专利名称：母盘基底和制造高密度浮雕结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种母盘基底(master substrate)和一种制造高密度浮雕结构的方法。特别地，本发明涉及使用常规光学驱动器来提供高密度浮雕结构。
背景技术：
基于光学处理所制造的浮雕结构例如可以被用作为用于大量复制只读存储器(ROM)和预制凹槽一次写入(R)盘和可重写(RE)盘的压模。如同在复制处理中所使用的，这种压模的制造作为母盘制作被公知。
在常规的母盘制作中，在玻璃基底上进行旋涂的薄感光层用调制聚焦激光束进行照射。激光束的调制使得光盘的某些部分通过UV光被曝光，而凹坑之间的中间区域保持未被曝光。当光盘旋转，并且聚焦的激光束逐渐被拉至盘的外侧时，留下了螺旋的交替照射区域。在第二步中，曝光区域在所谓的显影处理中被溶解，以光阻层内部的物理孔结束。诸如NaOH和KOH的碱性液体被用于溶解曝光区域。结构表面随后用薄Ni层进行覆盖。在流电处理中，这个溅射沉积的Ni层进一步生长成具有倒置凹坑结构的厚的易处理Ni基底。这个具有凸出突起的Ni基底从具有未曝光区域的基底上被分离，并且被称为压模。
ROM盘包括表示编码数据的螺旋交替凹坑和台。添加反射层(具有不同折射率系数的金属或其它类型的材料)以便于信息的读取。在大多数光学记录系统中，数据轨道间距具有与光学读取/写入点的大小相同的数量级，以保证最佳的数据容量。例如在蓝光盘(BD)情况下，比较320nm的数据轨道间距和305nm的1/e光点半径(1/e是光强度减小到最大强度的1/e处的半径)。与一次写入和可重写光学母盘基底相对照，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读取是必需的。公知的是ROM盘通过相位调制，即光线的相长性干涉和相消性干涉来进行读取。在较长凹坑的读取期间，从凹坑底部所反射的光线和从相邻高台所反射的光线之间发生相消性干涉，其导致更低的反射水平。
具有光学读取点的大约一半的凹坑的凹坑结构的母盘制作典型地需要一个激光器，该激光器的波长比用于读取的波长低。对于CD/DVD的母盘制作，激光束记录器(LBR)典型地以413nm的波长和物镜的数值孔径NA＝0.9来操作。对于BD的母盘制作，具有257nm波长的深UV激光器与高NA透镜(对于远场是0.9以及对于液体浸没母盘制作是1.25)联合使用。换句话说，需要下一代LBR来产生用于当代光盘的压模。常规的光阻母盘制作的另外缺点是累积光子效应。光阻层中的感光化合物的退化与照度量成比例。聚焦的艾里斑(Airy spot)的边缘在中间轨道的凹坑写入期间也照射相邻的轨道。这个多重曝光导致凹坑的局部加宽，并且因此导致凹坑噪音(抖动)的增加。同样为了减少交叉照射，需要一个尽可能小的聚焦激光点。在常规母盘制作中所使用的光阻材料的另一个缺点是在光阻材料中存在聚合物链的长度。曝光区域的溶解由于长聚合物链而导致相当粗糙的边缘。特别是在凹坑(对于ROM)和凹槽(用于一次写入(R)和可重写(RE)应用的预凹槽基底)的情况下，这个边缘的粗糙度可以导致预先记录的ROM凹坑和记录的R/RE数据的读取信号的退化。本发明的目的在于基于在常规光学驱动器中所执行的光学写入处理来提供一种母盘基底和一种制造高密度浮雕结构的方法。
发明内容
上述目的通过独立权利要求的特征来解决。本发明进一步的发展和优选实施例在从属权利要求中概述。
