JP2000298839A

JP2000298839A - 露光方法及び装置

Info

Publication number: JP2000298839A
Application number: JP11108006A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Ishimaru; 秀行石丸; Kenji Takamoto; 健治高本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2000-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ピット幅を細くかつピット長の長短によるピ
ット幅の差を小さくできて高密度記録に対応できる露光
方法及び装置を提供する。【解決手段】記録パターンに応じた記録信号パルスに
より強度変調されたレーザ光Ｌを、回転する基板１６上
の感光層１６ａに照射して露光する露光方法において、
記録信号発生器１８からの各記録パターンに応じた記録
信号パルスを、記録信号変換器１９にて複数の短パルス
に分割し、各短パルスの振幅、パルス幅、パルス立ち上
がりタイミングを記録信号パルスのパルス幅に応じて設
定し、この記録信号変換器１９からの電気信号Ｅ２によ
り光変調器７にてレーザ光Ｌを変調するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクを製作
するための光ディスク原盤などの露光に好適に適用でき
る露光方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクにはスパイラル状あるいは同
心状に再生用光ビームのための凹凸状のピットが形成さ
れており、その製作に際してはまず光ディスク原盤が製
作される。光ディスク原盤は、マスタリングプロセスに
て製造される。その手順は、例えば回転駆動されるガラ
ス基板の上にポジ型の感光膜を回転塗布により形成した
後、スパイラル状あるいは同心円状の凹凸状のピットパ
ターンをレーザ光による露光で書き込み、その後の現像
により凹凸状のピットを持った光ディスク原盤が製造さ
れる。レーザ光による露光は、形成すべきパターンに対
応して強度変調された光ビームを対物レンズでポジ型の
感光膜上に集光して行われる。

【０００３】製造された光ディスク原盤は、その書き込
み面にニッケルメッキ層を施し、これを分離することに
より、金属製の型部材であるスタンパを製作するのに用
いられる。次いで、製作されたスタンパからレプリケー
ションプロセスにより光ディスクが製造される。その手
順は、例えばスタンパを利用した射出成形によって光デ
ィスク原盤と同じ凹凸形状のピットパターンを持ったレ
プリカを製作し、製作したレプリカの凹凸面にアルミニ
ウムを蒸着により形成して光ディスクを製造している。

【０００４】光ディスクには、通常１０種類以上の長さ
のピットと呼ばれる凹状楕円のパターンが形成されてお
り、そのピット長さに対応した時間幅のパルス電気信号
によりレーザ光を強度変調することによってパターンを
露光している。

【０００５】露光に際して、そのレーザ光のパワーを一
定にすると、ピット長の長いピットはその幅が太く、短
いピットはその幅が細くなってしまうため（図２（ａ）
参照）、従来はピット長さに対応したパルス電気信号の
時間幅を一律に短くし、かつ露光パワーを微調整するこ
とにより、長いピットと短いピットのピット幅の差をで
きるだけ小さくして、再生信号特性の改善を図ってい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年は
各種記録媒体にて取り扱う情報量が膨大化する一方であ
り、情報量の多い光ディスクにあってもさらなる高密度
記録が強く望まれている。このため、ピットの幅を細く
するとともに、ピット長の長いピットと短いピットのピ
ット幅の差をさらに小さくすることが要求されている。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、現状
の光学系を用いながら、ピット幅を細くかつピット長の
長短によるピット幅の差を小さくできて高密度記録に対
応できる露光方法及び装置を提供することを目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の露光方法は、基
板をビームに対して相対的に回転させる等しながら、基
板上の感光層に、記録パターンに応じた記録信号パルス
にて強度変調された光ビームを照射して露光する露光方
法において、各記録パターンに応じた記録信号パルスを
複数の短パルスに分割し、各短パルスの振幅、パルス
幅、パルス立ち上がりタイミングを記録信号パルスのパ
ルス幅に応じて設定するものであり、ピット長の長短に
よって幅の差のない、より細い幅のピットを形成するこ
とができる。

【０００９】すなわち、露光プロセスにおいては、感光
層に集光されたレーザ光が移動しながら起こす光化学反
応が主であるが、その露光時に発生する熱の寄与がある
ために、ピット長による入熱量の違いによってピット前
後において化学反応に違いが発生してピット形状に影響
を与え、特にピットの前方部及び後方部での形状変化が
起こることになるが、短パルスに分解してそれぞれの振
幅、パルス幅、タイミングを適切に設定することによっ
てピット長の長短によって幅の差がなくかつ細い幅のピ
ットを形成することができる。

