專利名稱：曝光設(shè)備與曝光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種曝光設(shè)備和一種曝光方法，所述曝光方法適用于例如形成光盤的光盤原版的曝光設(shè)備。波長為300nm或更短的SHG曝光激光束經(jīng)調(diào)制裝置調(diào)制，且利用數(shù)值孔徑為1．0或更大的物鏡通過鄰近效應(yīng)加到光盤原版上，據(jù)此得到記錄密度基本上大于常規(guī)光盤的記錄密度的光盤。根據(jù)本發(fā)明，可在這種光盤的光盤原版上進(jìn)行曝光。
通常，在光盤生產(chǎn)中，曝光設(shè)備對(duì)光盤原版曝光，然后對(duì)光盤原版顯影而制備母盤，再用母盤制備壓模以大量生產(chǎn)光盤。
圖6是俯視這類曝光設(shè)備的平面圖。在該曝光設(shè)備1中，曝光激光束對(duì)光盤原版2曝光，由此在光盤原版2上形成相應(yīng)于坑與槽的潛象。
為了制備光盤原版2，要對(duì)直徑約200mm、厚幾個(gè)mm的玻璃盤進(jìn)行精密拋光，并通過旋涂光致抗蝕劑在其上形成厚約0．1μm的抗蝕劑層。作為光致抗蝕劑，施加一種對(duì)曝光激光束呈現(xiàn)足夠大靈敏度的光敏材料。光盤原版2通過夾具裝到空氣主軸，并由曝光設(shè)備1固定以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)。
作為激光器光源3，例如采用Kr離子激光器，它發(fā)射波長為413nm的激光束作為曝光激光束L1。反射鏡4和5使激光源3發(fā)射的曝光激光束L1的光路彎折并導(dǎo)入電光調(diào)制器(EOM)6。EOM 6響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)旋轉(zhuǎn)曝光激光束L1的偏振平面并發(fā)射該激光束。接著，偏振分束器7選擇性地讓曝光激光束L1中的預(yù)定偏振面分量透射出去。
半反射鏡8將偏振分束器7發(fā)射的曝光激光束L1分成兩束，受光器(photoreceptor)9接收通過半反射鏡8透射的該光束，并輸出光量檢測結(jié)果。在曝光設(shè)備1中，根據(jù)光量檢測結(jié)果校正EOM6的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由此形成一自動(dòng)光量控制電路，經(jīng)控制，使曝光激光束L1的光量保持恒定。
透鏡10聚焦半反射鏡8反射的曝光激光束L1并將它輸入聲光調(diào)制器(AOM)11，后者用響應(yīng)于一行坑的調(diào)制信號(hào)對(duì)曝光激光束L1作通／斷調(diào)制。接著，透鏡12將聲光調(diào)制器11輸出的光束轉(zhuǎn)換成平行光束并輸出。半反射鏡13將透鏡12輸出的光束分成兩束。受光器14接收這兩束中的一束并輸出接收結(jié)果，因而在曝光設(shè)備1中，可監(jiān)測聲光調(diào)制器11對(duì)曝光激光束L1的調(diào)制結(jié)果。
另一方面，凹透鏡15將半反射鏡13分束得到的兩束中的另一束輸出作為發(fā)散光線。接著，凸透鏡16將發(fā)散光線轉(zhuǎn)換成平行光束。這樣，凹透鏡15與凸透鏡16構(gòu)成一擴(kuò)束器，并在將光束直徑設(shè)置成預(yù)定值后輸出曝光激光束L1。
反射鏡17經(jīng)分束器18接收來自擴(kuò)束器的曝光激光束L1并將它射向光盤原版2。用類似于顯微鏡物鏡的透鏡形成物鏡19。如圖7所示，光路已被反射鏡17彎折的曝光激光束L1會(huì)聚在光盤原版2的抗蝕劑層上，由此形成坑潛象。
在曝光設(shè)備1這樣對(duì)光盤原版2進(jìn)行曝光時(shí)，曝光激光束L1被光盤原版2的抗蝕劑層反射，所得的返回光束沿與曝光激光束L1的光路相反的方向行進(jìn)而射到半反射鏡13上。反射鏡22、23和24依次彎折經(jīng)半反射鏡13透射的返回光束的光路，而透鏡25將反射鏡23反射的返回光束導(dǎo)向由CCD攝象機(jī)組成的成象裝置26。成象裝置接收這種反回光，據(jù)此檢測光盤原版2的抗蝕劑層上曝光激光束L1的光束結(jié)構(gòu)。根據(jù)這一配置，曝光設(shè)備1可通過觀察光束結(jié)構(gòu)來進(jìn)行監(jiān)測，以檢查聚焦控制是否準(zhǔn)確。另外，還可在聚焦控制中設(shè)置控制目標(biāo)。
