专利名称：母盘衬底和制作高密度浮雕结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种母盘衬底以及制作高密度浮雕结构的方法。
背景技术：
基于光学工艺制得的浮雕结构例如可以用作大量复制只读存储器(ROM)和预开槽的一次写入(R)和可重写(RE)盘的压模。这种用于复制工艺的压模的制法被称为母盘制作法。
在传统的母盘制作法中，用已调制好的聚焦的激光束照射旋涂在玻璃衬底上的薄光敏层。激光束的调制将导致盘的一部分被UV光曝光而同时凹坑之间的中间区域没有得到曝光。当盘旋转并且聚焦的激光束被逐渐引向盘外侧的同时，留下螺旋形的交替被照亮的区域。在第二个步骤中，在所谓的显影工艺中溶解已曝光的区域，直到在光致抗蚀剂层中出现实体小孔。碱性液体例如NaOH和KOH可用来溶解已曝光区域。随后用薄的Ni层覆盖已形成一定结构的表面。在电蚀(galvanic)工艺中，使溅射沉积的Ni层进一步变成具有反向凹坑结构的厚的易处理的Ni衬底。这种具有凸块的Ni衬底可与具有未曝光区域的衬底分开，并将其称为压模。
ROM盘包含代表已编码数据的螺旋形的交替的凹坑和平面。增加一反射层(金属的或其他具有不同折射率系数的材料)将使其更易于读取出信息。在大部分光记录系统中，数据轨道间距具有与光读取/写入点的尺寸相同的数量级，以确保最佳的数据容量。例如，在蓝光盘(BD)的情况中，比较320nm的数据轨道间距和305nm的1/e点半径(1/e是光学强度减少到最大强度的1/e处的半径)。与一次写入和可重写的光学母盘衬底相反，ROM盘中的凹坑宽度典型地是相邻数据轨道之间的间距的一半。这种小凹坑对于最佳的读取是很必要的。已知ROM盘经相位调制读出，也就是，光线的相长和相消干涉。在较长凹坑的读取期间，将出现从凹坑底部反射的光线和从相邻的平面台阶反射的光线之间的相消干涉，而导致较低的反射水平。
具有近似为光读取点的一半的凹坑的凹坑结构的母盘制作通常需要比用于读取时更小波长的激光。对于CD/DVD的母盘制作来说，激光束记录器(LBR)通常以413nm的波长和NA＝0.9的物镜数字孔径来工作。对于BD母盘制作来说，将257nm波长的深UV激光和高NA透镜(远场为0.9和液体浸润母盘制作为1.25)接合使用。换句话说，下一代的LBR需要制作出用于当前光盘生产的压模。传统的光致抗蚀剂母盘制作的其他缺点是累积的光子效应。光致抗蚀剂层中的光敏化合物的老化与照明的次数成正例。在中心轨道的凹坑写入期间已聚焦的爱里斑(Airyspot)的侧边还照射了相邻的轨迹。这种多次曝光导致出现局部增宽的凹坑并因此导致出现增大的凹坑噪声(凹坑尺寸误差)。同时为了减少交叉照明，需要尽可能小的已聚焦的激光点。用于传统母盘制作中的光致抗蚀材料的另一个缺点是在光致抗蚀剂中存在的聚合物链的长度。由于具有长的聚合物链，已曝光区域的溶解将出现相当粗糙的侧边。更具体的，在凹坑(对ROM来说)和凹槽(对一次写入(R)和可重写(RE)应用的预开槽的衬底来说)的情况中，这种边缘的粗糙性可能使预先录制的ROM凹坑和已录制的R/RE数据的读取信号出现劣化。
如上所述，高密度的浮雕结构例如可用来复制光盘。以不同长度的凹坑编码的数据将经相位调制进行读取。这种凹坑形状，尤其是凹坑深度，将被优化来获得最佳的读取性能。对于BD-ROM盘来说，凹坑深度通常是80nm左右。优选尽可能陡的壁，以获得60-80之间的角度。
本发明的一个目的是提供一种母盘记录，以制作出具有以陡壁为特征的凹坑的高密度浮雕结构。
发明内容
以上目的可由独立权利要求中的特征得到实现。从属权利要求中列出了本发明的进一步发展和优选实施例。
