JPH11102541A - 光ディスク用原盤の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度化及び高容量化に対応可能な光ディス
クの製造を可能とする光ディスク用原盤の製造方法を提
供する。 【解決手段】 基板上にフォトレジストに塗布し、波長
３００ｎｍ以下のレーザー光による露光を行って、情報
信号を示す凹凸パターンの潜像を形成し、これを現像し
て情報信号を示す凹凸パターンを形成するに際して、上
記フォトレジストとして、上記レーザー光の波長におけ
る露光前の消衰係数と露光後の消衰係数との平均値が
０．１以下であるフォトレジストを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク基板の
成形用金型、いわゆるスタンパーの元となる光ディスク
用原盤の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクは、情報信号を示すピットや
グルーブ等の微細な凹凸パターンが形成された透明基板
である光ディスク基板上にアルミウニウム膜等の金属薄
膜よりなる反射膜が形成され、さらに、この反射膜を空
気中の水分や酸素から保護するための保護膜が上記反射
膜上に形成された構成とされる。

【０００３】このような光ディスクにおいては、精度の
高いスタンパーを用いて、忠実にしかも即座に複製が可
能な製造プロセスを必要とされている。

【０００４】そこで、例えば、ガラス基板に感光性樹脂
であるフォトレジストを塗布し、このフォトレジストに
レーザー光による露光を行って情報信号に対応した潜像
を形成し、これを現像しフォトレジストに凹凸パターン
を形成してレジスト原盤を作製している。そして、この
レジスト原盤から電鋳等の手法によって金属表面上に上
記凹凸パターンの転写を行い、これをスタンパーとして
している。

【０００５】具体的には、先ず、例えば厚さ数ｍｍ程度
のガラス基板面上に紫外線感光性フォトレジストをスピ
ンコートにより均一に塗布し、膜厚０．１〜０．２μｍ
のレジスト膜を形成する。次に、このガラス円盤を回転
させながら、上記レジスト膜に対し、青色又は近紫外域
で発振する波長が３５０〜４６０ｎｍ程度のＡｒ（イオ
ン）レーザやＫｒ（イオン）レーザー等のレーザー光を
情報信号に応じてオン・オフさせてスポット的に露光を
行って潜像を形成し、これを現像することにより、フォ
トレジスト上に凹凸パターンを完成し、レジスト原盤を
作製する。そして、このレジスト原盤からＮｉメッキに
より金属表面に上記凹凸パターンの転写を行って、これ
をスタンパーとしている。

【０００６】光ディスク基板は、上記スタンパーのレプ
リカとして、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂を用い
た射出成形法により大量に複製される。

【０００７】この光ディスクに記録される情報容量は、
如何に高い密度でピット或いはグルーブを記録できるか
によって決定される。すなわち、光ディスクに記録され
る情報容量は、レジスト膜にレーザー光による露光を行
って潜像を形成する、いわゆるカッティングにより如何
に微細な凹凸パターンを形成できるかによって決定され
る。

【０００８】例えば、読み取り専用デジタルビデオディ
スク（ＤＶＤ−ＲＯＭ）においては、スタンパー上に最
短ピット長０．４μｍ、トラックピッチ０．７４μｍの
ピット列がスパイラル状に形成されており、このスタン
パーを金型として作製された直径１２ｃｍの光ディスク
の片面に４．７ＧＢの情報容量を持たせている。

【０００９】このデジタルビデオディスクのカッティン
グには、波長４１３ｎｍのＫｒ（イオン）レーザーが用
いられる。この場合の形成可能な最短ピット長Ｐは、一
般に以下に示す式（１）より求められる。

【００１０】Ｐ＝Ｋ（ＮＡ／λ） ・・・（１） なお、式中、λはレーザー光の波長を、ＮＡは対物レン
ズの開口数を、Ｋはプロセスファクター値（フォトレジ
ストの特性に依存し、通常０．８〜０．９の値をと
る。）を示す。

【００１１】したがって、デジダルビデオディスクの場
合には、式（１）中に、λ＝４１３ｎｍ、ＮＡ＝０．
９、Ｋ＝０．９を代入すると、最短ピット長Ｐが０．４
μｍとなる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の情報
通信及び画像処理技術の急速な発展に伴い、上述したよ
うな光ディスクにおいても、さらに現在の数倍の容量を
有するものが要求されている。例えば、デジタルビデオ
ディスクの延長線上において、これまでと同じ信号処理
方式により、直径１２ｃｍの光ディスクの片面に１５Ｇ
Ｂの情報容量を持たせることが要求されている。この要
求に応えるためには、最短ピット長を０．２２μｍ、ト
ラックピッチを０．４１μｍまで微細化する必要があ
る。