【００１０】また、各記録信号パルスを、先頭パルス、
中間パルス、最終パルスを有する３つ以上の短パルスに
分解し、先頭パルス、中間パルス、最終パルスの振幅を
それぞれａ₁、ａ₂、ａ₃として、ａ₁≧ａ₃≧ａ₂と
するのが好ましく、そうすると幅が細くかつピット全長
にわたって幅の差が小さいピットを安定的に形成するこ
とができるとともに、１つのピットの書き始め及び書き
終わりの部分の壁面の形状が鋭くなり、再生信号の特性
を改善できる。

【００１１】また、感光層の上に光を強く吸収し、それ
によって退色することによって光を通すようになるコン
トラスト増強層を設けて露光すると、露光時に使用する
光の波長によって決まる回折限界幅よりも幅の細いピッ
トをより安定的に形成することができ、さらに上記露光
方法と組み合わせると、より安定的に細いピットを形成
することができる。

【００１２】すなわち、コントラスト増強層は、光を強
く吸収し、それによって退色することによって光を通す
ようになるため、露光の進行とともにコントラスト増強
層の退色が進み、光の透過率が大きくなる。これによ
り、露光の強弱に応じて明暗がつけられた状態で感光層
に光が入射し、露光のコントラストが強調されることに
なる。そのため、光強度が中心部で最大で外周部に向か
うに従って弱くなるように分布している露光用の光ビー
ムにてコントラスト増強層を介して感光層を露光する
と、光ビームの中心部ではコントラスト増強層が直ちに
透明となって感光層が露光される一方、光ビームの外周
部ではたとえサイドローブが発生していてもその強度が
一定値以下であればコントラスト増強層が透明になるこ
とはなく、感光層は露光されず、その結果幅の細いピッ
トを形成することができる。

【００１３】また、本発明の露光装置は、記録パターン
に応じた記録信号パルスを出力する記録信号発生器と、
記録信号パルスを複数の短パルスに分割するとともに記
録信号パルスのパルス幅に応じて各短パルスの振幅、パ
ルス幅、パルス立ち上がりタイミングを設定する記録信
号変換器と、レーザ光を出力するレーザ光源と、記録信
号変換器からのパルス信号に応じてレーザ光を変調する
光変調器と、光変調器からのレーザ光を感光層を有する
基板に集光する対物レンズと、基板を回転させる手段と
を備えたものであり、上記露光方法を実施してその効果
を奏することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の露光方法及び装置
を光ディスク原盤の露光装置に適用した一実施形態につ
いて、図１、図２を参照して説明する。

【００１５】図１において、直進光である光ビームを出
射するＡｒレーザなどのレーザ光源１からのレーザ光Ｌ
を、絞り２、コリメータ光学系４を通して適当な径の平
行光とし、自動レーザ制御器（オートパワーコントロー
ラ）６に入射させ、レーザパワーの安定化を図る。自動
レーザ制御器６から出射されたレーザ光Ｌは、光変調器
（Ｅ／Ｏモジュレータ）７に入射させる。

【００１６】ここで、記録信号発生器１８からのピット
パターンに応じて変調された電気信号Ｅ１を記録信号変
換器１９に入力し、この記録信号変換器１９にて電気信
号Ｅ１を先頭パルス、中間パルス、最終パルスの３つの
パルス群に分解するとともにそれぞれのパルスの振幅、
幅、立ち上がりタイミングを調整した電気信号Ｅ２に変
換し、この電気信号Ｅ２を光変調器７に入力する。光変
調器７ではこの電気信号Ｅ２に応じて透過するレーザ光
Ｌを変調する。

【００１７】光変調器７から出射されたレーザ光Ｌは、
波長板８、コリメータ光学系１０、偏向ビームスプリッ
タ１１を通過させる。波長板８をレーザ光軸と垂直な面
内で回転させることにより偏向ビームスプリッタ１１を
透過するレーザパワーの上限値を調整することができ
る。コリメータ光学系１０では、対物レンズ１５の開口
径に等しいか、それ以上になるような直径の平行光にす
る。

