CN1777841A - 光刻工艺、压模、该压模的使用以及光学数据存储介质 - Google Patents
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Abstract
描述了一种光刻工艺。该工艺包含以下步骤：将光致抗蚀剂层(2)涂敷到衬底(1)上，将该光致抗蚀剂层(2)局部曝光于具有适当波长的辐射源，在衬底(1)上提供适当的液体显影剂合成物，用该显影剂合成物溶解光致抗蚀剂层(2)的曝光区域或者未曝光区域，清洗和烘干该光致抗蚀剂层(2)并由此中断所述溶解步骤。衬底(1)具有和光致抗蚀剂层(2)接触的金属表面(1c)，且该光致抗蚀剂层(2)的厚度dr小于100nm。可以获得70度或更大的相对大的光致抗蚀剂壁陡度。通过使用由所述工艺制作的压模(3)可以将该工艺用于生产高密度光学数据存储介质。
Description
本发明涉及包含如下步骤的光刻工艺：
将光致抗蚀剂层以基本均匀的厚度涂敷到衬底上，
将该光致抗蚀剂层局部曝光于具有适当波长的辐射源，
在衬底上提供适当的液体显影剂合成物，
用该显影剂合成物溶解光致抗蚀剂层的曝光区域或者未曝光区域，
清洗和烘干该光致抗蚀剂层并由此中断所述溶解步骤。
本发明还涉及使用所述工艺制作的压模。
本发明还涉及使用所述压模制造光学数据存储介质。
本发明还涉及使用所述压模制造的光学存储介质。
传统的光致抗蚀剂层，例如正酚醛树脂基光致抗蚀剂在光刻工艺中得到广泛使用。旋转涂敷技术通常用于将该光致抗蚀剂层涂敷到衬底上。如果需要非常薄的光致抗蚀剂层，例如厚度小于100nm，经常使用溶剂稀释该光致抗蚀剂涂料，从而将旋转涂敷时的旋转速度保持在可接受的范围内。
薄光致抗蚀剂层碰到的缺点为，对比度似乎随光致抗蚀剂层厚度的减小而降低，并且因此待制作结构的壁陡度也随光致抗蚀剂层厚度的减小而降低。尽管该效应的确切原因未知，对比度退化的最可能解释为光致抗蚀剂层与衬底、或者与用于增加光致抗蚀剂和衬底之间的粘附的底层涂料层的化学相互作用。这种趋势尤为不利，因为高分辨光刻通常要求降低光致抗蚀剂层的厚度。
在高密度光学存储介质(例如光盘)的深紫外(UV)母盘制作(mastering)中可找到这样的例子。待制作的光盘的密度越高，光致抗蚀剂层将越薄。高分辨光学光刻技术的小焦深以及其本身的应用要求薄的光致抗蚀剂层，即小于100nm。待制作的压模要求具有高的壁陡度的浅结构。
对于蓝光光盘(BD)一代(12cm的光盘上25GB)的只读(ROM)版本的光盘母盘制作，使用厚度为80nm或更薄的光致抗蚀剂层。这种应用中标准衬底为涂敷了薄光致抗蚀剂层的玻璃盘。实践中发现在这些薄的酚醛光致抗蚀剂层中制作的结构的壁陡度低于60度。因此，无法以足够的幅度和精确度实现和复制光盘中需要的最高空间频率。在光盘的读出阶段，导致最高频率中的信号幅度不足并导致无法接受的抖动值。因此在该应用中为了实现具有足够工艺余量的高密度光盘的母盘制作，更高的壁陡度是必要的。
首段中提及类型的工艺从美国专利6200736获知。
美国专利6200736涉及在用于制作半导体行业的透射光刻版的电子束光刻工具中使用的特殊显影剂和(中断)显影方法。其目的为在相对厚的光致抗蚀剂中制作陡峭的结构。这是通过特殊的中断显影方法实现的。
在该方法中，在光致抗蚀剂下存在铬(Cr)金属层，其必须在该光刻版制作工艺中构造。光致抗蚀剂为相对较厚的400nm的光致抗蚀剂，因为该光致抗蚀剂在例如干法刻蚀期间保护下面的金属层。对于ROM盘片的光盘母盘制作，该光致抗蚀剂层“直接”涂敷到衬底上，因为无需构造任何金属层。在该光致抗蚀剂和衬底之间可能存在非常薄的附着力促进层。在该申请中所用到的为显影之后光致抗蚀剂的形貌，该形貌通过复制技术转印到压模。
本发明的目标为提供首段中所述类型的工艺，在光致抗蚀剂厚度相对薄的情况下具有改善的光致抗蚀剂壁陡度。
根据本发明，通过首段中所描述的工艺实现该目标，其特征还在于，该衬底具有与光致抗蚀剂层接触的金属表面且该光致抗蚀剂层的厚度dr小于100nm。
