CN101099206A - 基于有机染料的热致收缩的母盘制作 - Google Patents

基于有机染料的热致收缩的母盘制作 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在主基底的记录组中提供高密度起伏结构的方法，这种主基底尤其是用于制造压模的主基底，这种压模用于光盘的大规模制造，或者是用于制造用于微接触印刷的压模的主基底。本发明还涉及用于产生高密度起伏结构的主基底，尤其是用于制造压模的主基底，这种压模用于光盘的大规模制造，或者是用于制造用于微接触印刷的压模的主基底。本发明还涉及包括染料层的主基底的特殊使用以及包括高密度起伏结构的主基底。此外，本发明还涉及制造用于光盘的大规模制造的压模、光盘和缩微印刷品。根据本发明的所有方面，通过激光脉冲引致的染料层材料的收缩直接或间接形成前面所有的这些用途所要求的高密度起伏结构。

Description

基于有机染料的热致收缩的母盘制作
技术领域
本发明涉及在主基底的记录组中提供高密度起伏结构(reliefstructure)的方法，这种主基底尤其是用于制造压模的主基底，这种压模用于光盘的大规模制造，或者是用于产生压模的主基底，这种压模用于微接触印刷。本发明还涉及用于产生高密度起伏结构的主基底，尤其是用于制造压模的主基底，这种压模用于光盘的大规模制造，或者是用于产生压模的主基底，这种压模用于微接触印刷。本发明还涉及包括染料层的主基底的特殊使用以及包括高密度起伏结构的主基底。此外，本发明还涉及制造用于光盘的大规模制造的压模的方法以及用于微接触印刷和缩微印刷品的压模的方法。
背景技术
在光学处理基础上制造的起伏结构可用作如压模，这种压模用于只读存储器(ROM)以及预先开槽的写一次(R)和可重写(RE)光盘的大规模复制。用在复制过程中的这种压模的制造称为母盘制作。
在传统的母盘制作中，用经过调制的聚焦激光束照射旋涂在玻璃基底上的薄的光敏层。激光束的调制导致主基底的某些部分暴露在UV光中，而在要形成的凹陷之间的中间区域保持不暴露。在光盘旋转且将聚焦激光束逐渐移向光盘之外侧时，留下交替的所照射区域的螺旋。在另一个步骤中，在所称的显影过程中将暴露区域溶解，以光致抗腐蚀层中的物理孔结束。碱性液体如NaOH和KOH用于溶解该暴露区域。然后用薄的Ni层覆盖主基底的结构化表面。在电镀过程(galvanic process)中，将这种溅射淀积Ni层进一步成长为包括反型凹陷结构的厚的易于处理的Ni基底。这种具有凸出决的Ni基底与主基底分离且被称为压模。
相变母盘制作(PTM)是制造用于光盘的大规模制造的高密度ROM和RE/R压模的比较新的方法。可通过激光致加热将相变材料从初始的未写状态转变成不同的状态。记录组的加热例如可以导致混合、熔融、非晶化、相位分离和分解等。两个相位中的一个，即初始或已写状态，在酸或碱性显影液中要比另一种相位溶解得快。因此，可将已写数据图案转变成具有凸出块或凹陷的高密度起伏结构。同样在这种情况下，可将图案化基底用作用于高密度光盘的大规模制造的压模或者用作用于微接触印刷的压模。
就此而言，现已提出了将快速成长的换相材料和记录组用于相变母盘制作。受成长支配的换相材料在非晶和结晶相的溶解率中具有高对比度。通过结晶材料的融淬(melt-quenching)所获得的非晶线痕可溶于传统的碱性浓缩显影液中，如KOH和NaOH，而且也可溶于酸中，如HCl、HNO3和H2SO4。线痕的尾部中的再结晶可用于以受控方式减小线痕的长度。尤其是在最小线痕的情况下，线痕的尾部中的再结晶I2可导致扇形线痕，这种扇形线痕的长度小于光点的大小。这样就可增加切向数据密度。
这种材料系统目前所面临的挑战可能是需要相对较大数量的记录组层来优化记录组的热和光学行为。另一种难题是用这种材料系统制造深的凹陷结构的能力。
因此，本发明的目的在于提供在相对简单的记录组的基础上产生高密度起伏结构的可能性。
发明内容
本发明的目的通过独立权利要求的特征来实现。本发明的进一步发展和优选实施例在从属权利要求中进行概述。
根据本发明的第一方面，提供一种方法，这种方法用于在主基底的记录组中提供高密度起伏结构，这种主基底尤其是用于制造压模的主基底，这种压模用于光盘的大规模制造，或者是用于产生用于微接触印刷的压模的主基底，这种方法包括以下步骤：
提供包括染料层的记录组；以及
通过施加激光脉冲来收缩染料层材料，以在染料层中产生高密度起伏结构。
