JP2008198339A - 深穴領域の形成方法及びそれを用いた光記録媒体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光記録媒体の製造時に深いピットを容易かつ経済的に形成する。
【解決手段】物理的状態が可変の材料から形成される少なくとも１つの第１の層３及び前記第１の層３を形成する材料と同じ材料だが違う物理的状態でできている第２の層４を有する積層体２からピット１が形成される。第１の層３の一領域は、この領域を当初の物理的状態から第２の層４の物理的状態に対応する物理的状態へ変化させるために処理される。そして前記第１の層３の前記領域と、前記第１の層３の前記領域に当初覆われていた第２の層４の領域とを除去するための選択エッチング工程が行われる。前記材料は相転移材料が有利である。
【選択図】図４

Description

発明の詳細な説明

（発明の背景）
本発明は、以下の連続する工程を含む少なくとも１つの穴（ピット）を形成する方法に関し、
物理的状態が可変の材料で形成された第１の層の少なくとも１つの領域を、第１の物理的状態から第２の物理的状態に変化させるための局所的処理と、
前記第１の層の自由表面を介した前記領域の選択的エッチングと、を含む。

また、本発明は、光記録媒体の製造におけるこのような方法の使用に関する。

（従来技術）
一般に、光記録媒体又はディスクは、“ランド（ｌａｎｄ）”及び“ピット（ｐｉｔ）”としても知られている、情報データに対応した隆起部及び陥凹部を有する少なくとも１つのポリカーボネート基質を備える。そのため、基質は所定のパターンに応じてパターン形成された自由表面を有する。

一般にこのような基質は、マスターディスク又はスタンパとしても知られているモールド又はマトリックス支持体（ｍａｔｒｉｘ ｓｕｐｐｏｒｔ）を用いた射出成形により大量に製造される。マトリックス支持体の自由表面の１つは基質に必要な所定のパターンに補完的な形でパターン形成されている。マトリックス支持体は原型（オリジナルモデル）から得られる。例えば、米国特許出願ＵＳ−Ａ−２００５／００４５５８７は、光ディスクの製造に使用される原型の製造方法及び前記光ディスクの製造方法について記載している。原型は、例えばガラス又はシリコンで出来ている基板と、感熱材料層と、を有する積層体から製造される。感熱材料は光に曝すことで熱上昇が起きた時に、状態を変えることができる酸化アンチモンである。感熱材料層の自由表面は、前記自由表面の特定の領域をレーザビームに曝し、曝した領域を除去することでパターン形成される。このような作業により感熱材料層におけるランド及びピットの作成が可能になる。そして、得られた原型は、射出成形による光ディスクの製造でモールドとして働くように設計されたメタルマスターディスクの形成に用いられる。

光記録媒体、特にコンパクトディスク（ＣＤ）タイプの媒体、へのデータ格納方法が現れたことで、刻まれるパターンの寸法が数分の一に縮小してきている。しかし、“ブルーレイ”ディスクの名前でより知られている、青色レーザを用いる光媒体を有する光記録媒体の最新世代の１つに対して、最近の開発は従来のサポートメディアよりも基板により深いピットを形成する傾向にある。“ブルーレイ”ディスクのピットとして想定される深さは、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）では約８０ｎｍであり、一方、記録可能ディスク（Ｒ型ディスク）及び再書き込み可能ディスク（又はＲＷディスク）では約４０ｎｍである。例えば米国特許出願ＵＳ−Ａ−２００５／００４５５８７に記載されているような光記録媒体用モデルの従来の製造方法では、このような深さレベルのランドは得られない。熱上昇による状態変化は感熱材料層の表面までに効果的に制限され、前記層の深いパターン形成は出来ない。感熱材料層の厚さはしばしば材料の熱反応を最適化するように見積もられる。しかし、一般に照射される領域の断面が小さくなることで、この反応は侵入深さまでに制限される。実際に、大きな熱侵入深さは照射領域の拡大と、照射領域の拡大にも寄与する照射時間の延長と、を前提とする。

