WO2010035736A1 - レーザ加工装置 - Google Patents

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WO2010035736A1
WO2010035736A1 PCT/JP2009/066496 JP2009066496W WO2010035736A1 WO 2010035736 A1 WO2010035736 A1 WO 2010035736A1 JP 2009066496 W JP2009066496 W JP 2009066496W WO 2010035736 A1 WO2010035736 A1 WO 2010035736A1
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WO
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laser
light
processed
workpiece
processing
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/066496
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English (en)
French (fr)
Inventor
唯 吉良
Original Assignee
富士フイルム株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B23K26/0676—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/68—Preparation processes not covered by groups G03F1/20 - G03F1/50
    • G03F1/72—Repair or correction of mask defects

Definitions

  • the present invention relates to a laser processing apparatus.
  • a member to be processed placed on an XY table by driving two orthogonal sliders is moved in the X direction and the Y direction.
  • An XY table type laser processing apparatus is well known in which a laser beam is condensed on a member to be processed through an optical system while being moved, and a pattern is formed by irradiating a beam spot on the member to be processed.
  • high-speed laser processing can be performed by moving a beam spot in the radial direction while placing a workpiece on a turntable and rotating it. That is, laser processing is performed by irradiating a disk-shaped object to be processed with laser light in the same manner as when recording on an optical information recording medium such as a CD-R.
  • JP 2007-216263 A and WO 2004/047096 disclose a workpiece to be processed by adjusting the light intensity distribution of a laser beam spot for the purpose of high-precision processing.
  • a processing object including a heat mode type recording material layer is selected for forming a fine pattern.
  • This heat mode type recording material layer is a layer in which a desired pattern is formed by causing a physical change or a chemical change by photothermal conversion by irradiation.
  • the heat mode type recording material layer dissipates the heat generated when the irradiation speed is slow, and it requires a lot of irradiation energy. Characteristic). Therefore, when a pattern is formed by irradiating a heat mode type recording material layer with laser light, a fine pattern having a beam spot diameter or less can be formed.
  • the disk-like object to be processed is not provided with a guide groove for tracking. For this reason, there is a problem that it is difficult to form the recess rows at predetermined intervals in the radial direction of the disk-shaped workpiece. In particular, during high-speed machining, the machining position is liable to shift due to shaft blurring. In addition, when an overwrite or the like for processing the processed region is generated, an accurate pattern cannot be formed.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2008-93724 discloses that a dummy substrate provided with a tracking guide groove is overlapped with a disk-shaped workpiece and tracking is performed according to the guide groove of the dummy substrate.
  • Technology has been proposed. However, there is a problem that it is difficult to add a dummy substrate, and there is a problem that the versatility is lacking.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to irradiate a disk-shaped workpiece with laser light at a predetermined interval in the radial direction of the workpiece.
  • An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of forming a processing section row.
  • a laser processing apparatus includes a laser light source and a diffraction that branches a laser beam emitted from the laser light source into a plurality of light beams including a main beam and a sub beam having a light intensity smaller than that of the main beam.
  • a grating and a condensing optical system for condensing each of the plurality of light beams on the surface of the disk-shaped workpiece, wherein one of the sub-beams forms a workpiece on the surface of the workpiece.
  • the processed object is irradiated with a plurality of branched light beams so that the processed region is irradiated and the main beam irradiates a non-processed area where a surface to be processed is not formed.
  • a plurality of photodetectors that are provided for each of the branched light beams and that detect reflected light reflected by the surface of the workpiece, and when the workpiece is rotated by the rotating unit.
  • a tracking control unit that performs tracking control for adjusting a radial position of the laser irradiation unit based on the reflected light intensity of the sub beam irradiated to the processed region detected by the photodetector;
  • a laser processing apparatus that irradiates an unprocessed region on the surface of the workpiece with the main beam while performing the tracking control, and forms a plurality of workpieces on the surface of the workpiece.
  • the object to be processed can be provided with a heat mode type recording material layer on the surface, and a processed portion having a diameter smaller than the beam spot diameter of the main beam can be formed on the recording material layer.
  • the sub beam preferably has a light intensity less than half that of the main beam.
  • the tracking control unit can perform tracking control so that the reflected light intensity of the sub beam detected by the photodetector becomes a predetermined value.
  • the photodetector for detecting the reflected light of the sub beam irradiated to the processed region is a bisector of the beam spot formed by the reflected light of the sub beam irradiated on the center line in the radial direction of the processed part.
  • the tracking controller is configured such that the difference between the reflected light intensity detected in the first area and the reflected light intensity detected in the second area becomes zero. In this way, tracking control may be performed.
  • the plurality of light beams may include at least zero-order diffracted light, ⁇ 1st-order diffracted light, and + 1st-order diffracted light.
  • the plurality of light beams may include a plurality of main beams used for laser processing.
  • the laser processing apparatus of the present invention it is possible to form a portion to be processed at predetermined intervals in the radial direction of the processing target by irradiating the disk-shaped processing target with laser light. is there.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • this laser processing apparatus includes a spindle motor 12 as a rotating unit that rotates a disk-shaped (disk-shaped) workpiece 10 and a laser that irradiates a surface 10a of the workpiece 10 with laser light.
  • An optical processing head 14 serving as an irradiation unit and a stepping motor 16 serving as a moving unit that moves the optical processing head 14 relative to the workpiece 10 are configured.
  • a case where the optical processing head 14 side is moved will be described.
  • the stepping motor 16 is attached to a support member (not shown) of the optical processing head 14. However, it is only necessary that the optical machining head 14 can be moved relative to the workpiece 10. When moving the workpiece 10 side, the stepping motor is attached to the spindle motor 12 side.
  • a center hole 10b is formed at the center of the workpiece 10.
  • the workpiece 10 is mounted on the turntable 18 by locking the center hole 10b, and is rotated together with the turntable 18 by the spindle motor 12.
  • the workpiece 10 is rotated in a predetermined direction (in the direction of arrow X in FIG. 1) around a rotation axis L passing through the rotation center Q of the workpiece 10.
  • the optical processing head 14 is moved by the stepping motor 16 from the rotation center Q to a position at a predetermined distance along the radial direction (the arrow Y direction in FIG. 1) of the workpiece 10.
  • Processing object 10 is irradiated with pulse-modulated laser light from optical processing head 14.
  • a recording material layer (see FIGS. 2A to 2C) is formed on the surface 10a of the workpiece 10. While rotating the workpiece 10, the surface 10a on which the recording material layer is formed is irradiated with pulse-modulated laser light. The portion of the recording material layer irradiated with the laser light is changed by photothermal conversion by laser irradiation. As will be described later, the portion of the recording material layer irradiated with the laser beam causes one or both of a chemical change and a physical change to form a laser-processed portion. For example, when the recording material layer is removed by heating, recesses (pits) are formed as processed parts.
  • a pit row in which a plurality of pits P are arranged concentrically is formed on the surface 10a of the workpiece 10.
  • the pit rows arranged concentrically may be referred to as “tracks”.
  • a to-be-processed part is not restricted to a recessed part (pit).
  • the recording material layer may be altered (chemical change or the like) by heating, and a modified portion may be formed as a processed portion.
  • the optical machining head 14 is moved from the inner circumference side to the outer circumference side by a predetermined interval along the radial direction in the machining area of the workpiece 10.
  • a concentric pit row is formed on the workpiece 10 for each position moved.
  • a plurality of pit rows are formed in the entire processing region of the processing object 10, and a concavo-convex pattern including a large number of pits is formed.
  • pit when there is no need to indicate a specific pit P, it is simply referred to as “pit”.
  • an optical device having an interface through which emitted light is transmitted such as a solar cell, a light emitting diode (LED), and a flat panel display, is used in addition to a flat substrate such as a plastic substrate and a glass substrate.
  • a flat substrate such as a plastic substrate and a glass substrate.
  • the light extraction efficiency decreases due to the interface reflection.
  • the reflection phenomenon can be suppressed and the light extraction efficiency can be improved.
  • the heat mode type recording material layer 22 is a layer in which the shape of the recording material can be changed to form pits by heat generated by photothermal conversion in the region irradiated with the laser beam.
  • various recording materials conventionally used for recording layers of optical information recording media such as CD-R and DVD-R can be used.
  • recording materials such as cyanine-based, phthalocyanine-based, quinone-based, squarylium-based, azurenium-based, thiol complex salt-based, and merocyanine-based recording materials can be used.
  • the thickness of the recording material layer 22 corresponds to the depth of pits to be formed.
  • this thickness it sets suitably in the range of 1 nm or more and 10,000 nm or less, for example, The minimum of thickness becomes like this.
  • Preferably it is 10 nm or more, More preferably, it is 30 nm or more. The reason is that if the recording material layer 22 is too thin, the pits are formed shallow, so that it is difficult to obtain an optical effect.
  • the upper limit of the thickness is preferably 1000 nm or less, and more preferably 500 nm or less.
  • Laser power per unit area corresponds to “irradiation intensity”, but in this specification, “laser power” and “irradiation intensity” are synonymous.
  • the thickness t of the recording material layer 22 and the pit diameter d are preferably in the following relationship. That is, the upper limit value of the thickness t of the recording material layer 22 is preferably a value satisfying t ⁇ 10d, more preferably a value satisfying t ⁇ 5d, and a value satisfying t ⁇ 3d. Further preferred.
  • the lower limit of the thickness t of the recording material layer 22 is preferably a value that satisfies t> d / 100, more preferably a value that satisfies t> d / 10, and t> d / 5. It is more preferable to satisfy the value.
  • the reason why the upper limit value and the lower limit value of the thickness t of the recording material layer 22 are set in relation to the pit diameter d is the same as described above.
  • the processing laser light used for processing the pits is collected by the objective lens 24 and irradiated on the surface 10a of the processing target object 10.
  • the recording material constituting the recording material layer 22 is irradiated with laser light having a wavelength that exhibits light absorption.
  • the processing laser light means laser light having an irradiation intensity and wavelength capable of forming pits among laser light emitted from a light source.
  • Let ds be the beam spot diameter of the processing laser beam.
  • the cross-sectional light intensity of the laser beam has a Gaussian distribution, and the light intensity increases toward the center of the beam spot.
  • the heat mode type recording material has “low illuminance failure characteristics” in which the generated heat is dissipated when the irradiation speed is slow, and more irradiation energy is required. Due to this low illuminance failure characteristic, as shown in FIG. 2C, when the recording material layer 22 is deformed by heat generation due to laser light absorption, the recording material layer 22 of the workpiece 10 has a beam spot diameter (diameter ds). A pit P having a small diameter dp is formed. As a result, an ultrafine pattern composed of minute pits is formed on the surface of the workpiece 10.
  • the recording material layer 22 When the recording material layer 22 is irradiated with processing laser light, the recording material layer 22 absorbs the processing laser light. This absorbed light is converted into heat, and the temperature of the region irradiated with light rises. Thereby, the recording material layer 22 causes one or both of chemical change and physical change such as softening, liquefaction, vaporization, sublimation, and decomposition.
  • the pit P is formed when the material that has caused such a change causes either or both of movement and disappearance.
  • ⁇ Laser beam for processing> As the recording material constituting the recording material layer 22, a material having a higher absorptance than the other wavelengths at the wavelength of the processing laser light is employed.
  • the wavelength of the absorption peak of the recording material is not necessarily limited to that in the wavelength region of visible light, and may be in the ultraviolet region or infrared region.
  • the wavelength of the processing laser light may be any wavelength that can obtain a laser power enough to form pits in the recording material layer 22.
  • a wavelength of 1000 nm or less is preferable.
  • a laser light source that oscillates at wavelengths such as 193 nm, 210 nm, 266 nm, 365 nm, 405 nm, 488 nm, 532 nm, 633 nm, 650 nm, 680 nm, 780 nm, and 830 nm can be used depending on the type of dye used as the recording material.
  • the laser light source may be any laser light source such as a gas laser, a solid-state laser, or a semiconductor laser. It is preferable to employ a laser light source that can freely change the light emission interval. For example, it is preferable to employ a semiconductor laser.
  • the laser power (irradiation intensity) of the processing laser light is preferably higher in order to increase the processing speed.
  • the higher the laser power the higher the speed at which the recording material layer 22 is scanned with the processing laser light, for example, the rotational speed of the processing object 10.
  • the upper limit value of the laser power is preferably 100 W, more preferably 10 W, further preferably 5 W, and most preferably 1 W in consideration of the upper limit value of the rotation speed.
  • the lower limit of the laser power is preferably 0.1 mW, more preferably 0.5 mW, and even more preferably 1 mW.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a configuration of an optical processing head constituting the laser processing apparatus.
  • the optical processing head 14 includes a laser light source 26 that emits laser light.
  • a semiconductor laser laser diode: LD
  • LD laser diode
  • a diffraction grating 28 that diffracts incident light and a polarizing beam splitter 30 that transmits polarized light in a predetermined direction and reflects polarized light in a direction orthogonal to the polarized light are provided from the laser light source 26 side.
  • the diffraction grating 28 may be an optical element having a function of branching incident laser light into a plurality of laser lights by diffraction.
  • a grating or a hologram can be used.
  • a collimator lens 32 On the light transmission side of the polarizing beam splitter 30, a collimator lens 32, a quarter wavelength plate 34 for converting linearly polarized light into circularly polarized light or circularly polarized light into linearly polarized light, and an objective lens 24 are provided from the polarizing beam splitter 30 side. Arranged in order. On the other hand, on the light reflection side of the polarization beam splitter 30, a cylindrical lens 36 and a light detection device 38 that converts received light into an electric signal corresponding to the amount of light are arranged in this order from the polarization beam splitter 30 side.
  • the objective lens 24 is movably held by a holding member (not shown). In the vicinity of the objective lens 24, a focus actuator 40 and a tracking actuator 42 are arranged.
