CREACIÓN DEL DISCO MATRIZ BASADO EN LA REDUCCIÓN DE TINTES ORGÁNICOS INDUCIDOS POR CALOR
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un método para proporcionar una estructura en relieve de alta densidad en una pila de grabación de un sustrato maestro, particularmente un sustrato maestro para elaborar un estampador para la fabricación en masa de discos ópticos o un sustrato maestro para crear una estampa para impresión de micro contacto. Además, la presente invención se relaciona con un sustrato maestro para crear una estructura en relieve de alta densidad, particularmente un sustrato maestro para fabricar un estampador para la fabricación en masa de discos ópticos o un sustrato maestro para fabricar una estampa para impresión de micro contacto. La invención también se relaciona con un uso especial de un sustrato maestro que comprende una capa de tinte, así como con un sustrato maestro que comprende una estructura en relieve de alta densidad.
Además la presente invención se relaciona con métodos para fabricar estampadores para la fabricación en masa de discos ópticos, discos ópticos, estampas para impresión de micro contacto, y microimpresiones . ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las estructuras en relieve que son fabricadas con base en procesos ópticos pueden, por ejemplo, ser usadas como REF.s 182700
un estampador para la réplica en masa de memoria de solo lectura (ROM, por sus siglas en inglés) y discos de escritura única pre-ranurados (R) y regrabables (RE, por sus siglas en inglés) . La fabricación de tal estampador, como se usa en un proceso de réplica, es conocida como creación del disco matriz . En la creación del disco matriz convencional, una capa fotosensible fina, revestida por centrifugación sobre un sustrato de vidrio, es iluminada con un haz láser enfocado modulado. La modulación del haz láser causa que algunas partes del sustrato maestro sean expuestas por luz UV mientras las áreas intermedias entre los huecos a ser formados permanecen no expuestas. Mientras el disco rota y el haz láser enfocado es jalado gradualmente hacia el lado exterior del disco, permanece una espiral de áreas iluminadas alternantes. En un segundo paso, las áreas expuestas son disueltas en un proceso de desarrollo así llamado para terminar con los huecos físicos dentro de la capa foto-resistente. Líquidos alcalinos tales como NaOH y KOH se usan para disolver las áreas expuestas. La superficie estructurada del sustrato maestro es cubierta subsecuentemente con una capa de Ni fina. En un proceso galvánico, la capa de Ni depositada por pulverización es además crecida hasta un espesor de sustrato de Ni manipulable que comprende la estructura de hueco inversa. Este sustrato de Ni con
protuberancias proyectándose es separado del sustrato maestro y es llamado el estampador. La creación del disco maestro de transición de fase (PTM, por sus siglas en inglés) es un método relativamente nuevo para fabricar estampadores ROM de alta densidad y RE/R para fabricación en masa de discos ópticos. Los materiales de transición de fase pueden ser transformados desde el estado no escrito inicial hasta un estado diferente vía calentamiento inducido con láser. El calentamiento de la pila de grabación, puede por ejemplo, causar mezclado, fusión, amorfización, separación de fase, descomposición, etc. Una de las dos fases, el estado inicial o el escrito, se disuelve más rápido en ácidos o líquidos de desarrollo alcalino de lo que la otra fase lo hace. En esta manera, un patrón de datos escrito puede ser transformado a una estructura en relieve de alta densidad con protuberancias proyectándose o huecos. También en este caso el sustrato con patrón puede ser usado como un estampador para la fabricación en masa de discos ópticos de alta densidad o como una estampa para impresión de micro contacto. En esta combinación ya fue propuesto usar materiales de cambio de fase de crecimiento rápido y pilas de grabación para la creación del disco matriz de transición de fase. Los materiales de cambio de fase de crecimiento dominado poseen un contraste alto en proporción de disolución
