FR2929749A1

FR2929749A1 - Procede et systeme pour l'enregistrement de donnees sous forme d'une nanostructure

Info

Publication number: FR2929749A1
Application number: FR0801939A
Authority: FR
Inventors: Pascal Andre
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2009-10-09
Also published as: WO2009133291A1; FR2929748A1

Abstract

L'invention concerne un procédé pour la réalisation d'enregistrements en nanostructures, notamment sur support à lecture optique, comprenant la mise en oeuvre d'une épaisseur élevée de résine photosensible, et l'utilisation d'un laser de forte puissance et ayant une focalisation maîtrisée,tandis que ledit laser est maintenu opérationnel à une température au point de focalisation suffisante pour procurer une gravure inversée, reposant sur un gonflement de la surface de la résine sous l'effet thermique du laser.

Description

B-733-FR PROCÉDÉ ET SYSTÈME POUR L'ENREGISTREMENT DE DONNÉES SOUS FORME D'UNE NANOSTRUCTURE DOMAINE DE L'INVENTION, La présente invention concerne l'enregistrement de données selon une nanostructure, en particulier sur un support pour une lecture optique. Plus précisément, l'invention concerne l'enregistrement de données correspondant à de l'information codée, par exemple en vue d'une lecture par des moyens optiques, essentiellement un rayon laser approprié, notamment pour l'obtention d'images et/ou de sons.

ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE On connaît les disques laser audio (CD) et vidéo (DVD), lus classiquement au moyen d'un faisceau laser respectivement infra-rouge (longueur d'onde: 780 nm) d'ouverture numérique 0,45 pour le CD et rouge (longueur d'onde: 650/635 nm) d'ouverture numérique 0,60 pour le DVD. Pour leur fabrication, on doit produire un disque maître (couramment dénommé Glass Master) qui servira à la fabrication de matrices de pressage, elles mêmes utilisées pour la fabrication des disques optiques usuellement en polycarbonate. Pour réaliser ce Glass Master, on applique une résine sur un support plan en verre. La couche de résine a une épaisseur de 10 à 300 nm selon le format (130 nm pour les CD, 158 nm pour les DVD, 60 nm pour le Blu ray (dénomination commerciale de l'association Blu-ray Disc)). La résine devient acide lorsqu'on l'expose à la lumière d'un rayonnement laser. En la développant avec une base, on obtient un sel et de l'eau. Les zones exposées sont ainsi plus ou moins gravées, selon l'application. Ce traitement avec de la soude diluée (ou base) constitue un développement, que l'on arrête par un rinçage à l'eau, puis un séchage. On obtient ainsi des sillons de gravure pour les produits enregistrables (en abrégé: R/RW) destinés à l'enregistrement et à la lecture, ou des microcuvettes pour les produits enregistrés (en abrégé Rom) destinés à la lecture uniquement. Classiquement le master ainsi obtenu est ensuite métallisé, puis on en 35 fait des matrices dans des bains électrolytiques, par galvanoplastie.

