JPH04186357A - 微細パターン描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、レーザビームを用いてレジストパターンな
どを描画するための微細パターン描画装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

第１２図は、例えば「わかりやすい光ディスク」（オプ
トロニクス社昭和６３年１月２０日増補改訂版発行）に
示された従来の微細パターン描画・装置を示す構成図で
ある。図において、１は微細パターンが描画される感光
性物質、２はこの感光性物質１の支持基盤としてのガラ
スディスクであり、３はこのガラスディスク２に感光性
物質ｌを塗布して形成される原盤である。４はこの原盤
３を回転させる回転台であり、５はこの回転台４の回転
を制御する回転サーボ機構である。

６は原盤３の感光性物質ｌ上に微細パターンをＷｉ画す
るためのレーザビームを発生するレーザ光源であり、７
はこのレーザ光？ｓ６の発生するレーザビームの光量を
制御する露光量自動制御装置、８はこの露光量自動制御
装置７への信号を増幅する増幅器である。９はレーザ光
源６から出射されるレーザビームを変調する光変調器で
あり、１０はこの光変調器９を制御する制御器である。

１１は光変調器９からのレーザビームを拡径する凹レン
ズ、１２は拡径されたレーザビームの進行方向を９０”
変更する反射器であり、１３は反射されたレーザビーム
を原盤３の感光性物質ｌ上に集光する集光レンズ、１４
はその焦点位置を調節するレンズ駆動装置である。１５
は計測用のレーザビームを発生するレーザ発振装置、１
６はその出射レーザビームを２方向に分岐させるハーフ
ミラ−１１７は分岐された一方のレーザビームを拡径す
る凹レンズ、１８は拡径されたレーザビームの進行方向
を変更して集光レンズ１３に送るミラーであり、１９は
原盤３の感光性物質ｌの表面で反射されて戻ってくるレ
ーザビームを反射して前記増幅器８に送る反射器である
。２０．２１はハーフミラ−１６で分岐された他方のレ
ーザビームの進行方向を変更して集光レンズ１３に送る
ミラーである。

２２はこれら１１〜２１の各部より成り、レーザビーム
を原盤３の感光性物質１上を走査させるための走査光学
系である。２３はその回転によってこの走査光学系２２
を原盤３の径方向に移動させるモータであり、２４は原
盤３の回転に応じてモータ２３の回転を制御するラジア
ル送りサーボ機構である。

２５はミラー２０．２１で反射されて集光レンズ１３に
て原盤３の感光性物質１上に照射されたレーザビームの
反射光を取り込み、集光レンズ１３の焦点の位置ずれ量
を検出して前記レンズ駆動袋ｆｆ１１４を制御する自動
焦点合わせサーボ機構である。

次に動作について説明する。

ガラスディスク２上に感光性物ｔ１を塗着して形成され
た原盤３は、感光性物質ｌを塗着した面を上向きにして
回転台４にセットされ、回転サーボ機構５にて回転駆動
せしめられる。

一方、レーザ光源６はＡｒ　レーザ等にて形成されてお
り、露光量自動制御装置７で制御された光量のレーザビ
ームを発振するようになっている。

発振されたレーザビームは制御器１０で制御された光変
調器９を通過する際に変調され、走査光学系２２を構成
する凹レンズ１１に入射される。

走査光学系２２はラジアル送りサーボ機構２４によって
駆動されるモータ２３により原盤３の回転に応じて原盤
３の径方向に移動し、原盤３上をレーザビームにて走査
せしめる。

走査光学系２２では、まず、入射されたレーザビームを
凹レンズ１１にて拡径させ、反射器１２にて９０°その
進行方向を変えて集光レンズ１３に送る。集光レンズ１
３はそのレーザビームが感光性物質ｌ上で適切に焦点を
結ぶよう集光して原盤３上に投射する。これによって感
光性物質ｌが感光し、所定の微細パターイが描画される
。

