制造母盤的方法以及制造光盤的方法

專利名稱：制造母盤的方法以及制造光盤的方法
技術領域：
本發明涉及使用無機保護層和近場曝光制造母盤(master)的方法以及制造光盤的方法。
背景技術：
在全尺寸HD(高清晰度)視頻時代的開始，由于數字廣播的普及，光盤記錄密度的增加從現在作為主流的DVD(數字通用光盤)進化到藍光盤(注冊商標)或HD-DVD。
在光盤的母盤處理的步驟中，通過使用激光曝光進行光刻以形成諸如凹坑和凹槽的圖案。但是，主要通過收縮曝光光斑以增加記錄密度。 當在母盤處理中通過具有數值孔徑(NA)的物鏡會聚波長為A的激光束時，曝光光斑直徑①為1. 22 X ( A /NA)。因為從CD (緊致盤)發展的開始，就已經使用了 NA為0. 90到0.95(接近理論極限值1)的物鏡，所以曝光光斑直徑的縮小主要依靠縮短記錄激光源的波長。 雖然442nm波長的He-Cd激光器或413nm波長的Kr+激光器已經用于CD的母盤處理，但是351nmUV(紫外)波長的Ar+激光器的使用使得DVD的制造成為可能。此外，波長257nm到256nm的DUV(深紫外)激光器已經被用于實踐應用，并且由此已經實現了可記錄的藍光光盤(BD-RE)。 根據與此不同的方法，最近已經有了通過簡單的工藝實現顯著更高密度記錄的技
術，該技術已經被引入了僅用于再現的藍光光盤(BD-ROM)的制造。雖然有機材料(光刻
膠)已經用于光刻過程中的光敏感層，但是，已經發現了通過特定無機材料，未曝光的部分
被堿性顯影劑所溶解并且分辨率相比于有機抗蝕劑工藝顯著提高的現象。 日本未審查專利申請公報No. 2003-315988公開了一種技術，其中無機材料被用
做光敏材料。在下文中，具有抗蝕劑功能的無機材料被稱作"無機抗蝕劑"。 圖7示出了當有機抗蝕劑被用做光敏材料時以及無機抗蝕劑被用做光敏材料時，
曝光并顯影后突起/凹陷的形狀。 在有機抗蝕劑工藝中，以光子模式執行記錄，因此最小曝光圖案寬度與曝光光斑直徑成比例并且基本是與光斑直徑的半寬度值相同的值。 另一方面，在無機抗蝕劑工藝中，以熱模式執行記錄，因此當通過記錄膜結構的設計而顯著地增加反應溫度的閾值時，僅曝光光斑的中央附近的高溫部分用于記錄，由此使得有可能顯著地縮小有效記錄光斑直徑。 因此，使用有機抗蝕劑層甚至在DUV波長處都不能精確地形成BD-ROM的凹坑，但是當使用無機抗蝕劑時，即使使用藍色半導體激光器光源也能實現足夠的分辨率。
半導體激光器能夠在GHz數量級上進行高速調制，并通過引入用于在相變盤或磁光盤上進行信號記錄的寫策略，能夠精確地控制凹坑形狀，因此，半導體激光器適合于用于實現好的信號特性。寫策略是用于通過高速多脈沖記錄一個凹坑的方法。在這種情況下，通過控制脈沖寬度、脈沖強度、脈沖間隔等，圖案形狀得以優化。
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上面所說的無機抗蝕劑工藝是簡要地描述的。 如圖8A所示，無機抗蝕劑母盤100基本包括這樣的層結構在支撐件(母盤襯底100a)上通過濺射按順序沉積了蓄熱控制層100b和無機抗蝕劑層100c，其中支撐件例如由Si晶片或石英組成。 在無機抗蝕劑母盤100中，如圖8B所示，按照記錄信號調制的光束(記錄光)通過NA約0. 9的物鏡會聚在母盤表面以執行熱記錄。無機抗蝕劑母盤100安裝在曝光設備的轉臺上，并且以對應于記錄線速度的速度旋轉，以徑向上的預定饋送間距(軌道間距)相對于物鏡移動。 在曝光完成后，如圖8C所示，用諸如四甲基氫氧化銨(TMAH)的有機堿性顯影劑使無機抗蝕劑母盤顯影。結果，對應于曝光圖案的突起/凹陷形成在無機抗蝕劑層100c上。即，曝光部分變為母盤中對應于凹坑形狀或凹槽形狀的凹陷部分。

發明內容
在這種無機抗蝕劑工藝中，記錄膜的設計顯著地影響分辨率，但是與相關領域技術類似，可以通過減小記錄光斑的直徑進一步增加該密度。 為了減小記錄光斑的直徑，除了減小記錄光源的波長的辦法之外，也有通過近場曝光實現脆> l.O的方法，其中在近場曝光中，在固體浸沒透鏡(SIL)接近到距離母盤數十納米的狀態下施加記錄光斑。 關于近場光學系統到光盤的應用，現在通過具有接近2. 0的NA的SIL記錄/再現也豐皮矛艮道了 (參見Ariyoshi Nakaoki， Takao Kondo， Kimihiro Saito， Masataka Shinodaand Kazuo Fujiura，"High Numerical Aperture HemisphereSolid Immersion Lens Madeof KTa03 with Wide Thickness Tolerance，，， Proceedings of SPIE， Volume 6282,628200-1 62820 0-8)。