Pour les disques optiques de troisième génération (en abrégé: BD), essentiellement HD I)VD ou Blu ray , ce dernier constituant désormais le standard ou norme pour tous les DVD grand public de troisième génération, on utilise des matériaux à changement de phase dénommés "Stacks" à la place de la résine photosensible. Le principe reste cependant le même: on développe le produit de l'insolation par un rayonnement laser approprié (ou "master") ou on grave pour obtenir les profils de sillons ou de microcuvettes désirés. Plus généralement, les nanostructures ont des usages multiples (cellules solaires, semi-conducteurs, etc.) dans lesquels elles nécessitent de plus en plus que l'on y augmente la densité d'informations ou la surface, (type PV) sans bruit significatif, donc le rendement. Pour simplifier l'exposé, on se concentrera dans la suite sur les applications aux disques optiques, mais il est manifeste que l'homme du 15 métier est apte, sur la base de ses connaissances et des présentes indications, à transposer à toutes autres applications mettant en oeuvre des nanostructures le raisonnement et ]es indications fournis ici. Dans l'état actuel des techniques appliquées, la qualité de la gravure est sensible aux irrégularités du support. Ainsi, les microaspérités toujours 20 présentes sur les supports en verre de qualité courante tels que ceux utilisés à cet effet génèrent des perturbations des motifs gravés ou nécessitent des traitements préalables de lissage coûteux. Dans tous les cas, elles provoquent du "bruit de fond". Il en va de même pour les irrégularités et autres perturbations de la surface des disques optiques. 25 De plus, ces Stacks sont chers à produire et difficiles à maîtriser, quant à leur reproductibilité d'une machine à l'autre et dans le temps. Il existe un besoin pour un procédé plus fiable pour l'obtention de supports de données son et/ou image à lecture optique qui soient moins sensibles aux irrégularités et aux salissures et rayures de surface, et qui 30 autorisent une plus grande densité d'enregistrement, en particulier en vue de permettre l'édition de supports de données ayant un contenu plus dense et/ou plus varié, notamment destinés à des usages interactifs comme par exemple les jeux vidéo, les films avec choix de différentes prises de vues, et également les films pour visionnage en relief. 35 RÉSUMÉ DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est de proposer un procédé pour réaliser ou permettre de réaliser des enregistrements de données selon une nanostructure, en particulier sur un support pour une lecture optique, avec une plus grande qualité et une plus grande facilité d'utilisation, tout en améliorant la qualité des enregistrements effectués et en abaissant le coût de réalisation de tels enregistrements. Un autre objectif de l'invention est de procurer des enregistrements pour nanostructures, notamment pour une lecture optique dont les données enregistrées sont le moins possible perturbées par le bruit de fond provoqué par l'étape de développement et par l'épaisseur fine de résine, qui épouse les aspérités du support en verre de la tranche de silicium. Ces objectifs sont atteints au moyen d'un système et d'un procédé dans lesquels on utilise pour la réalisation des enregistrements en 15 nanostructures, notamment sur support à lecture optique, par rapport aux standards actuels: une plus grande épaisseur de résine photosensible; un laser de plus forte puissance et ayant une focalisation maîtrisée; ledit laser étant maintenu opérationnel à une température au point de 20 focalisation suffisante pour procurer une "gravure" inversée, reposant sur un gonflement de la surface de la résine sous l'effet thermique du laser. D'autres objets de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, où les formes de réalisation décrites sont fournies à des fins uniquement 25 illustratives, et ne limitent en aucune manière la portée de l'invention.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres objectifs, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement, à la lumière de la 30 description détaillée ci-après des modes de réalisation préférés, donnés à titre purement illustratif et nullement limitatif, tandis que sont annexées à ladite description des planches de dessin clans lesquelles: Fig. 1 représente une vue en coupe schématique de: - a, b et c: une résine sur support selon la technique antérieure; et 35 - d et e: une résine sur support traitée selon l'invention.

Fig. 2 représente une photo AFM (au microscope de type " Atomic Force Microscope") d'un profil de gravure de support de données (a) selon la technique antérieure et (b) selon l'invention, avec dans chaque cas une échelle de gradation de la profondeur des reliefs de ces profils.

Fig. 3 montre l'analyse d'une section transversale de profils (a) et (b) obtenus selon l'invention.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION Sous un premier aspect, ['invention a pour objet un procédé pour la 10 réalisation d'enregistrements en nanostructures, notamment sur support pour lecture optique, dans leque:i on met en oeuvre: une épaisseur renforcée de résine photosensible; un laser de forte puissance et ayant une focalisation maîtrisée; tandis que ledit laser est maintenu opérationnel à une température au 15 point de focalisation suffisante pour procurer une "gravure" inversée, reposant sur un gonflement de la surface de la résine sous l'effet thermique du laser. Dans le procédé et le système selon l'invention, la résine mise en oeuvre est une résine photosensible susceptible de gonfler, notamment sous 20 l'effet d'un dégagement gazeux, lors de son chauffage; elle est préférence choisie parmi les résines de type novolaque (polymère de phénolformaldéhyde et/ou de crésol-formaldéhyde), accompagnée de son solvant et de son composant photosensibilisateur (en pratique de l'orthonaphtoquinone diazide). 25 A la lumière, le composant diazide se transforme en cétène, avec dégagement d'azote. Dans une forme de réalisation préférée, on utilise comme résine le produit commercialement dénommé Microposit S 1805 ou 1813 de la société Shipley. 30 Dans une forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on utilise une épaisseur de résine photosensible d'environ 500 nm à 2 pm, de préférence d'environ 750 nm à 1 pm. Le faisceau laser à utiliser selon l'invention est de longueur d'onde indifférente. Il est de préférence choisi parmi les lasers à semi-conducteurs, 35 avantageusement de 375 à 405 nm, et plus avantageusement parmi les lasers à semi-conducteurs à modulation directe et ayant un temps de montée en puissance de 3-4 ns. Quant à la focalisation du faisceau laser, elle doit de préférence répondre aux considérations suivantes: l'épaisseur de la résine étant nettement plus élevée selon l'invention que selon la technique antérieure, l'objectif classique de focalisation doit être sensiblement maintenu à une distance appropriée, qui est la distance focale +500 nm, correspondant à environ +500 mV. Sous un autre aspect, l'invention vise un système pour l'enregistrement de données sur un support destiné à une lecture optique, comme par exemple CD, CDRom, DVD, DVDRom, BD, disque dur, etc. Ce système est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mise en oeuvre du procédé susdit. Ces moyens sont avantageusement: une couche de résine photosensible d'environ 500 nm à 2 Lzm d'épaisseur, - un laser à semi-conducteurs, de préférence tel que susdit, et - des moyens de focalisation du dit laser. Un tel procédé et un tel système ne mettent pas en oeuvre une étape de développement au sens classique. Sous l'effet de la température du faisceau laser hautement focalisé, on obtient un changement de structure localisé de la résine, qui donne lieu à un dégagement d'azote et gonfle au point de focalisation. Ce gonflement crée le sillon ou la microcuvette, en positif, immédiatement après l'action du laser, sans qu'il y ait besoin de développement, qui constitue en lui--même une étape polluante.

