專利名稱：光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置及光記錄介質(zhì)主盤曝光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置和一種光記錄介質(zhì)主盤曝光方法，其中通過用來自于曝光光源的光照射涂覆有光致抗蝕劑的光記錄介質(zhì)主盤而曝光成與記錄信息相應(yīng)的圖形。
背景技術(shù)：
用于制造如CD(光盤)、MD(小型盤)和DVD(數(shù)字通用盤)的各種光盤和磁光盤之類的光記錄介質(zhì)的光記錄介質(zhì)主盤可通過曝光和顯影來制造，即例如通過切割出與形成在盤狀主盤基底的光致抗蝕劑表面上的記錄信息相應(yīng)的凹凸圖形來制造。
用于切割凹凸圖形的主要裝置(mastering apparatus)即光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置借助于紫外波長(zhǎng)范圍的連續(xù)振蕩固態(tài)激光光源如Kr激光器(λ＝413nm)和Ar激光器(λ＝351nm)、由曝光光源發(fā)射出的大約400nm、束斑可以減小到衍射極限的非常小的激光束斑、通過物鏡照射涂覆有光致抗蝕劑的主盤而對(duì)光記錄介質(zhì)主盤進(jìn)行曝光。
為了增大記錄容量，需要減小所述多種光記錄介質(zhì)的凹坑或凹槽的加工尺寸，以使其密度更高。但是，當(dāng)要求形成凹坑的加工尺寸為0.25μm以下的加工尺寸時(shí)，通過數(shù)值孔徑NA大約為1的聚光透鏡不可能充分減小所述光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置所使用的氣體激光器波長(zhǎng)內(nèi)激光的光斑直徑。由此，目前，在制造光記錄介質(zhì)主盤時(shí)，極難高精度地形成等于或小于0.25μm的凹坑。
例如，曾報(bào)道過一種用于加工微型圖形的技術(shù)，其中使用波長(zhǎng)為532nm的半導(dǎo)體激光器激勵(lì)高輸出綠光激光器作為激勵(lì)光源，使用具有外諧振腔結(jié)構(gòu)的二次高階諧波發(fā)生器件發(fā)射波長(zhǎng)為266nm的紫外激光，通過數(shù)值孔徑NA＝0.9的無像差物鏡獲得艾里斑(Airy spot)為0.36μm的束斑尺寸(例如，參見公開號(hào)為7-98891的日本專利申請(qǐng))。
近年來，光盤的記錄密度越來越高，并且為了增大光盤記錄密度必須使凹坑非常小，例如凹坑等于或小于0.2μm。因此就要求更短波長(zhǎng)的光源。由于連續(xù)振蕩激光源穩(wěn)定、噪聲低且具有能用于光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置的光束質(zhì)量，如今市場(chǎng)上有一種深UV振蕩水冷卻氬激光器，其中將如BaB2O4(BBO)之類的非線性光學(xué)晶體設(shè)置在氬氣體激光器(產(chǎn)生229nm波長(zhǎng)的40mW輸出和238nm波長(zhǎng)的100mW輸出)的諧振腔內(nèi)。但波長(zhǎng)比為229/266＝0.86，為了獲得等于或小于0.2μm的分辨率，必須使用具有更高數(shù)值孔徑NA的物鏡。同時(shí)，使用大量冷卻水，而且這種氬氣體激光器的缺點(diǎn)是需要采取預(yù)防措施來避免安裝該氬激光器的裝置發(fā)生振動(dòng)。
另外，對(duì)于具有高數(shù)值孔徑NA的光學(xué)系統(tǒng)，從技術(shù)觀點(diǎn)出發(fā)已經(jīng)研究出了使用近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的組件，其中該近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)使用數(shù)值孔徑NA＞1的固體浸沒透鏡(SIL)。但是，這種組件存在以下問題，其中其工作距離等于或小于100nm，例如短至數(shù)十納米，應(yīng)非常小心地保護(hù)光記錄介質(zhì)主盤不被灰塵污染，應(yīng)當(dāng)非常小心地使光記錄介質(zhì)主盤的表面具有光滑表面，并且光記錄介質(zhì)主盤的旋轉(zhuǎn)速度不能增加得太多。
為了提高分辨率，近年來還提出了另一種使用電子束曝光裝置的微小凹坑加工方法(參見例如日本專利3233650號(hào))。
但是，使用電子束的方法需要真空裝置，并且使用這種電子束方法的裝置需要在真空狀態(tài)下的玻璃主盤高精度且高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，因此裝置的尺寸必然增大。
另一方面，由于近年來開發(fā)出一種包含負(fù)群速度色散的啁啾校正介質(zhì)鏡(Chip correction dielectric mirror)，由Ti藍(lán)寶石(鈦藍(lán)寶石)組成的幾種超短波脈沖激光光源已用于實(shí)際應(yīng)用中，其中通過不使用棱鏡對(duì)和光柵對(duì)的非常緊湊的結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)克爾(Kerr)透鏡鎖模系統(tǒng)的高重復(fù)頻率。
根據(jù)諧振腔長(zhǎng)度L確定這種超短波脈沖激光光源的重復(fù)頻率R。在駐波型超短波脈沖激光光源中，由公式R＝c/2L(c＝光速)給出重復(fù)頻率，在行波型超短波脈沖激光光源中(例如，在環(huán)形光路情形中)，由公式R＝c/L給出重復(fù)頻率。
作為所述超短波脈沖激光光源的一實(shí)例，曾報(bào)道過一種投入實(shí)際使用的具有2GHz高重復(fù)頻率的振蕩器。例如，在環(huán)形情況中，欲獲得2GHz的重復(fù)頻率時(shí)，諧振腔長(zhǎng)度L為15cm(例如參見Satoshi Kawata編輯，由SocietyPublishing Center Corporation出版的Spectroscopical Society of Japan，Measurement Method Series，“SUPER-RESOLUTION OPTICS”(1999年3月20日)第79頁(yè))。
這種Ti藍(lán)寶石超短波脈沖激光光源受半導(dǎo)體激光器激勵(lì)高輸出綠光激光器的激勵(lì)，以從760nm至840nm范圍、例如800nm的中心波長(zhǎng)振蕩，可以產(chǎn)生平均輸出為1W、且脈沖寬度(FWHM半最大值處的全寬度)等于或小于100fs(100×10-15)、例如23fs的穩(wěn)定輸出。光束橫模的性能極好，其中在TEM00中噪聲等于或小于0.1％。另外，如Spectra Physics公司制造的Tsunami系列和Coherent公司制造的Mira系列，脈沖寬度(FWHM)等于或小于100fs、且重復(fù)頻率為80MHz時(shí)平均輸出大于1W的超短波脈沖激光光源已投入實(shí)際應(yīng)用中。
此外，還報(bào)道過通過使用這種超短波脈沖激光光源、利用非線性光學(xué)效應(yīng)根據(jù)超分辨率特性產(chǎn)生雙光子吸收過程、從而形成小于衍射極限的圖形的技術(shù)(參見例如，Satoshi Kawata編輯，由Society Publishing CenterCorporation出版的Spectroscopical Society of Japan，Measurement MethodSeries“SUPER-RESOLUTION OPTICS”(1999年3月20日，第79頁(yè))和S.Kawata等人撰寫的“Fine features for functional microdevices”(Nature2001，412卷，第697頁(yè)))。
所述文獻(xiàn)報(bào)道了使用重復(fù)頻率為76MHz、脈沖寬度為100fs的激光器和數(shù)值孔徑NA為1.4的物鏡形成寬度為120nm的點(diǎn)狀圖形的實(shí)例。
然而，目前，在這種使用雙光子吸收過程、通過構(gòu)圖曝光在光致抗蝕劑上形成用于光記錄介質(zhì)的記錄信息調(diào)制信號(hào)的技術(shù)中，用于曝光光記錄介質(zhì)主盤的這種光致抗蝕劑目前還沒有投入實(shí)際應(yīng)用。
鑒于所述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置和光記錄介質(zhì)曝光方法，其中可以高精度地形成微小凹坑，并且可大幅度提高生產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，包括調(diào)制組件，用于根據(jù)記錄信息調(diào)制曝光光源發(fā)出的光強(qiáng)度；和聚焦光學(xué)系統(tǒng)，用于將經(jīng)過調(diào)制組件調(diào)制的光聚焦在光記錄介質(zhì)主盤上的光致抗蝕劑上，以根據(jù)記錄信息對(duì)光致抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖曝光。曝光光源包括重復(fù)頻率為記錄信息時(shí)鐘頻率一倍至二十倍范圍內(nèi)的整數(shù)倍的超短波脈沖激光器，并且該光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置包括外同步機(jī)構(gòu)，使該超短波脈沖激光器的諧振腔長(zhǎng)度可變，并根據(jù)記錄信息的時(shí)鐘頻率鎖模超短波脈沖激光器的重復(fù)頻率，從而以重復(fù)頻率脈沖振蕩。
而且，根據(jù)本發(fā)明，所述光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置還包括處于曝光光源與調(diào)制組件之間的高次高階諧波發(fā)生組件，該組件在使用超短波脈沖激光光源作為激勵(lì)光源的情況下，使用非線性光學(xué)元件通過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換發(fā)射出被轉(zhuǎn)換成超短波光的光。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種光記錄介質(zhì)主盤曝光方法，該方法包括根據(jù)記錄信息調(diào)制曝光光源所發(fā)出的光強(qiáng)度的步驟；和將經(jīng)該調(diào)制組件調(diào)制的光聚焦在光記錄介質(zhì)主盤上的光致抗蝕劑上，以根據(jù)記錄信息將光致抗蝕劑構(gòu)圖曝光的步驟。曝光光源包括超短波脈沖激光器，其重復(fù)頻率為記錄信息時(shí)鐘頻率的一倍至二十倍范圍內(nèi)的整數(shù)倍。設(shè)置一外同步機(jī)構(gòu)，使該超短波脈沖激光器的諧振腔長(zhǎng)度可變，并且通過與時(shí)鐘頻率同步將超短波脈沖激光器的重復(fù)頻率鎖模，以該重復(fù)頻率脈沖振蕩。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，包括調(diào)制組件，其根據(jù)記錄信息調(diào)制曝光光源發(fā)射出的光強(qiáng)度；和聚焦光學(xué)系統(tǒng)，其將經(jīng)調(diào)制組件調(diào)制的光聚焦在光記錄介質(zhì)主盤上的光致抗蝕劑上，以便根據(jù)記錄信息將該光致抗蝕劑構(gòu)圖曝光。在這種光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置中，曝光光源包括重復(fù)頻率在記錄信息時(shí)鐘頻率的十倍至二十倍范圍內(nèi)的超短波脈沖激光器。