【００１３】このような高い密度でピットを形成するた
めには、式（１）からわかるように、レーザ波長の短波
長化と対物レンズの開口数ＮＡの増大化が求められる。
しかしながら、対物レンズの開口数ＮＡは、レンズの設
計製作精度の面から現状の０．９がほぼ限界である。そ
のため、今後は、レーザーの短波長化が必要不可欠とな
る。例えば、波長２５０ｎｍの遠紫外線レーザーを用い
た場合には、式（１）によりＫ＝０．８を代入すると、
最短ピット長Ｐは０．２３μｍとなる。

【００１４】したがって、遠紫外線波長で従来と同様の
感度及び解像力を有するフォトレジストを適用し、遠紫
外線レーザーを用いてカッティングを行った場合には、
１５ＧＢの情報容量を有する光ディスクを実現できる。

【００１５】しかしながら、従来より一般的に使用され
ているフォトレジスト、例えばノボラック系レジスト
は、元来半導体用フォロリソグラフィーで波長４３６ｎ
ｍのｇ線を用いた露光装置向けに分子設計が最適化され
て調合されており、３００ｎｍ以下の波長で光吸収が急
激に増大する。

【００１６】そのため、このノボラック系レジストを遠
紫外線レーザーを用いてカッティングすると、レジスト
中での強い光吸収により解像力を決定するコントラスト
値（γ値）が劣化し、エッジの切り立ちが悪いピットが
形成されてしまう。さらに、遠紫外線レーザーに対する
レジストの感度も同様の理由で低下するため、カッティ
ングの生産性も著しく低下してしまう。このように、遠
紫外域波長のレーザーを用いたカッティングにおいて
は、これまでのレジストをそのまま適用することが極め
て困難であった。

【００１７】そこで、本発明は、上述のような問題点を
解決しようとするものであり、極めて微細なピット又は
グルーブ状の凹凸パターンを高密度でカッティング形成
し、高密度化及び大容量化に対応可能な光ディスクの製
造を可能とする光ディスク原盤の製造方法を提供するも
のである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光ディスク
用原盤の製造方法は、基板上にフォトレジストを塗布
し、波長３００ｎｍ以下のレーザー光による露光を行っ
て情報信号に対応した潜像を形成し、これを現像しフォ
トレジストに凹凸パターンを形成するに際して、上記フ
ォトレジストとして、上記レーザー光の波長における露
光前の消衰係数と露光後の消衰係数との平均値が０．１
以下であるフォトレジストを用いることを特徴とする。

【００１９】本発明に係る製造方法によれば、３００ｎ
ｍ以下の短波長領域で、露光前後の焼成係数の平均値が
０．１以下であるフォトレジストを用いてなることか
ら、レジスト膜に精確にエッジの切り立ちが良好な状態
で凹凸パターンをカッティング形成することができる。
その結果、非常に微細なピッチやグルーブの形成が可能
となり、例えば、１５ＧＢの記憶容量を有する光ディス
クの製造を可能とする光ディスク用原盤を高品質で高い
生産性において製造することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、詳細に説明する。

【００２１】光ディスク用原盤を光学カッティングする
には、先ず、例えば外径が２２０ｍｍで厚さが６ｍｍの
表面が精密研磨されたガラス基板を用意する。そして、
このガラス基板上にフォトレジストを０．１μｍの膜厚
でスピンコートして均一なレジスト膜を形成する。

【００２２】次に、図１に示すように、カッティング光
源１として、波長３００ｎｍ以下のレーザー光、例えば
波長２６６ｎｍのＹＡＧ４倍波レーザーを用い、このカ
ッティング光源１より照射されるレーザー光を音響光学
素子２等によりデジタル信号でパルス変調し、ＮＡ０．
９前後の対物レンズ３を介して図中矢印Ｌ₁で示すよう
にガラス基板４の主面４ａ上の図示しないフォトレジス
ト膜に０．２５μｍ以下のスポット径で集光させ、潜像
（凹凸パターン）をスパイラル状に形成する。

