CN1174402C - 用来制作压模的电极材料和薄膜 - Google Patents

用来制作压模的电极材料和薄膜 Download PDF

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Abstract

提供了一种用来制作压模的材料，它不存在由与抗蚀剂材料中所含电子吸引原子团反应所造成的压模质量降低。制作在图形化抗蚀剂膜2表面上的用来电铸压模材料的电极，由含有作为主要成分的元素Ni和小于25%重量比的添加元素Ru的镍合金薄膜3组成。

Description

用来制作压模的电极材料和薄膜
技术领域
本发明涉及到用来制作压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极；本发明还涉及到用来制作压模的电极材料。
背景技术
CD和DVD之类的光盘是用称为压模的母盘大量产生的。图8示出了常规的压模制造方法。首先，如图8A所示，用甩涂或其它工艺，在玻璃衬底101上制作光抗蚀剂膜102，然后如图8B所示，用激光束对光抗蚀剂膜102进行曝光，从而形成潜像102a。对光抗蚀剂膜102进行显影，从而形成图8C所示的具有沟槽102b的图形。然后如图8D所示，用溅射、汽相淀积、或其他方法，在光抗蚀剂膜102和玻璃衬底101的表面上制作镍薄膜103。接着，如图8E所示，用镍薄膜103作为电极，在镍薄膜103表面上进行镍电铸，从而形成镍层104。如图8F所示，将镍层104从玻璃衬底101分离，并例如对图8F的镍层104的上表面进行抛光，从而得到压模104A。
在光盘中要求更高的记录密度。为了满足将来预期的在12cm直径的光盘中确保几十GB以上存储容量的高记录密度的要求，无法使用常规的激光束刻槽方法，从而注意到使用电子束的电子束刻槽作为替代激光束刻槽的方法。比之常规激光束刻槽方法，根据电子束刻槽方法能够制作清晰度更高的图形。
然而，为了电子束刻槽，必须改进抗蚀剂材料的电子吸收灵敏度，并在抗蚀剂材料中加入氯、硫或氟之类的吸引电子的原子团。但在镍电铸过程中，抗蚀剂材料中的电子吸引原子团和镍薄膜相互反应，镍薄膜受到损伤，从而降低压模的质量。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用来制作压模的薄膜，它不会由于与抗蚀剂材料中所含电子吸引原子团反应而降低压模的质量，并提供一种用来制作压模的电极材料。
用来制作本发明的压模的电极材料，是用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极材料，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Ru。
根据上述这种电极材料，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。而且形成平整度极好的电极，从而可以提高光盘的信噪比。
用来制作本发明的压模的电极材料，是用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极材料，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Cu。
根据上述这种电极材料，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。
用来制作本发明的压模的电极材料，是用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极材料，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素P。
根据上述这种电极材料，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。
用来制作本发明的压模的电极材料，是用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极材料，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Mg。
根据上述这种电极材料，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。
用来制作本发明的压模的电极材料，是用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极材料，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Cr。
根据上述这种电极材料，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。而且形成平整度极好的电极，从而可以提高光盘的信噪比。
用来制作本发明的压模的电极材料，是用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极材料，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Au。
根据上述这种电极材料，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。
用来制作本发明的压模的电极材料，是用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极材料，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Si。
根据上述这种电极材料，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。
