CN1153200C - 金属模具和光盘及它们的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制造光盘基体的方法，在要作为主盘(10)的基体(1)上形成由低硬度材料制成的涂层，低-硬度材料的硬度低于金属模具突起(4c)的金属的硬度；在低-硬度材料上形成作为蚀刻掩膜的掩膜(3)的的图形；在基体的厚度的方向上至少部分的蚀刻未被低硬度材料的掩膜覆盖的非-遮掩的部分(2c)；在蚀刻后，去除掩膜，从而获得主盘；在主盘上形成金属部分；及将金属部分与主盘相分离，从而获得金属模具。

Description

金属模具和光盘及它们的生产方法
技术领域
本发明涉及金属模具的生产方法及其生产的模具，及使用所生产的模具和光盘制造光盘基体的方法。光盘的基体用于CD(压缩光盘)，DVD(数字通用光盘)-ROM，DVD-RAM等。
背景技术
下面将描述用于生产光盘基体的传统的方法。
在“通过电研究磁学会议的材料(29-37页)”中揭示了一种传统的光盘的生产方法的一个实例，该方法是基于深槽方法的生产高记录-密度光盘。在上述的材料中描述了对于主盘(master)使用干蚀的方法。
图4A-4F示出通过干蚀生产主盘的传统的生产工艺。在图4A-4F中，31a为作为主盘的石英基体，32为通过使用激光切割机进行曝光和清洗所形成的作为蚀刻掩膜的光刻胶的图形。31b为在干蚀后去除掉光刻胶的石英基体。34为有Ni形成的模具，其包含通过溅射形成的Ni涂层34a和通过电镀形成的Ni主体部分34b。35为通过由聚碳酸脂模制而成的光盘基体。
下面将描述在光盘基体的生产方法中通过使用干蚀生产主盘的工艺。
首先，通过旋转涂敷工艺(即所谓的旋涂工艺)在石英基体31a上形成140nm厚的光刻胶。通过激光切割机曝光光刻胶以形成槽和凹坑的图形，并显影，从而获得图4A中所示的光刻胶32的图形。在将光刻胶32的图形作为掩膜的情况下，通过使用包括氧和氟的气体(即CHF3和O2的混合气体)将石英基体蚀刻到70nm的深度。此后去除光刻胶的图形，从而获得如图4B中所示的表面上具有凹凸结构的石英基体31b。在石英基体31b上形成的凹陷部分形成光盘基体35上的槽和坑。在清洗完石英基体31b后，通过溅射在石英基体31b的整个表面上形成厚度为50nm的Ni涂层34a。在图4C中，通过电镀在Ni涂层34a的整个表面上镀上0.4mm厚的Ni，从而形成Ni主体部分34b。通过去除石英基体31b而形成图4D中的Ni模具34。通过使用Ni模具34作为模具，可模制出图4E和4F中所示的光盘基体35。在基体35上形成记录膜和保护膜，然后通过用胶将两个基体35的每个保护膜黏结而形成光盘。
在上述的传统的方法中，当将Ni模具34与具有通过干蚀所形成的槽和坑的石英基体31b相分离时，由于石英基体31b和Ni模具34之间的热膨胀系数的不同及Ni涂层34a的内应力而在凹陷36和凸起37处石英基体31b和Ni模具34之间会产生摩擦，如图4D中所示的，由于石英和Ni之间的硬度的不同而在模具34的表面上导致形成突起38。模具34的表面的形状最终被转换到光盘基体35上，形成在记录和再现时引入噪声的凹陷39。此外，当通过干蚀加工石英基体以形成用于形成槽和坑的突起37和凹陷36时，由于是通过干蚀的时间控制凹陷36的深度，从而无法期望很高的深度的精确度，且蚀刻表面的均匀度和蚀刻的可重复性也不稳定，结果导致不规则的噪声特性。
到目前为止所使用的生产光盘的不同的方法中，是在石英基体上的光刻胶图形上直接形成Ni模具。然而，很难形成与光刻胶的精细图形相一致用于获得高-密度的记录的长方形的光刻胶的图形，与此同时，被加工图形的光刻胶涂层的表面不光滑，而是粗糙的。因此，同样在此方法中噪声的特性变的很差。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种金属模具的生产方法及金属模具，及通过使用金属模具的光盘基体的生产方法和通过此方法生产的光盘，其可精细的形成槽，或具有高密度的光盘基体的槽和坑，从而可获得大容量的光盘，并降低噪声的水平。本发明的进一步的目的是提高形成槽深度的精确度或提高槽或坑的重复性。
