NL8006947A

NL8006947A - Werkwijze voor de vervaardiging van een optisch uitleesbare informatiedrager.

Info

Publication number: NL8006947A
Application number: NL8006947A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1980-12-22
Filing date: 1980-12-22
Publication date: 1982-07-16
Also published as: US4394438A

Description

PHN 9920 1 , -

Werkwijze voor de vervaardiging van een optisch uitleesbare informatiedrager.

V

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een informatiedrager die optisch kan worden uitgelezen, waarbij een substraatplaat aan één of beide zijden voorzien wordt van een optische structuur die een kanteel vormig informatiespoor bevat van 5 afwisselend op hoger en lager niveau gelegen informatiegebiedjes.

De informatiedrager kan beeld- of geluidinformatie bevatten en wordt ook wel aangeduid met VLP (video long play) plaat of ALP (Audio long play) plaat. De substraatplaat is veelal voorzien van een aan de zijde van de optische structuur aangebracht reflectielaagje in het bij-10 zonder een opgedampt metaallaagje waarbij de optische structuur met behulp van straling, In reflectie, op basis van tussen de heengaand en gereflecteerde uitleesbundel optredende phaseverschillen wordt uitgelezen. Een geschikte uitleesbundel is een laserlichtbundel bij voorbeeld afkomstig van een AlGaAs laser net een emiss iegolflengte van 15 810-840 nm. De structuur is opgetouwd uit zeer fijne structuurdetails waarbij de informatiegebiedjes uitermate geringe afmetingen bezitten.

De lengte afmetingen van de informatiegebiedjes variëren overeenkomstig de opgeslagen informatie en bedragen ongeveer 0,3-3 yum. Het hoogteverschil tussen de gebiedjes karnt overeen met een kwart golflengte van het 20 uitleeslaserlicht en bedraagt bij voorbeeld 0,1 tot 0,2 ^um.

De bovenvermelde werkwijze is onder meer bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 7,611,395 (PHN 8576) ten name van Aanvrager. Volgens het bekende proces wordt het oppervlak van een metaal, zoals nikkelmatrijs waarin een kanteelvormig informatiespoor is aangebracht, 25 voorzien van een laag van een vloeibare lak die onder invloed van licht zoals U.V. licht kan worden gepolymeriseerd, op de laklaag wordt vervolgens een transparante substraatplaat gelegd die bij voorbeeld uit polymethylmethacrylaat is vervaardigd, de laklaag wordt door bestraling via het transparante substraat gehard en tot slot het substraat 30 en de ermede verbonden laklaag waarin het informatiespoor is gecopieerd van het matrijsoppervlak wordt verwijderd.

Dit bekende proces leidt tot goede resultaten maar heeft pro-cestechnisch enige bezwaren. Zo zal slijtage en/of vervuiling van het 8006947 • ·» , ί Η3Ν 9920 2 iratrij soppervlak kunnen optreden waardoor een aantal vervaardigde infonriatiedragers niet aan de gestelde eisen voldoet. De matrijs moet dan worden vervangen of zorgvuldig worden ontdaan van met name restanten van doorgeharde lak .Voorts is het aanbrengen van de laklaag 5 en de plaatsing van de transparante substraatplaat nogal lastig. De laklaag moet gelijkmatig dat wil zeggen met uniforme dikte worden aangebracht terwijl voorts geen luchtbelinsluiting tussen laklaag en substraatplaat mag plaatsvinden. Een ander bezwaar is dat niet gelijktijdig aan beide zijden informatie kan worden aangebracht. Voorts moet er re-10 kening mee worden gehouden dat bij harding dat wil zeggen polymerisatie van de lak krimp optreedt waardoor het in de laklaag gecqpieerde infer-matiespoor geringe afwijkingen kan vertonen ten opzichte van het in het matrijsoppervlak aanwezige informatiespoor.

De uitvinding heeft betrekking op een proces dat geheel afwij-15 kend is van de gangbare methoden voor de vervaardiging van bovengenoemde informatiedragers. Het nieuwe proces voor de vervaardiging van informatiedragers is gebaseerd op een op zich bekend lithografisch procédé, dat onder meer wordt gebruikt voor de fabricage van halfgeleiderelementen zoals chips. Met het proces volgens de uitvinding warden de bezwaren 20 van de bekende methoden voor de vervaardiging van informatiedragers ondervangen.

Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een informatiedrager zoals in de aanhef is vermeld en draagt tot kenmerk dat een substraatplaat die ge-25 heel of tenminste aan één van beide oppervlakken bestaat uit een voor diep ultraviolet licht gevoelig materiaal, volgens een lithografisch proces wordt belicht met diep ultraviolet licht, via een masker dat in contact is gebracht met het oppervlak van de substraatplaat dat het lichtgevoelig materiaal bevat en dat een voor diep ultraviolet licht 30 transparante steunplaat bevat die aan de naar het substraat toegekeerde zijde voorzien is van een laagje van een materiaal dat niet doorlatend is voor diep ultraviolet licht, in welk laagje een patroon is aangebracht dat overeenkomt met de in de substraatplaat aan te brengen optische structuur en vervolgens de via het masker belichte substraat-35 plaat wordt behandeld met een ontwikkelvloeistof waarbij de belichte delen van het licht gevoelig materiaal worden opgelost en daarbij een kanteelvormig inf ormatiespoor wordt gevormd.

Met diep ultraviolet licht, dat in het vervolg ook wel wordt 8006947 «r · PHN 9920 3 t 1 aangeduid met de afkorting DUV, wordt licht bedoeld met een golflengte van 190-300 nm. Licht met een dergelijk golflengtebereik wordt geproduceerd door speciale lichtbronnen zoals hoge- en lagedruk kwiklampen die in het lichtspectrum een emissiegolflengte van 2'50 nm bezitten.

5 Over het algemeen zijn gasontladingslampen met een netaaldampplasma van bijvoorbeeld Zn, Cd of Hg geschikte bronnen voor DüV.

* Als DüV lichtgevoelig materiaal wordt bij voorkeur een mate

riaal toegepast dat een homo- of ccpolymeer is van een moncmere verbinding die beantwoordt aan de f ontule I

10 _

X

-CH2- C - (I) c = o 15 y waarin X een methylgroep, een cyaangroep of een halogeenatocm voorst elt, en Y een 1-6 koolstofatomen bevattende alkyl- of alkoxygroep is 20 die ieder gesubstitueerd kunnen zijn met één of meerde

re halogeenatcmen of met een hydroxygroep of dat een copolymeer is van een moncmere verbinding van de formule I met een moncmere verbinding volgens de onderste formule II

25 ~CH,- C - (II) 0-¾

Waarin een alkylgroep met 1-6 koolstofatcmen is en R2 een waterstofatoom of een alkylgroep met 1-6 koolstofatomen 35 voorstelt.

Voorbeelden van geschikte DÜV lichtgevoelige stoffen zijn 8006947 κ * t ΡΗΝ 9920 4 homo- of copolymer en van alkylmethacrylaten. Met copolymer en van alkyl·-methacrylaten worden stoffen bedoeld die verkregen worden door onderling verschillende alkylmethacrylaten zoals ethyl- en methylmethacry-laat te copolymeriseren. Eveneens goed bruikbare materialen zijn copo-5 lymeren van alkylmethacrylaten met methacrylzuur, methacrylzuur-anhy-dride, - cyanoalkylmethacrylaten of methylalkylketonen zoals methyl-isopropylketon en methylisobutylketon alsmede polyalkylsulfonen en polymethylalkylketonen.Aan het lichtgevoelige materiaal kan een sensi- a tizer zoals een benzoëzuur-dêrivaat bij voorbeeld p-t·butylbenzoëzuur 10 in een hoeveelheid van enkele gewichtsprocenten worden toegevoegd teneinde de gevoeligheid voor DUV te verhogen.

In een bij uitstek gunstige uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt een substraatplaat toegepast die geheel vervaardigd is uit polymethylmethacrylaat. Hiermede wordt bereikt dat 15 het licht gevoelig materiaal, in casa polymethylmethacrylaat, tevens de body van de plaat vormt dat wil zeggen de gewenste sterkte, stevigheid en afmetingen zoals dikte aan de plaat geeft.Hierdoor wordt het fabricageproces van informatiedragers sterk vereenvoudigd wat vooral bij massaproductie een duidelijk voordeel is. Platen polymethylmetha-20 crylaat, waaruit op eenvoudige wijze de schijfvormige substraatplaten met de gewenste diametrale afmetingen kunnen worden uitgesneden,zijn in de handel verkrijgbaar. Voorbeelden van geschikte platen zijn die welke onder de merknaam Plexiglas door Rohm en Haas in het handelsverkeer worden gebracht en in het bijzonder de types Plexiglas 218 en 279. 25 De platen polymethylmethacrylaat zijn chemisch stabiele producten die niet of slechts minimaal degraderen onder invloed van b.v. zonlicht hetgeen van evident belang is voor de langer termijn kwaliteit van de hieruit vervaardigde informatiedragers terwijl de gevoeligheid voor DUV voldoende groot is cm de in het. voorgaande aangeven optische struc-30 tuur aan te brengen. Na belichting van de plaat polymethylmethacrylaat via het masker en de daarop volgende ontwikkeling is de verkregen informatiedrager gebruiksklaar. Een verdere nabehandeling is niet nodig af gezien van het aanbrengen van een reflectielaagje bedoeld cm de optische structuur in reflectie uit te kunnen lezen.

