數據存儲盤的反轉光學母盤的製造技術

2023-05-29 06:17:06 2

專利名稱：數據存儲盤的反轉光學母盤的製造技術
方法
技術領域：
本發明總體上涉及數據存儲光碟的製造領域，尤其是用在能夠壓制含高密度信息的數據存儲盤的碟片模壓工藝中的光學母盤製造方法。
背景技術：
光碟是通過先製作母盤而製造的，在母盤上形成有所需的表面凹凸結構。所述表面凹凸結構是通過一個曝光步驟(例如通過雷射刻錄)和隨後的衝洗步驟形成的。所述母盤用來製作壓模，接下來用壓模壓製出母光碟基底形式的拷貝。這樣，單張母盤上的表面凹凸結構、信息和精度就可以被轉錄到許多廉價的光碟基底拷貝上。
在製作母盤的曝光步驟，母盤製作系統使精細聚焦的光點的平動位置與母基底的旋轉同步，以便在盤上形成理想道間距的總體上同心的結構或者螺旋結構。母盤製作過程所形成的，構成所需表面凹凸結構的所述總體上呈螺旋狀的記錄道，可以由稱作「平臺」的高區和相鄰的稱為「槽」和/或「凹點」(就是間斷的槽)的較低區域形成。記錄功率和聚焦光點的大小/形狀(點徑)，以及感光材料的參數，決定了在隨後的衝洗步驟中形成在母盤上的最終幾何結構。一般的母盤製作使用高對比度的正性光致抗蝕劑作為所述感光材料。
傳統的母盤製作一般使用波長λ為350nm＜λ＜460nm的雷射，通過一個數值孔徑(NA)為0.75nm＜NA＜0.90nm的物鏡聚焦，以形成下述值的理論高斯點徑(theoretical gaussian spot size)SS=0.57λ/NA(半高寬(FWHM))。
這樣，350nm波長的雷射，用NA=0.9的數值孔徑，可得到0.22μm的理論點徑(FWHM)。這是傳統光學器件的實際極限。
在刻錄了母盤之後，用衝洗液浸泡母盤，顯露出母盤刻錄系統形成的曝光圖紋。所述光致抗蝕劑在衝洗液中的溶解是與刻錄過程中預先接受的曝光度成比例的。對於給定的曝光和衝洗條件，光致抗蝕劑的溶解比例是可以模擬的(見Trefonus，P.，Daniels，B.，″New PrincipalFor Imaging Enhancement In Single Layer Positive Photoresist″(單層正性光致抗蝕劑成像增強的新原理)，Proc.Of SPIE vo1.771p.194(1987)，並見Dill F.et al.，″Characterization of PositivePhotoresists″(正性光致抗蝕劑的特性表徵)，IEEE Transactions onElectronic Devices(電氣與電子工程師協會會刊電子器件卷)，vol.ED-22 p.445(1975))。在這些引證的技術文獻中所闡釋的表達式可用來模擬記錄在光致抗蝕劑中然後衝洗出來的若干相鄰記錄道的曝光效果。光致抗蝕劑在衝洗液中的溶解與其先前接受的曝光成比例(正性抗蝕劑)。更準確地說，溶解率(R)由下列Trefonas模型給出R[nm/sec]=R0x(1-M)q+Rb其中，R0和Rb是完全曝光和未曝光的光致抗蝕劑各自的溶解率，q是與抗蝕劑對比度有關的抗蝕劑參數，M是光致抗蝕劑中未轉化的感光化合物的比例。對於商業上一般出售的抗蝕劑來說，在正常的衝洗液濃度下，取值一般是這樣的q=3，10＜R0＜200[nm/sec]，Rb=0。其中的M項逐點地取決於抗蝕劑接受的曝光多少(E(x，y，z))和抗蝕劑在下述Dill經驗方程(Dill convention)中的敏感度參數「C」M(x，y，z)=exp{-CxE(x，y，z)}。
由於母光碟的製作使用的一般僅是50-200nm厚的光致抗蝕劑，z方向上的曝光完全可以忽略，因此上述兩方程可以合併為R=R0(1-exp{-CE(x，y)})q；或者，如果曝光截面大致為圓形高斯面(circular gaussian)，則可簡化為R=R0(1-exp{-CkPexp[-r2/SS2]})q；其中，r表示點中央算起的徑向距離(r2=x2+y2)，P是記錄功率，k是高斯方程的歸一化常數。該溶解率乘以衝洗時間(td)，即可給出光致抗蝕劑從其初始覆蓋厚度(T0)減少的深度。因此，最終的抗蝕劑厚度(T(t))由方程式T(td)=T0-tdR0(1-exp{-CkPexp[-r2/SS2]})q給出；從該表達式可以看出，曝光度(P)、衝洗(td，R0)和光致抗蝕劑厚度(T0)是如何決定最終的表面凹凸結構的。
