WO2009133291A1 - Procede et systeme pour l'enregistrement de donnees en nanostructure - Google Patents

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WO2009133291A1
WO2009133291A1 PCT/FR2009/000411 FR2009000411W WO2009133291A1 WO 2009133291 A1 WO2009133291 A1 WO 2009133291A1 FR 2009000411 W FR2009000411 W FR 2009000411W WO 2009133291 A1 WO2009133291 A1 WO 2009133291A1
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WO
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resin
laser
substrate
etching
grooves
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PCT/FR2009/000411
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Inventor
Pascal Andre
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Pascal Andre
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/26—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of record carriers
    • G11B7/261—Preparing a master, e.g. exposing photoresist, electroforming

Definitions

  • the present invention relates to the recording of data in a nanostructure, in particular on a support for optical reading. More specifically, the invention relates to the recording of data corresponding to coded information, for example for reading by optical means, essentially an appropriate laser beam, in particular for obtaining images and / or of sounds.
  • CD audio laser
  • DVD video
  • master disk commonly called Glass Master, or master
  • pressing dies themselves used for the manufacture of optical discs usually made of polycarbonate.
  • the resin layer has a thickness of 10 to 300 nm depending on the format (130 nm for CDs, 158 nm for DVDs, 60 nm for BIu ray (trade name of the association
  • the resin becomes acidic when exposed to light from laser radiation.
  • a base we obtain a salt and water.
  • the exposed areas are thus more or less etched, depending on the application.
  • This treatment with dilute sodium hydroxide (or base) constitutes a development, which is stopped by rinsing with water and then drying.
  • Engraving grooves are thus obtained for recordable (abbreviated: R / RW) products intended for recording and playback, or microcuvettes for registered products (abbreviated to Rom) intended for reading only.
  • the master thus obtained is then metallized and then made into matrices in electrolytic baths by electroplating.
  • phase change materials for third-generation optical discs (abbreviated to BD), essentially HD DVD or BIu ray, which is now the standard or standard for all third-generation consumer DVDs, phase change materials called “Stacks” are used. "instead of the photosensitive resin. The principle remains however the same: one develops the product of the insolation by a suitable laser radiation (or
  • US 2002/022192 A1 describes a technique for obtaining a Glass Master for optical discs, in which a layer of photoresin applied to a substrate is itself coated with an alkaline gel layer which, placed in a very humid atmosphere gives a chemical reaction with the photoresist layer at locations exposed to laser radiation. The exposed surfaces must then be developed and removed by ablation, thereby providing troughs or furrows and inter-furrow surfaces.
  • EP 0561 079 A describes the manufacture of optical discs using a photoresist which, as illustrated in FIGS. 2A-2G, in particular in steps 2C-2D, involves an alkaline attack and development.
  • 2002/071929 A1 describes a technique for improving the etching of digital information recording means, by suppressing the deformation of the grooves or pits by choosing a defined range of values for the modulus of elasticity under compressing a solid component of the photoresist after removal of the solvent component thereof. It is even stated in paragraph 0014 that the photoresins of the family of novolaks based on naphthoquinone diazide-cresol would not be suitable in such an approach, which discouraged the use of resins on the contrary recommended according to the present invention.
  • the nanostructures have multiple uses (solar cells, semiconductors, etc.) in which they increasingly require that the density of information or the surface (PV type) be increased without significant noise. , so the yield.
  • the quality of the engraving is sensitive to the irregularities of the support.
  • the micro-asperities still present on glass substrates of current quality such as those used for this purpose generate disturbances of the etched patterns or require prior treatments of smoothing expensive. In any case, they cause "background noise". The same goes for irregularities and other disturbances of the surface of optical disks.
  • An object of the invention is to propose a method for producing or enabling data recordings to be made according to a nanostructure, in particular on a support for optical reading, with a higher quality and a greater ease of use, while by improving the quality of the recordings made and by lowering the cost of making such recordings.
  • Another object of the invention is to provide recordings for nanostructures, in particular for an optical reading whose recorded data are as little as possible disturbed by the background noise caused by the development stage and by the fine thickness of resin, which marries the asperities of the glass support or the silicon wafer.
  • nanostructure recordings in particular on an optical reading medium, are used in relation to current standards: a greater thickness of photosensitive resin; a laser having a power approximately 20-50% higher than that of a conventional mastering laser, and having a controlled focus, said laser being kept operational at a suitable focus point temperature to provide "etching" inverted, based on swelling of the surface of the resin under the thermal effect of the laser.
  • Fig. 1 schematically shows the formation of a master from a supported resin according to the prior art
  • Fig. 2 schematically shows the formation of a master, with engraving option, according to the present invention
  • Fig. 3 represents an AFM photo (with the "Atomic Force Microscope” type microscope) of a data carrier etching profile (a) according to the prior art and (b) according to the invention, with in each case a gradation scale. the depth of the reliefs of these profiles; and
  • Fig. 4 shows the analysis of a cross section of profiles (Figs 4a and 4b) obtained according to the invention.