在曝光設(shè)備1中，從激光源3到半反射鏡13的光學(xué)系統(tǒng)(用于處理曝光激光束L1)和從半反射鏡13到成象裝置26的光學(xué)系統(tǒng)(用于接收返回光束)，都固定在作為該曝光設(shè)備基座的光學(xué)基板上。相反地，從凹透鏡15到物鏡19的光學(xué)系統(tǒng)裝在可移動(dòng)的光學(xué)平臺(tái)29上，光學(xué)平臺(tái)29可用預(yù)定的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿光盤原版2的徑向移動(dòng)。在曝光設(shè)備1中，根據(jù)這一配置，可移動(dòng)光學(xué)平臺(tái)29隨著光盤原版2的旋轉(zhuǎn)而沿光盤原版2的周邊方向逐漸移動(dòng)，由此在光盤原版2上螺旋地形成曝光激光束的掃描軌跡，并在這一掃描軌跡上形成依據(jù)聲光調(diào)制器11的調(diào)制的坑行潛象。
在曝光設(shè)備1中，還在可移動(dòng)光學(xué)平臺(tái)29上形成一自動(dòng)聚焦光學(xué)系統(tǒng)。在自動(dòng)聚焦光學(xué)系統(tǒng)中，激光二極管30發(fā)射波長例如為680nm的激光束LF，而偏振分束器31反射此激光束LF并發(fā)射至分色鏡17。1／4波長板32對(duì)偏振分束器31發(fā)射的激光束LF加一相位差后將它射出，而分束器18將激光束LF與曝光激光束LR合成在一起后將其射向反射鏡17。這樣，在自動(dòng)聚焦光學(xué)系統(tǒng)中，將激光束LF連同曝光激光束LR都加到光盤原版2。
將光束直徑比曝光激光束LR的光束直徑小得多的激光束LF與曝光激光束LR合成在一起。另外，如此進(jìn)行合成，從而使激光束LF的光軸與曝光激光束LR的光軸分隔，而后者的光軸基本上與包括物鏡19等在內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)的光軸相一致。
根據(jù)這種配置，在自動(dòng)聚焦光學(xué)系統(tǒng)中，對(duì)于經(jīng)斜射到光盤原版2上的激光束LF在光盤原版2的抗蝕劑層上的鏡面反射而得到的返回光束，光軸位置隨物鏡19與抗蝕劑層之間的距離而改變。對(duì)于這樣得到的返回光束，當(dāng)它經(jīng)激光束LF的光路反向行進(jìn)并通過1／4波長板32透射時(shí)，自動(dòng)聚焦光學(xué)系統(tǒng)就對(duì)其加一相位差，從而偏振分束器32接著分離激光束LF。該光束又被位置檢測裝置33接收，并根據(jù)光接收位置來檢測物鏡19與抗蝕劑層之間的距離。
在自動(dòng)聚焦光學(xué)系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)激光束LF的光軸位置等，從而使返回光束在位置檢測裝置處的會(huì)聚位置變化大約是物鏡19與抗蝕劑層之間距離變化的100倍，而物鏡19沿光軸方向位移，從而進(jìn)行聚焦控制。
曝光設(shè)備1裝在空氣基板上，因而光學(xué)系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)可以不受安裝地點(diǎn)的外部振動(dòng)的影響，從而提高了曝光精度。
在以這種方式對(duì)光盤原版2進(jìn)行曝光的曝光設(shè)備1中，假設(shè)分辨率為P，P=K·(λ／NA)，其中的NA是物鏡19的數(shù)值孔徑，K是抗蝕劑特性等造成的處理因子(通常為0．8～0．9)，λ是曝光激光束L1的波長。這樣，例如在直徑為12cm、一面的信息容量為4．7GB的DVD中，運(yùn)用波長為413nm的曝光激光束和數(shù)值孔徑NA=0．9的物鏡19，制備最小坑長為0．4μm、軌道(track)間距為0．74μm的坑行潛象，以保證分辨率P=0．37μm。
隨著近年來信息／通信技術(shù)和圖象處理技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)光盤容量的提高提出了要求。
例如，在應(yīng)用與DVD(12cm)同樣直徑和同樣格式的光盤來保證一面實(shí)現(xiàn)15GB信息容量時(shí)，可通過形成最小坑長為0．22μm、軌道間距為0．41μm的坑行來保證這種容量。
在此情況下，在曝光設(shè)備中，必須根據(jù)上述的分辨率P的公式，保證相應(yīng)于該最小坑長的分辨率。關(guān)于數(shù)值孔徑NA，認(rèn)為目前的NA=0．9是透鏡設(shè)計(jì)精度的極限。這樣，縮短曝光激光束的波長并應(yīng)用波長約250nm的遠(yuǎn)紫外線輻射激光器，可保證15GB的容量。