例如，Oxonol染料具有值得关注的在激光致加热时的收缩属性。由于加热的原因，出现有机染料材料的碳化，而与这种碳化一起发生的是反应产物的形成和暴露体积的减少。除了其它的记录机构之外，这非常有助于在基于这些染料的可记录光盘中线痕的常规形成。利用公知的记录技术，收缩导致减少的光径长度，从而能够进行已写数据的读出。相反，本发明提出将这种体积变化用于利用具有这种收缩机理的有机染料制造高密度起伏结构。蓝光光盘是本发明的一种可能的用途，但并不仅限于此。在此情形中，优选用405nm的波长进行记录，但也可使用其它波长。在此波长具有足够吸收能力的所有染料材料均可用于这种用途。根据本发明所产生的高密度起伏结构不仅可用于制造用于光盘的大规模复制的压模，而且也可用于其它二维结构，如用于生物传感器和显示器的信道结构。
对于本发明的优选实施例而言，染料层的染料选自以下组：Oxonol基染料、酞花菁染料(phthalocyanine)、花菁染料(cyanine)和偶氮染料(AZO)。染料层的厚度在如40至100nm之间，优选在60至80nm之间。
根据本发明的进一步发展，记录组还包括布置在染料层下面的至少一个反射层。
优选用选自下面的组的材料制成反射层：Ni、Ag、Al、SiO2、Si3N4。在任何情形中用于反射层的材料应具有与染料层的染料的反射率不同的反射率。反射层的厚度在如5至40nm之间，优选在10至20nm之间。染料层下面的反射层还可作为吸收层，以改进染料层中的温度分布。
至少就本发明的某些实施例而言，记录组还包括布置在染料层上面和/或下面的至少一个吸收层。
优选用选自下面的组的材料制成吸收层：Ni、Cu、GeSbTe、SnGeSb、InGeSbTe。优选吸收层可蚀刻且相对较薄，如在5至40nm之间，优选在5至10nm之间。
根据本发明的第二方面，提供一种主基底，这种主基底用于产生高密度起伏结构，这种主基底尤其是用于制造压模的主基底，这种压模用于光盘的大规模制造，或者是用于产生用于微接触印刷的压模的主基底，其中：主基底包括染料层，通过施加激光脉冲在染料层中形成高密度起伏结构，这些激光脉冲收缩染料层材料。这种主基底适于与前面所描述的方法一起使用。因此，就详细的特征和可能的进一步的发展而言，应参考对根据本发明的第一方面的方法进行的描述，以避免重复。
这同样适用于本发明的第三方面，本发明的第三方面涉及利用包括染料层的主基底通过施加激光脉冲收缩染料层来在染料层中产生高密度起伏结构。
根据本发明的第四方面，提供一种包括高密度起伏结构的主基底，这种高密度起伏结构通过染料层材料的收缩在染料层中形成。这种主基底可通过实施根据本发明的第一方面的方法来获得，因此，就有关的细节而言，应再次参考相应的描述。
根据本发明的第五方面，提供一种用于光盘的大规模制造的压模，其中，这种压模的特征在于：通过以下过程制造这种压模：
提供包括染料层的记录组；
通过施加激光脉冲来收缩染料层材料，以在染料层中产生高密度起伏结构；以及
通过在染料层上提供金属层来在高密度起伏结构的基础上制造压模。
例如，为了提供金属层，将薄的Ni层溅射淀积到在主基底的记录组中形成的高密度起伏结构上。然后将这种Ni层电化学成长为厚的易于处理的压模。将这种压模与主基底分离并进行进一步的处理，以用于光盘的大规模复制。
根据本发明的第六方面，提供一种光盘，其中，这种光盘的特征在于：通过以下过程制造这种光盘：
提供包括染料层的记录组；
通过施加激光脉冲来收缩染料层材料，以在染料层中产生高密度起伏结构；
在高密度起伏结构的基础上制造压模；以及
利用压模制造光盘。
同样在这种情形中，可根据本发明的方法来形成高密度起伏结构，因此，就此方面而言，应再次参考相应的描述。用于制造光盘的压模可以是前面所描述的类型。光盘的制造本身是本领域中熟练的技术人员所公知的，因此在本说明书中不再进行描述。
根据本发明的第七方面，提供一种缩微印刷品，其中，这种缩微印刷品的特征在于：通过以下过程制造这种缩微印刷品：
提供包括染料层的记录组；
通过施加激光脉冲来收缩染料层材料，以在染料层中产生高密度起伏结构；
在高密度起伏结构的基础上制造压模；
利用压模制造缩微印刷品。
同样在这种情形中，可根据本发明的方法来形成高密度起伏结构。在高密度起伏结构的基础上制造压模是本领域中熟练的技术人员所公知的且可类似于前面所描述的压模的制造来实现。缩微印刷过程本身是本领域中熟练的技术人员所公知的，因此在本说明书中不再进行描述。
从下面所描述的实施例就会明白本发明的这些和其它方面，且通过参考下面所描述的实施例对本发明的这些和其它方面进行说明。
附图说明
图1a至1c示意性地示出了根据本发明的方法的第一实施例，该第一实施例在根据本发明的主基底的实施例的基础上实现；
图2a至2f示意性地示出了利用根据本发明的主基底分别制造全部根据本发明的压模、光盘和缩微印刷品。
