JP2723986B2 - 光ディスク原盤の作製方法 - Google Patents

光ディスク原盤の作製方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光デイスク原盤の作製方法に係り、特に高
密度データ記録用光デイスクの作製に好適な原盤作製方
法に関する。
〔従来の技術〕
高密度データ記録媒体として、光デイスクが使用され
始めている。光デイスク円板には、第5図に示す如く、
円心円状あるいはスパイラル状のトラツク7に沿つて、
データの記録番地や、タイミング用のクロツクを表わす
プリフオーマツト信号と、記録,読み取り用光ビームの
案内用信号が、凹凸状のプリピツト9および溝8として
それぞれ形成されている。読み取り用の光ビームによつ
て、適正な大きさの再生信号をプリピツト9と案内溝9
から得るためには、読み取りに、凹凸による光の回折を
利用しているため、プリピツトと案内溝の形状には、条
件がある。深さに関しては、ドライブ装置の光ビームの
波長をλ、円板の屈折率をnとすると、それぞれ約λ/4
n,λ/8nが適当である。トラツクに垂直方向の幅に関し
ては、読み取り用光ビームのスポツト径と密接な関係が
あり、スポツト径の半分程度が適切な大きさとなつてい
る。また、データ記録密度と密接な関係を持つているト
ラツクピツチは、隣接するトラツクによる干渉、すなわ
ちクロストークによつて決められており、光スポツト径
が限界となつている。光スポツト径は、ドライブ装置に
おける対物レンズの開口数をNAとすると、λ/NAであ
る。このように光デイスク装置においては、光スポツト
径、すなわち光の波長が律則となつている。
光デイスク円板に形成されるプリピツトや案内溝から
なる凹凸パターンは、第10図に示す工程によつて原盤を
作ることから始める。従来は、第10図(a)のようにガ
ラス基板6上にポジ型のホトレジスト膜5をスピンコー
トにより形成し、(b)で示すように、原盤カツテイン
グ装置の記録レンズ17で、記録すべき信号(アドレスや
クロツク等のプリツト形成信号および案内溝形成信号)
により強度変調された光ビームを収束し、ホトレジスト
膜5を露光する。ホトレジスト膜5には、収束光スポツ
トの強度分布31′に対応した潜像32′,33′が形成され
るが、現像の閾値を高次回折光による潜像が現像されな
い値にすることによって、例えば、溝8を形成してい
る。実際には高次回折光は非常に弱いので、その潜像3
3′も弱く、従来の、ホトレジスト膜の表面荒れを抑制
した原盤現像プロセスで十分達成可能であつた。この原
盤からメツキ処理によつてスタンパを作り、大量のレプ
リカ円板を作製する。このレプレカ円板に記録膜をつ
け、仕上げ加工をして光デイスク円板が出来上がる。こ
の種の光デイスクの製造方法については、例えば、日立
評論,Vol.65 No.10(1983−10)に記載されている。
原盤のプリピツトや案内溝の凹凸形状は、カツテイン
グ装置の光スポツト強度分布および現像条件によつて決
定される。0次回折光の光スポツト径は、前に述べたよ
うに、記録レンズの回折限界までしか狭まらないため、
それより幅の狭い凹凸パターンを有する原盤の形成は困
難である。現在、光源として、Arレーザの458nm線や、H
e−Cdレーザの442nm線が、ホトレジストとして、ポジ型
レジストが用いられている。カツテイング装置のレンズ
NAは〜0.9であり、従つて、光スポツト径は、約0.5μm
となり、ピツトや溝幅は、ほぼこの値が下限となつてい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
光デイスクの高記録密度化を図るためには、ドライブ
装置にあつては、波長を短波長化して、光スポツト径の
微小化を図る必要があり、光デイスク円板においては、
それに対応して凹凸パターンや、トラツクピツチの微小
化を図る必要がある。上述した従来技術では、光スポツ
ト径が一定のため、現像条件のみで微小化に対応せねば
ならず、大幅な向上は望めなかつた。プリピツトや案内
