JP2001167483A - 光ディスク原盤露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で消費電力の少ない再現性に優れた光デ
ィスク原盤露光装置を得る。 【解決手段】 露光光源１に波長４２０ｎｍ以下の半導
体レーザを使用し、これの駆動電流を変調することによ
り直接露光ビームの強度を変調する。光ヘッド５、露光
光学系、露光レンズ位置決め光学系を含む全光学系（移
動光学系５３）を１つの移動光学台１９に搭載する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク原盤を
作製するための光ディスク原盤露光装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクを作製するには、始めに原
盤、すなわちマスターを作製し、これを基にスタンパ、
すなわち金型を作る。これを成形機に取り付けてレプリ
カディスクを作り、これに反射膜や記録膜を成膜して光
ディスクとしている。

【０００３】前記原盤は一般に、ガラスディスク上にフ
ォトレジスト等の感光性物質を均一に塗布し、原盤露光
装置を用いて所定の信号に基づくパターンを露光し、こ
れを現像して所定の凹凸パターンを形成することにより
得られる。

【０００４】前記原盤露光装置は、感光性膜を塗布した
原盤ディスクをターンテーブルに載せて所定の回転速度
で回しながら、記録すべき信号に応じて強度変調された
光スポットをターンテーブルに対して移動しつつ、ディ
スク上の感光性膜に照射して露光する。

【０００５】図６は、従来の光ディスク原盤露光装置の
要部上面図である。露光光源３０として、高出力のイオ
ンレーザ、例えば青色の波長４５８ｎｍや４１３ｎｍ、
出力３００ｍＷクラスのアルゴンイオンレーザや、紫外
の波長３５１ｎｍ、出力３００ｍＷクラスのクリプトン
イオンレーザ等が用いられている。感光性物質として用
いられているポジ型フォトレジストは、波長５００ｎｍ
以下のものに対して感度を有し、この波長域で連続発振
し、高出力で出力が時間的に安定なレーザとして、前記
イオンレーザが好適である。

【０００６】これらイオンレーザはガスレーザであり、
レーザの放電電流を変えることでレーザ光強度を変える
ことができるが、光ディスク作製に必要な高い周波数で
光強度を変調することはできない。

【０００７】太線で示される露光レーザビームは、ノイ
ズ除去及び単位面積当たりの露光量を任意に設定できる
ようにするために、第１の光変調器３１を通る。光変調
器３１として、音響光学効果を用いた光変調器（ＡＯ
Ｍ）や電気光学効果を用いた光変調器（ＥＯＭ）が用い
られてる。次に記録すべき信号に従って第２の光変調器
３２により光強度の変調を受ける。ここではＡＯＭを用
いているが、ＥＯＭでもよい。

【０００８】ＡＯＭでは変調の周波数帯域幅を広くする
ために、レーザビームはコンデンサレンズ３３によりＡ
ＯＭ素子部で収束するように設定される。第２の光変調
器３２（ＡＯＭ）通過後、変調された光ビームは入射ビ
ームとは異なる方向に出射され、コリメートレンズ３４
で平行ビームになり、光ヘッド５内の露光レンズ４に入
射する。３５、３６はミラーで、ミラー３５は一部の光
を透過し、透過光はレンズ２３で絞られて光検出器２２
に入射されて、変調された光の波形をモニタできる。

【０００９】原盤ディスク６の回転、送りに伴い、露光
レンズ４と原盤ディスク６の距離は変化するから、常に
原盤ディスク６上に露光ビームを収束させ、原盤ディス
ク６の表面が露光レンズ４の焦点位置になるように図示
していないが、光ヘッド５内のアクチュエータによる露
光レンズ４の位置決めサーボが行われる。

【００１０】原盤ディスク６の表面の焦点位置からのず
れ、すなわち誤差信号の生成は光学的に行われる。原盤
露光装置では、感光層が反応しない波長のレーザビーム
を用いたスキュー法あるいはｏｆｆ−ａｘｉｓ法が良く
使われる。

【００１１】レーザ７としては、直線偏光のＨｅ‐Ｎｅ
レーザや赤色半導体レーザが用いられる。このオートフ
ォーカス用ビームを、ダイクロイックミラー８を用いて
露光ビームと平行にして、露光レンズ４に入射させる。
このダイクロイックミラー８は、赤色光を反射し、青色
や紫外光を透過する。露光レンズ４には、中心からずれ
た位置に入射させる。原盤ディスク６の表面で反射され
たオートフォーカス用ビームは、点線で示される光路を
辿り、偏向ビームスプリッタ９で９０度方向を変え、位
置検出器１０に入射する。

