DE60101744T2

DE60101744T2 - Verfahren zum Herstellen eines für ein Matrizenherstellungsverfahren geeigneten Substrats und durch das Verfahren erhaltenes Substrat

Info

Publication number: DE60101744T2
Application number: DE60101744T
Authority: DE
Inventors: Etienne Christian HENDRIKS; Anthony Roland TACKEN
Original assignee: OTB Group BV
Current assignee: Singulus Mastering BV
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: JP2004505398A; EP1295287B1; DE60101744D1; CN1449563A; US20060099532A1; ATE257618T1; NL1015524C2; US7067238B2; WO2002009103A1; AU2001269608A1; EP1295287A1; CN1199169C; HK1057124A1; US20040091721A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats gemäß der Präambel von Patentanspruch 1 und ferner ein Substrat gemäß der Präambel von Patentanspruch 18 und ein Verfahren zum Herstellen einer zum Herstellen optischer Platten, z.B. zum Belichten, Entwickeln und Erwärmen einer auf ein Substrat aufgebrachten fotosensitiven Schicht, verwendbaren Matrize.
Gemäß der JP-A-58-077044 ist ein Verfahren zum Erhöhen der Kontaktintensität oder des Haftvermögens einer Fotoresistschicht durch Erzeugen einer Vernetzungsreaktion nach dem Aufbringen einer dünnen Fotoresistschicht auf ein Glassubstrat oder auf eine auf dem Substrat vorhandene reflektierende Schicht bekannt. Hierbei wird zunächst eine reflektierende Schicht auf einem Glassubstrat ausgebildet, und anschließend wird darauf eine Fotoresistschicht in einer Dicke von etwa 100 Å aufgebracht. Durch Erhöhen der Temperatur wird zwischen den beiden Schichten eine Vernetzungsreaktion erzeugt, und auf die derart vernetzten Schichten wird eine Fotoresistschicht mit einer Dicke von etwa 1000 Å aufgebracht, die anschließend belichtet und entwickelt wird. In dieser Veröffentlichung wird jedoch keinerlei Information hinsichtlich des Einflusses der vernetzten Unter- oder Grundschicht auf die Fotoresistschicht bereitgestellt, die schließlich belichtet und entwickelt werden soll.
Optische Platten enthalten Information, die in einer geometrischen Struktur aufgezeichnet ist. Die geometrische Struktur besteht aus Pits (Vertiefungen) und Lands (Stege), wobei die Pits in konzentrischen Kreisen oder in einer Spirale in einer Oberfläche einer entsprechenden optischen Platte angeordnet sind. Außerdem werden Grooves (Nuten) als Struktur optischer Platten verwendet. Wenn eine große Anzahl solcher optischen Platten hergestellt werden sollen, wird ein Stempel oder eine Matrize in der Form einer Spritzgießmaschine angeordnet, woraufhin die optischen Platten endmetallisiert werden und eine Schutzlackschicht und ein Label bzw. eine Beschriftung oder ein Aufdruck aufgebracht wird.
Das in der Einleitung erwähnte Matrizenherstellungsverfahren ist gemäß den niederländischen Patentanmeldungen Nr. 9400225 und 1007216, eingereicht im Namen des vorliegenden Anmelders, bekannt, wobei durch dieses Verfahren eine unstrukturierte Matrizenplate vorbereitet wird, wobei das Vorbereiten der Matrizenplatte das Reinigen und gegebenenfalls das Aufbringen einer Haftschicht für die noch aufzubringenden Fotoresistschicht aufweist.
Anschließend wird eine Negativfotoresistschicht auf die derart vorbereitete unstrukturierte Matrizenplatte aufgebracht, wobei der Fotoresist selektiv durch Laserlicht belichtet wird, woraufhin die selektiv belichtete Fotoresistschicht erwärmt und anschließend integral belichtet wird. Schließlich wird die integral belichtete Fotoresistschicht entwickelt, um eine strukturierte Fotoresistschicht bereitzustellen, die anschließend erwärmt wird. Im gegenwärtig verwendeten direkten Matrizenaufzeichnungs(Direct Stamper Recording, DSR)verfahren, für das dem vorliegenden Anmelder das niederländische Patent Nr. 1009106 erteilt worden ist, wird eine Matrize durch einen Galvanisierungsprozeß direkt auf einem Nickelsubstrat ausgebildet.
