JPH07153120A - 光ディスク原盤作製方法 - Google Patents

光ディスク原盤作製方法

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JPH07153120A
JPH07153120A JP29491393A JP29491393A JPH07153120A JP H07153120 A JPH07153120 A JP H07153120A JP 29491393 A JP29491393 A JP 29491393A JP 29491393 A JP29491393 A JP 29491393A JP H07153120 A JPH07153120 A JP H07153120A
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JP
Japan
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laser
phase shift
light
light beam
optical disk
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Withdrawn
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JP29491393A
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English (en)
Inventor
Yoshinori Miyamura
芳徳 宮村
Shinkichi Horigome
信吉 堀籠
Hisataka Sugiyama
久貴 杉山
Migaku Komoda
琢 薦田
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Hitachi Ltd
Maxell Holdings Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Maxell Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】プリフォーマット記録されたピット情報などを
狭く小さく早く、滑らかに形成する原盤製造方法を提供
する。 【構成】レジスト表面をレーザ光で露光する際、レーザ
光束中に位相シフト手段を設けることにより回折限界以
下の小さい光スポットを得る。 【効果】小さいマークや細い案内溝を形成でき、トラッ
クピッチが狭く、雑音成分が少ない、低ノイズ基板を作
製することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はCD−ROM等の再生専
用型光ディスクおよび追記型,可逆型光ディスクを製造
するために必要な原盤製作方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光ディスクには再生専用型と読み書き可
能型とがある。前者にはレーザディスク(以下、LD)
やコンパクトディスク(以下、CD)があり現在大量に
生産されている。再生専用型光ディスクには上記以外に
マルチメディア媒体としてCD−ROM,CD−I,D
V−Iなどがあり、これらは今後大きく発展しようとし
ている。特に電子出版物メディアとして、光ディスクに
対する期待は大きい。
【0003】これらの光ディスクの製造手段には、まず
原盤から電鋳プロセスでニッケルのスタンパを作り、こ
れを用いて射出成形法で大量に円板を製造していた。
【0004】この原盤は次のようにして製造されてい
る。10ミリ程度の厚いガラス基板の上に、フォトレジ
ストを回転塗布により約100ナノメータ厚に塗り、こ
れに信号変調されたレーザ光で露光するいわゆるカッテ
ィングを行う。変調信号は同心円状あるいはスパイラル
状のトラックに沿って、データの記録番地や、タイミン
グ用のクロックを表わすプリフォーマット信号と、記
録,再生用レーザ光の案内溝用信号とから成り立ってい
る。
【0005】出来上がったプリフォーマットおよび、レ
ーザ光の案内溝の形状には、条件がある。深さに関して
は、光ディスク装置のレーザ光の波長をλ,円板の屈折
率をnとすると、それぞれ約λ/4n,λ/8nが適当
である。案内溝がλ/8nということは塗布されたフォ
トレジストの厚さの中間厚さに設定することになる。ま
た、トラックに垂直な方向の幅に関しては、光ディスク
装置のレーザ光のスポット径との関連が大きく、スポッ
ト径の約半分程度が適当な大きさとなっている。
【0006】さらに、トラックピッチは情報記録密度に
関わってくる。隣接するトラック同士の干渉、すなわ
ち、クロストークの量によって必然的に決まってくるも
のであり、光スポット径が限界となっている。そのスポ
ット径は、光ディスク装置に採用されている集光用対物
レンズの開口数をNAとすると、λ/NAである。この
ように光ディスク装置では、光スポット径、すなわち、
光の基本性能である波長が制限事項となって、記録密度
限界が決まっている。これに対処する方策の一つとして
特開平3−63947号,特開平1−317241 号公報がある。こ
れは光学系に超解像技術を応用し、レンズの性能以上に
光を集光させ、さらに弱い光では現像されにくい層をフ
ォトレジスト表面に形成する手法、いわゆる難溶化層形
成と相まって波長限界以上の細いピット,狭い案内溝を
形成しようとの試みである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】光ディスクの高記録密
度化を図るには、ドライブ装置では、波長を短波長化し
て、光スポット径の微小化を図る必要があり、光ディス
ク円板ではそれに対応して凹凸パターンや、トラックピ
ッチの微小化を図る必要がある。上述した従来技術で
は、光スポット径が一定のため、通常の現像処理条件だ
けではパターンの大幅な微小化は困難である。