溝溝からなる凹凸パターンを微小化するには、前に述べ
たように、光スポツトの微小化を図るのもひとつの方法
である。しかし、カツテイング用レーザは、低雑音の連
続発振レーザである必要があり、大幅な短波長化は難し
く、現時点では、He−Cdレーザの325nmが限度と考えら
れる。現在よく用いられているArレーザの波長458nmに
較べ、約3割の短波長化となるが、光変調器や記録レン
ズの短波長化の問題が残つている。また、レンズNAを現
在以上に大きくするのは難しい。これらのことから、ド
ライブ装置の短波長化の進展に合わせて原盤のピツトや
溝の凹凸形状をどうやつて微小化するかが課題となつて
いた。
本発明の1つの目的は、現在利用可能で、かつ容易な
技術を用いて、微小なプリピツトや案内溝を持つた光デ
イスク原盤を作製する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、使用する光の波長で制限される
ものよりも幅が狭いプリピツトや案内溝を有する光デイ
スク原盤の作製方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
これら目的を達成するために、本発明では、いわゆる
超解像を利用する。すなわち、ホトレジストに照射され
る零次回折光のスポツト径を狭め、超解像で生ずる有害
な高次回折光によるホトレジスト露光部を、高コントラ
スト現像により、そのまま残すことにより、使用する光
の波長で制限されるものよりも幅が狭い案内溝や微小な
プリピツトを作製することを特徴とするものである。
〔作用〕
第1図は、カツテイング装置の記録レンズ2の表面に
帯状の遮蔽物3を設け、記録光ビーム1の中心部の光
を、帯状に除去したものである。従来は、第2図のよう
に、遮蔽物なしで使う。レンズ2の焦平面4上の光スポ
ツト強度分布は、第3図(a)のようになる。ここで、
rは焦点中心からの距離,Iは光強度,細線Aは遮蔽物な
しの第2図の場合、太線Bは帯状遮蔽物のある第1図の
場合の光スポツト強度分布である。図に示すように、中
心部の光を遮蔽した場合は、中心部の零次回折光は、分
布の幅が狭くなる。そのかわりに、零次回折光の両側に
一次回折光が強く現れる。この現像は、第4図に示す円
形遮蔽物3′を用いても、同様であり、超解像とも言わ
れる。この超解像については、たとえば、久保田 広
著「波動光学」(岩波書店,1971)に詳しく述べられて
いる。しかし、カツテイング装置の光学系に、この超解
像をそのまま取り入れることはできない。それは、従来
の現像処理では、超解像により零次回折光の両側に現わ
れる一次回折光が強過ぎて、一次回折光で露出された部
分も現像されてしまうからである。すなわち、第3図
(a)のIaで示される、従来の現像の閾値では、この値
以上の高次回折光で露光された部分も現像されるため、
使用できなかつた。通常の光学系では、閾値Iaに対応す
るスポツト径Waまでが現像され、このとき、原盤のホト
レジスト膜断面は、第3図(b)の幅Raを持つ曲線Paの
ようになる。現像法を従来のままで、第1図または第4
図に示す光学系を用いると、点線Pb′のように一次回折
光で露光された部分も現像されてしまうため、光デイス
ク用としては不適当であつた。そこで、本発明では、現
像処理を高コントラスト化し、ホトレジストの実効的な
ガンマ値を高める。閾値の高い現像処理により、第3図
(a)に示すように閾値光強度を1bに高めれば、膜断面
は、第3図(b)に示されるように、太線Pbのごとくな
り、溝幅はRbと狭くなり、高密度光デイスクに適した案
内溝や微小なプリピツトを有する光デイスク原盤を得る
ことができる。
この光デイスク原盤からレプリカ作成される光デイス
ク基板は、円心円状あるいは螺旋状のトラツクに沿つて
形成された溝あるいはプリピツトを有し、これら溝ある
いはプリピツトは形成時に使用した光の波長によつて決
まる回折限界よりも幅が狭く、例えば0.26〜0.4μmで
あり、従来の約2.5倍のトラツク密度まで高密度化でき
