JP2009146515A - 記憶媒体製造方法、情報記憶原盤製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凹凸パターンの形成により情報が記憶された情報記憶媒体として、溝の深さ方向における情報記録ができるようにする。
【解決手段】原盤のレジスト材として、レーザ光照射に伴う熱反応により感光する無機レジスト、好ましくは遷移金属の不完全酸化物を用いる。この原盤に対し、入力情報に基づいてパワーを少なくとも３段階以上に変化させてレーザ光照射を行って、上記無機レジストにおける熱反応部分の深さに差を与えることで、情報の記録を行う。この原盤を現像することで、入力情報が複数段の溝によって記録された原盤を生成することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、凹凸パターンの形成により情報が記憶された情報記憶媒体を製造するための記憶媒体製造方法、及び上記情報記憶媒体を製造するにあたって露光による情報記録が行われた情報記憶原盤を製造するための情報記憶原盤製造装置に関する。

特開平８−２２７５３８号公報

凹凸パターンの形成によって情報が記憶される情報記憶媒体として、光ディスク記録媒体が知られている。現状において、例えばＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ（Blu-ray Disc）など一般的な光ディスク記録媒体では、ピット／ランドの組み合わせによって情報が記憶される。すなわち、ピットとしての溝の有無によって情報が記憶されている。

ここで、従来より、光ディスク記録媒体に形成する溝の深さに差を与えて情報を記憶させるといった試みがなされている。つまり、このように深さ方向にも情報が記憶できるようにすることで、従来のピット／ランドによる溝の有無による情報記憶を行う場合よりも記憶容量の拡大を図ろうとするものである。

このような試みとして、例えば上記特許文献１には、それぞれ感度の異なるフォトレジスト層を複数層形成した原盤を用い、該原盤に対して、形成すべき溝の深さに応じたパワーのレーザ光照射を行うことで、溝の深さを制御する構成が開示されている。例えば、表層側のフォトレジスト層とその下層のフォトレジスト層とについて、下層側のフォトレジスト層により感度の低い材料を選定しておくものとし、深さ０（つまりランド）のときはパワー０、深さ１の溝を形成する場合には上記パワー０より大となるパワー１、深さ２の溝を形成する場合には上記パワー１より大となるパワー２によるレーザ光照射を行う。これにより、パワー０のレーザ光照射に応じては双方のフォトレジスト層が感光せず、パワー１のレーザ光照射に応じては表層側のフォトレジスト層のみが感光し、パワー２によるレーザ光照射に応じては双方のフォトレジスト層が感光するようにして記録を行うことができる。つまりこの結果、形成する溝の深さを制御することができる。

また、一方で、凹凸パターンの形成によって情報が記憶される情報記憶媒体としては、ホログラム記憶媒体を挙げることができる。すなわち、溝深さの差による光路長差によって、回折格子としてのホログラムが形成（記憶）される媒体である。
このようなホログラム記憶媒体として、例えば画像としてのホログラムを記憶させる場合には、曲線の滑らかさ等、画像のディテールを再現するために、より細かい階調表現が要求される。具体的には、少なくとも１６階調程度に深さ方向の変調が可能であればよいとされている。

ホログラムを記憶した記憶媒体を製造する従来手法としては、次の図８に示されるように、レジスト成膜→露光(現像)→ドライエッチングによる工程を複数セット繰り返す手法がある。
図８（ａ）に示されるように、この場合は先ず基板上にレジスト層を成膜し、該レジストにマスクをした上で露光（現像）を行う。その後、図８（ｂ）に示すようにしてドライエッチングを行って１層目における溝を形成する。この手法において、１層目は最深層となるものであり、よって該１層目では、最深の溝が形成される部分についてのみ露光が行われるものとなる。
さらに、図８（ｃ）のように２層目のレジスト層を重ね付けし、マスクをした上で露光を行う。その後、図８（ｄ）のようにエッチングを行う。このような工程を繰り返すことで多段階の溝を形成することができる。

また、従来においては、複数段の溝を形成するにあたり、電子ビームの加速電圧を変化させるようにしたものがある。
図９は、この手法の概要を示している。
この手法では、図９（ａ）に示されるようにしてシリコン（Ｓｉ）基板上にＳＯＧ（Spin On Glass）レジスト膜を成膜した原盤を用いるものとされる。そして、このようなＳＯＧ原盤に対し、加速電圧を変化させて露光を行い（図９（ｂ））、露光後の原盤に対し現像を行う（図９（ｃ））。この場合の現像は、フッ酸緩衝溶液を用いて行われる。
この手法において、電子ビームは、加速電圧の変化に応じてＳＯＧへの侵入深さが変化する。よって、現像後の原盤上には、露光時の加速電圧の変化に応じた複数段の溝が形成されることになる。
なお、この図９に示す手法の詳細については、例えば下記の参考文献を参照されたい。

参考文献・・・MATERIAL STAGE Vol6,No.8 2006：谷口 淳「ナノインプリントを用いたホログラム作成技術の概要と今後の展望」

上記のようにして、従来においては溝深さを複数階に形成する種々の技術が提案されているが、何れの手法も、それぞれ下記のような問題点を有する。
例えば、特許文献１に記載の従来技術では、それぞれ感度の異なるレジストを多数積層して成膜する必要があるが、スパッタ成膜により、多段階に成膜条件を変えるのはプロセス的に非常に困難であり、数層程度を得るのが限度である。
また、たとえ成膜が可能となったとしても、積層する膜の感度差を極端に変えることは非常に困難である。
何れにしても特許文献１に記載の手法では、レジスト層を複数層成膜しなければならず、その分、工程数の増加を招くものとなってしまう。

