专利名称：光数据存储盘模子的制造方法
技术领域：
本发明的背景1、本发明的领域本发明涉及用于由可进行离子加工的非晶金属基片制造光数据存储盘模子的方法，尤其涉及用这种模子复制光数据存储盘的方法。本发明还涉及用这种方法制造的模子和用这种模子复制的光盘。
2、相关技术的说明光数据存储盘已作为音盘和视盘(例如，密致盘)以及作为计算机系统中的用于数据储存和提取的密致盘只读存储器设备的部件得到了广泛使用。光数据存储盘的二进制码的螺旋迹道中可以容纳数字数据。这些代码被以微小的凹坑与基面的数据模式制作在盘片上。
图1示出了密致盘(没有示出)上的螺旋迹道1的放大部分，它表示一系列凹坑1a和基面1b。例如在音盘中，迹道1中的凹坑和平面代表各种类型二进制码，诸如左侧和右侧立体声码以及控制光盘读出马达的速度和提供定时的码。用于对这种迹道进行解码的光盘读出器是众所周知的。
例如，光数据存储盘读出器可使直径约为125mm的盘片在盘片中心即在迹道的开始处以大约500转/分的转速转动，在盘片的外边缘附近即在迹道的末尾以约200转/分的转速转动。不过，当盘片在光读出设备上转动时，盘片的线速度基本保持恒定，这时盘片通过用于解码迹道的光读出设备。这种光读出设备可以包括反射镜与透镜组合，它引导激光束之类的光束指向螺旋迹道。随着盘片的转动，被引导的光束可以从盘片中心跨过旋转的迹道向盘片的边缘方向移动。当光束指向迹道的基面部分时其被反射从而产生一光信号。可以用诸如光敏二极管之类的光敏开关将反射的光信号转换为电信号。可是，当光束射入到迹道的凹坑中时，它不会反射，因而不会产生这种电信号。
授予Yoshizawa等人的第5096563号美国专利描述了光数据存储盘模子的一传统制作方法，该专利在此处被作为参考文献。图2a-g示出了光数据存储盘模子的一般制作方法的示意性剖视图。在该一般方法中，感光主盘包括淀积在诸如图2a所示的盘型碱石灰玻璃之类的玻璃基片2的主表面上的感光性材料层3。碱石灰玻璃是由沙粒和碳酸钠或硫酸钠和石灰或石灰石熔化而成的。
根据数字信号进行闪烁的激光束La使感光性材料层3曝光，从而形成一圈一圈的包含点(例如凹坑位置)迹道潜影的数据模式6。可以用正性或负性感光性材料层。当采用正性感光性材料层时，通过显影方法去除曝光区域。与此相反，当采用负性感光性材料层时，通过显影方法来消除未曝光区域。于是，曝光后的感光主盘经显影之后便产生与记录在感光主盘上的数字信号相对应的微小凹坑3a的迹道，这样便得到了显影后的主盘，它具有带凹坑的感光性材料层3和玻璃基片2，如图2b所示。
然后将显影后的主盘上的感光性材料层3弄干并将它固定在玻璃基片2上从而得到干燥的主盘，如图2c所示。可以在感光树脂层3上溅射或用湿法金属镀法喷镀银或镍之类的导电金属来产生导电膜4，使显影后的主盘表面导电并产生如图2d所示的具有多层结构的主盘4a。导电膜4的厚度可以仅为几个分子厚。
然后可以将主盘4a浸入到镍电成型容器中给导电膜4镀上一层镍，从而形成图2e所示的镍层5，即镍模子。镍模子5上具有一系列凸起5a，每个凸起5a可以是连续的或不连续的以及可以对应于感光性材料层3中的一个凹坑3a.。如图2f所示，将镍层或模子5与玻璃基片2分开从而产生用于复制在光数据存储盘上的螺旋迹道的负模子。由于镍模子5是非常柔软的，因此可以用手把模子5从玻璃基片2上移开。然后可以将感光性材料层3(和导电膜4)从模子5上移开，得到如图2g所示的带模型面6’的镍模子5，其中，模型面6’上具有数据模式6的负像。然而，如果导电膜4是用镍做的，那么它可以留在原来位置上成为模子5的一部分。将感光性材料层3(和导电膜4)从模子5上移开之后，便冲洗模子5，可以在负模子的表面涂上保护漆涂层(没有示出)。然后可以对漆涂层进行加工，可以对与负模子相对的模子5的表面进行抛光从而消除镍喷镀过程中所产生的任何缺陷。
在模子5被喷漆和抛光之后，可以在模子5的中心打个孔以便把它固定到注模装置上。然而，在模子5上打孔会在镍膜中产生应力并使螺旋迹道产生缺陷。这种应力是不可避免的，镍模5被固定到注模装置中的模具上。合上注射模具之后，便可以将诸如液态的聚甲基丙烯酸甲脂、聚碳酸脂、聚丙烯脂、环氧树脂、非饱和聚脂树脂之类的热塑性树脂注射到模具中，用树脂填满模子5上的迹道。当树脂硬化之后，便将它与模子5分开从而得到光数据存储盘的复制品，该复制品的表面记录了用数据模式描述的二进制码。
可以用这种方法将诸如铝或金(包括铝合金)之类的反射材料加到所产生的复制品的数据模式表面。然后在反射材料上涂上保护漆膜从而形成光盘。用这种方法可以制成两张光数据存储盘，将它们粘在一起并经过精加工处理后便可得到双面光数据存储盘。
在一般方法中，镍模子的电成型是比较费时的流程。还有，由于与电成型步骤有关的精细流程的缘故，使得目前的方法还不能达到完全自动化。制造一个一般的镍模子所花费的时间可能要大于180分钟。用一般的方法来制作模子所需要的附加时间使得这种方法复制刚显影的光数据存储盘是一低效的，这些光数据盘可以包括小批量生产的各种音/像软件。此外，当前的电成型流程使用毒性化学物质，它需要对诸如重金属(如镍)溶液之类的有害物质进行处理。作为精加工处理的一部分的涂漆方法流程还会产生相当大量的毒性气体和有害物质。
