专利名称：光记录介质及其制造方法
技术领域：
本发明涉及包括衬底和透光层的光记录介质，衬底上形成凹坑和凸块图形，透光层形成在衬底上，本发明还涉及制造这种光记录介质的方法。
利用光读出数据和写入数据到典型的普通光记录介质上，光记录介质一般具有圆盘形状，故称之为光盘，大家知道光记录介质有一个用合成树脂做成的光盘衬底，例如，聚碳酸酯等。光盘包括只读型，一次写入型，和可改写型，可以从只读型光盘读出已记录的信号，一次写入型光盘只能记录信号一次，而可改写型光盘可以多次记录信号。
只读型光盘包括光盘衬底和反射层，光盘衬底有微小凹坑(通常所说的“凹痕(pit)”)，沿着记录轨道的方向形成在光盘衬底表面上，反射层生成在有凹痕图形的光盘表面。即，光盘有记录的信号，沿着记录轨道方向形成凹痕图形。为了从只读型光盘读出记录成凹痕图形的信号，利用读出光照射此光盘，读出光来自与形成凹痕图形表面相对的一个表面。读出光在反射层上反射，检测回程光(反射的读出光)以读出信号。
还是在这种光盘中，检测来自有凹痕表面的衍射光，为了使来自光源的光斑准确地射到记录轨道上(通常所说的“跟踪”)。
另一方面，一次写入型和可改写型光盘各自都包括光盘衬底，衬底上的记录层，和记录层上的反射层，光盘衬底上有同心圆或螺旋形凹坑(通常所说的沟槽(groove))和形成在相邻沟槽之间的凸块(通常所说的台阶(land))。在这些类型的光盘中，信号写入到形成沟槽和/或台阶的记录层上。还是在这些一次写入型和可改写型光盘中，作为附加信号的凹痕图形，例如，光盘性质，地址，等等，沿着记录轨道方向形成在相邻的沟槽之间。
当读出这些光盘时，读出光照射到形成台阶和/或沟槽的记录层上，读出光来自与形成凹痕和沟槽表面相对的一个表面，记录层上形成记录的标记。为了读出这些类型的光盘，与只读型光盘一样，利用读出光进行照射，并检测从光盘的回程光。
还是在这些一次写入型和可改写型光盘中，例如，检测从沟槽反射的回程光用于跟踪。
利用在其上面有凸块和凹坑的模具，通过注模方法制成只读光盘，一次写入型光盘，和可改写型光盘(以下就称之为“光盘”)，这些凸块和凹坑形成光盘上的凹痕和沟槽。更具体些说，诸如聚碳酸酯的合成树脂注入模具，形成在其上面有凹痕和沟槽的透明衬底。反射层等形成在透明光盘衬底上以制成光盘。在一次写入型和可改写型光盘中，记录层形成在透明光盘衬底与反射层之间。
当前这一领域的趋势是减小聚焦到光盘上的光斑直径，为的是达到更高的记录密度。一般来说，采用较短波长的光和较大数值孔径(NA)的物镜能够达到这个目的。
然而，若要减小聚焦到光盘上的光斑直径以获得更高的记录密度，则必须增大透明光盘衬底的厚度。这是因为随着物镜NA的增大，由倾角引起的象差容许量就较小，这个倾角是光盘表面或平面相对于光学检波器的光轴形成的。而且，读出光传播通过的光盘部分越厚，因倾角产生的象差就越大。
所以，减小入射光表面与光盘信号层之间的距离以适应聚焦到光盘上减小的光斑直径。
然而，在上述光盘中，若光盘衬底仅有0.3mm或更小的厚度，在这样光盘衬底上模制凹坑和台阶图形是很困难的。此外，即使制模是可行的，光盘衬底很可能弯曲，导致在衬底上形成记录层，反射层，等各层很困难。而且，若光盘衬底具有这样的厚度，使用者不能方便地操作由这种光盘衬底制成的光盘。
所以，到目前为止已建议制作这样一种光盘，它包括透明衬底，在其上面有凹坑(depression)和凸块(projection)图形；至少一个反射层，形成在光盘衬底上；和透光层，形成在反射层上面，所以，预定波长的光能够入射通过透光层，以便读出和/或写入数据到光盘上。这种类型光盘称之为“后读出光盘”，便于以下的描述。
在后读出光盘中，记录层形成在反射层与透光层之间。
在后读出光盘中，与在其上面有凹坑和凸块的光盘衬底比较，透光层可以做得非常薄。因此，即使采用较大波长的光和较大NA的物镜，信号的写入和读出能够做成精确地相对于光盘而不存在上述的问题。
然而，即使在上述后读出光盘中，利用在其上面有凸块和凹坑图形的模具，用注模方法制成透明光盘衬底，这些凸块和凹坑图形给出光盘衬底上的凹痕和沟槽。为了制备模具，首先在玻璃衬底上形成光刻胶层，对光刻胶层的预定区域给以曝光，从而形成有预定凹坑和凸块图形的原盘，这些凹坑和凸块是余留在玻璃衬底上的未曝光光刻胶层。然后，对玻璃原盘镀以镍或类似金属以制成模具。
所以，为了在透明光盘衬底上以高精度形成凹痕/沟槽和台阶图形以制成这种后读出光盘，必须以相应的高精度形成凸块和凹坑图形，还要把这些图形精确地复制到光盘衬底上。
为了用较小的凹痕和沟槽以达到较高的记录密度，把模具上的凸块和凹坑图形以高精度复制到光盘衬底上就更困难了。举例来说，为了在透明光盘衬底的一个主表面上形成微小凸块，相应的微小凹坑就制成在模具上。所以，必须把树脂填充到模具的这些微小凹坑中。
可以想到，在制作光盘时，较低粘度的树脂能够以较高效率和较高复制精度填充到微小凹坑中。然而，实际上把这种较低密度树脂填充满微小凹坑中就很困难。就是说，不可能以高精度模制凹痕。
