JP2004265519A - Method of manufacturing optical disk substrate - Google Patents

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JP2004265519A
JP2004265519A JP2003055095A JP2003055095A JP2004265519A JP 2004265519 A JP2004265519 A JP 2004265519A JP 2003055095 A JP2003055095 A JP 2003055095A JP 2003055095 A JP2003055095 A JP 2003055095A JP 2004265519 A JP2004265519 A JP 2004265519A
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Toshimichi Shintani
俊通 新谷
Jiichi Miyamoto
治一 宮本
Yumiko Anzai
由美子 安齋
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Hitachi Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problems that it is required for recording a micro mark to make an optical spot micro because a resist conventionally used in a process to manufacture an optical disk substrate had a reactivity almost proportional to the strength distribution of exposure light spot, and even though there is an optical super-resolution technology therefor, a side lobe is formed outside a main spot and the resist is exposed by the side lobe. <P>SOLUTION: A material having high linear reactivity against a temperature is used as a resist or a mask and a pattern is created with heat generated by absorbing an incident light. A portion in which the temperature becomes not lower than a reaction threshold reacts and a recording pattern can be made smaller. By combining a sample using such material with the optical super-resolution technology, recording with the side lobe by the optical super-resolution can be suppressed and the size of the optical spot can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ディスク作製技術に関し、特にレーザ光を用いて基板を作製する装置及び作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光ディスクには、その用途によって、大きく、再生専用(Read Only Memory; ROM)、追記型(Write Once Read Many; WORM)、多数回書き換え可能(Rewritable Memory又はRandom Access Memory; RAM)に分けられる。このうち、ROMは基板に記録データに対応する穴(ピット)が作製されている。WORMとRAMは、その基板にトラックに対応する溝(グルーブ溝)が作製されており、ユーザデータはその溝に沿って記録される。WORMとRAMには溝の他に、そのディスクの特性等の情報やアドレス情報を示すピットが作製されている。
【0003】
上記のようなピットや溝を有するディスク基板は、大まかには次のようなプロセスで作製される;1.ガラス基板に感光性レジストを塗布する、2.その基板を回転させ、その基板に対物レンズで集光したレーザ光を入射し、レジストを感光させる、3.基板を現像し、パターンを形成する、4.Niメッキし、それを金型にして融解したポリカーボネートを流し込んで型を作製する。レーザ光によって露光する装置をカッティング装置と呼ぶ。
【0004】
上記2において、溝を作製する場合には入射するレーザ光をDC光とし、ピットを作製する場合には適切な条件のパルス光とする。その条件は、レジストの感光性等を考慮して最適化する。
【0005】
上記のプロセスにおいて用いるレジストは、光が照射された領域の大部分が光反応をするため、小さなパターンを作製するためには、入射光のスポットサイズを小さくする必要がある。集光した場合のスポットの直径は、光の波長をλ、対物レンズの開口数をNAと書くと、ほぼλ/NAに等しくなる。よって、スポットを小さくするには、短波長化、及び/又は、高NA化を図る必要がある。次世代の光ディスクは、直径120mmのディスクに20〜30GBの容量を記録する方式が検討されている。この容量を実現するには、最短マーク長が0.15〜0.2mm、トラックピッチが0.3〜0.35mm程度である必要がある。このサイズのピットを作製するために、光の波長を250〜270nm、NAを0.9程度にしている。
【0006】
一方、書き換え可能媒体としては相変化記録が考えられている。相変化記録は、初期状態が結晶状態の記録膜に、入射したレーザ光を吸収して発生する熱によって記録膜の一部が融解し、急激に冷却する過程でアモルファスになる現象を用いてマークを記録する方法である。この方法は、例えばCD−RWやDVD−RAM、DVD−RW、DVD+RWにおいて用いられており、記録は再生と同様、ドライブで行う。次世代のドライブは、波長400〜410nmの青紫色レーザと、NA0.65〜0.85の対物レンズを用いることが検討されている。
