TWI425506B - 用於製造母版之方法及用於製造光碟之方法 - Google Patents

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Description

用於製造母版之方法及用於製造光碟之方法
本發明係關於一種使用一無機光阻母版及近場曝光製造一母版之方法，及一種製造一光碟之方法。
在正常比率高清晰度(full-scale HD)視訊時代之初期，歸因於數位廣播之普及，光碟之記錄密度的增加從目前係主流之DVD(多樣化數位光碟)發展為藍光光碟(已註冊之商標名稱)或HD-DVD。
在光碟之一母版製作步驟中，藉由使用雷射曝光之微影而形成諸如訊坑(pit)及凹軌(groove)之圖案。然而，主要藉由縮小曝光點而增加記錄密度。
在母版製作期間藉由具有數值孔徑(NA)之一物鏡聚集波長λ之一雷射光束時，曝光點直徑Φ為1.22×(λ/NA)。由於自CD(光碟)發展初期就使用具有0.90至0.95(接近於理論極限值1)之NA的物鏡，因此縮短記錄雷射光源之波長對縮小曝光點直徑具有主要的促成作用。
雖然在CD之母版製作中使用442奈米波長之He-Cd雷射或413奈米波長之Kr+雷射，但使用351奈米之UV(紫外線)波長的Ar+雷射容許製造DVD。此外，257奈米至256奈米之波長的DUV(深紫外線)雷射已投入實際應用中，且因此已實現可記錄之藍光光碟(BD-RE)。
根據除此之外的一種方法，近期有一項技術可藉由一簡單的程序實現大幅提高密度之記錄，該技術已引入唯重現(reproduction-only)藍光光碟(BD-ROM)之製造中。雖然在微影期間已對感光層使用有機材料(光阻)，但已發現在其中利用一指定無機材料的顯影，由鹼性顯影溶解未曝光部分，且與一無機光阻程序相比解析度明顯得以改良。
日本未審查專利申請公開案第2003-315988號揭示一種將一無機材料作為感光材料使用之技術。具有光阻功能之無機材料在下文中係稱為「無機光阻」。
圖7展示當使用一有機光阻作為感光材料時及當使用一無機光阻作為感光材料時在曝光及顯影後之凸出/凹入形狀。
在有機光阻程序中，在一光子模式中執行記錄，且因此最小曝光圖案之寬度係與曝光點之直徑成比例且大體上具有相同於點直徑半寬度值之值。
另一方面，在無機光阻程序中，在一熱模式中執行記錄，且因此當藉由一記錄膜結構之設計而充分增加反應溫度之臨限值時，僅一曝光點中心附近之高溫部分促成記錄，藉此容許明顯縮小有效之記錄點直徑。
因此，甚至以DUV波長使用一有機光阻未精確形成BD-ROM之訊坑，但當使用一無機光阻時，甚至藉由一藍色半導體雷射光源而達成充分之解析度。
一半導體雷射能夠以GHz量級高速調變，且能夠藉由引入用於相變光碟及磁光碟上之信號記錄的寫入策略而精確控制一訊坑之形狀，且半導體雷射因此適於達成良好之信號特性。寫入策略係一種由高速多脈衝記錄一訊坑之方法。在此情況中，藉由控制脈衝寬度、脈衝強度、脈衝間隔及脈衝之類似物而使一圖案形狀最佳化。
簡單描述上述無機光阻程序。
如圖8A所示，無機光阻母版100基本上包含一層結構，其中藉由濺鍍在由(例如)Si晶圓或石英構成之一支撐件(母版基板100a)上依序沈積一熱儲存控制層100b與一無機光阻層100c。
如圖8B所示，在無機光阻母版100中，根據一記錄信號調變之一光束(記錄光)係透過具有約0.9之NA的一物鏡而聚集在母版表面上以執行熱記錄。無機光阻母版100係安裝於一曝光裝置之一旋轉台上，且以對應於一記錄線性速度之一速度旋轉，以在徑向方向上以一預定饋間距(磁軌間距)相對於物鏡移動。
如圖8C所示，完成曝光後，利用諸如氫氧化四甲基銨(TMAH)之有機鹼顯影劑使無機光阻母版顯影。結果，在無機光阻層100c上形成對應於一曝光圖案的凸出部/凹入部。即，曝光部分成為對應於母版中之訊坑形狀或凹軌形狀的凹入部分。
在此一無機光阻程序中，一記錄膜之設計明顯影響解析度，但與一相關技術類似，可藉由減小記錄點之直徑而進一步增加密度。
為減小記錄點之直徑，除了降低記錄光源之波長的方法外，還有一種方法藉由近場曝光而實現NA>1；在近場曝光中，利用與母版接近幾十奈米之距離的固態浸沒透鏡(SIL)來應用一記錄點。
關於將一近場光學系統應用於一光碟，目前(指《Proceedings of SPIE》第6282冊62820 O-1~62820 O-8，Ariyoshi Nakaoki、Takao Kondo、Kimihiro Saito、Masataka Shinoda與Kazuo Fujiura「High Numerical Aperture Hemisphere Solid Immersion Lens Made of KTaO3 with Wide Thickness Tolerance」)報導由具有接近於0之NA的SIL實現記錄/重現。此方法可將近場光學系統中之點直徑縮小至最大NA值(0.95)的1/2。