二こで、第１３図はレーザビームによる原盤３の感光性
物質１に対する露光態様を示す説明図であり、同図（イ
）は感光性物質ｌをレーザビームにて露光させ、潜像を
形成する過程、同図（ロ）は原盤３の現像後の態様を示
す説明図である。第１３図（イ）に示す潜像２６が、現
像によって同図（ロ）に示すピット２７に成形される。

ビデオディスク、コンパクトディスクなどにおいては、
このビット２７の相互間のピッチは通常１．６μｍ、ビ
ット幅は０．７μｍ程度である。

−また、走査光学系２２内に設けられた計測用のレーザ
発振装置１５はＨｅ−Ｎｅレーザ等で形成され、出射さ
れたレーザビームはハーフミラ−１６で２分岐され、透
過したレーザビームは反射器１９、凹レンズ１７．ミラ
ーエ８を経て、またハーフミラ−１６で反射されたレー
ザビームはミラー２０．２１を経てそれぞれ集光レンズ
１３を透過し、原盤３に投射される。そして原盤３から
反射された光は集光レンズ１３を経てその一部はミラー
１８．凹レンズ１７．反射器１９に戻り、こ二で反射さ
れて増幅器８へ送られ、増幅器８で増幅される。この増
幅器８の出力信号は露光量自動制御装置７へ入力され、
露光量自動制御装置７はそれムこ基づいてレーザ光源６
からの出力されるレーザビームの光量を調整する。

また、原盤３からの反射光の一部は反射器１２を経て自
動焦点合わせサーボ機構２５へ入力される。自動焦点′
合わせサーボ機構２５は感光性物質ｌからの反射光を取
り込み、集光レンズ１３の焦点位置と感光性物質ｌの表
面との位置ずれを検出し、集光レンズ１３をレンズ駆動
装置１４にて移動させ、その焦点位置を調整する。

〔発明が解決しようとする課題］ 従来の微細パターン描画装置は以上のように構成されて
いるので、レーザビームがそのまま集光レンズ１３にて
集光されるため、無点深度は比較的浅いもので、焦点位
置の調整量が大きく調整作業が煩雑となり、またレーザ
ビームスポットの狭小化にも限度があり、ピット２７相
互のピッチの高密変化、あるいはビット２７のそのもの
の小形化にも限界があって、ディスクの情報の記録容量
の増大の妨げとなるなどの課題があった。

請求項（１）に記載の発明は上記のような課題を解消す
るためになされたもので、焦点位置の調整量が小さく焦
点調整の容易な微細パターン描画装置を得ることを目的
とする。

また、請求項（２）に記載の発明は、記録容量の増大が
可能であり、さらに焦点位置の調整も容易な微細パター
ン描画装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 請求項（１）に記載の発明に係る微細パターン描画装置
は、集光レンズのレーザ光源側のレーザビームの光路中
に、当該レーザビームの径方向の端からビーム軸の方向
へ向かって、そのビーム外半径の２０％までの部分とそ
の内側の部分との間で、レーザビームの位相を変化させ
る光学素子を配設したものである。

また、請求項（２）に記載の発明に係る微細パターン描
画装置は、集光レンズのレーザ光源側のレーザビームの
光路中に、当該レーザビームのビーム軸から径方向に向
かって、そのビーム外半径の４５％までの部分とその外
側の部分との間で、レーザビームの位相を変化させる光
学素子を配設したものである。

［作　用］ 請求項（１）に記載の発明における光学素子は、集光レ
ンズのレーザ光源側において、レーザビームの径方向の
端からビーム軸の方向へ向かってそのビーム外半径の２
０％までの部分とその内側の部分との間で、レーザビー
ムの位相を変化させることにより、焦点深度を深くして
焦点位置の調整量が小さく無点調整の容易な微細パター
ン描画装置を実現する。

また、請求項（２）に記載の発明における光学素子は、
集光レンズのレーザ光源側において、レーザビームのビ
ーム軸から径方向に向かってそのビーム外半径の４５％
までの部分とその外側の部分との間で、レーザビームの
位相を変化させることにより、焦点深度を深くするとと
もにレーザビームスポットも狭小化して、記録容量の増
大が可能で、焦点位置の調整も容易な微細パターンｌｆ
画装置を実現する。