根据本发明，提供一种用于光学记录的、包括记录层和基底层的母盘基底，记录层包括相变材料，相变材料关于化学试剂的特性由于通过将光投射在记录层上所引起的相变而可以改变，并且基底层包括用于跟踪目的的结构。相变材料被应用于公知的可重写盘格式，例如DVD+RW和最近引入的蓝光盘(BD-RE)。相变材料可以经由激光加热从如此沉积的非结晶态改变为结晶态。在很多情况下，由此沉积的非结晶态先于记录数据而使其结晶。初始的结晶态可以由激光所导致的薄相变层的加热来使其变成非结晶的，以使得层熔化。如果熔融状态快速地被冷却，那么固体非结晶态保留。非结晶标记(区域)可以通过加热非结晶标记到结晶温度以上来使其再次结晶。这些机制从可重写的相变记录中是已知的。根据加热条件，申请人已经发现了在结晶和非结晶相之间蚀刻速度存在差异。蚀刻作为在碱性液体、酸性液体、或其它类型液体或溶剂中的固体材料的分解处理而被公知。蚀刻速度的差异导致浮雕结构。用于所要求的材料分类的合适的蚀刻液体是例如NaOH，KOH的碱性液体和例如HCl和HNO3的酸性液体。例如，浮雕结构可以被用于制造用于大量复制光学只读ROM盘的压模，以及用于一次写入和可重写盘的可能预凹槽基底。所获得的浮雕结构也可以被用于显示器的高密度印刷(微接触印刷)。用作为记录材料的相变材料基于材料的光学和热量特性进行选择，以使得其适合于使用所选择的波长进行记录。如果母盘基底初始处于非结晶态，那么结晶标记在照射期间被记录。如果记录层初始处于结晶态，那么非结晶标记被记录。在显影期间，这两个状态中的一个状态在碱性或酸性液体中被分解，以产生浮雕结构。也可能在非结晶和结晶态之间存在分解率的差异，以使得在蚀刻之后留下浮雕结构。相变组合物可以被分类为成核受控和生长受控材料。成核受控相变材料具有相对高的可能性来形成稳定的结晶核，可从结晶核形成结晶标记。相反，结晶速度典型地很低。成核受控材料的例子是Ge1Sb2Te4和Ge2Sb2Te5材料。生长受控材料通过低成核可能性和高生长率来表现。生长受控相变组合物的例子是掺杂In和Ge的Sb2Te组合物和SnGeSb合金。如果结晶标记被写入初始的非结晶层中，那么剩下符合聚焦激光点的形状的典型标记。结晶标记的大小可以通过控制所应用的激光功率来稍微调谐，但是写入的标记几乎不可以使其小于光斑。如果非结晶标记被写入结晶层，那么相变材料的结晶特性允许小于光斑大小的标记。特别是如果生长受控相变材料被使用，那么在非结晶标记尾部的再结晶可以通过在与非结晶标记被写入的时间相关的合适时标应用合适的激光等级来引起。这个再结晶允许写入小于光斑大小的标记。本发明中所使用的记录材料优选地是快速生长相变材料，优选地组合物是SnGeSb(Sn18.3-Ge12.6-Sb69.2(At％))或掺杂In、Ge等的Sb2Te，例如InGeSbTe。记录层的厚度是5到80nm之间，优选地是10到40nm之间。
根据一个优选实施例，第一界面层被安排在记录层和基底层之间。优选的材料是ZnS-SiO2。层的厚度是5到80nm之间，优选地是10到40nm之间。
根据另一个优选实施例，第二界面层被安排在第一界面层和基底层之间，并且该第一界面层是可蚀刻的。虽然该第一界面层可以是可蚀刻的，但第二界面层是不可蚀刻的，并且作为天然屏障。这个层大约50nm厚。与本实施例结合，被压花的记录层可以被用作为用于进一步照射第一界面层的掩模层。因此，浮雕结构可以被做得更深，由此导致更大的纵横比。纵横比被定义为浮雕结构的障碍的高度和宽度的比率。第一界面层例如由感光聚合物组成。用例如UV光照射母盘基底将导致没有覆盖掩模层的区域的曝光。用掩模层覆盖的界面层的区域没有被照射所曝光，因为掩模层对所使用的光是不透明的。曝光的界面层可以在第二显影步骤中用显影液体进行处理，该显影液体不必与被用于压花掩模层的液体相同。以这种方式，在掩模层中出现的浮雕结构被传送到第一界面层，以便获得更深的浮雕结构。