以下讨论证实上述说法的一个实验。在此实验中，采用聚碳酸酯作为树脂填充到微小凹坑中。注模的温度随树脂温度的变化而改变。在这个实验中所用的注模温度为三种120℃，125℃和130℃。
采用适合于形成0.85μm记录轨道间隔和120nm深度沟槽的模具完成注模。然后测量这种模制沟槽的复制精度。测量的结果如
图1所示。在图1中，竖直轴表示沟槽深度(nm)，水平轴表示模具中沟槽宽度与记录轨道间隔的比率(％)。即，图1的水平轴表示沟槽与模具的面积之比。
从图1可以看出，较高的模制温度给出较高的复制精度。然而，还是如图1所示，即使在高模制温度下，模具上有较小沟槽面积的复制精度较低。这意味着，对应于光盘衬底上的凹痕是模具上沿记录轨道方向周期性的凹坑，制成微小凹痕是很困难的。此外，若模制温度太高，模制制成的光盘衬底非常弯曲不平，即使在模具上形成的凸块以复制高精度复制到光盘衬底上，读出光的光斑也不能正确聚焦。而且，高温下的模具本身会膨胀，这就使模制机不能正常工作。若模具热膨胀太大，模具的移动部分会造成所谓的金属磨损，其结果可能是损坏模制机。所以，模制温度的上限可以说在130℃左右。
顺便说一下，后读出光盘最好有记录标记，这些标记形成在光盘衬底部分上，从透光层方向看去是凸的。而且，这些凸出部分的上表面最好与玻璃原盘的平表面齐平。在后读出光盘中，凸出部分用作记录区，从而增大了信号的写入量或读出量，改进了写入和读出特性。
在后读出光盘中，对应于上述光盘上凹痕的微小凸块与从透光层方向看去的凸出部分是一致的，即，沿着记录轨道的方向。就是说，后读出光盘有附加的信号，例如，光盘性质，地址，等等信息，写入在这些微小凸块上。
对于有较高记录密度形成微小沟槽和凸块的后读出光盘，必须以较高精度形成微小凸块。然而，为了模制这些微小凸块，必须采用在其上面有相应凹坑的模具。在此情况下，由于上述的原因复制精度降低甚多。
制造后读出光盘的缺点是，不能以高精度复制作为附加信号的凸块，导致低产量以及从不能精确地读出对应于非精确复制凸块上的附加信号。
所以，本发明的目的是提供这样一种光记录介质以克服上述现有技术的缺点，以高精度形成有微小凹坑，凸块和台阶图形的光记录介质，并提出一个制造此光记录介质的方法，能够在光记录介质上精确地形成微小凹坑和凸块。
本发明的以上目的可以通过提供这样一种光记录介质而达到，这种光记录介质包括一个衬底和在此衬底上至少一个透光层，用一个预定波长的光从透光层上方并通过透光层照射衬底以写入和/或读出信号。
衬底上有凸块和凹坑，凸块是从透光层看过去是凸的，凹坑与凸块方向一致，凹坑的深度与凸块主表面有相同的高度。
在按照本发明的光记录介质中，形成的凹坑与凸块方向一致。在此记录介质中，凹坑写入附加的信号，等等信息。由于以高复制精度形成凹坑，凹坑各自有所需的形状。所以，能够从这个光记录介质上准确地且完全地读出信号。
本发明的以上目的也可以通过提出一个按照本发明制造光记录介质的方法而达到，此方法包括的步骤有在衬底上形成一个光刻胶层；对形成在衬底上预定区域的光刻胶层曝光，使光刻胶层中形成多串凹坑；去除相邻凹坑串之间的光刻胶层以形成原盘(master)；给原盘镀上金属；分离出金属镀层以制成原盘模(master stamper)；反复地复制原盘模奇数次以制成母模(mother stamper)；复制母模以形成树脂衬底；和在已复制母模的树脂衬底表面上形成至少一个透光层。
在按照本发明光记录介质制造方法中，形成多串方向一致的凹坑，去除相邻凹坑之间的光刻胶层以生成原盘。所以，衬底上未除去的余留光刻胶层形成微小凹坑。即，本发明的方法是在原盘上形成微小凹坑。还是在此方法中，由于原盘模是由复制原盘而形成的，在原盘模上形成的凸块和凹坑图形分别对应于原盘上的凹坑和凸块。此外，在此方法中，由于母模是通过复制原盘模奇数次而形成的，母模上的图形与原盘模上形成的凹坑和凸块图形颠倒。所以，母模具有与原盘相同的凹坑和凸块图形。
而且，在此方法中，由于利用母模模制树脂衬底，树脂衬底上复制了母模上形成的凹坑和凸块图形。就是说，树脂加到母模上，母模上的凸块对应于原盘上形成的微小凸块。母模上的凸块复制到衬底上，形成透明衬底上的凹坑。
在按照本发明光记录介质制造方法中，母模是由反复地复制原盘模奇数次而形成的。这表示，复制原盘模一次形成的模具作为母模，或者，复制原盘模一次形成的模具作为第二个复制品，由第二个复制品形成的模具作为第三个复制品，由第三个复制品形成的模具作为母模。就是说，把原盘模的复制品作为第一个复制品。由这第一个复制品得到的模具用作下一次的复制，由最后奇数次复制品生成的模具用作母模。
在本发明的方法中，沟槽可以与凹坑串做成方向一致。
在此情况下，与原盘上相同凹坑串做成方向一致的沟槽也就是母模上的沟槽。所以，利用此方法制成的光记录介质，其上面的凸块对应于母模上的沟槽。
而且，沟槽和凹坑的底部最好应由衬底构成。
在此情况下，沟槽和凹坑的底部是由衬底表面确定，对应于沟槽和凹坑底部模制制成的树脂衬底部分是衬底表面的复制品。就是说，这个方法可以制造这样一种光记录介质，它有衬底表面复制品形成的部分。