  • Fig. 5 graphically represents the width / depth ratios of profiles obtained according to the invention, for different operating conditions.
  • the subject of the invention is a method for producing recordings in nanostructures, in particular on a support for optical reading, in which: a) a suitable substrate is provided as a substrate, and is formed thereon a layer reinforced with photosensitive material (hereinafter referred to as resin or photoresin), b) selectively exposing said resin to at least one high power laser beam and having a controlled focus, while said laser is kept operational at a temperature at the point where sufficient focus to provide inverted "etching" based on swelling of the resin surface under the thermal effect of the laser, and optionally, c) etching the thus-exposed resin by plasma etching, and d) forming a pattern of grooves or grooves in the substrate by etching in said substrate the relief of the resin previously etched as indicated above, or in the continuation of said engraving of the resin.
  • resin or photoresin photosensitive material
  • the pattern is etched by plasma in the resin and in the substrate with selectivity 1 (see below).
  • selectivity 1 selectivity 1
  • greater thickness of resin and “layer of photosensitive material reinforced” is meant a layer of resin greater than the thicknesses of 100 to 500 mm currently practiced in these technical fields.
  • the resin used is a photosensitive resin which can swell during its heating, in particular with gas evolution; it is preferably chosen from conventional resins, for example novolak type (phenol-formaldehyde polymer and / or cresol-formaldehyde), with or without its solvent and its photosensitizer component (in practice rortho-naphthoquinone diazide) .
  • novolak type phenol-formaldehyde polymer and / or cresol-formaldehyde
  • photosensitizer component in practice rortho-naphthoquinone diazide
  • the diazide component is converted into ketene with evolution of nitrogen.
  • a photosensitive resin thickness of about 500 nm to 5 ⁇ m, preferably about 1 ⁇ m, is used.
  • the laser beam to be used according to the invention is of indifferent wavelength. It is preferably selected from semiconductor lasers, preferably from 375 to 405 nm, and more preferably from direct modulation semiconductor lasers having a ramp up time of 3-4 ns.
  • These may for example have a power of about 15-20 mW, while the temperature at the point of focus (if it is determinable) is advantageously adjusted to between 150 and 250 ° C.
  • the thickness of the resin being significantly higher according to the invention than according to the prior art
  • the conventional objective of focusing should be substantially maintained at a minimum. appropriate distance, which is the focal length +500 nm, corresponding to about +500 mV, or in practice +1 ⁇ m corresponding to +800 mV on the oscilloscope.
  • the etching of the photoresist can be achieved by means of a known plasma chamber, by Reactive Ion Etching (RIE) or by a radiofrequency plasma.
  • the etching of the substrate can be carried out with a radiofrequency of a power of 150 W, for example, under a pressure of 50 mtorr, while CHF 3 and SF 6 can be chosen as gas for etching.
  • the etching time at the respective locations concerned determines or conditions the etching depths obtained.
  • a wobble which is a known technique corresponding to an oscillation
  • a track pitch space too low or too much sweeping it can vary, in practice by decreasing, the height in the adjacent track. Indeed, the temperature gradient created at the point of focus then sensitizes the resin of the adjacent track and the reaction at this level is then less important.
  • the groove of the inner adjacent track is decreased by this induced temperature effect.
  • the invention provides a system for recording data on a medium, in particular a medium intended for optical reading, such as for example CD, CDRom, DVD, DVDRom,
  • BD hard disk
  • BDR hard disk
  • BDRE hard disk
  • all recordable formats holographic, etc.
  • This system is characterized in that it comprises means for implementing the aforesaid method.
  • These means are advantageously: a photosensitive resin layer of about 500 nm to 5 ⁇ m thick, deposited on a substrate substrate support, - a semiconductor laser capable of generating a high power beam, and means for focusing of said laser, as well as, optionally, plasma etching means.
  • a photosensitive resin layer of about 500 nm to 5 ⁇ m thick, deposited on a substrate substrate support, - a semiconductor laser capable of generating a high power beam, and means for focusing of said laser, as well as, optionally, plasma etching means.
  • Such a method and such a system do not implement a development step in the conventional sense. Under the effect of the highly focused laser beam temperature, a localized structure change of the resin is obtained, which gives rise to nitrogen evolution and swells at the point of focus. This swelling creates the groove or the microcuvette, in positive, immediately after the action of the laser, without the need for
  • the invention also relates to the nanostructure recording products obtained by steps a) and b), and optionally c) and d) of the method described above.
  • a resin or photoresin thickness for example 20 times the height value, is deposited according to the present invention. desired profiles. So, to create a profile having a final height of 50 nm, is deposited according to the invention for example a resin thickness of about 1.0 micrometer.
  • stampers or matrices which will be used to press the optical discs, as taught in the prior art and on the basis of the knowledge of those skilled in the art.
