用于生产数据存储光盘模具的方法

本发明涉及从可离子加工的陶瓷衬底生产数据存储光盘模具的方 法，更具体地说，就是用这种模具批量复制数据存储光盘的方法。本发 明还涉及用这种方法生产的模具以及用这种模具批量复制的光盘。

数据存储光盘的使用是十分广泛的，例如，用作声盘或视盘(如密 纹盘)，以及在计算机系统中作为存储和重放数据用的光盘只读存储装 置的一部分。数据存储光盘可以将数字数据置于二进制码的螺旋轨迹 上。这些数据码以极小的凹槽和平地的形式形成在盘上作为数据图样。 图1描绘了一个放大了的从密纹盘(未画出)螺旋轨迹1上截取的部分， 显示出一系列凹槽1a和平地1b。例如，在一个声盘中，轨迹1的凹槽和 平地代表二进制码的不同类型，诸如左声道和右声道立体声编码以及控 制盘读写器电机速度和提供时间控制的编码。用来将这些轨迹解码的盘 读写器是人们所熟知的。

例如，数据光盘读写器可以转动一张直径大约为125mm的光盘，盘 中心轨迹开始处速度每分钟500圈，靠近盘边缘的轨迹结尾处速度每分 钟200圈。但是，盘在通过一个对轨迹解码的光学读出装置时的线速度 是保持恒定的。这种光学读出装置可以包括一组平面镜和透镜，它将一 光束(如激光)引导到螺旋轨迹上。在光盘旋转时，所引导的光束可以 从盘中心经过旋转轨迹移出到盘边缘。当该光束射向轨迹的平地部分 时，即被反射产生一个光信号，一个光敏开关如光敏二极管就可以用来 将此反射光信号转换为电信号。但是，当该光束射向轨迹的凹槽时，就 不被反射，电信号也就不会产生。

用来生产数据存储光盘模具的一种现有技术方法在美国专利 No.5,096,563中(发明人为YOSHIZAWA)作了描述，在此可作引用。 图2a-g是横切面图，说明生产数据存储光盘模具现有方法的步骤。在 这种现有方法中，光刻胶母盘包括一个光刻胶层3，它淀积在玻璃衬底2 (如碱石灰玻璃)的主面上，如图2a所示。碱石灰玻璃是用碳酸氢钠 或硫酸钠及石灰或石灰石与沙融合制成。

根据数字信号触发的镧激光束照射光刻胶层3，形成螺旋形或同心 圆形的数据图样6，它由点轨迹(例如凹槽位置)的潜像组成。可以使 用正光刻胶或负光刻胶中之一。当使用正光刻胶时，曝光部分被显影步 骤去掉。相反，当使用负光刻胶时，未被曝光的部分就被显影步骤去掉。 于是就形成暴露的光刻胶母盘，产生与要记录在光刻胶母盘上的数字信 号相对应的小凹槽轨迹3a，这样就生产出成形母盘，它具有带凹槽的光 刻胶层3，如图2b所示。

接着所形成母盘上的光刻胶层3就被于燥并固定在玻璃衬底2上，以 得到一个干燥的母盘，如图2c所示。一种导体材料如银或镍可以溅射或 湿法金属喷镀到光刻胶层3上以形成一层导电膜4，使得所形成的母盘导 电并产生一个具有多层结构的母盘4a，如图2d所示。导电膜4的厚度大 约为几个分子。

然后将母盘4a浸入一个镍电沉积箱中以在导电膜4上镀覆镍层。结 果，镍层5也就是镍模具就形成了，如图2e所示。镍模具5有一系列的 螺脊5a，其中的每一条都可以是连续的或是分段的，并且可以与在光 刻胶层3上的凹槽3a之一相对应。镍层或模具5被从玻璃衬底2上分离， 如图2f所示，以产生一个要在数据存储光盘上复制的螺旋轨迹的阴模。 因为镍模具5是十分精密的，模具5可以从玻璃衬底2上用手取下来。于 是光刻胶层3(以及导电膜4)然后也可以从模具5上取下，形成一个有 模面6′的镍模具5，模面6′产生一个数据图样6的反像，如图2g所示。但 是如果导电膜4是由镍形成的，它就可以留在原位并简单地成为模具5 的一部分。在光刻胶层3(以及导电膜4)已经从模具5上去除之后，模 具5被清洗，阴模表面就可以覆盖上一层保护性漆膜。这样漆膜就可以 固化，模具5对着阴模的表面就可以抛光以去除在镍电镀步骤中产生的 缺陷。

在模具5上漆膜和抛光后，在模具5的中心可以冲出一个孔，以将其 固定在一个注模装置上。但是，在模具5上冲孔可能会在镍上产生压力， 并造成螺旋轨迹上的缺陷。这种压力是不可避免的，这样模具5就固定 在注模装置的一个压模上。在注模封闭后，一种热塑性树脂如流体聚甲 基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂， 或是类似的物质就注入压模中，用树脂填入模具5中形成的轨迹。在树 脂硬结后，从模具5分离，得到数据存储光盘的复制品，在它的面上二 进制码由所记录的数据图样表述。