由於當前能夠藉由高速調變產出寫入策略之半導體雷射光源的最小波長係至多370奈米，因此鑑於ROM光碟之母版製作，一種藉由使用藍色半導體雷射之近場曝光而增加NA的方法係有利的。
關於有機光阻程序，據報在其中對光碟之母版製作應用近場曝光之一實例。舉例而言，日本未審查專利申請公開案第2001-56994號展示一近場曝光裝置之一光學系統。近場曝光裝置之光學系統與一常見光學系統相同，直到記錄雷射光束入射於物鏡(SIL)上為止。然而，介於SIL之尖端與母版表面之間的間隙維持在約20奈米至30奈米，並更加精確地執行聚焦以避免兩者之間的接觸。
因此，作為一種近場曝光特定之聚焦方法，已提議利用PD偵測介於自母版反射之光與自SIL之發射表面反射之光之間的干涉光之強度，且利用干涉光之強度隨母版與SIL之間的間隙而改變之現象產出一焦點伺服信號(間隙伺服信號)。
然而，記錄光之設定強度根據光阻靈敏度及目標圖案尺寸而改變，且脈衝寬度亦取決於所繪製圖案(諸如凹軌及訊坑)的形狀而改變。因此，每次母版製作時發射強度即改變，且因此難以使用記錄光從干涉光之強度上來判定母版與SIL之間的間隙。因此，分開提供發射恆定強度之一聚焦雷射。
若藉由此方法穩定地維持一近場狀態，則可執行一常見的曝光程序。
當於無機光阻程序中引入近場曝光時，可預期使用一雷射作為光源而達成光學記錄中之最大記錄密度。
關於無機光阻程序，在具有12公分之直徑的光碟上母版製作100GB之ROM圖案已在具有405奈米之記錄波長及0.95之NA的遠場記錄光學系統中取得成功(指《Proceedings of SPIE》第6282冊628214-1~628214-8 Shin Masuhara、Ariyoshi Nakaoki、Takashi Shimouma與Takeshi Yamasaki「Real Ability of PTM Proved with the Near Field」)。
因此，當於無機光阻程序中引入近場曝光時，據估計用相同之波長及1.9NA記錄(曝光)400GB之ROM係可行的。
在此一超過密度場中，存在與電子束微影之競爭，但具有如下優點：曝光裝置簡單；及已達成製造唯重現藍光光碟(BD-ROM)之無機光阻程序可靠且實用。
另外，在應用於除光碟外之微圖案處理時，可達成40奈米或更小之線寬L/S，且因此可能達成近場曝光。
然而，由於期望達成上述效果而實際嘗試對無機光阻母版進行近場曝光，因此只要使用氧化鎢(其經常用作光阻材料)作為主要材料，就會發生下述問題，藉此無法執行正常之聚焦及達成記錄。
當對無機光阻母版使用近場曝光裝置時，即使物鏡輸出之重現功率低至約0.1mW，SIL表面仍受到自光阻表面蒸發之氣體的污染，藉此干擾間隙伺服信號。結果，聚焦操作變得不穩定，導致SIL與母版之間的接觸。
此外，即使解決此問題以容許圖案記錄，仍預期會新發生下述問題。
在無機光阻之情況中，在圖案記錄中曝光之部分凸出20奈米至30奈米。在近場狀態中，SIL與母版表面之間的間隙係接近於約20奈米，且因此歸因於圖案之凸出而填充該間隙，引起較高之接觸概率。
鑑於此等問題，難以於無機光阻程序中引入近場曝光。期望藉由組合近場曝光與無機光阻程序而實現明顯之高密度記錄。
一種根據本發明之一實施例的製造一母版之方法包含以下步驟：在一形成母版之基板上形成一無機光阻層，及在該無機光阻層之一表面上形成含有一高折射率材料之一保護薄膜，該高折射率材料具有一折射率n，該折射率滿足一曝光光學系統之NA，且該高折射率材料經混合於一光透射材料中；使用一曝光光學系統對該無機光阻母版之該保護薄膜執行具有NA>1的近場曝光；分離該保護薄膜與經受該曝光之該無機光阻母版；及藉由該保護薄膜與其分離之該無機光阻母版的顯影而形成包含曝光部分與非曝光部分的一凸出/凹入圖案。
該保護薄膜中之該高折射率材料係氧化鈦。
該保護薄膜係藉由將該保護薄膜之一組成材料由旋轉塗佈而施覆於該無機光阻層之該表面上及其後固化而形成。
該保護薄膜係藉由浸沒於用於顯影之一顯影劑中而分離。
一種根據本發明之一實施例的製造一光碟之方法包含以下步驟：由根據上述製造一母版之方法製造的無機光阻母版形成一壓模；及使用該壓模形成一光碟基板及在該光碟基板上形成一預定層結構以生產一光碟。