【００１２】位置検出器１０には２分割センサあるいは
ポジションセンサが用いられ、原盤ディスク６の表面が
露光レンズ４の焦点位置からずれている場合は、位置検
出器１０上の入射光ビーム位置はずれ、このずれに応じ
た信号が位置検出器１０から出力される。１２、１３は
レンズである。１１は、１／４波長板で、原盤ディスク
６からの反射光の偏光面を９０度回転させる役割を持
ち、反射光の殆どはレーザ７に戻らず、偏光ビームスプ
リッタ９により検出器１０に送られる。

【００１３】露光ビームの光路中にサンプリングミラー
２０が挿入され、原盤ディスク６からの反射露光ビーム
の一部を入射光路から取り出し、ミラー１７、２１、レ
ンズ１８を介して、レンズ１８の結像位置に設置された
ビデオカメラ１６に入射する。ビデオカメラ１６は、反
射光の光スポット形状を観察し、光スポット径が最小に
なるように、露光レンズ４のサーボ目標位置を決めるの
に使用する。

【００１４】移動光学台１９は、その送り機構をコンパ
クトに保ち、送り速度精度を向上させるには搭載量は軽
量の方が好ましいため、光ヘッド、オートフォーカス光
学系のみが搭載される。移動光学台１９は、原盤ディス
ク６の回転に応じてその中心に対して移動し、同心円あ
あるいは螺旋状のトラックパターンを露光していく。露
光光源３０のイオンレーザは大きいため、原盤ディスク
６を載せるスピンドル、移動光学台１９、その他の露光
光学系等と共に架台３７上に設置され、露光装置全体の
大きさはレーザの大きさに大きく依存している。

【００１５】図７は、従来の光ディスク原盤露光装置の
要部側面図である。図中、太線は露光ビームを示す。こ
こには説明に必要な部分の概略を示す。光ヘッド５とオ
ートフォーカス光学系を含む移動光学系５３が移動光学
台１９に搭載されている。移動光学台１９はガイド５４
により支えられ、ガイド５４は架台３７に固定されてい
る。ガイド５４は、送り速度精度を上げるために抵抗の
少ないエアーガイドが通常使われている。光ヘッド５
に、露光レンズ４とミラー、及び露光レンズ４を駆動す
るアクチュエータが内蔵されている。アクチュエータと
してはボイスコイルがよく用いられている。

【００１６】架台３７にスピンドル５１が設けられ、そ
れに取り付けられたターンテーブル５２に原盤ディスク
６が搭載されている。露光光源３０や光変調器３１、３
２を含む固定光学系５６が、架台３７に設けられた台５
５に取り付けられている。

【００１７】光ヘッド５を、原盤ディスク６の回転中
心、すなわちスピンドルの回転軸を越えた位置から原盤
ディスク６を着脱するために光ヘッド全体が原盤ディス
ク６の上から外れる位置まで移動させる必要から、移動
光学台１９は、ガイド５４に対して図に示すように、光
ヘッド５の取り付け側が大きく突き出た取り付け方、す
なわち片持ち支持方式となっている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来の露光光源のイオ
ンレーザは効率が低いため、大電力を必要とし、消費電
力は８〜１０ｋＷ近くに達する。レーザの冷却には毎分
約１０リッター程度のかなりの流量の水が必要となる。
従って、原盤露光装置を設置するには、これらのユーテ
ィリティを用意しなければならず、運転費用が高く付い
ている。

【００１９】イオンレーザの放電管の寿命は一般に数千
時間であり、個々の放電管によりかなりのばらつきがあ
る。放電管は高価であり、また放電管の交換によりレー
ザ光の出射方向が変わるため、交換の度に露光装置の光
軸位置の再調整が必要である。

【００２０】イオンレーザは高速で変調できないため、
高価な光変調器が必要で、さらに光変調器を使うための
レンズ、波長板などの光学素子やホルダー類等の光学部
品が別途必要となり、光学部品の組み付け調整も面倒で
ある。

【００２１】レーザと光ヘッド光学系が移動光学台と固
定光学台の別個の台に載っているために、温度変化によ
り固定光学台上の光学系と移動光学台上の光学系の光軸
にずれが生じ、露光光スポット形状や強度が変化する現
象が生じ、使用に当たっては経験を要する光軸の再調整
がしばしば必要となる。