該方法能夠將光斑直徑縮小到遠場光學系統中最大NA值(0.95)的1/2。 因為現在能夠通過高速調制產生寫策略的半導體激光器光源的最小波長最小為370nm，在ROM光盤的母盤處理方面，通過使用藍色半導體激光器的近場曝光增加NA的方法是有利的。 關于有機抗蝕劑工藝，已經報道了將近場曝光應用到光盤的母盤處理中的示例。例如，日本未審查專利申請公報No. 2001-56994示出了近場曝光設備的光學系統。在記錄激光束入射到物鏡(SIL)之前，近場曝光設備的光學系統與一般的光學系統相同。但是，SIL的頂端與母盤的表面之間的間隙保持在約20到30nm，并且更精確地執行聚焦以避免二者接觸。 因此，作為近場曝光所特有的聚焦方法，已經提出了通過PD檢測從母盤反射的光與從SIL的出射面反射的光之間的干涉光的強度，并且使用干涉光的強度隨著母盤與SIL之間的間隙的改變的現象產生聚焦伺服信號(間隙伺服信號)。 但是，記錄激光束的設置強度隨著抗蝕劑靈敏度和目標圖案尺寸而變化，并且脈沖寬度也根據所畫出的諸如凹槽和凹坑的圖案的形狀變化。因此，每次母盤處理的發射強度都不同，由此難以使用記錄光用于由干涉光的強度判定母盤與SIL之間的間隙。因此，分離地設置了以恒定強度發射的聚焦激光器。
如果通過該方法穩定地保持近場狀態，那么可以執行普通的曝光過程。 當近場曝光被引入無機抗蝕劑工藝中時，可以期望使用激光器作為光源在光學記
錄中實現最大的記錄密度。 關于無機抗蝕劑工藝，在記錄波長為405nm、 NA為0. 95的遠場記錄光學系統中，在直徑12cm的光盤上100GB的ROM圖案的母盤處理已經成功了 (參見Shin Masuhara，Ariyoshi Nakaoki， Takashi Shimouma andTakeshi Yamasaki，"Real Ability of PTMProved with the Near Field", Proceedings of SPIE， Volume 6282,628214-1 628214-8)。 因此，當近場曝光被引入無機抗蝕劑工藝中時，估計有可能有以相同的波長、1.9的NA進行400GB的ROM的記錄(曝光)。 在這種超高密度領域存在與電子束光刻的競爭，但是具有簡化曝光設備以及無機抗蝕劑工藝的可靠性和實用性的優點，其中無機抗蝕劑工藝實現了僅用于再現的藍光光盤(BD-R0M)的制造。 此外，在除了光盤之外的微圖案加工應用中，非常有望實現40nm或更小的線寬度L/S。 但是，作為期望著上述效果而實際嘗試無機抗蝕劑母盤的近場曝光的結果，只要將最常用作抗蝕劑材料的氧化鎢用作主要材料，就會發生下述問題，從而不能執行正常的聚焦并實現記錄。 當近場曝光設備用于無機抗蝕劑母盤時，即使物鏡輸出的再現功率低至O. lmW，SIL的表面仍被從抗蝕劑表面蒸發的氣體所污染，由此干擾了間隙伺服信號。因此，聚焦操作變得不穩定，導致SIL與母盤相接觸。 此外，即使該問題被解決以允許圖案記錄，也會新出現以下問題。 在無機抗蝕劑的情況下，在圖案記錄中曝光的部分突起20到30nm。在近場狀態
中，SIL與母盤的表面之間的間隙接近到約20nm，導致接觸的可能性很高。 考慮到上述問題，難以將近場曝光引入無機抗蝕劑工藝中。期望能通過結合近場
曝光和無機抗蝕劑工藝以實現非常高的密度。 根據本發明的實施例的一種制造母盤的方法包括以下步驟在母盤形成襯底上形成無機抗蝕劑層，并在無機抗蝕劑層的表面形成含有高折射率材料的保護薄膜，其中高折射率材料的折射率n滿足n ^曝光光學系統的NA，并且高折射率材料混合在光透過材料中；使用曝光光學系統在無機抗蝕劑母盤的保護薄膜上執行NA > 1的近場曝光；將保護薄膜從經受了曝光的無機抗蝕劑母盤上分離；通過對分離了保護薄膜的無機抗蝕劑母盤進行顯影，形成包括曝光部分和未曝光部分的突起/凹陷圖案。
保護薄膜中的高折射率材料為氧化鈦。 通過將保護薄膜的組成材料通過旋涂涂布到無機抗蝕劑層的表面上然后固化，以形成保護薄膜。 通過將保護薄膜浸沒在用于顯影的顯影劑中以將保護薄膜分離。 根據本發明的實施例的一種制造光盤的方法，包括以下步驟從用上述制造母盤
的方法制造的無機抗蝕劑母盤形成壓模；以及使用壓模形成光盤襯底，并且在光盤襯底上
