KR20060127254A - 광학 마스터 기판 및 고밀도 양각 구조의 제조 방법 - Google Patents

광학 마스터 기판 및 고밀도 양각 구조의 제조 방법 Download PDF

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KR20060127254A
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에르빈 알. 마인더스
롤프 에이. 로크
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 마스터 기판, 고밀도 양각 구조를 만들기 위한 방법 및 고밀도 양각 구조로 복제한 광학 디스크에 관한 것으로, 기판층(10)과 기판층 상에 퇴적된 기록 스택을 구비하는 마스터 기판으로서, 기록 스택이, 정보층(12)과, 이 정보층과 기판 사이에 개재된 경계층(11)을 구비하고, 상기 정보층(12)이, 엔코드된 데이터 패턴을 나타내는 마크와 스페이스를 형성하기 위한 성장 지배적인 상 변환 물질을 구비하고, 상기 기록 물질이 Ge, Sb, Te, In, Se, Bi, Ag, Ga, Sn, Pb, As를 포함하는 물질 그룹의 적어도 2개의 물질을 구비하는 합금이다. 초고밀도의 양각 구조가 달성된다.
액침, 그루브, 기록 물질, 상 변환 물질.

Description

광학 마스터 기판 및 고밀도 양각 구조의 제조 방법{OPTICAL MASTER SUBSTRATE AND METHOD TO MANUFACTURE HIGH-DENSITY RELIEF STRUCTURE}
본 발명은 고밀도 양각 구조를 제작하기 위한 광학 마스터 기판에 관한 것이다. 이러한 양각 구조는 판독 전용 메모리(ROM)와 프리 그루브된 한번 기록(R) 및 재기록 가능한(RE) 디스크의 대량 복제를 위한, 예를 들면 스탬퍼로서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 이러한 고밀도 양각 구조를 만들기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 처리된 광학 마스터 기판으로 만든 광학 디스크에 관한 것이다.
대물 렌즈의 개구수의 증가 및 레이저 파장의 감소에 의해, 광학 기록 매체는 데이터 능력에서 발전적인 증가를 보이고 있다. 전체 데이터 능력은 650Mbyte(CD, NA=0.45, λ=780nm)로부터 4.7Gbyte(DVD, NA=0.65, λ=670nm), 블루 레이 디스크(BD, NA=0.85, λ=405nm)로 증가 되었다. 광학 기록 매체의 타입은, 한번 기록(R), 재기록 가능(RE) 및 판독 전용 메모리(ROM)가 있다. ROM 디스크의 큰 장점은 값싼 대량 복제이며, 이에 따른 오디오, 비디오 및 그 밖의 데이터 등의 콘텐츠의 값싼 분배이다. 이러한 ROM 디스크는, 예를 들면 작은 복제된 피트(홀)를 갖는 폴리카보네이트 기판이다. 전형적으로, 복제된 디스크 내의 피트는, 인젝션 몰딩이나 유사한 종류의 복제 처리로 만들어질 수 있다. 이러한 복제 처리에 사용되는 것으로서, 스탬퍼의 제작이 마스터링으로서 공지되어 있다.
통상적인 마스터링에 있어서, 유리 기판 상에 스핀 코팅된 얇은 감광성 층은 변조된 포커스된 레이저 빔으로 조사된다. 레이저 빔 변조는, 디스크의 몇몇 부분이 UV 광에 의해 노광되게 하며, 피트 사이의 중간 영역이 노광되지 않게 한다. 디스크가 회전하는 동안, 포커스된 레이저 빔이 디스크의 외측으로 점진적으로 당겨지고, 교대로 조명된 영역의 나선이 남게 된다. 제2단계에서, 노광된 영역은, 소위 현상 처리에 의해 용해되어, 포토 레지스트 층 내측에 물리적인 홀이 형성된다. NaOH 및 KOH와 같은 알카리 용액이 노광된 영역을 용해하기 위해 사용된다. 이어서, 구성된 표면은 얇은 Ni 층으로 코팅된다. 갈바닉 처리에 있어서, 이 스퍼터 퇴적된 Ni 층은 역 피트 구조를 갖는 두꺼운 관리할 수 있는 Ni 기판으로 성장한다. 돌출되는 범프를 갖는 이 Ni 기판은 노광되지 않은 기판과 분리해서, 스탬퍼로 불린다.
ROM 디스크는, 엔코드된 데이터를 나타내는 교대하는 피트와 랜드의 교대하는 나선을 포함한다. 반사층(다른 굴절률을 갖는 금속 또는 그 밖의 물질)이 정보의 판독을 용이하게 하기 위해서 부가된다. 대부분의 광학 기록 시스템에 있어서, 데이터 트랙 피치는, 최적의 데이터 능력을 보장하기 위해서, 광학 판독/기록 스폿의 사이즈와 동일한 정도의 크기를 갖는다. 예를 들면, 블루 레이 디스크의 경우, 320nm의 데이터 트랙 피치와 305nm의 1/e 스폿 반지름(1/e는 광학 강도가 최대 강도의 1/e로 감소된 반지름)을 비교한다. 한번 기록 및 재기록 가능한 광학 기록 매체와 반대로, ROM 디스크 내의 피트 폭은, 전형적으로 인접한 데이터 트랙 사이 의 피치의 반이다. 이러한 작은 피트는 최적의 판독을 위해 필수적이다. ROM 디스크가 상 변조, 예를 들면 광선의 생성 간섭 및 소멸 간섭을 통해서 판독되는 것은 널리 공지되어 있다. 더 긴 피트의 판독 동안, 피트 바닥으로부터 반사된 광선과 인접한 랜드 고평부에서 반사된 광선 간의 소멸 간섭이 발생하는데, 이는 낮은 반사 레벨을 유도한다.
