KR100926858B1 - 광디스크용 원반의 제조 방법 및 광디스크의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기존의 노광 장치를 이용하여 광디스크로 이루어지는 고기억 용량화를 실현할 수 있는 광디스크용 원반의 제조 방법 및 광디스크의 제조 방법이다. W나 Mo와 같은 전이 금속의 불완전 산화물을 포함하고, 상기 불완전 산화물은 산소의 함유량이 상기 전이 금속이 취할 수 있는 가수에 따른 화학양론 조성의 산소 함유량보다 작은 것인 레지스트 재료로 이루어지는 레지스트층을 기판 상에 성막한 후, 상기 레지스트층을 레이저에 의해 기록용 신호 패턴에 대응시켜 선택적으로 노광하고, 현상하여 소정의 요철 패턴이 형성된 원반을 이용하여 그 요철 패턴이 전사된 디스크를 제작하는 것을 특징으로 한다.
광디스크용 원반, 전이 금속, 레지스트 기판, 요철 패턴
Description
본 발명은 고정밀도의 광디스크용 원반의 제조 방법 및 그 원반을 이용한 광디스크의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 각종 정보를 기록 보존하는 기록 매체의 개발은 매우 발달되어 있고, 특히 소형의 기록 매체에 관해서는 자기 기록 매체로부터 광기록 매체에의 기록 방식의 이행과 함께 MB(Mega Byte) 오더로부터 GB(Giga Byte) 오더에의 기록 용량의 증대가 진행되고 있다.
최근에는 광기록 매체 중에서도 콤팩트디스크(CD)(등록 상표)로부터 광디스크에의 이행이 진행되고, 직경 12 ㎝의 판독 전용 광디스크(DVD-ROM)의 한 쪽면에 4.7 GB의 정보 용량을 갖는 것이 등장하고 있다. 이에 의해, 컬러 표준 방식(NTSC)의 2시간분의 영상 기록이 가능하다.
그러나, 최근의 정보 통신 및 화상 처리 기술의 급속한 발전에 수반하여 상술한 바와 같은 광디스크에 있어서도 현재의 수배에나 미치는 기록 용량의 향상을 달성하는 것이 과제가 되고 있다. 예를 들어, 디지털 비디오 디스크의 연장선상에 있는 차세대 광디스크에 있어서는 직경 12 ㎝의 광디스크의 한 쪽면에 25 GB의 정 보 용량을 갖게 하는 것이 요구되고 있다. 이는 디지털 하이비젼 방식의 2시간분의 영상 기록을 가능하게 하는 레벨이다.
상기 광디스크는 폴리카보네이트 등의 광학적으로 투명한 기판의 일주면 상에 정보 신호를 표시하는 피트나 그루브 등의 미세한 요철 패턴이 형성되고, 그 위에 알루미늄 등의 금속 박막으로 이루어지는 반사막이 형성되고, 또한 그 반사막 상에 보호막이 형성된 구조를 갖고 있다.
이와 같은 구조의 기록 매체에서는 상기 요철 패턴을 보다 미세화시킴으로써 기록 밀도를 증대시키고, 나아가서는 기록 용량의 증대를 도모하는 것이 가능하다. 여기서, 이 광디스크의 요철 패턴의 미세화에 관여하는 광디스크의 제조 공정에 대해 도10을 참조하면서 이하에 설명한다.
우선, 기판(90) 상에 레지스트층(91)을 균일하게 형성한다[도10의 (a)].
계속해서, 레지스트층(91)에 신호 패턴에 대응한 선택적인 노광을 실시하여 감광시키고[도10의 (b)], 레지스트층(91)을 현상함으로써 소정의 요철 패턴이 형성된 원반(92)을 얻는다[도10의 (c)]. 이 원반의 제작에 대해 종래부터 행해지고 있는 방법의 일예를 이하에 나타낸다.
기판으로서 표면을 충분히 평활하게 한 유리 기판을 이용하여 그 기판을 회전 기대에 적재하고, 유리 기판을 소정의 회전수로 회전시킨 상태에서 감광성의 포토 레지스트(유기 레지스트)를 유리 기판 상에 공급하여 도포한다. 다음에, 유리 기판을 회전시켜 포토 레지스트를 연장하고, 전면적으로 스핀 코팅하여 레지스트층을 형성한다. 다음에, 기록용 레이저광에 의해 포토 레지스트를 소정의 패턴으로 노광하여 정보 신호에 대응한 잠상을 형성한다. 다음에, 이를 현상액으로 현상하여 노광부 또는 미노광부를 제거한다. 이에 의해, 유리 기판 상에 포토 레지스트의 소정의 요철 패턴이 형성되어 이루어지는 레지스트 원반을 얻을 수 있다.
다음에, 전기 주조법에 의해 레지스트 원반(92)의 요철 패턴면 상에 금속 니켈막을 석출시키고[도10의 (d)], 이를 레지스트 원반(92)으로부터 박리시킨 후에 소정의 가공을 실시하여 레지스트 원반(92)의 요철 패턴이 전사된 성형용 스탬퍼(93)를 얻는다[도10의 (e)].
그 성형용 스탬퍼(93)를 이용하여 사출 성형법에 의해 열가소성 수지인 폴리카보네이트로 이루어지는 수지제 디스크 기판(94)을 성형한다[도10의 (f)]. 계속해서, 스탬퍼를 박리하고[도10의 (g)], 그 수지제 디스크 기판(94)의 요철면에 Al 합금의 반사막(95)[도10의 (h)]과 보호막(96)을 성막함으로써 광디스크를 얻는다[도10의 (i)].
이와 같이 광디스크의 미세 요철 패턴은 미세 요철 패턴이 고정밀도로 형성된 스탬퍼를 이용하여 기판 상에 충실하고 또한 즉시 상기 패턴을 복제하는 공정을 경유함으로써 제작되는 것이고, 또한 거슬러 올라가면 레지스트층에 레이저광에 의한 노광을 행하여 잠상을 형성하는, 소위 커팅에 의해 어떻게 미세한 요철 패턴을 형성할 수 있을지에 의해 결정된다.
예를 들어, 앞서 서술한 정보 용량 4.7 GB의 판독 전용 DVD(DVD-ROM)에 있어서는 스탬퍼 상에 최단 피트 길이 0.4 ㎛, 트랙 피치 0.74 ㎛의 피트열이 스파이럴형으로 형성되도록 커팅이 실시되어 있다. 그 커팅에는 파장 413 ㎚의 레이저와, 개구수(NA)로서 0.90 전후(예를 들어, 0.95)의 대물 렌즈가 이용되고 있다.
그런데, 광원의 파장을 λ(㎛)로 하고, 대물 렌즈의 개구수를 NA라 하면, 노광되는 최단 피트 길이(P)(㎛)는 이하의 식 1로 나타낸다. 또한, K는 비례 상수이다.
[식 1]
P ＝ Kㆍλ/NA
여기서, 광원의 파장(λ), 대물 렌즈의 개구수(NA)는 광원이 되는 레이저 장치의 사양에 의해 결정되는 항목이고, 비례 상수(K)는 레이저 장치와 레지스트 원반의 조합으로 결정되는 항목이다.
상기 정보 용량 4.7 GB의 광디스크를 제작하는 경우에는 파장 0.413 ㎛, 개구수(NA)를 0.90, 최단 피트 길이가 0.40 ㎛이므로, 상기 식 1로부터 비례 상수(K) ＝ 0.87이 된다.
이에 대해, 상기 25 GB의 광디스크의 요구에 따르기 위해서는, 최단 피트 길이를 0.17 ㎛, 트랙 피치를 0.32 ㎛ 정도까지 미세화할 필요가 있다.
일반적으로는, 앞서 서술한 요철 패턴의 미세화(극미세 피트의 형성)는 레이저 파장의 단파장화에 의해 달성하는 것이 유효해진다. 즉, 한 쪽면 25 GB의 고밀도 광디스크에 요구되는 최단 피트 길이 0.17 ㎛ 정도를 얻기 위해서는, 비례 상수는 K ＝ 0.87로 하고, 개구수(NA) ＝ 0.95로 한 경우, 레이저 파장으로서 λ ＝ 0.18 ㎛의 광원이 필요해진다.