根据本发明的又一个优选实施例，散热层被安排在记录层和基底层之间。优选地，半透明金属层用作散热，以移除记录期间的热量。建议使用例如薄Ag的半透明金属，或例如ITO或HfN的透明散热层。优选的层厚度是5到40nm之间。
优选地，平整层被安排在记录层和基底层之间。平整层被添加以平整基底的结构，以使得留下平坦的记录叠层。平整层优选地经由旋涂处理，或能够填充凹槽的另一类型处理来沉积。用于平整层的材料优选地是不吸收的、可旋涂的有机材料。另一个可能是具有记录叠层但是不具有平整层的预凹槽基底。在这种情况下，浮雕结构被叠加在预凹槽结构上。具有浮雕结构的显影母盘基底可以进一步被处理成具有倒置浮雕结构的金属压模。这个压模被用于盘/基底的复制。被叠加在凹槽结构上的、复制的数据图案的读取不受凹槽结构的牵制。
根据一个特殊的优选实施例，保护层被安排在记录层上面。保护层由在诸如KOH和NaOH的常规显影液体中可以充分溶解的材料制成。例如，保护层由ZnS-SiO2或光阻材料制成。层厚度是5到100nm之间，优选地是10到25nm之间。
根据本发明的一个优选实施例，用于跟踪目的的结构包括预凹槽结构。优选地，反射层被安排在预凹槽结构上，以有利于跟踪。因此，可进行有效跟踪，与常规光学驱动器中的跟踪非常类似。盘中出现的凹槽产生光学跟踪误差信号。入射聚焦光束的衍射级形成重叠和发散锥。如果光束优选地相对于凹槽完全居中，那么最终的干涉图案是对称的。差分信号，即所谓的推挽信号，在这种情况下是零。与中央位置的偏移将在两个检测器部分中的一个上导致或多或少的光。差分信号变成非零，并且可以被用于相对于凹槽重新调准光斑。
根据本发明，进一步提供一种制造用于复制高密度浮雕结构的压模的方法，包括步骤在常规光盘驱动器中通过聚焦和调制光束照射母盘基底，该母盘基底包括记录层和基底层，该记录层包括相变材料，相变材料关于化学试剂的特性由于通过将光投射在记录层上所引起的相变而可以改变，并且该基底层包括用于跟踪目的的结构，用溶剂处理先前照射的母盘基底，由此获得浮雕结构，在浮雕结构上沉积金属层，将沉积层生长到所期望的厚度，以及分离生长层。
对于这个方法，优选地是将沉积层生长到所期望的厚度的步骤包括电化学电镀。
根据本发明的方法基于实施例是特别有利的，其中用于跟踪目的的结构包括预凹槽结构，并且从预凹槽结构投射到检测器上的干涉图案被用于跟踪。因此，基于本发明，最佳推挽跟踪将导致完美地跟随预凹槽的光斑。如果用于大量复制光盘的高密度母盘被记录，那么最佳跟踪是优选的。在这种情况下，浮雕结构应当是不同长度的交替台和凹坑的螺旋，其中数据被编码。
根据本发明的另一个优选实施例，用于跟踪目的的结构包括预凹槽，并且光束被故意放置成脱离轨道，以便写入不被限制于跟随预凹槽结构的数据图案。例如，如果期望不能基于螺旋或圆周数据图案的二维高密度浮雕结构，例如二维光学卡、微接触印刷的压模或光栅，那么需要更加精确的位置。这通过在考虑推挽信号情况下所述脱离轨道放置光束来获得。
