专利名称：形成深坑区域的方法及其在制作光学记录介质中的应用的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及用于形成至少一坑的方法，包括下述连续步骤 局域化处理由能够改变物理状态的材料形成的第一层的至少一区域，以 使所述区域从第 一物理状态转变为第二物理状态；以及 通过所述第一层的自由表面来选择性蚀刻所述区域。 本发明还涉及在光学记录介质的制作中这种方法的应用。
背景技术：
光学记录介质或光盘通常包括至少一聚碳酸脂基板，该聚碳酸脂基板包 括又称为"槽脊(land)"和"凹坑(pit)"且与信息数据相对应的凸起区域 和凹陷区域。基板因此包括根据预定图案被图案化的自由表面。通常通过使用模具或模型(matrix)支座(也称为母盘或沖模机)的注 射成型法来大批量生产这种基板。模型支座的自由表面之一被图案化成与基 板所需的预定图案互补的形状。从样模(original model)获得该模型支座。 例如，美国专利申请US-A-2005/0045587描述了 一种用于制作光盘的样模的 生产方法以及所述光盘的利记博彩app。样模是由包含基板和热敏材料层的叠层 制成，其中基板例如是由玻璃或硅制成。该热敏材料为通过将该层暴露于光 引起发热时能够改变状态的氧化锑。通过将热敏材料层的自由表面的特定区 域暴露于激光束并除去所述暴露区域，由此图案化该热敏材料层的自由表 面。这种操作由此使得可以在热敏材料层内形成槽脊和凹坑。得到的样模随 后用于形成金属母盘，该金属母盘设计来作为通过注射成型来制作光盘的模 具。自从在光学记录介质上特别是在紧凑盘(CD)类型介质上存储数据的 方法出现以来，雕刻图案的尺寸已经减小好几倍。然而，对于包括使用蓝色 激光的光学介质(以"蓝光"(Blu-Ray)光盘的名称更为人所熟知)的最新 一代光学记录介质之一，最近的发展趋势是与通常支持介质相比在基板中形 成更深的坑。对于只读存储器(ROM)而言，设想用于"蓝光"光盘的坑的深度约为80nm,而对于可记录光盘(R型光盘)和可再写光盘(或RW光 盘)而言，该坑的深度约为40nrn 。诸如在例如美国专利申请 US-A-2005/0045587中所描述的，光学记录介质用的模具的常规利记博彩app无 法获得如此深度水平的槽脊。通过发热引起的相变实际上被限制在热敏材料 层的表面而无法对所述层进行深的图案化。通常计算热敏材料层的厚度以优 化该材料的热响应。然而，由于待暴露的区域通常必须呈现小的截面，因此 该响应在穿透深度方面受限制。大的热穿透深度实际上使待暴露的区域出现 大的展宽以及暴露时间的延长，暴露时间的延长也有助于所暴露的区域的展 宽。在专利申请WO-A-2005/101398中，提出了通过在热敏材料层和基板之 间布置一中间层来增加坑的深度，其中该中间层设计成^1图案化以延伸形成 于热敏材料层内的坑。热敏材料层随后用做暴露用掩模。藉由本身图案化的 该热敏材料层，由此执行对中间层的图案化。基板的自由区域，即，与形成 于热敏材料层内以及中间层内的坑相吻合的基板区域，也可以被蚀刻从而更 进一步增加坑的深度。这种情况下，热敏材料层形成用于基板的蚀刻掩模。这种方法使得可以获得与常规方法相比更深的坑。然而这种方法存在至 少两个主要缺陷。首先，通常由光敏抗蚀剂制成的中间层必须在高温下经历 硬化热处理，从而使得可以沉积热敏材料层。然而这种热处理损伤了光壽丈抗 蚀剂的光敏性能,这对于其后续的图案化是有害的。类似地，热敏材料层的 暴露会损伤布置于该层下的中间层的性能。更为通常地，.与获得深坑相关联的问题也出现在光学记录介质之外的领 域。对于光刻领域尤为如此。在专利申请US-2004/0209199中，通过由不同材料例如铜和铝制成的两 层叠置的子层的叠层，形成热敏材料层。然而， 一旦被图案化，该热敏材料 层用做掩模，用以在基板内蚀刻出小的凸起和凹入标记。掩模随后除去，且 如此被蚀刻的基板用做样模。因此这种方法无法获得用于最新一代的光学记 录介质的足够深的坑。发明内容本发明的目的在于，特别是当制作光学记录介质时，容易且经济地形成 深坑，同时克服现有技术的缺点。根据本发明，该目的是通过下述方法来达成，该方法包括在局域化处 理步骤之前，形成由该第一层和第二层形成的叠层的步骤，该第二层是由处于其第二物理状态的所述材料形成；以及，继续选择性蚀刻步骤，直至最初 由第 一层的经过处理的区域覆盖的该第二层的区域;波除去。更具体而言，该材料是藉由热作用从亚稳热力学状态转变为稳定热力学 状态的材并十，且特别地为相变材料。