如上所述，用镍的电成型层制成的一般模子较容易损坏，使用寿命较短，重复处理一般的模子可能会使它们变形或使它们受到其它损坏。还有，光盘的精加工处理，如涂漆、抛光和打孔处理可能会导致螺旋迹道涂漆不均匀和有缺陷，或者因打孔或抛光而使螺旋迹道损坏。受到这种制造缺陷或损伤的模子要被报废，于是要重新制造新模子。最后，由于玻璃基片呈碱性使得电成型镍容易氧化或腐蚀，因而当存储时，必须密切监视镍模子以便检测这种损坏。这种变坏的模子可能是无用的。因此，呈现氧化或腐蚀或其它物理损坏的模子也要被报废，于是要重新生产新的模子来取代它们。另外，镍模子会使光盘的复制品上产生疵点。呈现这些疵点的光盘几乎没有或毫无商业价值，它们也要被报废，因此，这些疵点降低了复制过程的效率。
本发明的概述因此，需要有这样一种光数据存储盘模子制造方法，它不需要进行电成型(如镍电成型)步骤或涂漆流程，从而可以消除与电成型步骤和涂漆流程有关的化学物质的浪费。此外，需要有这样一种光数据存储盘模子制造方法，它能减少制造时间，特别是能减少模子的加工时间。还需要有一种全自动的光盘模子制造方法。另外，需要有这样一种光盘模子制造方法，与一般方法相比，它能制造出那种不易变形或使用时储存时不易损坏或变坏的经久耐用的模子。
本发明的一个实施例是用于复制密致盘的光数据存储盘模子的制造方法。该方法包括这样一些步骤提供诸如化学汽相淀积碳化硅(CVDSiC)之类的韧度至少为约
的可进行离子加工的陶瓷基片及在基片表面淀积一层感光性材料。感光性材料经电磁能辐射源(如激光)曝光后在其中形成数据模式。曝光之后将感光性材料显影，从而形成数据模式掩模。然后对数据模式进行离子加工以便在基片上形成具有至少一个和至少一个基面面的螺旋迹道。合适的可进行离子加工的基片可以被加工而不提高表面粗糙度(Ra)。对基片作离子加工之后，可以从基片上剥去显影过的感光性材料。
在本发明的另一个实施例中，光数据存储盘模子制造方法包括这样一些步骤提供韧度至少为
可进行离子加工的陶瓷基片；在基片的表面淀积第一玻璃层；在第一玻璃层上淀积第二感光性材料层。然后用电磁能辐射源对感光性材料进行曝光从而在感光性材料中形成数据模式。曝光之后将感光性材料显影，从而在第一层上形成数据模型的掩模。对第一层上的数据模式进行腐蚀，例如用氢氟酸之类的酸性物对它进行腐蚀，从而在基片上形成玻璃掩模。然后对数据模式进行离子加工，以便在基片中形成具有至少一个凸起和至少一个基面的螺旋迹道。对基片作离子加工之后便可以从基片上剥去显影后的感光性材料和玻璃掩模。
本发明提供了比已知的光数据存储盘模子更好的技术优点。本发明的一个技术优点在于用陶瓷基片制作光盘模子。这使得模子能承受比较高的注模温度而不会变形。还有，陶瓷基片表面比较平滑，便于抛光。陶瓷基片与那些目前用作电成型模子模板的脆性钠钙玻璃基片不同，它还具有韧性，在稍微弯曲或变形的情况下不容易破裂、折断或拉断。最后，陶瓷基片便于用离子束加工，例如，在中性离子照射下进行腐蚀。这种方法的另一个技术优点是这种基片可以象模子那样直接固定在注模装置上。这种陶瓷基片经久耐用并能承受在复制光数据存储盘时的应力与冲击，具有更小的变形和损坏，故障率也比一般模子的低。
本发明还有一个技术优点是由于省去了电成型步骤和与电成型模子的精加工有关的人工操作步骤(例如，从在片上剥去镍模子和给模子涂漆)，因此本发明方法缩短了模子的制作时间，降低了制作成本。例如，按照本发明方法制作模子所需的时间小于90分钟。这使得光数据存储盘的生产具有更大的灵活性，因而缩短了为市场制造新盘的生产周期。此外，由于按照本发明方法制作的模子具有较长的使用寿命，因此可能只需要用较少的模子来制作这种光盘，可以便宜地并可靠地将数据保存更长的时间。另外，这种改进的模子通过减少在替换变质的、变形的或损坏的模子方面所用的时间提高了注模装置的效率。最后，这些方法还有一个技术优点是由于数据模式直接离子加工到模子的陶瓷基片上，因此可以在进行离子加工之前在在片上形成(如打透)固定孔。这样，固定孔的形成不会对螺旋迹道产生应力。
尽管上述采用电成型金属的CD模子制作方法存在的缺点，但象镍之类的金属的韧度通常足以能承受大约30吨的压力，在注模方法中模子将承受这么大的压力；与许多合适的陶瓷基片相比，金属基片的成本较低，适合于批量生产；金属基片具有适合于注模方法的温度特性。例如，比较脆的金属的韧度可能至少有大约
电成型镍的韧度可能有大约
不过，金属一般是多晶物质，不能进行离子加工。在自然固态形式下，金属具有各种各样的晶粒取向，在同样的离子束照射下它们的腐蚀程度不一样。在离子加工过程中这些不同的腐蚀速率会导致表面粗糙。
尽管如此，诸如含有足够量的有助于平滑和非晶结构的形成的添加物(如5％到15％的磷)的溅射镍或无电(electroless)镍之类的某些金属是非晶的。如果象无电镍之类的金属是非晶的，那么它们便可以在不增大表面粗糙度的情况下进行离子加工。非晶镍或许是特别理想的基片材料，因为电成型多晶镍是光数据存储盘模子制作方法中常用的模子材料，并且镍是模子制造商非常熟悉的材料。不过在新的模子制作方法中，例如在采用离子加工的方法中，使用非晶金属基片。非晶镍的微组织结构与以前的制造方法中所采用的电成型的镍的微组织结构有所不同。
