專利名稱：形成深坑區域的方法及其在制作光學記錄介質中的應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于形成至少一坑的方法，包括下述連續步驟 局域化處理由能夠改變物理狀態的材料形成的第一層的至少一區域，以 使所述區域從第 一物理狀態轉變為第二物理狀態；以及 通過所述第一層的自由表面來選擇性蝕刻所述區域。 本發明還涉及在光學記錄介質的制作中這種方法的應用。
背景技術：
光學記錄介質或光盤通常包括至少一聚碳酸脂基板，該聚碳酸脂基板包 括又稱為"槽脊(land)"和"凹坑(pit)"且與信息數據相對應的凸起區域 和凹陷區域。基板因此包括根據預定圖案被圖案化的自由表面。通常通過使用模具或模型(matrix)支座(也稱為母盤或沖模機)的注 射成型法來大批量生產這種基板。模型支座的自由表面之一被圖案化成與基 板所需的預定圖案互補的形狀。從樣模(original model)獲得該模型支座。 例如，美國專利申請US-A-2005/0045587描述了 一種用于制作光盤的樣模的 生產方法以及所述光盤的制作方法。樣模是由包含基板和熱敏材料層的疊層 制成，其中基板例如是由玻璃或硅制成。該熱敏材料為通過將該層暴露于光 引起發熱時能夠改變狀態的氧化銻。通過將熱敏材料層的自由表面的特定區 域暴露于激光束并除去所述暴露區域，由此圖案化該熱敏材料層的自由表 面。這種操作由此使得可以在熱敏材料層內形成槽脊和凹坑。得到的樣模隨 后用于形成金屬母盤，該金屬母盤設計來作為通過注射成型來制作光盤的模 具。自從在光學記錄介質上特別是在緊湊盤(CD)類型介質上存儲數據的 方法出現以來，雕刻圖案的尺寸已經減小好幾倍。然而，對于包括使用藍色 激光的光學介質(以"藍光"(Blu-Ray)光盤的名稱更為人所熟知)的最新 一代光學記錄介質之一，最近的發展趨勢是與通常支持介質相比在基板中形 成更深的坑。對于只讀存儲器(ROM)而言，設想用于"藍光"光盤的坑的深度約為80nm,而對于可記錄光盤(R型光盤)和可再寫光盤(或RW光 盤)而言，該坑的深度約為40nrn 。諸如在例如美國專利申請 US-A-2005/0045587中所描述的，光學記錄介質用的模具的常規制作方法無 法獲得如此深度水平的槽脊。通過發熱引起的相變實際上被限制在熱敏材料 層的表面而無法對所述層進行深的圖案化。通常計算熱敏材料層的厚度以優 化該材料的熱響應。然而，由于待暴露的區域通常必須呈現小的截面，因此 該響應在穿透深度方面受限制。大的熱穿透深度實際上使待暴露的區域出現 大的展寬以及暴露時間的延長，暴露時間的延長也有助于所暴露的區域的展 寬。在專利申請WO-A-2005/101398中，提出了通過在熱敏材料層和基板之 間布置一中間層來增加坑的深度，其中該中間層設計成^1圖案化以延伸形成 于熱敏材料層內的坑。熱敏材料層隨后用做暴露用掩模。藉由本身圖案化的 該熱敏材料層，由此執行對中間層的圖案化。基板的自由區域，即，與形成 于熱敏材料層內以及中間層內的坑相吻合的基板區域，也可以被蝕刻從而更 進一步增加坑的深度。這種情況下，熱敏材料層形成用于基板的蝕刻掩模。這種方法使得可以獲得與常規方法相比更深的坑。然而這種方法存在至 少兩個主要缺陷。首先，通常由光敏抗蝕劑制成的中間層必須在高溫下經歷 硬化熱處理，從而使得可以沉積熱敏材料層。然而這種熱處理損傷了光壽丈抗 蝕劑的光敏性能,這對于其后續的圖案化是有害的。類似地，熱敏材料層的 暴露會損傷布置于該層下的中間層的性能。更為通常地，.與獲得深坑相關聯的問題也出現在光學記錄介質之外的領 域。對于光刻領域尤為如此。在專利申請US-2004/0209199中，通過由不同材料例如銅和鋁制成的兩 層疊置的子層的疊層，形成熱敏材料層。然而， 一旦被圖案化，該熱敏材料 層用做掩模，用以在基板內蝕刻出小的凸起和凹入標記。掩模隨后除去，且 如此被蝕刻的基板用做樣模。因此這種方法無法獲得用于最新一代的光學記 錄介質的足夠深的坑。發明內容本發明的目的在于，特別是當制作光學記錄介質時，容易且經濟地形成 深坑，同時克服現有技術的缺點。根據本發明，該目的是通過下述方法來達成，該方法包括在局域化處 理步驟之前，形成由該第一層和第二層形成的疊層的步驟，該第二層是由處于其第二物理狀態的所述材料形成；以及，繼續選擇性蝕刻步驟，直至最初 由第 一層的經過處理的區域覆蓋的該第二層的區域;波除去。更具體而言，該材料是藉由熱作用從亞穩熱力學狀態轉變為穩定熱力學 狀態的材并十，且特別地為相變材料。
