(57)【要約】【課題】微細なピットを高精度に形成でき、生産性を大幅に向上させることができる光記録媒体原盤露光装置及び光記録媒体の露光方法の提供を目的とする。【解決手段】露光光源１からの光を記録情報に対応する光強度変調を行う変調手段３と、この変調手段３で変調された光を光記録媒体原盤１１上のフォトレジスト１２上に集光する集光光学系９とが設けられて、フォトレジスト１２を記録情報に応じてパターン露光する光記録媒体原盤露光装置であって、露光光源１を、記録情報のクロック周波数の１倍以上２０倍以下の繰り返し周波数の超短パルスレーザより構成し、この超短パルスレーザから出射されるレーザ光を分周する分周光学系１５を設ける構成とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光源からの光を記録情報に対応する光強度変調を行う変調手段と、該変調手段で変調された光を光記録媒体原盤上のフォトレジスト上に集光する集光光学系とが設けられて、前記フォトレジストを前記記録情報に応じてパターン露光する光記録媒体原盤露光装置であって、
上記露光光源が、前記記録情報のクロック周波数の１倍以上２０倍以下の繰り返し周波数の超短パルスレーザよりなり、
上記超短パルスレーザから出射されるレーザ光を分周する分周光学系が設けられてなることを特徴とする光記録媒体原盤露光装置。
【請求項２】
前記超短パルスレーザの繰り返し周波数が前記記録情報のクロック周波数の１倍以上２０倍以下の整数倍とされ、
前記超短パルスレーザの共振器長を可変として、前記超短パルスレーザの繰り返し周波数を前記クロック周波数に同期してモードロックし、パルス発振させる外部同期機構が設けられてなることを特徴とする請求項１に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項３】
前記露光光源と前記分周光学系との間に、前記超短パルスレーザ光源を励起光源として非線形光学素子を用いた波長変換によって短波長化された光を出射する高次高調波発生手段が設けられることを特徴とする請求項１に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項４】
前記露光光源と前記分周光学系との間に、前記超短パルスレーザ光源を励起光源として非線形光学素子を用いた波長変換によって短波長化された光を出射する高次高調波発生手段が設けられることを特徴とする請求項２に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項５】
上記分周光学系が、偏光ビームスプリッタ及び光遅延回路より構成されることを特徴とする請求項１に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項６】
上記分周光学系が、偏光ビームスプリッタ及び光遅延回路より構成されることを特徴とする請求項２に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項７】
上記分周光学系が、偏光ビームスプリッタ及び光遅延回路より構成されることを特徴とする請求項３に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項８】
上記分周光学系が、偏光ビームスプリッタ及び光遅延回路より構成されることを特徴とする請求項４に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項９】
前記フォトレジストの露光が、２光子吸収過程によってなされることを特徴とする請求項１に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項１０】
前記フォトレジストの露光が、２光子吸収過程によってなされることを特徴とする請求項２に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項１１】
前記フォトレジストの露光が、２光子吸収過程によってなされることを特徴とする請求項３に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項１２】
前記フォトレジストの露光が、２光子吸収過程によってなされることを特徴とする請求項４に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項１３】
前記露光光源のパルス幅が１×１０−１２　秒以下であることを特徴とする請求項９に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項１４】
前記露光光源のパルス幅が１×１０−１２　秒以下であることを特徴とする請求項１０に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項１５】
前記露光光源のパルス幅が１×１０−１２　秒以下であることを特徴とする請求項１１に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項１６】
前記露光光源のパルス幅が１×１０−１２　秒以下であることを特徴とする請求項１２に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項１７】
前記集光光学系から出射され、前記フォトレジストに集光されたレーザ光のスポット形状が、前記レーザ光の走査方向に延在する長円状とされることを特徴とする請求項９に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項１８】
前記集光光学系から出射され、前記フォトレジストに集光されたレーザ光のスポット形状が、前記レーザ光の走査方向に延在する長円状とされることを特徴とする請求項１０に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項１９】
前記集光光学系から出射され、前記フォトレジストに集光されたレーザ光のスポット形状が、前記レーザ光の走査方向に延在する長円状とされることを特徴とする請求項１１に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項２０】
前記集光光学系から出射され、前記フォトレジストに集光されたレーザ光のスポット形状が、前記レーザ光の走査方向に延在する長円状とされることを特徴とする請求項１２に記載の光記録媒体原盤露光装置。
【請求項２１】
露光光源からの光を記録情報に対応して光強度変調を行い、該変調手段で変調された光を光記録媒体原盤上のフォトレジスト上に集光して、前記フォトレジストを前記記録情報に応じてパターン露光する光記録媒体原盤の露光方法であって、
前記露光光源が、前記記録情報のクロック周波数の１倍以上２０倍以下の繰り返し周波数の超短パルスレーザよりなり、
上記超短パルスレーザから出射されるレーザ光を分周する分周光学系を設けることを特徴とする光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項２２】
前記超短パルスレーザの繰り返し周波数を前記記録情報のクロック周波数の１倍以上２０倍以下の整数倍として、
前記超短パルスレーザの共振器長を可変とする外部同期機構を設け、前記超短パルスレーザの繰り返し周波数を前記クロック周波数に同期してモードロックし、パルス発振させることを特徴とする請求項２１に記載の光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項２３】
前記露光光源から出射された光を、前記露光光源を励起光源とした高次高調波発生手段によって、非線形光学素子を用いた波長変換によって短波長化して出射させて前記分周光学系に入射させることを特徴とする請求項２１に記載の光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項２４】
前記露光光源から出射された光を、前記露光光源を励起光源とした高次高調波発生手段によって、非線形光学素子を用いた波長変換によって短波長化して出射させて前記分周光学系に入射させることを特徴とする請求項２２に記載の光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項２５】
上記分周光学系が、偏光ビームスプリッタ及び光遅延回路より構成されることを特徴とする請求項２１に記載の光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項２６】
上記分周光学系が、偏光ビームスプリッタ及び光遅延回路より構成されることを特徴とする請求項２２に記載の光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項２７】
