JP2009181662A - 原盤記録装置及び記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対称的なピット形状を持ち且つ再現性良くピットを形成することが可能な原盤記録装置及び方法を提供する。
【解決手段】半導体レーザーの照射光を光ディスク原盤のレジスト膜に照射して情報を記録する原盤記録装置において、前記レジスト膜を無機レジスト膜とし、前記半導体レーザーの照射光をパルス幅２００ｐｓ以上１ｎｓ以下の短パルスのレーザーとして出力する手段を具備したたことを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

この発明は、光ディスクを製造するために用いられる原盤を製造する原盤記録装置及び記録方法に関するものである。この発明は特に高密度記録媒体としての光ディスクを製造するための原盤の製造する装置に適用して好適である。

従来、光ディスクの原盤は以下の工程で作製されている。まず基盤となるガラス或いはＳｉ円盤に感光型のフォトレジスト材料を均一な膜厚で塗布する。その後デジタル情報を記録するために所望のビーム径を持つレーザーを照射し、情報ピットとなる部分を感光させる。全面が記録された基盤をアルカリ現像液に浸すと感光された部分が溶出し凹形状のピットが形成される。これを光ディスク原盤として用い、以下、スタンパ作製工程、射出成型工程、ディスク製盤工程を経て光ディスクが提供される。

なお、光ディスクは、記録容量で区別すると、ＣＤ規格、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）規格に分類される。特に、映像および音声（音楽データ）の記録には、ＤＶＤ規格とＤＶＤ規格をさらに発展させたＨＤ ＤＶＤおよびＢＤ（ブルーレイディスク）が、記録容量の点で、幅広く使われている。

上記のような方法で作られる光ディスク原盤の最小ピットサイズはフォトレジストを使うがゆえに光源の波長と対物レンズＮＡに依存する。このためより小さなピットを作って大容量化を目指すためにはより短波長、より高いＮＡを用いる必要があるが、現行ＤＶＤ以上の大容量化を図るには波長４００ｎｍ以下の紫外域レーザーや電子ビームを用いる必要がある。しかしこのような装置は非常に高価になりまた作製マージンも狭く、感光部の微細化に限界が生じるため現実的ではないと考えられている。

近年この光学限界を打破するために感熱型の無機レジスト材料を使ったPTM(Phase Transition Mastering：Ref. ”High resolution Blue Laser Mastering with Inorganic Photo-resist”, Technical Digest of ISOM/ODS2002, p27)が実用化されている。しかしこのPTM技術は記録パワーに対するピット形状マージが狭く、優れた信号特性を有する原盤を再現性良く作製するためには条件出しのための試作が数多く必要となり実用化に際してはなお問題を残している。

原盤の製造装置の技術として特許文献１に上げられるものがある。この文献１の技術では、感熱材料層を形成する工程と、この感熱材料層に対してレーザー光を照射して微細凹凸パターンに応じたパターンの変質部を形成する工程を有する。上記変質部を形成する場合、レーザー光は目的とする微細凹凸パターンに応じて強度変調がなされる。この場合、レーザー光は記録データ信号の周波数よりも高い例えば１００ＭＨｚの一定の高周波信号を持って変調される。上記変質部は現像により例えば除去され、感熱材料層が微細凹凸パターン化される。

しかしながらこの技術は、低密度記録媒体の製造技術であり、一層の高密度化を得るためにピットの微細化が要望されている。この場合、従来の方法ではピット形状が歪みがちとなり、信号品質が劣化するという課題がある。
特開２００１−２５０２７９号公報 この発明の目的は、対称的なピット形状を持ち且つ再現性良くピットを形成することが可能な原盤記録装置及び方法を提供するところにある。

上記課題を解決するために、半導体レーザーの照射光を光ディスク原盤のレジスト膜に照射して情報を記録する原盤記録装置において、前記レジスト膜を無機レジスト膜とし、前記半導体レーザーの照射光をパルス幅２００ｐｓ以上１ｎｓ以下の短パルスのレーザーとして出力する手段を具備したたことを特徴とする

上記の手段によると、トラック方向に対称的な良質のピット形状を持つ原盤を作製することができる。

以下図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。まずこの発明の概要を説明する。

図４に示す本発明による原盤記録装置では、半導体レーザー照射の熱を利用して光ディスク原盤に情報を記録し、レーザー照射によって情報が記録されるレジスト膜がＧｅ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎの中から選ばれる１種以上、或いはＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂの中から選ばれる１種以上から成る酸化物であることを特徴とし、記録時のパルス幅が２００ｐｓ以上１ｎｓ以下の短パルスレーザーを照射して情報を記録することを特徴とする。