여기서 필요해지는 파장 0.18 ㎛는 차세대 반도체 리소그래피용 광원으로서 개발되어 있는 파장 193 ㎚의 ArF 레이저보다도 단파장이다. 이와 같은 단파장을 실현하는 노광 장치는 광원이 되는 레이저뿐만 아니라 렌즈 등의 광학 부품에 대해서도 특수한 것이 필요해져 매우 고가의 것이 된다. 즉, 노광 파장(λ)의 단파장화와 대물 렌즈의 개구수(NA)의 대구경화에 의해 광학적인 해상도를 올려 극미세 가공에 대응하는 수법은 미세화의 진전에 수반하여 기존의 노광 장치를 사용할 수 없게 되는 대신에 고가의 노광 장치를 도입할 수밖에 없으므로, 저렴한 장치 공급 달성에는 매우 부적합하다. 따라서, 노광 장치에 있어서의 레이저 장치의 고기능화에 의한 광디스크의 기억 용량의 증대에는 한계가 있었다.
또한, 현재에는, 예를 들어 노볼락계 레지스트, 화학 증폭 레지스트 등의 유기 레지스트와, 노광원으로서 자외선을 조합한 노광 방법이 일반적으로 널리 행해지고 있다. 유기 레지스트는 범용성이 있고 포토리소그래피의 분야에서 널리 이용되고 있는 것이지만, 분자량이 높은 것에 기인하여 노광부와 미노광부와의 경계부의 패턴이 불명료해져 25 GB 레벨의 고용량 광디스크에 대응하는 미세 가공에는 정밀도면에서 문제가 있었다.
이에 대해, 무기 레지스트, 특히 아몰퍼스 무기 레지스트는 최소 구조 단위가 원자 레벨의 크기이므로, 노광부와 미노광부의 경계부에서 명료한 패턴을 얻을 수 있고, 유기 레지스트에 비교하여 고정밀도의 미세 가공이 가능해 고용량 광디스크에의 적용이 유망하다고 생각되고 있다. 이것에는 MoO3나 WO3 등을 레지스트 재료로서 이용하고, 노광원으로서 이온 빔을 이용한 미세 가공예가 있다[예를 들어, 노부요시 고시다, 가즈요시 요시다, 신이찌 와따누끼, 마사노리 고무로 및 노부후미 아또다(Nobuyoshi Koshida, Kazuyoshi Yoshida, Shinichi Watanuki, Masanori Komuro and Nobufumi Atoda) : "집중된 이온 빔 및 산화물 저항에 의한 50 nm 금속 라인 제조(50-nm Metal Line Fabrication by Focused Ion Beam and Oxide Resists)", Jpn.J.Appl.Phys.Vol.30(1991)pp 3246을 참조]. 또한, SiO2를 레지스트 재료로서 이용하고, 노광원으로서 전자 빔을 이용하는 가공예가 있다[예를 들어, 수체따 엠. 고와드카, 도시미 와다, 사또시 히라이찌, 히로시 히로시마, 겐이찌 이시이 및 마사노리 고무로(Sucheta M.Gorwadkar, Toshimi Wada, Satoshi Hiraichi, Hiroshi Hiroshima, Kenichi Ishii and Masanori Komuro) : "나노 제조를 위한 SiO2/c-Si 이중층 전자 빔 저항 공정(SiO2/c-Si Bilayer Electron-Beam Resist Process for Nano-Fabrication)", Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35(1996) pp6673을 참조]. 또한, 칼코게나이드 유리를 레지스트 재료로서 이용하고, 노광원으로서 파장 476 ㎚ 및 파장 532 ㎚의 레이저 및 수은 크세논 램프로부터의 자외광을 이용하는 방법도 검토되고 있다[예를 들어, 에스. 에이. 코스트유쎄피끼(S.A.Kostyukevych) : "UL 및레이져 리소그래피에서 사용하기 위한 무기물 저항에의 물리적 공정의 검사 및 모델링(Investifations and modelling of physical processes in inorganic resists for the use in UV and laser lithography)", SPIE Vol.3424(1998) pp20을 참조].
그러나, 노광원으로서 이온 빔이나 전자 빔을 이용하는 경우에는 상술한 바 와 같이 다종류의 무기 레지스트 재료를 조합할 수 있고, 전자선 또는 이온 빔을 가늘게 수속함으로써 요철 패턴의 미세화도 가능하지만, 전자선 및 이온 빔 조사원을 탑재하는 장치는 구조적으로 복잡하고, 또한 매우 고가이므로, 저렴한 광디스크 공급에는 부적합하다.
그 점에서는 기존의 노광 장치에 탑재되어 있는 레이저 장치 등의 빛, 즉 자외선 또는 가시광을 이용할 수 있는 것이 바람직하지만, 무기 레지스트 재료 중에서 자외선 또는 가시광으로 커팅 가능한 재료는 한정되어 있고, 지금까지 보고가 있는 것 중에서는 칼코게나이드 재료뿐이다. 이는 칼코게나이드 재료 이외의 무기 레지스트 재료에 있어서는, 자외선 또는 가시광은 투과해 버려 빛에너지의 흡수가 현저하게 적어 실용적이지 않기 때문이다.
기존의 노광 장치와 칼코게나이드 재료의 조합은, 경제적인 면에서는 실용적인 조합이기는 하지만, 칼코게나이드 재료는 Ag2S3, Ag-As2S3, Ag2Se-GeSe 등의 인체에 유해한 재료를 포함하게 되는 문제점이 있어, 공업 생산의 관점으로부터 그 사용은 곤란하다.
이상과 같이, 지금까지는 기존의 노광 장치에 의한 고기록 용량의 광디스크의 제조는 실현되어 있지 않다.
본 발명은, 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 전자 빔이나 이온 빔 등의 고가인 조사 장치를 이용하는 일 없이 고정밀도의 미세 가공을 실현하는 안전한 레지스트 재료를 이용하고, 기존의 노광 장치를 이용하여 광디 스크의 한층 고기억 용량화를 실현하는 것이 가능한 광디스크용 원반의 제조 방법 및 광디스크의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
앞서 서술한 바와 같이, MoO3나 WO3 등의 전이 금속의 완전 산화물은 종래부터 전자 빔이나 이온 빔용 레지스트 재료로서 이용되고 있지만, 이들은 자외선 또는 가시광에 대해 투명하고 흡수가 현저히 작으므로, 자외선 또는 가시광을 노광원으로 하는 미세 가공이 곤란하다.
이에 대해, 본 발명자들은 검토의 결과, 전이 금속 산화물의 화학양론 조성으로부터 조금이라도 산소 함유량이 어긋나면 이 산화물의 자외선 또는 가시광에 대한 흡수가 갑자기 커지는 동시에, 자외선 또는 가시광을 흡수함으로써 그 화학적 성질이 변화되어 레지스트 재료 및 광디스크용 원반의 제조 방법에의 응용이 가능한 것을 발견하였다. 즉, 이에 의해 상기 식 1에 있어서 비례 상수(K)가 개선되어 최단 피트 길이(P)의 저감을 달성할 수 있다.
본 발명에 관한 광디스크용 원반의 제조 방법은 상술한 지견을 기초로 하여 고안된 것으로, 전이 금속의 불완전 산화물을 포함하고, 상기 불완전 산화물은 산소의 함유량이 상기 전이 금속이 취할 수 있는 가수에 따른 화학양론 조성의 산소 함유량보다 작은 것인 레지스트 재료로 이루어지는 레지스트층을 기판 상에 성막한 후, 이 레지스트층을 기록용 신호 패턴에 대응시켜 선택적으로 노광하고, 현상하여 소정의 요철 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 광디스크의 제조 방법은 전이 금속의 불완전 산화물을 포함하고, 상기 불완전 산화물은 산소의 함유량이 상기 전이 금속이 취할 수 있는 가수에 따른 화학양론 조성의 산소 함유량보다 작은 것인 레지스트재로 이루어지는 레지스트층을 기판 상에 성막한 후, 이 레지스트층을 기록용 신호 패턴에 대응시켜 선택적으로 노광하고, 현상하여 소정의 요철 패턴이 형성된 원반을 이용하여 그 요철 패턴이 전사된 디스크를 제작하는 것을 특징으로 한다.
