(57)【要約】      （修正有）【課題】光ディスクの成形スタンパーの原盤およびこれによるスタンパーを高精度に形成する。【解決手段】半導体基板１上に、非感光性レジストによる下層レジスト層２１うと、電子線感光レジストによる上層レジスト層２２とを形成し、上層レジスト層２２に、最終的に得る光ディスクに形成する凹凸パターンに対応するパターンの電子ビ−ム描画を行い、上層レジスト層２２を現像処理してこの上層レジスト層２２をパターン化する。上層のレジスト層２２の厚さは、最終的に得る光ディスクに形成する凹凸パターンの深さに対応する厚さに選定するものであり、下層レジスト層２１によって、半導体基板表面からの電子の後方散乱を吸収させることによって、確実に上層レジスト層のみにより、後方散乱の影響を受けることなく、電子ビ−ム描写本来のスポットによる描画を行い、高い精度のパターンを形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、非感光性レジストによる下層レジスト層と、電子線感光レジストによる上層レジスト層とを積層形成する工程と、
上記上層レジスト層に、最終的に得る光ディスクに形成する凹凸パターンに対応するパターンの電子ビ−ム描画を行う電子ビ−ム照射工程と、
上記上層レジスト層を現像処理してパターン化する上層レジスト層のパターン化工程とを有し、
該上層レジスト層の厚さに対応する高低差を有する凹凸パターンが形成されたレジスト原盤を作製することを特徴とする光ディスク用スタンパー原盤の製造方法。
【請求項２】
上記上層のレジスト層は、シリコンを含有するレジストより構成することを特徴とする請求項１に記載の光ディスク用スタンパー原盤の製造方法。
【請求項３】
上記下層レジスト層の厚さを、上記上層レジスト層に対する電子ビ−ム描画に際しての上記半導体基板表面からの電子の後方散乱を、上記上層レジスト層の感光に影響しない程度に吸収する厚さに選定したことを特徴とする請求項１に記載の光ディスク用スタンパー原盤の製造方法。
【請求項４】
上記下層レジスト層は、ノボラック樹脂を主要成分とするレジストをベーキングして、電子線感光を失活させたレジスト層としたことを特徴とする請求項１に記載の光ディスク用スタンパー原盤の製造方法。
【請求項５】
半導体基板上に、非感光性レジストによる下層レジスト層と、電子線感光レジストによる上層レジスト層とを積層形成する工程と、
上記上層レジスト層に、最終的に得る光ディスクに形成する凹凸パターンに対応するパターンの電子ビ−ム描画を行う電子ビ−ム照射工程と、
上記上層レジスト層を現像処理してパターン化する上層レジスト層のパターン化工程とを有し、
該上層レジスト層の厚さに対応する高低差を有する凹凸パターンが形成されたレジスト原盤を作製し、
該原盤上に、Ｎｉメッキを行い、該Ｎｉメッキ層を上記原盤から剥離して光ディスク作製用のスタンパー、あるいは光ディスク作製用のスタンパーを作製することを特徴とするスタンパーの製造方法。
【請求項６】
上記上層のレジスト層は、シリコンを含有するレジストより構成することを特徴とする請求項５に記載のスタンパーの製造方法。
【請求項７】
上記下層レジスト層の厚さを、上記上層レジスト層に対する電子ビ−ム描画に際しての上記半導体基板表面からの電子の後方散乱を、上記上層レジスト層の感光に影響しない程度に吸収する厚さに選定したことを特徴とする請求項５に記載のスタンパーの製造方法。
【請求項８】
上記下層レジスト層は、ノボラック樹脂を主要成分とするレジストをベーキングして、電子線感光を失活させたレジスト層としたことを特徴とする請求項５に記載のスタンパーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度光ディスクの、グルーブや情報ピット等の凹凸パターンが、ディスク基板表面に成形されて成る光ディスクの製造に用いられる光ディスク用スタンパー原盤およびスタンパーの製造方法に関わり、安定、かつ確実に高い精度をもって製造することができる、原盤およびスタンパーの各製造方法に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）や、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）等の光ディスクにおいては、その基板面もしくは基板面上に、例えばトラッキング用のグルーブや、情報ピット等の凹凸が形成される。この凹凸の形成においては、スタンパーが用いられる。
このスタンパーは、まず原盤が作製され、この原盤に形成した凹凸パターンの転写、または転写の繰り返しによって作製される。