在用这种方法制成的复制品的数据图样面上可以使用一种反射材 料，诸如铝或金，包括铝和金的合金。此外，在反射材料上还覆盖了一 层保护性漆膜，成为一张光盘。用这种方法可以得到两张数据存储光盘 复制品，它们粘合在一起，再经过一道成品步骤就制成了双面的数据存 储光盘。

在现有方法中镍模具的电镀是相对较费时间的一步。此外，由于与 电镀步骤相关的步骤的易损性，现有步骤还没有完全自动化。根据现有 技术生产一个镍模具可能要超过180分钟。现有方法中制作模具5所需的 额外时间使得复制最近开发出的数据存储光盘的方法效率不高，这些方 法可能涉及小批量生产的各种类型的声音/图像软件。而且，现有的电 镀步骤使用有毒化学物质，并需要处理有害物质，包括含有重金属(如 镍)的溶液，作为成品步骤的一部分，上漆步骤也会产生大量的有毒气 体和有害物质。

如上所述，根据现有技术用镍电镀层制作的模具容易损坏，而且寿 命有限。现有技术的模具在重复操作时会产生变形或其它损伤。此外， 盘的成品步骤(例如，上漆、抛光及打孔)会由于打孔或抛光而导致上 漆不匀和螺旋轨迹的缺陷或损伤。有这种制造缺陷或损伤的模具就报废 了，得重复制作步骤生产新的模具。最后，因为镍电镀可能会氧化或局 部腐蚀，例如，由于在储存时玻璃衬底中有碱性物质存在，镍模具被严 密监视，以检测这种老化的信号。这种模具老化后经常是无法再使用 的。因此，发现有氧化或局部腐蚀或其它物理损伤的模具也要报废，用 新制作的模具来代替它们。此外，镍模具可能使复制盘生锈。发现有这 种蚀锈的盘几乎没有经济价值而被废弃，因此这种锈蚀减少了复制步骤 的产量。

因此，需要有一种制作数据存储光盘模具的方法，这种方法毋需电 镀(例如镍电镀)或上漆步骤，并可减少与电镀和上漆有关的化学废料。 此外，需要一种全自动化的制作这种盘模具的工艺过程。另外，也需要 一种制作这类盘模具的步骤，它所生产的模具与现有技术制作的模具相 比，经久耐用，在使用中不容易变形或受损，在储存时也不易被老化。

本发明的一个实施例提供了用于制作数据存储光盘模具的方法，这 种模具用于复制密纹盘。本方法包括如下步骤：提供可离子加工的陶瓷 衬底，诸如化学汽相淀积碳化硅(CVDSiC)，其强度至少为 并在衬底表面淀积一层光刻胶。所述光刻胶层被电磁辐射能源(如激 光)照射，以在光刻胶上形成数据图样。曝光后的光刻胶经显影形成数 据图样的掩模。然后数据图样被离子加工，这样在衬底上产生至少一条 螺脊和至少一个平地的螺旋轨迹。适当进行离子加工的衬底可以在不增 加表面粗糙度(Ra)的条件下加工。在衬底被离子加工后，显影过的光 刻胶就可以从衬底上剥离了。

在本发明的另一个实施例中。一种制造数据存储光盘模具的方法包 括如下步骤：提供可离子加工的陶瓷衬底，其强度至少为 ，并 在衬底表面淀积第一层玻璃层，再在第一层玻璃层上淀积作为第二层的 光刻胶。所述光刻胶经电磁辐射能源曝光，以在光刻胶上形成数据图 样。曝光后的光刻胶经显影以在第一层上形成数据图样的掩模。数据图 样被蚀刻(例如用一种酸如氢氟酸蚀刻)在第一层内以在衬底上形成玻 璃掩模，这样在衬底上产生至少一条螺脊和至少一个平地的螺旋轨道。 在衬底被离子加工后，显影过的光刻胶以及玻璃掩模就可以从衬底上剥 离了。

本发明提供了多种比已知的数据存储光盘模具优越之处。本发明的 一个技术优点就是盘模具是由陶瓷衬底制成的。这样就使得模具能够承 受注模高温而不会变形。此外，陶瓷表面光滑，容易抛光。陶瓷硬度高， 不象易碎的碱石灰玻璃衬底(如那些现在用以在其上形成电镀模具的模 板)，陶瓷衬底在轻微的弯折或形变下不容易折断、破裂或拉断。最后， 陶瓷可以用离子束很容易地加工，例如，用中性离子辐射进行蚀刻。这 个方法还有一个优点，即这种衬底可以直接固定在注模设备上作为模 具。这种陶瓷衬底经久耐用，可以承受数据存储光盘复制时的压力和撞 击，与现有技术的模具相比，变形和受损小，废品率低。