在某些方面，所述曝光衝洗工藝與傳統的照相術類似。在照相術中，無論是曝光還是衝洗都可以根據需要加以控制和調節，以獲得所需的最終衝洗圖案。在這個意義上，可以將曝光衝洗強度當作一種可變的過程，其另外還可以通過記錄功率、衝洗時間和衝洗液濃度等加以控制。
在母盤製作過程中，希望同時獲得寬的平臺(用於用戶記錄特徵)和用於提供充分的跟蹤信號的合適的槽深(例如大於50nm)。更高密度的數據存儲盤經常需要在同樣的或者更小的碟片面積上存儲更大量的信息，這就需要更小的道間距(即記錄道之間的距離)設計尺度。
已有一些努力試圖滿足這樣的設計尺度。在

圖1到圖3的現有技術中，舉例示出了用傳統的母盤製作技術製造的母盤的表面凹凸結構，並用前述表達式模擬了記錄於光致抗蝕劑層中然後衝洗的相鄰記錄道的曝光效果。這些比較假定了以下條件(1)普通的光致抗蝕劑和衝洗劑參數，(2)恆定的衝洗時間(=40sec)，(3)SS=0.23μm，(4)0.375μm的道間距和100nm的光致抗蝕劑初始厚度。隨著為獲得更深的槽而提高記錄功率(或者增加衝洗時間)，剩餘平臺寬度逐漸減小，由於相鄰記錄道的曝光重疊，平臺逐漸變得更圓。部分衝洗的感光材料與最初覆蓋在光碟上的感光材料相比，具有更高的顆粒粗糙度(granular roughness)。隨著槽的加深，平臺的粗糙度惡化，從而導致數據回放時產生額外的噪聲。
當道間距逼近母盤製作點徑的極限時，會出現更多的問題。對於所需道間距遠遠大於(大於二倍的)母盤製作點徑(ss)的極限的格式，平臺感光材料的被侵蝕是可以忽略的，傳統的母盤製作方法在槽深大於50nm時仍能提供寬的平臺。但是，對於道間距小於兩倍的點徑時，傳統的母盤製作方法要麼就要犧牲平臺寬度，要麼要犧牲槽深，或者是二者折衷(原因是相鄰記錄道的曝光重疊)。
在圖4中，示出了利用傳統的母盤製作方法時，平臺寬度和槽深之間的一種必然關聯的例子。(記錄點徑為0.22μm時，道間距分別為0.375μm和0.425μm的例子)。隨著槽深增加，平臺寬度遞減。對於給定的道間距和母盤製作點徑條件，母盤表面凹凸結構的幾何結構(也就是平臺寬度和槽深)是有限制的。這意味著，設計者不可能獨立地確定拷貝盤平臺寬度和槽深的參數。
傳統的母盤製作的另一個問題是，平臺寬度的精度受機械道間距精度(即母盤記錄系統的機械精度)的限制，隨著道間距變小，所述機械道間距精度就越難以控制。
發明方案概述本發明提供了一種數據存儲母盤及製作數據存儲母盤的方法，其中，用戶可以單獨地確定拷貝盤平臺寬度和槽深的參數。數據存儲母盤用來在數據存儲盤的模壓工藝中製作能夠用各種碟片格式存儲大容量信息的拷貝盤。
在第一種實施例中，本發明提供一種製作用在數據存儲盤模壓工藝中的數據存儲母盤的方法。所述數據存儲盤模壓工藝製作的拷貝盤具有由拷貝平臺和拷貝槽形成的表面凹凸結構。該方法包括一個提供母基底的步驟。母基底覆蓋有一層特定厚度的感光材料。在所述數據存儲母盤中刻錄由母平臺和母槽構成的表面凹凸結構，這其中包括所述感光材料的曝光和衝洗步驟。控制特定厚度感光材料的曝光和衝洗，使形成的母槽一直延伸到母基底和感光材料層之間的基底界面上，並使母槽在基底界面處的寬度對應於拷貝平臺所需的寬度。
確定和控制感光材料的厚度，使之對應於拷貝槽所需的深度。另一方面，根據母盤記錄系統點徑、所需的道間距、所需的拷貝槽深來確定和控制感光材料的厚度。控制數據存儲母盤的曝光和衝洗的步驟可以包括控制感光材料的曝光和衝洗以獲得平坦的母槽底的步驟。另一方面，控制數據存儲母盤的曝光和衝洗的步驟包括控制感光材料的曝光和衝洗以獲得光滑的、平坦的母槽底的步驟，所述光滑度由母基底確定。
控制感光材料的曝光和衝洗的步驟可以包括控制用來使感光材料曝光的光能的步驟，以使得在經過衝洗和去除感光材料後足以獲得所需的母槽底寬。另一方面，控制感光材料的曝光和衝洗的步驟可以包括控制感光材料的衝洗的步驟，以使得在經過衝洗和去除感光材料後足以獲得所需的母槽寬度。
數據存儲母盤的曝光和衝洗步驟可以包括形成槽底的步驟，其中，所述槽底相對於母平臺來說是平坦的。數據存儲母盤的曝光和衝洗步驟使得所述數據存儲母盤形成由母平臺和母槽構成的母盤表面凹凸結構，其中，拷貝盤上的表面凹凸結構的方向與數據存儲母盤的表面凹凸結構相反。
本發明還可以包括將母基底拋光使之光學平滑的步驟，以及利用所述母基底形成平滑的母槽底的步驟。其中一方面，提供母基底的步驟包括形成由玻璃製成的母基底。所述玻璃最好被拋光。所述感光材料可以通過中間層或不通過中間層粘合到所述母基底上。