【0007】
上記のことを図2に纏める。図2(a)には、カッティング装置の例が記されている。強度プロファイル21の光スポットで、反応閾値22のレジストを露光すると、光スポットサイズ23に対してマークサイズ24のマークが記録される。これに対し、相変化記録などの、反応閾値が高い場合が(b)に記されている。上記のようにドライブの光スポットはカッティング装置のそれに比べて大きいので、強度プロファイル25のサイズは大きいが、閾値26が高いので、大きな光スポットサイズ27でマークサイズ24とほぼ同等の大きさのマーク28が記録される。
【0008】
また、対物レンズの一部を遮光することによってスポットサイズを小さくする、光学超解像技術が、例えば、Applied Optics 第29巻 3046頁〜3051頁(1990年)において報告されている。この方法では、入射光学系の光路の一部をマスクによって遮光し、マスクを通過した光の干渉効果を利用して、光スポットサイズを縮小する。このことにより、光スポットの強度プロファイルは、図3(b)のようになる。メインスポット34は、(a)に示す通常の光スポットのプロファイル31よりも縮小される。それと同時に、(b)の光スポットには遮光マスクにおける回折効果に起因するサイドローブ35が発生する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
現在のカッティング装置では、上記のように短波長化と高NA化によって記録データの高密度化を図っているが、λ/NAは280〜290nm程度であり、記録マークよりも大きい。一方、感光性レジストの反応性は、露光した光量にほぼ比例するので、このスポットサイズで次世代光ディスクの基板を作製するには、マージンが非常に少なかった。詳細に装置や露光条件を調節しても、直径120mmで25GB相当の容量を有するROM基板を作製して測定すると、ジッタは9%以上であった。一方、光源の波長が400nm、対物レンズのNAが0.85のドライブで同じ容量の相変化記録を行うと、λ/NAは約1.6倍であるにもかかわらず、ジッタは7%程度であった。
【0010】
また光学超解像では、上記のようにサイドローブが発生する。通常の露光では、図3(a)に示すように、レジストの反応閾値32で決定されるサイズ33のマークが記録される。光学超解像では、図3(b)に示すように、メインスポット34によるマーク37と、サイドローブ35によるマーク38とが形成される。マーク38を形成しないためには、サイドローブ35の高さがレジストの反応閾値36よりも小さいことが必要である。そのためには、記録レーザパワーを小さくするか、光スポットのプロファイルにおけるメインスポット34とサイドローブ35の強度比を大きくすることである。然るに、レーザパワーを小さくすると、露光量が少なくなるため、レジストの感度の制限により、十分にレジストの反応が進行せず、パターンが形成されない。また、メインスポットのサイズとサイドローブ強度はトレードオフの関係にあるため、メインスポットとサイドローブの強度比を大きくすると、結局メインスポットのサイズが大きくなるため、光学超解像の効果が小さくなり、記録データの高密度化が不可能となる。これらの理由から、光学超解像技術をドライブやカッティング装置に用いることは不可能であった。
【0011】
【課題を解決するための手段】
カッティング装置の光源波長λと対物レンズのNAの比λ/NAよりも小さなマークを再現性良く記録するために、露光に対する反応性が、照射した光の強度に対して大きな非線形性を示す物質をレジスト或いはマスクとして用いる。上記の課題で述べたように、相変化記録ではλ/NAよりも小さなマークを再現性良く記録することができるが、その理由は、照射した光スポットの強度プロファイルのうち、強度が強い領域において記録膜が融解し、マークサイズはそれと同等か、或いはそれよりも小さくなるからである。通常、露光に用いられるレジストも非線形性を有するが、非線形性が小さく、よって小さなマークを記録することができない。
【0012】
この方策の一つは、温度に対して非線形化学反応性を示す物質をレジストとして用いることである。例えば、Auは250℃の温度で酸素を放出してAuとなる。よって、Auを基板に製膜し、これにレーザ光を入射すると、光吸収による発熱が生ずるので、適切なパワーの光を入射すると、入射光スポットの一部が250℃以上となり、図2(b)のように、光スポットよりも小さな大きさの領域がAuとなる。AuとAuは酸やアルカリに対する反応性が異なるので、適切な薬品で現像すれば、AuかAuの一方を溶かして、他方のパターンを残すことが可能である。このような材料としては、Auの他に、PtO、AgOが可能である。
【0013】
また、上記と同じ構成・原理で、ある温度以上で酸化する材料をレジストとして用いることもできる。そのような材料として、Si、Fe、Zn、Mn、W、Ruが可能である。
【0014】
上記の材料について、反応温度、反応後の物質、現像液の例、及び現像後に残るパターンの物質を表に纏めたものを図4に挙げる。
【0015】
上記の方法において、上記の材料或いは上記の材料が反応した物質がパターンとして残るが、このパターンそのものを溝やピットとしてもいいし、このパターンをマスクとして反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching; RIE)処理をして、凹凸パターンを形成することも可能である。
【0016】
光スポットよりも小さなマークを記録する別の方策として、温度によって著しい屈折率変化を示す材料をマスクとして露光する方法が考えられる。例えば、基板上にレジストを塗布し、その上に金属や半導体のマスク膜を形成する。その試料にレーザ光を入射し、マスク膜が光を吸収することによって発熱し、屈折率が変化する。ここで、例えば昇温した領域の光の透過率が高くなるように試料を作製すれば、光スポットの一部の領域で光が透過して、レジストが露光される。この閾値と透過率は、マスク膜の材料、膜厚、及び入射する光のパワー等の露光条件に依存する。このようなマスク材料としては、例えばSb、Te、In、Sn、Se、或いはGeSbTeやAgInSbTe等、相変化記録膜に用いられる複合材料が考えられる。これらの材料の融点を図5に挙げる。これらの材料が融解すると透過率が高くなる。適切な条件の下では、入射レーザ光によって、光スポット内の一部の領域が融解し、レジストが露光される。