图3示出了在常规的DVD+R L1组的基础上进行的实际试验结果的表面分析；
图4示出了示于图3中的实际试验结果的局部分析；以及
图5至图9示出了在常规的DVD+R染料的基础上进行的差示扫描量热法(DSC)和热解重量分析(TGA)测量的结果。
具体实施方式
图1a至1c示意性地示出了在主基底26的记录组12、14和16中提供高密度起伏结构18的方法，这种主基底26用于制造压模，这种压模用于光盘的大规模制造。
图1a示出了处于初始状态的主基底26。记录组12、14和16由玻璃基底10承载并包括吸收层16、有机染料层14和反射层16，这些层以从入射激光束的方向看上去的顺序出现。吸收层16可蚀刻且相对较薄，如在5至40nm之间，优选在5至10nm之间。优选染料层14是Oxonol类染料。染料层的厚度在40至100nm之间，优选在60至80nm之间。反射层可以是Ni，如厚度在5至40nm之间，优选在10至20nm之间。Ag和Al也是适当的材料。其它的电介质层如SiO2、Si3N4也可用作反射体，只要反射率与染料的反射率不同。
图1b示出了在要形成凹陷18的区中施加了一个或多个激光脉冲之后的主基底26。凹槽18由染料层材料的热致收缩形成。
图1c示出了蚀刻过程进行之后的主基底26，进行蚀刻过程以除去吸收层16来暴露凹陷18。适当的蚀刻液为如HNO3和HCl。
本领域中熟练的技术人员会明白，根据本发明的方法并不仅限于产生凹陷，而是可根据需要适合于产生任何高密度起伏结构。
图2a至2f示意性地示出了利用根据本发明的主基底26制造用于制造光盘22(局部示出了其中的一个)的压模20或用于制造缩微印刷品26(局部示出了其中的一个)的压模24。
图2a示出了处于初始状态的主基底26。记录组12和14由玻璃基底10承载。在此情形中，记录组包括有机染料层14和反射层16，这些层以从入射激光束的方向看上去的顺序出现。这些层等于或类似于示于图1a中的层。
图2b示出了在要形成高密度起伏结构18的区中施加了一个或多个激光脉冲之后的主基底26。虽然图2a至图2c用于示出压模20和压模24的形成，但本领域中熟练的技术人员会明白高密度起伏结构18的属性取决于用途。在任何情况下，高密度起伏结构18由染料层材料的热致收缩形成。
根据图2c，金属压模20和金属压模24分别在高密度起伏结构18的基础上形成。例如，为了提供金属层，将薄的Ni层溅射淀积在高密度起伏结构18上，高密度起伏结构18在金属基底26的记录组12和14中形成。然后将这种Ni层电化学成长为厚的易于处理的压模20或压模24。将压模20或压模24与主基底26分离并进行进一步的处理(清洁、穿孔等)。
图2d和2e示意性地示出了在Ni压模20的基础上制造光盘22，这是本领域中熟练的技术人员所公知的。
图2f示意性地示出了在压模24的基础上制造缩微印刷品26。
图3中的与原子力显微镜(AFM)图片给出了写在DVD+R双层光盘的L1组中的的凹陷结构的示例。以658nm的波长(NA＝0.65)对光盘进行记录。记录组包括薄的Si3N4吸收层、100nm厚的染料层和100nm厚的Ag反射层，将这种记录组淀积在预先开槽的基底的顶部上。在记录之后，将光盘在L1染料层分成两个板部分。在染料Si3N4接触面将光盘分离。暴露区域的激光致加热导致有机晶格的部分碳化并因此而导致体积的减小。所产生的凹陷具有非常陡的壁而且相对较深。这种凹陷形状由染料层中的吸收剖面所确定。吸收剖面由染料层厚度、可选的金属底层(反射体)和可选的顶部吸收层进行微调。
图4示出了示于图3中的实际试验结果的局部分析。详细地示于图4中并写在相邻的预开槽之间的凹陷包括如前面所提及的那样的陡的壁。
图5至图9示出了在常规的DVD+R染料的基础上进行的差示扫描量热法(DSC)和热解重量分析(TGA)测量的结果。转变温度约在250至300℃，这个温度非常有利于母盘制作。相对质量减少在30至90％的范围内变化。
图5示出了DVD+R染料(Organica 1140)的DSC和TGA分析。质量的急剧减少在约270℃时出现。相对体积变化大于90％。
图6示出了DVD+R染料(Fuji)的DSC和TGA分析。在这种情形中，质量的急剧减少在约250℃时出现。相对体积变化大于90％。
图7示出了DVD+R染料(Bayer)的DSC和TGA分析。在这种情形中，质量的急剧减少在约290℃时出现。相对体积变化大于30％。
图8示出了DVD+R染料(MCCpds2211)的DSC和TGA分析。这种染料的质量的急剧减少在约290℃时出现。相对体积约为40％。