  • the method according to the invention has a significantly reduced sensitivity to the surface state of the support (glass in this case). Indeed, thanks to the thick resin, the surface is very smooth and gives reasons that even the natural micro-asperities of the support do not disturb.
  • the method according to the invention can be applied to the production of patterns of different heights, consecutive or not, on the photoresist applied to the support. For this, simply increase the power of the laser used: the height of the recording patterns then increases practically proportionally. Similarly, by varying the cooking or non-cooking parameters of the resin and / or the focusing of the laser beam used, the height of the data recording patterns obtained can be adjusted.
  • the height of the structures or pits is 50 nm for small pits (T2) and 60 nm for the longest (T8).
  • this also provides a process tracer: for example, if an element is higher, such as an identification band or an outer groove, this is a sign that the nanostructure in question could have been produced by the process according to the present invention.
  • a data record according to the invention has been prepared on a BD-type support and for comparison purposes according to the prior art.
  • a resin 1 on support 2 insolated by a laser so as to define recessed areas 3 gives, after development by a base, grooves or pits 4.
  • FIG. 2 it can be seen that, according to the invention, a resin 1 on a support 2 before recording (FIG 2a) gives, after the focussed action of a laser kept operational at a temperature appropriate to the focusing point, a resin with inverted recording. , corresponding to a swelling of the resin surface under the thermal effect of the laser (Fig. 2b).
  • this resin (Fig 2c) and the support material (Fig 2d) can be etched, for example by conventional RF plasma, to give a resin 6, while an etched material 7 is obtained by etching, for example also by means of a conventional RF plasma.
  • Fig. 3 shows (a) a data carrier engraving profile obtained according to the prior art with intaglio engraving, while the profile (b) is that obtained by inverted etching, in relief, according to the present invention.
  • Fig. 4 shows the cross section detected by analysis, for profiles obtained according to the invention
  • Figs. 5a to 5c show that heights and widths of profiles can be varied independently. For example, it is possible to set a power which gives a profile width, and then it is cooked to lower the height of this profile.
  • the method and the system according to the invention are also suitable: for the development of future formats of masters, which will require binary or analog profiles at different heights; for the optimization of recordable formats or not, BIu ray or holographic; and for the lowering of the production costs of masters of the various known or possible types.
  • the test results giving the signal-to-noise ratio (expressed in dB) for different sampling frequencies (in MHz) were compared, taking into account a background noise of about 4 dB.
  • UDO RW ref was the best of the masters developed according to the prior art using for the development of the resin a deep UV laser, type 266 nm, while the masters referenced MR1 188 and 8/2/08 were made in accordance with the present invention.
  • steps c) and d) of the method are optional, as optional for at least some applications.

Abstract

L'invention concerne un procédé pour la réalisation d'enregistrements en nanostructures, notamment sur support à lecture optique, comprenant la mise en œuvre d'une épaisseur élevée de résine photosensible, et l'utilisation d'un laser de forte puissance et ayant une focalisation maîtrisée, tandis que ledit laser est maintenu opérationnel à une température au point de focalisation suffisante pour procurer une gravure inversée, reposant sur un gonflement de la surface de la résine sous l'effet thermique du laser. Application à l'obtention de disques maîtres ou de semi-conducteurs.

Description

PROCÉDÉ ET SYSTÈME POUR L'ENREGISTREMENT DE DONNÉES
EN NANOSTRUCTURE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne l'enregistrement de données selon une nanostructure, en particulier sur un support pour une lecture optique. Plus précisément, l'invention concerne l'enregistrement de données correspondant à de l'information codée, par exemple en vue d'une lecture par des moyens optiques, essentiellement un rayon laser approprié, notamment pour l'obtention d'images et/ ou de sons.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE
On connaît les disques laser audio (CD) et vidéo (DVD), lus classiquement au moyen d'un faisceau laser respectivement infra-rouge (longueur d'onde: 780 nm) d'ouverture numérique 0,45 pour le CD et rouge (longueur d'onde: 650/635 nm) d'ouverture numérique 0,9 pour le DVD.
Pour leur fabrication, on doit produire un disque maître (couramment dénommé Glass Master, ou master) qui servira à la fabrication de matrices de pressage, elles-mêmes utilisées pour la fabrication des disques optiques usuellement en polycarbonate.
Pour réaliser ce Glass Master (opération dite de mastering), on applique une résine sur un support plan en verre. La couche de résine a une épaisseur de 10 à 300 nm selon le format (130 nm pour les CD, 158 nm pour les DVD, 60 nm pour le BIu ray (dénomination commerciale de l'association
Blu-ray Disc)). La résine devient acide lorsqu'on l'expose à la lumière d'un rayonnement laser. En la développant avec une base, on obtient un sel et de l'eau. Les zones exposées sont ainsi plus ou moins gravées, selon l'application. Ce traitement avec de la soude diluée (ou base) constitue un développement, que l'on arrête par un rinçage à l'eau, puis un séchage. On obtient ainsi des sillons de gravure pour les produits enregistrables (en abrégé: R/ RW) destinés à l'enregistrement et à la lecture, ou des microcuvettes pour les produits enregistrés (en abrégé Rom) destinés à la lecture uniquement. Classiquement le master ainsi obtenu est ensuite métallisé, puis on en fait des matrices dans des bains électrolytiques, par galvanoplastie.