然而，為了進(jìn)一步提高記錄容量并保證直徑為12cm的一面的信息容量為例如40GB，簡單地縮短曝光激光束L1的波長是不夠的。
就是說，為了保證直徑為12cm的一面的信息容量達(dá)到40GB，假設(shè)以與DVD相同的格式進(jìn)行記錄，就必須形成最小坑長為0．14μm、軌道間距為0．25μm的坑行。
本發(fā)明針對(duì)上述問題。相應(yīng)地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種記錄密度基本上提高的光盤的曝光設(shè)備與曝光方法。
在權(quán)項(xiàng)1或12的結(jié)構(gòu)中，使用了波長為300nm或更短的SHG曝光激光束，從而可發(fā)射短波長激光束，并且可使用小尺寸光源發(fā)射適用于曝光的激光束。另外，利用數(shù)值孔徑為1．0或更大的物鏡，通過對(duì)光盤原版的近場效應(yīng)把曝光激光束加到光盤原版上，可形成微細(xì)得多的潛象，并對(duì)用于記錄密度基本上提高的光盤的光盤原版進(jìn)行曝光。


圖1是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的曝光設(shè)備的平面圖；圖2是示出圖1的曝光設(shè)備中的自動(dòng)光量控制機(jī)構(gòu)的方框圖；圖3是示出圖6的曝光設(shè)備中的物鏡周圍的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖4是示出聚焦控制的示意圖；圖5是示出返回光束光量變化的特性曲線圖；圖6是示出常規(guī)曝光設(shè)備的平面圖；及圖7是示出圖6的曝光設(shè)備的操作的透視圖。
現(xiàn)參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
(1)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖1是示出依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的曝光設(shè)備的平面圖。在此曝光設(shè)備41中，用激光源43發(fā)射的波長為266nm的曝光激光束通過近場記錄(NFR)對(duì)光盤原版2進(jìn)行曝光。在該曝光激光束設(shè)備41中，用同一標(biāo)號(hào)表示與參照?qǐng)D6所述的曝光設(shè)備的元件相同的元件，并省去對(duì)這些元件的描述。
在激光源43中，SHG光源44使YAG激光〔波長為1064nm〕射到內(nèi)置的二次諧波發(fā)生(SHG)晶體并發(fā)射比原來加倍的諧波，從而發(fā)射波長為532nm的激光束。反射鏡46與47彎折該激光束的光路，讓它射到外部諧振器48上。
在外部諧振器48中，相互相對(duì)的半反射鏡49A與49B及反射鏡49C與49D形成一光學(xué)諧振器，而在這4塊反射鏡49A到49D中，由音圈電動(dòng)機(jī)(VCM)結(jié)構(gòu)的致動(dòng)器移動(dòng)一塊反射鏡49D，從而調(diào)節(jié)光學(xué)諧振器的諧振頻率。在外部諧振器48中，根據(jù)光檢測器50檢測從反射鏡49D經(jīng)半透明反射鏡49A反射的光的光量檢測結(jié)果來驅(qū)動(dòng)該致動(dòng)器，從而放大532nm的激光束。
在外部諧振器48中，將一非線性型光學(xué)元件BBD(β-BaB2O4)晶體51置于半反射鏡49A與49B之間，由此產(chǎn)生波長為266nm(532nm波長的一半)的曝光激光束L2。外部諧振器48允許激光束通過半反射鏡49B透射，以發(fā)射此曝光激光束L2。
根據(jù)這種配置，在外部諧振器48中，應(yīng)用波長為532nm、輸出為200mW的激光束，可以發(fā)射波長為266nm、輸出為20mW的曝光激光束L2，該激光束足以對(duì)光盤原版2進(jìn)行曝光。這樣得到的曝光激光束L2能以單模振蕩，并具有在空間與時(shí)間上都高的高度相干性。至于頻率噪聲，可確保在100Hz～2MHz頻率范圍內(nèi)的RIN值不大于115dB／Hz。
透鏡52將此曝光激光束L2轉(zhuǎn)換為基本上平行的光束并發(fā)射。接著，反射鏡54與55彎折曝光激光束L2的光路。后接的變形(anamorphic)光學(xué)系統(tǒng)包括變形棱鏡等等，在發(fā)射曝光激光束L2的光束結(jié)構(gòu)之前對(duì)其整形。
半反射鏡58將從激光源43如此發(fā)射出的激光束L2分為兩束，光檢測器59接收經(jīng)半反射鏡58透射的光束以輸出光量檢測結(jié)果。在曝光設(shè)備41中，可根據(jù)光量檢測結(jié)果來監(jiān)測曝光激光束L2的光量。