また、図８に示した手法の問題点としては、加工された基盤上にレジスト成膜して重ね合わせの露光をする際に、少しでもマスクの位置がずれていると次のエッチングの際に必要のない部分が加工されたり、或いは逆に余分な部分が残されたりして形状の誤差が出やすくなってしまう。すなわち、寸法精度に欠く。
また、この手法は工程数が多くなるため、製造装置のイニシャルコスト、及び装置製造のランニングコスト・人件費が嵩むものとなる。また、多工程より、製造に要する装置稼動時間も長時間化し、環境負荷が大きくなってしまうという問題もある。

また、図９に示した手法は、加速電圧を変化させるものであるため、例えば走査型電子顕微鏡などのようにビーム照射の対象物を真空環境下に置かなければならないという大きな制約がある。このように真空環境下に限定されるため、原盤のサイズが真空チャンバー内に入るサイズに制限されてしまうなどの問題が生じる。
また、図９の手法の問題点としては、原盤の製造にあたって、ＳＯＧ膜としての液を塗布後３００℃の高温で焼き固めなければならない点、また、露光部の現像液にフッ酸緩衝溶液という危険な薬品を用いなければならない点を挙げることができる。
フッ化水素酸は、人体の健康や環境への負荷が大きいものとされ、その使用は多くの適用法令によって厳しく規制される。なお適用法令としては、毒劇法（毒物）、特化則、水濁法、大気汚染防止法、下水道法、化学物質管理促進法（PRTR法）を挙げることができる。
また、ＳＯＧ膜は、主成分が二酸化ケイ素(ＳｉＯ₂)であるため、金属製の原盤を作製する際には、導電膜を形成しなければならない。すなわち、この点で余分な工程を要する。

本発明では以上のような問題点に鑑み、凹凸パターンにより情報が記憶された情報記憶媒体を製造するための記憶媒体製造方法として以下のようにすることとした。
つまり、レーザ光照射に伴う熱反応により感光する無機レジスト層を基板の上層に成膜して無機レジスト原盤を生成する無機レジスト原盤生成工程を備える。
また、上記情報記憶媒体に記憶させるべき情報を入力すると共に、該入力情報に基づいて上記無機レジスト原盤に対して照射するレーザ光のパワーを少なくとも３段階以上に変化させ、上記無機レジスト層における熱反応部分の深さに差を与えることで、上記無機レジスト原盤に対する記録を行う記録工程を備える。
また、上記記録工程により記録を行った上記無機レジスト原盤を現像して、上記無機レジスト層に凹凸パターンが形成された情報記憶原盤を生成する情報記憶原盤生成工程を備える。
また、上記情報記憶原盤に基づき、上記無機レジスト層に形成された凹凸パターンを転写したスタンパを生成するスタンパ生成工程を備える。
また、上記スタンパ生成工程により生成した上記スタンパを用いて上記情報記憶媒体を生成する記憶媒体生成工程を備えるものである。

上記のようにして本発明では、記憶媒体に記憶させるべき情報に応じて少なくとも３段階以上にパワーを変調したレーザ光を照射することで、無機レジスト原盤に対する記録を行うものとしている。これにより、現像後に得られる情報記憶原盤には、深さ方向に複数段階の段差が与えられた凹凸パターンを形成することができる。

上記本発明によれば、レジスト層を多層とすることなく、深さの異なる溝を形成することができる。これによれば、従来のように膜付けやエッチングを繰り返したり感度の異なる複数のレジスト層を成膜するなどといった手法を採る必要はなくなり、製造装置のイニシャルコスト、ランニングコスト、人件費を抑えることができる。また、装置稼動時間についても短縮化でき、環境負荷の軽減を図ることもできる。

また、本発明によれば、深さ複数段の凹凸パターンの形成を露光工程としての一工程で行うことができるため、マスク位置のずれによる寸法精度の悪化は生じず、従来よりも高精度な記録を行うことができる。

また、露光を行う際には真空状態などの特殊な環境を必要とせず、通常の大気環境下で行うことができる。よって、従来の加速電圧を変化させる手法のように、基板サイズの制約を受けるといったことがなく、大面積の記憶媒体の製造も可能となる。

また、本発明によれば、無機レジスト膜や現像液として人体や環境への危険性の高い材料を用いる必要がないというメリットもある。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明していく。

［１．ディスク製造工程］
［２．原盤製造装置の構成］
［３．原盤記録部の構成］
［４．変調処理例］
［５．変形例］

［１．ディスク製造工程］

先ず、図１の模式図を参照して、情報記憶媒体の製造工程について説明する。
ここで、本明細書において、情報記憶媒体とは、凹凸パターンにより情報が記憶された記憶媒体を指す。
本実施の形態において、情報記憶媒体を製造する工程としては、原盤製造工程・記録工程（露光工程）・現像工程・金型（スタンパ）作製工程・記憶媒体生成工程に大別することができる。
なお、実施の形態において、情報記憶媒体はディスク状であるものとする。また、以下の説明では、このようなディスク状の情報記憶媒体として、例えば音楽コンテンツや映像コンテンツなど所定のデータが記憶され、記憶されたデータが光の照射によって読み出される光ディスクを製造する場合を例に挙げる。

図１（ａ）は、ディスク原盤を構成する原盤形成基板１００を示している。先ず、この原盤形成基板１００の上に、スパッタリング法により無機系のレジスト材料からなる無機レジスト層１０１を均一に成膜する（レジスト層形成工程、図１（ｂ））。これによって、先ずは無機レジスト原盤１０２を生成する。

ここで、本例では、ディスク原盤を製造するマスタリング工程として、無機系のレジスト材料を用いたＰＴＭ(Phase Transition Mastering)方式のマスタリングを行うが、この場合、レジスト層１０１に提供される材料としては、遷移金属の不完全酸化物が用いられ、具体的な遷移金属としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ａｇ等が挙げられる。
なお、無機レジスト層１０１の露光感度の改善のために基板１００とレジスト層１０１との間に所定の中間層９９を形成しても良く、図１（ｂ）ではその状態を示している。何れにしても、レジスト層１０１としては、露光時のレーザ光照射に応じて感光できるように、基板１００の上層において外部に表出するようにして成膜されればよい。
また、この場合、上記原盤形成基板１００としては、Ｓｉウエハ基板を用い、上記レジスト層１０１の成膜は、スパッタリングにより行う。この場合、成膜方法としてはＤＣ又はＲＦスパッタを用いる。