通過附圖所示以及僅作為非限制性示例的本發明具體實施例的下述描述，本發明的其他優點和特征將更為顯而易見，附圖中圖1至4通過截面圖示意性示出本發明 一具體實施例的在疊層中形成深 坑的不同步驟。圖5至7通過截面圖示意性示出本發明一實施例的形成所述疊層的不同 步驟。圖8至IO通過截面圖示意性示出本發明另一實施例的形成所述疊層的 不同步驟。圖11和12通過截面圖示意性示在形成深坑時使用的疊層的備選實施例。
具體實施方式
從一疊層形成至少一坑，該疊層包括第一層，由能夠改變物理狀態的材料形成；以及第二層，由與形成該第一層的材料相同的材料形成，但處于與該第一層 的材料的物理狀態不同的物理狀態且優選地與該第一層的材料的物理狀態 相比對蝕刻更敏感。通過第一層的自由表面來處理第一層的一區域，以使所述區域從其初始 物理狀態，即整個第一層的物理狀態，轉變為與第二層的物理狀態相對應的 另一物理狀態。隨后通過第一層的自由表面來執行選擇性蝕刻步驟，以除去第一層的先 前經過處理的區域。藉由經過蝕刻的第一層，繼續該蝕刻步驟，直至最初由 第 一層的經過處理的區域覆蓋的第二層的區域被完全除去。第 一層隨后作為用于第二層的阻擋層或蝕刻掩模。第 一層和第二層各自的蝕刻區域隨后形成一坑，該坑的深度對應于第一 層和第二層的厚度之和。圖1至4出于示范性的目的說明了在疊層2內形成至少一坑l的具體實 施例，其中疊層2包括第一層3，由處于第一物理狀態例如亞穩熱力學狀態且優選地由于熱作 用能夠轉變為第二物理狀態例如穩定熱力學狀態的材料制成；以及第二層4，由處于其第二物理狀態的所述材料制成。在圖l至4所示的實施例中，疊層2形成于例如由玻璃或硅制成的基板 5上。如圖l所示，第二層4布置于基板5和第一層3之間。第一層3和第二層4的材料優選地為相變材料，例如選自由鍺、銻、碲、 銦、硒、鉍、銀、鎵、錫、鉛和砷組成的組的至少兩種元素的合金。例如， 通過濺鍍Ge2Sb2Tes靶來獲得該材料。相變材料實際上提供了由于熱作用而能夠從非晶相轉變為結晶相的優 點。例如，通過以受控方式施加諸如激光束的聚焦光學輻射至所述材料的表 面，引起所述材料溫度上升，由此實現這種相變。因此，優選地在第一層3內使用非晶形式的該相變材料，且在第二層4 內使用結晶形式的該相變材料。在圖2中，第一層3的區域3a以受控方式通過所述層3的自由表面3b 而暴露于聚焦光學輻射6。輻射6導致所述區域3a內的發熱和相變。按照本 領域技術人員所知的常規方式來控制區域3暴露于聚焦光學輻射6以及(適 當情形下的)如此被加熱的區域3a的冷卻，從而使區域3a發生所需的相變。所述區域3a內的材料于是處于與第二層4相同的相，即，對于相變材 料的情形下的結晶相，而未暴露于光學輻射6的第一層3的部分仍處于該材 料的初始相，即，對于相變材料的情形下的非晶相。第一層3的未暴露部分呈現比暴露區域3a低的蝕刻傾向。優選地，構 成第一層3的未暴露部分的材料的物理狀態對用于除去區域3a的蝕刻不敏 感。因此，如圖3所示，通過第一層3的自由表面3b,例如藉由化學蝕刻來 選擇性地蝕刻區域3a,而第一層3的未暴露部分保留。除去區域3a則顯露出第二層4的區域4b的自由表面4a。第二層4內的 所述區域4b對應于最初由第一層3的區域3a覆蓋的部分。在圖3中，用位于兩條虛線之間的第二層4的區域來表示所述區域4b。如圖4所示，通過第三層3繼續該選擇性蝕刻步驟，直至區域4b被除 去且最初由區域4b覆蓋的基板5自由表面的部分被顯露出。在區域4b的選 擇性蝕刻中，第一層3作為蝕刻阻擋層或蝕刻掩模。因此允許僅對最初位于 區域3a下方的區域4b進行蝕刻，而由第 一層3未暴露部分覆蓋的第二層4 的其余部分則被保留。可以全部或部分除去區域4b，這^L待形成的坑所需的 深度而定。此外，對于相變材料的情形，結晶相的材料通常呈柱狀結構，使 得蝕刻能夠以與自由表面4a成直角的方式進行。勾劃通過蝕刻區域4b而清 出的空間的側壁因此繼續延伸勾劃通過蝕刻區域3a而清出的空間的側壁。 