(57)【要約】  本発明は、基板層（26）と、該基板層（26）の上部の、第1の記録層（12）および第2の記録層（16）と、前記第1の記録層（12）と前記第2の記録層（16）の間の界面層（14）と、を有する光記録用のマスター基板に関し、前記両記録層（12、16）は、相変化材料を有し、該相変化材料の化学物質に関する特性は、前記記録層に光を放射することにより生じる相変化によって、変化する。また、本発明は、高密度凹凸構造を製造する方法に関する。
2008517415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板層と、
該基板層の上部の、第1の記録層および第2の記録層と、
前記第1の記録層と前記第2の記録層の間の界面層と、
を有する光記録用のマスター基板であって、
前記両記録層は、相変化材料を有し、該相変化材料の化学物質に関する特性は、前記記録層に光を放射することにより生じる相変化によって、変化することを特徴とするマスター基板。
【請求項２】
前記第2の記録層の下側に、界面層が設置されることを特徴とする請求項1に記載のマスター基板。
【請求項３】
n≧2として、n組の記録層および関連する界面層のスタックが提供されることを特徴とする請求項1に記載のマスター基板。
【請求項４】
前記基板の上部に、直接ヒートシンク層が設置されることを特徴とする請求項1に記載のマスター基板。
【請求項５】
前記第1の記録層の上部には、保護層が設置されることを特徴とする請求項1に記載のマスター基板。
【請求項６】
前記第1および前記第2の記録層の前記相変化材料は、同一であることを特徴とする請求項1に記載のマスター基板。
【請求項７】
前記第1および前記第2の記録層の前記相変化材料は、異なることを特徴とする請求項1に記載のマスター基板。
【請求項８】
前記第1の記録層内の前記相変化材料は、前記第2の記録層内の前記相変化材料よりも高速型であることを特徴とする請求項7に記載のマスター基板。
【請求項９】
前記第1の記録層内の前記相変化材料は、前記第2の記録層内の前記相変化材料よりも低速型であることを特徴とする請求項7に記載のマスター基板。
【請求項１０】
前記第1の記録層内の前記相変化材料の溶融温度は、前記第2の記録層内の前記相変化材料の溶融温度よりも高いことを特徴とする請求項7に記載のマスター基板。
【請求項１１】
前記第1の記録層内の前記相変化材料の溶融温度は、前記第2の記録層内の前記相変化材料の溶融温度よりも低いことを特徴とする請求項7に記載のマスター基板。
【請求項１２】
マスター基板上に高密度凹凸構造を製造する方法であって、
前記マスター基板は、基板層と、該基板層の上部の、第1の記録層および第2の記録層と、前記第1の記録層と前記第2の記録層の間の界面層と、を有し、
前記両記録層は、相変化材料を有し、
当該方法は、前記記録層に光を放射するステップを有し、これにより、前記記録層の相変化によって、前記記録層の化学物質に関する特性が変化することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項1乃至11のいずれかに記載のマスター基板を基に製作された凹凸構造を用いて、光データ担体を製作する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスター基板および高密度凹凸（relief）構造を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的な処理に基づいて製作される凹凸構造は、例えば、再生専用メモリ（ROM）、ならびにプリグルーブ化追記式（R）および書き換え可能式（RE）ディスクの大量複製用のスタンパとして使用することができる。複製工程で使用されるそのようなスタンパの製造は、マスタリング処理（mastering）として知られている。
【０００３】
従来のマスタリング処理では、ガラス基板上にスピンコートされた薄い感光層が、変調集束レーザビームで照射される。レーザビームの変調によって、ディスクのある部分は、UV線で露光されるが、ピット間の中間領域は、露光されずに残る。ディスクは回転しており、集束レーザビームは、次第にディスクの外側に引き寄せられるため、交互に照射された螺旋領域が残存する。第2のステップでは、いわゆる現像処理によって、露光領域が溶解され、結果的に、フォトレジスト層内には物理的な孔が形成される。NaOHおよびKOHのようなアルカリ溶液を用いることで、露光領域が溶解される。その後、構造化表面は、薄いNi層で被覆される。ガルバニック処理の際に、このスパッタ成膜Ni層は、さらに成長し、厚くて扱い易い反転ピット構造を有するNi基板となる。突出した段差を有し、未露光領域を有する基板から分離されたこのNi基板は、スタンパと呼ばれる。
