壓模及其製造方法
2023-11-10 14:41:37 1
專利名稱：壓模及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種製造光碟壓模裝置的方法。本發明還涉及一種壓模裝置。本發明還涉及一種製造光碟的方法。
利用注模機生產諸如壓縮光碟(CD)、數字視盤或數字通用光碟(DVD)之類的光碟和諸如CD-ROM之類的光學可讀存儲器。
注模機包含確定要生產的光碟的形狀的注模工具。這種工具包括具有要壓印在光碟上的突起的圖案的壓模。因此，壓模的圖案是要壓印在要生產的光碟上的信息的模型。
因此，具有適當的要複製信息，例如音樂錄音或計算機數據的光碟的生產商需要獲得具有對應於該信息的圖案的壓模。
根據現有技術，按照下述方式生產壓模首先，生產母盤，該母盤的圖案對應於要壓印在光碟上的圖案。其次，利用該母盤生產壓模，以便壓模的圖案是母盤圖案的鏡像。
「生產母盤」和「利用母盤生產壓模」這兩個步驟本身均包括若干步驟。例如根據現有技術，母盤的生產涉及(1)利用光敏抗蝕劑材料塗覆光滑的玻璃板，之後(2)固化光敏抗蝕劑，接下來(3)利用調製雷射輻射塗覆後的玻璃板的表面，以便在光敏抗蝕劑材料中記錄信息的螺旋軌跡。在所提及的最後一步中，指定變成凹坑的區域被暴露在雷射下。
之後，對母玻璃板進行蝕刻處理(4)，導致被照射區域，即將成為凹坑的區域被蝕刻出來，從而產生凹坑的圖案。換句話說，使母玻璃板的表面結構化。在乾燥過程(5)之後，通過，例如真空沉積或濺射薄的導電層，使玻璃板的結構化表面金屬化(6)。最後得到的多層結構(具有玻璃層，結構化的光敏抗蝕劑層和薄的結構化導電層)構成母盤。
按照現有技術，利用母盤產生壓模的步驟涉及(1)電鍍鎳，(2)從母盤除去得到的鎳片。由於鎳和母盤的導電層之間的極強的附著力，該除去步驟通常導致鎳片具有微量的結構化表面上的光敏抗蝕劑和銀。從而在製作壓模的過程中，破壞了母盤的信息攜帶部分。
製作壓模的現有工藝還涉及從鎳片的結構化表面除去所有微量光敏抗蝕劑和/或銀的清潔過程(3)。之後，一般對鎳片的相反側面進行拋光，穿中心孔，使用外徑衝孔機使鎳片呈圓形。此時，已得到適用於批量生產信息攜帶光碟的壓模。但是，有時，在使得到的母盤和/或壓模具有標準質量的步驟之一中會發生錯誤。這種母盤或壓模就必須被廢棄。
因此，光碟生產商需要執行一個較長的工藝過程，從母盤開始，在母盤上形成結構，隨後在可開始光碟複製之前，利用該母盤產生結構化壓模。這種方法需要在光碟生產商的廠房安裝大量的複雜機器-機器還必須由熟練的人員操縱。由於該工藝過程由大量的步驟組成，因此還非常費時。
作為完成這種長並且複雜的工藝過程的一種備選方案，一些光碟生產商把要複製的信息交給第三方。隨後第三方按照前述方法生產結構化壓模，並把該壓模交給光碟生產商。這簡化了光碟生產商的生產過程，但是增大了該方法的總體複雜性，並且獲得信息攜帶壓模所需的時間相當長。
本發明的一個目的是使光碟生產商能夠減少從接收要複製的信息，例如音樂錄音或計算機數據開始，直到成功地複製了記錄該信息的光碟為止的平均持續時間。
本發明的另一個目的是簡化結構化壓模的生產。更具體地說，是使光碟生產商能夠藉助不複雜並且成本低的方法獲得具有可選擇的結構的壓模。
本發明的又一個目的是使光碟生產商能夠在不需要複雜機器的情況下，藉助不複雜並且成本低的方法，在空白壓模上形成結構。
根據本發明的一個實施例，所有這些目的由一種生產壓模裝置的方法實現，該方法包括下述步驟
a)獲得具有第一表面和第二表面，基本上呈圓盤形的元件，所述第二表面形成半成品壓模的背面；所述第一表面具有指示所述元件的可結構化表面部分的導軌；所述可結構化表面部分是平坦的，並且實質上未結構化；b)在所述第一表面上塗覆輻照敏感層，從而提供未曝光，並可曝光的半成品壓模；c)把未曝光的半成品壓模裝入保護性包裝盒中，從而使敏感膜保持未曝光狀態；及d)在進行步驟c)之前，處理半成品壓模，所述處理包括d1)處理半成品壓模的所述第二表面，以便得到小於2微米的平均表面偏差值。
可在不得到要複製的信息的情況下，生產這種空白壓模。換句話說，可在不考慮將在要生產的光碟中形成的圖案或結構的情況下，生產空白壓模。
根據一個最佳實施例，該方法包括在塗覆並乾燥敏感層之後，檢查未曝光的半成品壓模的步驟。在把空白壓模裝入包裝盒之前，任何質量不合格的半成品空白壓模將被廢棄。廢棄的半成品壓模不被裝箱。只有通過檢查的高質量空白壓模才被裝入包裝盒中。
上面描述的方法使本發明具有能夠不太複雜地生產結構化壓模的優點。根據本發明的一個實施例，生產結構化壓模的方法包括下述步驟接收裝有至少一個半成品壓模的保護性包裝盒；從所述保護性包裝盒取出所述至少一個半成品壓模；把所述半成品壓模安裝在信息寫入設備中；檢測導軌的位置；使敏感層曝光，以便記錄信息圖，曝光信息的位置取決於檢測位置；按照曝光圖案，使所述半成品壓模的所述可結構化表面部分結構化，從而得到結構化壓模。