On obtient ainsi une bosse au lieu d'un creux, mais le profil de l'empreinte gravée est par ailleurs identique. Le "master" ou disque-maître ainsi réalisé est ensuite métallisé classiquement. On peut alors fabriquer des pièces en galvanoplastie dénommées Stampers ou matrices, qui serviront à presser les disques optiques, comme enseigné dans la technique antérieure et sur la base des connaissances de l'homme du métier. On a trouvé de manière inattendue que les motifs des profils de gravure ainsi réalisés sont nettement mieux définis et présentent beaucoup moins de bruit de fond que ceux que permet de réaliser la technique 35 antérieure, même la plus perfectionnée (voir Figs. 2 et 3).

Comme on peut le voir d'après une comparaison des figures 2a et 2b, la structure des profils d'enregistrement selon l'invention est nettement plus lisse. La technique antérieure prise comme comparaison produit une rugosité plus importante.

On peut alors diminuer la taille d'un sillon ou des informations (pits) et également diminuer la dimension des intervalles entre les sillons ou les informations (pits). Cet intervalle est appelé "Track Pitch". L'homme du métier comprendra aisément que cela constitue un avantage indéniable et un progrès significatif par rapport aux techniques 10 actuellement connues et pratiquées. Il est par conséquent facile de réaliser avec la technique selon l'invention des enregistrements de données au format Blu ray R (enregistrable) ou Rom (enregistré), sur une résine classique, un support classique et des équipements également classiques, existants. Cela permet 15 d'opérer sans avoir besoin d'acquérir de nouvelles machines onéreuses. Le procédé selon l'invention présente une sensibilité significativement réduite à l'état de surface du support (verre en l'occurrence). En effet, grâce à la forte épaisseur de résine, la surface est très lisse et donne des motifs que même les microaspérités naturelles du support ne perturbent pas. 20 Cela permet d'abaisser le coût de fabrication des supports de tels enregistrements, y compris des supports pour la technologie Blu ray . Au surplus, le procédé selon l'invention peut être appliqué à la réalisation de motifs de différentes hauteurs, consécutifs ou non, sur la résine photosensible appliquée sur le support. Pour cela, il suffit d'augmenter la 25 puissance du laser employé: la hauteur des motifs d'enregistrement augmente alors pratiquement proportionnellement. De même, en faisant varier les paramètres de cuisson ou non-cuisson de la résine et/ou la focalisation du rayon laser utilisé, on peut ajuster la hauteur des motifs d'enregistrement de données obtenus. 30 Pour un format BD, la hauteur des structures ou pits est de 50 nm pour les petits pits (T2) et de 60 nm pour les plus longs (T8). Le fait de pouvoir selon l'invention réaliser des sillons extérieurs au format plus hauts (ou plus profonds) permet d'avoir un meilleur contraste optique pour le percement du trou central des matrices.

Subsidiairement, cela procure également un traceur de procédé: si un élément est plus haut, comme ce sillon extérieur, c'est là un signe de ce que la nanostructure en cause a pu être élaborée par le procédé selon la présente invention.