當將無機光阻應用於近場記錄時，本發明提供無氣體自一表面產生之此一無機光阻記錄膜結構，並將記錄期間之圖案凸出部抑制在至多10奈米或更小。
即，在母版之微影中，於無機光阻層之表面上預先形成保護薄膜，而在曝光(緊接著為顯影)後分離該保護薄膜。
在用保護薄膜覆蓋無機光阻層之狀態中執行曝光，藉此避免如下問題：當將雷射直接應用於無機光阻時，固態浸沒透鏡之表面因光阻材料之揮發作用而受到污染，從而使母版與透鏡之間的間隙控制變得不穩定。
此外，藉由保護薄膜抑制無機光阻在曝光部分中的凸出，從而避免無機光阻因在記錄後凸出幾十奈米而填充母版與固態浸沒透鏡之間的間隙，導致母版與透鏡之間的接觸。
結果，實現無機光阻與近場記錄之組合，以容許較高密度之記錄。
根據本發明，可能解決如下問題：以僅幾十奈米之間隙接近於光阻表面之固態透鏡的表面易受到歸因於一聚集點之熱量而自光阻表面蒸發之氣體的污染，且因此干擾間隙伺服信號。此外，還可解決如下問題：無機光阻在曝光後之凸出高度等於光阻與固態浸沒透鏡之間之幾十奈米的間隙長度，而因此發生透鏡與母版之間的接觸問題。結果，可執行穩定之曝光操作。
因此，可實現無機光阻程序(此程序具有明顯比有機光阻程序高的解析度)與近場記錄技術(在此技術中記錄點的直徑隨物鏡之NA的增加而減小)的組合，藉此實現相當高密度的記錄(曝光)。
按以下順序描述本發明之一實施例。
1.近場曝光裝置
2.製造光碟之步驟
3.無機光阻母版之近場曝光
4.實驗實例
5.總結
1.　近場曝光裝置
在本發明之一實施例中，使用一近場曝光裝置對包含一無機光阻作為感光材料之一母版(無機光阻母版)執行曝光。
首先，參考圖1、圖2A、圖2B及圖3A至圖3I描述一近場曝光裝置。
圖1展示在根據本發明實施例之一製造方法中使用之一近場曝光裝置50的組態。
在近場曝光裝置50中，在由一預定驅動機構旋轉無機光阻母版1之狀態中，將一記錄雷射光束L1應用於無機光阻母版1上，同時使照射位置持續移動至無機光阻母版1之外部周邊側。結果，形成一螺旋狀磁軌作為無機光阻母版1上之一訊坑列(pit train)(或一凹軌)。
在近場曝光裝置50中，雷射光源53包含一半導體雷射並發射一預定波長的記錄雷射光束L1。
信號產生器56將對應於一訊坑列之調變信號S1輸出至雷射驅動器54。雷射驅動器54以調變信號S1為基礎驅動雷射光源(半導體雷射)53。結果，以調變信號S1為基礎自雷射光源53輸出經開啟-關閉調變之記錄雷射光束L1。
透鏡58A與58B構成光束擴展器58，並將記錄雷射光束L1之直徑擴大至一預定光束直徑。
偏振光束分光器59反射自光束擴展器58發射之記錄雷射光束L1，並透射來自無機光阻母版1側之記錄雷射光束L1的返回光L1R，以在返回光L1R與記錄雷射光束L1之間分離。
1/4波長板60對自偏振光束分光器59發射之記錄雷射光束L1給出一相位差，以將記錄雷射光束L1轉換為圓偏振光。類似地，1/4波長板60對來自無機光阻母版1側之返回光L1R給出一相位差，以發射圓偏振入射返回光L1R作為線性偏振光，該線性偏振光之偏振光面係垂直於至偏振光束分光器59之記錄雷射光束L1。
二向分光鏡61反射自1/4波長板60發射之記錄雷射光束L1使其朝向無機光阻母版1，並發射來自無機光阻母版1側之返回光L1R使其朝向1/4波長板60。
再者，二向分光鏡61透射不同於記錄雷射光束L1之波長的一波長之一聚焦雷射光束L2使其朝向無機光阻母版1，並透射及發射歸因於來自無機光阻母版1側之聚焦雷射光束L2而造成之干涉光L2R。
物鏡62包含一對透鏡，即所謂之後透鏡62A及前透鏡62B。記錄雷射光束L1係由後透鏡62A轉換為一會聚光束通量，且其後藉由前透鏡62B之後透鏡側的表面而聚集在前透鏡62B之發射表面上。
結果，物鏡62之前透鏡62B組成SIL(固態浸沒透鏡)，且將數值孔徑在總體上設定為1或更大，以使得歸因於近場效應而將記錄雷射光束L1應用於無機光阻母版1。
形成前透鏡62B係為了在無機光阻母版側之表面的中心處具有一圓形突出部，以防止接觸無機光阻母版1。
在近場曝光裝置50中，藉由透過上述安排的程序應用記錄雷射光束L1而在無機光阻母版1上曝光一訊坑圖案。
另外，產出來自無機光阻母版1及物鏡62之發射表面的返回光L1R。返回光L1R沿記錄雷射光束L1之光學路徑反向傳播，且透射穿過偏振光束分光器59並與記錄雷射光束L1分離。
遮罩64係安置於返回光L1R透射穿過偏振光束分光器59之光學路徑上。屏蔽返回光L1R之近軸光線，以使得僅選擇性地透射對應於記錄雷射光束L1之一分量，該分量以大於臨界角度之一角度入射於物鏡62之發射表面上。