本申请人惊奇地发现，在小于100nm的相对薄的光致抗蚀剂层下采用金属表面可以获得高的光致抗蚀剂壁陡度。整个衬底可由金属制成。高的光致抗蚀剂壁陡度提高了光致抗蚀剂和无光致抗蚀剂部分之间的对比度。假设热、光、及化学影响的组合导致该壁陡度改善的效应。
在一个实施例中，衬底包含厚度dm大于约10nm的金属表面层以及另一个衬底材料。通过增加该薄金属层作为中间层，在80nm厚的光致抗蚀剂层中形成的结构(例如坑)的壁陡度的值从低于50度增大到大于65度。优选该金属表面包含化学元素Ni、Cr、或Au。采用例如溅射或者蒸发技术，这些金属相对容易地沉积。光致抗蚀剂层厚度可低于80nm。该光致抗蚀剂优选为酚醛树脂基光致抗蚀剂。
在一优选实施例中，该衬底为用于制作高密度光学数据存储介质的母衬底。本发明的正效应可应用于使用酚醛树脂基光致抗蚀剂制作高密度光学数据存储介质的母盘的情形。对于新的BD格式，使用UV母盘制作。使用高质量和高数值孔径(NA)衍射限制的UV透明物镜，将UV激光束聚焦到衬底上，来使用UV区域内的波长局部地曝光母衬底上的光致抗蚀剂。为了获得高的NA，该物镜可以为液体浸没物镜。
可以使用该母衬底制造用于生产光学数据存储介质的压模。通常通过在例如电镀工艺中制作该母衬底的图形化表面的负金属(Ni压模)拷贝而实现这一点，这在本技术领域中是已知的。特别地，使用这种压模制造高密度光学数据存储介质是有利的，因为高密度光学数据存储介质通常要求相对浅的坑。最佳坑深度直接与用于读取该介质的辐射的波长有关。对于高密度光学数据存储介质的情形，该波长为例如405nm(BD格式)。对于BD，坑深度为80nm或更小。对于将来的UV光盘介质，甚至需要更小的坑深度，例如50nm或更小。
使用所述压模，可在注模工艺中生产高密度光学数据存储介质。这种注模工艺在现有技术中众所周知。
参考附图将更加详细地阐述本发明，附图中：
图1示意性示出了衬底的横截面，该衬底包含根据本发明的工艺中使用的正光致抗蚀剂层以及为该衬底的图形化表面的负拷贝的压模；
图2示出了在玻璃衬底的表面上的原子力显微镜(AFM)线性扫描，该玻璃衬底包含已显影的正光致抗蚀剂，即，不根据本发明；
图3示出了在压模表面上的原子力显微镜(AFM)线性扫描，该压模使用包含图2的光致抗蚀剂的衬底的图形化表面制作；
图4示出了在衬底表面上的原子力显微镜(AFM)线性扫描，该衬底包含已显影的正光致抗蚀剂以及该光致抗蚀剂和衬底之间的10nm Ni层，即根据本发明；
图5示出了在压模表面上的原子力显微镜(AFM)线性扫描，该压模使用衬底的图形化表面制作，该衬底包含已显影的正光致抗蚀剂以及该光致抗蚀剂和衬底之间的10nm Cr层，即根据本发明。
图1中示出了光刻工艺中使用的衬底的示意性横截面。该工艺包含下述步骤。将正的酚醛树脂基光致抗蚀剂层(Shipley Ultra i123)2厚度基本均匀地涂敷在衬底1上。将该光致抗蚀剂层2局部地曝光于具有适当波长的辐射源。在衬底1上提供适当的液体显影剂合成物，从而溶解光致抗蚀剂层2的曝光区域。清洗和烘干该光致抗蚀剂层，由此中断所述溶解步骤。衬底1包含厚度dm＝10nm的Ni的金属表面层，并包含由玻璃制成的另一衬底材料。光致抗蚀剂层2厚度dr＝80nm。
衬底1为用于生产高密度光学介质的母衬底。使用该母衬底可以在电镀工艺中制造压模3，这在本技术领域中是公知的。其它压模制作工艺可包含2P复制以及本技术领域中已知的其它基于树脂的技术。压模3的表面为图形化母衬底的负拷贝。使用压模3在注塑工艺中生产光学数据存储介质。
图2和3分别示出了光刻工艺结束之后光致抗蚀剂表面以及使用相同的80nm厚的酚醛光致抗蚀剂产生的压模3的表面的原子力显微镜(AFM)扫描，其中，光致抗蚀剂下没有金属表面，即不根据本发明。两种情况中坑的壁陡度α均小于50度，即光敏抗蚀剂的αr＝41～45度，且压模的αs＝44～47度。αr和αs的定义见图1。
图4示出了在衬底上涂敷相同的光致抗蚀剂层时，光刻工艺结束之后光致抗蚀剂表面的AFM扫描，该衬底包含厚度dm＝10nm的由Ni制成的金属表面层1b以及由玻璃制成的另一衬底材料。