另外，根據(jù)本發(fā)明，所述結(jié)構(gòu)在曝光光源與調(diào)制組件之間設(shè)有高次高階諧波發(fā)生組件，在使用超短波脈沖激光光源作為激勵(lì)光源的情況下，發(fā)射出用非線性光學(xué)元件通過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換被轉(zhuǎn)換成超短波光的光。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種光記錄介質(zhì)主盤曝光方法，該方法包括根據(jù)記錄信息調(diào)制曝光光源發(fā)出的光強(qiáng)度的步驟；和將經(jīng)調(diào)制組件調(diào)制的光聚焦在光記錄介質(zhì)主盤上的光致抗蝕劑上，以便根據(jù)記錄信息將光致抗蝕劑構(gòu)圖曝光的步驟。所述曝光光源包括重復(fù)頻率在記錄信息時(shí)鐘頻率的十倍至二十倍范圍內(nèi)的超短波脈沖激光器。
另外，根據(jù)本發(fā)明，在所述各種光記錄介質(zhì)主盤曝光方法中，利用曝光光源作為激勵(lì)光源，通過高次高階諧波發(fā)生組件，使用非線性光學(xué)元件通過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換將該曝光光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成超短波光并出射。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明使用超短波脈沖激光光源作為曝光光源，并且包括外同步機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)使超短波脈沖激光器的重復(fù)頻率為記錄信息時(shí)鐘頻率的一倍至二十倍范圍內(nèi)的整數(shù)倍，并使該超短波脈沖激光器的諧振腔長(zhǎng)度可變。
光盤記錄信息信號(hào)的時(shí)鐘頻率，在CD的情況中為4.3MHz，在DVD的情況中為26MHz，在近年來作為高密度盤引起廣泛關(guān)注的所謂藍(lán)光光盤(Blu-ray Disc)的情況中為66MHz，在目前正在開發(fā)的藍(lán)光光盤中，再現(xiàn)光的波長(zhǎng)λ為405nm、且物鏡的數(shù)值孔徑NA為0.85。由于藍(lán)光光盤的時(shí)鐘頻率例如為66MHz，其與超短波脈沖激光器的重復(fù)頻率基本相同，因而信息數(shù)據(jù)信號(hào)與激光器脈沖振蕩彼此同步匹配。
本發(fā)明包括對(duì)用于曝光光源的超短波激光光源的諧振腔長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)的外同步機(jī)構(gòu)。這種外同步機(jī)構(gòu)通過使重復(fù)頻率為信道時(shí)鐘的一倍至二十倍范圍內(nèi)的整數(shù)倍，即為信道時(shí)鐘的一倍、兩倍、三倍...二十倍的方式調(diào)節(jié)諧振腔長(zhǎng)度。
由于如上所述重復(fù)頻率與信道時(shí)鐘同步，使用超短波脈沖激光光源發(fā)出的光作為曝光光源，能可靠地與記錄在如CD、DVD和藍(lán)光光盤的多種光記錄介質(zhì)上的信息信號(hào)同步地對(duì)光致抗蝕劑構(gòu)圖曝光。
另外，根據(jù)本發(fā)明另一方面，使用超短波脈沖激光光源作為光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置的曝光光源，且其頻率處于記錄信息時(shí)鐘頻率的十倍至二十倍的范圍內(nèi)。
如上所述，光記錄介質(zhì)記錄信息信號(hào)的時(shí)鐘頻率，在CD的情況中為4.3MHz，在DVD的情況中為26MHz，在藍(lán)光光盤的情況中為66MHz。如果使用以等于或大于這些頻率十倍的高重復(fù)頻率振蕩的超短波脈沖激光器將信息信號(hào)記錄在光記錄介質(zhì)上，與信號(hào)間隔相比可以將脈沖間隔減到足夠小，因而可通過積分對(duì)各脈沖求平均，并且可以在不影響再現(xiàn)信號(hào)的條件下控制圖形如凹坑信號(hào)的位置。因此，可以類似于現(xiàn)有技術(shù)的連續(xù)振蕩光一樣地處理所述超短波脈沖激光，并且再現(xiàn)時(shí)獲得的信號(hào)的抖動(dòng)值可以減小到等于或小于10％。
在此情形中，不必通過外同步機(jī)構(gòu)使脈沖激光與記錄信息等的時(shí)鐘信號(hào)彼此同步，從而可避免使裝置的配置復(fù)雜。
此時(shí)，若重復(fù)頻率選擇為小于信道時(shí)鐘的二十倍，超短波脈沖激光的峰值輸出可以保持足夠高的輸出，以對(duì)光致抗蝕劑進(jìn)行精細(xì)構(gòu)圖曝光，從而與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以高精度地對(duì)光致抗蝕劑精細(xì)構(gòu)圖曝光。
以對(duì)于光記錄介質(zhì)中頻率最高的藍(lán)光光盤為例，使用以高于66×10＝660MHz的重復(fù)頻率振蕩的超短波脈沖激光器就足夠了。
也就是說，當(dāng)重復(fù)頻率高于所述時(shí)鐘頻率十倍時(shí)，由于超短波脈沖激光器以非常高的重復(fù)頻率振蕩，因而其優(yōu)點(diǎn)是無需象使用連續(xù)振蕩激光的現(xiàn)有方法那樣高精度地調(diào)節(jié)超短波脈沖激光器和信息記錄信號(hào)的光調(diào)制器的同步就可對(duì)光致抗蝕劑曝光。
當(dāng)光記錄介質(zhì)的時(shí)鐘頻率高于所述藍(lán)光光盤的時(shí)鐘頻率時(shí)，如果選擇超短波脈沖激光器的重復(fù)頻率等于或高于信道時(shí)鐘的十倍，則存在不能獲得足夠的峰值輸出的危險(xiǎn)。如果峰值輸出不夠大，則將難以發(fā)生下面將描述的雙光子吸收過程。從而存在難以以目標(biāo)小光斑直徑對(duì)光致抗蝕劑曝光的危險(xiǎn)。
在此情形中，如上所述，希望提供外同步機(jī)構(gòu)，因而應(yīng)使超短波脈沖激光器的重復(fù)頻率處于光記錄介質(zhì)時(shí)鐘頻率的一倍到十倍范圍內(nèi)的整數(shù)倍，從而與時(shí)鐘信號(hào)同步。
在所述本發(fā)明的各方面中，在曝光光源與調(diào)制組件之間設(shè)置高次高階諧波發(fā)生組件，并且使用超短波脈沖激光光源作為激勵(lì)光源，使用非線性光學(xué)元件通過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換發(fā)射出波長(zhǎng)減小的光，從而可以得到具有更短波長(zhǎng)的曝光光源。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置和光記錄介質(zhì)主盤曝光方法，光從以高重復(fù)頻率發(fā)射出超短波脈沖激光的曝光光源出射，可以認(rèn)為大體上與由準(zhǔn)連續(xù)光或通過使用曝光光源作為激勵(lì)裝置由高次高階諧波發(fā)生組件減小波長(zhǎng)的超短波脈沖激光發(fā)射的光相同，經(jīng)過光強(qiáng)調(diào)制組件調(diào)制的光，通過預(yù)定聚焦光學(xué)系統(tǒng)聚焦衍射極限的光斑尺寸，并照射在光致抗蝕劑上，從而可以曝光形成如圖形遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)的凹坑那樣的非均勻圖形。
另外，根據(jù)本發(fā)明，在所述光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置或者所述光記錄介質(zhì)主盤曝光方法中，光致抗蝕劑通過雙光子吸收過程曝光。當(dāng)使用峰值輸出非常高的超短波脈沖激光源作為曝光光源、且通過聚焦光學(xué)系統(tǒng)聚焦光束時(shí)，在光致抗蝕劑中可以非常有效地發(fā)生雙光子吸收過程。例如，當(dāng)重復(fù)頻率為1GHz、且激光穿過物鏡之后所獲得的平均能量為10mW時(shí)，光致抗蝕劑表面上束斑內(nèi)的光強(qiáng)的峰值輸出可達(dá)100GW/cm2。
雙光子吸收過程是一種非線性光學(xué)現(xiàn)象，且用束斑強(qiáng)度分布的平方對(duì)光致抗蝕劑進(jìn)行曝光。光致抗蝕劑的雙光子吸收截面約為10-46至10-47cm4s/photon這樣小的數(shù)值，并且盡管光致抗蝕劑的靈敏度較低，也能發(fā)生百分之幾的吸收。
為了高效率地產(chǎn)生如上所述的雙光子吸收，超短波脈沖激光的峰值輸出應(yīng)當(dāng)較高。
在本發(fā)明中，在使用高重復(fù)頻率的脈沖振蕩、且脈沖寬度(FWHM)選擇為等于或小于1ps(1×10-12秒)的同時(shí)，如上所述調(diào)節(jié)脈沖寬度可高效率地發(fā)生雙光子吸收。
在光致抗蝕劑曝光過程中，光致抗蝕劑平面內(nèi)光源的光吸收分布，在普通吸收情形中與光束強(qiáng)度分布成正比，在雙光子吸收情形中與光束強(qiáng)度分布的平方成正比。圖5示出了光吸收分布。在圖5中，I表示光束強(qiáng)度分布，相當(dāng)于普通吸收的情形。I2表示光束強(qiáng)度分布的平方，相應(yīng)于雙光子吸收的情形。艾里斑直徑d表示為d＝1.22λ/NA在雙光子吸收的情形中，當(dāng)物鏡的數(shù)值孔徑NA＝0.9、且波長(zhǎng)滿足λ＝267nm時(shí)，束斑尺寸為0.36μm，該束斑尺寸相應(yīng)于大約1/2=0.7]]>倍的束斑，即使用具有190nm波長(zhǎng)的曝光光源的普通曝光中獲得的束斑尺寸。因此，記錄線密度大約為使用單光子曝光時(shí)(普通曝光的情形)的1.4倍。