【００２２】光ヘッドが片持ち支持方式で支えられ、支
えのガイドが剛性の低いエアーガイドであるため、移動
光学台上の回路への電気配線や架台を通じて伝播してく
る外部振動の影響が拡大され、光ヘッドを振動してい
る。これらの影響は光ディスクパターンの大きさのばら
つきとなって現れ、これは移動光学台の送りサーボ精度
を上げても除去できず、これが原盤露光装置の高密度記
録対応可能な範囲を決めてしまう。

【００２３】また、装置全体が大きくなるため、装置の
機構も強度を維持するためにより重くなる。収容する部
屋も大きくする必要があり、さらに装置内は塵埃の少な
いクリーンな雰囲気にする必要があるが、そのためのフ
ィルターや送風機も大型化し、この面からも費用が高く
付くことになる。

【００２４】本発明は、このような従来技術の欠点を解
消し、小型で省電力、低コストで再現性に優れ、かつ露
光パターン精度が高く、取り扱いが容易な光ディスク原
盤露光装置を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、波長４２０ｎｍ以下の半導体レーザか
らなる露光光源を採用し、記録すべき信号に応じて前記
半導体レーザを駆動する電流の大きさを変調することに
よって直接強度変調された露光光を生成することで光変
調器を不要とし、露光用レンズの位置決め信号の生成に
は原盤ディスク上に形成された感光層が反応しない波長
の半導体レーザを用いる。

【００２６】そして、露光光源、露光レンズ位置決めサ
ーボ用誤差信号検出光学系、露光レンズ駆動用アクチュ
エータを含む光ヘッド、ディスクからの反射光モニタ光
学系を単一の移動光学手段（移動光学台）に設置するこ
とにより、装置全体を小型化、省電力化、取り扱い容易
化することを第１の特徴とするものである。

【００２７】また、光ヘッドを含む全露光光学系を小型
の移動光学台に搭載し、その支持方式を片持ち支持か
ら、ターンテーブル上を跨いだガイドに載せる方式にす
ることを第２の特徴とするものである。

【００２８】さらには、全露光光学系の搭載された移動
光学台に送り機構系をも搭載することで、一層の小型
化、高精度化を図ったことを第３の特徴とするものであ
る。

【００２９】本発明によれば、半導体レーザは、低消費
電力かつ小型であるため冷却水は不要であり、原盤露光
装置が小型にできるため一般のオフィスでも使用可能と
なる。そのため、メンテナンスコストも下げられる。ま
た、装置製造コストも下げることができる。半導体レー
ザの寿命は長く、露光光学系は一体化できるため、露光
光スポットの形状変化や強度変化が低減された安定した
メンテナンスフリーの原盤露光装置を得ることが可能と
なる。光ヘッドの振動の低減、移動光学台の支持剛性の
向上によりパターン寸法精度の向上が図られ、従って、
より高密度の光ディスクの原盤作製が可能となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。なお、従来例と同一個所には同一符
号を付す。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光デ
ィスク原盤露光装置の要部上面図である。この図は、本
発明による原盤露光装置の内で光学系部分の概略を示し
たものである。記録信号駆動回路、記録光モニター回
路、露光レンズ位置決め制御機構、移動台送り制御機
構、ターンテーブル回転制御機構及び装置全体を制御す
るコントローラ等がこれに加わって原盤露光装置を構成
するが、ここでは省略している。

【００３１】露光光源１には波長４２０ｎｍ以下の半導
体レーザ、例えば出力３０ｍＷ、波長４００ｎｍの窒化
ガリウム（ＧａＮ）系の半導体レーザが使用される。露
光ビームの波長をλ、露光レンズ４の開口数をＮＡとす
ると、原盤ディスク６の感光層上の光スポットサイズΦ
は、略Φ＝λ／ＮＡと表されるので、ＮＡ＝０．９のレ
ンズを用いると、光スポットサイズΦは４４４ｎｍとな
る。

【００３２】現在、ＤＶＤ−ＲＯＭディスクは、波長４
１３ｎｍや４３０ｎｍ光で露光されているので、波長４
００ｎｍ光では光スポット径はさらに小さくなるため、
ＤＶＤ−ＲＯＭディスクに関しては十分使用可能であ
る。また、光強度も光変調器が不要なため、光の利用効
率が高く、フォトレジストの露光には十分足りる。

【００３３】露光光源１から出射した露光ビームは、断
面が略楕円状に広がっていくので、成形光学系２を通し
て円形断面の平行ビームにした後、露光レンズ４に入射
させる。半導体レーザには記録信号に従って変調された
駆動電流を流す。半導体レーザは、出射側とは反対側に
も光が漏れるので、光波形モニタ３を設け、露光波形を
モニタする。露光レンズ４の位置決めサーボ用誤差信号
検出光学系は、従来装置と同様である。