再生専用光ディスクの原盤を作製するにあたっては、ガラス基板或いはＳｉ基板上に感熱型の無機レジスト膜を形成する。本発明による原盤記録装置においてはＧｅ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎの中から選ばれる１種以上、或いはＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂの中から選ばれる１種以上から成る酸化物を一般的な物理蒸着法(代表的にはRFマグネトロンスパッタ法、ＤＣマグネトロンスパッタ法)で上記基板上に１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚で形成し感熱型のレジスト膜とする。

感熱型のレジスト膜では熱伝導率や熱容量などの熱物性が重要となるため、熱伝導制御のために基板とレジスト膜の間に中間層を挿入してもよい。この場合レジスト膜の熱感度を上げるために低熱伝導率の中間層を挿入するとより効果的である。低熱伝導率の中間層材料としてはＳｉ、各種シリサイド、ＳｉＯ２、ＺｎＳ及びこれらの複合物が挙げられる。中間層の成膜条件や膜厚を変化させることでレジスト膜の熱感度を調整することが可能である。内部応力による基板からの剥離を抑制する観点から中間層膜厚は２００ｎｍ以下であることが望ましい。このように本発明によるレジスト膜は無機材料からなるトータル膜厚４００ｎｍ以下の１層或いは2層で構成される。

次に本発明による原盤記録装置における原盤記録方法について説明する。デジタル情報をピットとして記録するために出力数１０ｍＷ、パルス幅２００ｐｓ以上１ｎｓ以下の短パルスをマルチパルス状にしてレジスト膜にレーザー照射する。

このとき図１に示すように２Ｔのような短ピットは一つの短パルスで、１１Ｔのような長ピットは複数の短パルスを照射して形成する。２Ｔは、例えば“１”が２個連続するチャンネルビット長に対応する。より小さなピットを形成して大容量化を図るためには出来るだけ短波長のレーザーと高ＮＡレンズを組み合わせる必要があるが、感熱型レジスト膜を用いれば光学限界を超えた微小ピットを熱的に形成することが出来る。

即ち、図２に示すようにレーザー照射部に対してレジスト膜の転移温度以上に昇温された部分は領域が小さい。このため光学条件(主には波長と対物レンズＮＡ)で決まるビーム径より小さな部分を転移変質させることが出来、ひいては微小ピットの形成に至る。

レジスト膜に記録を終えた後、現行の原盤記録にも用いられているｐＨ１２〜ｐＨ１４程度の一般的なアルカリ現像液で生成品に対する現像を行う。

上記した工程において、上述のレジスト材料のうちＧｅ、Ｓｂ、Ｔｅ、に代表されるカルコゲン系材料を用いた場合、Ｓｂ２Ｔｅ３やＢｉ２Ｔｅ３など結晶化温度が低い(１2０℃前後)材料は成膜時に結晶化している。これに記録のためのレーザーを照射するとアモルファス化し未照射部(結晶)のみがアルカリ溶液に対して溶出する。ところがＧｅＴｅなど結晶化温度が高い(１８０℃前後)材料は成膜時にアモルファスとなる。これに記録のためのレーザーを照射すると結晶化し照射部(結晶)のみがアルカリ溶液に対して溶出する。同様にＷやＭｏに代表される遷移金属酸化物を用いた場合も、材料の種類や成膜方法によっても反応が異なる。例えばＷO３の場合はビーム照射による変質部がアルカリ溶液に溶出し未照射部は不溶だが、ＷO２の場合は変質部が不溶で未照射部が溶出する。その他、Ｗ酸化物の場合は酸素とアルゴンの混合ガス中で反応性ＤＣスパッタを行った場合と通常のＤＣスパッタとでアルカリに対する反応が異なる。上述したいずれの材料、成膜方法を用いた場合でも、ビーム照射部と未照射部の対アルカリ可溶性の違いを利用して現像することが出来る。

