Спосіб виготовлення оригіналу оптичної сигналограми

Реферат: Винахід належить до запису і збереження інформації, і може бути використаний при виготовленні оригіналів оптичної сигналограми CD-, DVD-, BD- дисків, або направляючих доріжок реверсивних інформаційних дисків, а також може бути застосований при виготовленні синтезованих дифракційних оптичних елементів (плоских об'єктивів, просторово-частотних фільтрів, фотошаблонів коректорів хвильового фронту, растрів, лімбів, кругових шкал тощо). Спосіб виготовлення оригіналу оптичної сигналограми, що включає нанесення у вакуумі на дискову підкладку адгезійного шару і шару неорганічного фоторезисту на основі халькогенідного скла, його експонування модульованим гостросфокусованим лазерним пучком, і формування рельєфної структури шляхом селективного хімічного травлення фоторезисту. Як неорганічний фоторезист використовують шар халькогеніду германію бінарного складу GeSex, де 2≤х≤4, який потім відпалюють протягом 1-3 годин при температурі нижче Tg, де Tg температура розм'якшення даного халькогеніду, а формування рельєфної структури здійснюють шляхом селективного хімічного травлення експонованих ділянок фоторезисту. За допомогою запропонованого способу реалізують технологічний процес на основі екологічно прийнятних сполук германію, а також підвищують якість резистів шляхом зменшення дефектності осаджених за допомогою термічного випаровування плівок халькогенідів. UA 109582 C2 (12) UA 109582 C2 UA 109582 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до запису і збереження інформації, і може бути використаний при виготовленні оригіналів оптичної сигналограми CD-, DVD-, BD- дисків, або направляючих доріжок реверсивних інформаційних дисків, а також може бути застосований при виготовленні синтезованих дифракційних оптичних елементів (плоских об'єктивів, просторово-частотних фільтрів, фотошаблонів коректорів хвильового фронту, растрів, лімбів, кругових шкал, тощо). За своєю суттю винахід належить до способів, що базуються на використанні неорганічних резистів на основі шарів з халькогенідного скла (ХС) для технологій оптичного запису інформації, пов'язаних із виробництвом оптичних дисків. В основі цих технологій лежить виготовлення оригіналу оптичної сигналограми (ОС), що являє собою плоску скляну основу, на якій у шарі фоторезисту формується рельєфна структура у вигляді направляючих доріжок або рельєфних інформаційних елементів - пітів. З оригіналу ОС методами гальванопластики знімається нікелева матриця, за допомогою якої інжекційним литтям під тиском розплавленого полікарбонату здійснюється тиражування копій дисків. Неорганічні резисти на основі ХС мають ряд переваг перед традиційними органічними резистами, які використовуються в промисловому виробництві оптичних дисків. Зокрема, вони наносяться методами вакуумного осадження, внаслідок чого забезпечується однорідність резистного шару по товщині, характеризуються дуже високою роздільною здатністю (>8000 лін/мм), а також вони світлочутливі в широкому спектральному діапазоні (0,2-0,6 мкм). Відомий спосіб формування направляючих доріжок оптичного інформаційного диска, який 5 може бути використаний також і для виготовлення оригіналу ОС [а.с. СРСР № 1817598, МПК G 11 В 7/26, 1991 p.], що включає нанесення у вакуумі на підкладку адгезійного шару Сr і шару неорганічного фоторезисту As2S3, експонування його модульованим гостро сфокусованим лазерним пучком уздовж ділянок, що відповідають направляючим доріжкам або інформаційним пітам, селективне травлення неекспонованих ділянок фоторезисту, селективне травлення рельєфоформуючого шару через захисну маску з експонованого фоторезисту, який після цього видаляють. Недоліком способу є низька світлочутливість фоторезисту на основі As2S3 при експонуванні Аr-лазером, довжини світлових хвиль випромінювання