근사적으로 광학 판독 스폿의 1/2인 피트를 만들기 위해서, 전형적으로 판독을 위해 사용된 파장보다 낮은 파장을 갖는 레이저가 피트 구조의 마스터링을 위해 사용된다. CD/DVD 마스터링을 위해서, 레이저 빔 레코더(LBR)는 전형적으로 413nm의 파장과 NA=0.9인 대물 렌즈의 개구수에서 동작한다. BD 마스터링을 위해서, 257nm 파장을 갖는 딥 UV 레이저가 고 NA 렌즈(원시야에 대해서 0.9이고 액체 이머션 마스터링에 대해서 1.25)와 조합해서 사용된다. 즉, 다음 세대 LBR이 현재의 광학 디스크 세대를 위한 스탬퍼를 만들기 위해 요구된다. 통상적인 포토레지스트 마스터링의 추가적인 단점은, 누적 포톤 효과이다. 포토레지스트 층 내의 감광성 합성물의 저하는 조사 량에 비례한다. 또한, 포커스된 에어리 스폿의 측면은, 중심 트랙 내의 피트의 기록 동안 인접한 트레이스를 조사한다. 이 다중 노출은, 피트의 국지적인 확대를 이끌어 내고, 따라서 피트 노이즈(지터)를 증가시킨다. 또한, 교차 조사의 감소를 위해서, 가능한 작게 포커스된 레이저 스폿이 요구된다. 통상적인 마스터링에서 사용하는 포토레지스트 물질의 다른 단점은, 포토레지스트 내에 존재하는 폴리머 체인의 길이이다. 노광된 영역의 용해가, 긴 폴리머 체인에 기인해서, 다소 거친 측면 에지를 발생시킨다. 특히, 피트(ROM을 위한)와 그루브 (한번 기록(R) 및 재기록 가능한(RE) 적용을 위해서 프리 그루브된 기판을 위한)의 경우, 이 에지 거칠기는 미리 기록된 ROM 피트와 기록된 R/RE 데이터의 판독 신호의 저하를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 목적은, 예를 들면 고밀도 판독 전용 메모리(ROM)와 재기록 가능한(R/RE) 디스크를 대량 복제하기 위한, 고밀도 및 고정확성의 양각 구조를 제작하기 위한 마스터 기판을 제공하는 것이다. 이 마스터 기판은, ROM 디스크 내에 미리 기록된 데이터의 보다 양호한 신호 품질 및 개선된 데이터 기록(R/RE)을 위한 양호한 품질의 프리 그루브에 장점이 있다. 본 발명의 다른 목적은, 이러한 고밀도 양각 구조를 제작하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 고밀도의 미리 기록된 데이터 구조를 갖는 광학 디스크를 제공하는 것이다.
이 목적은, 기판층과 기록 스택을 구비하고, 기록 스택이,
정보층과,
이 정보층과 기판 사이에 개재된 경계층을 구비하고, 상기 정보층이, 엔코드된 데이터 패턴을 나타내는 마크와 스페이스를 형성하기 위한 성장 지배적인 상 변환 물질을 구비하고, 상기 기록 물질이 Ge, Sb, Te, In, Se, Bi, Ag, Ga, Sn, Pb, As를 포함하는 물질 그룹의 적어도 2개의 물질을 구비하는 합금인 것을 특징으로 하는 청구항 제1항에서 청구된 성장 지배적인 상 물질을 갖는 마스터 기판을 제공함으로써, 달성된다.
마스터 기판의 바람직한 실시형태가 종속 청구항에 정의된다.
청구항 제2항에 청구된 바람직한 실시형태에 있어서, 마스터 기판은 기록 물질로서 Ge 및 In이 도프된 Sb-Te 합금 물질, 특히 Ge와 In이 도프된 Sb2Te를 구비한다. 청구항 제3항에 청구된 바람직한 실시형태에 있어서, 마스터 기판은 Sn-Ge-Sb 합금 물질, 특히 Sn18 .3-Ge12 .6-Sb69 .2의 합성물을 구비한다. 청구된 상 변환 물질은 채널 비트 길이를 더 감소할 수 있게 하는 마크의 테일에서의, 소위 재결정화를 발생시키므로, 탄젠트적인 데이터 밀도를 가능하게 한다. 청구항 제1항에서 청구된 정보층을 위한 두께 범위는 청구항 제4항에 정의되는데, 즉 2nm 내지 100nm의 범위, 바람직하게는 10nm 내지 40nm 또는 45nm 내지 70nm이다. 10nm 내지 40nm 범위 두께의 정보층을 갖는 마스터 기판은, 한번 기록(R) 및 재기록 가능한(RE) 디스크의 복제를 위해 사용되는 프리 그루브된 양각 구조를 만드는데 사용된다. 45nm 내지 70nm 범위는, 특히 판독 전용 메모리 디스크를 위한 고밀도 양각 구조를 만드는데 적합하다.