此外，根據(jù)本發(fā)明，在所述各種光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置和光記錄介質(zhì)主盤曝光方法中，將從聚焦光學(xué)系統(tǒng)出射之后聚焦在光致抗蝕劑上的激光斑形狀選擇為沿激光束掃描方向延伸的長(zhǎng)方形形狀(oblongshape)。
當(dāng)對(duì)如凹槽之類的線形圖形曝光時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)光致抗蝕劑的靈敏度優(yōu)化脈沖間隔(重復(fù)頻率的倒數(shù))和掃描速度(盤形光記錄介質(zhì)主盤情形中所需的線速度)。不過，由于脈沖間隔僅由信道時(shí)鐘唯一確定，對(duì)線形圖形的曝光是很困難的。
根據(jù)上面所述的本發(fā)明，因?yàn)閺木劢构鈱W(xué)系統(tǒng)出射后聚焦在光致抗蝕劑上的束斑沿光束掃描方向?yàn)殚L(zhǎng)方形，照射光的光量分布得到擴(kuò)展和平均，從而易于獲得如凹槽之類的線形圖形。
此外，根據(jù)本發(fā)明，選擇光致抗蝕劑的吸收峰波長(zhǎng)使之小于曝光光源的波長(zhǎng)的一半。
如上所述，普通吸收(單光子吸收)的有效控制是通過使用在曝光光源波長(zhǎng)范圍內(nèi)透明、且能吸收所述波長(zhǎng)的一半波長(zhǎng)的光的材料作為光致抗蝕劑來實(shí)現(xiàn)的。
在雙光子吸收中，同時(shí)吸收兩個(gè)光子，并且光致抗蝕劑的電子躍遷到為一個(gè)光子能量的兩倍的更高能級(jí)。從吸收光譜的觀點(diǎn)來看，由于曝光光源被波長(zhǎng)為該曝光光源波長(zhǎng)一半的光(一個(gè)光子)激勵(lì)，當(dāng)吸收峰波長(zhǎng)選擇為曝光光源波長(zhǎng)的一半時(shí)，雙光子吸收中使用的光致抗蝕劑可以有效地產(chǎn)生雙光子吸收，從而可曝光形成更小的圖形。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于使用超短波脈沖激光器作為曝光光源、且通過聚焦光學(xué)系統(tǒng)將光束聚焦到衍射極限，可高效地進(jìn)行雙光子吸收，并且可通過雙光子吸收過程以束斑強(qiáng)度分布平方的形式對(duì)光致抗蝕劑曝光，因而利用非線性效應(yīng)其具有極高的分辨率特性。結(jié)果，可記錄遠(yuǎn)小于衍射極限的微小凹坑。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2A用于解釋超短脈沖激光的脈沖波形的一實(shí)例；圖2B用于解釋信息信號(hào)波形和超短脈沖激光的脈沖波形的一實(shí)例；圖2C用于解釋時(shí)鐘信號(hào)的脈沖波形的一實(shí)例；圖3用于說明外同步機(jī)構(gòu)；圖4A用于解釋超短波脈沖激光的脈沖波形的一實(shí)例；圖4B用于解釋信息信號(hào)波形和超短波脈沖激光的脈沖波形的一實(shí)例；圖4C用于解釋時(shí)鐘信號(hào)的脈沖波形的一實(shí)例；圖5是高次高階諧波發(fā)生組件的一實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖6表示光致抗蝕劑中艾里斑的吸收量。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明一實(shí)施方式的光盤主盤曝光裝置。
圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。在該實(shí)施方式中，曝光裝置由調(diào)制組件3和聚焦光學(xué)系統(tǒng)9組成，其中調(diào)制組件根據(jù)記錄信息調(diào)制曝光光源1發(fā)出的光強(qiáng)度，聚焦光學(xué)系統(tǒng)將經(jīng)調(diào)制組件3調(diào)制的光聚焦在盤狀光記錄介質(zhì)主盤11上的光致抗蝕劑12上，從而根據(jù)記錄信息對(duì)光致抗蝕劑12進(jìn)行構(gòu)圖曝光。
如圖1所示，曝光光源1發(fā)射出的脈沖激光通過下面將要詳細(xì)描述的高次高階諧波發(fā)生組件2和啁啾校正光學(xué)系統(tǒng)4被反射鏡1a反射，通過調(diào)制組件3被反射鏡1b反射，并通過擴(kuò)束器5進(jìn)入聚焦光學(xué)系統(tǒng)9中。在聚焦光學(xué)系統(tǒng)9中，激光從自動(dòng)聚焦光學(xué)系統(tǒng)通過四分之一波片7被反射鏡1c反射，并通過物鏡8a照射在例如光記錄介質(zhì)主盤11上預(yù)定的記錄軌道位置上，在后一階段對(duì)本實(shí)施方式的詳細(xì)描述中將描述自動(dòng)聚焦光學(xué)系統(tǒng)的一實(shí)例，而物鏡8a距光記錄介質(zhì)主盤11的距離可通過電磁激勵(lì)器8b和8c高精度地調(diào)節(jié)。另外，光記錄介質(zhì)主盤11被固定到轉(zhuǎn)盤10上。在本實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)盤10通過旋轉(zhuǎn)組件14如箭頭a所示方向旋轉(zhuǎn)，而聚焦光學(xué)系統(tǒng)9位于例如未示出的活動(dòng)光學(xué)臺(tái)上，借此聚焦光學(xué)系統(tǒng)可沿光記錄介質(zhì)主盤11的徑向移動(dòng)，以便將曝光的光線照射在光記錄介質(zhì)主盤的整個(gè)表面上。
而且，在本發(fā)明中，曝光光源1包括具有重復(fù)頻率為記錄信息時(shí)鐘頻率的一倍至二十倍范圍內(nèi)的整數(shù)倍的超短波脈沖激光器。
圖2A示意地示出了自超短波脈沖激光光源發(fā)射出的脈沖信號(hào)的波形，圖2B示意地示出了脈沖信號(hào)通過所述調(diào)制組件3疊加在記錄信息信號(hào)波形S上時(shí)的波形。通過適當(dāng)選擇如圖2A中所示脈沖P的間隔，如圖2B中所示，其頻率可疊加在記錄信息信號(hào)S上，該頻率為記錄信息時(shí)鐘信號(hào)C的一倍至二十倍的范圍內(nèi)的整數(shù)倍，在所示實(shí)例中，該頻率為時(shí)鐘信號(hào)的一倍。在圖2B中，用虛線P’表示脈沖波形。因此，可根據(jù)記錄信息進(jìn)行與記錄信息同步的曝光，對(duì)光致抗蝕劑構(gòu)圖曝光。
為了使曝光光源的超短波脈沖激光的重復(fù)頻率與記錄信息時(shí)鐘頻率的整數(shù)倍匹配，根據(jù)本發(fā)明，例如設(shè)置如圖3所示的外同步機(jī)構(gòu)。在圖3中，附圖標(biāo)記30表示使用Ti藍(lán)寶石的超短波脈沖激光光源，附圖標(biāo)記50表示外同步機(jī)構(gòu)。
首先，在超短波脈沖激光光源30中，來自于合適的組件如半導(dǎo)體激光器(未示出)的激勵(lì)光Li0通過透鏡31和球面鏡32進(jìn)入如Ti藍(lán)寶石之類的激光介質(zhì)34中。另外，該激勵(lì)光被高反鏡35反射，然后入射到色散補(bǔ)償棱鏡36a和36b中。然后，激勵(lì)光通過狹縫37被高反鏡38反射。之后，激勵(lì)光再次通過狹縫37，并通過色散補(bǔ)償棱鏡36b和36a、高反鏡35和球面鏡33返回激光介質(zhì)34。作為曝光光，從激光介質(zhì)34返回球面鏡32的光通過輸出窗口(輸出耦合器)39和分束器40作為發(fā)射光Li2輸出到外部。
而且，在本發(fā)明中，分束器40使用由光電二極管等構(gòu)成的光電探測(cè)器41檢測(cè)輸出光部分。另外，相位檢測(cè)器43比較光電探測(cè)器41的輸出、即根據(jù)激光脈沖振蕩的電信號(hào)與信息信號(hào)輸出裝置中時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器42記錄在光記錄介質(zhì)上的輸出的彼此的相位。當(dāng)選擇重復(fù)頻率高于時(shí)鐘信號(hào)的兩倍時(shí)，比較光電探測(cè)器的輸出與頻率為時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器42發(fā)出的信號(hào)的整數(shù)倍的時(shí)鐘信號(hào)的相位。然后，從相位檢測(cè)器43輸出的信號(hào)輸入到由合適組件如PLL(鎖相環(huán))電路組成的控制單元44，從而將被轉(zhuǎn)換成預(yù)定控制量的控制信號(hào)輸入壓電驅(qū)動(dòng)單元45中，使固定于所述高反鏡38的壓電元件46沿光軸方向微小移動(dòng)，從而可微調(diào)激光諧振腔的諧振長(zhǎng)度。本實(shí)施方式中，諧振腔長(zhǎng)度與從球面鏡32到高反鏡38的光路的長(zhǎng)度相等。
通過這種結(jié)構(gòu)，可使記錄介質(zhì)的時(shí)鐘信號(hào)與激光器振蕩脈沖之間產(chǎn)生的抖動(dòng)等于或小于1ps。
而且，由于信息記錄信號(hào)中的光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)信號(hào)也與時(shí)鐘信號(hào)同步傳輸，其可與超短波脈沖激光器的脈沖振蕩同步匹配。當(dāng)將超短波脈沖激光光源的重復(fù)頻率選擇為時(shí)鐘信號(hào)的一倍時(shí)，即，與時(shí)鐘信號(hào)同步時(shí)，如果例如使用(1、7)調(diào)制碼將信息記錄在光致抗蝕劑上，則2脈沖照射在2T最短凹坑上。如果重復(fù)頻率以兩倍于時(shí)鐘信號(hào)的頻率外同步、即在所述藍(lán)光光盤情形中為132MHz，則光學(xué)系統(tǒng)可以處于超短波脈沖激光器件內(nèi)，從而諧振腔長(zhǎng)度R可以選擇滿足R＝c/2L＝1136mm(附圖標(biāo)記c表示光速)。結(jié)果，4脈沖可以照射在2T最短凹坑上。
當(dāng)將超短波脈沖激光器的重復(fù)頻率選擇為高于時(shí)鐘頻率十倍時(shí)，如前面所述可以將抖動(dòng)控制在10％之內(nèi)，從而不必通過外同步機(jī)構(gòu)將重復(fù)頻率選擇為時(shí)鐘頻率的整數(shù)倍。當(dāng)然，也可以通過外同步機(jī)構(gòu)選擇重復(fù)頻率使之為時(shí)鐘頻率的整數(shù)倍，以便更可靠地控制抖動(dòng)。
此處根據(jù)所使用的超短波脈沖激光器的輸出，為了獲得發(fā)生多光于吸收如雙光子吸收所需的峰值輸出，要求重復(fù)頻率應(yīng)選擇為等于或小于時(shí)鐘頻率八倍的整數(shù)倍。