【００１８】偏向ビームスプリッタ１１を透過したレー
ザ光Ｌを記録ヘッド１３の対物レンズ１５に供給するこ
とにより、スピンドル１７に取付けられて回転される円
盤などの基板１６上の感光膜１６ａに集光させて露光
し、凹凸のピットパターンの書き込みを行い、その後現
像などの処理を行って光ディスク原盤を製造する。

【００１９】なお、上記露光光学系２０は各光学要素の
配置上、必要に応じてミラー３、５、９、１２、１４な
どの反射光学要素を用いてレーザ光Ｌの光路を折り曲げ
ている。

【００２０】図２（ａ）に、記録信号発生器１８から出
力される電気信号Ｅ１及びその上部にそれによって形成
されるピットパターンを示し、図２（ｂ）に、記録信号
変換器１９から出力される電気信号Ｅ２及びその上部に
それによって形成されるピットパターンを示す。

【００２１】記録信号発生器１８では、記録ピット長さ
に比例したパルス幅（時間）ｔ₀、一定振幅ａ₀のパル
ス出力を発生する。記録信号変換器１９では、上記一定
振幅の出力パルスを、先頭パルス、中間パルス、最終パ
ルスの３つに分解する。また、記録信号発生器１８から
のパルス出力の立ち上がりタイミングを基準として、そ
のタイミングからの、先頭パルスの遅れ時間をｄ₁、中
間パルスの遅れ時間をｄ₂、最終パルスの遅れ時間をｄ
₃とし、また先頭パルス、中間パルス、最終パルスのそ
れぞれのパルス幅（時間幅）をｔ₁、ｔ₂、ｔ₃とし、
さらにそれぞれのパルスの振幅をａ₁、ａ₂、ａ₃に設
定している。ここで、先頭パルス、中間パルス、最終パ
ルスの振幅ａ₁、ａ₂、ａ₃を、ａ₁≧ａ₃≧ａ₂のよ
うな関係にし、かつそれぞれのパルス幅ｔ₁、ｔ₂、ｔ
₃と、それぞれの遅れ時間ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃を適当に設
定することにより、ピット長の長いピットと短いピット
のピット幅の差がなく、より細い幅のピットを形成でき
るとともに、ディスクの信号特性を改善できるピットを
形成できる。

【００２２】具体的な実施例について述べると、平坦な
ガラスの基板１６を洗浄後、その表面をシランカップリ
ング剤で処理する。これは基板１６と感光膜１６ａとの
密着性を良くするためである。基板１６の上にポジ型感
光膜１６ａを塗布する。ガラス基板１６は、直径２００
ｍｍ、厚さ６ｍｍの平坦なもので、洗浄後に使用するシ
ランカップリング剤は、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラ
ザン）を用いる。ポジ型の感光膜１６ａは東京応化工業
社製のｉＰ−３６５０を用い、０．０７μｍの厚さに塗
布し、８０℃で１５分ベークした後、室温まで十分に自
然冷却する。

【００２３】レーザ光源１のＡｒレーザは、最大出力１
５０ｍＷで、波長３６３．８ｎｍの紫外レーザ光Ｌを出
射する。絞り２は、このレーザ光Ｌを直径１．５ｍｍに
絞って通過させる。コリメータ光学系４は、レーザ光Ｌ
を直径０．７５ｍｍの平行ビームにするもので、例えば
直径が１５ｍｍで、焦点距離が１００ｍｍと５０ｍｍの
２個の平凸レンズを１５０ｍｍの間隔でレーザ光Ｌのビ
ームに対して垂直に設置したものから構成されている。
自動レーザ制御器６に入射させるレーザ光Ｌの光強度は
６０ｍＷ程度にする。光変調器７は、信号応答速度が５
ＭＨｚ以上のものが必要であり、５０ＭＨｚのものを採
用している。

【００２４】波長板８はλ／２板で、例えば材質が水晶
のものを使用しているが、２枚のガラス板に雲母波長板
を挟んだものでもよい。コリメータ光学系１０は例えば
直径が１５ｍｍで焦点距離が３０ｍｍと１５０ｍｍの２
個の平凸レンズを、１５０ｍｍ間隔でレーザ光Ｌのビー
ムに対して垂直に設置したもので構成し、レーザ光Ｌの
ビーム径を例えば対物レンズ１５の開口径に等しい３．
６ｍｍとしてある。

