TW200423116A - Optical recording medium master exposure device and optical recording medium master exposure method - Google Patents
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Description
200423116 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於藉由照射來自曝 阻的光記錄媒體原盤上之措施，而 圖案曝光之光記錄媒體原盤曝光裝 曝光方法之相關技術。 【先前技術】 之措施， 曝光光源的光至塗敷有光 而進行對應於記錄資訊的 置及光5己錄媒體原盤之 製造 CD(Compact Disc)、MD(Mini 叫⑷、dvd⑼ Versatile!^)等之各種光碟、光磁碟等之光記錄媒體時之 光記錄媒體原盤，係例如在圓盤狀之原盤用基板上覆蓋著 光阻，且對應於記錄資訊之凹凸圖案係經由曝光和顯像而 形成於該表面，亦即經由所謂的切割而形成。 進行該切割之環狀作動裝置，亦即光記錄媒體原盤曝光 裝置’係使用自曝光光源而射出的波長為4〇〇 右之雷 射光，例如Kr雷射（λ=413 nm)或Ar雷射（λ=3 5 1 nm)等之紫外 波長帶域的連續振盪固體雷射光源，並介由對物透鏡而聚 焦成繞射界限的微小光點，而照射於塗敷有抗姓劑之原盤 上，據此而進行曝光處理。 如上述之各種光記錄媒體，係隨著提高其記錄容量之高 密度化，而被要求坑洞或溝槽的加工尺寸之細微化。但， 當被要求0·25 μιη以下的尺寸而作為該坑洞的加工尺寸 時’則上述之.光3己錄媒體原盤曝光裝置所使用之氣體雷射 的波長，係即使作成集光透鏡的數值孔徑ΝΑ接近於1的透 鏡，亦無法充分聚焦雷射光。因此，目前在光記錄媒體原
O:\87\87382.DOC 200423116 盤的製作上，極難以精度佳地加工成〇·25 μηι以下之尺寸。 例如，作為加工細微圖案之技術，而揭露有將波長532 nm 的半導體雷射激發高輸出綠色雷射作為激發光源，並使用 外部共振器構造的第2諧波產生裝置而產生波長266 nm之 外雷射光，且作為光束光點尺寸係使用數值孔徑ΝΑ=0.9 之無像差對物透鏡，而取得〇·36 μηι之虛幻光點之例（例如， 參考特開平7-98891號公報）。 近年來，更加速光碟的高密度化之傾向，目前則必須形 成更微小之坑洞，例如必須形成〇·2 μχη以下，且被要求更 短波長之光源。作為可利用於光記錄媒體原盤曝光裝置之 具有安定性、低雜訊、以及光束品質之連續振盪之雷射光 源’則為市售之Deep UV振盪水冷卻氬氣雷射（以波長229 nm而取得輸出40 mW，且以波長238 nm而取得輸出1〇〇 mW)’其係在氬氣雷射的共振器内設置有BaB2〇4(BB〇)等之 非線形光學結晶。然而，波長比係229/266=:〇·86，為了獲得 〇·2 μχη以下之分解能，則必須併用更高να之對物透鏡等。 而且’由於使用多量的冷卻水，故亦具有必須迴避所组裝 的機器内之振動的對策之不便處。 進而作為高ΝΑ之光學系統，而進行利用使用ΝΑ>1之固 體景彡像透鏡（SIL)之近接濾光光學系統的手段之技術檢討。 然而’其工作距離係在1 〇 〇 nm以下，例如極狹窄至數1 〇 nm ’而必須充分留意塵埃之混入、或光記錄媒體原盤的表 面平滑性等之情形，並具有光記錄媒體原盤之旋轉數無法 更為提南之問題。 O:\87\87382.DOC -6 * 200423116 作為另外之高分解能化之手段，則在最近係提案有使用 電子光束曝光裝置之微小坑洞加工法（例如，參考專利第 3233650號公報。）。 然而，使用電子光束之方.法係必須具備真空裝置，且形 成在真空中具有玻璃原盤之高精度高旋轉機構等之大規模 的裝置。 另一方面，近年來，由於開發具有負的群速度分散之游 離修正電介質反射鏡，故不使用稜鏡配對或標準樣式配 對，而由以極度壓縮之構成而能實現彩色透鏡模式鎖定方 式的高重覆頻率之Ti: Sapphire(鈦·藍寶石）所組成之超短 脈衝雷射光源，係已多少被實用化。 該超短脈衝雷射光源之重覆頻率R係由共振器長度L而決 定’且定在波型（例如Z字型之光程時）係由r=c/2l(c ··光 速），而進行波型（例如環狀型之光程時）係由r=c/l所供應。 揭露2 GHz的高重覆頻率之振盪器已被實用化之例而作 為其一例。例如欲獲得2 GHz之重覆頻率時，在環型之情形 時’則共振器長度L係成為1 5 cm(例如參考河田聰編，曰本 分光學會測定法系列38「超解像之光學」、學會出版中心， 1999年3月20日，第79頁。）。 該Ti : Sapphire超短脈衝雷射光源，係由半導體雷射激發 咼輸出綠色雷射所激發，並以中心波長760 nm至840 nm之 間，例如800 nm而施以脈衝振盪，而能安定地取得平均輸 出 1 W，脈衝寬幅（FWHM : Full Width at Half Maximum , 半值全幅）為100 fs( 100x10·15秒）以下，例如23 fs者。光束之
O:\87\87382.DOC 200423116 橫向模式係具有ΤΕΜ00而雜訊亦為〇·丨％以下之優異性能。 此外’例如 Spectra Physics 公司之 Tsunami 系列、Coherent 公司之Mira系列等，重覆頻率80MHz且脈衝寬幅（FWHM) 1 00 fs以下，平均輸出i w以上者係已被實用化。 此外’亦揭露有使用如此之超短脈衝雷射光源而產生2 光子吸收過程，而形成較因利用非線形光學效應之超解像 特性之繞射界限更細微之圖案之情形（例如，參考河田聰 編、曰本分光學會測定法系列3 8「超解像之光學」、學會出 版中心、1999年3 月 20 日、第 79頁、以及 s. Kawata et al:，,Fine features for functional microdevicesf, > Nature > 2001 » V〇l. 412，p. 697 〇 ) ° 在上述文獻中’係揭政使用波長MO nm、重覆頻率％ MHz、脈衝寬幅100 fs之雷射、數值孔徑NA丨义之對物透 鏡，而形成寬幅120 nm之圖點狀圖案之例。 然而，現狀係利用2光子吸收過程，並藉由圖案曝光而形 成光記錄媒體用的記錄資訊之調變信號於抗蝕劑上，而利 用於光記錄媒體原盤的曝光之技術係尚未實現。 本發明係有鑑於如上述之情形而創作，其目的在於提供 一光記錄媒體原盤曝光裝置及光記錄媒體之曝光方法，其 係能高精度地形成細微之坑洞，並可大幅提升生產座 【發明内容】 本發明係設置有： 調變手段，其係將來自曝光光源的光予 野應於記錄資 訊而進行光強度調變；以及
O:\87\87382.DOC 200423116 集光光學系統，其係將經該調變手段所調變的光予以集 光於光記錄媒體原盤上之光阻上； 木 且因應於記錄資訊而將光阻施以圖案曝光之光記錄媒體 原盤曝光裝置’其係、作成曝光光源係、由記錄資訊之時脈頻 率的工倍以上20倍以下的整數倍之重覆頻率之超短脈衝雷 射所構成’並將該超短脈衝#射的共振器長度作成可變方 ^，、並使超短脈衝雷射之重覆頻率同步於時脈㈣而進行 核式鎖疋’且設置使脈衝振堡之外部同步機構之構成。 此外，本發明係在上述之光記錄媒體原盤曝光裝置當 中，作成在曝光光源和調變手段之間，設置 生手段，其係將超短脈衝雷射光源作為激發光源而;;由使 用非線形光學元件之波長變換，而射出短波長化的光 成。 進而本發㈣將—來自曝光光源的光予以對應於記錄資 訊而進行光強度調變，並將經該調變手段所調變的光予以 集光於光記錄㈣《上之光阻上，且因應於記錄資訊而 將光阻施以圖案曝光之光記錄媒體原盤曝光裝置之曝光方 法，其係由記錄資訊之時脈頻率的i倍以上2〇倍以下的整數 倍之重覆頻率之超短脈衝雷射而構成曝光光源，並設置外 部同步機構，其係將該超短脈衝雷射的共振器長度作成可 變方式，並使超短脈衝雷射之重覆頻率同步於時脈頻率而 進行模式鎖定，並使脈衝振盪。 此外，.本發明之光記錄媒體原盤曝光裝置，係設置有： 調變手段’其係將來自曝光㈣的光予以對應於記錄資