本发明的这些目的以及其他目的，特征和优点，从结合附图的本发明优选实施例的以下详细描述中会变得更加显而易见。
图1表示模具上沟槽宽度和光盘衬底上记录轨道间隔的比率与复制沟槽深度之间关系的特性曲线，这是在不同树脂温度下测量得到的；图2是作为本发明光记录介质的一个光盘实例透视图；图3是图2所示光盘重要部分的剖面图；图4是光盘衬底重要部分的透视图；图5是光盘衬底的平面图；图6是普通光盘重要部分的剖面图，画出针对于普通光盘的写入/读出；图7是本发明光盘重要部分的剖面图，画出从透光层方向看是下凹部分的写入；图8是按照本发明制造光记录介质方法的流程图；图9是本发明光记录介质或光盘重要部分的剖面图，画出形成在玻璃衬底上的光刻胶层；图10是用于实现本发明方法的曝光系统结构图；图11是玻璃衬底重要部分的剖面图，画出形成玻璃衬底上光刻胶层预定区域的曝光；
图12是玻璃衬底重要部分的平面图，画出形成在玻璃衬底上光刻胶层预定区域的曝光；图13是玻璃原盘重要部分的平面图，此原盘上有光刻胶层显影之后玻璃衬底上未去除的余留光刻胶层；图14是玻璃原盘重要部分的剖面图；图15是玻璃原盘重要部分的剖面图，画出镀在玻璃原盘上的镍层；图16是玻璃原盘重要部分的剖面图，画出与玻璃原盘分开的原盘模；图17是玻璃原盘重要部分的剖面图，画出原盘模上分开的镀层；图18是原盘模重要部分的剖面图，画出镀在原盘模分开镀层上的镍层；图19是原盘模重要部分的剖面图，画出与原盘模分开的母模；和图20是用于实现本发明方法的注模机重要部分的剖面图。
通过举例描述按照本发明的光记录介质，它具有大致圆盘的形状，如图2中所示。光盘的总体用参考数字1表示。然而，应当注意，本发明不局限于这样一种光盘1，而可以应用于卡片或纸片形状的光记录介质。
如图3所示，光盘1包括衬底2，在其一个主表面2a上有凹坑和凸块图形；主表面2a上的反射层；反射层3上的记录层4；和记录层4上的透光层5。在这个光盘1中，形成的反射层3和记录层4具有与衬底2上凹坑和凸块图形相同的形状。还是在这个光盘1中，形成的透光层5覆盖衬底2上的凹坑和凸块图形，透光层5的一个主表面5a是平面。而且，衬底2有一个与其主表面2a相对的主表面2b，主表面2b也是平面。因此，衬底2的主表面2b和透光层5的主表面5a分别是光盘1相对的平表面。
此外，这个光记录介质可以是一个相变型光盘。在此情况下，光盘1包括由一对介电层6a和6b构成的记录层4，和夹在介电层6a与6b之间的记录层7。介电层6a和6b是选自金属或类金属，例如Al,Si,等，的氮化物，氧化物，和硫化物中的一种做成。利用相变材料做成的记录层7以制成相变光盘，即，单纯的硫族元素，或硫族化合物，或硫族混合物，例如，选自单纯的Te和Se或其硫族化合物中的一种，即，GeSbTe,GeTe,InSbTeAg,Bi2Te3,BiSe,Sb2Se3,Sb2Te3，等等。应当知道，对光盘1的写入和读出是用预定波长的光L照射到记录层7上，照射光是从透光层5的主表面5a进入的，如以下还要进一步描述。就是说，光盘1中的透光层5是面向光盘驱动器的物镜8。预定波长的光L通过物镜8投射到记录层7上。
如图4和图5所示，光盘1的衬底2上有大致呈环状预定间隔的沟槽9和预定间隔的凹痕10。就是说，光盘1的衬底2有沟槽9和凹痕10的图形。而且，凸块，即，台阶11形成在沿着记录轨道宽度方向相邻的沟槽9之间。
此外，光盘1有凹痕10，形成在衬底2的预定区域。形成的凹痕10串与台阶11指向一致。在光盘1中，当从台阶11的主表面测量时，每个凹痕10与沟槽9有相同的深度。
然而，按照本发明的光记录介质不局限于有相变型记录层4的上述光盘1，而是可以有磁光型或有机染料型记录层。而且，按照本发明的光记录介质不局限于有记录层4的一种光记录介质，而是可以没有任何记录层。在此情况下，光记录介质是只读型记录介质，凹痕形成在写入信号的衬底上。即，在这种光记录介质中，凹痕沿记录轨道方向形成串，凹痕串中写入信号。
按照上述本发明构成的光盘1，利用预定波长的光照射光盘1以写入信号，利用不同波长光的照射从光盘1中读出写入的信号。
在这个光盘1中，写入光是从透光层5的上方并通过此透光层5照射，使信号写入到台阶11的主表面上。所以，按照这一方式照射的写入光扫描通过这个光盘1中台阶11的主表面。
如上所述，这个光盘1有相变型记录层7，此记录层最初是结晶形的。当写入光照射到记录层7上预定位置处时，记录层7的曝光部分被加热，从结晶形改变成非晶态状态。因此，非晶态记录标记可以形成在最初为结晶形的记录层7上以写入信号。所以，写入光应当具有这样的强度，可以提供足够的能量使结晶记录层7改变成非晶态状态。
因此，非晶态记录标记形成在这个光盘1中结晶台阶11的主表面上。利用预定波长的读出光照射到光盘1中台阶11的主表面上，就可以读出作为上述记录标记的写入信号。此时，读出光是按这样一种方式照射的，它的光斑沿着记录轨道方向扫描通过台阶11的主表面。
为了读出这个光盘1，检测读出光的反射光或回程光。此时，照射的读出光被反射，其反射系数取决于记录层7是结晶态还是非晶态。所以，通过检测读出光的回程光，可以检测到非晶态记录标记。注意，读出光应当相对地较弱，这样弱的光不会使记录层7发生相变。