從而，藉助一種不複雜的方法，空白壓模可轉變為結構化壓模，從而使光碟生產商能夠藉助快速、成本低的方法得到具有可選擇結構的壓模。
這意味著可預先完成獲得結構化壓模所需的許多處理步驟。一旦要複製的信息或結構被建立，則將減少獲得結構化壓模所需的步驟的數目。因此，顯著降低了獲得結構化壓模所需的時間。
此外，提高了成品率，即降低了廢品率，因為在構成壓模之前，完成了許多關鍵的生產步驟。在結構化之前的生產步驟中被廢棄的元件將不會被交給光碟生產商，於是不會影響光碟生產商的廢品率。
此外，通過消除或減少壓模上的信息結構的錯誤定位，空白壓模上形成的導軌降低了結構化步驟中的廢品率。導軌還使得能夠利用較不複雜，從而成本較低的主設備，同時還能滿足信息定位中的較嚴格的容差要求。光碟上的數據，即突起或刻痕的圖案需要按照預定的方式，沿著從圓盤的一個圓周朝向該圓備用的另一圓周的螺旋線被提供。為了使信息存儲容量達到最大，以及為了能夠準確地查找存儲的信息，必須在嚴格的公差範圍內形成信息的螺旋線。
由於光碟生產商從已適於被安裝他的注模機中的高質量半成品壓模開始生產，因此光碟生產商要進行的生產步驟較少。這導致在該生產過程中具有高的成品率。
從而，生產光碟的方法被簡化，並且費用被降低，因為按照本發明的實施例，生產光碟的方法包括下述步驟用如前所述帶有導軌的空白壓模生產結構化壓模，把所述壓模固定在注模中；把樹脂注入所述注模中，形成所述壓模的複製品，從而所述複製品中的結構是壓模結構的鏡像；從所述注模中取出所述複製品。
圖1A是根據本發明第一實施例的空白壓模的頂視圖。
圖1B是結構化後的圖1A的壓模的頂視圖。
圖2A是圖解說明獲得圖1A的空白壓模的方法的流程圖。
圖2B是圖解說明獲得圖1B的結構化壓模的方法的流程圖。
圖3是將用於生產壓模的平板的一部分的示意側視圖。
圖4是根據本發明的一個實施例的空白壓模工件的一部分的示意側剖視圖。
圖5是圖4中所示的工件的示意側剖視圖，該工件還包括一層對輻照敏感的敏感層。
圖6是在曝光敏感層中產生導軌圖案之後，圖5的工件的示意側剖視圖。
圖7是通過對圖6中所示的工件進行蝕刻得到的空白壓模的示意側剖視圖。
圖8是在提供曝光敏感層之後，圖7中所示的空白壓模的示意側剖視圖。
圖9是用於多個空白壓模1的包裝盒的頂剖視圖。
圖10是圖9中所示的包裝盒的側剖視圖。
圖11是在曝光敏感材料中曝光形成信息圖之後，圖8中所示的空白壓模的示意側剖視圖。
圖12是除去未曝光材料之後，圖11中所示的空白壓模的示意側視圖。
圖13是蝕刻後，圖12中所示的空白壓模的側剖視圖。
圖14是根據本發明另一實施例的壓模工件的一部分的示意側剖視圖。
圖15是由圖14中所示的工件得到的空白壓模的示意側剖視圖。
圖16是在提供曝光敏感材料之後，圖15中所示的空白壓模的示意側剖視圖。
圖17是由如圖15或16中所示的空白壓模得到的結構化壓模250的一部分的側剖視圖。
圖18A是圖解說明獲得如圖1A所示的空白壓模的方法的第二實施例的流程圖。
圖19是包括輻照敏感層的工件的示意側剖視圖。
圖20是在曝光敏感層中產生導軌圖案之後，圖19的工件的示意側剖視圖。
圖21是在通過離子蝕刻形成導軌之後，圖20的工件的示意側剖視圖。
圖22是在除去曝光敏感層之後，圖21的工件的示意側剖視圖。
圖23是在提供曝光敏感掩蔽膜之後，圖22的工件的示意側剖視圖。
圖24是在以第一種方式曝光並固化掩蔽膜之後，圖23的工件的示意側剖視圖。
圖25是在經過離子蝕刻，在壓模中形成信息圖之後，圖24的結構化壓模的示意側剖視圖。
圖26是在以第二種方式曝光並固化掩蔽膜之後，圖23的工件的示意側剖視圖。
圖27是在進行蝕刻，以便當蝕刻之後，固化的掩蔽膜保留時，在壓模中獲得信息圖之後，圖26的工件的示意側剖視圖。
圖28是在除去所有剩餘的掩蔽膜之後，圖27的結構化壓膜的示意側剖視圖。
圖29是沿圖28中箭頭C的方向觀察，圖28的結構化壓模的一部分的頂視圖。
圖1A是根據本發明的第一實施例的空白壓模1的示意頂視圖。空白壓模1由基本上呈圓盤形的平板構件組成，該平板構件具有外圓周2和內圓周3。內圓周3在平板中形成開孔。空白壓模1具有第一表面4。第一表面4配有導軌6。
圖1B是結構化後的壓模的示意頂視圖。結構化壓模5在要面向注模機中的模腔的表面4上具有多個突起或刻痕7(在圖1B中的壓模表面上用點線示意表示)。這些突起/刻痕按照與導軌6呈預定的位置關係被布置。
由內圓周3形成開孔的目的是為了能夠容易地把結構化壓模5安裝到注模機中，該注模機具有把熔融樹脂注入壓模中心的注射口。
獲得空白壓模裝置的方法的一個實施例圖2A是圖解說明獲得如圖1A中所示的具有導軌的空白壓模的方法的流程圖。