本發明還可以包括用所述數據存儲母盤形成第一代壓模。然後利用所述第一代壓模製作拷貝盤。用數據存儲母盤製作拷貝盤的步驟可以用多世代壓模工藝(multiple generation stamper process)完成。
在另一個實施例中，本發明提供了一種用反轉壓模工藝從母盤製作拷貝盤的方法。所述拷貝盤能夠存儲高容量的信息。所述拷貝盤具有由拷貝平臺和拷貝槽形成的表面凹凸結構。該方法包括提供母盤的步驟。母基底的至少一部分覆蓋有一層感光材料，從而形成母盤。在該母盤上刻錄有母平臺和母槽構成的表面凹凸結構，這包括下列步驟用雷射束刻錄機按所需的一定道間距的記錄道結構使感光材料曝光，然後衝洗所述感光材料。控制感光材料的曝光和衝洗，使形成的母槽一直延伸到母基底和感光材料層之間的基底界面上，從而使母槽在基底界面處的寬度相應於拷貝平臺所需的寬度。從該母盤製得第一代壓模。然後從第一代壓模製得第二代壓模。從該第二代壓模製得拷貝盤，拷貝盤具有的表面凹凸結構與母盤上的方向相反。
本發明還可以包括控制感光材料層的厚度，使之相應於所需的拷貝槽深的步驟。確定的受控制的感光材料厚度取決於母盤記錄系統點徑、所需的道間距以及所需的拷貝槽深。
控制感光材料的曝光和衝洗的步驟可以包括控制感光材料的曝光和衝洗以獲得平坦的母槽底的步驟。在感光材料中刻錄所需的道間距的步驟還可以包括點徑大於道間距一半的聚焦雷射束的使用。
製作母基底的步驟可以包括提供一個用玻璃製成的母基底。而且，該母基底可以被拋光。
在本發明的一個方面，所需的記錄道結構是由相鄰的母平臺和母槽形成的螺旋形記錄道，其中，母盤的曝光衝洗步驟包括形成一個由碟片基底構成的寬而平坦的母槽底。刻錄母盤的步驟包括母槽底的形成，對於所需的道間距來說，所述槽底的寬度並不必然取決於母盤的槽深。這樣所得到的母槽深取決於為感光材料規定的厚度，以及在兩相鄰記錄道之間正中的位置感光材料層所受到的累積曝光量。具體來說，這取決於所需的槽底寬度以及母盤記錄點徑與所需道間距的比例。
在另一個實施例中，本發明提供了一種母盤。該母盤包括一個母基底。母基底的至少一部分覆蓋有一層感光材料。所述感光材料包括一種表面凹凸結構，這種結構為記錄道紋路的形式，由相鄰的母平臺和母槽構成。母盤的槽一直向下延伸到盤的基底，母盤的槽包括母槽底，母平臺包括母平臺頂，其中，母槽底比母平臺頂要寬。
母槽底通常是平坦的。具體來說，母槽底相對於母平臺頂來說是平坦的。更具體來說，母槽底相對於母平臺頂來說可以寬而平。母槽底的角落最好是銳角。另外，經過曝光衝洗的母盤上的所有槽底在母基底平坦度的精度範圍內都是相齊的。這一點對於浮動光頭媒介的應用，比如對於近場記錄技術來說，是很重要的，在所述技術中，微小的透鏡在拷貝盤表面附近浮動。
在道間距大於點徑的約1.6倍時，母槽的槽深可以接近感光材料的厚度。在一種情況下，母槽的槽深大於50nm，道間距小於母盤製作系統點徑的兩倍，母槽底寬大於所需道間距的25％。在另一種情況下，母槽底寬大於所需道間距的50％。
在另一個實施例中，本發明提供一種具有一個拷貝基底的盤，該基底具有一個主表面和一個副表面。主表面上具有記錄道圖紋形式的表面凹凸結構，由相鄰的平臺和槽構成。所述記錄道圖紋的道間距小於425nm，其中，所述槽向下延伸至盤的基底。所述槽包括槽底，所述拷貝平臺包括平臺頂，其中，平臺頂是平坦的。在近場記錄技術中，這一點尤其重要。在近場記錄技術中，透鏡到介質表面的距離是極為關鍵的。
在一種情況下，平臺頂的寬度大於道間距的25％。在道間距小於或等於400nm的一種優選的情況下，槽深大於80nm，平臺寬度大於160nm。最好，平臺頂光滑而有銳邊。在一種優選實施例中，平臺頂在母基底平坦度的精度範圍內是相齊的。平臺頂是水平的並相對於副表面在同一高度。這一點對於浮動光頭媒介的應用，比如對於近場記錄技術來說，是很重要的，在所述技術中，微小的透鏡在拷貝盤表面附近浮動。