本发明的一个实施例是用于复制密致盘的光数据存储盘模子的制作方法。该方法包括以下一些步骤提供诸如含有5％到15％重量百分比的磷的韧度至少约为
(例如，对非晶无电镍来说约为
)无电镍之类的可离子加工的基片；在基片表面淀积一层感光性材料。用诸如激光之类的电磁能辐射源对基片进行曝光从而在感光性材料中成数据模式。曝光之后，将感光性材料显影从而形成数据模式的掩模。然后对数据模式作离子加工以便在基片上制成至少带一个凸起和一个基面的螺旋迹道。合适的可进行离子加工的基片加工而不会提高表面粗糙度(Ra)。对基片作离子加工之后，便从基片上剥去显影过的感光性材料。
非晶金属可以选自由金、镍、铜或类似的金属所构成的组合。特别是，可以用含有5％到15％重量百分比的磷的无电镍或溅射镍作基片。另外，基片可以包括带催化活性面的基片衬底和非晶金属薄膜。基片衬底不必具有非晶结构，它可以用选自铝、镍、铜或其它金属的金属制造；非晶金属薄膜也可以用金、镍、铜或其它金属制造。正如以上在讨论无电镍时所指出的那样，非晶薄膜材料还可以包括那些有助于形成平滑和非晶薄膜的元素或化合物。此外，非晶金属薄膜的厚度可以在大约200nm到1000nm之间。
感光性材料可以是溅射的氧化感光性材料或负色调感光性材料或其它感光性材料。还有，用于对感光性材料进行曝光的电磁能辐射源可以是激光，感光性材料的曝光步骤可以包括用计算机指导电磁能辐射源。
在本发明的另一个实施例中，光数据存储盘的制造方法包括通过上述方法用非晶金属基片制造负性光数据存储盘模子的步骤。此外，该方法可以包括以下步骤将光数据存储盘模子固定在模具中；向模具内注入热塑性树脂从而形成模子的正性光盘复制品；从模具中取出复制品。然后可以用反射性材料涂覆复制品以便使光盘表面反光。反射性材料可以选自铝、金组成的组合。
在本发明的另一个实施例中；光数据存储盘模子的制造方法包括以下步骤提供韧度至少约为
(例如，对非晶无电镍来说约为
)的可进行离子加工的非晶基片；在基片的表面淀积第一玻璃层，在第一玻璃层上淀积第二感光性材料层。然后用电磁能辐射源对感光性材料进行曝光从而在感光性材料中形成数据模式。曝光之后对感光性材料进行显影从而在第一层上形成数据模式掩模。用诸如氢氟酸之类的酸性物对第一层中的数据模式进行腐蚀从而在基片上形成玻璃掩模。然后对数据模式作离子加工，这样便在基片中形成具有至少一个凸起和一个基面的螺旋迹道。对基片作离子加工之后便可以从基片上剥去显影过的感光性材料和玻璃掩模。
在本发明的还有一个实施例中，光数据存储盘的制造方法可以包括以下步骤通过上述方法用非晶金属基片制造负的光数据存储盘模子，其中，第一玻璃层淀积在基片的表面，第二感光性材料层淀积在第一层上。该方法还包括以下步骤将光数据存储盘模子固定在模具中；向模具内注入热塑性树脂从而形成模子的正光盘复制品；从模具中取出复制品。
非晶金属基片可以包括单块结构或基片底层上的非晶金属薄膜结构。基片衬底上含有非晶金属薄膜的那种基片的制造成本比单块结构的那种基片的制造成本低。基片的外径可以大于120mm，最好在120mm到160mm的范围内。这种直径可以在离子加工之前或之后通过在较大直径的基片上冲剪下非晶金属基片而得到。类似地，基片的内径可以在15mm到36mm范围内。这种直径可以在离子加工之前或之后通过在较大直径基片上冲下一个芯子来得到。承受离子加工的基片面的表面粗糙度可以在大约1到50nmRa的范围内，基片的厚度可以大于或等于300μm。
感光性材料可以掩盖基片上的那些将成为复制的光数据存储盘上的凹点或基面的部分。对常规的光数据盘来说，这些被掩盖的区域的宽约为0.6μm，长约为0.8到3.5μm，对高密度光数据存储盘来说，这些尺寸可以减小一半。如上所述，感光性材料既可以是溅射的氧化感光性材料也可以是负性色调感光性材料或其它感光性材料。然后可以将掩模后的基片放置在真空容器中，使它位于其直径比基片直径大的离子束枪之下。另一方面可以用较小的离子源扫描过基片表面。根据离子束的尺寸和强度对基片加工一段时间，例如大约10分钟，以便在模子上达到要求的特征深度，例如小于约150nm。还有，对高密度光数据存储盘来说，所要求的模子特征深度可以小于约100nm。
当考虑到本发明的详细说明和附图时，本发明的其它目的，优点和特征将会很明显。
附图的简要说明为了更全面地理解本发明及其技术优点，将连同附图一起进行以下的说明，其中图1示出了一个说明凹点与基面的数据模式的密致盘上的螺旋迹道的一放大部分。
图2a-g是表示光数据存储盘模子的一般方法步骤的剖视图。
图3a-f是表示本发明方法的实施例中的步骤的剖视图。
图4是描述图3a-f实施例步骤的流程图。
图5a-i是表示本发明的方法的另一个实施例中的步骤的剖视图。
图6是描述图5a-i实施例步骤的流程图。
图7是描述用图4或6所述的方法制作的模子来复制光数据存储盘的方法步骤的流程图。
图8a-f是表示本发明方法的实施例中的步骤的剖视图。
图9是描述包括那些与图8a-f一致的方法的方法步骤的流程图。
本发明的详细说明图3a-f是表示本发明方法的一实施例中的步骤的剖视图。图3a描述了一个具有基片表面32a的陶瓷基片32。这种基片的直径可以大于约120mm，厚度可以大于约1mm。陶瓷材料是一种非金属无机固体组合材料。尽管传统的陶瓷基片可以是晶状的或玻璃状的，即非晶的，但只有韧度至少约为
