaal opgewekt met deze putten een grote mate van onbetrouwbaarheid.
Uit het genoemde Amerikaanse octrooischrift nr. 5 040 165 is een methode bekend die de lengte van de korte putten verbetert door het vermogen in de stralingsbundel tijdens het schrijven van dergelijke korte gebieden groter te maken dan tijdens het schrijven van lange Dit resulteert in een grotere maximale belichtingsdosis en een grotere Z > ZD maximale ontwikkelsnelheid voor de korte gebieden. Hoewel deze bekende methode de lengte van de putten verbetert, blijft het in de vorige paragraaf beschreven bezwaar van een sterke afhankelijkheid van de putvorm van de precieze belichtingsdosis en van de waarde van de parameters van het ontwikkelproces bestaan.
De afwijkingen van de gewenste lengte en breedte van de putten of informatiegebieden wordt volgens de uitvinding aanzienlijk verminderd door de dosisprofielen van alle gebieden, korte zowel als lange, dezelfde maximale belichtingsdosis te geven. Hierdoor wordt de maximale ontwikkelsnelheid van alle ontwikkelprofielen gelijk, zodat er geen ongewenste, van het ontwikkelproces afhankelijke variaties in de lengte en breedte van de putten ontstaan. Een eventueel iets te hoog of te laag uitgevallen belichtingsdosis voor alle gebieden kan, mits boven de drempel, gecorrigeerd worden door de ontwikkelduur iets te verkorten of te verlengen, zodat de resulterende putten toch weer de gewenste vorm hebben. De afhankelijkheid van de putvorm van de parameters van het ontwikkelproces is bij de belichtingsmethode volgens de uitvinding eveneens verminderd.
De belichtingsmethode heeft tot gevolg dat alle dosisprofielen 37, 38 ter plaatse van de doorsnijding met de belichtingsdosislijn 44
<Desc/Clms Page number 17>
eenzelfde helling hebben. Als door een verandering van de contrastcurve alle ontwikkelprofielen minder hoog worden, worden de putten bij gelijkblijvende ontwikkelcondities in dezelfde mate smaller en korter. Door bij het ontwikkelproces de ontwikkeltijd iets te verlengen ten opzichte van de nominale ontwikkeltijd kan de lengte van iedere put met eenzelfde bedrag vergroot worden tot de gewenste lengte.
Figuur 6 toont voor EFM gecodeerde signalen 13 tot en met 111 de ontwikkelprofielen zoals verkregen door toepassing van de eerste schrijfstrategie volgens de uitvinding, waarbij de maximale belichtingsdoses in de belichte gebieden gelijk is gemaakt. Het vermogen in de stralingsbundel is afhankelijk van de lengte van de informatieëenheid op een wijze zoals getoond in Figuur 7, waarin langs de horizontale as het aantal basislengtes van de informatiëenheid staat en langs de verticale as het genormaliseerde vermogen P van de stralingsbundel. Het vermogen voor gebieden korter dan I6 neemt toe met afnemende lengte van de gebieden. De afname kan mathematisch beschreven worden met een e-macht. In de Figuur is het vermogen voor de 13 15% groter dan voor de 111.
De grootte van het vermogen kan berekend worden uit de convolutie van het intensiteitsprofiel van de stralingsvlek en zijn verplaatsing.
Naast de ongevoeligheid voor veranderingen in de parameters van het ontwikkelproces, heeft de eerste strategie als verder voordeel dat de breedte van de putten onafhankelijk is van de lengte van de putten, dit in tegenstelling tot de leer van het genoemde Amerikaanse octrooischrift nr. 5 040 165. Als korte putten smaller zijn dan lange putten, zoals verkregen door schrijven zonder toepassing van enige strategie, is het leessignaal opgewekt door de korte putten relatief klein.
Als korte putten breder zijn dan lange putten, zoals het geval is bij toepassing van de schrijfstrategie bekend uit het Amerikaanse octrooischrift, is de amplitude van het leessignaal afkomstig van de korte putten wel groter, maar de jitter van het leessignaal is eveneens relatief groot ; bovendien kunnen door deze grotere breedte de sporen van de informatiedrager niet voldoende dicht bij elkaar gelegd worden, zodat de informatiedichtheidsverhoging beperkt moet blijven. Het blijkt dat de jitter van het leessignaal minimaal is bij een gelijke breedte voor korte en lange putten, zoals het geval is bij toepassing van de eerste schrijfstrategie volgens de uitvinding.