  • the focus actuator 40 moves the objective lens 24 in the optical axis direction.
  • the tracking actuator 42 moves the objective lens 24 in the radial direction of the workpiece 10.
  • the optical processing head 14 includes a support member (not shown) such as a support substrate, for example. Each of the above members constituting the optical processing head 14 is supported on this support member (not shown).
  • the laser light source 26 is connected to the laser driver 50 and driven by the laser driver 50.
  • the light detection device 38 is connected to the amplifier circuit 58 and outputs an electrical signal to the amplifier circuit 58.
  • the electric signal amplified by the amplifier circuit 58 is input to the servo circuit 60.
  • Each of the focus actuator 40 and the tracking actuator 42 is connected to the servo circuit 60.
  • the laser light source 26 is driven by a laser driver 50 to emit laser light.
  • the laser beam emitted from the laser light source 26 is diffracted by the diffraction grating 28 and branched into a plurality of laser beams including a main beam and a sub beam.
  • a case where the laser beam is branched into three laser beams having different traveling directions, ie, zero-order diffracted light, ⁇ 1st-order diffracted light, and + 1st-order diffracted light will be described.
  • the 0th-order diffracted light is the main beam MB that becomes the processing laser light.
  • the ⁇ 1st order diffracted light and the + 1st order diffracted light are the sub beam SB 1 and the sub beam SB 2 that become the tracking laser light.
  • Each of the three laser beams branched by the diffraction grating 28 is transmitted through the polarization beam splitter 30, converted into parallel light by the collimator lens 32, and converted from linearly polarized light to circularly polarized light by the quarter wavelength plate 34. , Enters the objective lens 24.
  • the three laser beams incident on the objective lens 24 are condensed so as to be focused on the surface 10 a of the workpiece 10, and are irradiated on the workpiece 10.
  • three beam spots corresponding to the main beam MB, the sub beam SB 1 , and the sub beam SB 2 are formed on the surface 10 a of the workpiece 10.
  • each of the three laser beams irradiated to the workpiece 10 is reflected by the surface 10a of the workpiece 10.
  • Each of the reflected laser light (reflected light) is converted into parallel light by the objective lens 24, converted from circularly polarized light to linearly polarized light by the quarter wavelength plate 34, condensed by the collimator lens 32, and polarized beam splitter. 30 is incident.
  • the reflected light whose polarization direction is reversed is reflected by the polarization beam splitter 30, is given astigmatism by the cylindrical lens 36, and is emitted to the light detection device 38 side.
  • Each of the reflected light that has been reflected and returned by the surface 10 a of the workpiece 10 is detected separately by the light detection device 38.
  • Each reflected light detected by the light detection device 38 is converted into an electric signal and output to the amplifier circuit 58.
  • the electric signal amplified by the amplifier circuit 58 is supplied to the servo circuit 60.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a state in which the surface of the workpiece is irradiated with laser light.
  • X represents the rotational direction
  • Y represents the radial direction.
  • the three laser beams branched by the diffraction grating 28, that is, the main beam MB, the sub beam SB 1 , and the sub beam SB 2 are each incident on the objective lens 24 through the optical system, The light is condensed by the objective lens 24 and is irradiated onto the surface 10 a of the workpiece 10.
  • Three beam spots are formed on the surface 10a of the workpiece 10 corresponding to each of the main beam MB, the sub beam SB 1 , and the sub beam SB 2 .
  • the three beam spots are arranged one-dimensionally along the radial direction of the workpiece 10 in the order of the sub beam SB 1 , the main beam MB, and the sub beam SB 2 from the inner peripheral side.
  • each of the sub beam SB 1 and the sub beam SB 2 is formed to be separated from the main beam MB by a predetermined interval.
  • the processed area A is on the inner peripheral side
  • the unprocessed area C is on the outer peripheral side.
  • a “processing region B” between the processed region A and the unprocessed region C is irradiated with a processing laser beam to form pits.
  • the center point of the beam spot of the inner side sub beam SB 1 is located on the center line CL in of the outermost track of the processed region A, and the center point of the beam spot of the main beam MB is adjacent to the outer side. so as to be positioned on the center line CL out of the track, the optical system is adjusted, the reference position of the beam spot are determined.
  • Each of the main beam MB, the sub beam SB 1 , and the sub beam SB 2 is generated by branching the laser light emitted from one laser light source 26, and is irradiated onto the surface 10a of the workpiece 10 through the same optical system. The Therefore, the three beam spots are always in a fixed positional relationship. If misalignment occurs, the three beam spots move the same distance in the same direction.
  • tracking control is performed so that the center point of the beam spot of the inner side sub beam SB 1 is always positioned on the center line CL in of the outermost track of the processed region A. I do. That is, the position of the objective lens 24 in the radial direction is adjusted by the tracking actuator 42. Thus, the center point of the beam spot of the main beam MB is always will be located on the center line CL out of the track during processing.
  • a plurality of pit rows (tracks) arranged concentrically can be formed sequentially at a constant track interval D.
  • the processing position is less likely to be displaced due to shaft shake even during high-speed processing. Furthermore, it is possible to prevent the occurrence of overwriting in which processed regions are overlapped.
  • the reflected light of the main beam MB is detected and focusing control is performed, which will be described later.
  • the reference track cannot form a pit row by the above method. Accordingly, the reference track is formed in advance by another method in which the processing position is not easily displaced due to the shaft shake. For example, a high-accuracy laser processing apparatus with small axial shake is prepared separately, and the reference track is formed by another laser processing apparatus. Alternatively, the reference track is formed under a low-speed rotation with a small axial blur using the laser processing apparatus according to the present embodiment. For example, when a plurality of tracks are sequentially formed from the inner periphery side to the outer periphery side of the workpiece 10, the innermost reference track is formed in advance.
  • the irradiation intensity and wavelength of the main beam MB are appropriately selected as “irradiation intensity and wavelength” suitable for forming pits in the heat mode type recording material layer as already described as “processing laser beam”. .
  • the wavelength of the main beam MB is preferably 1000 nm or less, for example, when a dye is used for the recording material of the recording material layer.
  • the irradiation intensity of the main beam MB is preferably in the range of 0.1 mW to 100 W in consideration of the rotation speed of the workpiece 10.
  • the irradiation intensity and wavelength of the sub-beam SB 1 and the sub-beam SB 2 which are tracking laser beams are adjusted to “irradiation intensity and wavelength” in which it is impossible to form pits in the heat mode recording material layer. Adjustment of the irradiation intensity of the main beam MB, the sub beam SB 1 , and the sub beam SB 2 is performed by the control unit 44 (see FIG. 7) via the laser driver 50 as described later. Adjustment of the ratio of the irradiation intensity of the main beam MB, the sub beam SB 1 , and the sub beam SB 2 and adjustment of the wavelength are performed by the diffraction grating 28.
  • the irradiation intensity of each of the sub beam SB 1 and the sub beam SB 2 is set so that pits are not formed by the sub beam. It is preferable to adjust so that it may become half or less of irradiation intensity. More preferably, the irradiation intensity of each of the sub beams SB 1 and SB 2 is adjusted to be 10% to 15% of the irradiation intensity of the main beam MB.
  • a case has been described in which a plurality of tracks are sequentially formed from the inner periphery side to the outer periphery side of the workpiece 10.
  • a plurality of tracks are formed from the outer periphery side to the inner periphery side of the workpiece 10.
  • the tracks can also be formed sequentially. In this case, while detecting and tracking control of the reflected light of the sub beam SB 2 on the outer circumference side, to form a pit train is irradiated with the main beam MB to the processing object 10.
  • the example in which the three beam spots are arranged along the radial direction of the workpiece 10 has been described.
  • the three beam spots are arranged in the radial direction of the workpiece 10. It can also be arranged obliquely with respect to Y.
  • the track interval D can be made narrower than in the case of arranging along the radial direction Y, and a finer pattern can be formed.
  • X represents the rotation direction.
  • the processed area A is on the inner peripheral side
  • the unprocessed area C is on the outer peripheral side.
  • a processed region B exists between the processed region A and the unprocessed region C.
  • FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a light detection device provided in the optical processing head.
  • the light detection device 38 includes a light detector 70 that detects reflected light of the main beam MB, a light detector 72 that detects reflected light of the sub-beam SB 1 , and reflected light of the sub-beam SB 2.
  • a photodetector 74 for detection is provided.
  • the photodetector 72 that detects the reflected light of the sub beam SB 1 is composed of a two-divided photodiode in which a rectangular light receiving region is divided into two. 2 each divided region, sensors L 1, and the sensor R 1.
  • the photodetector 74 for detecting the reflected light of the sub beam SB 2 is composed of a two-divided photodiode in which a rectangular light receiving region is divided into two. 2 each divided region, sensors L 2, and the sensor R 2. Since the photodetector 72 and the photodetector 74 have the same structure and the same function, a case where tracking control is performed based on the reflected light detected by the photodetector 72 will be described below.
  • the reflected beam spot SB 1r is a perfect circle.
  • the position of the cylindrical lens 36 is adjusted so as to be positioned at the center of the two-divided photodiode.
  • the center point of the beam spot of the sub beam SB 1 is when in the position shifted from the center line CL in the track, the beam spot SB 1r of the reflected light becomes elliptically or oval, L 1 -R 1 ⁇ 0.
  • the electric signals L 1 and R 1 detected by the photodetector 72 are amplified by the amplifier circuit 58 and supplied to the servo circuit 60.
  • the tracking actuator 42 adjusts the radial position of the objective lens 24 provided in the optical processing head 14. That is, the objective lens 24 is moved in the radial direction so that the center point of the beam spot of the sub beam SB 1 is positioned on the center line CL in of the outermost track of the processed region. In this way, tracking control is performed.
  • tracking control can also be performed based on the sum signal “L 1 + R 1 ”. That is, tracking control can be performed based on the total amount of reflected light of the sub beam SB 1 detected by the photodetector 72.
  • the light intensity of the reflected light detected by the photodetector 72 is maximum. Become.
  • the maximum value of the light intensity of the reflected light of the sub beam SB 1 that is, the maximum value of the sum signal “L 1 + R 1 ” can be obtained in advance. Therefore, the servo circuit 60 generates the tracking error signal so that the value of the sum signal “L 1 + R 1 ” becomes the maximum value obtained in advance. Based on the tracking error signal, the tracking actuator 42 adjusts the radial position of the objective lens 24 provided in the optical processing head 14.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the overall configuration of the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the laser processing apparatus includes a spindle motor 12 that rotates the processing target 10, an optical processing head 14 that irradiates the surface 10 a of the processing target 10 with laser light, and a processing target 10.
  • the stepping motor 16 that moves the optical processing head 14 and the control unit 44 that controls each part of the laser processing apparatus are included.
  • the spindle motor 12 is provided with a frequency generator 64 that generates an FG pulse signal having a frequency corresponding to the rotational speed of the spindle motor 12.
  • the frequency generator 64 is connected to the servo circuit 60 and to the control unit 44.
  • the stepping motor 16 is connected to the control unit 44 via a motor driver 48 that drives the stepping motor 16 and a motor controller 46 that controls the motor driver 48.
  • the laser light source 26 of the optical processing head 14 is connected to the control unit 44 via a laser driver 50 that drives the laser light source 26.
  • a laser driver 50 that drives the laser light source 26.
  • Connected to the laser driver 50 are a strategy circuit 52 for adjusting the irradiation waveform of the laser light, a laser power control circuit 54 for adjusting the irradiation intensity of the laser light, and a pulse generation unit 56 for generating a synchronization signal.
  • Each of the strategy circuit 52, the laser power control circuit 54, and the pulse generation unit 56 is connected to the control unit 44.
  • the light detection device 38 of the optical processing head 14 is connected to an amplification circuit 58 that amplifies the input electric signal.
  • the amplifier circuit 58 is connected to the control unit 44 via a decoder 62 that decodes the electrical signal into computer-readable data.
  • the amplifier circuit 58 is connected to a servo circuit 60 that generates a focus error signal and a tracking error signal based on the amplified electrical signal.
  • Each of the focus actuator 40 and the tracking actuator 42 of the optical machining head 14 is connected to a servo circuit 60 that outputs a focus error signal and a tracking error signal.
  • the servo circuit 60 is connected to the control unit 44 and also to the spindle motor 12.
  • the control unit 44 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory).
  • the control unit 44 is configured to control each unit of the laser processing apparatus according to a program stored in the ROM, and to centrally control the laser processing for the workpiece 10.
  • a memory 66 for storing machining data and the like is connected to the control unit 44.
  • a PC (personal computer) 68 is connected to the control unit 44 as data input means for inputting machining data.
  • the control unit 44 controls each part of the laser processing apparatus in accordance with a program stored in the ROM, and centrally controls the laser processing for forming a plurality of pit rows on the workpiece 10. Processing data for forming a plurality of pit rows on the processing object 10 is stored in the memory 66 in advance.
  • the workpiece 10 is mounted on the turntable 18 (see FIG. 1) of the laser processing apparatus and becomes ready for processing, and a power switch (not shown) of the laser processing apparatus is operated to supply power to each part of the apparatus. Is done. Thereby, the program for executing the processing routine of the laser processing stored in the ROM in the control unit 44 is read, and the laser processing is started. Note that the laser light source 26 is turned on simultaneously with the power supply, and the processing object 10 is irradiated with “irradiation intensity and wavelength” laser light that cannot form pits.
  • machining data is read from the memory 66.
  • This machining data includes pit information of each pit to be formed.
  • the pit information includes position information indicating the position coordinates of each pit on the workpiece 10, form information indicating the pit shape, size, depth, and the like.
  • the distance from the rotation center Q of each pit on the workpiece 10 is obtained.
  • the distance from the rotation center Q can be calculated based on position information included in each pit information.
  • the processing data read out from the memory 66 the irradiation waveform and irradiation intensity of the laser light irradiated to the processing object 10 to form each pit are derived for each pit, and pit formation information (irradiation) for each pit. Waveform information and irradiation intensity information).