【０００３】
この原盤は、先ず、原盤を作製する例えば厚さ数ｍｍのガラス円盤状基板上に、例えば０．１μｍ程度の膜厚の紫外線感光性ポジ型フォトレジスト層を均一にスピンコートし、この基板を回転させながら、基板上のフォトレジスト層に、例えば３５０ｎｍ〜４６０ｎｍの青色または紫外域で発振する例えばＡｒ、Ｋｒレーザーからのレーザー光を、対物レンズで集光させ、このレーザー光を、オン・オフさせてレジストを走査するレーザー描画による露光を行い、その後、レジストを現像することにより、このレジストによる凹凸パターンを形成して作製される。
【０００４】
この原盤作製で一般的に使用されているポジティブ型レジストでは、レーザーが照射された部分を感光し、この感光部における現像液による溶解によって凹部の形成がなされる。そして、この凹凸パターンが形成された原盤上に、例えば厚さ数１００μｍＮｉメッキを施し、このＮｉメッキ層を、原盤から剥離することによって、目的とするスタンパーあるいは目的とするスタンパ−を転写して得るスタンパ−を形成する。
【０００５】
ところで、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）型のＤＶＤの情報信号ピットは、スタンパー上に最短ピット長０．４μｍ、トラックピッチ０．７４μｍのピット列がスパイラル状に描画されて形成される。そして、このスタンパーを金型として樹脂の射出成形で作製された直径１２ｃｍの、ディスクは、片面で４．７ＧＢの情報容量を持つ。
このＤＶＤの記録密度のレーザー描画には、上述した例えばＫｒレーザー（波長４１３ｎｍ）が用いられる。この場合、カッティング可能な最短ピット長Ｐ、すなわち解像力は、一般にレーザー波長λ、対物レンズの開口数Ｎ．Ａ．およびプロセスファクタＫ（レジスト特性等に依存し、０．８〜０．９の値をとる）から、Ｐ＝Ｋ（λ／Ｎ．Ａ．）の式で近似される。
ここで、λ＝４１３ｎｍ、Ｎ．Ａ．＝０．９、Ｋ＝０．８とすると、Ｐ＝０．３７μｍとなり、ＤＶＤの最短ピット長０．４μｍが解像されることになる。
【０００６】
ところで、近年の情報通信および画像処理技術の急速な発展に伴い、光ディスク容量は、近い将来、現在の数倍のものが要求されてくると考えられる。例えばＤＶＤの延長線上において、直径１２ｃｍ対応のディスクで、片面２５ＧＢ容量を、現在と同様の信号処理方式により達成するには、最短ピット長を０．１５μｍ、トラックピッチを０．３２μｍ程度まで微細化する必要がある。また、ピット幅は、このトラックピッチの１／３程度の例えば０．１μｍ程度にする必要がある。
このような微細ピットを形成するためには、上記式からわかるように、レーザー波長の短波長化と、対物レンズのＮ．Ａ．の増大が求められるが、対物レンズのＮ．Ａ．値は、レンズの設計製作精度の面から、現状お０．９という値がほぼ限界と考えられる。
【０００７】
そこで、今後は、レーザーの短波長化が必要不可欠であり、例えばλ＝２５０ｎｍの遠紫外線レーザーを用いれば、上述の式にＫ＝０．８を代入すると、Ｐ＝０．２２μｍになる。
しかしながら、これでは上述した２５ＧＢ容量に対応する最短ピット長、ピット幅を実現することは、きわめて困難である。
このように、２５ＧＢ容量の高密度光ディスクのレジスト原盤を、従来の紫外線レーザーを光源とするレーザー描画装置で、レジスト露光を行ってスタンパー原盤を製造することは、きわめて困難であることから、今後は、より微細なレジストに対する露光が要求されるものであり、この微細パターンの描画は、微細なレジスト感光用のビ−ムを発生する電子ビ−ム描画装置の適用が必要となると考えられる。
【０００８】
この電子ビ−ム描画装置は、従来、半導体分野でフォトマスクのパターン描画や、半導体ウエハーへの直接描画に用いられてきたが、近年光ディスクの急速な高密度化に伴い、ディスク用原盤における微細な凹凸パターンの形成、いわゆるカッティングにおけるパターン露光においても、電子ビ−ム描画を適用する試みがなされている（例えば非特許文献１参照）。
【０００９】
【非特許文献１】
Ｊｐｎ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４０（２００１）ｐｐ．１６５３−１６６０，Ｐａｒｔ  １，Ｎｏ．３Ｂ，Ｍａｒｃｈ２００１，Ｆｉｇ．１０参照）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、電子ビ−ムの集束ビ−ム径は、レーザー光のように光学的な回折限界で制限されることが無く、上記文献１に示されるように、容易に１００ｎｍ以下のビ−ム径が得られる。しかしながら、実際の電子線解像力、パターン寸法精度を劣化させる原因として問題になるのが、電子のレジスト、およびシリコン半導体基板中での散乱による実効的ビ−ムサイズの増大である。