如圖2A所示，具有上述功能之遮罩64包含一透明平行板，該透明平行板具有形成於其中心且具有小於返回光L1R之光束直徑的一直徑之一光屏蔽區域。即，在返回光L1R中，以小於臨界角度之一角度入射於物鏡62之發射表面上的一分量係經物鏡62之發射表面及無機光阻母版1反射，且經反射之光彼此干涉。因此在近場曝光裝置50中，藉由遮罩64移除經反射之干涉光的該分量以處理返回光L1R。
透鏡65將透射穿過遮罩64之返回光L1R聚集於光接收元件66上，而光接收元件66輸出返回光L1R之光量偵測結果S1。因此，遮罩64防止歸因於經反射之光的干涉而使光量偵測結果變動。
因此，近場曝光裝置50能夠偵測由物鏡62之發射表面完全反射之記錄雷射光束L1的量。
如圖2B所示，當物鏡62以一預定間隙或更大與無機光阻母版1分離時，如上述偵測到之光量偵測結果係維持在一預定信號位準。另一方面，當物鏡62以一預定間隙或更小與無機光阻母版1接近時，信號位準發生變化以對應於物鏡62之尖端與無機光阻母版1之間的間隙。
雷射光源68包含一He-Ne雷射，該He-Ne雷射發射不同於記錄雷射光束L1之波長的一波長之聚焦雷射光束L2，以使得無機光阻母版1不被曝光。
透鏡69A與69B組成一光束擴展器69，並將聚焦雷射光束L2之直徑減小至一小光束直徑。
偏振光束分光器70透射自光束擴展器69發射之光，並反射沿經透射之光的光學路徑反向入射之聚焦雷射光束L2的干涉光L2R，以在干涉光L2R與聚焦雷射光束L2之間分離。
1/4波長板71對自偏振光束分光器70發射之聚焦雷射光束L2給出一相位差，以將聚焦雷射光束L2轉換為圓偏振光並發射偏振光至二向分光鏡61。
類似地，1/4波長板71對自二向分光鏡61入射於偏振光束分光器70上之干涉光L2R給出一相位差，以發射圓偏振入射干涉光L2R作為線性偏振光，該線性偏振光之偏振光面係垂直於至偏振光束分光器70之聚焦雷射光束L2。
在近場曝光裝置50中，具有一較小光束直徑且不同於記錄雷射光束L1之波長的一波長的聚焦雷射光束L2連同記錄雷射光束L1一起入射於物鏡62上，且應用於無機光阻母版1上。聚焦雷射光束L2係經由物鏡62之近軸光線而入射。
因此，聚焦雷射光束L2係經物鏡62之發射表面及無機光阻母版1之表面反射。由於物鏡62及無機光阻母版1係彼此接近地安置以投入近場記錄中，因此經反射之光彼此干涉。經反射之光的干涉光L2R沿聚焦雷射光束L2之光學路徑反向傳播，入射於偏振光束分光器70上，且經偏振光束分光器70反射後與聚焦雷射光束L2分離。
透鏡74將偏振光束分光器70反射之干涉光L2R聚集於光接收元件75上，而該光接收元件75輸出光量偵測結果S2。如圖2B所示，在光量偵測結果S2中，信號位準在一段時間內以一正弦波之形式變化，在該段時間內物鏡62之尖端與無機光阻母版1之間的間隙變化了聚焦雷射光束L2之波長的1/2。
控制電路80以光量偵測結果S1與S2為基礎藉由驅動致動器81而控制物鏡62之焦點。
即，當由一操作者指示曝光之開始時，控制電路80將物鏡62移動至(例如)無機光阻母版1之一內部周邊區域(其與無機光阻母版1上之一訊坑列的記錄無關)。
此外，控制電路80驅動信號產生器56以將記錄雷射光束L1連續應用於該內部周邊區域上。在此狀態中，控制電路80驅動致動器81以使物鏡62逐漸接近無機光阻母版1，並監測與總反射相關之光量偵測結果S1。
當光量偵測結果S1之信號位準開始減少以偵測物鏡62與無機光阻母版1接近至展現近場效應之程度時，及當自與總反射相關之光量偵測結果S1決定使物鏡62接近無機光阻母版1直到大體上達到控制目標時，控制電路80以干涉光L2R之光量偵測結果S2為基礎藉由一反饋回路而開始焦點控制。
即，在焦點控制中，控制電路80驅動致動器81，以使得對應於控制目標之參考電壓與干涉光之光量偵測結果S2之間的一錯誤信號變為0位準。
當控制電路80以干涉光L2R之光量偵測結果S2為基礎開始焦點控制時，控制信號產生器56之操作以停止記錄雷射光束L1之連續應用，且其後將物鏡62移動至曝光開始位置。此外，控制電路80藉由信號產生器56開始調變記錄雷射光束L1，以自曝光開始位置開始曝光無機光阻母版1。
在近場曝光裝置50中，光學系統係與一常見光學系統相同，直到記錄雷射光束L1開始入射於物鏡62上為止。然而，物鏡62之尖端與無機光阻母版1之表面之間的間隙係維持在約20奈米至30奈米，且更加精確地執行聚焦以避免該兩者之間的接觸。
因此，在上述組態中，偵測自無機光阻母版1反射之光與自物鏡62(SIL)之發射表面反射之光的干涉光的強度，且利用干涉光之強度隨母版與SIL之間的間隙而變化之現象產出一焦點伺服信號(間隙伺服信號)。