якого знаходяться в діапазоні довгохвильового краю поглинання шару As2S3 (λ500 нм). Крім того, для шару фоторезисту As2S3 характерне істотне підвищення світлочутливості за рахунок нагріву при лазерному експонуванні [Оптоэлектрон. и полупроводн. техника, Киев. - 25, с. 52, 1993]. В результаті спостерігається і більш різка залежність ширини доріжок (або пітів) від потужності лазерного випромінювання на виході з мікрооб'єктива. Це означає, що інтервал оптимальних значень потужностей, при яких формується мікрорельєф з відтворюваними характеристиками, звужується, тобто знижується достовірність запису оптичної сигналограми. За найближчий аналог вибрано спосіб виготовлення оригіналу оптичної сигналограми 6 [патент України UA 65921А від 15.04.2004 p., МПК G 11 В 7/26], що включає послідовне нанесення на очищену дискову скляну підкладку за допомогою термічного випаровування у вакуумі адгезійного шару Сr та шару неорганічного фоторезисту на основі ХС потрійного складу As40S60-xSex, де 5≤х≤25. Експонування здійснюється на стенді запису оригіналів оптичних сигналограм оптичних дисків, в якій сфокусований пучок модульованого випромінювання аргонового лазера (λ=488 нм) спрямовувався на покриту резистним шаром дискову підкладку, що оберталась з заданою частотою. Після експонування шару фоторезисту проводили його проявлення в селективному травнику негативного типу. При цьому неекспоновані ділянки фоторезисту повністю видалялись, а експоновані залишались на підкладці. Одержана рельєфна структура використовується для виготовлення методом гальванопластики нікелевих копій для подальшого тиражування дисків. Однак описані способи реалізації процесу виготовлення оригіналу оптичної сигналограми на шарах халькогенідного резисту характеризуються певними недоліками. Основним недоліком є наявність токсичних сполук миш'яку в складі ХС фоторезистів, що суттєво обмежує їх використання. Плівки на основі халькогенідів германію, які мають переваги перед сполуками миш'яку з екологічної точки зору, мало чутливі при такому способі виготовлення ОС і для їх використання в якості резистів необхідно нанесення додаткового шару срібла, що значно ускладнює технологічний процес [Патент США № 4,127,414, G03F 1/08 (20060101); G03F 7/004 (20060101), 1978]. В основу винаходу поставлено задачу виготовлення оригіналу оптичної сигналограми за допомогою халькогенідних резистів на основі екологічно прийнятних сполук германію, а також підвищити якість резистів шляхом зменшення дефектності осаджених за допомогою термічного випаровування плівок халькогенідів без ускладнення технологічного процесу. 1 UA 109582 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Поставлена задача вирішується при реалізації способу виготовлення оригіналу оптичної сигналограми, що включає нанесення у вакуумі на дискову підкладку адгезійного шару і шару неорганічного фоторезисту на основі халькогенідного скла, його експонування модульованим гостросфокусованим лазерним пучком, і формування рельєфної структури шляхом селективного хімічного травлення фоторезисту, який відрізняється тим, що як неорганічний фоторезист використовують шар халькогеніду германію бінарного складу GeSex, де 2≤х≤4, який після нанесення відпалюють протягом 1-3 годин при температурі нижче Tg, де Tg - температура розм'якшення даного халькогеніду, а формування рельєфної структури здійснюють шляхом селективного хімічного травлення експонованих ділянок фоторезисту. Основою для запропонованого технічного рішення є наступні факти, виявлені в процесі досліджень. Після відпалу резисту на основі халькогеніду Ge при температурі нижче Tg відбувається інверсія селективності розчинення експонованих та неекспонованих ділянок фоторезисту в безводних травниках на основі амінів: на відміну від невідпалених шарів швидше розчиняються експоновані ділянки