경계층을 위한 바람직한 물질이 청구항 제5항, 제6항 및 제7항에 청구된다.
청구항 제5항은 청구항 제1항에서 청구된 마스터 기판의 경계로서, ZnS-SiO2, Al2O3, SiO2, Si3N4와 같은 유전성 물질의 사용을 개시한다. 청구항 제6항은, 마스터 기판 내의 경계층으로서, 프탈로시아닌, 시아닌 및 AZO 염료를 포함하는 그룹의 염료 물질의 유기 물질의 사용을 개시한다. 청구항 제7항은, 마스터 기판의 경계층으로서, UV 경화된 유기 물질의 그룹, 바람직하게는 헥산디올디아크릴레이트(HDDA)의 사용을 개시한다. 바람직하게는, 경계층(11)의 두께는 5nm 내지 100nm, 특히 20nm와 70nm 사이이고, 청구항 제8항에 개시된다.
바람직한 실시형태에 있어서, 청구항 제1항에 청구된 마스터 기판의 기록 스택은, 기판으로부터 가장 원격의 측면에서, 정보층(12)에 인접한 보호층(81)을 더 구비한다. 청구항 제10항에 개시된 보호층의 바람직한 두께는, 2nm와 50nm 사이, 특히 5nm와 30nmm 사이이다. 바람직한 물질이 청구항 제11항 및 제12항에 개시된다. 청구항 제11항은, ZnS-SiO2, Al2O3, SiO2, Si3N4, Ta2O, SiC와 같은 유전성 물질의 사용을 제안한다. 청구항 제12항은, 특히 디아조나프토퀴논 기초의 레지스트 그룹으로부터 선택된 유기 포토레지스트 물질의 사용을 제안한다. 또한, PMMA 등의 가용성 유기 물질의 사용을 개시한다. 보호층은, 특히 몰드된 상 변환 물질의 대규모 이동을 방지하는 장점이 있다. 이 효과는, 이하의 명세서에 상세히 논의된다. 보호층은, 마스터 기판 내의 고밀도 양각 구조의 기록 동안 겪게 되는 높은 기록 온도에 내성이 있을 필요가 있다. 다른 중요한 요구는, 제안된 에칭액을 사용한 에칭을 통해서 이 층을 제거하는 능력이다. 또한, 아세톤, 이소프로패놀 등의 그 밖의 용제로 커버층을 제거할 수도 있다. 또한, 기록 후, 마스터 기판으로부터, 보호층을 제거하기 위해서, 보호층을 기계적으로 박리하는 것도 가능하다.
다른 바람직한 실시형태에 있어서, 청구항 제1항에서 청구된 마스터 기판은, 기판층과 경계층 사이에, 예를 들면 입사 레이저 광과 면하지 않는 제2경계층을 더 구비한다. 바람직하게는, 이 제2경계가 자연 장벽으로 작용하도록, 이 경계층은 애칭 용액에 높은 내성을 갖는다. 에칭된 그루브와 그 밖의 양각 구조의 깊이가 정보층과 제1경계층의 두께에 의해 결정된다. 제2경계층의 두께는 청구항 제14항에 청구된다.
다른 바람직한 실시형태에 있어서, 청구항 제1항, 제9항 또는 제13항에서 청구된 마스터 기판은, 기판층과 경계층 사이에 금속 히트 싱크층을 더 구비하고, 이 경우 기록 스택은 입사 레이저 광과 면하지 않는 제2경계층을 구비한다. 금속 히트 싱크가 데이터의 기록 동안 빠른 열 제거를 위해 부가된다. 동시에, 금속 히트 싱크층은, 기록층에 의한 입사 레이저 빔의 흡수를 개선하기 위해서, 반사체로서 사용될 수도 있다. 금속층의 바람직한 두께는, 5nm보다 크고, 특히 15nm보다 크다. 금속 히트 싱크층은 Al, Ag, Cu, Ag, Ir, Mo, Rh, Pt, Ni, Os, W를 포함하는 물질의 그룹의 물질에 근거한 물질 또는 합금으로 만든다.
본 발명의 목적은, 고밀도 양각 구조를 복제하기 위한 스탬퍼를 제작하기 위한 방법으로서,
변조된 포커스된 방사 빔으로 청구항 제1항 내지 17항 중 어느 하나에서 청구된 마스터 기판을 조사하는 단계와,
요구되는 양각 구조를 생성하도록, 바람직하게는 물 내의 NaOH, KOH, HCL, HNO3의 용액의 그룹으로부터 선택된 알카리나 산 용액 중 하나인 현상제로 조사된 마스터 기판층을 헹구는 단계와,
금속층, 특히 니켈층을 스퍼터 퇴적하는 단계와,
스탬퍼를 형성하는 요구되는 두께로 스퍼터 퇴적된 층을 갈바니적으로 성장하는 단계와,
마스터 기판을 스탬퍼로부터 분리하는 단계를 적어도 구비하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공함으로써, 달성된다.