de la fase amorfa y cristalina. Las marcas amorfas, obtenidas por enfriamiento por fusión del material cristalino, pueden ser disueltas en líquidos reveladores alcalinos convencionales concentrados, tales como KOH y NaOH pero también en ácidos como HCl, HN03 y H2S0. La re-cristalización en la cola de la marca puede ser usada para reducir la longitud de la marca en una manera controlada. En particular en el caso de la marca más pequeña, la 12, la recristalización en la cola de la marca puede conducir a una marca creciente, con una longitud más corta que el tamaño de punto óptico. En esta manera, la densidad de datos tangencial puede ser incrementada. Un reto de tal sistema de material puede ser el número relativamente grande capas de pila de grabación necesario para optimizar el comportamiento térmico y óptico de la pila de grabación. Otra dificultad es la capacidad de hacer estructuras de hueco profundo con tal sistema de material . Es por lo tanto un objeto de la presente invención proporcionar la posibilidad de crear estructura en relieve de alta densidad con base en una pila de grabación relativa simple. SUMARIO DE LA INVENCIÓN Este objeto se soluciona por las características de las reivindicaciones independientes. Desarrollos adicionales
y modalidades preferidas de la invención son señaladas en las reivindicaciones dependientes. De conformidad con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un método para proporcionar una estructura en relieve de alta densidad en una pila de grabación de un sustrato maestro, particularmente un sustrato maestro para fabricar un estampador para la fabricación en masa de discos ópticos o un sustrato maestro para crear una estampa para impresión de micro contacto, el método comprende los siguientes pasos: - proporcionar una pila de grabación que comprende una capa de tinte; y - reducción del material de capa de tinte aplicando pulsos láser para crear la estructura en relieve de alta densidad en la capa de tinte. Por ejemplo, tintes de Oxonol poseen la propiedad interesante de reducción bajo calentamiento inducido con láser. Debido al calentamiento, ocurre la carbonización del material de tinte orgánico la cual es acompañada por la formación de productos de reacción y una reducción del volumen expuesto. Esto es, entre otros mecanismos de grabación, una contribución importante para la formación convencional de una marca en un disco grabable basado en tales tintes. Con las técnicas de grabación conocidas, la reducción conduce a una longitud de trayectoria óptica
reducida, permitiendo la lectura de datos escritos. Contrario a esto la presente invención propone usar este cambio volumétrico para fabricar una estructura de relieve de alta densidad con materiales de tinte orgánico que poseen tal mecanismo de reducción. Sin estar limitado a esto, la creación de disco matriz de disco de rayo Azul es una aplicación posible de la presente invención. En este caso la grabación se hace preferiblemente con 405 nm, pero otras longitudes de onda también son posibles. Todos los materiales de tinte con suficiente absorción en esta longitud de onda pueden ser usados para esta aplicación. Las estructuras en relieve de alta densidad creadas de conformidad con la invención pueden no solamente ser usadas para fabricar estampadores, usados para la réplica en masa de discos ópticos, sino también para otras estructuras bidimensionales similares a estructuras de canal para biodetectores y pantallas . Con las modalidades preferidas de la presente invención, el tinte de la capa de tinte se selecciona del siguiente grupo: tintes basados en oxonol, ftalocianina, cianinas, AZO. El espesor de la capa de tinte está, por ejemplo, entre 40 y 100 nm, preferiblemente entre 60 y 80 nm. De conformidad con un desarrollo adicional de la presente invención, la pila de grabación además comprende por lo menos una capa de reflexión dispuesta debajo de la capa de
tinte. La capa de reflexión se fabrica preferiblemente de un material seleccionado del siguiente grupo: Ni, Ag, Al, Si02, Si3N . El material usado para la capa de reflexión en cualquier caso debería tener un índice diferente de reflexión que el tinte de la capa de tinte. El espesor de la capa de reflexión puede, por ejemplo, estar entre 5 y 40 nm de espesor, preferiblemente, entre 10 y 20 nm. La capa de reflexión debajo de la capa de tinte también puede actuar como una capa de absorción para mejorar la distribución de temperatura en la capa de tinte. Por lo menos con algunas modalidades de la presente invención la pila de grabación además comprende por lo menos una capa de absorción dispuesta sobre y/o debajo de la capa de tinte. La capa de absorción es preferiblemente fabricada de un material seleccionado del siguiente grupo: Ni, Cu, GeSbTe, SnGeSb, InGeSbTe. La capa de absorción tiene preferiblemente la capacidad de ataque químico y es relativamente fina, por ejemplo, entre 5 y 40 nm, preferiblemente entre 5 y 10 nm. De conformidad con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un sustrato maestro para crear una estructura en relieve de alta densidad, particularmente un sustrato maestro para fabricar un