O:\87\87382.DOC 200423116 訊而進行光強度調變；以及 集光光學系統，其係將經該調變手段所調變的光予以集 光於光記錄媒體原盤上之光阻上； 且因應於記錄資訊而將光阻施以圖案曝光之光記錄媒體 原盤曝光裝置’其係作成由記錄資訊的時脈頻率的1〇倍以 上20倍以下之重覆頻率之超短脈衝雷射而構成曝光光源之 構成。 進而本發明係在上述之構成當中，作成在曝光光源和調 變手段之間，設置有高次諧波產生手段，其係將超短脈衝 雷射光源作為激發光源而藉由使用非線形光學元件之波長 變換，而射出短波長化的光之槔成。 ―此外，本發明係-將來自曝光光源的光予以對應於記錄 資訊而進行光強度調變，並將經調變手段所調變的光，予 以集光於光記錄媒體原盤上之光阻上，且因應於記錄資訊 而將光阻施以圖案曝光之光記錄媒體原盤之曝光方法，其 係將曝光光源作成記錄資訊之時脈頻率的1〇倍以上2〇倍以 下之重覆頻率之超短脈衝雷射。 進而本發明係在上述之各光記錄媒體原盤之曝光方法 中，將自前述曝光光源所射出的光，依據將曝光光源作為 激發光源之高次諧波產生手段，並藉由使用非線形光學2 件之波長變換，施以短波長化而射出。 士上述，本發明之一，係使用超短脈衝雷射光源而作為 曝光光源，並且將其重覆頻率作成記錄資訊之時脈頻率的1 倍以上20倍以下之整數倍，而且設置外部同步機構，其係
O:\87\87382.DOC -10 - 200423116 將該超短脈衝雷射之共振器長度作成可變之方式。 光碟之§己錄資机“號之時脈頻率，在CD時係4.3 MHz， 而在DVD時係26 MHz。此外，近年來備受矚目之高密度光 碟’其再生光之波長λ係405 nm’對物透鏡之數值孔徑να 係〇·85，而正開發之所謂Blu_ray Disc時，則係66ΜΗζ。例 如由於Blu-ray Disc時為66 MHz，故和超短脈衝雷射的重覆 頻率大致相同程度，而必須配合資訊資料信號和雷射之脈 衝振盪之時序。 在本發明中係設置外部同步機構，其係用以調整作為曝 光光源而使用之超短脈衝雷射光源之共振器長度，據此而 進行共振器長度之調整’且重覆頻率係作成通道時脈的1以 上20以下之整數倍，亦即1倍、2倍、3倍、…2〇倍之狀態。 如此處理而藉由使其同步之措施，即能以來自超短脈衝 雷射光源的光作為曝光光源，並確實進行同步於CD、 DVD、Blu-ray Disc等之各種光記錄媒體所記錄的資訊信號 之圖案曝光。 另一方面，上述之另外的本發明，係使用超短脈衝雷射 光源而作為光記錄媒體原盤曝光裝置之曝光光源，並且將 其頻率作成記錄資訊之時脈頻率的1 〇倍以上2〇倍以下之重 覆頻率。 光記錄媒體之記錄資訊信號之時脈，係如上述在CD時係 4·3 MHz，DVD 時係 26 MHz，此外，Blu_ray Disc 時係 66 MHz。若使用以此等頻率的丨〇倍程度以上之高重覆頻率所 振盈之超短脈衝雷射光時，則在光記錄媒體的資訊信號記 O:\87\87382.DOC -11 - 200423116 錄之際’因能使脈衝間隔充分小於信號之間隔，故能使各 脈衝得以積分平均化，而且由於能抑制坑洞信號等之圖案 的偏移’使其不致於影響再生信號，故能和先前技術之連 續振盪光作相同之處理，並能使再生時之信號跳動值作成 10%以下。 σ亥障形時’藉由外部同步機構等，而無須使脈衝雷射光 和冗錄貢訊之時脈信號等作成同步，故能迴避裝置構成之 複雜化。 而且此時’藉由將重覆頻率作成20倍以下，即能在進行 細微的圖案曝光時，將超短脈衝雷射光的尖端輸出予以保 持充7刀之輸出，且較習知更能精度佳地進行圖案曝光。 以上述之光記錄媒體之中，頻率最高的Blu-ray Disc之情 形為例時，則使用以66xl0=660 MHz以上之高重覆頻率所 振盪之超短脈衝雷射即可。 亦即，如此之作成時脈頻率之1〇倍以上之重覆頻率時， 由於係以極高之重覆頻率而進行脈衝振盪，故能和使用習 :方=之連續振1雷射光時相同地，具有無須精度佳地調 整和資訊記錄信號之光調變S之時序，而能進行曝光之優 入
一士备尤s己錄媒體之時脈頻率係較上述之BhwayDiscJ 南時，若將超短脈衝雷射之重覆頻率作成10倍以上時，貝1 恐有無法充分獲得尖端輸出之虞。當尖端輪出無法充《 7 ’則難以產生後述之2光子吸收過程，而亦恐難以進行^ 微小的光點直徑為目的之曝光。
O:\87\87382.DOC -12- 200423116 在該情形下，係以作成如前述之設置外部同步機構，且 將超短脈衝雷射之重覆頻率作成光記錄媒 1倍以上聰以下之整數倍，並同步於時脈信號之構 理想。 此外，在上述之各本發明中，在曝光光源和調變手段之 間:設置高次諧波產生手段，並藉由射出依據使用非線形 光學元件之波長變換，而使超短脈衝雷射光源施以短波長 化而作為激發光源之光，而能取得更短波長之曝光光源。 如此，根據本發明之光記錄媒體原盤曝光裝置及光記錄 媒體原盤曝光方法，則虛擬性地射出視為和連續光同等之 重覆頻率較高之超短脈衝雷射光之曝光光源，或射出藉由 以其作為激發手段之高次諧波產生手段而施以短波長化之 超短脈衝雷射光，並藉由特定集光光學系統而將以光強度 凋變手段所調變之光，予以集光成繞射界限之光點尺寸， 亚照射於光阻，據此而相較於習知，則能進行更細微之圖 案的坑洞等之凹凸圖案之曝光。 進而本發明係在上述之光記錄媒體原盤曝光裝置或光記 錄媒體原盤之曝光方法中，藉由2光子吸收過程而施以光阻 之曝光。使用尖端輸出（尖峰輸出）為極高之超短脈衝雷射光 源而作為曝光光源，而且藉由集光光學系統而集光光束， 據此而在抗蝕劑内能極有效率地產生2光子吸收過程。例如 重覆頻率係i GHz，且對物透鏡射出後之雷射的平均功率係 10 mW時，光阻的表面上之光束光點内之光強度，係作成 尖端輸出而達於1〇〇 GW/cm2。
O:\87\87382.DOC -13- 200423116 收過程係非線形光學現象之一，且抗姓劑之曝光 係I、應光束光點之強度分佈之2次方。抗蝕劑之2光子吸收 截面積係]、至1 〇〜丨〇_47⑽4 s/ph〇t〇n程度之值，其抗钱劑 之感度雖低，但，產生數％之吸收。 如此因以回效率而產生2光子吸收，故必須提高超短脈 衝雷射光的尖端輪出。 在本叙明中，雖係使用高重覆頻率之脈衝振盪，並且將 其脈衝I幅（FWHM)至少作成i ps(lxl〇-i2秒）以下，但，藉 由如此之規制脈衝寬幅，即能有效率地產生2光子吸收。 在抗蝕劑之曝光過程中，抗蝕劑面内之光源的光之吸收 刀佈在通#之吸收時，係比例於光束強度分佈，而2光子 吸收夺貝J比例於光束強度分佈之2次方。將光的吸收分佈 表示於圖5。在圖5中，1係表示光束強度分佈，且相當於通 常的吸收之情形。12係表示光束強度分佈之2次方，且對應 於2光子吸收之情形。虛幻光點直徑d係成為 d= 1.22 λ/ΝΑ 。對物透鏡之數值孔徑η 〇 仅丄να係ΜΑ—0.9，波長χ=267 nm時，苴 光點尺寸雖係〇·36 μιη，伯，9土 2穴 /、 μ 仁 2先子吸收之情形時，則大致 相當於1//^2 = 0.7俾夕土太、丨> , 〇先束光點，亦即，相當於使用波長190 nm的曝光光源之通常的暖 、书的曝先時之光束光點尺寸。據此，記 錄線洽度係成為1光子之（福登 之（通吊的）曝光時之大約1.4倍。 此外’本發明係在上试 上之之各先C錄媒體原盤曝光裝置及 光記錄媒體原盤之曝光方法中， 、， 尤万忐中，自集光光學系統而射出， 並將集光於光阻之雷射朵的也 、先^形狀作成延伸於雷射光的
