JPH0973653A

JPH0973653A - 光ディスク原盤の作製方法

Info

Publication number: JPH0973653A
Application number: JP7229890A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Miyamura; 芳徳宮村; Hisataka Sugiyama; 久貴杉山; Migaku Komoda; 琢薦田; Tetsuo Ando; 哲生安藤; Toshie Sasaki; 寿枝佐々木
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Maxell Holdings Ltd
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【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。さらに、難溶化を組み合
わせた。【効果】小さいマークや細い案内溝を形成でき、トラッ
クピッチの狭い光ディスク基板を作製することができ
る。さらに、雑音成分が少ない、低ノイズ基板を作製す
ることができ、信号成分の小さい光磁気ディスクなどの
基板が作製できる見通しを得、その結果、Ｓ／Ｎの良い
信号記録再生を実行することができる。

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の作製方法に関する。

【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（ＬＤ）やコン
パクトディスク（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，ＤＶ−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。こ
の原盤は次のようにして製造されている。１０mm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１００ｎｍ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。

【０００４】でき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。

【０００５】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。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。

【０００６】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
度化を図るためには、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。

【０００８】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。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、３２５ｎｍ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
ズの短波長化対応が困難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、２光束に分ける、いわゆる２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、
両レーザ光間の領域部分が露光され、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予想される。

【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
ィスクの原盤の作製方法において、露光用のレーザ光の
原盤中心方向の光の幅が、通常の回折限界よりも小さい
スポットを形成し、この光で露光し光ディスク原盤を作
製した。

【００１３】さらに小さい案内溝を形成する手法とし
て、露光前の原盤の光感光性材料を現像液にさらし、乾
燥後、前記回折限界よりも小さいスポットで露光する方
法も有効である。

【００１４】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、光ビームを集光し回折限界よりも小さ
いスポットを形成して光ディスク原盤を作製した。位相
シフト量は二分の一波長あるいはその奇数倍の位相差が
望ましい。また、位相シフトを与える領域は光ビームの
中心部分帯状とし、その幅は光ビーム直径の７０％が好
ましい。

【００１５】

【作用】上記手段によりレーザ光に位相シフトを付加し
たことで、位相シフトを通過しないレーザ光との間に
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。この光を集光レンズにより絞り込むと、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。

【００１６】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例を図を用いて
説明する。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
（スペクトラ・フィジックス社製；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−Ａ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）とほぼ同軸となる。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−Ｂを通過した後、半透明鏡３を通過
し前述のビームＡとほぼ同軸となる。

【００１７】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
の焦点の近くに配置された原盤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、おのおの光強度変調もしく
は偏向を可能にしている。

【００１８】原盤７は厚さ１０mmのガラス基板８の上
に、ポジ型ホトレジスト９（シップレー社；ＡＺ１３５
０など）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。

【００１９】ビームＡはアドレスピットなどの信号を記
録するのに用いることから、ビーム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−Ａの構成は、図２に
示すように、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−１)×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ＣＶＤなどの
方法で付けた。

【００２０】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となる直径０.７mmに、波長４５
８ｎｍのアルゴンレーザ用に屈折率１.８のＳｉＯを２
８６ｎｍスパッタリングした。

【００２１】光強度分布の様子を図２に示す。（ａ）は
位相シフト無しの場合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５０mm，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。

【００２２】（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）の中心
スポットが直径が小さく、より小さいマークを記録する
のに適している。同心円状の第２次高調波が生じている
が強度が小さいのでレジストには感光されにくい。

【００２３】一方、ビームＢに挿入した位相シフト板５
−Ｂは、図３に示すようにビームの中心に位相シフトを
与えるようにした。位相シフトの幅Ｗはビーム直径１.
５mmの約７０％すなわち１mmとした。位相シフトと案内
溝との位置関係はシフトの長手方向（図３の上下方向）
が案内溝幅方向となるように配置した。なお、位相シフ
トの量は図２と同様二分の一波長（２８６ｎｍ）であ
る。