的离子可加工陶瓷基片才适合于本发明方法。通常，韧度大于
的晶状陶瓷具有较高的抗挠强度和抗冲击能力，因而特别适合于用作注模装置的部件。
合适的陶瓷基片32的特征在于能重复承受与热塑性树脂的注模有关的高温；具有平滑、可抛光的表面；其韧度足以承受注模压力和承受在热塑性树脂冷却过程中微小凸起之间所产生的应力集中；可进行离子加工性。例如，陶瓷基片32能够承受250到340℃范围内的温度，该温度与聚碳酸酯的注模有关。还有，陶瓷基片32能够重复承受由注模引起的温度急剧变化。陶瓷基片32的表面具有或可以被抛光成粗糙度(Ra)为1nm和平滑度为6μm的平面。另外，当被固定在注模装置上时，这种平滑表面会上形成平滑的反射基面(没有示出)。这些基面容易反射电磁能，例如，反射光或反射激光束。
玻璃与某些陶瓷的特征在于其易碎性，这使得当它们被稍稍弯曲或变形时就会折断、破裂或拉断。不过，合适的陶瓷基片32具有韧性，例如韧度至少约为
并且具有足够的硬度使离子加工过的数据模式在注模压力下保持不变形。同时，它们还具有足够的柔性，因而可以避免在注模压力下发生故障。这种陶瓷基片可以在注模装置中重复承受70到140MPa范围内的压力。
合适的陶瓷基片的特征还在于能够进行离子加工。离子加工是通过用中性离子束对基片表面32a进行照射来实现的，这样便可在基片32上切出大体垂直的壁。具有合适的离子加工特性的陶瓷材料包括硅、canasite、碳化硅(包括CVDSiC)、玻璃状或非晶状碳等。尽管象碱石灰玻璃之类的玻璃是可以进行离子加工的，但正如从下列表中的典型韧度值所看到的那样，这种玻璃的韧度不足以承受注模压力。表Ⅰ
参照图3b，在陶瓷基片32的表面32a上淀积一层感光性材料33。感光性材料层33的厚度均匀。例如，感光性材料层33的厚度可以在0.1到2μm范围内。还可以在表面32a压上干的层状结构薄膜或者喷上液体。可以采用正性感光性材料或负性感光性材料。如上所述，当采用正性感光性材料时，在显影流程中清除被曝光的区域。与之相反，当采用负性感光性材料时，在显影流程中清除没被曝光的区域。
另一方面，基片32可以是可进行离子加工的非晶金属基片，这可以用含有5％到15％重量百分比的磷的非晶无电镍制做，最好用含有9％到15％重量百分比的磷的非晶无电镍制做。通常，合适的非晶金属基片的韧度至少约为
例如，非晶无电镍的韧度约为
这使得它非常适合于用在注模装置中。因此，合适的非晶金属基片也能够重复承受与热塑性树脂的注模有关的高温；也具有平滑、可抛光的表面；也具有足以承受注模压力和承受热塑性树脂冷却过程中微小凸起之间的应力集中的韧度；以及也可以进行离子加工。另外，象上述陶瓷基片那样，非晶金属基片可以承受与注模有关的高温和温度急剧变化。
如图3c所示，可以用诸如激光La或其它相干强光源之类的电磁能辐射源对感光性材料33进行曝光从而形成数据模式34。当激光La被扫描到感光性材料33上时，基片32可以旋转，从而使数据模式34在光层33上以螺旋形曝光。还有，可以改变感光性材料33表面上由激光La产生的凹点的尺寸、改变基片32的旋速度以及改变激光La的扫描速度来改变数据模式34。还可以对激光La作强度调制以便产生一系列凸起(没有示出)。通常，在感光性材料33中，数据模式34构成了具有至少一个凸起和至少一个基面的螺旋迹道。
另一方面，如果激光La的强度保持为恒定值，那么数据模式34便可以产生单个凸起。可记录性光数据存储盘可以具有单个连续的螺旋槽道，它是用具有带单个连续螺旋凸起的数据模式34的模子制做的。这种盘的槽道内至少部分填充了诸如感光树脂或染料之类的记录媒体。如果采用感光树脂或染料，那么便可以用诸如激光束之类的光源在树脂或染料中制作数据模型。
参照图3d，然后将感光性材料33显影以便在其表面露出数据模式34。不管感光性材料33是正性感光性材料还是负性感光性材料，基片32表面32a上均会留下显影过的感光性材料33’，它表示至少一个凸起(没有示出)的位置。因此，激光束的控制取决于基片32上淀积的感光性材料33的类型。
如图3e所示，对基片32作离子加工后形成至少一个凸起32b。凸起32b的上表面是基片表面32a。离子加工切割到基片32内的垂直深度(即凸起高度)为约20到200nm，例如，约100到150nm。如上所述，当进行离子加工时，可以用中性离子束Io对基片32进行照射。显影后的感光性材料33’构成用于控制凸起32b的加工的掩模。一旦达到每个凸起32b的规定高度，便剥去剩下的显影过的感光性材料33’从而得到如图3f所示的模子35。
图4是按照图3a-f实施例中的步骤的流程图。在步骤40中，提供了一个单相晶状陶瓷基片。合适的单相陶瓷基片是CVDSiC，它具有多晶/单相结构。大多数非晶和单晶/单相陶瓷基片是可以进行离子加工的并且不会增大表面粗糙度。然而，只有经过选择的多晶陶瓷才适合于离子加工。不过，单相基片具有优越的离子加工特性。这种基片便于形成大致垂直的壁面。
另一方面，步骤40提供的基片可以是可进行离子加工的非晶金属基片，它可以用含有5％到15％(最好是9％到15％)重量百分比的磷的非晶无电镍制做。合适的非晶金属基片的韧度至少约为10MPa