为了实现上述的目的，根据本发明的第一方面，用于制造金属模具的方法包含如下的步骤：
一种生产金属模具的方法，其特征在于包含：
在要作为主盘(10)的硅基体(1)上形成由本质上由聚酰亚胺或丙烯酰基组成的树脂材料制成的涂层；
在所述树脂材料上形成掩膜(3)的图形；
蚀刻未被所述树脂材料的掩膜覆盖的非-遮掩的部分(2c)；
在蚀刻后，去除掩膜，从而获得主盘；
在主盘上形成金属部分；及
将金属部分与主盘相分离，从而获得金属模具。
此外，在基体的厚度的方向上可完全去除非-遮掩的部分，从而露出基体的光滑的表面，由此光滑的表面形成突起的光滑的顶面。
此外，在主盘的基体上形成的树脂材料的厚度对应于使用金属模具生产的光盘基体的槽或坑的深度。
根据本发明的第一方面，所述树脂，即低-硬度材料的硬度低于形成金属模具的突起的金属的硬度，因此当与主盘分离时可防止金属模具裂开或产生疤痕。因此，可在光盘基体中形成具有高精细度的槽或凹坑。当即使对槽或对光盘基体的槽或坑也提供低硬度材料时，在不蚀刻基体的情况下通过选择低硬度材料或蚀刻气体或蚀刻方法可选择蚀刻低硬度材料，从而可增强槽深度的均匀性，或增强槽或坑的整个底面的槽或坑的均匀性和增强形成槽或槽和坑的可重复性。可提高槽或槽和坑的深度的精确性，从而可生产具有很好重复性的光盘基体。
此外，根据本发明的第二方面，所提供的金属模具是通过使用本发明的第一方面的制造方法而形成的。
此外，根据本发明的第三方面，所提供的制造光盘基体的方法包含：使用本发明的第二方面的金属模具模制树脂以形成光盘基体。
另外，根据本发明的第四方面，所提供的光盘基体是根据本发明的第三方面的用于光盘基体的方法经模制树脂而形成的。
附图说明
通过下面的结合相应附图的对本发明的最佳实施例的详细描述会对本发明的上述的和其它的目的和优点有更清楚的了解，其中相同的部分用相同的标号进行表示。
图1A，1B，1C，1D，1E和1F为根据本发明的第一实施例的光盘基体的生产工艺的示意图；
图2A，2B，2C，2D，2E和2F为根据本发明的第二实施例的光盘基体生产工艺的示意图；
图3为光盘的截面图；
图4A，4B，4C，4D，4E和4F为根据传统实例的用于光盘的生产工艺的示意图。
具体实施方式
在描述本发明的工艺之前，需注意的是，在相应的附图中用相同的标号表示类似的部分。
下面将描述金属模具的生产方法和通过此方法形成的模具，及通过使用金属模具制造光盘基体的生产方法及通过使用根据本发明的实施例的生产方法生产的光盘。
实施例1
在图1A-1F中，各个标号分别表示：1为作为主盘底座的用于金属模具4的硅基体；2为对应于低硬度材料的通过旋涂方法形成的厚度为100nm的有机材料的丙烯酸涂层；2a为进行完干蚀后的丙烯酸涂层；3为借助激光切割机通过曝光和显影用于形成作为蚀刻掩膜图形的光刻胶材料；4为金属模具，其包含通过溅射所形成的对应于金属涂层的Ni涂层4a和通过电镀所形成的对应于金属主体的Ni主体部分4b；及5为模制聚碳酸脂而形成的光盘基体。
下面将参考图1A-1F对如上所述的光盘基体的生产方法的工艺过程进行详细描述。