ここで、レジスト層１０１の膜厚は任意に設定可能であるが、１０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内が好ましいものとなる。実施の形態では、後述するようにレジスト層１０１に複数段階の深さによる溝を形成することから、レジスト層１０１の膜厚は形成する溝の段数に応じ、上記範囲内で適宜最適とされる厚さが設定されればよい。

次に、レジスト層１０１に信号パターンに対応した選択的な露光を施し感光させる（レジスト層露光工程、図１（ｃ））。
なお、この露光工程は、後述する原盤製造装置（情報記憶原盤製造装置１）を利用して行われるものとなるが、本例の原盤製造装置１が行う露光（記録）動作については後述する。

そして、レジスト層１０１を現像することによって所定の凹凸パターンが形成されたディスク原盤１０３（情報記憶原盤）を生成する（レジスト層現像工程、図１（ｄ））。このレジスト層現像工程において、具体的な現像手法としては、浸漬によるディッピング法、或いは、スピナーにて回転させた原盤１０２に薬液を塗布するなどの手法を挙げることができる。
現像液については、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）等の有機アルカリ現像液、ＫＯＨ,ＮａＯＨ、燐酸系等の無機アルカリ現像液などを用いる。

続いて、上記のように生成したディスク原盤１０３を水洗い後、電鋳槽にてメタル原盤を作製する（電鋳工程、図１（ｅ））。そしてこの電鋳後、ディスク原盤１０３とメタル原盤とを剥離することで、ディスク原盤１０３の凹凸パターンが転写された成型用のスタンパ１０４を得る（図１（ｆ））。この場合、上記メタル原盤（スタンパ１０４）の材料としてはＮｉを用いる。

ここで、図１（ｅ）の電鋳工程を行う前に、ディスク原盤１０３の表面の離形処理を行って離型性を改善することも可能であり、必要に応じて行う。
離型性の改善は、ディスク原盤１０３に対して例えば以下に示す何れかの処理を施すことで行う。
１) 40〜60℃に加温したアルカリ液に数分浸漬する。
２) 40〜60℃に加温した電解アルカリ液に数分浸漬したまま電解酸化させる。
３) ＲＩＥなどを用いて酸化膜を形成する。
４) 成膜装置を用いて金属酸化膜を成膜する。
或いは、離型性の改善は、予め無機レジスト材料として、メタル原盤に対してより離型しやすい酸素組成比率を持つ組成の材料を選定することでも実現できる。

なお、スタンパ１０４を作製後、ディスク原盤１０３は水洗・乾燥状態で保管しておき、必要に応じて所望枚数のスタンパ１０４を繰り返し作製する。

続いて、上記スタンパ１０４を用いて、射出成型法によって熱可塑性樹脂であるポリカーボネートからなる樹脂製ディスク基板１０５を成形する（図１（ｇ））。
その後、スタンパ１０４を剥離し（図１（ｈ））、樹脂製ディスク基板１０５の凹凸面にＡｇ合金などの反射膜１０６（図１（ｉ））と、膜厚０．１ｍｍ程度の保護膜１０７とを成膜することにより、光ディスクを生成する（図１（ｊ））。すなわちこれにより、凹凸パターンにより情報が記憶された情報記憶媒体が得られる。

ここで、上述もしたように無機レジスト原盤１０２に用いられるレジスト層１０１の材料としては、遷移金属の不完全酸化物を用いるものとしている。
本明細書において、「遷移金属の不完全酸化物」とは、遷移金属のとりうる価数に応じた化学量論組成より酸素含有量が少ない方向にずれた化合物のこと、すなわち遷移金属の不完全酸化物における酸素の含有量が、上記遷移金属のとりうる価数に応じた化学量論組成の酸素含有量より小さい化合物のことと定義する。
例えば、遷移金属の酸化物として化学式ＭｏＯ₃を例に挙げて説明する。化学式ＭｏＯ₃の酸化状態を組成状態を組成割合Ｍｏ_1-xＯ_xに換算すると、ｘ＝０．７５の場合が完全酸化物であるのに対して、０＜ｘ＜０．７５で表される場合に化学量論組成より酸素含有量が不足した不完全酸化物であるといえる。
また、遷移金属では１つの元素が価数の異なる酸化物を形成可能なものがあるが、この場合には、遷移金属のとりうる価数に応じた化学量論組成より実際の酸素含有量が不足している場合とする。例えばＭｏは、先に述べた３価の酸化物（ＭｏＯ₃）が最も安定であるが、その他に１価の酸化物（ＭｏＯ）も存在する。この場合には組成割合Ｍｏ_1-xＯ_xに換算すると、０＜ｘ＜０．５の範囲内であるとき化学量論組成より酸素含有量が不足した不完全酸化物であるといえる。なお、遷移金属酸化物の価数は、市販の分析装置で分析可能である。

このような遷移金属の不完全酸化物は、紫外線又は可視光に対して吸収を示し、紫外線又は可視光を照射されることでその化学的性質が変化する。この結果、無機レジストでありながら現像工程において露光部と未露光部とでエッチング速度に差が生じる、いわゆる選択比が得られる。また、遷移金属の不完全酸化物からなるレジスト材料は、膜材料の微粒子サイズが小さいために未露光部と露光部との境界部のパターンが明瞭なものとなり、分解能を高めることができる。