透鏡60會(huì)聚半反射鏡58反射的曝光激光束L2，讓它射到聲光調(diào)制器61上。
聲光調(diào)制器61由熔融的硅石等形成，它可保證相對(duì)曝光激光束L2有足夠大的透射率與衍射效率，且在輸出光束前，用相應(yīng)于在光盤原版2上形成的坑行潛象的記錄信號(hào)對(duì)曝光激光束L2作通／斷控制。在此通／斷控制中，根據(jù)下述光檢測器64的光接收結(jié)果，將曝光激光束L2的光量提高至一固定的光量，從而聲光調(diào)制器61構(gòu)成一光調(diào)制器，同時(shí)構(gòu)成自動(dòng)光量控制機(jī)構(gòu)的一部分。聲光調(diào)制器61能讓曝光激光束L1以約100μm的光束直徑射到其上，以保證調(diào)制頻帶約30MHz。
接著，透鏡62在發(fā)射由聲光調(diào)制器61發(fā)出的光束之前先將它轉(zhuǎn)換成平行光束，半反射鏡63則將透鏡62發(fā)射的光束分為兩束。光檢測器64接收經(jīng)半反射鏡63的分割得到的兩束中的一束，并輸出接收結(jié)果，從而曝光設(shè)備能監(jiān)測聲光調(diào)制器61對(duì)激光束L1的調(diào)制結(jié)果。此外，接收結(jié)果還被用于控制曝光激光束L2的光量，并進(jìn)一步應(yīng)用于聚焦控制。
即如圖2所示，在曝光設(shè)備1中，采樣保持電路(SH)66把相應(yīng)于坑行潛象的記錄信號(hào)REC作為基準(zhǔn)，對(duì)光檢測器64的接收結(jié)果進(jìn)行采樣保持，比較電路67則將采樣保持結(jié)果與光量基準(zhǔn)值REF相比較。驅(qū)動(dòng)電路68響應(yīng)于該記錄信號(hào)REC驅(qū)動(dòng)聲光調(diào)制器61，從而提高聲光調(diào)制器61發(fā)射的曝光激光束L2的光量，并且在這種驅(qū)動(dòng)中，把比較電路67的比較結(jié)果用作基準(zhǔn)來控制曝光激光束L1的峰值光量，從而在曝光設(shè)備1中，聲光調(diào)制器61也應(yīng)用于自動(dòng)光量控制，使得能以簡單的結(jié)構(gòu)可靠地控制曝光激光束L2的光量。
另一方面，裝在可移動(dòng)光學(xué)平臺(tái)29上的凹透鏡75(圖1)以發(fā)散光線的形式發(fā)射經(jīng)半反射鏡63的分割得到的兩束中的另一束。接著，凸透鏡76將發(fā)散光線轉(zhuǎn)換成平行光束，從而凹透鏡75和凸透鏡76構(gòu)成一擴(kuò)束器，所發(fā)射的曝光激光束L1的光束直徑為原直徑的10～20倍。
1／4波長板77經(jīng)半反射鏡78接收擴(kuò)束器發(fā)出的曝光激光束L2，在將其轉(zhuǎn)換成圓偏振光后發(fā)射該曝光激光束L2。接著，反射鏡79彎折曝光激光束L2的光路，讓它射到物鏡80的入射光瞳上。
如圖3所示，物鏡80由所謂的后透鏡80A與前透鏡80B組合而成。例如，可用單個(gè)非球面雙凸透鏡或多塊球面透鏡的組合來形成后透鏡80A。相反地，前透鏡80B形成為SIL型半球面透鏡，在其前端部分的中央有一40μmφ的突起，由該突起防止前透鏡粘附于光盤原版2。
采用例如熔融的硅石等材料形成后透鏡80A與前透鏡80B，這類材料在266nm波長處表現(xiàn)出足夠高的透射率，曝光激光束L2會(huì)聚在前透鏡80B上形成的突起的前端處的平面上。在此物鏡80中，可用后透鏡80A的數(shù)值孔徑NA和前透鏡80B的折射率n把總的數(shù)值孔徑表示為n2×NA。在本實(shí)施例中，后透鏡80A的數(shù)值孔徑NA設(shè)定為0．62，把由熔融硅石形成的前透鏡80B在266nm波長下的折射率n設(shè)定為1．5，所以透鏡整體的數(shù)值孔徑NA設(shè)定在1．4。
根據(jù)這種配置，在曝光設(shè)備41中，通過采用近場記錄，由高的數(shù)值孔徑(1或1以上)來會(huì)聚曝光激光束L2，從而形成極微細(xì)的束點(diǎn)(beam spot)。另外，利用這樣形成的束點(diǎn)與近場效應(yīng)，通過近場效應(yīng)將曝光激光束L2施加到緊貼到前透鏡80B上的光盤原版2的抗蝕劑層。
這樣，利用靜壓型懸浮墊(flying pad)82和壓電致動(dòng)器83保持物鏡80靠近光盤原版2，從而可獲得近場效應(yīng)。即，靜壓型懸浮墊82形成包圍物鏡80的圓柱體并由可移動(dòng)光學(xué)平臺(tái)29固定，使之通過板簧84媒介物被壓在光盤原版2上。靜壓型懸浮墊82的一側(cè)上有一高壓空氣入口82A，把通過該入口82A流入的高壓空氣從光盤原版2一側(cè)的端面吹出，從而靜壓型懸浮墊82在光盤原版2上懸浮。