35 Het masker bestaat uit een steunplaat vervaardigd uit DUV

doorlatend materiaal zoals kwarts dat aan één zijde is afgedekt met een dun laagje van een materiaal dat niet doorlatend is voor DUV, waarin een informatiepatroon is aangebracht. Zeer vele stoffen zijn niet 8006947 FHN 9920 5 doorlatend voor DUV zoals organische materialen bij voorbeeld kunststoffen en kleurstoffen of chalcogenide mengsels. Al deze stoffen zijn in principe geschikt om als DUV absorberende substanties in het masker te worden toegepast. De voorkeur gaat uit naar DUV niet doorlatende 5 materialen die een hoge sterkte en slijtvastheid bezitten en waarin op eenvoudige wijze het gewenste patroon kan worden aangebracht. Geschikte en bij voorkeur toegepaste materialen zijn metalen en metaal-oxyden zoals chroom en ijzeroxyden. De laagdikte is gering en bedraagt bij voorbeeld 100 nm. In een gunstige uitvoeringsvorm van de werkwijze 10 volgens de uitvinding wordt een masker toegepast dat een uit kwarts vervaardigde steunplaat bevat die eenzijdig voorzien is van een laagje metaal of metaaloxyde waarin het patroon is geëtst.

Het aangebrachte patroon bestaat uit een informatiespoor van informatiegebiedjes die afwisselend wel en niet zijn afgedékt net 15 het DUV absorberend materiaal. Voor de vervaardiging van informatiedragers wordt het masker in contact gebracht met de steunplaat, waarbij het oppervlak van het masker dat voorzien is van de DUV absorberende afdeklaag aanligt tegen het oppervlak van de substraatplaat welke het DUV gevoelige materiaal bevat. Een goede contactering kan 20 worden gerealiseerd in bij voorbeeld een persluchtcassette. Bij belichting door het masker zal het DUV gevoelige materiaal van de substraatplaat dat onder de open informatiegebiedjes van het masker ligt, dat wil zeggen onder de gebiedjes die niet door het DUV absorberend materiaal zijn afgedekt, chemisch worden aangetast, De polymeerketens wor-25 den hierbij afgebroken zodat deze in de daarbij volgende ontwikkelings-stap kunnen oplossen in de gebruikte ontwikkelvloeistof. Het resultaat is dat in het DUV gevoelige oppervlak van de substraatplaat een informatiespoor is gevormd dat overeenkomt met dat van het masker met dien verstande dat de open informatiegebiedjes van het masker overeenkomen 30 met de informatiegebiedjes van lager niveau in de substraatplaat en dat de gesloten informatiegebiedjes van het masker, dus de gebiedjes afgedekt met het DUV niet doorlatend materiaal, overeenkomen met de informatiegebied j es van hoger niveau van de substraatplaat. De overeenkomende informatiegebiedjes van masker en substraatplaat hebben dezelfde 35 lengte- en breedteafmetingen. Het hoogteverschil tussen de informatiegebiedjes van de substraatplaat hangt af van de gevoeligheid van het toegepaste DUV gevoelige materiaal en uiteraard van de intensiteit van het toegepaste DUV en de belichtingstijd. Door een geschikte keuze van 8006947 ΕΗΝ 9920 6 deze factoren kan een gewenst hoogteverschil van bijvoorbeeld 0,1 tot 0,2 yura zeer nauvkeurig worden verkregen.