如此，所述兩個清出的空間具有相同的橫向截面。由區域3a和4b清出的空間于是形成坑l。有利地，如果第一層3的初 始物理狀態對蝕刻不敏感，則坑1的深度對應于第一層3和第二層4的厚度容易地實施。如前所述，在諸如相變材料的熱敏材料的層內形成坑的深度實 際上受到由光學輻射所導致的熱浪(heatwave)減小的穿透深度限制。然而 根據本發明，通過在基板和熱敏材料的初始層之間添加中間層，該中間層能 夠延續該初始層而被蝕刻，則可以增加坑的深度，且同時保持小的暴露截面。 此外，本發明的中間層提供的優點為，與專利申請WO-A-2005/101398所述 的情形相比，坑形成工藝更容易實施且更經濟。通過本發明的方法，所使用 的中間層即第二層4，實際上確實克服了專利申請WO-A-2005/101398中所 述的光敏抗蝕劑層的缺點。使用與初始層的材料相同的材料形成的中間層， 這實際上有利于形成疊層2而不損傷后者的性能。圖1所示的疊層2事實上可以容易地實現。例如，如圖5至7所示，通 過在基板5上先形成第二層4并隨后沉積第一層3,由此可以制作疊層2。 在基板5上沉積預備層7來形成第二層4，預備層7具有與第二層4所需厚 度相對應的預定厚度e。通過沉積設計成用于形成第一層3和第二層4的材 料來形成預備層7，該材料處于與第一層3所需的物理狀態相對應的物理狀 態。因此，對于相變材料，例如沉積非晶形式的預備層7。預備層7隨后被 處理以實現相變。更具體而言，例如通過受控熱處理，整個預備層7可以被 進行加熱以實現相變，例如對于相變材料情形下的晶化。隨后執行非晶形式 所述材料的新的沉積，以形成第一層3。在圖8至10所示的備選實施例中，并非通過連續沉積層，而是通過單 次沉積預備層7'，由此在基板5上形成第二層4和第一層3。這種情況下， 與圖5所示的預備層7相似，預備層7'由設計成構成第一層3和第二層4的 材料組成。形成所述預備層7，的材料也沉積為第一層3所需的物理狀態。然 而，預備層7，的厚度e，大于圖5所示預備層7的厚度e。該厚度e，有利地對 應于第一層3和第二層4所需的厚度之和。隨后通過基板5的自由表面執行 受控處理，以使預備層7，的一部分轉變為第二層4所需的第二物理狀態。該 處理應用于預備層7'的整個表面，使得預備層7，的經過處理的部分形成第二 層4，預備層7，的其余部分形成第一層3。對于相變材料，該受控處理有利地為使得預備層7，的一部分能夠從非晶 態轉變為結晶態的熱處理。例如通過對預備層7，應用一溫度梯度來執行該熱 處理，該溫度梯度從預備層7'和基板5之間的界面朝預備層7，的自由表面遞 減。例如通過應用光學輻射8來執行的所述熱處理在給定深度上使該材料結 晶，該給定厚度與第二層4的厚度相對應。這種情況下，第二層4的厚度不 受到光學輻射8的應用所限制。由于后者實際上應用于基板的整個自由表面， 因此不存在由于待暴露區域的減小的截面要求所引起的熱穿透限制。這種情 況下，基板對于所述光學輻射8自然是透明的。例如，使用例如由80nm厚的非晶Ge2Sb2Tes制成的預備層7，，根據本 實施例來制作包括30nm厚的第一層3和50nm厚的第二層4的疊層2。在 惰性氣氛中通過基板5將預備層7，加熱至200。C,實現第二層4的結晶。通 過暴露于波長為405nm，數值孔徑為0.9且功率為2mW的聚焦激光束來執 行加熱。激光束以接近lm/s的線速度在基板5上方移動。隨后執行蝕刻步 驟，在室溫下在NaOH浴中形成深坑。如圖11所示，可以在沉積預備層7，之前沉積中間層9，以增強形成預備 層7，的材料的狀態變化。對于相變材料的情形，中間層9例如作為晶體生長 的種子。例如可以通過沉積氮化鍺(GeN)來獲得中間層9。中間層9還可 以在沉積預備層7之前用于圖5所示的實施例。最后，在執行設計成形成第二層4的受控處理之前，可以在預備層7， 上沉積頂層IO。頂層10的作用在于，在受控處理步驟中將預備層7，的頂部 保持在給定溫度，且例如促進將熱梯度應用于所述層7'的兩個對立表面之 間。隨后通過添加到疊層2上的材料來形成頂層10。這種方法尤其可以用于諸如"藍光"光盤的光學記錄介質，且特別可以 用于制作母盤。這種方法還可以用于需要形成深坑區域的其他領域，且尤其可以用于光刻工藝。