【００２５】記録信号発生器１８は、例えばＤＣＡ社の
マスタリングインターフェースシステムを用いる。記録
信号変換器１９は、記録信号発生器１８からの出力を、
例えば基準クロックとシフトレジスタにより、最短ピッ
トパターン、第２番目に短いピットパターン、それ以上
のピットパターンの３種類の幅に分類し、それぞれの幅
に応じて、先頭パルス、中間パルス、最終パルスの基準
からの遅れ時間、パルス幅が調整される。その後、ピッ
ト幅に対応して先頭パルス、中間パルス、最終パルス
が、ピットパターンに応じ、時系列に別々に出力され、
それぞれについて増幅回路により振幅調整されて光変調
器７に出力される。

【００２６】対物レンズ１５は、例えば焦点距離２ｍ
ｍ、開口数（ＮＡ）０．９、開口径３．６ｍｍのものを
用いる。

【００２７】露光後の現像に使用する現像液は、東京応
化工業社製のＮＭＤ−Ｗ（２．３８％）を純水で７５％
希釈したものを使用し、現像は基板１６を回転させなが
ら、５０秒間基板１６の表面に現像液をかけながら行
う。

【００２８】次に、本発明の露光方法及び装置の他の実
施形態について、図３を参照して説明する。なお、上記
実施形態と同一の構成要素については同一参照番号を付
して説明を省略し、相違点のみを説明する。

【００２９】図３において、本実施形態では、基板１６
の感光膜１６ａの上にコントラスト増強層２１が設けら
れている。そして、上記実施形態の露光光学系２０によ
り同様の露光を行う。

【００３０】本実施形態によると、コントラスト増強層
２１はレーザ光Ｌの光強度の強い中央部が入射する部分
は直ちに透明になり、その下の感光膜１６ａを露光する
ことができ、光強度の弱いまわりの部分は透明になら
ず、感光膜１６ａに達しないようにするので、ピット幅
が微小化した高密度な光学的書き込みが安定して達成さ
れる。

【００３１】具体的な操作は、平坦なガラスの基板１６
を洗浄後、その表面をシランカップリング剤で処理す
る。これは基板１６と感光膜１６ａとの密着性をよくす
るためである。この基板１６の上にポジ型感光膜１６ａ
を塗布する。これを８０℃で１５分ベークした後、基板
１６が室温になるまで十分に自然冷却する。次いで、回
転塗布により、ポジ型感光膜１６ａの上にコントラスト
増強層２１を形成する。

【００３２】コントラスト増強層２１は、露光するレー
ザ光Ｌに対し、初期透過率は２０％と低いが、一定以上
の強い光を照射すると透過率が９０％以上となる。

【００３３】感光膜１６ａ上にコントラスト増強層２１
を形成したガラスの基板１６を上記実施形態の装置で露
光した後、基板１６を回転させながら表面を５分間純水
で洗浄する。これによりコントラスト増強層２１を除去
することができ、その後感光膜１６ａを現像する。

【００３４】具体的な実施例について述べると、ガラス
の基板１６は直径２００ｍｍ、厚み６ｍｍの平坦なもの
で、洗浄後に使用するシランカップリング剤はＨＭＤＳ
（ヘキサメチルジシラザン）を用いる。ポジ型の感光膜
１６ａは東京応化工業社製のｉＰ−３６５０を用い、
０．０７μｍの厚さに塗布し、８０℃で１５分ベークし
た後、室温まで十分に自然冷却する。コントラスト増強
層２１は、信越化学工業社製ＡＣＥＭ−３６５ｉＭを用
い、０．２μｍの厚みに塗布する。このコントラスト増
強層２１は、露光を行うレーザ光Ｌの波長３６３．８ｎ
ｍに対して、透過率が２５％であるが、強い光を照射す
ると透過率が９５％になる。現像液は、東京応化工業社
製のＮＭＤ−Ｗ（２．３８％）を純水で７５％希釈した
ものを使用する。