本発明によるレジスト材料と記録方法を用いて作製した光ディスク原盤のピットを原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscopy：以下AFM)にて観察した。比較のために従来法による原盤と比較したピット形状の模式図は図３に示す。従来型原盤のピット３ｂはビーム進行方向にマーク端部が伸び非対称となっているのに対して、本発明による原盤のピット３ａはビーム進行方向に対称な形となっている。原盤のピット形状は最終形態である光ディスクのピット形状に反映され、その対称性が光ディスクとしての特性を左右する。本発明による原盤記録装置と記録方法を用いれば対称性に優れたピットを持つ原盤を作製することが可能となる。

図４に本発明による原盤記録装置の概略図を示す。本発明による原盤記録装置は短パルス部４ａ、レーザー光を対物レンズまで引き込むための光学系４ｂ、対物レンズ４ｃ、回転ステージ４ｄ、スピンドルモーター４ｅ、原盤４ｆ、及びこれらを制御するコンピュータ４ｇで構成される。コンピュータ４ｇは、短パルス発生出力制御部４ｈ、Ｘ軸制御部４ｉ、回転制御部４ｊなどを制御する。短パルス発生出力制御部４ｈは、記録情報に応じてレーザー部４ａにパルスを与える。Ｘ軸制御部４ｉは、記録位置（記録トラック）に応じて光学系４ｂの移動位置を制御する。回転制御部４ｊはスピンドルモーター４ｅの回転を安定化し、且つ記録情報に応じて回転するように制御している。

本発明による感熱形レジスト膜を成膜したガラス或いはＳｉ基盤は回転ステージに配置される。感熱型レジストはスパッタ装置などで予め基盤に成膜されている。

半導体レーザーの緩和振動を利用して１ｎｓ以下の短パルス発生を可能にしたレーザーを出力制御しながら原盤表面に集光させ、コンピュータからの記録すべき情報を２００ｐｓ以上１ｎｓ未満にパルス化してレジストに記録する。このような原盤記録装置及び記録方法で作製した光ディスク原盤のピット形状は図３のピット３ａの如く優れた対称性を示す。

［実施例］以下に、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１
直径８インチ、厚さ０.７ｍｍのＳｉウエハ５ａにＤＣマグネトロンスパッタ法でＢｉ２Ｔｅ３を８０ｎｍ感熱型レジスト膜５ｂとして成膜した(図５参照)。Ｂｉ２Ｔｅ３膜は成膜直後に結晶化しており、これに緩和振動によるパルス幅３００ｐｓ、ピーク電流１２０ｍＡから成る短パルスを利用して情報を記録した。このとき記録部はアモルファス化した。例えば任意のマーク長ｎＴに対して（ｎ−１）個の短パルスを照射して記録を行う。記録条件は表１に示すとおり。記録後のウエハをｐＨ１２.７の無機系アルカリ現像液槽内に１２０秒浸した後純水で洗浄した。ウエハ表面をAFMにて監察すると記録ピットが凸部として残る未記録部が溶出したネガ型のエッチング挙動を示していることがわかった。

エッチング後のウエハ表面に厚さ４０ｎｍのニッケルをＤＣスパッタし、さらに同ウエハを負極としてスルファミン酸ニッケル水溶液に浸して所定の電流電圧をかけニッケルの析出を待った。約１時間後厚さ２５０μｍのニッケル箔が析出しこれを剥離させた。剥離したニッケルスタンパには記録ピットが凹部として転写されていることがAFM観察で確認された。最もマーク長が長い１１Ｔマークの両端を詳細に観察したところ、両端部とも同じ曲率を持った半円形で深さは６５ｎｍであった（図３のピット３ａ参照）。

このように本発明による原盤記録装置及び方法で作製した原盤から得られたスタンパは対称なピット形状を有することがわかった。このスタンパを用いて厚さ０.６ｍｍのＰＣ基板を成型した後、反射層を成膜して０.６ｍｍ厚のＰＣを貼りあわせて１.２ｍｍ厚のＨＤ ＤＶＤ-ROM準拠の光ディスクとした。記録容量にして約３０ＧＢを有する同ディスクを評価装置ODU-１０００にて評価した結果、ＨＤ ＤＶＤの評価指標であるＳｂＥＲは７.６x１０^-7、ＰＲＳＮＲは２８を示した。いずれもＨＤ ＤＶＤ規格であるＳｂＥＲ<５x１０^-5、ＰＲＳＮＲ>１５を満たしている。以上のように本発明による原盤記録装置及び記録方法を使えば波長とＮＡによる光学限界に依らず記録容量３０ＧＢの光ディスクを作製可能なことが明らかになった。