此外，还把读出光照射到光盘1上预定区域内成串的多个凹痕10,可以读出这个区域内的写入信号。此时，读出光是按这样一种方式照射的，其光斑扫描通过台阶11的主表面，于是照射的光斑扫描通过预定区域内成串的多个凹痕10。
当读出光照射到凹痕10时，来自凹痕10底部的回程光是异相的，所以回程光的强度就下降。因此，为了读出这个光盘1，读出光照射到成串的凹痕，检测读出光的反射分量以读出写成凹痕10的信号。
注意，附加的信号，例如，光盘1的性质，地址，等等可以写成这些凹痕10。
为了制成这个光盘1，利用有预定形状的模具模制树脂，从而形成衬底2上微小凹坑的凹痕10。所以，能够以高精度复制模具上的凸块形成这个光盘1上的凹痕10。
因此，按照本发明的光盘可以有写入在上面的附加信号，例如，光盘性质，地址，等等。所以，光盘具有正确读出这些附加信号的高质量。
利用写入光和读出光(以下就称之为“光”)从透光层5上方并通过此透光层照射到这个光盘1上，如图3所示。因此，光通过透光层5照射到记录层7上，并被反射层3反射。换句话说，在这个光盘1中，照射光只需通过相当于透光层5厚度的一部分光盘1。
图6表示普通光盘重要部分的剖面图。光盘的总体用参考数字100表示。它包括衬底101，在其一个主表面101a上形成凹坑和凸块图形；衬底101主表面101a上的记录层102；记录层102上的反射层103；和反射层103上的保护层104。为了读出或写入这个光盘100，光是从衬底101的另一个主表面101b进行照射。所以，光必须通过相当于衬底101厚度t的一部分光盘100。
顺便说一下，光斑直径φ是光波长λ和物镜数值孔径NA的函数，如下式所示φ=1.22×(λ/NA)(1)一般来说，为了获得光盘的高记录密度，必须减小光斑的直径φ。为此目的，必须减小光波长λ(较短的波长)和增大数值孔径NA(较大的NA)，如从表达式(1)可以看出。
为了获得较小的光斑直径φ而增大数值孔径时，在某些情况下照射光不能聚焦到所要求的区域上，这些情况是散焦，衬底弯曲，衬底不均匀的厚度，等等。为了解决这个问题，就减小普通光盘100中衬底101的厚度t。
然而，若减小普通光盘100衬底101的厚度t，微小凹坑和凸块就不容易复制到衬底101上，而且衬底101本身也容易弯曲。所以，普通光盘100的衬底101只能减薄到某个限度。更具体些说，衬底101的厚度t大约在0.6mm量级。因此，采用大NA的物镜105，不能准确地读出和写入普通的光盘100。
与此相反，光照射通过有大NA的物镜8时，如上所述，由于透光层5减薄很多(这个透光层厚度在图3中用符号T表示)，按照本发明的光盘1能够有准确的写入和读出，就是说，即使当这个光盘1中衬底2模制成不引起衬底弯曲的厚度时，透光层5能够减薄很多，使光通过衬底2的一部分可以做得非常薄。更具体些说，例如，即使采用数值孔径NA为0.85至0.95的物镜8，在透光层5的厚度大约为0.3mm情况下可以保证准确的写入和读出。
在这个光盘1中，记录标记形成在从透光层5看过去是凸的一部分主表面上，即在台阶11的主表面上。还是在这个光盘1中，形成在台阶11上的记录层7有一个大于台阶11宽度W的宽度Weff，如图3所示，这是因为记录层7夹在反射层3与衬底2上介电层6a和6b之间。
另一方面，若记录标记形成在从透光层5看过去是凹的一部分衬底2底部，即在衬底2的沟槽9中，如图7所示，则记录层7有一个小于沟槽9宽度Wg的宽度Weff。
因此，当记录标记形成在台阶11的主表面上时，读出信号的承载量优于记录标记形成在沟槽9底部的情况，因而能够提高CN比。此时，为了增大CN比，可以增大沟槽11的宽度Wg用于图7所示的槽内记录。然而，若为了获得较高的记录密度而减小记录轨道间距，则为了获得高CN比而充分增大沟槽宽度Wg实际上是不可能的。
所以，光在透光层5上方并通过此透光层照射的光盘中，把记录标记形成在台阶11的主表面上能够大大改进写入和读出特性。
按照本发明的光记录介质制造方法应用于制造上述光盘1，以此作为举例。
参照图8，以下描述按照本发明的光记录介质制造方法。此方法包括如下步骤步骤S1，形成光盘原盘；步骤S2，形成模具；步骤S3，形成衬底；步骤S4，形成各层。更具体些说，在步骤S1中，形成光盘原盘。在步骤S2中，利用光盘原盘形成模具，在步骤S3中，采用注模方法利用模具制成光盘衬底。最后，在步骤S4中，反射层，等等各层形成在衬底上以制成光盘1。
首先，在步骤S1中，在圆盘状玻璃衬底20的主表面20a上形成预定厚度的光刻胶层21，如图9所示。此时，玻璃衬底20的主表面20a是高度平整的，而且还经过镜面精加工。光刻胶层21非常均匀地形成在玻璃衬底20上，以光刻胶层21的厚度确定沟槽9和凹痕10的深度，如以下要进一步详细讨论的。
此后，利用图10所示的曝光系统对旋转玻璃衬底上形成的光刻胶层21预定区域进行曝光，形成图形在光刻胶层21上，如图11所示。这个图形是这样的，余留在玻璃衬底20上的光刻胶层21相当于光盘1上形成的沟槽9和凹痕10。