2.　製造光碟之步驟
接著，參考圖3A至圖3I描述根據本發明實施例之製造一光碟的完整步驟。
圖3A展示一無機光阻母版1。
下文參考圖4A至圖4D描述無機光阻母版1之結構。
使用近場曝光裝置50根據作為一信號圖案之一訊坑列而將無機光阻母版1曝光於光中(圖3B)。
其後，顯影(蝕刻)光阻層以產出在其上形成一預定凸出/凹入圖案(訊坑列)之無機光阻母版1(圖3C)。
此等係製造一母版之步驟。
其後，執行生產一壓模之步驟。即，藉由電鍍在如上述形成之無機光阻母版1的凸出/凹入圖案上沈積一金屬鎳膜，且其後將該金屬鎳膜與無機光阻母版1分離並使其經受預定處理以形成一壓模10，從而將無機光阻母版1的凸出/凹入圖案轉移至壓模10上(圖3D及圖3E)。
其後，使用該壓模大量製造光碟。
首先，使用壓模10藉由射出模製來模製由聚碳酸酯(其係熱塑性樹脂)組成的一由樹脂製成之光碟基板20(圖3F)。分離壓模10以生產基板20(圖3G)。
其後，在由樹脂製成之光碟基板20之凸出/凹入表面上形成由Ag合金構成之一反射膜，以形成一記錄層L0(圖3H)。
此外，在該記錄層L0上形成一光透射層(覆蓋層)21(圖3I)。
結果，完成一光碟。即，製造在其上形成一訊坑列之唯重現光碟。
另外，可在光透射層21之表面上形成一硬塗佈層。
3.　無機光阻母版之近場曝光
根據本發明實施例之製造光碟的步驟具有如下特性：具有無機光阻母版1之層結構及直至無機光阻母版1之顯影的步驟。
下文描述此特性。
如前文所述，當對無機光阻母版1使用近場曝光裝置50時，SIL表面受到自光阻表面蒸發之氣體的污染，藉此干擾間隙伺服信號。結果，聚焦操作變得不穩定，導致SIL與母版之間的接觸。
另外，在無機光阻之情況中，在圖案記錄期間曝光之一部分凸出20奈米至30奈米。在近場狀態中，SIL與母版表面之間的間隙接近約20奈米，且歸因於圖案之凸出而填充該間隙，引起較高之接觸概率。
因此，在本發明實施例中，當一無機光阻應用於近場記錄時，無機光阻母版1具有一記錄膜結構，該記錄薄膜結構不會自表面產生氣體且在記錄期間將圖案凸出部抑制在至多10奈米或更小。
即，在無機光阻薄膜之表面上形成一保護薄膜，該保護薄膜具有記錄膜氣體密封效果及記錄膜凸出部抑制效果。在完成記錄後，藉由諸如機械分離方法、使用溶劑之化學方法等任何方法移除該薄膜，且在其後執行顯影。
圖4A展示本發明實施例之無機光阻母版1的結構。
無機光阻母版1包含一熱儲存控制層1b及一無機光阻層1c(該二層係藉由濺鍍而沈積於由Si晶圓或石英構成之一母版基板(支撐件)1a上)及一表面塗佈層1d(形成該層係作為無機光阻層1c表面上之一保護薄膜)。
熱儲存控制層1b係用於加熱無機光阻而無需使自一曝光點施加至母版基板1a之熱量逸出。雖然厚度之增加可增加光阻靈敏度，但過高之熱儲存效果會歸因於在平面方向上之過度熱擴散而使解析度降級。因此，選擇材料及厚度很重要，以平衡光阻靈敏度與解析度。實際上，使用約20奈米至100奈米之厚度的非晶矽(a-Si)、SiO2 或SiN。
使用過渡金屬之不完全氧化物作為無機光阻層1c之無機光阻材料。過渡金屬之特定實例包含Ti、V、Cr、Mn、Fe、Nb、Cu、Ni、Co、Mo、Ta、W、Zr、Ru、Ag及類似物。
明確言之，用作為近場記錄/重現光碟之表面塗佈並含有高折射率材料(例如TiO2 )的光透射材料係合適作為表面塗佈層1d。
藉由旋轉塗佈將表面塗佈材料均勻地施覆約0.5微米至幾微米之厚度，且即使無機光阻在記錄後凸出幾十奈米，表面塗佈材料亦可由於其低硬度而吸收該凸出並防止表面凸出。另外，當該高折射率材料之折射率n滿足之NA(>1)時，可實現近場記錄/重現而不使SIL之NA降級。
使用近場曝光裝置50將於其上形成表面塗佈層1d之無機光阻母版1曝光於光中。
圖4B展示曝光方式。
在此情況中，表面塗佈層1d展現將自無機光阻層1c蒸發之氣體密封的效果。因此，實現穩定之聚焦操作而使蒸發氣體不污染SIL表面。
無機光阻層1c在曝光部分中凸出幾十微米。此係歸因於無機光阻在曝光部分中自非晶系狀態至結晶狀態之相變而引起立體膨脹。
然而，在此情況中，表面塗佈層1d抑制凸出，並且因此面對物鏡62的表面受到些微影響。
如圖4C所示，在曝光後，將表面塗佈層1d自無機光阻母版1分離。
其後，如圖4D所示，將表面塗佈層自無機光阻母版分離後，使用諸如氫氧化四甲基銨(TMAH)之一有機鹼顯影劑對無機光阻母版執行顯影。結果，在無機光阻層1c上形成對應於曝光圖案(訊坑列)之凸出部/凹入部。即，曝光部分成為對應於母版上之訊坑形狀或凹軌形狀的凹入部。