【０００４】
ROMディスクは、コード化されたデータを表すピットとランドが交互に現れる螺旋を有する。情報の読み出しを容易にするため、反射層（金属または異なる屈折率を有する他の種類の材料）が追加される。ほとんどの光記録システムでは、データトラックピッチは、光読み取り／記録スポットの寸法と同じオーダの大きさを有し、これにより最適なデータ容量が確保される。例えば、ブルーレイディスク（BD）の場合、データトラックピッチは320nmであり、1／eスポット半径は305nmである（1／eは、光強度が最大強度の1／eに低下するときの半径である）。追記式および書き換え可能式の光マスター基板とは異なり、通常のROMディスクのピット幅は、隣接するデータトラックの間のピッチの半分である。最適な読み出しのためには、そのような微細なピットが必要である。ROMディスクは、位相変調によって、すなわち光線の重畳的なおよび減衰的な干渉によって、読み出されることは、よく知られている。より長いピットの読み出しの際には、ピットの底部から反射された光線と、隣接するランドの平坦部で反射された光線の間で減衰的な干渉が生じ、この結果、より低い反射レベルが得られる。
【０００５】
通常、光読み出しスポットのほぼ半分のピットを有するピット構造のマスタリング処理には、読み出しに使用されるものよりも低い波長のレーザが必要となる。CD／DVDのマスタリング処理の場合、通常レーザビームレコーダ（LBR）は、413nmの波長で作動し、対物レンズの開口数は、NA=0.9である。BDのマスタリング処理の場合、より高いNAのレンズ（遠視野の場合0.9であり、液体浸漬マスタリング処理の場合1.25）と組み合わせて、波長が257nmの深UVレーザが使用される。換言すれば、現在の光ディスク世代のスタンパを製作するためには、次世代LBRが必要となる。従来のフォトレジストマスタリング処理の追加の問題は、蓄積性の光子効果である。フォトレジスト層内の感光化合物の劣化は、照射量に比例する。また、集束エアリー（Airy）スポットの側部は、中央トラックへのピットの記録の際に、隣接するトレースをも照射する。この度重なる露光によって、ピットが局部的に広くなり、さらにはピットノイズ（ジッタ）が増大する。また、交差照射を抑制するためには、できる限り小さな集束レーザスポットが必要となる。従来のマスタリング処理で使用されるフォトレジスト材料の別の問題は、フォトレジスト内に存在する高分子鎖の長さである。長い高分子鎖のため、露光領域の溶解によって、粗い側端部が生じる。特に、（ROM用の）ピットおよびグルーブ（追記式（R）および書き換え可能式（RE）用のプリグルーブ基板）の場合、この端部の表面粗さは、予め記録されたROMピットの読み出し信号および記録されたR／REデータの劣化につながる。
【０００６】
前述のように、高密度凹凸構造は、例えば、光ディスクの複製に使用することができる。異なる長さのピット内に符号化されたデータは、位相変調を介して読み出される。ピット形状、特にピット深さは、最適な読み出し特性を得ることができるように最適化される。BD−ROMディスクの場合、通常のピット深さは、約80nmである。できる限り急勾配の壁が好ましく、60から80度の間の角度が好ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、急勾配の壁によって特徴化されたピットを有する、高密度凹凸構造につながるマスター記録を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的は、独立請求項の特徴によって達成される。本発明の更なる成果および好適実施例は、従属請求項に示されている。
【０００９】
本発明では、光記録用のマスター基板が提供され、このマスター基板は、基板層と、該基板層の上部の、第1の記録層および第2の記録層と、前記第1の記録層と前記第2の記録層の間の界面層と、を有し、前記両記録層は、相変化材料を有し、該相変化材料の化学物質に関する特性は、前記記録層に光を放射することにより生じる相変化によって、変化する。相変化は、特に、放射光により提供される熱により誘起される。通常、相変化材料は、高い吸収率を有する。この光吸収性は、マーク形成用の記録層の溶解を可能にする上で必要となる。50nmを超える厚さの相変化層は、光学的に閉じており、これは、入射光の少量のみが底部に到達することを意味する。その結果、温度プロファイルは、層の深さとともに減衰する。従って、溶融領域は、円錐形状を有し、層の深さが深くなるほど、アモルファス領域が狭くなる。