Onder bepaalde omstandigheden kan het voorkomen, afhankelijk van de basislengte van de informatiegebieden, de numerieke apertuur van het optisch stelsel en
EMI17.1
de golflengte van de stralingsbundel, dat bij toepassing van de eerste schrijfstrategie de CD
<Desc/Clms Page number 18>
lengtes van de resulterende korte putten te groot zijn of de lengtes van de lange putten te klein zijn. Om dit probleem op te lossen, verschaft de uitvinding een tweede schrijfstrategie. Volgens deze strategie wordt in de eerste plaats de belichtingstijd voor de lange gebieden iets verlengd. Om het informatiegebied op de nominale plaats te houden vindt in de tweede plaats de verlenging van de belichting op symmetrische wijze zowel aan de voor-als de achterzijde van iedere lange informatieëenheid plaats.
In de derde plaats wordt zonodig de ontwikkeltijd zodanig verkort of verlengd, dat het kortste informatiegebied de gewenste lengte van de informatieëenheid heeft. Een dergelijke verkorting of verlenging van de ontwikkeltijd komt overeen met het omhoog respectievelijk naar beneden schuiven van de ontwikkellijn 49 in Figuur 6. Dit resulteert in een verkorting of verlenging van alle informatiegebieden. Figuur 8 toont de ontwikkelprofielen voor de gebieden 13 tot en met I1l verkregen met de tweede schrijfstrategie.
Figuur 9 toont het bijbehorende vermogen van de stralingsbundel als functie van de lengte van de informatieëenheden. In vergelijking met Figuur 7, waar de tweede schrijfstrategie niet toegepast is, is duidelijk te zien dat bij de tweede strategie de feitelijke belichting voor het gebied I4 en de langere gebieden aanvangt voor de aanvang van de informatieëenheid, dat is voor lengte 0 op de horizontale as van de Figuur.
Tot nu toe zijn alleen effecten die optreden bij het belichten van geisoleerde gebieden in beschouwmg genomen. Indien de informatiedichtheid verhoogd wordt, ontstaan er problemen doordat niet alleen de gebieden zelf maar ook de afstanden tussen de gebieden kleiner worden. De dosisprofielen van naburige gebieden gaan elkaar dan overlappen en de vorm van de resulterende informatiegebieden wordt afhankelijk van de afstand tussen de naburige gebieden. In Figuur 10 is dit effect getoond in de vorm van een serie van paren naburige 13 dosisprofielen, waarbij tussen twee profielen van ieder paar een onbelicht tussengebied ligt waarvan de lengte een veelvoud is van de basislengte, zoals aangegeven in de Figuur.
De profielen behoren bij een NA van 0, 45 en een X van 458 nm zoals voor het bovenomschreven masterapparaat en een basislengte van de informatieëenheden van 162 nm. Het meest prominente effect is de relatief hoge belichtingsdosis tussen de twee gewenste gebieden. Bovendien is er een lichte toename van de maximale dosis in de belichte gebieden zelf bij afnemende afstand tussen de gebieden. Figuur 11 toont voor een hoog-contrastlak de ontwikkelprofielen behorend bij de dosisprofielen van Figuur 10. Door de drempel van
<Desc/Clms Page number 19>
de contrastcurve leidt de relatief hoge belichtingsdosis tussen de belichte gebieden niet tot een verhoogde ontwikkelsnelheid.
Anderzijds leidt de iets grotere maximale belichtingsdosis van de dichtst bij elkaar gelegen gebieden tot een niet-verwaarloosbare vergroting van de maximale ontwikkelsnelheid vanwege de steilheid van de contrastcurve. Hierdoor worden dicht bij elkaar liggende putten te groot.
Dit probleem wordt opgelost door toepassing van een derde schrijfstrategie volgens de uitvinding, volgens welke het vermogen in de stralingsbundel voor het schrijven van een gebied aangepast wordt aan de afstand tot het ervoor geschreven gebied en het erna te schrijven gebied zodanig dat over de lengte van het belichte gebied de gewenste, constante belichtingsdosis invalt. Hiertoe moet voor iedere combinatie van de lengtes van drie opeenvolgende gebieden en de twee tussenafstanden berekend worden wat het vermogen moet zijn voor het schrijven van het middelste gebied. Naast de tussenafstanden moet ook rekening gehouden worden met de lengtes van de gebieden zelf, daar het vermogen van de stralingsbundel, en dus ook het effect van de overlap, volgens de eerste schrijfstrategie afhankelijk is van de lengte van de gebieden.