特許出願ＷＯ−Ａ−２００５／１０１３９８では、感熱材料層に形成されたピットを延ばすようにパターン形成する中間層を、感熱材料層と基板との間に配置することでピットの深さを増すことが提案されている。そして感熱材料層は露光のためのマスクとして使用される。従って、中間層のパターン形成は感熱材料層を介して行われ、感熱材料層自体もパターン形成される。ピットの深さをさらに深くするために、基板の自由領域、つまり感熱材料層及び中間層に形成されたピットと合致する領域、もエッチングできる。この場合、感熱材料層は基板のためのエッチングマスクを形成する。

このような方法は従来の方法よりも深いピットが得られる。しかし、少なくとも２つの重大な欠点がある。第１は、一般にフォトレジストで作られる中間層は、感熱材料層の堆積を可能にするために、高温での硬化熱処理をしなければならないことである。しかしこのような熱処理はフォトレジストの感光特性を劣化させ、後のパターニングに支障が出る。同様に、感熱材料層の露光は、この層の下に配置される中間層の特性を劣化させる。

より一般的な方法では、深いピットを得ることに関連した問題は光記録媒体以外の分野で発生する。これは特にリソグラフィ分野での状況である。

特許出願ＵＳ−２００４／０２０９１９９では、感熱材料層は、例えば銅とアルミニウムのような、異なる材料でできた２つの副層が重ねられた積層体から形成される。しかし、それはいったんパターン形成されると、基板に小さい凹凸マークをエッチングするためのマスクとして用いられる。そして、そのマスクは除去され、このようにエッチングされた基板が原型として用いられる。従って、このような方法では光記録媒体の最新世代に用いられる十分深いピットを得ることができない。

（本発明の目的）
本発明の目的は、特に光記録媒体の製造時に深いピットを容易かつ経済的に形成し、同時に従来技術の欠点を改善することを目的とする。

本発明によれば、その方法は局所的処理ステップの前に、第１の層及び第２の物理的状態にある前記材料により形成された第２の層からなる積層体の形成ステップを有し、選択的エッチングステップは第１の層の処理された領域により最初は覆われていた第２の層の領域が除去されるまで続けられるという事実によって、この目的が達成される。

さらに詳しくは、その材料は加熱作用により準安定熱力学的状態から安定熱力学的状態へ変化可能な材料であり、特に相転移材料である。

（特定の実施例の説明）
少なくとも１つのピットは、
物理的状態が可変の材料から形成される第１の層と、
前記第１の層を形成する材料と同じ材料で形成されるが、前記第１の層とは異なる物理的状態であり、前記第１の層よりエッチングに対して高感度であることが有利である第２の層と、
からなる積層体から形成される。

第１の層の一領域は、その初期物理的状態、すなわち第１の層の全体の物理的状態、から第２の層の物理的状態に対応するもう一つの物理的状態へ変化させるために、第１の層の自由表面を介して処理される。

そして、第１の層の前記処理された領域を除去するために、第１の層の自由表面を介して選択エッチング工程が行われる。エッチング工程は、エッチングされた第１の層を介して、第１の層の処理された領域により最初は覆われていた第２の層の領域が完全に除去されるまで続けられる。そして第１の層は第２の層に対してバリア層又はエッチングマスクの役割を果たす。

第１の層及び第２の層のエッチングされた領域はそれぞれ第１の層と第２の層の厚さの合計に対応する深さを有するピットを形成する。

図１乃至図４は、一例として、
例えば準安定熱力学的状態である第１の物理的状態にあり、加熱作用により例えば安定熱力学的状態である第２の物理的状態に変化可能な材料でできている第１の層３と、
第２の物理的状態にある前記材料でできている第２の層４と、
からなる積層体２における少なくとも１つのピット１の形成の特定の実施例を示す。

図１乃至図４で示される実施例における積層体２は基板５上に形成され、例えばガラス又はシリコンでできている。図１に示されるように、第２の層４は基板５と第１の層３との間に配置される。