在将主要构成丙烯酰基的树脂材料被施加到硅基体1上后，其中硅基体1借助所谓的旋涂方法通过离心力将丙烯酸树脂材料施加到硅基体1的整个表面上。通过使用炉或热板通过热处理烘干丙烯酸树脂材料。在硅基体1上最终形成100nm后的丙烯酸涂层2。丙烯酸涂层2可通过多种的方法形成，并不限于上述的旋涂方法，只要获得具有均匀厚度的涂层即可。此后，通过旋涂方法在丙烯酸涂层2上形成光刻胶材料的光刻胶膜，通过激光切割机进行曝光以形成槽的图形，或槽图形和坑图形，并进行显影，从而获得图1A中所示的光刻胶材料的光刻胶图形3。正如在日本专利No.2623672中所揭示的，通过使用光刻胶图形3作为蚀刻掩膜，丙烯酸涂层2中的未被光刻胶图形3所覆盖的部分2c通过使用包含氧气和氟(例如氧气和CHF3的混合气体)的气体所进行的干蚀而被蚀刻。通过用甲基异丁基甲酮溶液去除掉光刻胶材料并用异丙基乙醇清洗丙烯酸涂层2。结果，形成图1B中所示的表面具有突起和凹陷的丙烯酸涂层2a。将由此形成的具有丙烯酸涂层2a的硅基体作为主盘10。然后，通过溅射在硅基体1上形成的丙烯酸涂层2a的整个表面上形成50nm厚的Ni涂层4a。然后通过电镀将0.4mm厚的Ni镀到Ni涂层4a的整个表面上，从而如图1C所示，整体形成具有Ni涂层4a的Ni主体部分4b。在图1D中，作为金属部分的Ni元件(即Ni涂层4a和Ni主体部分4b的整个部分)被与主盘10相分离，以获得Ni模具4。此Ni模具4具有对应于丙烯酸涂层2a的凹陷和突起所形成的突起4c和凹陷4d。突起4c形成槽，或槽和坑，而凹陷4d在光盘基体5上形成接合区(槽脊)。由于此时丙烯酸涂层2的部分有时与Ni模具4的表面相黏结，因此通过使用氧气借助等离子体抛光清洗Ni模具4的表面，以去除剩余的丙烯酸涂层。Ni模具4被用作模具用于模制聚碳酸脂的光盘基体5，如图1E和1F所示。如图3中所示，在基体5上形成记录膜51，保护膜52和反射膜54。作为成品的图3中所示的光盘55是通过用黏结剂53在具有记录膜51的基体5和不具有记录膜51的另外一个基体5之间进行黏结而形成的。在图3中所示的另外一个光盘55中，另外一个基体5不具有记录膜51。然而，另一个记录膜可具有记录膜51，保护膜52和反射膜54。
根据上述的实施例1，当Ni模具4与主盘10分离时，可防止Ni模具4裂开或在其表面上具有痕迹，这是因为主盘10的表面是由硬度低于Ni模具4的Ni的丙烯酰基制成。因此，在精细形成槽，或光盘基体5的槽或坑的情况下，可增大光盘的容量并可降低噪声。
实施例2
下面将参考图2A-2F描述本发明的实施例2。
在图2A-2F中，与上述的实施例1的不同之处在于，丙烯酸涂层2的厚度被设定等于槽或槽和坑的深度，而其它的地方保持不变。
下面将参考图2A-2F描述光盘基体的生产方法的程序。
在通过旋涂方法将丙烯酰基施加到硅基体1上后，烘干丙烯酰基，从而在硅基体1上形成厚度等于槽或槽和坑的设计厚度的丙烯酸涂层2，即70nm。通过旋涂方法在丙烯酸涂层2上形成保护膜材料的光刻胶膜，然后通过激光切割机进行曝光和显影形成槽图形，或槽和坑图形。其结果，获得图2A中所示的保护材料的光刻胶图形3。通过使用氧-基气体的干蚀选择蚀刻丙烯酸涂层2的未被掩盖的部分2c从而使其基本上与作为基底的硅基体1的光滑表面齐平。此时，上述的保护膜图形被用作蚀刻掩膜。此后通过甲基异丁基甲酮溶液去除掉保护膜材料3，并用异丙基乙醇溶液进行清洗，由此获得图2B中所示的丙烯酸涂层2的图形2b。接着进行与实施例1的图1C-1F中所示对应步骤相同的图2C到2F中的步骤。由于包含氟原子的气体会腐蚀基体1的硅，所以使用氧基的气体，从而在平滑表面1a上形成粗纹。结果，无法获得满意的槽，或槽和坑的设计深度。
如上所述，根据实施例2，由于主盘10的表面是由硬度低于Ni模具4的Ni的丙烯酰基制成，当与主盘10分离时，可消除掉Ni模具4的裂纹和突起。因此，可形成精细的槽或光盘基体5的槽和坑，从而可增大光盘的容量并可降低噪声。另外，不包含氟的氧基气体只可保证选择蚀刻丙烯酸涂层2而不会蚀刻硅基体1。如图2D中所示，通过硅基体1的光滑表面1a使得Ni模具4的每个突起4c的顶面4e也相应的变得光滑。选择蚀刻同样通过所施加的丙烯酸涂层厚度用于控制槽或光盘基体5的槽和坑的深度，而对均匀度的变化和蚀刻时间及蚀刻速度的变化不会产生负面的影响。因此，在维持硅基体1的表面1a的平滑精确度和好的重复性的情况下可增强所形成的槽或槽和坑的深度的精确度。
