專利名稱：多波長多階只讀光盤的母盤刻錄和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
多波長多階只讀光盤的母盤刻錄和制造方法，屬于高密度數(shù)字光存儲(chǔ)技術(shù)和微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域。
根據(jù)國內(nèi)外檢索結(jié)果，目前沒有提出多波長多階母盤制造方法的文章或?qū)＠?br> 本發(fā)明的特征在于1、它是一種利用記錄材料對(duì)應(yīng)的選擇吸收特性，用多波長刻錄激光進(jìn)行多路并行刻錄，并在每一層上多階存儲(chǔ)的方法，它依次包含以下步驟(1)把由多種波長激光一一對(duì)應(yīng)的多種光致變色材料混合而成的感光層旋涂于玻璃盤基上，該感光層厚度小于所用所有激光的焦深。
(2)多種波長的刻錄激光通過復(fù)消色差物鏡聚焦在同一感光層上，進(jìn)行多路并行刻錄。調(diào)焦信號(hào)是從其中一路激光的反射光檢測(cè)得到的。
(3)在刻錄過程中，改變曝光區(qū)域光致變色材料對(duì)特定波長激光的吸收率，并按吸收率的高低分階以記錄數(shù)據(jù)；(4)刻錄完成后對(duì)感光層進(jìn)行固定，使感光材料不再對(duì)刻錄激光敏感，提高感光層穩(wěn)定性；
(5)固定完成后在感光層上再旋涂一層透明的固化介質(zhì)層，然后采用分離工藝將固化介質(zhì)層和感光層一切從玻璃盤基上剝離，然后在感光層上再甩涂上透明的保護(hù)層，由固化介質(zhì)層、感光層和保護(hù)層構(gòu)成的掩膜即為可以用于多波長多階只讀母盤復(fù)制工藝的母盤。
2、所述的改變曝光區(qū)域光致變色材料對(duì)特定波長激光的吸收率，是通過改變刻錄過程中的曝光強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)的。
試驗(yàn)證明感光層內(nèi)的每一種光致變色材料都可以存儲(chǔ)多階信息，而且感光層在固定后不會(huì)再對(duì)刻錄激光發(fā)生光致變色反應(yīng)。
圖2用于模壓DVD的母盤(Stamper)的表面形貌圖。
圖3刻錄光學(xué)頭的光路簡圖。
圖4多層并行光刻中的激光器控制原理簡圖。
圖5多波長多階母盤制作工藝流程簡圖。
在

圖1中，11為保護(hù)層，12為反射層，13為信息記錄層，14為盤基。信息記錄層由多種(2種，3種或者4種)光致變色材料混合而成，其中每一種光致變色材料只對(duì)一種波長敏感。圖中所示信息記錄層即由3種吸收峰分別為λ1、λ2、λ3的光致變色材料(分別即為材料1，材料2和材料3)混合而成。每種光致變色材料的分子具有兩種狀態(tài)，一種狀態(tài)只吸收λ1波長的光子，對(duì)另兩種波長光不吸收，而另一種狀態(tài)則不吸收全部3種波長的激光；材料2一種狀態(tài)只吸收λ2波長的光子，而另一種狀態(tài)則不吸收全部3種波長的激光；材料3一種狀態(tài)只吸收λ3波長光子，而另一種狀態(tài)則不吸收全部3種波長的激光。每種光致變色材料根據(jù)曝光量的不同，處于狀態(tài)1的分子濃度也不同，對(duì)該波長的吸收率也不同。利用這一點(diǎn)，每一種材料都可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)多階信息。多波長多階只讀光盤的信息記錄層已經(jīng)在復(fù)制工藝被強(qiáng)電或者其它方法固定，不會(huì)再發(fā)生光致變色反應(yīng)。
在圖2中示為白色橢圓形斑點(diǎn)的是突起的記錄符，利用這些突起，被模壓的盤基將具有與母盤吻合的凹坑形記錄符。
在圖3中，31、34和39是具有不同波長(λ1、λ2、λ3)的3個(gè)激光器，他們經(jīng)過各自的準(zhǔn)直整形系統(tǒng)(32、35、310)和1/4波片(33、36、313)后，入射到合光/分光裝置(314)后被合成為一束共軸平行光，然后經(jīng)過復(fù)消色差透鏡(315)后，聚焦到待刻錄母盤(316)上，主軸電機(jī)(317)帶動(dòng)待刻錄母盤轉(zhuǎn)動(dòng)。偏振分光鏡(312)、聚光鏡(38)和光電探測(cè)器(37)用于檢測(cè)激光3的反射光強(qiáng)，用于產(chǎn)生調(diào)焦誤差信號(hào)?？啼洉r(shí)，根據(jù)要寫入的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)調(diào)制三個(gè)激光器的刻錄光強(qiáng)(刻錄光強(qiáng)大于各記錄層寫入閾值)按強(qiáng)度分階，這樣就可實(shí)現(xiàn)三波長三層盤數(shù)據(jù)的縱向并行刻錄，數(shù)據(jù)則分別被刻錄在該感光層的不同材料上。