Egalement grâce au procédé et au système conformes à l'invention, il devient possible d'effectuer une lecture des enregistrements immédiatement ou quasi-immédiatement après que les informations ont été inscrites sur la résine (en LBR) et donc, si on le souhaite, de corriger éventuellement la puissance du laser (en "close loop", ou mode lecture après écriture ("reading 10 after writing"). A titre d'exemple non limitatif, on a élaboré un enregistrement de données conformément à l'invention sur un support de type BD et à titre comparatif selon la technique antérieure. Si l'on se réfère à la Fig. 1, on voit que, selon la technique antérieure, 15 une résine 1 sur support 2, insolée par un laser de manière à définir des zones en creux 3, donne après développement par une base des sillons ou microcuvettes 4. Selon l'invention, une résine 1 sur support 2 donne, après action focalisée d'un laser maintenu opérationnel à une température appropriée au point de focalisation, une "gravure" inversée 5, reposant sur 20 un gonflement de la surface de la résine sous l'effet thermique du laser. La Fig. 2 montre (a) un profil de gravure de support de données obtenu selon la technique antérieure avec gravure en creux, alors que le profil (b) est celui obtenu par gravure inversée, en relief, selon la présente invention. 25 La Fig. 3 montre la section transversale décelée par analyse, pour des profils obtenus selon l'invention, tandis que les paramètres analysés pour ces profils sont les suivants, respectivement pour (a) et (b):

30 35 a b _ (configuration Rom T2-T8) L 195,31 nm 35,156 nm RMS 8,827 nm 6,094 nm le DC Ra(1c) _ 5,634 nm Rmax 21,186 nm Rz 21,186 nm Rz Cnt 2 Rayon 232,64 nm Sigma 0380 nm Distance surface 631,45 nm 170,13 nm Distance horiz. (L) 625,00 nm 164,06 nm Distance vertic. 62,919 nm 35,016 nm Angle 5,749 ° 12,048 ° Distance surface 398,62 nm 159,50 nm Distance horiz. 390,63 nm 152,34 nm Distance vertic. 48,059 nm 1,465 nm Angle 7,014 ° 0,551 ° Distance surface 201,25 nm 38,736 nm Distance horiz. 195,31 nm. 35,156 nm Distance vertic. 6,046 nm 16,231 nm Angle 1,773 ° 24,782 ° Période spectrale _DC DC Fréq. Spectrale 0 % }gym RMS amp. spectrale 22,042 nm

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé pour la réalisation d'enregistrements en nanostructures, notamment sur support à lecture optique, caractérisé en ce qu'il comprend la mise en oeuvre d'une épaisseur accrue de résine photosensible; et l'utilisation d'un laser de forte puissance et ayant une focalisation maîtrisée; tandis que ledit laser est maintenu opérationnel à une température au point de focalisation suffisante pour procurer une gravure inversée, reposant sur un gonflement de la surface de la résine sous l'effet thermique du laser.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine mise en oeuvre est une résine photosensible susceptible de gonfler, notamment sous l'effet d'un dégagement gazeux.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine est choisie parmi les résines de type novolaque.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la résine est choisie parmi les résines polymères de phénol-formaldéhyde et/ou de crésol-formaldéhyde, et est accompagnée de son solvant et de son composant photosensibilisateur.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le photosensibilisateur est l'ortho-naphtoquinone diazide.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de 30 résine photosensible a une épaisseur d'environ 500 nm à 2 pm, de préférence d'environ 750 nm à 1 pm.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le laser est un laser à semi-conducteurs, notamment de 375 à 405 nm, de préférence 2525un laser à semi-conducteurs à modulation directe et ayant un temps de montée en puissance de 3-4 ns.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la focalisation du faisceau laser est sensiblement à la distance focale +500 nm, correspondant à environ +500 mV.
9. Système pour l'enregistrement de données sur un support destiné à une lecture optique, tel que notamment CD, CDRom, DVD, DVDRom, BD ou disque dur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1à8.
10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte: une couche de résine photosensible d'environ 500 nm à 2 }gym d'épaisseur, - un laser à semi-conducteurs, de préférence un laser à semi-conducteurs à modulation directe et ayant un temps de montée en puissance de 3-4 ns, et - des moyens de focalisation du dit laser.
11. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou du système selon les revendications 9 ou 10 pour la réalisation d'un disque-maître, qui est ensuite métallisé classiquement.
12. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou du système selon les revendications 9 ou 10 pour la réalisation d'un traceur de procédé.