形成預定的層結構以生產出光盤。
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當無機抗蝕劑被應用到近場記錄中，本發明提供了無機抗蝕劑記錄膜結構，使得 從表面不產生氣體并且在記錄中圖案突起被抑制到至多10nm或更小。 也就是說，在母盤的光刻中，保護薄膜首先形成在無機抗蝕劑層的表面上，并且保 護薄膜在曝光之后分離，之后顯影。 以無機抗蝕劑層被保護薄膜覆蓋的狀態執行曝光，由此避免了下述問題當激光 直接施加到無機抗蝕劑上時，固體浸沒透鏡的表面由于抗蝕劑材料的蒸發而被污染，并由 此使得母盤與透鏡之間的間隙的控制不穩定。 此外，在曝光部分中的無機抗蝕劑的突起被保護薄膜所抑制，由此避免了母盤與 固體浸沒透鏡之間的間隙由于無機抗蝕劑的記錄之后數十納米的突起而填滿，并導致其之 間發生接觸的可能性。 因此，實現了無機抗蝕劑與近場記錄的結合，以允許更高密度的記錄。 根據本發明，可以解決以下問題固體浸沒透鏡的僅以數十納米的間隙靠近抗蝕
劑表面的表面由于通過會聚光斑的熱量而從抗蝕劑表面蒸發的氣體而被污染，并由此干擾
間隙伺服信號。此外，也可以解決以下問題曝光后的無機抗蝕劑的突起的高度等于抗蝕劑
與固體浸沒透鏡之間的數十納米的間隙長度，并且發生透鏡與母盤相接觸的事故。因此，可
以執行穩定的曝光操作。 因此，可以實現無機抗蝕劑工藝與近場記錄技術的結合，由此實現非常高密度的 記錄(曝光)，其中無機抗蝕劑工藝相比于有機抗蝕劑工藝具有非常高的分辨率，并且在近 場記錄技術中，記錄光斑的直徑隨著物鏡的NA的增加而減小。


圖1為示出了用在本發明的實施例中的近場曝光設備的圖； 圖2A和圖2B為示出了根據實施例的近場曝光設備的掩模以及光量探測結果的 圖； 圖3A到圖31為示出了根據實施例用于制造光盤的步驟的圖； 圖4A到圖4D為示出了根據實施例的無機抗蝕劑母盤的近場曝光的圖； 圖5A到圖5D為示出了根據實施例的作為試驗結果的AFM觀測圖像的圖； 圖6A到圖6D為示出了作為對比示例的AFM觀測圖像的圖； 圖7為示出了無機抗蝕劑的高分辨率特性的圖； 圖8A到圖8C為示出了無機抗蝕劑光刻的圖。
具體實施例方式
以以下順序描述本發明的實施例。 1.近場曝光設備 2.制造光盤的步驟 3.無機抗蝕劑母盤的近場曝光 4.實驗示例 5.總結 1.近場曝光設備
在本發明的實施例中，使用近場曝光設備對包括無機抗蝕劑作為光敏材料的母盤 (無機抗蝕劑母盤)執行曝光。 首先，參照圖1、圖2A、圖2B和圖3A到圖31描述近場曝光設備。 圖1示出了根據實施例的制作工序中使用的近場曝光設備50。 在近場曝光設備50中，在無機抗蝕劑母盤1由預定驅動機構旋轉的情況下，在照
射位置連續地向無機抗蝕劑母盤1的外周側移動的同時，記錄激光束L1施加到無機抗蝕劑
母盤1上。結果，螺旋軌跡在無機抗蝕劑母盤l上形成為凹坑串(或凹槽)。 在近場曝光設備50中，激光源53包括半導體激光器并發射預定波長的記錄激光
束L1。 信號發生器56將對應于凹坑串的調制信號Sl輸出到激光驅動器54。激光驅動器 54基于調制信號S1驅動激光源(半導體激光器)53。因此，基于調制信號S1來開關調制 的記錄激光束Ll從激光源53輸出。 透鏡58A和58B構成擴束器58并將記錄激光束Ll的直徑擴大到預定光束直徑。
偏振分束器59反射從擴束器58發射的記錄激光束Ll，并且使來自無機抗蝕劑母 盤1那側的記錄激光束Ll的返回光L1R透過，以將返回光L1R與記錄激光束Ll相分離。
1/4波片60為從偏振分束器59發射的記錄激光束Ll提供相位差，以將記錄激光 束Ll轉換為圓偏振光。類似地，1/4波片60為來自無機抗蝕劑母盤1那側的返回光L1R提 供相位差，以將圓偏振的入射返回光L1R作為偏振面垂直于記錄激光束L1的線性偏振光發 射到偏振分束器59。 分色鏡61將從1/4波片60發射的記錄激光束Ll朝向無機抗蝕劑母盤1反射，并 將來自無機抗蝕劑母盤1那側的返回光L1R朝向1/4波片60發射。 同樣，分色鏡61將波長與記錄激光束Ll的波長不同的聚焦激光束L2朝向無機抗 蝕劑母盤1透射，并且使得由于來自無機抗蝕劑母盤1那側的聚焦激光束L2而造成的干涉 光L2R透射并發射。 物鏡62包括一對透鏡，即，所謂的后透鏡62A和前透鏡62B。記錄激光束Ll通過 后透鏡62A轉換為會聚光束通量，之后通過前透鏡62B的后透鏡那側的表面會聚到前透鏡 62B的出射面上。 因此，物鏡62的前透鏡62B構成SIL (固體浸沒透鏡)，并且整體的數值孔徑被設 置為1或更大，使得記錄激光束Ll由于近場效果而施加到無機母盤1上。