Pour les disques optiques de troisième génération (en abrégé: BD), essentiellement HD DVD ou BIu ray , ce dernier constituant désormais le standard ou norme pour tous les DVD grand public de troisième génération, on utilise des matériaux à changement de phase dénommés "Stacks" à la place de la résine photosensible. Le principe reste cependant le même: on développe le produit de l'insolation par un rayonnement laser approprié (ou
"master") ou on grave pour obtenir les profils de sillons ou de microcuvettes désirés.
Ainsi les documents ci-après concernent des techniques antérieures préconisées pour au moins certaines de ces applications:
La demande de brevet américain publiée sous le numéro
US 2002/022192 Al décrit une technique d'obtention d'un Glass Master pour disques optiques, dans laquelle une couche de photorésine appliquée sur un substrat est elle-même revêtue d'une couche de gel alcalin qui, placé dans une atmosphère très humide, donne une réaction chimique avec la couche de photorésine aux endroits exposés à un rayonnement laser. Les surfaces exposées doivent ensuite être développées et éliminées par ablation, donnant ainsi des creux ou sillons et des surfaces entre sillons.
La demande de brevet européen publiée sous le numéro EP 0561 079 A décrit la fabrication de disques optiques avec utilisation d'une photorésine qui, comme illustré sur les figures 2A-2G, notamment dans les étapes 2C-2D, fait intervenir une attaque alcaline et un développement. La demande brevet américain publiée sous le numéro US
2002/071929 Al décrit une technique pour l'amélioration de la gravure de moyens numériques d'enregistrement d'information, par suppression de la déformation des sillons ou microcuvettes grâce au choix d'un intervalle de valeurs défini pour le module d'élasticité sous compression d'un composant solide de la photorésine après l'élimination du composant solvant de celle-ci. Il est même indiqué dans le paragraphe 0014 que les photorésines de la famille des novolaques sur base naphtoquinone diazide - crésol ne conviendraient pas dans une telle approche, ce qui dissuadait de mettre en Deuvre des résines au contraire préconisées selon la présente invention. La demande de brevet américain publiée sous le numéro US 2002/172139 Al décrit un moyen pour l'enregistrement numérisé d'infirmation, dans lequel on met en oeuvre en alternance des sillons de section concave et des sillons de section convexe sur la surface du substrat, et comportant une information d'adressage modulée sur les deux parois de la section convexe.
Plus généralement, les nanostructures ont des usages multiples (cellules solaires, semi-conducteurs, etc.) dans lesquels elles nécessitent de plus en plus que l'on y augmente la densité d'informations ou la surface, (type PV) sans bruit significatif, donc le rendement.
Pour simplifier l'exposé, on se concentrera dans la suite sur les applications aux disques optiques, mais il est manifeste que l'homme du métier est apte, sur la base de ses connaissances et des présentes indications, à transposer le raisonnement et les indications fournis ici à toutes autres applications mettant en oeuvre des nanostructures.
Dans l'état actuel des techniques appliquées, la qualité de la gravure est sensible aux irrégularités du support. Ainsi, les micro-aspérités toujours présentes sur les supports en verre de qualité courante tels que ceux utilisés à cet effet génèrent des perturbations des motifs gravés ou nécessitent des traitements préalables de lissage coûteux. Dans tous les cas, elles provoquent du "bruit de fond". Il en va de même pour les irrégularités et autres perturbations de la surface des disques optiques.
De plus, ces Stacks sont chers à produire et difficiles à maîtriser, pour ce qui concerne leur reproductibilité d'une machine à l'autre, ainsi que dans le temps.
Il existe alors un besoin pour un procédé plus fiable pour l'obtention de supports de données son et/ ou image à lecture optique qui soient moins sensibles aux irrégularités et aux salissures et rayures de surface, et qui autorisent une plus grande densité d'enregistrement, en particulier en vue de permettre l'édition de supports de données ayant un contenu plus dense et/ ou plus varié, ces supports de données étant notamment destinés à des usages interactifs comme par exemple les jeux vidéo, les films avec choix de différentes prises de vues, et également les films pour visionnage en relief, entre autres. RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Un objectif de l'invention est de proposer un procédé pour réaliser ou permettre de réaliser des enregistrements de données selon une nanostructure, en particulier sur un support pour une lecture optique, avec une plus grande qualité et une plus grande facilité d'utilisation, tout en améliorant la qualité des enregistrements effectués et en abaissant le coût de réalisation de tels enregistrements.
Un autre objectif de l'invention est de procurer des enregistrements pour nanostructures, notamment pour une lecture optique dont les données enregistrées sont le moins possible perturbées par le bruit de fond provoqué par l'étape de développement et par l'épaisseur fine de résine, qui épouse les aspérités du support en verre ou de la tranche de silicium.