【0017】
これらの材料の屈折率変化は、全て可逆である。不可逆変化を示す物質をマスク層として用いることも原理的には可能であるが、この場合、あるトラックを露光した後、その隣接トラックを露光すると、一つ前に露光したトラックにおいて透過率が高くなっているため、そのトラックが再び露光されてしまう、即ちクロスライトが発生してしまうため、狭トラックピッチ化が不可能となる。
【0018】
上記の非線形マスクを用いた方法と、光学超解像技術を組み合わせることにより、更なるデータ高密度化が可能となる。図1に説明図を示す。(b)のように、レジストの反応閾値12がサイドローブ15よりも高い位置にあれば、サイドローブは露光には関与せず、メインスポット14が通常のスポット11よりも縮小されたことにより、形成されるマーク16は、通常の光スポット11によって形成されるマーク13よりも小さくなる。この効果により、更なる大容量化を達成することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
(第1形態)
本発明の実施形態について述べる。ここでは、Auをレジストとした場合について述べる。プロセスの説明図を図6に記す。(a)のように、ガラス基板62上に、Auを酸素を含むArガス中でスパッタし、Au膜61を形成する。ここでAuの厚さは約20nmとした。次に(b)のように、レーザ光を照射し、そのことによって発生する熱によって、Au膜中にAuマーク列63を形成する。
【0020】
カッティング装置には、光学超解像効果を利用するために、対物レンズに入射する直径約4mmの平行光束の中心部分を、直径2mmの円で遮光した。遮光マスクにはCrを用いた。この時、メインスポットの直径は、遮光しない場合に比べて80%となり、メインスポットと再度ローブの強度比は約5:1であった。カッティング装置の光源波長は260nm、対物レンズの開口数(numerical aperture;NA)は0.9である。
【0021】
記録時には、相変化記録において用いられるような、少なくともマーク長よりも短いレーザパルスの列からなる記録波形を用いた。その理由は、マーク記録は温度によって反応性が発現する現象を利用するので、記録する際のAu膜内の温度分布を制御することによって、記録マークの品質を向上させる必要があるからである。図7に、2Twマークと5Twマークの記録波形の例を記す。図に示したように、nTwマークはn−1個のレーザパルスで記録した。レーザパルス列のパワーレベルP1、P2、P3を図のように定義した。またパルス長さについては、第1パルスの長さをtfp、マルチパルス部分のP1レベルとP2レベルの長さをそれぞれtp1、tp2と定義した。ここでは、Twの長さが0.075μm、トラックピッチが0.32μm、tfp=tp1=tp2=Tw/2とし、P1=4mW、P2=P3=0.5mWとした。この条件により、直径120mmのディスクで約25GBの記録容量を達成することができる。記録時には、ディスク線速を3m/sとした。
【0022】
図6(b)の処理後の基板を塩酸に浸し、Auを溶解して、(c)のようにAuのパターンのみを残した。これをCガスを用いて反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE)処理し、ガラス基板62をエッチングした。この時、AuもRIEによってエッチングされるが、そのエッチングレートはガラス基板のエッチングレートと比較すると非常に遅いので、Auがマスクとなり、(d)のようなパターンを形成することができる。RIEの条件を最適化することにより、所望の深さのピットを作製することができる。ここでは深さ80nmのピットを形成した。このようにして作製した基板を、基板作製のための原盤とした。
【0023】
(d)の原盤から作製したポリカーボネ−ト基板にAg合金をスパッタし、0.1mm厚さのポリカーボネ−トシートを貼り付けたディスクを、光源波長400nm、対物レンズのNA0.85のディスク評価機で線速4.92m/sで再生したところ、約4.5%のジッタが得られた。
【0024】
更に上記の方法及び上記のカッティング装置を用いて、Tw長さが0.05μm、トラックピッチが0.24μmで記録して基板を作製した。この基板を上記と同じディスク評価機で再生し、PRML(Partial Response Most Likelihood)信号処理を用いてエラー率を測定したところ、エラー訂正処理なしで約10−6となり、実用的なレベルであることが確認できた。この条件により、直径120mmのディスクで、約50GBの記録容量を達成することができる。
【0025】
次に、Twの長さを0.04μm、トラックピッチを0.2μmとして露光した。この条件は、直径120mmのディスクにおいて、約75GBの容量に相当する。露光条件は上記のそれと同じである。マークのエッジの揺らぎを原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope;AFM)によって測定したところ、揺らぎの標準偏差とTwの比(ジッタに対応する)は約7.2%であった。
【0026】
(第2形態)
ここでは、第1形態における、Auを塩酸で溶解するプロセスを省略した。Au及びAuは両者ともCガスを用いたRIEによってエッチングされるが、エッチレートはAuの方が大きい。よって、Auの部分が全てエッチングされてSiOまでエッチングされる間、Auのパターンは残る。SiOのエッチレートは非常に大きいため、Auが全てエッチングされた後は、非常に高速にエッチングが進行する。よってAuの膜厚を適切に設定すれば、適切な深さのピットを作製することができる。このことにより、プロセスを1過程減らすことができ、マスタリングがより簡単になる。
【0027】
ここでは、Auの膜厚を30nm、P1=7mWとした。他の条件は、第1形態のそれと同じである。露光後RIE処理を行い、80nmの深さのピットを作製した。25GBの容量に相当する条件で露光した基板を、第1形態の場合と同じ条件で測定したところ、ジッタは約4.9%となった。
