DE19830293A1 - Stempel für optische Disks und Verfahren/Systeme zur Herstellung der Stempel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Stempel für optische Disks. Insbesondere sieht die vorliegende Erfindung Stempel für opti­ sche Disks und Verfahren zum Vervielfältigen optischer Disks unter Verwendung der erfindungsgemäßen Stempel vor.

Die Massenproduktion voraufgezeichneter optischer Disks findet typischerweise durch Spritzguß oder Photopolymerisation unter Verwendung von Stempeln statt, die ein Negativreliefmuster der gewünschten fertigen, voraufgezeichneten optischen Disk auf­ weisen. Herkömmlicherweise werden Stempel für optische Disks in einem Verfahren mit mehreren Schritten hergestellt, das es erforderlich macht, einen Master aus einem mit Fotoresist be­ schichteten Rohling auszubilden.

Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die die Schritte bei einem herkömmlichen Verfahren zum Bilden von Stempeln für voraufgezeichnete optische Disks zeigt. Der erste Schritt 10 bei dem Verfahren umfaßt die Bildung eines Negativbildes des ge­ wünschten Reliefmusters auf einem Rohling durch Belichten einer Lage aus Fotoresist-Material, wie es herkömmlicherweise in der Halbleiterindustrie verwendet wird. Nach der Belichtung macht es der zweite Schritt erforderlich, daß das belichtete Fotoresist- Material entwickelt wird, um ein Reliefmuster zu bilden, das ein Negativbild des gewünschten Reliefmusters ist. In dem dritten Schritt 14 wird eine Lage aus Metall auf dem entwickelten Foto­ resist-Material abgelagert, um einen Master zu erzeugen, der ein Positivbild des gewünschten Oberflächenreliefmusters der zu er­ zeugenden, voraufgezeichneten optischen Disk aufweist, d. h., das Reliefmuster des Masters weist Pits auf, wo bei der fertigen, voraufgezeichneten optischen Disk Pits erwünscht sind. In dem vierten Schritt 16 wird dann der Master verwendet, um einen oder mehrere Stempel für optische Disks zu bilden. Die Stempel werden typischerweise ausgebildet, indem auf dem Master Metall abgela­ gert wird, wobei das entstehende Reliefmuster in dem Stempel ein Negativbild des bei der voraufgezeichneten optischen Disk er­ wünschten Reliefmusters ist. Der in Fig. 1 dargestellte fünfte Schritt 18 umfaßt es, mit den in Schritt 16 in Fig. 1 gebildeten Stempeln voraufgezeichnete optische Datenspeicherdisks zu erzeu­ gen.

Der in Fig. 1 dargestellte fünfte Schritt 18 umfaßt es, durch die in Schritt 16 gebildete Stempel voraufgezeichnete optische Datenspeicherdisks zu erzeugen.

Das in Fig. 1 dargestellte herkömmliche Verfahren weist mehrere Nachteile auf. Einer der Nachteile ist, daß das Fotoresist- Material auf den Rohlingen typischerweise mit einem fokussierten Laserstrahl eines Laser-Servoschreibers belichtet wird, um die Daten in das Resist-Material zu schreiben. Da der mit Fotore­ sist beschichtete Rohling keine Nachführungs- und Zeitsteue­ rungsinformationen aufweist, muß der Laser-Servoschreibvorgang typischerweise unter Verwendung von Luftlagern und einer kompli­ zierten Vibrationsisolationsvorrichtung durchgeführt werden, um ein genaues Schreiben der Informationen in das Fotoresist- Material sicherzustellen.

Die oben beschriebenen Stempelvorgänge auf Fotoresist-Grundlage sind zeitaufwendig und teuer. Folglich ist die Umlaufzeit bei der Herstellung mit Aufzeichnung versehener optischer Disks un­ ter Verwendung des herkömmlichen Verfahrens wenigstens teilweise durch die zum Bilden der Master und der Stempel erforderliche Zeit eingeschränkt.

Zusätzlich zu dem Nachteil einer relativ langen Umlaufzeit zum Herstellen der Stempel können die zu ihrer Herstellung verwende­ ten Verfahren auch Stempel erzeugen, deren darauf ausgebildete Reliefmuster Fehler aufweisen. Diese Fehler werden typischerwei­ se nicht bemerkt, bevor die ersten mit den Stempeln geformten Disks getestet werden. Folglich werden Zeit und Geld zur Her­ stellung von Stempeln aufgewendet, die dann zum Ausschuß gehö­ ren.

Weitere Nachteile der oben beschriebenen Verfahren umfassen es, daß die Resist-beschichteten Rohlinge wegen der Lichtempfind­ lichtkeit des Resist-Materials in Räumen mit gefiltertem Licht gelagert, belichtet und entwickelt werden müssen. Ein weiterer Nachteil ist es, daß die Resist-beschichteten Rohlinge eine be­ schränkte Lagerbeständigkeit aufweisen und bei der Lagerung überwacht werden müssen, um eine Verschlechterung der Resist- Beschichtung zu vermeiden.

Ein weiterer Nachteil ist es, daß die zum Belichten der Fotore­ sist-beschichteten Rohlinge erforderliche Ausrüstung Luftlager und eine komplizierte Vibrationsisolationsvorrichtung aufweisen muß, da die auf den fertigen optischen Disks vorgesehenen Nach­ führungs- und Zeitsteuerungsinformationen nicht auf den Resist-be­ schichteten Rohlingen vorgesehen sind. In vielen Fällen kann die zum genauen Belichten der Resist-beschichteten Rohlinge und zum Elektroformen der Master und Stempel erforderliche Vorrich­ tung Millionen von Dollar kosten.

Es kann auch ein alternatives Verfahren verwendet werden, bei dem ein Stempel ohne Bildung eines Masters ausgebildet wird. Ein derartiges Verfahren ist in Fig. 2 gezeigt. Bei diesem Verfahren wird in dem ersten Schritt 20 ein Fotoresist-beschichteter Roh­ ling belichtet. Nach der Belichtung wird der Fotoresist-be­ schichtete Rohling dann in einem zweiten Schritt 22 zum Bilden eines Positivbildes des für die Stempel der optischen Disks er­ forderlichen Reliefmusters entwickelt. Nach dem Entwickeln wird ein dritter Schritt 24 durchgeführt, in dem der entwickelte Fo­ toresist-beschichtete Rohling zum Bilden eines Stempels metalli­ siert wird, der ein Reliefmuster aufweist, das ein Negativbild des gewünschten Reliefmusters ist. Direkt aus Fotoresist-be­ schichteten Rohlingen erzeugte Stempel werden manchmal als Stempel einer ersten Generation bezeichnet. Der in Schritt 24 gebildete Stempel kann dann in Schritt 26 zum Bilden einer eine Aufzeichnung aufweisenden optischen Datenspeicherdisk verwendet werden.

Obwohl dieses alternative Verfahren die zum Erzeugen eines Stem­ pels erforderliche Zeit verringern kann, da kein Master gebildet wird, weist es alle anderen oben beschriebenen Probleme auf. Darüber hinaus ruft dieses Verfahren ein weiteres Problem her­ vor, da eine Beschädigung eines direkt von einem Fotoresist-be­ schichteten Rohling erzeugten Stempels einer ersten Generation es erfordert, daß zur Bildung eines neuen Stempels ein neuer Fo­ toresist-Rohling belichtet, entwickelt und metallisiert wird (da der entwickelte Fotoresist-beschichtete Rohling durch den Metal­ lisierungsvorgang zerstört wird).

Somit besteht ein Bedarf nach einem zeit- und kosteneffektiven Verfahren zum Herstellen von Stempeln für optische Disks.

Die vorliegende Erfindung beseitigt die Schritte der Metallisie­ rung bei den herkömmlichen Bildungsverfahren von Stempeln für optische Disks auf Fotoresist-Grundlage, um einen Stempel für eine optische Disk effizient direkt von einem Rohling zu erzeu­ gen. Der Stempel für optische Disks wird direkt auf einem Sub­ strat ausgebildet, das ein Material für ein Muster trägt. Opti­ sche Disks können dann direkt von dem Stempel ausgebildet wer­ den, wobei die Notwendigkeit entfällt, einen Master mit Fotore­ sist auszubilden und durch Elektroformung Stempel von diesem Ma­ ster zu erzeugen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildete Stempel für opti­ sche Disks weisen ein Substrat und mehrere auf dem Substrat aus­ gebildete erhabene Bereiche auf. Die erhabenen Bereiche entspre­ chen Informationen, die auf einer optischen Datenspeicherdisk gespeichert werden sollen, und sind bei bevorzugten Ausführungs­ formen aus einer Legierung ausgebildet. Die Legierung ist vor­ zugsweise eine amorphe Legierung, und besonders vorzugsweise ist die amorphe Legierung aus einem Metall und einem Halbleiter aus­ gebildet. Die Stempel für optische Disks können wahlweise ein dielektrisches Material zwischen den erhabenen Bereichen und dem Substrat und/oder oben auf dem musterbildenden Material aufwei­ sen. Ferner können in den Stempeln für optische Disks wahlweise bereits Rillen mit Nachführ- und Zeitsteuerungsinformationen vorgesehen sein, so daß die zum Herstellen der Stempel erforder­ liche komplizierte Nachführ- und Zeitsteuerungsvorrichtung ent­ fällt.