実施例２
実施例１と同様の条件、方法でＧｅＴｅを８０ｎｍ感熱型レジスト膜としてＳｉウエハに成膜した。成膜後のＧｅＴｅはアモルファスで実施例１と同じ記録条件で記録すると、記録部はアモルファス化した。実施例１と同じ条件で現像したところ、記録部が溶出して凹型のピットが残るポジ型のエッチング挙動を示した。その後も実施例１と同じ条件で、スタンパ作製工程からディスク製盤まで行った。スタンパに転写された凸型ピットをAFMで観察したところ実施例１と同様対照的な形をしたピットが観察された。得られた光ディスクを評価装置ODU-１０００にて評価した結果、ＨＤ ＤＶＤの評価指標であるＳｂＥＲは５.２x１０^-7、ＰＲＳＮＲは３０を示した。いずれもＨＤ ＤＶＤ規格であるＳｂＥＲ<５x１０^-5、ＰＲＳＮＲ>１５を満たしている。以上のように感熱型レジスト材としてＧｅＴｅを用いた場合でも本発明による原盤記録装置及び記録方法を使えば波長とＮＡによる光学限界に依らず記録容量３０ＧＢの光ディスクを作製可能なことが明らかになった。

実施例３
ウエハ６ａ上に実施例１と同様の条件、方法でＳｉ層６ｂを８０ｎｍとＷO２層６ｃを８０ｎｍを順次成膜し形成し、感熱型レジスト膜６ｄをＳｉウエハ上に設けた(図６)。成膜後のＷO２はアモルファスで緩和振動によるパルス幅９９０ｐｓ、ピーク電流１０５ｍＡから成る短パルスを利用して情報を記録したところ結晶化した。実施例１と同じ条件で現像したところ、記録部が溶出して凹型のピットが残るポジ型のエッチング挙動を示した。その後も実施例１と同じ条件で、スタンパ作製工程からディスク製盤まで行った。スタンパに転写された凸型ピットをAFMで観察したところ実施例１と同様対照的な形をしたピットが観察された。得られた光ディスクを評価装置ODU-１０００にて評価した結果、ＨＤ ＤＶＤの評価指標であるＳｂＥＲは１.４x１０^-6、ＰＲＳＮＲは２４を示した。いずれもＨＤ ＤＶＤ規格であるＳｂＥＲ<５x１０^-5、ＰＲＳＮＲ>１５を満たしている。以上のように感熱型レジスト材としてＳｉ/ＷO２を用いた場合でも本発明による原盤記録装置及び記録方法を使えば波長とＮＡによる光学限界に依らず記録容量３０ＧＢの光ディスクを作製可能なことが明らかになった。

実施例４
直径８インチ、厚さ０.７ｍｍのＳｉウエハにＤＣマグネトロンスパッタ法でＳｉを７０ｎｍ、Ｗ(タングステン)ターゲットを用いてアルゴンと酸素の混合ガスを用いた反応性ＤＣスパッタ法によりＷO_2.5を９５ｎｍ順次成膜した。成膜後のＷO_2.5は結晶で緩和振動によるパルス幅９９０ｐｓ、ピーク電流１０５ｍＡから成る短パルスを利用して情報を記録したところアモルファス化した。実施例１と同じ条件で現像したところ、未記録部が溶出して凸型のピットが残るネガ型のエッチング挙動を示した。その後も実施例１と同じ条件で、スタンパ作製工程からディスク製盤まで行った。スタンパに転写された凹型ピットをAFMで観察したところ実施例１と同様対照的な形をしたピットが観察された。得られた光ディスクを評価装置ODU-１０００にて評価した結果、ＨＤ ＤＶＤの評価指標であるＳｂＥＲは２.３x１０^-6、ＰＲＳＮＲは２１を示した。いずれもＨＤ ＤＶＤ規格であるＳｂＥＲ<５x１０^-5、ＰＲＳＮＲ>１５を満たしている。以上のように感熱型レジスト材としてＳｉ/ ＷO_2.5を用いた場合でも本発明による原盤記録装置及び記録方法を使えば波長とＮＡによる光学限界に依らず記録容量３０ＧＢの光ディスクを作製可能なことが明らかになった。

次に原盤に対して情報を記録する場合、緩和振動を利用して、原盤へのビーム照射（情報記録処理）を行なう情報記録系に関してさらに追加説明する。この装置はＤＶＤ, ＨＤ ＤＶＤ記録再生装置の一部構成と同じように理解することができる。したがって、記録再生装置の制御方法を一部示しながら説明する。