여기서 말하는 전이 금속의 불완전 산화물이라 함은, 전이 금속이 취할 수 있는 가수에 따른 화학양론 조성보다 산소 함유량이 적은 방향으로 어긋난 화합물의 것, 즉 전이 금속의 불완전 산화물에 있어서의 산소의 함유량이 상기 전이 금속이 취할 수 있는 가수에 따른 화학양론 조성의 산소 함유량보다 작은 화합물의 것이라 정의한다.
또한, 복수 종류의 전이 금속을 포함하는 경우에는 결정 구조가 있는 1종류의 전이 금속 원자의 일부가 다른 전이 금속 원자로 치환된 것이라 생각되지만, 이들 복수 종류의 전이 금속이 취할 수 있는 화학양론 조성에 대해 산소 함유량이 부족한지 여부로 불완전 산화물인지 여부를 판단하는 것으로 한다.
본 발명의 레지스트 재료에 이용되는 전이 금속의 불완전 산화물은 자외선 또는 가시광에 대한 흡수를 나타내므로, 전자 빔이나 이온 빔 등의 특수한 노광원을 이용하는 일 없이 노광 가능하다. 또한, 전이 금속의 불완전 산화물은 저분자이므로, 고분자로 이루어지는 유기 레지스트에 비해 미노광부와 노광부의 경계가 명료해지므로, 이를 레지스트 재료로서 이용함으로써 고정밀도인 레지스트 패턴을 얻을 수 있다.
도1은 본 발명에 관한 광디스크의 제조 방법을 적용한 광디스크의 제조 공정도이다.
도2는 본 발명을 적용한 광디스크용 원반의 제조 방법에 이용되는 노광 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도3은 본 발명의 레지스트 재료로 이루어지는 레지스트층을 노광한 경우에 있어서의 노광에 이용하는 광원의 조사 파워와, 노광부와 미노광부에서의 엣칭 속도의 차와의 관계를 나타내는 특성도이다.
도4의 (a) 내지 도4의 (c)는 노광 공정에 있어서의 조사 패턴의 예를 나타내는 특성도이다. 도4의 (a) 및 도4의 (b)는 조사 펄스의 예이고, 도4의 (c)는 연속광의 예이다.
도5의 (a) 내지 도5의 (d)는 2층 레지스트의 공정을 나타내는 주요부 개략 단면도이다. 도5의 (a)는 제1 레지스트층 및 제2 레지스트층 성막 공정이고, 도5의 (b)는 제1 레지스트층 패터닝 공정이고, 도5의 (c)는 제2 레지스트층 엣칭 공정이고, 도5의 (d)는 제1 레지스트층 제거 공정이다.
도6은 현상 후의 W의 불완전 산화물로 이루어지는 레지스트층을 SEM으로 관찰한 사진이다.
도7은 현상 후의 W와 Mo의 불완전 산화물로 이루어지는 레지스트층을 SEM으로 관찰한 사진이다.
도8은 제2 실시예에 있어서 제조된 기록 용량 25 GB의 광디스크 표면의 피트 패턴을 SEM으로 관찰한 사진이다.
도9의 (a) 내지 도9의 (c)는 제2 실시예에 있어서 제조된 기록 용량 25 GB의 광디스크의 신호 평가 결과를 나타내는 도면이다.
도10은 종래의 광디스크의 제조 공정도이다.
이하, 본 발명에 관한 광디스크의 제조 방법의 일실시 형태를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
본 발명에 관한 광디스크의 제조 방법을 적용한 제조 공정의 개요에 대해 도1을 기초로 하여 이하에 설명한다.
우선, 기판(100) 상에 스퍼터링법에 의해 소정의 무기계의 레지스트 재료로 이루어지는 레지스트층(102)을 균일하게 성막한다[레지스트층 형성 공정, 도1의 (a)]. 레지스트층(102)에 적용되는 재료의 상세한 것은 후술한다. 또한, 레지스트층(102)의 노광 감도의 개선을 위해 기판(100)과 레지스트층(102) 사이에 소정의 중간층(101)을 형성해도 좋다. 도1의 (a)에서는 그 상태를 도시하고 있다. 또한, 레지스트층(102)의 막두께는 임의로 설정 가능하지만, 10 ㎚ 내지 80 ㎚의 범위 내가 바람직하다.
계속해서, 기존의 레이저 장치를 구비한 노광 장치를 이용하여 레지스트층(102)에 신호 패턴에 대응한 선택적인 노광을 실시하여 감광시킨다[레지스트층 노광 공정, 도1의 (b)]. 또한, 레지스트층(102)을 현상함으로써 소정의 요 철 패턴이 형성된 원반(103)을 얻는다[레지스트층 현상 공정, 도1의 (c)].
계속해서, 전기 주조법에 의해 원반(103)의 요철 패턴면 상에 금속 니켈막을 석출시키고[도1의 (d)], 이를 원반(103)으로부터 박리시킨 후에 소정의 가공을 실시하여 원반(103)의 요철 패턴이 전사된 성형용 스탬퍼(104)를 얻었다[도1의 (e)].
그 성형용 스탬퍼(104)를 이용하여 사출 성형법에 의해 열가소성 수지인 폴리카보네이트로 이루어지는 수지제 디스크 기판(105)을 성형한다[도1의 (f)]. 계속해서, 스탬퍼를 박리하고[도1의 (g)], 그 수지제 디스크 기판의 요철면에 Al 합금 등의 반사막(106)[도1의 (h)]과 막두께 0.1 ㎜ 정도의 보호막(107)을 성막함으로써 광디스크를 얻는다[도1의 (i)]. 또한, 이상의 레지스트 원반으로부터 광디스크를 얻기까지의 공정은 종래 공지의 기술로 제조하면 된다.
[레지스트 재료]
상기 레지스트층(102)에 적용되는 레지스트 재료는 전이 금속의 불완전 산화물이다. 여기서, 전이 금속의 불완전 산화물은 전이 금속이 취할 수 있는 가수에 따른 화학양론 조성보다 산소 함유량이 적은 방향으로 어긋난 화합물의 것, 즉 전이 금속의 불완전 산화물에 있어서의 산소의 함유량이 상기 전이 금속이 취할 수 있는 가수에 따른 화학양론 조성의 산소 함유량보다 작은 화합물의 것이라 정의한다.
예를 들어, 전이 금속의 산화물로서 화학식 MoO3를 예로 들어 설명한다. 화학식 MoO3의 산화 상태를 조성 비율 Mo1-xOx로 환산하면, x ＝ 0.75인 경우가 완전 산화물인 데 반해, 0 ＜ x ＜ 0.75로 표시되는 경우에 화학양론 조성보다 산소 함유량이 부족한 불완전 산화물이라 할 수 있다.
또한, 전이 금속에서는 하나의 원소가, 가수가 다른 산화물을 형성 가능한 것이 있지만, 이 경우에는 전이 금속이 취할 수 있는 가수에 따른 화학양론 조성보다 실제의 산소 함유량이 부족한 경우를 본 발명의 범위 내로 한다. 예를 들어 Mo는 앞서 서술한 3가의 산화물(MoO3)이 가장 안정되지만, 그 밖에 1가의 산화물(MoO)도 존재한다. 이 경우에는 조성 비율 Mo1-xOx로 환산하면, 0 ＜ x ＜ 0.5의 범위 내일 때 화학양론 조성보다 산소 함유량이 부족한 불완전 산화물이라 할 수 있다. 또한, 전이 금속 산화물의 가수는 시판의 분석 장치로 분석 가능하다.