在第一步驟S10，選擇工件130(圖3)。工作130將被加工成空白壓模1。
適當的工件包含由具有適於重複熱循環的成分，並具有一定的硬度，以便當用作生產光碟的壓模時，使磨損減至最小的材料製成的平板100。平板100最好是金屬板。
根據一個實施例，平板100(參見圖3)是具有平坦的光滑平面105的鎳板。根據一個實施例，通過電鍍獲得平板100。從而提供具有玻璃狀光潔度的有利光滑表面105。或者，處理平板，以提供足夠光滑的表面105。
在第二步驟S20，在平板100的表面105上提供第一層110(參見圖4)。由於如下所述，將在第一層110中形成模型，因此這裡把第一層110稱為模型層。根據本發明的一個實施例，由物理氣相沉積PVD提供第一層110。根據一個最佳實施例，這是通過蒸發實現的。根據另一實施例，使用了濺射。
第一層110由成分不同於平板100的成分的材料製成，以便第一層100和平板100對選定的蝕刻劑具有不同的靈敏度。選擇第一層110和平板100的特性，以便充分地蝕刻第一層110，而平板100對於選定的蝕刻劑基本上不敏感。
根據一個實施例，平板100包含鎳，第一層110基本上由氮化鈦組成。氮化鈦具有可通過蒸發沉積，並且層厚度可控制的有利特性，並且氮化鈦能夠很好地經受溫度循環，另外還提供耐磨的表面。由於注模涉及反覆的加熱和冷卻，因此，溫度循環持久性是壓模的一個重要方面。
或者，第一層110可包含碳化矽、氮化矽或者碳化鎢。
根據本發明的一個實施例，模型層110具有一定的層厚度d1。厚度d1對應於在壓模5中要獲得的突起的理想高度。該高度d1應對應於要生產的光碟的凹坑的深度d2，並且突起7的外形應對應於要獲得的各個凹坑的外形。利用壓模5生產的光碟中的凹坑的深度d2應約為用於從光碟讀取信息的雷射的波長的四分之一。
根據本發明的一個實施例，層厚度d1為0.050～0.150微米。
根據一個最佳實施例，空白壓模具有厚度為0.100～0.130微米，不過最好小於0.125微米的模型層。這種空白壓模適於轉變為用於生產標準CD的結構化壓模。
根據另一實施例，空白壓模具有厚度為0.090～0.110微米，或者最好為0.102微米的模型層。這種空白壓模適於轉變為用於生產光學視頻盤或DVD的結構化壓模。
根據又一實施例，空白壓模具有厚度為0.062～0.082微米，或者最好為0.072微米的模型層。當要生產的光碟將被用在具有在藍光波長區工作的雷射的CD播放機中時，這種空白壓模是適宜的。
如圖2A中的步驟S30所示，對工件130整形並進行加工，使其幾何形狀和物理性質適於安裝在注模機中。該步驟是為了減少壓模的最終用戶要執行的處理步驟的數目，對工件進行修改的步驟。步驟S20和S30的執行順序可被反轉。事實上，可在步驟S10之後，但是在把半成品壓模打包發貨(下面的步驟S80)之前的任一階段執行步驟S30。
根據步驟S30的一個最佳實現，工件被衝孔，以便形成基本上圓形的外圓周2和直徑較小的圓形內圓周3(圖1A)。這樣執行衝孔，以避免工件發生變形。執行這種衝孔的機器為本領域的技術人員熟知。內徑最好為25～38毫米，外徑最好為125～150毫米。
所得到的工件(圖4)具有表面106，外圓周2，內圓周3和背面112。根據本個最佳實施例，工件是基本上無應力的圓盤形平板，其厚度為250～300微米，最好為300微米。表面106是可結構化表面，不過基本上未結構化。
由於在注模過程中，壓模必須充分平坦，因此背面112的質量很重要。由於壓模的厚度相當小的緣故，避免背面112的表面不規則性非常重要，因為當貼著注模機中的平坦平面安裝壓模，並且模壓過程中，模腔中的高壓使壓模緊貼著注模機的平坦平面時，大的表面不規則性會導致壓模的凸起。這種凸起又會導致最終得到的模壓產品的質量較差。
由於這些原因，步驟S30還包括表面112的處理，以便使表面不規則性降至最小。該處理包括根據本發明的一種變型進行拋光。
按照標準化方式，例如按照定義平均表面偏差Rz的DIN4768測量表面不規則性。平均表面偏差Rz提供垂直於表面平面方向上的平均偏差的量度。根據一個實施例，處理表面112，以獲得低於2.0微米的平均表面偏差值Rz，因為當平均表面偏差值Rz超過2.0微米時，所獲得的複製光碟的質量差。根據一個最佳實施例，處理後的表面112的平均表面偏差Rz小於1.0微米。
按照DIN4768測量最大表面偏差Rmax，根據一個實施例，處理後的表面112的最大表面偏差Rmax小於3.0微米。根據一個最佳實施例，Rmax的值小於1.3微米。
算術平均偏差Ra是從表面輪廓到平均表面線的所有距離的算術平均值，垂直於平均表面線測量每個距離。通過沿著估計線估計表面112，獲得算術平均偏差Ra。根據本發明的一個實施例，處理背面112，以獲得小於0.3微米，或者至少小於0.5微米的算術平均表面偏差Ra。根據一個最佳實施例，處理後的背面112的Ra的值小於0.1微米。