ところで、遷移金属の不完全酸化物は、酸化の度合いによってそのレジスト材料としての特性が変化するので、適宜最適な酸化の度合いを選択する。例えば、遷移金属の完全酸化物の化学量論組成より大幅に酸素含有量が少ない不完全酸化物では、露光工程で大きな照射パワーを要したり、現像処理に長時間を有したりする等の不都合を伴う。このため、遷移金属の完全酸化物の化学量論組成より僅かに酸素含有量が少ない不完全酸化物であることが好ましい。
上述のようにレジスト材料を構成する具体的な遷移金属としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ａｇ等が挙げられる。この中でも、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｂを用いることが好ましく、紫外線又は可視光により大きな化学的変化を得られるといった見地から特にＭｏ、Ｗを用いることが好ましい。

また、上記により説明した光ディスク製造工程において、本例では、マスタリング工程にＰＴＭ方式を用いるものとしているが、このＰＴＭ方式について、以下で簡単に説明しておく。
例えば、ＰＴＭ方式を用いない従来において、ＣＤ（Compact Disc）方式やＤＶＤ(Digital Versatile Disc)方式などのディスクを製造する際には、まずフォトレジスト（有機レジスト）を塗布した原盤を用意し、マスタリング装置（原盤製造装置）によって原盤上にガスレーザ等の光源からレーザを照射し、ピットに応じた露光パターンを形成するものとされている。この場合、連続発振レーザであるレーザ光源からのレーザ光を、例えばＡＯＭ（Acousto-Optical Modulator）で光強度変調し、強度変調されたレーザ光を光学系によって原盤に導き、露光する。すなわち、ＡＯＭにはピット変調信号である例えばＮＲＺ(Non Return to Zero)変調信号を与え、このＡＯＭによってレーザ光がピットパターンに対応した強度変調を受けることで、原盤上ではピット部分のみが露光されていく。
この場合、フォトレジストの露光はいわゆる光記録であるため、レーザにより露光された部分がそのままピットとなる。つまり、レーザスポット径がそのままピット幅を左右するものとなる。

一方、ＰＴＭ方式では、無機レジストを塗布した原盤に対して、半導体レーザからのレーザ光を照射することで、熱記録としての露光が行われる。つまり、レーザ光の照射に伴い熱が与えられることで、無機レジストの特性が変化し（つまり化学的性質が変化し）、記録マークが形成されるものである。
このＰＴＭ方式では、原盤のレジスト材料として上述した遷移金属の不完全酸化物を用いる。上述もしたように、この遷移金属の不完全酸化物は、紫外光や可視光に対する吸収を示すものとなる。この点で、露光源として例えば電子ビームやイオンビームなどの特殊な光源を用いる必要がなく、例えば従来の光ディスク装置で用いられているレーザダイオードを流用することが可能である。
また、遷移金属の不完全酸化物は、熱の集中する部分で顕著な化学的性質変化を示すものとなり、形成される溝の幅は、レーザスポット径に直接的に左右されるものとはならない。つまり、この点でＰＴＭ方式は、従来手法とする場合よりも微細な溝形成を行うことができる。

［２．原盤製造装置の構成］

ＰＴＭ方式でマスタリングを行う本例の情報記憶原盤製造装置１の構成例を図２に示す。この情報記憶原盤製造装置１は、先の図１（ｃ）（ｄ）のマスタリング工程において、無機レジスト層１０１を形成した無機レジスト原盤１０２に対し、レーザ光照射による熱記録動作により記録マークの形成を行う。

図２において、情報記憶原盤製造装置１は、無機レジスト原盤生成部１Ａ、原盤記録部１Ｂ、及び現像部１Ｃを備える。
先ず、無機レジスト原盤生成部１Ａは、先の図１（ｂ）に示したレジスト層形成工程により無機レジスト原盤１０２を生成する。
この無機レジスト原盤生成部１Ａには、外部より原盤形成基板１００としてのＳｉウエハが装填され、該Ｓｉウエハに対し、レジスト層１０１の材料としての遷移金属の不完全酸化物を例えばスパッタリングにより成膜する。
なお、先に述べた中間層９９を形成するとした場合には、上記Ｓｉウエハに対し中間層９９としての材料を成膜後、その上層にレジスト層１０１を成膜する。

無機レジスト原盤生成部１Ａにより生成された無機レジスト原盤１０２は、原盤記録部１Ｂに移動される。なお、図示は省略したが無機レジスト原盤生成部１Ａから原盤記録部１Ｂへの原盤の受け渡しは、情報記憶媒体生成装置１内に設けられたハンドリングロボットにより行われる。また、後述するようにして原盤記録部１Ｂにて記録（露光）が行われた原盤１０２の現像部１Ｃへの受け渡しもハンドリングロボットにより行われる。

原盤記録部１Ｂは、入力データに基づき、レーザビームを無機レジスト原盤１０２に対して照射することにより記録（無機レジスト層１０１の露光）を行う。原盤１０２上にレーザビームが照射されることにより、その熱により原盤表面に成膜された無機レジスト層１０１の特性が変化し、記録マークが形成される。
なお、この原盤記録部１Ｂの内部構成、及び本実施の形態としての記録（露光）動作については後述する。

現像部１Ｃは、上記原盤記録部１Ｂによる記録が行われた無機レジスト原盤１０２に対し、先の図１（ｄ）で述べたような現像処理を行うことで、情報記憶媒体としてのディスク原盤１０３を生成する。具体的には、上記無機レジスト原盤１０２を現像液に浸漬した後、これを洗浄してディスク原盤１０３を生成する。
この現像処理により、露光された記録マーク部分に凹状の溝部が形成されることになる。

[３．原盤記録部の構成]

図３は、図２に示した原盤記録部１Ｂの内部構成例を示している。
図３において、原盤記録部１Ｂには、ピックアップヘッド１０として、一点鎖線部で示す構成を備える。ピックアップヘッド１０内において、半導体レーザとしてのレーザ光源１１は、例えば波長４０５ｎｍの青紫レーザ光を出力するものとされる。
レーザ光源１１から出射したレーザ光は、コリメータレンズ１２で平行光とされた後、アナモルフィックプリズム１３でスポット形状が例えば円形に変形され、偏光ビームスプリッタ１４に導かれる。
そして偏光ビームスプリッタ１４を透過した偏光成分は、λ／４波長板１４，ビームエキスパンダ１６を介して対物レンズ２６に導かれ、この対物レンズ２６で集光されて無機レジスト原盤１０２（無機レジスト層１０１が形成された原盤形成基板１００）上に照射される。