【００３４】原盤ディスク６からの反射光は、露光光源
１とダイクロイックミラー８との間に設置された１／４
波長板１５を通り、入射時とは９０度偏光方向が異なっ
た偏光となって、同様に露光光源１とダイクロイックミ
ラー８との間に設置された偏光ビームスプリッタ１４に
より入射光軸から取り出され、レンズ１８の結像位置に
置かれたビデオカメラ１６に入射する。これをモニタす
ることにより、原盤ディスク６表面での光スポットの状
態が分かる。

【００３５】偏光ビームスプリッタ１４の次の目的は、
原盤ディスク６からの反射光が露光光源１の半導体レー
ザに戻るのを防止するもので、レーザ光が戻るとレーザ
の出力が不安定になる。

【００３６】このように本発明により、露光光学系全体
を非常にコンパクトにまとめることができるため、露光
光学系全体を移動光学台に載せることができる。光路長
も短くできるため、温度変化に対する変化量も小さくで
き、再現性の高い安定な原盤露光装置を得ることができ
る。

【００３７】また、レーザが安価で、光変調器も不要
で、全体が小さくなることで製造コストの大幅な低減を
もたらすことができる。冷却水は不要であり、消費電力
も１桁以上低くでき、環境への負荷を低減できる。

【００３８】図２は、本発明の第２の実施形態に係る光
ディスク原盤露光装置の要部上面図である。本実施形態
では、露光光源１として波長４２０ｎｍ以下の２個の半
導体レーザを使用している。波長は必ずしも同一である
必要はなく、少々異なっている方が原盤ディスク６から
の反射光によるレーザ発振への悪影響を避けることがで
きる。

【００３９】第１の実施形態と同様、４１は成形光学
系、４２は光波形モニタである。２個の露光光源（１）
１、（２）４０からの光ビームは、偏光ビームスプリッ
タ１４により合成される。このため、露光光源（１）と
露光光源（２）の偏光方向は９０度異なるように設置さ
れ、図では露光光源（１）の偏光方向は紙面に平行な面
内にあり、露光光源（２）の偏光方向は紙面に垂直な面
内にある。

【００４０】２個の露光光源（１）、（２）からの光ビ
ーム径を異にすることで、それぞれの原盤ディスク６上
での光スポット径を異なるものとすることができる。例
えば露光光源（１）の光ビームを太く、露光光源（２）
の光ビームを細くすることにより、原盤ディスク６上で
の露光光源（１）の光スポット径を小さく、露光光源
（２）の光スポット径を大きくすることができる。

【００４１】光源（１）、（２）の光を平行にかつ交互
に露光レンズ４に入射することにより、同一トラック上
に異なるサイズのパターンが形成でき、より複雑な記録
フォーマットに対応することができる。半導体レーザの
変調速度は、イオンレーザを露光光源に使用したときの
光変調器の変調速度より高速なので、より微細なパター
ンを高速度で露光可能となる。

【００４２】光源（１）、（２）からの光ビームを異な
る角度で露光レンズ４に入射すれば、原盤ディスク６上
の異なった位置にそれぞれのビームに対応した光スポッ
トが形成される。従って、原盤ディスク６の同一トラッ
ク上の、半径方向にずれた位置に２つの露光スポットを
形成することができ、これによってもより複雑な記録フ
ォーマットに対応可能である。露光光源のビーム角度
は、偏光ビームスプリッター１４の角度を変えることで
任意の値に設定可能である。

【００４３】それぞれの光スポットの相対的な位置関係
は、露光光軸上に置かれたサンプリングミラー２０によ
り原盤ディスク６からの反射ビームの一部を取り出し、
ビデオカメラ１６でモニタすることにより確認できる。
原盤ディスク６からの反射光は、光軸上に置かれた１／
４波長板１５により、それぞれのビームの偏光方向が波
長板への入射時に比べ９０度回転するため、それぞれ異
なる露光光源に戻ることになる。この戻りビームの波
長、偏光方向、進行方向は光源を出射したときの値と異
なるため、それぞれの半導体レーザの発振状態に影響を
与えることはない。

【００４４】従来の原盤露光装置でも２本のビームを採
用したものはあるが、装置が大きく、光路長も長いた
め、原盤ディスク上での２個の露光スポット間隔はドリ
フトが見られる。本実施形態では、光学系構成部品を同
一の台上にネジ等で固定後、さらに接着剤を用いて固定
することができるので、再現性に優れた露光装置が得ら
れる。