前透鏡62B被形成為在無機抗蝕劑母盤那側的表面的中央處具有圓形突起部，以 防止與無機抗蝕劑母盤1接觸。 在近場曝光設備50中，通過經由上述路徑施加記錄光束1以將凹坑圖案曝光在無 機抗蝕母盤1上。 此外，產生來自無機抗蝕劑母盤l以及物鏡62的出射面的返回光L1R。返回光L1R 沿著記錄激光束Ll的光路反向地傳輸，透過偏振分束器59并與記錄激光束Ll分離。
掩模64布置在返回光L1R的透射通過偏振分束器59的光路上。返回光L1R的近 軸光線被阻擋，因此，只有與以大于臨界角的角度入射到物鏡62的出射面上的記錄激光束 Ll相對應的成分被選擇性地透射。 如圖2A所示，具有上述功能的掩模64包括透明平行板，其中透明平行板具有形成
7在其中央并且直徑小于返回光L1R的直徑的光屏蔽區域。也就是說，在返回光L1R中，以小 于臨界角的角度入射在物鏡62的出射面上的成分由物鏡62的出射面以及無機抗蝕劑母盤 1反射，并且這些反射光相互干涉。因此，在近場曝光設備50中，干涉的反射光的成分由掩 模64移除，以處理返回光L1R。 透鏡65將透射通過掩模64的返回光L1R會聚在光接收元件66上，其中光接收元 件66輸出返回光L1R的光量檢測結果Sl。因此，掩模64防止由于反射光的干涉所引起的 光量檢測結果S1的變化。 因此，近場曝光設備50能夠檢測完全由物鏡62的出射面反射的記錄激光束Ll的 如圖2B所示，當物鏡62與無機抗蝕劑母盤1分離預定的或更寬的間隙時，如上所 述所檢測的光量檢測結果Sl保持在預定的信號水平。另一方面，當物鏡62與無機抗蝕劑 母盤1靠近到預定的或更窄的間隙時，信號水平改變以與物鏡62的頂端與無機抗蝕劑母盤 l之間的間隙相對應。 激光源68包括He-Ne激光器，其發射波長與記錄激光束Ll的波長不同的聚焦激 光束L2，使得無機抗蝕劑母盤1不被曝光。 透鏡69A和69B構成擴束器69并將聚焦激光束L2的直徑減小到較小的光束直徑。
偏振分束器70使從擴束器69發射的光透射，并反射沿著透射光的光路相反地入 射的聚焦激光束L2的干涉光L2R，以使干涉光L2R與聚焦激光束L2分離。
1/4波片71為從偏振分束器70發射的聚焦激光束L2提供相位差，以將聚焦激光 束L2轉換為圓偏振光，并將該偏振光發射到分色鏡61。 類似地，1/4波片71為從分色鏡61入射到偏振分束器70上的干涉光L2R提供相 位差，以將圓偏振的入射干涉光L2R作為偏振面垂直于聚焦激光束L2的線性偏振光發射到 偏振分束器20上。 在近場曝光設備50中，波長與記錄激光束Ll不同并具有較小的束直徑的聚焦激 光束L2與記錄激光束Ll 一起入射到物鏡62上，并且被施加到無機抗蝕劑母盤1上。聚焦 激光束L2作為物鏡62的近軸光線入射。 因此，聚焦激光束L2由物鏡62的出射面以及無機抗蝕劑母盤1的表面反射。因 為物鏡62和無機抗蝕劑母盤1相互靠近地布置以便于形成近場記錄，因此反射的光相互干 涉。反射光的干涉光L2R沿著聚焦激光束L2的光路反向地傳輸，入射到偏振分束器70上， 并被偏振分束器70反射，以與聚焦激光束L2分離。 透鏡74將由偏振分束器70所反射的干涉光L2R會聚到光接收元件75上，光接收 元件75輸出光量檢測結果S2。 如圖2B所示，在光量檢測結果S2中，信號水平以正弦波形式按照周期而改變，所 述周期是物鏡62的頂端與無機抗蝕劑母盤1之間的間隙改變聚焦激光束L2的波長的1/2。
控制電路80基于光量檢測結果Sl和S2通過驅動致動器81來控制物鏡62的聚 焦。 S卩，當操作者指示曝光開始時，控制電路80移動物鏡62到無機抗蝕劑母盤l的例 如與無機抗蝕劑母盤1上的凹坑串的記錄無關的內周側區域。 此外，控制電路80驅動信號發生器56以連續地將記錄激光束施加到內周側區域。
8在這個狀態下，控制電路80驅動致動器81以使物鏡62逐漸地靠近無機抗蝕劑母盤1 ，并監 視與全反射有關的光量檢測結果Sl。 當光量檢測結果SI的信號水平開始減小以探測到物鏡62與無機抗蝕劑母盤1接 近到表現出近場效果的程度時，以及當從與全反射有關的光量檢測結果SI判定物鏡62與 無機抗蝕劑母盤1靠近到基本達到控制目標時，控制電路80通過反饋環基于干涉光L2R的 光量檢測結果S2開始聚焦控制。 S卩，在聚焦控制中，控制電路80驅動致動器81，以使得與控制目標相對應的參考 電壓REF與干涉光的光量檢測結果S2之間的誤差信號變為0水平。 