上記のように対物レンズ２６を介してディスク原盤１０２に照射される波長４０５ｎｍのレーザ光源１１からのレーザ光は、無機レジスト原盤１０２における無機レジスト層１０１上で焦点を結ぶことになる。無機レジスト層１０１は４０５ｎｍのレーザビームを吸収することで、照射部の特に中心付近の高温に加熱された部分が多結晶化する。
この作用により、溝部による露光パターンが無機レジスト層１０１上に形成されていく。

偏光ビームスプリッタ１４において反射された偏光成分は、モニタディテクタ１７（レーザパワーモニタ用のフォトディテクタ）に照射される。モニタディテクタ１７は、受光した光量レベル（光強度）に応じた光強度モニタ信号ＳMを出力する。

一方、無機レジスト原盤１０２に照射されたレーザ光の戻り光は、対物レンズ２６、ビームエキスパンダ１６、λ／４波長板１４を通過して偏光ビームスプリッタ１４に達する。この場合、λ／４波長板１４を往路と復路で２回通過していることで偏光面が９０°回転されており、偏光ビームスプリッタ１４で反射されることになる。偏光ビームスプリッタ１４で反射された戻り光は集光レンズ１８、シリンドリカルレンズ１９を介してフォトディテクタ２０の受光面に受光される。
フォトディテクタ２０の受光面は、例えば４分割受光面を備え、非点収差によるフォーカスエラー信号を得ることができるようにされている。
フォトディテクタ２０の各受光面では、受光光量に応じた電流信号を出力して反射光演算回路２１に供給する。
反射光演算回路２１は、４分割の各受光面からの電流信号を電圧信号に変換すると共に、非点収差法としての演算処理を行ってフォーカスエラー信号ＦＥを生成し、該フォーカスエラー信号ＦＥをフォーカス制御回路２２に供給する。
フォーカス制御回路２２は、フォーカスエラー信号ＦＥに基づいて、対物レンズ２６をフォーカス方向に移動可能に保持しているアクチュエータ２９のサーボ駆動信号ＦＳを生成する。そしてアクチュエータ２９がサーボ駆動信号ＦＳに基づいて、対物レンズ２６を無機レジスト原盤１０２に対して接離する方向に駆動することで、フォーカスサーボが実行される。

無機レジスト原盤１０２は、スピンドルモータ８によって回転駆動される。スピンドルモータ８は、スピンドルサーボ／ドライバ５によって回転速度が制御されながら回転駆動される。これによって無機レジスト原盤１０２は例えば一定線速度で回転される。
スライダ７は、スライドドライバ６によって駆動され、無機レジスト原盤１０２が積載された、スピンドル機構を含む基台全体を移動させる。すなわち、スピンドルモータ８で回転されている状態の無機レジスト原盤１０２は、スライダ７で半径方向に移動されながら上記光学系によって露光されていくことで、無機レジスト層１０１に形成される溝部（ピット列：トラック）がスパイラル状に形成されていくことになる。
スライダ７による移動位置、すなわち無機レジスト原盤１０２の露光位置（ディスク半径位置：スライダ半径位置）はセンサ９によって検出される。センサ９による位置検出情報ＳＳはコントローラ２に供給される。

コントローラ２は、原盤記録部１Ｂの全体制御を行う。例えば、スピンドルサーボ／ドライバ５によるスピンドル回転動作制御、スライドドライバ６によるスライダ７の移動動作の制御等を行うことで、無機レジスト原盤１０２上での記録位置の制御を行う。また、次に説明する変調部３に対する記録開始指示なども行う。

変調部３は、上記コントローラ２からの指示に基づき、入力されるデータに応じて振幅を３段階以上に変化させた記録駆動信号を生成するための変調処理を行う。
ここで、この変調部３による入力データに応じた上記変調処理は、無機レジスト原盤１０２に対してどのような情報を記録するかによって異なるものとなる。この変調処理の具体例については後に改めて説明する。

レーザドライバ４は、上記変調部３によって生成された記録駆動信号を入力し、先に説明したピックアップヘッド１０内のレーザ光源１１を駆動する。レーザドライバ４は、上記記録駆動信号に応じた発光駆動電流をレーザ光源１１に印加する。これによって、レーザ光源１１では、入力データに応じてその振幅が多段階（つまり３段階以上）に変化された信号に応じた発光強度でのレーザ発光が行われることになる。
なお、レーザドライバ４に対しては、モニタディテクタ１７からの光強度モニタ信号ＳMも供給される。レーザドライバ４は、この光強度モニタ信号ＳMと基準値とを比較した結果に基づくレーザ発光制御も併せて行うことができる。

上記により説明した本実施の形態の原盤記録部１Ｂでは、無機レジスト原盤１０２に対して記録されるべきデータ（つまり情報記憶媒体としての光ディスクに記憶させるべきデータ）に応じて少なくとも３段階以上にパワー制御されたレーザ光の照射により、無機レジスト原盤１０２に対する記録が行われる。

図４は、このようなレーザパワーの多段階制御の様子（図４（ａ））と、無機レジスト原盤１０２（ディスク原盤１０３）に形成される溝部の深さ（図４（ｂ））との関係を例示している。なお確認のために述べておくと、図４（ａ）中のレーザパワーＰｗ０は、無機レジスト層１０１に特性変化を生じさせないレーザパワーを表すものである。パワーＰｗ１以降は、無機レジスト層１０１における特性変化を生じさせるものであり、パワーＰｗ１→Ｐｗ２→Ｐｗ３の順でレーザパワーが大きいことを表す。
また、図４（ｂ）において、深さＤｐｔ０はランド部分を表すものであり、以降深さＤｐｔ１→Ｄｐｔ２→Ｄｐｔ３の順で形成される溝部の深さが深いことを表している。