図７は、原盤記録装置の短パルス発生出力制御部４ｈの構成を示すブロック図である。光源には上記した短波長のレーザー部４ａが用いられる。その出射光の波長は、例えば４００ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲の紫色波長帯のものである。

レーザー部４ａからの出射光は、光学系４ｂの例えばコリメートレンズにより平行光となり偏光ビームスプリッタ、λ／４板を透過する。そして、対物レンズ４ｃに入射する。その後、原盤４ｆのレジスト膜に集光される。

対物レンズ４ｃはアクチュエータにて上下方向、ディスクラジアル方向に駆動可能であり、サーボドライバによって原盤上のトラックに追従するように制御される。

レーザー部４ａは短パルス発生出力制御部４ｈにより、出射光の光量が制御可能であり、原盤への情報記録時にはレーザー部４ａから緩和振動パルスが出射されるように制御される。短パルス発生出力制御部４ｈはコンピュータ４ｇによって制御される。原盤への情報記録時の記録パルスについては後に詳しく述べる。

短パルス発生出力制御部４ｈは、コンピュータ４ｇから制御信号を受け、ピーク電流値やパルス幅等の記録処理の際に用いられるライトストラテジ情報を格納したライトストラテジ部４１と、コンピュータ４gから制御信号を受けるＩ／Ｆ部４２を含む。またこの短パルス発生出力制御部４ｈは、デジタル信号でピーク電流指令値を与えられるピークＤ／Ａコンバータ４３と、デジタル信号でイレーズ電流指令値を与えられるイレーズＤ／Ａコンバータ４４と、デジタル信号でリード電流指令値を与えられるリードＤ／Ａコンバータ４と、デジタル信号でバイアス電流指令値を与えられるバイアスＤ／Ａコンバータ４６を有している。

更に、短パルス発生出力制御部４ｈは、ピークＤ／Ａコンバータ４３からのピーク電流指令値に応じてピーク電流を供給するピーク電流源４７と、イレーズＤ／Ａコンバータ４４からのイレーズ電流指令値に応じてイレーズ電流を出力するイレーズ電流源４８と、リードＤ／Ａコンバータ４５からのリード電流指令値に応じてリード電流を出力するリード電流源４９と、バイアスピークＤ／Ａコンバータ４６からのバイアス電流指令値に応じてバイアス電流を出力するバイアス電流源５０を有する。セレクタ５１は、各電流源からの各電流を供給されたタイミング信号に応じて一つを選択し後段のレーザー部４ａに供給する。

なお、これら各部の構成は、データを送受信するための内部バスＢにそれぞれが接続されている。

（緩和振動による記録処理と記録マーク長（感熱記録部）に応じたパルス数）
次に、原盤記録装置において、記録マーク長ｎＴに応じた適切な緩和振動による短パルス数について、以下に図面を用いて説明する。図８は、記録マーク長に応じたパルス数の一例を示す説明図である。図９は、２Ｔマーク及び３Ｔマークを形成する場合の各信号の一形態を示すタイミングチャート、図１０は、同じく原盤記録装置の４Ｔマークを形成する場合の一形態を示すタイミングチャートである。

図９（Ｂ）、図９（Ｅ）に示す２Ｔマークを形成する場合、短パルス発生出力制御部４ｈから図９（Ｃ）に示す一つのパルスをレーザー部４ａに供給する。ここでパルス幅ＷＴ、ピーク電流ＩＰ、バイアス電流ＩＢ、イレーズ電流ＩＥが示されている。

この時の記録用パルスの数は、図７のライトストラテジ部４１で決定される。図８の説明図に示すように、光ディスクに記録しようとする記録マーク長ｎＴ（ｎ：整数、Ｔ：チャンネルクロック）に対して、パルス数は、
Ｎ（ｎ−１）個（Ｎは整数）
で表される。

マーク長が「２Ｔ」の場合、パルス数が「１」個である。しかし、倍速数、材料などの諸条件によっては、２（ｎ−１）＝２個、又は３（ｎ−１）＝３個、又は４（ｎ−１）＝４個が適切な場合もある。