O:\87\87382.DOC -14- 200423116 掃描方向之長圓形。 例如為了進行溝槽等之線狀的圖案之曝光，則脈衝間隔 (重覆頻率之倒數）、掃描速度（圓盤狀之光記錄媒體原盤時 之線速）即必須配合抗蝕劑之感度而作成最佳狀態。但，由 於脈衝間隔係僅藉由頻道時脈而予以固定，故難以進行線 狀的圖案之曝光。 根據上述之本發明，由於自集光光學系統而射出，並使 集光於抗蝕劑之光束光點長圓化於光束掃描方向，故照射 之光量分佈即擴大，並呈現平均化，且易於取得溝槽等的 線狀之圖案。 進而在本發明中，係將光阻之吸收尖峰波長作成曝光光 源之波長的一半以下。 如此，作為光阻而曝光光源之波長帶域係透明狀，且在 其一半的波長當中，使用具有能吸收之材料，藉此而能有 效地抑制通常之吸收（丨光子吸收）。 2光子吸收係同時吸收2個光子，並遷移抗蝕劑的電子於^
7G不承居、芏現射界限，故 並經由2光子吸收過程，其抗 能高效率地進行2光子吸收，
O:\87\87382.DOC -15- 200423116 蝕劑之感光係可供應光束光點的強度分佈之2次方，且具有 =用非線形效應之超解像特性，且能進行較繞射界限更細 微之小坑洞的記錄。 、 【實施方式】 以下，參閱圖式而說明本發明之光碟原盤曝光裝置之一 實施形態。 S 1係表示本务明之光έ己錄媒體原盤之曝光置裝置之一 例之模式性的構成圖。在該例中，其係設置有· 調變手段3 ’其係將來自曝光光源！的光予以對應於記錄 資訊而進行光強度調變；以及 集光光學系統9，其係在圖示之例中，將經該調變手段3 所凋麦之光，予以集光於碟狀之光記錄媒體原盤11上之光 阻12上； 且因應於記錄資訊而將光阻12施以圖案曝光。 如圖1所示，自曝光光源1所射出之脈衝雷射光，係介由 在後段中詳細說明之高次諧波產生手段2，進而介由游離修 正光學系統4而以反射鏡18予以反射，並經由調變手段3而 以反射鏡lb予以反射，且介由光束擴展器5而導入至集光光 學系統9。在該集光光學系統9當中，雷射光係介由自動對 焦光學系統6，其係在後段的實施例當中詳細說明其一例， 而通過1/4波長板7，進而藉由反射鏡lc予以反射，並介由 對物透鏡8a，其係藉由電磁致動裝置❿和8c而精度佳地調 整來自光§己錄媒體原盤11的距離，而照射於光記錄媒體原 盤11上之例如特定記錄光軌位置上。此外，光記錄媒體原 O:\87\87382.DOC -16- 200423116 盤11係固定於載置台10。載置台10係在本例中，藉由旋轉 手段14而如前頭a所示之作旋轉動作，此外，集光光學系統 9係雖未圖示，但，藉由例如配置於移動光學台上之措施， 而使其移動於光記錄媒體原盤丨丨的半徑方向，並能遍及光 記錄媒體原盤上的全面而照射曝光用光。 繼而在本發明中，係由記錄資訊之時脈頻率的i倍以上 倍以下之整數倍的重覆頻率的超短脈衝雷射而構成曝光光 源1。 將超短脈衝雷射光源之脈衝信號之模式性的波形表示於 圖2A，此外，將藉由上述之調變手段3而使脈衝信號重疊於 記錄資訊的信號波形S之狀態之模式性的波形表示於圖 2B。如圖2A所示，適當地選定脈衝p的間隔，並將其頻率 作成圖2C所示之記錄資訊的時脈信號〇的i倍以上2〇倍以 下的整數倍，圖示之例係作成丨倍的頻率，且如圖2]6所示， 使其重疊於記錄資訊之信號S。在圖⑸中，係以虛線p，而表 不脈衝波形。據此，而能進行和記錄資訊同步之曝光，並 可對應於記錄資訊而進行光阻之圖案曝光。 如此為了使曝光光源之超短脈衝雷射的重覆頻率，能 配合於記錄資訊之時脈頻率之整數倍，在本發明中係設置 例如圖3所示之外部同步機構。在圖3中，3〇係例如利用Ti: Sapphire之超短脈衝雷射光源，5〇係表示外部同步機構。 首先，超短脈衝雷射光源30係半導體雷射（未圖示）等之激 發光uo為介由透鏡31、球面反射鏡32而射入至丁丨·· 等之雷射媒質34。自雷射媒質34所射出的光係反射於球面 O:\87\87382.DOC -17- 200423116 反射鏡33，進而在反射於高反射反射鏡35之後，射入至分 散補償稜鏡36a和36b。繼之，介由狹縫37並藉由高反射反 射鏡3 8而予以反射。繼而再度通過狹縫3 7，並介由分散補 償稜鏡36b和36a、高反射用反射鏡35、球面反射鏡33而返 至雷射媒質34。作為曝光用光係介由輸出窗口（輸出耦合 劑）39、光束分離器4〇,而將自雷射媒質34而返至球面反射 鏡32之光作為射出光Li2而自外部取得。 繼而在本發明中，以由高速的光二極體等所構成之光檢 ’貝J器41，檢測光束分離器4〇所部份輸出之光。繼而以相位 檢測器43，將來自該光檢測器41之輸出，亦即雷射脈衝振 盪之電氣信號、和記錄於光記錄媒體之資訊信號輸出裝置 之時脈信號產生器42的輸出，進行相位比較。此處，在作 成時脈信號之2以上的整數倍時，係進行和時脈信號產生器 42的信號之整數倍的時脈信號之相位比較。繼之，將自相 位檢測器43所輸出之信號，輸入至由pLL(phase 電路專所構成之控制部44，並將變換成特定控制量之控制 化，號輸入至壓電驅動部45，而使固定於前述之高反射反 射鏡38之壓電元件46，稍微移動於光軸方向，即能微幅調 整雷射共振器之共振器長度。又，該例之共振器長度係形 成自球面反射鏡32而達於高反射反射鏡38的光程之長度。 藉由作成如此之構成，而記錄資訊之時脈信號和雷射的 振盘脈衝之間之跳動即能作成1 p s以下。 繼而由於資訊記錄信號之光調變器驅動信號亦同步於時 脈信號而送訊，故超短脈衝雷射之脈衝振盪係能取得時序 O:\87\87382.DOC -18- 200423116 狀態。將超短脈衝雷射光源之重覆頻率作成時脈信號的1 倍’亦即使其同步時，當光阻係例如使用（1，7)調變代碼而 記錄時，在2T最短坑洞係照射2脈衝。若時脈信號之2倍的 頻率，前述之Blu-ray Disc之情形時，則外部同步於⑴MHz 時’以能使共振器長度R成為R：=C/2L=1136 mm(c係光速）之 狀態而配置超短脈衝雷射裝置内的光學系統即可，而在2丁 最短坑洞係照射4脈衝之狀態。 又，在將超短脈衝雷射之重覆頻率作成時脈頻率的1〇倍 以上時，為了如前述將跳動抑制在1〇%以内，則設置外部 同步機構而雖未作成整數倍亦可，但，為了更確實地抑制 跳動之情形，則設置外部同步機構並作成整數倍亦可，係 自無爭議。 此外，雖根據所使用之超短脈衝雷射之輸出， 光子吸收等多光子吸收的產生所必需之尖端輸出值，則 作成8倍以下之整數倍較為理想。 特別是’使用於上述之B1 Dis 頻率$ 你上甘触士 以上之局時脈 作成4倍以下之整數倍較為理想。 之脈衝數传率之1〜4倍之整數倍時，1記錄標記内 之脈衝數料少，且恐有形成跳動 非在前述之圖腳所示之矩㈣狀之記錄，則並 標記内進行部份性地調整雷射輸出之 ;在：： 稍微調整先量的累計值之分佈，且能修正所二二，而施 形狀，據此而能抑制時序跳動等之下降。/成之坑洞的 此外，在料之树M，録上 q i所不之光記錄