从图10中可以看出，曝光系统采用所谓的双光束系统，形成光刻胶层21上两个不同的光斑。这个曝光系统包括激光源25，用于射出一个激光束；控制器26，用于控制从激光源25射出的激光束强度，并把此激光束分成两个光束；调制器27，用于调制分开的激光束；调整器28，把分开的激光束合在一起，并调整激光束光斑的直径；和物镜29，放在与光刻胶层21相对的位置处。
此曝光系统还包括转台，用于支承在其上面有光刻胶层21的玻璃衬底20，并以预定的速度旋转玻璃衬底20；和控制器，用于保持转台上玻璃衬底20与物镜29之间的距离。转台和控制器在图上均未画出。
举例来说，激光源25产生波长λ=351nm的Kr离子激光。从激光源25射出的激光束入射到控制器26上。
控制器26包括电光晶体元件(以下称之为“EO”)30，来自激光源25的激光束Lz入射到EO 30上；检偏器31，检测已通过检偏器31的激光束Lz偏振；第一分束器32，接收已通过检偏器31的激光束Lz，并从激光束Lz中分出第一激光束L1；第二分束器33，从不同于分出第一激光束L1的另一个激光束Lz中分出第二激光束L2；光电检测器34，检测不同于分出第一激光束L1和第二激光束L2的另一个激光束Lz；和输出控制器35，控制来自EO 30激光束Lz的输出。注意，在此方法中，第一激光束L1对相应于台阶11和凹痕串的每个光刻胶层21区域曝光，而第二激光束L2对相邻凹痕串之间的每个区域曝光。
上述构造的控制器26在其EO 30处接收来自激光源25的激光束Lz。因此，EO 30适用于调节来自激光源25激光束Lz到所需要的强度。激光束Lz具有被EO 30调节的强度，于是，第一激光束L1是第一分束器32从激光束Lz分出的，第二激光束L2是第二分束器33从激光束Lz分出的。
此外，控制器26中光电检测器34检测已分出第一激光束L1和第二激光束L2的激光束Lz强度。光电检测器34连接到输出控制器35；并把检测到的激光束强度信号送到输出控制器35。基于从光电检测器34输出的激光束强度信号，输出控制器35控制从EO 30输出的激光束强度。即，控制器26利用光电检测器34检测来自EO 30的激光束Lz作为激光强度的反馈控制，所以，EO 30提供总是具有所需强度的激光束Lz。
被控制器26分开的第一激光束L1和第二激光束L2入射到调制器27。这个调制器27包括第一透镜36，第一声光调制器37和第二透镜38，按这个顺序放置在第一激光束L1的光路上；第三透镜39，第二声光调制器40和第四透镜41，按这个顺序放置在第二激光束L2的光路上；以及连接第一声光调制器37和第二声光调制器40的信号控制器42。
在上述结构的调制器27中，第一激光束L1被第一透镜36准直到预定的光斑直径，并入射到第一声光调制器37。而第二激光束L2被第三透镜39准直到预定的光斑直径，并入射到第二声光调制器40。基于来自信号控制器42的控制信号，第一声光调制器37和第二声光调制器40分别控制入射到这两个声光调制器上的第一激光束L1强度和第二激光束L2强度。
更具体些说，若从信号控制器42输出的控制信号是一个二值信号，即，有“0”值和“1”值，第一激光束L1和第二激光束L2被接通或关断。注意，第一声光调制器37和第二声光调制器40最好应能工作在几十MHz的带宽中。
在此方法中，第一激光束L1照射到对应于台阶和凹痕串的每个光刻胶层21区域，而第二激光束L2照射到对应于各个凹痕串之间区域的每个光刻胶层21区域。因此，第一声光调制器37接通和关断第一激光束L1，使第一激光束L1给对应于台阶11的每个光刻胶层21区域和对应于沿记录轨道方向平行的凹痕10串之间区域的每个区域曝光。而第二声光调制器40接通和关断第二激光束L2，使第二激光束L2给对应于凹痕串之间区域的每个光刻胶层21区域曝光。
如上所述，在规定时间内接通和关断的第一激光束L1和第二激光束L2分别通过第二透镜38和第四透镜41入射到调整器28。调整器28包括第三分束器43和半波片44，按这个顺序放置在第一激光束L1的光路上；第四分束器45和第五分束器46，按这个顺序放置在第二激光束L2的光路上；偏振光分束器(以下称之为“PBS”)47，把第一激光束L1和第二激光束L2合在一起；以及第五透镜48和第六透镜49，放置在已经通过PBS 47的第一激光束L1和第二激光束L2的光路上。在这个调整器28中，半波片44连接到信号输出控制器(未画出)。
在调整器28中，半波片44的作用是把第一激光束L1的偏振方向旋转2θ，其中θ是半波片44平面中预定方向(晶轴方向)与第一激光束L1偏振方向之间确定的夹角。第五分束器46使第二激光束L2倾斜一个预定的角度入射到PBS 47上。此外，PBS 47可以让沿预定方向的线偏振激光束完全通过，而完全阻挡与预定方向垂直的线偏振激光束。
在上述构造的调整器28中，被第三分束器43反射的第一激光束L1分量入射到半波片44，已经通过第三分束器43的第一激光束L1分量入射到监视器(未画出)。此外，被第四分束器45反射的第二激光束L2分量入射到第五分束器46，已经通过第四分束器45的第二激光束L2分量入射到监视器(未画出)。