Erfindungsgemäße Stempel für optische Disks können verwendet werden, um unter Verwendung herkömmlicher Techniken mehrere mit Aufzeichnungen versehene Speicherdisks für optische Daten zu stempeln oder zu vervielfältigen. Optische Datenspeicherdisks können zum Beispiel unter Verwendung von Spritzguß, Spritzprägen oder Photopolymerisation durch den Stempel für optische Disks geformt werden.

Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch die Merkma­ le der Ansprüche 1 und 9 erfüllt.

Nach einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung einen Stempel für optische Datenspeicherdisks mit einem Substrat und mehreren auf dem Substrat ausgebildeten erhabenen Bereichen vor, wobei die erhabenen Bereiche eine Legierung aus wenigstens einem Metall und wenigstens einem Halbleiter aufweisen.

Nach einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden eines Stempels für optische Disks vor, mit den Schritten: Vorsehen eines Substrats; Vorsehen eines muster­ bildenden Materials auf dem Substrat, wobei das musterbildende Material mehrere Lagen aufweist, von denen wenigstens eine der mehreren Lagen ein Metall und wenigstens eine der mehreren Lagen einen Halbleiter aufweist; Legieren des Metalls und des Halblei­ ters in ausgewählten Bereichen auf dem Substrat; und Entfernen des musterbildenden Material außerhalb der ausgewählten Bereiche von dem Substrat, wobei die Legierung des Metalls und des Halb­ leiters in den ausgewählten Bereichen ein Reliefmuster auf dem Stempel für optische Disks bildet.

Nach einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden eines Stempels für optische Disks vor, mit den Schritten: Vorsehen eines mit Rillen versehenen Substrats; Vorsehen von musterbildendem Material auf dem Substrat, wobei das musterbildende Material mehrere Lagen aufweist, von denen wenigstens eine der mehreren Lagen ein Metall und wenigstens ei­ ne der mehreren Lagen einen Halbleiter aufweist; Bilden einer amorphen Legierung des Metalls und des Halbleiters in ausgewähl­ ten Bereichen des musterbildenden Materials durch Belichten der ausgewählten Bereiche mit Laserenergie; und Entfernen des mu­ sterbildenden Materials außerhalb der ausgewählten Bereiche von dem Substrat durch Ätzen mit einem ersten Ätzmittel zum Entfer­ nen des Metalls und einem zweiten Ätzmittel zum Entfernen des Halbleiters, wobei die Ätzrate des Metalls und des Halbleiters außerhalb der ausgewählten Bereiche zu der Ätzrate der in den ausgewählten Bereichen gebildeten amorphen Legierung bei den er­ sten und zweiten Ätzmitteln 10 : 1 oder mehr beträgt, und wobei ferner die amorphe Legierung des Metalls und des Halbleiters in den ausgewählten Bereichen ein Reliefmuster auf dem Stempel für optische Disks bildet.

Nach einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden eines Stempels für optische Disks vor, mit den Schritten: Vorsehen eines Rohlings mit einem Substrat und einem musterbildenden Material auf dem Substrat, wobei das mu­ sterbildende Substrat mehrere Lagen aufweist, wobei wenigstens eine der mehreren Lagen ein Metall und wenigstens eine der meh­ reren Lagen einen Halbleiter aufweist; Legieren des Metalls und des Halbleiters in ausgewählten Bereichen auf dem Substrat; und Entfernen des musterbildenden Materials außerhalb der ausgewähl­ ten Bereiche von dem Substrat, wobei die Legierung des Metalls und des Halbleiters in den ausgewählten Bereichen ein Reliefmu­ ster auf dem Stempel für optische Disks bildet.

Nach einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen voraufgezeichneter optischer Datenspei­ cherdisks vor, mit den Schritten: Vorsehen eines Stempels für optische Disks mit einem Muster auf einem Substrat ausgebildeter erhabener Bereiche, wobei die erhabenen Bereiche eine Legierung aus wenigstens einem Metall und wenigstens einem Halbleiter auf­ weisen, und Vervielfältigen mehrerer voraufgezeichneter opti­ scher Datenspeicherdisks direkt durch den Stempel für optische Disks. Dieses Verfahren kann wahlweise folgende Schritte aufwei­ sen: Bilden des Stempels für optische Disks durch Vorsehen eines Substrats eines Stempels für optische Disks; Vorsehen eines mu­ sterbildenden Materials auf dem Substrat, wobei das musterbil­ dende Material mehrere Lagen aufweist, wobei wenigstens eine der mehreren Lagen das Metall und wenigstens eine der mehreren Lagen den Halbleiter aufweist; Legieren des Metalls und des Halblei­ ters in ausgewählten Bereichen auf dem Substrat; und Entfernen des musterbildenden Materials außerhalb der ausgewählten Berei­ che von dem Substrat, wobei die erhabenen Bereiche auf dem Sub­ strat die Legierung des Metalls und des Halbleiters in den aus­ gewählten Bereichen aufweisen.

Nach einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein System zum Erzeugen von Stempeln für optische Disks aus Stempel­ rohlingen vor, mit einem Substrat und einem musterbildenden Ma­ terial auf dem Substrat, wobei das musterbildende Material meh­ rere Lagen aufweist, von denen wenigstens eine der mehreren La­ gen ein Metall und wenigstens eine der mehreren Lagen einen Halbleiter aufweist, wobei das System aufweist: eine Belich­ tungsvorrichtung zum Belichten ausgewählter Bereiche des muster­ bildenden Materials mit Energie, wobei die Belichtungsvorrich­ tung einen Mechanismus zum Bewegen des Rohlings relativ zu einem Energiestrahl und eine Energiequelle zum Liefern des Energie­ strahls aufweist; eine Quelle eines ersten Ätzmittels; und eine Quelle eines zweiten Ätzmittels, wobei das erste Ätzmittel mit dem musterbildenden Material in Kontakt gebracht wird, um das Metall außerhalb der ausgewählten Bereiche von dem Rohling zu entfernen, und wobei ferner das zweite Ätzmittel mit dem muster­ bildenden Material in Kontakt gebracht wird, um den Halbleiter außerhalb der ausgewählten Bereiche von dem Rohling zu entfer­ nen. Das System weist vorzugsweise eine Einrichtung auf, um das musterbildende Material sequentiell mit den ersten und zweiten Ätzmittel in Kontakt zu bringen. Die Belichtungsvorrichtung weist vorzugsweise eine Einrichtung zum direkten Erhalten von Nachführ- und Zeitsteuerungsinformationen von dem Stempelrohling für optische Disks auf.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfin­ dung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Verfahrens nach dem Stand der Technik zum Bilden eines Stempels für opti­ sche Disks.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Blockdiagramm eines herkömmlichen Ver­ fahrens nach dem Stand der Technik zum Bilden eines Stempels für optische Disks.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens gemäß der vor­ liegenden Erfindung zum Bilden eines Stempels für optische Disks.

Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm eines Stempelrohlings für optische Disks zur Verwendung bei den erfindungsgemäßen Ver­ fahren.

Fig. 5 zeigt ein schematisches Diagramm des in Fig. 4 darge­ stellten Stempels für optische Disks, nachdem dieser in ausge­ wählten Bereichen Energie ausgesetzt wurde.

Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm des in Fig. 5 darge­ stellten Stempels für optische Disks, nachdem ein Teil des mu­ sterbildenden Materials entfernt wurde.

Fig. 7 zeigt ein schematisches Diagramm des in Fig. 6 darge­ stellten Stempels für optische Disks, nachdem das musterbildende Material weiter entfernt wurde.

Fig. 8 zeigt ein schematisches Diagramm eines weiteren Stempel­ rohlings für optische Disks zur Verwendung bei den erfindungsge­ mäßen Verfahren.

Fig. 9 zeigt ein schematisches Diagramm eines Systems zum Erzeu­ gen von erfindungsgemäßen Stempeln optischer Disks.