用来制作本发明的压模的电极材料，是用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极材料，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Ti。
根据上述这种电极材料，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。
用来制作本发明的压模的材料，是用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极材料，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Ag。
根据上述这种电极材料，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。而且形成平整度极好的电极，从而可以提高光盘的信噪比。
用来制作本发明的压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Ru。
根据上述这种薄膜，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。而且形成平整度极好的电极，从而可以提高光盘的信噪比。
用来制作本发明的压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Cu。
根据上述这种薄膜，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。
用来制作本发明的压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素P。
根据上述这种薄膜，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。
用来制作本发明的压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Mg。
根据上述这种薄膜，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。
用来制作本发明的压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Cr。
根据上述这种薄膜，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。而且形成平整度极好的电极，从而可以提高光盘的信噪比。
用来制作本发明的压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Au。
根据上述这种薄膜，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。
用来制作本发明的压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Si。
根据上述这种薄膜，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。
用来制作本发明的压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Ti。
根据上述这种薄膜，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。
用来制作本发明的压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料表面上的电极，其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Ag。
根据上述这种薄膜，由于其中的Ni与抗蚀剂材料中所含的电子吸引原子团之间的反应被抑制，故能够防止压模质量降低。而且形成平整度极好的电极，从而可以提高光盘的信噪比。
附图说明
为了易于理解本发明，附图中的参考号括在括弧中，但必须注意，本发明不仅仅局限于所述各个实施方案。
图1A-1F示出了利用制作压模的薄膜来制造用以制作光盘的压模的工艺，其中图1A剖面图示出了涂敷抗蚀剂的状态，图1B剖面图示出了形成潜像的状态，图1C剖面图示出了显影之后的状态，图1D剖面图示出了形成镍合金薄膜之后的状态，图1E剖面图示出了形成镍层的状态，而图1F剖面图示出了压摸。
图2示出了利用制作压模的薄膜来制造用以制作光盘的压模的工艺的细节。
图3示出了利用制造光盘的压模来制造光盘的工艺。
图4示出了纯Ni薄膜和Ni合金薄膜在氯化钠水溶液中的抗高温性与抗湿性加速测试结果。
图5示出了Ni合金薄膜在氯化钠水溶液中的抗高温性和抗湿性加速测试结果。
图6示出了利用光盘镜面区再生信号的光盘噪声测量方法。
图7示出了光盘噪声测量结果。
图8A-8F示出了利用制作压模的薄膜来制造用以制作光盘的压模的常规工艺，其中图8A剖面图示出了涂敷抗蚀剂的状态，图8B剖面图示出了形成潜像的状态，图8C剖面图示出了显影之后的状态，图8D剖面图示出了形成镍合金薄膜之后的状态，图8E剖面图示出了形成镍层的状态，而图8F剖面图示出了压摸。
具体实施方式
下面参照图1A-图7来描述本发明的用来制作压模的薄膜的优选实施方案。图1A-1F剖面图示出了利用制作此实施方案压模的薄膜来制造用以制作光盘的压模的工艺，而图2示出了此工艺的细节。
首先，如图1A和图2所示，对玻璃衬底1进行抛光和清洗，并利用甩涂或其它方法，在玻璃衬底1上形成电子束抗蚀膜2。对电子束抗蚀膜2进行预烘焙，并如图1B所示，用电子束对电子束抗蚀膜2进行曝光，从而形成潜像2a(图2中的“信号记录”)。对电子束抗蚀膜2进行显影，从而形成图1C所示的沟槽2b，并对电子束抗蚀膜2进行后烘焙。