  • the pit formation information of all pits is rearranged in the order of pit formation. Further, a distance between pits adjacent in the circumferential direction (pit interval) is calculated. The obtained distance from the rotation center Q, pit formation information (irradiation waveform information and irradiation intensity information), and the pit interval are stored in the memory 66.
  • the irradiation intensity information is information indicating the intensity of the processing laser beam to be irradiated to form pits having a desired length (rotation direction length), depth, and shape.
  • the irradiation time and irradiation intensity are determined by the irradiation amount (irradiation energy) necessary for forming the pit, and are calculated based on the pit information included in the processing data.
  • the irradiation intensity information includes information indicating the ratio of the peak intensity Pn to the bias intensity Tn in the irradiation waveform (hereinafter referred to as “irradiation waveform Pn / Tn value”).
  • the Pn / Tn value of the irradiation waveform is calculated according to the distance from the rotation center Q in order to form a constant pit regardless of the distance from the rotation center Q.
  • the pits formed on the outer peripheral side are calculated so that the Pn / Tn value of the irradiation waveform becomes smaller.
  • the irradiation waveform is a waveform indicating a change rate of the irradiation intensity of the processing laser beam.
  • the time from the rising to the falling of the irradiation waveform is determined according to the number of clocks corresponding to the length of the pit to be formed. In other words, by irradiating the workpiece 10 with the processing laser light whose irradiation intensity changes at a rate of change corresponding to the irradiation waveform, the irradiation time and irradiation intensity of the irradiated processing laser light are long.
  • a pit having a height, shape, and depth is formed.
  • the irradiation waveform input to the laser light source 26 is a waveform modulated in synchronization with the clock signal. Further, the irradiation waveform is corrected according to the Pn / Tn value of the irradiation waveform, and the irradiation intensity of the processing laser light is adjusted.
  • the desired pit shape may not be obtained depending on the irradiation waveform.
  • the pit formed at the formation end point tends to be thicker than the formation start point of each pit.
  • adjacent pits may be connected depending on the rotation speed of the workpiece 10 and the intensity of the irradiated laser beam. Accordingly, an irradiation waveform such as a one-pulse type, a multi-pulse type, an L shape type, or a castle type is appropriately selected so that a desired pit shape can be obtained.
  • Irradiation waveform information indicating the irradiation waveform may be stored in advance in the memory 66 in correspondence with information such as the distance between pits to be formed, the rotational speed of the workpiece, the irradiation intensity for forming each pit, and the like. it can. For example, when the distance between pits, the rotational speed of the workpiece, and the irradiation intensity are specific set values, the irradiation waveform that can obtain a desired pit shape is obtained in advance by experiment, and the obtained irradiation Irradiation waveform information indicating the waveform can be stored in association with the set value.
  • clock frequency information indicating the frequency of the clock signal used as the synchronization signal is generated.
  • the clock signal is a signal used for timing adjustment and irradiation time adjustment when laser light is irradiated from the optical processing head 14.
  • the frequency of a clock signal generated by a crystal oscillator (not shown) of the control unit 44 is read, and the read frequency is determined as the reference clock frequency of the optical processing head 14. From this reference clock frequency, a clock frequency corresponding to a change in the distance from the rotation center Q is derived and stored in the memory 66 as clock frequency information.
  • a driving method for rotationally driving the workpiece 10 there are a method for rotating at a constant linear velocity (CLV method) and a method for rotating at a constant angular velocity (CAV method).
  • CLV method the clock frequency is constant regardless of the distance from the rotation center Q, and is the same as the reference clock frequency.
  • the clock frequency changes according to the change in the distance from the rotation center Q. Assuming that the clock frequency in the innermost peripheral region is the reference clock frequency, the clock frequency increases from the inner peripheral side to the outer peripheral side.
  • a “movement start signal” instructing to move the optical processing head 14 to a predetermined position is output to the motor controller 46.
  • the movement start signal includes the movement amount and movement direction of the optical processing head 14.
  • the motor controller 46 When the movement start signal is output to the motor controller 46, the motor controller 46 generates a pulse signal corresponding to the movement amount and the movement direction in accordance with the movement start signal and outputs the pulse signal to the motor driver 48.
  • the motor driver 48 rotationally drives the stepping motor 16 according to the pulse signal supplied from the motor controller 46.
  • the stepping motor 16 is driven by the motor driver 48, and the optical machining head 14 is moved along the radial direction to a predetermined position corresponding to the first machining area. For example, when forming a pit row from the inner circumference side toward the outer circumference side, the optical machining head 14 is moved to a position corresponding to the innermost circumference machining area in the machining area of the workpiece 10. .
  • the reference track is formed in advance on the workpiece 10.
  • a processing region for forming a track adjacent to the reference track is a first processing region.
  • a “rotation start signal” instructing the rotation start of the workpiece 10 is output to the servo circuit 60.
  • the servo circuit 60 that has received the rotation start signal starts the rotation control of the spindle motor 12, thereby starting the rotation of the workpiece 10.
  • the rotation start signal includes drive method information indicating which of the CLV method and the CAV method is used.
  • the rotation of the spindle motor 12 is controlled by the driving method based on the driving method information, and the workpiece 10 is rotated at a constant angular velocity or a constant linear velocity.
  • a “control start signal” for instructing start of tracking control and focusing control is output to the servo circuit 60.
  • the servo circuit 60 receives an electric signal detected by the light detection device 38 of the optical processing head 14 and amplified by the amplifier circuit 58, and an FG pulse signal supplied from the frequency generator 64.
  • the servo circuit 60 performs tracking control and focusing control of the optical processing head 14 based on the electrical signal input from the light detection device 38 via the amplifier circuit 58.
  • the servo circuit 60 controls the rotation of the spindle motor 12 based on the FG pulse signal supplied from the frequency generator 64.
  • the clock frequency information is read from the memory 66 for the pits for one track to be formed and output to the pulse generator 56.
  • the pulse generator 56 generates a clock signal used as a synchronization signal based on the input clock frequency information, and outputs the clock signal to the laser driver 50.
  • the irradiation waveform information and the irradiation intensity information are read from the memory 66 for the pits for one track to be formed, the irradiation waveform information is output to the strategy circuit 52, and the irradiation intensity information is output to the laser power control circuit 54.
  • the strategy circuit 52 selects an irradiation waveform corresponding to the input irradiation waveform information and outputs it to the laser driver 50.
  • the laser power control circuit 54 outputs the peak intensity information and the bias intensity information included in the input irradiation intensity information to the laser driver 50 so that the irradiation intensity of the processing laser light is adjusted to a desired value. To do.
  • the laser driver 50 Based on the irradiation waveform information supplied from the strategy circuit 52, the irradiation intensity information supplied from the laser power control circuit 54, and the synchronization signal supplied from the pulse generation unit 56, the laser driver 50 lasers the optical processing head 14.
  • the light source 26 is driven. That is, the laser driver 50 drives the laser light source 26 of the optical processing head 14 based on the input laser processing information (irradiation waveform information, irradiation intensity information, and synchronization signal).
  • the laser driver 50 inputs from the strategy circuit 52 so as to obtain the peak intensity and the bias intensity according to the information.
  • the corrected irradiation waveform is corrected to generate a corrected irradiation waveform.
  • the laser driver 50 outputs the corrected irradiation waveform and the clock signal to the optical processing head 14.
  • the laser light source 26 of the optical processing head 14 irradiates the processing object 10 with processing laser light having irradiation intensity corresponding to a voltage that changes according to the corrected irradiation waveform in synchronization with the clock signal. As a result, concentric pit rows (first tracks) are formed in the first machining region of the workpiece 10.
  • the optical processing head 14 When the pit formation for one track is completed, the optical processing head 14 is moved to a predetermined position corresponding to the second processing area.
  • the second machining area is a machining area adjacent to the outer peripheral side along the radial direction with respect to the first machining area on the workpiece 10.
  • clock frequency information, irradiation waveform information, and irradiation intensity information are read from the memory 66 for the pits for one track to be formed next. Based on these pieces of information, laser processing information is generated.
  • the laser driver 50 drives the laser light source 26 of the optical processing head 14 to irradiate the processing target 10 with the processing laser light.
  • the processing laser beam is irradiated to the second processing region of the processing object 10 to form concentric pit rows (second Track).
  • a plurality of tracks are formed in the entire machining area of the workpiece 10. Is formed.
  • a plurality of tracks can be formed at a predetermined fixed track interval by forming the next track in the processing region while performing tracking control along the track adjacent to the inner peripheral side.
  • a dye type recording material conventionally used for a recording layer such as an optical recording disk can be used.
  • Suitable examples of dye-type recording materials include methine dyes (cyanine dyes, hemicyanine dyes, styryl dyes, oxonol dyes, merocyanine dyes, etc.), macrocyclic dyes (phthalocyanine dyes, naphthalocyanine dyes, porphyrin dyes, etc.), azo dyes (Including azo metal chelate dyes), arylidene dyes, complex dyes, coumarin dyes, azole derivatives, triazine derivatives, 1-aminobutadiene derivatives, cinnamic acid derivatives, quinophthalone dyes, and the like.
  • a dye-type recording material used for a “recording layer” capable of recording information only once with a laser beam is preferable. This is because an organic compound recording material is excellent in productivity because it can be dissolved in a solvent and formed into a film by spin coating or spray coating.
  • Such a dye-type recording material layer preferably contains a dye having absorption in the recording wavelength region.
  • the upper limit of the extinction coefficient k indicating the amount of light absorption is preferably 10 or less, more preferably 5 or less, further preferably 3 or less, and 1 or less. Most preferred.
  • the lower limit value of the extinction coefficient k is preferably 0.0001 or more, more preferably 0.001 or more, and further preferably 0.1 or more. The reason is that if the extinction coefficient k is too low, the amount of light absorption is reduced, so that a larger laser power is required and the processing speed may be reduced.
  • the recording material layer needs to absorb light at the recording wavelength as described above. From this viewpoint, the recording material layer can be selected appropriately according to the wavelength of the light source that emits the laser light, Can be modified.
  • the oscillation wavelength of the laser light source is around 780 nm
  • the oscillation wavelength of the light source is around 660 nm, it is advantageous to select from trimethine cyanine dye, pentamethine oxonol dye, azo dye, azo metal complex dye, pyromethene complex dye and the like.
  • monomethine cyanine dye when the oscillation wavelength of the light source is around 405 nm, monomethine cyanine dye, monomethine oxonol dye, zero methine merocyanine dye, phthalocyanine dye, azo dye, azo metal complex dye, porphyrin dye, arylidene dye, complex It is advantageous to select from dyes, coumarin dyes, azole derivatives, triazine derivatives, benzotriazole derivatives, 1-aminobutadiene derivatives, quinophthalone dyes, and the like.
  • compounds (I-1 to I-10) represented by the following chemical formulas 1 and 2 are compounds when the oscillation wavelength of the light source is around 780 nm.
  • the compounds (II-1 to II-8) represented by the chemical formulas 3 and 4 are compounds when the oscillation wavelength of the light source is around 660 nm.
  • the compounds (III-1 to III-14) represented by 5 and 6 are compounds when the oscillation wavelength of the light source is around 405 nm.
  • the present embodiment is not limited to the case where these are used for the recording material layer.
  • Examples of compounds constituting the recording material layer when the oscillation wavelength of the light source is around 780 nm are shown below.
  • Examples of compounds constituting the recording material layer when the oscillation wavelength of the light source is around 660 nm are shown below.
  • Examples of compounds constituting the recording material layer when the oscillation wavelength of the light source is around 405 nm are shown below.
  • the dyes described in JP-A No. 2000-43423, JP-A No. 2000-108513, JP-A No. 2000-158818, and the like are also preferably used.
  • a dye is dissolved in a suitable solvent together with a binder and the like to prepare a coating solution, and then this coating solution is applied onto a substrate to form a coating film. Later, it is formed by drying.
  • coats a coating liquid is the range of 10 to 40 degreeC. More preferably, the lower limit is 15 ° C. or more, and the upper limit is more preferably 35 ° C. or less, still more preferably 30 ° C. or less, and particularly preferably 27 ° C. or less.
  • the surface temperature to be applied is within the above range, the occurrence of coating unevenness and coating failure is prevented, and the thickness of the coating film is adjusted uniformly.
  • the recording material layer may be a single layer or a multilayer.
  • the recording material layer is formed by performing a plurality of coating steps.
  • the concentration of the pigment in the coating solution is generally in the range of 0.01% by mass to 15% by mass, preferably in the range of 0.1% by mass to 10% by mass, more preferably 0.5% by mass.
  • the range is 5% by mass or less, and most preferably 0.5% by mass or more and 3% by mass or less.
  • Examples of the solvent for the coating solution include esters such as butyl acetate, ethyl lactate and cellosolve acetate; ketones such as methyl ethyl ketone, cyclohexanone and methyl isobutyl ketone; chlorinated hydrocarbons such as dichloromethane, 1,2-dichloroethane and chloroform; dimethyl ethyl formamide Amides such as methylcyclohexane; amides such as dimethylformamide; hydrocarbons such as methylcyclohexane; ethers such as tetrahydrofuran, ethyl ether, dioxane; ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol diacetone alcohol, etc.
  • esters such as butyl acetate, ethyl lactate and cellosolve acetate
  • ketones such as methyl ethyl ketone, cyclohex
  • Alcohols such as 2,2,3,3-tetrafluoropropanol
  • fluorine-based solvents such as 2,2,3,3-tetrafluoropropanol
  • ethylene glycol monomethyl ether ethylene glycol monoethyl ether
  • Glycol ethers such as propylene glycol monomethyl ether
  • the above solvents can be used alone or in combination of two or more in consideration of the solubility of the dye used.