建议的母盘基底特别适合于近场母盘制作。近场记录基于具有很高数值孔径的物镜。这种透镜优选地实现为固体浸没透镜(SIL)，其被放置在接近数据层，预期的是20到100nm之间的距离。现在，具有1.6甚至2.0的NA与405nm波长激光相结合的系统被认为是下一代光学存储器的可能系统。如果这个系统与基于光阻材料的常规母盘基底相结合来使用，那么物镜的玷污很可能发生，因为所有类型的光阻材料组分都会蒸发。但是，基于无机相变材料的母盘基底非常有利于使用，因为避免了透镜玷污。在这种近场记录系统中，预凹槽母盘基底可以被用于控制高密度数据图案。从这个浮雕图案，可制成压模，其被用于大量复制光盘，即ROM盘(具有预凹坑的盘)以及可记录和可重写盘(具有预凹槽的盘)。
通过下文中所描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变明显并将参照所述的实施例对其进行说明。
图1示出了可以与本发明一起使用的常规光盘驱动器的示意性结构；图2示出了根据本发明在处理之前贯穿母盘基底的示意剖面图；图3示出了根据本发明在第一处理步骤中贯穿母盘基底的示意剖面图；图4示出了根据本发明在第二处理步骤中贯穿母盘基底的示意剖面图；图5示出了来自于原子力显微镜下(AFM图片)的表示短凹坑的图片；图6示出了图示凹槽的AFM图片；图7示出了用于图示数据图案排列的光学母盘基底的一部分；图8示出了用于图示根据本发明的方法的一个实施例的流程图。
具体实施例方式
图1示出了可以与本发明一起使用的常规光盘驱动器的示意性结构。辐射源110，例如半导体激光器，发射发散的辐射束112。该光束112通过准直透镜114使其基本平行，其被投射到分束器116。光束118的至少一部分被进一步投射到物镜120，其将会聚光束122聚焦在母盘基底10上。将参考下面的附图详细描述母盘基底10。聚焦光束122能够导致母盘基底的记录层发生相变。另一方面，会聚光束122被反射成发散光束124，并且随后通过物镜120被进一步投射为基本平行光束126。反射光束126的至少一部分通过分束器116被投射到聚光透镜128上。这个聚光透镜128将会聚光束130聚焦到检测器系统132上。检测器系统132适合于从投射到检测器系统132上的光中提取信息，并且将这个信息转换成多个电信号134，136，138，例如信息信号134，聚焦误差信号136和跟踪误差信号138。参考本发明，跟踪误差信号138是特别适用的。母盘基底10上的会聚光束122的定位通过母盘基底10中的预凹槽结构来控制。母盘基底10中的凹槽产生光学跟踪误差信号。最终的干涉图案最终被投射到检测器系统132上，并且如果光束是相对于凹槽完全居中的，那么它是对称的。差分信号，即所谓的推挽信号，是基于检测器系统132的多个检测器或多个检测器片断来产生。在光束相对于凹槽完美居中的情况下，它是零。来自于中央位置的偏移将在一般为两个的检测器部分上导致或多或少的光。差分信号变成非零，并且它可以被用于相对于凹槽重新调准光斑。
图2示出了根据本发明在处理之前贯穿母盘基底的示意剖面图。在母盘基底10的顶部提供保护层28。保护层28由在诸如KOH和NaOH的常规显影液体中可以充分溶解的材料制成。例如，保护层28包括ZnS-SiO3或光阻材料。保护层28的厚度是5到100nm之间，优选地是在10到25nm之间。在保护层28下面安排记录层12。记录材料优选地是所谓的快速生长相变材料，优选的组合物SnGeSb(Sn18.2-Ge12.6-Sb69.2(At％))或掺杂In、Ge等的Sb2Te，例如InGeSbTe。这些生长受控相变材料在非结晶和结晶相的分解率中拥有很高的对比。通过结晶材料的熔融淬火所获得的非结晶标记可以在常规显影液体中，例如KOH和NaOH，以及HCl和HNO2中进行溶解。标记尾部的再结晶可以用于以所控制的方式减少标记长度。由此可以产生长度小于光斑大小的标记。