JP2000021033A

JP2000021033A - 光ディスク原盤

Info

Publication number: JP2000021033A
Application number: JP19952098A
Authority: JP
Inventors: Kozo Taira; 浩三平
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】光ディスクの高密度化に適した、断面形状のだ
れのない微小ピットを形成できる光ディスク原盤を提供
する。【解決手段】高反射率の基板１１上に基板１１と屈折率
の異なる少なくとも一層の中間層１２を設け、その上に
フォトレジスト層１３を塗布することによって、フォト
レジスト１３層内に立つ定在波の影響を積極的に利用
し、フォトレジスト層１３内の露光プロファイルがだれ
のないピット形成を可能として高密度記録に適するよう
に中間層１２とフォトレジスト層１３の膜厚を規定す
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、ピットやグルーブ
によって情報が記録された光ディスクを製造するための
光ディスク原盤に係り、特に高密度な光ディスクを製造
するのに適した光ディスク原盤に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクは、情報を光ビームの照射に
よって読み取り可能なピットや相変化マークなどとして
記録した記録媒体である。このような光ディスクは高密
度大容量なメモリとして注目され、各種の情報処理シス
テムやオーディオ・ビデオ信号用の記録媒体として実用
化されており、現在もさらなる高密度化・大容量化に向
けて研究・開発が進められている。

【０００３】光ディスクの製造プロセスは、通常、原盤
となるガラス基板にフォトレジストを塗布し、フォトレ
ジスト層上に情報信号に応じて変調された光ビ一ムを対
物レンズで絞り込んで照射して露光を行い、さらに現像
を行って露光部分を除去することで、ピットあるいはグ
ルーブを形成する。

【０００４】次に、こうしてフォトレジスト層が露光・
現像された原盤を用いて、電鋳技術により原盤の表面形
状が正確に転写された金属のスタンパを作製し、そのス
タンパを用いて射出成型によりピットやグルーブなどが
形成された表面形状を樹脂基板に精密に転写し、大量の
複製基板をディスク基板として得る。このディスク基板
上に反射膜や記録膜を形成することによって、ピットや
グルーブなどが形成された光ディスクが完成する。

【０００５】光ディスクに限らないが、種々の記録媒体
に対する大容量化の要求はとどまることを知らない。光
ディスクのさらなる大容量化の要請に応えるためには、
ディスクの高密度化が不可欠であり、そのためには光デ
ィスク上のピットを小さくしてゆく必要がある。原盤に
おけるピットの微小化に関しては、露光用光ビームの波
長を短くしたり、電子線で記録するなどの方法を用いて
直径０．２μｍ程度のピットを形成する微細加工技術が
開発されつつある。

【０００６】このような従来の方法で高密度ピットを形
成すると、ピットの壁面形状はテーパ状となり、ピット
壁面の開口部にいわゆる「だれ」が生じる。このため、
光ディスクを高密度化してゆくと、隣り合うピット、特
にトラック接線方向で隣り合うピット間では、だれの部
分が重なり合ってしまい、正しいピット形成が難しくな
る。また、ピット壁面のだれの部分は未露光部に比べて
表面荒さが大きく、再生信号のノイズとなり易い。

【０００７】光ディスクの高密度化に際して、このよう
なピット壁面のだれの問題を避けるためには、さらに小
さなピットを形成するか、ピットの断面形状をコントロ
ールして、だれのないピットを形成する必要がある。し
かし、ピットサイズは基本的に光ビームの波長と対物レ
ンズの開口数ＮＡで決まり、ピットの断面形状もガラス
基板上にフォトレジスト層を形成する現状の光ディスク
原盤構成をとっている限り、大きく変わることはないと
考えられる。結論として光ディスクの高密度化には、ピ
ットができるだけ小さく、しかもピットの断面形状を微
妙にコントロールできることが求められていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
技術では、光ディスクを高密度化してゆくとピットのだ
れが生じ、隣接するピットどうしが干渉して正しいピッ
ト形成が難しくなり、またピット壁面のだれの部分が再
生信号のノイズを増加させるという問題点があった。