  • various additives such as an antioxidant, a UV absorber, a plasticizer, and a lubricant may be added according to the purpose.
  • Examples of the coating method include a spray method, a spin coating method, a dip method, a roll coating method, a blade coating method, a doctor roll method, a doctor blade method, and a screen printing method.
  • a spin coating method in terms of excellent productivity and easy control of the film thickness.
  • the recording material layer is preferably dissolved at 0.3% by mass or more and 30% by mass or less with respect to the organic solvent from the viewpoint of being advantageous for formation by a spin coating method. More preferably. In particular, it is preferable to dissolve in 1 to 20% by mass in tetrafluoropropanol.
  • the compound constituting the recording material layer preferably has a thermal decomposition temperature of 150 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, and more preferably 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.
  • the temperature of the coating solution is preferably in the range of 23 ° C. or more and 50 ° C. or less, more preferably in the range of 24 ° C. or more and 40 ° C. or less, and in particular, in the range of 25 ° C. or more and 30 ° C. or less. It is particularly preferred.
  • the binder include natural organic polymer materials such as gelatin, cellulose derivatives, dextran, rosin, and rubber; hydrocarbon resins such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, and polyisobutylene; Vinyl resins such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl chloride / polyvinyl acetate copolymers, acrylic resins such as polymethyl acrylate and polymethyl methacrylate, polyvinyl alcohol, chlorinated polyethylene, epoxy resin, butyral resin Synthetic organic polymers such as rubber derivatives, precondensates of thermosetting resins such as phenol / formaldehyde resins.
  • natural organic polymer materials such as gelatin, cellulose derivatives, dextran, rosin, and rubber
  • hydrocarbon resins such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, and polyisobutylene
  • Vinyl resins such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvin
  • the amount of binder used is generally in the range of 0.01 to 50 times (mass ratio) with respect to the dye, preferably 0. It is in the range of 1 to 5 times (mass ratio), and preferably in the range of 0.1 to 5 times (mass ratio).
  • the recording material layer may contain various anti-fading agents in order to improve the light resistance of the recording material layer.
  • a singlet oxygen quencher is generally used.
  • this singlet oxygen quencher those already described in publications such as known patent specifications are used.
  • the recording material layer is a dye-type recording layer
  • the recording material layer can be formed by a film forming method such as vapor deposition, sputtering, or CVD according to the physical properties of the recording material. .
  • the laser beam emitted from the laser light source is branched into three laser beams by the diffraction grating, and the 0th-order diffracted light is used as the main beam MB as the processing laser beam, and the ⁇ 1st-order diffracted light and
  • the number of branches is not limited to three.
  • a plurality of main beams may be used as processing laser light.
  • two or more sub beams may be used as tracking laser light.
  • the laser light emitted from the laser light source may be branched into five laser lights by a diffraction grating.
  • the 0th-order diffracted light and the ⁇ 1st-order diffracted light can be used as the main beam MB 1 , the main beam MB 2 , and the main beam MB 3 that become the processing laser light.
  • the ⁇ 2nd order diffracted light and the + 2nd order diffracted light can be used as the sub-beam SB 1 and the sub-beam SB 2 serving as the tracking laser light.
  • the adjustment of the ratio of the irradiation intensity of the main beam MB 1 , the main beam MB 2 , the main beam MB 3 , the sub beam SB 1 , and the sub beam SB 2 and the adjustment of the wavelength are performed by a diffraction grating.
  • X represents the rotational direction
  • Y represents the radial direction.
  • the processed area A is on the inner peripheral side
  • the unprocessed area C is on the outer peripheral side.
  • a processed region B exists between the processed region A and the unprocessed region C.
  • each of the sub beam SB 1 , the main beam MB 1 , the main beam MB 2 , the main beam MB 3 , and the sub beam SB 2 has a diffraction grating and other components so that the distance between the centers of adjacent beam spots is the track interval D. It is adjusted in advance by the optical system.
  • a plurality of pit rows (tracks) can be sequentially formed at a constant track interval D.
  • the main beam MB 1 , the main beam MB 2 , and the main beam MB 3 are irradiated to form three tracks at the same time, so that the laser processing speed is improved.
  • a plurality of tracks can be sequentially formed from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the workpiece 10.
  • the main beam MB 1 , the main beam MB 2 , and the main beam MB 3 are irradiated to the workpiece 10 while detecting the reflected light of the sub beam SB 2 on the outer peripheral side and performing the tracking control, thereby pit trains.
  • the beam spot can be arranged obliquely with respect to the radial direction of the workpiece 10 as in the above embodiment.

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Abstract

　ディスク状の加工対象物にレーザ光を照射して、加工対象物の半径方向に予め定めた間隔で被加工部列を形成することができる、レーザ加工装置を提供する。 　メインビーム（ＭＢ）、サブビーム（ＳＢ１）、及びサブビーム（ＳＢ２）の各々は、１つのレーザ光源から出射されたレーザ光を分岐して生成され、同じ光学系を経て、加工対象物の表面に照射される。内周側のサブビーム（ＳＢ１）のビームスポットの中心点が、加工済み領域Ａの最外周のトラックの中心線（ＣＬin）上に位置するようにトラッキング制御を行うことで、メインビーム（ＭＢ）のビームスポットの中心点が、外周側に隣接するトラックの中心線（ＣＬout）上に位置するようにする。これにより、複数のピット列（トラック）を、一定のトラック間隔Ｄで順次形成する。

Description

レーザ加工装置
　本発明は、レーザ加工装置に関する。
　従来、半導体集積回路の製造などに用いられるフォトマスクやレチクルを製造するレーザ加工装置として、直交する２つのスライダを駆動してＸＹテーブル上に載置された被処理部材をＸ方向及びＹ方向に移動させながら、光学系を介してレーザ光を被処理部材上に集光し、この被処理部材上にビームスポットを照射してパターンを形成するＸＹテーブル式レーザ加工装置がよく知られている。
　しかしながら、従来のＸＹテーブル式レーザ加工装置でパターンを形成した場合、ピクセル数が多くなるとＸＹ方向のスライダの移動回数や加減速回数が増加して描画時間が長くなる等の問題があった。このような問題点を解決するために、回転体と光学系を組み合わせて、ピクセル数が多い場合でも描画時間を短縮でき、高精度なレーザ加工が可能なレーザ加工装置が提案されている。
　ディスク型の回転体を用いたレーザ加工装置では、ターンテーブルに加工対象物を載せて回転させながら、ビームスポットを径方向に移動させることにより高速のレーザ加工を行うことができる。即ち、ＣＤ－Ｒ等の光情報記録媒体に記録する場合と同様にして、レーザ光をディスク状の加工対象物に照射してレーザ加工を行うのである。特開２００７－２１６２６３号公報、ＷＯ２００４／０４７０９６号公報には、これらのレーザ加工装置の中でも、高精度な加工を目的として、レーザ光のビームスポットの光強度分布を調整することで、加工対象物にビームスポット径以下の微細パターン（微小凹部列）を形成する方法等が開示されている。
　また、このような微細パターンを形成する加工対象物としては、様々な物が検討されている。特開２００７－２１６２６３号公報に記載の発明では、微細パターンの形成に関しては、ヒートモード型の記録材料層を備えた加工対象物が選択されている。このヒートモード型の記録材料層は、照射による光熱変換により、物理的変化又は化学的変化を引き起こすことで所望のパターンが形成される層である。
　ヒートモード型の記録材料層は、照射の速度が遅くなると発生した熱が散逸し、より多くの照射エネルギーが必要になる低照度不軌特性（低照度、長時間照射ほど、感光材料の感度が低下する特性）を有している。従って、ヒートモード型の記録材料層にレーザ光を照射してパターンを形成する場合には、ビームスポット径以下の微細パターンを形成することが可能になる。