る。しかも、トラツクに沿つた方向の密度も、同様に約
2.5倍とすることができ、従つて、従来の約6倍高密度
の光デイスクが得られる。
また、溝やピツト以外の表面は、原盤のホトレジスト
膜が表面難溶化処理によりほとんど現像されないため、
塗布したままのホトレジスト膜表面が保存されるので、
表面凹凸が小さく、表面ノイズの小さい光デイスク基板
が得られる。
〔実施例〕
第6図に、本発明の一実施例を示す。これは単一の記
録光ビームを用いたカツテイング装置の概略図である。
点線部22は記録光学系、19は原盤デイスクで、矢印のよ
うな回転および並進運動を行なうことによつて、螺旋状
あるいは同心円状のパターンを形成する。レーザ11から
でた光は、光変調器12により記録信号(アドレスやクロ
ツク等のプリピツト形成信号あるいは案内溝形成信号)
に応じた強度の変調を受け、遮蔽板13を通過し、遮光部
14の存在により、強度分布を変えられ、光偏向器15に入
射する。ここで、光偏向器15は駆動信号により、光ビー
ムを偏向し、図中の点線のようになる。そして、光ビー
ムは、ミラー16,記録レンズ17によつて、原盤19のホト
レジスト膜21上に結像する。ホトレジスト膜21は平坦な
ガラス基板20上にスピンコートされている。記録レンズ
17の位置は、ボイスコイルを用いたサーボ系18により、
ホトレジスト膜面上に焦点を結ぶように制御されてい
る。これにより、ホトレジスト膜21は、第3図(a)の
曲線Bで示される分布をもつた光で露光される。光偏向
の必要がないパターンのみ作製するのであれば、光偏向
器15は不要であるが、使用する場合は、遮蔽板13は、光
偏向器15より光源側に置く必要がある。
例えば、サンプルサーボ方式のトラツキング用ピツト
(プリウオーブルピツト)を含むパターンを作製する場
合は、光偏向器15が必要である。ホトレジスト膜21上の
光スポツト強度分布は、遮蔽板13の光ビーム断面内での
位置に依存するので、遮蔽板13の位置を正確に設定する
必要がある。そこで、光路中にビームスプリツター23を
置き、ホトレジスト膜21からの反射光を取り出し、ビデ
オカメラ24により観測しながら遮蔽板13の配置位置を設
定する。
第7図(a)〜(c)はそれぞれ本実施例で用いる遮
蔽板13の一例である。(a)は中央に円形遮光部26をも
つ遮光板13である。透明なガラス板25上に、不透明な膜
26が付けられている。この不透明膜26としては耐熱性,
耐酸化性の高いCrなどの金属膜を用いるのが好適であ
る。円形遮光部26の場合、点対称であるため、方向性が
なく、光はトラツクに平行な方向にも、垂直な方向にも
同様に回折される。従つて、ピツトを作製する場合は、
小さなピツトを作ることができる。(b)は帯状遮光部
27をもつ遮光板13である。この場合、帯27に垂直な方向
に高次の回折光が生ずる。従つて、方向性があり、帯の
方向がトラツク方向に平行になるように、遮蔽板13を設
置すれば、ホトレジスト膜21上の0次回折光の光スポツ
トは、(d)に示すように、トラツク方向に長い楕円状
となる。この光で溝パターンを露光することによつて、
幅の細い溝を作ることができる。(c)は、やはり帯状
の遮光部をもつものである。この遮断部は細いワイヤー
29で、遮蔽板13はこれを枠28に付けた構造になつてい
る。作用は(b)と同じである。
第8図に、遮光部の幅または径lと、その遮光部をも
つ遮蔽板13を通過したビーム径Dの光ビームを記録レン
ズ17で絞り込んだとき得られる光スポツト径W,一次回折
光強度I1との関係の概略を示す。W0,I0はそれぞれ遮光
部のないときの光スポツト径、0次回折光強度である。
遮光部の幅あるいは径lを広げていくと、光スポツト径
Wは小さくなり、一次回折光強度I1は強くなつていくこ
とがわかる。これにつれて、現像の閾値も大きくせねば
ならず、また、0次回折光の比率は低下するので、所定
の強さの0次回折光を得るためには、レーザ11から出射
されるレーザ光の強度も大きくすることが必要である。
従つて、実用上は遮光部の幅あるいは径lは限定され、