例如，非晶无电镍的韧度约为
它非常适合于用在注模装置中。因此，合适的非晶金属基片也能够重复承受与热塑性树脂的注模有关的高温；也具有平滑、可抛光的表面；也具有足以承受注模压力和承受在热塑性树脂冷却过程中微小凸起之间所产生的应力集中的韧度；以及也可以进行离子加工。另外，象上述陶瓷基片那样，非晶金属基片可以承受与注模有关的高温和温度急剧变化。
在步骤41中，负性感光性材料被淀积在基片表面。当受到激光曝光时(如步骤42所示)，负性感光性材料上便露出一系列与螺旋迹道的凸起相对应的凹点。当按照步骤43显影后，未曝光的感光性材料便消失了，只留下标志凸起的显影感光性材料的凹点。
如步骤44所述，用被曝光的感光性材料作为掩模，对基片进行离子加工从而形成具有带至少一个凸起和至少一个基面的螺旋迹道的凸数据模型。可以用诸如惰性气体(如氩气)之类的中性离子束对基片进行照射来完成离子加工。离子加工的深度取决于照射的持续时间与照射强度以及基片的特性。此外，如果离子束的尺寸小于基片的表面尺寸，那么便使离子束栅射，以便使加工均匀一致。
作为精细的材料清除方法的离子加工可以用在玻璃基片、陶瓷基片和非晶金属基片的亚孔成型方面。在不同于活性离子腐蚀(RIE)方法的离子加工中，采用了等离子体发生源或“枪”，使氩气在真空室中电离。例如，当仍在枪内时，离子化的氩原子被直流(DC)电场加速通过栅形孔。当离子高速离开枪时，平行离子束与由邻近辐射源射出的倾斜电子束混合而中性的。这时该氩原子束在化学上和电子上呈中性，它按照精确控制的腐蚀方法撞击目标面从之并溅射出分子，这些分子构成了表面层。束流密度可以在约1到2mA/cm2范围内，用1000伏电势进行加速。对许多固体物质来说，这导致溅射速率为每分钟几十毫微米。本发明方法通过透过感光性材料掩模的宽束离子加工允许在单个基片上产生数十亿微米尺寸的均匀高质量的横向特性。
尽管陶瓷和非晶金属都可以进行离子加工，但在光数据存储盘的模子的制造方法中，用非晶镍作为制造模子的基片比陶瓷基片有一定优势。非晶镍基片在原材料和生产成本方面要比陶瓷基片便宜一些。非晶镍的韧度比最坚韧的陶瓷基片还要高，例如，非晶镍的韧度Kc大约为
而最坚韧的陶瓷的韧度Kc则约为2到
因此，尽管非晶镍基片比陶瓷基片容易发生塑性变形，但非晶镍基片可以更好地承受注模而不会发生严重断裂。还有，金属，尤其是镍的温度特性、机械特性和加工性能已被模子制造商所掌握。尽管用在本发明中的镍基片的微组织构成是非晶的，但它的大部分性能与多晶电成型镍类似。
另外，离子加工必须在真空室内进行。在真空室内可以消除离子束与空气分子之间的接触。尽管如此，由于离子加工过程中基片内产生的热在真空室内不容易散去，因此显影后的感光性材料掩模最好能承受约30到80℃的温度，以便能在不造成感光性材料掩模变质的情况下对数据模式作离子加工。参照步骤45，从基片上剥去显影过的感光性材料从而得到光数据存储盘模子。
图5a-i是表示本发明另一个实施例中的步骤的剖视图。图5a示出了一个具有基片表面52a的陶瓷基片或非晶金属基片52。参照图5b，第一玻璃层54(例如石英玻璃)被淀积在陶瓷基片52的表面52a上。被均匀淀积在基片52的整个表面52a上的第一玻璃层54的厚度约为0.1到1μm。如图5c所示，第二感光性材料(例如负性感光性材料)层被淀积在第一玻璃层54上。第二感光性材料层53是被均匀淀积在第一玻璃层54上。第二感光性材料层53的厚度在约0.1到2μm的范围内。
如图5d所示，可用一电磁能辐射源，如激光La或其它相干强光源对感光性材料53曝光从而形成数据模式56。当激光La在感光性材料上扫描时，第二感光性材料层53可以旋转，从而在感光性材料层53上曝光出螺旋形数据模式56。如上所述，可以通过改变感光性材料53表面上由激光La产生的凹点的尺寸、改变基片52的旋转速度以及改变激光La的扫描速度来改变数据模式56。还可以对激光La作强度调制以便产生所需的数据模式56即一系列凸起(没有示出)。通常，在感光性材料53中，数据模型56构成了具有至少一个凸起的螺旋迹道。另一方面，如果激光La的亮度保持为恒定值，那么数据模型56便可以产生如上所述的单个凸起。
参照图5e，然后将感光性材料53显影以便在第一玻璃层54上显现数据模式56。不管感光性材料53是正性感光性材料还是负性感光性材料，第一玻璃层54上均会留下显影过的感光性材料53’，它表示至少一个凸起(没有示出)的位置。因此，激光La的控制取决于第一玻璃层54上淀积的感光性材料53的类型。
图5f示出了用诸如氢氟酸之类的酸性物质对第一玻璃层54进行腐蚀从而产生玻璃掩模54’的情况。如图5g所示，从玻璃掩模54’上剥去那些在玻璃掩模54’的产生过程中没有被腐蚀掉的显影过的感光性材料53’的所有部分。参照图5h，然后对基片52进行离子加工从而在基片52上形成至少一个凸起52b。如上所述，在进行离子加工时，用中性离子束Io照射非晶金属基片，中性离子束切割到基片52内的垂直深度(即凸起高度)约为20到200nm，例如，约为100nm。每个凸起52b的上表面是基片表面52a。玻璃掩模54’控制凸起52b的加工。一旦达到每个凸起52b的规定高度，便剥去留在基片上的玻璃掩模54’从而得到如图5i所示的模子55。