類似地，靜壓型懸浮墊82的一側(cè)上有一空氣出口82B，該空氣出口82B接至真空泵而讓空氣通過其流出。另外，在光盤原版2一側(cè)端面的內(nèi)側(cè)和空氣吹出口上形成空氣入口，從而靜壓型懸浮墊82利用真空泵控制吹出的高壓空氣的數(shù)量與吸力，從而使光盤原版2一側(cè)的前端在光盤原版2的表面上方約3μm懸浮。
壓電致動(dòng)器83通過堆迭壓電元件而形成，因而可依據(jù)對(duì)其施加的電壓而伸縮。壓電致動(dòng)器83在靜壓型懸浮墊82的內(nèi)側(cè)上以環(huán)形方式排列，通過該壓電致動(dòng)器83作為媒介物由靜壓型懸浮墊82固定物鏡80，從而壓電致動(dòng)器83依據(jù)對(duì)其施加的電壓而伸縮(如箭頭A所示)，以改變物鏡80的前端與光盤原版2的表面之間的距離。由此結(jié)構(gòu)，可將物鏡80精確地置于各種距離，使光盤原版2一側(cè)的前端離光盤原版2的表面在幾十至幾nm范圍內(nèi)。
由此配置，在曝光設(shè)備41中，可從物鏡80(圖1)獲得曝光激光束的返回光束L3，而該返回光束L3通過曝光激光束的光路反向行進(jìn)而被導(dǎo)入可移動(dòng)光學(xué)平臺(tái)29的光學(xué)系統(tǒng)。在裝在可移動(dòng)光學(xué)平臺(tái)29上的光學(xué)系統(tǒng)中，裝在擴(kuò)束器與1／4波長板77之間的半反射鏡78將該返回光束分成兩束。
在通過半反射鏡78的分割而獲得的兩束中，使通過半反射鏡78透射的返回光束經(jīng)半反射鏡63射到反射鏡87上并從中射出，其光路已彎折。接著，反射鏡88與89類似地彎折返回光束的光路，而透鏡90將反射鏡89反射的返回光束L3導(dǎo)向成象裝置91。成象裝置91利用對(duì)300nm或更短的波長表現(xiàn)出足夠高靈敏度的二維圖象傳感器形成，它使返回光束成象以檢測該返回光束的光束結(jié)構(gòu)，從而通過觀察光束結(jié)構(gòu)，曝光設(shè)備41能監(jiān)測是否準(zhǔn)確地執(zhí)行了聚焦控制，另外還能在聚焦控制中設(shè)定某個(gè)控制目標(biāo)。
另一方面，在通過半反射鏡78的分割獲得的兩束中，裝在可移動(dòng)光學(xué)平臺(tái)29上的反射鏡92反射半反射鏡78反射的返回光束，從而發(fā)射光路彎折的返回光束。透鏡93使該返回光束射到光檢測器94的光接收表面上，而光檢測器94輸出光量檢測結(jié)果S1，它是接收該返回光束的結(jié)果。
如此排列從半反射鏡79到光檢測器94的光學(xué)系統(tǒng)，從而通過部分地遮蔽反射鏡92的反射表面、透鏡93的入射表面或透鏡93的輸出表面，或者利用裝在返回光束L3光路中的掩模，只選擇性地把以不小于臨界角的入射角射到前透鏡80B輸出表面上的分量(即，在前透鏡80B的輸出表面上經(jīng)歷過全反射的分量)導(dǎo)入光檢測器94。
聚焦控制電路96根據(jù)光檢測器94如此檢測到的返回光束的光量檢測結(jié)果S1，通過驅(qū)動(dòng)上述壓電致動(dòng)器83來進(jìn)行聚焦控制。
即如圖4所示，在物鏡80中，在前透鏡80B的輸出表面中形成焦點(diǎn)，而數(shù)值孔徑NA為1或更大，從而相對(duì)于前透鏡80B的輸出表面而言，曝光激光束L2以不小于該臨界角的聚焦角度(collection angle)會(huì)聚。當(dāng)光盤原版2的表面M與前透鏡80B的輸出表面之間的距離d足夠大時(shí)，在以不小于臨界角的聚焦角度如此會(huì)聚的曝光激光束L2中，以不大于聚焦角度的入射角射到輸出表面上的分量L2A經(jīng)輸出表面透射而射向光盤原版2一側(cè)，至于以小于臨界角的入射角射到輸出表面上的分量L2B，已在輸出表面處經(jīng)歷了全反射。
這樣，如圖5所示，當(dāng)光盤原版2的表面M與前透鏡80B的輸出表面之間的距離d逐漸減小直到距離d小于曝光激光束L2的波長時(shí)，以不小于臨界角的角度射到輸出表面上的分量L2B通過近場效應(yīng)開始逐漸漏泄到光盤原版2一側(cè)，這樣，逐漸單調(diào)地減小了全反射后返回光源一側(cè)的光量(由符號(hào)L2C表示的分量)。當(dāng)前透鏡80B的輸出表面與光盤原版2完全緊密接觸時(shí)，分量L2B幾乎不經(jīng)歷全反射。