l/Dは、0.1〜0.3程度が好適である。
第9図は本発明の原盤作製プロセスを示す図である。
本実施例の方法では、はじめに工程(a)で、ガラス基
板20上にポジ型のホトレジスト膜21をスピンコートによ
り形成した後、次に工程(b)で、ホトレジスト膜21の
表面難溶化処理を行なう。すなわち、ホトレジスト膜21
を未露光の状態で短時間、現像液中に漬けたり、あるい
は濃度が1規定以下のアルカリ水溶液中に浸した後、水
洗、乾燥する。これにより、ホトレジスト膜21の表面
に、十分な露光を受けてホトレジスト膜分子の架橋結合
が完全に分解した部分以外は、現像困難な難溶層30を形
成する。つぎに工程(c)で、所望のパターンを形成す
るための露光を、第6図あるいは後述する第11図のカツ
テイング装置で行なう。記録レンズ17より光源側に、第
7図(a)〜(c)に示した遮蔽板13を設け、遮蔽板13
を通過した光をレンズ17でホトレジスト膜21の表面に集
光する。すでに述べたように、遮蔽板13の存在により、
ホトレジスト膜面上の光スポツト31は、0次光成分と高
次光成分を持つており、このために、ホトレジスト膜21
内に、それぞれに対応する潜像32,33ができる。高次光
成分の潜像33は、従来法の場合の潜像に比べるとかなり
強い潜像であるが、難溶層30の存在により、つぎに、工
程(d)で現像処理しても溶解せず、結局0次光成分の
潜像32のみが溶解して、パターン、たとえば溝8が得ら
れる。0次光成分の光スポツト径は小さいので、使用す
る光の波長で決まる回折限界以下の幅の狭い溝8を得る
ことができる。
第11図は、本発明の他の実施例を示す図である。これ
は2つの記録ビームを用いた原盤カツテイング装置への
本発明の応用であり、ヘツダー付き溝間記録用光デイス
クの原盤作製に用いられ、案内溝とこれら溝間に設けら
れるアドレスやクロツク等のプリフオーマツト信号(プ
リピツト列)とを同時に記録するのに好適である。従つ
て、ISO規格の5インチライトワンス型光デイスクや書
き換え型光磁気デイスクの高密度化用原盤を作る場合に
用いて好適である。レーザ光源11からでた光ビームは、
ビームスプリツター34により2本の光ビームに分けられ
る。一方はミラー34′で向きを変えられ、他方はそのま
まで、それぞれ光変調器12′および12に入射し、所定の
記録信号(案内溝形成信号およびアドレスやクロツク等
のプリフオーマツト形成信号)によりそれぞれ強度の変
調を受け、さらに遮蔽板13′,13を透過し、ミラー3
5′,ビームスプリツター35,ミラー16,記録レンズ17を
へて、原盤19のホトレジスト膜21上に収束される。2本
の光ビームは、それぞれ異なつた角度で記録レンズ17へ
入射する。2本の光ビームのなす角度は、記録レンズ17
の焦点距離と、2本のビームで作られる原盤デイスク上
のパターン(例えば、第5図参照)のあらかじめ決めら
れた間隔から、決められている。
本実施例では、それぞれのビームに設けられた遮蔽板
の遮光部14,14′の形状は、それぞれの記録ビームの目
的に合つた形状に選ぶことができる。例えば、案内溝形
成用ビームに対しては、第7図(b)あるいは(c)に
示した帯状遮光部27あるいは29を有する遮光板13を、そ
の帯状遮光部27あるいは29がトラツクに平行となるよう
に配置する。一方、ピツト形成用ビームに対しては、第
7図(b)あるいは(c)の帯状遮光部27あるいは29を
有する遮光板13を、その帯状遮光部27あるいは29がトラ
ツクに垂直となるように、あるいは第7図(a)に示し
た円形遮光部26を有する遮光板13を配置する。これによ
り、回折限界以下の幅の狭い案内溝と、トラツク方向に
回折限界以下の幅の狭いプリピツト、あるいは回折限界
以下の径の小さいプリピツトが得られる。
第12図に本発明により作製された原盤を用いた、光デ
イスクの製造工程を示す。(1)は第9図に示した工程
で作製した、所望のパターンを有する原盤19である。す
なわち、平坦なガラス基板20上に塗布されたホトレジス