依据本发明，提供了一种用于光学记录的母盘衬底，包括衬底层、位于衬底层上方的第一记录层和第二记录层、以及位于第一记录层和第二记录层之间的中间层，记录层包括相变材料，由于在记录层上投射了光所引起的相变从而可以改变与该材料的化学剂有关的特性。特别的，这种相变由投射光的热沉积引发。通常，相变材料具有相当高的吸收率。这种光的吸收需要能够使记录层熔化以形成标记结构。大于50nm厚度的相变层是光学封闭的，这意味着只有少量的入射光能够到达底部。因此，温度曲线图随着层的深度而减退。因此熔化的区域为圆锥形的，层中越深的地方非晶体区域越狭窄。在显影剂中溶解后，凹坑保留了小的壁角度。因而在BD-ROM的情况中，妨碍了最短的凹坑，2T的读取，T是信道位长度，并导致了已编码数据重现的恶化。在本文中，提到在传统的母盘制作中通过在光致抗蚀剂和衬底之间加入一层薄的金属中间层可获得数据质量的显著改进。该金属层还可改善已形成凹坑的壁的陡度。现在，基于本发明，提供了一种具有陡壁的深凹坑的浮雕结构。这种记录材料优选是所谓的快速生长的相变材料，优选以下化合物掺有In、Ge等例如InGeSbTe杂质的SnGeSb(Sn18.3-Ge12.6-Sb69.2(At％))或Sb2Te。写入该记录层的数据图案可经蚀刻转化成浮雕结构。这种记录层的厚度在5-40nm之间，优选10-15nm之间。
依据一个优选的实施例，第二记录层之下具有一个中间层。中间层也是可以蚀刻的。其厚度在5-50nm之间，优选10-15nm之间。优选的材料是ZnS-SiO2。
本发明可通过实施例来实现，其中提供了层叠的n对记录层和关联中间层，n≥2。通过多于2个的记录层，例如，3个记录层，可以获得仍然具有期望壁陡度的更深的凹坑。
优选地，直接在衬底上提供一散热层。散热层优选由金属制成。该金属层用作散热层能够熔融淬冷来消除记录期间的热量。适宜的金属是Ag、Al等。优选的层厚度是15-150nm。
依据本发明的一个实施例，第一和第二记录层的相变材料是相同的。在这种情况中，在第二记录层中生成的熔化区域将比第一记录层中的熔化区域小。在两个记录层中的非晶体标记的重结晶或多或少地相类似。在蚀刻后，凹坑保留了阶梯状的壁。这种凹坑形状将非常适于多级记录。
依据另一个实施例，第一和第二记录层的相变材料是不同的。基于相变材料的不同性质，可对凹坑的形状进行修改。
例如，第一记录层中的相变材料是一种比第二记录层中的相变材料更快的类型。在第二记录层生成的熔化区域虽然较小，但也被较少地重结晶。第一记录层中的熔化区域虽然较大，但非晶体标记被更多地重结晶。结果是在第一和第二记录层中非晶体标记的尺寸将几乎相同。蚀刻后，凹坑保留了非常陡的壁。
依据另一个实施例，第一记录层中的相变材料是一种比第二记录层中的相变材料更慢的类型。在第二记录层中生成的熔化区域较小并且被更多地重结晶。在第一记录层中的熔化区域较大并且还被更少地重结晶。那么，第一记录层中的非晶体标记基本上大于第二记录层中的非晶体标记。在蚀刻后，凹坑保留了阶梯状的壁。这种凹坑形状将非常适于多级记录。
依据另一个实施例，第一记录层中的相变材料的熔化温度较第二记录层中的相变材料的熔化温度更高。那么，第一记录层中的熔化区域基本上小于第二记录层中的熔化区域。在重结晶后，第一记录层中的非晶体标记的尺寸与第二记录层中的非晶体标记几乎相等。在蚀刻后，凹坑保留了非常陡的壁。
还可能的是第一记录层中的相变材料的熔化温度较第二记录层中的相变材料的熔化温度低。那么，第一记录层中的熔化区域基本上大于第二记录层中的熔化区域。在重结晶后，第一记录层中的非晶体标记基本上大于第二记录层中的非晶体标记。在蚀刻后，凹坑保留了阶梯状的壁。这种凹坑形状很适于多级记录。
本发明还提供了一种在母盘衬底上制作高密度浮雕结构的方法，该母盘衬底包括衬底层、在衬底层上方的第一记录层和第二记录层、以及在第一记录层和第二记录层之间的中间层，该记录层包括相变材料，该方法包括在记录层上投射光的步骤，借此，由于记录层的相变来改变与记录层的化学剂有关的特性。
图1示出了穿过依据本发明的母盘衬底的示意性横截面；图2用两种不同的图像示出了依据本发明的利用第一激光功率写在母盘衬底上的数据图案；图3用两种不同的图像示出了依据本发明的利用第二激光功率写在母盘衬底上的数据图案；图4示出了用第二激光功率写入的凹坑的放大视图；图5用两种不同的图像示出了依据本发明写在母盘衬底上的数据图案；图6相对于记录深度和标记宽度示出了将单一记录层和依据本发明的记录叠层进行比较的图表。
具体实施例方式