Fig. 10 zeigt ein schematisches Diagramm eines alternativen Sy­ stems zum Erzeugen von erfindungsgemäßen Stempeln optischer Disks.

Die vorliegende Erfindung sieht Stempel für optische Disks, bei denen ein Reliefmuster direkt auf dem Substrat des Stempels aus­ gebildet ist, Verfahren zum Ausbilden der Stempel für optische Disks und Systeme zum Umsetzen der Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Erzeugen von erfindungsgemäßen Stempeln für opti­ sche Disks vor. Da die Stempel für optische Disks direkt in ein musterbildendes Material geschrieben werden, das nachfolgend ei­ nen Teil des Stempels bildet, können bei der vorliegenden Erfin­ dung die bei der herkömmlichen Ausbildung von Stempeln für opti­ sche Disks erforderlichen teuren Laserstrahl-Servoschreiber­ systeme und Elektroformungsvorrichtungen entfallen.

Einer der entscheidenden Vorteile der vorliegenden Erfindung kann durch einen Vergleich von Fig. 3, die ein Verfahren zum Herstellen und Verwenden von erfindungsgemäßen Stempeln für op­ tische Disks zeigt, und den in Fig. 1 und 2 dargestellten Ver­ fahren erläutert werden. Die erfindungsgemäßen Verfahren bein­ halten, in Schritt 30 musterbildendes Material auf einem Sub­ strat zu belichten, worauf in Schritt 32 direkt ein Stempel aus dem belichteten musterbildenden Material und Substrat ausgebil­ det wird. Mit anderen Worten, es gibt keinen Zwischenschritt zwischen dem Schritt des Belichtens des Rohlings 30 und dem Schritt des Ausbildens des Stempels 32. Der in Schritt 32 ausge­ bildete Stempel kann in Schritt 34 direkt zum Erzeugen von mit Aufzeichnungen versehenen optischen Datenspeicherdisks verwendet werden.

Ein Verfahren zum Herstellen von Stempeln für optische Disks ge­ mäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4-7 dargestellt. Das Verfahren beginnt mit einem Stempelrohling 40 für optische Disks, der ein Substrat 42 aufweist, auf dem eine Lage dielek­ trischen Materials 44 angeordnet ist. Eine Lage eines ersten Ma­ terials 46 ist auf dem dielektrischen Material 44 angeordnet, und eine Lage eines zweiten Materials 48 ist auf der Lage des ersten Materials 46 angeordnet. Der Rohling 40 weist auch vor­ zugsweise eine Abdecklage 50 auf der Lage des zweiten Materials 48 auf. Die Zusammensetzung von Lagen aus ersten und zweiten Ma­ terialien 46 und 48 kann als der Teil mit musterbildendem Mate­ rial 52 des Rohlings 40 bezeichnet werden. Der Schreibvorgang ist auch schematisch in Fig. 4 durch einen Energiestrahl oder Energiestrahlen 54 dargestellt, die selektiv auf ausgewählte Be­ reiche 56 des musterbildenden Materials 52 auf dem Rohling 40 gerichtet sind.

Fig. 5 zeigt die Ergebnisse des Schreibvorgangs auf dem Rohling 40, bei dem die Lagen der ersten und zweiten Materialien 46 und 48 in den ausgewählten Bereichen 56 umgewandelt werden, die der auf das Mustermaterial 52 gerichteten Energie 54 ausgesetzt wa­ ren. Die Umwandlung sollte so ablaufen, daß das unbelichtete oder unbeschriebene musterbildende Material 52, das die ausge­ wählten Bereiche 56 des belichteten oder umgewandelten muster­ bildenden Materials umgibt, wahlweise entfernt werden kann, wie weiter unten beschrieben ist. Das unbelichtete oder unbeschrie­ bene musterbildende Material 52 außerhalb der ausgewählten Be­ reiche kann weiter unten als Feldmaterial bezeichnet sein.

Das musterbildende Material 52 ist vorzugsweise ein anorgani­ sches Material, das bei Raumbeleuchtung und Umgebungsbedingungen stabil ist. Unter Verwendung von musterbildendem Material 52, das unter Raumbedingungen stabil ist, sind Systeme mit gefilter­ ter Beleuchtung nicht für die Bereiche erforderlich, in denen die Stempel hergestellt werden. Ferner weist die Verwendung von musterbildendem Material 52, das unter Umgebungsbedingungen sta­ bil ist, Rohlinge auf, die im Vergleich zu den bei den bekannten Verfahren der Herstellung von Stempeln für optische Disks ver­ wendeten Rohlingen eine stark verbesserte Lagerbeständigkeit aufweisen.

Wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, weist das musterbildende Mate­ rial 52 wenigstens zwei unterschiedliche Lagen 46 und 48 auf. Es wird vorgezogen, daß die Lagen 46 und 48 sich mischen oder auf andere Art umgewandelt werden, wenn sie durch einen auf den Roh­ ling 40 gerichteten Energiestrahl 54 erwärmt werden. Um eine ausreichende Datenspeicherdichte vorzusehen, wird es auch vorge­ zogen, daß das Mischen oder Umwandeln in dem musterbildenden Ma­ terial 52 im wesentlichen auf die ausgewählten Bereiche 56 be­ schränkt ist, auf die die Energie fällt. Mit anderen Worten, die durch den Strahl 54 gelieferte Energie 54 sollte von dem ausge­ wählten Bereich 56 nicht in einer Menge lateral nach außen ge­ leitet werden, die ausreicht, um ein Vermischen der ersten und zweiten Materialien 46 und 48 in einem Ausmaß zu bewirken, das die Fähigkeit des entstehenden Stempels zum Herstellen optischer Disks beeinträchtigen würde. Dies kann alternativ als "Auflö­ sung" bezeichnet werden, und die Auflösung des Systems ist in gewissem Umfang durch das Mischen beschränkt, das bei dem mu­ sterbildenden Material 52 außerhalb der ausgewählten Bereiche 56 auftritt, auf die der Energiestrahl 54 direkt auftrifft.

Bei bevorzugten Ausführungsformen weisen die Lagen aus ersten und zweiten Materialien 46 und 48 vorzugsweise zwei verschiedene Materialien auf. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist eines der ersten und zweiten Materialien 46 und 48 ein Metall, und das an­ dere Material ist ein Halbleiter. Ein Halbleiter ist typischer­ weise als ein Material mit einem elektrischen Widerstand defi­ niert, der größer als der eines Metalls ist und im allgemeinen im Bereich von 10^-2 Ohm.cm bis 10⁹ Ohm.cm liegt. Bei einigen Aus­ führungsformen kann der Halbleiter aus der Gruppe ausgewählt sein, die Germanium, Silicium und Kombinationen hieraus auf­ weist. Einige besonders bevorzugte Kombinationen aus ersten und zweiten Materialien 46 und 48 umfassen Silicium/Aluminium, Ger­ manium/Aluminium und Germanium/Gold.

In einigen Fällen können die ersten und zweiten Materialien ele­ mentar sein, d. h. nicht reduzierbare Metall- oder Halbleiterma­ terialien, wie elementares Germanium, Silicium, Aluminium oder Gold. Wenn es jedoch nicht anders erwähnt ist, sind die ersten und zweiten Materialien nicht auf elementare Zusammensetzungen beschränkt, sondern können im wesentlichen aus dem erwähnten Ma­ terial (z. B. Aluminium oder Germanium) bestehen oder zusätzlich zu dem erwähnten Material andere Bestandteile aufweisen. Wenn zum Beispiel Aluminium als eines der ersten und zweiten Materia­ lien verwendet wird, kann es wünschenswert sein, eine Lage aus 96% Aluminium/4% Chrom vorzusehen, obwohl das Material im Zusam­ menhang mit der vorliegenden Erfindung als "Aluminium" bezeich­ net würde. Ein weiteres Beispiel umfaßt Germanium-Lagen, die ge­ ringe Mengen von z. B. Aluminium oder anderen Materialien aufwei­ sen können. Die geringeren Bestandteile der Lagen können aus verschiedenen Gründen vorgesehen sein. Sie können vorgesehen sein, um die Wärmeleitfähigkeit der Lagen zu verändern und/oder weil sie die Ablagerung des genannten Materials verbessern, wäh­ rend sie dessen Legierungseigenschaften mit den Materialien in den anderen Lagen nicht wesentlich beeinträchtigen. In anderen Fällen können die geringeren Bestandteile vorgesehen sein, weil sie die Legierungseigenschaften der ersten und zweiten Materia­ lien verbessern. Wieder in anderen Fällen können sie vorgesehen sein, weil es wirtschaftlich vorteilhaft ist, geringere Bestand­ teile in dem System zu belassen (etwa um Herstellungskosten zu reduzieren), und sie weder die Ablagerung des genannten Materi­ als noch seine Legierungseigenschaften wesentlich beeinträchti­ gen.