上記分周光学系が、偏光ビームスプリッタ及び光遅延回路より構成されることを特徴とする請求項２３に記載の光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項２８】
上記分周光学系が、偏光ビームスプリッタ及び光遅延回路より構成されることを特徴とする請求項２４に記載の光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項２９】
前記フォトレジストの露光が、２光子吸収過程によってなされることを特徴とする請求項２１に記載の光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項３０】
前記フォトレジストの露光が、２光子吸収過程によってなされることを特徴とする請求項２２に記載の光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項３１】
前記フォトレジストの露光が、２光子吸収過程によってなされることを特徴とする請求項２３に記載の光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項３２】
前記フォトレジストの露光が、２光子吸収過程によってなされることを特徴とする請求項２４に記載の光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項３３】
前記露光光源のパルス幅を１×１０−１２　秒以下とすることを特徴とする請求項２９に記載された光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項３４】
前記露光光源のパルス幅を１×１０−１２　秒以下とすることを特徴とする請求項３０に記載された光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項３５】
前記露光光源のパルス幅を１×１０−１２　秒以下とすることを特徴とする請求項３１に記載された光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項３６】
前記露光光源のパルス幅を１×１０−１２　秒以下とすることを特徴とする請求項３２に記載された光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項３７】
前記集光光学系から出射され、前記フォトレジストに集光されたレーザ光のスポット形状を、前記レーザ光の走査方向に延在する長円状とすることを特徴とする請求項２９に記載の光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項３８】
前記集光光学系から出射され、前記フォトレジストに集光されたレーザ光のスポット形状を、前記レーザ光の走査方向に延在する長円状とすることを特徴とする請求項３０に記載の光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項３９】
前記集光光学系から出射され、前記フォトレジストに集光されたレーザ光のスポット形状を、前記レーザ光の走査方向に延在する長円状とすることを特徴とする請求項３１に記載の光記録媒体原盤の露光方法。
【請求項４０】
前記集光光学系から出射され、前記フォトレジストに集光されたレーザ光のスポット形状を、前記レーザ光の走査方向に延在する長円状とすることを特徴とする請求項３２に記載の光記録媒体原盤の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光光源からの光をフォトレジストが塗布された光記録媒体原盤上に照射することにより記録情報に対応するパターン露光を行う光記録媒体原盤露光装置及び光記録媒体原盤の露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ）、ＭＤ（Ｍｉｎｉ　Ｄｉｓｃ）　、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）等の各種光ディスク、光磁気ディスクなどの光記録媒体を製造する際の光記録媒体原盤は、例えば円盤状の原盤用基板上にフォトレジストが被着され、その表面に記録情報に対応する凹凸パターンが露光及び現像により形成され、即ちいわゆるカッティングされて形成される。
このカッティングを行うマスタリング装置、すなわち光記録媒体原盤露光装置は、露光光源から出射される波長が４００ｎｍ前後のレーザ光、例えばＫｒレーザ（λ＝４１３ｎｍ）やＡｒレーザ（λ＝３５１ｎｍ）等の紫外波長域の連続発振固体レーザ光源を用いて対物レンズを介してレジストが塗布された原盤上に回折限界の微小スポットに絞り込んで照射することによって露光処理を行っている。
【０００３】
上述したような各種の光記録媒体は、その記録容量を高めるための高密度化に伴ってピットまたはグルーブの加工寸法を微細化することが求められている。ところが、このピットの加工寸法として０．２５μｍ以下の寸法が要求されるようになると、上述した光記録媒体原盤露光装置で使用する気体レーザの波長では集光レンズの開口数ＮＡを１に近いレンズにしてもレーザ光を十分に絞り込むことができなくなる。このため、現状では光記録媒体原盤の作成において０．２５μｍ以下の寸法に精度良く加工することが極めて困難である。
【０００４】
例えば、波長５３２ｎｍの半導体レーザ励起高出力グリーンレーザを励起光源として外部共振器構造の第２高調波発生装置を用いて波長２６６ｎｍの紫外レーザ光を発生し、ビームスポットサイズとしては開口数ＮＡ＝０．９の無収差対物レンズを用いて０．３６μｍのエアリースポットを得ている（　例えば、特許文献１参照。）　。
【０００５】
近年、光ディスクの高密度化の傾向はさらに加速し、現在はより微小なピットの形成、例えば、０．２μｍ以下が必須となり、より短波長の光源が求められている。光記録媒体原盤露光装置に利用可能な安定性、低ノイズ、ビーム品質を有する連続発振のレーザ光源としては、アルゴンガスレーザの共振器内にＢａＢ２　Ｏ４　（ＢＢＯ）等の非線形光学結晶が設置されたＤｅｅｐ　ＵＶ発振水冷アルゴンガスレーザ（波長２２９ｎｍで出力４０ｍＷ、波長２３８ｎｍで出力１００ｍＷが得られる）が市販されている。しかしながら、波長比は２２９／２６６＝０．８６であり、０．２μｍ以下の分解能を得る為には、より高ＮＡの対物レンズなどを併用する必要がある。かつ、多量の冷却水を用いることから、組み込みの機器内での振動を回避する対策を要する不便さもある。
【０００６】
さらに高ＮＡの光学系として、ＮＡ＞１のソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）を用いたニアフィールド光学系を利用する手段の技術検討がなされている。しかしながら、ワーキングディスタンスは１００ｎｍ以下、例えば数１０ｎｍと非常に狭く、埃や塵の混入や、光記録媒体原盤の表面平滑性等に十分に注意しなければならず、光記録媒体原盤の回転数もあまり高く上げることができないという問題がある。
【０００７】
別の高分解能化の手段として最近では電子ビーム露光装置を用いた微小ピット加工法が提案されている（　例えば、特許文献２参照。）　。
【０００８】
しかしながら、電子ビーム露光装置では、電子ビームを用いることから真空装置を必要とし、ガラス原盤の高精度高回転機構を真空中で有するなど大掛かりな装置になる。
【０００９】
一方、近年、カーレンズモードロック方式の繰り返し周波数１ＭＨｚから１００ＭＨｚ　程度の高出力Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ（チタニウム・サファイア）超短パルスレーザ光源がいくつか市販されている。このＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ超短パルスレーザ光源は半導体レーザ励起高出力グリーンレーザで励起され、　中心波長７６０ｎｍから８４０ｎｍの間、たとえば８００ｎｍでパルス発振し、平均出力数Ｗ　、パルス幅（ＦＷＨＭ、半値全幅）１００ｆｓのものが安定に得られる。ビームの横モードはＴＥＭ００でノイズも０．１　％以下の優れた性能を有する。
【００１０】
またその他、例えばＳｐｅｃｔｒａ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　社のＴｓｕｎａｍｉ　シリーズ、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ社のＭｉｒａシリーズなど、繰り返し周波数８０ＭＨｚでパルス幅（ＦＷＨＭ）１００ｆｓ以下、平均出力１Ｗ以上のものが実用化されている。
【００１１】
またこのような超短パルスレーザ光源を用いて２光子吸収過程を発生させ、非線形光学効果を利用した超解像特性によって回折限界よりも微細なパターンを形成することができる（　例えば、非特許文献１参照。）　。