すなわち、電子の散乱は、前方散乱と後方散乱とに分けられる。
前方散乱は、主にレジスト中を電子ビ−ムが進行する際に、レジスト分子に散乱されて、レジスト表面から内部に行くほどビ−ムが広がる現象である。ディスク用原盤では、適用する電子線用レジストの膜厚が、０．１μｍ以下と薄いため、この前方散乱でビ−ムが広がる影響は、小さいものであり、この前方散乱による影響は無視し得る。
【００１１】
これに対し、後方散乱の影響は、電子ビ−ムがレジスト中を若干の散乱を受けながら、通過した後、シリコン基板中を進行する際にシリコン原子で散乱され、その一部の散乱角度が大きく、レジスト膜まで戻って来る電子により生じる。
このような、シリコン基板中で散乱され、レジストを露光する電子は、高密度のピットパターンを露光する場合には、パターン全体に渡ってほぼ均一に広がり、或る一定のバイアス露光成分として作用する。すなわち、実効的な電子ビ−ム露光のビ−ムプロファイルすなわち空間的強度分布は、所望のピットパターンに対応する露光プロファイルに、このバイアス露光分が加算されたものになり、露光部と非露光部とのコントラストが低下する。
【００１２】
また、ピットパターンが描画されるエリアにおいて、エリアの端部、すなわち露光の始まりおよび終りに近い部分と、エリアの中央部分とでは、この後方散乱電子の影響が相当異なる。すなわちエリアの中央部では、両側のトラックを露光するときの後方散乱電子が寄与するが、エリア端部では、片方の側のトラックのみの後方散乱が寄与するにとどまるからである。したがって、エリア中央部と端部とでは、実効的露光量が、相当異なってしまうという問題が生じる。
【００１３】
上述したように、ディスク用スタンパーの原盤の電子ビーム描画においては、電子ビ−ムサイズを充分絞ることができるという利点を有するものの、後方散乱の影響によって、レジストを露光する実効的ビ−ムサイズが広がり、本来の解像能力を発揮できないことや、パターンエリアの位置により実効的露光量が大きく異なってピットサイズのばらつきを増大させるという問題がある。
そして、この後方散乱の影響は、電子ビ−ムの加速電圧が低いほど顕著になり、一方でレジストの感度は、加速電圧にほぼ反比例して高くなることから、感度と、解像力がトレードオフの関係にあるという問題がある。
【００１４】
本発明においては、電子ビ−ム描画を適用する光ディスク用スタンパー原盤の製造プロセスにおいて、レジストに照射する電子ビ−ムのビ−ムサイズを絞っても、露光時に生じる電子の後方散乱の影響を回避し、感度と解像力との双方を高めることができるようにする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明による光ディスク用スタンパー原盤の製造方法においては、半導体基板上に、非感光性レジストによる下層レジスト層と、電子線感光レジストによる上層レジスト層とを積層形成する工程と、上層レジスト層に、最終的に得る光ディスクに形成する凹凸パターンに対応するパターンの電子ビ−ム描画を行う電子ビ−ム照射工程と、上層レジスト層を現像処理してパターン化する上層レジスト層のパターン化工程とを経て、上層レジスト層の厚さに対応する高低差を有する凹凸パターンが形成されたレジスト原盤を作製する。
【００１６】
そして、本発明によるスタンパーの製造方法においては、上述した製造方法をもってレジスト原盤を作製し、これによって得た原盤上に、Ｎｉメッキを行い、このＮｉメッキ層を原盤から剥離することによって、光ディスクを射出成形、あるいは２Ｐ法（Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ法）法によって形成するための光ディスク作製用のスタンパー、あるいはこの光ディスク作製用のスタンパーを、繰り返し転写して得るスタンパいわゆるファザースタンパ−もしくはマザ−スタンパ−を作製する。
【００１７】
上述したように、本発明による原盤作製方法においては、電子ビ−ム描画による手法が採られるものであるが、その電子ビーム描画のなされる上層のレジスト層下に後方散乱を吸収する感光性を示さない下層レジストを配置したことにより、上層レジストのみが、後方散乱の影響を受けることなく、本来の電子ビーム描画による高い解像能力を発揮することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明による光ディスク用スタンパー原盤およびスタンパーの製造方法の製造方法の実施の形態を例示するが、本発明は、この例に限定されるものではない。