〔実施例］ 以下、この・発明の実施例を図について説明する。

第１図は請求項（１）に記載の発明の一実施例を示す構
成図である。図において、１は感光性物質、２はガラス
ディスク、３は原盤、４は回転台、５は回転サーボ機構
、６はレーザ光源、７は露光量自動制御装置、８は増幅
器、９は光変調器、１０は制御器、１１．１７は凹レン
ズ、１２．１９は反射器、１３は集光レンズ、１４はレ
ンズ駆動装置、１５はレーザ発振装置、１６はハーフミ
ラ−１１８，２０，２１はミラー、２２は走査光学系、
２３はモータ、２４はラジアル送りサーボ機構、２５は
自動焦点合わせサーボ機構であり、第１２図に同一符号
を付した従来のそれらと同一、あるいは相当部分である
ため詳細な説明は省略する。

また、２日は前記集光レンズ１３のレーザ光源６側のレ
ーザビームの光路中に配設された光学素子で、第２図に
その構造を示す。第２図（イ）は二の光学素子２日の平
面図であり、同図（ロ）は第２図（イ）のローロ線によ
る断面図である。図において、２９は半径ｄ２の当該光
学素子２８の透光性基板であり、３０はその一方の面の
中心部に形成された半径ｄ、の凹所である。３１〜３３
はこの透光性基板２９の両面および凹所３０の底面にコ
ーティングされた反射防止用の透光膜である。ここで、
前記透光性基板２９の半径ｄ２および凹所３０の半径ｄ
１は、当該光学素子２８に入射するレーザビームのビー
ム外半径をＲとすると、１．０＞ｄ、／Ｒ≧０．８ ｄ２≧　Ｒ の範囲で設定される。

次に動作について説明する。

ここで、基本的な動作は第１２図に示した従来のものと
同様であるため、ここでは説明を省略する。

第３図は前述の光学素子２８の使用態様を示す説明図で
あり、レーザビームの進行方向に対し、集光レンズ１３
の直前に光学素子２日を配設し、レーザビームはこの光
学素子２８の凹所３０および凹所３０以外の部分を透過
して、位相の空間的分布を変化せしめられた状態で集光
レンス１３に入射される。

第４図はこの光学素子２８に入射の前後におけるレーザ
ビームの位相分布を示す説明図であり、同図（イ）は光
学素子２日に入射する前の、（ロ）は光学素子２日を透
過した後のレーザビームの位相分布を示している。これ
ら両図では、横軸にレーザビーム中心からの距離を、ま
た縦軸に位相をとって示しである。このグラフから明ら
かな如（、光学素子２８に入射する前においては、位相
はレーザビームの径方向において略直線に近い曲率の球
面となっているが、光学素子２８を透過した後は、 ｎ−ｄ・２π／λ （但し、ｎ：屈折率、ｄ：凹所１７ｆと非凹所部分との
肉厚差、λ：波長） だけ非凹所部分を透過した光の位相が凹所３０を透過し
た光の位相よりも遅れることとなる。

その結果、原盤３上に集光したときのレーザビームの焦
点深度は第５図に示す如くなる。第５図は横軸に凹所３
０の半径ｄ、と光学素子２８に入射するレーザビームの
外半径Ｒの比率ｄ、／Ｒを、縦軸に強度が軸上強度の２
５％になるビーム半径の変化率が、±１０％以下である
範囲を焦点深度と定義したときの焦点深度をとって示し
である。

ここで、ｄ、／Ｒ＝１．０　　のときが、光学素子２８
がない場合、つまり従来装置を用いたときの焦点深度に
相当する。このグラフから明らかなように、ｄ、／Ｒを
０．８以上１．０未満に設定すれば、本発明装置により
焦点深度が深くなることが解る。