　しかしながら、光情報記録媒体とは異なり、ディスク状の加工対象物にはトラッキング用の案内溝は設けられていない。このため、ディスク状の加工対象物の半径方向に予め定めた間隔で凹部列を形成することが困難であるという問題がある。特に、高速加工時には軸ブレによる加工位置のずれが発生し易い。また、加工済み領域を重ねて加工するオーバーライト等が発生すると、正確なパターンを形成することができない。
　特開２００８－９３７２４号公報には、これらの問題を解決するために、トラッキング用の案内溝が設けられたダミー基板をディスク状の加工対象物に重ねて、ダミー基板の案内溝に従ってトラッキングを行う技術が提案されている。しかしながら、ダミー基板を付加することが困難な加工対象物もあり、汎用性に欠けるという問題がある。
　本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ディスク状の加工対象物にレーザ光を照射して、加工対象物の半径方向に予め定めた間隔で被加工部列を形成することができる、レーザ加工装置を提供することにある。
　上記目的を達成するために本発明のレーザ加工装置は、レーザ光源と、該レーザ光源から出射されたレーザ光をメインビーム及びメインビームより光強度の小さいサブビームを含む複数の光ビームに分岐する回折格子と、前記複数の光ビームの各々をディスク状の加工対象物の表面に集光する集光光学系と、を少なくとも備え、前記サブビームの１つが前記加工対象物の表面に被加工部が形成された加工済み領域を照射し且つ前記メインビームが前記加工対象物の表面に被加工部が形成されていない未加工領域を照射するように、分岐された複数の光ビームを前記加工対象物に照射するレーザ照射部と、前記加工対象物をディスクの回転軸の周りに回転させる回転部と、前記レーザ照射部を前記加工対象物の半径方向に相対移動させる移動部と、分岐された複数の光ビームの各々について設けられ、前記加工対象物の表面により反射された反射光を検出する複数の光検出器と、前記回転部により前記加工対象物を回転させる際に、前記光検出器で検出された前記加工済み領域に照射されたサブビームの反射光強度に基づいて、前記レーザ照射部の半径方向の位置を調整するトラッキング制御を行うトラッキング制御部と、を備え、前記トラッキング制御を行いながら、前記メインビームで前記加工対象物の表面の未加工領域を照射して、前記加工対象物の表面に複数の被加工部を形成するレーザ加工装置である。
　上記のレーザ加工装置において、前記加工対象物はヒートモード型の記録材料層を表面に備え、該記録材料層に前記メインビームのビームスポット径より小さい直径の被加工部を形成することができる。また、前記サブビームは前記メインビームの半分以下の光強度を有することが好ましい。
　上記のレーザ加工装置において、前記トラッキング制御部は、前記光検出器で検出されたサブビームの反射光強度が予め定めた値となるようにトラッキング制御を行うことができる。また、前記加工済み領域に照射されたサブビームの反射光を検出する光検出器は、被加工部の半径方向の中心線上に照射されたサブビームの反射光により形成されるビームスポットの二等分線により第１領域及び第２領域に分割されており、前記トラッキング制御部は、前記第１領域で検出された反射光強度と前記第２領域で検出された反射光強度との差が０となるようにトラッキング制御を行うようにしてもよい。
　上記のレーザ加工装置において、前記複数の光ビームは、０次回折光、－１次回折光、及び＋１次回折光を少なくとも含むことができる。また、前記複数の光ビームは、レーザ加工に使用される複数のメインビームを含むことができる。
　本発明のレーザ加工装置によれば、ディスク状の加工対象物にレーザ光を照射して、加工対象物の半径方向に予め定めた間隔で被加工部列を形成することができる、という効果がある。
本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す斜視図である。 加工対象物の層構成の一例を示す部分断面図である。 加工対象物の表面にレーザ光が照射される様子を示す部分断面図である。 加工対象物の表面にピットが形成される様子を示す部分断面図である。 レーザ加工装置を構成する光加工ヘッドの構成を示す概略図である。 加工対象物の表面にレーザ光が照射される様子を示す概略図である。 ビームスポットが斜めに配列された様子を示す概略図である。 光加工ヘッドに設けられた光検出デバイスの構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の全体構成を示すブロック図である。 ビームスポットの他の配置例を示す概略図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
＜レーザ加工装置の概略構成＞
　まず、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成について説明する。
　図１は本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す斜視図である。このレーザ加工装置は、図１に示すように、ディスク状（円盤状）の加工対象物１０を回転させる回転部としてのスピンドルモータ１２と、加工対象物１０の表面１０ａにレーザ光を照射するレーザ照射部としての光加工ヘッド１４と、加工対象物１０に対して光加工ヘッド１４を移動させる移動部としてのステッピングモータ１６と、を含んで構成されている。本実施の形態では、光加工ヘッド１４側を移動させる場合について説明する。このため、ステッピングモータ１６は、光加工ヘッド１４の支持部材（図示せず）に取り付けられている。しかしながら、加工対象物１０に対して光加工ヘッド１４を相対移動させることができればよい。加工対象物１０側を移動させる場合には、ステッピングモータは、スピンドルモータ１２側に取り付けられる。
　加工対象物１０の中心部には、センターホール１０ｂが形成されている。加工対象物１０は、センターホール１０ｂを係止することでターンテーブル１８に装着されており、スピンドルモータ１２によってターンテーブル１８と共に回転される。加工対象物１０は、加工対象物１０の回転中心Ｑを通る回転軸Ｌの周りに、所定方向（図１では矢印Ｘ方向）に回転される。光加工ヘッド１４は、ステッピングモータ１６により、加工対象物１０の半径方向（図１では矢印Ｙ方向）に沿って、回転中心Ｑから所定距離の位置まで移動される。
　加工対象物１０には、光加工ヘッド１４からパルス変調されたレーザ光が照射される。加工対象物１０の表面１０ａには記録材料層（図２Ａ～Ｃ参照）が形成されている。加工対象物１０を回転させながら、記録材料層が形成された表面１０ａにパルス変調されたレーザ光を照射する。レーザ光が照射された部分の記録材料層は、レーザ照射による光熱変換によって変化する。後述する通り、記録材料層のレーザ光が照射された部分が、化学変化及び物理変化の何れか一方または双方を引き起こし、レーザ加工された被加工部が形成される。例えば、加熱により記録材料層が除去されると、被加工部として凹部（ピット）が形成される。これにより加工対象物１０の表面１０ａには、複数のピットＰが同心円状に配列されたピット列が形成される。以下では、同心円状に配列されたピット列を「トラック」と称する場合がある。なお、被加工部は凹部（ピット）には限られない。例えば、加熱により記録材料層が変質（化学変化等）して、被加工部として変質部が形成されることもある。
　光加工ヘッド１４は、加工対象物１０の加工領域内において、半径方向に沿って内周側から外周側に所定間隔ずつ移動される。移動した位置毎に、加工対象物１０に同心円状のピット列を形成する。これにより、加工対象物１０の加工領域全体に、複数のピット列が形成されて、多数のピットからなる凹凸パターンが形成される。以下では、特定のピットＰを示す必要が無い場合には、単に「ピット」と称する。
＜微小ピットの形成＞
　次に、加工対象物１０の表面に超微細パターンを形成する方法について説明する。図２Ａは加工対象物の層構成の一例を示す部分断面図である。図２Ｂは加工対象物の表面にレーザ光が照射される様子を示す部分断面図である。図２Ｃは加工対象物の表面にピットが形成される様子を示す部分断面図である。
　加工対象物１０は、図２Ａに示すように、基材２０と、基材２０の表面に積層された記録材料層２２と、を備えた構成とされている。記録材料層２２は、記録材料となる物質を適当な溶剤に溶解または分散して塗布液を調整した後、この塗布液をスピンコート、ディップコート、エクストルージョンコートなどの塗布法により、基材２０の表面に塗布することにより形成される。
　なお、本実施の形態では、基材２０上に記録材料層２２が積層された加工対象物１０を用いる場合について説明するが、加工対象物１０としては、記録材料層２２を最外層（加工表面）に備えた構成であればよい。例えば、記録材料層２２のみの構成でもよく、記録材料層２２以外の層を含む構成であってもよい。
　基材２０としては、プラスチック基板、ガラス基板等の平板状の基板の外に、太陽電池、発光ダイオード（ＬＥＤ）、フラットパネルディスプレイ等、射出光が透過する界面を備えた光学デバイスが用いられる。これらの光学デバイスでは、射出光が透過する界面の屈折率差が大きい場合に、界面反射により光取り出し効率が低下する。本実施の形態では、光学デバイスの表面又はその表面を構成する部材に凹凸パターンを形成することで、反射現象を抑制して光取り出し効率を向上させることができる。
　記録材料層２２には、ヒートモード型の記録材料が用いられる。ヒートモード型の記録材料層２２は、レーザ光が照射された領域における光熱変換による発熱により、記録材料が形状変化してピットを形成することが可能な層である。ヒートモード型の記録材料としては、従来、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ－Ｒ等の光情報記録媒体の記録層に使用されてきた種々の記録材料を用いることができる。例えば、シアニン系、フタロシアニン系、キノン系、スクワリリウム系、アズレニウム系、チオール錯塩系、メロシアニン系などの記録材料を用いることができる。
　記録材料層２２の材料としては、有機材料に限られず、無機材料、又は無機材料と有機材料との複合材料を使用することができる。但し、スピンコートにより容易に成膜でき、転移温度が低い材料を得難いため、有機材料を採用するのが好ましい。本実施の形態における記録材料層２２は、色素を記録物質として含有する色素型の記録材料層とすることが好ましい。従って、記録材料層２２に含有される記録物質としては、有機色素が挙げられる。有機色素の中でも、光吸収量が分子設計で制御可能な色素を採用するのが好ましい。なお、ヒートモード型の記録材料の具体例、及び記録材料層の形成条件等については後述する。
　記録材料層２２の厚さは、形成されるピットの深さに対応させることが好ましい。この厚みとしては、例えば、１ｎｍ以上１００００ｎｍ以下の範囲で適宜設定され、厚さの下限は、好ましくは１０ｎｍ以上であり、より好ましくは３０ｎｍ以上である。その理由は、記録材料層２２が薄すぎると、ピットが浅く形成されることとなるため、光学的な効果が得られ難くなるからである。また、厚さの上限は、好ましくは、１０００ｎｍ以下であり、より好ましくは５００ｎｍ以下である。その理由は、記録材料層２２が厚すぎると、大きなレーザパワーが必要になると共に、深い凹部としてのピットを形成することが困難になるからであり、さらには加工速度が低下するからである。なお、単位面積当りの「レーザパワー」が「照射強度」に相当するが、本明細書においては「レーザパワー」と「照射強度」とは同義とする。
　また、記録材料層２２の厚さｔと、ピットの直径ｄとは、以下の関係であることが好ましい。すなわち、記録材料層２２の厚さｔの上限値は、ｔ＜１０ｄを満たす値とするのが好ましく、ｔ＜５ｄを満たす値とするのがより好ましく、ｔ＜３ｄを満たす値とするのが更に好ましい。また、記録材料層２２の厚さｔの下限値は、ｔ＞ｄ／１００を満たす値とするのが好ましく、ｔ＞ｄ／１０を満たす値とするのがより好ましく、ｔ＞ｄ／５を満たす値とするのが更に好ましい。なお、このようにピットの直径ｄとの関係で記録材料層２２の厚さｔの上限値及び下限値を設定する理由は、上述した理由と同様である。
　図２Ｂに示すように、ピットの加工に用いる加工用レーザ光は、対物レンズ２４で集光され、加工対象物１０の表面１０ａに照射される。加工用レーザ光として、記録材料層２２を構成する記録材料が光吸収を示す波長のレーザ光を照射する。加工用レーザ光とは、光源から出射されるレーザ光の内、ピットを形成可能な照射強度及び波長のレーザ光を意味する。加工用レーザ光のビームスポット径をｄｓとする。レーザビームの断面光強度はガウス分布を有しており、ビームスポットの中心に行くほど光強度が大きくなる。
　一方、ヒートモード型の記録材料は、照射の速度が遅くなると発生した熱が散逸し、より多くの照射エネルギーが必要になる「低照度不軌特性」を有している。この低照度不軌特性により、図２Ｃに示すように、記録材料層２２がレーザ光吸収による発熱によって変形する場合に、加工対象物１０の記録材料層２２には、ビームスポット径（直径ｄｓ）より小さい直径ｄｐのピットＰが形成される。これにより、加工対象物１０の表面には、微小ピットからなる超微細パターンが形成される。
　例えば、加工用レーザ光の発振波長をλとすると、各ピットの直径又は溝幅は、半値幅で、波長λの０．００５～２５倍とすることができる。好ましくは０．０２５～１０倍であり、より好ましくは０．０５～２．５倍であり、最も好ましくは０．２５～２倍である。隣接するピット列の中心線間の半径方向の距離（トラック間隔）は、波長λの０．０１～１００倍とすることができる。好ましくは０．０５～２０倍であり、より好ましくは０．１～５倍であり、最も好ましくは０．２～２倍である。例えば、波長４０５ｎｍのレーザ光で、直径０．３μｍのピットを、径方向に０．１ｍｍ、周方向に１μｍのピッチで形成することができる。
　ここで、ピットＰが形成される原理を更に詳しく説明する。記録材料層２２に加工用レーザ光を照射すると、記録材料層２２によって加工用レーザ光が吸収される。この吸収された光が熱に変換されて、光の照射された領域の温度が上昇する。これにより、記録材料層２２が軟化、液化、気化、昇華、分解等の化学変化及び物理変化の何れか一方または双方を引き起こす。そして、このような変化を起こした材料が移動及び消失の何れか一方または双方の現象を起すことで、ピットＰが形成される。
　超微細パターンを形成するためには、記録材料層２２の気化、昇華、又は分解は、その変化の割合が大きく、急峻であることが好ましい。具体的には、記録材料層２２を構成する材料の気化、昇華、又は分解時の示差熱天秤（ＴＧ－ＤＴＡ）による重量減少率が５％以上であることが好ましく、より好ましくは１０％以上、更に好ましくは２０％以上である。また記録材料層２２を構成する材料の気化、昇華、又は分解時の示差熱天秤（ＴＧ－ＤＴＡ）による重量減少の傾き（昇温１℃あたりの重量減少率）が０．１％／℃以上であることが好ましく、より好ましくは０．２％／℃以上、更に好ましくは０．４％／℃以上である。
　また、軟化、液化、気化、昇華、分解などの化学変化及び物理変化の少なくとも一方の転移温度は、その上限値が２０００℃以下であることが好ましく、１０００℃以下であることがより好ましく、５００℃以下であることが更に好ましい。その理由は、転移温度が高すぎると、大きなレーザパワーが必要となるからである。また、転移温度の下限値は、５０℃以上であることが好ましく、１００℃以上であることがより好ましく、１５０℃以上であることがさらに好ましい。その理由は、転移温度が低すぎると、周囲との温度勾配が少ないため、明瞭な形状のピットＰを形成することが困難となるためである。