図１は、本発明製造方法の一例の各固定の概略断面図を示す。
先ず図１Ａに示すように、後述する電子ビ−ム照射によって帯電しにくい例えばシリコン半導体基板より成る原盤の基板１を用意する。
この基板１上に、下層レジスト層２１と上層レジスト層２２とを積層形成し、上層レジスト層２２に対して、最終的に形成する光ディスクに形成する凹凸パターンに対応するパターンに電子線露光、すなわち電子ビーム描画を行う。
【００１９】
下層レジスト層２１は、非感光性レジストによって構成する。この非感光性レジストは、例えばノボラック系の紫外線感光レジストをスピンコートして後、２００℃程度にベーキングして感光性を、後述する上層レジスト層２２に対する感光に際して影響を受けない程度に失活すなわち感光性を消失させる。
また、この下層レジスト２１は、上層レジスト層２２に対する電子線照射に際して発生する前述の後方散乱によって実質的に上層レジスト層２２に影響を生じない程度に電子の後方散乱を吸収する厚さ、例えば１００ｎｍの膜厚に形成する。
上層レジスト層２２は、この下層レジスト層２１上に、例えばＳｉ含有の例えばポジ（ポジティブ）型のレジストを同様にスピンコ−トによって形成した後、１３０℃程度のベ−キングを行って厚さが７０ｎｍ程度に形成する。このＳｉ含有レジストは、数重量％のＳｉを含みながら、電子線露光において充分な感度（数１０μＣ／ｃｍ２  ）を有する。
【００２０】
そして、この上層レジスト層２２に対し、電子ビーム描画装置（ＥＢＲ）を用いて集束電子ビ−ムを、スパイラル状あるいは同心円状に、最終的に形成する光ディスクにおける凹凸パターンに対応するパターンにオン・オフしながら露光し、ピットまたはグルーブパターンの潜像を形成する。
【００２１】
その後、図１Ｂに示すように、上層レジスト層２１を、現像し、露光部分を溶解除去してパターン化し、この上層レジスト層２１の除去部と残存部とによる凹凸パターンを形成する。
このとき、下層レジスト層２１は、失活されていることから、感光されることがなく、上層レジスト層２２の現像に際して溶解することがない。すなわち現像されることなく、良好に残される。
また、この下層レジスト層２２は、上述した高温ベ−キングされていることから、残留溶剤を殆ど含有することがなく、また、分子同士がクロスリンクして稠密になっているものである。このため、上層レジスト層２２をコーティングするに際し、両レジスト層２１および２２が両者の界面で混ざりあって混合層を生じることもない。
このようにして、原盤２３が作製される。
【００２２】
次に、図１Ｃに示すように、基板１の凹凸パターン３を有する面上に、通常の方法によって、すなわち例えば表面の導電性の付与のための例えば無電解メッキおよび電気メッキによるＮｉメッキを行ってメッキ層２４を形成する。
次に、図１Ｄに示すように、このメッキ層２４を、シリコン半導体基板１から剥離してスタンパー４を得る。
このスタンパ−４は、これ自体を、光ディスク成形用スタンパ−、例えば光ディスクの射出成形時のスタンパ−とするとか、光ディスクの基板上に塗布された例えば紫外線硬化樹脂に対する目的とする凹凸パターンを形成する押圧スタンパ−とすることができる。あるいは、これらスタンパ−を得るための、いわゆるマザ−あるいはファザースタンパとして、繰り返しＮｉメッキによる転写によって目的のスタンパ−を得ることができる。
【００２３】
尚、本発明製造方法においては、言うまでもなく、上層のレジスト層２２は、ポジ型に限定されるものではなく、ネガティブ型いわゆるネガ型のレジスト層によって構成することもできる。この場合においては、レジスト原盤における凹凸パターンが、上述の例と逆パターンとなるに過ぎず、この原盤からの転写回数の選定によって、光ディスク成形のスタンパ−あるいはファザースタンパ−、マーザースタンパ−を得ることができる。
また、上述した例では、下層のレジスト層２１を、感光性のレジストを失活させた場合であるが、このレジスト層２１を、感光性を示さない、すなわち感光剤を混入しないレジストによって構成することができるなど、上述した例に限定されることなく、本発明製造方法において、種々の変形変更を行うことができる。
【００２４】
次に、上述した本発明方法における、基板１上に形成したレジストに対する電子ビ−ム照射を行う電子ビ−ム描画装置ＥＢＲの一例を、図３の概略構成を参照して説明する。