Die Lagen der ersten und zweiten Materialien 46 und 48 des mu­ sterbildenden Materials 52 werden unter Verwendung irgendeines geeigneten Verfahrens ausgebildet, etwa durch physikalische Ab­ lagerung (z. B. durch Besputtern oder Bedampfen) oder chemische Dampfablagerung. Nützliche Sputtertechniken umfassen Hochfre­ quenz- und Gleichstrom-Magnetron-, Trioden-, Dioden- und Ionen­ strahlsputtern.

Die Dicke jeder einzelnen Lage in dem musterbildenden Material 52 ist größer als eine einatomige Lage. Wenn herkömmliche opti­ sche CD-ROM-Disks durch die Stempel hergestellt werden sollen, kann die Dicke jeder einzelnen Lage der ersten und zweiten Mate­ rialien 46 und 48 etwa 10 Nanometer bis etwa 100 Nanometer be­ tragen, vorzugsweise etwa 20 Nanometer bis etwa 60 Nanometer. Experten auf dem Gebiet werden jedoch verstehen, daß die ent­ scheidendere Abmessung die des entstehenden Stapels aus Lagen ist, die das musterbildende Material 52 bilden, das etwa der ge­ wünschten Dicke der Pits in den unter Verwendung der Stempel zu bildenden optischen Disks entspricht. Es wird jedoch im allge­ meinen vorgezogen, mehrere dünnere Lagen in dem musterbildenden Material 52 vorzusehen, anstatt zum Beispiel zwei dicke Lagen-, um, wie weiter unten beschrieben wird, ein Vermischen der Mate­ rialien zu verbessern.

Das Substrat 42 kann aus jedem geeigneten Material mit ausrei­ chender struktureller Integrität ausgebildet sein, das als Basis eines Stempels für optische Disks dienen kann oder zum Anbringen an eine andere, steifere Basis zur Verwendung als Stempel geeig­ net ist. Die bevorzugten Substrate 42 weisen vorzugsweise keine Oberflächendefekte auf. Beispiele geeigneter Materialien für die Substrate 42 umfassen Metalle (z. B. rostfreier Stahl, Aluminium usw.) sowie Polymerharze (z. B. Polycarbonat, Polymethylmethacry­ lat, Acrylat, Epoxid usw.) oder Kombinationen hieraus. Die für das Substrat 42 verwendeten Materialien sollten nicht reaktiv sein oder im wesentlichen durch die zum Entwickeln oder Verar­ beiten des musterbildenden Materials nach der Belichtung verwen­ deten Vorgänge im wesentlichen nicht beeinflußt werden. Außerdem kann das Substrat 42 entweder transparent oder undurchsichtig sein. Wenn das Substrat 42 transparent ist, kann das musterbil­ dende Material 52 von beiden Seiten des Substrats 42 belichtet werden.

Es wird vorgezogen, wenn es nicht erforderlich ist, daß das Sub­ strat 42 darin ausgebildete Rillen 58 aufweist, die Nachführ- und Zeitsteuerungsinformationen liefern, die verwendet werden können, um das musterbildende Material derart genau zu belich­ ten, daß auf dem Stempelrohling 40 das gewünschte Reliefmuster gebildet wird. Die Verwendung von Rillen 58 zum Liefern von Nachführ- und Zeitsteuerungsinformationen ist Experten auf dem Gebiet bekannt und wird hier nicht näher beschrieben. Da die Rillen 58 vorgesehen sind, bevor das musterbildende Material 52 abgelagert oder belichtet wird, werden solche Substrate 42 mit Rillen 58 als bereits mit Rillen versehen bezeichnet. Indem das Substrat 42 bereits mit Rillen versehen ist, kann die Notwendig­ keit für eine Luftlagerspindel und eine komplizierte Vibrations­ isolierung bei der Belichtung des musterbildenden Materials 52 verringert oder entfallen.

Der Rohling 40 in den Fig. 4-7 weist wahlweise eine auf dem Substrat unter dem musterbildenden Material 52 angeordnete Lage dielektrischen Materials 44 auf. Das dielektrische Material 44 kann einer Reihe von Zwecken dienen, z. B. kann es verwendet wer­ den, um eine glatte ebene Fläche für die nachfolgenden Lagen des musterbildenden Materials 52 vorzusehen. Das dielektrische Mate­ rial 44 kann beim Entfernen des unbelichteten musterbildenden Materials 52 als Ätzhemmung dienen, wie weiter unten umfassender beschrieben ist. Das dielektrische Material 44 kann vorgesehen sein, um die Ablöseeigenschaften des fertigen Stempels zu ver­ bessern, wenn er zum Vervielfältigen optischer Disks verwendet wird, d. h., das dielektrische Material kann die Trennung der op­ tischen Disks von dem Stempel 40 erleichtern. Das dielektrische Material 44 kann auch als Anhaftungsverbesserung dienen, um die Verbindung zwischen dem belichteten musterbildenden Material 52 und dem Substrat 42 zu verbessern. Das dielektrische Material 44 kann auch vorgesehen sein, um das Reflexionsvermögen des Sta­ pels, d. h. des musterbildenden Materials 52, einzustellen, um durch die Einstrahlung der Energie 54 das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

Das dielektrische Material 44 kann jedes geeignete Material sein, aber einige Beispiele geeigneter Materialien sind Alumini­ umoxid, Siliciumdioxid, Yttriumoxid, Siliciumcarbid, Borosili­ katglas, Borophosphosilikatglas, Tantaloxid, Siliciumnitrid, Chromoxid, Nickeloxid und Kombinationen dieser Stoffe, sind je­ doch nicht auf diese beschränkt. Das dielektrische Material 44 kann durch jedes geeignete Verfahren aufgebracht werden, etwa durch physikalische Ablagerung (z. B. Besputtern oder Bedampfen) oder chemische Dampfablagerung. Die Dicke der dielektrischen La­ ge 44 beträgt vorzugsweise etwa 5 Nanometer bis etwa 200 Nanome­ ter, besonders vorzugsweise etwa 10 Nanometer bis etwa 50 Nano­ meter.

Fig. 4 und 5 zeigen eine an der oberen Fläche des musterbilden­ den Materials 52 angeordnete Abdecklage 50. Diese Abdecklage 50 ist vorgesehen, um Störungen der Ebenheit des musterbildenden Materials 52 bei dem Schreibvorgang zu verringern oder zu ver­ hindern. Das Material oder die Materialien, die für die Abdeck­ lage 50 verwendet wurden, behalten vorzugsweise beim Schreiben ihre Integrität und vermischen sich nicht wesentlich mit den da­ runterliegenden musterbildenden Materialien 52.

Beispiele einiger geeigneter Materialien für die Abdecklage 50 umfassen dielektrische Materialien wie etwa Aluminiumoxid, Sili­ ciumdioxid, Yttriumoxid, Siliciumcarbid, Borosilikatglas, Boro­ phosphosilikatglas, Tantaloxid, Siliciumnitrid, Chromoxid, Nickel­ oxid und Kombinationen dieser Stoffe. Die Abdecklage 50 kann durch jedes geeignete Verfahren aufgebracht werden, etwa durch physikalische Ablagerung (z. B. Besputtern oder Bedampfen) oder chemische Dampfablagerung. Die Dicke der oberen Lage der Abdeck­ lage 50 beträgt vorzugsweise etwa 5 Nanometer bis etwa 200 Nano­ meter, besonders vorzugsweise etwa 10 Nanometer bis etwa 50 Nanometer.

Wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, wird das musterbildende Mate­ rial 52 zum Bilden eines Musters in dem musterbildenden Material 52 in ausgewählten Bereichen 56 Energie 54 ausgesetzt. Das mu­ sterbildende Material 52 kann unter Verwendung irgendeines ge­ eigneten Energiestrahls bzw. irgendwelcher geeigneter Energie­ strahlen mit einem Muster versehen werden. Zum Belichten des mu­ sterbildenden Materials 52 können zum Beispiel sichtbare, ultra­ violette oder infrarote Laserstrahlung, Elektronenstrahlen, Io­ nenstrahlen und Kombinationen hieraus verwendet werden. Die Be­ lichtung, die hier verwendet wird, kann durch optische Energie, thermische Energie, kinetische Energie usw. durchgeführt werden, wie sie zum Durchführen der gewünschten Umwandlung in dem mu­ sterbildenden Material 52 erforderlich ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das musterbildende Material unter Verwendung von Laserenergiestrahlen 54 belichtet, um das musterbildende Material 52 selektiv mit einer optimalen Auflösung zu belichten. Die Lichtenergie 54 von einer Laserener­ giequelle wird vorzugsweise mit einer angemessenen Kraft und Dauer pulsiert, um das musterbildende Material 52 in den ausge­ wählten Bereichen 56 zu belichten. Der Einfallswinkel der Laser­ energie 54 auf dem musterbildenden Material 52 ist vorzugsweise senkrecht, um die höchste Auflösung der ausgewählten Bereiche 56 des belichteten musterbildenden Materials 52 vorzusehen. Die Kraft und Dauer der Energie des pulsierten Lasers hängt von der Dicke des musterbildenden Materials 52, der Zusammensetzung des musterbildenden Materials 52, der Lichtfleckgröße, der Geschwin­ digkeit des Rohlings 40, der Wellenlänge des Lichts, dem verwen­ deten musterbildenden Material usw. ab.

In den belichteten Bereichen 56 des musterbildenden Materials 52 treten bei der Belichtung strukturelle und/oder chemische Um­ wandlungen auf. Die absorbierte Energie bewirkt vorzugsweise ei­ ne örtlich begrenzte Veränderung der physikalischen Eigenschaf­ ten von einer oder mehreren Lagen 46 und 48 des musterbildenden Materials 52. Bei einer Ausführungsform mischen sich die Lagen 46 und 48 des musterbildenden Materials 52 örtlich in den ausge­ wählten Bereichen 56 zum Bilden einer Legierung. Die Legierung in den ausgewählten Bereichen ist vorzugsweise eine amorphe Le­ gierung. Der Begriff "amorphe Legierung" soll besagen, daß das musterbildende Material 52 in den ausgewählten Bereichen 56 nicht durch Phasentrennung in die Komponenten der Lagen 46 und 48 getrennt ist, sondern statt dessen amorph ist.

In einigen Fällen kann die amorphe Legierung eine eutektische Legierung sein. Eine eutektische Legierung ist eine Mischung aus Komponenten, bei denen bei einer Temperatur, die tiefer als die Schmelztemperatur jeder der für sich genommenen Komponenten liegt, die feste Phase in die flüssige Phase übergeht. Ferner haben eutektische Legierungen einen eutektischen Punkt, der ei­ ner bestimmten Zusammensetzung der Legierungskomponenten ent­ spricht, die bei einer Temperatur des eutektischen Punktes voll­ ständig in die flüssige Phase übergeht, ohne einen Zwischenpha­ senübergang zu durchlaufen (d. h., die Umformung einer festen Mi­ schung in eine Mischung einer festen Mischung und einer flüssi­ gen Mischung vor der Umwandlung in eine ausschließlich flüssige Mischung). Als Folge dieses Verhaltens kann erwartet werden, daß bei der Bildung eutektischer Legierungen die ersten und zweiten Materialien 46 und 48 des musterbildenden Materials 52 mit ört­ lich begrenztem Schmelzen an der Grenzfläche bei einer Tempera­ tur beginnen, die deutlich unter der Schmelztemperatur der bei­ den Einzelmaterialien liegt. Die geschmolzenen Bereiche, d. h. die ausgewählten Bereiche 56, können sich dann in ausreichendem Umfang zum Bilden einer eutektischen Legierung mischen.

Als Alternative zur Bildung einer Legierung in dem musterbilden­ den Material 52 können die ersten und zweiten Materialien 46 und 48 des musterbildenden Materials 52 bei der Ablagerung amorph sein und bei der Bestrahlung mit Energie 54 in ausgewählten Be­ reichen 56 kristalliner werden. Bei wiederum einer anderen Aus­ führungsform ist wenigstens eine der Lagen der ersten und zwei­ ten Materialien 46 und 48 des musterbildenden Materials 52 vor der Bestrahlung kristallin. Bei der Bestrahlung mit der Energie 54 wird jede der kristallinen Lagen amorph.

Unabhängig von der genauen Umwandlung des musterbildenden Mate­ rials 52 in den ausgewählten Bereichen 56, die durch die Be­ strahlung mit Energie 54 verursacht wurde, ist der Endeffekt, daß das umgewandelte musterbildende Material 52 in den umgewan­ delten Bereichen weniger anfällig für eine Entfernung ist als das unbelichtete musterbildende Material 52 außerhalb der ausge­ wählten Bereiche 56. Darüber hinaus sollte das musterbildende Material 52 in den ausgewählten Bereichen 56 physikalische Ei­ genschaften aufweisen, die es ihm ermöglichen, bei der Herstel­ lung optischer Disks durch Spritzguß, Spritzprägen, Photopolyme­ risation usw. verwendet zu werden. Daher besteht im Gegensatz zu der herkömmlichen Herstellung von Stempeln für optische Disks keine Notwendigkeit zu der bei der Beschreibung des Standes der Technik oben angeführten Schritte der Elektroformung.

Das musterbildende Material 52 in den ausgewählten Bereichen 56 sollte eine mechanische Integrität und Adhäsion an dem Substrat 42 aufweisen, um voraufgezeichnete optische Disks direkt durch Spritzguß, Spritzprägen, Photopolymerisation usw. zu bilden. Der fertige Stempel 40 ist vorzugsweise geeignet, mehrere voraufge­ zeichnete optische Disks mit einer akzeptablen Produktionsrate zu bilden. Besonders vorzugsweise sollte der fertige Stempel ge­ eignet sein, wenigstens etwa 50 voraufgezeichnete optische Disks mit dem gewünschten Reliefmuster zu erzeugen, höchst vorzugswei­ se wenigstens etwa 500 voraufgezeichnete optische Disks.

Unbelichtetes musterbildendes Material 52 kann unter Verwendung jedes geeigneten Verfahrens, das es dem umgewandelten musterbil­ denden Material 52 in den ausgewählten Bereichen 56 ermöglicht, auf dem Substrat 42 zu verbleiben, selektiv entfernt werden. Bei einem Beispiel kann das musterbildende Material 52 mit einer Entwicklerlösung bearbeitet werden (z. B. durch Eintauchen in ei­ ne Lösung oder durch Besprühen), um auf chemischem Wege unbe­ lichtetes musterbildendes Material 52 wegzuätzen. Das musterbil­ dende Material 52 wird eine angemessene Zeitdauer lang mit einer oder mehreren Entwicklerlösungen bearbeitet, um im wesentlichen das gesamte musterbildende Material 52 in unbelichteten Berei­ chen zu entfernen. Die Entwicklerlösungen werden typischerweise auf der Grundlage der Materialien in den das musterbildende Ma­ terial 52 bildenden Lagen ausgewählt. Nach dem Bearbeiten des musterbildenden Materials 52 mit der Entwicklerlösung wird es vorgezogen, die entstandene Struktur mit einem Neutralisierungs­ mittel, etwa entionisiertem Wasser, abzuspülen, um eventuell vorhandene Entwicklerlösung oder -partikel von der Oberfläche der Struktur zu entfernen.

Wenn der Entfernungsvorgang durch Ätzen durchgeführt werden soll, weisen die Ätzvorgänge vorzugsweise Ätzverhältnisse von etwa 10 : 1 oder größer, und besonders vorzugsweise von 30 : 1 oder größer auf. Mit anderen Worten, die Ätzrate wenigstens einer La­ ge des unbelichteten musterbildenden Materials 52 beträgt vor­ zugsweise wenigstens das Zehnfache der Ätzrate des umgewandelten musterbildenden Materials 52 in den ausgewählten Bereichen 56. Was die bevorzugten Systeme angeht, bei denen eine amorphe Le­ gierung in den ausgewählten Bereichen 56 ausgebildet ist, weist wenigstens eine Lage der unbelichteten musterbildenden Materia­ lien 52 vorzugsweise eine Rate auf, die das Zehnfache oder mehr der Ätzrate der in den ausgewählten Bereichen 56 ausgebildeten amorphen Legierung aufweist, wobei wenigstens eine Lage des un­ belichteten musterbildenden Materials 52 vorzugsweise mit einer Rate geätzt wird, die dem Zehnfachen oder mehr der Ätzrate der amorphen Legierung entspricht, die in den ausgewählten und be­ lichteten Bereichen 56 ausgebildet ist.