【００１２】
例えば、波長７８０ｎｍ、繰り返し周波数７６ＭＨｚ、パルス幅１５０ｆｓのレーザ、開口数ＮＡ１．４の対物レンズを用いて、幅１２０ｎｍのドット状パターンを形成した例が報告されている（　例えば、非特許文献２参照。）　。
しかしながら、現状では光記録媒体用の記録情報の変調信号を、２光子吸収過程を利用してパターン露光によりレジスト上に形成し、光記録媒体原盤の露光に利用する技術は実現化されていない。
【００１３】
【特許文献１】
特開平７−９８８９１号公報
【特許文献２】
特許第３２３３６５０号公報
【非特許文献１】
河田聡編、日本分光学会測定法シリーズ３８「超解像の光学」、学会出版センター、１９９９年３月２０日、第５章、第７９頁
【非特許文献２】
Ｓ．Ｋａｗａｔａ　ｅｔ　ａｌ，“Ｆｉｎｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｍｉｃｒｏｄｅｖｉｃｅｓ　”，Ｎａｔｕｒｅ　，２００１，Ｖｏｌ．４１２，ｐ．６９７）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したような実情に鑑みてなされたものであり、微細なピットを高精度に形成でき、生産性を大幅に向上させることができる光記録媒体原盤露光装置及び光記録媒体の露光方法の提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、露光光源からの光を記録情報に対応する光強度変調を行う変調手段と、この変調手段で変調された光を光記録媒体原盤上のフォトレジスト上に集光する集光光学系とが設けられて、フォトレジストを記録情報に応じてパターン露光する光記録媒体原盤露光装置であって、露光光源を、記録情報のクロック周波数の１倍以上２０倍以下の繰り返し周波数の超短パルスレーザより構成し、この超短パルスレーザから出射されるレーザ光を分周する分周光学系を設ける構成とする。
【００１６】
また本発明は、上述の構成において、超短パルスレーザの繰り返し周波数を記録情報のクロック周波数の１倍以上２０倍以下の整数倍として、この超短パルスレーザの共振器長を可変として、超短パルスレーザの繰り返し周波数を記録情報のクロック周波数に同期してモードロックし、パルス発振させる外部同期機構を設ける構成とする。
【００１７】
更に本発明は、露光光源と分周光学系との間に、超短パルスレーザ光源を励起光源として非線形光学素子を用いた波長変換によって短波長化された光を出射する高次高調波発生手段を設ける構成とする。
【００１８】
また本発明による光記録媒体原盤の露光方法は、上述の光記録媒体原盤露光装置を用いて露光を行う。
すなわち、露光光源からの光を記録情報に対応して光強度変調を行い、この変調手段で変調された光を光記録媒体原盤上のフォトレジスト上に集光して、フォトレジストを記録情報に応じてパターン露光する光記録媒体原盤の露光方法であって、露光光源を、前記記録情報のクロック周波数の１倍以上２０倍以下の繰り返し周波数の超短パルスレーザより構成し、超短パルスレーザから出射されるレーザ光を分周する分周光学系を設ける。
【００１９】
更に本発明は、上述の露光方法において、超短パルスレーザの繰り返し周波数を記録情報のクロック周波数の１倍以上２０倍以下の整数倍として、超短パルスレーザの共振器長を可変とする外部同期機構を設け、超短パルスレーザの繰り返し周波数をクロック周波数に同期してモードロックし、パルス発振させる。
【００２０】
また本発明は、上述の各露光方法において、露光光源から出射された光を、この露光光源を励起光源とした高次高調波発生手段によって、非線形光学素子を用いた波長変換によって短波長化して出射させ、分周光学系に入射させる。
【００２１】
上述したように、本発明による光記録媒体原盤露光装置及び光記録媒体原盤の露光方法は、露光光源として超短パルスレーザ光源を用いるとともに、その繰り返し周波数を、記録情報のクロック周波数の１倍以上２０倍以下として、この超短パルスレーザから出射されるレーザ光を分周する分周光学系を設ける構成とする。
【００２２】
光ディスクの記録情報信号のクロック周波数は、ＣＤの場合４．３ＭＨｚ、ＤＶＤの場合２６ＭＨｚである。また近年高密度ディスクとして注目され、再生光の波長λが４０５ｎｍ、対物レンズのＮＡが０．８５とされて開発が進められているいわゆるＢｌｕ−ｒａｙ　Ｄｉｓｃの場合で６６ＭＨｚである。例えばＢｌｕ−ｒａｙ　Ｄｉｓｃの場合６６ＭＨｚであるから、超短パルスレーザの繰り返し周波数とほぼ同程度である為、情報データ信号とレーザのパルス発振のタイミングを合わせる必要がある。
【００２３】
しかしながら本発明によれば、上述したように超短パルスレーザのパルスの繰り返し周波数を例えば２倍、４倍、８倍…とする分周光学系を設けることによってパルスの間隔を縮小させ、パルスレーザを記録情報に重畳させた場合に１パルスあたりの露光のずれを低減化することができ、パターン不良の発生を回避し、パターン不良による例えば再生信号のジッターの増加を抑えることができる。したがって、超短パルスレーザを用いることによって従来と比較して微細なパターンを、精度よく形成することが可能となる。
またこの繰り返し周波数を２０倍以下とすることによって、超短パルスレーザの尖頭出力の低下によるパターン形成精度の低下を回避することができる。すなわち超短パルスレーザ光源から出射されたレーザ光を分周させ、また高次高調波発生手段により短波長化させることによって、その尖頭出力は低下するが、繰り返し周波数を２０倍以下とする場合は超短パルスレーザの出力を十分確保して、後述する２光子吸収過程を効率よく生じさせ、微細なスポットサイズのパターン露光を行うことができる。
【００２４】
また本発明において、超短パルスレーザの繰り返し周波数を記録情報のクロック信号の１倍以上２０倍以下の整数倍とするときは、露光光源として用いる超短パルスレーザ光源の共振器長を調整する外部同期機構を設け、これにより共振器長の調整を行い、繰り返し周波数をクロック信号に同期させることができ、再生信号のジッターを１０％以下に抑えることができる。
このようにして同期させることによって、超短パルスレーザ光源からの光を露光光源として、ＣＤ、　ＤＶＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙ　Ｄｉｓｃなどの各種光記録媒体に記録する情報信号に同期したパターン露光を確実に行うことができる。
【００２５】
また、他の本発明においては、露光光源と変調手段との間に、高次高調波発生手段を設け、超短パルスレーザ光源を励起光源として非線形光学素子を用いた波長変換によって短波長化された光を出射させることによって、より短波長の露光光源を得ることができる。
【００２６】
このように本発明に係る光記録媒体原盤露光装置及び光記録媒体原盤露光方法によれば、擬似的に連続光と同等にみなせる繰り返し周波数の高い超短パルスレーザ光を出射する露光光源、またはこれを励起手段とする高次高調波発生手段により短波長化された超短パルスレーザ光を出射して、光強度変調手段で変調された光を所定の集光光学系により回折限界のスポットサイズに集光してフォトレジストに照射することによって、従来と比較して微細なパターンのピットなどの凹凸パターンの露光を行うことができる。
【００２７】
また上述の本発明において、分周光学系を、偏光ビームスプリッタと光遅延回路とより構成し、この分周光学系を超短パルスレーザより成る光源の後段に設けることにより、また高次高調波発生手段を設ける場合はその後段にこの分周光学系を設ける構成とすることにより、パワーの損失が少なく高効率で有効なレーザ光の利用が可能となる。
【００２８】
すなわち、高次高調波光の平均出力パワーは、基本波パワーの２乗に比例する。そこで、高出力が得られる比較的低い繰り返し周波数の超短パルスレーザ光を入射させて高効率に高次高調波を発生し、その後このパルス列を数倍に分周すれば、同じ投入基本波パワーで、高出力かつ高繰り返し周波数のパルス発振が可能となり、記録情報のクロックのタイミングを考慮した装置構成とする必要がなくなる。
【００２９】
この場合、短波長化する高次高調波発生手段が非線形光学過程であるのに対し、分周光学系を経る過程は線形光学過程であることから、出力の損失を低減化することができるという利点を有する。
【００３０】
さらに本発明は、上述の光記録媒体原盤露光装置または光記録媒体原盤の露光方法において、フォトレジストの露光を、２光子吸収過程によってなされることとする。尖頭出力（　ピーク出力）　が非常に高い超短パルスレーザ光源を露光光源として用い、かつ集光光学系によってビームを集光することにより、レジスト内では２光子吸収過程が非常に効率的に起こる。例えば繰り返し周波数が１ＧＨｚで、対物レンズ出射後のレーザの平均パワーが１０ｍＷである時、フォトレジストの表面上のビームスポット内の光強度は尖頭出力にして１００ＧＷ／ｃｍ２　に及ぶ。