청구항 제18항에 청구된 방법에 있어서, 제1항, 제9항, 제13항 또는 제15항 중 어느 한 항에서 청구된 마스터 기판을 사용해서, 정보층이 5nm-35nm 두께를 갖게 되고, 여기에 프리 그루브된 형상의 양각 구조가 한번 기록(R) 및 재기록 가능한(RE) 광학 디스크의 복제를 위해 형성되는 것이 청구항 제19항에 개시된다.
청구항 제18항 또는 제19항에 청구된 방법에 있어서, 현상액은 1%-30%, 바람직하게는 2%와 20% 사이의 농도로 사용되는 것이 청구항 제20항에 청구된다.
청구항 제21항은, 제18항, 제19항 또는 제20항 중 어느 한 항의 방법으로 제작된 스탬퍼로 복제한 미리 기록된 광학 디스크로서, 스탬퍼 표면상의 양각 구조가 전형적인 크레센트(crescent) 형상을 갖는 가장 짧은 피트와 스월로우(swallow) 형상의 트레일링 에지를 갖는 더 긴 피트를 구비하고, 양각 구조가 광학 디스크 내에 복제되는 것을 특징으로 하는 미리 기록된 광학 디스크를 개시한다.
본 발명은 도면을 참조로 상세히 설명되는데,
도 1은 마스터 기판의 기본적인 레이아웃을 나타내고,
도 2는 2클래스의 상 변환 물질, 성장 지배적 및 핵생성 지배적인 상 변환 물질의 핵생성 및 성장 가능 곡선을 나타내며,
도 3은 빠른 성장 상 변환 물질에 근거한 광학 기록 매체에 기록된 비정질 마크의 TEM(Transmission Electron Microscopic) 사진을 나타내고,
도 4는 비정질 및 결정질의 에칭 속도 차이를 나타내는 양각된 구조의 AFM(Atomic Force Microscopy) 사진을 나타내며,
도 5는 NaOH가 현상제로 사용되는 경우, InGeSbTe 상 변환 합성물에 대한 전체 용해 시간의 함수로서 측정된 잔류하는 층 두께를 나타내고,
도 6은 NaOH가 현상제로 사용되는 경우, SnGeSb 상 변환 합성물에 대한 전체 용해 시간의 함수로서 측정된 잔류하는 층 두께를 나타내며,
도 7은 NaOH와 HNO3가 현상제로 사용되는 경우, SnGeSb 상 변환 합성물에 대한 전체 용해 시간의 함수로서 측정된 잔류하는 층 두께를 나타내고,
도 8은 바람직한 마스터 기판의 레이아웃을 나타내며,
도 9는 제안된 방법에 따라 제안된 마스터 기판으로 만든 그루브 구조를 나타내고,
도 10은 10% NaOH 용액에 다른 시간에 액침할 때 하나의 레이저 전력에 대해서 얻은 3개의 양각 구조를 나타내며,
도 11은 10% NaOH 용액에 10분 액침할 때 3개의 다른 레이저 전력에 대해서 얻은 3개의 양각 구조를 나타내고,
도 12는 제안된 방법에 따라 제안된 마스터 기판으로 기록한 짧은 피트의 AFM 사진을 나타낸다.
상 변환 물질이, DVD+RW와 최근에 도입된 블루 레이 디스크(BD-RE)와 같은 널리 공지된 재기록 가능한 디스크 포맷에 적용된다. 상 변환 물질은, 레이저 가 열을 통해서, 현재 퇴적된 비정질 상태로부터 결정질 상태로 변경될 수 있다. 대부분의 경우, 데이터의 기록에 앞서, 현재 퇴적된 비정질 상태가 결정질이 된다. 초기 결정질 상태는, 층이 용해되도록 얇은 상 변환층의 레이저 유도 가열에 의해 비정질로 만들 수 있다. 용해된 상태가 매우 신속하게 냉각되면, 고체 비정질 상태가 된다. 비정질 마크(영역)는, 비정질 마크를 결정화 온도 이상으로 다시 가열함으로써, 결정질로 만들 수 있다. 이들 메커니즘은, 재기록 가능한 상 변환 기록으로 공지된다. 출원인은, 가열 조건에 따라서, 결정질과 비정질의 상 사이에 존재하는 에칭 속도의 차이를 발견했다. 에칭은, 알카리 용액, 산 용액 또는 그 밖의 타입이나 용제 내의 고체 물질의 용해 처리로 공지되어 있다. 에칭 속도의 차이는 양각 구조를 발생시킨다. 청구된 물질 클래스를 위해 적합한 에칭 용액은, NaOH, KOH와 같은 알카리 용액과 HCl 및 HNO3와 같은 산이다. 양각 구조는, 예를 들면 한번 기록 및 재기록 가능한 디스크를 위한 광학 판독 전용 ROM 디스크와 프리 그루브된 기판의 대량 복제를 위한 스탬퍼를 만드는데 사용될 수 있다. 또한, 달성된 양각 구조는 디스플레이의 고밀도 인쇄(마이크로 접촉 프린팅)에 사용될 수도 있다.