在無機光阻母版之微影程序中，在無機光阻沈積後形成表面塗佈，而在曝光後移除表面塗佈。因此，與有機光阻相比，無機光阻之近場曝光具有明顯高之解析度，藉此容許較高密度之記錄。
4.　實驗實例
由於根據上述方法在無機光阻母版1上之實際近場記錄，可大體上使用固態浸沒透鏡(SIL)之NA實現高密度記錄。
下文詳細描述該程序之一實驗實例。
程序1：母版製造步驟
雖然常見之光阻母版包含平坦之矽或石英晶圓，但在實驗中為方便使用用於光碟之近場記錄/重現裝置，無機光阻層亦可沈積於在其上形成一磁軌預凹軌的一塑膠基板上。
該預凹軌具有190奈米之磁軌間距及約20奈米之深度。
形成於該塑膠基板上之一層結構包含一a-Si(非晶矽)熱儲存控制層1b(具有80奈米之厚度)及一層氧化鎢無機光阻層1c(具有40奈米之厚度)。
程序2：表面塗佈形成步驟
在程序1中經受過沈積之該基板的無機光阻層的表面上形成1微米厚度之表面塗佈層1d。
明確言之，表面塗佈層1d由一丙烯酸硬塗佈劑(由JSR Corporation製造，商標名稱「DeSolite」)組成，該丙烯酸硬塗佈劑含有折射率為2.5之TiO2 細粒且經甲基異丁基酮及異丙醇稀釋。
藉由如下程序固定表面塗佈層1d：藉由旋轉塗佈將經稀釋之溶液施覆於基板上，且其後利用紫外線固化。
程序3：近場曝光步驟
藉由包含具有405奈米之波長λ的一半導體雷射光源及1.7之NA的SIL之一記錄光學系統而在無機光阻基板上曝光一光碟之訊坑圖案。
記錄信號係用於BD-ROM(唯重現藍光光碟)的RLL(1-7)pp信號(CLk=66MHz)。
在曝光時，記錄線性密度(BD-ROM；25GB比率)、最小訊坑長度及記錄線性速度為下述四種類型。
(1)樣本1：線性密度=BD-ROM×2.00，最小訊坑長度2T=75奈米，記錄線性速度v=2.46m/s
(2)樣本2：線性密度=BD-ROM×2.50，最小訊坑長度2T=60奈米，記錄線性速度v=1.98m/s
(3)樣本3：線性密度=BD-ROM×2.73，最小訊坑長度2T=55奈米，記錄線性速度v=1.804m/s
(4)樣本4：線性密度=BD-ROM×3.00，最小訊坑長度2T=50奈米，記錄線性速度v=1.65m/s
諸如寫入策略、記錄功率(峰值功率、偏壓功率)等記錄條件在所有樣本中係相同的。峰值功率為8.0mW，而偏壓功率為2.0mW。
存在表面塗佈層1d防止在記錄/重現期間發生聚焦失穩，及防止歸因於在記錄後光阻凸出而發生與SIL接觸，藉此實現穩定之曝光。
程序4：表面塗佈分離步驟
在塗佈後，移除在程序2中形成之表面塗佈層1d以供顯影。
由於表面塗佈材料與無機光阻表面之間具有較弱之黏著力，因此可利用刀具從在光碟周邊形成之一裂縫開始而用手容易地分離表面塗佈層。
另證實歸因於塗佈膜在浸沒於鹼性顯影劑中時膨脹，因此可在幾分鐘內將表面塗佈層自光碟基板完全分離。
由於可在與顯影相同之步驟中執行此方法，故此方法係較實際的。
程序5：顯影步驟
與常見之無機光阻顯影步驟類似，藉由在一購得之有機鹼顯影劑TMAH-2.38%溶液(由Tokyo Ohka Kogyo公司製造，商標名稱「NMD-3」)中浸沒12分鐘而使經受曝光之基板顯影。
結果如下。
圖5A、圖5B、圖5C及圖5D展示經由上述步驟形成之樣本1至4的AFM觀察影像。
在直到圖5C所示之樣本3(線性密度=BD-ROM×2.73)的樣本中，所形成之訊坑均得以明顯分離。
在圖5D所示之樣本4(線性密度=BD-ROM×3.00)中，相鄰訊坑係以具有長度2T之一最小凸軌部(land portion)連接。雖然預期藉由調整記錄功率可完全分離訊坑，但亦發現線性速度方向上之記錄解析度接近極限。
另一方面，作為比較，描述一遠場光學系統中之記錄的記錄解析度極限，該遠場光學系統包含具有405奈米之波長λ的一半導體雷射光源及具有0.95之NA的一物鏡。
圖6A、圖6B、圖6C及圖6D展示樣本5至8的AFM觀察影像，在每個樣本上記錄相同記錄信號RLL(1-7)pp信號之一訊坑列。
雖然信號係記錄於無預凹軌之一常見矽晶圓上，但光阻結構與樣本1至4相同，藉此容許記錄光學系統之比較。磁軌間距為0.32微米。
(1)樣本5：線性密度=BD-ROM×1.50，最小訊坑長度2T=100奈米，記錄線性速度v=3.28m/s
(2)樣本6：線性密度=BD-ROM×1.67，最小訊坑長度2T=90奈米，記錄線性速度v=2.95m/s
(3)樣本7：線性密度=BD-ROM×1.76，最小訊坑長度2T=85奈米，記錄線性速度v=2.79m/s