接着，如图1D所示，用溅射、汽相淀积、或无电镀方法，在电子束抗蚀膜2和玻璃衬底的表面1上制作镍合金薄膜3。稍后描述镍合金薄膜的材料。
如图1E所示，用镍合金薄膜3作为电极，在镍合金薄膜3的表面上进行镍电铸，从而形成镍层4。如图1F所示，从玻璃衬底1分离镍层4，并例如对图1F中的镍层4的上表面进行抛光，从而得到母压模4A。顺便说一下，可以用电铸方法制作镍合金层，并用分离的镍合金层代替镍层4作为压模。
如图2所示，借助于用电铸方法在母压模4A上再次涂敷镍，得到反型的子压模。进一步，借助于用电铸方法在子压模上涂敷镍，得到与母压模同型的次子压模。
图3示出了利用母压摸4A或次子压模来制造光盘的工艺。如图3所示，在利用压模注入模塑物之后，制作反射膜和保护膜，从而制得光盘。图3中的工艺与通常的制造工艺相同，故略去详细描述。
镍合金薄膜的材料是一种镍合金，它包含作为主要成分的元素镍，并加入小于50％重量比的下列元素之一：Ru、Cu、P、Mg、Cr、Au、Si、Ti、Ag。在本实施方案中，借助于用含有至少上述元素之一的镍合金来形成镍合金薄膜3，能够防止用电铸方法制作镍层4时损伤镍合金薄膜3。
在镍合金薄膜3的材料中，至少加入P、Mg、Si中的一种元素，而当这些元素的含量小于25％重量比时，这些元素不与主要成分Ni反应，除非被加热到至少大约400-500℃。此外，在薄膜状态下，P、Mg、或Si淀积在Ni的晶粒边界上，并与氧键合而在非惰性的其它气氛中被氯化。此时，在合金薄膜主要由Ni组成的状态下，加入的P、Mg、或Si的氧化膜不仅淀积在Ni晶粒边界上，而且也淀积在薄膜表面上。结果，淀积在薄膜表面上的表面氧化膜成为非导体，对于进入的活泼金属或非金属元素与Ni之间的反应起势垒材料的作用，且已经证实Ni合金的耐老化能力得到了提高。然而，诸如P、Mg、或Si之类的添加的元素可能与氧和与其它活泼的非金属元素键合，因此，若添加过量，反而会降低耐老化能力。因此，添加小于25％重量比看来是适当的。
同样，当Ti加入到主要成分Ni中时，除了当也在高温气氛中加热由反应形成化合物外，Ti淀积在Ni晶粒边界上。这种Ni与Ti的合金不形成非导体，但由于Ti在氯中稳定，故能够抑制活泼元素渗入到Ni晶粒中或化学反应，从而看来可防止Ni晶粒上的化学反应。
当Cu或Au被加入Ni时，证实了一种稳定而完全的固溶体。此时，加入的元素Cu和Au的抗氯性都极好，因而与固溶体中的Ni原子键合，从而形成主要成分Ni晶体结构的畸变。在这种Ni固溶体合金中，由于与氯的键合性质依赖于加入的元素而被减弱，故在存在氯时不总是在任何情况下都稳定。根据实验，在这种固溶体中不形成氯化。
而且，借助于将Ru、Ag、或Cr加入Ni，形成特定含量的固溶体，至少小于10％重量比，并已证实与加入Cu或Au时相同的固溶体。当加入10％重量比以上的Ru、Ag、或Cr时，超过了固溶限，整个加入的含量不溶解，而是Ru、Ag、或Cr淀积在固溶体的晶粒边界上。然而，在此情况下，比之纯Ni，也提高了抗氯化能力。
而且，Ni与Ru、Ag和Cr之一组成的合金薄膜不仅改进了抗氯化能力，而且提高了薄膜的平整度。薄膜的平整度已经在用这种合金薄膜制作的压模所制造的光盘的重放信号特性中得到证实。当加入的Ru、Ag、或Cr凝固形成固溶体时，已经证实主要成分Ni的晶体结构被畸变成微小薄膜颗粒。而且，在超过固溶限的组分组成的Ni合金中，有可能抑制Ni固溶体合金晶粒的生长，且存在于晶粒边界中的添加元素的非凝固添加含量可以被认为能够促进应力弛豫。
实施方案所述的镍合金的组合物，在延展性和可加工性方面与纯Ni同样优异，还具有抗氯化能力和抗溴化能力，因而可用于各种用途以及由于纯Ni可能与氯或溴反应的特性而迄今受到限制的各种应用技术。
实施例
制备Ni以及添加金属Ru、Cu、P、Mg、Cr、Au、Si、Ti、和Ag的溅射靶，特定元素的溅射靶与Ni被置于射频磁控溅射装置中，并在石英衬底上制作薄膜。溅射靶的直径为3英寸(7.62cm)，厚度为5mm，而溅射靶到衬底的距离约为90mm。在利用对Ni和特定元素溅射靶馈送射频功率而控制金属原子的发射量的情况下，二种金属同时被堆积在衬底上。作为薄膜制作条件，最终真空度为3×10-5Pa，而制作薄膜时的气压为0.7-1Pa。依赖于合金的组成，射频馈送功率的变化范围为100-500W。于是，Ni-Ru合金薄膜、Ni-Cu合金薄膜、Ni-P合金薄膜、Ni-Mg合金薄膜、Ni-Cr合金薄膜、Ni-Au合金薄膜、Ni-Si合金薄膜、Ni-Ti合金薄膜、Ni-Ag合金薄膜就被制作在衬底上。在各个合金中，Ru、Cu、P、Mg、Cr、Au、Si、Ti、和Ag的含量在1％、5％、10％、20％和25％这5种浓度中变化。作为参考，用相同的装置在衬底上制作纯Ni薄膜(见图4和图5)。
具有用上述方法堆积在其上的薄膜的石英衬底，被浸入氯化钠水溶液中停留一定时间，图4和图5示出了观察到的随时间的改变。氯化钠水溶液中所含氯化钠的体积比是5％，而在不加热的常温下，石英衬底被浸入水溶液中大约96小时。停留96小时之后，用肉眼观察薄膜随时间的改变，并用光谱仪检查薄膜的反射率之类的光学特性，以及评估薄膜的表面状态改变。
结果，当纯Ni被浸入氯化钠水溶液中时，端部由于氯化反应而发黑。此外，由于抗高温和抗湿性加速测试，除了端部发黑之外，可看到薄膜剥离。