Ces objectifs sont atteints au moyen d'un système et d'un procédé dans lesquels on utilise pour la réalisation des enregistrements en nanostructures, notamment sur support à lecture optique, par rapport aux standards actuels: une plus grande épaisseur de résine photosensible; un laser ayant une puissance supérieure d'environ 20-50% à celle d'un " laser de mastering classique, et ayant une focalisation maîtrisée; - ledit laser étant maintenu opérationnel à une température au point de focalisation appropriée pour procurer une "gravure" inversée, reposant sur un gonflement de la surface de la résine sous l'effet thermique du laser.
D'autres objets de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, où les formes de réalisation décrites sont fournies à des fins uniquement illustratives, et ne limitent en aucune manière la portée de l'invention.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise, et d'autres objectifs, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement, à la lumière de la description détaillée ci-après des modes de réalisation préférés, donnés à titre purement illustratif et nullement limitatif, tandis que sont annexées à ladite description des planches de dessin dans lesquelles:
Fig. 1 représente de manière schématique la formation d'un master à partir d'une résine sur support selon la technique antérieure; Fig. 2 représente de manière schématique la formation d'un master, avec option gravure, conformément à la présente invention;
Fig. 3 représente une photo AFM (au microscope de type " Atomic Force Microscope") d'un profil de gravure de support de données (a) selon la technique antérieure et (b) selon l'invention, avec dans chaque cas une échelle de gradation de la profondeur des reliefs de ces profils; et
Fig. 4 montre l'analyse d'une section transversale de profils (Figs 4a et 4b) obtenus selon l'invention.
Fig. 5 représente graphiquement les rapports largeur /profondeur de profils obtenus selon l'invention, pour différentes conditions opératoires.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
Sous un premier aspect, l'invention a pour objet un procédé pour la réalisation d'enregistrements en nanostructures, notamment sur support pour lecture optique, dans lequel: a) on procure un support plan formant substrat approprié, et on forme sur celui-ci une couche renforcée de matière photosensible (ci-après dénommée résine ou photorésine), b) on expose sélectivement ladite résine à au moins un faisceau laser de forte puissance et ayant une focalisation maîtrisée, tandis que ledit laser est maintenu opérationnel à une température au point de focalisation suffisante pour procurer une "gravure" inversée, reposant sur un gonflement de la surface de la résine sous l'effet thermique du laser, et en option, c) on grave la résine ainsi exposée, par gravure au plasma, et d) on forme un motif de sillons ou rainures dans le substrat par gravure dans ledit substrat du relief de la résine préalablement gravée comme indiqué ci-dessus, ou dans la continuation de ladite gravure de la résine.
Dans une forme de réalisation avantageuse, le motif est gravé par plasma dans la résine et dans le substrat avec une sélectivité 1 (voir plus loin). Par "plus grande épaisseur de résine" et "couche renforcée de matière photosensible" on entend une couche de résine supérieure aux épaisseurs de 100 à 500 mm actuellement pratiquées dans ces domaines techniques.
En option on peut prévoir, une étape de cuisson classique si l'on veut faire varier ou adapter la largeur du profil par rapport à sa hauteur.
Dans le procédé et le système selon l'invention, la résine mise en oeuvre est une résine photosensible susceptible de gonfler lors de son chauffage, notamment avec dégagement gazeux; elle est de préférence choisie parmi les résines classiques, par exemple de type novolaque (polymère de phénol-formaldéhyde et/ ou de crésol-formaldéhyde), accompagnée ou non de son solvant et de son composant photosensibilisateur (en pratique de rortho-naphtoquinone diazide).
Sous l'effet du rayonnement, le composant diazide se transforme en cétène, avec dégagement d'azote. Dans une forme de réalisation préférée, on utilise comme résine le produit commercialement dénommé Microposit S 1805 ou 1813 de la société Shipley Company, LLC (Tustin, CA, USA), qui a l'avantage d'être peu coûteux car c'est un produit standard.
Dans une forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on utilise une épaisseur de résine photosensible d'environ 500 nm à 5 μm, de préférence d'environ 1 μm.
Le faisceau laser à utiliser selon l'invention est de longueur d'onde indifférente. Il est de préférence choisi parmi les lasers à semi-conducteurs, avantageusement de 375 à 405 nm, et plus avantageusement parmi les lasers à semi-conducteurs à modulation directe et ayant un temps de montée en puissance de 3-4 ns.
L'homme du métier, sur la base de ses connaissances et des indications fournies ici, est apte à sélectionner les lasers qui conviennent.
Ceux-ci peuvent par exemple avoir une puissance d'environ 15-20 mW, tandis que la température au point de focalisation (si elle est déterminable) est avantageusement ajustée entre 150 et 250°C environ.