具體而言，當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于所述藍(lán)光光盤或者時(shí)鐘頻率高于所述時(shí)鐘頻率的光記錄介質(zhì)時(shí)，要求選擇重復(fù)頻率使其為等于或小于時(shí)鐘頻率四倍的整數(shù)倍。
另外，當(dāng)重復(fù)頻率選擇為處于一倍到四倍于時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)的整數(shù)倍時(shí)，如果存在一個(gè)記錄標(biāo)記內(nèi)的脈沖數(shù)量減小到可導(dǎo)致發(fā)生抖動(dòng)的危險(xiǎn)，則不記錄如圖2B所示的方波，而調(diào)節(jié)用于部分調(diào)節(jié)一個(gè)記錄標(biāo)記內(nèi)激光輸出的所謂記錄補(bǔ)償，從而可以對(duì)光量積分值的分布進(jìn)行微調(diào)。結(jié)果，所形成的凹坑的形狀得到校正，從而可以控制同步抖動(dòng)等的減小。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，在圖1中所示的所述光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置中，曝光裝置1由重復(fù)頻率處于十倍到二十倍于記錄信息時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)的超短波脈沖激光器組成。
圖4A示意地表示出從這種超短波脈沖激光光源發(fā)出的脈沖信號(hào)的波形，圖4B示意地表示出該脈沖信號(hào)通過所述調(diào)制組件3疊加在記錄信息信號(hào)波形S上時(shí)的波形。如圖4A所示，適當(dāng)選擇脈沖p的間隔pt，以具有比圖2C所示記錄信息時(shí)鐘信號(hào)C高十倍的頻率，從而疊加在記錄信息信號(hào)上面，如圖4B所示。結(jié)果，光致抗蝕劑被準(zhǔn)連續(xù)光曝光，因此可根據(jù)記錄信息對(duì)光致抗蝕劑構(gòu)圖曝光。在圖4A中，附圖標(biāo)記pw表示脈沖寬度。
由于隨著激光振蕩器重復(fù)頻率的增大，無論平均輸出如何，脈沖的峰值輸出都會(huì)減小，后一階段中產(chǎn)生高次高階諧波的效率以及光致抗蝕劑雙光子吸收效率將降低，因此選擇超短波脈沖激光光源的重復(fù)頻率，使其等于或小于時(shí)鐘信號(hào)頻率的二十倍。
并且，在本發(fā)明中，根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，曝光光源1與調(diào)制組件3之間設(shè)置有高次高階諧波發(fā)生組件2，該發(fā)生組件用于發(fā)射通過使用非線性光學(xué)元件進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換而得到的波長(zhǎng)減小的光，其中使用超短波脈沖激光光源作為激勵(lì)光源，如圖1所示。
圖5示意地表示出這種高次高階諧波發(fā)生組件2的一實(shí)例的結(jié)構(gòu)。
在圖5中，分別用附圖標(biāo)記26表示二次諧波(SHG)產(chǎn)生單元，附圖標(biāo)記27表示延遲線單元，附圖標(biāo)記28表示三次諧波(THG)產(chǎn)生單元。入射到二次諧波產(chǎn)生單元26上的光Li通過聚焦透鏡19a進(jìn)入非線性光學(xué)晶體20，之后通過聚焦透鏡19b被諧波分離器21a反射，產(chǎn)生光L2-1，或者如果不設(shè)置諧波分離器21a，則進(jìn)入延遲線單元27中。
諧波分離器21b將入射在延遲線單元27上的光分離，產(chǎn)生基波L1和二次諧波L2-2?；ū环瓷溏R22a、22b反射，從而進(jìn)入三次諧波產(chǎn)生單元28，而二次諧波L2-2通過半波片23被反射鏡22c、22d、21c反射，從而進(jìn)入三次諧波產(chǎn)生單元28。
例如，如F.Rotermund等人在“Generation of the fourth harmonic of afemtosecond TiSapphire laser”(Optics Letters，1998年7月1日，23卷，13期，第1040頁(yè))中所披露的，通過使用前面提到的中心波長(zhǎng)為800nm的Ti藍(lán)寶石超短波脈沖激光器(重復(fù)頻率為82MHz、脈沖寬度為85fs、平均輸出為1.9W)、和使用非線性光學(xué)晶體LiB3O5(LBO)的I型臨界相位匹配的二次諧波產(chǎn)生裝置(SHG)，例如可獲得中心波長(zhǎng)為400nm、脈沖寬度為100fs、平均輸出為600mW的超短波脈沖激光，不過由于群速度色散，脈沖寬度稍有擴(kuò)展。
在二次諧波產(chǎn)生中采用I型相位匹配時(shí)，由于基波和二次諧波的偏振面被旋轉(zhuǎn)90°，如圖5示出的一實(shí)例那樣，通過設(shè)置半波片23，二次諧波L2-2的偏振面可與基波的偏振面匹配，其中該半波片用于將二次諧波的相位與基波L1進(jìn)入用于I型相位匹配的第二非線性光學(xué)晶體24之前的相位匹配。
此外，由于第一非線性光學(xué)晶體20內(nèi)的波長(zhǎng)色散，在基波L1發(fā)射之后發(fā)射二次諧波L2-2，基波L1在進(jìn)入第二非線性光學(xué)晶體24之前通過所述延遲線單元27延遲。當(dāng)基波L1的光路長(zhǎng)度僅延長(zhǎng)相當(dāng)于基波和高次諧波被諧波分離器21b分離之后的延遲時(shí)間時(shí)，通過將基波與二次諧波合成得到延遲組件(參見C.Rulliere等人撰寫的“Femtosecond LaserPulses”，Springer，第170頁(yè))。
然后，如圖5所示，在三次諧波產(chǎn)生單元28中，合成光波進(jìn)入非線性光學(xué)晶體24，并通過對(duì)這些信號(hào)混合求和而將三次諧波L3發(fā)射到外部。附圖標(biāo)記19c和19d表示聚光透鏡，附圖標(biāo)記21d表示反射鏡，附圖標(biāo)記25表示光束阻擋器，附圖標(biāo)記LO表示不期望的光。
設(shè)置各透鏡19a至19d是為了增大晶體內(nèi)的光束強(qiáng)度，并且為了提高轉(zhuǎn)換效率。
由于超短波脈沖激光的峰值輸出非常高，作為二階非線性光學(xué)現(xiàn)象的二次諧波產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換效率與激光強(qiáng)度成正比地增加，可通過單一路徑即光通過非線性光學(xué)晶體一次時(shí)的光路的設(shè)定獲得高效率。不過，例如在使用脈沖寬度等于或小于100fs的超短波脈沖激光器產(chǎn)生高次高階諧波時(shí)，由于非線性光學(xué)晶體的群速度色散，如果晶體較厚，則群速度出現(xiàn)失配，從而不能進(jìn)行有效波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。當(dāng)脈沖寬度為100fs且中心波長(zhǎng)為800nm時(shí)，LBO的晶體長(zhǎng)度例如應(yīng)當(dāng)選擇為等于或小于1.5mm。
另外，通過將從所述高次高階諧波發(fā)生組件發(fā)射出的例如中心波長(zhǎng)為800nm的基波與例如中心波長(zhǎng)為400nm的二次諧波的和頻混合(SFM)，所述三次諧波產(chǎn)生單元28可產(chǎn)生中心波長(zhǎng)為267nm、脈沖寬度為115fs且平均輸出約為100mW的超短波脈沖激光。這種和頻混合是一種與二次諧波產(chǎn)生類似的二階非線性光學(xué)現(xiàn)象，并且可以使用例如非線性光學(xué)晶體BBO的I型臨界相位匹配。由于所述原因，應(yīng)當(dāng)選擇晶體的長(zhǎng)度使之等于或小于0.4mm。
通過附加用于和頻混合的非線性光學(xué)晶體(BBO)，可產(chǎn)生四階高次諧波，從而可以獲得波長(zhǎng)為204nm的光源?？梢垣@得340fs脈沖寬度和15mW平均輸出。因此，從波長(zhǎng)觀點(diǎn)出發(fā)，可以使用具有足夠的平均輸出功率的直至四階的高次諧波的光作為應(yīng)用于本發(fā)明光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置和光記錄介質(zhì)主盤曝光方法的曝光光源。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)使用高重復(fù)頻率的脈沖振蕩時(shí)，選擇其脈沖寬度(FWHM)使其至少小于1ps(1×10-12秒)，通過調(diào)節(jié)脈沖寬度可有效地產(chǎn)生雙光子吸收。
在本發(fā)明中，通過選擇光致抗蝕劑的吸收峰波長(zhǎng)使其至少小于曝光光源波長(zhǎng)的一半，可獲得下述效果。
也就是說，通過使用在曝光光源波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)透明且吸收半波長(zhǎng)的材料作為光致抗蝕劑可有效控制普通吸收。
另外，當(dāng)在整個(gè)厚度上使光致抗蝕劑曝光時(shí)，希望曝光光源的半波長(zhǎng)存在于比光致抗蝕劑的吸收峰稍長(zhǎng)的波長(zhǎng)一側(cè)。
當(dāng)對(duì)光致抗蝕劑厚度例如選擇為大約100nm的適當(dāng)光記錄介質(zhì)如CD的主盤曝光時(shí)，如果對(duì)曝光光源和吸收系數(shù)為吸收峰波長(zhǎng)吸收系數(shù)的百分之幾的光致抗蝕劑進(jìn)行選擇，則僅光致抗蝕劑表面附近沒有產(chǎn)生雙光子吸收，而在整個(gè)厚度上產(chǎn)生吸收。在光致抗蝕劑厚度為大約40nm的用于光記錄介質(zhì)如藍(lán)光光盤的主盤的情形中，如果選擇曝光光源和吸收系數(shù)約為10％的光致抗蝕劑，則同樣可在光致抗蝕劑的整個(gè)厚度上產(chǎn)生吸收，并且通過顯影后曝光主盤基底表面而對(duì)光致抗蝕劑構(gòu)圖曝光。
無論是哪一種光源都應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)。即，按照σλ·σt＝0.315·λ2/c(c光速)計(jì)算超短波脈沖激光的帶寬(FWHM)σλ，由此，當(dāng)脈沖寬度σt為100fs、并且為雙曲正割平方類型的傅里葉變換極限脈沖時(shí)，得到σλ＝6.7nm。因此，當(dāng)使用NA等于或大于0.5的高NA透鏡時(shí)，若使用例如消色差透鏡作為物鏡，則應(yīng)使用例如用于顯微鏡等中的復(fù)消色差透鏡。此外，由于僅在折射系統(tǒng)中產(chǎn)生色差，通過使用利用非球面凹面鏡的聚焦光學(xué)系統(tǒng)可以避免所述問題發(fā)生。