相反，在Ni-Ru合金、Ni-Cu合金、Ni-P合金、Ni-Mg合金、Ni-Cr合金、Ni-Au合金、Ni-Si合金、Ni-Ti合金、和Ni-Ag合金中，氯化反应被总体抑制，抗高温和抗湿性加速测试引起的改变也得到控制。然而，在Ni-25％重量比Ru、Ni-25％重量比Cu、Ni-25％重量比Mg、Ni-25％重量比Cr、Ni-25％重量比Au、和Ni-25％重量比Si中，由于浸入氯化钠水溶液中，可观察到端部的轻微发黑。在其它的合金薄膜中，未观察到改变。而且，在Ni-20％重量比Ru、Ni-25％重量比Ru、Ni-20％重量比Cu、Ni-25％重量比Cu、Ni-20％重量比P、Ni-25％重量比P、Ni-25％重量比Cr、和Ni-25％重量比Si中，由于抗高温和抗湿性加速测试，可观察到端部的轻微发黑。
图6示出了利用光盘镜面区重放信号的光盘噪声测量方法，而图7示出了测量结果。如图6所示，抗蚀剂层12被制作在玻璃衬底11上，并在其上制作纯Ni薄膜和Ni-5％重量比Ru薄膜13作为电极材料，从而制备了测量用的母盘。如图7所示，用薄膜13作为反射层，以3m/s的线速度旋转测量用母盘，用通过透镜14的光束从玻璃衬底11的侧面照射，并接收从抗蚀剂层12与薄膜13的界面反射的光。在反射光中，1MHz分量的电平被测量作为噪声分量，结果示于图7。如图7所示，在使用纯Ni作为薄膜13材料的情况下，光盘噪声为-74.3dB，而在使用Ni-5％重量比Ru作为薄膜13材料的情况下，光盘噪声为-79.7dB。因此，比之纯Ni的情况，在Ni-5％重量比Ru的情况下，信噪比改善了5dB以上。这一结果表明，Ni-5％重量比Ru薄膜的平整度优于纯Ni的平整度，呈现出作为制造母盘的材料的优异适应性。

Claims (18)

1.一种用来制作压模的电极材料，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)的材料，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Ru。
2.一种用来制作压模的电极材料，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)的材料，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Cu。
3.一种用来制作压模的电极材料，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)的材料，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素P。
4.一种用来制作压模的电极材料，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)的材料，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Mg。
5.一种用来制作压模的电极材料，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)的材料，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Cr。
6.一种用来制作压模的电极材料，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)的材料，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Au。
7.一种用来制作压模的电极材料，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)的材料，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Si。
8.一种用来制作压模的电极材料，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)的材料，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Ti。
9.一种用来制作压模的电极材料，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)的材料，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Ag。
10.一种用来制作压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Ru。
11.一种用来制作压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Cu。
12.一种用来制作压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素P。
13.一种用来制作压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Mg。
14.一种用来制作压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Cr。
15.一种用来制作压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Au。
16.一种用来制作压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Si。
17.一种用来制作压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Ti。
18.一种用来制作压模的薄膜，用作形成在图形化抗蚀剂材料(2)表面上的电极(3)，用来电铸压模材料，
其中元素Ni是主要成分，并加入1％-25％重量比的元素Ag。
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