由於本發明的目的是為光碟生產商簡化生產過程，因此最好應在結構化空白壓模之前，在空白壓模上執行背面112的處理。此外，要注意的是壓模處理中的每個步驟具有廢品率，即從統計上來說，在處理步驟之後，一定比例的物品將不能滿足質量要求。因此，在結構化空白壓模之前，在空白壓模上對背面進行處理是有利的。
在步驟S40，在第一層110上塗覆對輻照敏感的層120(參見圖5)。敏感層120是將被暴露並發展成適當的掩蔽圖案的掩蔽膜。敏感層120被旋轉塗覆到表面106上，達到基本平均的厚度。本文中使用的術語「敏感層」包含對電子束敏感及對雷射曝光敏感。在本發明的一個改型中，敏感層是光敏刻蝕劑膜。層120的輻照敏感並不限於上述例子，也可對諸如X射線或紫外線之類的其它輻照光束或射線敏感。
敏感層可以正片方式或負片方式感光。當使用正片感光層時，顯影過程除去被曝光區域，下面將參考圖2B進行說明。相反，當使用負片感光層時，顯影過程除去未曝光區域。
步驟S40產生的工件(圖5)具有前表面140，外緣及背面112，前表面140是可結構化表面，不過基本上未結構化。
在隨後的步驟S50中，使敏感層120曝光，形成導軌的圖案。如圖6中所示，顯影之後，所得到的工件具有敏感層120的突起的螺旋形固化剩餘部分，該螺旋形固化剩餘部分形成掩模150。
利用掩模150，在步驟S60蝕刻工件，獲得圖7中所示的工件，該工件具有由模型層110的剩餘部分形成的導軌6。這樣，圖7表示了沿圖1A中的空白壓模實施例的A-A線獲得的橫截面。由具有表面區域106′的可結構化層110的延長的突起部分形成導軌6。表面區域106′是可結構化層110的表面106的一部分。
這時，最好製備工件，並對其進行整形及修改，以便為了獲得隨時可以安裝在注模機中的結構化壓模所剩下的唯一工藝過程是在模型層110中提供信息結構。
根據另一個實施例，如圖8所示，空白壓模還具有一層未暴露的曝光敏感層160。可通過在圖7中所示的空白壓模上旋轉塗覆液體，並固化該液體來形成曝光敏感層160(步驟S70)。
固化後的層160未曝光，從而易於利用，例如調製雷射輻射層160來記錄螺旋軌跡的信息。
獲得空白壓模的方法的第二實施例圖18A是圖解說明獲得如圖1A中所示具有導軌的空白壓模的方法的第二實施例的流程圖。根據第二實施例，在步驟S210選擇壓模工件130。該工件將被加工成空白壓模1。
適當的工件包含由具有適於重複熱循環的成分，並具有一定的硬度，以便當用作生產光碟的壓模時，使磨損減至最小的材料製成的平板100(參見圖3)。
根據本實施例，平板100可以是鎳板，或者具有平坦光滑表面105的任意適當材料。這樣形成平板100的表面，以提供基本上具有玻璃狀光潔度的光滑表面105。或者，對平板進行處理，以提供足夠光滑的平面105。
由於注模涉及反覆的加熱和冷卻，因此，溫度循環持久性是壓模的一個重要方面。
平板還可包含用於表面的諸如碳化矽、氮化矽或者碳化鎢之類的材料。因而平板將是層狀形式。但是，該平板(或者為固體片狀，或者為層狀)將不會按照第一實施例中相同的方式被使用。
根據本發明的本實施例，在步驟S230，在平板表面105上為該平板提供對輻照敏感的層120(參見圖18A和19)。該敏感層是要被暴光並顯影成適當的掩蔽圖案的掩蔽膜。敏感層120被旋轉塗覆到表面105上，達到基本平均的厚度。本文中使用的術語「敏感層」包含對電子束敏感及對雷射曝光敏感。在本發明的一個改型中，敏感層是光敏刻蝕劑膜。層120的輻照敏感性並不限於上述例子，也可對諸如X射線或紫外線之類的其它輻照光束或射線敏感。
敏感層可以正片方式或負片方式感光。當使用正片感光層時，顯影過程除去被曝光區域，下面將參考圖2B進行說明。相反，當使用負片感光層時，顯影過程除去未曝光區域。
步驟S230產生的工件(參見圖19)具有前表面140，外緣及背面112，前表面140是可結構化表面，不過基本上未結構化。
在隨後的步驟S240中，使敏感層120曝光，形成導軌的圖案。如圖20中所示，顯影之後，所得到的工件具有敏感層120的突起的螺旋形固化剩餘部分，該螺旋形固化剩餘部分形成掩模150。
之後，使工件經受離子加工，活性離子蝕刻，離子研磨、等離子體刻蝕等等。這裡把這種處理稱為離子蝕刻。該工藝過程將留下對應於存在掩模150的區域的島狀區域，並將除去不存在光敏抗蝕劑的地方的材料，從而給出具有螺旋形導軌的平板，如圖21和22中所示。
上面提及的方法是表面結構化領域中的已知方法，因此這裡將不對這些方法進行詳細說明。
這種離子蝕刻工藝在蝕刻區產生對應於時間參數的深度。該工藝還取決於氣壓和其它技術參數，本領域的技術人員在不做出創造性活動的情況下可確定這些技術參數。這樣，在確定要使用的技術參數，例如氣壓、氣體類型和/或離子/等離子體、電壓等等之後，蝕刻區的深度取決於離子蝕刻過程的持續時間，即，時間參數。