【００４５】また、露光光源と偏光ビームスプリッタと
の間に偏光素子、例えば音響光学偏光素子（ＡＯＤ）を
挿入することによりビームの角度を偏向できるため、原
盤ディスク上の光スポットを偏向信号に従って振ること
ができる。このようにすれば、殆どの記録フォーマット
に対応可能な原盤露光装置を得ることができる。

【００４６】図３は本発明の光ディスク原盤露光装置の
送り機構の第１の例を示す側面図、図４はそれの上面図
である。移動光学台１９は、原盤ディスク６上に跨がっ
て設けられたガイド５４に支持され、図４の両矢印の方
向に動く。５３は移動光学台１９に搭載された露光光学
系全体（移動光学系）を示す。移動光学系５３を小さく
できるため、このような構成が可能となる。

【００４７】この構成では露光レンズ４とガイド５４の
間の距離が小さくできるため、振動が増幅される程度は
小さく、原盤ディスク６上の露光パターンの振動による
ばらつきを抑えることができる。移動光学台１９の送り
駆動機構は、後述する摩擦駆動やリニアモータ駆動が採
用できる。またこの構成では、装置全体の大きさもさら
に小さくできる。

【００４８】図５は、本発明の光ディスク原盤露光装置
の送り機構の第２の例を示す上面図である。この例で
は、移動光学台１９をガイド５４に沿って移動させるた
めの手段として摩擦駆動装置を採用している。従来の原
盤露光装置では、摩擦駆動用のモータ、摩擦ローラ及び
ピンチローラは架台上に設けられ、ローラが挟む棒を移
動台に取り付けていた。棒と移動光学台との間の剛性は
低く、折角、棒をローラで掴んでも移動光学台の振動を
抑える効果は低かった。

【００４９】本発明では、摩擦駆動用のモータ５７、そ
れと同軸上に設けられた摩擦ローラ５８、ピンチローラ
５９が移動光学台１９上に搭載される。モータ５７と摩
擦ローラ５８は減速装置を介して接続してもよい。摩擦
ローラ５８とピンチローラ５９を、ガイド５４を挟んで
ばねで互いに引き合うようにしてもよいし、ガイド５４
に共にばねで押し付けるようにしてもよい。ピンチロー
ラ５９の代わりに高圧空気の圧力を利用したエアーガイ
ドを用いてもよい。

【００５０】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、小型
で、省電力、低コストで再現性に優れ、露光パターン精
度の優れた取り扱い容易な光ディスク原盤露光装置を得
ることができる。本装置は特別なユーティリティを要求
としないため、オフィス内に設置が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る光ディスク原盤
露光装置の要部上面図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る光ディスク原盤
露光装置の要部上面図である。

【図３】本発明の光ディスク原盤露光装置の送り機構の
第１の例を示す側面図である。

【図４】その送り機構の上面図である。

【図５】本発明の光ディスク原盤露光装置の送り機構の
第２の例を示す上面図である。

【図６】従来の光ディスク原盤露光装置の要部上面図で
ある。

【図７】従来の光ディスク原盤露光装置の要部側面図で
ある。

【符号の説明】

１、３０、４０ 露光光源 ２、４１ 成形光学系 ３、４２ 光波形モニタ ４ 露光レンズ ５ 光ヘッド ６ 原盤ディスク ７ レーザ ８ ダイクロイックミラー ９、１４ 偏光ビームスプリッタ １０ 位置検出器 １５ １／４波長板 １６ ビデオカメラ １９ 移動光学台 ３１ 光変調器 ３２ ＡＯＭ ５３ 移動光学系 ５４ ガイド ５７ モータ ５８ 摩擦ローラ ５９ ピンチローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波長４２０ｎｍ以下の半導体レーザから
   なる露光光源と、記録すべき信号に応じて前記半導体レ
   ーザを駆動する電流の大きさを変調することによって強
   度変調された露光ビームを生成する生成手段と、前記露
   光ビームを原盤ディスク上に形成された感光層に収束さ
   せる収束手段と、前記各手段を含む全露光光学系を搭載
   し移動させる移動光学手段と、原盤ディスクを所定の回
   転数で回転させる回転手段とを備えたことを特徴とする
   光ディスク原盤露光装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光ディスク原盤露光装置
   において、前記移動光学手段は、原盤ディスク上を跨ぐ
   ように設けられたガイドに設置され、ガイドに沿って移
   動可能なことを特徴とする光ディスク原盤露光装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の光ディスク原盤露光装置
   において、前記移動光学手段は、摩擦駆動用のモータと
   摩擦ローラを少なくとも有する摩擦駆動装置を搭載して
   いることを特徴とする光ディスク原盤露光装置。