【0028】
(第3形態)
レジストとして、PtO、AgO、MoOを用いた例について述べる。上記それぞれの材料を、ガラス基板上にスパッタした。膜厚は全て約20nmとした。P1は、PtOでは8.5mW、AgOでは3mW、MoOでは4.8mWとした。露光後、それぞれの試料を、図4に示した液体に浸し、それぞれPt、Ag、MoOのパターンを残した。その試料を原盤とし、ディスク基板を作製した。その他の条件は、第1形態のそれと同じとした。そのディスクを、第1形態と同様の条件で再生したところ、第1形態で述べた容量25GBのマークサイズにおけるジッタは、PtOでは4.4%、AgOでは4.9%、MoOでは5.2%であった。
【0029】
(第4形態)
レジストとして、Al、Sn、Se、Te、Sb、Si、W、Ruを用いた例について述べる。上記それぞれの材料を、ガラス基板上にスパッタした。膜厚は全て20nmとした。露光後、それぞれの試料を、図4に示した液体に浸し、パターンを形成した。その試料を原盤とし、ディスク基板を作製した。露光パワーP1の条件以外は、第1形態のそれと同じとした。マークサイズは、第1形態で述べた、120mmのディスクでの容量が25GBとなる条件とした。そのディスクを、第1形態と同様の条件で再生した。それぞれの材料に対するP1の値と、再生の結果得られたジッタの値を図8に示す。全ての材料で、実用的なジッタ値が得られていることがわかる。
【0030】
(第5形態)
Sb、Te、In、Sn、Se、SbTeを用いた場合について述べる。これらの材料を用いた場合のプロセスの説明図を図9に示す。露光前の試料の状態が(a)である。ガラス基板94上にレジスト93をスピンコータによって塗布し、その上にマスク層92、保護膜91をスパッタによって製膜する。ここでレジスト93は、光吸収によって反応する、通常の有機レジスト材料である。保護膜91は、マスク層92の酸化を防ぐために必要である。この試料を、(b)のようにカッティング装置によって露光する。レーザ光スポットは(b)の矢印方向に走査する。マスク材料92の透過率は、室温においてはほぼ0%であるが、レーザ光を入射することによってマスク層の一部が融解し、高透過率の領域95が生じる。よってレジスト93は、レーザパルスを与えたところのみが露光され、露光パターン96が形成される。(c)(d)のように保護膜91、マスク層92を溶解した後、露光されたレジストを現像することにより、凹凸パターン(e)が得られる。
【0031】
実際に作製した試料の構造は、ガラス基板/レジスト(80nm)/マスク材料(40nm)/SiO(40nm)とした。カッティング装置の仕様は、第1形態と同様、波長260nm、対物レンズのNAが0.9とした。また記録波形も第1形態と同じものを使用した。ただし、記録パワーP1のみを材料によって最適化した。マークサイズは、第1形態で述べた、容量25GBの条件とした。図9(e)の試料を原盤とし、ディスク基板を作製した。
【0032】
それぞれの材料のP1の値と、ディスク基板を再生して得られたジッタ値を図10に示す。全ての材料において、実用的なジッタ値が得られた。
【0033】
【発明の効果】
光学超解像技術をドライブやカッティング装置に用いることが可能となり、記録データの高密度化を達成できる。
【0034】
【図面の簡単な説明】
【図1】光学超解像と非線形レジスト或いは非線形マスクの組み合わせによる記録マークの縮小の説明図。(a)非線形レジスト或いは非線形マスクを用いた場合、(b)(a)と併せて光学超解像を用いた場合。
【図2】カッティング装置及び光ディスクドライブを用いた場合の光スポットサイズと記録マークサイズ。(a)カッティング装置、(b)光ディスクドライブ。
【図3】従来技術において光学超解像を用いた場合の記録マーク。(a)従来技術、(b)従来のレジストに光学超解像を用いて記録した場合。
【図4】非線形レジスト材料とその特性。
【図5】非線形マスク材料とその融点。
【図6】非線形レジストを用いた場合のプロセスの説明図。
【図7】本発明における記録レーザ波形。
【図8】それぞれの非線形レジスト材料に対するレーザ記録パワーP1と、記録マークを再生した場合のジッタ値。
【図9】非線形マスクを用いた場合のプロセスの説明図。
【図10】それぞれの非線形レジスト材料に対するレーザ記録パワーP1と、記録マークを再生した場合のジッタ値。
【符号の説明】
11:従来技術における光スポットの強度分布、12:非線形レジスト或いは非線形マスクの反応閾値、13:従来技術に非線形レジスト或いは非線形マスクを用いた場合の記録マーク、14:光学超解像におけるメインスポット、15:光学超解像におけるサイドローブ、16:光学超解像と非線形レジスト或いは非線形マスクを用いた場合の記録マーク、
21:カッティング装置における光スポットの強度分布、22:従来のレジストの反応閾値、23:カッティング装置の光スポットサイズ、24:カッティング装置で記録したマーク、25:光ディスクドライブの光スポットの強度分布、26:光ディスクドライブで記録する媒体の記録膜の反応閾値、27:光ディスクドライブの光スポットサイズ、28:光ディスクドライブで記録したマーク、
31:従来のカッティング装置の光スポットの強度分布、32:従来のレジストの反応閾値、33:従来のカッティング装置で記録したマーク、34:カッティング装置に光学超解像を用いた場合の光スポットのメインスポット、35:光学超解像におけるサイドローブ、36:非線形レジスト或いは非線形マスクの反応閾値、37:メインスポットで記録されたマーク、38:サイドローブで記録された部分、
61:非線形レジスト、62:基板、63:非線形レジスト内の露光された部分、
91:保護膜、92:非線形マスク層、93:レジスト、94:基板、95:非線形マスク内の高透過率領域、96:レジスト内の露光された部分。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical disk manufacturing technique, and particularly to an apparatus and a manufacturing method for manufacturing a substrate using laser light.