従って、焦点深度が深くなった分だけ焦点位夏の調整量
は小さくなり、焦点位置調整の容易化が可能となる。

なお、上記実施例では、位相の変化を光学素子２８の透
光性基板２９の厚みを変えることで得るものを示したが
、透光性基板２９をコーティングしている反射防止用の
透光層の屈折率を、その中心部と外周部とで変えてもよ
い。第６図はそのような実施例を示す平面図、およびそ
のローロ線断面図である。

図において、３４は透光性基板２９の中心部をコーティ
ングしている半径ｄ３、屈折率ｒ１の透光層であり、３
５はその外周部をコーティングしている外半径ｄｚ、屈
折率ｒ２の透光層である。

この場合も、各半径ｄ＋、ｄｚは、当該光学素子２８に
入射するレーザビームのビーム外半径Ｒに対して、 ｔ、ｏ＞ａｔ／Ｒ≧０．８ ｄ２≧　Ｒ の範囲で設定される。ただし、屈折率ｒｌｌｒＺは等し
くなければ、そのいずれが小さく、いずれが大きくても
よい。この屈折率ｒ　＋　ｌ　　ｒ　ｚの差によって、
通過するレーザビームの中心部と外周部の間に位相差が
佳し、焦点深度を深くすることができる。

また、上記各実施例では、特にレーザビームを遮光する
部分を設けていない場合について説明したが、第７図お
よび第８図に示すように、レーザビームの位相変化の境
界部に遮光層３６を設けてもよい。二の遮光層３６の径
方向の輻ｄ３は、ｒ１３＜　（Ｒ−ｄ＋） の範囲で設定される。

第９図（イ）は請求項（２）ユニ記載の発明の一実施例
による光学素子を示す平面図であり、（ロ）はそのロー
ロ線による断面図である。図シこおいて、３７は第２図
に示す光学素子２８と同様に、第１図の微細パターン描
画装置の集光レンズ１３のレーザ光源６側のレーザビー
ムの光路中に配設される光学素子である。３８は半径ｄ
２の当該光学素子２８０透光性基板であり、３９はその
一方の面の中心部に形成された半径ｄ＋　の凹所である
。

４０〜４２はこの透光性基板３８の両面および凹所３９
の底面にコーティングされた反射防止用の透光膜である
。

ここで、前記透光性基Ｆｉ、３８の半径ｄ２および凹所
３９の半径ｄ、は、当該光学素子３７に入射するレーザ
ビームのビーム外半径をＲとすると、０．０＜ｄｉ／Ｒ
≦０．４５ ｄ２≧　Ｒ の範囲で設定される。

次に動作について説明する。この場合Ｓ：も、基本的な
動作は前述の場合と同様であるため、その説明を省略す
る。

この光学素子３７に入射する前と、光学素子３７を透過
した後のレーザビームの位相分布は、この場合において
も第４図に示すものとなる。即ち、光学素子３７に入射
する前においては、位相はレーザビームの径方向におい
て略直線に近い曲率の球面となり、光学素子３７を透過
した後は、ｎ−ｄ・２π／λ （但し、゛ｎ：屈折率、ｄ：凹所１７ｆと非凹所部分と
の肉厚差、λ：波長） たけ非凹所分を透過した光の位相が凹所３９を透過した
光の位相よりも遅れる。

その結果、原盤３上に集光したときのレーザビームスポ
ット径減少率と焦点深度はそれぞれ第１Ｏ図と第１１図
に示す如くなる。第１０図は横軸に凹所３９の半径ｄ、
と光学素子３７に入射するレーザビームの外半径Ｒの比
率　ｃ＋＋／Ｒを、縦軸にレーザビームのスポット径の
減少率をとって示しである。第１１図は継軸ζ二強度が
軸上強度の２５％になるビーム径の変化率か＝１０％以
下である範囲を焦点深度と定義したときの焦点深度をと
って示しである。第１１図において横軸は第１０図と同
一である。

ここで、第１０図および第１１図において、ｄ、／Ｒ＝
０．０　のときが、光学素子３７がない場合、つまり従
来装置に相当する。これら各グラフから明らかなように
、ｄ、／Ｒを、Ｑ　＜　ｄ　、／Ｒ≦０．４５に設定す
れば、本発明装置により、レーザビームの集光スポット
径を小さくでき、かつ焦点深度が深くなることが解る。