Das hierbei verwendete Substrat besteht tatsächlich aus einer kreisförmigen Nickelscheibe mit einem Durchmesser von etwa 200 μm (Anm. des Übersetzers: richtig: 200 mm) und einer Dicke von etwa 300 μm, und auf die Scheibe wird unter Verwendung einer Haftschicht eine auf Novolak basierende Fotoresistschicht aufgebracht. Die Haftschicht, die hinsichtlich ihrer Dicke lediglich als "Monolayer" oder "Einschicht" betrachtet werden kann, dient dazu, eine geeignete Oberfläche bereitzustellen, auf der die auf Novolak basierende Fotoresistschicht aufgebracht werden kann.
Im nachfolgenden Schritt des DSR-Verfahrens wird die auf das Substrat aufgebrachte Fotoresistschicht durch Laserlicht selektiv belichtet und anschließend erwärmt und integral belichtet. Nach dem Entwicklungsschritt wird das Fotoresistmaterial mit Ausnahme von auf dem Nickelsubstrat verbleibenden Fotoresiststempeln entfernt. Die Fotoresiststempel werden anschließend unter Verwendung eines Belichtungsschritts mit einer Wellenlänge im tiefen W-Bereich ausgehärtet, woraufhin ein Erwärmungsschritt bei einer hohen Temperatur (Hartbacken) ausgeführt wird, um die belichteten und dadurch vernetzten Bereiche durch weiteres Vernetzen von Polymerketten zusätzlich zu festigen. Eine durch dieses Verfahren erhaltene Matrize weist daher eine Nickelschale mit Fotoresiststempeln auf. Durch weiteres Härten der Fotoresiststempel können durch eine solche Matrize, die in einer Form einer Spritzgießmaschine für eine Massenherstellung von CD-Kopien verwendet wird, mindestens 5000 Kopien hergestellt werden.
Untersuchungen haben gezeigt, daß während des Galvanisierungsprozesses Defekte, z.B. Streifen und Verformungen, auf der Oberfläche des Nickelsubstrats verursacht werden können. In einigen Fällen können diese Defekte durch Halogenlicht auf einem unverarbeiteten Nickelsubstrat erfaßt werden. Nach Abschluß der vorstehend beschriebenen Verarbeitungsschritte des DSR-Verfahrens werden sich diese Defekte jedoch nicht mehr zeigen. Es wird vermutet, daß diese Erscheinung durch einen lokalen Unterschied des Beugungsmusters verursacht wird, wobei das Beugungsmuster durch die Struktur von Fotoresiststempeln erzeugt wird. Nicht nur das menschliche Auge ist hochgradig empfindlich auf Unterschiede im Beugungsmuster, sondern auch das elektrische Signal von der Matrize kann durch die Qualität der Substrate beeinflußt werden.
Weitere Untersuchungen haben darüber hinaus gezeigt, daß während des Belichtungsschritts im Matrizenherstellungsverfahren stehende Wellen in der Fotoresistschicht auftreten. Diese stehenden Wellen, die durch Reflexion am Substrat verursacht werden, führen zu alternierenden hohen und niedrigen Belichtungsenergiepegeln in der Dicke des Resistmaterials, wodurch schließlich unerwünscht Fotoresiststempel mit unregelmäßiger Form und unregelmäßigen Abmessungen erhalten werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Substrat zur Verwendung in einem Matrizenherstellungsverfahren, insbesondere im DSR-Verfahren, bereitzustellen, wobei die Qualität des Substrats in der schließlich hergestellten Matrize zweitrangig ist.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Matrize bereitzustellen, die im Vergleich zu gegenwärtig kommerziell erhältlichen DSR-Matrizen eine erhöhte technische Lebensdauer aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats zur Verwendung in einem Matrizenherstellungsverfahren bereitzustellen, in dem auf die gegenwärtig als Haftschicht verwendete "Monoschicht" verzichtet werden kann.
Es ist eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats zur Ver wendung in einem Matrizenherstellungsverfahren bereitzustellen, wobei das Verfahren derart ausgeführt wird, daß der negative Effekt stehender Wellen, insbesondere der Position der Interferenzkurve, auf die Ausbildung der Fotoresiststempel minimiert wird.