Wenn das Ätzen verwendet wird, um das unbelichtete musterbilden­ de Material 52 zu entfernen, wird ebenfalls vorgezogen, daß die verwendeten Ätzmittel beim Entfernen einer Komponente des mu­ sterbildenden Materials 52 selektiv wirken. Mit anderen Worten, der Ätzvorgang für das musterbildende Material 52, das erste und zweite Materialien 46 und 48 aufweist, umfaßt zwei verschiedene Verfahrensschritte. Einer der Verfahrensschritte verwendet ein erstes Ätzmittel, das selektiv das unbelichtete erste Material 46 entfernt, während der andere Verfahrensschritt ein zweites Ätzmittel verwendet, das selektiv das unbelichtete zweite Mate­ rial 48 entfernt. Sowohl die ersten als auch die zweiten Ätzmit­ tel weisen jedoch vorzugsweise die Selektivität auf, die erfor­ derlich ist, um das umgewandelte musterbildende Material 52 in den ausgewählten Bereichen 56 auf dem Stempel zu belassen. Die Selektivität kann verstärkt werden, wenn die bevorzugte amorphe Legierung in den ausgewählten Bereichen 56 des musterbildenden Materials 52 ausgebildet ist. Ein Beispiel eines Ätzvorgangs wird weiter unten unter Bezug auf Fig. 6 und 7 beschrieben.

Bei den Ausführungsformen und Verfahren, bei denen, wie oben be­ schrieben, eine Abdecklage 50 vorgesehen ist, wird das zum Ent­ fernen des unbelichteten ersten Materials 46 verwendete erste Ätzmittel auch zum Entfernen der Abdecklage 50 verwendet, dies ist jedoch nicht erforderlich. Als Alternative kann die Abdeck­ lage 50 in einem separaten Schritt entweder durch ein drittes Ätzmittel oder durch ein anderes geeignetes Verfahren entfernt werden. Nachdem die Abdecklage 50 entfernt wurde, um die darun­ terliegende Lage des zweiten Materials 48 freizulegen, wird der Stempel 40 derart bearbeitet, daß selektiv die unbelichteten Teile des zweiten Materials 48 entfernt werden, wie in Fig. 6 erkennbar ist. Die Teile des umgewandelten musterbildenden Mate­ rials 52 in den ausgewählten Bereichen 56 werden von dem Entfer­ nen des zweiten Materials 48 nicht im wesentlichen in Mitleiden­ schaft gezogen.

Nach dem Entfernen des zweiten Materials 48 wird die Lage des ersten Materials 46 bearbeitet, um selektiv die unbelichteten Teile des ersten Materials 46 zu entfernen, wie in Fig. 7 er­ kennbar ist. Die Teile des umgewandelten musterbildenden Materi­ als 52 in den ausgewählten Bereichen 56 werden von dem Entfernen des ersten Materials 46 im wesentlichen nicht beeinflußt. Dar­ über hinaus bleibt die darunterliegende Lage dielektrischen Ma­ terials 44 nach dem Entfernen der Lage des ersten Materials 46 vorzugsweise intakt, dies ist jedoch nicht erforderlich. Bei an­ deren Ausführungsformen kann das dielektrische Material 44 zwi­ schen dem umgewandelten musterbildenden Material 52 in den aus­ gewählten Bereichen 56 mit dem ersten Material 46 oder in einem zusätzlichen Verfahrens schritt entfernt werden, der nach dem Entfernen des ersten Materials 46 durchgeführt wird.

Der in Fig. 7 ausgebildete Stempel 40 ist dann vorzugsweise zur Verwendung bei der Vervielfältigung optischer Disks zum Beispiel durch Spritzguß, Spritzprägen, Photopolymerisation usw. geeig­ net. Wie in Fig. 7 dargestellt, bilden nach der Entfernung des unbelichteten musterbildenden Materials 52 das Substrat 42, die dielektrische Lage 44 und die ausgewählten Bereiche 56 des be­ lichteten musterbildenden Materials 52 einen Stempel 40 für op­ tische Disks.

Die Höhe der ausgewählten Bereiche 56 des belichteten musterbil­ denden Materials 52 auf den Stempeln 40 für optische Disks ist im wesentlichen dieselbe wie die Dicke des ursprünglichen mu­ sterbildenden Materials 52, wie es in Fig. 4 und 5 dargestellt ist. In einigen Fällen kann die vertikale Höhe der ausgewählten Bereiche 56 jedoch mehr oder weniger der Höhe des ursprünglichen musterbildenden Materials 52 entsprechen.

Fig. 8 zeigt schematisch eine alternative Ausführungsform eines Stempelrohlings 140 für optische Disks, der ein Substrat 142 aufweist, auf dem wahlweise eine Lage dielektrischen Materials 144 angeordnet ist. Eine Lage eines ersten Materials 146 ist auf der Lage dielektrischen Materials 144 angeordnet, und eine Lage eines zweiten Materials 148 ist auf der Lage des ersten Materi­ als 146 angeordnet. Eine Lage eines dritten Materials 149 ist auf der Lage des zweiten Materials 148 angeordnet, und eine wahlweise Abdecklage 150 ist ebenfalls in der dargestellten Aus­ führungsform vorgesehen. Die ersten, zweiten und dritten Mate­ rialien 146, 148 und 149 bilden zusammen bei dem Stempelrohling 140 aus Fig. 8 das musterbildende Material 152.

Es wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung zu­ sätzlich zu drei Lagen mit verschiedenen Materialien, wie in Fig. 8 dargestellt, auch musterbildende Materialien auf einem Substrat aufweisen könnten, die vier oder mehr Lagen verschiede­ ner Materialien aufweisen. Unabhängig von der Anzahl der in dem musterbildenden Material vorgesehenen verschiedenen Materialien umfaßt das Verfahren des Entfernens des unbelichteten musterbil­ denden Materials im allgemeinen die Verwendung von Verfahrens­ schritten, die selektiv einen oder mehrere der Komponenten des musterbildenden Materials 152 entfernen, während sie das muster­ bildende Material 152 in ausgewählten Bereichen im wesentlichen nicht in Mitleidenschaft ziehen.

Wenn zum Beispiel drei verschiedene Komponenten zum Bilden des musterbildenden Materials verwendet werden, wie in Fig. 8 darge­ stellt, und das Ätzen das bevorzugte Verfahren des selektiven Entfernens ist, dann werden vorzugsweise drei verschiedene Ätz­ verfahrensschritte durchgeführt, um das unbelichtete dritte Ma­ terial 149 am Anfang zu entfernen, worauf das unbelichtete zwei­ te Material 148 entfernt wird, worauf das unbelichtete erste Ma­ terial 146 entfernt wird. Es kann sein, daß das zum Entfernen des dritten Materials 149 verwendete Ätzmittel auch zum Entfer­ nen des ersten Materials 146 verwendet werden kann, aber daß das erste Material 146 wegen der dazwischenliegenden Lage des zwei­ ten Materials 148 nicht zur selben Zeit wie das dritte Material 149 entfernt wird.

Es kann auch vorzuziehen sein, abwechselnde Lagen aus zwei oder mehr verschiedenen Materialien vorzusehen, um das musterbildende Material bei einem erfindungsgemäßen Stempel für optische Disks auszubilden. Bei der Ausführungsform aus Fig. 8 kann das erste Material 146 zum Beispiel Germanium, das zweite Material Alumi­ nium und das dritte Material ebenfalls Germanium sein, wodurch ein musterbildendes Ge/Al/Ge-Kompositmaterial 152 auf dem Stem­ pelrohling 140 gebildet wird. In vielen Fällen kann es wün­ schenswert sein, mehrere Lagen aus wenigstens einer der Kompo­ nenten des musterbildenden Materials 152 vorzusehen, um ein ein­ heitlicheres Mischen der verschiedenen Materialien im Hinblick auf den Schreibvorgang zu fördern.

Es wird darauf hingewiesen, daß, wenn ein Stempelrohling verwen­ det wird, wie er im vorhergehenden Absatz beschrieben ist, d. h., der ein musterbildendes Material 152 aus Ge/Al/Ge aufweist, die Verarbeitung des entstehenden belichteten Stempels 140 es typi­ scherweise umfaßt, daß selektiv jede Lage 146, 148 und 149 durch die Verwendung eines geeigneten Verfahrens entfernt wird, wäh­ rend die belichteten Teile auf dem Stempelsubstrat 142 verblei­ ben. Ein Beispiel eines geeigneten Ätzverfahrens umfaßt es, die obere Lage 149 einem ersten Ätzmittel aus Weinsäurelö­ sung:Wasserstoffperoxid (1 : 1 vom Volumen her, wobei die Weinsäu­ relösung mit entionisiertem Wasser in einem Verhältnis von 10 Gramm zu 25 Gramm H₂O gemischt ist) auszusetzen, um die obere La­ ge 149 aus Germanium zu entfernen, worauf eine Spülung in entio­ nisiertem Wasser erfolgt. Als nächstes wird ein zweites Ätzmit­ tel aus H₃PO₄ : H₂O : Glycerin (30 : 10 : 50 vom Volumen her) zum Entfer­ nen des Aluminiums in der Lage 148 verwendet, worauf eine Spü­ lung in entionisiertem Wasser erfolgt. Schließlich kann die un­ tere Lage 146 aus Germanium durch eine zweite Anwendung des er­ sten Ätzmittels entfernt werden, worauf eine letzte Spülung in entionisiertem Wasser erfolgt. Die verwendeten Ätzmittel können zur Verbesserung des Verfahrens bei einer erhöhten Temperatur vorgesehen sein.