O:\87\87382.DOC -19- 200423116 媒體原盤曝光裝置當中，由記錄資訊之時脈頻率的ι〇倍以 上20倍以下之重覆頻率的超短脈衝雷射而構成曝光光源工。 將該超短脈衝雷射光源之脈衝信號之模式性的波形表示 於圖4A，此外，將藉由上述之調變手段3而使脈衝信號重疊 於記錄資訊的信號波形S之狀態的模式性的波形表示於圖 4B。如圖4A所示，適當地選定脈衝p之間隔pt，並作成圖％ 所示之記錄資訊之時脈信號(::的⑺倍以上之頻率，而如圖 4B所示，重疊於記錄資訊的信號。據此而能虛擬性地進行 被視為連績光之曝光，且能對應於記錄資訊而進行光阻之 圖案曝光。在圖4A中，pw係脈衝寬幅。 又，當提高雷射振盪之重覆頻率而進行時，由於即使平 均輸出係相同，而脈衝之尖端輸出亦下降，且後段之高次 譜波產生或抗姓劑之2光子吸收的效率亦下降，故超短脈衝 雷射光源之重覆頻率係作成時脈信號的頻率之2〇倍以下。 此外，本發明係在上述之構成中，在曝光光源丨和調變手 段3之間，.如圖1所示，作成設置高次諧波產生手段2，其係 將超短脈衝雷射光源作為激發光源而藉由使用非線形光學 元件之波長變換，而射出短波長化的光之構成。 將該南次諧波產生手段2之一例之模式性的構成表示於 圖5 〇 在圖5中，26係表示第2諧波（SHG)產生部，27係表示延遲 線單位，28係表示第3諧波（THG)產生部。射入至第2諸波產 生部26之光Li，係介由集光用透鏡19a而射入至非線形光學 結晶20，並介由集光透鏡19b而以諧波分離器2ia予以反 O:\87\87382.DOC -20- 200423116 射，並取出而作為L2-1，或在無設置該諧波分離器21a時， 射入至延遲線單元27。 射入至延遲線單元27的光，係藉由諧波分離器21 b而分割 成基本波L1和弟2諧波L2-2。基本波係藉由反射鏡22a、22b 而予以反射，並射入至第3高諧波產生部28，而第2諧波L2-2 係介由1/2波長板23，且藉由反射鏡22c、22d、21c而予以反 射，並射入至第3諧波產生部28。
例如，F. Rotermund，et al: "Generation of the fourth harmonic of a femtosecond Ti: Sapphire laser" Optics Letters, July 1，1998, Vol· 23, No· 13, p 1040 中，前述之中心波長係 使用800 nm之Ti : Sapphire超短脈衝雷射（重覆頻率82 MHz，脈衝寬幅85 fs，平均輸出1.9 W)，並藉由使用第2諧 波產生（SHG)裝置，其係使用非線形光學結晶LiB305(LB0) 之型態I之臨界相位整合，而能取得中心波長為4〇〇 nm，脈 衝見幅雖因群速度分散而若干擴展之例如1 0 〇 fs，且平均輸 出600 mw之超短脈衝雷射光。 在第2諧波產生當中使用型態I之相位整合時，由於基本 波和第2諧波之偏光面係旋轉90。，故例如表示一例於圖5所 示’在射入至使用型態I的相位整合之第2非線形光學結晶 24之前，藉由設置齊集1/2波長板23於基本波L1之措施，而 能使第2諧波L2-2的偏光面配合於基本波。 此外’由於因第1非線形光學結晶2〇内之波長分散，而延 遲於基本波L1並射出第2諧波L2-2，故藉由上述之延遲線單 元27 ’而在射入至第2非線形光學結晶24之前，使基本波L1 O:\87\87382.DOC -21 - 200423116 產生延遲之手段係藉由t皆波分冑器…而分離該兩 、並僅將基本波L1之光程長度予以延長相當於延遲時間 的長度程度’且再度施以合波而進行。（參考cRuUiereed. femtosecond Laser Pulses^, Springer, p. 170) 繼而如® 5所示，在第3諸波產生部2s當巾，射入合波至 非線形光學結晶24，並藉由混頻混合而將第3次譜波L3射出 於外。卩。19c和19d係表示集光透鏡，21d係表示反射鏡，25 係表示光束制動器，Lo係表示不需要之光。 又，各透鏡19a〜19d係用以提高結晶内之光束強度，並提 升變換效率而配置。 由於超短脈衝雷射光之情形時，其尖端輸出係極高，且2 次之非線形光學現象之第2諧波產生係比例於雷射的強度 而使其變換效率變大，故單次通過，亦即丨次通過非線形光 學結aa之光私设疋，亦能獲得高效率。但，例如在使用^⑼ fs以下的超短脈衝雷射之高次諧波產生時，因為具有非線 形光學結晶之群速度分散之情形，故其結晶係產生厚度和 群速度不調合之現象，而無法有效地進行波長變換。例如 LBO之結晶長度，其在脈衝寬幅係1〇〇 fs，中心波長係8⑻ nm時，則必須作成1 · 5 mm以下。 進而在上述之第3諧波產生部28當中，藉由例如中心波長 800 nm之基本波、和自上述之高次諧波產生手段所射出之 例如中心波長400 nm之第2諧波之混頻混合（SFM)，而能取 才于中心波長267 nm、脈衝寬幅115 fs、平均輸出；[〇〇 m ^程 度之超短脈衝雷射光。該混頻混合係和第2諧波產生相同， O:\87\87382.DOC -22- 200423116 係2次的非線形光學現象，雖能使用例如非線形光學結晶 BB0之型恶I的臨界相位整合，但，其結晶長度亦基於上述 之理由’而必須成0 ·4 mm以下。 進而藉由追加混頻混合用之非線形光學結晶（BB〇)而能 進行4次諧波產生，且能獲得波長2〇411111之光源。亦能獲得 脈衝寬幅340 fs、平均輸出15 mW。因此，至4次諧波之光 為止之波長係具有充分之平均輸出功率，並適用於本發明 之光記錄媒體原盤曝光裝置及光記錄媒體原盤之曝光方 法，而能作為曝光光源而使用。 如上述在本發明中，使用重覆頻率之脈衝振盪時，雖將 其脈衝寬幅（FWHM)至少作成i ps(lxl0-i2秒）以下，但，藉 由如此之規制脈衝寬幅’而能有效率地產生2光子吸收。 又’在本發明中，藉由將光阻之吸收尖峰波長作成曝光 光源的波長的一半以下之措施，而能獲得如下之功效。 亦即’藉由曝光光源之波長帶域係透明，且在其一半的 波長當中’使用具有吸收性的材料而作為光阻，而能有效 率地抑制通常之吸收。 繼而在進行遍及光阻的全體厚度之曝光時，曝光光源之 一半的波長係較光阻的吸收尖峰，稍微存在於長波長側較 為理想。 例如將光阻的厚度作成100 nm程度之CD用等之原盤施 以曝光時，對於在吸收尖峰波長之吸收係數，當選定構成 數％程度的吸收係數之曝光光源和光阻時，則僅在抗姓劑 之表面近傍無產生2光子吸收，而能產生遍及全體厚度的吸 O:\87\87382.DOC -23- 200423116 收。此外，光阻之厚度為40 nm程度之Blu-ray Disc用等之 原盤，係藉由逵疋構成1 〇%程度的吸收係數之曝光光源和 光阻，而同樣地產生遍及抗蝕劑的全體厚度的吸收，並在 顯像之後，月b進行使原盤用基板的表面露出之圖案曝光。 又，在使用前述之任意一個光源，其應留意之處，超短 脈衝雷射光之能帶寬幅（FWHM) δλ，係例如脈衝寬幅以為 100 fs，且為sech2形之傅利葉變換界限脈衝時，則為δλ · δ㈣·315· V/C(C:光速），且从=67麵。因此，使用να〇5 以上之高ΝΑ透鏡時，對物透鏡係必須使用消色透鏡，例如 顯微鏡等所使用之復消色差透鏡。此外，色像差係僅在折 射系統而產生，而即使使用集光光學系統，其係使用非球 面之凹面鏡，亦能迴避上述之問題。 此外’在本發明中’係將集光於自集光光學系統所射出 的抗蝕劑之光束光點，在光束掃描方向施以長圓化。據此， 照射之光量分佈係擴散且平均化，而能輕易地獲得溝槽等 之線狀的圖案。 為了將光束光點作成長圓形，則例如在圖所說明之光 束擴展ϋ 5係、變形鏡頭等光學&統，亦即，相對於光束的掃 描方向而垂直的方向之光束直徑方面係更擴大即可。 具體而言，使用圓柱形透鏡、圓柱形凹面鏡、變形鏡頭 棱鏡等，而將光束擴大率之比作成數倍程度則較為理想。 此外，作為在前述之圖i中所說明之光強度調變用之調變 手段’係使用電氣光學調變元件，其係、利用以依據記錄資 訊信號所調變之壓電元件而驅動之音響光學元件内之超立
