JP2007305247A

JP2007305247A - 光ディスク原盤作製方法

Info

Publication number: JP2007305247A
Application number: JP2006133851A
Authority: JP
Inventors: Kuniyuki Morita; 邦行森田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】光ディスク原盤作製方法において、レジストを現像する際にアルカリ溶液を用いることによって生じていた煩雑な作業や管理を簡便にすることを目的とする。
【解決手段】基板上にモリブデンの不完全酸化物を用いた無機レジスト層を形成してレジスト原盤を作成し、光源からの光束を対物レンズによって前記無機レジスト層に露光し、その後、無機レジスト層に対して純水を用いて現像する光ディスク原盤作製方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、無機材料からなるフォトレジストを用いて光ディスク用原盤を製造する方法に関する。

光ディスクはその可搬性や非接触性などの特長から、ユーザにとって身近な記録媒体の地位を築いており、近年映像や音楽の記録媒体としてＤＶＤの市場が成熟しつつある。しかしながら、映像や音楽の更なる高品質化に伴い、光ディスクに求められる記録容量は増加の一途を辿っており、記録密度を高める方法が盛んに研究開発されている。記録密度を高める方法としては、情報が記録されているＲＯＭピットや、記録時のトラッキングを導くガイド溝をより小さくする方法が一般的である。さらに、次世代ＤＶＤとして既に市販されているＢｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃでは、ピットおよびガイド溝のトラックピッチは０．３２μｍとされており、ＤＶＤの０．７４μｍと比較して大幅に小さくなっている。これらのピットやガイド溝に対応した原盤を作製するマスタリング工程においても、トラックピッチの縮小に併せた技術が開発されている。マスタリング工程においてはレーザ光によってフォトレジストを露光し、形成された潜像を現像することによってピットやガイド溝に対応した凹凸パターンを形成している。ピットやガイド溝の大きさは、集光されたレーザのスポット径とほぼ等しくなり、スポット径Ｗは用いられる露光光源の波長λと対物レンズの開口数ＮＡによって決まり、おおよそ
Ｗ＝λ／ＮＡ
で表される。対物レンズのＮＡは０．９〜０．９５程度でほぼ限界とされているため、光源の波長λを小さくすることで、トラックピッチの縮小に対応したマスタリングが行われている。例えば上述したＢｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃの場合、遠紫外線や電子線といった光源を用いてマスタリングが行われている。しかしながらこれらの光源を用いようとした場合、その装置のコストが莫大であるために、マスタリング工程の高コスト化が問題となっている。

一方でフォトレジストとして無機レジストを用いたマスタリング方法が開発されている。有機レジストの最小構造単位が高分子レベルのサイズであるのに対して、無機レジストの最小構造単位が原子レベルのサイズである。そのため、無機レジストを用いたマスタリング工程の方が、有機レジストを用いた場合よりも凹凸形状の輪郭がより明瞭になる。

またレーザの集光による熱を用いてパターン形成を行う方法であるため、熱記録の特性により上述したスポット径よりも小さなパターンが形成できる。

これらの効果によって、０．３２μｍピッチのパターンがλ＝４０５ｎｍという汎用の半導体レーザによって形成できる。この方法によってマスタリング工程の低コスト化が図れると期待されており、現在盛んに研究開発がなされている。

例えば特開２００３−３１５９８８号公報では、少なくともタングステンおよびモリブデンのどちらか一方を含む不完全酸化物をレジストとして用いている。これにより、安価な半導体レーザ等を露光光源に用いても、遠紫外線や電子線といった高価な光源を用いた場合と同等の微細なパターンを形成が可能となる。また光源だけでなく現像方法に関しても、従来の有機レジストの現像に用いられてきたアルカリ現像液を使用することで、更なる低コスト化を実現している。
特開２００３−３１５９８８号公報

従来では、現像にアルカリ溶液を用いているために、実際の工程として運用するためには濃度管理が不可欠である。これは濃度が変動してしまうと形成されるパターンが所望の形状とならないためであり、この管理のために作業が非常に煩雑になってしまう。また廃液処理としては廃液の中和等の処理が必要であり、また用いる装置もアルカリに耐性を持つものとする必要がある。これらの要素は工程の低コスト化を妨げるものである。

本発明の目的は、アルカリ溶液を用いることによって生じる煩雑な作業や管理を簡便にすることである。

上記目的を達成するために本発明は、以下を提供する。
基板上にモリブデンの不完全酸化物を有する無機レジスト層を形成してレジスト原盤を作成する工程と、
光源からの光束を対物レンズによって前記無機レジスト層に露光する工程と、
前記無機レジスト層に対して純水を用いて現像する工程とを有する光ディスク原盤作製方法。