圖面的簡要說明所附圖面用來進一步理解本發明，系本說明書的不可分割的一部分。所述附圖用來說明本發明的實施例，並同文字說明一起用來闡釋本發明的原理。由於聯繫著附圖閱讀下文的詳細說明有助於更好地理解本發明的其它實施例和所要實現的優點，這些實施例和優點變得相當容易領會。在所有的附圖中，相同的標記代表相同的部分。這些附圖中圖1是用來圖解一種現有技術的已刻錄母盤上的表面凹凸結構的局部剖面圖；圖2是用來圖解利用現有技術的記錄方法獲得的另一個母盤上的表面凹凸結構的局部剖面圖；圖3是用來圖解利用現有技術的記錄方法獲得的另一個母盤上的表面凹凸結構的局部剖面圖；圖4是一個曲線圖，用來說明在一個用現有的母盤製作和記錄技術獲得的母盤中母槽深與母平臺寬度之間的關係；圖5是一個剖面圖，用來說明本發明的利用數據存儲盤母盤製作工藝製造的已刻錄母盤的一種實施例；圖6是圖5中沿6-6線的局部放大剖面圖；圖7是一個放大的局部剖面圖，用來說明按照本發明製作母盤的一個步驟；圖8的示意圖用來說明按照本發明製作母盤的另一個步驟；圖9的圖表用來說明用本發明的方法製作的母盤的表面幾何結構的一種實施例；圖10的圖表用來說明用本發明的方法製作的母盤的表面幾何結構的另一種實施例；圖11的圖表用來說明用本發明的方法製作的母盤的表面幾何結構的另一種實施例；圖12的曲線圖用來說明用本發明的母盤製作方法獲得的母盤實施例中母盤最大槽深與母槽底寬之間的關係；圖13到圖18圖解了用本發明的母盤製作方法獲得的記錄道間距為0.375和0.425μm的母盤的幾種不同表面凹凸幾何結構通過實驗獲得的原子力顯微軌跡(atomic force microscope traces)；圖19的示意圖用來說明按照本發明用多世代光碟模壓/複製工藝從一個母盤獲得的拷貝盤的槽紋取向；圖20是用來說明本發明的數據存儲盤母盤製作工藝的框圖；圖21是用來說明按照本發明用母盤製作拷貝盤的方法的框圖。
詳細說明本發明包括一個數據存儲母盤和用來製作單個數據存儲母盤的母光碟製作方法。本發明的所述方法所實現的數據存儲母盤的槽一直向下延伸至母基底，形成深、平、寬的母盤槽紋。所述母盤可以用在光碟模壓工藝中，這種工藝包括反轉母盤的製作過程和反轉模壓的過程，從而獲得具有寬而平的具有銳邊的平臺，並具有比用傳統的母盤製作工藝獲得的拷貝盤更深的槽紋的拷貝盤。因此，在含高密度信息的模壓數據存儲盤的表面凹凸幾何結構能夠實現靈活設計方面，本發明尤其有用。這方面，本發明的方法即使在道間距小於兩倍的母盤製作系統雷射束點徑的拷貝盤中，也能夠獲得寬而平的平臺結構。
在圖5中，示出了本發明的一個數據存儲母盤20的全部。母盤20可以用作製作各種格式的數據光碟的盤複製工藝(即光碟模壓工藝)的一部分。數據光碟上的數據記錄形式可以包括數據凹點、槽、凸起或螺紋、平臺或平臺區。這包括當前的音頻CD、CD-ROM和視盤比如DVD的格式，以及將來的使用在此說明的數據記錄形式的格式。數據光碟的定義可以包括各種類型的可記錄光碟(例如CDR、磁光碟或者相變盤格式)，這些光碟通常使用表面凹凸結構，比如槽或者凹點，來進行跟蹤和地址識別，即使用戶後來刻錄數據也是如此。
母盤20具有「數據道」(data tracks)22形式的表面凹凸結構(即表面幾何結構)(為清晰起見，圖中放大顯示)，該結構可以包括代表編碼在其中的數據的凹凸特徵，或者可以允許在該凹凸結構上存儲、讀取和跟蹤數據。光碟上的數據道22可以設計為起始於盤中央26、終止於盤外沿28的螺旋記錄道24，或者相反地，所述螺旋記錄道24可以起始於盤的外沿28而終止於盤中央26。數據也可以記錄在一系列同心的記錄道中，這些記錄道從盤中央26開始，在徑向上相互間隔設置。母盤20可以包括也可以不包括中央孔，可以有或者沒有盤心。
圖6是一個局部剖面圖，圖解的是本發明的母盤20的一個實施例。母盤20包括一個數據層30和母基底32(圖中示出了其一部分)。數據層30具有一種表面凹凸結構，這在圖中示為數據道22。數據道22由形成於數據層30中的一系列相鄰的母平臺34和母槽36形成(例如形成螺旋記錄道24)。母盤槽紋的側面38、40是由相鄰的母平臺34形成的，母槽並包括一個由母基底32形成的母槽底42。母基底32提供了一個寬、平、光滑的母槽底42。
數據層30是感光材料組成的，最好是由光聚合物或者是光致抗蝕劑組成。母槽36的深度44等於母平臺34相對於母基底32的高度，並與數據層30的初始厚度有關。母槽深44還可能受母盤製作點徑、道間距以及光致抗蝕劑的對比度的影響。母槽36的深度最好大於50nm，其一般在50nm到120nm之間。母槽底42最好如母基底32那樣平坦而光滑，其寬度46最好大於所需道間距的35％。
在一種優選實施例中，母基底32是由玻璃製成的，最好是拋光的和/或光學平滑的。母基底32的厚度一般在5mm到6mm之間。數據層30可以粘到母基底32上。具體地，數據層30可以直接鍍到母基底32上，或者可以包括一個中間層(該中間層可以是一個粘合層)。