通过附图所示以及仅作为非限制性示例的本发明具体实施例的下述描述，本发明的其他优点和特征将更为显而易见，附图中图1至4通过截面图示意性示出本发明 一具体实施例的在叠层中形成深 坑的不同步骤。图5至7通过截面图示意性示出本发明一实施例的形成所述叠层的不同 步骤。图8至IO通过截面图示意性示出本发明另一实施例的形成所述叠层的 不同步骤。图11和12通过截面图示意性示在形成深坑时使用的叠层的备选实施例。
具体实施方式
从一叠层形成至少一坑，该叠层包括第一层，由能够改变物理状态的材料形成；以及第二层，由与形成该第一层的材料相同的材料形成，但处于与该第一层 的材料的物理状态不同的物理状态且优选地与该第一层的材料的物理状态 相比对蚀刻更敏感。通过第一层的自由表面来处理第一层的一区域，以使所述区域从其初始 物理状态，即整个第一层的物理状态，转变为与第二层的物理状态相对应的 另一物理状态。随后通过第一层的自由表面来执行选择性蚀刻步骤，以除去第一层的先 前经过处理的区域。藉由经过蚀刻的第一层，继续该蚀刻步骤，直至最初由 第 一层的经过处理的区域覆盖的第二层的区域被完全除去。第 一层随后作为用于第二层的阻挡层或蚀刻掩模。第 一层和第二层各自的蚀刻区域随后形成一坑，该坑的深度对应于第一 层和第二层的厚度之和。图1至4出于示范性的目的说明了在叠层2内形成至少一坑l的具体实 施例，其中叠层2包括第一层3，由处于第一物理状态例如亚稳热力学状态且优选地由于热作 用能够转变为第二物理状态例如稳定热力学状态的材料制成；以及第二层4，由处于其第二物理状态的所述材料制成。在图l至4所示的实施例中，叠层2形成于例如由玻璃或硅制成的基板 5上。如图l所示，第二层4布置于基板5和第一层3之间。第一层3和第二层4的材料优选地为相变材料，例如选自由锗、锑、碲、 铟、硒、铋、银、镓、锡、铅和砷组成的组的至少两种元素的合金。例如， 通过濺镀Ge2Sb2Tes靶来获得该材料。相变材料实际上提供了由于热作用而能够从非晶相转变为结晶相的优 点。例如，通过以受控方式施加诸如激光束的聚焦光学辐射至所述材料的表 面，引起所述材料温度上升，由此实现这种相变。因此，优选地在第一层3内使用非晶形式的该相变材料，且在第二层4 内使用结晶形式的该相变材料。在图2中，第一层3的区域3a以受控方式通过所述层3的自由表面3b 而暴露于聚焦光学辐射6。辐射6导致所述区域3a内的发热和相变。按照本 领域技术人员所知的常规方式来控制区域3暴露于聚焦光学辐射6以及(适 当情形下的)如此被加热的区域3a的冷却，从而使区域3a发生所需的相变。所述区域3a内的材料于是处于与第二层4相同的相，即，对于相变材 料的情形下的结晶相，而未暴露于光学辐射6的第一层3的部分仍处于该材 料的初始相，即，对于相变材料的情形下的非晶相。第一层3的未暴露部分呈现比暴露区域3a低的蚀刻倾向。优选地，构 成第一层3的未暴露部分的材料的物理状态对用于除去区域3a的蚀刻不敏 感。因此，如图3所示，通过第一层3的自由表面3b,例如藉由化学蚀刻来 选择性地蚀刻区域3a,而第一层3的未暴露部分保留。除去区域3a则显露出第二层4的区域4b的自由表面4a。第二层4内的 所述区域4b对应于最初由第一层3的区域3a覆盖的部分。在图3中，用位于两条虚线之间的第二层4的区域来表示所述区域4b。如图4所示，通过第三层3继续该选择性蚀刻步骤，直至区域4b被除 去且最初由区域4b覆盖的基板5自由表面的部分被显露出。在区域4b的选 择性蚀刻中，第一层3作为蚀刻阻挡层或蚀刻掩模。因此允许仅对最初位于 区域3a下方的区域4b进行蚀刻，而由第 一层3未暴露部分覆盖的第二层4 的其余部分则被保留。可以全部或部分除去区域4b，这^L待形成的坑所需的 深度而定。此外，对于相变材料的情形，结晶相的材料通常呈柱状结构，使 得蚀刻能够以与自由表面4a成直角的方式进行。勾划通过蚀刻区域4b而清 出的空间的侧壁因此继续延伸勾划通过蚀刻区域3a而清出的空间的侧壁。 