本発明により、現像に純水を用いることができるので、煩雑な作業や管理を簡便にすることができる。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る光ディスク原盤の製造工程の概略図である。工程（１）において、十分に研磨および洗浄された平坦な基板１０１上に無機レジスト層１０２を形成し、無機レジスト原盤１０３を作製する。無機レジスト層１０２の材料としては、モリブデンの不完全酸化物を用いることが望ましい。

無機レジスト層の形成方法としては、スパッタリングを用いることが望ましい。

なお、不完全酸化物とは、それぞれの金属のとりうる化学量論組成よりも酸素がわずかに欠損した状態、すなわち化合物中の酸素含有量が化学量論組成よりもわずかに少ない状態の化合物のことを言う。

工程（２）において、工程（１）で作製した無機レジスト原盤に、露光用レーザ光１０４を対物レンズ１０５で集光する。そして、光束を走査することで所望のパターンを露光し、無機レジスト層内に露光部１０６の潜像を形成する。

工程（３）において、露光済み無機レジスト原盤を純水１０７によって現像し、露光部を溶解させ、凹凸パターンを有した光ディスク原盤１０８を得る。

図２は、図１（１）における無機レジスト原盤作製工程を実施するための成膜装置の概略図である。図示しないアームなどのハンドリング機構によって、基板１０１が基板保持工具２０１に設置される。基板の固定方法は真空吸着、機械的保持などを用いることができるが、原盤の材質、大きさ、重さなどの自由度を高めるため、真空吸着を用いることが望ましい。基板が基板保持工具に設置された後、下側チャンバー２０２に上側チャンバー２０３が嵌合する。このときどちらのチャンバーが移動しても構わないが、移動するチャンバーが図示しないアームなどのハンドリング機構の移動に干渉しないことが必要である。ハンドリング機構は一般的に装置下側に設けられることが多く、下側チャンバーが移動することはハンドリング機構の動作を複雑にしてしまう。したがって下側チャンバーは装置に固定され、上側チャンバーのみが移動することが望ましい。嵌合されたチャンバー内は排気口２０４から真空排気される。一定の真空度まで排気された後、アルゴン用ガスライン２０５からプラズマ発生用のアルゴンガスが導入される。また酸素用ガスライン２０６から反応性スパッタ用の酸素ガスが導入される。成膜する材料の組成を一定のものとすれば、成膜ターゲット２０７に所望の組成で焼成されたものを用い、酸素ガスを導入せずにアルゴンガスのみでプラズマを発生させ、レジスト層の成膜を行うことができる。アルゴンガスのみでのスパッタを行った方が、成膜されるレジスト層の特性が安定し量産などには有利であるが、レジスト層の特性を変更する際などは反応性スパッタの方が自由度は高い。スパッタリングの方法に関しては用いる目的に応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。ガスが導入された後、図示しない電極に電圧が印加され、放電が起こり、基板への成膜が開始される。成膜中は自転用モータ２０８の回転によって基板保持工具および基板が回転することで、成膜の偏りを防ぐことができ、均一な成膜が可能となる。