如圖4所示，編碼系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)記錄符上每一層所需記錄的數(shù)據(jù)決定對(duì)應(yīng)激光器的功率并把該功率大小以8位數(shù)字量的形式輸出給相應(yīng)8位D/A電路，8位D/A電路將其轉(zhuǎn)換為模擬量(電壓)并輸入到相應(yīng)激光器的功率控制電路以控制激光器的出射光強(qiáng)大小。激光器出射光強(qiáng)的大小與記錄數(shù)據(jù)的數(shù)值之間大致成正比，同時(shí)兼顧材料敏感度和調(diào)焦要求。例如，記錄符所需存儲(chǔ)三層數(shù)據(jù)依次為01，02，03，則控制功率1為“01000000”(二進(jìn)制)，控制功率2為“10000000”，控制功率3為“11000000”。數(shù)據(jù)00對(duì)應(yīng)控制功率為“00000000”，由于波長405nm的藍(lán)光需同時(shí)用于調(diào)焦，需要常開，所以藍(lán)光記錄層的數(shù)據(jù)00對(duì)應(yīng)控制功率不是“00000000”，而是一個(gè)小于材料閾值同時(shí)滿足調(diào)焦要求的值，比如“00011000”。
在圖5中，I為由感光層(51)和玻璃盤基(52)組成的待刻錄盤片，II為經(jīng)過刻錄曝光和固化工藝后的盤片(其中53為曝光后的感光層，即信息層)，III為涂上固化層(54)后的盤片，IV為與盤基分離后由固化層與信息層組成的盤片，V為涂上保護(hù)層(55)后的盤片，即可以用于多波長多階只讀光盤復(fù)制的母盤。
感光層的材料與多波長多階只讀光盤中的信息記錄層材料一樣由多種波長激光對(duì)應(yīng)的多種光致變色材料混合而成，旋涂于玻璃盤基上。該感光層厚度小于所用所有激光的焦深，以保證同一記錄符的記錄材料被對(duì)應(yīng)激光均勻曝光。
母盤刻錄曝光過程是利用光致變色效應(yīng)，改變被曝光區(qū)域內(nèi)的光致變色材料對(duì)特定波長激光的吸收率，并以吸收率的高低分階以記錄數(shù)據(jù)。刻錄完成后對(duì)感光層進(jìn)行固定，使感光材料不再對(duì)刻錄激光敏感，提高感光層穩(wěn)定性。
固定完成后在感光層上再旋涂一層透明的固化介質(zhì)層，然后采用分離工藝將固化介質(zhì)層和感光層一切從玻璃盤基上剝離，然后在感光層上再甩涂上透明的保護(hù)層，由固化介質(zhì)層、感光層和保護(hù)層構(gòu)成的掩膜即為可以用于多波長多階只讀母盤復(fù)制工藝的母盤。
刻錄過程中曝光強(qiáng)度越大，該區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)材料對(duì)該波長的吸收率越小，該波長激光在該點(diǎn)的透射率越大。這樣，以該母盤為掩膜對(duì)同種材料的感光層進(jìn)行曝光，就可以得到相同記錄狀態(tài)的盤片。
下面介紹本發(fā)明的實(shí)施例——三波長四階母盤刻錄系統(tǒng)。
采用的三種激光波長分別為650nm、532nm和405nm。非消色差物鏡數(shù)值孔徑為0.65，焦深為0.8μm。光盤盤基由有機(jī)塑料組成，厚度為0.6mm。
感光層為由吸收帶不同的3種螺吡喃混合而成，吸收峰分別為650nm、532nm和450nm，吸收帶的寬度非常窄。光致變色材料的分子結(jié)構(gòu)差別不大，除吸收峰不同外，其它光化學(xué)特性基本一致。
刻錄完成后對(duì)感光層進(jìn)行固定，采用外加強(qiáng)電場(chǎng)的電固定方法。固定完成后在感光層再旋涂一層透明的固化介質(zhì)層，把固化介質(zhì)層和感光層一起從玻璃盤基上剝離后，在感光層上再甩涂的透明保護(hù)層。固化介質(zhì)層和保護(hù)層采用的材料相同，都是現(xiàn)有光盤中的保護(hù)層材料。固化介質(zhì)層比保護(hù)層相對(duì)厚得多，防止母盤變形。