【００２４】この形状の位相シフタを使用した場合の光
強度シミュレーション結果を図４に示す。また位相シフ
ト無し及びシフト領域幅を変えた場合のスポット形状も
合わせて示す。いずれも位相シフト無しを基準に相対値
で表わしている。シフト領域の幅係数αが０.７の時、
中心スポットの幅は１.８、他方が約０.８となった。ス
ポットの幅１.８の方向(図上Ｘ方向）には高次回折光が
あらわれているが、０.８の方向には高次回折光はあら
われていない。この０.８（図上Ｙ方向）を案内溝幅と
すると、狭い案内溝が形成できる。

【００２５】位相シフトを使用した場合は、光遮蔽によ
る超解像を使用した時よりは、２次以上の高次回折光が
小さく、不要な部分への露光すなわち“かぶり”が小さ
くなる。さらにビームの光強度は位相シフタ無しと比較
して約６０％とそのパワー割合は小さく、いいかえれば
光利用効率が高く、記録用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。

【００２６】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ニウム，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ＲＩＮ（Relative Intensity Noise)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。

【００２７】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
を説明する。実施例１の位相シフトを用い、図１の２ビ
ーム光ディスク原盤カッティング装置で露光する前に、
レジスト塗布した原盤を露光後の現像時間よりも短い時
間、現像液にさらした後乾燥した。これはいわゆる難溶
化と呼ばれる手法であり、こうすることで、さらに狭い
案内溝を形成でき、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
ニウム，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ＲＩＮの値で従来−７
５ｄＢ以上であったものが、−８２ｄＢ以下とさらに小
さくなった。

【００２８】以上の実施例で主に説明したのは原盤の作
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おいても利用可能であり、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
においても、非常に有効である。

【００２９】

【発明の効果】本発明ではレーザ光での光ディスク用原
盤露光を行う際、レーザ光束中の一部に位相シフトを付
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。その結果、狭い
案内溝を形成でき、ノイズの小さい光ディスクが作成で
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】光ビームＡの光強度分布の説明図。

【図３】案内溝用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。

【符号の説明】

１…アルゴンレーザ、２…鏡、３…半透明鏡、５−Ａ，
５−Ｂ…位相シフト板、６…レンズ、７…原盤、８…基
板、２１…ガラス基板、２２…位相シフト領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者安藤哲生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)発明者佐々木寿枝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

【特許請求の範囲】

【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
の原盤の作製方法において、案内溝露光用のレーザ光の
ＸあるいはＹ方向のいずれか一方の光強度分布が回折限
界よりも小さく、かつ反対方向の光強度分布が回折限界
よりも大きいスポットからなることを特徴とする光ディ
スク原盤の作製方法。
【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、露光用のレーザ光のＸあるいはＹ方向のいずれか
一方の光強度分布が回折限界よりも小さく、かつ反対方
向の光強度分布が回折限界よりも大きいスポットを形成
した光ディスク原盤の作製方法。
【請求項３】請求項１または２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、露光用のレーザ光のＸあるいはＹ方向の
いずれか一方の光強度分布が回折限界よりも小さく、か
つ反対方向の光強度分布が回折限界よりも大きいスポッ
トを形成し、原盤回転中心方向の光が回折限界よりも小
さい光となるように配置した光ディスク原盤の作製方
法。
【請求項４】請求項２または３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
ィスク原盤の作製方法。
【請求項５】請求項２，３または４において、位相シフ
ト領域が光ビームの中心部分領域で、かつその大きさが
光ビーム径の半分以上である光ディスク原盤の作製方
法。
【請求項６】請求項２，３，４または５において、位相
シフト領域をスポットの中心部分で帯状とした光ディス
ク原盤の作製方法。
【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６におい
て、光強度分布が回折限界よりも小さく、かつ反対方向
の光強度分布が回折限界よりも大きいスポットで露光す
る前に、光感光性材料を現像液にさらし、乾燥後露光す
る光ディスク原盤の作製方法。