Figuur 12 toont schematisch het vermogen P van de stralingsbundel voor het schrijven van een serie gebieden volgens de derde strategie, waarbij voor de duidelijkheid het nominale vermogen in een puls onafhankelijk is genomen van de lengte van de puls. De puls 54 heeft het nominale vermogen omdat hij zover verwijderd is van de naburige pulsen dat er geen overlap van dosisprofielen is. De puls 55 heeft aan de linkerzijde het nominale vermogen vanwege de grote afstand van de puls 54. Aan de rechterzijde moet het vermogen iets verminderd zijn vanwege de overlap van het bijbehorende dosisprofiel met dat van de volgende puls 56. Op dezelfde wijze moet het vermogen aan de linkerzijde van de puls 56 verminderd zijn.
De grootte van de vermindering van het vermogen kan bepaald worden uit de vorm van het intensiteitsprofiel van de stralingsvlek en de afstanden tussen de pulsen. Door de relatief korte afstand tussen de puls 56 en de daarop volgende puls 57 moeten beide pulsen over een grotere afstand relatief sterk in vermogen verminderd zijn, zoals aangegeven in de Figuur. Het maximale vermogen van de puls 57 bereikt niet de nominale waarde, daar de puls relatief kort is en de naburige pulsen aan beide zijden op korte afstand liggen.
Het is niet noodzakelijk het vermogen van de pulsen trapsgewijs te verminderen zoals in de figuur is aangegeven ; de vermindering kan bijvoorbeeld ook volgens een rechte lijn of een vloeiende kromme plaatsvinden. Ter vereenvoudiging van de uitvoering van de
<Desc/Clms Page number 20>
derde strategie kan de vermogensreductie toegepast worden op alleen die paren van pulsen die de kortste tussenafstand hebben, voor welke pulsen het overlap-effect het sterkst is.
Een vierde strategie bevat een altematieve oplossing voor het effect van te grote informatiegebieden tengevolge van een korte onderlinge afstand. In deze strategie wordt tussen de te schrijven gebieden een belichtingsdosis gegeven waarvan de grootte toeneemt met de afstand tussen die gebieden. De belichting in deze zogenaamde tussengebieden geeft een dosisprofiel met voeten ter plaatse van de naastliggende gebieden. De extra belichting van een naastliggend gebied komt nu zowel van de voet van het dosisprofiel van een er voor liggende gebied als van de voet van het dosisprofiel van het tussengebied. Bij toenemende afstand tussen de twee gebieden neemt de eerste bijdrage aan de extra belichting af, maar volgens de uitvinding neemt de tweede bijdrage toe, met als gevolg dat de extra belichting van het te schrijven gebied onafhankelijk is van de afstand tussen de gebieden.
Het vermogen in de stralingsbundel tijdens het belichten van de tussengebieden kan bepaald worden uit het intensiteitsprofiel van de stralingsvlek. Ieder geschreven gebied krijgt op deze wijze een extra belichtingsdosis aan het begin en aan het einde. Bijgevolg krijgt ieder resulterend informatiegebied een geringe verbreding aan het begin en aan het einde. Daar deze verbreding gelijk is voor alle informatiegebieden, zowel korte als lange, heeft dit geen verslechtering van de jitter tot gevolg. Een voordeel van de vierde strategie in vergelijking met de derde strategie is dat het vermogen ingestraald op de tussengebieden alleen afhangt van de afstand tussen de gebieden en niet van de lengtes van de te schrijven gebieden zoals bij derde strategie. Dit vereenvoudigt de regeling van het vermogen in het masterapparaat.
Figuur 13 toont schematisch het vermogen in de stralingsbundel tijdens het schrijven van een serie gebieden volgens de vierde strategie. Alle pulsen hebben het nominale vermogen, dat voor de duidelijkheid van de tekening onafhankelijk van de lengte van de pulsen is genomen. In het tussengebied van de pulsen 59 en 60 wordt het vermogen op een relatief lage waarde 61 gehouden voor de vereiste extra belichting aan het einde van de puls 59 en aan het begin van de puls 60. De afstand tussen de puls 60 en de erop volgende puls 62 is korter dan de afstand tussen de pulsen 59 en 60, zodat het vermogen 63 tussen de pulsen 60 en 62 dan ook lager is dan het vermogen 61. De afstand tussen de pulsen 62 en 63 en tussen 63 en 64 is zo klein dat er geen extra
<Desc/Clms Page number 21>
belichting nodig is.