如此，所述两个清出的空间具有相同的横向截面。由区域3a和4b清出的空间于是形成坑l。有利地，如果第一层3的初 始物理状态对蚀刻不敏感，则坑1的深度对应于第一层3和第二层4的厚度容易地实施。如前所述，在诸如相变材料的热敏材料的层内形成坑的深度实 际上受到由光学辐射所导致的热浪(heatwave)减小的穿透深度限制。然而 根据本发明，通过在基板和热敏材料的初始层之间添加中间层，该中间层能 够延续该初始层而被蚀刻，则可以增加坑的深度，且同时保持小的暴露截面。 此外，本发明的中间层提供的优点为，与专利申请WO-A-2005/101398所述 的情形相比，坑形成工艺更容易实施且更经济。通过本发明的方法，所使用 的中间层即第二层4，实际上确实克服了专利申请WO-A-2005/101398中所 述的光敏抗蚀剂层的缺点。使用与初始层的材料相同的材料形成的中间层， 这实际上有利于形成叠层2而不损伤后者的性能。图1所示的叠层2事实上可以容易地实现。例如，如图5至7所示，通 过在基板5上先形成第二层4并随后沉积第一层3,由此可以制作叠层2。 在基板5上沉积预备层7来形成第二层4，预备层7具有与第二层4所需厚 度相对应的预定厚度e。通过沉积设计成用于形成第一层3和第二层4的材 料来形成预备层7，该材料处于与第一层3所需的物理状态相对应的物理状 态。因此，对于相变材料，例如沉积非晶形式的预备层7。预备层7随后被 处理以实现相变。更具体而言，例如通过受控热处理，整个预备层7可以被 进行加热以实现相变，例如对于相变材料情形下的晶化。随后执行非晶形式 所述材料的新的沉积，以形成第一层3。在图8至10所示的备选实施例中，并非通过连续沉积层，而是通过单 次沉积预备层7'，由此在基板5上形成第二层4和第一层3。这种情况下， 与图5所示的预备层7相似，预备层7'由设计成构成第一层3和第二层4的 材料组成。形成所述预备层7，的材料也沉积为第一层3所需的物理状态。然 而，预备层7，的厚度e，大于图5所示预备层7的厚度e。该厚度e，有利地对 应于第一层3和第二层4所需的厚度之和。随后通过基板5的自由表面执行 受控处理，以使预备层7，的一部分转变为第二层4所需的第二物理状态。该 处理应用于预备层7'的整个表面，使得预备层7，的经过处理的部分形成第二 层4，预备层7，的其余部分形成第一层3。对于相变材料，该受控处理有利地为使得预备层7，的一部分能够从非晶 态转变为结晶态的热处理。例如通过对预备层7，应用一温度梯度来执行该热 处理，该温度梯度从预备层7'和基板5之间的界面朝预备层7，的自由表面递 减。例如通过应用光学辐射8来执行的所述热处理在给定深度上使该材料结 晶，该给定厚度与第二层4的厚度相对应。这种情况下，第二层4的厚度不 受到光学辐射8的应用所限制。由于后者实际上应用于基板的整个自由表面， 因此不存在由于待暴露区域的减小的截面要求所引起的热穿透限制。这种情 况下，基板对于所述光学辐射8自然是透明的。例如，使用例如由80nm厚的非晶Ge2Sb2Tes制成的预备层7，，根据本 实施例来制作包括30nm厚的第一层3和50nm厚的第二层4的叠层2。在 惰性气氛中通过基板5将预备层7，加热至200。C,实现第二层4的结晶。通 过暴露于波长为405nm，数值孔径为0.9且功率为2mW的聚焦激光束来执 行加热。激光束以接近lm/s的线速度在基板5上方移动。随后执行蚀刻步 骤，在室温下在NaOH浴中形成深坑。如图11所示，可以在沉积预备层7，之前沉积中间层9，以增强形成预备 层7，的材料的状态变化。对于相变材料的情形，中间层9例如作为晶体生长 的种子。例如可以通过沉积氮化锗(GeN)来获得中间层9。中间层9还可 以在沉积预备层7之前用于图5所示的实施例。最后，在执行设计成形成第二层4的受控处理之前，可以在预备层7， 上沉积顶层IO。顶层10的作用在于，在受控处理步骤中将预备层7，的顶部 保持在给定温度，且例如促进将热梯度应用于所述层7'的两个对立表面之 间。随后通过添加到叠层2上的材料来形成顶层10。这种方法尤其可以用于诸如"蓝光"光盘的光学记录介质，且特别可以 用于制作母盘。这种方法还可以用于需要形成深坑区域的其他领域，且尤其可以用于光刻工艺。