Das in der Einleitung erwähnte Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der vernetzten Grundschicht in Schritt b) so ausgewählt wird, daß die maximale Energieintensität während des Belichtungsschritts des Matrizenherstellungsverfahrens bei einer gewünschten Stempelhöhe des zu entwickelnden Überzugs auftritt.
Wie vorstehend erwähnt wurde, erfährt das auf das Substrat auffallende Licht eine endlose Anzahl von Reflexionen an der Grenzfläche zwischen dem Resist und der umgebenden Atmosphäre und außerdem an der Grenzfläche zwischen dem Resist und dem Substrat. Die ein- und austretenden Lichtwellen interferieren im Resistmaterial, wodurch eine sogenannte Interferenzkurve entsteht, wobei die Interferenz zu einer Änderung der Intensität der Energie führt, die das Resistmaterial über die Schichtdicke aufnimmt. Durch eine erfindungsgemäße Auswahl der Dicke der Grundschicht derart, daß die maximale Energieintensität während des Belichtungsschritts des Matrizenherstellungsverfahrens bei der gewünschten Stempelhöhe des Fotoresiststempels des zu entwickelnden Überzugs auftritt, wird die Position der Interferenzkurve derart verschoben, daß der Maximalwert der destruktiven Interferenz nicht im Bereich der gewünschten Stempelhöhe auftritt. Dadurch wird ein Überzug erhalten, von dem reproduzierbare Fotoresiststempel mit einer gewünschten Höhe und einer gewünschten Form erhalten werden können.
Ein auf Novolak basierender Fotoresist ist als die geeignete vernetzbare chemische Zusammensetzung bevorzugt. Au ßerdem ist es in spezifischen Ausführungsformen bevorzugt, ein Material zu verwenden, das Novolak enthält, z.B. reines Novolak.
Es ist insbesondere bevorzugt, Schritt b) unter Verwendung einer Wärmebehandlung auszuführen, insbesondere bei einer Temperatur im Bereich von 150–250°C. In einem solchen Temperaturbereich wird eine dreidimensionale Vernetzung der Polymerketten der in Schritt a) hergestellten chemischen Zusammensetzung erhalten, wobei diese Grundschicht jegliche Defekte im Substrat maskieren oder überdecken wird.
Gemäß einer spezifischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Schritt b) unter Verwendung eines Belichtungsschritts ausgeführt, insbesondere im Wellenlängenbereich von 200–320 nm.
Die Belichtungszeit beträgt 5–180 Sekunden, und der Belichtungsschritt wird insbesondere ausgeführt, während das Substrat gedreht und/oder erwärmt wird. Weil die vernetzbare chemische Zusammensetzung in Schritt b) einer Vernetzungsreaktion unterzogen worden ist, ist die vernetzte Zusammensetzung nicht oder nur in einem geringen Grad in dem Lösungsmittel löslich, das im fotosensitiven Material verwendet wird, das in Schritt c) hergestellt worden ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Überzug in einem weiteren Schritt d) einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei Schritt d) bei einer Temperatur ausgeführt wird, bei der keine Vernetzung des fotosensitiven Materials auftreten wird, das in Schritt c) bereits aufgebracht worden ist. D.h., daß Schritt d) insbesondere bei einer Temperatur von maximal 130°C ausgeführt wird. Das im Überzug vorhandene Lösungsmittel wird durch Ausführen von Schritt d) entfernt.
Für die vorliegende Erfindung ist es insbesondere wichtig, daß im Überzug des fotosensitiven Materials keine Vernetzungsreaktion auftritt, weil der Überzug im weiteren DSR- Verfahren strukturiert wird, um die vorstehend beschriebenen Fotoresiststempel auszubilden.
In einer spezifischen Ausführungsform ist es wünschenswert, das Substrat einem Vorbereitungsschritt zu unterziehen bevor Schritt a) ausgeführt wird, wobei der Vorbereitungsschritt das Reinigen des Substrats und gegebenenfalls das Aufbringen einer Haftschicht für die in Schritt a) aufzubringende vernetzbare chemische Zusammensetzung aufweist.
Der Zweck eines solchen Vorbereitungsschritts ist es insbesondere, das Haftvermögen zwischen dem Substrat und der in Schritt a) herzustellenden Grundschicht zu verbessern, so daß die Grundschicht auf der Haftschicht ausgebildet wird, die zuvor auf das Substrat aufgebracht worden ist.