(4)樣本8：線性密度=BD-ROM×1.88，最小訊坑長度2T=80奈米，記錄線性速度v=2.62m/s
如圖6B之樣本6中看見的，運用90奈米之最小訊坑長度作為一密度，難以在記錄線性速度方向上完全分離訊坑。在NA=1.7之近場記錄系統中，雖然NA記錄解析度極限係2T=50奈米，但該值與記錄解析度極限(2T=90奈米，具有0.95的NA)之NA(即，點直徑)大體上成比例。
即，在此實驗中，近場記錄之效果在NA上展示為一預期值。此表明根據本發明實施例之程序係有效的。
雖然為實驗方便起見，各層係沈積於具有凹軌之塑膠基板上，但是只要使用具有近場光學系統之一專屬曝光裝置且在實際母版製作中使用一平坦母版表面，便可在一平坦之母版表面上進行記錄。
本發明之應用並不限於製造一光碟母版，且其他可能之應用係一常見之微處理裝置(例如，在其中引入X-Y繪製階段)。
另外，表面塗佈層1d中之高折射率材料並不限於TiO2 細粒，可使用具有比SIL之NA高的折射率之任何材料。
然而，於其中混合高折射率材料之光透射材料並不經常改變所使用之材料。
甚至在使用另一高折射率材料時，仍使用容許與醇稀釋及旋轉塗佈的形式。因此，用於形成表面塗佈並分離該塗佈之上述方法可視為具有普遍性。
進一步描述表面塗佈層1d之材料。
隨著高折射率細粒之含量減少及顆粒直徑減小，光透射材料之效能得以改良。此係因為高折射率材料與光透射材料之間的折射率差異可引起光散射。
如下為表面塗佈層1d之平均折射率nc：
其中，n1為高折射率材料之折射率，X為高折射率材料之體積填充速率，n2則為光透射材料之折射率。
即，隨著高折射率材料之折射率增加，其含量下降至一較低值。
作為具有高折射率且可用細粒(顆粒直徑：約5奈米)中形成之材料，較佳地為含有從包含Zr、Nb、Ti、Sn、Ta、Ca及Zn之群組中選出之至少一者的金屬氧化物。特定言之，將TiO2 視為合適的。
使用氧化銦、氧化鋯、氧化鈦、氧化錫、氧化鉭或類似物(在可見光波長區域中無吸收)等氧化物細粒作為無機氧化物細粒。特定言之，將氧化鈦細粒視為較佳的高折射率材料，此係因為氧化鈦細粒具有最高之折射率且化學性質穩定。
高折射率材料之折射率n1具有下述定義。
由物鏡之NA決定平均折射率nc之最小值(當NA=nc時)。
等式1變化為如下形式：
n12 ={(NA)2 -(1-X)‧(n2)2 }/X...　等式(2)
若需要將高折射率材料之體積填充速率X控制在30%或更小，則n1之最小值由等式2定義。
例如，當X=0.3、n1=2.5且n2=1.55時，經計算nc為1.89(大於NA(=1.7))。
另外，當將nc控制在1.7時，n1為2.00。
5.　總結
如上所述，在本發明實施例中，當藉由微影在無機光阻母版1上形成諸如訊坑或凹軌之微圖案時，程序如下。藉由旋轉塗佈在無機光阻母版1之表面上形成含有高折射率材料細粒之表面塗佈層1d(保護薄膜)。
其後，使用一固態浸沒透鏡對無機光阻母版1上之圖案執行近場曝光。接著，移除表面塗佈層1d，且最終執行顯影。
存在表面塗佈層1d可解決無機光阻上之近場記錄問題。
即，存在如下問題：以僅幾十奈米之間隙相鄰於光阻表面的固態浸沒透鏡表面易於受到一聚集點之熱量而自光阻表面蒸發之氣體的污染，藉此干擾間隙伺服信號。由表面塗佈層1d之氣體密封效果解決此問題。
還有如下問題：無機光阻在曝光後之凸出高度大體上相同於光阻與固態浸沒透鏡之間之幾十奈米的間隙長度，藉此引起透鏡與母版之間的接觸問題。藉由表面塗佈層1d之凸出抑制功能解決此問題，以容許穩定之曝光操作。
因此，實現無機光阻程序(此程序展現比有機光阻程序明顯高之解析度)與近場記錄技術(在此技術中一記錄點之直徑隨物鏡之NA的增加而減小)之組合，且因此實現明顯較高之密度。
雖然在本發明實施例中，所描述之實例係將本發明應用於藍光光碟之製造，但是當然，應用並不限於藍光光碟之製造。本發明可應用於在其中已實現較高密度之光碟的製造中。
另外，本發明可應用於一高記錄密度光碟母版之訊坑或凹軌中，及應用於形成用於微處理(於其中期望等效尺寸)的其他圖案中。
本發明包括2008年12月2日向日本專利局申請之日本優先專利申請案JP 2008-257108中揭示之標的相關之標的，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
熟習此項技術者應瞭解取決於設計需求及其他因素可作出各種修改、組合、子組合及變更，只要其等在隨附申請專利範圍或其等效物之範疇內即可。
1．．．無機光阻母版
1a．．．母版基板/支撐件
1b．．．熱儲存控制層
1c．．．無機光阻層
1d．．．表面塗佈層