ト膜21には、原盤カツテイング装置で使用した光の波長
によつて決まる回折限界よりも幅が狭い溝やピツトから
成る凹凸パターンが形成されている。ホトレジスト膜21
の表面には表面難溶層30が出来ている。次に(2)に示
すように、この原盤19のパターン形成面に導電膜41を、
蒸着あるいはスパツタリングによつて形成し、これを電
極として、電気メツキし、ニツケルなどのメツキ膜42を
つける。(3)は原盤19から得られたスタンパ43を示
す。このスタンパ43を用い、射出成型法、あるいは紫外
線硬化樹脂を用いた成型法により、レプリカ基板(光デ
イスク基板)40をつくり、この上に情報の記録膜44を、
蒸着あるいはスパツタリングによりほぼ一様に形成し
て、(4)に示す光デイスク単板45をつくる。
記録膜44は、記録形態(例えば、光磁気記録や相変化
記録、あるいは穴明け記録等)に応じて適当なものを選
ぶ。また、必要に応じて、エンハンス膜や保護膜を形成
する。この光デイスク単板45を接着層47により記録膜44
が対面するように2枚張り合わせ、ハブ46をその中心孔
48が、基板40の回転中心に一致するように取付けて、
(5)に示す両面記録用光デイスクができる。なお、2
枚の光デイスク単板45を内周スペーサと外周スペーサを
介して張り合わせて、エアサンドイツチ構造の光デイス
クを作製しても良いし、あるいは第12図(4)に示した
光デイスク単板45にハブを取り付けて、単面記録用光デ
イスクを作製しても良い。このように、本発明による原
盤からレプリカ技術によつて、案内溝やプリピツトのサ
イズが小さい光デイスクを量産することができる。すな
わち、高記録密度の光デイスクが量産可能となる。
第13図は、本発明により作製された原盤を用いてレプ
リカ作製された光デイスク基板40の断面の概略を示す。
(a)は案内溝の断面を示し、(b)は、ピツトの断面
を示すものである。図において、原盤カツテイング装置
で用いる光源の波長と、記録レンズのN.A.を同じにした
ときの、点線Aが本発明を用いた場合、実線Bが従来方
法を用いた場合の断面を示す。本発明によれば、幅が狭
くなるだけでなく、溝、あるいはピツトの縁の部分C
が、従来の原盤を用いて作られた基板のように丸みを帯
びず、曲率半径が小さく、とがつた形となる著しい特徴
がある。
これは、すでに述べたように、原盤の作製において、
ホトレジスト膜の表面難溶化処理により、露光量が少な
い部分が現像に抗して残留するためで、これがそのまま
転写されているからである。また、溝やピツトの部分以
外の表面、すなわちランドの部分は、上記と同様、原盤
のホトレジスト膜がほとんど現像されていないため、そ
の表面は塗布したままのホトレジスト膜表面が保存され
る。従つて、表面凹凸が小さく、表面ノイズの小さい光
デイスク基板が得られる。
現在用いられている原盤カツテイング装置において
は、記録レンズのN.A.はほぼ0.9であり、記録光として
はアルゴンレーザの波長458nm光あるいはヘリウムカド
ミウムレーザの442nm光を用いる例が多く、記録光のス
ポツト径は、略500nm程度となる。この場合、従来法で
形成される溝幅Wは、深さdを光デイスクのトラツキン
グに必要な深さに作つ場合、略0.4μmが最小限度であ
る。
しかし本発明を用い、前述のl/Dを0.15程度に選ぶ
と、従来の半分の260nm程度の幅W′の溝やピツトが得
られる。すなわち、使用した記録光の波長で制限される
回折限界よりも狭い、0.4〜0.26μm幅の案内溝あるい
はプリピツトをプリフオームした光デイスクを得ること
が出来る。
光デイスクのトラツクピツチは、案内溝やプリピツト
の幅の、2.5倍程度までつめることが可能であるから、
本発明を用いて作られた光デイスクでは、約650nmのト
ラツクピツチが可能となり、これは現在使用されている
光デイスクの、約2.5倍のトラツク密度となる。更に、
トラツクに沿つた方向の密度も同様に2.5倍とすること
ができる。従つて、従来の約6倍高密度の光デイスクが