Figuur 14 toont de dosisprofielen voor de EFM informatieëenheden volgens de vierde strategie. De maximale belichtingsdoses in ieder van de geschreven gebieden zijn gelijk en onafhankelijk van de afstand tussen de twee geschreven gebieden. Anderzijds zijn de belichtingsdoses tussen de gebieden, dat is rond x = 0, toegenomen in vergelijking met de situatie zonder deze strategie zoals getoond in Figuur 10. De belichtingsdoses in de tussengebieden zijn getoond in Figuur 15, waarbij de getallen langs de verticale as van de Figuur in dezelfde eenheden zijn als die in Figuur 14. De dosis voor het kortste tussengebied, de 13, is nul. Figuur 16 toont de ontwikkelprofielen voor een lak met een steile contrastcurve behorende bij de belichtingsdoses van Figuur 14.
Alle weergegeven ontwikkelprofielen hebben nu dezelfde vorm, onafhankelijk van de afstand tussen de profielen. De door ontwikkeling ontstane informatiegebieden zullen dan ook dezelfde grootte hebben. De ontwikkelsnelheid tussen de profielen is nagenoeg nul, ondanks de relatief grote belichtingsdoses op deze plaatsen zoals blijkt uit Figuur 14. Dit voordeel is bereikt door de relatief hoge drempelwaarde van een lak met een hoog contrast.
De derde en de vierde strategie kunnen met voordeel gecombineerd worden tot een vijfde strategie. Deze strategie heeft als kenmerken in de eerste plaats dat het vermogen van de stralingsbundel in de tussengebieden een relatief lage waarde heeft, die toeneemt met toenemende lengte van de tussengebieden, en in de tweede plaats dat het vermogen aan het begin en einde van een te schrijven gebied een vaste, iets lagere waarde heeft dan de nominale waarde. De belichting van de tussengebieden geeft een vaste, extra belichting aan het begin en einde van de gebieden, zoals uitgelegd bij de vierde strategie. Door de vermindering van het vermogen aan het begin en het einde met een vaste hoeveelheid wordt bereikt dat de belichtingsdosis over de lengte van ieder gebied constant is, onafhankelijk van de afstand tussen de gebieden.
De resulterende informatiegebieden hebben bijgevolg dan ook gelijke breedtes, onafhankelijk van de afstand tot naburige gebieden. De regeling van het vermogen voor de vijfde strategie heeft de eenvoud van de regeling volgens de vierde strategie, daar het vermogen in de tussengebieden alleen afhankelijk is van de lengte van de tussengebieden, en het vermogen voor alle te schrijven gebieden op eenzelfde wijze gecorrigeerd wordt, onafhankelijk van de lengte van het gebied en van de afstanden van naburige gebieden.
In de Figuren 6 en 8 is te zien dat de ontwikkelprofielen voor gebieden
<Desc/Clms Page number 22>
geschreven volgens de eerste respectievelijk tweede strategie niet een vlak maximum hebben maar geringe afwijkingen vertonen die afhangen van de lengte van de gebieden.
De afwijkingen hebben vooral invloed op de breedte van de resulterende informatiegebieden. Bij het ontwikkelprofiel voor bijvoorbeeld de informatieeenheid I11 in Figuur 8 is de ontwikkelsnelheid op x=0 iets hoger dan op x=0, 6 m. Het ontwikkelprofiel loodrecht op de x- of schrijfrichting, dus in de richting loodrecht op het vlak van tekening, bepaalt de breedte van het informatiegebied. Dit profiel is op x=O ook breder dan op x=0, 6 hum. Hierdoor is het resulterende informatiegebied op x=O breder dan op x=0, 6 m. De niet-constante breedte van de informatiegebieden geeft een verhoging van de jitter van het leessignaal.