ＥＢＲは、除振テーブル５０上に配置される。
この電子ビ−ム描画装置ＥＢＲは、上部の電子ビ−ムカラム５２、下部のスピンドル５３、スライド例えばエアスライド５１等から成る機構部を有する。
そして、これらが除振テーブル５０に載置されて設置場所での外部振動が除去されるようになされている。
【００２５】
電子ビ−ム描画がなされる前述した下層および上層レジスト２１および２２が形成されたレジスト層２が、塗布されたシリコン半導体基板１は、スピンドル５３によって回転される載置台上に載置される。
電子ビ−ムカラム５２においては、例えばＺｒＯ／Ｗから成る熱電界放出方式による電子線源、陽極等を有する電子銃５４を有する。電子線源から放出された電子は、陽極により数十ｋＶで加速され、静電レンズによるコンデンサ−レンズによって集束されてアパーチャ−５６に達し、このアパーチャ−５６によって絞られた電子ビ−ムは、ビ−ム偏向電極５７によって、回転する基板１上に回転の半径方向に走査するように偏向され、それぞれ静電レンズあるいは電磁レンズによるフォーカス調整レンズ５８および対物レンズ５９によって、基板１上のレジスト層２に、例えば数１０ｎｍの径をもってスポット照射するようになされる。
【００２６】
そして、アパーチャ５６上のブランキング電極、すなわちビーム変調部６０によって、照射電子ビ−ムをアパーチャ５６に向けて、アパーチャ５６を通過させたり、側方に向かわしてアパーチャ５６を通過することがないように制御することによって例えば記録情報に応じてオン・オフ制御するビーム変調を行う。
【００２７】
基板１は、スライド５１上に配置されたエアスピンドル５３上に、チャッキングされる。
スピンドル５３は、高精度の回転スピ−ドで高速回転できるものであり、その回転スピードは、光学式ロ−タリ−エンコ−ダ−を用いたサ−ボ機構により制御される。また、スライド５１は、数ｎｍの送り精度で基板１の波形方向に駆動される。
【００２８】
本発明製造方法におけるレジスト層２に対する電子ビ−ム照射は、このようなＥＢＲ装置を用いて行うことができる。しかしながら、その電子ビ−ム照射は、この構成によるものに限らないことはいうまでもない。
【００２９】
上述したように本発明方法によれば、レジスト層２２に対して電子ビーム描画によって凹凸パターンの露光を行うものであるが、この際生じる後方散乱によるレジスト層２２への電子の到来を、下層配置した非感光性の下層レジスト層２１によって吸収させるようにしたことから、上層レジスト層２１に対する直接的電子ビームの照射のみによって露光させることができる。
【００３０】
【発明の効果】
上述したように、本発明による原盤作製方法においては、電子ビ−ム描画による手法が採られるものであるが、その電子ビーム描画のなされる上層のレジスト層下に後方散乱を吸収する感光性を示さない下層レジストを配置したことにより、上層レジストのみが、後方散乱の影響を受けることなく、すなわち後方散乱の影響によって、レジストを露光する実効的ビ−ムサイズが広がり、本来の解像能力を発揮できないことや、パターンエリアの位置による実効的露光量が異なるなど、ピットサイズのばらつきを増大させるという問題、また、電子ビ−ムの加速電圧を高い感度を得ることができる程度に低めても後方散乱によって解像力が低下することが回避される。
【００３１】
したがって、本発明によるスタンパーの原盤を用いて光ディスクの成形、例えば射出成形、あるいは２Ｐ法による押圧成形を行うことによって、微細パターンによるすなわち高密度記録による光ディスクにおいても、その凹凸パターンを正確に歩留りよく、量産的に製造することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ〜Ｄは、本発明による光ディスク用スタンパーの製造方法の一例の一部の工程図である。
【図２】本発明製造方法に用いる電子ビーム描画装置の一例の構成図である。
【符号の説明】
１・・・半導体基板、２１・・・下層レジスト層、２２・・・上層レジスト層、３・・・凹凸パターン、４・・・スタンパ−、２３・・・原盤、２４・・・メッキ層、５０・・・除振テーブル、５１・・・スライド、５２・・・電子ビ−ムカラム、５３・・・スピンドル、５４・・・電子銃、５５・・・コンデンサ−レンズ、５６・・・アパーチャ、５７・・・ビ−ム偏向電極、５８・・・フォーカス調整レンズ、５９・・・対物レンズ
【図１】
2004280999.tif 000003
【図２】
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