【0008】凹凸パターンを微小化するには、光スポッ
トの微小化を図るのも一つの方法である。しかし、カッ
ティング用レーザは、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、32
5nm程度が限界と考えられる。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、光変調器や記録用の集光レンズの短波長化
への対応が困難であるという問題が残っている。また、
レンズのNAを現在以上に大きくするのは非常に難し
い。
【0009】一方、記録用の変調信号は同心円状あるい
はスパイラル状のトラックに沿って、データの記録番地
や、タイミング用のクロックを表わすプリフォーマット
信号と、光ディスクドライブ装置のレーザ光をガイドす
る案内溝用信号とから成り立っている。これら二つの信
号を記録するには、カッティング用レーザ光を光路の途
中で、二光束に分ける、いわゆる二レーザ光カッティン
グを行っている。この場合、相互のレーザ光が干渉し、
両レーザ光の間の領域部分が露光され、これが雑音成分
となり、光ディスクの品質を劣化するという問題が発生
する。
【0010】また、超解像を利用した微小スポット形成
手法は、光ビーム中にマスキングをする為に、その中心
部分のスポット強度が低下してしまうことは避けられな
い。すると、露光時に必要以上にレーザ出力が要求され
ることになり、大出力レーザ光源が必要となってくる。
そうなってくると、使用可能なレーザ光源が限定され、
また、その寿命も短くなってしまう。レーザ光源は高価
なものであり、そのチューブ交換も高価であり、必然的
に光ディスクのコストが上昇してしまう欠点があった。
【0011】本発明の目的は、光量ロスが小さくしか
も、微小光スポットを形成する手段を提供し、高密度記
録原盤を作製することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】これらの目的を達成する
ために、本発明では基板表面に光感光性材料を塗布する
工程と、その表面に光ディスクの案内溝情報あるいはセ
クタマークなどのアドレス情報を有する変調信号で点滅
するレーザ光で露光する工程と、現像処理により前記露
光に従い凹凸パターンを形成する工程とからなる光ディ
スクの原盤作製方法において、露光用のレーザ光が通常
の回折限界よりも小さいスポットを形成し、この光で露
光した光ディスク原盤を作製した。
【0013】ここで、回折限界よりも小さいスポットを
形成する方法は、レーザから出射した光ビームの一部に
位相シフトを付与した後、光ビームを集光するか、ある
いは、位相シフト量が二分の一波長あるいはその奇数倍
の位相差とする。
【0014】また、レーザから出射した光ビームの一部
に位相シフトを付与した後、光ビームを集光し回折限界
よりも小さいスポットを複数個形成して、光ディスク原
盤を作製した。複数個の回折限界以下のスポットを形成
する方法としては、光ビームを直交する二本の直線で四
分割し、そのうちの対向する二個に位相シフトを付与し
て実現した。
【0015】
【作用】上記手段により分割したレーザ光の一方に位相
シフトを付加したことで、それぞれのレーザ光の間に
は、二分の一波長分あるいはその奇数倍だけ位相がシフ
トしている。相互のレーザ光が重なり合う領域での光強
度は部分的に弱めあう働きをし、結果として通常の回折
限界以下の小さい光スポットが得られる。この光を感光
材料に照射すると従来よりも小さいトラッキングマー
ク,アドレスマーク,あるいは案内溝(グルーブ)など
を容易に形成することができ、高密度光ディスク基板を
作製するための原盤を製造することができる。さらに、
複数の微小マーク,案内溝を同時に形成しながら原盤を
製造することができる。
【0016】
【実施例】図1は2ビーム光ディスク原盤カッティング
装置における光学系の概念を示す。アルゴンレーザ1
(波長458nm,出力;100mW)からの光は鏡2
によりその進行方向を90度変え、半透明鏡3によりほ
ぼ強度の等しい二つの光に分割した。半透明鏡3により
反射された光(ビームA)は鏡2により進行方向を変え
位相シフト板5を通過した後、半透明鏡3で反射され、
先に半透明鏡3により分割された光(ビームB)とほぼ
同軸とする。一方、ビームBは半透明鏡3を通過後、鏡
2により反射され位相シフト板5を通過した後、半透明
鏡3を通過し前述のビームAとほぼ同軸とする。その
後、ビームAとビームBは鏡2によりその進行方向を変
え光集光用のレンズ6を通過して、その焦点近傍に配置
された原盤7の表面に、ほぼ垂直な光軸方向に絞り込ま
れる。なお、ビームA,ビームBは個々に強度変調用の
AO(アカスト・オプチックス)変調器(図示せず)を
通過し、光強度変調もしくは偏向をしている。原盤7は
厚さ10ミリのガラス基板8の上に、ポジ型ホトレジス
ト9を140nmの厚さに回転塗布したものである。こ
の原盤7は回転モータ10により600rpm の速度で回
転している。
【0017】ビームAの中心部と周辺部とで、レーザ光
の位相が二分の一波長分(π)シフトしていればよいの
で、位相シフト板5の構成は、例えば、透明なガラス板
あるいは光学的に均質なプラスチックなどの表面に、ビ
ームの中心部だけに透明な材料、例えばSiO,SiN
などを、(屈折率×厚さ)が二分の一波長あるいはその
奇数倍となるように蒸着,スパッタリングあるいはCV
Dなどの方法で付けた。ここではガラス基板の上に直径
1.5mmの光ビームの中心部分直径0.7mmに、屈折率
1.8 のSiOを波長458nmのアルゴンレーザ用に
127nmスパッタリングした。なお、その厚さは12
7nmの厚さに限定されることはなく、これに波長45
8nmの整数倍を加えた厚さとしても効果は同じであ
る。
【0018】光学系の光強度分布の様子を図2に示す。
(a)は従来のレーザスポットであり、(b)にレーザ
ビームを通過させる位相シフタの平面図を示す。一辺5