【００３１】
２光子吸収過程は非線形光学現象の一つであり、レジストの露光は、ビームスポットの強度分布の２乗で与えられることになる。レジストの２光子吸収断面積は１０−４６　〜１０−４７　ｃｍ４　ｓ／ｐｈｏｔｏｎ程度と小さな値であり、レジストの感度は低いが、数％の吸収が起こる。
【００３２】
このように高効率で２光子吸収を起こす為には超短パルスレーザ光の尖頭出力が高くなければない。
本発明においては、高繰り返し周波数のパルス発振を用いると共に、そのパルス幅（ＦＷＨＭ）を少なくとも１　ｐｓ（１　×１０−１２　秒）以下とするものであるが、このようにパルス幅を規定することによって、効率よく２光子吸収を起こすことができた。
【００３３】
レジストの露光の際に、レジスト面内における光源の光の吸収分布は、通常の吸収の場合、ビーム強度分布に比例し、２光子吸収の場合はビーム強度分布の２乗に比例する。光の吸収分布を図６に示す。図６において、Ｉはビーム強度分布を示し、通常の吸収の場合に相当する。Ｉ２　はビーム強度分布の２乗を示し、２光子吸収の場合に対応する。エアリースポット径ｄは、
ｄ＝１．２２λ／ＮＡ
となる。対物レンズの開口数ＮＡが、ＮＡ＝０．９、波長λ＝２６７ｎｍの時、スポットサイズは０．３６μｍ　であるが、２光子吸収の場合、ほぼ１／√２＝０．７倍のビームスポット、即ち、波長１９０ｎｍの露光光源を用いた通常の露光時のビームスポットサイズに相当する。これにより、記録線密度は１光子の（通常の）露光の場合の約１．４倍になる。
【００３４】
また、本発明は、上述の各光記録媒体原盤露光装置及び光記録媒体原盤の露光方法において、集光光学系から出射され、フォトレジストに集光されたレーザ光のスポット形状を、レーザ光の走査方向に延在する長円状とするものである。
【００３５】
例えばグルーブなどの線状のパターンを露光する為には、パルス間隔（繰り返し周波数の逆数）、走査速度（円盤状の光記録媒体原盤の場合線速）がレジストの感度に合わせ最適化されなければならない。ところが、パルス間隔はクロックによって一義的に固定されているので、線状のパターンを露光するのは難しい。
上述の本発明によれば、集光光学系から出射されレジストに集光されたビームスポットをビーム走査方向に長円化していることから、照射される光量分布が拡がり平均化されて、グルーブなどの線状のパターンが容易に得られることとなる。
【００３６】
このように、本発明においては、超短パルスレーザを露光光源として用いて、さらに集光光学系でビームを回折限界まで絞ることから、高効率に２光子吸収を行わせることができることと、２光子吸収過程によりレジストの感光はビームスポットの強度分布の２乗で与えられることになり、非線形効果を利用した超解像特性を有することになり、回折限界よりもさらに微細なより小さなピットの記録が可能になる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ディスク原盤露光装置の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３８】
図１に、本発明による光記録媒体原盤の露光装置の一例の模式的な構成図を示す。この例においては、露光光源１からの光を記録情報に対応する光強度変調を行う変調手段３と、この変調手段３で変調された光を、図示の例ではディスク状の光記録媒体原盤１１上のフォトレジスト１２上に集光する集光光学系９とを設けて、フォトレジスト１２を記録情報に応じてパターン露光するものである。
【００３９】
図１において、１は超短パルスレーザよりなる露光光源、１５は後述の図２においてその一例を詳細に説明する分周光学系、４はチャ―プ補正光学系、５はビームエキスパンダ、６は後段の実施例においてその一例を詳細に説明するオートフォーカス光学系、７は１／４波長板、８ａは対物レンズ、８ｂ及び８ｃは電磁アクチュエータを示す。１ａ、１ｂ及び１ｃはミラーである。また、光記録媒体原盤１１は、載置台１０に固定される。載置台１０は、この例では回転手段１４により矢印ａで示すように回転されて、また集光光学系９が、図示しないが例えば移動光学テーブル上に配置されることによって光記録媒体原盤１１の半径方向に移動するようになされて、光記録媒体原盤上の全面にわたって、露光用光が照射され得るようになされている。
【００４０】
図２Ａに、分周光学系の一例の概略構成図を示す。図２Ａにおいて、６０及び７０はそれぞれ分周回路を示す。超短パルスレーザよりなる露光光源から出射された光Ｌ１１は、ビームスプリッタ６１により５０：５０に分離される。この光がｓ偏光とすると、ビームスプリッタ６１を透過した光が透過する偏光ビームスプリッタ６７を配置する。ビームスプリッタ６１により反射された光は、レンズ６２、ミラー６３及び６４、レンズ６５を介して１／２波長板６６に入射されてｐ偏光とされ、偏光ビームスプリッタ６７により完全反射される。
同様に、分周光学系７０において、ビームスプリッタ７１、分周光学系６０から出射された光Ｌ１２は、ビームスプリッタ７１により５０：５０に分離される。この光がｓ偏光とすると、ビームスプリッタ７１を透過した光が透過する偏光ビームスプリッタ７７を配置する。ビームスプリッタ７１により反射された光は、レンズ７２、ミラー７３及び７４、レンズ７５を介して１／２波長７６に入射されてｐ偏光とされ、偏光ビームスプリッタ７７により完全反射される。
【００４１】
ここで、レンズ６２及び６５、７２及び７５はアフォーカル（　望遠鏡）　系を成し、双方のビームパラメータを一致させるように配置される。１／２波長板６６、７６は、その光軸を４５°回転して設置され、上述したように偏光ビームスプリッタ６７、７７により全反射されるように入射光の偏光面を９０°回転させるものである。
また、ミラー６３及び６４、７３及び７４は、直角プリズムや、コーナーキューブで置き換えることもできる。
【００４２】
分周光学系６０において、入射光Ｌ１１をビームスプリッタ６１により分割した２つの光の光路長の差を適切に選定することによって、光遅延回路が構成される。このビームの光路長の差は、パルスの通過時間が、入射光Ｌ１１のパルス列の間隔（すなわち超短パルスレーザの繰り返し周波数の逆数）の１／２に等しくなるように精度良く調整されることによって、図２Ｂにおいて、パルス列の変換過程を模式的に示すように、入射したパルス列ｐ１１を、間隔が１／２とされ、すなわち周波数が２倍とされたパルス列ｐ１２に変換することができる。
【００４３】
例えば、繰り返し周波数を６６ＭＨｚとするとパルス列の間隔は１５．１５２ｎｓ（１０−９秒）となり、光路長は２．２７１２ｍとなる（光速＝２．９９８×１０８　ｍ／ｓ）。
また、ビームスプリッタ６１の代わりに、光軸を２２．５°入射パルスレーザ光の偏光面に対して回転して配置した１／２波長板を設けて偏光面を４５°回転させ、偏光ビームスプリッタと組み合わせてもよい。
【００４４】
更にこの分周光学系６０の後段の分周光学系７０において、光路長差を、このパルス列ｐ１２の間隔の１／２に等しくなるように精度良く調整することによって、図２Ｂに示すように、分周回路６０から出射されたパルス列ｐ１２の間隔が更に１／２とされたパルス列ｐ１３を出射させることができる。この場合の光路差は１．１３５６ｍである。
【００４５】
このようにして得られたパルス列は、分周回路６０を通過するとピークパワーが１／２、繰り返し周波数が２倍のパルス列に分周され、分周回路７０を通過するとピークパワーが１／４、繰り返し周波数が４倍のパルス列に分周される。前述の６６ＭＨｚの超短パルスレーザを入射すると、繰り返し周波数は２６４ＭＨｚとなる。ただし、各々のパルスｐ１２及びｐ１３の偏光面は、互いに９０°傾いた水平偏光と垂直偏光になるが、露光装置及び露光方法としては直接的な影響はない。
【００４６】
この超短パルスレーザ光源及び分周光学系によるパルス信号の模式的な波形を図３Ａに、またパルス信号を上述の変調手段３によって、記録情報の信号波形Ｓに重畳させた状態の模式的な波形を図３Ｂ示す。図３Ａに示すように、パルスＰの間隔を適切に選定して、その周波数を図３Ｃに示す記録情報のクロック信号Ｃの１倍以上２０倍以下、図示の例では２倍の周波数として、図３Ｂに示すように、記録情報の信号Ｓに重畳させる。図３Ｂにおいては、パルス波形を破線Ｐ’として示す。このように、パルス列の繰り返し周波数が記録情報のクロック周波数の１倍以上２０倍以下の整数倍の場合は、以下に示すように、超短パルスレーザに外部同期機構を設けることにより、記録情報と同期した露光を行って、記録情報に対応してフォトレジストのパターン露光を行うことができる。
【００４７】