此外，根據(jù)本發(fā)明，從聚焦光學(xué)系統(tǒng)出射之后聚焦在光致抗蝕劑上的束斑被轉(zhuǎn)換成沿光束掃描方向的長(zhǎng)方形束斑。結(jié)果，照射光量的分布得到擴(kuò)展和平均，從而可順利地獲得如凹槽之類的線形圖形。
為了使束斑呈長(zhǎng)方形束斑，已參照?qǐng)D1描述的擴(kuò)束器5例如是一種變形光學(xué)系統(tǒng)，也就是說，通過該系統(tǒng)，與光束掃描方向相比，在垂直方向光束直徑可以擴(kuò)展得更多。
更具體地說，最好通過使用柱面透鏡、柱形凹鏡、變形棱鏡等將光束放大率的比率增大數(shù)倍。
作為上面參照?qǐng)D1已描述的用于調(diào)制光強(qiáng)的調(diào)制組件，可以適當(dāng)?shù)夭捎美寐暪庑?yīng)的聲調(diào)制元件，其中，在由記錄信息信號(hào)調(diào)制的壓電元件、或由記錄信息信號(hào)調(diào)制的利用泡克爾斯效應(yīng)(Pockels effect)的電光調(diào)制元件驅(qū)動(dòng)的聲光元件內(nèi)，借助于超聲波光被布拉格衍射。
由于所有光學(xué)元件如前面所提到的透鏡、波片和光學(xué)調(diào)制器都具有正群速度色散，即使通過調(diào)節(jié)使激光從曝光光源發(fā)射時(shí)脈沖寬度最小，當(dāng)照射在光記錄介質(zhì)主盤的光致抗蝕劑上時(shí)，超短波脈沖激光也一定會(huì)發(fā)出啁啾聲(Chirp)，且其脈沖寬度不可避免地會(huì)發(fā)生擴(kuò)展。
因此，應(yīng)當(dāng)使用具有負(fù)群速度的啁啾校正光學(xué)系統(tǒng)作為圖1中所示的啁啾校正光學(xué)系統(tǒng)4，在超短波脈沖光從曝光光源發(fā)射出之后預(yù)先對(duì)超短波脈沖光產(chǎn)生負(fù)啁啾，以消除負(fù)群速度色散，致使可以在光致抗蝕劑中獲得最短脈沖。此處也可使用色散棱鏡對(duì)、光柵對(duì)和啁啾反射鏡作為這種啁啾校正光學(xué)系統(tǒng)4。
此外，可通過使用傳統(tǒng)二次諧波產(chǎn)生方法的自動(dòng)校正器測(cè)量調(diào)節(jié)脈沖寬度所需的脈沖寬度。
發(fā)明例1下面，將參照?qǐng)D1描述本發(fā)明的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置的一實(shí)例。在該發(fā)明例中，光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置包括由Ti藍(lán)寶石超短波脈沖激光光源組成的曝光光源1；使用該超短波脈沖激光器作為激勵(lì)光源的高次高階諧波發(fā)生組件2；啁啾校正光學(xué)系統(tǒng)4，其具有負(fù)群速度色散，以便當(dāng)所述光源輸出的脈沖通過多個(gè)光學(xué)組件時(shí)預(yù)先校正正群速度色散；用作調(diào)制光強(qiáng)度的調(diào)制組件的調(diào)制組件3，其利用與所提供的數(shù)據(jù)相應(yīng)的電脈沖信號(hào)高速切換這些光束而調(diào)制光強(qiáng)度；聚焦光學(xué)系統(tǒng)9，其將經(jīng)過調(diào)制組件3調(diào)制的光聚焦成衍射極限的光斑尺寸，以便將聚焦光照射在涂有光致抗蝕劑12的光記錄介質(zhì)主盤11上；以及擴(kuò)束器5。
使用重復(fù)頻率為66MHz的Ti藍(lán)寶石激光器作為超短波脈沖激光光源，該重復(fù)頻率與所述藍(lán)光光盤的時(shí)鐘頻率相同，其中心波長(zhǎng)為816nm、脈沖寬度為80fs、平均輸出為1.5W，即已經(jīng)參照?qǐng)D2描述的使用Ti藍(lán)寶石作為激光介質(zhì)34的超短波脈沖激光器。
然后，由參照?qǐng)D5已描述的高次高階諧波發(fā)生組件3產(chǎn)生波長(zhǎng)為408nm的二次諧波，或波長(zhǎng)為272nm的三次諧波。在本實(shí)例中，采用執(zhí)行I型相位匹配的LBO晶體，作為圖5所示的二次諧波產(chǎn)生單元26的非線性光學(xué)晶體20。使用I型BBO作為三次諧波產(chǎn)生單元28的非線性光學(xué)晶體24。設(shè)置各透鏡19a至19d是為了增大晶體內(nèi)的光束強(qiáng)度，從而提高轉(zhuǎn)換效率?？梢垣@得平均輸出為600mW、脈沖寬度(FWHM)為100fs的二次諧波光作為發(fā)射光，并且可以獲得平均輸出為120mW、脈沖寬度小于1ps的三次諧波光作為發(fā)射光。
使用布儒斯特棱鏡對(duì)(Brewster prism pair)作為啁啾校正光學(xué)系統(tǒng)4。
如圖1中所示，發(fā)射光被反射鏡1a反射90°，并輸送給調(diào)制組件3。使用信號(hào)調(diào)制帶寬為80MHz的電光元件EOM作為調(diào)制組件3的光強(qiáng)調(diào)制器。由所謂的格式器(formatter)將位記錄信號(hào)輸送給該調(diào)制組件3，其中被記錄在光記錄介質(zhì)主盤上的數(shù)據(jù)產(chǎn)生未示出的電脈沖信號(hào)。根據(jù)所述數(shù)據(jù)調(diào)制光。
經(jīng)光學(xué)調(diào)制的光被反射鏡1b反射90°，穿過擴(kuò)束器5、自動(dòng)聚焦光學(xué)系統(tǒng)6的例如偏振分束器(下面稱作“PBS”)8a和四分之一波片7，被反射鏡1c反射90°，通過具有高數(shù)值孔徑NA的物鏡8a，并照射在預(yù)先涂覆有光致抗蝕劑12的光記錄介質(zhì)主盤11上。
可使用i-線抗蝕劑(i-ray resist)(JSR公司制造，商標(biāo)名為“PFRIX1110G”等)和Kr激光器原版盤制作抗蝕劑(mastering resist)(Nippon有限公司制造，商標(biāo)名為“DVR-100”等)作為光致抗蝕劑12。
此時(shí)，物鏡8a使用像差經(jīng)過校正的高數(shù)值孔徑NA值的透鏡，波長(zhǎng)λ＝267nm，將光束聚焦到衍射極限，致使聚焦光可以照射在光致抗蝕劑上。物鏡8a包括消色差物鏡，其由能充分透過該波長(zhǎng)范圍光的、如合成石英和硅質(zhì)巖之類的材料制成。并且，光記錄介質(zhì)主盤11被固定在轉(zhuǎn)臺(tái)10上，而轉(zhuǎn)臺(tái)10通過如主軸電機(jī)之類的旋轉(zhuǎn)裝置13沿箭頭a所示的方向旋轉(zhuǎn)。
另一方面，高次高階諧波發(fā)生組件2發(fā)射波長(zhǎng)λ＝272nm的三次諧波光和波長(zhǎng)λ＝408nm的二次諧波光。所述光的光程為通過所述各光學(xué)元件的光程，因此，光照射在光記錄介質(zhì)主盤11上。
從光記錄介質(zhì)主盤11反射回的返回光通過物鏡8a、反射鏡1c和四分之一波片7進(jìn)入PBS 6a。該返回光兩次通過四分之一波片7，從而被PBS 6a反射。結(jié)果，自動(dòng)聚焦光學(xué)系統(tǒng)6的PBS 6a通過波長(zhǎng)選擇元件6b將返回光輸送給聚焦誤差量檢測(cè)元件6c。波長(zhǎng)選擇元件6b適于利用多層干涉層等阻斷具有曝光波長(zhǎng)的光，因?yàn)榇罅烤哂衅毓獠ㄩL(zhǎng)的三次諧波也被PBS 6a反射。
聚焦誤差量檢測(cè)元件6c通過適當(dāng)方法如象散方法檢測(cè)曝光光從該曝光光適當(dāng)聚焦在光記錄介質(zhì)主盤11上的最適當(dāng)?shù)木劢刮恢靡苿?dòng)的位置移動(dòng)量，并將所得到的檢測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。所檢測(cè)出的電信號(hào)被輸送給構(gòu)成自動(dòng)聚焦伺服系統(tǒng)6的一部分的驅(qū)動(dòng)控制單元6d。
所述象散方法是這樣一種方法，其中柱面透鏡設(shè)置在檢測(cè)透鏡后面，光電檢測(cè)器自動(dòng)利用象散檢測(cè)所述位置移動(dòng)量。由于這種柱面透鏡僅在一個(gè)方向具有透鏡作用，并且在垂直于該單一方向的方向具有與平行平板相同的作用，光不會(huì)聚在除檢測(cè)透鏡和柱面透鏡的聚焦位置以外的其它位置，柱面透鏡可以檢測(cè)窄光束圖像聚焦在其上時(shí)的聚焦誤差信號(hào)?？赏ㄟ^控制聚焦誤差信號(hào)而將物鏡的聚焦位置保持在最佳聚焦位置，從而消除聚焦誤差信號(hào)。
驅(qū)動(dòng)控制單元6d根據(jù)電信號(hào)產(chǎn)生用于校正位移的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將該驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給電磁激勵(lì)器8b、8c，而沿上下方向微小地移動(dòng)物鏡8a。電磁激勵(lì)器8b、8c通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)沿箭頭b所示的上下方向、即沿物鏡靠近或遠(yuǎn)離光致抗蝕劑的方向微小地移動(dòng)物鏡8a可以使光記錄介質(zhì)主盤11上的適當(dāng)聚焦位置自動(dòng)成為最佳位置，借此可在不損失光的條件下曝光光致抗蝕劑。
當(dāng)使用數(shù)值孔徑NA＝0.9的無像差透鏡作為物鏡時(shí)，對(duì)于艾里盤(Airydisc)，激光束斑尺寸可以減小到0.36μm。因此，當(dāng)產(chǎn)生雙光子吸收過程時(shí)，對(duì)光致抗蝕劑的曝光程度等效于0.36×(1/2)≈0.25(μm)]]>的束斑尺寸。
此時(shí)，如上所述，擴(kuò)束器5由變形光學(xué)系統(tǒng)組成，以產(chǎn)生在光束掃描方向?yàn)榧?xì)長(zhǎng)形的長(zhǎng)方形束斑形狀，從而可以曝光成凹槽圖形，并且與現(xiàn)有技術(shù)相比，所形成的凹槽寬度為非常小的圖形。
通過旋轉(zhuǎn)裝置13使所形成的激光在光記錄介質(zhì)主盤11上旋轉(zhuǎn)和掃描。同時(shí)，包括物鏡的光學(xué)系統(tǒng)從盤中心(主盤中心)徑向移動(dòng)，借此光束以螺旋方式在主盤上掃描，以將光致抗蝕劑曝光，因此能高密度地在主盤上形成凹坑。