本發明的母盤製作方法提供的母盤20具有相對較深的母槽36，並具有寬而平坦的母槽底42。因此，當將母盤20用在反轉光學母盤製造工藝中時，轉換到拷貝盤上的母平臺和母槽就具有相對較深的槽和寬而平的平臺。對於許多高密度的可擦寫光碟格式來說，這種特性是很有用處的。
按照本發明的母盤製作工藝形成的母槽底是平坦的(而不是象在傳統工藝中那樣是圓的)，並具有母基底所形成的光滑度(例如拋光玻璃)，並具有銳邊角。當與反轉模壓工藝結合使用時，就可使所實現的拷貝盤具有銳邊角的、寬而平坦且光滑的平臺，以及深的槽。對於盤上的用戶記錄的數據來說，寬而平坦的平臺是有利於定位的。銳邊角為用戶記錄數據提供了域約束(domain confinement)(例如在數據以磁光方式記錄在平臺頂部的應用中)。寬而平且具有銳邊角的平臺和深槽使記錄介質基底的跟蹤或者跟蹤能力得到改善。由於母基底32(其最好是光學拋光的玻璃)形成的槽底42是光滑的，拷貝盤的平臺頂部非常光滑。平臺頂部的光滑度是由母基底32和感光材料層30之間的基底界面確定的。平臺頂部的光滑度可減少以後從碟片讀出數據時的噪聲。
另外，由於槽底42是由母基底32形成的，所述寬而平的平臺是相互平齊的。平坦的平臺是相互平齊的，且在同一高度，從而，對於應用浮動光頭的情況，增強了碟片基底的可掃描性(flyability)。
現在看圖7和圖8。圖中示出了本發明用在數據存儲盤模壓工藝中的製作母光碟的一種方法。在圖7中，提供了母基底32，其最好是由玻璃製成的。母基底32的厚度一般在5mm到6mm之間。母基底32具有一個主表面50。主表面50最好光學拋光。主表面50至少部分地覆蓋有(例如鍍有)數據層30。數據層30也可以鍍在一個中間層(例如粘合層)60(圖中未示出)上。
見圖8，母盤20被放置在一個母盤錄製系統(例如雷射錄製器或者掩膜錄製系統)上。在一種實施例中，母盤錄製系統60包括控制器61、線性平移系統62、母盤錄製器64以及錄製臺66。母盤錄製系統60用來以聚焦的點狀雷射來對母盤20進行受控曝光，以在母盤中刻入所需的表面凹凸結構(即幾何結構)或者數據道。
母盤20被放置在錄製臺66上，可以利用現有技術，例如使用轉軸或者有盤心的母盤20，將母盤相對於母盤錄製器64關於一個中心軸68定位(例如對中)。錄製臺66可關於所述中心軸68旋轉，如圖中旋轉箭頭70所示，以在碟片錄製過程中旋轉母盤20。母盤錄製器64調製並聚焦雷射束72，使數據層30以所需的圖形曝光。另外，母盤錄製器64與線性平移系統62機械耦合，以實現母盤錄製器64相對於中心軸68的軸向運動，如圖中方向箭頭76所示。
控制器61與線性平移系統62和母盤錄製器64相連(以61A表示)，並連接到錄製臺66(以61B表示)。控制器61的工作將最終聚焦的雷射束72的平動位置與母盤20的旋轉70同步，以在數據層30中曝光形成螺旋形記錄道24。另外，控制器61可以調製雷射束72，在碟片上的光頭區曝光形成凹點區(間斷的槽)。控制器61可以是基於微處理器的可編程邏輯控制器、計算機或者邏輯門序列，或者是其它的能夠執行一系列邏輯運算的設備。
按照本發明，控制器61控制母盤錄製系統60的光能，使母盤20的感光材料曝光到在衝洗和去除已曝光的感光材料後足以獲得所需的母槽底寬的程度。光能的控制可包括控制錄製功率，或者控制錄製速度，以使感光材料曝光到足夠的程度，以便在將曝光的感光材料衝洗和去除後獲得所需的母槽底寬。例如，控制器61可以提高記錄功率或者降低錄製速度，從而增強感光材料的曝光。
雷射錄製的母盤20從錄製臺66取下後浸入衝洗劑溶液中，將母盤錄製系統60所形成的曝光圖案「顯影」。數據層30溶解到衝洗液中的量與錄製過程中其接受的光能成比例。另外，數據層30溶解到衝洗液中的量還與衝洗過程的參數成比例，所述參數包括衝洗液的濃度、衝洗時間以及溫度。衝洗液的類型可以類似於本領域技術人員所知的用在傳統錄製工藝中的衝洗液。因此，通過控制曝光和衝洗過程，就可以在感光材料中實現所需的表面凹凸結構。由於母盤錄製系統60受到了控制，使得數據層30的有關部分完全溶解，直抵母基底32，所以，尤其是對於錄製的記錄道間距小於母盤製作點徑之2倍的情況，所得到的母槽(此前示於圖6中者)包括由母基底32形成的母槽底。上述母盤製作工藝使得母平臺具有圓形的峰，而母槽則具有平坦的、寬的，並且最好是平滑的母槽底。