【００２３】この時、ガラス基板４は、線速一定の等速
度回転モード（ＣＬＶ；Constnt Liner Velocity）で回
転し、対物レンズ３は、内周から外周に向かって一定の
トラックピッチを保つように半径方向にスライドする。
そして、光源１と対物レンズ３との間には、光源１から
照射されたレーザー光を音響光学素子２に集光させるレ
ンズ６と、これを再び平行光に戻すレンズ７と、対物レ
ンズ３の入射瞳径と同程度又はそれ以上にビーム径を拡
大するためのビームエキスパンダー８が組み込まれてい
る。また、光源１からのレーザー光の光路を変更するた
めに、光源１とレンズ６との間には、ミラー９ａ，９ｂ
が組み込まれ、ビームエキスパンダー８からのレーザー
光の光路を変更するために、ビームエキスパンダー８と
対物レンズ３との間には、ミラー１０が組み込まれてい
る。したがって、光源１からのレーザー光は、図中矢印
Ｌ₂で示すように、レンズ６を介して音響光学素子２に
入り、ここからレンズ７及びビームエキスパンダー８を
介し、さらに対物レンズ３を介して、レジスト膜上に集
光される。

【００２４】続いて、上述したカッティングにより潜像
が形成されたレジスト膜の現像を行う。これによって、
レジスト膜に形成された潜像は、エッチングされ凹凸パ
ターンとして顕在化される。

【００２５】本発明においては、上記レジスト膜とし
て、波長２６６ｎｍにおいて露光前の消衰係数ｋ₁値と
露光後の消衰係数ｋ₂との平均をとった平均消衰係数ｋ
［＝（ｋ₁＋ｋ₂）／２］が０．１以下であるフォトレジ
ストを用いることを特徴とする。

【００２６】ここで、平均消衰係数ｋは、レジストの光
吸収を表すものである。図２に示すように、吸収係数ａ
のフォトレジストからなる膜厚ｄμｍのレジスト膜２０
に、波長λ・強度Ｔ₀の光が入射した場合、レジスト膜
２０の光の透過率Ｔ₁／Ｔ₀はｅ^-adと表され、消衰係数
ｋは、（λ／４π）ａと表される。

【００２７】このように、平均消衰係数ｋが０．１以下
であるフォトレジストを用いてカッティングを行った場
合には、記録用変調信号に対応した凹凸パターンの潜像
を、精確にエッジの切り立ちを良好な状態で形成するこ
とができる。すなわち、カッティングによりレジスト膜
に形成された凹凸パターンの潜像を、現像工程でエッチ
ングすることにより、切り立ちの鋭い凹凸パターンを有
する光ディスク用原盤を得ることができる。

【００２８】さらに、上記凹凸パターンが形成されたレ
ジスト膜上に、スパッタリング法或いは無電解メッキ法
により例えば厚さ数１０ｎｍのＮｉ薄膜を形成し、続い
て、これを導電膜としてメッキ装置による電鋳を行い、
厚さ３００μｍ程度のＮｉ膜を形成し、これをガラス基
板から剥離することにより、スタンパーが完成する。な
お、このスタンパーは、光ディスク基板の成形装置に取
り付けるのに必要な形状に内外径が加工され、裏面研
磨、端面処理が行われる。

【００２９】以上が、光ディスク用原盤の製造工程の概
略になるが、上述したように、３００ｎｍ以下の波長に
おける露光前の消衰係数ｋ₁値と露光後の消衰係数ｋ₂と
の平均をとった平均消衰係数ｋが０．１以下である遠紫
外線対応のフォトレジストを用いることにより、スポッ
ト径が０．２μｍであるような微細化された凹凸パター
ンを精確にエッジの切り立ちが良好な状態で形成するこ
とが可能となり、高密度化及び高容量化に対応可能な光
ディスク用レジスト原盤を高品質で高い生産性において
作製することができる。このことを実験により確認し
た。

【００３０】具体的には、下記の化１で示される基本骨
格を有するフェノールノボラック樹脂をベースレジンと
し、化２で示される基本骨格を有するナフトキノンジア
ジドを感光剤とするノボラック系レジストの分子設計を
最適化することにより、露光前と露光後の平均消衰係数
ｋを０．０８としたフォトレジストａを用意した。この
フォトレジストａの分光透過率は図３に示すようなもの
である。

【００３１】

【化１】

【００３２】

【化２】

【００３３】そして、図１に示すように、このフォトレ
ジストａよりなるレジスト膜に、波長２６６ｎｍの遠紫
外線レーザーを用いてカッティングを行い、レジスト原
盤を作製した。このレジスト原盤を用いて作製されたＮ
ｉスタンパーの表面形状を図４に示す。