Wie oben beschrieben, weisen die erfindungsgemäßen Stempel für optische Disks und die erfindungsgemäßen Verfahren zu ihrer Bil­ dung einen deutlichen Vorteil gegenüber bekannten Verfahren auf, die es umfassen, Master und/oder Stempel zur Herstellung opti­ scher Disks durch Elektroformen herzustellen. Die Verfahren ge­ mäß der vorliegenden Erfindung können potentiell einen fertigen Stempel für optische Disks in lediglich dreißig Minuten aus ei­ nem Rohling fertigen. Die Verfahren erfordern nicht die Verwen­ dung gefilterten Lichts in den Verarbeitungsbereichen. Wenn auf dem Rohling bereits Nachführ- und Zeitsteuerungsinformationen in Rillen vorgesehen sind, kann durch das erfindungsgemäße Verfah­ ren auch die Notwendigkeit entfallen, Luftlager und eine kompli­ zierte Vibrationsisolationsvorrichtung im Zusammenhang mit dem Verfahren des Einschreibens des musterbildenden Materials auf den Rohlingen vorzusehen.

Ein Beispiel des Systems 60, das zum Herstellen von den Prinzi­ pien der vorliegenden Erfindung entsprechenden Stempeln für op­ tische Disks geeignet ist, ist in Fig. 9 dargestellt. Das System 60 ist schematisch im Blockdiagrammformat dargestellt, da die eigentliche Konstruktion und Auswahl der verschiedenen bei der­ artigen Systemen verwendeten Komponenten den Experten auf dem Gebiet bekannt sein wird. Das System 60 zum Verarbeiten von Roh­ lingen weist eine Belichtungsvorrichtung 62 auf, in der ausge­ wählte Bereiche des Master-Rohlings der geeigneten Energie aus­ gesetzt werden, die zum Umwandeln des musterbildenden Materials auf dem Rohling (wie oben beschrieben) geeignet sind. Die Be­ lichtungsvorrichtung 62 weist vorzugsweise einen Mechanismus 64 auf, um den Rohling und eine Energiequelle 66 relativ zueinander zu drehen, um das musterbildende Material auf dem Rohling zu be­ lichten. Die Energiequelle 66 kann jeder geeignete Typ sein, wie etwa ein Laser usw.

Die Belichtungsvorrichtung 62 weist auch vorzugsweise eine Ein­ richtung zum Erhalten von Zeitsteuerungs- und/oder Nachführin­ formationen von den Rohlingen bei der Belichtung auf, so daß die Notwendigkeit für Luftlager und andere komplizierte Vorrichtun­ gen verringert wird oder entfällt. Indem eine derartige Einrich­ tung vorgesehen ist, können die erfindungsgemäßen Systeme 60 deutliche Vorteile gegenüber bekannten Systemen zur Herstellung von Stempeln für optische Disks vorsehen.

Der belichtete Rohling wird dann (manuell oder auf andere Weise) zu der selektiven Entfernungsvorrichtung 70 übertragen, bei der die belichtete Disk einem Ätzvorgang oder einem anderen Vorgang unterzogen wird, der dazu gedacht ist, die unbelichteten Teile des musterbildenden Materials von dem belichteten Rohling zu entfernen. Die selektive Entfernung der unbelichteten Teile des musterbildenden Materials von den Rohlingen bildet die gewünsch­ ten Stempel für optische Disks, die dann in geeigneten Verviel­ fältigungseinrichtungen und -verfahren verwendet werden können.

Fig. 10 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Systems 160 mit einer Belichtungsvorrichtung 162 und einer selektiven Ent­ fernungsvorrichtung 170. Wenn der selektive Entfernungsvorgang das Ätzen der Rohlinge umfaßt, kann die Vorrichtung 170 eine entsprechende Station aufweisen, wie sie oben beschrieben ist, oder sie kann eine Anzahl verschiedener Stationen 172, 174, 176 und 178 aufweisen, bei denen die Rohlinge Ätzlösungen ausgesetzt sind, um selektiv die unbelichteten musterbildenden Materialien auf den Rohlingen mit zwischen den Ätzmitteln ansteigenden Schritten zu entfernen. Die Station 172 kann zum Beispiel eine erste Ätzmittellösung aufweisen, um, wie oben beschrieben, se­ lektiv einen Teil des unbelichteten musterbildenden Materials zu entfernen, während die Station 174 vorgesehen ist, um zwischen den Verarbeitungsschritten das Ätzmittel abzuspülen. Die Station 176 kann dann eine zweite Ätzmittellösung aufweisen, um, wie oben beschrieben, selektiv einen weiteren Teil des unbelichteten musterbildenden Materials zu entfernen, worauf eine letzte Spü­ lung durchgeführt wird, um das Ätzmittel und alle anderen Verun­ reinigungen, die die Vervielfältigung der optischen Disks durch die Stempel behindern könnten, zu entfernen.

Bei dem System aus Fig. 10 können die Stationen 172 und folgende jeweils eine Einrichtung aufweisen, um das musterbildende Mate­ rial sequentiell mit den ersten und zweiten Ätzmitteln in Kon­ takt zu bringen. Die Einrichtung kann Sprüheinrichtungen, Tauch­ bäder, Kombinationen aus diesen und andere Vorrichtungen aufwei­ sen, die geeignet sind, eine Fläche mit einer Ätzmittellösung in Kontakt zu bringen.

Die folgenden Beispiele zeigen spezielle Ausführungsformen und/oder Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Viele ver­ schiedene Variationen der folgenden Beispiele liegen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung und sind nur durch die beiliegenden Patentansprüche eingeschränkt.

Beispiel 1

Ein flaches Polycarbonat-Substrat wurde mit folgenden Lagen in der angegebenen Reihenfolge beschichtet: 60 nm Aluminium, 30 nm Germanium und 10 nm Yttriumoxid. Die Lagen wurden alle durch Be­ sputtern gemäß bekannten Verfahren ausgebildet, um einen unbe­ lichteten Rohling zu bilden. Obwohl als Aluminium bezeichnet, bestand die Aluminiumlage aus 96% Aluminium und 4% Chrom.

Zufällige EFM-kodierte (d. h., nach dem beim Bespielen von Com­ pact Discs verwendeten digitalen Modulationscode kodierte) Daten wurden mit einem Laser mit einer Wellenlänge von 680 nm, der un­ ter Verwendung einer Linse mit einer numerischen Apertur von 0,55 durch das Substrat fokussiert wurde, auf den unbelichteten Rohling geschrieben. Die Markierungen wurden zum Bilden eines belichteten Rohlings mit einer konstanten Geschwindigkeit von 2,4 m/s geschrieben. Die zum Schreiben der Daten verwendete Lei­ stung war unterschiedlich und wies 10, 12, 14 und 15 mW auf.

Der belichtete Rohling wurde dann durch Eintauchen in ausgewähl­ te Ätzmittel und durch Abspülen in fließendem entionisiertem Wasser zwischen einzelnen Ätzschritten entwickelt. Der belichte­ te Rohling wurde am Anfang 5 Minuten und 45 Sekunden (bei etwa 21°C) in ein erstes Ätzmittel aus Weinsäurelösung:Wasserstoff­ peroxid (1 : 1 vom Volumen her, wobei die Weinsäurelösung mit en­ tionisiertem Wasser in einem Verhältnis von 10 Gramm zu 25 Gramm H₂O gemischt war) eingetaucht, worauf er 3 Minuten lang in flie­ ßendem entionisiertem Wasser abgespült wurde. Das erste Ätzmit­ tel entfernte die Yttriumoxid-Lage und die oberste Germanium- Lage in den Bereichen, die nicht der Laserenergie ausgesetzt wa­ ren.