図４に、本発明の実施の形態に用いて好適な外部同期機構及び露光光源の一例の模式的な概略構成図を示す。図４において、３０は例えばＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ　を利用した超短パルスレーザ光源、５０は外部同期機構を示す。
まず、超短パルスレーザ光源３０には、半導体レーザ（　図示せず）　等の励起光Ｌｉ０　がレンズ３１、球面ミラー３２を介してＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ　等のレーザ媒質３４に入射される。レーザ媒質３４から出射された光は球面ミラー３３に反射され、さらに高反射ミラー３５に反射された後分散補償プリズム３６ａ及び３６ｂに入射される。そしてスリット３７を介して高反射ミラー３８によって反射される。そして再びスリット３７を通過して、分散補償プリズム３６ｂ及び３６ａ、高反射ミラー３５、球面ミラー３３を介してレーザ媒質３４に戻される。露光用光としては、レーザ媒質３４から球面ミラー３２に戻った光を出力窓（出力カプラー）３９、ビームスプリッタ４０を介して出射光Ｌｉ２　として外部に取り出す。
【００４８】
そしてこの外部同期機構においては、ビームスプリッタ４０で一部の出力光を高速のフォトダイオード等よりなる光検出器４１で検出する。そして、この光検出器４１からの出力、すなわちレーザパルス発振による電気信号と、光記録媒体に記録する情報信号出力装置のクロック信号発生器４２の出力とを位相検出器４３で位相比較する。ここで、クロック信号の２以上の整数倍とする場合は、クロック信号発生器４２の信号の整数倍のクロック信号との位相比較を行う。そして、位相検出器４３から出力した信号をＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋ　Ｌｏｏｐ）　回路等よりなる制御部４４に入力して、所定の制御量に変換した制御信号を、ピエゾ駆動部４５に入力して、前述の高反射ミラー３８に固定したピエゾ素子４６を光軸方向に微小移動させて、レーザ共振器の共振器長を微調整することができる。なお、この例における共振器長は、球面ミラー３２から高反射ミラー３８にいたる光路の長さとなる。
【００４９】
このような構成とすることによって、記録情報のクロック信号とレーザの発振パルスとの間のジッターは１ｐｓ以下にすることができる。
そして情報記録信号の光変調器駆動信号も、クロック信号に同期して送信されるので、超短パルスレーザのパルス発振とはタイミングが取れることとなる。超短パルスレーザ光源の繰り返し周波数をクロック信号の１倍、すなわち同期させる場合、フォトレジストには例えば（１，７）　変調コードを用いて記録される時は、２Ｔ　最短ピットには２パルスが照射される。もしクロック信号の２倍の周波数、前述のＢｌｕ−ｒａｙ　Ｄｉｓｃの場合１３２ＭＨｚ　に外部同期させるときは、共振器長ＲをＲ＝ｃ／２Ｌ＝１１３６ｍｍ（ｃは光速）となるように超短パルスレーザ装置内の光学系を配置すればよく、２Ｔ最短ピットには前述の図３Ｂに示すように、４パルスが照射されることになる。
【００５０】
なお、レーザ発振の繰り返し周波数を高くして行くと、平均出力は同じでもパルスの尖頭出力が低下してしまう為、後段の高次高調波発生やレジストの２光子吸収の効率が低下してしまうので、超短パルスレーザ光源の繰り返し周波数は、クロック信号の周波数の２０倍以下に選定する。
また、繰り返し周波数をクロック信号の周波数の１０倍以上の整数倍とするときに、クロックとのずれを周期の１／１０以下とし、再生信号のジッターを１０％以下とすることができる場合は、外部同期機構を設けることなく、露光することができる。
【００５１】
また本発明は、上述の構成において、露光光源１と変調手段３との間に、図１に示すように、超短パルスレーザ光源を励起光源として非線形光学素子を用いた波長変換によって短波長化された光を出射する高次高調波発生手段２を設ける構成とする。
【００５２】
この高次高調波発生手段２の一例の模式的な構成を図５に示す。
図５において２６は第２高調波（ＳＨＧ）発生部、２７はディレーラインユニット、２８は第３高調波（ＴＨＧ）発生部をそれぞれ示す。第２高調波発生部２６に入射された光Ｌｉは、集光用レンズ１９ａを介して非線形光学結晶２０に入射し、集光レンズ１９ｂを介してハーモニックセパレータ２１ａで反射されてＬ２−１　として取り出されるか、またはこのハーモニックセパレータ２１ａを設けない場合はディレーラインユニット２７に入射される。
【００５３】
ディレーラインユニット２７に入射された光は、ハーモニックセパレータ２１ｂにより基本波Ｌ１　と第２高調波Ｌ２−２　とに分割される。基本波はミラー２２ａ、２２ｂにより反射されて第３高調波発生部２８に入射され、第２高調波Ｌ２−２　は、１／２波長板２３を介してミラー２２ｃ、２２ｄ、２１ｃにより反射されて第３高調波発生部２８に入射される。
【００５４】
例えば、Ｆ．Ｒｏｔｅｒｍｕｎｄ，ｅｔ　ａｌ：“Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｏｕｒｔｈ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｏｆ　ａ　ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ　Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ　ｌａｓｅｒ”Ｏｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｊｕｌｙ　１，１９９８，Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．１３，ｐ１０４０　にあるように、前述の中心波長が８００ｎｍのＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ超短パルスレーザ（くり返し周波数８２ＭＨｚ、パルス幅８５ｆｓ、平均出力１．９Ｗ）を用い、非線形光学結晶ＬｉＢ３　Ｏ５　（ＬＢＯ）のタイプＩのクリティカル位相整合を用いた第２高調波発生（ＳＨＧ）装置を用いることで、中心波長が４００ｎｍ、パルス幅は群速度分散により多少拡がるが例えば１００ｆｓ、平均出力６００ｍＷの超短パルスレーザ光を得ることができる。
【００５５】
第２高調波発生においてタイプＩの位相整合を用いる場合は、基本波と第２高調波の偏光面は９０°回転している為、例えば図５に一例を示すように、タイプＩの位相整合を用いる第２の非線形光学結晶２４に入射する前に基本波Ｌ１　に揃える１／２波長板２３を設けることによって、第２高調波Ｌ２−２　の偏光面を基本波に合わせることができる。
【００５６】
また、第１の非線形光学結晶２０内での波長分散により、基本波Ｌ１　に遅れて第２高調波Ｌ２−２　が出射する為、上述のディレーラインユニット２７によって、第２の非線形光学結晶２４に入射する前に基本波Ｌ１　を遅延させる。遅延させる手段はハーモニックセパレータ２１ｂによって両波を分離し、基本波Ｌ１　の光路長のみを遅延時間に相当する長さだけ長くして再び合波することによってなされる。
【００５７】
そして図５に示すように、第３高調波発生部２８において、合波を非線形光学結晶２４に入射させて、和周波混合により第３次高調波Ｌ３　を外部に出射させる。１９ｃ及び１９ｄは集光レンズ、２１ｄはミラー、２５はビームストッパ、Ｌｏは不要光を示す。
なお、各レンズ１９ａ〜１９ｄは、結晶内でのビーム強度を高くし、変換効率を向上させる為に配置されている。
【００５８】
超短パルスレーザ光の場合尖頭出力は非常に高く、２次の非線形光学現象である第２高調波発生はレーザの強度に比例してその変換効率が大きくなるので、シングルパス、則ち非線形光学結晶を１　回通過する光路設定でも、高い効率が得られる。但し、超短パルスレーザを用いた高次高調波発生の場合、非線形光学結晶の群速度分散がある為、結晶が厚いと群速度不整合が生じ、有効な波長変換が行われない。例えばＬＢＯの結晶長は、パルス幅が１００ｆｓ、中心波長が８００ｎｍの場合、１．５ｍｍ以下とする必要がある。
【００５９】
さらに上述の第３高調波発生部２８において、例えば中心波長８００ｎｍの基本波と上述の高次高調波発生手段から出射される例えば中心波長４００ｎｍの第２高調波との和周波混合（ＳＦＭ）によって、中心波長２６７ｎｍ、パルス幅１１５ｆｓ、平均出力１５０ｍＷ程度の超短パルスレーザ光を得ることができる。この和周波混合は第２高調波発生と同様、２次の非線形光学現象であり、例えば非線形光学結晶ＢＢＯのタイプＩのクリティカル位相整合を用いることができるが、その結晶長さも上述の理由により０．３ｍｍ以下とすることが必要となる。
【００６０】