未發(fā)生光致變色反應(yīng)時(shí)，吸收率在80％，接近全部發(fā)生光致變色反應(yīng)后，吸收率在40％左右。在一定的時(shí)間內(nèi)，光致變色反應(yīng)的閾值為2.5mW左右，刻錄激光的強(qiáng)度為0mW、4mW、9mW和15mW時(shí)，可以使吸收率分別為80％、67％、53％和40％，分別代表4階存儲(chǔ)的4種狀態(tài)“00”、“01”、“10”、“11”，即兩個(gè)byte的數(shù)據(jù)。
自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)和自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)均使用405nm的激光，其工作光強(qiáng)為1.5mW。在數(shù)刻錄過程中，刻錄數(shù)據(jù)要求激光的強(qiáng)度為0mW時(shí)實(shí)際使用1.5mW的激光，以保證自動(dòng)調(diào)焦和自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)仍能正常工作。因?yàn)?.5mW仍小于閾值2.5mW，刻錄數(shù)據(jù)仍是正確的。
權(quán)利要求
1.多波長多階只讀光盤的母盤刻錄和制造方法，其特征在于它是一種利用記錄材料對(duì)應(yīng)的選擇吸收特性，用多波長刻錄激光進(jìn)行多路并行刻錄，并在每一層上多階存儲(chǔ)的方法，它依次包含以下步驟(1)把由多種波長激光一一對(duì)應(yīng)的多種光致變色材料混合而成的感光層旋涂于玻璃盤基上，該感光層厚度小于所用所有激光的焦深；(2)多種波長的刻錄激光通過復(fù)消色差物鏡聚焦在同一感光層上，進(jìn)行多路并行刻錄。調(diào)焦信號(hào)是從其中一路激光的反射光檢測(cè)得到的；(3)在刻錄過程中，改變曝光區(qū)域光致變色材料對(duì)特定波長激光的吸收率，并按吸收率的高低分階以記錄數(shù)據(jù)；(4)刻錄完成后對(duì)感光層進(jìn)行固定，使感光材料不再對(duì)刻錄激光敏感，提高感光層穩(wěn)定性；(5)固定完成后在感光層上再旋涂一層透明的固化介質(zhì)層，然后采用分離工藝將固化介質(zhì)層和感光層一切從玻璃盤基上剝離，然后在感光層上再甩涂上透明的保護(hù)層，由固化介質(zhì)層、感光層和保護(hù)層構(gòu)成的掩膜即為可以用于多波長多階只讀母盤復(fù)制工藝的母盤。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的多波長多階只讀光盤母盤的刻錄和制造方法，其特征在于所述的改變曝光區(qū)域光致變色材料對(duì)特定波長激光的吸收率，是通過改變刻錄過程中的曝光強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
多波長多階只讀光盤的母盤刻錄和制造方法，屬于高密度數(shù)字光存儲(chǔ)技術(shù)和微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于它是一種利用記錄材料對(duì)應(yīng)的選擇吸收特性，用多波長刻錄激光進(jìn)行多路并行刻錄，并在每一層上多階存儲(chǔ)的方法，它依次包含以下步驟在玻璃盤基上旋涂由多種波長激光一一對(duì)應(yīng)的多種光致變色材料混合而成的感光層；多種波長的刻錄激光通過復(fù)消色差物鏡聚焦在同一感光層上，進(jìn)行多路并行刻錄；改變曝光區(qū)域光致變色材料對(duì)特定波長激光的吸收率，并按吸收率的高低分階以記錄數(shù)據(jù)；對(duì)感光層進(jìn)行固定處理；在感光層上再旋涂一層透明的固化介質(zhì)層；把固化介質(zhì)層和感光層從玻璃盤基上一起剝離；在感光層上甩涂保護(hù)層，三者組成的掩膜即為母盤。
文檔編號(hào)G11B7/00GK1441412SQ0310268
公開日2003年9月10日 申請(qǐng)日期2003年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月14日
發(fā)明者徐端頤, 蔣培軍, 齊國生, 李赫雄, 錢坤, 范曉東, 李慶祥, 李晟 申請(qǐng)人:清華大學(xué)