图5示出了压模表面的AFM扫描。该压模由母衬底表面制造，该母衬底包含在相同类型的显影光致抗蚀剂下的、厚度dm＝10nm的由Cr制成的金属表面层1b。另一种衬底材料1a由玻璃制成。
在图4和图5中，两种情况下坑的壁陡度均接近或者大于70度，即光致抗蚀剂的αr＝70～74度，压模的αs＝65-68度。测得的壁陡度等于AFM针尖的陡度。因此真实的壁陡度可能甚至更大。
在图4和图5中，本发明的正效应已经在使用正酚醛树脂基光致抗蚀剂的高密度光学数据存储介质的母盘制作的情形中得到证实。以这种方式实现的坑的更大的壁陡度还可以导致最大频率(坑最短)时抖动值的显著改善以及信号幅度的改善。
对于各种金属层，已经观察到上述效应。已经研究了厚度为10nm至100nm的溅射Ni层以及厚度约为10nm的真空沉积Cr和Au层。在所有情形中都发现了壁陡度的类似改善。
绝大部分实验采用Shipley的i-线光致抗蚀剂：Ultrai123执行。对于受测试的第二酚醛树脂光致抗蚀剂，发现了完全相同的性能。
因此，使用酚醛树脂基光致抗蚀剂的本发明的有希望的应用领域为高密度光盘(例如蓝光光盘(BD))和小型因数光盘(Small Form FactorOptical(SFFO))的光学母盘制作。这种类型的光致抗蚀剂也可以用于其它光刻应用，且其应用领域不限于光盘母盘制作，而是可以应用于光致抗蚀剂层厚度相对薄时要求陡峭的光致抗蚀剂壁的任何领域。
然而，在许多应用领域中，光致抗蚀剂下的各层的选择并不自由。这就是和光盘母盘制作情形的差异之处。光盘母盘制作中的后续产品，即压模，采用复制技术制作。这为该光致抗蚀剂下的衬底材料或中间层的选择提供了几乎完全的自由度。
应该注意，上述实施例阐述而非限制本发明，本领域的技术人员在不离开所附权利要求的范围的情况下可以设计出许多备选实施例。在各权利要求中，圆括号内的参考符号不应被理解成是对该权利要求的限制。使用动词“包括”并不排除存在除了权利要求中所陈述的元件或步骤之外的元件或步骤。元件前面的“一”或“一个”并不排除存在多个该元件。在互相不同的多个权利要求中陈述某些措施的这一纯粹事实并不说明不能有利地利用这些措施的组合。
根据本发明描述了一种光刻工艺。该工艺包含以下步骤：将光致抗蚀剂层涂敷到衬底上，将该光致抗蚀剂层局部地曝光于具有适当波长的辐射源，在衬底上提供适当的液体显影剂合成物，用该显影剂合成物溶解光致抗蚀剂层的曝光区域或者未曝光区域，清洗并烘干该光致抗蚀剂层而由此中断所述溶解步骤。该衬底具有和光致抗蚀剂层接触的金属表面，且该光致抗蚀剂层的厚度dr小于100nm。可以获得70度或更高的相对大的光致抗蚀剂壁陡度。通过使用由所述工艺制作的压模，可以使用该工艺生产高密度光学数据存储介质。
Claims (8)
1.一种光刻工艺，包含步骤：
将光致抗蚀剂层(2)基本厚度均匀地涂敷到衬底(1)上，
将该光致抗蚀剂层(2)局部曝光于具有适当波长的辐射源，
在衬底(1)上提供适当的液体显影剂合成物，
用该显影剂合成物溶解光致抗蚀剂层(2)的曝光区域或者未曝光区域，
清洗和烘干该光致抗蚀剂层(2)，由此中断所述溶解步骤，
其中衬底(1)具有和光致抗蚀剂层(2)接触的金属表面(1c)，且该光致抗蚀剂层(2)的厚度dr小于100nm。
2.权利要求1中所述的光刻工艺，其中该衬底包含厚度大于约10nm的金属表面层(1b)和另一衬底材料(1a)。
3.权利要求1或2中所述的光刻工艺，其中该金属表面(1c)包含化学元素Ni、Cr或Au。
4.权利要求1至3中任意一项所述的光刻工艺，其中光致抗蚀剂(2)为正酚醛树脂基光致抗蚀剂。
5.权利要求1至4中任意一项所述的光刻工艺，其中该衬底(1a，1b)为用于生产高密度光学介质的母衬底。
6.一种用于生产光学数据存储介质的压模(3)，使用权利要求5中所用的母衬底制造。
7.权利要求6所述的压模(3)的使用，用于制造高密度光学数据存储介质。
8.一种光学数据存储介质，使用权利要求6的压模(3)用注塑工艺生产。
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