이와 같은 전이 금속의 불완전 산화물은 자외선 또는 가시광에 대해 흡수를 나타내고, 자외선 또는 가시광이 조사됨으로써 그 화학적 성질이 변화된다. 이 결과, 상세한 것은 후에 서술하지만, 무기 레지스트이면서 현상 공정에 있어서 노광부와 미노광부에서 엣칭 속도에 차가 생기는, 소위 선택비를 얻을 수 있다. 또한, 전이 금속의 불완전 산화물로 이루어지는 레지스트 재료는 막재료의 미립자 크기가 작으므로 미노광부와 노광부와의 경계부의 패턴이 명료한 것이 되어 분해능을 높일 수 있다.
그런데, 전이 금속의 불완전 산화물은 산화의 정도에 따라서 그 레지스트 재료로서의 특성이 변화되므로, 적절하게 가장 적합한 산화의 정도를 선택한다. 예를 들어, 전이 금속의 완전 산화물의 화학양론 조성보다 대폭으로 산소 함유량이 적은 불완전 산화물에서는 노광 공정에서 큰 조사 파워를 필요로 하거나, 현상 처리에 장시간을 갖게 하거나 하는 등의 문제점을 수반한다. 이로 인해, 전이 금속의 완전 산화물의 화학양론 조성보다 약간 산소 함유량이 적은 불완전 산화물인 것이 바람직하다.
레지스트 재료를 구성하는 구체적인 전이 금속으로서는, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Nb, Cu, Ni, Co, Mo, Ta, W, Zr, Ru, Ag 등을 들 수 있다. 이 중에서도 Mo, W, Cr, Fe, Nb를 이용하는 것이 바람직하고, 자외선 또는 가시광에 의해 큰 화학적 변화를 얻을 수 있는 등의 견지로부터 특히 Mo, W를 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 전이 금속의 불완전 산화물로서는 1종류의 전이 금속의 불완전 산화물 외에 제2 전이 금속을 첨가한 것, 또한 복수 종류의 전이 금속을 첨가한 것, 전이 금속 이외의 다른 원소가 첨가된 것 등 모두 본 발명의 범위에 포함되고, 특히 복수 종류의 금속 원소를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 1종류의 전이 금속의 불완전 산화물 외에 제2 전이 금속을 첨가한 것, 또한 3종류 이상의 전이 금속을 첨가한 것의 경우, 결정 구조가 있는 1종류의 전이 금속 원자의 일부가 다른 전이 금속 원자로 치환된 것이라 생각되지만, 이들 복수 종류의 전이 금속이 취할 수 있는 화학양론 조성에 대해 산소 함유량이 부족한지 여부로 불완전 산화물인지 여부를 판단하는 것으로 한다.
또한, 전이 금속 이외의 다른 원소로서는, Al, C, B, Si, Ge 등 중 적어도 1종류 이상을 사용 가능하다. 2종류 이상의 전이 금속을 조합하여 이용함으로써, 혹은 전이 금속 이외의 다른 원소를 첨가함으로써 전이 금속의 불완전 산화물의 결 정립이 작아지므로, 노광부와 미노광부의 경계부가 더욱 명료해져 분해능의 대폭적인 향상을 도모할 수 있다. 또한, 노광 감도를 개선할 수 있다.
또한, 상기 레지스트 재료는 소정의 전이 금속을 포함한 타겟을 이용한 Ar ＋ O2 분위기 속의 스퍼터링법에 의해 제작하면 된다. 예를 들어, 챔버 내로의 도입 가스의 전체 유량에 대해 O2를 5 내지 20 ％로 하고, 가스압은 통상의 스퍼터링의 가스압(1 내지 10 Pa)으로 한다.
[광디스크용 원반의 제조 방법]
다음에, 상기 광디스크의 제조 방법의 근간을 이루는 광디스크용 원반의 제조 방법의 상세를 설명한다.
본 발명에 관한 광디스크용 원반의 제조 방법의 일실시 형태로서, 예를 들어 상술한 바와 같이 전이 금속의 불완전 산화물로 이루어지는 레지스트 재료를 기판 상에 성막하여 레지스트층을 형성하는 공정과, 레지스트층에 선택적으로 노광하여 감광되는 공정과, 레지스트층을 현상에 의해 소정의 요철 패턴이 형성된 원반을 제조하는 공정으로 이루어진다. 이하에 각 공정의 상세를 설명한다.
[레지스트층 형성 공정]
우선, 표면이 충분히 평활하게 된 기판 상에 전이 금속의 불완전 산화물로 이루어지는 레지스트층을 성막한다. 구체적인 성막 방법으로서는, 예를 들어 전이 금속의 단일 부재로 이루어지는 스퍼터 타겟을 이용하여 아르곤 및 산소 분위기 속에서 스퍼터링법에 의해 성막을 행하는 방법을 들 수 있다. 이 경우에는, 진공 분 위기 속의 산소 가스 농도를 바꿈으로써 전이 금속의 불완전 산화물의 산화 정도를 제어할 수 있다. 2종류 이상의 전이 금속을 포함하는 전이 금속의 불완전 산화물을 스퍼터링법에 의해 성막하는 경우에는 다른 종류의 스퍼터 타겟 상에서 기판을 항상 회전시킴으로써 복수 종류의 전이 금속을 혼합한다. 혼합 비율은 각각의 스퍼터 투입 파워를 바꿈으로써 제어한다.
또한, 앞서 서술한 금속 타겟을 이용한 산소 분위기 속의 스퍼터링법 외에 미리 소망량의 산소를 함유하는 전이 금속의 불완전 산화물로 이루어지는 타겟을 이용하여 통상의 아르곤 분위기 속에서 스퍼터링을 행함으로써도 전이 금속의 불완전 산화물로 이루어지는 레지스트층을 마찬가지로 성막할 수 있다.
또한, 스퍼터링법 외에 증착법에 의해서도 전이 금속의 불완전 산화물로 이루어지는 레지스트층을 쉽게 성막 가능하다.
기판으로서는 유리, 폴리카보네이트 등의 플라스틱, 실리콘, 알루미나티탄카바이드, 니켈 등을 이용할 수 있다.
레지스트층의 막두께는 임의로 설정 가능하지만, 예를 들어 10 ㎚ 내지 80 ㎚의 범위 내로 할 수 있다.
[레지스트층 노광 공정]
다음에, 레지스트층의 성막이 종료된 기판[이하, 레지스트 기판(1)이라 칭함]을 도2에 도시되는 노광 장치의 턴테이블(11)에 레지스트 성막면이 상측에 배치되도록 셋트한다.
이 노광 장치는 레지스트층이 노광되는, 예를 들어 레이저광을 발생하는 빔 발생원(12)이 설치되고, 이것으로부터의 레이저광이 콜리메이터 렌즈(13), 빔분할기(14) 및 대물 렌즈(15)를 통해 레지스트 기판(1)의 레지스트층에 포커싱되어 조사되는 구성을 갖는다. 또한, 이 노광 장치는 레지스트 기판(1)으로부터의 반사광을 빔분할기(14) 및 집광 렌즈(16)를 거쳐서 분할 포토 디텍터 상에서 연결하는 구성을 갖는다. 분할 포토 디텍터는 레지스트 기판(1)으로부터의 반사광을 검출하고, 이 검출 결과로부터 얻게 되는 포커스 오차 신호(18)를 생성하여 포커스 작동기(19)로 이송한다. 포커스 작동기(19)는 대물 렌즈(15)의 높이 방향의 위치 제어를 행하는 것이다. 턴테이블(11)에는 이송 기구(도시는 생략함)가 설치되어 있어 레지스트 기판(1)의 노광 위치를 정밀도 좋게 바꿀 수 있다. 또한, 이 노광 장치에 있어서는 데이터 신호(20), 반사광량 신호(21) 및 트랙킹 오차 신호(22)를 기초로 하여 레이저 구동 회로(23)가 빔 발생원(12)을 제어하면서 노광 또는 포커싱을 행한다. 또한, 턴테이블(11)의 중심축에는 스핀들 모터 제어계(24)가 설치되고, 광학계의 반경 위치와 원하는 선속도를 기초로 하여 가장 적합한 스핀들 회전수를 설정하여 스핀들 모터의 제어를 행한다.