這樣，即使在如此驅(qū)動(dòng)壓電致動(dòng)器83從而使正在經(jīng)歷全反射的返回光束L2C的光量可達(dá)到預(yù)定光量的情況下，其中物鏡80安排得極靠近光盤原版2而利用近場效應(yīng)對(duì)光盤原版2進(jìn)行曝光，仍能對(duì)物鏡80進(jìn)行精確地聚焦控制。對(duì)于上述成象裝置91獲得的成象結(jié)果，通過目視觀察正在經(jīng)歷全反射的返回光束L2C和從光盤原版2返回的光束來檢查光量分布，可監(jiān)測聚焦控制情況。
根據(jù)此控制原理，聚焦控制電路96根據(jù)從光檢測器64得到的曝光激光束L2的光量檢測結(jié)果S2，對(duì)從光檢測器94得到的光接收結(jié)果S1進(jìn)行歸一化，從而補(bǔ)償因曝光激光束L2的光量變化而引起的返回光束的光量變化。此外，聚焦控制電路96驅(qū)動(dòng)壓電致動(dòng)器83，從而歸一化的光量可達(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo)值CM。
(2)實(shí)施例的操作在如上所述構(gòu)成的曝光設(shè)備41中(圖1)，把光盤原版2夾持在空氣主軸上并裝在以預(yù)定的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的該曝光設(shè)備的轉(zhuǎn)盤上。在此狀態(tài)中，在曝光設(shè)備41里，激光源43發(fā)射波長為266nm的曝光激光束L2，此曝光激光束L2經(jīng)聲光調(diào)制器61(一種光調(diào)制器)的通／斷調(diào)制，然后被可移動(dòng)光學(xué)平臺(tái)29所固定的光學(xué)系統(tǒng)加到光盤原版2上。在對(duì)光盤原版2作這樣的曝光時(shí)，在曝光設(shè)備41中，與光盤原版2的旋轉(zhuǎn)同步，將曝光激光束L2移向光盤原版2的外周，從而在光盤原版2上螺旋形地形成曝光激光束L2的掃描軌跡，并形成相應(yīng)于聲光調(diào)制器61的通／斷調(diào)制的坑行潛象，從而在光盤原版2中，通過隨后的顯影形成相應(yīng)于潛象的微細(xì)突起與凹陷。另外，通過轉(zhuǎn)移這種凹陷／突起結(jié)構(gòu)來制備壓模，可用這種壓模大量生產(chǎn)光盤。
在發(fā)射波長為266nm的曝光激光束L2的激光源中，由SHG光源產(chǎn)生波長為532nm的激光束，此外在外部諧振器48中，由BBO晶體51產(chǎn)生此曝光激光束L2(它是諧波)，從而由SHG產(chǎn)生曝光激光束L2。這樣，在曝光設(shè)備41中，可以產(chǎn)生適于曝光小尺寸的光盤原版2的激光束。
這種波長接近266nm的激光束可用準(zhǔn)分子激光器或氣體激光器來發(fā)射。在氣體激光器的情況下，光源尺寸相當(dāng)大，而在準(zhǔn)分子激光器的情況下，則不適于曝光光盤原版2，因?yàn)榇嬖诿}沖振蕩。相反地，在SHG的情況下，可減少尺寸并發(fā)射連續(xù)相干的激光束，從而可防止曝光設(shè)備41的尺寸變得過大，可方便而可靠地對(duì)光盤原版2進(jìn)行曝光。
另一方面，在聲光調(diào)制器61中(圖2)，光檢測器64把記錄信號(hào)REC用作基準(zhǔn)，對(duì)輸出光束的接收結(jié)果進(jìn)行采樣保持，從而檢測“通”狀態(tài)中曝光激光束L1的輸出光量，并由驅(qū)動(dòng)電路68進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而該輸出光量可以是基準(zhǔn)值REF所確定的光量。這樣，在曝光設(shè)備41中，聲光調(diào)制器運(yùn)用記錄信號(hào)調(diào)制曝光激光束L2，同時(shí)控制光量。
就是說，利用以上參照?qǐng)D7所述的EOM的光量控制不能適用于短波長的激光束。在本實(shí)施例中，與此相反，采用了對(duì)波長為266nm的曝光激光束表現(xiàn)出足夠高透光率的熔融硅石，因而能可靠地調(diào)制這種曝光激光束并控制光量。
在曝光設(shè)備41中，在會(huì)聚如此調(diào)制的曝光激光束的物鏡80中，把數(shù)值孔徑設(shè)為1．4，即大于1，并把曝光激光束L2會(huì)聚于前透鏡80B的輸出表面。另外，利用曝光激光束L2對(duì)光盤原版2進(jìn)行曝光，而曝光激光束L2非常靠近光盤原版2，且它利用近場效應(yīng)開始從所謂的前透鏡80B的輸出表面漏出，因而在曝光設(shè)備41中，使用短波長的曝光激光束L2通過近場記錄能形成極微細(xì)的坑結(jié)構(gòu)潛象。