Vorzugsweise wird für das Substrat ein Metall verwendet, insbesondere Nickel.
Um Schichten mit einer gleichmäßigen Dicke zu erhalten, ist es bevorzugt, sowohl Schritt a) als auch Schritt c) durch ein Spin-Coating-Verfahren auszuführen, wobei die in Schritt a) auf das Substrat aufgebrachte vernetzbare chemische Zusammensetzung die gleiche sein kann wie das in Schritt c) aufgebrachte fotosensitive Material.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Substrat gemäß der Präambel von Patentanspruch 18, wobei das Substrat dadurch gekennzeichnet ist, daß die Dicke der vernetzten Grundschicht von Schritt b) so ausgewählt worden ist, daß die maximale Energieintensität während des Belichtungsschritts des Matrizenherstellungsverfahrens bei der gewünschten Stempelhöhe des zu entwickelnden Überzugs auftritt. Insbesondere liegt die Dicke der Grundschicht im Bereich von 10–100 nm, und die Dicke des Überzugs liegt im Bereich von 150–50 nm, vorzugsweise im Bereich von 150-200 nm.
Die Höhe der Fotoresiststempel beträgt vorzugsweise 100-150 nm, insbesondere 120–130 nm.
Das erfindungsgemäße Substrat ist insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren zum Herstellen einer Matrize geeignet, wobei die Matrize in einer Form einer Spritzgießmaschine zur Mengenherstellung von CD-Kopien angeordnet wird, wobei ein derartiges Verfahren das Belichten, Entwickeln und Erwärmen der fotosensitiven Schicht aufweist, die in Schritt c) auf das Substrat aufgebracht worden ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die Figuren ausführlicher erläutert, wobei die Erfindung durch die Figuren nicht eingeschränkt werden soll, die lediglich dazu dienen, die vorliegende Erfindung darzustellen.
1 zeigt die Form eines Fotoresiststempels, der unter Verwendung eines Substrats ohne Grundschicht erhalten wurde;
2 zeigt die Form eines anderen Fotoresiststempels, der unter Verwendung eines Substrats ohne Grundschicht erhalten wurde;
3 zeigt die Form eines anderen Fotoresiststempels, der unter Verwendung eines Substrats mit Grundschicht erhalten wurde; und
4 zeigt die Interferenzkurve zweier Ausführungsformen, d.h. eines Substrats mit einer Grundschicht und eines Substrats ohne Grundschicht.
1 zeigt ein Beispiel eines Fotoresiststempels, wobei der durch ein AFM-Verfahren gemessene Effekt stehender Wellen deutlich sichtbar ist. Das Nickelsubstrat wies eine Fotoresistschicht mit einer Dicke von 165 nm auf, und die Höhe der nach einem Belichtungs- und Entwicklungsvorgang erhaltenen Fotoresiststempel betrug 129 nm. Aufgrund der Abwesenheit einer Grundschicht wurde ein Fotoresiststempel mit einer in der Praxis unerwünschten, hochgradig unregelmäßigen Form erhalten.
2 zeigt schematisch einen Fotoresiststempel, wobei der durch ein AFM-Verfahren gemessene Effekt stehender Wellen deutlich sichtbar ist.
Auf dem Nickelsubstrat war eine Fotoresistschicht mit einer Dicke von 165 nm angeordnet, wobei die Höhe des Fotoresiststempels 121 nm betrug. 2 zeigt deutlich, daß ein Fotoresiststempel mit ungleichmäßigen oder unregelmäßigen Abmessungen erhalten wird, wenn keine Grundschicht verwendet wird.
3 zeigt schematisch einen Fotoresiststempel, wobei ein Nickelsubstrat mit einer Grundschicht mit einer Dicke von 30 nm und eine Resistschicht mit einer Dicke von 185 nm verwendet wurde. Die Höhe des Fotoresiststempels betrug 122 nm. Anhand dieser schematischen Darstellung ist ersichtlich, daß die Verwendung einer Grundschicht mit der gewünschten Dicke zu einer Verschiebung der Position der Interferenzkurve führt, wobei aufgrund der neuen Position ein reproduzierbarer, glatter Fotoresiststempel erhalten wird.