當控制電路80基于干涉光L2R的光量檢測結果S2開始聚焦控制時，控制信號發 生器56的操作以停止記錄激光束LI的連續施加，之后將物鏡62移動到曝光開始位置。此 外，控制電路80通過信號發生器56開始調制記錄激光束LI ，以從曝光開始位置開始曝光無 機抗蝕劑母盤l。 在近場曝光設備50中，到記錄激光束LI入射到物鏡62上為止，光學系統與通常 的光學系統相同。但是，物鏡62的頂端與無機抗蝕劑母盤1的表面之間的間隙被保持在約 20到30nm，并且更精確地執行聚焦以避免二者之間相接觸。 因此，在上述結構中，檢測了從無機抗蝕劑母盤1反射的光與從物鏡62(SIL)的出 射面反射的光的干涉光的強度，并且使用干涉光的強度隨著母盤與SIL之間的間隙而改變 的現象產生聚焦伺服信號(間隙伺服信號)。
2.制造光盤的步驟 之后，參照圖3A到31說明根據實施例制造光盤的所有步驟。 圖3A示出了無機抗蝕劑母盤1 。 以下參照圖4A到4D描述無機抗蝕劑母盤1的結構。 使用近場曝光設備50，按照作為信號圖案的凹坑串使無機抗蝕劑母盤1選擇性地 被曝光(圖3B)。 之后，抗蝕劑層被顯影(蝕刻)以產生無機抗蝕劑母盤1，其上形成預定的突起/ 凹陷圖案(凹坑串)(圖3C)。
這是用于制造母盤的步驟。 之后，執行用于生產壓模的步驟。即，通過在如上所述形成的無機抗蝕劑母盤1的 突起/凹陷上鍍覆而沉積金屬鎳膜，之后將金屬鎳膜從無機抗蝕劑母盤1分離并使之受到 預定處理以形成壓模IO，無機抗蝕劑母盤1的突起/凹陷圖案轉移到壓模10上(圖3D和 3E)。 之后，使用該壓模大量生產光盤。 首先，使用壓模10通過注射成型而模制由聚碳酸酯制成的樹脂制光盤襯底20 (圖 3F)，其中聚碳酸酯為熱塑性樹脂。壓模10被分離以生產光盤襯底20 (圖3G)。
之后，由Ag合金組成的反射膜形成在樹脂制光盤襯底20的突起/凹陷表面上，以 形成記錄層L0(圖3H)。 此外，光透過層(覆蓋層)21形成在記錄層LO上(圖31)。 結果，光盤就完成了。即，制作了其上形成有凹坑串的僅用于再現的光盤。 3.無機抗蝕劑母盤的近場曝光。
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根據實施例的用于制作光盤的步驟具有以下方面的特性無機抗蝕劑母盤1的層 結構以及無機抗蝕劑母盤1的顯影步驟。
以下描述這個特性。 如上所述，當近場曝光設備50用于無機抗蝕劑母盤1的時候，SIL的表面被從抗 蝕劑表面蒸發的氣體所污染，由此擾亂間隙伺服信號。結果，聚焦操作變得不穩定，導致SIL 與母盤相接觸。 此外，在無機抗蝕劑的情況下，在圖案記錄的過程中被曝光的部分突起20到 30nm。在近場狀態下，SIL與母盤表面之間間隙接近到約20nm，因此，該間隙由于圖案的突 起而被填充，導致接觸的可能性很高。 因此，在實施例中，當無機抗蝕劑被應用到近場記錄時，無機抗蝕劑母盤1具有不 從表面產生氣體并在記錄過程中將膜突起抑制到最大也不大于10nm的記錄膜結構。
S卩，具有記錄膜氣體密封效果以及記錄膜突起抑制效果的保護薄膜形成在無機抗 蝕劑薄膜的表面上。在記錄完成之后，通過任何方法(諸如機械分離方法、使用溶劑的化學 方法等)將薄膜移除，之后執行顯影。 圖4A示出了實施例的無機抗蝕劑母盤1的結構。 無機抗蝕劑母盤1包括在由Si晶片或石英組成的母盤襯底(支持件)la上通過 濺射沉積的蓄熱控制層lb以及無機抗蝕劑層lc，以及在無機抗蝕劑層lc的表面上作為保 護薄膜而形成的表面涂層ld。 蓄熱控制層lb用于加熱無機抗蝕劑而不使所施加的熱量從曝光光斑向母盤襯底
la逸出。雖然厚度的增加使得抗蝕劑靈敏度增加，但是，非常高的蓄熱效果由于沿平面方向
的過度熱擴散而降低了分辨率。因此，選擇材料和厚度以使得抗蝕劑靈敏度和分辨率平衡
非常重要。實際上，以約20到100nm的厚度使用無定形硅(a-Si) 、 Si02或SiN。 作為用于無機抗蝕劑層lc的無機抗蝕劑材料，使用了過渡金屬元素的不完全氧
化物。過渡金屬元素的具體示例包括Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Nb、 Cu、 Ni、 Co、 Mo、 Ta、 W、 Zr、 Ru和