關(guān)于光點(diǎn)大小，可表示為0．61λ／NA，這里的λ是波長，NA是物鏡的數(shù)值孔徑；在本實(shí)施例中，以120nm的光點(diǎn)尺寸對(duì)光盤原版2進(jìn)行曝光，可制備坑的寬度為120nm的坑結(jié)構(gòu)潛象。對(duì)于12cm直徑的光盤，此坑尺寸可保證40GB的記錄密度。
在曝光設(shè)備41中，通過壓電致動(dòng)器83作為媒介物，可移動(dòng)光學(xué)平臺(tái)29利用靜壓型懸浮墊82固定物鏡80，并通過從靜壓型懸浮墊82的前端吹出的空氣與從該前端吸入的空氣之間的平衡，使物鏡80靠近光盤原版2固定。即，在曝光設(shè)備41中，物鏡80靠近光盤原版2固定，從而通過空氣的靜壓力而使它懸浮在光盤原版2上一固定的距離。在這種靜壓懸浮中，通過調(diào)節(jié)排氣與吸氣量可保持物鏡80靠近光盤原版2，從而有效地避免物鏡與光盤原版2的碰撞，因而在曝光設(shè)備41中能以穩(wěn)定的方式形成微細(xì)的潛象。
在如此會(huì)聚到物鏡80的輸出表面上的曝光激光束L2中(圖1)，返回光束被半反射鏡63從曝光激光束L2分離，然后由成象裝置91成象以檢測光量分布。另外，一部分光束被半反射鏡71與曝光激光束L2分離，并被光檢測器94接收。對(duì)于光檢測器94的光接收，只選擇性地接收返回光束中以不小于臨界角的入射角射到物鏡80的輸出表面上的分量(圖4)。
在如此獲得的返回光束中，當(dāng)使物鏡80的前端靠近光盤原版2以發(fā)揮近場效應(yīng)時(shí)，光量按光盤原版2與物鏡80之間的距離而變化(圖5)，從而曝光設(shè)備利用這種關(guān)系作聚焦控制。
就是說，在曝光設(shè)備41中，監(jiān)測裝置檢查成象裝置91的成象結(jié)果，還檢查返回光束的光量分布，在這樣做的同時(shí)，改變壓電致動(dòng)器83的施加電壓而使物鏡80的前端逐漸靠近光盤原版2，可檢測相應(yīng)于離光盤原版的最佳距離的所謂最佳焦點(diǎn)位置。
這樣，應(yīng)用光檢測器94在此作為基準(zhǔn)的最佳焦點(diǎn)位置上得到的光接收結(jié)果，由聚焦控制電路96進(jìn)行聚焦控制，可穩(wěn)定而可靠地進(jìn)行聚焦控制。
因此，可利用在這種聚焦控制中設(shè)定控制目標(biāo)所使用的返回光束的成象結(jié)果及光檢測器94對(duì)全反射返回光束得出的光接收結(jié)果來檢查是否在進(jìn)行曝光。
(3)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在上述結(jié)構(gòu)中，由波長為266nm(小于300nm)的SHG產(chǎn)生的曝光激光束，經(jīng)聲光調(diào)制器(一種調(diào)制裝置)調(diào)制，利用近場效由數(shù)值孔徑為1．4(大于1．10)的物鏡把此曝光激光束加到光盤原版上，從而可對(duì)記錄密度基本上提高的光盤的光盤原版進(jìn)行曝光。
而且，由于聲光調(diào)制器由熔融硅石組成，所以能對(duì)光盤原版2進(jìn)行曝光，以穩(wěn)定而可靠的方式調(diào)制波長為266nm的曝光激光束。
另外，通過構(gòu)成使用這種聲光調(diào)制器的自動(dòng)光量控制機(jī)構(gòu)，就能對(duì)光盤原版2進(jìn)行曝光，以穩(wěn)定而可靠的方式調(diào)制波長為266nm的曝光激光束。
再者，通過將曝光激光束與返回光束分離并用光檢測器94檢測光量，能在曝光期間檢查是否利用近場應(yīng)對(duì)光盤原版2準(zhǔn)確地進(jìn)行曝光。
還有，通過執(zhí)行利用此光接收結(jié)果的聚焦控制，能以穩(wěn)定而可靠的方式進(jìn)行曝光，保持物鏡80非?？拷獗P原版2。
此外，通過將返回光束與曝光激光束分離并用成象裝置91成象，能在聚焦控制中適當(dāng)?shù)卦O(shè)定控制目標(biāo)。另外，在曝光期間，可檢查是否利用近場效應(yīng)對(duì)光盤原版2準(zhǔn)確地進(jìn)行曝光。
(4)其它實(shí)施例在上述實(shí)施例中，雖然物鏡用兩塊透鏡形成，但是這不是嚴(yán)格的限制。例如，后透鏡可由多塊透鏡組成。
再者，在上述實(shí)施例中，雖然物鏡與聲光調(diào)制器均由熔融硅石構(gòu)成，但是這不是嚴(yán)格的限制。其它透鏡、反射鏡等也可用熔融硅石構(gòu)成。
還有，在上述實(shí)施例中，雖然用波長為266nm的曝光激光束對(duì)光盤原版曝光，但是這不是嚴(yán)格的限制。將本發(fā)明應(yīng)用于以波長不大于300nm的曝光激光束對(duì)光盤原版曝光的情況可獲得與上述實(shí)施例同樣的效果。
