CN1056937C - 无需母片为媒介的制造光盘的型片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造光盘型片的方法，将光刻胶膜施加到一个未定型的型模板上，对该膜进行选择性地曝光和显影，构成光刻胶膜。可采用负性光刻胶或正性的光刻胶以不同的工艺来进行。

Description

无需母片为媒介的制造光盘的型片的方法
本发明涉及一种制造光盘的型片的方法，将一个光刻胶膜加到一个未定型的型模板上，然后形成该光刻胶膜，成功地应用的所述光刻胶膜的形成步骤包括选择性曝光和显影所加的光刻胶膜。
这种方法从布里斯托Adam Hilger公司于1985年公开的由G.Bouwhuis著的题为“光盘系统的原理”的文章中公知了，它介绍了批量生产光盘的常规的方法，即复制法。该方法采用一种注模工艺和以母片为媒介制成光盘型片；也就是说，先制成第一张母片，再用这个母片制造出型片。
光盘包括记录在几何结构内的信息。尤其是这种几何结构包括许多小坑和小岛，这些小坑位于各光盘的表面中的同心圆环上或螺旋线上。同样地，有时也采用槽沟形成光盘结构。一般地这是指能写入信息的媒介物，例如CD可记录的和磁光盘。这种公知的批量生产这类光盘的方法可分为以下三个阶段。
在第一阶段中，将存贮在载体的信息、特别是磁带中的信息变换成电脉冲序列。这些脉冲波控制曝光单元的密度，该单元中具有光刻胶的基板例如玻璃的基板旋转。因此在光刻胶中的几个小区域被曝光，它们在下一步骤中置于水基溶液中溶解，其结果也是最终光盘所要求的小坑结构，这种中间制品称为母片。
在第二阶段中，将一层薄金属膜镀于母片表面上。这个金属膜用作电镀生成一层较厚金属膜的电极，最好是镍。在物理地分离该基板和厚金属膜之后，上述信息结构产生在处于变换位置的厚金属膜表面上。然后除去该厚金属膜或层上残留的任何光刻膜，按尺寸要求裁下，用作将在后面描述的第三阶段中所述的型片。在第一和第二阶段中所进行的各步骤可采用全自动系统自动完成，例如采用本申请人的AMS100系统。
在第三和最后一个阶段中，将该型片放入一个注模机的模具内，通过该机器可大量复制出光盘，例如视听光盘和/或录象光盘。最后将这些光盘金属涂覆，如保护套和标签或印刷。第三阶段是全自动化的生产过程。
上述公知的方法已在世界上广泛使用，其中采用正性的光刻胶，这种材料具有如下的主特性，即所述正性的光刻胶的曝光膜的那些曝光区域通过显影被除掉，同时那些尚未曝光的区域保持原封不动。
上述第二阶段提及的电镀生产工艺的缺点是必须进行大量的人工操作才能实现，并且需使用大量化学品。虽然在自动过程中可通过一个处理装置实现所述的操作，但这个装置的相当高的复杂性可导致成本高和可靠性问题。典型地，电镀板的时间周期大约为1小时，这显然是长的。
虽然可采用所谓的“同族制造”工艺从每个母片产生一个以上的型片，利用型片本身作为信息载体和采用电镀工艺，但由于上述缺点，在工业上越来越少使用该方法。还有小批量的CD-ROM盘趋向于结束制造“同族”的实践。
本发明的目的是消除或克服上述公知方法的缺陷，从而缩短了所述时间周期，并降低了错误数量，输出增大，所用的化合物可被收回，而且可降低购买整个生产设备的主要支出费用。
根据本发明在前序部分所述的这种方法用于实现这个目的，其特征在于：采用负性的光刻胶将该光刻胶膜覆盖到未定型的型片上。
为了相同的目的，根据本发明，在前序部分提供该方法，采用正性的光刻胶将光刻胶膜覆盖到未定型的型片上，将一层金属膜加到未定型的型片上，利用加到未定型的型片上的已定型的光刻胶膜作为掩膜，之后除去已定型的光刻胶膜而制成型片，其特征在于：只覆盖到未定型的型片上的所述金属膜的厚度小于已定型的光刻胶膜的厚度。
至少在目前负性的光刻胶产生更好的效果，因此它们是优选的方案。
下面将参照附图更详细说明本发明。
图1表示本发明方法的一个实施例，其中采用了负性的光刻胶；
图2表示图1的方法的变型；