例如，該方法可以用于樣W幾電系統(MEMS)的制作或者用于生物 或化學應用的微流體領域。本發明不限于上述實施例。更具體而言，可應用于本發明的范疇的材料 不一定為相變材料。該材料可以是能夠改變物理狀態的任意類型材料。例如， 該材料可以是諸如氧化鉬MoOx的亞化學配比氧化物。這種材料沒有相變， ^旦是可以通過熱處理轉變成Mo02/Mo，即，Mo02與鉬(Mo)殘余物的團 聚體。由此可以在包括MoOx第一層及包含Mo02/Mo的第二層的疊層內形 成坑。例如通過加熱MoOx層來得到第二層。隨后對MoOx第一層的局域化 加熱使得可以獲得至少一個Mo(VMo區域。例如通過HN03來進行選^奪性 蝕刻，以除去鉬和鄰近的Mo02的團聚體。第一層的Mo02/Mo區域以及位 于第一層的所述MoCVMo區域下方的第二層的區域被除去以形成坑。也可 以想到諸如Ptx、 MnOx的其他材料。
權利要求
1.一種用于形成至少一坑(1)的方法，包括下述連續步驟局域化處理由能夠改變物理狀態的材料形成的第一層(3)的至少一區域(3a)，以使所述區域(3a)從第一物理狀態轉變為第二物理狀態；以及通過所述第一層(3)的自由表面來選擇性蝕刻所述區域(3a)，其特征在于包括在局域化處理步驟之前，形成由所述第一層和第二層(4)形成的疊層(2)的步驟，所述第二層(4)是由處于其第二物理狀態的所述材料形成；以及繼續所述選擇性蝕刻步驟，直至最初由所述第一層(3)的經過處理的區域(3a)覆蓋的所述第二層(4)的區域(4b)被除去。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，通過在基板(5)上形成所 述第二層(4)且隨后沉積所述第一層(3),由此形成所述疊層(2)。
3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，通過在所述基板(5)上沉 積處于其第一物理狀態的所述材料，且隨后處理所述材料以使其轉變為其第 二物理狀態，由此形成所述第二層(4)。
4. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，通過在基板(5)上沉積由 處于其第一物理狀態的所述材料制成的預備層(7，)，且隨后通過所述基板(5 )的自由表面來執行受控處理以使所述預備層(7，)的一部分轉變為所 述第二物理狀態，其中所述預備層(7，)的所述部分形成所述第二層(4)， 由此形成所述疊層(2)。
5. 如權利要求2至4任意一項所述的方法，其特征在于，在形成所述 疊層之前，在所述基板(5 )上沉積一增強所述材料的狀態變化的中間層(9 )。
6. 如權利要求1至4任意一項所述的方法，其特征在于，所述材料為 通過熱作用可以從亞穩熱力學狀態轉變為穩定熱力學狀態的材料。
7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述材料為相變材料。
8. 如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述相變材料為選自由鍺、 銻、碲、銦、硒、鉍、銀、鎵、錫、鉛和砷組成的組的至少兩種元素的合金。
9. 如權利要求1至4任意一項所述的方法在制作光學記錄介質中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種用于形成至少一坑的方法及其在制作光學記錄介質中的應用。從一疊層(2)形成坑(1)，該疊層(2)至少包括第一層(3)，由能夠改變物理狀態的材料形成；以及第二層(4)，由與形成第一層(3)的材料相同但處于不同物理狀態的材料形成。處理第一層(3)的一區域，以使所述區域從其初始物理狀態轉變為與第二層(4)的物理狀態相對應的物理狀態。隨后執行選擇性蝕刻步驟，以除去第一層(3)的所述區域以及最初由第一層(3)的經過處理的區域覆蓋的第二層(4)的區域。優選地，所述材料為相變材料。
文檔編號G11B7/26GK101241724SQ20081000324
公開日2008年8月13日 申請日期2008年1月28日 優先權日2007年2月8日
發明者徹爾斯托弗·馬丁內斯, 阿蘭·法蓋克斯 申請人:原子能委員會