図３は、図１（２）における無機レジスト原盤への露光工程と図１（３）における現像工程を実施するための露光現像装置の概略図である。

露光現像装置３０１は、無機レジスト原盤を設置する精密回転ステージ３０２と、内部に光学系を有した光学ヘッド３０３で構成される。光学ヘッドは精密送り機構３０４によって図示しないガイドレールなどに沿って、レジスト原盤に対して径方向に移動する。精密回転ステージと精密送り機構によってらせん状あるいは同心円状のパターン露光が可能となる。精密回転ステージには原盤が設置されるが、その固定方法は真空吸着、機械的保持、磁力吸着などを用いることができるが、原盤の材質、大きさ、重さなどの自由度を高めるため、真空吸着を用いることが望ましい。精密回転ステージの回転動作は精密モータなどで行うことができる。精密送り機構にはエアスライダとリニアモータによるものや、機械的ネジによるものが挙げられるが、一定の送り精度を満足していればよく、特に限定されるものではない。光学ヘッド３０３内の光学系には、露光用レーザ３０５およびフォーカス用レーザ３０６が設けられている。それぞれのレーザの出射側にはコリメータレンズ３０７および３０８が設けられている。露光用レーザから出射した露光用レーザ光１０４は、コリメータレンズ３０７を透過した後、変調素子３０９に入射する。変調素子３０９は所定の信号フォーマット形式に従って露光を行うためにレーザの強度を変調するものである。変調素子としては、電気光学効果を用いたＥＯ素子や音響工学効果を用いたＡＯ素子などを用いることができるが、フォーマット形式や装置の構成に従って適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。また露光用レーザに半導体レーザを用いることで、光源で強度の直接変調を行うことができ、強度変調素子を設ける必要がないため、装置の小型化のためには半導体レーザ用いることが望ましい。またフォーマット形式に応じて露光用レーザ光の角度を変調する角度変調素子を設けても良い。変調素子によりフォーマット形式に従って変調されたレーザ光は対物レンズ１０５によってレジスト原盤１０３上に集光される。一方フォーカス用レーザ３０６から出射されたフォーカス用レーザ光３１０はコリメータレンズ３０８を透過した後、１／４波長板３１１によって円偏光に変換される。ダイクロイックミラー３１２によって露光用レーザ光と同じ光路に導入され、露光用レーザ光と同じように対物レンズ１０５によってレジスト原盤１０３上に集光される。レジスト原盤で反射されたフォーカス用レーザ光は、反射前とは逆回りの円偏光となり、再度ダイクロイックミラーによって反射され、１／４λ板を透過し、レーザ出射直後とは直交した直線偏光となる。そのためレーザ出射直後には透過した偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ）３１３によって反射され、フォーカス用光検出器３１４に入射する。フォーカス用光検出器３１４は検出部が複数個所に分割されており、各個所からの信号を演算することでレジスト原盤表面の凹凸に対応したフォーカスエラー信号を得ることができる。フォーカスエラー信号を得る方法としては、スキュー方式、非点収差方式、ナイフエッジ方式などを用いることができるが、所望の追従特性を有していればよく、特に限定されるものではない。フォーカスエラー信号は図示しない対物レンズアクチュエータにフィードバックされ、レジスト原盤への対物レンズの追従が行われる。精密回転ステージ３０２は精密モータ３１５によって回転される。現像工程を行うために、レジスト原盤１０３上に純水ノズル３１６が位置し、現像後の純水を回収するために排水口３１７を備えた純水受け皿３１８が設置される。図３では装置構成を簡略化するために、露光および現像工程を同一のステージ上で行う構成としているが、露光および現像工程が別々のステージで行われる構成としてもよく、特に限定されるものではない。

図４は、無機レジスト原盤作製工程、露光工程、現像工程を備えた光ディスク原盤作製装置の一例の図である。光ディスク原盤作製装置４０１に設けられた基板出入口４０２に平坦な基板１０１を設置する。基板を搬送搬送するハンドリングアーム４０３によって基板１０１が保持される。保持の方法は真空吸着、機械的保持、磁力吸着などを用いることができるが、原盤の材質、大きさ、重さなどの自由度を高めるため、真空吸着を用いることが望ましい。保持された基板が成膜チャンバー４０４内に搬送され、成膜チャンバー内の図示しない基板保持工具に設置される。その後無機レジスト層が形成され、無機レジスト原盤が作製される。成膜が行われている間、ハンドリングアームは成膜チャンバー外に一時退避しても、成膜に影響しなければ成膜チャンバー内にとどまってもよい。無機レジスト原盤は再度ハンドリングアームによって保持され、続いて露光現像用の精密回転ステージ３０２に設置される。無機レジスト原盤上に光学ヘッド３０３が移動され、光学ヘッド内に設置された図示しない露光用レーザを光源として、精密回転ステージの回転と光学ヘッドの径方向への移動によってらせん状あるいは同心円状に露光がなされる。レジスト原盤への露光後、純水ノズル３１６から純水が供給され、現像が行われる。現像後、エアブローノズル４０５から圧縮空気が噴出され、原盤上に残った純水が乾燥され、光ディスク原盤が完成する。完成した光ディスク原盤は再度ハンドリングアームによって基板出入口へ搬送され、装置外へ取り出される。

なお、不完全酸化物からなる無機レジスト層中に、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ａｇなどの添加物を、露光感度や現像耐性を工程に併せて任意に調整するために、純水での現像に悪影響を与えない範囲で添加することは可能である。

上記実施の形態を実施例に基づいて更に詳細に説明する。
成膜ターゲットとして純モリブデンを用い、アルゴンおよび酸素ガスをチャンバー内に導入し、反応性スパッタによって不完全酸化モリブデン膜を成膜した。成膜条件としては、アルゴンと酸素を流量比０．８２０：０．１８０で導入し、投入電力を３００Ｗとし、成膜時間は１５８０ｓｅｃとした。成膜後の不完全酸化モリブデン膜の膜厚は３００ｎｍであった。