De oorzaak blijkt te liggen in het effect van de zijlobben of voeten van het intensiteitsprofiel op de convolutie van het intensiteitsprofiel met zijn verplaatsing en in de sterk niet-lineaire contrastcurve. Dit wordt verklaard aan de hand van Figuur 17. In de bovenste helft van de Figuur is een intensiteitsprofiel van een stralingsvlek op de laklaag getoond tijdens het schrijven van een gebied, waarbij het profiel verplaatst van de beginpositie van de top 67 over een afstand gegeven door de pijl 68 naar de eindpositie weergegeven met de top 69. De voet van het profiel vertoont twee zijlobben 70,71, karakteristiek voor de eerste lichte ring van het Airy-profiel. De verplaatsing van de linker zijlob 70 tijdens het schrijven is weergegeven door de pijl 72, die van de rechter zijlob door de pijl 73.
De onderste helft van de Figuur toont de bijbehorende belichtingsdosis op de laklaag in de vorm van een dosisprofiel. Het dosisprofiel heeft voeten 74,75 ten gevolge van de belichting door de zijlobben 70 en 71 van het intensiteitsprofiel. Het deel 76 van het dosisprofiel is veroorzaakt door belichting met zowel de zijlob 70 als de top 67 van het intensiteitsprofiel, zoals blijkt uit de overlap van de pijlen 68 en 72. Het deel 77 van het dosisprofiel is een sommatie van belichting door de top 67 en de zijlob 71. De centrale verhoging 78 van het dosisprofiel is veroorzaakt door belichting met zowel de zijlob 70, de zijlob 71 als de top 67 van het intensiteitsprofiel, zoals blijkt uit de overlap van de pijlen 68, 72 en 73.
Daar het intensiteitsprofiel ongeveer rotatie-symmetrisch is, zal het duidelijk zijn dat de iets hogere belichtingsdosis in het centrale deel ten opzichte van de belendende delen 76 en 77 leidt tot een iets breder dosisprofiel loodrecht op het vlak van tekening ter plaatse van het centrale deel. Deze relatief kleine verbreding van het dosisprofiel veroorzaakt door de overlap van de belichting van de zijlobben 70,71 van het intensiteitsprofiel geeft een aanmerkelijke verbreding van het ontwikkelprofiel door
<Desc/Clms Page number 23>
EMI23.1
de steilheid van de contrastcurve. Bijgevolg is het resulterende informatiegebied halverwege zijn lengte breder dan aan de uiteinden.
Bij verplaatsingen van de stralingsvlek kleiner dan die getoond in Figuur 17 kunnen dosisprofielen ontstaan met een verlaging in het midden, die een lokale versmalling van de resulterende informatiegebieden geeft. Dergelijke variaties in de breedte leiden tot een verhoging van de jitter.
Het bovengenoemde probleem van de breedtevariaties treedt in vergrote mate op bij masterapparaten met een gefilterde objectieflens. Het filteren heeft ten doel lokaal de amplitude of de fase van de straling die uit de objectieflens treedt te wijzigen, zodanig dat de doorsnede van de stralingsvlek op de halve maximale intensiteitshoogte versmald wordt, hetgeen het schrijven met een grote dichtheid mogelijk maakt. Door het filteren wordt echter het vermogen in de zijlobben van het intensiteitsprofiel van de stralingsvlek vergroot. De variaties in de belichtingsdoses worden hierdoor groter, en dus ook de variaties in de breedte van de informatiegebieden.
Figuur 18 toont een voorbeeld van de variaties in de ontwikkelprofielen voor EFM informatieëenheden met een basislengte gelijk aan 162 nm geschreven volgens de tweede strategie in een lak met een steile contrastcurve, met \=458 nm, een objectief met NA=0, en een filter bestaande uit een in het centrum van de pupil van de objectieflens geplaatste ronde 180 faseplaat met een straal gelijk aan 0. maal de straal van de pupil. Het is duidelijk dat de zijlobben in dit geval zowel de breedte als de lengte van de resulterende informatiegebieden beinvloeden.
De nadelige gevolgen van de zijlobben op de informatiegebieden worden gecompenseerd als gebruik gemaakt wordt van een zesde strategie volgens de uitvinding. De zesde strategie compenseert voor de extra belichtingsdosis in het midden van de gebieden ten gevolge van de zijlobben van het intensiteitsprofiel. Uit de golflengte, de numerieke apertuur van het objectief en de vorm van de eventueel 2 aanwezige faseplaat kan men vrij nauwkeurig de hoogte van de zijlobben en de afstand van de zijlobben tot de top van het intensiteitsprofiel berekenen. Via de convolutie van het intensiteitsprofiel met de verplaatsing ervan is uit te rekenen wat het vermogen in de stralingsbundel op iedere moment tijdens de verplaatsing moet zijn om een constante belichtingsdosis over de lengte van het gebied te krijgen.