Quant à la focalisation du faisceau laser, elle doit de préférence répondre aux considérations suivantes: l'épaisseur de la résine étant nettement plus élevée selon l'invention que selon la technique antérieure, l'objectif classique de focalisation doit être sensiblement maintenu à une distance appropriée, qui est la distance focale +500 nm, correspondant à environ +500 mV, ou en pratique +1 μm correspondant à + 800 mV sur l'oscilloscope.
La gravure de la photorésine peut être obtenue au moyen d'une chambre à plasma connue, par Reactive Ion Etching (RIE, ou gravure par ions réactifs) ou par un plasma à radiofréquence. La gravure du substrat peut s'effectuer avec une radiofréquence d'une puissance de 150 W, par exemple, sous une pression de 50 mtorr, tandis que CHF3 et SF6 peuvent être choisis comme gaz pour la gravure. La durée de gravure aux endroits respectifs concernés détermine ou conditionne les profondeurs de gravure obtenues.
Dans les formes de réalisation dans lesquelles on choisit d'appliquer une vobulation, qui est une technique connue correspondant à une oscillation, il peut apparaître un effet de proximité entre les sillons. Ainsi, si l'on désire mettre en oeuvre un sillon trop haut, un espace entre pistes (track pitch) trop faible ou une vobulation trop importante, cela peut faire varier, en pratique en la diminuant, la hauteur dans la piste adjacente. En effet, le gradient de température créé au point de focalisation sensibilise alors la résine de la piste adjacente et la réaction à ce niveau est alors moins importante. De même, le sillon de la piste adjacente interne se trouve diminué par cet effet de température induite.
En pratique, il convient donc de préférence d'abaisser cette amplitude de vobulation pour obtenir un compromis acceptable, que l'homme du métier est apte à établir pour chaque type de format. Pour un espace entre pistes trop faible, il est recommandé d'abaisser la puissance du laser pour éviter ou minimiser l'altération de la piste adjacente. La hauteur du sillon est alors plus faible, mais cela peut être compensé, conformément à la présente invention, par un changement d'épaisseur de la résine, en pratique par une augmentation de cette épaisseur. Dans la pratique, le support plan formant substrat peut être composé de verre, de quartz, de céramique, de plaquettes de silicium, de plaques de métal, ou encore de plaques métallisées sous vide. L'homme du métier est apte à açlapter à chaque d'espèce les techniques de gravure employées selon l'invention. Sous un autre aspect, l'invention vise un système pour l'enregistrement de données sur un support, notamment un support destiné à une lecture optique, comme par exemple CD, CDRom, DVD, DVDRom,
BD, disque dur, BDR, BDRE, et tous les formats enregistrables, holographiques, etc.
Ce système est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mise en oeuvre du procédé susdit. Ces moyens sont avantageusement: une couche de résine photosensible d'environ 500 nm à 5 μm d'épaisseur, déposée sur un support plan formant substrat, - un laser à semi-conducteurs apte à générer un faisceau de forte puissance, et des moyens de focalisation du dit laser, ainsi que, en option, des moyens de gravure par plasma. Un tel procédé et un tel système ne mettent pas en oeuvre une étape de développement au sens classique. Sous l'effet de la température du faisceau laser hautement focalisé, on obtient un changement de structure localisé de la résine, qui donne lieu à un dégagement d'azote et gonfle au point de focalisation. Ce gonflement crée le sillon ou la microcuvette, en positif, immédiatement après l'action du laser, sans qu'il y ait besoin de développement, qui constitue en lui-même une étape polluante, pour la rugosité de surface ou le bruit de fond.
On obtient ainsi une bosse au lieu d'un creux, mais le profil de l'empreinte gravée est par ailleurs identique ou similaire, et peut même être modulé (voir plus loin).
Par conséquent, il convient ensuite, comme le comprendra très bien l'homme du métier, d'inverser la rotation à la gravure (ou mastering).
L'invention concerne également les produits d'enregistrement en nanostructure obtenus par les étapes a) et b), et en option c) et d) du procédé décrit plus haut.
Contrairement aux procédés classiques de mastering des disques optiques dans lesquels on dépose une épaisseur de résine définissant la hauteur finale des profils en creux ou informations, on dépose selon la présente invention une épaisseur de résine ou photorésine ayant par exemple 20 fois la valeur de la hauteur des profils désirés. Ainsi, pour créer un profil ayant une hauteur finale de 50 nm, on dépose selon l'invention par exemple une épaisseur de résine de 1,0 micromètre environ.
Le "master" ou disque-maître ainsi réalisé est ensuite métallisé classiquement. On peut alors fabriquer des pièces en galvanoplastie dénommées Stampers ou matrices, qui serviront à presser les disques optiques, comme enseigné dans la technique antérieure et sur la base des connaissances de l'homme du métier.
On a trouvé de manière inattendue que les motifs des profils de gravure ainsi réalisés sont nettement mieux définis et présentent beaucoup moins de bruit de fond que ceux que permet de réaliser la technique antérieure, même la plus perfectionnée (voir Figs. 2 et 3).