また、図９（Ｂ）、図９（Ｅ）に示す３Ｔマークを形成するためには、短パルス発生出力制御部４ｈから二つのパルスをレーザー部４ａに供給する。レーザー部４ａから照射されるレーザー光は、図９（Ｄ）に示すようにパルス状に非常に急峻なパワーを示しており、緩和振動を持つレーザー光が２回出力される。

マーク長が「３Ｔ」の場合、ライトストラテジ部４１で決定されるパルス数が「２」個である。しかし、図８に示すように、倍速数、材料などの諸条件によっては、４個、又は６）個、又は８個が適切な場合もある。上記したようなルールに従って記録用のパルス数が決定される。

図１０（Ａ）−図１０（Ｈ）は、ほぼ４Ｔマーク長（図１０（Ｆ））を形成するために短パルス発生出力制御部４ｈから従来の記録パルス（駆動電流）を供給して、レーザー光を発光させ場合（図１０（Ｇ））と、本発明における急峻な記録パルス（駆動電流）を供給して、緩和振動を伴うレーザー光を発光させた場合（図１０（Ｆ））を対比させている。

この時のパルスの数は、Ｎ＝２であって、パルス数は、（４−１）×２＝６個の場合を示している。

この波形からわかるように、緩和振動方式は、消費電力について従来方法と比べると、略５分の１という非常に少ないエネルギーによって同等の記録処理が可能となることである。

また、記録マーク長ｎＴに対して、所定の記録変調方式に基づく最短記録マーク長をｎminＴ（ｎ_minは整数）とすると、レーザー部４ａのレーザー光の波長λと、レーザー光を集光するための対物レンズ４ｃの開口数ＮＡの関係は、
λ／（４×ＮＡ）≦ｎ_minＴ≦λ／（２．５×ＮＡ）
であることが好適である。

また光ディスクに設けられるトラックピッチＴＰが
λ／(２×ＮＡ)≦ＴＰ≦λ／(１．３×ＮＡ)
の条件を満たすことが好適である。すなわち、利用できるビームスポット径に対し十分に高密度化した場合に、より効果を発揮する。

（半導体レーザー部４ａに用いられる半導体チップ部）
次に、原盤記録装置にて使用される光源の一部である半導体チップ部について説明する。図１１に図示されているのは、半導体レーザーの発光体となる半導体チップ部１０のみであり、通常はこの半導体チップ部１０がヒートシンクとなる金属ブロックに固定され、更に基材およびガラス窓付キャップ等により構成される。

半導体チップ部１０は、一例として厚さ（図の面内上下方向）が０．１５ｍｍ、長さ（図中Ｌ）が０．５ｍｍ、横幅（図中奥行き方向）が０．２ｍｍ程度の微小ブロックである。レーザーチップは、上端電極１１および下端電極１２をもっており、上端電極１１が−（マイナス）電極、下端電極１２が＋（プラス）電極である。

レーザー光を発光するのは中央の活性層１３であり、これを挟んで上下に上側クラッド層１４および下側クラッド層１５が形成されている。上側クラッド層１４は電子が多数存在するｎ型クラッド層、下側クラッド層１５は正孔が多数存在するｐ型クラッド層である。

下端電極１２と上端電極１１間に下端電極１２から上端電極１１に対して順方向に電圧を印可する、すなわち、下端電極１２から上端電極１１に向かって電流を流すと、活性層１３内で励起した多数の正孔と電子が再結合し、その際に失うエネルギーに相当する光を放出することになる。上側クラッド層１４および下側クラッド層１５の屈折率は活性層１３の屈折率に対して低くなるよう材料選択されており（一例として５％低下）、活性層１３にて発生した光は上下のクラッド層１４、１５との境界を反射しながら活性層１３内を図中左右に進行する光波となる。

図中左右の端面は鏡面Ｍとなっており、活性層１３はそれ自体で光共振器を形成するものとなる。活性層１３内を左右に進行し、かつ左右両端の鏡面にて反射した光波は活性層１３内で増幅され、最終的にレーザー光として図の右端（および左端）から放出される。この際、レーザー部４ａの共振器長とは図中の左右方向の長さＬである。

レーザー部４ａは短パルス発生出力制御部４ｈにより生成される駆動電流によって、出射波形が制御される。短パルス発生出力制御部４ｈの駆動電流により、原盤の記録に用いる記録パルスを生成する様子を説明する。

図１２（Ａ）、および図１２（Ｂ）が通常の半導体レーザー駆動電流と半導体レーザー出射波形を表し、図１２（Ｃ、および図１２（Ｄ）が緩和振動パルスを生成する際の半導体レーザー駆動電流と半導体レーザー出射波形を表す。