第１の層３及び第２の層４の材料は、例えばゲルマニウム、アンチモン、テルリウム、インジウム、セレニウム、ビスマス、銀、ガリウム、スズ、鉛、及びヒ素を含む群から選択される少なくとも２つの要素の合金のような、相転移材料が有利である。例えば、材料はＧｅ_２Ｓｂ_２Ｔｅ_５ターゲットのスパッタリングにより得られる。

実際に相転移材料は、加熱作用により非晶（非結晶）相から結晶相へ変化することができるという利点を示す。この相変化は例えば前記材料の表面に制御された方法でレーザビームのような集光放射を与えることにより前記材料の温度上昇を起こすことで達成される。

従って、相転移材料は第１の層３では非晶形、第２の層４では結晶化状態であることが有利である。

図２では、第１の層３の領域３ａが前記層３の自由表面３ｂを介して制御された方法で集光放射６に曝露される。放射６は前記領域３ａに熱上昇及び相変化を起こす。領域３ａに所望の相転移をさせるための領域３ａへの集光放射６の照射、及び適用可能な場合は加熱された領域３ａの冷却、は当業者にとって通常の方法で制御される。

そして、前記領域３ａにおける材料は第２の層４と同じ相、相転移材料における結晶相であり、一方、第１の層３の光放射６に曝されていない部分は材料の初期の相、すなわち相転移材料の非晶相、のままである。

第１の層３の露光されていない部分は露光された領域３ａよりもエッチングに対して低い適正を示す。第１の層３の露光されていない部分を構成する材料の物理的状態は領域３ａを除去するために用いられるエッチングに対して反応しにくいことが好ましい。従って、図３に示されるように、領域３ａは、例えば化学的エッチングにより、第１の層３の自由表面３ｂを介して選択的にエッチングされ、一方第１の層３の露光されていない部分は維持される。

領域３ａの除去は第２の層４の領域４ｂの自由表面４ａを開放（露わに）する。第２の層４における前記領域４ｂは、当初第１の層３の領域３ａにより覆われていた部分に対応する。図３では、第２の層４の２本の破線の間に位置する領域により示される。

図４に示されるように、選択エッチング工程は第１の層３を介して領域４ｂが除去され、基板５の自由表面の当初は領域４ｂにより覆われていた部分が開放されるまで続けられる。領域４ｂの選択エッチングの間、第１の層３はエッチングバリア層又はエッチングマスクの役割を果たす。そのため、当初は領域３ｂの下方に位置していた領域４ｂのみがエッチングされ、第１の層３の露光されていない部分に覆われていた第２の層４の残り部分は維持される。領域４ｂの除去は、形成されるピットの所望の深さに応じて、全て又は部分的に行い得る。さらに、相転移材料の場合、結晶相の材料は一般に、自由表面４ａから垂直にエッチングを進められる柱状構造を示す。領域４ｂのエッチングにより取り除かれる空間の輪郭を描く側壁は、領域３ａのエッチングにより取り除かれる空間の輪郭を描く側壁へ連続して延びる。このようにして、前記２つの取り除かれた空間は一致した側断面を有する。

そして、領域３ａ及び３ｂにより取り除かれた空間はピット１を形成する。第１の層３の初期の物理的状態がエッチングに対して反応しにくい時、ピット１の深さは第１の層３及び第２の層４の膜厚の合計に対応することが有利である。このような方法は従来技術による方法と比較してピットの深さを増大できることが有利であり、それと同時に、容易に実施することができる。前述のように、相転移材料のような感熱材料の層に形成されるピットの深さは、実際、光放射により発生する熱線の減弱された侵入深さにより制限される。しかし、本発明によれば、基板と感熱材料の初期層との間に、初期層の延長でエッチングできる中間層を付加することで、露出（露光）断面を小さくしたまま、ピットの深さを増加させることができる。さらに、本発明による中間層はピット形成工程を、特許出願ＷＯ−Ａ−２００５／１０１３９８に記載されているものよりも、実施が容易で、かつ経済的にするという利点を与える。本発明による方法では、用いられる中間層、すなわち第２の層４、は実際に、特許出願ＷＯ−Ａ−２００５／１０１３９８に記載されているフォトレジストの欠点を改善する。初期層に用いられている材料と同じ材料でできている中間層を用いることは、実際、初期層の特性を低下させずに積層体２を形成することを容易にする。