마스터 기판의 기본적인 레이아웃이 도 1에 주어진다. 도 1에 있어서, 본 발명에 따라 제안된 마스터 기판은, 상 변환 물질로 만든 정보층(12)과, 상기 정보층(12)과 기판(10) 사이에 개재된 경계층(11)을 구비한다. 상기 정보층에서 기록 물질로서 사용되는 상 변환 물질은, 선택된 파장을 사용하는 기록을 위해 적합할 수 있도록, 물질의 광학적 및 열적 특성에 근거해서 선택된다. 마스터 기판이 초 기에 비정질 상태인 경우, 결정질 마크가 조사 동안 기록된다. 기록층이 초기에 결정질 상태에 있는 경우, 비정질 마크가 기록된다. 현상 동안, 2개의 상태 중 하나가 알카리나 산 용액으로 용해되어 양각 구조가 형성된다.
상 변환 합성물은, 핵생성 지배적인 및 성장 지배적인 물질로 분류될 수 있다. 핵생성의 지배적인 상 변환 물질은, 결정질 마크가 형성될 수 있는 안정적인 결정질 핵을 형성하기 위한 상대적으로 높은 가능성을 갖는다. 반대로, 결정화 속도는, 전형적으로 낮다. 핵생성 지배적인 물질의 예는, Ge1Sb2Te4와 Ge2Sb2Te5 물질이다. 성장 지배적인 물질은, 낮은 핵생성 확률과 높은 성장률의 특징을 갖는다. 성장 지배적인 상 변환 합성물의 예는, In과 Ge가 도프된 공지된 합성물 Sb2Te와 SnGeSb 합금이다. 상 변환 물질의 이들 2클래스의 핵생성 및 성장 확률 곡선이 도 2에 도시된다. 좌측 창은 핵생성 지배적인 상 변환 물질의 결정화 특성을 나타낸다. (21)은 핵생성의 확률을 가리키고, (22)는 성장의 확률을 가리킨다. 물질은, 비정질 물질이 다결정 마크로 결정화할 수 있는 안정적인 핵을 형성하기 위한 상대적으로 높은 확률을 갖는다. 이 재결정화 처리는 삽입된 도면에 도시된다. 결정질 배경(25) 내의 비정질 마크(24)의 안정적인 핵(23)으로부터의 결정화 처리가 개략적으로 보인다. 우측 패널은 성장 지배적인 상 변환 물질의 결정화 특성을 나타낸다. (26)은 핵생성의 확률을 가리키고, (27)은 성장 확률을 가리킨다. 이들 물질은 결정질 마크가 형성될 수 있는 안정적인 결정질 핵을 형성하기 위한 상대적으로 낮은 확률을 갖는다. 반대로, 성장 속도는, 비정질-결정질 경계가 존재 하는 경우, 재결정화가 빠를 수 있도록 크게 된다. 처리가, 또한 삽입된 도면에 도시된다. 비정질 마크(24)는 결정질-비정질 경계로부터의 성장을 통해 재결정화된다.
결정질 마크가 초기 비정질 층에 기록되는 경우, 전형적인 마크가 포커스된 레이저 스폿의 형상을 따라서 남게 된다. 결정질 마크의 사이즈는 인가된 레이저 전력을 제어함으로써 어느 정도 동조될 수 있지만, 기록된 마크는 광학 스폿보다 작게 만들기는 어려울 수 있다. 비정질 마크가 결정질 층 내에 기록될 경우, 상 변환 물질의 결정화 특성은, 광학 스폿 사이즈보다 작은 마크를 허용한다. 특히, 성장 지배적인 상 변환 물질이 사용된 경우, 비정질 마크의 테일에서의 재결정화가 비정질 마크가 기록된 시간에 비해 적합한 시간 스케일에서 적합한 레이저 수준의 인가로 유도될 수 있다.
이 재결정화 처리는 도 3에서 명확하게 된다. 결정 배경 층(32) 내에 기록된 비정질 마크(31)의 TEM(Transmission Electron Microscopu) 사진이 보인다. 사용된 상 변환 물질은 성장 지배적인 상 변환 물질, 특히 In과 Ge가 도프된 Sb2Te이다. 가장 짧은 마크(33)는, 마크(34)의 트레일링 에지 내에 유도된 재결정화에 기인하는, 소위 크레센트 형상에 의한 특징이 있다. 긴 마크(35)는 트레일링 에지(36)에서 유사한 재결정화 행동을 나타내며, 마크의 단축을 발생시킨다. 이 재결정화는 광학 스폿 사이즈보다 작은 마크의 기록을 가능하게 한다.