駆動電流は、図１２（Ａ）および図１２（Ｃ）に示すバイアス電流Ｉｂｉとピーク電流Ｉｐｅの２レベルに制御されている。なお、バイアス電流が更に２つのレベル、あるいは、３つのレベルに細分化されて制御される場合もあるがここでは、説明の簡易化のため、バイアス電流Ｉｂｉとピーク電流Ｉｐｅがそれぞれ１レベルずつの場合を用いて説明する。

通常の記録パルス生成の場合、短パルス発生出力制御部４ｈは、図１２（Ａ）に示すように、レーザー部４ａがレーザー発振を開始する閾値電流Ｉｔｈよりもやや高いレベルに設定されたバイアス電流Ｉｂｉをまず生成し、レーザー部４ａを駆動する。その後、時刻Ａにて、所望のピークパワーを得るためのピーク電流Ｉｐｅが印可され、一定時間、ピーク電流Ｉｐｅが印可されたのち、時刻Ｂにて再度、バイアス電流Ｉｂｉへと引き下げられる。このときの、レーザー部４ａの出射光強度の時間変化を図１２（Ｂ）に示す。

図１２（Ｂ）に示すように、バイアス電流Ｉｂｉにより駆動されている時刻Ａまでは出射光強度は原盤へデータ記録が不可能な極く低いパワーであるが、ピーク電流Ｉｐｅが印可されるとともに、記録パワーまで強度が引き上げられ、時刻Ｂにて駆動電流がバイアス電流Ｉｂｉレベルまで引き下げられるまでこのレベルを維持する。時刻Ｂ以降は出射光強度は再び低パワーとなる。こうして時刻ＡからＢまでの期間に記録パルスが出射されるようにレーザー部４ａは制御されることとなる。

より詳細に出射光強度を観測すると、時刻Ａにおいて強度が記録パワーまで引き上げられた際に、定常の記録パワーに安定するまでに、強度が瞬間的に上昇して低下する様子が伺える（図中の破線円部分）。これが、レーザー部４ａの緩和振動によるものであり、通常の記録パルス生成においては、この緩和振動がなるべく小さくなるように制御を行なう。

緩和振動とは、このように半導体レーザーにおいて、駆動電流があるレベルから、閾値電流を大きく超える一定のレベルまで急激に上昇した際に生ずる、過渡的な振動現象である。緩和振動は、振動を繰り返す毎に小さくなり、やがて振動は収まる。

本実施形態に係る原盤記録装置においては、この緩和振動を積極的に記録に利用するものである。緩和振動を記録パルスとして用いる場合には、図１２（Ｃ）に示すように、短パルス発生出力制御部４ｈはレーザー部４ａの閾値電流Ｉｔｈより低いレベルに設定されたバイアス電流Ｉｂｉをまず生成し、レーザー部４ａを駆動する。

その後、時刻Ａにて、通常の記録パルス生成よりも、早い立ち上がり時間で、急激に駆動電流をピーク電流レベルＩｐｅまで引き上げ、通常の記録パルス生成よりも短い時間ののち、時刻Ｃにて再度、バイアス電流Ｉｂｉへと引き下げられる。このときの、レーザー部４ａの出射光強度の時間変化を図１２（Ｄ）に示す。

図１２（Ｄ）に示すように、閾値電流Ｉｔｈより低いバイアス電流Ｉｂｉにより駆動されている時刻Ａまでは、レーザー部４ａはレーザー発振を開始しておらず、無視レベル程度の発光ダイオードとしての光出射がある程度である。その後、時刻Ａにて急激な電流印可に伴い、緩和振動が開始され、出射光強度は急激に上昇する。その後、印可電流が再度閾値電流以下に戻される時刻Ｃまでの間、緩和振動による光出射が持続する。この例の場合、緩和振動の２周期目のパルスが生成されたタイミングで時刻Ｃに到達し、記録パルス生成が終了している。

このように、緩和振動によるパルスは、通常の記録パルスに比べて、非常に短い時間で出射光強度が上昇し、半導体レーザーの構造によって決まる一定の周期で出射光強度が低下するという特徴を持っている。従って、緩和振動によるパルスを記録パルスに用いることにより、通常の記録パルスでは得られない、短い立ち上がり・立下り時間を持ち、かつ強いピーク強度を持った短パルスを得ることが可能となるのである。