[0002]
[Prior art]
Optical discs are broadly classified into read-only (ROM), write-once (WORM), and rewritable (rewritable memory or random access memory) RAMs, depending on the application. Among them, the ROM has holes (pits) formed on the substrate corresponding to the recording data. In WORM and RAM, a groove (groove groove) corresponding to a track is formed on the substrate, and user data is recorded along the groove. In addition to grooves, WORM and RAM are provided with pits indicating information such as the characteristics of the disk and address information.
[0003]
A disk substrate having pits and grooves as described above is generally manufactured by the following process; 1. apply a photosensitive resist to a glass substrate; 2. The substrate is rotated, and a laser beam focused by an objective lens is incident on the substrate to expose the resist. 3. develop the substrate to form a pattern; Ni plating is performed, and the resultant is used as a mold. The molten polycarbonate is poured into the mold to prepare a mold. An apparatus for exposing with laser light is called a cutting apparatus.
[0004]
In the above item 2, when forming a groove, the incident laser light is DC light, and when forming a pit, pulse light under appropriate conditions is used. The conditions are optimized in consideration of the photosensitivity of the resist and the like.
[0005]
In the resist used in the above process, most of the region irradiated with light undergoes a photoreaction, so that it is necessary to reduce the spot size of incident light in order to form a small pattern. The diameter of the spot when condensed is approximately equal to λ / NA, where λ is the light wavelength and NA is the numerical aperture of the objective lens. Therefore, in order to reduce the spot, it is necessary to shorten the wavelength and / or increase the NA. As a next-generation optical disk, a method of recording a capacity of 20 to 30 GB on a disk having a diameter of 120 mm is being studied. To realize this capacity, the shortest mark length needs to be about 0.15 to 0.2 mm and the track pitch needs to be about 0.3 to 0.35 mm. In order to produce a pit of this size, the light wavelength is set to 250 to 270 nm and the NA is set to about 0.9.
[0006]
On the other hand, phase change recording is considered as a rewritable medium. Phase change recording is a mark that uses a phenomenon in which a part of the recording film is melted by the heat generated by absorbing the incident laser light and becomes amorphous in the process of rapidly cooling, when the recording film is initially in a crystalline state. Is a method of recording. This method is used in, for example, a CD-RW, a DVD-RAM, a DVD-RW, and a DVD + RW, and recording is performed by a drive similarly to reproduction. For the next-generation drive, use of a blue-violet laser having a wavelength of 400 to 410 nm and an objective lens having an NA of 0.65 to 0.85 is being studied.
[0007]
The above is summarized in FIG. FIG. 2A shows an example of a cutting device. When the resist having the reaction threshold value 22 is exposed to the light spot of the intensity profile 21, a mark having a mark size 24 with respect to the light spot size 23 is recorded. On the other hand, the case where the reaction threshold is high, such as a phase change record, is shown in FIG. As described above, since the light spot of the drive is larger than that of the cutting device, the size of the intensity profile 25 is large, but since the threshold 26 is high, a mark having a large light spot size 27 and a size substantially equal to the mark size 24 is obtained. 28 are recorded.
[0008]
Further, an optical super-resolution technique for reducing a spot size by shielding a part of an objective lens from light is reported in, for example, Applied Optics Vol. 29, pp. 3046 to 3051 (1990). In this method, a part of the optical path of the incident optical system is shielded by a mask, and the light spot size is reduced by utilizing the interference effect of light passing through the mask. As a result, the intensity profile of the light spot becomes as shown in FIG. The main spot 34 is smaller than the normal light spot profile 31 shown in FIG. At the same time, a side lobe 35 is generated in the light spot shown in FIG.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the current cutting apparatus, the density of the recording data is increased by shortening the wavelength and increasing the NA, but λ / NA is about 280 to 290 nm, which is larger than the recording mark. On the other hand, the reactivity of the photosensitive resist is almost proportional to the amount of light exposed, so that a margin for producing a substrate for a next-generation optical disk with this spot size was very small. Even when the apparatus and exposure conditions were adjusted in detail, the jitter was 9% or more when a ROM substrate having a diameter of 120 mm and a capacity equivalent to 25 GB was manufactured and measured. On the other hand, when phase change recording of the same capacity is performed using a drive having a light source wavelength of 400 nm and an objective lens NA of 0.85, the jitter is about 7% even though λ / NA is about 1.6 times. Met.