＜加工用レーザ光＞
　記録材料層２２を構成する記録材料は、加工用レーザ光の波長において、他の波長より吸収率の高いものが採用される。記録材料の吸収ピークの波長は、必ずしも可視光の波長領域内であるものに限定されず、紫外領域や赤外領域にあるものでも構わない。
　加工用レーザ光の波長は、記録材料層２２にピットが形成される程度のレーザパワーを得ることができる波長であればよい。例えば、記録材料層２２の記録材料に色素を用いる場合には、１０００ｎｍ以下の波長が好ましい。記録材料として使用する色素の種類に応じて、１９３ｎｍ、２１０ｎｍ、２６６ｎｍ、３６５ｎｍ、４０５ｎｍ、４８８ｎｍ、５３２ｎｍ、６３３ｎｍ、６５０ｎｍ、６８０ｎｍ、７８０ｎｍ、８３０ｎｍ等の波長で発振するレーザ光源を使用することができる。
　レーザ光源としては、ガスレーザ、固体レーザ、半導体レーザなど、どのようなレーザ光源であってもよい。自在に発光間隔を変更可能なレーザ光源を採用することが好ましい。例えば、半導体レーザを採用することが好ましい。
　加工用レーザ光のレーザパワー（照射強度）は、加工速度を上げるためには高い方が好ましい。但し、レーザパワーが高くなるほど、加工用レーザ光で記録材料層２２を走査する速度、例えば、加工対象物１０の回転速度を上げなければならない。レーザパワーの上限値は、回転速度の上限値を考慮して、１００Ｗが好ましく、１０Ｗがより好ましく、５Ｗがさらに好ましく、１Ｗが最も好ましい。また、レーザパワーの下限値は、０．１ｍＷが好ましく、０．５ｍＷがより好ましく、１ｍＷが更に好ましい。
＜光加工ヘッドの構成＞
　次に、本実施の形態に係る光加工ヘッドの構成について説明する。
　図３はレーザ加工装置を構成する光加工ヘッドの構成を示す概略図である。図３に示すように、光加工ヘッド１４は、レーザ光を出射するレーザ光源２６を備えている。本実施の形態では、レーザ光源２６として、所定波長で発振する半導体レーザ（レーザダイオード：ＬＤ）が用いられている。
　レーザ光源２６の光出射側には、入射光を回折する回折格子２８、及び所定方向の偏光を透過し且つ該偏光と直交する方向の偏光を反射する偏光ビームスプリッタ３０が、レーザ光源２６側からこの順に配置されている。回折格子２８は、入射されたレーザ光を回折により複数のレーザ光に分岐する機能を有する光学素子であればよい。例えば、グレーティング、ホログラム等を用いることができる。
　偏光ビームスプリッタ３０の光透過側には、コリメータレンズ３２、直線偏光を円偏光に又は円偏光を直線偏光に変換する１／４波長板３４、及び対物レンズ２４が、偏光ビームスプリッタ３０側からこの順に配置されている。一方、偏光ビームスプリッタ３０の光反射側には、シリンドリカルレンズ３６、及び受光した光を光量に応じた電気信号に変換する光検出デバイス３８が、偏光ビームスプリッタ３０側からこの順に配置されている。
　また、対物レンズ２４は保持部材（図示せず）により移動可能に保持されている。対物レンズ２４の近傍には、フォーカスアクチュエータ４０及びトラッキングアクチュエータ４２が配置されている。フォーカスアクチュエータ４０は、対物レンズ２４を光軸方向に移動させる。また、トラッキングアクチュエータ４２は、対物レンズ２４を加工対象物１０の半径方向に移動させる。
　なお、光加工ヘッド１４は、例えば、支持基板等の支持部材（図示せず）を備えている。光加工ヘッド１４を構成する上記の各部材は、この支持部材（図示せず）上に支持されている。また、図７を参照すれば分かるように、レーザ光源２６は、レーザドライバ５０に接続されており、レーザドライバ５０により駆動されている。光検出デバイス３８は増幅回路５８に接続されており、増幅回路５８に電気信号を出力する。なお、増幅回路５８で増幅された電気信号は、サーボ回路６０に入力される。フォーカスアクチュエータ４０及びトラッキングアクチュエータ４２の各々は、サーボ回路６０に接続されている。
　ここで、上記の光加工ヘッド１４の動作を説明する。レーザ光源２６は、レーザドライバ５０により駆動されて、レーザ光を出射する。レーザ光源２６から出射されたレーザ光は、回折格子２８により回折され、メインビームとサブビームとを含む複数のレーザ光に分岐される。本実施の形態では、０次回折光、－１次回折光、及び＋１次回折光と、進行方向の異なる３本のレーザ光に分岐する場合について説明する。０次回折光が、加工用レーザ光となるメインビームＭＢである。－１次回折光及び＋１次回折光が、トラッキング用レーザ光となるサブビームＳＢ１、サブビームＳＢ２である。
　回折格子２８により分岐された３本のレーザ光の各々は、偏光ビームスプリッタ３０を透過して、コリメータレンズ３２で平行光化され、１／４波長板３４で直線偏光から円偏光に変換されて、対物レンズ２４に入射する。対物レンズ２４に入射した３本のレーザ光は、加工対象物１０の表面１０ａで焦点を結ぶように集光されて、加工対象物１０に照射される。後述する通り、加工対象物１０の表面１０ａには、メインビームＭＢ、サブビームＳＢ１、及びサブビームＳＢ２に対応した３つのビームスポットが形成される。
　一方、加工対象物１０に照射された３本のレーザ光の各々は、加工対象物１０の表面１０ａでその一部が反射される。反射されたレーザ光（反射光）の各々は、対物レンズ２４で平行光化され、１／４波長板３４で円偏光から直線偏光に変換され、コリメータレンズ３２で集光されて、偏光ビームスプリッタ３０に入射する。偏光方向が反転している反射光は、偏光ビームスプリッタ３０で反射され、シリンドリカルレンズ３６で非点収差が与えられて、光検出デバイス３８側に出射される。
　加工対象物１０の表面１０ａで反射されて戻ってきた反射光の各々は、光検出デバイス３８で別々に検出される。光検出デバイス３８で検出された反射光の各々は、電気信号に変換されて増幅回路５８に出力される。増幅回路５８で増幅された電気信号は、サーボ回路６０に供給される。
　次に、加工対象物１０の表面１０ａに照射されるレーザ光の照射位置及び照射強度について説明する。図４は加工対象物の表面にレーザ光が照射される様子を示す概略図である。Ｘは回転方向を表し、Ｙは半径方向を表す。図４に示すように、回折格子２８により分岐された３本のレーザ光、即ち、メインビームＭＢ、サブビームＳＢ１、及びサブビームＳＢ２は、各々、光学系を介して対物レンズ２４に入射し、対物レンズ２４により集光されて、加工対象物１０の表面１０ａに照射される。
　加工対象物１０の表面１０ａには、メインビームＭＢ、サブビームＳＢ１、及びサブビームＳＢ２の各々に対応して、３つのビームスポットが形成される。本実施の形態では、３つのビームスポットは、内周側から、サブビームＳＢ１、メインビームＭＢ、サブビームＳＢ２の順序で、加工対象物１０の半径方向に沿って１次元状に配列されている。また、サブビームＳＢ１及びサブビームＳＢ２の各々は、メインビームＭＢに対し所定間隔だけ離間するように形成されている。
　本実施の形態では、ディスク状の加工対象物１０の加工領域内において、内周側から外周側に向って、同心円状に配列されたピット列（トラック）を、順次形成する場合について説明する。隣接するピット列の中心線間の半径方向の距離（トラック間隔）を「Ｄ」とする。後述する通り、本実施の形態では、トラック間隔Ｄが常に一定となるように制御を行う。
　図４では、加工済み領域Ａが内周側となり、未加工領域Ｃが外周側となる。加工済み領域Ａと未加工領域Ｃとの間に在る「加工領域Ｂ」に、加工用レーザ光が照射されてピットが形成される。内周側のサブビームＳＢ１のビームスポットの中心点が、加工済み領域Ａの最外周のトラックの中心線ＣＬin上に位置し、メインビームＭＢのビームスポットの中心点が、外周側に隣接するトラックの中心線ＣＬout上に位置するように、各光学系が調整されて、ビームスポットの基準位置が定められている。
　メインビームＭＢ、サブビームＳＢ１、及びサブビームＳＢ２の各々は、１つのレーザ光源２６から出射されたレーザ光を分岐して生成され、同じ光学系を経て、加工対象物１０の表面１０ａに照射される。従って、３つのビームスポットは、常に一定の位置関係にある。位置ずれが生じる場合には、３つのビームスポットは、同じ方向に同じ距離だけ移動する。
　この固定された位置関係を利用して、内周側のサブビームＳＢ１のビームスポットの中心点が、常時、加工済み領域Ａの最外周のトラックの中心線ＣＬin上に位置するようにトラッキング制御を行う。即ち、トラッキングアクチュエータ４２によって、対物レンズ２４の半径方向の位置を調整する。これにより、メインビームＭＢのビームスポットの中心点が、常時、加工中のトラックの中心線ＣＬout上に位置することになる。
　即ち、加工済み領域Ａの最外周のトラックにサブビームＳＢ１を照射し、サブビームＳＢ１の反射光を検出してトラッキング制御を行いながら、メインビームＭＢを加工対象物１０に照射してピット列を形成する。これにより、同心円状に配列された複数のピット列（トラック）を、一定のトラック間隔Ｄで順次形成することができる。
　また、加工中のトラックに隣接する加工済みのトラックに沿ってトラッキング制御を行うので、高速加工時でも軸ブレによる加工位置のずれが発生し難い。更に、加工済み領域を重ねて加工するオーバーライトの発生を防止できる。なお、メインビームＭＢの反射光を検出してフォーカシング制御を行うが、これについては後述する。
　なお、最初に形成されるトラック（以下、「基準トラック」という。）は、上記の方法でピット列を形成することができない。従って、基準トラックは、軸ブレによる加工位置のずれが発生し難い別の方法で予め形成しておく。例えば、軸ブレの小さい高精度なレーザ加工装置を別に用意し、別のレーザ加工装置で基準トラックを形成する。或いは、本実施の形態に係るレーザ加工装置を用いて、軸ブレが小さい低速回転下で基準トラックを形成する。例えば、加工対象物１０の内周側から外周側に向って複数のトラックを順次形成する場合には、最内周の基準トラックを予め形成しておく。
　メインビームＭＢの照射強度及び波長としては、「加工用レーザ光」として既に説明した通り、ヒートモード型の記録材料層にピットを形成するのに好適な「照射強度及び波長」が適宜選択される。メインビームＭＢの波長は、例えば、記録材料層の記録材料に色素を用いる場合には、１０００ｎｍ以下の波長が好ましい。メインビームＭＢの照射強度は、加工対象物１０の回転速度を勘案すると、０．１ｍＷ～１００Ｗの範囲が好ましい。
　一方、トラッキング用レーザ光であるサブビームＳＢ１及びサブビームＳＢ２の照射強度及び波長は、ヒートモード型の記録材料層にピットを形成することが不可能な「照射強度及び波長」に調整される。メインビームＭＢ、サブビームＳＢ１、及びサブビームＳＢ２の照射強度の調整は、後述する通り、レーザドライバ５０を介して制御部４４（図７参照）により行われる。メインビームＭＢ、サブビームＳＢ１、及びサブビームＳＢ２の照射強度の比率の調整、波長の調整は、回折格子２８により行われる。
　メインビームＭＢ、サブビームＳＢ１、及びサブビームＳＢ２が同じ波長のレーザ光だと仮定すると、サブビームによりピットが形成されないように、サブビームＳＢ１及びサブビームＳＢ２の各々の照射強度を、メインビームＭＢの照射強度の半分以下となるように調整することが好ましい。サブビームＳＢ１及びサブビームＳＢ２の各々の照射強度を、メインビームＭＢの照射強度の１０％～１５％となるように調整することがより好ましい。
　なお、本実施の形態では、加工対象物１０の内周側から外周側に向って複数のトラックを順次形成する場合について説明したが、加工対象物１０の外周側から内周側に向って複数のトラックを順次形成することもできる。この場合には、外周側のサブビームＳＢ２の反射光を検出してトラッキング制御を行いながら、メインビームＭＢを加工対象物１０に照射してピット列を形成する。
　また、本実施の形態では、３つのビームスポットを加工対象物１０の半径方向に沿って配列する例について説明したが、図５に示すように、３つのビームスポットを加工対象物１０の半径方向Ｙに対し斜めに配列することもできる。この場合には、半径方向Ｙに沿って配列する場合に比べて、トラック間隔Ｄを狭くすることができ、更に微細なパターンを形成することができる。なお、図５においても、Ｘは回転方向を表す。また、加工済み領域Ａが内周側となり、未加工領域Ｃが外周側となる。加工済み領域Ａと未加工領域Ｃとの間に加工領域Ｂが在る。
＜トラッキング制御及びフォーカシング制御＞
　次に、トラッキング制御及びフォーカシング制御のやり方について説明する。図６は光加工ヘッドに設けられた光検出デバイスの構成を示す平面図である。図６に示すように、光検出デバイス３８には、メインビームＭＢの反射光を検出する光検出器７０、サブビームＳＢ１の反射光を検出する光検出器７２、及びサブビームＳＢ２の反射光を検出する光検出器７４が設けられている。
（フォーカシング制御）
　メインビームＭＢの反射光を検出する光検出器７０は、矩形状の受光領域が４分割された４分割フォトダイオードで構成されている。４分割された各領域を、センサａ，センサｂ，センサｃ，センサｄとする。点線で図示した通り、メインビームＭＢが加工対象物１０の表面１０ａ上で焦点を結んでいる場合、即ち、焦点が合っている場合には、反射光のビームスポットＭＢｒは正円となり、４分割フォトダイオードの中心に位置するように、シリンドリカルレンズ３６の位置が調整されている。この場合には、各センサから出力される電気信号をａ，ｂ，ｃ，ｄとすると、（ａ＋ｄ）－（ｂ＋ｃ）＝０となる。
　シリンドリカルレンズ３６を通過した光には非点収差が発生する。このため、シリンドリカルレンズ３６の焦点位置では、反射光のビームスポットＭＢｒは正円となるが、シリンドリカルレンズ３６の焦点位置からずれると、反射光のビームスポットＭＢｒは楕円又は長円となる。メインビームＭＢが加工対象物１０の表面１０ａ上で焦点を結んでいない場合には、反射光のビームスポットＭＢｒは楕円又は長円となり、（ａ＋ｄ）－（ｂ＋ｃ）≠０となる。「（ａ＋ｄ）－（ｂ＋ｃ）」の値は、フォーカス残渣と称される。
　光検出器７０で検出された電気信号ａ，ｂ，ｃ，ｄは、増幅回路５８で増幅されて、サーボ回路６０に供給される。サーボ回路６０では、（ａ＋ｄ）－（ｂ＋ｃ）＝０となるように、フォーカスエラー信号を生成する。このフォーカスエラー信号に基づいて、フォーカスアクチュエータ４０により、光加工ヘッド１４に設けられた対物レンズ２４の光軸方向の位置が調整される。即ち、加工対象物１０の表面１０ａの凹凸に応じて、メインビームＭＢが表面１０ａ上で焦点を結ぶように、対物レンズ２４が光軸方向に移動される。このようにしてフォーカシング制御が行われる。
（トラッキング制御）
　サブビームＳＢ１の反射光を検出する光検出器７２は、矩形状の受光領域が２分割された２分割フォトダイオードで構成されている。２分割された各領域を、センサＬ１，センサＲ１とする。また、サブビームＳＢ２の反射光を検出する光検出器７４は、矩形状の受光領域が２分割された２分割フォトダイオードで構成されている。２分割された各領域を、センサＬ２，センサＲ２とする。光検出器７２と光検出器７４とは同じ構造及び同じ機能を有しているため、以下では、光検出器７２で検出した反射光に基づいてトラッキング制御を行う場合について説明する。
　点線で図示した通り、サブビームＳＢ１のビームスポットの中心点が、加工済み領域の最外周のトラックの中心線ＣＬin上に位置している場合には、反射光のビームスポットＳＢ１ｒは正円となり、２分割フォトダイオードの中心に位置するように、シリンドリカルレンズ３６の位置が調整されている。この場合には、各センサから出力される電気信号をＬ１，Ｒ１とすると、Ｌ１－Ｒ１＝０となる。一方、サブビームＳＢ１のビームスポットの中心点が、トラックの中心線ＣＬin上からずれた位置にある場合には、反射光のビームスポットＳＢ１ｒは楕円又は長円となり、Ｌ１－Ｒ１≠０となる。