종래의 유기 레지스트로 이루어지는 레지스트층에 대한 노광 공정에서는 노광에 이용하는 광원 자신에게 레지스트층에 포커싱을 가하는 것은 행해지지 않았다. 이는 유기 레지스트의 노광에 대한 화학적 성질의 변화가 연속적이므로, 포커스에 필요한 정도의 미약한 빛이라도 그 빛의 조사에 의해 유기 재료로 이루어지는 레지스트층에 불필요한 노광이 행해지기 때문이다. 이로 인해, 유기 레지스트가 감도를 갖고 있지 않는 파장의 광원, 예를 들어 파장 633 ㎚의 적색의 광원을 별도 준비하여 그 빛으로 포커싱을 행하고 있었다. 이와 같이, 종래의 유기 레지스트용 노광 장치는 2개의 다른 파장의 광원을 이용하기 때문에 파장 분리가 가능한 광학계를 설치할 수 밖에 없으므로 광학계가 매우 복잡해지는 것이나, 그 비용이 증가되는 등의 결점을 갖는다. 또한, 종래의 유기 레지스트용 노광 장치에서는 대물 렌즈의 높이 위치 제어에 이용되는 포커스 오차 신호의 분해능이 검출에 이용하는 광원(예를 들어 파장 633 ㎚)의 파장에 비례하므로, 노광에 이용하는 광원으로 얻게 되는 분해능을 얻을 수 없어, 정밀도가 높게 안정된 포커싱을 행할 수 없는 등의 문제를 갖는다.
이에 대해, 무기 레지스트인 본 발명의 레지스트 재료는 도3에 노광에 이용하는 광원의 조사 파워와, 노광부와 미노광부에서의 엣칭 속도의 차(콘트라스트)와의 관계를 나타낸 바와 같이, 노광에 대한 화학적 성질의 변화가 매우 급경사이다. 즉, 노광이 개시되는 조사 임계치 파워(PO) 미만의 조사 파워에 대해서는 반복의 조사에 대해서도 불필요한 노광이 행해지지 않으므로, P0 미만의 조사 파워에 의해 노광 광원 자신에게 포커싱을 가하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명의 광디스크용 원반의 제조 방법에서는 파장 분리를 행하는 광학계가 불필요해져 노광 장치의 저비용화를 달성하는 동시에, 노광 파장에 상당하는 고정밀도인 포커싱을 실현하여 정확한 미세 가공을 달성할 수 있다. 또한, 무기 레지스트인 본 발명의 레지스트 재료에서는, 조사 임계치 파워(P0) 미만의 미약한 빛으로는 노광되지 않으므로, 통상의 유기 레지스트를 이용하는 공정에서 필요해지는 실내 조명의 자외광의 컷트도 불필요해진다.
상술한 바와 같이, 조사 임계치 파워(PO) 미만의 빛을 이용하여 포커싱을 가한 후, 원하는 반경 위치로 턴테이블(11)을 이동시킨다. 여기서는, 대물 렌즈(15) 등의 광학계의 면내 방향의 위치를 고정하고, 턴테이블(11)을 이동시킴으로써 레지스트 기판(1)의 노광 위치를 바꾸는 것으로 하지만, 물론 레지스트 기판(1)을 적재한 턴테이블(11)을 고정하여 광학계의 위치를 바꾸어도 상관없다.
그리고, 빔 발생원(12)으로부터 레이저광을 조사하는 동시에 턴테이블(11)을 회전시켜 레지스트층에 대해 노광을 행한다. 이 노광은 턴테이블(11)을 회전시키면서 레지스트 기판(1)의 반경 방향으로 턴테이블(11)을 연속적으로 약간의 거리씩 이동시킴으로써 미세 요철의 잠상, 즉 기록용 디스크의 경우에는 스파이럴형의 안내 홈을 형성한다. 또한, 광디스크의 경우에는 미세 요철의 잠상으로서 정보 데이터용 요철 피트 및 안내 홈의 사행을 형성한다. 또한, 자기 하드디스크 등의 동심원형의 트랙이 이용되는 디스크를 제작할 때에는 턴테이블(11) 또는 광학계를 연속적이 아닌 스텝적으로 이송함으로써 대응 가능하다.
상술한 바와 같은 설정에 의해 정보 데이터에 따라서 피트 또는 안내 홈에 대응한 조사 임계치 파워(P0) 이상의 원하는 파워의 조사 펄스 또는 연속광을 레지스트 기판(1)의 원하는 위치로부터 차례로 레지스트층으로 조사하여 노광을 행한다. 조사 펄스의 예를, 도4의 (a) 및 도4의 (b)에 나타내고, 연속광의 예를 도4의 (c)에 나타낸다.
본 발명의 전이 금속의 불완전 산화물로 이루어지는 레지스트 재료는 조사 임계치 파워(P0) 이상의 자외선 또는 가시광의 조사에 의해 그 화학적 성질이 변화 되고, 알칼리 또는 산에 대한 엣칭 속도가 노광부와 미노광부에서 다른, 소위 선택비를 얻을 수 있다.
이 때, 조사 파워를 낮게 할수록 짧고 또한 좁은 피트의 형성이 가능하지만, 극단적으로 조사 파워를 낮게 하면 조사 임계치 파워에 근접하므로 안정된 패턴 형성이 곤란해진다. 이로 인해, 최적인 조사 파워를 적절하게 설정하여 노광할 필요가 있다.
또한, 본 발명자들은 본 발명의 레지스트 재료와, 파장 660 ㎚의 적색 반도체 레이저, 파장 185 ㎚, 254 ㎚ 및 405 ㎚ 정도로 피크를 갖는 수은 램프로부터의 노광을 조합함으로써 선택비를 얻을 수 있고, 미세한 피트 패턴을 형성 가능한 것을 실제로 확인하였다.
[레지스트층 현상 공정]
다음에, 이와 같이 하여 패턴 노광된 레지스트 기판(1)을 현상함으로써 소정의 노광 패턴에 따른 피트 또는 안내 홈의 미세 요철이 형성되어 이루어지는 광디스크용의 레지스트 원반을 얻을 수 있다.
현상 처리로서는 산 또는 알칼리 등의 액체에 의한 습윤 공정에 의해 선택비를 얻는 것이 가능하고, 사용 목적, 용도, 장치 설비 등에 의해 적절하게 구별지어 쓰는 것이 가능하다. 습윤 공정에 이용되는 알칼리 현상액으로서는 수산화테트라메틸암모늄 용액, KOH, NaOH, Na2CO3 등의 무기 알칼리 수용액 등을 이용할 수 있고, 산 현상액으로서는 염산, 질산, 황산, 인산 등을 이용할 수 있다. 또한, 본 발명자들은 습윤 공정 외에 플라즈마 또는 반응성 이온 엣칭(Reactive Ion Etching : RIE)이라 불리우는 드라이 프로세스에 의해서도 가스 종류 및 복수의 가스 혼합비를 조정함으로써 현상이 가능한 것을 확인하였다.
여기서, 노광 감도의 조정 방법에 대해 설명한다. 예를 들어 화학식 WO3로 표시되는 전이 금속의 산화물을 조성 비율 W1-xOx로 환산한 경우, x는 0.1보다 크고, 0.75 미만의 범위 내에서 양호한 노광 감도를 얻을 수 있다. 이 때, x ＝ 0.1은 노광 공정에 있어서의 큰 조사 파워를 필요로 하거나, 현상 처리에 장시간을 갖게 하거나 하는 등의 문제점이 발생하는 임계치이다. 또한, x를 0.4 내지 0.7 정도로 함으로써 가장 높은 노광 감도를 얻을 수 있다.
