DE102007029333A1

DE102007029333A1 - Einsatz von Thermosets beim Strukturieren von Substraten

Info

Publication number: DE102007029333A1
Application number: DE200710029333
Authority: DE
Inventors: Marco Dr. Huber; Frank Martin; Peter Dr. Wohlfart
Original assignee: Singulus Technologies AG
Current assignee: Singulus Technologies AG
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-01-02
Also published as: WO2009000568A1

Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Strukturieren eines Substrats bereit. Als Prägeschicht wird ein flüssiges Thermoset-Material auf die Oberfläche des Substrats aufgetragen. Ein Prägemuster wird durch Heißprägen mittels eines Heißprägestempels in das Thermoset-Material eingebracht; anschließend wird der Heißprägestempel entformt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strukturieren eines Substrats, insbesondere zum Prägen einer Informationsschicht eines optischen Datenträgers.
Die einzelnen Informationsschichten mehrlagiger optischer Datenträger, insbesondere Blu-Ray-Dual-Layer-Discs (BD DL) werden im Allgemeinen durch Prägen mittels einer Matrize, die die als Pits codierte Information aufweist, in eine Polymerschicht hergestellt.
Zum Prägen der Struktur wird die Matrize in die Polymerschicht, beispielsweise ein gehärteter oder teilweise gehärteter Lack, gedrückt, die zuvor durch ein Spincoating-Verfahren auf ein Substrat aufgebracht und gehärtet wurde. Im Fall eines UV-härtbaren Lacks wird hierzu beispielsweise durch UV-Strahlung eine vernetzende Polymerisationsreaktion gestartet. In mehrlagigen optischen Datenträgern sind die einzelnen Informationsschichten in der Regel durch Trennschichten separiert, die einige Mikrometer dick sind. Auch die Trennschichten werden üblicherweise aus einem aushärtbaren Lack hergestellt, der durch ein Spincoating-Verfahren auf eine bereits gefertigte Informationsschicht aufgetragen wird. Die Struktur der folgenden Informationsschicht kann dann durch ein Prägeverfahren auf der freien Oberfläche des gehärteten Lackes gebildet werden.
Um Strukturen in die Polymere einprägen zu können, muß die Matrize vor dem Prägen auf eine Temperatur oberhalb des Glasübergangspunkts T_G des Polymers geheizt werden. Um die eingeprägte Struktur dauerhaft zu erhalten, muß die Matrize vor der Entfernung aus der Polymerschicht wieder auf Temperaturen deutlich unter T_G gekühlt werden. Für einen Prägevorgang ist also eine dynamische Temperierung der Matrize notwendig.
In bekannten Prägevorrichtungen ist die Matrize auf einen Amboss montiert, der eine gute thermische Leitfähigkeit besitzt. Beispielsweise kann der Amboss aus Kupfer gefertigt sein. Der Amboss selbst wird mit Wasser temperiert. Die Temperierung der Matrize erfolgt durch Wärmeleitung und Wärmeübergang zwischen Amboss und Matrize. Da also nicht nur das zu temperierende Werkstück, nämlich die Matrize, sondern der gesamte Amboss temperiert wird, muß die Wärmekapazität des Amboss bei jedem Heiz- und Kühlzyklus zusätzlich überwunden werden; hierfür ist eine relativ lange Zeit erforderlich. Hinzu kommen die nötigen Umschaltzeiten zwischen dem Kühlen und Heizen. Die Prozesszeit eines derartigen Temperierzyklusses liegt insgesamt in der Größenordnung von einer Minute. Da das eigentliche Prägen nur ca. eine Sekunde benötigt, verlangsamt die allein für das Kühlen und Heizen der Matrize benötigte Zeit den Prägeprozess erheblich.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Strukturieren eines Substrats bereitzustellen, mit dem die Prozesszeit verkürzt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche gelöst.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, die Struktur in eine Schicht aus einem sogenannten Thermoset-Material einzubringen, also einem Material einer Materialklasse, die im Ausgangszustand bei Normaltemperatur als Thermoplast mit unvernetzten Polymerketten vorliegt. Diese Materialien sind also nach Wärmezufuhr bzw. Temperaturerhöhung verformbar. Die Temperaturerhöhung auf eine materialspezifische Aushärttemperatur bewirkt bei einem Thermoset aber gleichzeitig auch eine Vernetzung der einzelnen Polymerketten untereinander. Diese Vernetzung entspricht einem zusätzlichen Härtungsschritt, bei dem das Material in einen Duroplasten überführt wird. Duroplaste sind dadurch gekennzeichnet, dass sie sich nicht mehr aufschmelzen lassen, ein T_G ist für diese Materialien nicht definiert. Eine einmal geprägte Struktur ist somit auch bei sehr hohen Temperaturen formstabil. Die Entformung kann somit bereits bei der Prägetemperatur erfolgen, da durch die Überführung des Materials in einen Duroplasten sichergestellt ist, dass auch bei einer Trennung der Matrize von dem Substrat die eingeprägte Struktur nicht zerfließt. Es ist also keine Abkühlung der Matrize notwendig, um die Struktur einzufrieren.