通过控制半波片44晶轴与第一激光束L1偏振方向之间夹角θ到所需要的值，第一激光束L1就会沿所要求的方向偏振。因此，使第一激光束L1的偏振方向偏离PBS 47允许激光束L1完全通过的方向一个预定量，第一激光束L1就能在0至100％范围内任意所需比例通过PBS 47。就是说，通过调整入射到PBS 47的第一激光束L1偏振方向，就能够调整通过PBS 47的激光束L1强度。
被第五分束器46反射的第二激光束L2分量入射到PBS 47。此时，在入射到PBS 47之前，第二激光束L2相对于第一激光束L1到PBS 47的入射角倾斜一个预定量。就是说，通过倾斜PBS 47一个预定的角度，第二激光束L2相对于第一激光束L1的入射角是倾斜的。
此外，调整器28通过监视器检测已通过第三分束器43的第一激光束L1和检测已通过第四分束器45的第二激光束L2。即，调整器28能够检测第一激光束L1和第二激光束L2的强度。因此，调整器28能够比较第一激光束L1与第二激光束L2的强度，且基于这个比较结果，调整器28能够调整入射到PBS 47上第一激光束L1的强度，如上面所提到的。
而且，第一激光束L1和第二激光束L2被PBS 47结合在一起，入射到第一透镜48和第六透镜49上，这两个透镜分别放大第一激光束L1和第二激光束L2的光路。第一激光束L1和第二激光束L2分别被第五透镜48和第六透镜49放大，然后入射到物镜29。
在这个曝光系统中，物镜29会聚入射的第一激光束L1和第二激光束L2，并把它们投射到光刻胶层21上成预定直径的光斑。由于入射到PBS 47的第一激光束L1入射角不同于第二激光束L2入射角，第二激光束L1和第二激光束L2分别以不同的入射角入射到物镜29上。所以，在这个曝光系统中，径向上互相偏离玻璃衬底20的第一激光束L1和第二激光束L2入射到光刻胶层21上。在通过控制器(未画出)使物镜29与转台上的玻璃衬底20保持一个预定距离的同时，物镜29投射出第一激光束L1和第二激光束L2。
在按照本发明的方法中，对应于台阶11的一部分光刻胶层21曝光在第一激光束L1中，如图12所示，沿记录轨道方向平行凹痕10之间的每个光刻胶21区域R1曝光在第一激光束L1中。此外，对应于沿记录轨道方向平行凹痕串之间区域的每个光刻胶21区域R2曝光在第二激光束L2中。
其次，在形成光盘原盘的步骤S1中，对曝光在激光束下预定区域的光刻胶层21进行显影，去除掉玻璃衬底20上曝光在第一激光束L1和第二激光束L2下的光刻胶层21部分。因而，对应于光盘1上多个凹坑的光刻胶层21部分，即，多个凹痕10，作为余留在玻璃衬底20上的凸块，如图13和图14所示。
此时，对应于光盘1上台阶11的光刻胶层21部分也被去除，而对应于光盘1上沟槽9的光刻胶21部分留在了玻璃衬底20上。因此，在步骤S1中，光刻胶层21的凸块形成在玻璃衬底20的预定区域，制成了玻璃原盘50。
下一步，在形成模具的步骤S2中，利用步骤S1中形成的玻璃原盘50，如以下所讨论的。
在步骤S2中，首先，留在预定区域光刻胶层21的玻璃原盘50主表面50a镀以镍，在主表面50a上形成第一镍层51，如图15所示。此后，分离出第一镍层51以制成原盘模52，如图16所示。因此，原盘模52的主表面52a具有与玻璃原盘上形成凹坑和凸块图形颠倒的图形。
然后，如图17所示，利用重铬酸盐溶液对原盘模52的主表面52a进行酸处理，在原盘模52的主表面52a上形成一个分离薄膜53。
其次，如图18所示，原盘模52主表面52a上的分离薄膜53镀上镍，形成第二镍层54。此后，分离出第二镍层54以制成母模55，如图19所示。因此，母模55的主表面55a具有的凹坑和凸块图形是从原盘模52上凹坑和凸块图形反转而形成的，即，与玻璃原盘50有相同的凹坑和凸块图形。
此时，利用原盘模52按照需要制备多个这样的母模55，即，要重复步骤S3多次，这在下面要讨论的。这对提高生产率制作光盘1大有贡献。
其次，在步骤S3中，利用步骤S2形成的母模55和图20所示的注模机60制造光盘衬底。注模机20包括由固定模61和移动模62构成的空腔63，移动模62可以移向和离开固定模61；连接到空腔63的加热桶64，桶内填充熔融的树脂P；和活塞65，用于搅拌加热桶64内填充的树脂P，并把熔融的树脂P注入空腔63。注模机60还包括漏斗66，给加热桶64添加树脂P；和形成在加热桶64内壁的螺旋式通道67。
在这个注模机60中，从漏斗66进入加热桶64内的树脂P被活塞65挤压注入空腔63。此时，由于加热桶64内壁上形成的螺旋式通道67，树脂P被充分地搅拌。注模机60中的活塞65是液压驱动的。
在这个注模机60中，上述形成的母模55附着在构成空腔63的固定模61主表面上。此时，母模55一侧上形成的凹坑和凸块图形指向空腔63内部。
在这个注模机60中，移动模62移向固定模61以形成空腔63，母模55是安装在固定模61上的。熔融的树脂P注入并充满空腔63。然后，冷却固定模61和移动模62，使空腔63中的树脂P冷却和固化。此后，把移动模62移开固定模61，把冷却和固化的树脂P从空腔63中取出。