10．．．壓模
20．．．由樹脂製成之光碟基板
21．．．光透射層/覆蓋層
50．．．近場曝光裝置
53．．．雷射光源
54．．．雷射驅動器
56．．．信號產生器
58．．．光束擴展器
58A．．．透鏡
58B．．．透鏡
59．．．偏振光束分光器
60．．．1/4波長板
61．．．二向分光鏡
62．．．物鏡
62A．．．後透鏡
62B．．．前透鏡
64．．．遮罩
65．．．透鏡
66．．．光接收元件
68．．．雷射光源
69．．．光束擴展器
69A．．．透鏡
69B．．．透鏡
70．．．偏振光束分光器
71．．．1/4波長板
74．．．透鏡
75．．．光接收元件
80．．．控制電路
81．．．致動器
100．．．無機光阻母版
100a．．．母版基板
100b．．．熱儲存控制層
100c．．．無機光阻層
L0．．．記錄層
L1．．．記錄雷射光束
L1R．．．返回光
L2．．．聚焦雷射光束
L2R．．．干涉光
圖1係繪示在本發明之一實施例中使用之一近場曝光裝置的圖式；
圖2A及圖2B係繪示根據一實施例之一近場曝光裝置之一遮罩及光量偵測結果的圖式；
圖3A至圖3I係繪示根據一實施例之製造一光碟的步驟的圖式；
圖4A至圖4D係繪示根據一實施例之一無機光阻母版之近場曝光的圖式；
圖5A至圖5D係展示根據一實施例作為實驗結果之AFM觀察影響的圖式；
圖6A至圖6D係展示作為一比較實例之AFM觀察影響的圖式；
圖7係繪示一無機光阻之高解析度特性的圖式；及
圖8A至圖8C係繪示無機光阻顯影的圖式。
1．．．無機光阻母版
1a．．．母版基板/支撐件
1b．．．熱儲存控制層
1c．．．無機光阻層
1d．．．表面塗佈層
62．．．物鏡
62A．．．後透鏡
62B．．．前透鏡

Claims (5)

  1. 一種製造一母版之方法，其包括以下步驟：在一形成母版之基板上形成一無機光阻層，及在該無機光阻層之一表面上形成含有一高折射率材料之一保護薄膜，該高折射率材料具有一折射率n，該折射率滿足n一曝光光學系統之NA，且該高折射率材料係混合於一光透射材料中，以形成一無機光阻母版；使用該曝光光學系統對來自上述該保護薄膜之該無機光阻母版執行具有NA>1的近場曝光；分離該保護薄膜與經受該曝光之該無機光阻母版；及藉由已與該保護薄膜分離之該無機光阻母版的顯影而形成一包含曝光部分與非曝光部分的凸出/凹入圖案，其中該保護薄膜係藉由旋轉塗佈製程而形成為具有實質上均勻且至少0.5微米的厚度，且一遮罩係安置於返回光透射穿過偏振光束分光器之光學路徑上，藉此防止由於經反射之光的干涉而造成的光量偵測結果之變動。
  2. 如請求項1之製造一母版之方法，其中該保護薄膜中之該高折射率材料係氧化鈦。
  3. 如請求項1之製造一母版之方法，其中該保護薄膜係藉由將該保護薄膜之一組成材料以旋轉塗佈施覆於該無機光阻層之該表面上及其後固化而形成。
  4. 一種製造一母版之方法，其包括以下步驟：在一形成母版之基板上形成一無機光阻層，及在該無機光阻層之一表面上形成含有一高折射率材料之一保護 薄膜，該高折射率材料具有一折射率n，該折射率滿足n一曝光光學系統之NA，且該高折射率材料係混合於一光透射材料中，以形成一無機光阻母版；使用該曝光光學系統對來自上述該保護薄膜之該無機光阻母版執行具有NA>1的近場曝光；分離該保護薄膜與經受該曝光之該無機光阻母版；及藉由該保護薄膜與其分離之該無機光阻母版的顯影而形成一包含曝光部分與非曝光部分的凸出/凹入圖案，其中該保護薄膜係藉由浸沒於用於顯影之一顯影劑中而分離。
  5. 一種製造一光碟之方法，其包括以下步驟：在一形成母版之基板上形成一無機光阻層，及在該無機光阻層之一表面上形成含有一高折射率材料之一保護薄膜，該高折射率材料具有一折射率n，該折射率滿足n一曝光光學系統之NA，且該高折射率材料係混合於一光透射材料中，以形成一無機光阻母版；使用該曝光光學系統對來自上述該保護薄膜之該無機光阻母版執行具有NA>1的近場曝光；分離該保護薄膜與經受該曝光之該無機光阻母版；藉由已與該保護薄膜分離之該無機光阻母版的顯影而形成一包含曝光部分與非曝光部分的凸出/凹入圖案；由經受該顯影之該無機光阻母版形成一壓模；及使用該壓模形成一光碟基板，及在該光碟基板上形成一預定層結構以生產一光碟，其中該保護薄膜係藉由旋 轉塗佈製程形成為具有實質上均勻且至少0.5微米的厚度，且一遮罩係安置於返回光透射穿過偏振光束分光器之光學路徑上，藉此防止由於經反射之光的干涉而造成的光量偵測結果之變動。
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