O:\87\87382.DOC -24- 200423116 波，而使光產生曲折繞射之音響光學功 欢，或者，利用依 據記錄資訊信號而調變之波克爾斯功效。 由於前述之透鏡、波長板、光調變器等全體之光學元件 係具有正的群速度分散，故在射出曝光光源之時^兀1脈 衝寬幅係調整成最小之&態，㈣過此等之超短脈衝雷射 光係在照射於光記錄媒體原盤之光阻時，則必定產Z游 離’並擴大其脈衝寬幅。 因此，使用具有負的群速度分散之游離修正光學系統而 作為圖丨所示之游離修正光學系統4,而事先供應負游離於 曝光光源射出後之超短脈衝光，並藉由與其相抵，而在抗 蝕劑上獲得最短脈衝。作為該游離修正光學系統4，係能使 用分散稜鏡對或標準樣式對、游離反射鏡等。 此外，在脈衝寬幅之調整時所必須之脈衝寬幅的量測， 係能藉由使用習知之2次諧波產生法之自我組織裝置而進 行。 [實施例1 ] 繼之，參閱圖1而說明有關於本發明之光記錄媒體原盤曝 光裝置之一例。該例係設置有： 曝光光源1，其係由Ti ··以卯…^超短脈衝雷射光源所組 成； 南次諧波產生手段2，其係將該超短脈衝雷射作為激發光 源； 具有負的群速度分散之游離修正光學系統4，其係預先修 正自此等的光所輸出之脈衝，在其係通過各種的光學零件
O:\87\87382.DOC -25- 200423116 時所覆蓋之正的群速度分散； 凋k手段3 ’其係以因應於供應來自此的射出光的資料之 電氣性的脈衝信號而高速地切換，而作為進行光強度調變 之調變手段； 集光光學系統9，其係將經該調變手段3所調變的光，予 乂集光於繞射界限之光點尺寸，並照射於塗敷有光阻12之 光έ己錄媒體原盤11上；以及 光速擴展器5。 超知:脈衝雷射光源係重覆頻率為和前述之Blu_ray Disc 之時脈頻率相同之66 MHz ,且中心波長816 nm，脈衝寬幅 80 fs ’平均輸出ι·5 WiTi : Sapphire雷射，亦即使用超短 脈衝雷射，其係使用Ti ·· Sapphire而作為圖2中所說明之雷 射媒質34。 繼而使用前述之圖5中所說明之高次諧波產生手段3，而 產生波長408 nm之第2諧波或波長272 nm之第3諧波。在該 例中，作為圖5所示之第2諧波產生部26之非線形光學結晶 2 〇 ’係使用型態I之相位整合之lb 0。此外，第3譜波產生 部28之非線形光學結晶24係使用型態I之BBO。各種透鏡 19a〜19d係用以提高結晶内之光束強度，且用以提升變換效 率而配置。第2諧波係作成平均輸出60〇 mW，脈衝寬幅 (FWHM)l〇〇 fs，而第3諧波係作成平均輸出uo mW，脈衝 寬幅係1 ps以下之120 fs，以取得射出光。 作為游離修正光學系統4係使用藍星級稜鏡對。 如圖1所示，射出光係以反射鏡la予以反射9〇。，並傳送 O:\87\S7382.DOC -26- 200423116 至調變手段3。作為調變手段3的光強度調變器係使用信號 调變τ域80 MHz之電氣光學元件E〇M。該調變手段3雖未 圖不，但，自所謂的構成器而供應坑洞記錄信號，其係產 生一圯錄於光記錄媒體原盤的資料係產生電氣性之脈衝信 號。並因應於該資料而使光進行調變。 該光調變的光係以反射鏡lb而予以反射9〇。，並介由光束 擴展器5、自動對焦光學系統6之例如偏光光束分離器（以 下，稱為PBS)6a而通過1/4波長板7，且以反射鏡lc而予以 反射90。之後，透過具有高數值孔徑^^八之對物透鏡“，而照 射於預先塗敷有光阻12之光記錄媒體原盤丨i。 作為光阻12係例如能使用丨射線用抗蝕劑 (JSR(株）PFRIX1110G等）、Kr雷射環狀作動用抗蝕劑（日本 靖工（株）DVR-100等）。 此時’對物透鏡8a係使用具有像差修正於射入光、例如 波長λ =267 nm用之高數值孔徑NA值之透鏡，並聚焦光束 至繞射界限而予以照射。該對物透鏡8a係使用色消對物透 鏡’其係由材質能充分透過該波長區域的光之合成石英或 榮光石等所構成。此外，光記錄媒體原盤丨丨係固定於載置 σ 10上’其係藉由軸馬達等之旋轉手段13，而旋轉於以箭 頭a所示的方向。 另方面’咼次譜波產生手段2係射出波長又=272 nm之 第3譜波光’並且同時射出第2諳波之波長x=4〇8nm之光。 該光之光程亦為通過上述之各光學元件的光程，並照射於 光記錄媒體原盤11。
O:\87\87382.DOC -27- 200423116 自光S己錄媒體原盤1 1而反射之返回光，係介由對物透鏡 8a、反射鏡lc、以及1/4波長板7而射入至Pbs 6a。此處，該 返回光係由於2次通過1/4波長板7，故經PBS 6a而進行反 射。據此，而自動對焦光學系統6之PBS 6a係介由波長選擇 元件6b ’而將返回光傳送至焦點誤差量檢測元件6c。波長 選擇元件6b係由於曝光波長之第3諧波的光亦以pBS仏而 反射相當的量，故利用多層干涉膜等而用以遮斷曝光波長 的光者。 焦點誤差量檢測元件6c係使用例如非點像差法等，而光 學性地檢測曝光用的光當合焦於光記錄媒體原盤丨丨上時之 隶佳焦點位置之位置偏離量，並將該檢測量變換成電氣信 號。該檢測之電氣信號係供應於構成自動對焦伺服器系統6 的一部份之驅動控制部6d。 此處’上述之非點像差法係作成將圓筒狀透鏡配置於檢 測透鏡的後方之構成，並積極的利用非點像差法而以光檢 測器進行檢測之方法。該圓筒狀透鏡係僅具有單一方向之 透鏡作用，且由於僅對和該單一方向垂直的方向，具有和 平行平板相同的作用，故在檢測透鏡和該圓筒狀透鏡之合 焦位置以外係未收斂，並藉由使細小的光束像之成像而檢 測焦點誤差信號。藉由控制該焦點誤差信號使成為零之狀 恶’而保持對物透鏡之焦點於最佳位置。 驅動控制部6d係依據電氣信號而產生修正位置偏離的驅 動信號，並輸出於電磁致動裝置8b、8c，其係上下地微動 於對物透鏡8a。電磁致動裝置8b、8c係藉由以驅動信號而
O:\87\87382.DOC -28- 200423116 猶為移動對物透鏡8a於以箭頭崎示之上下方向，亦即接近 或隔離於光阻的方向之措施’而自動地調整光記錄媒體原 盤11的合焦位置於最佳位置，而能抑制損失而施以曝光。 此處，例如雷射光之光點尺寸係使用數值孔徑ΝΑ=〇·9之 無像呈透鏡時，其虛幻光碟（airydise)係能聚焦至㈣ 因此，藉由產生2光子吸收過程之措施，而能進行相當於 〇.36x(l//~2)与〇·25(μιη)之光點尺寸之曝光。 而且此時，ϋ由如上述將光束擴展器5作錢形鏡頭之光 學系統，並作成擴大於光束之掃描方向而予以長圓化之光 點形狀之措施’而溝槽寬幅係能讀f知更細之圖案進行 溝槽圖案之曝光。 將如此而形成之雷射光’藉由旋轉手段13而在光記錄媒 體原盤11上進行旋轉掃描’並同時將含有對物透鏡之光學 系統’自光碟中心(原盤中心)而移動於半徑方向，據此而i 旋狀地在原盤上掃描光束’並將光阻施以曝光而能高密度
地形成坑洞。 X 又’作為光阻12係除了上述之i射線用抗餘劑等之外，亦 可使用g射線用之正型抗蝕劑。抗蝕劑之感光因為係光子模 式記錄’故高重覆頻率之超短脈衝光之情形時，亦以每S 位面積之光子數的累計量而決定感光量。根據本發明^ 和連續光照射之情形不同’幾乎不須介由熱感應模式。亦 即，由於能抑制因不必要之抗餘劑的溫度上升而導致膨脹 或反應速度變化之情形，而能形成更細微之坑洞。 nm之情 上述之實施例1雖係敘述有關於中心波長8 i 6 O:\87\87382.DOC -29- 200423116 形，但，Ti · Sapphire超短脈衝雷射係能產生76〇 nm程度之 振盪，而在該情形時，能以和前述相同的手段(中心設計波 長係有必要作全體變更），而利用38〇_之第2譜波光、以 及253 nm之第3諧波光。但，由於效率係多少已下降，故必 須提高激發超短脈衝雷射光源的雷射媒質之激發用綠色雷 射之輸出。 此外，進而藉由追加混頻混合用之非線形光學結晶（例如 BBO) ’而月b產生4次譜波（波長2〇4 nm，平均輸出η mw)。 該情形時，作為光束之光點尺寸，係使用數值孔徑NA q.9 之無像差對物透鏡而獲得〇 · 2 8 μπι之虛幻光點。 口此’月b進行相當於〇.28\(1//"*2)=〇.2(4111)之光點尺寸之 曝光。 ^亥情形日$，能使用KrF雷射（波長；248 nm)或ArF雷射（波長 192 nm)用之抗蝕劑而作為高感度之抗蝕劑。 此外’在上述之實施例1當中，雖以第3諧波產生手段作 為咼次t皆波產生手段為例而予以說明，但，在圖5中所說明 之南次諧波產生手段，由於第2譜波產生部及混頻混合部， 係各自獨立分離，故亦能使用第2諧波而作為曝光光源。該 情形時，第2諧波產生係較第3諧波產生而其變換效率係更 高’且不僅能以相同的激發用之雷射功率而取得高曝光功 率，且雷射光之波長係接近於可視光帶域，而能使用多種 之玻璃材料，且易於進行透鏡設計，而且亦能減低光學元 件之限制。 [實施例2] O:\87\87382.DOC -30- 200423116 繼之^ΠΠ -J- 况月有關於本發明之實施例2。
