TW464856B - A novel method of disk mastering using thermal-induced super resolution effect - Google Patents

Description

464856 五、發明說明（1) (1)創作背景 近年來隨著多媒體的普及，許多資料都含有文字、聲 音及影像，等不同形式的媒體。因此要求具有更高的儲存 容量的記錄媒體。目前用來做為動態影像儲存（moving picture data)的記錄媒體是直徑12公分（4· 7英吋）、 容量為4_7GB( Gbyte)的數位唯讀型光碟（DVD_R〇M)，但 為了將來能儲存更高品質的影像資料，如汽解拼产 I動畫），下-代的數位唯讀型光碟必須在相 徑下具有13到15GB的記錄容量。 唯讀型光碟容量主要取決於母模（mother m〇ld)上記 錄記號的大小’即雷射光在母模感光層上的曝光面積。在 母模的典型製程中’是將雷射光直接聚焦在感光層上，在 感光層所形成的曝光面積則受限於物理繞射極限 (diffracti〇n limit )〇. 82χ Λ /NA，其中 λ 為雷射光的波 長、ΝΑ為光學系統中物鏡的數值孔徑（Numericai Aperture，ΝΑ)。若要使4_ 7对光碟的記錄容量提升至 13〜15 GB’則最小記錄信號（pit iength)直徑 必須小於0· 27um，轨距必須小於〇. 37um。 乂尚母模記錄密度的典型方式可使用較短波長的雷射 或提高物鏡的數值孔徑。當用短波長雷射，由於不同的感 光材料只對特定波長產生反應’若以短波長的雷射光照射 464856 五、發明說明（2) 目别的感光層*此感光層對起、，由R ^ 低，進而導致解析度的“ 2雷射光的反應度會降 錄密度的效果。至於増加物鏡不能達到有效提高記 極限值為i，*目前實用上所鏡使的用數:於N _ Γί ^ Τ便用的ΝΑ值已為0.9，故提高 數值孔徑已難以有效的提高記錄密度。 紐^創作"以熱致超解析法製作光碟母模”乃利用熱致超 薄膜所產生的超解析（super res〇luti〇n)效應，使感 光層的曝光面積小於雷射光的繞射極限’因此可以在不改 變雷射光波長及物鏡數值孔徑的條件下，製造高記錄密度 的母模及數位唯讀型光碟。 (2 )創作概述 提高數位唯讀型光碟記錄容量最直接的方法就是縮小 光碟上記號的長度以及寬度，以提高光碟單位面積上的記 錄密度。一般數位唯讀型光碟的製作過程是經由曝光 (exposure)、顯影（development)的技術將資料先記錄在 母模上，然後利用電鍍（electro-plating)的方式在母模 上複製出原模（stamper)，再利用原模以射出成型 (injection molding)的方式大量複製出數位唯讀型光 碟。因此，要縮小碟片上的記號，最直接的方式就是縮小 曝光過程中感光層的曝光面積。在母模製程中是先將感光

5 4648 五、發明說明（3) 材料旋趙^务& / . 調變 得玄佈（SPln C〇atin&)在玻璃基板的表面，再以 再以ί雷射光以曝光的方式將資料記錄在感光層上’接著 卜，g 2 疋影的方式將記錄信號形成於透明玻璃基板 ^ ί成母模的製作過程，如圖一所示。由於感光層並 ，¥其它的膜層結構，所以雷射光是直接聚焦在感光 +在感光層上形成繞射光點，感光層的曝光區域便 i ‘ΐ光的繞射極限，因此利用母模所製作出的數位 " 九碟的記錄密度也受限於雷射光的繞射極限。 1能在不更動 提昇記錄容 熱致超解析 f i 1 m)，其 個熱致超解 ’而會聚焦 所產生的超 析薄膜上繞 錄密度大幅 製程 田 里» 薄膜 赵構 析薄 在熱 解析 射光 提升 在本創作”以熱致超解析法製作光碟母模 設備及光學讀寫頭架構的條件下，大幅的 主要的技術是在感光層的上方增加了一層 (thermal-induceded super resolution 如第二圖所示。由於在感光層上增加了一 膜，因此雷射光不會直接聚焦在感光層上 致超解析薄膜上，再藉由熱致超解析薄膜 效應，使感光層的曝光區域小於熱致超解 點的大小，如此可使數位唯讀型光碟的記 (3 )創作的詳細說明