　光検出器７２で検出された電気信号Ｌ１，Ｒ１は、増幅回路５８で増幅されて、サーボ回路６０に供給される。サーボ回路６０では、Ｌ１－Ｒ１＝０となるように、トラッキングエラー信号を生成する。このトラッキングエラー信号に基づいて、トラッキングアクチュエータ４２により、光加工ヘッド１４に設けられた対物レンズ２４の半径方向の位置が調整される。即ち、サブビームＳＢ１のビームスポットの中心点が、加工済み領域の最外周のトラックの中心線ＣＬin上に位置するように、対物レンズ２４が半径方向に移動される。このようにしてトラッキング制御が行われる。
　なお、上記では差信号「Ｌ１－Ｒ１」に基づいてトラッキング制御を行う場合について説明したが、和信号「Ｌ１＋Ｒ１」に基づいてトラッキング制御を行うこともできる。即ち、光検出器７２で検出したサブビームＳＢ１の反射光の全光量に基づいて、トラッキング制御を行うことができる。サブビームＳＢ１のビームスポットの中心点が、加工済み領域の最外周のトラックの中心線ＣＬin上に位置している場合には、光検出器７２で検出される反射光の光強度は最大となる。
　サブビームＳＢ１の反射光の光強度の最大値、即ち、和信号「Ｌ１＋Ｒ１」の最大値は、予め求めておくことができる。従って、サーボ回路６０では、和信号「Ｌ１＋Ｒ１」の値が予め求めた最大値となるように、トラッキングエラー信号を生成する。このトラッキングエラー信号に基づいて、トラッキングアクチュエータ４２により、光加工ヘッド１４に設けられた対物レンズ２４の径方向の位置が調整される。
＜レーザ加工装置の全体構成＞
　次に、レーザ加工装置の制御系を含めた全体構成について説明する。図７は本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の全体構成を示すブロック図である。このレーザ加工装置は、図７に示すように、加工対象物１０を回転させるスピンドルモータ１２と、加工対象物１０の表面１０ａにレーザ光を照射する光加工ヘッド１４と、加工対象物１０に対して光加工ヘッド１４を移動させるステッピングモータ１６と、レーザ加工装置の各部を制御する制御部４４と、を含んで構成されている。
　スピンドルモータ１２には、スピンドルモータ１２の回転数に応じた周波数のＦＧパルス信号を生成する周波数発生器６４が取り付けられている。周波数発生器６４は、サーボ回路６０に接続されると共に、制御部４４に接続されている。ステッピングモータ１６は、ステッピングモータ１６を駆動するモータドライバ４８、モータドライバ４８を制御するモータコントローラ４６を介して、制御部４４に接続されている。
　光加工ヘッド１４のレーザ光源２６は、レーザ光源２６を駆動するレーザドライバ５０を介して、制御部４４に接続されている。レーザドライバ５０には、レーザ光の照射波形を調整するストラテジ回路５２、レーザ光の照射強度を調整するレーザパワー制御回路５４、及び同期信号を生成するパルス生成部５６が接続されている。ストラテジ回路５２、レーザパワー制御回路５４、及びパルス生成部５６の各々は、制御部４４に接続されている。
　光加工ヘッド１４の光検出デバイス３８は、入力された電気信号を増幅する増幅回路５８に接続されている。増幅回路５８は、電気信号をコンピュータで読み取り可能なデータにデコードするデコーダ６２を介して、制御部４４に接続されている。また、増幅回路５８は、増幅された電気信号に基づいてフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号を生成するサーボ回路６０に接続されている。
　光加工ヘッド１４のフォーカスアクチュエータ４０及びトラッキングアクチュエータ４２の各々は、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号を出力するサーボ回路６０に接続されている。また、サーボ回路６０は、制御部４４に接続されると共に、スピンドルモータ１２にも接続されている。
　制御部４４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含んで構成されている。制御部４４は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従ってレーザ加工装置の各部を制御し、加工対象物１０に対するレーザ加工処理を中枢的に制御するように構成されている。制御部４４には、加工データ等を記憶するためのメモリ６６が接続されている。また、制御部４４には、加工データを入力するためのデータ入力手段として、ＰＣ（パーソナル・コンピュータ）６８が接続されている。
＜レーザ加工処理の手順＞
　次に、図７に示すレーザ加工装置によるレーザ加工処理の手順を説明する。制御部４４が、ＲＯＭに格納されたプログラムに従ってレーザ加工装置の各部を制御し、加工対象物１０に複数のピット列を形成するレーザ加工処理を中枢的に制御する。なお、加工対象物１０に複数のピット列を形成するための加工データは、予めメモリ６６に記憶されている。
　加工対象物１０がレーザ加工装置のターンテーブル１８（図１参照）に装着されて加工可能な状態になると共に、レーザ加工装置の電源スイッチ（図示せず）が操作されて装置各部に電力が供給される。これにより、制御部４４内のＲＯＭに記憶されたレーザ加工処理の処理ルーチンを実行するためのプログラムが読み出されて、レーザ加工処理が開始される。なお、電力供給と同時にレーザ光源２６が点灯され、ピットを形成することが不可能な「照射強度及び波長」のレーザ光が、加工対象物１０に照射されている。
　まず、加工データをメモリ６６から読み出す。この加工データには、形成する各ピットのピット情報が含まれている。ピット情報としては、各ピットの加工対象物１０上での位置座標を示す位置情報、ピットの形状、大きさ、及び深さ等を示す形態情報、等が含まれている。
　次に、メモリ６６から読み出した加工データに基づいて、各ピットの加工対象物１０上での回転中心Ｑからの距離を求める。回転中心Ｑからの距離は、各ピット情報に含まれる位置情報に基づいて算出することができる。また、メモリ６６から読み出した加工データに基づいて、各ピットを形成するために加工対象物１０に照射するレーザ光の照射波形及び照射強度をピット毎に導出し、ピット毎にピット形成情報（照射波形情報及び照射強度情報）を生成する。
　次に、全ピットのピット形成情報を、ピットを形成する順序に並べ替える。また、周方向に隣接するピット間の距離（ピット間隔）を算出する。得られた回転中心Ｑからの距離、ピット形成情報（照射波形情報及び照射強度情報）、及びピット間隔を、メモリ６６に記憶する。
　照射強度情報とは、所望の長さ（回転方向長さ）、深さ、及び形状のピットを形成するために照射するべき加工用レーザ光の強度を示す情報である。照射時間及び照射強度は、ピットを形成するために必要な照射量（照射エネルギー）により定まり、加工データに含まれるピット情報に基づいて算出される。
　照射強度情報には、照射波形におけるバイアス強度Ｔｎに対するピーク強度Ｐｎの比（以下、「照射波形のＰｎ/Ｔｎ値」という。）を示す情報が含まれる。照射波形のＰｎ/Ｔｎ値は、回転中心Ｑからの距離によらず一定のピットを形成するために、回転中心Ｑからの距離に応じて算出される。外周側に形成されるピットほど、照射波形のＰｎ/Ｔｎ値が小さくなるように算出される。
　照射波形とは、加工用レーザ光の照射強度の変化率を示す波形である。この照射波形の立ち上がりから立ち下がりまでの時間は、形成するピットの長さに応じたクロック数に応じて定められる。換言すれば、照射波形に応じた変化率で照射強度の変化する加工用レーザ光が加工対象物１０に照射されることで、照射された加工用レーザ光の照射時間及び照射強度に応じた長さ、形状、及び深さのピットが形成される。
　実際には、照射波形はクロック信号に同期させて出力されるので、レーザ光源２６に入力される照射波形は、クロック信号に同期して変調された波形となる。また、照射波形のＰｎ/Ｔｎ値に応じて照射波形が補正されて、加工用レーザ光の照射強度が調整される。
　なお、照射波形によっては所望のピット形状が得られない場合がある。特に、ヒートモード型の記録材料層では、通常、各ピットの形成開始点に比べて、形成終了点の方が形成されるピットが太くなる傾向にある。また、加工対象物１０の回転速度や、照射されるレーザ光の強度によって、隣接するピットが繋がってしまう場合がある。従って、所望のピット形状が得られるように、ワンパルス型、マルチパルス型、Ｌシェイプ型、キャッスル型等の照射波形を適宜選択する。
　照射波形を示す照射波形情報は、形成するピット間の距離、加工対象物の回転速度、各ピットを形成するための照射強度等の情報に対応して、予めメモリ６６に記憶しておくことができる。例えば、ピット間の距離、加工対象物の回転速度、及び照射強度が特定の設定値である場合に、所望のピット形状を得ることができる照射波形を予め実験により求めておいて、求めた照射波形を示す照射波形情報を設定値に関連付けて記憶しておくことができる。
　次に、同期信号として用いるクロック信号の周波数を示す「クロック周波数情報」を生成する。クロック信号は、光加工ヘッド１４からレーザ光を照射する際に、タイミング調整や照射時間調整のために用いられる信号である。詳しくは、制御部４４の水晶発振器（図示せず）によって生成されたクロック信号の周波数を読み取り、読み取った周波数を光加工ヘッド１４の基準クロック周波数として定める。この基準クロック周波数から、回転中心Ｑからの距離の変化に応じたクロック周波数を導出して、クロック周波数情報としてメモリ６６に記憶する。
　加工対象物１０を回転駆動する駆動方式としては、線速度一定で回転駆動する方式（ＣＬＶ方式）と、角速度一定で回転駆動する方式（ＣＡＶ方式）とがある。ＣＬＶ方式の場合には、回転中心Ｑからの距離に拘らず、クロック周波数は一定であり、基準クロック周波数と同一となる。これに対し、ＣＡＶ方式の場合には、回転中心Ｑからの距離の変化に応じて、クロック周波数が変化する。最内周側の加工領域でのクロック周波数を基準クロック周波数とすると、内周側から外周側に行くほどクロック周波数は高くなる。
　次に、光加工ヘッド１４を所定位置へ移動させることを指示する「移動開始信号」をモータコントローラ４６へ出力する。移動開始信号には、光加工ヘッド１４の移動量及び移動方向が含まれる。移動開始信号がモータコントローラ４６に出力されると、モータコントローラ４６は、移動開始信号に従って、移動量や移動方向に応じたパルス信号を生成し、モータドライバ４８に出力する。モータドライバ４８は、モータコントローラ４６から供給されるパルス信号に応じてステッピングモータ１６を回転駆動する。
　モータドライバ４８によりステッピングモータ１６が駆動されて、光加工ヘッド１４が半径方向に沿って第１の加工領域に対応する所定位置へ移動される。例えば、内周側から外周側に向ってピット列を形成する場合には、光加工ヘッド１４は、加工対象物１０の加工領域内の最内周側の加工領域に対応する位置まで移動される。上述した通り、加工対象物１０には、基準トラックが予め形成されている。この基準トラックに隣接するトラックを形成するための加工領域が、第１の加工領域である。
　次に、加工対象物１０の回転開始を指示する「回転開始信号」をサーボ回路６０へ出力する。回転開始信号を受け付けたサーボ回路６０は、スピンドルモータ１２の回転制御を開始し、これによって加工対象物１０の回転が開始される。なお、回転開始信号には、ＣＬＶ方式、ＣＡＶ方式の何れを用いるかを示す駆動方式情報が含まれる。この駆動方式情報に基づいた駆動方式によりスピンドルモータ１２の回転が制御されて、加工対象物１０が一定の角速度又は一定の線速度で回転される。
　次に、トラッキング制御及びフォーカシング制御の開始を指示する「制御開始信号」をサーボ回路６０へ出力する。サーボ回路６０には、光加工ヘッド１４の光検出デバイス３８で検出され、増幅回路５８で増幅された電気信号が入力されると共に、周波数発生器６４から供給されるＦＧパルス信号が入力される。サーボ回路６０は、光検出デバイス３８から増幅回路５８を介して入力された電気信号に基づいて、光加工ヘッド１４のトラッキング制御及びフォーカシング制御を行う。また、サーボ回路６０は、周波数発生器６４から供給されたＦＧパルス信号に基づいて、スピンドルモータ１２の回転制御を行う。
　次に、形成する１トラック分のピットについて、クロック周波数情報をメモリ６６から読み出し、パルス生成部５６に出力する。パルス生成部５６は、入力されたクロック周波数情報に基づいて、同期信号として用いるクロック信号を生成し、レーザドライバ５０に出力する。
　次に、形成する１トラック分のピットについて、照射波形情報及び照射強度情報をメモリ６６から読み出し、照射波形情報をストラテジ回路５２に出力すると共に、照射強度情報をレーザパワー制御回路５４に出力する。ストラテジ回路５２は、入力された照射波形情報に応じた照射波形を選択して、レーザドライバ５０に出力する。また、レーザパワー制御回路５４は、加工用レーザ光の照射強度が所望の値に調整されるように、入力された照射強度情報に含まれるピーク強度情報及びバイアス強度情報を、レーザドライバ５０に出力する。
　レーザドライバ５０は、ストラテジ回路５２から供給された照射波形情報、レーザパワー制御回路５４から供給された照射強度情報、及びパルス生成部５６から供給された同期信号に基づいて、光加工ヘッド１４のレーザ光源２６を駆動する。即ち、レーザドライバ５０は、入力されたレーザ加工情報（照射波形情報、照射強度情報、及び同期信号）に基づいて、光加工ヘッド１４のレーザ光源２６を駆動する。
　詳細には、レーザドライバ５０は、レーザパワー制御回路５４から入力されたピーク強度情報及びバイアス強度情報に基づいて、これら情報に応じたピーク強度及びバイアス強度が得られるように、ストラテジ回路５２から入力された照射波形を補正して、補正照射波形を生成する。レーザドライバ５０は、補正照射波形及びクロック信号を光加工ヘッド１４に出力する。光加工ヘッド１４のレーザ光源２６は、補正照射波形に応じて変化する電圧に応じた照射強度の加工用レーザ光を、クロック信号に同期させて加工対象物１０に照射する。これにより、加工対象物１０の第１の加工領域に、同心円状のピット列（第１のトラック）が形成される。
　１トラック分のピット形成が終了すると、光加工ヘッド１４を第２の加工領域に対応する所定位置に移動させる。第２の加工領域は、加工対象物１０上で第１の加工領域に対し半径方向に沿って外周側に隣接する加工領域である。続いて、次に形成する１トラック分のピットについて、クロック周波数情報、照射波形情報、及び照射強度情報を、メモリ６６から読み出す。これらの情報に基づいてレーザ加工情報が生成される。
　続いて、レーザドライバ５０は、生成されたレーザ加工情報に基づいて、光加工ヘッド１４のレーザ光源２６を駆動し、加工用レーザ光を加工対象物１０に照射する。このとき、先に形成された第１のトラックに沿ってトラッキング制御を行いながら、加工対象物１０の第２の加工領域に加工用レーザ光を照射して、同心円状のピット列（第２のトラック）を形成する。これにより、隣接する第１のトラックと第２のトラックとの間隔を、全周にわたり一定にすることができる。
　同様にして、加工データに含まれる全てのピット列の形成が終了するまで、光加工ヘッド１４の移動とトラックの形成とが繰り返し行われて、加工対象物１０の加工領域の全体に複数のトラックが形成される。このとき、内周側に隣接するトラックに沿ってトラッキング制御を行いながら、加工領域に次のトラックを形成することで、複数のトラックを予め定めた一定のトラック間隔で形成することができる。