現像液中での溶解の後、ピットは、小さな壁角度で残存する。BD−ROMの場合、最も微細なピットの読み出しは、2Tであり、ここでTは、チャンネルピット長であるが、最も微細なピットの読み出しは、その後妨害され、符号化データの再生が低下する。これは、従来のマスタリング処理の場合、フォトレジストと基板の間に、薄い金属界面層を設置することにより、データ品質の顕著な改善が得られることを意味する。また、金属層は、形成されるピットの壁の傾斜を改善する。従って、本発明に基づいて、急勾配の壁を有する深いピットを有する凹凸構造が提供される。記録材料は、いわゆる高速成長型の相変化材料であることが好ましく、組成は、SnGeSb（Sn18.3−Ge12.6−Sb69.2（at%））、またはInGeSbTeのような、In、Ge等がドープされたSb2Teであることが好ましい。データパターンは、この記録層内に書き込まれ、この記録層は、エッチング処理を介して凹凸構造に変形される。記録層の厚さは、5から40nmの間であり、10から15nmの間にあることが好ましい。
【００１０】
好適実施例では、第2の記録層の下側に、界面層が提供される。界面層は、いずれもエッチング可能である。厚さは、5から50nmの範囲であり、10から15nmの範囲であることが好ましい。好適な材料は、ZnS−SiO2である。
【００１１】
本発明は、実施例により具体化され、n≧2として、n組の記録層および関連する界面層のスタックが設置される。3以上の記録層、例えば、3つの記録層により、より深いピットが得られ、所望の勾配の壁が提供される。
【００１２】
基板の上部には、直接ヒートシンク層が設置されることが好ましい。ヒートシンク層は、金属で構成されることが好ましい。金属層は、ヒートシンク層として機能し、記録の際の熱を除去するため、溶融急冷処理が可能になる。適当な材料は、Ag、Al等である。好適な層厚さは、15から150nmの範囲である。
【００１３】
本発明のある実施例では、第1および第2の記録層の相変化材料は、同じである。この場合、第2の記録層内に形成された溶融領域は、第1の記録層内に形成されたものよりも小さい。アモルファスマークの再結晶化は、両方の記録層においてほぼ同様である。エッチング処理の後、階段壁を有するピットが残留する。このピット形状は、多層記録処理に極めて適している。
【００１４】
別の実施例では、第1および第2の記録層の相変化材料は、異なっている。相変化材料の特性の変化に基づいて、ピットの形状が変更される。
【００１５】
例えば、第1の記録層内の相変化材料は、第2の記録層内の相変化材料よりも高速型の相変化材料である。第2の記録層内に形成される溶融領域は、より狭いが、再結晶が生じにくい。第1の記録層内の溶融領域は、より広いが、アモルファスマークは、より再結晶化されやすい。その結果、第1および第2の両記録層において、ほぼ等しい寸法のアモルファスマークが生じる。エッチングの後、極めて急勾配の壁を有するピットが残存する。
【００１６】
別の実施例では、第1の記録層内の相変化材料は、第2の記録層内の相変化材料に比べてより低速型である。第2の記録層内に形成される溶融領域は、より狭く、より再結晶化されやすい。第1の記録層内の溶融領域は、より広く、さらにより再結晶化されにくい。その後の第1の記録層内のアモルファスマークは、第2の記録層のものよりも実質的に大きくなる。エッチングの後、階段状の壁を有するピットが残留する。このピット形状は、多層記録処理に極めて適している。
【００１７】
さらに別の実施例では、第1の記録層内の相変化材料の溶融温度は、第2の記録層内の相変化材料の溶融温度よりも高い。その後の第1の記録層内の溶融領域は、第2の記録層のものよりも実質的に狭くなる。再結晶化の後、第1の記録層内のアモルファスマークは、第2の記録層内のものとほぼ等しい寸法となる。エッチングの後、極めて急勾配の壁を有するピットが残留する。
【００１８】
また、第1の記録層内の相変化材料の溶融温度は、第2の記録層内の相変化材料の溶融温度よりも低くすることが可能である。その後の第1の記録層内の溶融領域は、第2の記録層内のものに比べて実質的に広くなる。再結晶化の後、第1の記録層内のアモルファスマークは、第2の記録層内のものよりも実質的に大きくなる。エッチングの後、階段状の壁を有するピットが残留する。このピット形状は、多層記録処理に極めて適している。
【００１９】
また、本発明では、マスター基板上に高密度凹凸構造を製造する方法であって、前記マスター基板は、基板層と、該基板層の上部の、第1の記録層および第2の記録層と、前記第1の記録層と前記第2の記録層の間の界面層と、を有し、前記両記録層は、相変化材料を有し、当該方法は、前記記録層に光を放射するステップを有し、これにより、前記記録層の相変化によって、前記記録層の化学物質に関する特性が変化することを特徴とする方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