Ag等。 具體地，作為表面涂層ld，用作用于近場記錄/再現光盤的表面涂層并包括高折 射率材料(例如，TiO》的光透過材料是合適的。 通過旋涂將表面涂層材料均勻地涂到約0. 5 ii m到數個微米的厚度，即使在記錄 后無機抗蝕劑突起數十納米，表面涂層材料也因為其較低的硬度而吸收該突起，并防止表 面突起。此外，當高折射率材料的折射率n滿足n^SIL的NAO 1)時，有可能在不降低 SIL的NA的情況下進行近場記錄/再現。 使用近場曝光設備50將其上形成有表面涂層ld的無機抗蝕劑母盤1暴露在光 下。 圖4B示出了該曝光。 在這種情況下，表面涂層ld表現出密封從無機抗蝕劑層lc蒸發出的氣體的效果。 因此，實現了穩定的聚焦操作而不由蒸發的氣體污染SIL表面。 無機抗蝕劑層lc在曝光的部分突起數十納米。這是由于在曝光的部分中無機抗 蝕劑從無定形狀態到結晶狀態的相變所造成的體積膨脹。 但是，在這種情況下，通過表面涂層ld抑制了突起，因此朝向物鏡62的表面幾乎不被影響。 如圖4C所示，在曝光后，使表面涂層Id與無機抗蝕劑層母盤1相分離。 之后，如圖4D所示，在表面涂層ld被分離之后，使用有機堿性顯影劑(諸如四甲
基氫氧化銨(TMAH))對無機抗蝕劑母盤執行顯影。因此，對應于曝光式樣(凹坑串)的突
起/凹陷形成在無機抗蝕劑層lc上。即，曝光部分變為對應于母盤上的凹坑形狀或凹槽形
狀的凹陷。 在用于無機抗蝕劑母盤的光刻處理中，在無機抗蝕劑沉積之后形成表面涂層，并 且在曝光之后移除表面涂層。因此，使得無機抗蝕劑的近場曝光相比于有機抗蝕劑能夠具 有非常高的分辨率，由此允許更高密度的記錄。
4.實驗示例 作為通過上述方法在無機抗蝕劑母盤1上實際近場記錄的結果，取得了基本使用 固體浸沒透鏡(SIL)的NA的高密度記錄的成功。
以下詳細說明工序的實驗示例。
工序l:母盤制作步驟 雖然通常抗蝕劑母盤包括平坦的硅或石英晶片，但是無機抗蝕劑層沉積在塑料襯 底上，該塑料襯底上為了在實驗中便于為光盤使用近場記錄/再現設備而形成了循軌預制 凹槽。 預制凹槽具有190nm的軌道間距以及約20nm的深度。 形成在塑料襯底上的層結構包括厚度為80nm的a-Si(無定形硅)蓄熱控制層lb， 以及厚度為40nm的氧化鎢無機抗蝕劑層lc。
工序2 :表面涂層形成步驟 在工序1中經受了沉積作用的襯底的無機抗蝕劑層的表面上，形成了厚度為lym 的表面涂層ld。 具體地，表面涂層ld由被甲基異丙酮和異丙醇稀釋的丙烯酸硬涂層劑(由JSR公
司生產，商品名為"DeSo 1 ite ")組成，其中包括折射率n為2. 5的Ti02微粒。 通過在襯底上通過旋涂涂布稀釋的溶液以及之后使用紫外線固化的工序，將表面
涂層ld固定。 工序3:近場曝光步驟 通過記錄光學系統將光盤的凹坑圖案曝光在無機抗蝕劑襯底上，其中記錄光學系 統包括波長A為405nm的半導體激光源以及NA為1. 7的SIL。 記錄信號為用于BD-ROM的RLL(l-7)卯信號(僅用于再現的藍光光盤)(CLK = 66MHz)。 在曝光過程中，記錄線密度(BD-ROM ;25GB比率)、最小凹坑長度以及記錄線速度 為以下四種類型。 (1)樣本1 ;線密度=BD-R0MX2. 00，最小凹坑長度2T = 75nm，記錄線速度v = 2. 46m/s。 (2)樣本2 ;線密度=BD-R0MX2. 50，最小凹坑長度2T = 60nm，記錄線速度v = 1. 98m/s。 (3)樣本3 ;線密度=BD-R0MX2. 73，最小凹坑長度2T = 55nm，記錄線速度v =.804m/s。
0152] (4)樣本4 ;線密度=BD-R0MX3. 00，最小凹坑長度2T = 50nm，記錄線速度v = .65m/s。
0153] 諸如寫策略、記錄功率(峰值功率、偏壓功率)等的記錄條件在所有的樣本中相 同。峰值功率為8. OmW，并且偏壓功率為2. OmW。
0154] 表面涂層ld的存在防止在記錄/再現過程中聚焦的不穩定以及在記錄之后由于 抗蝕劑突起而引起的與SIL的接觸的發生，由此實現了穩定的曝光。 0155] 工序4 :表面涂層分離步驟
0156] 在曝光后，在工序2中形成的表面涂層ld為了顯影而被移除。
0157] 因為表面涂層材料對于無機抗蝕劑表面具有弱的粘附力，所以表面涂層可以通過 手工輕易地從通過切割器形成在光盤的外周的裂痕開始分離。
0158] 還確認了由于當浸沒在堿性顯影劑中時涂層的膨脹，表面涂層在數分鐘之內完全 地與光盤襯底相分離。
0159] 該方法更實用，因為它可以與顯影在相同工序中執行。
0160] 工序5:顯影步驟
0161] 與普通的無機抗蝕劑顯影步驟中相類似，通過將經受過曝光的襯底浸沒在可買到 的有機堿性顯影劑TMAH的2. 38%溶液(由Tokyo OhkaKogyo Co. ， Ltd.制造；商品名為 :'NMD_3")中12分鐘，使其顯影。