记录叠层的顶层是由易溶于传统显影液体，例如KOH和NaOH的材料制成的保护层10。保护层优选由ZnS-SiO2或光致抗蚀剂形成。保护层应可抵抗在非晶体写入期间大约600-700℃的高记录温度。层厚度是5-100nm，优选10-25nm。在保护层10之下，具有第一记录层12。记录材料优选是所谓的快速生长的相变材料，优选以下化合物掺有In、Ge等例如InGeSbTe杂质的SnGeSb(Sn18.3-Ge12.6-Sb69.2(At％))或Sb2Te。将要被写入此记录层12中的数据图案可经蚀刻转化成浮雕结构。记录层12的厚度是5-40nm，优选10-15nm。第一记录层12之下是中间层14然后其下是第二记录层16。这个第二记录层16具有与第一记录层12相类似的性质；也有可能记录层12和16是不同的。这个第二记录层16之下可能还有第二中间层18。中间层也是可蚀刻的。中间层的厚度是5-50nm，优选10-15nm。优选的材料是ZnS-SiO2。这两对记录层12、16和中间层14、18之下可能有1对或多对记录层20和中间层22。这个叠层之下是金属层24，该金属层起到散热层的作用，能够熔融淬冷来将在记录期间产生的热量消散掉。适宜的金属是Ag、Al等。优选的层厚度是15-150nm。记录层和中间层的数量可以增加，这种多层的叠层可用公式来表示C(PI)nM，C表示保护层，P表示记录层，I表示中间层，M表示金属层，n≥2。整个叠层由衬底26承载。
图2-5示出了在C(PI)n＝3M叠层上完成的实验结果，其中保护层是光致抗蚀剂，具有25nm的厚度；记录层由InGeSbTe构成，并具有10nm的厚度；以及中间层由ZnS-SiO2构成，并具有10nm的厚度。金属层由Ag制成，并具有100nm的厚度。在母盘制作之前由初始化装置来结晶相变层。已经使用了数种写入策略，包括N-1写入策略，也就是，利用N-1个写入脉冲来写入一个具有N倍信道位长度T的标记的策略。利用短的脉冲在晶体层中写入非晶体标记。将盘用10％NaOH显影5分钟。
图2用两种不同的图像示出了依据本发明的利用第一激光功率写在母盘衬底上的数据图案。用N-1策略并以相当低的写入功率30ILV(ILV＝绝对激光功率)来写入标记。在这种条件下，在记录叠层上出现非常小的标记。在用10％NaOH显影后，保留了13nm深的凹坑。在图2的下部给出了这些凹坑的原子力显微镜(AFM)图片。上部的图是在黑线位置穿过图像的横截面，也就是，沿着记录的方向。上方和下方图像中的箭头指的是相应的点。
图3用两种不同的图像示出了依据本发明的利用第二激光功率写在母盘衬底上的数据图案。在该实施例中，应用了更高的写入功率，即ILV＝40或更高。现在非晶体标记延伸至第二记录层，这也可以在图3的两种图像中看出。此外，下部的图像是基于表面扫描的图，而上部的图像则是沿着黑线的穿过该图的横截面。凹坑由典型的形状来表征。正如之前所阐述的，吸收将随着深度递减。因此，上部记录层的熔化区域将比下部记录层的大。部分重叠非晶体标记将导致在标记的前导部分中先前被写入的非晶体材料的重结晶，对于非常快的相变材料或非常慢的记录速度已经观察到了这种效应(在写入期间的已知重结晶)。下部记录层中的非晶体区域将很小，但具有类似的形状。前导部分的标记宽度将比上部记录层中的小。在这种情况中，重结晶导致完全地清除了下部记录层中的标记的前导部分。上部和下部记录层中标记的结尾部分将难以被重结晶。在显影后，保留了两级的凹坑。
图4示出了用第二激光功率写入的凹坑的放大图。阴影前导部分的深度是13nm，与由低写入功率获得的凹坑的深度类似。这意味着这种深度与蚀刻后的第一记录层和中间层的厚度相类似。
图5用两种图像示出了依据本发明写在母盘衬底上的数据图案。右边的图像是表面扫描图，左边的图像是在径向方向在虚线处穿过右图的横截面。此外，两级结构是可视的。在径向上的热反应是对称的，这可以用来解释没有阴影部分。