비정질과 결정질 상태의 용해 속도 차이는 도 4에서 볼 수 있다. 도면은, 부분적으로 결정질이고 부분적으로 비정질 상태인 상 변환 막을, 알카리 용액(10% NaOH)으로 10분간 헹군 후 얻은 양각 구조의 AFM 사진을 나타낸다. 좌측 고평부(41)는 상 변환 막의 초기 (비정질) 상태를 언급한다. 우측 고평부(42)는 기록된(결정질) 상태이다. 사용된 상 변환 물질의 비정질과 결정질 상 사이의 용해 속도의 양호한 대조를 도시한 매끄러운 스텝이 발견된다(In과 Ge가 도프된 Sb2Te).
측정된 용해 속도가, In과 Ge가 도프된 Sb2TE 합성물에 대해서 도 5에 도시된다. 도 5a는 5%와 10% 농도의 NaOH 용액에 대한 전체 용해 시간의 함수로서 측정된 잔류하는 층 두께를 나타낸다. 만곡의 경사는 단위 시간 당 용해된 층 두께를 표시하는데, 이는 용해 속도를 가리킨다. 5% NaOH에 대해서, 용해 속도는 이 특별한 InGeSbTe 합성물에 대해서 대략 2nm/minute다. 10% NaOH에 대해서, 용해 속도는 이 특별한 InGeSbTe 합성물에 대해서 대략 1.5nm/minute다. 도 5b는 10% NaOH에 대해서 전체 용해 시간의 함수로서 측정된 그루브 깊이가 도시된다. 그루브는 레이저 빔 레코더(LBR)로 기록된다. 3개의 다른 레이저 전력에 대한 측정이 도시된다(LON으로 가리켜진다). 또한, 용해 속도는 1.5nm/minute다. 도 5c는 5%, 10% 및 20% KOH 용액에 대한 전체 용해 시간의 함수로서 측정된 그루브 깊이가 도시된다. 용해 속도는 5% KOH에 대해서 대략 1.3nm/minute이고, 10% KOH에 대해서 대략 3nm/minute다.
5%와 10%, 20% 농도의 NaOH 용액에 대한 전체 용해 시간의 함수로서 측정된 잔류하는 층 두께가 SnGeSb 합성물에 대해서 도 6에 주어진다. 만곡의 경사는 단위 시간당 용해된 층 두께를 표시하는데, 이는 용해 속도를 가리킨다. 5% NaOH에 대해서, 용해 속도는 이 특별한 SnGeSb 합성물에 대해서 대략 2.3nm/minute다.
5% HNO3에 대한 전체 용해 시간의 함수로서 측정된 잔류하는 층 두께가 SnGeSb 합성물에 대한 도 7의 10% NaOH와 비교된다. HNO3의 용해 속도는 NaOH보다 매우 큰데, 즉 12nm/minute 대 1.3nm/minute이다.
개선된 마스터 기판의 레이아웃이 도 8에 주어진다. 기록 스택은, 빠른 성장 상 변환 물질에 근거한 정보층(12)과, 경계층(11), 제2경계층(82), 금속 히트 싱크층(83) 및, 정보층 상부의 보호층(81)을 구비한다. 금속 히트 싱크층이, 데이터 및 그루브의 기록 동안 열 축적을 제어하기 위해서 부가된다. 특히, 마크가 상 변환 물질의 비정질화로 기록되면, 상 변환 물질의 용해-소광을 가능하기 하기 위해서 기록 동안 정보층으로부터 열이 신속하게 제거되는 것이 중요하다. 마스터 기판의 회전 동안 원심력의 영향 하에서, 용해된 상 변환 물질의 대규모 이동을 방지하기 위해서, 보호층이 부가된다. 보호층은, 비정질 기록의 경우, 대략 600 내지 700C의 높은 기록 온도에 견디게 된다. 또한, 보호층은 정보층 내에, 가능하게는 경계층(11) 내에도 양각 구조를 형성하기 위해서 제거될 수 있게 된다.
도 9에 나타낸 바와 같은 제안된 방법에 따라 제안된 마스터 기판으로 그루브가 만들어진다. 그루브는 레이저 빔 레코더로 740nm의 그루브 트랙 피치로 기록되는데, 이 레이저 빔 레코더는 413nm의 레이저 광 파장에서 동작하고, NA=0.9의 개구수를 갖는 대물 렌즈를 갖는다. 전체 용해 시간은 20% NaOH 용액에서 10분이다. 최종 그루브 깊이는 19.8nm이다.
그루브의 다른 예는 제안된 마스터 기판으로 만들고, 제안된 방법이 도 10에 보인다. 용해 처리의 3개의 다른 상이 보이는데, 10% NaOH에 5분(좌측 이미지), 10분(중간 이미지), 15분(우측 이미지) 액침한 후의 결과가 보인다. 413nm의 레이저 광 파장과 NA=0.9인 대물 렌즈의 개구수에서 동작하는 레이저 빔 레코더로, 500nm의 그루브 트랙 피치로 그루브를 기록한다. 최종 그루브 깊이는 15분 액침 후, 20nm이다.