この図からも明らかなように、レーザパワーＰｗを多段階に制御することによっては、無機レジスト層１０１に形成される溝部の深さをパワーＰｗに応じて複数段階に制御することができる。

図５、図６は、実際の実験結果として、それぞれ異なるレーザパワーＰｗによるレーザ光を照射して記録を行った場合に形成される溝部の様子を示している。図５はより小さいパワーＰｗによる記録を行った場合、図６はより大きなパワーＰｗによる記録を行った場合を示し、各図の（ａ）図では無機レジスト層１０１の表面を電子顕微鏡で観察した結果を、また各図の（ｂ）図では形成された溝部の断面形状を示している。図５（ｂ）では図５（ａ）に示すＡ−Ｂ間の断面図を、図６（ｂ）では図６（ａ）に示すＣ−Ｄ間の断面図を示している。

これらの図の比較からも、無機レジスト層１０１に形成される溝の深さは、照射するレーザ光のパワーに応じて段階的に制御できることが理解される。

また、図７は、同じく実際の実験結果としてレーザパワー（横軸）と形成される溝部の深さ（縦軸）との関係をグラフ化して示している。
図中に示すプロット点は、パワーＰｗを１００％、９６％、９２％、８８％としたときの結果を表している。具体的な結果として、パワーＰｗ＝１００％のとき溝深さＤｐｔ＝６５.０nm、パワーＰｗ＝９６％のとき溝深さＤｐｔ＝５６．４nm、パワーＰｗ＝９２％のとき溝深さＤｐｔ＝４１．６nm、パワーＰｗ＝８８％のとき溝深さＤｐｔ＝１７．４nmという結果が得られた。
この実験結果より、溝深さＤｐｔは、パワーＰｗにほぼ比例して変化していることが理解できる。つまりこの結果より、溝の深さは、照射するレーザ光のパワーに応じて段階的に制御でき、なおかつ、パワー変化に対しほぼリニアな特性で変化させることができることがわかる。

以上のように、本実施の形態では、情報記憶原盤としてのディスク原盤１０３の製造にあたりＰＴＭ方式を採用した上で、原盤記録時において、入力データに応じてパワーＰｗを多段階に変化させてレーザ光照射を行うものとしたことで、無機レジスト原盤１０２に対して少なくとも２段階以上の深さによる溝部を形成することができる。すなわち、ランド部分も併せて深さ方向に多段階の記録を行うことができる。
このように深さ方向においても情報記録を行うことができることで、情報記憶媒体としての光ディスクの記憶容量拡大を図ることができる。

また、本実施の形態によれば、このように溝深さによる情報記録を行うにあたって、従来のようにレジスト層を多層設ける必要はない。このことから、従来のように膜付けやエッチングを繰り返したり感度の異なる複数のレジスト層を成膜するなどといった手法を採る必要はなくなり、製造装置のイニシャルコスト、ランニングコスト、人件費を抑えることができる。また、装置稼動時間についても短縮でき、環境負荷の軽減を図ることもできる。

また、本実施の形態によれば、複数段の深さによる溝部（凹凸パターン）の形成を、露光工程としての一工程のみで行うことができるため、従来の問題点で指摘したようなマスク位置のずれによる寸法精度の悪化は生じず、より高精度な記録を行うことができる。

また、露光を行う際には真空状態などの特殊な環境を必要とせず、通常の大気環境下で行うことができる。よって、従来の加速電圧を変化させる手法のように、基板サイズの制約を受けるといった問題は生じず、大面積の記憶媒体の製造も可能となる。

また、本実施の形態によれば、無機レジスト膜や現像液として、人体や環境への危険性の高い材料を用いる必要がないというメリットもある。

また、ＰＴＭ方式を採用していることで、従来よりも微細な溝の形成が可能となる。
具体的に、実施の形態では、レーザ光の波長λ＝４０５nm、対物レンズ２６の開口数ＮＡ＝０．８５程度という条件によりレーザ光照射を行うものとしており、溝の幅については現状のＢＤ（Blu-ray Disc）と同等のサイズに抑えることができる。

また、実施の形態では、無機レジスト層１０１として、遷移金属の不完全酸化物を用いるものとしている。この遷移金属の不完全酸化物は導電性を持つため、メタル原盤（スタンパ１０４）の生成にあたって、ディスク原盤１０３を直接電鋳することができる。
例えば、先の図９にて説明した従来手法では、無機系のレジスト材としてＳＯＧを用いるものとしているが、このＳＯＧは主成分が二酸化ケイ素(ＳｉＯ₂)であるため導電性を有さず、従って金属製スタンパの作製にあたっては、導電膜を形成しなければならない。すなわち、このような従来手法では金属製スタンパの生成にあたり余分な工程を要していたものを、本例の手法ではこれを省略することができる。

［４．変調処理例］

ここで、溝深さによる情報記録によって記憶容量の拡大を図るようにする場合、従来の光ディスクについての記録手法とは異なる手法によって入力データを変調する必要がある。
溝深さに差を設けることができれば、多値符号による記録が可能となる。従って入力データに対する変調処理としては、２値→多値の変換を行うものとすればよい。すなわち、入力データとしての０，１による２値の符号の組み合わせによるデータ列を、３値以上の多値による符号の組み合わせによるデータ列に変換すればよい。

例えば２値データ列について、符号化の１シンボルを４ビットとした場合を考えてみる。すなわち、「０００１」「００１０」「００１１」など、２値４ビットを１シンボルとする場合である。
このような２値４ビット１シンボルの場合の、２値の符号の組み合わせ数は４²より１６通りとなる。