【０００９】また、このようなピット壁面のだれの問題
を避けるには、ピットサイズをさらに小さくするか、ピ
ットの断面形状をコントロールできればよいが、そのよ
うな技術は未だ開発されていない。

【００１０】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決するためになされたもので、ディスクの高密度化に
際して、ピットの断面形状を壁面にだれが生じないよう
に、あるいは、だれが緩和されるようにコントロール
し、より微細なピット形成ができる光ディスク原盤を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る光ディスク原盤は、基板上に該基板と
屈折率が異なる材質からなる少なくとも一層の中間層を
介してフォトレジスト層を設けて構成される。そして、
記録すべき情報に応じて変調された露光用レーザビーム
をフォトレジスト層に照射することにより露光を行い、
露光後のフォトレジスト層を現像することにより情報が
記録される。

【００１２】また、本発明はこのような構成において、
露光用レーザビームの波長をλ、基板の屈折率をｎｓ、
中間層の屈折率をｎ１、膜厚をｄ１、フォトレジスト層
の屈折率をｎｒ、膜厚をｄｒとしたとき、ｎｓ＞ｎ１ｎ１＊ｄ１＋ｎｒ＊ｄｒ＜λ／２としたことを特徴とする。

【００１３】このような構成により、本発明では露光用
レーザビームの照射時にフォトレジスト層内に生じる定
在波の節の位置を中間層によってコントロールすること
で、ピットの開口部の壁面のだれがないようにピットの
断面形状をコントロールし、これによりトラックピッチ
およびピットピッチを詰めて、高密度な光ディスク原盤
を実現することができる。

【００１４】以下、この原理について説明すると、従来
の光ディスク原盤はガラス基板を用い、その上にフォト
レジストを直接塗布して構成され、フォトレジスト層を
露光・現像して作られる。この場合、ガラス基板とフォ
トレジスト層は屈折率の差が小さく、基板からの反射に
よる影響はほとんど受けないため、露光されたフォトレ
ジスト層の潜像（露光プロファイル）は、素直にガウシ
アン分布を持った露光用レーザビームとフォトレジスト
が持つガンマ特性との積となる。このため、形成される
ピットの断面形状は開口部が広く、底部が小さいテーパ
（だれ）を持った形状となってしまい、これが高密度化
の妨げとなっていた。

【００１５】一方、光ディスク原盤の基板として例えば
シリコン基板のような高反射率基板を用いると、露光時
に基板からのレーザビームの反射によってフォトレジス
ト層内に定在波が生じ、これにより露光の分布が変化し
てピットの断面形状が膜厚方向に変動する現象が生じ
る。半導体素子の製造プロセスでは、この定在波が寸法
精度に誤差を生じさせるため、これを極力なくすように
フォトレジスト層やプロセスなどを工夫している。

【００１６】これに対し、本発明ではこの定在波を積極
的に利用して、ピットの断面形状をコントロールする。
すなわち、ガラス基板ではフォトレジスト層の厚さと屈
折率しかパラメータがないため、自由にピットの断面形
状をコントロールすることは難しい。そこで、本発明で
は基板上に適当な薄膜からなる中間層を形成し、この中
間層の屈折率と膜厚を最適化することで、所望のフォト
レジスト層厚に応じて露光時にフォトレジスト層内に生
じる定在波の分布をコントロールし、現像によって形成
されるピットの断面形状を制御できるようにする。

【００１７】フォトレジスト層内に生じる定在波は、露
光用レーザビームの波長をλとし、基板とフォトレジス
ト層の間にある中間層の屈折率をｎとすると、基板の高
反射率面からλ／２ｎの周期で露光強度の強弱を繰り返
す。中間層のない従来の光ディスク原盤の場合は、フォ
トレジスト層の屈折率をｎとして同様にλ／２ｎの周期
で露光強度の強弱を繰り返す定在波が生じる。