LBR의 다른 레이저 전력으로 기록된 그루브가 도 11에 보인다. 좌측 이미지는 낮은 레이저 전력에서 얻은 결과를 보여주고, 중간 이미지는 중간 레이저 전력에서 얻은 결과를 보여주며, 우측 이미지는 높은 레이저 전력에서 얻은 결과를 보인다. 전체 용해 시간은 10% NaOH 용액으로 10분이다. 도면은 제안된 마스터 기판과 방법이 다른 그루브 폭을 갖는 그루브의 형성을 가능하게 하는 것을 도시한다. 가장 낮은 전력은, 폭 160nm의 그루브가 413nm 및 NA=0.9로 기록될 수 있어, 25GB 블루 레이 디스크 RE(re-writable) 및 R(write-once) 디스크의 복제를 위한 마스터 기판을 만드는 것을 가능하게 하는 것을 도시한다. 미리 기록된 그루브의 트랙 피치는 TP=320nm이다. 160nm의 그루브 폭은 50%의 그루브/랜드 듀티 사이클을 준다. 또한, 그루브의 폭은, 257nm를 갖는 레이저 빔 레코더가 사용되면 더 감소될 수 있다. 더 작은 광학 스폿은 더 작은 열적 스폿을 주게 되므로, 더 좁게 기록된 그루브를 제공하게 된다. 또한, 더 작은 스폿은 더 작은 마크의 기록을 용이하게 하므로, 더 높은 데이터 밀도로 귀결된다.
제안된 방법에 따라, 제안된 마스터 기판으로 기록된 짧은 피트의 AFM 사진이 도 12에 주어진다. 전체 용해 시간은 10% NaOH 용액에서 10분이다. 피트는 120으로 가리켜진다. 피트 형상은 도 2에 나타낸 가장 짧은 마크의 전형적인 크레센트 형상과 유사하다. 피트 폭은 피트 길이의 거의 2배이다. 피트 길이는 피트(121)의 테일에서의 재결정화 효과에 따라 감소한다. 바람직하게는, 마크의 크레센트 형상은 양각 구조로 변환된다. 이 경우, 피트의 깊이는 20nm이다.
예는, 빠른 성장 상 변환 물질이 비정질과 결정질 상 사이의 용해 속도의 높은 대조를 포함하는 것을 도시한다. 용해 속도의 이 대조는 정보층 내에 고밀도 양각 구조를 만드는데 사용될 수 있다. 경계층은, 알카리나 산 용액 등의 사용된 현상 용액에 대해서 매우 낮거나 제로인 용해 속도를 가지도록 설계됨에 따라, 에칭에 대한 자연 장벽으로서 작용한다. 프리 그루브 형태의 고밀도 양각 구조가 기록 가능한(R) 그리고 재기록 가능한(RE) 광학 디스크의 복제를 위한 스탬퍼로서 사용될 수 있다. 프리 피트 형태의 고밀도 양각 구조가 미리 기록된 판독 전용 메모리(ROM) 디스크의 복제를 위한 스탬퍼로서 사용될 수 있다. 특히, 후자의 경우, 빠른 성장 상 변환 물질 내의 기록의 결과인 전형적인 크레센트 형상이 고밀도 양각 구조 내에 존재하고, 결국 복제를 통해서 광학 ROM 디스크 내로 이행하게 된다.
또한, 보호층을 갖는 제안된 마스터 기판은, 바람직하게는 액침으로 마스터링하는데 적합하다. 액침 마스터링은 대물 렌즈의 개구수를 1 이상으로 증가하기 위한 마스터링 개념이다. 대물 렌즈와 공기 대신의 마스터 기판 사이의 중간 매질로서 물이 존재한다. 물은 공기보다 높은 굴절률 (n)을 갖는다. 바람직한 마스터링 방법에 있어서, 상 변환층의 용해를 유도하기 위해서, 적어도 500-800의 온도 증가가 요구된다. 특히, 상 변환층의 상부에 액체 막이 존재하는 경우는, 상당 량 의 열이 액체 막을 통해 손실된다. 이 열 손실은, 다음을 이끄는데,
1) 데이터를 기록하기 위한 매우 높은 레이저 전력. 대부분의 레이저 빔 레코더에 있어서, 이용 가능한 레이저 전력은 제한된다. 그러므로, 상당한 열 손실은 허락되지 않는다.
2) 열적 기록 스폿의 확대. 이는, 정보층 근방의 양호한 열적 도전체의 존재에 기인한 측면 열 퍼짐으로 설명된다. 포커스된 레이저 스폿의 사이즈는 시스템의 광학으로 결정된다. 이 포커스된 레이저 스폿은, 기록 스택 내의 포톤의 흡수에 의한 레이저 유도 가열을 일으킨다. 양호한 열적 도전체가 정보층 근방에 존재하는 경우, 측면 퍼짐은 온도 분포의 확대를 일으키게 된다. 제안된 방법이 열적으로 유도된 상 전이에 근거하므로, 이 온도 확대는 보다 큰 마크를 이끌고, 데이터 밀도의 감소를 이끈다.
제안된 보호층이 양호한 절연체로서 사용되므로, 정보층으로부터의 열 손실을 방지하게 된다. 이러한 보호층이 적용된 경우, 광학 스폿은 작은 마크가 기록될 수 있도록 열적 스폿과 거의 유사하게 된다. 제안된 유기 보호층의 열전도율은 0.2와 0.4W/mK 사이이다.