以这种方式，可增加切向数据密度。由此写入记录层12上的数据图案可以通过蚀刻被转换成浮雕结构。记录层12的厚度是5到80nm之间，优选地是10到40nm之间。在记录层12之下提供第一界面层18。这个界面层18也可以是可蚀刻的。压花的记录层12随后用作掩模层。用于第一界面层18的优选材料是ZnS-SiO2。第一界面层18的厚度是5到80nm之间，优选地是10到40nm之间。第一界面层18紧随第二界面层20，其是不可蚀刻的，并且由此作为天然屏障。这个第二界面层20大约5nm厚。在第二界面层20下面提供半透明金属层22，其作为散热，以去除记录期间的热量，由此允许熔融淬火。例如Ag的半透明金属，或例如ITO或HfN的透明散热层被建议。散热层22的优选厚度是5到40nm之间。在散热层22下面和基底14上面提供平整层24，以平整预凹槽，以便留下平坦的记录叠层。平整层24经由旋涂处理，或能够填充和平整凹槽的其它类型处理来沉积。平整层的材料优选地是不吸收的、可旋涂的有机材料。最底下的层是已经提及的基底层14，其包括用于跟踪目的的预凹槽16。为了增强跟踪误差信号，反射层26被沉积在基底层上。
图3示出了根据本发明在第一处理步骤中贯穿母盘基底的示意剖面图。在这个处理过程中，在记录层12上已经产生了记录标记32。这些记录标记32优选地是写入结晶本底中的非结晶区域。代替保护层28或除其之外，可以提供覆盖层，以使得基底与光学驱动器兼容。例如，在蓝光盘的情况下，在盘中加入100μm的覆盖层。标记通过应用于可重写光盘的常规方法被写入记录层中。写入策略最佳化可以基于写入标记的检测来执行。由此产生的反馈回路是非常短的，并且常规盘驱动器基于最小附加努力提供这个机会。曝光后，100μm的覆盖层在丙酮中被溶解，或通过剥落简单地移除。也可以在母盘基底和物镜之间添加100μm的补偿玻璃基底。在这种情况下，曝光记录层之后不需要添加和移除100μm的覆盖层。记录标记32和保护层28在例如NaOH或KOH的常规蚀刻液体中被顺序地溶解，以高密度浮雕结构结束。这个高密度浮雕结构30在图4中被示出。
图5示出了来自于原子力显微镜下(AFM图片)的表示短凹坑140的图片。凹坑140由所建议的母盘基底并且根据所建议的方法来产生。在10％NaOH溶液中，整个溶解时间是10分钟。凹坑形状类似于最短标记的典型新月形状。凹坑宽度几乎是凹坑长度的两倍。凹坑长度通过凹坑尾部142的再结晶效应而被减小。标记的新月形状优选地被转换成浮雕结构。
图6示出了图示凹槽144，146，148的AFM图片。在每个图片a，b和c中提供413nm波长的持续激光功率，激光功率从a到c减小。写入的非结晶轨道在10％NaOH溶液中被溶解10分钟。凹槽深度是20nm。
图7示出了用于图示数据图案排列的光学母盘基底的一部分。上面参考图1所描述的最佳推挽跟踪将导致完美跟随预凹槽的光斑。在对用于大量复制光盘的高密度母盘进行记录的情况下，最佳跟踪是优选的。在这种情况下，浮雕结构应当是不同长度的交替台和凹坑的螺旋，其中数据被编码。如果需要二维高密度浮雕结构，例如二维光学卡、微接触印刷的压模或光栅，那么需要光斑的更加精确的位置。获得这个目的的一种可能是选择具有更小轨道间距的预凹槽母盘基底。但是需要大约250nm的最小轨道间距来进行跟踪，以便提供足够大的推挽信号。在推挽信号中具有偏移，光斑可以被故意放置成脱离轨道。因此，例如，可以获得如图5中所示的矩形数据图案34。形成矩形数据图案34的数据点可以被定位于盘上的任意位置，特别是相对于聚焦激光斑的中央螺旋36和外部边界38，40偏移。通过将这个光斑故意放置成脱离轨道，可以基于推挽信号获得高定位精确性。