Een correctie voor de voeten van de dosisprofielen, zoals bijvoorbeeld de voeten 74 en 75 in Figuur 17, is niet nodig, daar deze kleiner zijn dan de drempel van de contrastcurve en een verwaarloosbare
<Desc/Clms Page number 24>
45ontwikkelsnelheid zullen geven. Figuur 19 toont twee voorbeelden van de uitwerking van de zesde strategie. In de bovenste helft van de Figuur zijn de beginposities van twee intensiteitsprofielen 80,81 weergegeven voor het schrijven van een relatief kort respectievelijk lang gebied. De pijlen 82,83 geven de respectieve verplaatsingen van de top van het intensiteitsprofiel tijdens het schrijven aan. De pijlen 84,85 en 86,87 representeren de verplaatsingen van de linker en rechter zijlobben van de intensiteitsprofielen.
In de onderste helft van de Figuur staat het bijbehorende verloop van het vermogen P van de stralingsbundel als functie van de verplaatsing van de stralingsvlek over de laklaag voor het schrijven van het korte en lange gebied. De stippellijnen in de beide vermogensprofielen 88 en 89 geven het vermogen weer als geen strategie gebruikt zou zijn. Het vermogensprofiel 88 voor het korte gebied heeft aan het begin en aan het einde een verlaagd vermogen ten opzichte van het profiel zonder strategie. De lengtes van de beide gebieden met een verlaagd vermogen komen overeen met de lengte van overlap van de pijlen 82 en 84 respectievelijk 82 en 86. Bij het schrijven van het lange gebied wordt het vermogensprofiel 89 over de gehele lengte verlaagd. De extra verlaging 90 in het midden van het profiel compenseert voor de drievoudige overlap van de pijlen 83,85 en 87.
De drievoudige overlap correspondeert met de verhoging 78 in het dosisprofiel van Figuur 17.
De bovenomschreven zesde strategie compenseert de effecten van de zijlobben van het intensiteitsprofiel van de stralingsvlek. Echter, hoe sterker de zijlobben zijn, deste minder goed is de compensatie. Bij het ontwerpen van het filter voor de objectieflens moet hier rekening mee gehouden worden. De faseplaat is dan ook bij voorkeur niet rond maar ellipsvormig. Figuur 20 toont de pupil 92 van de objectieflens met daarin een 1800 faseplaat 93 bestaande uit twee half-cirkelvormige delen 94,95 met elk een straal r en een rechthoekig deel 96 met een lengte l. Door deze vorm wordt een deel van het vermogen in de zijlobben verplaatst van de horizontale richting in de Figuur naar de verticale richting, of, gerelateerd aan het schrijfproces, van de schrijfrichting naar de richting loodrecht daarop.
In deze laatste richting hebben de zijlobben weinig effect op het ontwikkelproces, daar de totale belichtingsdosis in die richting onder de drempel van de contrastcurve blijft. Een verder voordeel van de ellipsvormige faseplaat is dat deze voor een zelfde versmalling van de centrale lob minder intensiteitsverlies geeft dan de ronde faseplaat. De parameters r en 1 van de faseplaat als fractie van de straal van de pupil liggen volgens de uitvinding in het
<Desc/Clms Page number 25>
gebied 0 < r < 0, 4 en 0 < 1 < 0, 5, en zijn bij voorkeur r=0,18 en 1=0, 3. De maximale intensiteit van de zijlobben in de horizontale of schrijf-richting is in het laatste geval slechts ongeveer 40% van de maximale intensiteit van de zijlobben in de verticale richting, dat is loodrecht op de schrijfrichting.
De ellipsvormige faseplaat maakt de centrale lob van het intensiteitsprofiel smaller, op gelijke wijze als de ronde faseplaat, waardoor korte geschreven gebieden nog korter kunnen worden. Echter, bij het belichten van lange gebieden treedt er overlap op van de relatief sterke zijlobben met de centrale lob, waardoor een belicht gebied verlengd wordt. De verlenging kan met voordeel dienen in plaats van of als aanvulling op de verlenging verkregen met de tweede strategie, waarin eveneens lange
EMI25.1
gebieden worden.