추가적인 장점은 정보층의 물에 대한 보호이다. 보호층은, 액침 마스터링 동안 밀봉체로 볼 수 있다.

Claims (21)

  1. 기판층(10)과 기판층 상에 퇴적된 기록 스택을 구비하는 마스터 기판으로서, 기록 스택이,
    정보층(12)과,
    이 정보층과 기판 사이에 개재된 경계층(11)을 구비하고,
    상기 정보층(12)이, 엔코드된 데이터 패턴을 나타내는 마크와 스페이스를 형성하기 위한 성장 지배적인 상 변환 물질을 구비하고, 상기 기록 물질이 Ge, Sb, Te, In, Se, Bi, Ag, Ga, Sn, Pb, As를 포함하는 물질 그룹의 적어도 2개의 물질을 구비하는 합금인 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기록 물질이 Sb-Te 합금 물질, 특히 Ge와 In이 도프된 Sb2Te인 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기록 물질이 Sn-Ge-Sb 합금 물질, 특히 Sn18 .3-Ge12 .6-Sb69 .2의 합성물인 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정보층(12)이, 2nm 내지 100nm의 범위, 5nm와 40nm 사이의 바람직한 범위 1과 45nm와 70nm 사이의 바람직한 범위 2의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 경계층(11)은 ZnS-SiO2, Al2O3, SiO2, Si3N4를 포함하는 유전성 물질의 그룹의 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 경계층(11)은 프탈로시아닌, 시아닌 및 AZO 염료의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 유기 염료를 구비하는 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 경계층(11)은 UV 경화된 유기 물질 그룹, 바람직하게는 헥산디올디아크릴레이트(HDDA)로부터 선택된 유기 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 경계층(11)은 5nm 내지 100nm 범위, 특히 20nm과 70nm 사이의 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  9. 제1항에 있어서,
    기록 스택은, 기판으로부터 가장 원격의 측면에서, 정보층(12)에 인접한 보호층(81)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 보호층(81)은 2nm와 50nm 사이, 특히 5nm와 30nmm 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 보호층(81)은 ZnS-SiO2, Al2O3, SiO2, Si3N4, Ta2O, SiC를 포함하는 그룹 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 보호층(81)은, 특히 디아조나프토퀴논 기초의 포토레지스트 그룹이나 PMMA 등의 가용성 유기 물질 그룹으로부터 선택된 유기 물질을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  13. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    기록 스택은, 상기 기판층과 상기 경계층(11) 사이에 제2경계층(82)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2경계층(82)은 10nm와 100nm 사이, 바람직하게는 15nm와 50nm 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  15. 제1항, 제9항 또는 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속 히트 싱크층(83)이, 상기 기판층과 상기 경계층(11) 또는 경계층(82) 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 금속 히트 싱크층(83)은 5nm보다 큰 두께, 특히 15nm보다 큰 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 금속 히트 싱크층(83)은 Al, Ag, Cu, Ag, Ir, Mo, Rh, Pt, Ni, Os, W 물질의 그룹 및 이들의 합금으로부터 선택된 물질을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스터 기판.
  18. 고밀도 양각 구조를 복제하기 위한 스탬퍼를 제작하기 위한 방법으로서,
    변조된 포커스된 방사 빔으로 청구항 제1항 내지 17항 중 어느 하나에서 청구된 마스터 기판을 조사하는 단계와,
    요구되는 양각 구조를 생성하도록, 바람직하게는 물 내의 NaOH, KOH, HCL, HNO3의 용액의 그룹으로부터 선택된 알카리나 산 용액 중 하나인 현상제로 조사된 마스터 기판층을 헹구는 단계와,
    금속층, 특히 니켈층을 스퍼터 퇴적하는 단계와,
    스탬퍼를 형성하는 요구되는 두께로 스퍼터 퇴적된 층을 갈바니적으로 성장하는 단계와,
    마스터 기판을 스탬퍼로부터 분리하는 단계를 적어도 구비하는 것을 특징으로 하는 스탬퍼 제작 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    제1항, 제9항, 제13항 또는 제15항 중 어느 한 항에서 청구된 마스터 기판을 사용해서, 정보층(12)이 5nm-35nm 범위의 두께를 갖게 되고, 여기에 프리 그루브된 형상의 양각 구조가 한번 기록 및 재기록 가능한 광학 디스크의 복제를 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 스탬퍼 제작 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    현상액이 1%-30%, 바람직하게는 2%와 20% 사이의 농도로 사용되는 것을 특징으로 하는 스탬퍼 제작 방법.
  21. 제18항, 제19항 또는 제20항 중 어느 한 항의 방법으로 제작된 스탬퍼로 복제한 미리 기록된 광학 디스크로서,
    스탬퍼 표면 상의 양각 구조가 전형적인 크레센트 형상을 갖는 가장 짧은 피트와 스월로우 형상의 트레일링 에지를 갖는 더 긴 피트를 구비하고, 양각 구조가 광학 디스크 내에 복제되는 것을 특징으로 하는 미리 기록된 광학 디스크.
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