плівки халькогеніду, тобто реалізується позитивне травлення. Вказане селективне травлення базується на реверсивних фотоструктурних перетвореннях в шарах ХС, у тому числі і в шарах екологічно більш прийнятних халькогенідів германію. Це дає можливість використовувати їх в літографічному процесі. Термічно осаджені плівки халькогенідів, які використовуються в традиційному способі лазерної літографії (в найближчому аналозі), містять дефекти, пори, обірвані зв'язки, які створюють дефекти і в літографічній масці. Більш однорідними та значно менш дефектними є плівки, відпалені при температурі близькій до температури розм'якшення халькогенідного скла. Однак в традиційному способі лазерної літографії такі плівки є нечутливими і на них неможливо сформувати літографічну маску, чи рельєфну структуру за допомогою експонування лазерним випромінюванням. Також нечутливими є плівки халькогенідів миш'яку, які осаджені на підкладинку за допомогою електронно-променевого випаровування, лазерного чи високочастотного магнетронного розпилення у вакуумі, хоча такі способи осадження забезпечують меншу дефектність плівок. Ці недоліки усуваються при застосуванні запропонованого методу літографії, де використовуються плівки халькогенідів германію відпалені при температурах нижче Tg. Запропонований спосіб виготовлення оригіналу оптичної сигналограми реалізується наступним чином. На дискову скляну підкладку діаметром 120 мм задопомогою термічного -3 випаровування у вакуумі ≤10 Па послідовно наносять адгезійний шар Сr та шар неорганічного фоторезисту на основі ХС бінарного складу GeSex, де 2≤х≤4. Товщину адгезійного та фоторезистного шарів вибирають з інтервалів (2-10) нм і (80-200) нм, відповідно. Далі фоторезист відпалюють при температурі нижче Tg. Експонування здійснювали на стенді запису оригіналів оптичних сигналограм, в якому сфокусований пучок модульованого випромінювання напівпровідникового лазера (λ=405 нм) спрямовувався на покриту резистним шаром дискову підкладку, що оберталась з заданою частотою. Після експонування шару фоторезисту проводили його проявлення в селективному травнику на основі амінів. При цьому експоновані ділянки фоторезисту повністю видалялись, а неекспоновані залишались на підкладці. Топографію одержаного мікрорельєфу досліджували за допомогою атомного силового мікроскопа (ACM) Dimension 3100. Використання як фоторезисту для запису оригіналу ОС оптичного диска шару халькогеніду германію, відпаленого при температурі меншій Tg, запропоновано вперше і є важливим для вирішення поставленого завдання - вилучення токсичних сполук миш'яку із складу ХС фоторезистів та зменшення дефектності осаджених за допомогою термічного випаровування плівок халькогенідів, без ускладнення технологічного процесу та зниження якості отримуваних виробів. Таким чином, запропоноване технічне рішення задовольняє критерію "новизна". Запропонований винахід пояснюється наступними кресленнями: фіг. 1 - АСМ-зображення фрагмента оптичної сигналограми, сформованої в шарі фоторезисту GeSe3, і її профілографа, потужність експонуючого випромінювання - 0,2 мВт, фіг. 2 - АСМ-зображення фрагмента оптичної сигналограми, сформованої в шарі фоторезисту GeSe3, і її профілографа, потужність експонуючого випромінювання - 0,1 мВт, фіг. 3 - АСМ-зображення фрагмента оптичної сигналограми, сформованої в шарі фоторезисту Ge2Se3, і її профілографа, потужність експонуючого випромінювання - 0,2 мВт, фіг. 4 - АСМ-зображення фрагмента оптичної сигналограми, сформованої в шарі фоторезисту GeSe6, потужність експонуючого випромінювання - 0,2 мВт. Запропонований спосіб пояснюється наступними прикладами його здійснення. Приклад 1. 