在該例中，土 _X 、 先兄錄媒體原盤曝光裝置之材料、構成雖和 V實轭例1之情形完全相同，但，可提高曝光光源之雷 射功率強度10倍程度。 亦P在6亥例中，雖以重覆頻率66 MHz、中心波長816 2脈衝見幅80 fs作為曝光光源，但，平均輸出係使用以 之Τι · Sapphlre作為雷射媒質之超短脈衝雷射光源。 進而為了提高高次諧波之雷射功率強度，藉由更縮短在 非線形光學結晶2〇、24的前後之集光透鏡19a、19b、19c、 之焦點距離，且縮小結晶内之光束光點直徑，並增大激 毛光之電場強度，據此即能提高波長變換效率、提高第3諧 波之田射功率強度，並且獲得大約實施例1之1 0倍程度的功 率。但’脈衝寬幅係多少變寬。 使用自第3諧波產生部28所射出之272 nm，脈衝寬幅13〇 fs的超短脈衝光，而照射於ArF雷射用光阻之例如氟樹脂系 抗蝕劑而作為光阻。 抗蝕d面上之光束光點内之光強度係作成尖端輸出，而 達於l〇〇GW/cm2,且明顯地產生2光子吸收並吸收數％，亦 即，能進行抗蝕劑的曝光過程之光反應。繼而在該例中， 使用N A 0 · 9之無像差對物透鏡而作為對物透鏡，而能獲得 〇·36 μπι之虛幻光點，並藉由產生2光子吸收過程之措施， 而月b進行0.36x( 1//2)=0.25 μπι之虛幻光點尺寸之曝光。 抗蝕劑的感光係供應光束光點之強度分佈的2次方。上述 之抗蝕劑係其通常的吸收，因為對波長269 nm的光而為透 O:\87\87382.DOC -31 - 200423116 明’故不產生。僅2光子吸收過程在強度分佈較高之處所而 局部性地產生。此後不僅ArF雷射（波長193 nm)用抗蝕劑（日 本靖工（株）ZARF001等），而亦能以目前開發進行中之匕雷 射用氟樹脂系抗I虫劑而代用。 此外，在該情形下，亦藉由將光束擴展器5作成變形鏡頭 等光學系統，而擴大於光束的掃描方向，並作成長圓化之 光點形狀，據此而溝槽寬幅係能以較習知更細之圖案進行 溝槽圖案之曝光。 進而在該例中，亦將高次諧波產生手段作成分別使第2 諧波產生部及混頻混合部各自獨立地分離之圖5所示之構 成，據此而亦能使用第2諧波（波長403 nm)而作為曝光光 源。該情形所使用之光阻，係使用如ArF雷射用抗蝕劑（日 本靖工（株）ZARF001等）或例如KrF雷射用抗蝕劑（曰本 JSR(株）KRFM89Y等）較為理想。 此外，由於2光子吸收截面積係極小之值，故為了提高抗 1虫g]的感度，則能使用添加2光子吸收截面積較高的有機色 素於抗蝕劑而作為增感劑。除了具有和實施例丨之情形相同 的優點之外，亦能擴大使用之光阻的選擇範圍。 [實施例3] 繼之’參閱圖1而說明有關於另外之本發明之光記錄媒體 原盤曝光裝置之一例。在該例中，亦具有： 曝光光源1 ’其係由Ti ·· Sapphire超短脈衝雷射光源所組 成； 高次諧波產生手段2，其係將該超短脈衝雷射作為激發光
O:\87\87382.DOC -32- 200423116 源； 具有負的群速度分散之游離修正光學系統4,其係預先修 正自此等的光所輸出之脈衝，在其通過各種的光學零件時 所覆蓋之正的群速度分散； 調變手段3，其係以因應於供應來自此的射出光的資料之 電氣性的脈衝㈣而高速地切換，而作為進行光強度調變 之調變手段；以及 光速擴展器5、對物透鏡8&、其係作為集光光學系統9, 其係將經該調變手段3所調變的光，予以集光於繞射界限之 光點尺寸，並照射於塗敷有光阻12之光記錄媒體原盤Η上。 超短脈衝雷射光源係使用重覆頻率為前述之Blu_ray Disc之時脈頻率（66 MHz)的丨〇倍以上之75〇 MHz，中心波長 816·，脈衝寬幅8〇fs，平均輸出15评之丁卜· 雷 射。 使用前述之圖5中所說明之高次諧波產生手段3，而產生 波長408 nm之第2諳波或波長272 nm之第3諧波。在該例 中，作為圖5所示之第2諧波產生部％之非線形光學結晶 20，係使用型態I之相位整合之lBQ結晶。此外，第3諧波 產生部28之非線形光學結晶24係使用型態jiBBQ。各種透 鏡19a至19d均係用以提高結晶内之光束強度，且提升其變 換效率而配置。第2諧波光係作成平均輸出20 mW，脈衝寬 幅100 fs ’而第3諧波係作成平均輸出4 mW，脈衝寬幅 (FWHM)為1 ps以下之13〇 fs，以獲取射出光。 而且在該例十，作為圖1所示之游離修正光學系統4，亦 O:\87\87382.DOC -33- 200423116 使用藍星級稜鏡對。如圖1所示，自游離修正光學系統4所 射出’係以反射鏡1a而予以反射9 0。，並傳送至調變手 段3變手段3之光強度調變器係使用信號調變帶域5〇 MHz之電氣光學元件E〇M，並介由輸入端子而其係產生一 自所謂的構成器而供應坑洞記錄信號記錄於光記錄媒體原 盤的資料產生電氣性之脈衝信號，並因應於該記錄資訊而 將光施以調變。 將該光調變的光，如上述以反射鏡lb而予以反射9〇。，並 通過光束擴展器5、焦點檢測控制系統6之例如偏光光束分 離益（PBS)6a、1/4波長板7，且在以反射鏡1(：予以反射9〇0 之後，透過具有高數值孔徑NA之對物透鏡8a，並照射於預 先塗敷有光阻12之光記錄媒體原盤丨]。 作為光阻12係例如能使用丨射線用抗餘劑 (嫩(株）PFRIX 111 〇G等）、Kr雷射環狀作動用抗㈣!（日本 靖工（株）DVR-100等）。 此時，對物透鏡8以系使用具有高數值孔徑na值之透鏡， 其係像差修正於射入光、例如波長又切麵用，並聚焦其 光束至繞射界限而^照射。此外，作為該對物透鏡8a係 使用色消對物透鏡，其係由 〜 身 '、材貝月b充分透過該波長區域的 光之合成石英或螢光石等所構成。 高次諧波產生手段2择j|+山、木Ε Λ 身、 係射出波長又=272 nm之第3諧波 光’並且同時射出第2諧波 乏/皮長λ =408 nm之光。該光之 光程亦為通過上述之各― 予兀件的光程，並照射於光記錄 媒體原盤11。另外之播+ 構成則和前述之實施例1相同。