图6相对于记录深度和标记宽度示出了单一记录层与依据本发明的记录叠层进行比较的图表。考虑到记录叠层中第一记录层的相变化合物与第二记录层中的相类似。由于吸收效应，第一记录层中的熔化区域将比第二记录层的大。图6中图解了对于具有由20nm中间层隔开的两个20nm相变层的记录叠层所计算出的相对标记宽度。由于吸收效应，第一记录层中记录的标记宽度将比第二记录层中的大。图6中还示出了对于60nm厚的相变层的结果。请注意，光线进入叠层60nm处。因而，最宽的标记写在60nm处，在叠层中越深的位置标记将变得更小(z＝10nm)。计算值显示出位于厚(60nm)的记录层深处没有标记结构形成，这与预期的相一致。相反的，多层的叠层显示出在第二(更深的)记录层中实际的标记结构。从这些计算值可以清楚看出，利用这种推荐的多层的叠层，可以制得更深更陡的凹坑。可以通过利用具有不同熔化温度的两种相变化合物来控制第一和第二记录层中的标记形状。
还可通过结晶机制来控制第一和第二记录层中的标记形状。如果第二记录层中的相变材料的生长速度比第一记录层中的化合物慢得多，重结晶将很少，因而获得更大的非晶体标记。如果经材料化合物的结晶速度来控制重结晶，将获得具有非常陡的壁角度。同样，如果利用第二记录层的被控制的重结晶，将可更强调阶梯状的特性。因而，在这种情况下，较快的相变材料被用于更深的记录层。
中间层不进行吸收，将使叠层中积累较少的热量并可写入更深的标记。此外，相变层还可用作标记去蚀刻下面的中间层。可优化层的厚度和光学特性来使凹坑的斜率最大化。可以获得具有更陡壁的更深的凹坑。
可在不脱离由附属的权利要求书限定的本发明范围的情况下采用以上没有描述的等同物和变型。
权利要求
1.一种用于光记录的母盘衬底，包括衬底层(26)，位于衬底层(26)上方的第一记录层(12)和第二记录层(16)，以及位于第一记录层(12)和第二记录层(16)之间的中间层(14)，该记录层(12、16)包括相变材料，由于在记录层上投射了光所引起的相变从而可以改变与该材料的化学剂有关的特性。
2.依据权利要求1的母盘衬底，其中在第二记录层(16)下设置中间层(18)。
3.依据权利要求1的母盘衬底，其中具有n对记录层和关联的中间层的叠层，n≥2。
4.依据权利要求1的母盘衬底，其中散热层(24)直接位于衬底(26)之上。
5.依据权利要求1的母盘衬底，其中保护层(10)位于第一记录层(12)之上。
6.依据权利要求1的母盘衬底，其中第一和第二记录层(12、16)的相变材料是相同的。
7.依据权利要求1的母盘衬底，其中第一和第二记录层(12、16)的相变材料是不同的。
8.依据权利要求7的母盘衬底，其中第一记录层(12)中的相变材料是比第二记录层(16)中的相变材料更快的类型。
9.依据权利要求7的母盘衬底，其中第一记录层(12)中的相变材料是比第二记录层(16)中的相变材料更慢的类型。
10.依据权利要求7的母盘衬底，其中第一记录层(12)中的相变材料的熔化温度比第二记录层(16)中的相变材料的熔化温度高。
11.依据权利要求7的母盘衬底，其中第一记录层(12)中的相变材料的熔化温度比第二记录层(16)中的相变材料的熔化温度低。
12.一种在母盘衬底上制作高密度浮雕结构的方法，该母盘衬底包括衬底层(26)、位于衬底层(26)上方的第一记录层(12)和第二记录层(16)以及在第一记录层(12)和第二记录层(16)之间的中间层(14)，该记录层包括相变材料，该方法包括将光投射到记录层(12，16)上的步骤，由此由于记录层的相变而改变与记录层的化学剂有关的特性。
13.一种利用在依据权利要求1-11任一项的母盘衬底的基础上制作的浮雕结构来制作光学数据载体的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于光学记录的母盘衬底，包括衬底层(26)、位于衬底层(26)上方的第一记录层(12)和第二记录层(16)以及在第一记录层(12)和第二记录层(16)之间的中间层(14)，记录层(12、16)包括相变材料，由于在记录层上投射了光所引起的相变从而可以改变与该材料的化学剂有关的特性。本发明还涉及一种制作高密度浮雕结构的方法。
文档编号G11B7/257GK101044565SQ200580035779
公开日2007年9月26日 申请日期2005年10月12日 优先权日2004年10月19日
发明者E·R·迈因德斯, R·A·洛克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司