従って、レーザビームスポンドが狭小化した分だけ記録
容量を増大させることが可能となり、焦点深度が深くな
った分だけ焦点位置の調整量を小さくすることが可能と
なる。

なお、上記実施例では、位相の変化を光学素子３７の透
光性基板３８の厚みを変えることで得るものを示したが
、請求項（１）に記載の発明の実施例の場合と同様に、
透光性基Ｆｉ、３８をコーティングしている反射防止用
の透光層の屈折率を、その中心部と外周部とで変えるよ
うにしてもよい。

また、上記請求項（１）および（２）に記載の発明の実
施例では、ディスク原盤の情報記録装置に適用した場合
について説明したが、これのみに限定されるものではな
く、レーザビームによってレジスト等の感光性物質を感
光させてパターンを描画するものであれば他にも適用可
能であり、上記各実施例と同様の効果を奏する。

〔発明の効果］ 以上のように、請求項（１）に記載の発明によれば、レ
ーザビームの径方向の端からビーム軸の方向へ向かって
そのビーム外半径の２０％までの部分とその内側の部分
との間で、レーザビームの位相を変化させる光学素子を
、集光レンズのレーザ光源側のレーザビームの光路中に
配設するように構成したので、焦点深度を深くすること
ができ、焦点位置の調整量が小さく焦点調整の容易な微
細パターン描画装置が得られる効果がある。

また、請求項（２）に記載の発明によれば、レーザビー
ムのビーム軸から径方向巳こ向かってそのビーム外半径
の４５％までの部分とその外側の部分との間で、レーザ
ビームの位相を変化させる光学素子を、集光レンズのレ
ーザ光源側のレーザビームの光路中に配設するように構
成したので、焦点深度が深くなるとともにレーザビーム
スボンドも狭小化することができ、記録容量の増大か可
能で、焦点位置の調整も容易な微細パターン描画装置が
得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項（１）に記載の発明の一実施例による微
細パターン描画装置を示す構成図、第２図はその光学素
子の構造を示す平面図および断面図、第３図は前記光学
素子の使用態様を示す説明図、第４図は前記光学素子入
射の前後におけるレーザビームの位相分布を示す説明図
、第５図は前記光学素子を用いた場合の焦点深度の変化
を示す特性図、第６図〜第８図は請求項（１）に記載の
発明の他の実施例の光学素子の構造を示す平面図および
断面図、第９図２＝請求項（２）に記載の発明の一実施
例の光学素子の構造を示す平面図および断面図、第１０
図はその光学素子によるレーザビームスポット径の変化
を示す特性図、第１１図は前記光学素子による焦点深度
の変化を示す特性図、第１２図は従来の微細パターン描
画装置を示す構成図、第１３図はレーザビームによる感
光性物質に対する露光態様を示す説明図である。 １は感光性物質、６はレーザ光源、１３は集光レンズ、
２８．３７は光学素子。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザビームを集光レンズを用いて集光し、感光
   性物質上に当該集光されたレーザビームを走査させて微
   細パターンを描画する微細パターン描画装置において、
   前記集光レンズのレーザ光源側の前記レーザビームの光
   路中に、当該レーザビームの径方向の端からビーム軸の
   方向へ向かって、 そのビーム外半径の２０％までの部分とその内側の部分
   との間で、前記レーザビームの位相を変化させる光学素
   子を配設したことを特徴とする微細パターン描画装置。
2. （２）レーザビームを集光レンズを用いて集光し、感光
   性物質上に当該集光されたレーザビームを走査させて微
   細パターンを描画する微細パターン描画装置において、
   前記集光レンズのレーザ光源側の前記レーザビームの光
   路中に、当該レーザビームのビーム軸から径方向に向か
   って、そのビーム外半径の４５％までの部分とその外側
   の部分との間で、前記レーザビームの位相を変化させる
   光学素子を配設したことを特徴とする微細パターン描画
   装置。