[0010]
In optical super-resolution, side lobes occur as described above. In normal exposure, as shown in FIG. 3A, a mark having a size 33 determined by the reaction threshold value 32 of the resist is recorded. In the optical super-resolution, as shown in FIG. 3B, a mark 37 formed by the main spot 34 and a mark 38 formed by the side lobe 35 are formed. In order not to form the mark 38, the height of the side lobe 35 needs to be smaller than the reaction threshold value 36 of the resist. For this purpose, the recording laser power must be reduced or the intensity ratio between the main spot 34 and the side lobe 35 in the light spot profile must be increased. However, when the laser power is reduced, the amount of exposure is reduced, so that the reaction of the resist does not sufficiently proceed due to the limitation of the sensitivity of the resist, and a pattern is not formed. Also, since the size of the main spot and the side lobe intensity are in a trade-off relationship, if the intensity ratio between the main spot and the side lobe is increased, the size of the main spot will eventually increase, reducing the effect of optical super-resolution. This makes it impossible to increase the density of recording data. For these reasons, it has not been possible to use optical super-resolution techniques in drives and cutting devices.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to record marks with a reproducibility smaller than the ratio of the light source wavelength λ of the cutting device to the NA of the objective lens λ / NA, it is necessary to use a substance whose reactivity to exposure shows a large nonlinearity to the intensity of the irradiated light. Used as a resist or mask. As described in the above-mentioned problem, in the phase change recording, a mark smaller than λ / NA can be recorded with good reproducibility, because a mark having a high intensity in the intensity profile of the irradiated light spot is used. This is because the recording film melts and the mark size becomes equal to or smaller than that. Usually, a resist used for exposure also has non-linearity, but the non-linearity is so small that a small mark cannot be recorded.
[0012]
One of the measures is to use a material exhibiting non-linear chemical reactivity with temperature as a resist. For example, Au 2 O 3 releases oxygen at a temperature of 250 ° C. to become Au. Therefore, when Au 2 O 3 is formed on a substrate and laser light is incident thereon, heat is generated by light absorption. When light of appropriate power is incident, a part of the incident light spot becomes 250 ° C. or higher, As shown in FIG. 2B, Au is a region smaller in size than the light spot. Since Au 2 O 3 and Au have different reactivities to acids and alkalis, it is possible to dissolve one of Au 2 O 3 and Au and leave the other pattern by developing with an appropriate chemical. As such a material, PtO and Ag 2 O can be used in addition to Au 2 O 3 .
[0013]
In addition, a material that oxidizes at a certain temperature or higher with the same configuration and principle as described above can be used as the resist. Such materials include Si, Fe, Zn, Mn, W, and Ru.
[0014]
FIG. 4 shows a table summarizing the reaction temperature, the substance after the reaction, the example of the developer, and the substance of the pattern remaining after the development for the above materials.
[0015]
In the above-mentioned method, the above-mentioned material or a substance reacted with the above-mentioned material remains as a pattern. This pattern itself may be used as a groove or a pit, and the pattern may be used as a mask for reactive ion etching (RIE). It is also possible to form a concavo-convex pattern by performing the treatment.
[0016]
As another method of recording a mark smaller than the light spot, a method of exposing a material using a material showing a remarkable change in refractive index with temperature as a mask can be considered. For example, a resist is applied on a substrate, and a metal or semiconductor mask film is formed thereon. Laser light is incident on the sample, and the mask film absorbs the light to generate heat, thereby changing the refractive index. Here, for example, if the sample is manufactured so that the transmittance of the light in the region where the temperature is increased is high, the light is transmitted through a part of the light spot and the resist is exposed. The threshold and the transmittance depend on exposure conditions such as the material and thickness of the mask film and the power of incident light. As such a mask material, for example, a composite material used for a phase change recording film, such as Sb, Te, In, Sn, Se, or GeSbTe or AgInSbTe, can be considered. FIG. 5 shows the melting points of these materials. When these materials melt, the transmittance increases. Under appropriate conditions, the incident laser light melts some areas within the light spot and exposes the resist.
[0017]
The refractive index changes of these materials are all reversible. Although it is possible in principle to use a substance showing an irreversible change as the mask layer, in this case, after exposing a certain track, exposing the adjacent track, the transmittance of the previously exposed track becomes high. As a result, the track is exposed again, that is, cross-light occurs, so that it is impossible to reduce the track pitch.
[0018]
By combining the above-described method using the non-linear mask and the optical super-resolution technique, it is possible to further increase the data density. FIG. 1 shows an explanatory diagram. If the response threshold 12 of the resist is higher than the side lobe 15 as in (b), the side lobe does not contribute to the exposure, and the main spot 14 is smaller than the normal spot 11. The mark 16 formed is smaller than the mark 13 formed by the normal light spot 11. With this effect, a further increase in capacity can be achieved.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First form)
An embodiment of the present invention will be described. Here, a case where Au 2 O 3 is used as a resist will be described. An explanatory diagram of the process is shown in FIG. As shown in (a), Au is sputtered in an Ar gas containing oxygen on a glass substrate 62 to form an Au 2 O 3 film 61. Here, the thickness of Au 2 O 3 was about 20 nm. Next, as shown in (b), a laser beam is irradiated, and the heat generated thereby forms an Au mark array 63 in the Au 2 O 3 film.
[0020]
In the cutting device, in order to utilize the optical super-resolution effect, a central portion of a parallel light beam having a diameter of about 4 mm incident on the objective lens was shielded by a circle having a diameter of 2 mm. Cr was used for the light-shielding mask. At this time, the diameter of the main spot was 80% as compared with the case where no light was shielded, and the intensity ratio between the main spot and the lobe was about 5: 1 again. The wavelength of the light source of the cutting device is 260 nm, and the numerical aperture (NA) of the objective lens is 0.9.