一方で、本例のレーザパワー制御によって実現する溝深さの段数が、ランド部分も含めてＤｐｔ０〜Ｄｐｔ３の４段階であるとした場合、符号としては４値（仮に「０，１，２，３」とする）の記録が可能となる。この４値を用いて上記１６通りの組み合わせを表現できるようにすればよい。
４値符号を用いて１６通りのパターンを得るためには、１シンボルは２ビットとすればよい。つまり、このように４値２ビット１シンボルとすれば、同様に４²により１６通りのパターンを表現できる。

このようにして、例えば溝深さを４段階として４値記録が可能となるようにすれば、従来の２値記録とする場合と比較して、同容量のデータの記録に必要なビット数（つまり必要なスペース）を１／２に抑えることができる。すなわち、記憶容量は２倍に拡大することができる。
このことからも理解されるように、複数段の溝深さによる記録で少なくとも３値以上の多値記録ができれば、同じ容量の入力データを記録するにあたって必要なビット数を抑えることができ、その結果、ピット／ランドのみの従来の２値記録を行う場合と比較して、記憶容量の拡大化が図られる。

ここで、記憶容量の拡大を図る場合、図３に示した変調部３では、上記により説明したような２値→多値への符号変換処理を行う。つまり、この場合の変調部３には、２値→多値の符号変換を行うための変換テーブル（ルックアップテーブル）が格納されており、該変換テーブルに基づき、２値による入力データ列を所定のビット数単位で（つまりシンボルごとに）多値による符号列に変換する。その上で、該変換により得られた多値符号列の各符号の値に応じて振幅レベルを変化させた記録駆動信号を生成し、該記録駆動信号をレーザドライバ４に対して供給する。

このような変換部３の入力データに対する変調処理によって、記憶容量の拡大化を図るための記録動作を実現できる。

ここで、記憶容量の拡大を図るための記録手法は、上記手法に限定されるべきものではない。
記憶容量の拡大を図るにあたっては、少なくとも回転駆動される無機レジスト原盤１０２に対するレーザ光の照射位置を順次半径方向にシフトさせながら、レーザ光のパワーを入力データに応じて多段階に変化させて記録を行うものとすればよい。

［５．変形例］

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明としてはこれまでに説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えば、これまでの説明では、溝深さに差を与えることで多値記録を行う場合を例示したが、溝深さに段差を与えることができれば、ホログラムとしての画像を記録することもできる。
このようにホログラム画像の記録を行う場合、変調部３に対しては、入力データとして２次元の画像データを入力する。この画像データとしては、画素単位でその階調値を表したデータを入力すればよい。先にも述べたように、ホログラム画像を記録するにあたっては、例えば１６段階程度の階調が表現できればよいものとされており、変調部３に入力する上記画像データの各画素の階調値としても、例えば１６段階前後の階調値とされているとする。

この場合の変調部３では、上記入力画像データの各画素の階調値に応じて振幅レベルを変化させた記録駆動信号を生成する。
この場合、画像データの記録にあたっては、画像データの１ラインごとにレーザ光を順次走査させる。このため変調部３では、画像データの１ラインごとに、各画素の階調値に応じて順次振幅レベルを変化させた記録駆動信号を生成する。

また、この場合のコントローラ２は、上記のような１ライン順次のレーザ光走査が行われるように、スライドドライバ６に対する指示を行ってスライダ７による無機レジスト原盤１０２のスライド動作を制御する。

上記のような変調部３による変調処理、及びコントローラ２によるスライド制御により、無機レジスト原盤１０２上の所定範囲に対し、ホログラム画像を記録することができる。

ここで、上記説明からも理解されるように、ホログラム画像を記録する用途の場合は、無機レジスト原盤１０２を回転駆動する必要性はない。従ってこの場合、図３に示した原盤回転駆動のための構成（スピンドルサーボ／ドライバ５、スピンドルモータ８）は省略可能である。

先に述べたようにして、本実施の形態のＰＴＭ方式によれば溝の微細加工が可能とされる。従ってホログラム画像として、例えば暗号化パターンとしての画像を記録するものとすれば、模倣が非常に困難な緻密なパターンを記録することができ、例えばクレジットカードや免許証、各種証明書類などの偽造防止用途に好適となる。

なお、ホログラムの記録を行う場合、形成された画像そのものが意味をなすように記録を行うのではなく、例えば音楽や映像コンテンツなどとしての所要のデータを記録するといったこともできる。すなわち、ホログラムメモリ（ホログラフィックメモリ）として、情報記録を行うこともできる。
ここで、ホログラムメモリとする場合には、形成される溝部の段差が再生時の入射光に対する光路長差を生み、該光路長差による位相差によって、記憶された値が識別されることになる。すなわち、ホログラムメモリの場合、少なくとも深さｄｐｔ＝０,１,２の３段階以上で画素間の位相差を与えることで、情報の記録が行われればよい。
この場合、変調部３に対しては、記憶されるべき情報としての２値データ列が入力される。そして、変調処理としては、２値データ列に対し、先に説明した多値データ列への変換を行う。そして、多値データ列の各値を、所要画素サイズによるホログラムページの各画素値としてマッピングして、ホログラム画像としてのデータを生成する。このようにホログラム画像が得られた以降は、上記により説明したホログラム画像の記録動作と同様の記録動作を行えばよい。

或いは、ホログラムメモリを製造する場合には、ピックアップヘッド１０内の光学系中に挿入したＳＬＭ（空間光変調器）を介してレーザ光照射を行うことで、上記ホログラムページ単位での記録が行われるように構成することもできる。
この場合、ＳＬＭとしては、例えば液晶パネルを用いる。ＳＬＭとしては、少なくとも上記ホログラムページをカバーできる（表示できる）サイズ（画素数）を有するものを用いる。
この場合のレーザ光のパワー制御は、レーザドライバ４に対する記録駆動信号による制御ではなく、上記ＳＬＭの各画素の透過率を制御することで行う。すなわち、変調部３は、上記変調処理で生成したホログラム画像に基づき、ＳＬＭを駆動制御（表示制御）し、無機レジスト原盤１０２に対して、該ＳＬＭの光強度変調（すなわちレーザパワー制御）により生成された画像が照射されるようにする。これによって、画素単位での光強度が３段階以上に制御されたレーザ光を照射することができ、その結果、深さ方向に多段階に形成された凹凸によって表現される画像を記録することができる。
なお、確認のために述べておくと、このような構成とした場合も、記録時（露光時）には、入力データに応じて３段階以上にパワーを変化させたレーザ光を照射していることに変わりはない。