【００１８】本発明の光ディスク原盤のように中間層を
設けると、この中間層の厚さにより定在波の節の部分が
どこに位置するかが変化する。節の上下で露光パターン
が変わるため、節の部分がフォトレジスト層内にある
と、ピットの断面形状はくびれた形になってしまう。そ
こで、この節の部分は中間層の中やフォトレジスト層の
外部に存在して、フォトレジスト層内部には位置しない
ようにし、かつフォトレジスト層の厚さ方向の露光強度
の選び方によって、現像後のピット断面形状が矩形に近
く、だれが少なくなるようにすることができる。

【００１９】このためには露光用レーザビームの波長を
λ、基板の屈折率をｎｓ、中間層の屈折率をｎ１、膜厚
をｄ１、フォトレジスト層の屈折率をｎｒ、膜厚をｄｒ
としたとき、ｎｓ＞ｎ１、かつｎ１＊ｄ１＋ｎｒ＊ｄｒ
＜λ／２であることが必要となる。ｎ１＊ｄ１，ｎｒ＊
ｄｒはそれぞれ中間層、フォトレジスト層の光学的な厚
さである。

【００２０】このようにすることにより、定在波の節、
つまり基板面からλ／２の位置はフォトレジスト層の外
部に位置することになる。ここで、中間層の膜厚はｄ１
の値にλ／（２＊ｎ１）の整数倍の厚さを加えた厚さで
あっても、定在波の周期性から同様に考えられることは
いうまでもない。

【００２１】また、基板の屈折率をｎｓとすると、ｎ
ｒ，ｎ１に対してｎｓは十分に異なる値を持つことが基
板表面の反射によって定在波が生じる条件であり、この
ｎｓは通常ｎｒに対し大きな値をとる。

【００２２】プロセス条件によって最適膜厚は変化する
ため、フォトレジスト層、薄膜ともにプロセスにあった
膜厚を選ぶことが必要である。また、フォトレジスト層
のプロファイルをそのまま転写して光ディスクを製作す
る場合、フォトレジスト層厚がそのままピット深さにな
るので、再生用レーザビームの波長による制約が生じる
が、十分にこの条件内に収めることができる。また、実
際にはピット開口部となるフォトレジスト層表面の方が
新しい現像液の置換が早く、現像が早く進むため、プロ
セスとしてピット開口部にだれが生じやすい。そのた
め、露光プロファイルはフォトレジスト層表面の方が露
光強度が弱くなるようにすることが好ましい。

【００２３】このように構成される光ディスク原盤を用
いて製造される光ディスクにおいては、形成されるピッ
トの断面形状が矩形に近くなり、従来より高密度化して
も再生信号の低ノイズ化が可能となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１に、本発明の一実施形態に係
る光ディスク原盤の断面構造を示す。図１において、基
板１１は例えばＳｉ（シリコン）基板のような高反射率
基板であり、この上に基板１１と屈折率が異なる材質か
らなる中間層１２として、例えばＳｉ基板の熱酸化処理
により形成されたＳｉＯ₂（酸化シリコン）膜が２５ｎ
ｍ程度の厚さに形成される。そして、この中間層１２の
上にフォトレジスト層１３が例えば７０ｎｍの厚さに塗
布され、光ディスク原盤１０となる。

【００２５】基板１１が高反射率基板であるため、露光
時には基板１１からの反射により図２に破線で示すよう
に、中間層１２およびフォトレジスト層１３内に定在波
が生じる。本発明では前述したように、この定在波を積
極的に利用してピットの断面形状をコントロールする。
具体的には、図２に示すように定在波の節がフォトレジ
スト層１２の外部に位置するようにすることにより、ピ
ット断面形状のだれを少なくするようにする。以下、こ
の点について詳細に説明する。