在圖9到圖11中，示出的實施例用來說明在本發明的母盤錄製方法中被過度曝光或過度衝洗的母盤20A、20B、20C的表面凹凸結構或者說數據道。在每個附圖(也就是圖9到圖11)中，數據層30的曝光量或者衝洗量被增加了。見圖9，母盤錄製/衝洗過程導致形成母槽36A的母平臺34A被一直曝光到母基底32A。母槽36A的槽深為92nm，相應的平坦的母槽底42的寬度為120nm。類似地，圖10圖示了表面凹凸結構或者數據道22B，其母平臺34B確定的母槽36B一直深入到母基底32B。母槽36B的槽深為88nm，相應的平坦母槽底42為160nm寬。圖11示出的母盤32C的母平臺34C確定的母槽36C的母槽底42C是由母基底32C確定的。母槽36C的槽深為82nm，平坦的母槽底42為200nm寬。母盤20在盤的錄製過程中過度曝光得越厲害，對母平臺的侵蝕就越多，所形成的母槽底就越寬。
圖12中的曲線圖說明了使用本發明的母盤錄製方法時母平臺寬度和母槽深之間的對應關係。用傳統的母盤製作方法，對於給定的數據層厚度，母槽深和母槽底寬是相互關聯的(見圖4)。用本發明的母盤製作方法，通過選擇數據層的初始厚度以及曝光衝洗強度，可以各自獨立地確定平臺寬和槽深。換句話說，母槽深不依賴於母槽底寬，母槽底寬也不依賴於母槽深。這兩個參數是可分的。並且，通過選擇所需的數據層厚度，並控制曝光和衝洗標準，即可達到所需的母盤設計尺度。
在所示的實施例中，曲線圖示出了通過提高初始感光(數據)層(曲線78)並/或增強感光層的曝光能量/衝洗(曲線79)所獲得的設計尺度。在所有的實施例中，假定點徑為0.22μm。曲線80的初始數據層厚度為120nm，曲線82的初始數據層厚度為100nm，曲線84的初始數據層厚度為80nm，曲線86的初始數據層厚度為60nm。如圖中所示，母盤表面幾何結構不再受到傳統母盤製作工藝中母平臺寬度與母槽深之間的關聯的限制。以各種不同的初始數據層厚度為起始條件，通過控制曝光衝洗強度，用本發明的母盤製作方法可以獲得寬度-深度參數空間中任何一點的值。儘管圖12示出了從不同的初始感光材料厚度出發如何可以獲得寬度-深度參數空間中任何一點的值，圖13到圖18仍然示出了支持性的實驗結果，所述實驗結果是利用本發明的母盤製作方法獲得的道間距為0.375μm和0.425μm的幾種不同幾何結構的原子力顯微(AFM，atomic force microscope)軌跡。
本發明的母盤錄製方法(最好)用在反轉母盤或者反轉壓模製作工藝中，用來製造具有寬而平(且光滑)的平臺凸起且道間距小於兩倍的母盤製作系統點徑的拷貝盤。圖19的示意圖示出了從第一代壓模模壓而得的光碟基底(即拷貝盤)的「槽」的取向，以及按照本發明從母盤獲得的第二代或者第三代壓模。該示意圖包括用來說明母盤90、第一代壓模92、第二代壓模94、第三代壓模96、拷貝盤基底1、拷貝盤基底2、拷貝盤基底3的數據道的取向的放大的局部剖面圖。數據道刻錄在母盤90上，其取向取決於拷貝盤基底是從第一、第二還是第三代壓模壓制。
具體來說，母盤90包括具有母平臺106和母槽108的母盤數據層104。第一代壓模92的第一代壓模數據層110具有第一代壓模平臺112和第一代壓模槽114。第二代壓模94的第二代壓模數據層116具有第二代壓模平臺118和第二代壓模槽120。第三代壓模96的第三代壓模數據層122具有第三代壓模平臺124和第三代壓模槽126。類似地，拷貝盤基底1的基底1數據層128具有基底1平臺130和基底1槽132；拷貝盤基底2的基底2數據層134具有基底2平臺136和基底2槽138；拷貝盤基底3的基底3數據層140具有基底3平臺142和基底3槽144。
從第一代壓模92模壓而得的基底1數據層128的取向對應於母盤數據層104的取向。具體來說，第一代壓模數據層110是母盤層104的反轉。類似地，拷貝盤基底1數據層128是第一代壓模數據層110的反轉。
第二代壓模94數據層116是第一代壓模92數據層110的反轉，因此拷貝盤基底2數據層134是第二代壓模94數據層116和母盤數據層104的反轉。類似地，第三代壓模96數據層122是第二代壓模94數據層116的反轉。因此，盤基底3數據層140是第三代壓模數據層122的反轉，與母盤數據層104的取向相應或者說具有相同的取向。