因此，产生一个光盘衬底2，它上面的凹坑和凸块图形是从母模55复制出来的。所以，光盘衬底2具有与母模55上凹坑和凸块图形颠倒的图形。换句话说，如此制成的光盘衬底2具有与玻璃原盘50主表面上凹坑和凸块图形颠倒的图形。
其次，在光盘衬底2上形成各层的步骤S4中，透光层和其他各层形成在光盘衬底2的主表面2a上，光盘衬底2的形成在上面已描述过了。更具体些说，在步骤S4中，首先，反射层3形成在光盘衬底2的主表面2a上，此光盘衬底2上已形成了凹坑和凸块图形。例如，反射层3是用铝制成的，其厚度约为60nm。
然后，第一介电层6a形成在反射层3上。例如，第一介电层6a是用ZnS和SiO2的混合物制成的，其厚度约为18nm。此后，记录层7形成在第一介电层6a上。记录层7是用相变材料制成的，诸如上述的GeSbTe等等，其厚度约为24nm。接着，在记录层7上形成第二介电层6b，其材料和厚度是与上述提到的第一介电层6a相同。
然后，透光层5形成在第二介电层6b上。例如，这个透光层5可以用透光树脂做成，采用所谓的2P(光聚合作用)方法。此外，透光层5应当做成93mm厚度或更薄，最好做成厚度为0.1mm左右。因此，即使当读出光或写入光照射这个大NA的光学系统时，不会发生上述的问题，而是高质量地写入和读出如此制成的光盘。
如上所述，在按照本发明的方法中，第一激光束L1和第二激光束L2照射对应于光盘上凹痕串部分以生成玻璃原盘50。在此情况下，玻璃衬底20上形成的微小凸块对应于凹痕10的光刻胶层21未曝光部分。
所以，在这个方法中，形成的对应于光盘上凹痕部分是注模时母模55上的微小凸块。所以，在按照本发明的方法中，树脂能够容易地注入到对应于凹痕10的部分，这部分能够以高复制精度加以复制而不会降低质量。
在按照本发明的方法中，对应于凹痕10的部分和对应于沟槽9的部分是玻璃衬底20上的光刻胶层21。换句话说，围绕台阶11的主表面部分和围绕凹痕9的部分对应于玻璃原盘50的玻璃衬底20曝光部分。
就是说，在此方法中，光盘中信号记录表面的宽度是玻璃原盘50光刻胶层21上的曝光区域。在此情况下，若记录轨道间隔限制在一个预定值，在有限的记录轨道间隔内可以有足够宽的信号记录表面。与此相反，若光盘中的信号记录表面是由玻璃原盘50中的光刻胶21来曝光区域形成，就要求包括在记录轨道间隔内的至少一部分光刻胶层21加以曝光，这相当于光斑的直径。所以，在此情况下，在记录轨道间隔内就没有足够宽的信号记录表面。
因为光刻胶层21上的曝光区域是作为信号记录表面，在光刻胶层21的宽度大致为零的情况下，记录轨道间隔内可以有大宽度的信号记录表面。所以，本发明的方法适合于制作这样一种光盘，它有减小的记录轨道间隔以获取较高的记录密度。更具体些说，若激光束的波长为351nm，采用包括数值孔径(NA)为0.90物镜在内的光学系统，制成记录轨道间隔为0.5μm的沟槽，曝光玻璃面的最小宽度为0.15μm(曝光区域)。因此，光刻胶层21的最大未曝光区域宽度为0.35μm。由于沟槽形成在相同的记录轨道间隔内，曝光区域的宽度为0.39μm是可能的，把信号记录表面的宽度设置成曝光区域的宽度而不是光刻胶层的宽度，就可以得到更宽的信号记录区域。
此外，在这个制造方法中，玻璃原盘50的玻璃衬底20主表面20a对应于光盘1上的信号记录表面。在其上面形成光刻胶层的玻璃衬底20表面是高度镜面精加工的。所以，在此方法中，信号记录表面是玻璃衬底20主表面20a的复制品。因此，信号记录表面也是高度镜面精加工的。
与此相反，若对应于光盘1中信息记录表面的部分是玻璃衬底50上的光刻胶层21主表面，则光刻胶层21主表面复制成信号记录表面。光刻胶层21主表面的粗糙度(沿垂直于此表面方向的RSM值)是玻璃衬底20主表面的两倍。所以，按照本发明，信号记录表面是由玻璃衬底20表面复制成的，就能够使制成的光盘具有极光滑的信号记录表面。所以，本发明的方法可以做成这样的光盘1，信号记录表面的粗糙度带来较小的噪声，具有高的CN比。
顺便说一下，在上述形成玻璃原盘的步骤S1中的一些情况中，某些记录轨道间距可能不同于预定的记录轨道间距。然而，即使发生了这种不均匀的记录轨道间距，第一激光束L1能够以预定的宽度照射，所以，本发明的方法可以保持信号记录表面预定的宽度。
与此相反，若玻璃原盘50的光刻胶层21上未曝光区域是作为光盘上的信号记录区域，则未曝光区域的宽度规定了信号记录表面的宽度。在此情况下，未曝光区域的宽度是从记录轨道宽度减去未曝光区域宽度，所以，任何不均匀的记录轨道间隔，若有的话，就会使信号记录区域有不均匀的宽度。因此，信号不能从如此制造的光盘信号记录表面稳定地读出。
按照本发明的方法提供了能够稳定地读出信号的光盘1，因为信号记录表面宽度不会变化。
按照本发明制造光记录介质的方法不局限这样一种方法，其中复制原盘模形成的母模用于注模树脂以制成树脂衬底，如以上已描述的，就是说，本发明的光记录介质制造方法可以利用反复地复制原盘模52奇数次的模具，提供一个用于光盘注模的母模。