記録スタックの上部層は、KOHおよびNaOHのような従来の現像液中に良く溶解する材料で構成された保護層10である。保護層は、ZnS−SiO2またはフォトレジストで構成されることが好ましい。アモルファス記録の場合、保護層は、約600〜700℃の高記録温度に対して耐久性がある必要がある。層の厚さは、5から100nmの間であり、10から25nmの間であることが好ましい。保護層10の下側には、第1の記録層12が設置される。記録材料は、いわゆる高速成長型の相変化材料であることが好ましく、組成は、SnGeSb（Sn18.3−Ge12.6−Sb69.2（at%））、またはInGeSbTeのような、In、Ge等がドープされたSb2Teであることが好ましい。データパターンは、この記録層12に記録され、この記録層は、エッチング処理によって、凹凸構造に変形することができる。記録層12の厚さは、5から40nmの間であり、10から15nmの間であることが好ましい。第1の記録層12の下側には、界面層14が設置され、この界面層の下側には、第2の記録層16が設置される。この第2の記録層16は、第1の記録層12と同等の特性を有する。また、記録層12および16は、異なっていても良い。第2の記録層16の下側には、第2の界面層18が設置される。両界面層は、同様にエッチングされ得る。両界面層の厚さは、5から50nmの間であり、10から15nmの間であることが好ましい。好適材料は、ZnS−SiO2である。2組の記録層12、16および界面層14、18の下側には、1または2以上の別の記録層20と界面層22の組が設置され得る。このスタックの下側には、金属層24が続き、この金属層は、ヒートシンク層として機能し、記録の際の熱を除去し、これにより溶融急冷することが可能になる。適当な材料は、Ag、Al等である。好適な層の厚さは、15から150nmの間である。記録層および界面層の数は、増やしても良く、そのような多層スタックは、C（PI）nMで形成される。ここで、Cは保護層であり、Pは記録層、Iは界面層、Mは金属層であり、n≧2である。スタック全体は、基板26によって支持されている。
【００２１】
図2乃至図5には、C(PI)n=3Mスタックで実施した実験の結果を示す。なお保護層は、厚さが25nmのフォトレジストとし、記録層は、厚さが10nmのInGeSbTeで構成し、界面層は、厚さが10nmのZnS−SiO2で構成した。金属層は、厚さが100nmのAgで構成した。相変化層は、マスタリング処理の前にイニシャライザーを有する結晶で構成した。N−1記録方式、すなわちチャンネルビット長TのN倍の長さを有するマーク用のN−1記録パルスを用いた方式を含む、いくつかの記録方式を使用した。短パルスを用いて、結晶質層にアモルファスマークを記録した。ディスクは、10％のNaOHで5分間現像した。
【００２２】
図2には、第1のレーザ出力を用いて本発明によるマスター基板に記録されたデータパターンを、2通りの異なる表現で示す。マークは、30ILV（ILV＝絶対レーザ出力）の低記録出力により、N−1方式で記録した。これらの条件下では、記録スタックに極めて微細なマークが現れる。10％のNaOHで現像後、13nmの深さのピットが残留した。これらのピットの原子間力顕微鏡（AFM）写真を図2の下の部分に示す。上部の図は、画像の黒の線、すなわち記録方向に沿った線での断面図である。上部と下部の図の矢印は、対応する点を示している。
【００２３】
図3には、第2のレーザ出力を用いて、本発明によるマスター基板に記録されたデータパターンを、2通りの異なる表現で示す。この実験では、より高い記録出力を適用し、すなわちILV=40以上とした。アモルファスマークは、第2の記録層にまで延伸し、この状況は、図3の2通りの表示にも認められる。先程と同様、下側の図は、表面走査に基づく画像であり、上側の図は、黒の線に沿った画像の断面である。ピットは、典型的な形状により特徴化されている。前述のように、吸収量は、深さとともに減衰する。従って、上部記録層の溶融領域は、下部記録層よりも広い。一部重複しているアモルファス領域では、マークの前部の過去に記録されたアモルファス材料の再結晶化が生じるが、これは、極めて高速の相変化材料において、または極めて低速の記録速度において、観察される効果である（記録の際の既知の再結晶化）。下部記録層内のアモルファス領域は、より狭いが、同様の形状を有する。前部のマークの幅は、上部記録層よりも狭い。この場合、再結晶化によって、下部記録層内のマークの前部が完全に消去される。上部および下部記録層の両方のマークの後部は、ほとんど再結晶化されない。現像後、2段のピットが残留する。