得られる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、以上説明したように、従来の原盤カ
ツテイング装置に適切な遮光パターンの遮蔽板を追加す
ることにより、高密度光デイスク用の微小な、幅の狭い
ピツトや案内用溝パターンの露光が可能となる。カツテ
イング装置に用いるレーザ光源の波長を短波長化すれ
ば、いつそうの微小化が可能となるのは、もちろんであ
る。これと組み合わされる、ホトレジスト膜の表面難溶
化処理も、現在の原盤作製工程にわずかな変更を加える
のみで可能であるため、低コストで高密度化光デイスク
の原盤を得ることができる。そして、この原盤から複製
デイスク量産技術を用いて、高密度用光デイスク基板
を、低コストで得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図、第4図は本発明の遮蔽板を用いた光学系の概念
図、第2図は街来の光学系の概念図、第3図は本発明の
動作原理を説明する図、第5図は従来の光デイスクの概
略図、第6図は本発明の原盤カツテイング装置の一実施
例を示す図、第7図は本発明で用いる遮蔽板を示す図、
第8図は遮光部の大きさと光スポツト径、回折光強度比
との関係を示す図、第9図は本発明の原盤作製工程を示
す図、第10図は従来の原盤作製工程図、第11図は本発明
の原盤カツテイング装置の他の実施例を示す図、第12図
は、本発明による光デイスクの製造工程を示す図、第13
図は本発明により作製された光デイスク基板の断面図で
ある。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−13144(JP,A) 特開 昭61−129747(JP,A) 特開 平2−108250(JP,A) 特開 平2−249153(JP,A) 実開 平1−78322(JP,U)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源からの記録光ビームの断面の一部を、
    遮光部を有する遮蔽板により遮断し、該遮蔽板を通過し
    た光ビームを記録レンズにより円板上のホトレジスト膜
    上に集光し、上記円板と上記光ビームを相対的に移動さ
    せて、円心円状、あるいは螺旋状のトラックに沿って潜
    像パターンを上記ホトレジスト膜に形成するとともに、
    上記ホトレジスト膜を表面難溶化現像処理することを特
    徴とする光ディスク原盤の作製方法。
  2. 【請求項2】上記ホトレジスト膜上の光スポットがトラ
    ツクに平行な方向に長くなるように、前記遮光板上に光
    ビーム径より狭い幅の帯状遮光部を光ビームの中心に設
    けることを特徴とする請求項1記載の光ディスク原盤の
    作製方法。
  3. 【請求項3】上記遮蔽板は、光ビーム径より小さい径の
    円板状遮光部を光ビームの中心に有することを特徴とす
    る請求項1記載の光ディスク原盤の作製方法。
  4. 【請求項4】上記光源と上記記録レンズの間に光ビーム
    を偏向する手段を設け、上記遮蔽板を上記偏向手段と上
    記光源の間に設けることを特徴とする請求項1ないし3
    のいずれかに記載の光ディスク原盤の作製方法。
  5. 【請求項5】それぞれ異なった形状の遮光部を有する遮
    蔽板を通過した複数本の光ビームを、それぞれ異なる角
    度で上記記録レンズに入射させることを特徴とする請求
    項1ないし3のいずれかに記載の光ディスク原盤の作製
    方法。
  6. 【請求項6】上記表面難溶化現像処理として、未露光の
    上記ホトレジスト膜付き円板を、現像液あるいはアルカ
    リ水溶液に浸し、水洗,乾燥処理した後に、露光,現像
    することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記
    載の光ディスク原盤の作製方法。
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