0162] 結果如下。
0163] 圖5A、5B、5C和5D示出了通過上述步驟形成的樣本1到4的AFM觀測圖像。 0164] 在到圖5C中圖示的樣本3為止的樣本中(線密度二BD-R0MX2. 73)，所形成的凹 坑都被清晰地分隔開。
0165] 在圖5D中圖示的樣本4(線密度二BD-R0MX3.00)中，相鄰的凹坑在長度為2T的 最小臺部分中相連接。雖然可以預料到通過調整記錄功率能將凹坑完全地分隔開，但是發 現記錄分辨率在線速度方向上接近極限。
0166] 另一方面，作為對比，說明了在遠場光學系統中記錄的記錄分辨率極限，該遠場光 學系統包括波長A為405nm的半導體激光光源以及NA為0. 95的物鏡。 0167] 圖6A、圖6B、圖6C和圖6D示出了樣本5到8的AFM觀測圖像，其中每個都記錄了 但同的記錄信號RLL(l-7)卯信號的凹坑串。
0168] 雖然信號被記錄在沒有預制凹槽的普通的硅晶片母盤上，但是抗蝕劑結構與樣本 到4相同，從而能夠對記錄光學系統進行比較。軌道間距為0. 32 ii m。 0169] (1)樣本5 ;線密度=BD-R0MX1. 50，最小凹坑長度2T = 100nm，記錄線速度v =
; 28m/s' 0170] : 95m/s' 0171] : 79m/s' 0172] 2. 62m/s'
(2) 樣本6 ;線密度=BD-R0MX1.67，最小凹坑長度2T = 90nm，記錄線速度v
(3) 樣本7 ;線密度=BD-R0MX1.76，最小凹坑長度2T = 85nm，記錄線速度v
(4) 樣本8 ;線密度=BD-R0MX1.88，最小凹坑長度2T = 80nm，記錄線速度v
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如圖6B的樣本6所示，在90nm的最小凹坑長度作為密度的情況下，凹坑難以在記 錄線速度方向上完全地分隔開。雖然在NA = 1. 7的近場記錄系統中，NA記錄分辨率的極限 為2T = 50nm，但是該值基本與NA為0. 95的記錄分辨率極限(2T = 90nm)的NA成比例。
也就是說，在實驗中，近場記錄的效果在NA的方面表現為預期的值。這說明根據 本實施例的方法是有效的。 雖然為了實驗方便，層是沉積在具有預制凹槽的塑料襯底上的，當然，只要使用了 具有近場光學系統的專用曝光設備，記錄就可以在平坦的母盤表面進行，在實際的母盤處 理中使用平坦的母盤表面。 應用并不限于制造光盤母盤，其他的可能應用為引入了例如X-Y牽引平臺的普通 的微加工設備。 此外，表面涂層1(1中的高折射率材料不限于1102微粒，可以使用任何材料，只要 其具有比SIL的NA高的折射率。 但是，混合有高折射率材料的光透過材料不針對所使用的材料而改變。 即使當使用另一種高折射率材料時，使用了允許酒精稀釋以及旋涂的形式。因此，
上述用于形成表面涂層以及將其分離的方法被認為是具有一般性。 進一步地描述表面涂層ld的材料。 光透過材料的性能隨著高折射率微粒的含量減小以及顆粒直徑的減小而提高。這
是由于高折射率材料與光透過材料之間的折射率的差所引起的光散射。 表面涂層ld的平均折射率nc如下nc"X.(nl)2+(l-X).(n2)2 (公式1) 其中nl為高折射率材料的折射率，X為高折射率材料的體積填充率，n2為光透過 材料的折射率。 S卩，隨著高折射率材料的折射率增加，其含量被抑制到較低的值。 作為具有高折射率并且可以形成為微粒(微粒直徑約5nm)的材料，含有從包括
Zr、Nb、Ti、Sn、Ta、Ca以及Zn的組中所選擇的至少一者的金屬氧化物是優選的。Ti02被認
為是尤其合適的。 作為無機氧化物微粒，使用了在可見光波長區域沒有吸收的氧化銦、氧化鋯、氧化
鈦、氧化錫、氧化鉭等氧化物微粒。尤其是，氧化鈦微粒被認為是優選的高折射率材料，因為
它們具有最高的折射率并且化學穩定。 高折射率材料的折射率nl具有以下規定。 平均折射率nc的最小值由物鏡的NA所決定(當NA = nc時)。
公式l改變為nl2 = KNA)2+(H) (n2)2}/X 公式(2) 如果需要將高折射率材料的體積填充率X控制到30X或更小，那么nl的最小值可 以由公式2所限定。 例如，當X = 0. 3， nl = 2. 5并且n2 = 1. 55時，所計算的nc為大于NA( = 1. 7) 的1. 89。 此外，當nc被控制為1. 7時，nl為2. 00。
5.總結