Figuur 21 toont het effect van de faseplaat op het D 9 ontwikkelprofiel behorend bij de relatief lange I9 informatieëenheid. De getrokken lijn 98 geeft het ontwikkelprofiel verkregen zonder faseplaat, de gestreepte lijn 99 het profiel verkregen met de ronde faseplaat en de gestippelde lijn 100 het profiel verkregen met de ellipsvormige faseplaat, waarbij in geen van de gevallen een strategie volgens de uitvinding is toegepast. De Figuur toont duidelijk de verlenging van het profiel ten gevolge van de ronde faseplaat. De verlenging ten gevolge van de ellipsvormige faseplaat is iets kleiner vanwege de kleinere zijlobben in de schrijfrichting. De inzakking in de top van het ontwikkelprofiel is bij de ronde faseplaat 17% en bij de ellipsvormige slechts 8%. Bijgevolg is het profiel 100 makkelijker te compenseren met de zesde strategie dan het profiel 99.
De punt-streeplijn 101 geeft het gecompenseerde profiel verkregen met de ronde faseplaat aan. Bij het schrijven van zeer lange structuren zoals bijvoorbeeld groeven voor spoorvolging verdient het aanbeveling de elliptische faseplaat 90 te draaien in zijn eigen vlak, zodat de lange as van de faseplaat in de schrijfrichting staat, om de groeven smaller te maken.
De schrijfstrategieën volgens de uitvinding kunnen elk afzonderlijk toegepast worden of in een combinatie van twee of meer strategieën. Met de schrijfstrategieën kunnen informatiegebieden verkregen worden met een lengte van X/ (2NA). De toepassing levert informatiedragers op waarvan de lengtes van substantieel alle informatiegebieden minder dan 50 nm afwijken van de lengtes van de bijbehorende informatieëenheden. De standaarddeviatie van de afwijking is kleiner dan 14 nm bij gebruik van de tweede strategie volgens de uitvinding en kleiner dan 10 nm bij gebruik van de tweede in combinatie met een of meer van de andere strategieën. De lengtes van
<Desc/Clms Page number 26>
de tussengebieden hebben eenzelfde afwijking van de gewenste lengtes.
De afwijkingen van de lengtes van informatiegebieden en tussengebieden op een informatiedrager
EMI26.1
kunnen gemeten worden met een tijdsintervalanalyseapparaat. Uit een dergelijke meting zijn eveneens de lengtes van de informatieëenheden af te leiden, zodat de genoemde afwijkingen ook bepaald kunnen worden voor een informatiedrager waarvan de lengtes van de informatieëenheden niet gegeven zijn. De spreiding in de breedte van de informatiegebieden is minder dan 30 nm, dat wil zeggen dat het verschil tussen het breedste en smalste informatiegebied op een informatiedrager kleiner dan 30 nm is, afgezien van een enkel fout-gevormd informatiegebied. Als ondergrens van de spreiding kan 1 nm genomen worden ter afbakening van figuren in de literatuur welke informatiegebieden met exact gelijke breedtes tonen.
Deze figuren geven echter de werkelijkheid niet weer en deze literatuur onderkent nog niet het probleem waarvoor de onderhavige uitvinding oplossingen geeft. De kleine afwijkingen van de lengte en breedte van de informatiegebieden volgens de uitvinding leiden tot een acceptabel kleine
EMI26.2
jitter in het leessignaal bij het lezen van dergelijke informatiedragers.
Voor het uitvoeren van de schrijfstrategieën volgens de uitvinding moet het masterapparaat 2 getoond in Figuur 2 op een speciale wijze aangepast worden. De ingangssignalen 9, die de te schrijven informatie representeren, moeten op zodanige wijze door de stuurinrichting 10 tot de uitgangssignalen 11 getransformeerd worden dat de daarmee aangestuurde modulator 14 een zodanige vermogensmodulatie van de stralingsbundel 15 bewerkstelligt dat de belichtingsdosis over de lengtes van de belichte gebieden constant is. Figuur 22 toont als voorbeeld een implementatie van de stuurinrichting 10 welke de belichtingsdosis regelt volgens de tweede schrjfstrategie.
Een analysecircuit 103 leidt uit de informatieëenheden in het ingangssignaal 9 een triggersignal 104 af dat aangeeft op welk tijdstip een informatieëenheid begint en een lengtesignaal 105 dat de lengte van die informatieëenheid representeert. Een pulsvormcircuit 106 vormt vervolgens met behulp van het trigger- en lengtesignaal een
EMI26.3
gepulst signaal 107.