Comme on peut le voir d'après une comparaison des figures 3a et 3b, la structure des profils d'enregistrement selon l'invention est nettement plus lisse. La technique antérieure prise comme comparaison produit une rugosité plus importante.
On peut alors diminuer la taille d'un sillon ou des informations (pits) et également diminuer la dimension des intervalles entre les sillons ou les informations (pits). Cet intervalle est appelé "Track Pitch".
L'homme du métier comprendra aisément que cela constitue un avantage indéniable et un progrès significatif par rapport aux techniques actuellement connues et pratiquées.
D est par conséquent facile de réaliser avec la technique selon l'invention des enregistrements de données au format BIu ray R
(enregistrable) ou Rom (enregistré), sur une résine classique, un support classique et des équipements également classiques, existants. Cela permet d'opérer sans avoir besoin d'acquérir de nouvelles machines onéreuses.
Le procédé selon l'invention présente une sensibilité significativement réduite à l'état de surface du support (verre en l'occurrence). En effet, grâce à la forte épaisseur de résine, la surface est très lisse et donne des motifs que même les micro-aspérités naturelles du support ne perturbent pas.
Cela permet d'abaisser le coût de fabrication des supports de tels enregistrements, y compris des supports pour la technologie BIu ray .
Au surplus, le procédé selon l'invention peut être appliqué à la réalisation de motifs de différentes hauteurs, consécutifs ou non, sur la résine photosensible appliquée sur le support. Pour cela, il suffit d'augmenter la puissance du laser employé: la hauteur des motifs d'enregistrement augmente alors pratiquement proportionnellement. De même, en faisant varier les paramètres de cuisson ou non-cuisson de la résine et/ ou la focalisation du rayon laser utilisé, on peut ajuster la hauteur des motifs d'enregistrement de données obtenus.
Pour un format BD, la hauteur des structures ou pits est de 50 nm pour les petits pits (T2) et de 60 nm pour les plus longs (T8).
Le fait de pouvoir selon l'invention réaliser des sillons extérieurs au format plus hauts (ou plus profonds) permet d'avoir un meilleur contraste optique pour le percement du trou central des matrices.
Subsidiairement, cela procure également un traceur de procédé: à titre d'exemple, si un élément est plus haut, notamment une bande d'identification ou un sillon extérieur, c'est là un signe de ce que la nanostructure en cause a pu être élaborée par le procédé selon la présente invention.
Egalement grâce au procédé et au système conformes à l'invention, il devient possible d'effectuer une lecture des enregistrements immédiatement ou quasi-immédiatement après que les informations ont été inscrites sur la résine (en LBR) et donc, si on le souhaite, de corriger éventuellement la puissance du laser (en "close loop", ou mode lecture après écriture ("reading after writing").
A titre d'exemple non limitatif, on a élaboré un enregistrement de données conformément à l'invention sur un support de type BD et à titre comparatif selon la technique antérieure. Si l'on se réfère à la Fig. 1, on voit que, selon la technique antérieure, une résine 1 sur support 2, insolée par un laser de manière à définir des zones en creux 3 donne, après développement par une base, des sillons ou microcuvettes 4.
Sur la Fig. 2, on voit que, selon l'invention, une résine 1 sur support 2 avant enregistrement (Fig. 2a) donne, après action focalisée d'un laser maintenu opérationnel à une température appropriée au point de focalisation, une résine avec enregistrement inversé 5, correspondant à un gonflement de la surface de la résine sous l'effet thermique du laser (Fig. 2b).
En option, on peut graver cette résine (Fig. 2c), ainsi que le matériau support (Fig. 2d), par exemple par plasma RF classique, pour donner ainsi une résine 6, tandis qu'un matériau 7 gravé est obtenu par gravure par exemple également au moyen d'un plasma RF classique.
La Fig. 3 montre (a) un profil de gravure de support de données obtenu selon la technique antérieure avec gravure en creux, alors que le profil (b) est celui obtenu par gravure inversée, en relief, selon la présente invention.
La Fig. 4 montre la section transversale décelée par analyse, pour des profils obtenus selon l'invention
Les représentations graphiques des Figs. 5a à 5c montrent que l'on peut faire varier les hauteurs et les largeurs de profils indépendamment. On peut par exemple fixer une puissance qui donne une largeur de profil, puis on cuit pour baisser la hauteur de ce profil.
Le procédé et le système selon l'invention conviennent également: pour l'élaboration des formats futurs de masters, qui nécessiteront des profils binaires ou analogiques à différentes hauteurs; pour l'optimisation des formats enregistrables ou non, BIu ray ou holographiques; et pour l'abaissement des coûts de production de masters des différents types connus ou envisageables. On a ainsi comparé les résultats de tests donnant le rapport signal/bruit (exprimé en dB) pour différentes fréquences d'échantillonnage (en MHz), en tenant compte d'un bruit de fond d'environ 4 dB. Dans ces tests, UDO RW ref était le meilleur des masters élaborés selon la technique antérieure utilisant pour le développement de la résine un laser UV profond, type 266 nm, tandis que les masters référencés MRl 188 et 8/2/08 étaient réalisés conformément à la présente invention.