图8示出了用于图示根据本发明的方法的实施例的流程图。在第一步骤S01中，在具有预凹槽结构的母盘基底上的相变材料被照射，优选地是通过激光束，由此导致相变材料的热转化，特别是从结晶到非结晶相的转换。由此与溶剂相关的化学特性被改变。随后，在步骤S02中，由此准备的母盘基底通过溶剂进行处理，从而由于移除非结晶区域而产生浮雕结构。在这个步骤之后，在浮雕结构上的金属层的沉积步骤S03被执行。在步骤S04中，沉积层生长到所期望的厚度。最后，在步骤S05中，生长层被分离，由此获得用于光盘掩模复制的压模。
在不背离在所附权利要求中所定义的本发明范围的情况下，上面没有描述的等同物和修改也可以被使用。
权利要求
1.一种用于光学记录的母盘基底(10)，包括记录层(12)和基底层(14)，该记录层包括相变材料，相变材料关于化学试剂的特性由于通过将光投射在记录层上所引起的相变而可以改变，以及基底层包括用于跟踪目的的结构(16)。
2.根据权利要求1的母盘基底，其中第一界面层(18)被安排在记录层和基底层之间。
3.根据权利要求2的母盘基底，其中第二界面层(20)被安排在第一界面层和基底层之间，并且该第一界面层(18)是可蚀刻的。
4.根据权利要求1的母盘基底，其中散热层(22)被安排在记录层和基底层之间。
5.根据权利要求1的母盘基底，其中平整层(24)被安排在记录层和基底层之间。
6.根据权利要求1的母盘基底，其中反射层(26)被安排在记录层和基底层之间。
7.根据权利要求1的母盘基底，其中保护层(28)被安排在记录层上面。
8.根据权利要求1的母盘基底，其中用于跟踪目的的结构(16)包括预凹槽结构。
9.一种制造用于复制高密度浮雕结构的压模的方法，包括步骤在常规光盘驱动器中通过聚焦和调制光束照射母盘基底(10)，该母盘基底包括记录层(12)和基底层(14)，该记录层包括相变材料，相变材料关于化学试剂的特性由于通过将光投射在记录层上所引起的相变而可以改变，并且该基底层包括用于跟踪目的的结构(16)，用溶剂处理先前照射的母盘基底，由此获得浮雕结构(30)，在浮雕结构上沉积金属层，将沉积层生长到所期望的厚度，以及分离生长层。
10.根据权利要求9的方法，其中将沉积层生长到所期望的厚度的步骤包括电化学电镀。
11.根据权利要求9的方法，其中用于跟踪目的的结构包括预凹槽结构，并且从预凹槽结构投射到检测器(132)上的干涉图案被用于跟踪。
12.根据权利要求9的方法，其中用于跟踪目的的结构包括预凹槽，并且光束被故意放置成脱离轨道，以写入不被限制于跟随预凹槽结构的数据图案。
13.一种使用根据权利要求1到8中任一权利要求的母盘基底来生产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基底(10)，包括记录层(12)和基底层(14)，该记录层包括生长受控相变材料，相变材料关于化学试剂的化学特性由于通过将光投射在记录层上所引起的相变而可以改变。出于跟踪目的，基底层包括预凹槽(16)。本发明进一步涉及一种制造用于复制高密度浮雕结构的压模的方法。
文档编号G11B7/26GK101044566SQ200580035787
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 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司