Goede resultaten worden bereikt met een werkwijze volgens de uitvinding waarbij op één of beide oppervlakke! van een uit poly- 5 methylacrylaat vervaardigde substraatplaat een masker wordt aangebracht dat een steunplaat uit kwarts bevat alsmede een aan de zijde' van de substraatplaat aangebracht metaal- of metaaloxyde laagje waarin een patroon is geetst, de substraatplaat via het masker gedurende 1-15 minuten belicht wordt met diep ultraviolet licht met een golflengte van 10 200-240 nm afkomstig van een gasontladingslamp met een metaaldampplasma 2 en een lichtintensiteit van 150-1500 mJ/cm op de substraatplaat, het masker wordt verwijderd en de belichte substraatplaat gedurende maximaal enkele minuten behandeld wordt met een ontwikkelvloeistof dat een mengsel van methylisobutylketon en iscprqpanol of een mengsel van iso-15 propanol en water bevat.

De genoemde ontwikkelvloeistof is een vrij langzame ontwikkelaar. Eveneens bruikbaar zijn de wat snellere ontwikkelaars zoals methyl-cellosolveacetaat, methylisobutylketon of xyleen. Bij toepassing van een snelle ontwikkelaar is een grotere kans aanwezig dat ook de niet be-20 lichte delen van de substraatplaat enigszins worden aangetast. De trager werkende ontwikkelvloeistoffen verdienen daarom de voorkeur.

Het in de methode volgens de uitvinding toegepaste masker kan op een gebruikelijke wijze worden vervaardigd. Hiertoe wordt een steunplaat van kwarts met een diameter van bv. 15 cm en een dikte van 25 enkele millimeters zoals 5nm. aan één zijde voorzien van een laagje metaal in het bijzonder chroom met een dikte van ongeveer 100 nm, dat op zijn beurt wordt afgedekt met een positieve fotolak met een dikte van 150-400 nm. De fotolaklaag wordt belicht met laserlicht dat conform de in te schrijven informatie is gemoduleerd. De modulatie is gebaseerd 30 op intensiteitsveranderingen van het laserlicht waarbij gemoduleerd wordt van een intensiteit die onvoldoende is on de fotolaklaag aan te tasten tot een intensiteit die voldoende hoog is cm de fotolaklaag over de gehele dikte aan te tasten. De bestraalde delen van de fotolaklaag worden verwijderd met behulp van een ontwikkelvloeistof. De vrijgekomen 35 delen van de chrocmlaag worden weggeetst en tot slot de restanten van de fotolaklaag verwijderd.

De uitvinding wordt toegelicht met het volgende uitvoerings-voorbeeld en aan de hand van de tekening waarbij: 8006947 EHN 9920 7 fig. 1 een dwarsdoorsnede is van een in de werkwijze toegepaste· substraatplaat waarop een masker is geplaatst, en fig. 2 een dwarsdoorsnede is van een verkregen informatiedrager Uitvoeringsvoorbeeld 5 Op een schijf 1 van gegoten polymethylmethacrylaat (EMMA.) .

met een diameter van 5 cm en een dikte van 1,3 urn wordt een masker 2 geplaatst dat een kwarts steunplaat 3 met een dikte van 4 irm bevat die aan de zijde van schijf 1 voorzien is van een laagje 4 van waarin een informatiespoor is geëtst. Het informatiespoor bevat niet met 10 afgedekte (open) informatiegebiedjes 5 afgewisseld door informatiege bied j es 6 afgedekt met E^O^. De lengte-afmetingen van gebiedjes 5 en 6 variëren conform de opgeslagen informatie en bedragen 0,3 tot 3 ^um.

De breedte-afmeting van ieder gebiedje is 0,3 ^um. Het geheel wordt geplaatst in een niet weergegeven persluchtcassette waardoor een optimaal 15 contact van schijf 1 met masker 2 mogelijk is. Schijf 1 wordt via masker 2 belicht met diep ultraviolet licht afkomstig van een 75W gasont-ladingslamp (type Philips Special Purpose nr. 93146) geplaatst qp een afstand van 12 cm van het masker 2. De belichtingstijd bedroeg 10 minuten, Na belichting werd masker 2 verwijderd en schijf 1 gedurende 2 20 minuten ondergedarpeld in een isopropanol-water (10:1) mengsel. De schijf 1 werd gespoeld met gedestilleerd water en met stikstofgas drooggeblazen. De verkregen informatiedrager is weergegeven in figuur 2. Het informatie-spoor 7 van schijf 1 omvat op lager niveau gelegen informatiegebiedjes 8 afgewisseld door qp hoger niveau gelegen informatiegebiedjes 9. Het 25 hoogteverschil tussen gebiedjes 8 en 9 bedraagt 0,15 ^um. De lengteen breedte-afmetingen van gebiedjes 8 stemmen nauwkeurig overeen met die van de gebiedjes 5 van masker 2 terwijl de lengte- en breedte-afme-tingen van gebiedjes 9 van schijf 1 precies overeenstemmen met die van gebiedjes 6 van masker 2.