또한, 화학식 MoO3로 표시되는 전이 금속의 산화물을 조성 비율 Mo1-xOx로 환산한 경우, x는 0.1보다 크고, 0.75 미만의 범위 내에서 양호한 노광 감도를 얻을 수 있다. 이 때, x ＝ 0.1은 노광 공정에 있어서의 큰 조사 파워를 필요로 하거나, 현상 처리에 장시간을 갖게 하거나 하는 등의 문제점이 발생하는 임계치이다. 또한, x를 0.4 내지 0.7 정도로 함으로써 가장 높은 노광 감도를 얻을 수 있다.
또한, 화학식 MoO로 표시되는 전이 금속의 산화물을 조성 비율 Mo1-xOx로 환산한 경우, x는 0.1보다 크고, 0.5 미만의 범위 내에서 양호한 노광 감도를 얻을 수 있다. 이 때, x ＝ 0.1은 노광 공정에 있어서의 큰 조사 파워를 필요로 하거나, 현상 처리에 장시간을 갖게 하거나 하는 등의 문제점이 발생하는 임계치이다.
레지스트 재료의 노광 감도가 높을수록 노광시의 조사 파워를 저감할 수 있 는 것 외에, 펄스폭 또는 선속도에 대응하는 노광 시간을 짧게 할 수 있는 등의 이점을 갖지만, 반대로 감도가 지나치게 높으면 포커스 설정시에 불필요한 노광이 생기거나, 또는 공정실 조명 환경에 의해 악영향을 받는 등의 문제점이 생기므로, 용도에 따라서 가장 적합한 노광 감도를 적절하게 선택한다. 본 발명의 레지스트 재료의 노광 감도의 조정에는 산소 함유량을 증감하는 것 외에 전이 금속의 불완전 산화물에 제2 전이 금속을 첨가하는 것이 유효하다. 예를 들어, W1-xOx에 Mo를 첨가함으로써 노광 감도를 약 30 ％ 정도 개선할 수 있다.
또한, 노광 감도의 조정은 레지스트 재료의 조성을 변화시키는 것 외에 기판 재료를 선택하는 것이나, 기판에 노광 전처리를 실시함으로써도 가능하다. 실제로, 석영, 실리콘, 유리 및 플라스틱(폴리카보네이트)을 기판으로서 이용한 경우의, 기판 종류의 차이에 의한 노광 감도의 차이를 조사한 바, 기판의 종류에 따라서 노광 감도가 다르고, 구체적으로는 실리콘, 석영, 유리, 플라스틱의 순으로 감도가 높은 것이 확인되었다. 이 순서는 열전도율의 순으로 대응하고 있고, 열전도율이 작은 기판일수록 노광 감도가 양호해지는 결과였다. 이는 열전도율이 작은 기판일수록 노광시의 온도 상승이 현저하므로, 온도 상승에 수반하여 레지스트 재료의 화학적 성질이 크게 변화되기 때문이라 생각된다.
노광 전처리로서는 기판과 레지스트 재료 사이에 중간층을 형성하는 처리, 열처리, 자외선 조사하는 처리 등이 있다.
특히, 단결정 실리콘으로 이루어지는 실리콘 웨이퍼와 같이 열전도율이 큰 기판을 이용하는 경우에는 중간층으로서 열전도율이 비교적 낮은 층을 기판 상에 형성함으로써 노광 감도를 적절하게 개선할 수 있다. 중간층에 의해 노광시의 레지스트 재료에의 열의 축적이 개선되기 때문이다. 또한, 그 중간층을 구성하는 열전도율이 낮은 것으로서, 아몰퍼스 실리콘, 이산화규소(SiO2), 질화 실리콘(SiN), 알루미나(Al2O3) 등이 적합하다. 또한, 그 중간층은 스퍼터링법이나 그 밖의 증착법에 의해 형성하면 된다.
또한, 석영 기판 상에 두께 5 ㎛의 자외선 경화 수지를 스핀 코트한 후 자외선의 조사에 의해 액형 수지를 경화시킨 기판에서는 그 노광 감도가 미처리의 석영 기판에 비해 개선되어 있는 것이 확인되었다. 이것도 자외선 경화 수지의 열전도율이 플라스틱 정도로 낮기 때문에 설명 가능하다고 생각된다.
또한, 열처리, 자외선 조사 등의 노광 전처리에 의해서도 노광 감도의 개선이 가능하다. 이들 노광 전처리를 실시함으로써 불완전하지만 어느 정도 본 발명의 레지스트 재료의 화학적 성질이 변화되기 때문이라 생각된다.
상술한 바와 같이, 재료 조성, 현상 조건, 기판의 선택 등에 의해, 다양한 특성을 갖는 전이 금속의 불완전 산화물로 이루어지는 레지스트를 기능시키는 것이 가능하지만, 또한 레지스트 재료로서의 응용 범위를 확대하는 관점으로부터 2층 레지스트법은 매우 유효하다. 이하에, 2층 레지스트법의 개요를 도5의 (a) 내지 도5의 (d)를 참조하면서 설명한다.
우선, 본 발명의 전이 금속의 불완전 산화물로 이루어지는 제1 레지스트층(30)을 퇴적시키기 전에 도5의 (a)에 도시한 바와 같이 기판(31) 상에 이 제1 레지스트층(30)을 구성하는 전이 금속의 불완전 산화물과의 사이에서 매우 높은 선택비를 얻을 수 있는 재료를 퇴적시켜 제2 레지스트층(32)으로 한다.
다음에, 도5의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 레지스트층(30)에 대해 노광 및 현상 처리를 실시하여 제1 레지스트층(30)을 패터닝한다.
다음에, 제1 레지스트층(30)으로 이루어지는 패턴을 마스크로 하고, 제2 레지트층(32)에 선택비가 높은 엣칭 조건으로 엣칭을 행한다. 이에 의해, 도5의 (c)에 도시한 바와 같이, 제1 레지스트층(30)의 패턴을 제2 레지스트층(32)에 전사한다.
마지막으로, 제1 레지스트층(30)을 제거함으로써, 도5의 (d)에 도시한 바와 같이 제2 레지스트층(32)의 패터닝이 완료된다.
또한, 2층 레지스트법에 본 발명을 적용하는 경우에는, 예를 들어 기판으로서 석영을 이용하고, 제2 레지스트층으로서 Cr 등의 전이 금속을 이용하고, 프론계의 가스를 이용하여 RIE, 플라즈마 엣칭 등을 행함으로써, 제1 레지스트층을 구성하는 전이 금속의 불완전 산화물과 제2 레지스트층과의 사이에서 대략 무한대의 선택비를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 광디스크용 원반의 제조 방법에서는 앞서 서술한 전이 금속의 불완전 산화물로 이루어지는 레지스트 재료를 이용하므로, 무기 레지스트를 이용하면서 자외선 또는 가시광과 조합하여 노광 가능하다는 이점을 갖는다. 이는 자외선 또는 가시광에 대해 광학적으로 투명하기 위해 이들을 노광 원으로서 이용할 수 없고 전자 빔이나 이온 빔 등의 고가인 노광 장치가 필요 불가결해지는 종래의 무기 레지스트와는 전혀 다른 것이다.
또한, 묘화 속도가 빠른 자외선 또는 가시광을 사용 가능하므로, 전자 빔을 이용하는 종래의 무기 레지스트를 이용한 광디스크용 원반의 제조 방법에 비해 노광에 필요로 하는 시간을 대폭으로 단축할 수 있다.
또한, 전이 금속의 불완전 산화물로 이루어지는 무기 레지스트 재료를 이용하므로, 노광부와 미노광부와의 경계부의 패턴이 명료해져 고정밀도인 미세 가공을 실현한다. 또한, 노광시에 노광원 그 자체로 포커싱을 행할 수 있으므로, 높은 분해능을 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 광디스크용 원반의 제조 방법은 미세한 패턴을 형성하는 데 있어서, P ＝ Kㆍλ/NA로 표시되는 관계 중 비례 상수(K)를 저하시키는 수법이며, 노광 파장(λ)을 단파장화하고 대물 렌즈의 개구수(NA)를 대구경화하여 미세 가공을 실현하는 종래의 수법과는 달리, 기존의 노광 장치를 이용하여 한층 미세화를 진행시킬 수 있다. 구체적으로는, 본 발명에 따르면 비례 상수(K)를 0.8 미만으로 하는 것이 가능하고, 피가공물의 최소 미세 가공 주기(f)를 이하와 같이 작게 할 수 있는 것이다.
f ＜ 0.8 λ/NA
따라서, 본 발명에 따르면, 기존의 노광 장치를 그대로 이용함으로써 저렴하고, 또한 지금까지 이상의 극미세 가공이 실현된 광디스크용 원반의 공급이 가능하다.