更に和周波混合用の非線形光学結晶（ＢＢＯ）を追加することによって４次高調波発生が可能であり、波長２０４ｎｍの光源を得ることが可能となる。パルス幅３４０ｆｓ、平均出力１５ｍＷが得られている。したがって、波長としては４次高調波の光まで、十分な平均出力パワーをもって、本発明の光記録媒体原盤露光装置及び光記録媒体原盤の露光方法に適用して露光光源として用いることができる。
【００６１】
上述したように本発明においては、高繰り返し周波数のパルス発振を用いる場合、そのパルス幅（ＦＷＨＭ）を少なくとも１　ｐｓ（１　×１０−１２　秒）以下とするものであるが、このようにパルス幅を規定することによって、効率よく２光子吸収を起こすことができた。
【００６２】
また、本発明において、フォトレジストの吸収ピーク波長を露光光源の波長の半分以下とすることにより、次のような効果が得られる。
上述したように、フォトレジストとして、露光光源の波長域では透明で、その半分の波長において吸収を有するような材料を用いることによって、通常の吸収（１光子吸収）を効率よく抑制することができる。
２光子吸収では光子を２個同時吸収し、光子１個の持つエネルギーの２倍のエネルギーだけ上の準位にレジストの電子を遷移させる。吸収スペクトルで言えば露光光源の波長の半分の波長の光（１光子）で励起する場合に相当することから、２光子吸収用のレジストは吸収ピーク波長を露光光源の波長の半分以下とすることにより、効率よく２光子吸収を発生させ、より微細なパターン露光を行うことができる。
【００６３】
そして、フォトレジストの全厚さにわたる露光を行う場合は、露光光源の半分の波長がフォトレジストの吸収ピークよりやや長波長側に存在することが望ましい。
例えばフォトレジストの厚さを１００ｎｍ程度とするＣＤ用等の原盤を露光する場合、吸収ピーク波長での吸収係数に対して、数％程度の吸収係数となる露光光源およびフォトレジストを選定するとレジストの表面近傍のみで２光子吸収されず、全厚さにわたる吸収を生じさせることができる。また、フォトレジストの厚さが、４０ｎｍ程度とされるＢｌｕ−ｒａｙ　Ｄｉｓｃ用等の原盤では、１０％程度の吸収係数となる露光光源及びフォトレジストを選定することによって、同様にレジストの全厚さにわたる吸収を生じさせ、現像後に原盤用基板の表面を露出させるパターン露光を行うことができることとなる。
【００６４】
なお、前述のいずれの光源を用いるにせよ注意するべき点として、超短パルスレーザ光のバンド幅（ＦＷＨＭ）δλは、例えばパルス幅δｔが１００ｆｓで、ｓｅｃｈ２　形のフーリエ変換限界パルスである場合、δλ・δｔ＝０．３１５・λ２　／ｃ（ｃ：光速）であり、δλ＝　６．７ｎｍとなる。従って、ＮＡ０．５以上の高ＮＡレンズを用いる場合、対物レンズには色消しレンズ例えば顕微鏡等で用いられるアポクロマートレンズを用いる必要がある。また、色収差は屈折系でのみ起こるもので、非球面の凹面鏡を用いた集光光学系を用いることでも上記の問題は回避することができる。
【００６５】
また本発明においては、集光光学系から出射されレジストに集光されたビームスポットをビーム走査方向に長円化する。これにより、照射される光量分布が拡がり平均化されて、グルーブなどの線状のパターンが容易に得られることとなる。
ビームスポットを長円状とするためには、例えば図１において説明したビームエキスパンダ５がアナモルフィックな光学系、即ち、ビームの走査方向に対し垂直な方向のビーム径の方がより拡大されるものであればよい。
具体的には、シリンドリカルレンズ、シリンドリカル凹面鏡、アナモルフィックプリズムなどを用いてビーム拡大率の比を数倍程度にすることが望ましい。
【００６６】
また、前述の図１において説明した光強度変調用の変調手段としては、記録情報信号によって変調された圧電素子で駆動された音響光学素子内の超音波で光がブラッグ回折することを利用した音響光学効果、あるいは、記録情報信号によって変調されたポックルス効果を利用する電気光学変調素子が適している。
【００６７】
前述のレンズ、波長板、光変調器など全ての光学素子は正の群速度分散を有する為、露光光源を出射した時点でパルス幅が最小になるように調整されていても、これらを通過した超短パルスレーザ光は光記録媒体原盤のフォトレジストに照射される時には必ずチャープし、パルス幅が拡がってしまう。
【００６８】
そこで、図１に示すチャープ補正光学系４として、負の群速度分散を有するチャープ補正光学系を用いて、露光光源出射後の超短パルス光に事前に負にチャープを与え、これを相殺することで、レジスト上で最短パルスが得られるようにする必要がある。このチャープ補正光学系４としては、分散プリズムペアやグレーティングペア、チャープミラーを用いることができる。
【００６９】
またパルス幅の調整の際必要なパルス幅の計測には、従来の２次高調波発生法を用いた自己相関器によって行うことができる。
【００７０】
【実施例１】
次に、本発明の光記録媒体原盤露光装置の一例について図１を参照しながら説明する。この例は、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ超短パルスレーザ光源よりなる露光光源１と、この超短パルスレーザを励起光源とする高次高調波発生手段２と、この高次高調波発生手段２から出射された光を分周する分周光学系１５と、この分周光学系１５から出力されたパルスが各種の光学部品を通過する際に被る正の群速度分散を予め補正する負の群速度分散を有するチャープ補正光学系４と、これからの出射光を供給されるデータに応じた電気的なパルス信号で高速にスイッチングして光強度変調を行う変調手段としての変調手段３と、この変調手段３で変調された光を回折限界のスポットサイズに集光してフォトレジスト１２が塗布された光記録媒体原盤１１上に照射する集光光学系９とビームエキスパンダ５が設けられている。
【００７１】
超短パルスレーザ光源には、繰り返し周波数が前述のＢｌｕ−ｒａｙ　Ｄｉｓｃのクロック周波数と同じ１２８ＭＨｚで、中心波長８１６ｎｍ、パルス幅８０ｆｓ、平均出力０．８ＷのＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ　レーザ、すなわちＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ　を図４において説明したレーザ媒質３４として用いる超短パルスレーザを用いた。
【００７２】
そして前述の図５において説明した高次高調波発生手段３を用いて、波長４０８ｎｍの第２高調波または波長２７２ｍの第３高調波を発生させた。この例では、図３に示す第２高調波発生部２６の非線形光学結晶２０としては、タイプＩの位相整合するＬＢＯ結晶を用いた。また第３高調波発生部２８の非線形光学結晶２４にはタイプＩのＢＢＯを用いた。各種レンズ１９ａ〜１９ｄは、結晶内でのビーム強度を高くし、変換効率を向上させる為に配置されている。第２高調波光は平均出力３００ｍＷ、パルス幅（ＦＷＨＭ）１００ｆｓ、第３高調波光は平均出力６０ｍＷ、パルス幅は１ｐｓ以下の１２０ｆｓとして出射光を取り出すことができた。
【００７３】
そして、分周光学系１５としては、前述の図２において説明した分周回路６０及び７０を設けた４分周の光学系を設けた。この分周光学系１５を通過させることにより、繰り返し周波数を５２８ＭＨｚ、平均パワー１５ｍＷの出力を得ることができ、本実施例では、外部同期機構を設けることなく、パルスレーザ光を記録情報のクロック信号と重畳させて、良好な形状をもってパターン露光を行うことができた。
この場合、第１段の分周回路６０では光路差を１．１３５６ｍとし、アフォーカル系のレンズ６２、６５を焦点距離３００ｍｍのものとした。第２段の分周回路７０では、光路差を０．５６７８ｍ、レンズ７２、７５を焦点距離１６０ｍｍのものとした。パルス光の分離にはハーフミラーを用い、２次高調波４０８ｎｍ用の０次オーダーの１　／２波長板と、合波用に偏光ビームスプリッタを用いた。光路長の調整にはマイクロメーター付きのステージに２つの反射ミラーを載せて行った。超短パルスレーザを１．２ＧＨｚの帯域を持つ光速フォトディテクタで検出しスペクトラムアナライザで計測しながら、中心周波数が５２８ＭＨｚでバンド幅が最も狭くなるように調整した。
【００７４】
チャープ補正光学系４としては、Ｂｒｅｓｗｓｔｅｒ　プリズム−ペアを用いた。
ミラー１ａで９０°反射されて変調手段３に送られる。変調手段３の光強度変調器としては、信号変調帯域８０ＭＨｚの電気光学素子ＥＯＭを用いた。この変調手段３には、図示しないが光記録媒体原盤に記録するデータが電気的なパルス信号を発生する、いわゆるフォーマッタからピット記録信号が供給される。このデータに応じて光が変調される。
【００７５】
この光変調された光がミラー１ｂで９０°反射されビームエキスパンダ５、オートフォーカス光学系６の例えば偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳという）６ａを介して１／４波長板７を通過させ、ミラー１ｃで９０°反射させた後、高い開口率ＮＡを有する対物レンズ８ａを透過させて予めフォトレジスト１２が塗布された光記録媒体原盤１１に照射される。