estampador para la fabricación en masa de discos ópticos o un sustrato maestro para fabricar una estampa para impresión de micro contacto, en donde el sustrato maestro comprende una capa de tinte en la cual la estructura en relieve de alta densidad es formada aplicando pulsos láser que encogen el material de capa de tinte. Tal sustrato maestro es apropiado para ser usado con el método descrito anteriormente. Por lo tanto, referente a las características detalladas y desarrollos adicionales posibles, se hace referencia a la descripción anterior del método de conformidad con el primer aspecto de la presente invención, para evitar repeticiones. Lo mismo aplica al tercer aspecto de la presente invención, dirigida al uso de un sustrato maestro que comprende una capa de tinte para crear una estructura en relieve de alta densidad en la capa de tinte por reducción del material de la capa de tinte aplicando pulsos láser. De conformidad con un cuarto aspecto de la presente invención, se proporciona un sustrato maestro que comprende una estructura en relieve de alta densidad que está formada en una capa de tinte por reducción del material de la capa de tinte. Tal sustrato maestro puede ser obtenido llevando a cabo el método de conformidad con el primer aspecto de la presente invención, y por lo tanto, en lo que se refiere a detalles, se hace referencia nuevamente a la descripción correspondiente.
De conformidad con un quinto aspecto de la presente invención, se proporciona un estampador para la fabricación en masa de discos ópticos, en donde el estampador está caracterizado porque se fabrica por el siguiente proceso: - proporcionar una pila de grabación que comprende una capa de tinte; reducción del material de la capa de tinte aplicando pulsos láser para crear una estructura en relieve de alta densidad en la capa de tinte; y - fabricar el estampador con base en la estructura en relieve de alta densidad proporcionando una capa de metal sobre la capa de tinte. Para proporcionar la capa de metal, por ejemplo, una capa de Ni fina es depositada por pulverización sobre la estructura en relieve de alta densidad formada en la pila de grabación del sustrato maestro. Esta capa de Ni es subsecuentemente crecida electroquímicamente hasta un espesor de estampador manipulable. El estampador es separado del sustrato maestro y procesado adicionalmente (limpiado, perforado, etc.) para ser usado para réplica en masa de discos ópticos. De conformidad con un sexto aspecto de la presente invención, se proporciona un disco óptico, el cual está caracterizado porque se fabrica por el siguiente proceso: - proporcionar una pila de grabación que comprende
una capa de tinte; - reducción del material de capa de tinte aplicando pulsos láser a la estructura en relieve de alta densidad en la capa de tinte; - fabricar un estampador con base en la estructura en relieve de alta densidad; y - usar el estampador para fabricar el disco óptico. También en este caso, la estructura en relieve de alta densidad puede ser formada de conformidad con el método de la presente invención, y, en esta combinación, nuevamente se hace referencia a la descripción correspondiente. El estampador usado para elaborar la óptica puede ser del tipo descrito anteriormente. La fabricación del disco óptico es bien conocida por la persona experta en la técnica y es por lo tanto no descrita en la presente. De conformidad con un séptimo aspecto de la presente invención, se proporciona una microimpresión, la cual está caracterizada porque se elabora por el siguiente proceso : - proporcionar una pila de grabación que comprende una capa de tinte; reducción del material de la capa de tinte aplicando pulsos láser para crear la estructura en relieve de alta densidad en la capa de tinte; - fabricar una estampa con base en la estructura en