(실시예)
이하, 본 발명을 적용한 구체적인 실시예에 대해 실험 결과를 기초로 하여 설명한다.
＜제1 실시예>
제1 실시예에서는 레지스트 재료로서 W의 3가의 불완전 산화물을 이용하여 광디스크용 레지스트 원반을 실제로 제작하였다.
우선, 충분히 평활화된 유리 기판 상에 스퍼터링법에 의해 W의 불완전 산화물로 이루어지는 레지스트층을 균일하게 성막하였다. 이 때, W의 단일 부재로 이루어지는 스퍼터 타겟을 이용하여 아르곤과 산소의 혼합 분위기 속에서 스퍼터링을 행하고, 산소 가스 농도를 바꾸어 W의 불완전 산화물의 산화 정도를 제어하였다.
퇴적한 레지스트층을 에너지 분산형 X선 검출 장치(Energy Dispersive X-ray spectrometer : EDX)에서 해석한 바, 조성 비율 W1-xOx로 표시하였을 때에 x ＝ 0.63이었다. 또한, 레지스트층의 막두께는 40 ㎚로 하였다. 또한, 굴절률의 파장 의존성은 분광 에립소매트릭법에 의해 측정하였다.
레지스트층의 성막이 종료된 레지스트 기판을 도2에 도시하는 노광 장치의 턴테이블 상에 적재하였다. 그리고 턴테이블을 원하는 회전수로 회전시키면서 조사 임계치 파워 미만의 레이저를 조사하고, 레지스트층에 포커스가 맞도록 작동기로 대물 렌즈의 높이 방향의 위치를 설정하였다.
다음에, 광학계를 고정한 상태에서 턴테이블에 설치된 이송 기구에 의해 원 하는 반경 위치로 턴테이블을 이동시키고, 정보 데이터에 따라서 피트에 대응하는 조사 펄스를 레지스트층에 조사하여 레지스트층을 노광한다. 이 때, 턴테이블을 회전시킨 상태에서 레지스트 기판의 반경 방향으로 턴테이블을 연속적으로 약간의 거리만큼 이동시키면서 노광을 행한다. 또한, 노광 파장을 405 ㎚로 하고, 노광 광학계의 개구수(NA)를 0.95로 하였다. 또한, 노광시의 선 속도를 2.5 m/s로 하고, 조사 파워를 6.0 mW로 하였다.
다음에, 노광이 종료된 레지스트 기판을 알칼리 현상액에 의한 습윤 공정에 의해 현상하였다. 이 현상 공정에서는 레지스트 기판을 현상액에 침지한 상태에서 엣칭의 균일성을 향상시키기 위해 초음파를 더한 상태에서 현상을 행하고, 현상 종료 후에는 순수(純水) 및 이소프로필 알코올에 의해 충분히 세정하고, 에어 블로우 등으로 건조시켜 공정을 종료하였다. 알칼리 현상액으로서는 테트라메틸암모늄수산화용액을 이용하고, 현상 시간은 30분으로 하였다.
도6에 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope : SEM)으로 관찰한 현상 후의 레지스트 패턴을 나타낸다. 도6에서는 피트 부분이 노광부에 대응하고, 미노광부의 레지스트층에 대해 오목하게 되어 있다. 이와 같이, W의 불완전 산화물로 이루어지는 레지스트 재료는 소위 포지티브 타입의 레지스트가 된다. 즉, W의 불완전 산화물로 이루어지는 레지스트층에 있어서, 미노광부의 엣칭 속도는 노광부의 엣칭 속도에 비교하여 느리기 때문에, 미노광부의 레지스트층은 성막 후의 막두께를 현상 후에도 거의 유지하였다. 이에 대해 노광부의 레지스트층은 엣칭에 의해 제거되고, 노광부에 있어서는 유리 기판의 표면이 노출되게 되었다.
또한, 도6에 도시하는 4개의 피트 중 최소의 피트는 폭 0.15 ㎛이고, 길이 0.16 ㎛였다. 이와 같이, 본 발명의 레지스트 재료를 이용한 광디스크용 원반의 제조 방법에 의해 종래의 유기 레지스트에서 기대되는 피트폭 0.39 ㎛와 비교하여 현저한 해상도의 향상이 가능한 것을 알 수 있다. 또한, 도6으로부터 피트의 엣지가 매우 명료한 것이 되어 있는 것도 알 수 있다.
또한, 현상 후의 피트의 폭 및 길이는 노광 광원의 조사 파워 및 펄스폭에 의해 변동하는 것을 알 수 있다.
＜제1 비교예>
제1 비교예에서는 레지스트 재료로서 W의 완전 산화물 WO3를 이용하여 광디스크용 레지스트 원반의 제작을 시도하였다.
우선, 스퍼터링법에 의해 유리 기판 상에 W의 완전 산화물로 이루어지는 레지스트층을 퇴적하였다. 퇴적한 레지스트층을 EDX로 분석한 바, 조성 비율 W1-xOx로 표시하였을 때에 x ＝ 0.75였다.
또한, 투과형 전자선 현미경에 의한 전자선 회절의 해석 결과로부터 W0 불완전 산화물의 노광 전의 결정 상태는 비정질인 것이 확인되어 있다.
이 레지스트층을 제1 실시예와 동등하거나 또는 충분히 강한 조사 파워로 노광하였지만, 1보다 큰 선택비를 얻을 수 없어 원하는 피트 패턴의 형성을 할 수 없었다. 즉, W의 완전 산화물이 노광원에 대해 광학적으로 투명하므로, 흡수가 작아 레지스트 재료의 화학적 변화가 생기는 것에 지나지 않는 것이다.
＜제2 실시예>
제2 실시예에서는 레지스트 재료로서 W의 3가와 Mo의 3가의 불완전 산화물을 이용하여 도1에 도시한 제조 공정에 따라서 광디스크용 레지스트 원반을 실제로 제작하고, 최종적으로 광디스크를 제작하였다. 이하, 도1을 참조하면서 실시 내용을 설명한다.
우선, 실리콘 웨이퍼를 기판(100)으로 하고, 그 기판 상에 스퍼터링법에 의해 아몰퍼스 실리콘으로 이루어지는 중간층(101)을 80 ㎚의 막두께로 균일하게 성막하였다. 계속해서, 그 위에 스퍼터링법에 의해 W와 Mo의 불완전 산화물로 이루어지는 레지스트층(102)을 균일하게 성막하였다[도1의 (a)]. 이 때, W와 Mo의 불완전 산화물로 이루어지는 스퍼터겟을 이용하여 아르곤 분위기 속에서 스퍼터링을 행하였다. 이 때, 퇴적한 레지스트층을 EDX로 해석한 바, 성막된 W와 Mo의 불완전 산화물에 있어서의 W와 Mo의 비율은 80 : 20이고, 산소의 함유율은 60 at.％였다. 또한, 레지스트층의 막두께는 55 ㎚였다. 또한, 투과형 전자선 현미경에 의한 전자선 회절의 해석 결과로부터 WMoO 불완전 산화물의 노광전 결정 상태는 비정질인 것이 확인되어 있다.
레지스트층의 노광 공정 이후에는 노광 조건 이외에는 제1 실시예와 동일 조건으로 처리를 행하여 광디스크용 레지스트 원반(103)을 제작하였다(도1의 (b), (c)]. 제2 실시예에 있어서의 노광 조건을 이하에 나타낸다.