【００３４】図４に示すように、平均消衰係数ｋが０．
０８であるフォトレジストａを用いた場合には、切りた
ちの鋭いピットを２５ｍＪ／ｃｍ²程度の低いカッティ
ングパワー密度で形成することが可能である。

【００３５】一方、従来用いられているノボラック系レ
ジストで、露光前と露光後の平均消衰係数ｋが０．１４
であるフォトレジストｂを用意し、このフォトレジスト
ｂよりなるレジスト膜に同様のカッティング（レーザー
光の波長：２６６ｎｍ）を行い、レジスト原盤を作製し
た。このフォトレジストｂの分光透過率は、図５に示す
ようなものであり、このレジスト原盤を用いて作製され
たＮｉスタンパーの表面形状は、図６に示すようなもの
であった。

【００３６】図６に示すように、平均消衰係数ｋが０．
１４であるフォトレジストｂを用いた場合には、ピット
の径が先端にいくほど小さくなり、比較的長いサイズの
ピットに形状の乱れが目立つ。これは、カッティングに
際して、フォトレジストの光吸収が大きいため、レジス
ト膜の奥まで露光が均一に行われないためである。さら
に、比較的長いサイズのピットを形成する、すなわちレ
ーザー光のオンの時間が長くすると、レジスト中での強
い光吸収から生じる発熱が大きく、レジストの感光特性
が劣化する温度まで瞬間に加熱されるためであると考え
られる。実際に、熱解析シミュレーションでカッティン
グ中のレジスト温度上昇を計算したところ、最大１２０
℃程度まで上昇することが確認される。

【００３７】また、図５に示すような平均消衰係数ｋが
大きいフォトレジストは、レーザー光に対する感度も低
下するため、５０ｍＪ／ｃｍ²程度のカッティングパワ
ー密度が必要となる。

【００３８】このように、レジストの光吸収を表す消衰
係数ｋが、カッティング後のピット形状に多大な影響を
及ぼすことは明らかであり、その基準として露光前と露
光後の平均消衰係数ｋが０．１以下であることが必要で
あることがわかる。そして、平均消衰係数ｋが０．１以
下であるフォトレジストを用いることにより、切り立ち
の鋭い、高密度化に適したピットやグルーブ等の凹凸パ
ターン形成が可能となり、生産性を向上できる。

【００３９】また、このように、従来用いられているノ
ボラック系レジストの分子設計を最適化し、平均消衰係
数ｋを０．１以下としたフォトレジストを用いる場合に
は、従来用いられているガラス基板等の各材料や装置を
変更する必要がないため、工業上有利である。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、３００ｎｍ以下の短波長域で露光前の消衰
係数と露光後の消衰係数の平均値が０．１以下であるフ
ォトレジストを用いてなることから、記録用変調信号に
対応した微細な凹凸パターンを精確に高密度でカッティ
ング形成することができる。これにより、高密度化及び
大容量化に対応可能な光ディスクの製造を可能とする光
ディスク用原盤を高品質で高い生産性において製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したレジスト原盤のカッティング
工程を示す模式図である。

【図２】消衰係数を説明するための模式図である。

【図３】本発明を適用したフォトレジストａの波長と分
光透過率との関係を示す特性図である。

【図４】同フォトレジストａを用いて作製したスタンパ
ーの表面形状を示す図である。

【図５】比較のために用いられたフォトレジストｂの波
長と分光透過率との関係を示す特性図である。

【図６】同フォトレジストｂを用いて作製したスタンパ
ーの表面形状を示す図である。

【符号の説明】

１ 光源、３ 対物レンズ、４ 基板、５ 凹凸パター
ン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にフォトレジストを塗布し、波長
   ３００ｎｍ以下のレーザー光による露光を行って情報信
   号に対応した潜像を形成し、これを現像しフォトレジス
   トに凹凸パターンを形成するに際して、 上記フォトレジストとして、上記レーザー光の波長にお
   ける露光前の消衰係数と露光後の消衰係数との平均値が
   ０．１以下であるフォトレジストを用いることを特徴と
   する光ディスク用原盤の製造方法。
2. 【請求項２】 上記フォトレジストがナフトキノンジア
   ジド系感光剤とノボラック系樹脂とを主成分とするフォ
   トレジストであることを特徴とする請求項１記載の光デ
   ィスク用原盤の製造方法。