relieve de alta densidad; - usar la estampa para elaborar la microimpresión. Nuevamente, la estructura en relieve de alta densidad puede ser formada de conformidad con el método de la presente invención. La fabricación de la estampa con base en la estructura en relieve de alta densidad es bien conocida por una persona experta en el arte y puede ser llevada a cabo similar a la fabricación del estampador descrito anteriormente. El proceso de microimpresión también es bien conocido por la persona experta en el arte y por lo tanto no se describe en la presente. Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes a partir de y aclarados con referencia a las modalidades descritas a partir de ahora. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Las Figuras la a lc ilustran esquemáticamente una primera modalidad del método de conformidad con la presente invención, llevada a cabo con base en una modalidad de un sustrato maestro de conformidad con la presente invención; Las Figuras 2a a 2f ilustran esquemáticamente el uso de un sustrato maestro de conformidad con la invención para producir un estampador, un disco óptico, y una microimpresión, respectivamente, todo de conformidad con la presente invención; La Figura 3 muestra un análisis de superficie del
resultado de un experimento práctico hecho con base en una pila DVD+RLl convencional. La Figura 4 muestra un análisis en sección del resultado del experimento práctico mostrado en la Figura 3; y Las Figuras 5 a 9 ilustran los resultados de
Calorimetría de Exploración Diferencial (DSC, por sus siglas en inglés) y mediciones de Análisis Gravimétrico Térmico (TGA, por sus siglas en inglés) , realizadas con base en tintes DVD+R convencionales . DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las Figuras la a lc ilustran esquemáticamente una primera modalidad de un método para proporcionar una estructura en relieve de alta densidad 18 en una pila de grabación 12, 14, 16 de un sustrato maestro 26 para fabricar un estampador para la fabricación en masa de discos ópticos. La Figura la muestra el sustrato maestro 26 en su estado inicial. La pila de grabación 12, 14, 16 es portada por un sustrato de vidrio 10 y comprende, en orden de aparición visto desde la dirección del haz láser incidente, una capa de absorción 16, una capa de tinte orgánico 14, y una capa de reflexión 16. La capa de absorción 16 puede ser atacada químicamente y es relativamente fina, por ejemplo, entre 5 y 40 nm, preferiblemente entre 5 y 10 nm. La capa de tinte 14 es preferiblemente del tipo tinte oxonol . El espesor de la capa de tinte está entre 40 y 100 nm, preferiblemente
entre 60 y 80 nm. La capa de reflexión 12 puede ser Ni, por ejemplo, entre 5 y 40 nm de espesor, preferiblemente, entre 10 y 20 nm. También Ag y Al son materiales apropiados. Otras capas dieléctricas tales como Si02 y SÍ3N4 pueden ser usadas como reflector siempre que el índice de reflexión no sea igual al del tinte. La Figura lb muestra el sustrato maestro 26 después de la aplicación de uno o más pulsos láser en una región donde un hueco 18 es formado. El hueco 18 es formado por un reducción inducido con calor del material de capa de tinte. La Figura lc muestra el sustrato maestro 26 después de que un proceso de ataque químico se llevó a cabo para retirar la capa de absorción 16 para exponer el hueco 18. Líquidos de ataque químico apropiados son, por ejemplo, ácidos tales como HN03 y HCl. Es claro para la persona experta en la técnica que el método de conformidad con la invención no está limitado a la creación de huecos, sino que es apropiado para crear cualquier estructura en relieve de alta densidad dependiendo de la demanda . Las Figuras 2a a 2f ilustran esquemáticamente el uso de un sustrato maestro 26 de conformidad con la invención para producir un estampador 20 para fabricar discos ópticos 22 (solamente uno de los cuales es mostrado parcialmente) o