0mm,厚さ1mmのガラス板の中心部分の直径0.7mm 以
内と、その外側の範囲とでは位相が二分の一波長分シフ
トするようにSiOがスパッタリングしてある。(c)は
位相シフタを通過した後集光した場合の光強度である。
(a)と(c)を比較してわかるように、ガウス分布し
た通常のレーザ光(a)よりも(c)のほうがスポット
径が小さく、より小さいマーク,案内溝を記録するのに
適している。
【0019】図3に光ビームと位相シフト板を示す。こ
こでRは光ビーム31の直径であり、rは位相シフト板
のシフト領域32の直径である。
【0020】図4に従来の超解像光学系での光スポット
形状のシミュレーション結果を示す。また、スポット直
径が超解像を使用しない時の80%となる場合のスポッ
ト形状外観をあわせて示している。この場合、二次以上
の高次回折光が見えている。図5に位相シフトにおける
光スポット形状のシミュレーション結果を示す。また、
スポット直径が位相シフトを使用しない時の80%とな
る場合のスポット形状外観をあわせて示している。位相
シフトを使用した場合は、超解像を使用したときのよう
な二次以上の高次回折光がなく、不要な部分への露光す
なわち“かぶり”が小さくなる。さらに光ビームの光強
度低下が小さく、いいかえれば光利用効率が高く、アル
ゴンレーザに過大な出力を必要とせず、ノイズの非常に
少ない基板を作製できた。
【0021】図6に回折限界よりも小さい光スポットを
二個得ることができる位相シフトの例を示す。光ビーム
を四分割し、その対向する二個にπ位相シフト32を付
与すると、集光されたスポット形状は、回折限界33以
内の領域に二個の光スポット34が得られた。なお、こ
れを複数ビームについて実行すると、マルチビーム露光
が同時に行える。
【0022】このようにして露光,現像して完成した原
盤から通常プロセスでスタンパ,レプリカを作製し、そ
のレプリカ基板にアルミ,チタンなどの反射膜を付け、
その品質を評価したところ、表面粗さの指標となるRI
N(Relative IntensityNoise)の値で従来−75dB以
上であったものが、−80dB以下と非常に小さくなっ
た。
【0023】以上の実施例において主に説明したのは原
盤作製工程でのレーザ光について説明したが、本発明は
これに限定されるものではなく、小さいレーザスポット
を必要とする光ディスク装置にも利用可能であり、狭ト
ラックピッチで記録された光ディスク基板の記録再生に
も、非常に有効である。
【0024】また、複数レーザ光での光ディスク用原盤
露光をおこなう際にも、それぞれのレーザ光について、
本手段を施すことで実施例で述べた効果をひきだすこと
ができる。
【0025】
【発明の効果】本発明ではレーザ光での光ディスク用原
盤露光をおこなう際、レーザ光束中に位相シフトを付与
することで、回折限界以下の小さい光スポットを得るこ
とができた。また、スポットの中心部分の光強度の低下
が少ない微小スポットを実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】光ディスク原盤カッティング装置における光学
系の説明図。
【図2】原盤カッティング装置における光学系上の光強
度分布図。
【図3】光ビーム強度と位相シフト板の説明図。
【図4】超解像を用いた場合の光スポットの一例の説明
図。
【図5】位相シフトを用いた場合の光スポットの一例の
説明図。
【図6】マルチスポット作製位相シフト板の説明図。
【符号の説明】
1…アルゴンレーザ、2…鏡、3…半透明鏡、5…位相
シフト板、6…レンズ、7…原盤、8…基板、31…光
ビーム、32…位相シフト領域、33…回折限界、34
…光スポット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 久貴 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 薦田 琢 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板表面に光感光性材料を塗布する工程
    と、その表面に光ディスクの案内溝情報あるいはセクタ
    マークなどのアドレス情報を有する変調信号で点滅する
    レーザ光で露光する工程と、現像処理により前記露光に
    従い凹凸パターンを形成する工程とからなる光ディスク
    の原盤作製方法において、露光用のレーザ光が回折限界
    よりも小さいスポットからなることを特徴とする光ディ
    スク原盤作製方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、レーザから出射した光
    ビームの一部に位相シフトを付与した後、光ビームを集
    光し回折限界よりも小さいスポットを形成した光ディス
    ク原盤作製方法。
  3. 【請求項3】請求項2において、位相シフト量が二分の
    一波長あるいはその奇数倍の位相差である光ディスク原
    盤作製方法。
  4. 【請求項4】請求項3において、位相シフト領域が光ビ
    ームの中心部分である光ディスク原盤の作製方法。
  5. 【請求項5】請求項1において、レーザから出射した光
    ビームの一部に位相シフトを付与した後、光ビームを集
    光し回折限界よりも小さいスポットを複数個形成した光
    ディスク原盤作製方法。
  6. 【請求項6】請求項5において、光ビームを直交する二
    本の直線で四分割し、そのうちの対向する二個に位相シ
    フトを付与する光ディスク原盤の作製方法。
JP29491393A 1993-11-25 1993-11-25 光ディスク原盤作製方法 Withdrawn JPH07153120A (ja)

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Effective date: 20010130