根據本發明的一個實施例，持續進行蝕刻，直到達到深度d1時為止。該深度d1對應於在壓模5中要獲得的突起7的理想高度。該高度d1應對應於要生產的光碟的凹坑的深度d2，並且突起7的外形應對應於要獲得的各個凹坑的外形。利用壓模5生產的光碟中的凹坑的深度d2應約為用於從該光碟讀取信息的雷射的波長的四分之一。
根據本發明的一個實施例，厚度d1為0.050～0.150微米。
根據一個最佳實施例，空白壓模的離子蝕刻深度為0.100～0.130微米，不過最好小於0.125微米。這種空白壓模適於轉變為用於生產標準CD的結構化壓模。
根據另一實施例，空白壓模的離子蝕刻深度為0.090～0.110微米，或者最好為0.102微米。這種空白壓模適於轉變為用於生產光學視頻盤或DVD的結構化壓模。
根據又一實施例，空白壓模的離子蝕刻深度為0.062～0.082微米，或者最好為0.072微米。當要生產的光碟將被用在具有在藍光波長區工作的雷射的CD播放機中時，這種空白壓模是適宜的。
如圖18A中的步驟S220所示，對工件130整形並加工，使其幾何形狀和物理性質適於安裝在注模機中。該步驟是為了減少壓模的最終用戶要執行的處理步驟的數目，對工件進行修改的步驟。事實上，可在步驟S210之後，但是在把半成品壓模打包發貨(下面的步驟S270)之前的任一階段執行步驟S220。
根據步驟S220的一個最佳實現，工件被衝孔，以便形成基本上圓形的外圓周2和直徑較小的圓形內圓周3(圖18A)。執行衝孔，以避免工件發生變形。執行這種衝孔的機器為本領域的技術人員熟知。內徑最好為25～38毫米，外徑最好為125～150毫米。
隨後在步驟S260為具有螺旋形軌道的壓模提供對輻照敏感的掩蔽膜層270，掩蔽膜層270可被曝光，以記錄信息。圖23圖解說明了具備螺旋形軌道，並具有對輻照敏感的掩蔽膜層270的壓模。
根據第三實施例，通過電鍍提供了具有導軌的半成品壓模。該實施例包括利用光敏抗蝕劑材料塗覆光滑的玻璃平板，之後固化該光敏抗蝕劑，接下來利用調製雷射輻射塗覆後的玻璃平板的表面，以便在光敏抗蝕劑材料中記錄螺旋形導軌。之後，對主玻璃平板進行蝕刻處理，導致被照射區域被蝕刻出來，從而產生導軌。換句話說，使主玻璃平板的表面結構化。在乾燥過程之後，通過，例如真空沉積或濺射薄導電層，使平板的表面金屬化。最後得到的多層結構(具有玻璃層，確定導軌的光敏抗蝕劑層和薄的結構化導電層)構成母盤。利用母盤產生半成品壓模的步驟包括通過電鍍沉積鎳，從母盤上除去所得到的鎳片。其結果是形成圖1中所示的，並且類似於圖7中所示的具有導軌的空白壓模。
空白壓模的運輸層160對輻照敏感，會帶來在不損壞層160的情況下，如何運輸空白壓模1的問題。
為了防止不必要地使層120被曝光，如圖2A中的步驟S80所示，把圖8的空白壓模1放入保護性包裝盒中。該包裝盒包括用於防止外部輻照透入保存的壓模中的壁。
圖7中所示的空白壓模具有易損壞的表面105′、106′和112，在運輸過程中必須防止這些表面被劃傷。把空白壓模保存在用於夾住多個空白壓模1，以防止壓模表面被損壞的包裝盒中是有利的。圖9中圖解說明了這種包裝盒。
圖9是用於保存多個空白壓模1的包裝盒300的頂剖視圖。該包裝盒包含具有內壁320的外殼310。兩個相對的內壁320彼此間隔預定的距離，並且配有用於夾持具有預定大小外圓周的空白壓模的異形部分330。該異形部分是適於空白壓模插入的凹槽。
圖10是圖1中所示的包裝盒的側剖視圖。該包裝盒具有內壁340，內壁340配有適於安放空白壓模的凹槽350。可開/關的360具有內壁370，內壁370具有用於把保存的壓模推向相應的凹槽350的裝置380。
根據該包裝盒的一個改型，為抗氧化劑，例如氮氣提供了一個入口390。為了能夠有效地充填防氧化劑，還提供了一個出口400，以便可實現穿過包裝盒的氣體流動。入口和出口都配有可關閉的閥。藉助密封裝置，包裝盒是可密封的。
在包裝盒中準備空白壓模的優點是使光碟生產商能夠獲得易於轉變成隨時可在注模機中使用的結構化壓模的空白壓模。
獲得結構化壓模的程序圖2B是圖解說明獲得如圖1B中所示的結構化壓模的方法的流程圖。
該方法包括獲得圖8中所示類型的空白壓模的步驟(圖2B中的步驟S110)。空白壓模1的獲得可包括打開包裝盒取出空白壓模。
根據本發明的一個最佳實施例，步驟S110包括安放如圖8中所示的具有導軌和未曝光，可曝光的掩蔽膜160的半成品壓模1。
根據本發明的另一個實施例，步驟S110包括首先，安放如圖7中所示的具有導軌的半成品壓模1，其次，在半成品壓模1的可結構化部分上提供可曝光的掩蔽膜。
根據本發明的又一實施例，獲得空白壓模的步驟S110包括上面參考圖2A說明的所有步驟S10-S70。
之後，在步驟要S120，在模型層110中產生突起的圖案，從而產生所需的結構化壓模5(參見圖2B和1B)。或者，在層110中產生刻痕的圖案。