图3表示所建议的方法的一个实施例，其中采用正性的光刻胶(填充工艺)。
图1中，采用了负性的光刻胶。在显影后负性的光刻胶膜的曝光区得以保留，同时那些尚未曝光区经显影后除去。按照本发明，当将负性的光刻胶膜覆盖到未定型的型片上时，原则上可直接放入注模机中，于是所述光刻胶膜成形，这样可以省略金属涂覆步骤以及电镀步骤。如果需要或有利的话，可采用几个新步骤构成和稳定该负性的光刻胶膜。如下面将介绍的，所述新步骤是短的且简单的工艺步骤，其中没有使用化合物。
术语“未定型的型片”还包括用于跟踪而带有槽或诸如所谓的预制槽的未定型的型片。
根据图2的变型方案，同样地采用负性的光刻胶，但增加了两个新步骤。将形成的负性光刻胶膜作为构成未定型的型片的蚀刻掩膜，之后除去该负性的光刻胶膜。尽管在此方案中再次引入湿蚀工艺，可是该型片的工作表面的几何结构的稳定性变得更好，特别是大批生产光盘时更有益。这种变型方案比已知方法更短和更价廉。因此可保持联机工艺。此外，要蚀刻的材料可覆盖在未定型的型片上，其厚度等于最终结构的厚度。
在图1中，符号1表示未定型的型片，符号2表示所覆盖的光刻胶膜，而已成形的光刻胶膜用符号3表示。此外，图1所示的连续的步骤如下：制备一个未定型的型片1；将负性的光刻胶覆盖到该制备的未定型型片1上；对覆盖的光刻胶烘干，以便提供光刻胶膜2；用激光对光刻胶膜2进行选择性曝光；加热该选择性曝光的光刻胶膜2；对整体曝光的光刻胶膜2显影，以便提供已定型的光刻胶膜3；和加热成形的光刻胶膜3。
制备未定型的型片1的步骤包括清洁及可能的话涂一层适于涂覆光刻胶的底漆。
在干燥步骤中光刻胶的溶剂被除去。
当制备未定型的型片1时，用甲基异丁酮冲洗过程中会发生剥落。这个问题可用乙酸乙酯代替甲基异丁酮而得以解决。
通过对负性的光刻胶进行选择性曝光，可在曝光区域内形成一层酸性物。
紧接着所述的选择性曝光之后，通过加热负性的光刻胶，使其在曝光区域里交联，同时该酸性物受到催化而起反应。
整体曝光的结果，在非曝光区也形成酸性物，其效果使没经过选择性曝光的区域和因而没有交联的区域在显影过程中将更快地溶解。
作为紧接着显影过程之后的加热步骤的结果，经曝光和交联的区域通过进一步的聚合物链的交联而加强了。
在图2中，进行图1中的同样的步骤，但不包括最后的加热步骤，代之以湿蚀步骤及光刻胶除去步骤，并且使用未定型的型片1，在其上覆盖一层金属膜4。其余的使用相同的符号。符号7表示已定型的金属膜，但在原理上这也可指未定型的型片的定型表面。
图3表示填充工艺。直到和包括选择性曝光步骤和显影步骤的所有步骤都与图1的方法类似，当然差别是图3的已成形的光刻胶膜3具有反向的结构，这是因为采用了正性的光刻胶替代了负性的光刻胶。显影之后的步骤包括选择地加金属物8，即填充步骤，以及除去已成形的光刻胶3。图3中与图1相应的部件均采用同样的符号表示，而选择性填充的金属膜用8表示。
按照图1的方法制造的型片包括光刻胶柱3，而按照图2-3的方法制造的型片包括金属柱7。当按照图1的型片制好后，可涂覆一层薄金属膜，例如铬、镍或铝，这是为了延长注模工艺中该型片的寿命。
参见附图所描述的各实施例的共同特征是将光刻胶膜2覆盖在未定型的型片1上，和该光刻胶膜2成形。在覆盖光刻胶膜2之前，为便于加工，可将未定型的型片1置于玻璃基板(图中未示出)上。涂覆的光刻胶膜2的成型可采用光刻工艺，然后对光刻胶膜2进行连续地选择性曝光和显影。当采用负性的光刻胶将该光刻胶膜2加到未定型的型片1上时，这有利于在显影前加热选择性曝光的光刻胶膜2和/或将所述光刻胶膜2整体曝光，两种工艺步骤都是为了获得一个热稳定的定型的光刻胶膜3。采用负性的光刻胶，可以使用建议的方法直接得到该型片，正如图1中有关的描述。在这种情况下，最好对已显影的光刻胶膜2加热，以便进一步热稳定已定型的光刻胶膜3。作为替换的方案，还是采用负性的光刻胶，可以对未定型的型片1进行蚀刻，以加在其上的成形的光刻胶膜3作为掩膜，当除去已定形的光刻胶膜3时得到垫片，正如图2所描述的过程。如图2所示，可将金属膜4加到未定型的型片1上，然后将光刻胶膜2加到未定型的型片1上，其厚度基本上等于最终要求的型片的高度。这可简化蚀刻过程。当采用正性的光刻胶时，将光刻胶膜2加到未定型的型片1上，所建议的方法的共同特征，其实施例如图3所介绍的，将金属膜8加到未定型的型片1上，使用加在未定型的型片1上已定型的光刻胶膜3作为掩膜，接着除去已定型的光刻胶膜3以得到型片。根据图3所示的填充工艺，金属膜8只加到未定型的型片1上，其厚度小于已成形的光刻胶膜3的厚度。