除所述i-線抗蝕劑以外，可以使用g-線正性抗蝕劑(g-ray positive typeresist)作為光致抗蝕劑12。因?yàn)榭刮g劑通過光子模式記錄而發(fā)生光敏作用，并且在具有高重復(fù)頻率的超短波脈沖光的情形中，可根據(jù)計(jì)算出的每單位面積的光子量確定光敏量。根據(jù)本發(fā)明，與用連續(xù)光照射抗蝕劑的情形不同，光致抗蝕劑難以通過熱模式發(fā)生光敏作用。也就是說，可限制抗蝕劑增厚，并且抑制由于不必要的抗蝕劑引起的抗蝕劑溫度升高導(dǎo)致的反應(yīng)速度改變。因此，可形成更微小的凹坑。
盡管在所述的本發(fā)明實(shí)例中描述了具有816nm中心波長(zhǎng)的超短波脈沖激光器的情形，不過Ti藍(lán)寶石超短波脈沖激光器能以大約760nm振蕩，在此情形中，可通過所述相同方式使用波長(zhǎng)為380nm的二次諧波光和波長(zhǎng)為253nm的三次諧波光(應(yīng)改變所有的中心設(shè)計(jì)波長(zhǎng))。但效率稍有下降，因此應(yīng)增大用于激勵(lì)超短波脈沖激光光源的激光介質(zhì)的激勵(lì)綠光激光器的能量。
此外，將用于混合和頻的非線性光學(xué)晶體(例如BBO)加入本發(fā)明結(jié)構(gòu)中時(shí)，可產(chǎn)生四次諧波(波長(zhǎng)為204nm，平均輸出為12mW)。在此情形中，通過使用數(shù)值孔徑NA為0.9的無像差透鏡，可以獲得0.28μm的艾里斑作為光束束斑尺寸。
因此，可使用相當(dāng)于0.28×(1/2)=0.2μm]]>的束斑尺寸曝光抗蝕劑。
在此情形中，使用KrF激光器(波長(zhǎng)為248nm)或ArF激光器(波長(zhǎng)為192nm)的抗蝕劑可以應(yīng)用于高靈敏抗蝕劑。
盡管以上面提到的本發(fā)明實(shí)例1中的三階高次諧波發(fā)生組件為例說明了高次高階諧波發(fā)生組件，由于參照?qǐng)D5所述的高次高階諧波發(fā)生組件具有彼此獨(dú)立地分開的二次諧波產(chǎn)生單元及和頻混合單元，二次諧波產(chǎn)生單元也可以用作曝光光源。在此情形中，二次諧波產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換系數(shù)比三次諧波產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換系數(shù)高，從而通過相同激勵(lì)激光功率不僅可以產(chǎn)生高曝光能量的二次諧波，而且激光波長(zhǎng)接近于可見光范圍。結(jié)果，可以廣泛使用各種玻璃材料，并使透鏡設(shè)計(jì)更方便。此外，減少了對(duì)光學(xué)元件的限制。
發(fā)明例2下面將描述發(fā)明例2。
在本發(fā)明例中，雖然光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置的材料和結(jié)構(gòu)與上面提到的發(fā)明例1相同，但在激光能量強(qiáng)度增大約十倍的條件下使用曝光光源。
具體而言，本發(fā)明例采用Ti藍(lán)寶石作為激光介質(zhì)的超短波脈沖激光光源作為曝光光源，其平均輸出為2W，重復(fù)頻率為66MHz，中心波長(zhǎng)為816nm，脈沖寬度為80fs。
另外，為了增大高次高階諧波的激光功率強(qiáng)度，大大地減小設(shè)置在相應(yīng)非線性光學(xué)晶體20、24前面的聚光透鏡19a、19b、19c、19d的焦距，以大大減小晶體內(nèi)的束斑直徑，從而增大激發(fā)光的電場(chǎng)強(qiáng)度。結(jié)果，增大了三次諧波的激光功率強(qiáng)度，從而獲得了近似十倍于本發(fā)明的實(shí)例1的激光功率。當(dāng)然，其脈沖寬度也稍有增大。
使從三次諧波產(chǎn)生單元28發(fā)射出的波長(zhǎng)為272nm、脈沖寬度為130fs的超短波脈沖光照射在ArF激光光致抗蝕劑上，例如，可用以氟樹脂為基的抗蝕劑作為這種光致抗蝕劑。
從峰值輸出觀點(diǎn)看，抗蝕劑表面上束斑內(nèi)的光強(qiáng)度達(dá)到100GW/cm2，致使發(fā)生明顯的雙光子吸收，借此，光吸收、即作為抗蝕劑曝光過程的光化加成反應(yīng)能提高幾個(gè)百分點(diǎn)。此外，在本例中，通過使用數(shù)值孔徑NA＝0.9的無像差透鏡作為物鏡，可以獲得0.36μm的艾里斑，并且可以產(chǎn)生雙光子吸收過程，因此，可以用艾里斑尺寸為0.36×(1/2)=0.25μm]]>的束斑曝光抗蝕劑。
用束斑強(qiáng)度分布的平方對(duì)抗蝕劑進(jìn)行曝光。所述抗蝕劑相對(duì)于269nm的波長(zhǎng)是透明的，因而不發(fā)生普通吸收。僅在具有高強(qiáng)度分布的部分發(fā)生雙光子吸收過程。這種抗蝕劑不僅可用ArF激光(波長(zhǎng)193nm)抗蝕劑(NipponZeon有限公司制造，商標(biāo)名為“ZARF001”，等)替代，而且也可用正在研究的F2激光氟樹脂為基的抗蝕劑替代。
在這種情況中，擴(kuò)束器5由變形光學(xué)系統(tǒng)組成，以產(chǎn)生沿光束掃描方向延伸的長(zhǎng)方形光斑形狀，借此可以曝光生成凹槽寬度小于現(xiàn)有的凹槽寬度的凹槽圖形。
另外，也是在本例中，當(dāng)高次高階諧波發(fā)生組件具有圖5中所示結(jié)構(gòu)時(shí)，即二次諧波發(fā)生組件與和頻混合部分獨(dú)立地彼此分隔開時(shí)，可使用二次諧波(波長(zhǎng)403nm)作為曝光光源。在此情形中，理想的是采用ArF激光抗蝕劑(Nippon Zeon有限公司制造，商標(biāo)名為“ZARF001”，等)或KrF激光抗蝕劑(JSR公司制造，商標(biāo)名為“KRFM89Y”，等)作為光致抗蝕劑。
再者，由于雙光子吸收的截面非常小，為了增大抗蝕劑的敏感性，可使用在抗蝕劑中加入了作為增感劑(sensitizer)的具有大的雙光子吸收截面的有機(jī)染料的抗蝕劑。本發(fā)明的此實(shí)例具有與實(shí)例1類似的優(yōu)點(diǎn)，并且拓寬了可利用的光致抗蝕劑的選擇范圍。
發(fā)明例3下面，將參照?qǐng)D1描述本發(fā)明另一實(shí)施方式的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置。在本實(shí)例中，光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置包括用作Ti藍(lán)寶石超短波脈沖激光光源的曝光光源1；使用該超短波脈沖激光器作為激勵(lì)光源的高次高階諧波發(fā)生組件2；啁啾校正光學(xué)系統(tǒng)4，其具有負(fù)群速度色散，以預(yù)先校正從這些光束輸出的脈沖穿過多個(gè)光學(xué)組件時(shí)施加在脈沖上的正群速度色散；調(diào)制組件3，其用與所提供的數(shù)據(jù)相應(yīng)的電脈沖信號(hào)通過高速切換這些發(fā)射的光束而調(diào)制光強(qiáng)度；擴(kuò)束器5；以及物鏡8a，物鏡8a將經(jīng)由調(diào)制組件3調(diào)制的光轉(zhuǎn)換成覆有光致抗蝕劑12的光記錄介質(zhì)主盤11上的衍射極限光斑尺寸。
使用重復(fù)頻率為750MHz、中心波長(zhǎng)為816nm、脈沖寬度為80fs且平均輸出為1.5W的Ti藍(lán)寶石激光器作為超短波脈沖激光光源，其中該重復(fù)頻率為所述藍(lán)光光盤時(shí)鐘頻率(66MHz)的十倍或高于十倍。
使用上面參照?qǐng)D5描述的高次高階諧波發(fā)生組件3產(chǎn)生波長(zhǎng)為408nm的二次諧波，或波長(zhǎng)為272nm的三次諧波。在本例中，使用LBO晶體作為圖5中所示二次諧波發(fā)生組件26的非線性光學(xué)晶體20，進(jìn)行I型相位匹配。并且，使用BBO作為三次諧波產(chǎn)生單元28的非線性光學(xué)晶體24，進(jìn)行I型相位匹配。設(shè)置各透鏡19a至19d以增大晶體內(nèi)的光束強(qiáng)度，從而提高轉(zhuǎn)換效率。二次諧波光可以產(chǎn)生平均輸出為20mW、脈沖寬度為100fs的發(fā)射光，三次諧波光可以產(chǎn)生平均輸出為4mW、脈沖寬度(FWHM)為130fs(小于1ps)的發(fā)射光。
此外，在本例中，使用布儒斯特棱鏡對(duì)作為圖4所示的啁啾校正光學(xué)系統(tǒng)4。如圖1所示，啁啾校正光學(xué)系統(tǒng)4發(fā)出的光被反射鏡1a反射90°，然后輸送至光強(qiáng)調(diào)制組件3。光強(qiáng)調(diào)制組件3中的光強(qiáng)調(diào)制器由具有50MHz信號(hào)調(diào)制帶寬的電光元件EOM組成，并且被施加來自所謂格式器的凹坑記錄信號(hào)，其中記錄在光記錄介質(zhì)主盤上的信息通過輸入端產(chǎn)生電信號(hào)，并根據(jù)該記錄信息調(diào)制光。
如上所述，經(jīng)過調(diào)制的光被反射鏡1b反射90°，然后通過擴(kuò)束器5和聚焦檢測(cè)控制系統(tǒng)6的偏振分束器(PBS)6a和四分之一波片7，之后，被反射鏡1c反射90°，穿過具有高數(shù)值孔徑NA的物鏡8a，照射在上面預(yù)先涂覆有光致抗蝕劑12的光記錄介質(zhì)主盤11上。
可使用i-線抗蝕劑(JSR公司制造，商標(biāo)名為“PFRIX1110G”，等)和Kr激光原版制作抗蝕劑(Nippon Zeon有限公司制造，商標(biāo)名為“DVR-100”，等)作為光致抗蝕劑12。
此時(shí)，物鏡8a由具有高數(shù)值孔徑NA值的物鏡組成，對(duì)于例如波長(zhǎng)λ為272nm的入射光校正物鏡的像差，并且將光束聚焦到衍射極限，借此使光照射在光記錄介質(zhì)主盤上。此外，使用由適當(dāng)材料如合成石英或硅質(zhì)巖制成的、可使該波長(zhǎng)范圍的光充分透過的消色差物鏡作為物鏡8a。
高次高階諧波發(fā)生組件2同時(shí)發(fā)射波長(zhǎng)λ為272nm的三次諧波光和波長(zhǎng)λ為408nm的二次諧波光。所述光的光程等同于穿過各光學(xué)元件的光程，借此使光照射在光記錄介質(zhì)主盤11上。其余結(jié)構(gòu)與所述發(fā)明例1相同。
此外，在本發(fā)明例中，對(duì)于艾里盤，當(dāng)使用數(shù)值孔徑NA為0.9的無像差透鏡作為物鏡時(shí)，可以將激光束斑尺寸減小到0.36μm。因此，可以將光致抗蝕劑曝光到與0.36×(1/2)≈0.25(μm)]]>的束斑尺寸相應(yīng)的程度。