O:\87\87382.DOC -34- 200423116 在該例中’雷射光之光點尺寸係使用數值孔徑ΝΑ=0.9之 無像差透鏡時，其虛幻光碟（airy disc)係能縮小至〇 36 。 因此，能進行相當於〇·36χ(1/νΛ2)与〇·25(μηι)之光點尺寸之 曝光。 將女此而幵々成之雷射光’藉由光碟旋轉機構而在光碟上 進灯旋轉掃描，並同時將含有對物透鏡之光學系統，自光 碟中^而移動於半徑方向，據此而螺旋狀地在光碟上掃描 光束並將光阻施以曝光而能高密度地形成坑洞。光阻係 使用g射線用或i射線用之正型抗蝕劑。抗蝕劑之感光因為 係光子松式記錄，故高重覆頻率之超短脈衝光之情形時， 亦以每單位面積之光子數的累計量而決定感光量。根據本 &月則和連績光照射之情形不同，幾乎不須介由熱感應 模式亦即，由於能抑制因不必要之抗蝕劑的溫度上升而 ^致恥脹或反應速度變化之情形，而能形成更細微之坑洞。 實轭例3雖係敘述有關於中心波長8丨6打㈤之情形，但， Τι · Sapphlre超短脈衝雷射係能產生76onm程度之振盪，而 在该情形時，能以和前述相同的手段（中心設計波長係有必 要作王體、欠更），而利用380 nm之第2諧波光、以及253 nm 之第3々波光。但，由於效率係多少已下降，故必須提高激 發用綠色雷射之輸出。 在夕’進而藉由追加混頻混合用之非線形光學結晶 (°)亦可考ϊ 4次諧波產生（波長2〇〇 nm近邊）之利用。 ^ ^化時’作為光束之光點尺寸，係使用NA 0.9之無像差 1物透鏡而獲传〇·28 μιη之虛幻光點。因此，能進行相當於
O:\87\87382.DOC -35- 200423116 〇-28乂（1//2) =? 〇.2(μχη)之光點尺寸之曝光。平均輸出雖猶為 下降數10 μψ程度，但，藉由降低曝光用光之掃描速度，亦 即降低光記錄媒體原盤的旋轉數，則亦能量解決光源的雷 射功率下降之問題。 此外’在上述之實施例3當中，雖以第3諧波產生手段作 為阿_人自皆波產生手段為例而予以說明，但，在圖5中所說明 之高次諧波產生手段，由於第2諧波產生部及混頻混合部， 係分別獨立地分離，故亦能使用第2諧波而作為曝光光源。 該情形時，第2諧波產生係較第3諧波產生而其變換效率為 更咼，且不僅能以相同的激發用之雷射功率而取得高曝光 力率’而雷射光之波長係接近於可視光帶域，而能使用多 種之玻璃材料，且易於進行透鏡設計，而且亦能減低光學 元件之限制。 [實施例4] 繼之’說明有關於本發明之實施例4。 在该例中，光記錄媒體原盤曝光裝置之材料、構成雖和 上=之實施例3之情形完全相同，但，為了可提高高次諧波 之田射功率強度，則更縮短各非線形光學結晶之前之集光 透鏡的焦點距離，並縮小光束光點直徑而提高波長變換效 率 〇 在5亥例中’亦使用重覆頻率750 MHz、中心波長8 1 6 nm、 脈衝寬幅80 fs、平均輸出1·5 W之Ti: Sapphire超短脈衝雷 射而作為曝光光源1。 將自第3谐波產生手段所射出之波長272 nm，脈衝寬幅為
O:\87\87382.DOC -36- 200423116 ps以下之1 3 〇 fs的超短脈衝光，照射於ArF雷射用光阻之 例如氟系樹脂時，由於抗蝕劑面上之光束光點内之光強度 係作成尖端輸出，而達K100GW/cm2,故明顯地產生2光子 吸收並吸收數％，亦即，能進行抗蝕劑的曝光過程之光反 應。在該例中，使用ΝΑ=0·9之無像差透鏡而作為對物透鏡， 而能獲得0.36 μιη之虛幻光點，並能進行〇·36χ(1//·2)=〇·25(_) 之虛幻光點尺寸之曝光。 如上述，抗蝕劑的感光係供應光束光點之強度分佈的2 次方。亦即在該情形下，由於抗蝕劑係通常的吸收，且對 波長272 nm的光為透明，故不產生，僅2光子吸收過程在強 度分佈較高之處所而局部性地產生。繼而在該情形時，亦 不僅ArF雷射（波長193 nm)用抗蝕劑（日本靖工（株）zarf〇〇1 等），且能以目前開發進行中之6雷射用氟樹脂系抗蝕劑而 予以取代使用。 此外，在該例中，亦使用將高次諧波產生手段作成分別 使第2 4波產生部及混頻混合部各自獨立分離之圖$所示之 構成，據此而亦能使用第2諧波（波長403 nm)而作為曝光光 源。該情形所使用之光阻，係使用如ArF雷射用抗蝕劑（日 本靖工（株）ZARF001等）或例如KrF雷射用抗蝕劑⑶本 JSR(株）KRFM89Y等）較為理想。 此外，在該情形時，為了提高抗蝕劑的感度，亦能使用 添加2光子吸收截面積較高的有機色素於抗蝕劑而作為增 感劑。除了具有和實施例3之情形相同的優點之外，亦能擴 大使用之光阻的選擇範圍。 O:\87\87382.DOC -37- 200423116 在上述之各實施例3和4當中’藉由將超短脈衝雷射之重 復湧率作成光記錄媒體的記 又守脈頻率的10倍以上 =即能將和光記錄媒體的記錄資訊之時脈頻率之偏 離作成時脈的mo以下，並能抑制跳動情形於抓以下。 此外，如上述，當過度提高重覆頻率時，脈衝之尖端輸 出即下降’且難以產生2光子吸收，而無法進行解像度較高 之圖案曝光。因此’在上述之本發明巾，係考量現狀所取 得之超短脈衝雷射光源的最大輸出或開發中之各種光記錄 媒體的時脈頻率而作為其上限，並選定於進行曝光之光記 錄媒體的時脈頻率的2 〇倍程度以下者。 此外，在上述之貫施形態和各實施例當中，雖以U ·· Sapphire超短脈衝雷射作為光源手段為例，但，亦可使用另 外之各種超短脈衝雷射光源。 例如，Nd : Vanadete超短脈衝雷射係能進行半導體雷射 激發，且市售有採用半導體可飽和吸收反射鏡（sesam)之 中〜波長1 064 nm、時脈寬幅7 ps、平均輸出數w且重覆頻 率25 MHz至1 GHz者。亦能購得中心波長917 ^^者。亦能 使用Nd: YAG、或Nd:YLF等而作為雷射媒質。此外，使 用Cr : LiSAF、或Nd ·· Glass等之固體雷射媒質之超短脈衝 雷射，係脈衝寬幅100 fs以下，中心波長850 nm、1058 nm。 此外，在高次諧波產生手段當中，混頻混合或第2諧波產 生、含有第4諧波產生等之非線形結晶光學元件，其除了 BB〇之外，尚有KDP、KTP、LN，此外，此等之週期分極 反轉型 KTP(PPKTP)或PPLN、LBO、LiI〇3、CBO 等。 O:\87\87382.DOC -38- 200423116 進而雖以微小至此之坑洞和溝槽之曝光為例而進行說 明，但，由於能和習知之連續光光源作同樣地處理，故不 僅微小坑洞和溝槽之形成，亦能使用利用音響光學功效或 波克爾斯功效之光偏向器，而同樣地進行擺動位址之形成。 此外，本發明並不自限於光碟狀之光記錄媒體原盤用之 曝光裝置及曝光方法，而亦能以適用於使用高精度的線性 致動裝置之χ-γ直線掃描系統之雷射描繪裝置、或具備施加 於此等的旋轉系統或X-Y直線掃描系統的Z方向之透明載 片機構之3次元細微加工裝置，以取代圖1中所示之旋轉手 段13 〇 本發明之光記錄媒體原盤曝光裝置及光記錄媒體之曝光 方法’係藉由將自曝光光源所輸出之超短脈衝雷射光、或 自以此作為激發光源之高次諧波產生手段所輸出之短波長 的超短脈衝雷射光，調節其脈衝之重覆頻率為記錄於光記 錄媒體的資訊信號之時脈頻率之Η咅以上2 〇倍以下之整數 倍，並進行光阻的曝光，據此而產生2光子吸收過程，且相 較於習知而能咼精度地形成細微的〇 · 2 5 pm以下程度之坑 洞。 此外，藉由將超短脈衝雷射的脈衝寬幅作成1χ1〇-ΐ2秒以 下’即能更有效地產生2光子吸收過程，並能進行曝光光源 的波長之繞射界限以下之更細微的坑洞形成。 進而在上述之本發明中，藉由將照射於光記錄媒體原盤 的雷射光之光束光點作成長圓形之措施，而延伸於溝槽等 之掃描方向之圖案的信號，亦具有極佳的形狀，並能進行 O:\87\87382.DOC -39- 200423116 圖案曝光。 此外’在另外之本發明Φ， 猎由將自曝光光源所輸出的 超短脈衝雷射光或自以此作為激發光源之高次譜波產生手 段所輸出之短波長的超短脈衝雷射光，將其重覆頻率作成 記錄資訊的時脈頻率之1G倍以上2G倍以下，以進行光強度 調變之調變手段而施以調變’並以集光光學系統而集光成 繞射界限之光點尺寸，而進行光阻之曝光，據此而能較習 知進行更細微之圖案曝光。 特別是在該情形時，產生2光子吸收過程，進而藉由高次 «白波產生手^又，並使用更短波長的超短脈衝雷射，而能精 度佳地將0·25 μιη以下之細微的圖案施以曝光。 