在此情况下，母模55具有的凹坑和凸块图形与玻璃原盘50主表面上形成的图形相同。如上所述，这个母模可以用于注模以制成光盘衬底2。几个实施例实际制成的光盘作为上述本发明的实施例，对它们的特性给以评估。为了与本发明实施例进行比较，也制作了普通类型光盘。实施例1表1所示的衬底用于制成实施例1的光盘。
表1
记录层和铝反射层形成在衬底的一个主表面上，在此主表面上有凹痕和沟槽，透光层形成在记录层上。实施例2采用所谓的2P(光聚合作用)方法模制一层紫外固化树脂到玻璃衬底上以制成光盘衬底。这个实施例的其他方面类似于实施例1,2P方法是这样的，玻璃衬底一个主表面与母模之间填充紫外固化树脂，在加压的同时曝光在紫外线下，使树脂固化。采用这个2P方法，形成在母模上的凹坑和凸块图形一般能够完全地复制到光盘衬底上。比较例1利用普通光盘制造方法制成玻璃衬底，在采用这种方法制备的原盘模用于形成衬底的条件下，光盘1的制造方法与实施例1相同。在这个例子中，对应于光盘上凹痕的树脂部分曝光在单个激光束下，形成玻璃原盘上的凹坑。所以，对应于光盘上凹痕的原盘模部分是微小凹坑。比较例2利用普通光盘制造方法制成的玻璃衬底，在采用这种方法制备的原盘模用于形成衬底的条件下，光盘1的制作方法与实施例1相同。在这个例子中，对应于光盘上凹痕的树脂部分曝光在单个激光束下，形成玻璃原盘上的凹坑。所以，对应于光盘上凹痕的原盘模部分是微小凹坑。
光盘特性的评价通过测量衬底中形成的凹痕深度，评价上述实施例1和2以及比较例1和2的凹痕串复制精度。通过测量光盘的抖动，评价它们的写入/读出特性。
为了进行这些评价，在表2所示条件下，对每个光盘进行写入和读出。
表2
测出的光盘抖动在表3中列出。注意，抖动测量是在非散焦和无衬底弯曲条件下进行的。抖动是转换点处的位置误差。抖动越小，信号质量就越好。
表3
从表3中看出，从比较例2中不能得到足够的读出信号。这是因为树脂不能填充到母模上的微小凹坑中，复制质量很差。在这个光盘中测得的凹痕深度只有20nm左右。
实施例1和实施例2测得的抖动大致与比较例1相同，说明它们都能提供足够强度的读出信号。此外，这些凹痕深度约为100nm。表3还说明，由注模方法制成的实施例1与由2P方法制成的实施例2之间在抖动方面没有什么差别，其中2P方法可以大致完全地复制凹坑和凸块图形。这说明，利用本发明方法制成的母模，用注模方法也能非常精确地复制凹坑和凸块图形。
如上所述，按照本发明的光记录介质有凹坑其深度与凸块主表面有相同的高度。当凹坑与凸块一起形成时，可以高精度形成凹坑。
按照本发明的光记录介质制造方法利用母模形成树脂衬底，而母模是反复地复制原盘模奇数次形成的。母模上的凸块来自原盘模上形成的凹坑。因此，在这个方法中，玻璃原盘上一串微小凹坑是母模上一串微小凸块。所以，按照本发明的方法可以把玻璃原盘上一串凹坑以高复制精度模制成有一串微小凹坑的树脂衬底。
权利要求
1．一种光记录介质，包括衬底和衬底上至少一个透光层，预定波长的光从透光层上方并通过透光层照射到衬底上，用于写入和/或读出信号；衬底上有凸块和凹坑，凸块是从透光层看过去是凸的，凹坑与凸块方向一致，其深度与凸块的主表面有相同的高度。
2．按照权利要求1的光记录介质，还包括形成在衬底上的反射层；和形成在反射层上的记录层；用作可记录区域的凸块上的记录层。
3．按照权利要求2的光记录介质，其中记录层是相变记录层，磁光记录层和有机染料型记录层中任意一种。
4．一种制造光记录介质的方法，包括的步骤有在衬底上形成光刻胶层；对衬底上光刻胶层预定区域曝光，在光刻胶层中形成多串凹坑；去除相邻凹坑串之间的光刻胶层，制成一个原盘；给原盘镀以金属层；分离开金属镀层，制成一个原盘模；反复地复制原盘模奇数次，制成一个母模；复制母模，制成树脂衬底；和在已复制母模的树脂衬底表面上至少形成一个透光层。
5．按照权利要求4的方法，还包括以下的步骤形成与凹坑串一致的沟槽。
6．按照权利要求5的方法，其中衬底暴露在沟槽和凹坑的底部。
7．按照权利要求4的方法，其中光刻胶层是正性光刻胶。
8．按照权利要求7的方法，还包括以下步骤把光刻胶层曝光在第一光束下形成凹坑；和把光刻胶层曝光在第二光束下去除凹坑串之间的光刻胶层。
9．按照权利要求8的方法，其中第一光束和第二光束是把单个光源发出的光束分束而得到的，这两个光束通过相同的物镜照射到光刻胶层上。
全文摘要
一种光记录介质及其制造方法，此光记录介质在其上面有高复制保真度模制成的微小凹坑和凸块图形。制造光记录介质的方法包括如下步骤在衬底上形成光刻胶层；对衬底上光刻胶层的预定区域曝光，从而在光刻胶层中形成多串凹坑；去除相邻凹坑串之间的光刻胶层以制成一个原盘；给原盘镀上一层金属；分离开金属镀层以制成一个原盘模；反复地复制原盘模奇数次以制成一个母模；复制母模以制成一个树脂衬底；和在复制母模的树脂衬底表面上至少形成一个透光层。
文档编号G11B7/24GK1227382SQ9910243
公开日1999年9月1日 申请日期1999年2月26日 优先权日1998年2月27日
发明者增原慎 申请人:索尼株式会社