図１に示される積層体２は事実上、実現が容易である。例えば、図５乃至図７に示されるように、あらかじめ基板５上に第２の層４を形成し、そして第１の層３を堆積することで積層体２を製造することができる。第２の層４は、第２の層４に求められる厚さに対応する所定の厚さｅを有する予備（preliminary）層７を基板５に堆積することで形成される。予備層７は、第１の層３に求められる物理的状態に対応する第１の層３及び第２の層４を形成するための材料を堆積することで形成される。従って、相転移材料では、予備層７は例えば非晶形で堆積される。そして予備層７は相変化を得るために処理される。より詳しくは、予備層７の全体が、例えば相転移材料の場合は結晶化のような相変化を得るために、例えば制御された熱処理により加熱される。そして、第１の層３を形成するため、非晶形である前記材料の新たな堆積が行われる。

図８乃至図１０に示される別の実施例では、第２の層４及び第１の層３は基板上への連続した層の堆積で形成されず、予備層７’の１回の堆積で形成される。この場合、図５に示される予備層７と同様に、予備層７’は第１の層３及び第２の層４を構成するための材料からなる。前記予備層７’を形成する材料も第１の層３に求められる物理的状態で堆積される。しかし、その厚さｅ’は図５に示される予備層７の厚さｅよりも大きい。厚さｅ’は第１の層３及び第２の層４の厚さの合計に対応することが有利である。そして、予備層７’の一部を第２の層４に求められる第２の物理的状態に変化させるために、制御された処理が基板５の自由表面を介して行われる。予備層７’の処理部分が第２の層４を形成するため、予備層７’の表面全体が処理され、予備層７’の残りの部分が第１の層３を形成する。

相転移材料では、制御された処理は予備層７’の一部を非晶状態から結晶化状態へ変化可能にする熱処理が有利である。熱処理は例えば予備層７’に温度勾配を与えることで実行され、勾配は予備層７’と基板５との界面から予備層７’の自由表面にかけて減少する。前記熱処理は、例えば光放射８を与えることで実施され、第２の層４の厚さに対応する所定の深さまでの材料を結晶化させる。このような場合、第２の層４の厚さは光放射８の適用によって制限されない。実際、基板の自由表面全体に光放射が与えられるため、露光領域の減少された断面要件による熱侵入限定が無い。この場合、基板は前記光放射８を自然に透過させる。

例えば、この実施例により、厚さ８０ｎｍの非結晶Ｇｅ_２Ｓｂ_２Ｔｅ_５でできている予備層７’から、厚さ３０ｎｍの第１の層３及び厚さ５０ｎｍの第２の層４からなる積層体２が作られる。第２の層４の結晶化は基板５を介して予備層７’を不活性雰囲気で２００℃に加熱することで得られる。波長４０５ｎｍ、開口数０．９、パワー２ｍＷで集束したレーザビームの照射により加熱が行われる。ビームは基板５上を１ｍ／ｓに近い線速度で動かされる。そして深いピットを形成するために室温でＮａＯＨ浴にてエッチング工程が行われる。

図１１に示されるように、予備層７’の堆積前に、予備層７’を形成する材料の状態の変化を向上させるための中間層９を堆積し得る。相転移材料の場合、中間層９は例えば窒化ゲルマニウム（ＧｅＮ）の堆積により得られる。それは、図５に示される実施例では、予備層７の堆積前に用いることができる。

最後に、第２の層４を形成するための制御された処理が行われる前に、予備層７’上に上層１０を堆積できる。その役割は、制御された処理工程の間、予備層７’の上部分を所定の温度に保つことであり、例えば前記層７’の対向する２つの表面の間に温度勾配を与えることを促進する。そして、上層１０は積層体２の上に付加される材料で形成される。

このような方法は特に、“ブルーレイ”ディスクのような光記録媒体の製造や、マスタの製造に用いることができる。

それは深い穴（ピット）領域の形成が求められる他の分野や、特にリソグラフィ工程でも使用できる。例えば、微小電気機械素子（ＭＥＭＳ）の製造や、生物学に対するマイクロ流体分野や化学応用に用いることができる。