Le tableau ci-dessous relate les résultats obtenus dans ces tests.
Fréquence en MHz
Type de master 3,55 7,65 10,40 16,00
8/2/08 Master 56,40 59,00 61,40 65,70
MR1188 55,80 59,50 62,00 64,10
UDO RW ref 52,90 55,90 57,40 61,50 On constate que le bruit de fond sur les deux tests effectués avec un master élaboré conformément à l'invention est supérieur de 3 à 4 décibels (selon la fréquence d'échantillonnage) à celui obtenu dans tous les cas avec le master de référence, conforme à la technique antérieure. Cela constitue une importante amélioration pour les formats enregistrables actuels, et surtout futurs, et pour toutes les nanostructures au sens large, envisageables pour l'enregistrement de données sous forme codée.
Ce procédé devrait s'imposer pour le format BDRE (format BIu ray enregistrable) 6x, pour lequel le niveau de signal/bruit devra être bas.
De manière générale, comme on l'a déjà décrit plus haut, on peut ainsi, conformément à l'invention, graver une photorésine de façon anisotrope, puis graver en continu le matériau formant substrat pour ladite résine. Avec une sélectivité de 1 (vitesse de gravure du matériau formant substrat/ vitesse de gravure de la résine = 1), on obtient dans le matériau le même profil que dans la résine. On peut ainsi réaliser des semi-conducteurs dans lesquels un profil en positif (en surépaisseur) est transféré dans le matériau du substrat, tel qu'une tranche de silicium.
Comme indiqué plus haut, les étapes c) et d) du procédé sont optionnelles, car facultatives au moins pour certaines applications.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour la réalisation d'enregistrements en nanostructures, notamment sur support pour lecture optique, caractérisé en ce que: a) on procure un support plan formant substrat approprié, et on forme sur celui-ci une couche renforcée de résine photosensible, b) on expose sélectivement ladite résine à au moins un faisceau laser de forte puissance et ayant une focalisation maîtrisée, tandis que ledit laser est maintenu opérationnel à une température au point de focalisation suffisante pour procurer une "gravure" inversée, reposant sur un gonflement de la surface de la résine sous l'effet thermique du laser, et en option, c) on grave la résine ainsi exposée, par gravure au plasma, et d) on forme un motif de sillons ou rainures dans le substrat par gravure dans ledit substrat du relief de la résine préalablement gravée comme indiqué ci-dessus, ou dans la continuation de ladite gravure de la résine.,
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le motif est gravé par plasma dans la résine et dans le substrat avec une sélectivité 1.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de résine a une épaisseur d'environ 500 nm à 5 μm, de préférence environ 1 μm.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de cuisson classique pour faire varier ou adapter la largeur du profil de sillons ou rainures par rapport à sa hauteur.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine mise en oeuvre est une résine photosensible susceptible de gonfler lors de son chauffage, notamment avec dégagement gazeux.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine est choisie parmi les résines classiques, notamment de type novolaque.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la résine est choisie parmi les résines polymères de phénol-formaldéhyde et/ ou de crésol/ formai déhy de, et est accompagnée de son solvant et de son composant photosensibilisateur.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le photosensibilisateur est l'ortho-naphtoquinone diazide.
9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit laser est un laser à semi-conducteurs, notamment de 375 à 405 nm, de préférence un laser à semi-conducteurs à modulation directe et ayant un temps de montée en puissance de 3-4 ns.
10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit laser a une puissance d'environ 15-20 mW, tandis que la température au point de focalisation est avantageusement ajustée entre 150 et 250°C environ.
11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la focalisation du faisceau laser est à la distance focale +500 nm, correspondant à environ +500 mV, ou en pratique à +1 μm correspondant à + 800 mV sur l'oscilloscope.
12. Système pour l'enregistrement de données sur un support, notamment un support destiné à une lecture optique, caractérisé en ce qu'il comporte: une couche de résine photosensible d'environ 500 nm à 5 μm d'épaisseur, déposée sur un support plan formant substrat, un laser à semi-conducteurs apte à générer un faisceau de forte puissance, et des moyens de focalisation du dit laser, ainsi que, en option, des moyens de gravure par plasma.
13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est destiné à l'obtention de CD, CDRom, DVD, DVDRom, BD, disque dur, et tous formats enregistrables, tels que notamment BDR et BDRE.
14. Produit d'enregistrement en nanostructure obtenu par les étapes a) et b), et en option c) et d) du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
15. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1-11 ou du système selon la revendication 12 pour la préparation d'un disque-maître.
16. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1-11 ou du système selon la revendication 12 pour la préparation d'un traceur de procédé.
17. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1-11 ou du système selon la revendication 12 pour la préparation d'un semi-conducteur.
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