【００２６】露光用レーザビームの波長を３５１ｎｍと
すると、この波長に対し各材質の屈折率は基板１１を構
成するＳｉがｎｓ＝６．５、中間層１２を構成するＳｉ
Ｏ₂がｎ１＝１．５、フォトレジスト層１３がｎｒ＝
１．６である。

【００２７】一方、フォトレジスト層１３の厚さは光デ
ィスクに形成されるピットの深さに相当するため、再生
用レーザビームの波長に応じた最適値が存在する。再生
用レーザビームの波長を４００ｎｍ、光ディスクのディ
スク基板の屈折率を１．５とすると、フォトレジスト層
１３の厚さは７０ｎｍ程度が必要である。このとき、フ
ォトレジスト層１３の厚さ方向に定在波の節が位置しな
いようにするには、中間層１２であるＳｉＯ₂膜の厚さ
は５０ｎｍ以上あってはならない。この中間層１２の厚
さによって、フォトレジスト層１３内での露光プロファ
イル（潜像）の分布が変わる。

【００２８】図３〜図５に、ＳｉＯ₂膜の膜厚によるフ
ォトレジスト層１３の露光プロファイルを示す。図３
は、ＳｉＯ₂膜がない場合であり、フォトレジスト層１
３の厚さ１００ｎｍとした。この場合は、露光用レーザ
ビームのパワーにもよるが、フォトレジスト層１３の底
が節の部分に当たるため、十分に露光ができない。さら
に、フォトレジスト層１３の表面が逆テーパ状に潜像が
できていることが分かる。逆テーパとなると、光ディス
クの成型ができなくなる。

【００２９】図４は、ＳｉＯ₂膜の厚さを７５ｎｍとし
た場合である。この場合は、フォトレジスト層１３内に
節の部分のがかかるため、露光用レーザビームのパワー
を強くしてもフォトレジスト層１３内部にくびれが生じ
ている。

【００３０】これらに対し、図５が本実施形態に相当す
る場合、すなわち中間層１２であるＳｉＯ₂膜の厚さが
２５ｎｍ、フォトレジスト層１３の膜厚が７０ｎｍの場
合である。フォトレジスト層１３の底の部分も、上の部
分も十分に露光されている。若干フォトレジスト層１３
表面が逆テーパ気味であるが、現像によって開口部が広
がる傾向にあるので、若干逆テーパ気味にすると、形成
されるピットの断面形状がだれがなく、矩形に近くなる
ことが実験的に分かっている。

【００３１】次に、本実施形態の光ディスク原盤の製造
プロセスについて図６を用いて説明する。まず、図６
（ａ）に示すように基板１１上に中間層１２を形成す
る。基板１１がＳｉ基板の場合、中間層１２はこれを熱
酸化処理して形成されるＳｉＯ₂膜が適当であり、工程
的にも簡単である。次に、図６（ｂ）示すように中間層
１２の上にフォトレジスト層１３を塗布形成する。次
に、図６（ｃ）に示すようにフォトレジスト層１３上に
情報に応じて変調された露光用レーザビーム１４を照射
し、露光を行う。最後に、図６（ｄ）に示すように露光
されたフォトレジスト層１３を適当な現像液により現像
し、露光部分を除去することにより、ピット１５を形成
する。

【００３２】図７は、このような原盤を記録するための
原盤記録装置の記録光学系を簡単に示したものである。
露光用光源となるレーザ光源２１から出たレーザービー
ムは第１の光変調器２２に入り、その後ハーフミラー２
３により二方向に分岐され、一方は光検出器２４に導か
れる。そして、この光検出器２４でモニタされた光パワ
ーが一定となるように、光量制御系２５によって第１の
光変調器２２にフィードバックがかけられる。