本発明は上述した実施例に限定されない。特に、本発明の分野に適用可能な材料は必ずしも相転移材料であるわけではない。物理的状態が可変なあらゆるタイプにし得る。例えば酸化モリブデンＭｏＯ_ｘのような化学量論的酸化物を材料とできる。このような材料は相変化しないが、熱処理によりＭｏＯ_２／Ｍｏ、すなわちＭｏＯ_２とモリブデン（Ｍｏ）の残留物との集合体に変わり得る。その結果、ＭｏＯ_ｘの第１の層とＭｏＯ_２／Ｍｏを含む第２の層とを有する積層体にピットが形成される。例えば、第２の層はＭｏＯ_ｘ層を加熱することで得られる。そしてＭｏＯ_ｘの第１の層の局所加熱は少なくとも１つのＭｏＯ_２／Ｍｏ領域を得ることを可能にする。そして、モリブデン及び周辺のＭｏＯ_２集合体を除去するために、例えばＨＮＯ_３により選択エッチングが行われる。第１の層のＭｏＯ_２／Ｍｏ領域と、第１の層の前記ＭｏＯ_２／Ｍｏ領域の下に位置する第２の層の領域が、ピットを形成するために除去される。Ｐｔ_ｘやＭｎＯ_ｘのような他の材料も想定できる。

本発明による特定の実施例の積層体における深いピットの工程断面図である。 本発明による特定の実施例の積層体における深いピットの工程断面図である。 本発明による特定の実施例の積層体における深いピットの工程断面図である。 本発明による特定の実施例の積層体における深いピットの工程断面図である。 前記積層体の実施例の工程断面図である。 前記積層体の実施例の工程断面図である。 前記積層体の実施例の工程断面図である。 前記積層体の別の実施例の工程断面図である。 前記積層体の別の実施例の工程断面図である。 前記積層体の別の実施例の工程断面図である。 深いピットが形成される時に使用される積層体の別の実施例の断面図である。 深いピットが形成される時に使用される積層体の別の実施例の断面図である。

Claims (9)

1. 物理的状態が可変の材料により形成された第１の層（３）の少なくとも１つの領域（３ａ）を第１の物理的状態から第２の物理的状態へ変化させる局所的処理と、
   前記第１の層（３）の自由表面を介した前記領域（３ａ）の選択エッチングと、
   の連続する工程を有する少なくとも１つのピット（１）を形成する方法であって、
   前記局所的処理工程の前に、前記第１の層及びその第２の物理的状態での前記材料により形成された第２の層（４）から成る積層体（２）を形成する工程を有し、前記選択エッチング工程は前記第１の層（３）の前記処理された領域（３ａ）により当初覆われていた前記第２の層（４）の領域（４ｂ）が除去されるまで続けられることを特徴とする少なくとも１つのピットを形成する方法。
2. 前記積層体（２）は基板（５）上への前記第２の層（４）の形成、及びその後の前記第１の層（３）の堆積によって得られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の層（４）は、前記基板（５）へのその第１の物理的状態での前記材料の堆積、及びその後の第２の物理的状態へ変化させるための前記材料の処理によって形成されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記積層体（２）は、第１の物理的状態にある前記材料でできている予備層（７’）の基板（５）上への堆積、及びその後の、前記予備層（７’）の一部を前記第２の層（４）を形成する前記第２の物理的状態に変化させるための前記基板（５）の自由表面を介した制御された処理により形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記積層体が形成される前に、前記材料の状態の変化を促進する中間層（９）が前記基板（５）上に形成されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 前記材料は加熱作用により準安定熱力学的状態から安定熱力学的状態へ変化できる材料であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 前記材料は相転移材料であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記相転移材料は、ゲルマニウム、アンチモン、テルリウム、インジウム、セレニウム、ビスマス、銀、ガリウム、スズ、鉛、及びヒ素からなる群より選択される少なくとも２つの要素の合金であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 請求項１乃至８のいずれかを用いた光記録媒体の製造方法。

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