フォトレジスト１２としては、例えば、ｉ線用レジスト（ＪＳＲ（株）ＰＦＲＩＸ１１１０Ｇなど）、ＫｒＦレーザマスタリング用レジスト（日本ゼオン（株）ＤＶＲ−１００など）を用いることができる。
【００７６】
このとき、対物レンズ８ａは入射光、例えば波長λ＝２６７ｎｍ用に収差補正された高開口数ＮＡ値を有するレンズを用い、回折限界までビームを絞って照射している。この対物レンズ８ａは、材質がこの波長領域の光を十分透過する合成石英や螢石等で構成された色消し対物レンズを用いた。また、光記録媒体原盤１１は、スピンドルモータ等の回転手段１３により矢印ａで示す方向に回転する載置台１０上に固定される。
【００７７】
一方、高次高調波発生手段２は、波長λ＝２７２ｎｍの第３高調波光を出射すると共に、第２高調波の波長λ＝４０８ｎｍの光を同時に出射している。この光の光路も上述した各光学素子を通過する光路であり、光記録媒体原盤１１に照射される。
光記録媒体原盤１１から反射された戻り光は、対物レンズ８ａ、ミラー１ｃ、１／４波長板７を介してＰＢＳ６ａに入射される。ここで、この戻り光は、１／４波長板７を２回通過しているため、ＰＢＳ６ａで反射されてしまう。これによって、オートフォーカス光学系６のＰＢＳ６ａは、戻り光を波長選択素子６ｂを介してフォーカス誤差量検出素子６ｃに送る。波長選択素子６ｂは、露光波長である第３高調波の光もＰＢＳ６ａで相当量反射されるので多層干渉膜等を利用して露光波長の光を遮断するためのものである。
【００７８】
フォーカス誤差量検出素子６ｃは、例えば非点収差法等を用いて露光用の光が光記録媒体原盤１１上に合焦するときのベストフォーカス位置からの位置ずれ量を光学的に検知し、この検知量を電気信号に変換する。この検出した電気信号がオートフォーカスサーボ系６の一部をなす駆動制御部６ｄに供給される。
ここで、上述の非点収差法では、円筒レンズを検出レンズの後方に配置する構成にして非点収差を積極的に利用して光検出器で検出する方法である。この円筒レンズは、単一方向のみのレンズ作用を有し、この単一方向と直交する方向に対して平行平板と同じ作用しか持たないので、検出レンズとこの円筒レンズの合焦位置以外では収束せず、細いビーム像が結像することによりフォーカスエラー信号を検出している。このフォーカスエラー信号をゼロにするように制御することによって対物レンズのフォーカスを最適な位置に保つようにしている。
【００７９】
駆動制御部１１ｃでは、電気信号に基づいて位置ずれを補正する駆動信号を生成して対物レンズ８ａを上下に微動させる電磁アクチュエータ８ｂ、８ｃに出力する。電磁アクチュエータ８ｂ、８ｃは、駆動信号で対物レンズ８ａを矢印ｂで示す上下方向に、すなわちフォトレジストに近接または離間する方向に微小移動させることによって、光記録媒体原盤１１の合焦位置を最適な位置に自動的に調整して損失を抑えて露光することができる。
【００８０】
ここで、例えばレーザ光のスポットサイズが対物レンズとして開口数ＮＡ＝０．９の無収差レンズを使用した場合、エアリーディスク（ａｉｒｙ　ｄｉｓｃ　）としては０．３６μｍまで絞ることができた。したがって、２光子吸収過程を発生させることによって、０．３６×（１√２）≒０．２５（μｍ）のスポットサイズに相当する露光を行うことができた。
【００８１】
またこのとき、上述したようにビームエキスパンダ５をアナモルフィックな光学系とすることによって、ビームの走査方向に拡大して長円化されたスポット形状とすることによって、グルーブ幅は従来と比較して微細なパターンとしてグルーブパターンを露光することができた。
【００８２】
このように形成したレーザ光を回転手段１３により光記録媒体原盤１１上で回転走査させ、同時に対物レンズを含む光学系をディスク中心（　原盤中心）　から半径方向に移動させることにより、スパイラル状にビームを原盤上で走査させ、フォトレジストを露光して高密度にピットを形成することができる。
なお、フォトレジスト１２としては、上述のｉ線用などのほか、ｇ線用あるいはｉ線用のポジ型レジストを用い得る。レジストの感光はフォトンモード記録であることから高繰り返し周波数の超短パルス光の場合も単位面積当たりフォトン数の積算量で感光量は決定される。本発明によれば、連続光照射の場合と異なり、サーマルモードを介することがほとんどない。即ち、不要なレジストの温度上昇による膨張や反応速度変化を抑制することができ、より微細なピットの形成が可能になる。
【００８３】
上述の実施例１では、中心波長８１６ｎｍの場合に関して述べたが、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ　超短パルスレーザは７６０ｎｍから発振可能で、この場合、前述と同様な手段（中心設計波長は全て変更する必要有り）で、３８０ｎｍの第２高調波光、２５３ｎｍの第３高調波光を利用することができる。但し効率は多少低下する為、超短パルスレーザ光源のレーザ媒質を励起する励起用グリーンレーザの出力を上げる必要がある。
【００８４】
また、さらに和周波混合用の非線形光学結晶（例えばＢＢＯ）を追加することによって、４次高調波（波長２００ｎｍ近傍）を発生させることができた。この場合、ビームのスポットサイズとしては、開口数ＮＡ０．９の無収差対物レンズを用いて０．２８μｍのエアリースポットが得られた。従って、０．２８×（１／√２）≒０．２（μｍ）のスポットサイズに相当する露光を行うことができる。この場合、高感度のレジストとして、ＫｒＦレーザ（　波長２４８ｎｍ）　またはＡｒＦレーザ（波長１９２ｎｍ）用のレジストを適用することができる。
【００８５】
また上述の実施例１においては、高次高調波発生手段として第３高調波発生手段を例に説明したが、図５において説明した高次高調波発生手段は、第２高調波発生部と和周波混合部がそれぞれ独立に分離されているので、第２高調波を露光光源として用いることもできる。この場合第２高調波発生のほうが第３高調波発生に比べ変換効率が高く、同じ励起用のレーザパワーで高い露光パワーを得ることができるだけでなく、レーザ光の波長が可視光域に近く、多種の硝材を用いることができ、レンズ設計が容易であり、また光学素子の制限も低減する。
【００８６】
【実施例２】
次に、本発明にかかる実施例２について説明する。
この例では、光記録媒体原盤露光装置の構成は上述の実施例１の場合と全く同様であるが、この例において露光光源として繰り返し周波数６６ＭＨｚ、中心波長８１６ｎｍ、パルス幅８０ｆｓ、平均出力１．５ＷのＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ　をレーザ媒質とした超短パルスレーザ光源を用いた。そして高次高調波のレーザパワー強度を高めるために、各非線形光学結晶の手前にある集光レンズの焦点距離をより短くし、ビームスポット径を小さくして波長変換効率を高めている。
【００８７】
そしてこの例においては、分周光学系５として、２分周光学回路のみを用いた。すなわち、前述の図２において説明した分周回路６０のみを、高次高調波発生手段２とチャープ補正光学系４の間に設ける構成とした。この分周回路６０の光路差は、２．２７１２ｍと設定し、アフォーカルレンズ６２、６５の焦点距離は６００ｍｍのものを用いた。パルスビームの分離にはハーフミラーを用い、３次高調波２６７ｎｍ用の０次オーダーの１　／２波長板と、合波用に偏光ビームスプリッタを用いた。
【００８８】
第３高調波発生部２８から出射された波長２７２ｎｍ、パルス幅が１　ｐｓ以下の１３０ｆｓの超短パルス光を用いて、フォトレジストとしてＡｒＦレーザ用フォトレジストの例えばフッ素樹脂系レジストに照射したとき、レジスト面上のビームスポット内の光強度は尖頭出力にして１００ＧＷ／ｃｍ２　に及び、２光子吸収が顕著に起こり数％の吸収、即ち、レジストの露光過程である光反応を進行させることができた。そしてこの例においては、対物レンズとしてＮＡ＝０．９の無収差対物レンズを用いて０．３６μｍのエアリースポットを得ることができ、２光子吸収過程を生じさせることにより、０．３６×（１√２）＝０．２５μｍのエアリースポットサイズの露光を行うことができた。
【００８９】
レジストの感光はビームスポットの強度分布の２乗で与えられる。上述のレジストでは通常の吸収は、波長２７２ｎｍの光に対して透明であるので起こらない。２光子吸収過程のみが強度分布の高い所のみで局所的に起こる。これは、ＡｒＦレーザ（１９３ｎｍ）用レジスト（例えば日本ゼオン（株）ＺＡＲＦ００１）あるいは、ＫｒＦレーザ用レジスト（例えばＪＳＲ（株）ＫＲＦＭ８９Ｙ）などで代用することも可能である。
【００９０】