【００３３】ハーフミラー２３によって分岐された他方
のレーザビームは、第２の光変調器２６に入射して光強
度変調される。この変調後のレーザビームは、ミラー２
７により案内されてレンズによるコリメート系２８を通
り、適当なサイズの露光用レーザビームとなり、さらに
ミラー２９により案内されて対物レンズ３０に入射す
る。対物レンズ３０によって絞られた露光用レーザビー
ムは、前述した光ディスク原盤１０上のフォトレジスト
層１３に照射される。

【００３４】このとき露光用レーザビームのパワーによ
り、ビームスポットサイズの近傍でフォトレジスト層１
３の現像後のピットの大きさ、幅を制御することができ
る。レーザ光源２１の発振波長を３５１ｎｍ、対物レン
ズ３０の開口数ＮＡを０．９とすると、露光用レーザビ
ームスポットの半値幅はおよそ０．２μｍとなる。

【００３５】この半値幅が完全に露光するような光量で
記録し、その後前述のように現像することで、図６
（ｄ）に示すような断面形状のピット１５を有する光デ
ィスク原盤を作ることが可能である。この光ディスク原
盤より従来と同様に電鋳法によりニッケルスタンパを製
作し、このスタンパから射出成型によって光ディスク基
板を複製する。

【００３６】そして、この光ディスク基板上に再生専用
光ディスクの場合は反射膜、また記録再生用光ディスク
の場合は相変化膜や光磁気膜などの記録膜を形成するこ
とによって、ピット断面形状が矩形に近く、高密度な孤
立ピットが形成でき、さらにノイズも少ない光ディスク
が得られる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では微細ピッ
トを形成したときフォトレジスト層内に立つ定在波の影
響を積極的に利用してピット断面形状をコントロール
し、壁面のだれが少なく矩形に近い断面形状をもたせる
ことで、効果的に光ディスクの高密度化を図ることが可
能となり、またピット壁面のだれに起因するノイズも低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る光ディスク原盤の構
成を示す断面図

【図２】本発明の原理を説明するための露光時の定在波
と中間層およびフォトレジスト層の関係を示す図

【図３】同実施形態におけるＳｉＯ₂膜がない場合のフ
ォトレジスト層内部の露光プロファイルを示す図

【図４】同実施形態におけるＳｉＯ₂膜の膜厚が７５ｎ
ｍの場合のフォトレジスト層内部の露光プロファイルを
示す図

【図５】同実施形態におけるＳｉＯ２膜の膜厚が２５ｎ
ｍの場合のフォトレジスト層内部の露光プロファイルを
示す図

【図６】光ディスク原盤の製作プロセスを示す図

【図７】本発明に係る光ディスク原盤に記録するための
原盤記録装置の記録光学系を示す図

【符号の説明】

１０…光ディスク原盤１１…基板１２…中間層１３…フォトレジスト層１４…レーザビーム１５…現像後のピット２１…レーザ光源２２…第１の光変調器２３…ハーフミラー２４…光検出器２５…光量制御系２６…第２の光変調器２７…ミラー２８…コリメート系２９…ミラー３０…対物レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、この基板上に設けられた該基板と屈折率が異なる材質か
らなる少なくとも一層の中間層と、この中間層上に設けられたフォトレジスト層とを具備
し、記録すべき情報に応じて変調されたレーザビームを前記
フォトレジスト層に照射することにより露光を行い、露
光後の該フォトレジスト層を現像することにより情報を
記録してなることを特徴とする光ディスク原盤。
【請求項２】前記レーザビームの波長をλ、前記基板の
屈折率をｎｓ、前記中間層の屈折率をｎ１、膜厚をｄ
１、前記フォトレジスト層の屈折率をｎｒ、膜厚をｄｒ
としたとき、ｎｓ＞ｎ１ｎ１＊ｄ１＋ｎｒ＊ｄｒ＜λ／２であることを特徴とする請求項１記載の光ディスク原
盤。
【請求項３】前記基板はシリコン基板であり、前記中間
層はシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の光ディスク原盤。