图6是按照图5a-i实施例中的步骤的流程图。在步骤60中，重新提供了一个诸如CVDSiC基片之类的单相晶状陶瓷基片或一个诸如含有5％到15％重量百分比的磷的非晶无电镍基片之类的非晶金属基片。如步骤61所示，在陶瓷基片或非晶金属基片的表面淀积第一玻璃层。在步骤62中，第二负性感光性材料层被淀积到第一玻璃层的表面。如步骤63所示，当用激光曝光时，负性感光性材料便产生一系列与螺旋迹道的至少一个凸起相对应的凹点。当按照步骤64显影后，未曝光的感光性材料便消失了，只留下标志凸起的显影感光性材料的凹点。
如步骤65所示，利用被曝光的感光性材料作为掩模用酸对第一玻璃层进行腐蚀从而形成玻璃掩模。这一酸蚀刻可从第一玻璃层上去除感光性材料。不过，在第一层被腐蚀之后要把剩下的显影过的感光性材料剥掉，如步骤66所示。在步骤67中，通过玻璃掩模对陶瓷基片或非晶金属基片进行离子加工从而形成具有带至少一个凸起和至少一个基面的螺旋迹道的数据模式的负模子。最后，按照步骤68，还要剥去基片上的玻璃掩模。
正如前面讨论的那样，可以通过用诸如惰性气体(如氩气)之类的中性离子束对基片进行照射来完成离子加工。离子加工的深度取决于照射的持续时间与照射强度以及基片的特性。此外，如果离子束的尺寸小于基片的表面尺寸，那么便使离子束栅射以便使加工均匀一致。另外，正如以上讨论的那样，合适的陶瓷材料可以在不提高表面粗糙度(Ra)的情况下进行离子加工。
图7是本发明使用模子的方法的步骤的流程图，它用图4或6所述的模子来复制光数据存储盘。在步骤71中，将诸如模子35或55之类的光盘模子固定在注模装置上的光盘模子模具中。这种注模装置及其使用是众所周知的。如步骤72所示，可以将诸如聚丙烯树脂、环氧树脂、聚碳酸酯树脂、非饱和聚脂树脂等热塑性树脂注入到模具中制成光盘复制品。
在步骤73所述的模具冷却之后，可以移去模具中的光盘复制品，如步骤74。然后可以对光盘复制品进行修整，除去过量的热塑性树脂。由于模子是用有韧性的陶瓷基片制做的，设计为可以重复地承受住注模过程中的压力和温度的变化，不会变形或造成物理损坏。在步骤75中对光盘复制品进行涂覆，例如，用诸如铝或金或铝金合金之类的反射材料对光盘复制品进行溅射。这种反射材料可以保证当光束照射到光盘复制品的螺旋迹道数据模式的至少一个基面上时能够从光读出设备上反射回来。
不管是采用电成型还是采用非晶无电成型，金属基片的生产都要消耗大量的危险化学物质。还有，如以上指出的那样，镍可以将不合格的可视疵点复制到光数据存储复制盘上。这会降低工艺效率。最后，与预加工陶瓷基片不同的是，非晶无电镍基片可以基片加工方法的最后但在注模之前进行打孔。
制作非晶金属基片的方法有多种。非晶金属可以用无电化学槽或通过溅射形成，可用任何方法将非晶金属薄膜粘到衬底基片的催化活性面上，例如粘到铝、镍、铜等材料的电成型、辊辄或锻压衬底基片上。非晶薄膜的厚度只能与规定的离子加工深度一样厚。较厚的薄膜是不希望的，它们的生产成本较昂贵。还可以在非金属模子基片平台上淀积全厚度非晶薄膜。可以通过研磨、抛光或在一平滑表面如抛光玻璃基片平台(以后将从其上移开)生长把非晶薄膜的表面做得平滑。在这各种方法中，可以大规模成批生产非晶金属基片，长期储存起来供模子制造商将来进行离子加工用。
例如，下面详细介绍无电镍薄膜的制做方法。第一，对作为无电镍薄膜底板的玻璃板进行抛光。由于玻璃板得到了抛光，因此淀积在该玻璃板上的无电镍与玻璃板之间形成了平滑的接触面。第二，可以通过胶体把悬浮液的核晶作用使玻璃表面活化。通过化学无电镍方法来淀积厚度为200到1000nm的非晶镍。加入足够量的磷，例如5％到15％(重量)，来激发平滑和非晶无电镍薄膜的生长。第三，可以在非晶薄膜上形成电成型镍或其它金属的基片衬底从而使累积厚度大于或等于300μm。基片衬底与非晶薄膜被永久地原子级地粘在一起，它们可以从玻璃上移走。最后，可以将非晶金属基片冲压为超尺寸的直径，例如为138mm。
图8a-f是表示本发明方法一实施例中的步骤的剖视图。图8a示出了一个非晶金属基片80，它包括基片衬底81和具有基片表面82a的非晶金属薄膜82。这种基片的直径可以大于120mm，厚度可以大于或等于300μm，这种非晶金属薄膜的厚度可以在200到1000nm范围内。合适的非晶金属基片的特征在于可以进行离子加工。离子加工是通过用中性离子束对基片表面82a进行照射来完成的，从而可以在非晶金属薄膜82中切出大致垂直的壁。
参照图8b，在非晶金属薄膜82的表面82a上淀积一层感光性材料83。整个表面82a上的感光性材料83的厚度均匀一致。例如，感光性材料层83的厚度可以在0.1到2μm范围内。还可以在表面82a上压上干的层状结构薄膜或者作为液体喷上。可以采用正性感光性材料或负性感光性材料。如上所述，当采用正性感光性材料时，在显影流程中清除被曝光的区域。与之相反，当采用负性感光性材料时，在显影流程中清除没被曝光的区域。