またこの場合においても、ビームエキスパンダ５をアナモルフィックな光学系とすることによって、ビームの走査方向に拡大して長円化されたスポット形状とすることによって、グルーブ幅は従来と比較して微細なパターンとしてグルーブパターンを露光することができた。
【００９１】
更にこの例においても、高次高調波発生手段を第２高調波発生と和周波混合部がそれぞれ独立に分離された図４に示す構成とすることによって、第２高調波（波長　４０３ｎｍ）を露光光源として用いることもできる。この場合使用するフォトレジストはＫｒＦ（波長　２４８ｎｍ）用またはｉ線（波長　３６５ｎｍ）用のレジストを用いるのが望ましい。
【００９２】
また、２光子吸収断面積は非常に小さい値であるので、レジストの感度を高める為、２光子吸収断面積の高い有機色素を増感剤としてレジストに添加したものを用いることができる。実施例１の場合と同様の長所があるほか、適用可能なフォトレジストの選択範囲も広がる。
【００９３】
なお、上述の実施例１においては、超短パルスレーザの繰り返し周波数を記録情報のクロック信号の周波数の２倍とし、更に４分周光学系を設けることによって、パルスの繰り返し周波数をクロック信号の周波数の８倍として、外部同期機構を設けることなく、良好な形状をもってパターン露光を行うことができた。
一方、上述の実施例２においては、超短パルスレーザの繰り返し周波数は記録情報のクロック信号の周波数の１　倍とし、分周光学系としては２分周光学系とすることによって、記録情報のクロック信号の２倍の周波数のパルスレーザ光を得て、この場合外部同期機構により露光用パルスをクロック信号に同期させることによって、良好な形状をもってパターン露光を行うことができた。
【００９４】
一方、繰り返し周波数を高くし過ぎると、尖頭出力が低下してしまい、２光子吸収を発生させにくくなり、解像度の高いパターン露光を行えない。従って、その上限としては、現状では、露光を行う光記録媒体の記録情報のクロック信号の２０倍程度とすることによって、確実に微細なパターンの露光を行うことが可能となる。
【００９５】
また、上述の実施の形態及び各実施例においては、光源手段として、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ超短パルスレーザを例にとったが、他にも様々な超短パルスレーザ光源を用いることができる。
例えばＮｄ：Ｖａｎａｄｅｔｅ　超短パルスレーザは半導体レーザ励起可能で、半導体可飽和吸収ミラー（ＳＥＳＡＭ）　を採用した中心波長１０６４ｎｍ、パルス幅７ｐｓ、平均出力数Ｗ　で繰り返し周波数２５ＭＨｚから１ＧＨｚのものが市販されている。中心波長９１７ｎｍのものも入手可能である。レーザ媒質としても、Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＬＦ等を用いることができる。また、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓなどの固体レーザ媒質を用いた超短パルスレーザでは、パルス幅１００ｆｓ以下、中心波長８５０ｎｍ、１０５８ｎｍである。
【００９６】
また、高次高調波発生手段において、和周波混合や第２高調波発生、第４高調波発生等を含み非線形結晶光学素子には、ＢＢＯの他にＫＤＰ、ＫＴＰ、ＬＮまたこれらの周期分極反転型ＫＴＰ（ＰＰＫＴＰ）やＰＰＬＮ、ＬＢＯ、ＬｉＩＯ３　、ＣＢＯ等がある。
【００９７】
さらに、これまで微小ピット及びグルーブの露光を例に説明を行ってきたが、従来方法の連続光光源と同様に扱うことができることから、微小ピット及びグルーブの形成のみならず、音響光学効果あるいはポックルス効果を利用した光偏向器を用いてウォブリングアドレスの形成なども同様に行うことが可能である。
【００９８】
またさらに、本発明はディスク状の光記録媒体原盤用の露光装置及び露光方法に限るものではなく、図１において示す回転手段１３替わりに、高精度のリニアアクチュエータを用いたＸ　−Ｙ　直線走査系のレーザ描画装置や、これらの回転系やＸ　−Ｙ　直線走査系に加えｚ方向のスライド機構を備えた３次元微細加工装置にも適用されるものである。
【００９９】
【発明の効果】
本発明に係る光記録媒体原盤露光装置及び光記録媒体の露光方法では、露光光源から出力された超短パルスレーザ光またはこれを励起光源とした高次高調波発生手段から出力される短波長の超短パルスレーザ光を、光記録媒体に記録する情報信号のクロック周波数に対応させてパルスの繰り返し周波数を分周光学系、もしくは分周光学系と外部同期機構を用いて調節することによって、クロック信号に対応した良好な形状のパターン露光を行うことができて、再生信号のジッターを１０％程度以下に抑えた光記録媒体を得ることができる。特に、高次高調波発生手段により短波長化したパルスレーザを用いることによって、２光子吸収過程を発生させて、従来に比し微細な０．２５μｍ以下程度のピットなどのパターン露光を高精度に行うことができる。
【０１００】
また本発明において、分周光学系を、偏光ビームスプリッタと光遅延回路とより構成してこの分周光学系を超短パルスレーザより成る光源の後段に設けることにより、パワーの損失が少なく高効率で有効なレーザ光の利用が可能となる。
また高次高調波発生手段を設ける場合はその後段にこの分周光学系を設ける構成とすることにより、高次高調波発生手段においては超短パルスレーザからの尖頭出力の比較的高いレーザ光を利用することができ、最終的に露光用光として得られるパルスレーザ光の尖頭出力を確保することができる。
【０１０１】
また、超短パルスレーザのパルス幅を１×１０−１２　秒以下とすることで２光子吸収過程をより効率よく発生させることができ、露光光源の波長の回折限界以下のより微細なピット形成を可能とする。
【０１０２】
さらに、本発明において、光記録媒体原盤に照射するレーザ光のビームスポットを長円状とすることによって、グルーブ等の走査方向に延在するパターンの信号も、良好な形状をもって、パターン露光することができる。
【０１０３】
このような本発明によれば、前述したような高開口数のＳＩＬを用いたニアフィールド光学系ではなく、ファーフィールド光学系を採用できる為、ワーキングディスタンスを十分広く取ることができ露光時の回転数を高くすることにより、生産性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光記録媒体原盤露光装置の一例の模式的な構成図である。
【図２】Ａは分周光学系の一例の模式的な構成図である。Ｂはパルス列の一例の模式的な波形の説明図である。
【図３】Ａは超短パルスレーザ光のパルス波形の模式的な説明図である。Ｂは情報信号の波形及び超短パルスレーザ光のパルス波形の模式的な説明図である。Ｃはクロック信号のパルス波形の模式的な説明図である。
【図４】外部同期機構の説明図である。
【図５】高次高調波発生手段の一例の模式的な構成図である。
【図６】フォトレジストにおけるエアリースポットの吸収量を示す図である。
【符号の説明】
１…露光光源、１ａ…ミラー、１ｂ　…ミラー、１ｃ　…ミラー、２…高次高調波発生手段、３…変調手段、４…チャープ補正光学系、５…ビームエキスパンダ、６…オートフォーカス光学系、６ａ　…偏光ビームスプリッタ、６ｂ　…波長選択素子、６ｃ…フォーカス誤差量検出素子、６ｄ　…駆動制御部、７…１／４波長板、８ａ…対物レンズ、８ｂ…、電磁アクチュエータ、８ｃ…電磁アクチュエータ、９…集光光学系、１０…載置台、１１…光記録媒体原盤、１２…フォトレジスト、１３…回転手段、１５…分周光学系、１９ａ　…レンズ、１９ｂ…レンズ、１９ｃ…レンズ、１９ｄ　…レンズ、２０…非線形光学結晶、２１ａ…ハーモニックセパレータ、２１ｂ…ハーモニックセパレータ、２１ｃ…ハーモニックセパレータ、２１ｄ…ハーモニックセパレータ、２２ａ…高反射ミラー、２２ｂ…高反射ミラー、２２ｃ…高反射ミラー、２２ｄ…高反射ミラー、２３…１／２波長板（ＨＷＰ）、２４…非線形光学結晶、２５…ビームストッパ、２６…第２高調波（ＳＨＧ）発生部、２７…ディレーラインユニット、２８…第３高調波（ＴＨＧ）発生部、３１…レンズ、３２…球面ミラー、３３…球面ミラー、３４…レーザ媒質、３５…高反射ミラー、３６ａ…分散補償プリズム、３６ｂ…分散補償プリズム、３７…スリット、３８…高反射ミラー、３９…出力窓、４０…ビームスプリッタ、４１…光検出器、４６…ピエゾ素子、６０…分周回路、６１…ビームスプリッタ、６２…レンズ、６３…ミラー、６４…ミラー、６５…レンズ、６６…１／２波長板、６７…偏光ビームスプリッタ、７０…分周回路、７１…ビームスプリッタ、７２…レンズ、７３…ミラー、７４…ミラー、７５…レンズ、７６…１／２波長板、７７…偏光ビームスプリッタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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