如圖2B中所示，圖案產生步驟S120最好只包括很少的要執行步驟。
首先，在步驟S130(圖2B)，在敏感層160中產生圖案。這可通過把圖1和5中所示的空白壓模放置在曝光設備中來實現，在曝光設備中，控制雷射束輻射光敏抗蝕劑層120的表面140的部分145。這種方式下，工件130上的一個圓形的延伸表面區圖案保持未曝光狀態。該圖案可包括光敏抗蝕劑層120上的這樣曝光的區域145的螺旋軌道。
圖11表示了曝光之後的空白壓模。
需要精確地控制曝光設備，以在壓模上提供緻密壓縮的信息量。圖8中所示的壓模1中的導軌6′使得能夠使用相對不太複雜的曝光設備。
一旦已把數據模式曝光在光敏抗蝕劑層上之後，空白壓模1被顯影，即空白壓模1被處理，以便除去敏感層120的未曝光區域。這可通過把空白壓模放入顯影液中來實現。顯影步驟的結果是導軌6具有突起160，如圖12中所示。
在隨後的步驟S140(圖2B)中，用蝕刻工藝處理壓模12(參見圖12)。可以各種不同的方式進行蝕刻。例如，可通過幹蝕刻法，或者通過利用液體蝕刻劑進行蝕刻。另外如上所述，還可包括離子蝕刻。
當利用液體蝕刻劑進行蝕刻時，把半成品壓模1和液體放入浴槽中，該液體和導軌突起6的曝光表面部分的材料反應。
控制該蝕刻步驟，以便蝕刻在第一層110中留下突起7(參見圖13)。
根據一個實施例，平板100包含鎳，第一層110基本上由氮化鈦組成。選擇蝕刻步驟S60中使用的蝕刻液，以便蝕刻液作用於第一層110，而不作用於平板100。
在隨後的步驟S150(圖2B)中，除去光敏抗蝕劑層120的剩餘部分，產生如圖1B和13中所示的具有突起7圖案的壓模表面。
由於層110的厚度d1由步驟S20預選決定，並且蝕刻液不能蝕刻平板100，因此刻痕的深度基本上與蝕刻可變因數無關。這樣，以很高的精度提供了壓模5中的突起的高度h1，從而使得能夠生產就凹坑的深度來說，具有很高精度的高質量光碟(圖13和14)。
這樣，具有適量要複製的信息，例如音樂錄音或計算機數據的光碟的生產商可有利地獲得空白壓模，並通過利用圖2B中說明的比較簡便的方法，可在該空白壓模上提供所需的結構。所得到的結構化壓模隨時可以放入注模機中。
空白壓模的另一實施例圖14是根據本發明另一實施例的壓模工件210的一部分的示意側剖視圖。
壓模工件210包括基本上由鎳構成，並具有平坦光滑表面的平板100，在該平坦光滑表面上提供蝕刻阻擋層220。蝕刻阻擋層可基本上由以緊密表層形式提供的金構成，用於在壓模工件210轉變為具有導軌的空白壓模的過程中，以及在具有導軌的空白壓模轉變為結構化壓模的過程中，防止蝕刻液到達平板100。
在蝕刻阻擋層220上提供另一層230。空白壓模210中的層230對應於圖5中所示的工件130中的圖案形成層110。
根據一個最佳實施例，圖14中所示的包括平板100和層220、230的圓盤形多層元件基本上無應力，厚度為250～350微米，最好為300微米。層230是可結構化的，不過實質上未結構化。在層230上提供對輻照敏感的層240。
根據工件210的一個改型，層230基本上由鉻組成。
基本上按照上面參考圖2A所述的方法把工件210加工成具有導軌的空白壓模1。從而，得到具有導軌6的半成品壓模(圖15)。
根據一個最佳實施例，如圖16所示，壓模還具有對曝光敏感的未曝光膜260(和結合圖8描述的壓模相比較)。
基本上按照上面圖2B中所示的方法，空白壓模210可轉變成結構化壓模。
在蝕刻液的選擇方面調整了蝕刻步驟S140，選擇適於蝕刻鉻的蝕刻液。根據一個最佳實施例，用於鉻的蝕刻液是Ce(SO4)2X2(NH4)2SO4X2H2O和HClO4XH2O的混合物。
圖17是由圖15或16所示的空白壓模得到的結構化壓模250的一部分的側剖視圖。
獲得結構化壓模的方法的第二實施例根據第二實施例，通過離子加工，活性離子蝕刻，離子研磨、等離子體刻蝕得到結構化壓模。如前所述，這裡把這種處理稱為離子蝕刻。
根據結合圖18A說明的第二實施例，用一種材料(或者層狀材料，以支持所述一種材料)製成要蝕刻的平板，該平板具有未曝光的敏感層。參考圖18A中的步驟S250，通過離子蝕刻得到信息圖。
圖24圖解說明了具有導軌的空白壓模，在該空白壓模上，信息圖已被記錄在掩蔽膜270中，固化部分272保留在導軌上。固化部分272對應於壓模1上要提供圖案突起的位置。
圖25圖解說明了具有通過離子蝕刻得到的突起7的結構化壓模。
圖26是以第二種方式曝光並固化掩蔽膜之後，圖23的工件的示意側剖視圖。在圖26中的實施例中，如圖23中所示的膜被曝光，顯影，從而產生具有位於導軌6的脊上的開口276的掩蔽膜274。按照前面結合圖2B的步驟S130說明的相同方式在敏感層270中形成開口276的圖案。