Nach dem Abspülen wurde der teilweise geätzte Rohling dann zehn Minuten lang in eine zweite Ätzmittellösung aus H₃PO₄ : H₂O : Gly­ cerin (30 : 10 : 50 vom Volumen her) eingetaucht, um die Aluminium- Lage in den Bereichen zu entfernen, die der Laserenergie nicht ausgesetzt waren. Das zweite Ätzmittelbad wurde ebenfalls auf 38°C gehalten. Der teilweise geätzte Rohling wurde dann zum Ent­ fernen des zweiten Ätzmittels 3 Minuten lang in fließendem en­ tionisiertem Wasser abgespült.

Nach dem zweiten Abspülen wurde der teilweise geätzte Rohling wieder 2 Minuten und 30 Sekunden lang in das erste Ätzmittel eingetaucht, um die dem Substrat am nächsten liegende Germanium- Lage in den Bereichen zu entfernen, die der Laserenergie nicht ausgesetzt waren. Diesem Ätzschritt folgte ein 3 Minuten langes drittes Abspülen in fließendem entionisiertem Wasser.

Der dritte Ätzschritt vervollständigte die Entfernung des unbe­ lichteten musterbildenden Materials auf dem Substrat und beließ die amorphe Germanium-Aluminium-Legierung auf dem Substrat in Erhebungen, die ein Reliefmuster bildeten.

Beispiel 2

Ein flaches Polycarbonat-Substrat wurde mit folgenden Lagen in der angegebenen Reihenfolge beschichtet: 20 nm Germanium, 30 nm Aluminium, 20 nm Germanium, 30 nm Aluminium, 20 nm Germanium und 20 nm Yttriumoxid. Die Lagen wurden alle durch Besputtern gemäß bekannten Verfahren ausgebildet, um einen unbelichteten Rohling zu bilden. Wie bei Beispiel 1 bestanden die Aluminium-Lagen aus 96% Aluminium und 4% Chrom.

Zufällige EFM-kodierte (d. h., nach dem beim Bespielen von Com­ pact Discs verwendeten digitalen Modulationscode kodierte) Daten wurden mit einem Laser mit einer Wellenlänge von 680 nm, der un­ ter Verwendung einer Linse mit einer numerischen Apertur von 0,55 durch das Substrat fokussiert wurde, auf den unbelichteten Rohling geschrieben. Die Markierungen wurden zum Bilden eines belichteten Rohlings mit einer konstanten Geschwindigkeit von 2,4 m/s geschrieben. Die zum Schreiben der Daten verwendete Lei­ stung war unterschiedlich und wies 10, 12 und 14 mW auf.

Der belichtete Rohling wurde dann durch Eintauchen in die ersten und zweiten Ätzmittel und, wie bei Beispiel 1, durch Abspülen in fließendem entionisiertem Wasser zwischen einzelnen Ätzschritten entwickelt. Das beachtete Protokoll sah ein 5 Minuten langes Eintauchen in das erste Ätzmittel, ein Abspülen, ein 13 Minuten langes Eintauchen in das zweite Ätzmittel, ein Abspülen, ein 2,5 Minuten langes Eintauchen in das erste Ätzmittel, ein Abspülen, ein 6 Minuten langes Eintauchen in das zweite Ätzmittel, ein Ab­ spülen, ein 3 Minuten langes Eintauchen in das erste Ätzmittel und ein abschließendes Abspülen vor.

Diese Ätzschritte entfernten das unbelichtete musterbildende Ma­ terial auf dem Substrat und beließen die amorphe Germanium- Aluminium-Legierung auf dem Substrat in Erhebungen, die ein Re­ liefmuster bildeten.

Beispiel 3

Ein flaches undurchsichtiges Substrat wurde mit einem musterbil­ denden Material mit folgenden Lagen in der angegebenen Reihen­ folge beschichtet: 15 nm Germanium, 30 nm Aluminium, 15 nm Ger­ manium und 20 nm Yttriumoxid. Die Lagen wurden alle durch Be­ sputtern gemäß bekannten Verfahren ausgebildet, um einen unbe­ lichteten Rohling zu bilden. Wie bei Beispiel 1 bestanden die Aluminium-Lagen aus 96% Aluminium und 4% Chrom.

Zufällige EFM-kodierte (d. h., nach dem beim Bespielen von Com­ pact Discs verwendeten digitalen Modulationscode kodierte) Daten wurden mit einem Laser mit einer Wellenlänge von 780 nm, der un­ ter Verwendung einer Linse mit einer numerischen Apertur von 0,55 durch das Substrat fokussiert wurde, auf das musterbildende Material geschrieben. Die Markierungen wurden zum Bilden eines belichteten Rohlings mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1,2 Metern pro Sekunde geschrieben. Die zum Schreiben der Daten verwendete Leistung war unterschiedlich und wies 8, 10, 12 und 14 mW auf.

Der belichtete Rohling wurde dann durch Eintauchen in die ersten und zweiten Ätzmittel und, wie bei Beispiel 1, durch Abspülen in fließendem entionisiertem Wasser zwischen einzelnen Ätzschritten entwickelt. Das beachtete Protokoll sah ein 5 Minuten langes Eintauchen in das erste Ätzmittel, ein Abspülen, ein 6 Minuten langes Eintauchen in das zweite Ätzmittel, ein Abspülen, ein 5 Minuten langes Eintauchen in das erste Ätzmittel und ein ab­ schließendes Abspülen vor.

Diese Ätzschritte entfernten das unbelichtete musterbildende Ma­ terial auf dem Substrat und beließen die amorphe Germanium- Aluminium-Legierung auf dem Substrat in Erhebungen, die ein Re­ liefmuster bildeten. Der Stempel wurde dann in einer Spritzprä­ geeinrichtung angeordnet und zum Formen von CD-ROM-Disks verwen­ det.

Claims (9)

1. Verfahren zum Formen eines Stempels (40) für optische Disks, mit den Schritten:
Vorsehen eines Substrats (42);
Vorsehen eines musterbildenden Materials (52) auf dem Sub­ strat, wobei das musterbildende Material wenigstens eine Lage eines ersten Materials (46) und wenigstens eine Lage eines zweiten Materials (48) aufweist;
Belichten ausgewählter Bereiche (56) des musterbildenden Ma­ terials; und
Entfernen des musterbildenden Materials außerhalb der ausge­ wählten Bereiche, wobei das belichtete musterbildende Materi­ al ein Reliefmuster auf dem Stempel für optische Disks bil­ det.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Material ein Me­ tall und das zweite Material ein Halbleiter ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die Gold, Aluminium und Kombi­ nationen hieraus aufweist, und wobei ferner das zweite Mate­ rial aus der Gruppe ausgewählt ist, die Silicium, Germanium und Kombinationen hieraus aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei das Belichten ausge­ wählter Bereiche des musterbildenden Materials eine Legierung der ersten und zweiten Materialien in den ausgewählten Berei­ chen bildet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Legierung eine amorphe Legierung ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Schritt des Vor­ sehens eines Substrats es umfaßt, ein mit einer Rille (58) versehenes Substrat vorzusehen.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Schritt des Ent­ fernens es umfaßt, nacheinander ein erstes Ätzmittel zum se­ lektiven Entfernen des ersten Materials und ein zweites Ätz­ mittel zum selektiven Entfernen des zweiten Materials vorzu­ sehen.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, ferner mit dem Schritt des Verwendens des Stempels zum direkten Bilden von wenigstens 500 voraufgezeichneten optischen Datenspeicherdisks durch den Stempel für optische Disks.

9. System (60) zum Erzeugen von Stempeln für optische Disks aus Stempelrohlingen (40) mit einem Substrat (42) und einem mu­ sterbildenden Material (52) auf dem Substrat, wobei das mu­ sterbildende Material mehrere Lagen aufweist, von denen we­ nigstens eine ein Metall (46) und wenigstens eine einen Halb­ leiter (48) aufweist, wobei das System folgendes aufweist:
eine Belichtungsvorrichtung (62) zum Belichten ausgewählter Bereiche (56) des musterbildenden Materials, wobei die Be­ lichtungsvorrichtung einen Mechanismus (64) zum Bewegen des Rohlings relativ zu einem Energiestrahl (54) und eine Ener­ giequelle (66) zum Liefern des Energiestrahls aufweist;
eine Quelle (172) eines ersten Ätzmittels; und
eine Quelle (176) eines zweiten Ätzmittels, wobei das erste Ätzmittel mit dem musterbildenden Material in Kontakt ge­ bracht wird, um das Metall außerhalb der ausgewählten Berei­ che von dem Rohling zu entfernen, und wobei ferner das zweite Ätzmittel mit dem musterbildenden Material in Kontakt ge­ bracht wird, um den Halbleiter außerhalb der ausgewählten Be­ reiche von dem Rohling zu entfernen.