また、これまでの説明では、無機レジスト層１０１の材料として遷移金属の不完全酸化物を用いる場合を例示したが、少なくともレーザ光照射に伴う熱反応によって感光する材料を選定すれば、従来のフォトレジストなど光記録を行うためのレジスト材を用いる場合と比較して溝幅を一定以下に抑えつつ（つまり微細加工を可能としつつ）、レーザパワーの多段階制御による溝深さ制御を行うことができる。

また、これまでの説明では、溝深さに段差を形成する場合として、音楽・映像コンテンツなどのデータ記録やホログラム画像を記録する用途を例示したが、本発明としては、レーザ光の照射を連続的に行ってグルーブに段差を付けるような用途にも好適に適用できる。

実施の形態の情報記憶媒体製造方法について説明するための模式図である。 実施の形態としての情報記憶原盤製造装置の内部構成を示した図である。 実施の形態の情報記原盤製造装置が備える原盤記録部の内部構成を示した図である。 レーザパワーの多段階制御の様子と無機レジスト原盤に形成される溝深さとの関係を例示した図である。 パワー小によるレーザ光を照射して記録を行った場合に形成される溝部の様子を示した図である。 パワー大によるレーザ光を照射して記録を行った場合に形成される溝部の様子を示した図である。 レーザパワーと形成される溝部の深さとの関係をグラフ化して示した図である。 従来技術について説明するための図である。 他の従来技術について説明するための図である。

符号の説明

１ 情報記憶原盤製造装置、１Ａ 無機レジスト原盤生成部、１Ｂ 原盤記録部、１Ｃ 現像部、２ コントローラ、３ 変調部、４ レーザドライバ、５ スピンドルサーボ／ドライバ、６ スライドドライバ、７ スライダ、８ スピンドルモータ、９ センサ、１０ ピックアップヘッド、１１ レーザ光源、１２ コリメータレンズ、１３ アナモルフィックプリズム、１４ 偏光ビームスプリッタ、１５ λ／４波長板、１６ ビームエキスパンダ、１７ モニタディテクタ、１８ 集光レンズ、１９ シリンドリカルレンズ、２０ フォトディテクタ、２１ 反射光演算回路、２２ フォーカス制御回路、２６ 対物レンズ、２９ アクチュエータ、９９ 中間層、１００ 原盤形成基板、１０１ 無機レジスト層、１０２ 無機レジスト原盤、１０３ ディスク原盤、１０４ スタンパ、１０５ 樹脂製ディスク基板、１０６ 反射膜、１０７ 保護膜

Claims (6)

1. 凹凸パターンにより情報が記憶された情報記憶媒体を製造するための記憶媒体製造方法であって、
   レーザ光照射に伴う熱反応により感光する無機レジスト層を基板の上層に成膜して無機レジスト原盤を生成する無機レジスト原盤生成工程と、
   上記情報記憶媒体に記憶させるべき情報を入力すると共に、該入力情報に基づいて上記無機レジスト原盤に対して照射するレーザ光のパワーを少なくとも３段階以上に変化させ、上記無機レジスト層における熱反応部分の深さに差を与えることで、上記無機レジスト原盤に対する記録を行う記録工程と、
   上記記録工程により記録を行った上記無機レジスト原盤を現像して、上記無機レジスト層に凹凸パターンが形成された情報記憶原盤を生成する情報記憶原盤生成工程と、
   上記情報記憶原盤に基づき、上記無機レジスト層に形成された凹凸パターンを転写したスタンパを生成するスタンパ生成工程と、
   上記スタンパ生成工程により生成した上記スタンパを用いて上記情報記憶媒体を生成する記憶媒体生成工程と、
   を備えることを特徴とする記憶媒体製造方法。
2. 上記無機レジスト原盤生成工程は、
   上記無機レジスト層として遷移金属の不完全酸化物を成膜することを特徴とする請求項１に記載の記憶媒体製造方法。
3. 上記記録工程は、
   上記レーザ光として青紫レーザ光を照射することを特徴とする請求項２に記載の記憶媒体製造方法。
4. 上記記録工程は、
   回転駆動される上記無機レジスト原盤に対し、上記レーザ光の照射位置を順次半径方向にシフトさせながら記録を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の記憶媒体製造方法。
5. 上記記録工程は、
   上記情報として画像データを入力すると共に、
   入力される上記画像データのライン順次に上記レーザ光を走査させるようにして記録を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の記憶媒体製造方法。
6. レーザ光照射に伴う熱反応により感光する無機レジスト層が基板の上層に成膜されて形成された無機レジスト原盤を用いて、凹凸パターンにより情報が記憶された情報記憶媒体を製造するための情報記憶原盤を製造する情報記憶原盤製造装置であって、
   上記無機レジスト原盤の上記無機レジスト層に対してレーザ光照射を行うレーザ照射手段と、
   上記情報記憶媒体に記憶させるべき情報を入力すると共に、該入力情報に基づいて上記レーザ光のパワーを少なくとも３段階以上に変化させ、上記無機レジスト層における熱反応部分の深さに差を与えることで、上記無機レジスト原盤に対する記録を行う記録手段と、
   上記記録手段により記録が行われた上記無機レジスト原盤を現像して、上記無機レジスト層に凹凸パターンが形成された上記情報記憶原盤を生成する情報記憶原盤生成手段と、
   を備えることを特徴とする情報記憶原盤製造装置。