在上述的实施例中，虽然主要构成丙烯酰基的树脂材料被用作有机涂层，类似的可同样使用诸如聚酰亚胺树脂的有机树脂材料。然而，树脂材料并不限于上述的材料。类似的，通过使用硬度低于金属模具的低硬度材料可获得同样的效果，其硬度足以保证金属模具的形成过程并防止在金属模具与低硬度材料分离时金属模具的突起产生变形。另一方面，虽然Ni被作为构成金属模具的金属的一个实例，金属并不限于Ni，即，可使用硬度足以作为模具的金属和其它的材料并当与低硬度材料分离时可防止突起的变形。
正如上述的实施例所述的，主盘10的基体并不限于硅基体1。石英基体，玻璃基体或类似的光滑表面的基体都可被使用。
在上述的本发明中，在主盘的基体上形成具有凹陷和突起图形的金属模具且其由硬度低于金属模具的金属部分的材料构成。因此，当金属模具与主盘分离时，在金属模具的表面不会产生裂缝及痕迹。相应的，使用此金属模具生产的光盘基体包含高精度的精细的槽或槽和坑，从而是光盘的容量增大并可降低噪声。此外，在保持主盘的基体表面的光滑精确度的同时可获得高深度精度的槽，或槽和坑，因此生产具有很好重复性的光盘基体。
虽然已经结合相应的附图及实施例对本发明的最佳实施例进行了描述，需注意的是，对本领域的技术人员而言可作各种的变化和修改。但这些变化和修改都不脱离由所附的权利要求所包含的范围。

Claims (12)

1.一种生产金属模具的方法，其特征在于包含：
在要作为主盘(10)的硅基体(1)上形成由本质上由聚酰亚胺或丙烯酰基组成的树脂材料制成的涂层；
在所述树脂材料上形成掩膜(3)的图形；
蚀刻未被所述树脂材料的掩膜覆盖的非-遮掩的部分(2c)；
在蚀刻后，去除掩膜，从而获得主盘；
在主盘上形成金属部分；及
将金属部分与主盘相分离，从而获得金属模具。
2.根据权利要求1所述的金属模具的生产方法，其特征在于基体的厚度的方向上完全去除所述树脂材料的未被掩盖的部分以便于露出基体的光滑表面(1a)，致使该光滑表面构成金属模具处的突起的光滑顶面(4e)。
3.根据权利要求2所述的金属模具的生产方法，其特征在于形成在主盘的基体上的所述树脂材料的厚度对应于使用金属模具生产的光盘基体的槽或坑的深度。
4.根据权利要求1所述的金属模具的生产方法，其特征在于使用包含氧气的气体通过干蚀去除未被掩盖的部分。
5.根据权利要求3所述的金属模具的生产方法，其特征在于使用包含氧气的气体通过干蚀去除未被掩盖的部分。
6.根据权利要求1所述的金属模具的生产方法，其特征在于使用加入了氟原子的包含氧气的气体通过干蚀去除未被掩盖的部分。
7.根据权利要求3所述的金属模具的生产方法，其特征在于使用加入了氟原子的包含氧气的气体通过干蚀去除未被掩盖的部分。
8.根据权利要求1所述的金属模具的生产方法，其特征在于金属模具的金属部分由Ni涂层和Ni主体部分构成，通过溅射将Ni涂层形成在具有图形的主盘的基体上的图形上，然后通过Ni电镀将Ni主体部分形成在Ni涂层上。
9.根据权利要求3所述的金属模具的生产方法，其特征在于金属模具的金属部分由Ni涂层和Ni主体部分构成，通过溅射将Ni涂层形成在具有图形的主盘的基体上的图形上，然后通过Ni电镀将Ni主体部分形成在Ni涂层上。
10.一种金属模具，其特征在于其是通过使用根据权利要求1所述的金属模具的生产方法而制成的。
11.一种光盘基体的生产方法，其特征在于包含利用权利要求10所述的模具模制树脂以形成光盘基体。
12.一种光盘，其特征在于其是使用根据权利要求11所述的光盘的制造方法由树脂制成的。
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