所形成的激光束通過盤旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在盤上旋轉(zhuǎn)和掃描，同時(shí)包括所述物鏡的光學(xué)系統(tǒng)從盤中心沿徑向移動(dòng)，借此使激光束在光盤上螺旋形掃描而使光致抗蝕劑曝光，以高密度地形成凹坑。使用g-線或i-線正性抗蝕劑作為光致抗蝕劑。由于在光子模式記錄中曝光抗蝕劑，在高重復(fù)頻率超短波脈沖光的情形中，可通過單位面積光子的計(jì)算量確定曝光量。根據(jù)本發(fā)明，與連續(xù)光照射在光致抗蝕劑上的情形不同，光致抗蝕劑難以通過熱模式而曝光。也就是說，可防止由于抗蝕劑上不希望的溫度升高而導(dǎo)致光致抗蝕劑膨脹，并且可以抑制反應(yīng)速度的改變，因而可形成更微小的凹坑。
雖然針對(duì)中心波長(zhǎng)為816nm的情形描述了本發(fā)明例3，但Ti藍(lán)寶石超短波脈沖激光器能以大約760nm的波長(zhǎng)振蕩。在此情形中，類似于所述組件的那些組件(應(yīng)改變所有中心設(shè)計(jì)波長(zhǎng))可使用波長(zhǎng)為380nm的二次諧波光和波長(zhǎng)為253nm的三次諧波光。不過，效率略有降低，因而應(yīng)增大激勵(lì)綠光激光器的輸出。
此外，考慮到可進(jìn)一步增加用于混合和頻的非線性光學(xué)晶體(BBO)，可利用產(chǎn)生的四次諧波(波長(zhǎng)在200nm附近)。在此情形中，通過使用數(shù)值孔徑NA為0.9的無像差透鏡可以得到0.28μm的艾里斑作為束斑尺寸。因此，光致抗蝕劑可以曝光到與0.28×(1/2)≈0.2(μm)]]>的束斑尺寸相應(yīng)的程度。盡管平均輸出為大約幾十毫瓦那樣低，但可通過降低曝光光的掃描速度，即光記錄介質(zhì)主盤旋轉(zhuǎn)速度解決光源的激光功率低的問題。
另外，盡管在上面提到的發(fā)明例3中用三次諧波發(fā)生組件作為高次高階諧波發(fā)生組件，但因?yàn)樯厦鎱⒄請(qǐng)D5描述的高次高階諧波發(fā)生組件獨(dú)立地分成二次諧波產(chǎn)生單元及和頻混合單元，可使用二次諧波作為曝光光源。在此情形中，由于與三次諧波產(chǎn)生相比，二次諧波產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換效率更高，所以不僅可以在相同激發(fā)激光功率下獲得曝光功率，而且激光波長(zhǎng)接近于可見光范圍。因此，可以廣泛使用各種玻璃產(chǎn)生二次諧波，并且可很方便地設(shè)計(jì)透鏡。此外，可以減小對(duì)光學(xué)元件的限制。
發(fā)明例4
下面，將描述發(fā)明例4。
在本發(fā)明例中，雖然光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置的材料和結(jié)構(gòu)實(shí)際上與實(shí)例3完全相同，不過為了增大高次高階諧波的激光功率強(qiáng)度，將設(shè)置在各非線性光學(xué)晶體前面的聚光透鏡的焦距大大減小，以便減小束斑直徑，因而可提高波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率。
此外，在本發(fā)明例中，使用重復(fù)頻率為750MHz、中心頻率為816nm、脈沖寬度為80fs且平均輸出為1.5W的Ti藍(lán)寶石超短波脈沖激光器作為曝光光源1。
當(dāng)從三次諧波發(fā)生組件發(fā)射出的波長(zhǎng)為272nm、脈沖寬度小于1ps的130ps超短波脈沖光照射在ArF激光光致抗蝕劑如氟樹脂上時(shí)，從峰值輸出觀點(diǎn)看，抗蝕劑表面上束斑內(nèi)的光強(qiáng)度達(dá)到100GW/cm2，因而可明顯發(fā)生雙光子吸收，以吸收百分之幾的光子，也就是說，明顯發(fā)生作為抗蝕劑曝光過程的光化反應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明例，通過使用數(shù)值孔徑NA＝0.9的無像差透鏡作為物鏡，可以得到0.36μm的艾里斑，并且可以用0.36×(1/2)≈0.25μm]]>的艾里斑尺寸曝光光致抗蝕劑。
如上所述，用束斑強(qiáng)度分布的平方對(duì)光致抗蝕劑進(jìn)行曝光。即，在此情形中，由于抗蝕劑對(duì)波長(zhǎng)272nm的光透明，在該抗蝕劑中不會(huì)發(fā)生普通吸收，僅在具有高強(qiáng)度分布的部分中局部地發(fā)生雙光子吸收過程。因而，在這種情形中，不僅可以用ArF激光(波長(zhǎng)為193nm)抗蝕劑(Nippon Zeon有限公司制造，商標(biāo)名為“ZARF001”，等)替代該抗蝕劑，而且可以用正在研制的F2激光以氟為基的樹脂抗蝕劑替代該抗蝕劑。
此外，在本發(fā)明例中，由于高次高階諧波發(fā)生組件具有如圖5中所示的二次諧波發(fā)生組件與和頻混合部分彼此獨(dú)立地分離的結(jié)構(gòu)，可使用二次諧波(波長(zhǎng)為403nm)作為曝光光源。在此情形中，此處希望使用ArF激光抗蝕劑(Nippon Zeon有限公司制造，商標(biāo)名為“ZARF001”，等)或KrF激光抗蝕劑(JSR公司制造，商標(biāo)名為“KRFM89Y”，等)作為光致抗蝕劑。
此外，在這種情況中，為了提高抗蝕劑的敏感度，可使用添加有具有大的雙光子吸收截面的有機(jī)染料作為增敏劑的抗蝕劑作為這種抗蝕劑。本發(fā)明例具有與所述的發(fā)明例相同的優(yōu)點(diǎn)，并且可以拓展利用光致抗蝕劑的選擇范圍。
在上面提到的發(fā)明例3和4中，選擇超短波脈沖激光器的重復(fù)頻率，使其為光記錄介質(zhì)記錄信息的時(shí)鐘頻率的十倍或大于十倍，借此可以選擇使重復(fù)頻率與光記錄介質(zhì)記錄信息的時(shí)鐘頻率之間的偏差等于或小于時(shí)鐘的1/10，因此可將抖動(dòng)抑制成等于或小于10％。
此外，如上所述，如果重復(fù)頻率增加得太大，則脈沖的峰值輸出降低，難以發(fā)生雙光子吸收，從而不能高分辨率地曝光圖形。因此，在所述本發(fā)明中，考慮到目前可獲得的超短波脈沖激光光源的最大輸出和當(dāng)前正在研究的各種光記錄介質(zhì)的時(shí)鐘頻率，將重復(fù)頻率的極限選擇為等于或者小于待曝光的光記錄介質(zhì)時(shí)鐘頻率的大約二十倍。
再者，盡管在所述實(shí)施方式和各發(fā)明例中以Ti藍(lán)寶石超短波脈沖激光器為例進(jìn)行了描述，但本發(fā)明不限于此，可使用多種超短波脈沖激光光源。
例如，可以用目前可從市場(chǎng)上購(gòu)得的Nd釩酸鹽(vanadete)超短波脈沖激光器激勵(lì)半導(dǎo)體激光器。這種超短波脈沖激光器使用半導(dǎo)體飽和吸收反射鏡(SESAM)，并且中心波長(zhǎng)為1064nm，脈沖寬度為7ps，平均輸出為幾瓦，重復(fù)頻率在25MHz到1GHz范圍內(nèi)。中心波長(zhǎng)為917nm的這類超短波脈沖激光器也可以從市場(chǎng)上購(gòu)得。此外，使用固態(tài)激光介質(zhì)如Cr:LiSAF；Nd玻璃的超短波脈沖激光器具有等于或小于100fs的脈沖寬度和850nm及1058nm的中心波長(zhǎng)。
在高次高階諧波發(fā)生組件中，作為包括和頻混合、二次諧波產(chǎn)生和四次諧波產(chǎn)生等的非線性光學(xué)晶體，除了BBO以外，還可以列出KDP、KTP、LN或周期偏振轉(zhuǎn)換型KTP(PPKTP)、PPLN、LBO、LiIO2、CBO等。
另外，盡管以微凹坑和凹槽的曝光為例描述了本發(fā)明，由于對(duì)本發(fā)明的曝光光源可以與現(xiàn)有的連續(xù)光光源一樣處理，不僅可以形成微凹坑和凹槽，而且通過使用有效利用聲光效應(yīng)或泡克爾斯效應(yīng)的偏光器可以同樣形成擺動(dòng)地址。
此外，本發(fā)明不限于盤形光記錄介質(zhì)主盤的曝光裝置和曝光方法，可以應(yīng)用于使用高精度線形激勵(lì)器取代圖1中所示旋轉(zhuǎn)裝置13的X-Y線形掃描系統(tǒng)的激光寫入裝置，或者除旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和X-Y線形掃描系統(tǒng)以外還包括Z-方向滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的三維微型加工裝置。
在本發(fā)明的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置和光記錄介質(zhì)曝光方法中，調(diào)節(jié)從曝光光源輸出的超短波脈沖激光的重復(fù)頻率脈沖，或者從使用該超短波脈沖激光器作為激勵(lì)光源的高次高階諧波發(fā)生組件輸出的具有短波長(zhǎng)的超短波脈沖激光的重復(fù)頻率脈沖，使其為記錄在光記錄介質(zhì)上的信息信號(hào)時(shí)鐘頻率的一倍至二十倍范圍內(nèi)的整數(shù)倍，從而對(duì)光致抗蝕劑曝光。結(jié)果，可發(fā)生雙光子吸收過程，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以高精度地形成近似等于或小于0.25μm的非常小的凹坑。
此外，由于將超短波脈沖激光器的脈沖寬度選擇為等于或小于1×10-12秒，可更有效地產(chǎn)生雙光子吸收過程，從而可形成小于曝光光源波長(zhǎng)的衍射極限的更微小的凹坑。
另外，在上面提到的本發(fā)明中，由于照射在光記錄介質(zhì)主盤上的激光束斑形成為長(zhǎng)方形束斑，還可以將具有沿凹槽等的掃描方向延伸的圖形的信號(hào)構(gòu)圖曝光為令人滿意的形狀。
此外，根據(jù)本發(fā)明另一方面，由于調(diào)節(jié)從曝光光源輸出的超短波脈沖激光的重復(fù)頻率脈沖，或者從使用該超短波脈沖激光器作為激勵(lì)光源的高次高階諧波發(fā)生組件輸出的具有短波長(zhǎng)的超短波脈沖激光的重復(fù)頻率脈沖，使其處于記錄信息信號(hào)時(shí)鐘頻率的一倍至二十倍范圍內(nèi)，該脈沖激光經(jīng)過用于調(diào)制光強(qiáng)的調(diào)制組件的調(diào)制，再通過聚焦光學(xué)系統(tǒng)聚焦成衍射極限的束斑尺寸，從而對(duì)光致抗蝕劑曝光，可以將光致抗蝕劑曝光成小于現(xiàn)有技術(shù)的圖形。
尤其在這種情形中，由于發(fā)生雙光子吸收過程，并且高次高階諧波發(fā)生組件使用具有更短波長(zhǎng)的超短波脈沖激光，可以曝光生成等于或小于0.25μm的更小的圖形。
另外，根據(jù)所述本發(fā)明，由于將超短波脈沖激光器的脈沖寬度選擇為等于或小于1×10-12秒，從而可更有效地發(fā)生雙光子吸收過程，在滿足曝光光源波長(zhǎng)的衍射極限下，可形成更小凹坑。