一般的に知られた関係として、共振器長Ｌと緩和振動周期Ｔには以下の関係がある。

Ｔ＝ｋ・｛２ｎＬ／ｃ｝…（１）
ここで、ｋは定数、ｎは半導体レーザーの活性層の屈折率、ｃは光速（３．０×１０８（ｍ／ｓ））である。従って、共振器長Ｌと緩和振動周期Ｔ、ひいては、緩和振動パルス幅は、比例関係にあることが分かる。

このことから、緩和振動パルス幅を長くしたい場合は、共振器長Ｌを長く、緩和振動パルス幅を短くしたい場合には、共振器長Ｌを短くすればよいことになる。すなわち、緩和振動パルス幅は共振器長Ｌによって制御可能であると言える。

図１３は、共振器長Ｌが６５０μｍの半導体レーザーによる緩和振動波形の計測結果である。緩和振動パルス幅は半値全幅でおよそ８１ｐｓであることが分かる。上述の式（１）から、共振器長Ｌと緩和振動パルス幅は比例関係にあることが判っていることから、半導体レーザーの共振器長Ｌと得られる緩和振動パルス幅（ＦＷＨＭ）Ｗｒの変換式として以下の関係が得られる。

Ｗｒ（ｐｓ）＝Ｌ（μｍ）／８．０（μｍ／ｐｓ）…（２）
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明による原盤記録装置の記録法方法を説明するために示した記録パターンとレーザダイオード出力パルスの関係を示す説明図である。 この発明の原盤記録装置の動作を説明するために示したビームスポットとビーム照射部の温度プロフィールの関係を示す説明図である。 従来法による原盤と本発明方法による原盤のピット形状を比較して示す模式図である。 この発明による原盤記録装置の概略構成図である。 この発明の一実施例による原盤の加工前の構成説明図である。 この発明の他の実施例による原盤の加工前の構成説明図である。 図４の短パルス発生制御部の詳細例を示す図である。 図７のライトストラテジ部からの出力パルス数の例を示す図である。 原盤に記録されるマークの例とレーザー出力パルスの例を示す図である。 原盤に記録される他のマークの例とレーザーに供給されるパルスの例を示す図である。 レーザー素子の構成例を示す図である。 レーザー素子に供給される駆動電流とレーザー素子から出力パルスとの関係を従来と本発明とで比較して示す図である。 共振器長が６５０μｍの半導体レーザーによる緩和振動波形の計測結果の一例を示す図である。

符号の説明

４ａ・・・短パルス発生出力制御部，４ｂ・・・光学系，４ｃ・・・対物レンズ，４ｄ・・・回転ステージ，４ｅ・・・スピンドルモーター，４ｆ・・・原盤，４ｇ・・・コンピュータ，４ｈ・・・短パルス発生出力制御部，４ｉ・・・Ｘ軸制御部，４ｊ・・・回転制御部、５ａ，６ａ・・・Ｓｉウエハ，５ｂ，６ｄ・・・感熱型レジスト膜。

Claims (6)

1. 半導体レーザーの照射光を光ディスク原盤のレジスト膜に照射して情報を記録する原盤記録装置において、
   前記レジスト膜を無機熱レジスト膜とし、前記半導体レーザーの照射光をパルス幅２００ｐｓ以上１ｎｓ以下の短パルスレーザーとして出力する手段を具備したたことを特徴とする原盤記録装置。
2. 前記レジスト膜がＧｅ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎから選ばれる１種以上の材料からなることを特徴とする請求項１記載の原盤記録装置。
3. 前記レジスト膜がＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂの中から選ばれる１種以上から成る酸化物であることを特徴とする請求項１の原盤記録装置。
4. 半導体レーザーの照射光を光ディスク原盤のレジスト膜に照射して情報を記録する原盤記録方法において、
   前記レジスト膜を無機熱レジスト膜とし、前記半導体レーザーの照射光をパルス幅２００ｐｓ以上１ｎｓ以下の短パルスレーザーとして出力することを特徴とする原盤記録方法。
5. 前記レジスト膜としてＧｅ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎから選ばれた１種以上の材料を用いることを特徴とする請求項４記載の原盤記録方法。
6. 前記レジスト膜としてＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂの中から選ばれた１種以上から成る酸化物を用いることを特徴とする請求項４の原盤記録方法。

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