现在介绍按照图1所示的一个实施例所建议的方法的实施例。这里采用AZ RAY-PRO(制造商：Hoechst)为负性的光刻胶。这种光刻胶是用自旋工艺涂覆在厚度为300μm的空白镍层上，这个镍层通过试验粘到一个标准的8英寸CD玻璃基片上。在最后的过程中，可通过真空装置将该镍层附着在一个平坦的托架上，例如一底板上。这个光刻胶溶液的初始膜厚为120nm，并且采用乙酸乙酯作稀释剂，比例为10∶1，和自旋速度为每分钟700转结合，持续20秒。
将镍层/玻璃基片组件进行自旋干燥，在每分钟1530转的速度下持续200秒，然后将其封闭在一个保护盒内；放入一个再循环炉内加热30分钟，炉内恒温为80℃，以使所附的负性的光刻胶膜干燥。
待其冷却后，采用母片配准系统(MRS)将该组件曝光，这个系统包括EFM信号源和一个8英寸激光束配准装置(LBR)。EFM调制的激光波长为459nm，该激光被聚焦到该镍层/玻璃基片上，激光的数值孔径为0.45，所述基片在LBR的物镜下面以1.4米/秒的切线速度旋转，从而使用大约4mw的标称写入量。
紧接在曝光步骤之后，该组件和保护盒盖被水平放入自由对流炉内和以温度120℃加热60分钟。
该组件在具有向下导流的小室内冷却后，又被放入专门安排用于这个目的的一个光盒内整体曝光4分钟。其结果使镍片上的负性的光刻胶膜上的未曝光部分也被曝光。
此后，该组件放在8英寸显影系统中显影，用去矿质水冲洗15秒钟后，该组件在每分钟200转旋转速度的稀释显影液中显影，显影液和去矿质水的比例为1∶2.5。所用的碱性显影液是氢氧化钠和二磷酸四钠盐(tetra sodium diph osphate)的缓冲溶液。在用去矿质水冲洗15秒后，将该组件以每钟1530转的速度旋转脱水200秒。
曝光后以同样方法再加热和冷却，差别只是炉温设定在140℃。
最后采用传统的工艺操作将镍层从玻璃基板上分离开并加以处理，例如抛光背面和钻中心孔使成为标准的8英寸型片，放入注模机的模具中，进行批量CD复制。
在产生的CD复制盘上结合传输顺序测量进行的信号测量表明，型片上的鼓凸形态没有出现关于这些复制片的复制质量的任何不可克服的问题。
根据这种测量和附加的视觉测量，包括自动加力测量(AFM)，过程参数可进一步优化，以提高型片的质量，其中包括信号质量和在特殊模压条件下的耐久性。在这种结构中进行的试验将在下面描述。
采用负性的光刻胶，其厚度范围为120～180nm，因而得到最佳效果的膜厚为180nm。
关于加热温度试验，范围为60～110℃，持续时间为20～40分钟，因而当使用温度为80℃时得到最佳效果。
关于数值孔径，使用的范围为0.3～0.5，当选择高数值孔径时，信号质量仅略有提高。
曝光步骤后用于加热的温度范围为85～125℃，持续25～60分钟，则在接近临界的温度和115℃的温度时产生最佳效果。
在稀释的NaOH试验中进行显影，时间范围30～50秒，较佳的显影周期为40～50秒。
显影之后用于加热步骤的温度和时间范围分别是120℃～160℃和15～45分，所述范围中的温度160°和所述时间范围内的较低值时产生最佳效果。
结果如下：
抖动(JITTER)     17ns
XT               18％
I1               4.5％
I2               45％