如图8c所示，可以用诸如激光La或其它相干强光源之类的电磁能辐射源对感光性材料83进行曝光从而形成数据模式84。当激光La被扫描到感光性材料83上时，基片80可以旋转，从而使数据模式84在感光性材料33上以螺旋形曝光。还有，可以改变感光性材料83表面上由激光La产生的凹点的尺寸、改变基片80的旋转速度以及改变激光La的扫描速度来改变模式84。还可以对激光La作强度调制以便产生一系列凸起(没有示出)。通常，在感光性材料83中，数据模式84构成了具有至少一个凸起和至少一个基面的螺旋迹道。
另一方面，如果激光La的强度保持为恒定值，那么数据模式84便可以产生单个凸起。可记录光数据存储盘可以具有单个连续的螺旋槽道，它是用具有带单个连续凸起的数据模式84的模子制做的。这种盘的槽道内至少部分填充以诸如感光树脂或染料之类的记录媒体。如果采用感光树脂或染料，那么便可以用诸如激光束这类的光源在树脂或染料中制作数据模型。
参照图8d，然后将感光性材料83显影以便在其表面露出数据模式84。不管感光性材料83是正性感光性材料还是负性感光性材料，非晶金属薄膜82表面82a上均会留下显影过的感光性材料83’，它表示至少一个凸起(没有示出)的位置。因此，激光束的控制取决于薄膜82上淀积的感光性材料83的类型。
如图8e所示，对基片80上的非晶金属薄膜82进行离子加工后形成至少一个凸起82b。凸起82b的上表面是基片表面82a。离子加工切割到基片82内的垂直深度(即凸起高度)小于约150nm。如上所述，当进行离子加工时，可以用中性离子束Io对基片82进行照射。显影后的感光性材料83’构成用于控制凸起82b的加工的掩模。一旦达到每个凸起82b的规定高度，便剥去剩下的显影过的感光性材料83’从而得到如图8f所示的模子85。
图9是表示本发明方法的一实施例中的步骤的流程图，它包括按照图8a-f的实施例。在步骤90a中，在构成基片的电成型、锻压或辊辄金属基片衬底上在无电化学槽中形成了诸如含有5％到15％(重量)的磷的非晶无电镍薄膜之类的非晶金属薄膜。然后在步骤91a中对基片进行研磨与抛光。另一方面，在步骤90b中，可以通过产生由单层非晶金属构成的基片来提供单块非晶金属基片，其中单层非晶金属是在无电化学槽中形成在诸如玻璃之类的非金属基片平台上的。在步骤91b中，从基片平台上移走单块基片。不过，由于基片平台的表面是平滑的，因此不需要对非晶金属基片作进一步研磨或抛光。
在步骤92中，负性感光性材料被淀积在基片表面上。如步骤93所示，当受到激光的曝光时，负性感光性材料上便露出一系列与凸起迹道的凸起相对应的凹点。当按照步骤94显影后，未曝光的感光性材料便消失了，只留下标志凸起的显影感光性材料的凹点。
如步骤95所示，利用被曝光的感光性材料作为掩模，对基片进行离子加工从而形成具有带至少一个凸起和至少一个基面的螺旋迹道的凸数据模型。可以用诸如惰性气体(如氩气)之类的中性离子束对基片进行照射来完成离子加工。离子加工的深度取决于照射的持续时间与照射强度以及基片的特性。此外，如果离子束的尺寸小于基片的表面尺寸，那么便将离子束栅射以便使加工均匀一致。参照步骤96，从基片上剥去显影后的感光性材料从而得光数据存储盘模子。
尽管以上提供了本发明的详细说明，但应当理解本发明的范围并不受它的限制，而是由以下权利要求决定。
权利要求
1.一种光数据存储盘模子的制造方法，它包括以下步骤提供韧度至少约为10MPam的可进行离子加工的非晶金属基片；在所述基片表面淀积一层感光性材料；用电磁能辐射源对所述感光性材料进行曝光从而在所述感光性材料中形成数据模式；将所述感光性材料显影；和对所述数据模式进行离子加工，从而在所述基片中形成具有至少一个凸起和至少一个基面的螺旋迹道。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述感光性材料是溅射的氧化感光性材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述感光性材料是负色调感光性材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基片的表面粗糙度(Ra)为1到50nm，平滑度约为6μm。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基片的外径大于约120mm，内径处于约15到36mm范围内。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基片的厚度大于或等于约300μm。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个凸起的高度小于150nm。