此外，根據(jù)本發(fā)明的所提到的各個(gè)方面，不使用具有高數(shù)值孔徑的SIL的近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)而使用遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)可以充分增大工作距離，并且可以增大光致抗蝕劑曝光時(shí)所需的旋轉(zhuǎn)速度，從而可以顯著提高生產(chǎn)率。
權(quán)利要求
1.一種光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，包括一調(diào)制組件，該調(diào)制組件根據(jù)記錄信息調(diào)制曝光光源發(fā)出的光強(qiáng)度；和一聚焦光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于將經(jīng)過所述調(diào)制組件調(diào)制的光聚焦在光記錄介質(zhì)主盤上的光致抗蝕劑上，從而根據(jù)所述記錄信息構(gòu)圖曝光所述光致抗蝕劑，所述光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置的特征在于，所述曝光光源由重復(fù)頻率處于一倍至二十倍于所述記錄信息時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)的整數(shù)倍的超短波脈沖激光器組成；所述光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置包括一外同步機(jī)構(gòu)，用于改變所述超短波脈沖激光器的諧振腔長(zhǎng)度，以便將所述超短波脈沖激光器的重復(fù)頻率鎖模成與所述時(shí)鐘頻率同步，從而使所述超短波脈沖激光器發(fā)射脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，其特征在于，所述曝光光源和所述調(diào)制組件之間設(shè)有使用所述超短波脈沖激光光源作為激勵(lì)光源的一高次高階諧波發(fā)生組件，以便使用一非線性光學(xué)元件通過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換發(fā)射出波長(zhǎng)減小的光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，其特征在于，通過雙光子吸收過程將所述光致抗蝕劑曝光。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，其特征在于，通過雙光子吸收過程將所述光致抗蝕劑曝光。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，其特征在于，所述曝光光源的脈沖寬度等于或小于1×10-12秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，其特征在于，所述曝光光源的脈沖寬度等于或小于1×10-12秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，其特征在于，從所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)出射后聚焦在所述光致抗蝕劑上面的激光的束斑形狀為沿所述激光掃描方向延伸的長(zhǎng)方形束斑形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，其特征在于，從所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)出射后聚焦在所述光致抗蝕劑上面的激光的束斑形狀為沿所述激光掃描方向延伸的長(zhǎng)方形束斑形狀。
9.一種光記錄介質(zhì)主盤曝光方法，包括根據(jù)記錄信息調(diào)制曝光光源發(fā)出的光強(qiáng)度；以及將經(jīng)過所述調(diào)制組件調(diào)制的光聚焦在光記錄介質(zhì)主盤上的光致抗蝕劑上，從而根據(jù)所述記錄信息構(gòu)圖曝光所述光致抗蝕劑的步驟，所述光記錄介質(zhì)主盤曝光方法的特征在于，所述曝光光源包括重復(fù)頻率處于一倍到二十倍于所述記錄信息時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)的整數(shù)倍的一超短波激光器，所述光記錄介質(zhì)主盤曝光方法包括用于改變所述超短波脈沖激光器諧振腔長(zhǎng)度的一外同步機(jī)構(gòu)，以便將所述超短波脈沖激光器的所述重復(fù)頻率鎖模成與所述時(shí)鐘頻率同步，從而使所述超短波脈沖激光器發(fā)射出脈沖。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光方法，其特征在于，一高次高階諧波發(fā)生組件使用所述曝光光源作為激勵(lì)光源，從所述曝光光源發(fā)射出光，并且使用非線性光學(xué)元件通過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換減小其波長(zhǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光方法，其特征在于，從所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)出射后聚焦在所述光致抗蝕劑上面的激光的束斑形狀為沿所述激光掃描方向延伸的長(zhǎng)方形束斑形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光方法，其特征在于，從所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)出射后聚焦在所述光致抗蝕劑上面的激光的束斑形狀為沿所述激光掃描方向延伸的長(zhǎng)方形束斑形狀。
13.一種光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，包括一調(diào)制組件，該組件根據(jù)記錄信息調(diào)制曝光光源發(fā)出的光強(qiáng)度；和聚焦光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于將經(jīng)過所述調(diào)制組件調(diào)制的光聚焦在光記錄介質(zhì)主盤上的光致抗蝕劑上，從而根據(jù)所述記錄信息構(gòu)圖曝光所述光致抗蝕劑，所述光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置的特征在于，所述曝光光源由重復(fù)頻率處于十倍至二十倍于所述記錄信息時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)的超短波脈沖激光器組成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，其特征在于，所述曝光光源和所述調(diào)制組件之間設(shè)置有使用所述超短波脈沖激光光源作為激勵(lì)光源的高次高階諧波發(fā)生組件，該發(fā)生組件使用非線性光學(xué)元件通過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換發(fā)射出波長(zhǎng)減小的光。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，其特征在于，通過雙光子吸收過程將所述光致抗蝕劑曝光。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，其特征在于，通過雙光子吸收過程將所述光致抗蝕劑曝光。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，其特征在于，所述曝光光源的脈沖寬度等于或小于1×10-12秒。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，其特征在于，所述曝光光源的脈沖寬度等于或小于1×10-12秒。
19.一種光記錄介質(zhì)主盤曝光方法，包括根據(jù)記錄信息調(diào)制曝光光源發(fā)出的光強(qiáng)度；以及將經(jīng)過所述調(diào)制組件調(diào)制的光聚焦在光記錄介質(zhì)主盤上的光致抗蝕劑上，從而根據(jù)所述記錄信息構(gòu)圖曝光所述光致抗蝕劑的步驟，所述光記錄介質(zhì)主盤曝光方法的特征在于，所述曝光光源包括重復(fù)頻率處于十倍到二十倍于所述記錄信息時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)的整數(shù)倍的一超短波激光器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的光記錄介質(zhì)主盤曝光方法，其特征在于，一高次高階諧波發(fā)生組件使用所述曝光光源作為激勵(lì)光源，從所述曝光光源出射光，并且使用一非線性光學(xué)元件通過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換減小其波長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光記錄介質(zhì)主盤曝光裝置，包括根據(jù)記錄信息調(diào)制曝光光源(1)發(fā)出的光強(qiáng)度的調(diào)制組件(3)；和聚焦光學(xué)系統(tǒng)(9)，該系統(tǒng)用于將經(jīng)由調(diào)制組件(3)調(diào)制的光聚焦在光記錄介質(zhì)主盤(11)上的光致抗蝕劑(12)上，從而根據(jù)記錄信息構(gòu)圖曝光光致抗蝕劑(12)。曝光光源(1)由重復(fù)頻率處于一倍至二十倍于所述記錄信息時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)的整數(shù)倍的超短波脈沖激光器組成。該光記錄介質(zhì)主盤裝置包括外同步機(jī)構(gòu)，以改變?cè)摮滩}沖激光器的諧振腔長(zhǎng)度，將超短波脈沖激光器的重復(fù)頻率鎖模成與時(shí)鐘頻率同步，使超短波脈沖激光器發(fā)射出脈沖，從而高精度地形成微凹坑。
文檔編號(hào)G11B7/125GK1685406SQ20038010014
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月15日
發(fā)明者玉田作哉 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社