＜ヒートモード型の記録材料＞
　ヒートモード型の記録材料としては、従来、光記録ディスクなどの記録層に使用されてきた色素型の記録材料を用いることができる。色素型の記録材料の好適な例としては、メチン色素（シアニン色素、ヘミシアニン色素、スチリル色素、オキソノール色素、メロシアニン色素など）、大環状色素（フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素、ポリフィリン色素など）、アゾ色素（アゾ金属キレート色素を含む）、アリリデン色素、錯体色素、クマリン色素、アゾール誘導体、トリアジン誘導体、１－アミノブタジエン誘導体、桂皮酸誘導体、キノフタロン系色素などが挙げられる。
　これらの中でも、レーザ光により一回限りの情報の記録が可能な「記録層」に用いられる色素型の記録材料が好ましい。有機化合物の記録材料は、溶剤に溶かしてスピンコートやスプレー塗布により膜を形成することができるので、生産性に優れるからである。かかる色素型の記録材料層は、記録波長領域に吸収を有する色素を含有していることが好ましい。特に、光の吸収量を示す消衰係数ｋの値は、その上限が、１０以下であることが好ましく、５以下であることがより好ましく、３以下であることがさらに好ましく、１以下であることが最も好ましい。
　その理由は、消衰係数ｋが高すぎると、記録材料層の光の入射側から反対側まで光が届かず、不均一なピットＰが形成されるからである。また、消衰係数ｋの下限値は、０．０００１以上であることが好ましく、０．００１以上であることがより好ましく、０．１以上であることがさらに好ましい。その理由は、消衰係数ｋが低すぎると、光吸収量が少なくなるため、その分大きなレーザパワーが必要となり、加工速度の低下を招く場合があるからである。
　なお、記録材料層は、上記したように記録波長において光吸収があることが必要であり、このような観点から、レーザ光を出射する光源の波長に応じて適宜色素を選択したり、構造を改変したりすることができる。
　例えば、レーザ光源の発振波長が７８０ｎｍ付近であった場合、ペンタメチンシアニン色素、ヘプタメチンオキソノール色素、ペンタメチンオキソノール色素、フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素等から選択することが有利である。
　また、光源の発振波長が６６０ｎｍ付近であった場合には、トリメチンシアニン色素、ペンタメチンオキソノール色素、アゾ色素、アゾ金属錯体色素、ピロメテン錯体色素等から選択することが有利である。
　さらに、光源の発振波長が４０５ｎｍ付近であった場合には、モノメチンシアニン色素、モノメチンオキソノール色素、ゼロメチンメロシアニン色素、フタロシアニン色素、アゾ色素、アゾ金属錯体色素、ポルフィリン色素、アリリデン色素、錯体色素、クマリン色素、アゾール誘導体、トリアジン誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、１－アミノブタジエン誘導体、キノフタロン系色素などから選択することが有利である。
　以下、光源の発振波長が７８０ｎｍ付近であった場合、６６０ｎｍ付近であった場合、４０５ｎｍ付近であった場合に対し、記録材料としてそれぞれ好ましい化合物の例を挙げる。ここで、以下の化学式１，２で示す化合物（Ｉ－１～Ｉ－１０）は、光源の発振波長が７８０ｎｍ付近であった場合の化合物である。
　また、化学式３，４で示す化合物（ＩＩ－１～ＩＩ－８）は、光源の発振波長が６６０ｎｍ付近であった場合の化合物である。さらに、５，６で示す化合物（ＩＩＩ－１～ＩＩＩ－１４）は、光源の発振波長が４０５ｎｍ付近であった場合の化合物である。なお、本実施の形態は、これらを記録材料層に用いた場合に限定されるものではない。
　光源の発振波長が７８０ｎｍ付近であった場合の記録材料層を構成する化合物の例を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 
　光源の発振波長が６６０ｎｍ付近であった場合の記録材料層を構成する化合物の例を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 
　光源の発振波長が４０５ｎｍ付近であった場合の記録材料層を構成する化合物の例を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 
　また、特開平４－７４６９０号公報、特開平８－１２７１７４号公報、同１１－５３７５８号公報、同１１－３３４２０４号公報、同１１－３３４２０５号公報、同１１－３３４２０６号公報、同１１－３３４２０７号公報、特開２０００－４３４２３号公報、同２０００－１０８５１３号公報、及び同２０００－１５８８１８号公報等に記載されている色素も好適に用いられる。
　このような色素型の記録材料層は、色素を、結合剤などと共に適当な溶剤に溶解して塗布液を調整し、次いで、この塗布液を、基材上に塗布して塗膜を形成した後に、乾燥することにより形成される。その際、塗布液を塗布する面の温度は、１０℃以上４０℃以下の範囲であることが好ましい。より好ましくは、下限値が１５℃以上であり、上限値としては、３５℃以下であることがより好ましく、３０℃以下であることが更に好ましく、２７℃以下であることが特に好ましい。このように被塗布面温度が上記範囲にあると、塗布ムラや塗布故障の発生を防止し、塗膜の厚さが均一に調整される。
　なお、上記の上限値及び下限値は、それぞれを任意で組み合わせればよい。ここで、記録材料層は、単層でも重層であってもよく、重層構造の場合、塗布工程を複数下位行うことによって形成される。
　塗布液中の色素の濃度は、一般に、０．０１質量％以上１５質量％以下の範囲であり、好ましくは０．１質量％以上１０質量％以下の範囲、より好ましくは、０．５質量％以上５質量％以下の範囲、最も好ましくは、０．５質量％以上３質量％以下の範囲である。
　塗布液の溶剤としては、酢酸ブチル、乳酸エチル、セロソルブアセテート等のエステル；メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトンなどのケトン；ジクロルメタン、１，２－ジクロルエタン、クロロホルム等の塩素化炭化水素；ジメエチルホルムアミド等のアミド；メチルシクロヘキサンなどの塩素化炭化水素；ジメチルホルムアミド等のアミド；メチルシクロヘキサン等の炭化水素；テトラヒドロフラン、エチルエーテル、ジオキサン等のエーテル；エタノール、ｎ－プロパノール、イソプロパノール、ｎ－ブタノールジアセトンアルコール等のアルコール；２，２，３，３－テトラフルオロプロパノール等のフッ素系溶剤；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類；等が挙げられる。
　上記溶剤は、使用する色素の溶解性を考慮して単独で、或いは２種以上を組み合わせて使用することができる。塗布液中には、更に、酸化防止剤、ＵＶ吸収剤、可塑剤、潤滑剤など各種の添加剤を目的に応じて添加してもよい。
　塗布方法としては、スプレー法、スピンコート法、ディップ法、ロールコート法、ブレードコート法、ドクターロール法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法等が挙げられる。なお、生産性に優れ膜厚のコントロールが容易であるという点で、スピンコート法を採用するのが好ましい。
　記録材料層は、スピンコート法による形成に有利であるという点から、有機溶媒に対して０．３質量％以上３０質量％以下で溶解することが好ましく、１質量％以上２０質量％以下で溶解することがより好ましい。特にテトラフルオロプロパノールに１質量％以上２０質量％以下で溶解することが好ましい。また、記録材料層を構成する化合物は、熱分解温度が１５０℃以上５００℃以下であることが好ましく、２００℃以上４００℃以下であることがより好ましい。塗布の際、塗布液の温度は、２３℃以上５０℃以下の範囲であることが好ましく、２４℃以上４０℃以下の範囲であることがより好ましく、中でも、２５℃以上３０℃以下の範囲であることが特に好ましい。
　塗布液が結合剤を含有する場合、結合剤の例としては、ゼラチン、セルロース誘導体、デキストラン、ロジン、ゴム等の天然有機高分子物質；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイソブチレン等の炭化水素系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル・ポリ酢酸ビニル共重合体等のビニル系樹脂、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル樹脂、ポリビニルアルコール、塩素化ポリエチレン、エポキシ樹脂、ブチラール樹脂、ゴム誘導体、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂等の熱硬化性樹脂の初期縮合物などの合成有機高分子；が挙げられる。
　記録材料層の材料として結合剤を併用する場合には、結合剤の使用量は、一般に、色素に対して０．０１倍量以上５０倍量以下（質量比）の範囲にあり、好ましくは０．１倍量以上５倍量以下（質量比）の範囲にあり、このましくは、０．１倍量以上５倍量以下（質量比）の範囲にある。
　また、記録材料層には、記録材料層の耐光性を向上させるために、種々の褪色防止剤を含有させてもよい。褪色防止剤としては、一般的に一重項酸素クエンチャーが用いられる。この一重項酸素クエンチャーとしては、既に公知の特許明細書等の刊行物に記載されているものが利用される。
　以上、記録材料層が色素型記録層である場合の溶剤塗布法について述べたが、記録材料層は記録物質の物性に合わせて、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の成膜法によって形成することもできる。
　なお、上記の実施の形態では、レーザ光源から出射されたレーザ光を回折格子により３本のレーザ光に分岐し、０次回折光を加工用レーザ光となるメインビームＭＢとし、－１次回折光及び＋１次回折光をトラッキング用レーザ光となるサブビームＳＢ１、サブビームＳＢ２とする場合について説明したが、分岐数は３本には限定されない。例えば、加工用レーザ光となるメインビームは複数本であってもよい。また、トラッキング用レーザ光となるサブビームは２本以上であってもよい。
　例えば、図８に示すように、レーザ光源から出射されたレーザ光を回折格子により５本のレーザ光に分岐してもよい。この場合には、０次回折光及び±１次回折光を、加工用レーザ光となるメインビームＭＢ１、メインビームＭＢ２、メインビームＭＢ３とすることができる。また、－２次回折光及び＋２次回折光を、トラッキング用レーザ光となるサブビームＳＢ１、サブビームＳＢ２とすることができる。メインビームＭＢ１、メインビームＭＢ２、メインビームＭＢ３、サブビームＳＢ１、及びサブビームＳＢ２の照射強度の比率の調整、波長の調整は、回折格子により行われる。なお、図８においても、Ｘは回転方向を表し、Ｙは半径方向を表す。また、加工済み領域Ａが内周側となり、未加工領域Ｃが外周側となる。加工済み領域Ａと未加工領域Ｃとの間に加工領域Ｂが在る。
　上記の実施の形態と同様に、ディスク状の加工対象物１０の加工領域内において、内周側から外周側に向って、同心円状に配列されたピット列（トラック）を、順次形成する場合について説明する。サブビームＳＢ１、メインビームＭＢ１、メインビームＭＢ２、メインビームＭＢ３、及びサブビームＳＢ２の各々は、隣接するビームスポットの中心間の距離がトラック間隔Ｄとなるように、回折格子及びその他の光学系により予め調整されている。
　加工済み領域Ａの最外周のトラックにサブビームＳＢ１を照射し、サブビームＳＢ１の反射光を検出してトラッキング制御を行いながら、３本のメインビームＭＢ１、メインビームＭＢ２、メインビームＭＢ３を加工対象物１０の表面１０ａに照射してピット列を形成する。これにより、複数のピット列（トラック）を、一定のトラック間隔Ｄで順次形成することができる。また、メインビームＭＢ１、メインビームＭＢ２、及びメインビームＭＢ３を照射して、３本のトラックを同時に形成するので、レーザ加工処理の速度が向上する。
　なお、上記の実施の形態と同様に、加工対象物１０の外周側から内周側に向って複数のトラックを順次形成することもできる。この場合には、外周側のサブビームＳＢ２の反射光を検出してトラッキング制御を行いながら、メインビームＭＢ１、メインビームＭＢ２、及びメインビームＭＢ３を加工対象物１０に照射してピット列を形成する。また、図５に示したように、ビームスポットを加工対象物１０の半径方向に対し斜めに配列することもできる点も、上記の実施の形態と同様である。

Claims (7)

  1. 　レーザ光源と、該レーザ光源から出射されたレーザ光をメインビーム及びメインビームより光強度の小さいサブビームを含む複数の光ビームに分岐する回折格子と、前記複数の光ビームの各々をディスク状の加工対象物の表面に集光する集光光学系と、を少なくとも備え、前記サブビームの１つが前記加工対象物の表面に被加工部が形成された加工済み領域を照射し且つ前記メインビームが前記加工対象物の表面に被加工部が形成されていない未加工領域を照射するように、分岐された複数の光ビームを前記加工対象物に照射するレーザ照射部と、
    　前記加工対象物をディスクの回転軸の周りに回転させる回転部と、
    　前記レーザ照射部を前記加工対象物の半径方向に相対移動させる移動部と、
    　分岐された複数の光ビームの各々について設けられ、前記加工対象物の表面により反射された反射光を検出する複数の光検出器と、
    　前記回転部により前記加工対象物を回転させる際に、前記光検出器で検出された前記加工済み領域に照射されたサブビームの反射光強度に基づいて、前記レーザ照射部の半径方向の位置を調整するトラッキング制御を行うトラッキング制御部と、
    　を備え、
    　前記トラッキング制御を行いながら、前記メインビームで前記加工対象物の表面の未加工領域を照射して、前記加工対象物の表面に複数の被加工部を形成する、
    　レーザ加工装置。
  2. 　前記加工対象物はヒートモード型の記録材料層を表面に備え、該記録材料層に前記メインビームのビームスポット径より小さい直径の被加工部を形成する請求項１に記載のレーザ加工装置。
  3. 　前記サブビームは前記メインビームの半分以下の光強度を有する請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
  4. 　前記トラッキング制御部は、前記光検出器で検出されたサブビームの反射光強度が予め定めた値となるようにトラッキング制御を行う請求項１～３の何れか１項に記載のレーザ加工装置。
  5. 　前記加工済み領域に照射されたサブビームの反射光を検出する光検出器は、被加工部の半径方向の中心線上に照射されたサブビームの反射光により形成されるビームスポットの二等分線により第１領域及び第２領域に分割されており、
    　前記トラッキング制御部は、前記第１領域で検出された反射光強度と前記第２領域で検出された反射光強度との差が０となるようにトラッキング制御を行う請求項１～３の何れか１項に記載のレーザ加工装置。
  6. 　前記複数の光ビームは、０次回折光、－１次回折光、及び＋１次回折光を少なくとも含む請求項１～５の何れか１項に記載のレーザ加工装置。
  7. 　前記複数の光ビームは、レーザ加工に使用される複数のメインビームを含む請求項１～６の何れか１項に記載のレーザ加工装置。
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