例如，该方法可以用于樣W几电系统(MEMS)的制作或者用于生物 或化学应用的微流体领域。本发明不限于上述实施例。更具体而言，可应用于本发明的范畴的材料 不一定为相变材料。该材料可以是能够改变物理状态的任意类型材料。例如， 该材料可以是诸如氧化钼MoOx的亚化学配比氧化物。这种材料没有相变， ^旦是可以通过热处理转变成Mo02/Mo，即，Mo02与钼(Mo)残余物的团 聚体。由此可以在包括MoOx第一层及包含Mo02/Mo的第二层的叠层内形 成坑。例如通过加热MoOx层来得到第二层。随后对MoOx第一层的局域化 加热使得可以获得至少一个Mo(VMo区域。例如通过HN03来进行选^奪性 蚀刻，以除去钼和邻近的Mo02的团聚体。第一层的Mo02/Mo区域以及位 于第一层的所述MoCVMo区域下方的第二层的区域被除去以形成坑。也可 以想到诸如Ptx、 MnOx的其他材料。
权利要求
1.一种用于形成至少一坑(1)的方法，包括下述连续步骤局域化处理由能够改变物理状态的材料形成的第一层(3)的至少一区域(3a)，以使所述区域(3a)从第一物理状态转变为第二物理状态；以及通过所述第一层(3)的自由表面来选择性蚀刻所述区域(3a)，其特征在于包括在局域化处理步骤之前，形成由所述第一层和第二层(4)形成的叠层(2)的步骤，所述第二层(4)是由处于其第二物理状态的所述材料形成；以及继续所述选择性蚀刻步骤，直至最初由所述第一层(3)的经过处理的区域(3a)覆盖的所述第二层(4)的区域(4b)被除去。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在基板(5)上形成所 述第二层(4)且随后沉积所述第一层(3),由此形成所述叠层(2)。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过在所述基板(5)上沉 积处于其第一物理状态的所述材料，且随后处理所述材料以使其转变为其第 二物理状态，由此形成所述第二层(4)。
4. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，通过在基板(5)上沉积由 处于其第一物理状态的所述材料制成的预备层(7，)，且随后通过所述基板(5 )的自由表面来执行受控处理以使所述预备层(7，)的一部分转变为所 述第二物理状态，其中所述预备层(7，)的所述部分形成所述第二层(4)， 由此形成所述叠层(2)。
5. 如权利要求2至4任意一项所述的方法，其特征在于，在形成所述 叠层之前，在所述基板(5 )上沉积一增强所述材料的状态变化的中间层(9 )。
6. 如权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，所述材料为 通过热作用可以从亚稳热力学状态转变为稳定热力学状态的材料。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述材料为相变材料。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述相变材料为选自由锗、 锑、碲、铟、硒、铋、银、镓、锡、铅和砷组成的组的至少两种元素的合金。
9. 如权利要求1至4任意一项所述的方法在制作光学记录介质中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种用于形成至少一坑的方法及其在制作光学记录介质中的应用。从一叠层(2)形成坑(1)，该叠层(2)至少包括第一层(3)，由能够改变物理状态的材料形成；以及第二层(4)，由与形成第一层(3)的材料相同但处于不同物理状态的材料形成。处理第一层(3)的一区域，以使所述区域从其初始物理状态转变为与第二层(4)的物理状态相对应的物理状态。随后执行选择性蚀刻步骤，以除去第一层(3)的所述区域以及最初由第一层(3)的经过处理的区域覆盖的第二层(4)的区域。优选地，所述材料为相变材料。
文档编号G11B7/26GK101241724SQ20081000324
公开日2008年8月13日 申请日期2008年1月28日 优先权日2007年2月8日
发明者彻尔斯托弗·马丁内斯, 阿兰·法盖克斯 申请人:原子能委员会