De start van elke uitgangspuls is vervroegd ten opzichte van het Z triggersignal met een tijdsduur bepaald door de lengte van de informatieëenheid. De eerder besproken Figuur 9 geeft een voorbeeld van de lengte-afhankelijke vervroeging van de uitgangspuls voor EFM gecodeerde informatieëenheden. De lengte van de
EMI26.4
uitgangspuls is vergroot in afhankelijkheid van de lengte van de inforrmatieëenheid, im
<Desc/Clms Page number 27>
waarvan Figuur 9 eveneens een voorbeeld geeft. Een amplitudecircuit 108 converteert het lengtesignaal 105 tot een amplitudesignaal 109 waarmee het vermogen van de stralingsbundel geregeld wordt op een wijze zoals bijvoorbeeld getoond is in Figuur 9.
Een amplitude modulator 110 genereert tenslotte het gepulste uitgangssignaal 11 waarvan de pulsstarttijdstippen en lengtes afhangen van het signaal 107 en de amplitudi van het amplitudesignaal 109. Voor EFM gecodeerde informatieëenheden kunnen deze pulsen de vorm hebben zoals weergegeven in Figuur 9. Het uitgangssignaal 11 stuurt de modulator 14 aan waarmee het vermogen in de stralingsbundel geregeld wordt.
Figuur 23 toont een tweede implementatie van de stuurinrichting 10' welke de belichtingsdosis regelt volgens de tweede, vijfde en zesde schrijfstrategie. Een analysecircuit 112 leidt uit het ingangssignaal 9 een eerste lengtesignaal 113 af dat de lengte en het tijdstip van de start van een informatieëenheid in het ingangssignaal 9 representeert en een tweede lengtesignaal 114 dat de nominale afstand tussen de voorgaande en de huidige informatieëenheid representeert. Het eerste lengtesignaal 113 wordt toegevoerd aan de ingang van een geheugenschakeling 115, waarin pulsvormen met verschillende lengtes en amplitudi opgeslagen zijn. Afhankelijk van de waarde van het lengtesignaal wordt een pulsvorm geselecteerd en als uitgangspuls in een signaal 116 uitgevoerd.
De aanvang van de uitgangspuls is verschoven ten opzichte van de start van de informatieëenheid en de lengte van de uitgangspuls is vergroot ten opzichte van de lengte ervan, beide zoals voorgeschreven door de tweede strategie. De amplitude van de uitgangspuls varieert over de lengte van de puls op een wijze zoals voorgeschreven door de vijfde en zesde strategie. Het tweede lengtesignaal 114 wordt toegevoerd aan een amplitudecircuit 117 dat de lengte volgens de vijfde strategie omzet in een signaal 118 waarvan de amplitude afhangt van de waarde van het tweede lengtesignaal, en het vermogen in de stralingsbundel tussen de geschreven gebieden representeert. De signalen 116 en 118 worden in een optelschakeling 119 opgeteld tot het uitgangssignaal
11.
Uit de bovenstaande beschrijving zal het duidelijk zijn dat de strategieën volgens de uitvinding in iedere gewenste combinatie gebruikt kunnen worden. In het algemeen zullen meer strategieën gebruikt moeten worden naarmate de dichtheid van de te schrijven informatie toeneemt. Door gebruik te maken van deze strategieën is het mogelijk gebleken om met een masterapparaat ontworpen voor het schrijven van masterplaten voor de conventionele Compact Disc platen, masterplaten te schrijven met
<Desc/Clms Page number 28>
een viermaal zo grote informatiedichtheid als de Compact Disc plaat.
Hoewel de strategieën volgens de uitvinding grote voordelen geven bij het
EMI28.1
gebruik van hoog-contrast lakken, zullen ook, weliswaar kleinere, voordelen bereikt Z worden bij gebruik van lage-contrast lakken. Het schrijven van informatie in een masterplaat is in wezen een speciale vorm van schrijven van patronen met dicht bij elkaar liggende details met een stralingsbundel in een laklaag op een drager, die ook gebruikt wordt voor het maken van bijvoorbeeld diffractierasters. Daarom moeten onder de bovenbeschreven werkwijze en informatiedrager ook dergelijke werkwijzen en dragers begrepen worden.