圖27是在進行離子蝕刻，在壓模中得到信息圖之後，圖26的工件的示意側剖視圖。對於固化掩蔽膜274中的每個開口276，離子蝕刻/離子研磨產生刻痕。如前所述，離子蝕刻產生的刻痕的深度由蝕刻過程的持續時間控制，即由時間參數控制。
在足夠長時間的離子蝕刻過程之後，固化掩蔽膜274也將變薄。
圖28是在除去了所有剩餘的掩蔽膜之後，圖27的結構化壓模的示意側剖視圖。
圖29是沿圖28中的箭頭C的方向觀察，圖28的結構化壓模的一部分的頂視圖。圖29未按比例表示，只是圖解說明從壓模表面突起的導軌6的一般物理形狀。導軌6具有預定深度的刻痕278。刻痕278的深度對應於將藉助壓模生產的光碟上的突起的高度。
權利要求
1.一種提供半成品壓模的方法，該方法的特徵在於包括下述步驟a)獲得具有第一表面(105；106)和第二表面(112)的圓盤形元件(100)，所述第二表面形成半成品壓模的背面；所述第一表面具有指示所述元件(100；130)的可結構化表面部分(106′)的導軌(6；6′)；所述可結構化表面部分(106′)是平坦的，並且實質上未結構化；b)在所述第一表面(105)上塗覆輻照敏感層(120；240)，從而提供未曝光，並可曝光的半成品壓模；c)把未曝光的半成品壓模裝入保護性包裝盒中(S80)，從而使敏感膜保持未曝光狀態；及d)在進行步驟c)之前，處理半成品壓模(S30)，所述處理包括d1)處理半成品壓模的所述第二表面(112)，以便得到小於2微米的平均表面偏差值(Rz)。
2.一種提供半成品壓模的方法，該方法的特徵在於包括下述步驟a)獲得具有第一表面(105；106)和第二表面(112)的圓盤形元件(100)，所述第二表面形成半成品壓模的背面；所述第一表面具有指示所述元件(100；130)的可結構化表面部分(106′)的導軌(6；6′)；所述可結構化表面部分(106′)是平坦的，並且實質上未結構化；b)在所述第一表面(105)上塗覆輻照敏感層(120；240)，從而提供未曝光，並可曝光的半成品壓模；c)把未曝光的半成品壓模裝入保護性包裝盒中(S80)，從而使敏感膜保持未曝光狀態；及d)在進行步驟c)之前，處理半成品壓模(S30)，所述處理包括d2)對半成品壓模的內周界整形(S30)。
3.一種提供半成口壓模的方法，該方法的特徵在於包括下述步驟a)獲得具有第一表面(105；106)和第二表面(112)的圓盤形元件(100)，所述第二表面形成半成品壓模的背面；所述第一表面具有指示所述元件(100；130)的可結構化表面部分(106′)的導軌(6；6′)；所述可結構化表面部分(106′)是平坦的，並且實質上未結構化；b)在所述第一表面(105)上塗覆輻照敏感層(120；240)，從而提供未曝光，並可曝光的半成品壓模；c)把未曝光的半成品壓模裝入保護性包裝盒中(S80)，從而使敏感膜保持未曝光狀態；及d)在進行步驟c)之前，處理半成品壓模(S30)，以便該半成品壓模的幾何形狀與注模機中的模型一致，所述處理包括d2)對半成品壓模的內周界整形(S30)；及d3)對半成品壓模的外周界整形，以便所述周界基本上呈圓形，並且同心。
4.按照權利要求2或3所述的方法，其中所述處理包括d1)處理半成品壓模的所述第二表面(112)，以便得到小於2微米的平均表面偏差值(Rz)。
5.按照權利要求1所述的方法，其中所述處理包括d2)對半成品壓模的內周界整形(S30)。
6.按照權利要求2或5所述的方法，其中所述處理包括d3)對半成品壓模的外周界整形，以便所述周界基本上呈圓形，並且同心。
7.按照權利要求2、5或6所述的方法，其中在塗覆所述輻照敏感層(120；240)之後，通過衝孔，對半成品壓模的所述內周界整形(S30)
8.按照權利要求1、4或5所述的方法，其中所述處理包括拋光。
9.按照權利要求1、4、5或8所述的方法，其中所述處理包括拋光所述第二表面(112)，以便得到小於3微米的最大表面偏差值(Rmax)。
10.按照前述任一權利要求所述的方法，其中所述圓盤形元件(100)由金屬製成。
11.按照前述任一權利要求所述的方法，還包括在圓盤形元件(100)的平坦表面(105)的至少一部分上形成金屬層(110；230)的步驟。
12.按照權利要求11所述的方法，其中所述敏感層被塗覆在金屬層(110；230)的表面(106)上。
13.按照權利要求11或12所述的方法，其中金屬層(110)包含氮化鈦。
14.按照權利要求1-13任一所述的方法，還包括下述步驟在元件(100)的所述表面(105)上形成蝕刻阻擋層(220)；在蝕刻阻擋層(220)上形成另一層(230)，所述另一層包含可被某一蝕刻劑充分蝕刻的第一材料；所述另一層(230)提供所述可結構化表面部分。蝕刻阻擋層包含可較少被所述蝕刻劑蝕刻的材料。