進而在上述之本發明中，藉由將超短脈衝雷射之脈衝寬 幅作成1X1 0秒以下之措施，而能更有效地產生2光子吸收 過程’並能進行曝光光源的波長之繞射界限以下之更細微 的坑洞。 此外’進而在上述之各本發明中，不僅使用如前述之高 數值孔徑的SIL之近過濾光學系統，且因為能採用遠過濾光 學系統，故能充分廣泛地取得工作距離，並提高曝光時之 旋轉數，據此而能大幅提升其生產性。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明之光記錄媒體原盤曝光裝置之一例之模式 性構成圖。 圖2 Α係超短脈衝雷射光之脈衝波形之一例之說明圖。 圖2B係資訊信號的波形和超短脈衝雷射光的脈衝波形之 O:\87\87382.DOC -40- 200423116 一例之說明圖。 圖2 C係時脈信號的脈衝波形之一例之說明圖。 圖3係外部同步機構之說明圖。 圖4 A係超短脈衝雷射光之脈衝波形之一例之說明圖。 圖4B係資訊信號的波形和超短脈衝雷射光的脈衝波形之 一例之說明圖。 圖4C係時脈信號的脈衝波形之一例之說明圖。 圖5係高次諧波產生手段之一例之模式性的構成圖。 圖6係表示光阻之虛幻光點的吸收量之圖示。 【圖式代表符號說明】 1 la、lb、lc 2 3 4 5 6 6a 6b 6c 6d 7 8a 8b、8c 曝光光源 反射鏡 高次諧波產生手段 調變手段 游離修正光學系統 光束擴展器 自動對焦光學系統 偏光光束分離器 波長選擇元件 焦點誤差量檢測元件 驅動控制部 1 /4波長板 對物透鏡 電磁致動裝置
O:\87\87382.DOC -41 - 200423116 9 集光光學系統 10 載置台 11 光記錄媒體原盤 12 光阻 13 旋轉手段 19a 、19b、 19c、 .19d 透鏡 20 非線形光學結晶 21a 、21b、 21c、 » 21d 諧波分離器 22a 、22b、 22c、 > 22d 高反射反射鏡 23 1/2波長板 24 非線形光學結晶 25 光束制動器 26 第2諧波產生器 27 延遲線單元 28 第3諧波產生器 31 透鏡 32、 33 球面反射鏡 34 雷射媒質 35 高反射反射鏡 36a 、36b 分散補償稜鏡 37 狹縫 38 高反射反射鏡 39 料】出囪 40 光束分離器 O:\87\87382.DOC -42- 200423116 41 光檢測器 46 壓電元件 O:\87\87382.DOC -43 -
Claims (1)
- 拾、申請專利範園·· 1 · 一種光記錄媒體原盤曝光裝置，其特徵在於： 設置有： 凋麦手段，其係將來自曝光光源的光作對應於記錄， 訊之光強度調變；以及 集光光學系統，其係將經該調變手段所調變的光予以 集光於光記錄媒體原盤上之光阻上； 且因應於前述記錄資訊而將前述光阻施以圖案曝光， 上述曝光光源係由前述記錄資訊之時脈頻率的丨倍以 上20倍以下的整數倍之重覆頻率之超短脈衝雷射所構 成， 並將前述超短脈衝雷射的共振器長度作成可變方 式，並使前述超短脈衝雷射之重覆頻率同步於前述時脈 湧率而進行模式鎖定，並設置作脈衝振盪的外部同步機 構。 2. 如申請專利範圍第丨項之光記錄媒體原盤曝光裝置，其 中 在如述曝光光源和前述調變手段之間，設置有高次諧 波產生手段，其係將前述超短脈衝雷射光源作為激發光 源而藉由使用非線形光學元件之波長變換，而射出短波 長化的光。 3. 如申睛專利範圍第丨項之光記錄媒體原盤曝光裝置，其 中 月il述光阻之曝光，係經由2光子吸收過程而施行。 O:\87\87382.DOC ^ 200423116 4·如申請專利範圍第2項之光記錄媒體原盤曝光裝置，其 中 前述光阻之曝光，係經由2光子吸收過程而施行。 5.如申請專利範圍第3項之光記錄媒體原盤曝光裝置，其 中 前述曝光光源之脈衝寬幅係IxlO·12秒以下。 6·如申請專利範圍第4項之光記錄媒體原盤曝光裝置，其 中 前述曝光光源之脈衝寬幅係lxl0-i2秒以下。 7·如申請專利範圍第3項之光記錄媒體原盤曝光裝置，其 中 自前述集光光學系統而射出，且集光於前述光阻之雷 射光的光點形狀，係作成延伸於前述雷射光的掃描方向 之長圓形。 δ·如申請專利範圍第4項之光記錄媒體原盤曝光裝置，其 中 、 自前述集光光學系統而射出，且集光於前述光阻之雷 射光的光點形狀，係作成延伸於前述雷射光的掃描方向 之長圓形。 9· 一種光記錄媒體原盤之曝光方法，其特徵在於： 將來自曝光光源的光作對應於記錄資訊之行光強度 凋變，亚將經該調變手段所調變的光予以集光於光記錄 某體原盤上之光阻上，且因應於前述記錄資訊而將前述 光阻施以圖案曝光， O:\87\87382.DOC 200423116 刖述曝光光源係由前述記錄資訊之時脈頻率的丨倍以 上20倍以下的整數倍之重覆頻率之超短脈衝雷射所構 成， 設置外部同步機構，其係使前述超短脈衝雷射的共振 器長度形成可變方式；並使前述超短脈衝雷射之重覆頻 率同步於前述時脈頻率而進行模式鎖定，而作脈衝振 盈。 10. 如申請專利範圍第9項之光記錄媒體原盤之曝光方法， 其中 將自前述曝光光源所射出的光，藉由將前述曝光光源 作為激發光源之高次諧波產生手段，並藉由使用非線形 光學元件之波長變換，施以短波長化並射出。 11. 如申請專利範圍第9項之光記錄媒體原盤之曝光方法， 其中 自岫述集光光學系統而射出，且集光於前述光阻之雷 射光的光點形狀，係作成延伸於前述雷射光的掃描方向 之長圓形。 12. 如申晴專利範圍第1 〇項之光記錄媒體原盤之曝光方 法，其中 自前述集光光學系統而射出，且集光於前述光阻之雷 射光的光點形狀，係作成延伸於前述雷射光的掃描方向 之長圓形。 13. 種光5己錄媒體原盤曝光裝置，其特徵在於： 設置有： O:\87\87382.DOC 200423116 14. 15. 凋薆手段，其係將來自曝光光源的光作對應於記錄資 訊之光強度調變；以及 ’、貝 集光光學系統，其係將經該調變手段所調變的光予以 集光於光記錄媒體原盤上之光阻上； 且因應於前述記錄資訊而將前述光阻施以圖案曝光， 上述曝光光源係由前述記錄資訊之時脈頻率的1〇倍 以上20倍以下的重覆頻率之超短脈衝雷射所構成。 如申請專利範圍第13項之光記錄媒體原盤曝光裝置，其 中 〃 在前述曝光光源和前述調變手段之間，設置有高次諧 波產生手段，其係將前述超短脈衝雷射光源作為激發光 源而藉由使用非線形光學元件之波長變換，而射出短波 長4匕的光。 如申請專利範圍第13項之光記錄媒體原盤曝光裝置，其 中 16. 17. 18. 前述光阻之曝光，係經由2光子吸收過程而施行。 如申請專利範圍第14項之光記錄媒體原盤曝光裝置，其 中 前述光阻之曝光，係經由2光子吸收過程而施行。 如申請專利範圍第15項之光記錄媒體原盤曝光裝置，其 中 前述曝光光源之脈衝寬幅係lxl〇·12秒以下。 如申請專利範圍第丨6項之光記錄媒體原盤曝光裝置，其 中O:\87\87382.DOC 200423116 前述曝光光源之脈衝寬幅係1χ1(Γΐ2秒以下。 !9·—種光記錄媒體原盤之曝光方法，其特徵在於： 將來自曝光光源的光予以對應於記錄資訊而 強度調變，並將經該調變手段所調變的光予以集光於光 =錄媒體原盤上之光阻上，且因應於前述記錄資訊= 前述光阻施以圖案曝光， ： 丽述曝光光源係由前述記錄資訊之時脈頻率的W仵 以上20倍以下的重覆頻率之超短脈衝雷射所構成。 20.如申請專利範圍第丨9項之光記錄媒體原盤之曝光方 法，其中 將自前述曝光光源所射出的免，藉由將前述曝光光源 作為激發光源之高次諧波產生手段，並藉由使用非線形 光學元件之波長變換，施以短波長化並射出。 O:\87\87382.DOC
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