ㆍ노광 파장 : 405 ㎚
ㆍ노광 광학계의 개구수(NA) : 0.95
ㆍ변조 : 17 PP
ㆍ비트 길이 : 112 ㎚
ㆍ트랙 피치 : 320 ㎚
ㆍ노광시의 선속도 : 4.92 m/s
ㆍ노광 조사 파워 : 6.0 mW
ㆍ기록 방식 : 상변화 디스크와 같은 간이 기록 방식
도7에 SEM으로 관찰한 현상 후의 광디스크용 레지스트 원반의 레지스트 패턴의 일예를 나타낸다. W와 Mo의 불완전 산화물로 이루어지는 레지스트 재료는 포지티브 타입의 레지스트가 되고, 도7에서는 피트 부분이 노광부에 대응하고, 미노광부의 레지스트층에 대해 오목하게 되어 있다. 또한, 형성된 피트 길이(직경)는 약 130 ㎚이고, 한 쪽면 25 GB의 고밀도 광디스크에 요구되는 최단 피트 길이 170 ㎚(0.17 ㎛) 이하를 달성하고 있는 것이 확인되었다. 또한, 레지스트 패턴으로서, 피트열 방향으로 300 ㎚ 피치, 트랙 방향으로 320 ㎚ 피치의 일정한 피치로 동일 형상의 피트가 형성되어 있는 모습이 관찰되고, 안정된 피트 형성이 가능한 것이 확인되었다.
계속해서, 전기 주조법에 의해 레지스트 원반의 요철 패턴면 상에 금속 니켈막을 석출시키고[도1의 (d)], 이를 레지스트 원반으로부터 박리시킨 후에 소정의 가공을 실시하여 레지스트 원반의 요철 패턴이 전사된 성형용 스탬퍼(104)를 얻었다[도1의 (e)].
그 성형용 스탬퍼를 이용하여 사출 성형법에 의해 열가소성 수지인 폴리카보 네이트로 이루어지는 수지제 디스크 기판(105)을 성형하였다[도1의 (f)]. 계속해서, 스탬퍼를 박리하고[도1의 (g)], 그 수지제 디스크 기판의 요철면에 Al 합금의 반사막(106)[도1의 (h)]과 막두께 0.1 ㎜의 보호막(107)을 성막함으로써 12 ㎝ 직경의 광디스크를 얻었다[도1의 (i)]. 또한, 이상의 레지스트 원반으로부터 광디스크를 얻기까지의 공정은 종래 공지의 기술로 제조하였다.
도8에 SEM으로 관찰한 상기 광디스크 표면의 피트 패턴의 일예를 나타낸다. 여기서는 150 ㎚ 길이의 피트, 폭 130 ㎚의 선형의 피트 등이 실제의 신호 패턴에 대응하는 상태에서 피트가 형성되어 있고, 기록 용량 25 GB의 광디스크로 되어 있는 것이 확인되었다.
계속해서, 상기 광디스크를 이하의 조건으로 판독하고, 그 RF 신호를 아이 패턴으로서 얻어 신호 평가를 행하였다. 그 결과를 도9의 (a) 내지 도9의 (c)에 나타낸다.
ㆍ트랙킹 서보 : 푸시풀법
ㆍ변조 : 17 PP
ㆍ비트 길이 : 112 ㎚
ㆍ트랙 피치 : 320 ㎚
ㆍ판독 선속도 : 4.92 m/s
ㆍ판독 조사 파워 : 0.4 mW
판독한 상태에서의 아이 패턴[도9의 (a)]에 대해 컨벤셔널 이코라이제이션 처리를 행하였던 아이 패턴[도9의 (b)]에 있어서의 지터치는 8.0 ％, 리미트 이코 라이제이션 처리를 행한 아이 패턴[도9의 (c)]에 있어서의 지터치는 4.6 ％로 충분히 낮은 값이 되어 있고, 기록 용량 25 GB의 ROM 디스크로서 실용상 문제가 없는 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
또한, 본 발명에서 행해지는 레지스트층 형성으로부터 현상까지의 포토리소그래피 기술은 DRAM(Dynamic Random Access Memory), Flash 메모리, CPU(Central Processing Unit), ASIC(Application Specific IC) 등의 반도체 장치, 자기 헤드 등의 자기 장치, 액정, EL(Electro Luminescence), PDP(Plasma Display Panel) 등의 표시 장치, 광기록 매체, 광변조 소자 등의 광장치 등의 각종 장치의 제조에 응용해도 좋다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 광디스크용 원반의 제조 방법에서는 레지스트층이 자외선 또는 가시광에 대한 흡수를 나타내는 전이 금속의 불완전 산화물로 이루어지므로, 자외선 또는 가시광을 노광원으로 하는 기존의 노광 장치에서 노광이 가능하다. 또한, 본 발명에 따르면, 분자 크기가 작은 전이 금속의 불완전 산화물을 레지스트 재료로서 이용하므로, 레지스트층의 현상 단계에서 양호한 엣지 패턴을 얻을 수 있어 고정밀도인 패터닝이 가능해진다.
따라서, 이와 같은 광디스크용 원반을 이용한 광디스크의 제조 방법에서는 기존의 노광 장치를 이용한 제법에 의해 기억 용량 25 GB 클래스의 고용량 광디스크를 제조할 수 있다.
Claims (13)
- 전이 금속의 불완전 산화물을 포함하고, 상기 불완전 산화물은 산소의 함유량이 상기 전이 금속이 취할 수 있는 가수에 따른 화학양론 조성의 산소 함유량보다 작은 것인 레지스트 재료로 이루어지는 레지스트층을 기판 상에 성막한 후, 상기 레지스트층을 기록용 신호 패턴에 대응시켜 선택적으로 노광하고, 현상하여 소정의 요철 패턴을 형성하고,상기 전이 금속은 Mo, W 중 어느 한 쪽 또는 양 쪽인 것을 특징으로 하는 광디스크용 원반의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전이금속의 불완전 산화물을 포함하는 레지스트 재료는 아몰퍼스 무기 재료인 것을 특징으로 하는 광디스크용 원반의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 전이 금속의 불완전 산화물에는 전이 금속 이외에 Al, C, B, Si 및 Ge 중에서 1종류 이상의 원소가 더 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 광디스크용 원반의 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 자외선 또는 가시광에 의해 노광되는 것을 특징으로 하는 광디스크용 원반의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 자외선 또는 가시광은 파장 150 ㎚ 내지 410 ㎚인 것을 특징으로 하는 광디스크용 원반의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 유리, 플라스틱, 실리콘, 알루미나티탄카바이드, 니켈 중 적어도 1종류 이상으로 이루어지는 기판 상에 상기 레지스트층을 형성하는 것을 특징으로 하는 광디스크용 원반의 제조 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 기판과 상기 레지스트층 사이에 기판보다도 열전도율이 작은 중간층을 형성하는 것을 특징으로 하는 광디스크용 원반의 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 중간층은 아몰퍼스 실리콘, 이산화규소, 질화 실리콘, 알루미나 중 적어도 1종류로 이루어지는 박막인 것을 특징으로 하는 광디스크용 원반의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 스퍼터링법 또는 증착법에 의해 상기 레지스트층을 형성하는 것을 특징으로 하는 광디스크용 원반의 제조 방법.
- 전이 금속의 불완전 산화물을 포함하고, 상기 불완전 산화물은 산소의 함유량이 상기 전이 금속이 취할 수 있는 가수에 따른 화학양론 조성의 산소 함유량보다 작은 것인 레지스트 재료로 이루어지는 레지스트층을 기판 상에 성막한 후, 상기 레지스트층을 기록용 신호 패턴에 대응시켜 선택적으로 노광하고, 현상하여 소정의 요철 패턴이 형성된 원반을 이용하여 그 요철 패턴이 전사된 디스크를 제작하고,상기 전이 금속은 Mo, W 중 어느 한 쪽 또는 양 쪽인 것을 특징으로 하는 광디스크의 제조 방법.
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