4 zeigt die sich durch die Verwendung einer Grundschicht auf dem Substrat ergebende Verschiebung der Interferenzkurve. Die vertikale Achse bezeichnet einen Parameter z, der den Abstand senkrecht zum Substrat anzeigt, wobei z = 0 der Substratoberfläche entspricht. Die horizontale Achse bezeichnet die Energieintensität E bezogen auf die Energieintensität E₀ an der Resistoberfläche, die den Wert 1 hat. Gemäß 4 ist ersichtlich, daß die Verwendung einer Grundschicht mit einer Dicke von 30 nm zu einer Verschiebung der Position der Interferenzkurve führt, wobei die maximale Energieintensität insbesondere im Bereich der gewünschten Höhe des Fotoresiststempels, d.h. im Bereich von 120–130 nm, auftritt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Substrats für die Verwendung in einem Stempelherstellungsverfahren, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: a) Auftragen einer vernetzbaren chemischen Zusammensetzung auf das Substrat; b) Behandeln der in Schritt a) aufgetragene Grundschicht durch eine Vernetzungsreaktion; und c) Auftragen eines Überzugs aus einem fotosensitiven Material auf die Grundschicht, die in Schritt b) vernetzt wurde, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der vernetzten Grundschicht aus Schritt b) so gewählt ist, daß die maximale Energieintensität während des Belichtungsschritts des Stempelherstellungsverfahrens bei der gewünschten Stempelhöhe des Überzugs auftritt, der entwickelt werden soll.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Novolak-basierender Fotoresist als vernetzbare chemische Zusammensetzung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren darüber hinaus einen weiteren Schritt d) umfaßt, wobei in Schritt d) der in Schritt c) aufgebrachte Überzug einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt b) unter Verwendung einer Wärmebehandlung ausgeführt wird, insbesondere bei einer Temperatur im Bereich von 150 bis 250°C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt b) unter Verwendung eines Belichtungsschritts ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Belichtungsschritt in einem Wellenlängenbereich von 200 bis 320 nm durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungszeit 5 bis 180 Sekunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Belichtungsschritt ausgeführt wird, während das Substrat rotiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Belichtungsschritt durchgeführt wird, während das Substrat erhitzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schichtdicke in der Größenordnung von 10 bis 100 nm für die Grundschicht in Schritt a) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schichtdicke in der Größenordnung von 150 bis 250 nm, insbesondere von 150 bis 200 nm, für den Überzug in Schritt c) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt d) bei einer solchen Temperatur durchgeführt wird, daß keine Vernetzung des fotosensitiven Materials, welches in Schritt c) aufgetragen wurde, stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt d) bei einer Temperatur von maximal 130°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat vor der Durchführung von Schritt a) einem Vorbereitungsschritt unterworfen wird, wobei der Vorbereitungsschritt die Säuberung des Substrats umfaßt und gegebenenfalls das Aufbringen einer Haftschicht für die vernetzbare chemische Zusammensetzung, die in Schritt a) aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metall, insbesondere Nickel, als Substrat verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die vernetzbare chemische Zusammensetzung, die in Schritt a) auf das Substrat aufgebracht wird, dieselbe ist wie das fotosensitive Material, das in Schritt c) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl Schritt a) als auch Schritt c) mit Hilfe eines Schleuderbeschichtungsverfahrens durchgeführt werden.
Substrat zur Verwendung in einem Stempelherstellungsverfahren, wobei das Substrat aufeinanderfolgend eine Grundschicht aus einer vernetzbaren chemischen Zusammensetzung und einen Überzug aus einem fotosensitiven Material umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der vernetzten Grundschicht aus Schritt b) so ausgewählt wurde, daß die maximale Energieintensität während des Belichtungsschritts des Stempelherstellungsverfahrens bei der gewünschten Stempelhöhe des Überzugs auftritt, der entwickelt werden soll.
Substrat nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Novolak-basierender Fotoresist als vernetzbare chemische Zusammensetzung verwendet wird.
Substrat nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Metall, insbesondere Nickel, ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Grundschicht 10 bis 100 nm beträgt.
Substrat nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Überzugs 150 bis 250 nm, insbesondere 150 bis 200 nm, beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Stempels für die Herstellung eins optischen Speichermediums, durch Belichtung, Entwicklung und Erwärmung einer fotosensitiven Schicht, die auf ein Substrat aufgebracht wurde, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat das nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 hergestellt wurde, o der das Substrat nach einem der Ansprüche 18 bis 22 verwendet wird.