30 Tot slot wordt schijf 1 aan de zijde van het informatiespoor 7 voorzien van een opgedampt Al-laagje met een dikte van 60nm,dat in de figuur niet is weergegeven.

Opgemerkt wordt dat schijf 1 ook aan beide oppervlakken voorzien kan worden van een masker en vervolgens via de respectivelijke 35 maskers aan beide zijden gelijktijdig wordt belicht zodat een aan weerszijden van een optische structuur voorziene informatiedrager wordt verkregen.

8006947

Claims

1. Werkwijze voor de vervaardiging van een informatiedrager die optisch kan worden uitgelezen, waarbij een substraatplaat aan één of . beide zijden voorzien wordt van een optische structuur die een kanteel-vormig informatiespoor bevat van afwisselend op hoger en lager niveau 5 gelegen informatiegebiedjes met het kenmerk dat een substraatplaat die geheel of tenminste aan één van beide oppervlakken bestaat uit een voor diep ultraviolet licht gevoelig materiaal, volgens een lithografisch proces wordt belicht met een diep ultraviolet licht, via een masker dat in contact is gebracht met het oppervlak van de substraatplaat 10 dat het lichtgevoelig materiaal bevat en dat een voor diep ultraviolet licht transparante steunplaat bevat die aan de naar het substraat toegekeerde zijde voorzien is van een laagje van een materiaal dat niet doorlatend is voor diep ultraviolet licht, in welk laagje een patroon is aangebracht dat overeenkomt met de in de substraatplaat aan te brengen 15 optische structuur en vervolgens de via het masker belichte substraatplaat wordt behandeld met een ontwikkelvloeistof waarbij de belichte delen van het licht gevoelig materiaal, worden opgelost en daarbij een kanteelvormig informatiespoor wordt gevormd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk dat een voor 20 diep ultraviolet licht gevoelig materiaal wordt toegepast dat een homooi copolymeer is van een monomere verbinding die beantwoordt aan de formule I X 25 -^2“ ï - (I) C = 0 l Y waarin X een methylgroep, een cyaangroep of een halogeenatoom voorstelt, en Y een 1-6 koolstofatomen bevattende alkyl- of alkoxygroep is die 30 ieder gesubstitueerd kunnen zijn met één of meerdere halogeen- atomen of met een hydroxygroep of dat een copolymeer is van een monomere verbinding van de formule I met een monomere verbinding volgens de onderste formule II h 35 -=2- = - (II) O-"* 8006947 r V ί ΡΗΝ 9920 9 Waarin een alkylgroep met 1-6 koolstofatanen is en R2 een waterstof atocm of een alkylgroep met 1-6 koolstof atanen voor stelt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 en 2 met het kenmerk dat een 5 substraatplaat wordt toegepast die geheel vervaardigd is uit poly- methylmethacrylaat.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk dat een masker wordt toegepast,dat een uit kwarts vervaardigde steunplaat bevat die eenzijdig voorzien is van een laagje metaal of metaaloxyde waarin het 10 patroon is geëtst.

5. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk dat qp één of beide oppervlakken van een uit polymethylmethacrylaat vervaardigde substraatplaat een masker wordt aangebracht dat een steunplaat uit kwarts bevat alsmede een aan de zijde van de substraatplaat aangebracht 15 metaal- of metaaloxyde laagje waarin een patroon is geëtst, de substraatplaat via het masker gedurende 1-15 minuten belicht wordt met diep ultraviolet licht met een golflengte van 200-240 nm afkanstig van een gasont- ladingslamp roet een metaaldampplasma en een lichtintensiteit van 150-2 1500 mJ/cm op de substraatplaat, het masker wordt verwijdend en de be-20 lichte substraatplaat gedurende maximaal enkele minuten behandeld wordt met een ontwikkelvloeistof dat een mengsel van methylisobutyl-keton en isoprqpanol of een mengsel van isopropanol en water bevat. 25 30 35 8006947