我們知道，母盤數據層104所需的取向取決於拷貝盤基底針對其用途所需的取向。對於道間距小於兩倍的母盤製作系統點徑的高密度拷貝盤(並且是空氣入射媒介(air incident media))的例子來說，需要使用用本發明的母盤錄製方法得到的母盤，並需要使用第二代模壓工藝，這樣得到具有寬、平而光滑的平臺和深槽的拷貝盤。或者，對於透過基底讀的盤來說，用本發明的母盤錄製方法形成的母盤可能被用在第一代模壓或者第三代模壓工藝中，希望模壓出具有平坦的凹點或者凹槽的拷貝盤。
或者可以使用其它的模壓工藝。例如，在另一種實施例中，使用了金字塔式系列電鑄法(electroforming pyramiding family process)。這種方法包括從用本發明的方法形成的母盤電鑄形成「父」壓模或者第一代壓模。將該父壓模清洗、處理，然後送回鎳浴(nickel bath)中刻(plate)「母」(mother)壓模或者第二代壓模。這種工藝循環可重複多次，形成從單個父壓模或者第一代壓模製得的多個「母」壓模或者第二代壓模。可以用所述「母」壓模重複同樣的電鑄過程，從而從每個「母」壓模製得若干「兒」(「daughter」)壓模或者說第三代壓模。
圖20的框圖說明了用按照本發明製得的母盤製得拷貝盤的一種方法110。所述母盤的用途是用在數據存儲盤模壓工藝中。數據存儲盤模壓工藝製得的拷貝盤的表面凹凸結構具有拷貝平臺和拷貝槽。在所示的實施例中，該方法110的第一個步驟是提供一個母基底(112)。該母基底至少部分地覆蓋有一種感光材料，後者最好是由光致抗蝕劑組成的(114)。然後在數據存儲母盤中錄製包括母平臺和母槽的表面凹凸結構，這個過程包括將感光材料曝光並衝洗的步驟(116)。進行控制，曝光並衝洗特定厚度的感光材料，形成直達母盤基底和感光材料層之間的基底界面的母槽，並使得母槽在基底界面處的寬度等於拷貝平臺所需的寬度(118)。
這樣，就可以在碟片模壓工藝中使用所述母盤了。具體來說，從所述母光碟製作一個壓模(120)。再從該壓模製作拷貝盤(122)。該拷貝盤能夠存儲高容量的信息。在一種應用中，本發明對於刻錄小於兩倍的母盤錄製器點徑的道間距尤其有用。
圖21的框圖說明了依照本發明在多世代碟片模壓工藝中使用母盤的一種實施例130。所述母盤是用本說明書前文所述的單一方法製造的(132)。所述方法包括將所述數據層曝光並衝洗，直達所述母盤基底。從該母盤製得第一代壓模(134)。從該第一代壓模即可製得拷貝盤(136)。
或者，從所述第一代壓模製得第二代壓模(138)。然後從該第二代壓模(140)製得拷貝盤。進一步，可以從第二代壓模製得第三代壓模(142)。從該第三代壓模可製得拷貝盤(144)。
感光材料包括光聚合物或者光致抗蝕劑，或者其它的具有類似的感光特性的材料或材料混合物。合適的感光材料包括可從銷售商Shipley、OCG等買到的標準正性高解析度光致抗蝕劑。在閱讀了本說明書之後，對於本領域技術人員來說，可以很清楚有其它什麼樣的合適感光材料。
可用在本說明書所說的成形層、拷貝層或者粘合層中的合適的光聚合物包括HDDA(4x6x)聚乙烯非飽和單體(polyethylenicallyunsaturated monomer)-二丙烯酸己二酯(hexanediol diacrylate)；chemlink 102(3x)單乙烯非飽和單體(monoethylenically unsaturatedmonomer)-丙烯酸二甘-乙酯(diethylene glycol monoethyl etheracrylate)，elvacite 2043(1x3x)有機聚合物-聚甲基丙烯酸乙酯，以及irgacure 651(.1x.2)惰性基團接觸劑(latent radical initiator)-2，2-二甲氧基-2-甲基二苯酮(2，2-diamethhoxy-2-phenylacetophenone)。另一種合適的光聚合物包括HHA(hydantoin hexacryulate)1x，HDDA(hexanediol diacrylate)1x，以及irgacure 651(.1x.2)惰性基團接觸劑-2，2-二甲氧基-2-甲基二苯酮(2，2-diamethhoxy-2-phenylacetophenone)。在閱讀了本說明書之後，對於本領域技術人員來說，可以很清楚有其它什麼樣的合適感光材料。
權利要求