作製した無機レジスト原盤に露光を行った。本実施例では露光用レーザは波長が４０５ｎｍの半導体レーザ、対物レンズはＮＡを０．９とした。露光条件としては、線速が２．５ｍ／ｓとなるように回転数を制御し、露光用レーザのパワーは原盤面上で６００ｍＷとした。

露光後の無機レジスト原盤を純水で現像し、光ディスク原盤を作製した。本実施例では現像時のレジスト原盤の回転数を１００ｒｐｍとし、現像時間は３０ｓｅｃとした。

図５に作製した光ディスク原盤の断面をＡＦＭ（デジタルインスツルメンツ社製Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ−ＩＩＩ）で観察した結果を示す。この光ディスク原盤を用いて光ディスクを作製し、信号評価を行ったが、動作に支障なく記録再生を行うことができた。

一般的に、多層光ディスクを作製する場合、記録膜や反射膜が樹脂硬化のための紫外線を反射あるいは吸収してしまうため、紫外線の波長領域において透明なスタンパを用いることが必要となることが知られている。本実施例において作製した光ディスク原盤は波長３６５ｎｍにおいて、透過率５０％を有しているため、原盤側から紫外線を照射しても問題なく紫外線硬化樹脂を硬化させることができ、原盤自体を透明スタンパとして用いることも可能である。そうすることで、電鋳によってスタンパを作製する工程を省くことができ、光ディスクの作製工程において大幅なコストの削減を実現することができる。

なお、Ｘ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）によって成膜した無機レジストの酸素含有量の測定を行ったところ、Ｍｏの不完全酸化物の組成比Ｍｏ_１−ｘＯ_ｘにおけるｘの値は０．６８５であることが分かった。

実施例１の成膜条件において、アルゴンと酸素の流量比を０．８０６：０．１９４として、光ディスク原盤の作製を行った。この光ディスク原盤を用いて光ディスクを作製し、信号評価を行ったが、動作に支障なく記録再生を行うことができた。

なお実施例１と同様に成膜した無機レジストの酸素含有量を測定したところ、モリブデンの不完全酸化物の組成比Ｍｏ_１−ｘＯ_ｘにおけるｘの値は０．７００であることが分かった。

実施例１の成膜条件において、アルゴンと酸素の流量比を０．７９４：０．２０６として、光ディスク原盤の作製を行った。この光ディスク原盤を用いて光ディスクを作製し、信号評価を行ったが、動作に支障なく記録再生を行うことができた。

なお実施例１と同様に成膜した無機レジストの酸素含有量を測定したところ、モリブデンの不完全酸化物の組成比Ｍｏ_１−ｘＯ_ｘにおけるｘの値は０．７２５であることが分かった。

実施例１の成膜条件において、アルゴンと酸素の流量比を０．７８１：０．２１９として、光ディスク原盤の作製を行った。この光ディスク原盤を用いて光ディスクを作製し、信号評価を行ったが、動作に支障なく記録再生を行うことができた。

なお実施例１と同様に成膜した無機レジストの酸素含有量を測定したところ、モリブデンの不完全酸化物の組成比Ｍｏ_１−ｘＯ_ｘにおけるｘの値は０．７４０であることが分かった。

本発明に係る無機レジストを用いた光ディスク原盤作製工程の概略図本発明に係る無機レジストを用いた光ディスク原盤作製方法における、無機レジスト原盤作製工程を行うための成膜装置の概略図本発明に係る無機レジストを用いた光ディスク原盤作製方法における、無機レジスト原盤露光および現像工程を行うための露光現像装置の概略図本発明に係る無機レジストを用いた光ディスク原盤作製方法における、無機レジスト原盤作製工程、露光工程、現像工程を備えた装置の概略図本発明の実施例１に従って作製した光ディスク原盤のＡＦＭ断面図

符号の説明

１０１基板
１０２無機レジスト層
１０３レジスト原盤
１０４露光用レーザ光
１０５対物レンズ
１０６露光部の潜像
１０７純水
３０１露光現像装置
３０３光学ヘッド
３０５露光用レーザ
４０１光ディスク原盤作製装置
４０２基板出入口

Claims

基板上にモリブデンの不完全酸化物を有する無機レジスト層を形成する工程と、
光源からの光束を対物レンズによって前記無機レジスト層に露光する工程と、
前記無機レジスト層に対して純水を用いて現像する工程とを有することを特徴とする光ディスク原盤作製方法。