una estampa 24 para fabricar microimpresiones 26 (solamente una de las cuales se muestra parcialmente) . La Figura 2a muestra el sustrato maestro 26 en su estado inicial. La pila de grabación 12, 14 es portada por un sustrato de vidrio 10. En este caso la pila de grabación comprende, en orden de aparición visto desde la dirección del haz láser incidente, una capa de tinte orgánico 14 y una capa de reflexión 16. Las capas pueden ser iguales o similares a aquellas de la Figura la. La Figura 2b muestra el sustrato maestro 26 después de la aplicación de uno o más pulsos láser en una región donde una estructura en relieve de alta densidad 18 es formada. Aunque las Figuras 2a a 2c son usadas para ilustrar ambos la formación de un estampador 20 y una estampa 24, es claro para la persona experta en el arte que las propiedades de la estructura en relieve de alta densidad 18 dependen de la aplicación. En cualquier caso la estructura en relieve de alta densidad 18 es formada por un reducción inducido con calor del material de capa de capa de tinte orgánico. De conformidad con la Figura 2c un estampador de metal 20 y un estampador de metal 24, respectivamente, son formados con base en la estructura en relieve de alta densidad 18. Para proporcionar la capa de metal, por ejemplo, una capa de Ni fina es depositada por pulverización sobre la estructura en relieve de alta densidad 18 formada en la pila
de grabación 12, 14 del sustrato maestro 26. La capa de Ni es subsecuentemente crecida electroquímicamente hasta un espesor de estampador 20 o estampa 24 manipulable. El estampador 20 o la estampa 24 es separada del sustrato maestro 26 y procesada adicionalmente (limpiada, perorada, etc.). Las Figuras 2d y 2e ilustran esquemáticamente la producción de un disco óptico 22 con base en el estampador de Ni 20 como es conocido por una persona experta en el arte. La Figura 2f ilustra esquemáticamente la elaboración de una microimpresión 26 con base en la estampa 24. Un ejemplo de una estructura de hueco escrita en la pila Ll de un disco de doble capa DVD+R se proporciona en la ilustración del Microscopio de Fuerza Atómica (AFM, por sus siglas en inglés) en la Figura 3. El disco fue grabado con longitud de onda de 658 nm (NA=0.65). La pila de grabación, comprendiendo una capa de absorción de Si3N4 fina, una capa de tinte de espesor 100 nm y una capa de reflexión de Ag de 100 n , se depositó sobre la parte superior de un sustrato pre-ranurado. Después de grabación, el disco fue separado en dos mitades en la capa de tinte Ll. El disco fue separado en la interfaz tinte-Si3N4. El calentamiento inducido con láser de las áreas expuestas conduce a carbonización parcial del entramado orgánico y por lo tanto, hasta un volumen reducido. Los huecos creados tienen paredes muy abruptas y son
relativamente profundos. Esta forma de hueco es determinada por el perfil de absorción en la capa de tinte. El perfil de absorción es adaptado bien por el espesor de la capa de tinte, la capa subyacente metálica opcional (reflectora) y una capa de absorción superior opcional. La Figura 4 muestra un análisis de sección del resultado del experimento práctico mostrado en la Figura 3.
El hueco mostrado con detalle en la Figura 4 y escrito entre pre-ranuras adyacentes comprende paredes muy abruptas, como se mencionó anteriormente. Las Figuras 5 a 9 ilustran los resultados de las mediciones del Calorímetro de Exploración Diferencial (DSC, por sus siglas en inglés) y Análisis Gravimétrico Térmico (TGA, por sus silgas en inglés) , realizados con base en tintes DVD+R convencionales. Las temperaturas de transición son alrededor de 250-300fiC, lo cual es muy benéfico para la creación del disco matriz. Los intervalos de reducción de masa relativa en el intervalo desde 30 a 90%. La Figura 5 ilustra análisis DSC y TGA de un tinte DVD+R (Orgánica 1140®) . La reducción aguda en masa ocurre en aproximadamente 270aC. El cambio de volumen relativo es 25%. La Figura 6 ilustra análisis DSC y TGA de un tinte DVD+R (Fuji®) . En este caso, la reducción aguda en masa ocurre en aproximadamente 250aC. El cambio de volumen relativo es más del 90%.
La Figura 7 ilustra el análisis DSC y TGA de un tinte DVD+R (Bayer®) . Aquí, la reducción aguda en masa ocurre en aproximadamente 2902C. El cambio de volumen relativo es más del 30%. La Figura 8 ilustra el análisis DSC y TGA de un tinte DVD+R (MCCpds2211®) . Con este tinte ocurre la reducción de masa aguda en aproximadamente 2902C. El cambio de volumen relativo es aproximadamente 40%. Finalmente, la Figura 9 ilustra el análisis DSC y TGA de un tinte DVD+R (MCC16X®) . La reducción aguda en masa ocurre en aproximadamente 290 SC. El cambio de volumen relativo es aproximadamente 60%. Debe notarse que equivalentes y modificaciones no descritos anteriormente también pueden emplearse sin desviarse del alcance de la invención, la cual es definida en las reivindicaciones anexas. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.