8.根据要求1所述的方法，其中，所述电磁能辐射源是激光。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述感光性材料的所述曝光步骤包括用计算机来控制所述电磁能辐射源。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述离子加工步骤还包括对所述离子束栅式扫描。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基片是含有5％到15％重量百分比的磷的非晶无电镍。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述非晶金属选自由金、镍和铜构成的组合。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基片包括具有催化活性表面的基片衬底和非晶金属薄膜。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述基片底层是用从由铝、镍和铜构成的组合中选择的金属制造的。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述非晶金属薄膜是用选自由金、镍和铜构成的组合的金属制造的。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述非晶金属薄膜的厚度处于200到1000nm范围内。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个凸起是单个连续的螺旋凸起，以便在可记录的光数据存储盘上刻出单个连续的槽。
18.一种用权利要求1的方法制造的光数据存储盘模子。
19.一种光数据存储盘制造方法，包括以下步骤用权利要求1的方法制造负光数据存储盘模子；将所述光数据存储盘模子固定在模具中；将热塑性树脂注入到所述模具中从而形成所述模子的正光盘复制品；和从所述模具中移走所述复制品。
20.根据权利要求18所述的方法还包括这样的步骤用反射材料涂覆所述复制品以便得到所述光盘的反光表面。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述反射材料是选自铝和金构成的组合的金属。
22.一种光数据存储盘模子的制造方法，它包括以下步骤提供含有5％到15％重量百分比的磷的无电镍基片；在所述基片表面淀积一层厚度为0.1到2μm的负感光性材料；用激光对所述感光性材料曝光从而在所述感光性材料中形成负数据模式；将所述感光性材料显影；对所述基片进行离子加工以便在所述基片中形成具有至少一个凸起和至少一个基面的螺旋迹道，其中，每个所述凸起的高度小于约150nm；和剥去所述显影过的感光性材料。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述基片的直径大于约120mm。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述基片的厚度大于或等于约300μm。
25.一种光数据存储盘模子的制造方法，它包括以下步骤提供韧度至少为
的可进行离子加工的非晶金属基片；在所述基片的表面淀积第一玻璃层；在所第一层上淀积第二感光性材料层；用电磁能辐射源对所述感光性材料进行曝光从而在所述感光性材料中形成数据模式；将所述感光性材料显影；对所述第一层中的所述数据模式进行蚀刻从而形成玻璃掩模；和通过所述玻璃掩模对所述数据模式进行离子加工以便在所述基片中形成具有至少一个凸起和至少一个基面的螺旋迹道。
26.根据权利要求23所述的方法，其中，所述基片包括具有催化活性表面的基片衬底和非晶金属薄膜。
27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述基片衬底是用选自由铝、镍和铜构成的组合的金属制造的。
28.根据权利要求24所述的方法，其中，所述非晶金属薄膜是用选自由金、镍和铜构成的组合的金属制造的。
29.根据权利要求24所述的方法，其中，所述非晶金属薄膜的厚度约为200到1000nm。
30.根据权利要求23所述的方法还包括以下步骤剥去所述显影过的感光性材料；和剥去所述玻璃掩模。
31.根据权利要求23所述的方法，其中，所述第一层的厚度约为0.1到1μm。
32.根据权利要求23所述的方法，其中，所述第二层的厚度约为0.1到2μm。
33.根据权利要求23所述的方法，其中，所述对所述第一层中的所述数据模式进行蚀刻的步骤包括把酸加到所述第一层上。
34.根据权利要求23所述的方法，其中，所述至少一个凸起的高度小于约150nm。
35.一种用权利要求23的方法制造的光数据存储盘模子。
36.一种光数据存储盘制造方法，它包括以下步骤用权利要求23的方法制造负光数据存储盘模子；将所述光数据存储盘模子固定在模具中；将热塑性树脂注入到所述模具中从而形成所述模子的正光盘复制品；和从所述模具中移走所述复制品。
全文摘要
一种光数据存储盘模子的制造方法,它包括以下步骤:提供含有重量的5%到15%的磷的非晶无电镍基片,所述基片的韧度大约为010Mpam,粗糙度大约为1到50nm,平滑度大约为6μm;在基片的表面淀积负感光性材料。该基片的直径大于120mm,厚度大于300μm。然后用激光对负感光性材料进行曝光从而在感光性材料中形成负数据模式。将感光性材料显影并对基片进行离子加工从而在基片中形成数据模型,这样便形成了具有凸起和基面的螺旋迹道,其中,每个凸起的高度小于150nm。在将数据模式加工到基片中之后从基片上剥去显影过的感光性材料。
文档编号B29C45/26GK1220759SQ9719515
公开日1999年6月23日 申请日期1997年4月1日 优先权日1996年4月1日
发明者托马斯·G·比法诺 申请人:托马斯·G·比法诺