Ein zusätzlicher Vorteil der Formstabilität bei erhöhten Temperaturen ist die Klimatestbeständigkeit der geprägten Struktur. Bei Klimatests, die die Lebensdauer optischer Disks ermitteln sollen, werden die Medien bei erhöhter Temperatur und Feuchte gelagert. Da die Testtemperaturen im Bereich gängiger T_G liegen, besteht die Gefahr, dass in herkömmlichen Thermoplasten geprägte Strukturen dabei zerstört werden. Bei Verwendung eines Thermoset-Materials ist diese Gefahr nicht gegeben.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die einzige Figur näher beschrieben, die schematisch den Aufbau eines optischen Datenträgers mit zwei Datenstrukturschichten zeigt, wobei eine Schicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.
Der optische Datenträger 1 weist ein Substrat 2 auf, in das optional bereits in bekannter Weise ein Datenstrukturmuster 7 eingebracht ist. Als Prägeschicht 3 für ein zweites Datenstrukturmuster wird auf dem Substrat 2 ein Thermoset-Material aufgebracht. Das Thermoset-Material kann beispielsweise flüssig, durch Spincoating aufgetragen und gegebenenfalls beispielsweise durch UV-Bestrahlung teil-polymerisiert und damit vorgehärtet werden. Durch Heißprägen mittels eines Heißprägestempels 4 wird die gewünschte Struktur bzw. das Prägemuster 6 in die Prägeschicht 3 eingebracht. Beim Prägen mit der heißen Matrize des Heißprägestempels 4 findet die Vernetzung des Thermoset-Materials als zweiter Härtungsschritt statt. Durch diese Härtung des verwendeten Thermoset-Materials bei der Prägetemperatur kann unmittelbar nach dem Heißprägen entformt werden. Gegebenenfalls kann nach dem Entformen des Heißprägestempels 4 eine Deck- bzw. Schutzschicht 5 auf die freie Oberfläche des Prägemusters 6 aufgebracht werden.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt zum Strukturieren der Informationsschicht von Blu-Ray-Dual-Layer-Discs (BD DL) verwendet. Prinzipiell ist jedoch die Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung für das Prägen jeder beliebigen Nano- oder Mikrostruktur geeignet. Neben der Herstellung von optischen Datenspeichern können beliebige Lackschichten, die flüssig aufgetragen und anschließend gehärtet oder teilgehärtet werden, mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung strukturiert werden. Das Verfahren der Erfindung kann weiterhin nicht nur für die Strukturierung der Informationsschicht von Dual Layer Discs sondern auch für den Aufbau optischer Datenspeicher mit beliebig vielen Layern verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines oberflächenstrukturierten Trägers, vorzugsweise eines optischen Datenträgers (1), mit einem Prägemuster (6) auf einer Oberfläche des Trägers (1) mit den folgenden Verfahrensschritten: (a) Bereitstellen eines Substrats (2); (b) Auftragen eines flüssigen Thermoset-Materials als Prägeschicht (3) auf die mit dem Prägemuster (6) zu versehende Oberfläche des Substrats (2); (c) Heißprägen des Prägemusters (6) mittels eines Heißprägestemples (4); und (d) Entformen des Heißprägestempels (4).
Verfahren nach Anspruch 1, mit einem Schritt zum Vorhärten des Thermoset-Materials der Prägeschicht (3), vorzugsweise durch UV-Bestrahlung, zwischen den Schritten (b) und (c).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Thermoset-Material durch Spincoating aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei nach dem Entformen des Heißprägestempels (4) eine Deckschicht (Schutzschicht 5) auf die freie Oberfläche des Prägemusters (6) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei die der Prägeschicht (3) zugewandte Oberfläche des Substrats (2) ein Datenstrukturmuster (7) aufweist.
Oberflächenstrukturierter Träger herstellbar nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Optischer Datenträger herstellbar nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.