[0021]
At the time of recording, a recording waveform composed of a train of laser pulses shorter than at least the mark length as used in phase change recording was used. The reason is that mark recording uses a phenomenon in which reactivity is developed depending on temperature, and therefore, it is necessary to improve the quality of recorded marks by controlling the temperature distribution in the Au 2 O 3 film at the time of recording. It is. FIG. 7 shows examples of recording waveforms of the 2 Tw mark and the 5 Tw mark. As shown, the nTw mark was recorded with n-1 laser pulses. The power levels P1, P2, and P3 of the laser pulse train were defined as shown in the figure. Regarding the pulse length, the length of the first pulse was defined as tfp, and the lengths of the P1 level and P2 level of the multi-pulse portion were defined as tp1 and tp2, respectively. Here, the length of Tw is 0.075 μm, the track pitch is 0.32 μm, tfp = tp1 = tp2 = Tw / 2, P1 = 4 mW, and P2 = P3 = 0.5 mW. Under these conditions, a recording capacity of about 25 GB can be achieved with a disc having a diameter of 120 mm. At the time of recording, the disk linear velocity was 3 m / s.
[0022]
The substrate after the processing of FIG. 6B was immersed in hydrochloric acid to dissolve Au 2 O 3 , leaving only the Au pattern as shown in FIG. 6C. This was subjected to a reactive ion etching (RIE) process using C 2 F 6 gas to etch the glass substrate 62. At this time, Au is also etched by RIE, but since the etching rate is much slower than the etching rate of the glass substrate, Au can be used as a mask to form a pattern as shown in FIG. By optimizing the RIE conditions, a pit having a desired depth can be produced. Here, a pit having a depth of 80 nm was formed. The substrate thus produced was used as a master for producing the substrate.
[0023]
An Ag alloy was sputtered onto a polycarbonate substrate prepared from the master of (d), and a disk having a 0.1 mm-thick polycarbonate sheet attached thereto was evaluated with a disk evaluation machine having a light source wavelength of 400 nm and an objective lens NA of 0.85. When reproduced at a linear velocity of 4.92 m / s, about 4.5% jitter was obtained.
[0024]
Further, by using the above-described method and the above-described cutting apparatus, recording was performed at a Tw length of 0.05 μm and a track pitch of 0.24 μm to prepare a substrate. This substrate was reproduced by the same disk evaluation machine as above, and the error rate was measured using PRML (Partial Response Most Likelihood) signal processing. The error rate was about 10 −6 without error correction processing, which was a practical level. Was confirmed. Under these conditions, a recording capacity of about 50 GB can be achieved with a disc having a diameter of 120 mm.
[0025]
Next, exposure was performed with a Tw length of 0.04 μm and a track pitch of 0.2 μm. This condition corresponds to a capacity of about 75 GB for a disc having a diameter of 120 mm. Exposure conditions are the same as those described above. When the fluctuation of the edge of the mark was measured by an atomic force microscope (AFM), the ratio of the standard deviation of the fluctuation to Tw (corresponding to the jitter) was about 7.2%.
[0026]
(2nd form)
Here, the process of dissolving Au 2 O 3 with hydrochloric acid in the first embodiment is omitted. Au and Au 2 O 3 are both etched by RIE using C 2 F 6 gas, but Au 2 O 3 has a higher etch rate. Therefore, the Au pattern remains while the entire Au 2 O 3 portion is etched to SiO 2 . Since the etch rate of SiO 2 is very large, the etching proceeds very quickly after Au 2 O 3 is completely etched. Therefore, if the thickness of Au 2 O 3 is appropriately set, a pit having an appropriate depth can be manufactured. This can reduce the process by one step, making mastering easier.
[0027]
Here, the thickness of Au 2 O 3 was 30 nm, and P1 was 7 mW. Other conditions are the same as those of the first embodiment. After the exposure, an RIE process was performed to produce pits having a depth of 80 nm. When the substrate exposed under the conditions corresponding to the capacity of 25 GB was measured under the same conditions as in the first embodiment, the jitter was about 4.9%.
[0028]
(Third form)
An example in which PtO 2 , Ag 2 O, and MoO 3 are used as a resist will be described. Each of the above materials was sputtered on a glass substrate. All film thicknesses were about 20 nm. P1 was 8.5 mW for PtO 2 , 3 mW for Ag 2 O, and 4.8 mW for MoO 3 . After the exposure, each sample was immersed in the liquid shown in FIG. 4 to leave a pattern of Pt, Ag, and MoO 3 respectively. Using the sample as a master, a disk substrate was produced. Other conditions were the same as those of the first embodiment. When the disc was reproduced under the same conditions as in the first embodiment, the jitter at the mark size of 25 GB capacity described in the first embodiment was 4.4% for PtO 2 , 4.9% for Ag 2 O, and MoO 3 Was 5.2%.
[0029]
(4th form)
An example using Al, Sn, Se, Te, Sb, Si, W, and Ru as a resist will be described. Each of the above materials was sputtered on a glass substrate. All film thicknesses were 20 nm. After the exposure, each sample was immersed in the liquid shown in FIG. 4 to form a pattern. Using the sample as a master, a disk substrate was produced. Except for the condition of the exposure power P1, it was the same as that of the first embodiment. The mark size was set so that the capacity of a 120 mm disk described in the first embodiment was 25 GB. The disc was reproduced under the same conditions as in the first embodiment. FIG. 8 shows the value of P1 for each material and the value of jitter obtained as a result of reproduction. It can be seen that practical jitter values were obtained for all the materials.