【００３５】以上の条件によって、０．２μｍ程度の幅
や径を持ったピットを高密度に形成できた。

【００３６】なお、上記実施形態では、基板１６として
感光膜１６ａに露光して現像することにより凹凸状ピッ
トを形成するものを例示したが、感光膜１６ａとして露
光により凹部や凸部ができる材質のものを採用すれば現
像は不要である。また、場合によっては露光による変形
や変質を伴って光ディスクそのものを製造するものにも
本発明は適用できる。

【００３７】

【発明の効果】本発明の露光方法及び装置によれば、以
上の説明から明らかなように、各記録パターンに応じた
記録信号パルスを複数の短パルスに分割し、各短パルス
の振幅、パルス幅、パルス立ち上がりタイミングを記録
信号パルスのパルス幅に応じて設定することにより、ピ
ット長の長短によって幅の差のない、より細い幅のピッ
トを形成することができる。

【００３８】また、各記録信号パルスを、先頭パルス、
中間パルス、最終パルスを有する３つ以上の短パルスに
分解し、先頭パルス、中間パルス、最終パルスの振幅を
それぞれａ₁、ａ₂、ａ₃として、ａ₁≧ａ₃≧ａ₂と
すると、幅が細くかつピット全長にわたって幅の差が小
さいピットを安定的に形成することができるとともに、
１つのピットの書き始め及び書き終わりの部分の壁面の
形状が鋭くなり、再生信号の特性を改善できる。

【００３９】また、感光層の上に光を強く吸収し、それ
によって退色することによって光を通すようになるコン
トラスト増強層を設けて露光すると、露光時に使用する
光の波長によって決まる回折限界幅よりも幅の細いピッ
トをより安定的に形成することができ、さらに上記露光
方法と組み合わせると、より安定的に細いピットを形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置の一実施形態の概略構成図で
ある。

【図２】同実施形態における電気信号と形成されるピッ
トパターンの説明図である。

【図３】本発明の露光装置の他の実施形態の要部の側面
図である。

【符号の説明】

１レーザ光源１５対物レンズ１６基板１６ａ感光膜１７スピンドル１８記録信号発生器１９記録信号変換器２１コントラスト増強層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H097 AA03 AB07 BB02 CA17 FA03 FA06 LA20 5D090 AA01 BB01 DD03 DD05 FF11 5D121 AA01 AA03 BB26 BB38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の感光層に、記録パターンに応じ
た記録信号パルスにて強度変調された光ビームを照射し
て露光する露光方法において、各記録パターンに応じた
記録信号パルスを複数の短パルスに分割し、各短パルス
の振幅、パルス幅、パルス立ち上がりタイミングを記録
信号パルスのパルス幅に応じて設定することを特徴とす
る露光方法。
【請求項２】基板をビームに対して相対的に回転させ
ながら基板上の感光層に、記録パターンに応じた記録信
号パルスにて強度変調された光ビームを照射して露光す
る請求項１記載の露光方法。
【請求項３】各記録信号パルスを、先頭パルス、中間
パルス、最終パルスを有する３つ以上の短パルスに分解
することを特徴とする請求項１又は２記載の露光方法。
【請求項４】先頭パルス、中間パルス、最終パルスの
振幅をそれぞれａ₁、ａ₂、ａ₃として、ａ₁≧ａ₃≧
ａ₂とすることを特徴とする請求項３記載の露光方法。
【請求項５】感光層の上に、光を強く吸収し、それに
よって退色することによって光を通すようになるコント
ラスト増強層を設けて露光することを特徴とする請求項
１〜４の何れかに記載の露光方法。
【請求項６】基板を回転させながら基板上の感光層に
必要な記録パターンに応じた記録信号パルスにて強度変
調された光ビームを照射して露光する露光方法におい
て、感光層の上にコントラスト増強層を設けて露光する
ことを特徴とする露光方法。
【請求項７】記録パターンに応じた記録信号パルスを
出力する記録信号発生器と、記録信号パルスを複数の短
パルスに分割するとともに記録信号パルスのパルス幅に
応じて各短パルスの振幅、パルス幅、パルス立ち上がり
タイミングを設定する記録信号変換器と、レーザ光を出
力するレーザ光源と、記録信号変換器からのパルス信号
に応じてレーザ光を変調する光変調器と、光変調器から
のレーザ光を感光層を有する基板に集光する対物レンズ
と、基板を回転させる手段とを備えたことを特徴とする
露光装置。