图9示出了DVD+R染料(MCC16X)的DSC和TGA分析。质量的急剧减少在约290℃时出现。相对体积变化约为60％。
应注意到，也可采用并未在前面描述的等同描述和修改，而并不背离本发明的范围，本发明的范围由所附的权利要求书所限定。

Claims (13)

1.一种在主基底(26)的记录组(12、14和16)中提供高密度起伏结构(18)的方法，所述主基底(26)尤其是用于制造压模(20)的主基底，所述压模(20)用于光盘(22)的大规模制造，或者是用于制作用于微接触印刷的压模(24)的主基底(26)，所述方法包括以下步骤：
提供包括染料层(14)的记录组(12、14和16)；以及
通过施加激光脉冲来收缩染料层材料，以在所述染料层(14)中产生所述高密度起伏结构(18)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述染料层(14)的染料选自以下组：Oxonol基染料、酞花菁、花菁和AZO。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述记录组(12、14和16)还包括布置在所述染料层(14)下面的至少一个反射层(12)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：用选自下面的组的材料制成所述反射层(12)：Ni、Ag、Al、SiO2、Si3N4。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述记录组(12、14和16)还包括布置在所述染料层(14)上面和/或下面的至少一个吸收层(16)。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：用选自下面的组的材料制成所述吸收层(16)：Ni、Cu、GeSbTe、SnGeSb、InGeSbTe。
7.一种用于产生高密度起伏结构(18)的主基底(26)，所述主基底(26)尤其是用于制造压模(20)的主基底，所述压模(20)用于光盘(22)的大规模制造，或者是用于制作用于微接触印刷的压模(24)的主基底(26)，其中，所述主基底(26)包括染料层(14)，将通过施加激光脉冲而在所述染料层(14)中形成所述高密度起伏结构(18)，所述这些激光脉冲收缩染料层材料。
8.利用包括染料层(14)的主基底(26)通过施加激光脉冲收缩染料层材料来在所述染料层(14)中产生高密度起伏结构(18)的用途。
9.一种包括高密度起伏结构(18)的主基底(26)，所述高密度起伏结构(18)通过染料层材料的收缩而在染料层中(14)形成。
10.一种用于制造压模(20)的方法，所述压模(20)用于光盘(22)的大规模制造，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
提供包括染料层(14)的记录组(12、14和16)；
通过施加激光脉冲来收缩染料层材料，以在所述染料层(14)中产生高密度起伏结构(18)；以及
通过在所述染料层(14)上提供金属层(20)来在所述高密度起伏结构(18)的基础上制造所述压模(20)。
11.一种用于制造光盘(22)的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
提供包括染料层(14)的记录组(12、14和16)；
通过施加激光脉冲来收缩染料层材料，以在所述染料层(14)中产生高密度起伏结构(18)；
在所述高密度起伏结构(18)的基础上制造所述压模(20)；以及
利用所述压模(20)制造所述光盘(22)。
12.一种用于制造压模(24)的方法，所述压模(24)用于微接触印刷，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
提供包括染料层(14)的记录组(12、14和16)；
通过施加激光脉冲来收缩染料层材料，以在所述染料层(14)中产生高密度起伏结构(18)；以及
通过在所述染料层(14)上提供金属层(20)来在所述高密度起伏结构(18)的基础上制造所述压模(24)。
13.一种用于制造缩微印刷品(26)的方法，所述方法包括以下步骤：
提供包括染料层(14)的记录组(12、14和16)；
通过施加激光脉冲来收缩染料层材料，以在所述染料层(14)中产生高密度起伏结构(18)；
在所述高密度起伏结构(18)的基础上制造压模(24)；
利用所述压模(24)制造所述缩微印刷品(26)。
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