【００２４】
図4には、第2のレーザ出力で記録されたピットの拡大図を示す。浅い前部の深さは、13nmであり、これは、低記録出力で得られるピットと同様である。これは、深さが、エッチング後の第1の記録層および界面層の厚さと類似していることを意味する。
【００２５】
図5には、本発明によるマスター基板に記録されたデータパターンを、2通りの異なる表現で示す。右側の図は、表面走査の結果であり、左側の図は、右側の画像の半径方向における破線での断面図である。先程と同様、2段構造が観察される。熱応答は、半径方向に対称であり、これは、浅い部分の存在を示している。
【００２６】
図6には、記録深さおよびマーク幅について、単一の記録層と、本発明による記録スタックとを比較した図を示す。記録スタックにおいて、第1の記録層の相変化材料の組成は、第2の記録層と同様であることを考慮する必要がある。吸収効果のため、第1の記録層内の溶融領域は、第2の記録層内のものよりも広い。この状況は、図6に示されており、図には、20nmの界面層によって分離された、2つの20nmの相変化層を有する記録スタックについて、算出された相対マーク幅が示されている。吸収効果のため、第1の記録層に記録する際のマーク幅は、第2の記録層よりも広い。図6には、60nmの厚さの厚い相変化層の結果もプロットされている。光は、z=60nmでスタックに入射されることに留意する必要がある。従って、最も幅広のマークは、60nmで記録され、スタックのより深い位置（z=10nm）では、マークは、より小さくなる。計算結果は、厚い（60nm）記録層の内部には、マークが形成されないことを示しており、この結果は、予測と一致する。一方、多層化スタックでは、第2の（より深い）記録層にマークが形成されることが示されている。これらの計算結果から、提案された多層化スタックの場合、より深くおよびより急勾配のピットが形成され得ることは明らかである。第1および第2の記録層のマーク形状は、溶融温度が異なる2種類の相変化組成を使用することにより、制御することができる。
【００２７】
さらに、第1および第2の記録層のマーク形状は、結晶化機構により制御することも可能である。第2の記録層内の相変化材料の成長速度が、第1の記録層内の材料組成に比べて著しく小さい場合、再結晶化が起こりにくくなり、これにより、より大きなアモルファスマークが得られる。材料組成の結晶化速度によって、再結晶化が制御される場合、極めて急勾配の壁角度を得ることができる。また、第2の記録層の制御された再結晶化を利用した場合、階段挙動がより強調される。従って、この場合、より深い記録層には、より高速の相変化材料が使用される。
【００２８】
界面層は、吸収を示さず、その結果、スタック内での熱の蓄積が少なくなり、より深いマークを書き込むことが可能になる。また、相変化層は、界面層の下側をエッチングする際のマスクとして使用される。層の厚さおよび光学特性を最適化することにより、ピットの勾配を最大化することができる。壁をより急勾配にした場合、より深いピットを得ることができる。
【００２９】
本発明の範囲から逸脱しないで、本願に示されていない等価物および変形例を使用することも可能である。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるマスター基板の概略的な断面図である。
【図２】第1のレーザ出力を用いて、本発明によるマスター基板に記録されたデータパターンを、2通りの異なる表現で示した図である。
【図３】第2のレーザ出力を用いて、本発明によるマスター基板に記録されたデータパターンを、2通りの異なる表現で示した図である。
【図４】第2のレーザ出力を用いて、記録されたピットの拡大図を示す図である。
【図５】本発明によるマスター基板に記録されたデータパターンを、2通りの異なる表現で示した図である。
【図６】記録深さおよびマーク幅について、単一の記録層と本発明による記録スタックとを比較した図である。
【図１】
2008517415.tif 000003
【図２】
2008517415.tif 000004
【図３】
2008517415.tif 000005
【図４】
2008517415.tif 000006
【図５】
2008517415.tif 000007
【図６】
2008517415.tif 000008
【国際調査報告】
2008517415.tif 000009
2008517415.tif 000010
2008517415.tif 000011