另外，在上述實(shí)施例中，雖然通過靜壓懸浮系統(tǒng)與壓電致動(dòng)器相結(jié)合保持物鏡靠近光盤原版，但是這不是嚴(yán)格的限制。例如，本發(fā)明也同樣適用于以懸浮頭結(jié)構(gòu)保持物鏡靠近光盤原版的情況。
此外，在上述實(shí)施例中，雖然在光盤原版上制備坑行潛象，但是這不是嚴(yán)格的限制。本發(fā)明同樣適用于制備槽潛象的情況。在此情況下，能容易地形成寬度不大于200nm的槽。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由SHG產(chǎn)生的波長為300nm或更短的曝光激光束經(jīng)調(diào)制裝置的調(diào)制，用數(shù)值孔徑為1．0或更大的物鏡通過近場效應(yīng)施加于光盤原版，據(jù)此能對(duì)用于記錄密度基本上提高的光盤的光盤原版進(jìn)行曝光。
權(quán)利要求
1．一種將曝光激光束加到光盤原版對(duì)所述光盤原版進(jìn)行曝光的曝光設(shè)備，包括激光源，用于由SHG發(fā)射波長為300nm或更短的曝光激光束；調(diào)制裝置，用于調(diào)制該曝光激光束；及數(shù)值孔徑為1．0或更大的物鏡，適用于通過近場效應(yīng)將調(diào)制裝置調(diào)制的曝光激光束加到光盤原版上。
2．如權(quán)利要求1所述的曝光設(shè)備，其特征在于，調(diào)制裝置將曝光激光束的峰值光量保持在固定值。
3．如權(quán)利要求1所述的曝光設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)制裝置是聲光調(diào)制器。
4．如權(quán)利要求3所述的曝光設(shè)備，其特征在于，所述聲光調(diào)制器由熔融硅石形成。
5．如權(quán)利要求1所述的曝光設(shè)備，還包括光分離裝置，用于將在物鏡的輸出表面處經(jīng)歷全反射后通過曝光光束的光路返回的全反射光與所述曝光光束分離開來；及光接收裝置，用于接收被光分離裝置分離的全反射光，以便輸出光量檢測結(jié)果。
6．如權(quán)利要求5所述的曝光設(shè)備，其特征在于，根據(jù)光量檢測結(jié)果對(duì)所述物鏡作聚焦控制。
7．如權(quán)利要求1所述的曝光設(shè)備，還包括光分離裝置，用于將來自光盤原版的返回光束與曝光激光束分離開來；及成象裝置，用于接收被光分離裝置分離的返回光束，以便檢測返回光束的光量分離。
8．如權(quán)利要求1所述的曝光設(shè)備，其特征在于，從所述激光源到所述物鏡至少有一部分光學(xué)零件由熔融硅石構(gòu)成。
9．如權(quán)利要求1所述的曝光設(shè)備，其特征在于，利用固定所述物鏡的固定部件吹出的空氣的壓力，將所述光盤原版與所述物鏡之間的距離保持為基本上固定的距離。
10．如權(quán)利要求1所述的曝光設(shè)備，其特征在于，通過對(duì)所述光盤原版施加所述曝光激光束，在所述光盤原版上形成相應(yīng)于深為100nm或更小、寬為200nm或更小的坑的潛象。
11．如權(quán)利要求1所述的曝光設(shè)備，其特征在于，通過對(duì)所述光盤原版施加所述曝光激光束，在所述光盤原版上形成相應(yīng)于深為100nm或更小、寬為200nm或更小的槽的潛象。
12．一種將曝光激光束加到光盤原版對(duì)所述光盤原版進(jìn)行曝光的曝光方法，包括以下步驟由調(diào)制裝置調(diào)制SHG發(fā)射的波長為300nm或更短的曝光激光束；以及用數(shù)值孔徑為1．0或更大的物鏡通過近場效應(yīng)將曝光激光束施加給所述光盤原版。
全文摘要
揭示了一種曝光設(shè)備和曝光方法。例如,把準(zhǔn)備用于制備光盤的光盤原版裝到曝光裝置上,以便對(duì)記錄密度基本上提高的光盤的光盤原版進(jìn)行曝光。由SHG發(fā)射的波長為300nm或更短的曝光激光束經(jīng)調(diào)制器的調(diào)制,用數(shù)值孔徑為1.0或更大的物鏡利用近場效應(yīng)加到光盤原版。
文檔編號(hào)G11B7/135GK1282956SQ0012246
公開日2001年2月7日 申請(qǐng)日期2000年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月29日
發(fā)明者武田実, 古木基裕, 今西慎悟 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社