464856 五、發明說明（4) 下：首先在表面經過研磨及超音波洗淨的玻璃基板上，以 旋轉，佈的方式鍍上感光層，並在感光層上再鍍上熱致超 解析薄膜’其膜層結構如圖二所示。接著將雷射光聚焦在 熱致超解析薄膜上，使聚焦雷射光束能透過熱致超解析薄 膜將感光材料曝光，再以乾式蝕刻或濕式蝕刻的方式去除 熱致超解析薄膜，經顯影、定影後便可將資料記錄在感光 層上°其中感光層材料可為正光阻，厚度約為500又至 2000 X，熱致超解析薄膜的厚度約為A至500 雷射光聚焦於熱致超解析薄膜上時，其能量分佈為高 斯分佈’且轉動的基板會造成熱致超解析薄膜上不均勻的 溫度分佈，如圖三所示。再者，由於熱致超解析薄膜在不 同溫度下對入射的雷射光會具有不同的穿透率，如圖四所 示。因此’在熱致超解析薄膜上的光強度分佈與感光層上 光強度分佈不同’利用這種穿透率會隨著光強度分佈而改 變的特性’可縮小感光層的曝光面積，藉由光學模擬，可 設計出適當的熱致超解析薄膜材料與厚度，使得在繞射極 限的光點範圍内’形成一個遠小於繞射光點的高穿透率的 區域，如圖五所示，當雷射光通過這個高穿透率的區域 時’在感光層上形成的曝光面積，便會遠小於雷射光直接 翏焦在感光層上所形成的曝光面積，如此一來便可突破光 學的繞射極限，進一步的提昇光碟片的容量。另外，若使 用，感光層材料性質會被熱致超解析薄膜在曝光時所產生 的高溫所破壞，則可在感光層與熱致超解析薄膜層間加入

第9頁 4648 5 6 ^、發明說明（5) =緩衝層’以降低聚焦雷射光在熱致超解析薄膜所產生的 尚，傳到感光層上，防止感光層被破壞，如圖六所示。熱 緩衝層厚度隨熱致超解析薄膜所使用的材料而有所不同， 一般為50 0至3000又，需使用低熱導率（heat conductivity)的材料’如氮化矽（siNx)、硫化鋅-二 虱化矽（ZnS-Si02)、氧化钽（Ta〇x)等。 為了使熱致超解析薄膜具有縮小感光層曝光面積的效 A，其必須具有下列特性： I熱致超解析薄膜材料對入射光的穿透率會隨著溫度而 改變。 解 會

熱致超解析薄膜的厚度約為5〇A〜50〇a。因為當熱致超 析薄膜的厚度大於500 A之後，熱致超解析薄膜的穿透率 小於1 0 % ，而無法讓感光層曝光。 根據以上的特性’可作為熱致超解析薄膜的材料有如

In、Sb、GeTe-Sb2Te3-Sb、Sn 等材料。 本創作"以熱致超解析法製作光碟母模”，最主要的技 為' 是藉著熱致超解析薄膜來製作高記錄容量的母模，再以 此向記錄容量的母模翻製出原模（stamper)，最後以射出 成形的方式製備下一代更高記錄容量的數位唯讀型光碟。

"4648 5 6 圖式簡單說明 圖示說明 第一圖 典型 10 玻璃 11 感光 12 曝光 13 光學 母模曝光步驟 基板 層 區域 讀寫頭之物鏡 第二圖 熱 致 超 解 析 光 碟 母 模 曝 光 步 驟 20 破 璃 基 板 21 感 光 層 22 熱 致 超 解 析 薄 膜 23 感 光 層 上 之 曝 光 區 域 24 熱 致 超 解 析 薄 膜 上 之 曝 光 區 域 25 光 學 讀 寫 頭 之 物 鏡 圖 三 第..佈 分 度 強 光 與 、 大 點 光 射 繞 的 上 片 碟 轉 在 光 射 雷 0 12 3 4 3 3 3 3 3 膜 薄 析 解 超 致 小熱 大於 向點點 方光光 動射射 轉繞繞 片焦焦 碟聚聚 度 強 光 的 上 片 碟鏡 於物 點之 光頭 射寫 繞讀 焦學 聚光 的佈 上分 佈 分 熱 第四圖：不同溫度下熱致超解析薄膜對780nm波長雷射光

第11頁 4 6 4 8 5 6 圖式簡單說明 的穿透率 40 :熱致超解析薄膜表面 41 :熱致超解析薄膜上的光強度分佈 4 2 :感光層表面 43 :感光層表面的光強度分佈 44 :光學讀寫頭之物鏡 @0123 5 5 5 5 五 第 佈 分 率 透 穿 的 内 圍徑 範直 fifi 光光 繞繞 上上 膜膜 薄薄 析析 解解 超超 致致 熱熱 佈 分 度 強 光 的 上 膜 薄 析 解 鏡超 物致 域之熱 區頭於 率寫點 透讀光 穿學焦 高光聚 君1六圖 60 61 62 63 64 65 66 熱致超解析光碟母模曝光步驟 玻璃基板 感光層 緩衝層 熱致超解析薄膜 感光層上之曝光區域 熱致超解析薄膜上之曝光區域 光學讀寫頭之物鏡