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如上所述，在實施例中，當諸如凹坑或凹槽的微圖案通過光刻形成在無機抗蝕劑 母盤1上時，工序如下。含有高折射率材料微粒的表面涂層ld(保護薄膜)通過旋涂形成 在無機抗蝕劑母盤1的表面上。 之后，使用固體浸沒透鏡在無機抗蝕劑母盤1上執行圖案的近場曝光。接下來，移 除表面涂層ld，并且最終執行顯影。 表面涂層Id的存在解決了在無機抗蝕劑上近場記錄的問題。 也就是說，存在以下問題以數十納米的間隙與抗蝕劑表面相鄰的固體浸沒透鏡 的表面很容易被從抗蝕劑表面由會聚光斑的熱量而蒸發的氣體所污染，由此干擾間隙伺服 信號。該問題通過表面涂層ld的氣體密封效果而解決。 也存在以下問題曝光之后無機抗蝕劑的突起高度基本與抗蝕劑與固體浸沒透鏡 之間的數十納米的間隙相同，由此導致透鏡與母盤相接觸的問題。該問題通過表面涂層Id 的突起抑制功能而解決，并允許穩定的曝光操作。 因此，實現了無機抗蝕劑工藝與近場記錄技術的結合，并由此實現了非常高的密 度，其中無機抗蝕劑工藝相比于有機抗蝕劑工藝表現出非常高的分辨率，并且在近場記錄 技術中，記錄光斑的直徑隨著物鏡的NA的增加而減小。 雖然在實施例中，對于本發明被應用到藍光光盤的制作的示例進行了說明，但是 當然，應用并不限于制造藍光光盤。本發明可以被應用到可以實現更高密度的光盤的制造。
此外，本發明可以應用到高記錄密度光盤母盤的凹坑或凹槽，以及形成其他圖案， 所述圖案用于需要同等尺度的微加工。 本發明包括于2008年10月2日遞交給日本專利局的日本優先專利申請 JP-2008-257108中所公開的主題，其全部內容通過引用結合在這里。 本領域的技術人員應該認識到，只要在權利要求及其等價物的范圍內，可以根據 設計需要和其他因素進行各種修改、組合、子組合、以及替換。
權利要求
一種用于制造母盤的方法，包括以下步驟在母盤形成襯底上形成無機抗蝕劑層，并在所述無機抗蝕劑層的表面上形成含有高折射率材料的保護薄膜，以形成無機抗蝕劑母盤，其中所述高折射率材料的折射率n滿足n≥曝光光學系統的NA，并且所述高折射率材料混合在光透過材料中；使用所述曝光光學系統從所述保護薄膜上方在所述無機抗蝕劑母盤上執行NA＞1的近場曝光；將所述保護薄膜從經受了所述曝光的所述無機抗蝕劑母盤上分離；通過對分離了所述保護薄膜的無機抗蝕劑母盤進行顯影，形成包括曝光部分和未曝光部分的突起/凹陷圖案。
2. 根據權利要求1所述的用于制造母盤的方法，其中，所述保護薄膜中的所述高折射率材料為氧化鈦。
3. 根據權利要求1所述的用于制造母盤的方法，其中，通過將所述保護薄膜的組成材料通過旋涂涂布到所述無機抗蝕劑層的表面上然后固化，以形成所述保護薄膜。
4. 根據權利要求1所述的用于制造母盤的方法，其中，通過將所述保護薄膜浸沒在用于所述顯影的顯影劑中以將所述保護薄膜分離。
5. —種用于制造光盤的方法，包括以下步驟在母盤形成襯底上形成無機抗蝕劑層，并在所述無機抗蝕劑層的表面上形成含有高折射率材料的保護薄膜，以形成無機抗蝕劑母盤，其中所述高折射率材料的折射率n滿足n >曝光光學系統的NA，并且所述高折射率材料混合在光透過材料中；使用所述曝光光學系統從所述保護薄膜上方在所述無機抗蝕劑母盤上執行NA > 1的近場曝光；將所述保護薄膜從經受了所述曝光的所述無機抗蝕劑母盤上分離；通過對分離了所述保護薄膜的無機抗蝕劑母盤進行顯影，以形成包括曝光部分和未曝光部分的突起/凹陷圖案；從經受過顯影處理的所述無機抗蝕劑母盤形成壓模；以及使用所述壓模對光盤襯底進行成型，并且在所述光盤襯底上形成預定的層結構以生產光盤。
全文摘要
本發明涉及制造母盤的方法以及制造光盤的方法。一種制造母盤的方法包括以下步驟在母盤形成襯底上形成無機抗蝕劑層，在無機抗蝕劑層的表面形成含有高折射率材料的保護薄膜以形成無機抗蝕劑母盤，其中高折射率材料的折射率n滿足n≥曝光光學系統的NA，并且高折射率材料混合在光透過材料中；使用曝光光學系統從保護薄膜上方在無機抗蝕劑母盤上執行NA＞1的近場曝光；將保護薄膜從經受了曝光的無機抗蝕劑母盤上分離；通過對分離了保護薄膜的無機抗蝕劑母盤的顯影，形成包括曝光部分和未曝光部分的突起/凹陷圖案。
文檔編號G11B7/26GK101714371SQ20091017941
公開日2010年5月26日 申請日期2009年10月9日 優先權日2008年10月2日
發明者中沖有克, 增原慎, 山崎剛, 行本智美 申請人:索尼株式會社