15.一種生產光碟複製品的方法，包括下述步驟接收封閉在包裝盒中，並按照權利要求1-14任一所述的方法得到的半成品壓；從所述包裝盒取出所述半成品壓模；把所述半成品壓模安裝在信息寫入設備中；檢測導軌的位置；使敏感層(240)曝光，以便記錄信息圖，曝光信息的位置取決於檢測位置；按照曝光圖案，使所述半成品壓模的所述第一表面結構化，從而得到結構化壓模；把所述結構化壓模裝入注模中；向所述注模中注入樹脂，形成所述結構化壓模的複製品，以便所述複製品中的結構是壓模結構的鏡像；從所述注模中取出所述複製品。
16.一種半成品壓模，包括具有第一表面(105；106)和第二表面(112)的圓盤形元件(100)，所述第二表面形成半成品壓模的背面；其特徵在於所述第一表面具有指示所述元件(100；130)的可結構化表面部分(106′)的導軌(6；6′)；所述可結構化表面部分(106′)基本上是平坦的，並且未結構化；所述可結構化表面部分(106′)的至少一部分被輻照敏感層(120；240)覆蓋，從而所述元件(100)構成未曝光，並可曝光的半成品壓模；所述第二表面(112)的平均表面偏差值(Rz)小於2微米。
17.按照權利要求16所述的半成品壓模，其特徵在於所述壓模具有內周界。
18.按照權利要求17所述的半成品壓模，其特徵在於所述內周界基本上呈圓形，以及基本上與內周界同心的外周界。
19.一組部件，包括a)按照權利要求16-18任一所述的半成品壓模；b)封閉所述半成品壓模，以使敏感膜保持未曝光狀態的保護性包裝盒。
20.按照權利要求19所述的一組部件，其中包裝盒包括防止外部輻照到達封閉的壓模的裝置。
21.按照權利要求19或20所述的一組部件，其中包裝盒是可密封的；當被密封時，該包裝盒適於保存抗氧化劑。
22.一種獲得結構化壓模的方法，該方法包括下述步驟接收裝有至少一個按照權利要求16或17的半成品壓模的保護性包裝盒；從所述保護性包裝盒取出所述至少一個半成品壓模；把所述半成品壓模安裝在信息寫入設備中；檢測導軌的位置；使敏感層(240)曝光，以便記錄信息圖案，曝光信息的位置取決於檢測位置；按照曝光圖案，使所述半成品壓模的所述可結構化表面部分(106′)結構化，以便得到結構化壓模。
23.按照權利要求22所述的方法，其中所述結構化步驟包括在光敏抗蝕劑層中產生刻痕的圖案；對所述半成品壓模進行蝕刻，以便在圓盤形元件(110；230)的第一表面(105；106)中獲得刻痕的圖案，第一表面(105；106；110；230)中的圖案對應於光敏抗蝕劑層中的圖案。
24.一種獲得半成品壓模的方法，該方法包括下述步驟獲得具有拋光的第一表面(105；106)；及形成半成品壓模的背面的第二表面(112)的圓盤形元件(100；130)(S10，S20)；製備所述元件，以便提供不具有信息攜帶凹坑和信息攜帶突起的半成品壓模，該製備包括為所述第一表面(105；106)提供用於指示所述元件(100；130)的可結構化表面部分(106′)的導軌(6；6′)；處理半成品壓模的所述第二表面(112)，以便得到小於2微米的平均表面偏差值(Rz)。
25.按照權利要求24所述的方法，包括下述步驟處理半成品壓模(S30)，以便該半成品壓模的幾何形狀與注模機中的注模一致；所述處理包括對半成品壓模的內周界整形(S30)；及對半成品壓模的外周界整形，以便所述兩個周界呈圓形，並且同心。
26.一種提供半成品壓模的方法，包括下述步驟a)利用光敏抗蝕劑材料塗覆光滑玻璃板的表面；b)固化該光敏抗蝕劑材料；c)利用調製雷射輻照塗覆後的玻璃板表面，以便在光敏抗蝕劑材料中記錄螺旋導軌；d)蝕刻所述被塗覆表面的被照射區域，以便在其中產生導軌；e)利用薄導電層使所述表面金屬化，形成構成母盤的多層結構；及f)在電鍍沉積鎳，並且隨後從母盤上除去形成的鎳片的工藝過程中，通過利用所述母盤，產生半成品壓模。
全文摘要
本發明涉及用於複製光碟的壓模,及獲得這種壓模的方法。該方法包括下述步驟:a)獲得具有第一表面(105;106)和第二表面(112)的圓盤形元件(100),所述第二表面形成半成品壓模的背面;所述第一表面具有指示所述元件(100;130)的可結構化表面部分(106』)的導軌(6;6』);所述可結構化表面部分(106』)是平坦的,並且實質上未結構化;b)在所述第一表面(105)上塗覆輻照敏感層(120;240),從而提供未曝光,並可曝光的半成品壓模;c)把未曝光的半成品壓模裝入保護性包裝盒中),使敏感膜保持未曝光狀態;及d)在進行步驟c)之前,處理半成品壓模(530),所述處理包括:d1)處理半成品壓模的所述第二表面(112),以便得到小於2微米的平均表面偏差值(R
文檔編號G11B7/26GK1264487SQ98807258
公開日2000年8月23日 申請日期1998年7月15日 優先權日1997年7月16日
發明者埃克·比爾曼, 奧文·奧曼 申請人:圖萊克斯阿爾法股份公司