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Claims (1)

1. 4648 5 6 六、申請專利範圍 1. 一種以熱致超解析製作光碟 a) 將感光層以旋轉塗佈的方式 及超音波洗淨之玻璃基板上； b) 在感光層上鍍上熱致超解析 c) 將雷射光聚焦在熱致超解析 透過熱致超解析薄膜後，再將 層上形成小於繞射光點的曝光 d) 移除熱致超解析薄膜； 母模的方法，其步驟如下： ’鑛在經過研磨、拋光處理 薄膜； 薄膜上’使聚焦雷射光束穿 感光層曝光，因此可在感光 區域； e)使用顯影液將感光層上的曝光區域移除，再以定影液將 顯影後的感光層定影，即將資料記錄在感光層上，形成高 解析度光碟母模。 2.如申請專利範圍第一項所述之方法，前述之熱致超解析 薄膜的特徵是，其穿透率隨著薄膜本身溫度的不同而改 變。 3.如申清專利範圍第一項所述之方法，熱致超解析薄膜的 特微為’對於各種不同波長的雷射光，其穿透率都會隨著 薄膜本身溫度的不同而改變。 4 如申請專利範圍第一項所述之方法，可以形成前述之熱 致超解析薄膜的材料為，鍺（Ge)、錡（Te)、銻（Sb)等合金 系列及銦（I η )、銀、諦（T e )、銻（S b )等合金系列，這兩種 材料合金系列中都可再滲入硒（Se)、鋅（zn )及鉬（Mo )等元

   第〗3頁 4 6 485 β I六、申請專利範圍 ~~------- 素，而熱致超解析薄腹的 間。 4膜的厚度約為數奈米到數百奈米之 .如申請專利範圍第一箱 、 膜方法的特徵為’物理沈積K:U:熱f超解析薄 沈積法包含電鍍法及化學：f膜荨等類似的方&，而化战 化學氣相沉積法等類似的沈積法子 6:如申請專利範圍第一 jg # ^ 膜之方法為乾式敍刻或濕式钮法移除熱致超解析薄 7. — a) 將 超音 b) 在 c) 在 d) 將 過-熱 形成 e) 移 η使 顯影 解析 致超解析製作光碟母模的方法，其步驟如下 ^層以Ϊ轉塗佈的方式鍵在經過研磨、拋光處理及 波洗淨之玻璃基板上； ％处理及 感光層上鍍上熱缓衝層； 熱緩衝層上鍍上熱致超解析薄膜； 雷射光聚焦在熱致超解析薄膜上，使聚焦雷射光束透 致超解析薄膜及熱缓衝層將感光層曝光，在感光層上 小於繞射光點的曝光區域； 除熱致超解析薄膜及熱緩衝層； 用顯影液將感光層上的曝光區域移除’再以定影液將 後的感光層定影，即將資料記錄在感光層上’形成高 度光碟母模。

   第14頁 4 6 4 8 5( _六、申請專利範圍 8 ·如申請專利範圍 薄膜的特徵為，其 變 〇 第七項所述之方法，前述之熱致超解析 穿透率會隨著薄膜本身溫度的不同而改 9.如申凊專利範圍第七項所述之方法，熱致超解析薄膜的 軔徵為’對於各種不同波長的雷射光’其穿透率都會隨著 薄膜本身溫度的不同而改變。 1 0 如申請專利範圍第七項所述之方法，可以形成前述之 熱致超解析薄膜的材料為，鍺（Ge)、篩（Te)、錄（Sb)合金 系列及銦（I η )、銀、錄（Te )、銻（Sb )合金系列，這兩種材 料合金系列中都可再滲入硒（Se)、鋅（Zn)及鉬，而熱致超 解析薄膜的厚度大約在數奈米到數百奈米之間。 1，1，如申請專利範圍第七項所述之方法’製作熱致超解析 薄膜方法的特徵為，物理沈積法或化學沈積法，物理沈積 法包含蒸鍍法、濺鍍法及旋轉鍍膜等等類似的方法，而化 學沈積法包含電鍍法及化學氣相沉積法等類似沈積法。 1 2 ·如申請專利範圍第七項所述之方法，移除熱致超解析 薄犋及熱緩衝層之方法為乾式蝕刻或濕式蝕刻等方法。 13·如申請專利範圍第七項所述之方法，前述之熱緩衝層 的特徵為，具有低熱導系數之介電材料如氮化矽（SiNx)、

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   464856 六、申請專利範圍 氧化矽（Si02)、硫化鋅-二氧化矽（ZnS-Si02)、氧化钽 (TaOx)等材料，而熱緩衝層的厚度大約在數奈米到數千奈 尤:之間。