2 UA 109582 C2 5 10 На дискову скляну підкладку діаметром 120 мм за допомогою термічного випаровування у -3 вакуумі 1,3*10 Па послідовно наносили шари Сr та неорганічного фоторезисту GeSe3. Товщини адгезійного та фоторезистного шарів складали 5 нм і 200 нм, відповідно. Далі фоторезист відпалювали при температурі 180 °C протягом 1 години. Експонування здійснювали на стенді запису оригіналів оптичних сигналограм, в якому сфокусований пучок модульованого випромінювання напівпровідникового лазера (λ=405 нм) спрямовувався на покриту резистивним шаром дискову підкладку, що оберталась з заданою частотою. Після експонування шару фоторезисту проводили його проявлення в селективному травнику на основі амінів. Топографію одержаного мікрорельєфу досліджували за допомогою атомного силового мікроскопа Dimension 3100 (фіг. 1, 2) Результати досліджень залежності ширини пітів b від зміни потужності випромінювання на виході мікрооб'єктива представлені у таблиці 1. Таблиця 1 Залежність ширини пітів b від зміни потужності випромінювання Р на виході мікрооб'єктива Р, мВт b, нм 15 20 25 30 35 40 0,50 740 0,42 660 0,32 580 0,26 460 0,15 390 Наведені в таблиці дані показують, що ширина інформаційного піта оптичної сигналограми залежить від потужності випромінювання, монотонно збільшуючись при збільшенні потужності в широкому інтервалі потужностей. При цьому висота піта не змінюється, визначаючись початковою товщиною фоторезисту та селективністю травника. Таким чином, використання шарів GeSe3 дозволяє з високою відтворюваністю формувати якісну рельєфну мікроструктуру оригіналів оптичних дисків. Приклад 2. На дискову скляну підкладку діаметром 120 мм з допомогою термічного випаровування у -3 вакуумі 1,3*10 Па послідовно наносили шари Сr та неорганічного фоторезисту Ge2Se3. Умови осадження, екпонування та післяекспозиційної обробки шарів фоторезистів були аналогічними описаним в прикладі 1. Топографія рельєфної мікроструктури сигналограми оптичного диска, отриманої на шарі фоторезиста Ge2Se3, зображена на фіг. 3. По результатах досліджень встановлено, що для даного складу ХС внаслідок сильного поглинання експонуючого випромінювання формуються піти недостатньої глибини (20-30 нм) для створення сигналограми оптичного диска. Приклад 3. На дискову скляну підкладку діаметром 120 мм за допомогою термічного випаровування у-3 вакуумі 1,3*10 Па послідовно наносили шари Сr та неорганічного фоторезисту GeSe6. Умови осадження, екпонування та післяекспозиційної обробки шарів фоторезистів були аналогічними описаним в прикладі 1. Топографія рельєфної мікроструктури сигналограми оптичного диска, отриманої на шарі фоторезисту GeSe6, зображена на фіг. 4. По результатах досліджень встановлено, що для даного складу ХС на поверхні шару фоторезисту після експонування та селективного травлення формується значна концентрація дефектів, внаслідок виділення фаз, збагачених селеном. Тому ХС такого складу непридатні для формування оригіналів сигналограм оптичних дисків. В результаті таких досліджень було встановлено необхідний інтервал складів ХС на основі германію: від GeSe2 до GeSe4. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 Спосіб виготовлення оригіналу оптичної сигналограми, що включає нанесення у вакуумі на дискову підкладку адгезійного шару і шару неорганічного фоторезисту на основі халькогенідного скла, його експонування модульованим гостросфокусованим лазерним пучком, і формування рельєфної структури шляхом селективного хімічного травлення фоторезисту, який відрізняється тим, що як неорганічний фоторезист на основі халькогенідного скла використовують шар бінарного складу GeSex, де 2≤х≤4, який після нанесення відпалюють протягом 1-3 годин при температурі нижче Tg, де Tg - температура розм'якшення даного халькогеніду, а формування рельєфної структури здійснюють шляхом селективного хімічного травлення експонованих ділянок фоторезисту. 3 UA 109582 C2 4 UA 109582 C2 5 UA 109582 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6