当实验是在各参数所选范围内的最佳值下进行，但显影之后的加热温度为185℃时，在注模机内用所述型片可生产2000张盘片，而该型片并未出现任何损伤。
不言而喻，加热步骤也可采用不同方式实现，例如利用所谓“电炉”。
为了再现性的原因，需要进行显影。与制造母片时所用的显影步骤比较，所用的显影曲线看来大不相同，因为在所建议的型片的显影工艺中已除去了各岛区。以常规的过程中测量激光束的传输过程(零和第一阶)，由于基片是透明的，同时采用建议的方法通过激光束的反射测出衍射光的密度，因而所测的衍射光密度通过第一阶中的最大值。通过减少以确定的百分比如10～20％的预定最大值在显影中测得的衍射光的密度的减少形成显影中止标准，这还意味着可以用一个二极管替代两个二极管来测量所述密度，和当更多的光用于写入步骤时，这并不意味着需要缩短的显影时间，与常规的方法相反，这里反而需要更长的显影时间。利用传统的过程，显影中止标准由第一阶值和零阶值之间比率确定。
值得注意的是，在该显影之后的加热工艺看来在低温下持续较短时间，而在高温下持续较长时间。这看来是相反的，主要由于采用负性的光刻胶取代了正性的光刻胶。
最后还应注意到，在具有塑料柱的镍型片结构情况下和由定型的镍型板构成的型片的情况下，型片重放设备的读出是不同的。

Claims (10)

1.一种制造光盘的型片的方法，将负性光刻胶膜加到一个未定型的型板上，和将所加的光刻胶膜成型，因而施加的光刻胶膜的所述成型步骤包括对所加的光刻胶膜选择性曝光和显影，其特征在于：所述的方法直接得到包括其上具有定型光刻胶膜的未定型的型板的型片。
2.一种制造光盘的型片的方法，将负性光刻胶膜加到一个未定型的型板上，将所加的光刻胶膜成型，因而施加的光刻胶膜的所述的成型步骤包括对所加的光刻胶膜选择性曝光和显影，其中采用所加的已定型光刻胶膜作为掩膜，对所述的未定型的型板蚀刻，然后除去该已定型的光刻胶膜以制成型片，其特征在于所述的未定型的型板是一种金属板。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，在将光刻胶膜加到未定型的型板之前，加一层金属膜，其厚度基本上等于该型片所要求的结构高度，和蚀刻所述的金属膜而不蚀刻所述的未定型的型板。
4.根据权利要求1、2或3的任一项的方法，其特征在于在涂覆所述光刻胶膜之前，将所述未定型的型板放在一个平坦的载体上。
5.根据权利要求1、2或3的任一项的方法，其特征在于，施加的光刻胶膜的所述成型还包括对该选择性曝光后的光刻胶膜加热的步骤。
6.根据权利要求1、2或3的任一项的方法，其特征在于，施加的光刻胶膜的所述成型还包括在对所述光刻胶膜显影之前进行所述的光刻胶膜整体曝光的步骤。
7.根据权利要求1、2或3的任一项的方法，其特征在于，对已选择性曝光的光刻胶膜进行显影，其包括测定从已选择性曝光的光刻胶膜发出的光束的反射而产生的衍射光的强度，测定在第一阶中所测得的衍射光强度的最大值，并当测定的衍射光的强度为低于第一阶的衍射光的测定强度的最大值选定的百分比时，停止光刻胶膜的显影。
8.根据权利要求1、2或3的任一项的方法，其特征在于，施加的光刻胶膜的所述的成型还包括在所述光刻胶膜显影之后加热该光刻胶膜。
9.根据权利要求1、2或3的任一项的方法，其特征在于，型片表面包括在施加的光刻胶膜成型后，施加的光刻胶膜进行金属电镀。
10.一种制造光盘的型片的方法，将光刻胶膜加到一个未定型的型板上，和将所加的光刻胶膜成型，因而施加的光刻胶膜的所述成型的步骤包括对所加的光刻胶膜选择性曝光和显影，以及采用正性的光刻胶，将所述光刻胶膜加到所述未定型的型板上，采用在未定型的型板上成型的光刻胶膜作为掩膜，将一层金属膜加到未定型的型板上，和随后除去已成型的光刻胶膜以产生该型片，其特征在于所述金属膜只加到未定型的型板上，其厚度小于已定型的光刻胶膜的厚度。
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