1.一種製作用在數據存儲盤模壓工藝中的數據存儲母盤的方法，其中，所述數據存儲盤模壓工藝製得的拷貝盤具有由拷貝平臺和拷貝槽構成的表面凹凸結構，該方法包括下列步驟提供母基底；用一層感光材料覆蓋所述母基底；在所述數據存儲母盤中刻錄由母平臺和母槽構成的表面凹凸結構，包括所述感光材料的曝光和衝洗步驟；控制特定厚度的感光材料的曝光和衝洗，使形成的母槽一直延伸到母基底和感光材料層之間的基底界面上，並使母槽在基底界面處的寬度相應於拷貝平臺所需的寬度。
2.一種用反轉壓模工藝從母盤製作拷貝盤的方法，所述拷貝盤能夠存儲高容量的信息，具有由拷貝平臺和拷貝槽形成的表面凹凸結構，該方法包括下列步驟提供母基底；將母基底的至少一部分覆蓋一層感光材料而形成母盤；在該母盤上刻錄由母平臺和母槽構成的表面凹凸結構，這包括下列步驟用雷射束刻錄機按所需的一定道間距的記錄道結構使感光材料曝光，然後衝洗所述感光材料；控制感光材料的曝光和衝洗，使形成的母槽一直延伸到母基底和感光材料層之間的基底界面上，並使母槽在基底界面處的寬度相應於拷貝平臺所需的寬度；從該母盤製得第一代壓模；從第一代壓模製得第二代壓模；從第二代壓模製得拷貝盤，拷貝盤具有的表面凹凸結構與母盤上的方向相反。
3.如權利要求1或2所述的方法，還包括控制感光材料的厚度使之相應於所需的拷貝槽寬度的步驟。
4.如權利要求1或2所述的方法，還包括下述步驟根據母盤記錄系統點徑、所需的道間距、所需的拷貝槽深來確定和控制感光材料的厚度。
5.如權利要求1或2所述的方法，其中，控制感光材料的曝光和衝洗的步驟包括控制感光材料的曝光和衝洗以獲得光滑的、平坦的母槽底的步驟，所述光滑度由母基底確定。
6.如權利要求1或2所述的方法，其中，控制感光材料的曝光和衝洗的步驟包括控制感光材料的衝洗的步驟，以使得在經過衝洗和去除感光材料後足以獲得所需的母槽寬度。
7.如權利要求1或2所述的方法，其中，感光材料的曝光和衝洗步驟包括形成槽底的步驟，其中，所述槽底相對於母平臺來說是平坦的。
8.如權利要求1或2所述的方法，還包括下列步驟將母基底拋光使之光學平滑；利用所述母基底形成平滑的母槽底。
9.如權利要求2所述的方法，其中，所述雷射束刻錄機使用具有一點徑的聚焦雷射束，對所述母盤的刻錄包括刻錄小於兩倍的聚焦雷射束點徑的所需道間距。
10.一種母盤，包括一個母基底；一層感光材料，其覆蓋所述基底的至少一部分，所述感光材料包括一種表面凹凸結構，這種結構為記錄道紋路的形式，由相鄰的母平臺和母槽構成，其中，所述槽一直向下延伸到所述基底，所述槽具有槽底，所述平臺具有平臺頂，其中，槽底比平臺頂要寬。
11.一種壓模，其包括一個壓模基底，該基底具有一個主表面和一個副表面，主表面上具有記錄道圖紋形式的表面凹凸結構，由相鄰的平臺和槽構成，其中，所述槽向下延伸至盤的基底，所述槽包括槽底，所述平臺包括平臺頂，其中，槽底比平臺頂寬。
12.如權利要求10或11所述的物品，其中，槽底總體上是平坦的，並相互平齊。
13.如權利要求11或12所述的物品，其中，槽底相對於平臺頂來說寬而平。
14.如權利要求11或12所述的物品，其中，槽底具有銳角。
15.如權利要求11或12所述的物品，其中，槽的槽寬大致等於感光材料的厚度。
16.如權利要求11或12所述的物品，其中，槽深大於100nm。
17.如權利要求16所述的物品，其中，道間距小於425nm。
18.如權利要求11或12所述的物品，其中，母槽底寬大於250nm。
19.如權利要求17所述的物品，其中，槽底的寬度大於道間距的35％。
20.一種從如權利要求10到19之任何一項所述物品製得的盤。
全文摘要
一種數據存儲母盤以及製作數據存儲母盤(20)的方法。數據存儲母盤用在數據存儲盤的複製工藝中。數據存儲盤模壓工藝製得的拷貝盤具有由拷貝平臺和拷貝槽構成的表面凹凸結構。所述方法包括下列步驟:提供母基底(32);用一層感光材料(30)至少部分地覆蓋所述母基底;在所述數據存儲母盤中刻錄由母平臺(34)和母槽(36)構成的表面凹凸結構,包括所述感光材料的曝光和衝洗步驟;控制特定厚度的感光材料的曝光和衝洗,使形成的母槽一直延伸到母基底和感光材料層之間的基底界面上,並使母槽在基底界面處的寬度等於拷貝平臺所需的寬度。
文檔編號G11B7/007GK1295711SQ99804611
公開日2001年5月16日 申請日期1999年4月2日 優先權日1998年4月6日
發明者賈塞恩·D·愛德華 申請人:伊美申公司