[0030]
(Fifth form)
The case where Sb, Te, In, Sn, Se, and Sb 7 Te 3 are used will be described. FIG. 9 is an explanatory diagram of a process when these materials are used. The state of the sample before exposure is (a). A resist 93 is applied on a glass substrate 94 by a spin coater, and a mask layer 92 and a protective film 91 are formed thereon by sputtering. Here, the resist 93 is a normal organic resist material that reacts by light absorption. The protective film 91 is necessary to prevent the mask layer 92 from being oxidized. This sample is exposed by a cutting device as shown in FIG. The laser beam spot scans in the direction of the arrow in FIG. Although the transmittance of the mask material 92 is substantially 0% at room temperature, a part of the mask layer is melted by the incidence of the laser beam, and a high transmittance region 95 is generated. Therefore, the resist 93 is exposed only at the position where the laser pulse is applied, and an exposure pattern 96 is formed. (C) After dissolving the protective film 91 and the mask layer 92 as shown in (d), the exposed resist is developed to obtain the concavo-convex pattern (e).
[0031]
The structure of the actually manufactured sample was glass substrate / resist (80 nm) / mask material (40 nm) / SiO 2 (40 nm). As in the first embodiment, the specifications of the cutting device were a wavelength of 260 nm and an NA of the objective lens of 0.9. The same recording waveform as that of the first embodiment was used. However, only the recording power P1 was optimized by the material. The mark size was the condition for the capacity of 25 GB described in the first embodiment. A disk substrate was manufactured using the sample of FIG. 9E as a master.
[0032]
FIG. 10 shows the P1 value of each material and the jitter value obtained by reproducing the disk substrate. Practical jitter values were obtained for all materials.
[0033]
【The invention's effect】
The optical super-resolution technique can be used for a drive or a cutting device, and high density of recorded data can be achieved.
[0034]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of reduction of a recording mark by a combination of optical super-resolution and a nonlinear resist or a nonlinear mask. (A) When a non-linear resist or non-linear mask is used, (b) When optical super-resolution is used in combination with (a).
FIG. 2 shows a light spot size and a recording mark size when a cutting device and an optical disk drive are used. (A) Cutting device, (b) Optical disk drive.
FIG. 3 is a recording mark when optical super-resolution is used in the related art. (A) Conventional technology, (b) A case where recording is performed on a conventional resist using optical super-resolution.
FIG. 4 shows a nonlinear resist material and its characteristics.
FIG. 5 shows a nonlinear mask material and its melting point.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a process when a non-linear resist is used.
FIG. 7 is a recording laser waveform according to the present invention.
FIG. 8 shows a laser recording power P1 for each nonlinear resist material and a jitter value when a recording mark is reproduced.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a process when a non-linear mask is used.
FIG. 10 shows a laser recording power P1 for each nonlinear resist material and a jitter value when a recording mark is reproduced.
[Explanation of symbols]
11: intensity distribution of a light spot in the prior art, 12: reaction threshold value of a non-linear resist or a non-linear mask, 13: recording mark when a non-linear resist or a non-linear mask is used in the prior art, 14: main spot in optical super-resolution, 15: side lobe in optical super-resolution, 16: recording mark when optical super-resolution and non-linear resist or non-linear mask are used,
21: Intensity distribution of light spot in cutting device, 22: Response threshold of conventional resist, 23: Light spot size of cutting device, 24: Mark recorded by cutting device, 25: Intensity distribution of light spot of optical disk drive, 26 : Response threshold of the recording film of the medium to be recorded by the optical disk drive; 27: optical spot size of the optical disk drive; 28: mark recorded by the optical disk drive;
31: intensity distribution of the light spot of the conventional cutting device, 32: reaction threshold value of the conventional resist, 33: mark recorded by the conventional cutting device, 34: light spot of the optical spot when the optical super-resolution is used for the cutting device Main spot, 35: side lobe in optical super-resolution, 36: response threshold of non-linear resist or non-linear mask, 37: mark recorded in main spot, 38: part recorded in side lobe,
61: nonlinear resist, 62: substrate, 63: exposed portion in nonlinear resist,
91: protective film, 92: non-linear mask layer, 93: resist, 94: substrate, 95: high transmittance region in the non-linear mask, 96: exposed portion in the resist.

Claims (1)

集光したレーザ光を入射することによって光ディスクの基板を作製する光ディスク基板作成方法において、該カッティング装置の対物レンズに入射する光の一部が遮光されており、かつ露光される試料が、
Au、Pt、Ag、Moの少なくとも一種類の酸化物の薄膜か、
或いは/及びAl、Sn、Se、Te、Sb、Si、W、Ruの少なくとも一種類の薄膜か、
或いは/及びSb、Te、In、Sn、Se或いは該材料の複合材料の薄膜
を有することを特徴とする、光ディスク基板作成方法。
In an optical disk substrate manufacturing method for manufacturing an optical disk substrate by making a focused laser beam incident, a part of the light incident on the objective lens of the cutting device is shielded, and the sample to be exposed is
A thin film of at least one kind of oxide of Au, Pt, Ag, and Mo;
Or / and at least one thin film of Al, Sn, Se, Te, Sb, Si, W, Ru
And / or a method for producing an optical disk substrate, comprising a thin film of Sb, Te, In, Sn, Se or a composite material of the above materials.
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