本发明还有另一个技术优点，由于省去了与电镀后模具的最后抛光 有关的步骤(如剥下衬底上的镍模具并对模具上漆)，与制作模具相关 的时间与费用也由本发明的这一步骤减少了。例如，根据本发明的步骤 制作模具所需时间不超过90分钟。这样就使得制作数据存储光盘有很大 的灵活性，因而缩短了向市场供应新盘的生产周期。而且，由于根据本 发明方法生产的模具有较长的寿命，所以制作这种盘所需的模具也较 少，数据也就可以廉价而安全地保存较长的时间。此外，这种改进的模 具通过减少更换老化、变形或损伤的模具所需的时间而提高了注模设备 的效率。最后，本方法还有一个技术优点，就是由于数据图样直接离子 加工到陶瓷衬底上以制成模具，故可以在衬底进行离子加工之前在衬底 上做(例如钻)一个孔。这样，冲孔时就不会在螺旋轨迹上产生压力。

在对本发明及附图纸详细说明后，本发明其它的目的、优点以及特 征就显而易见了。

为了更完整地理解本发明及其技术优点，下述说明中参考了如下附 图，其中：

图1描绘的是一个密纹盘中螺旋轨迹的一段放大部分，显示数据图 样的凹槽。

图2a-g是一个横切面示意图，显示制作数据存储光盘模具的现有 方法。

图3a-f是一个横切面示意图，显示本发明方法的一个实施例的步 骤。

图4是描述图3a-f实施例步骤的流程图。

图5a-i是横切面的示意图，显示本发明方法另一个实施例的步 骤。

图6是描述图5a-i实施例步骤的流程图。

图7是描述本发明方法步骤的流程图，用根据图4或图6的方法制作 的模具复制一个数据存储光盘。

图3a-f是横切面示意图，显示本发明方法的实施例的步骤。图3a 说明了一个陶瓷衬底32，它有衬底面32a。这种衬底直径可能超过 120mm，厚度超过1mm。陶瓷是一组各不相同的非金属、无机物固体中 的一种。尽管传统陶瓷可以有晶态或玻璃态的，也就是非晶态的，但只 有硬度至少为 的可离子加工的陶瓷衬底才适用于本发明的方 法。一般地说，硬度超过 晶状陶瓷具有高抗挠强度，因而是抗 撞击的，这使得它们特别适合用作注模设备的一部分。

合适的陶瓷衬底32的特征是能够反复承受热塑性树脂注模的高 温；有一个平坦的可抛光的表面；强度足以承受注模压力和在热塑性树 脂冷却时微细螺纹之间产生的应力集中；以及可进行离子加工的特性。 例如，陶瓷衬底32能够承受250℃-340℃范围内的温度，这是聚碳酸酯 注模相关的温度。此外，陶瓷衬底32能够反复承受注模引起的急剧变化 的温度梯度。陶瓷衬底32表面具有或可以抛光成大约1nm的粗糙度 (Ra)和大约6μm的平滑度。另外，在固定在一个注模设备中时，这 个平坦的表面形成平滑和反射的平地(未示出)。这些平地很容易反射 电磁能，例如光或激光束。

玻璃和某些陶瓷具有易碎的特点，使得它们在轻微的折弯或形变时 容易折断、破裂或拉断。但是，适用的陶瓷衬底32是高强度的，例 如，其强度至少有大约 ，并具有足够的刚度维持离子加工数据 图样的进行，不会在注模压力下产生形变。同时，它们还具有足够的韧 性以避免在注模压力下断裂。这种陶瓷衬底可以反复承受注模设备中70 -140MPa的压力。

适用的陶瓷还具有能进行离子加工的特征。离子加工是用中性离子 束对衬底表面32a进行轰击，由此可以在陶瓷衬底32上切出明显垂直的 内侧。具有适于离子加工特性的陶瓷包括硅、碳化硅，包括CVDSiC， 玻璃状或非晶态碳，以及类似的物质。尽管象碱石灰玻璃这样的玻璃是 可以进行离子加工的，如下表中硬度值所体现的那样，这种玻璃的硬度 仍不足以承受注模压力。

表1

参见图3b，陶瓷衬底32的面32a上淀积了一层光刻胶33。光刻胶层 33在表面32a上有均一的厚度。例如，光刻胶层33的厚度在0.1到2μm之 间。它可用作干的层压膜或作为液体旋冲或喷涂到表面32a上。可以使 用正的或负的光刻胶。如上面所讨论过的那样，当使用正的光刻胶时， 光曝的表面被显影步骤所去除。相反，当使用负的光刻胶时，未被曝光 的表面被显影步骤所去除。

如图3c所示，可以用一种电磁能源如镧激光或其它相干光这样的强 大光源照射光刻胶33以形成数据图样34。在镧激光扫过光刻胶33时，衬 底32可以旋转以便在光刻胶33上按螺旋形照射数据图样34。另外，由镧 激光在光刻胶33表面产生的光斑的大小、衬底32的旋转速度、以及镧激 光的扫描速度都可以改变以调整数据图样34。镧激光也可以调节其强 度，以产生一系列螺脊(未示出)。一般而言，数据图样34形成的螺旋 轨迹在光刻胶33至少有一条螺脊和至少一个平地。

另一方面，如果镧激光的强度保持在一个恒定值，数据图样34可以 产生单一的螺脊。一张可记录的数据存储光盘可以有单条连续的、螺旋 形的凹槽，它由一个具有包括单条、连续、螺旋形纹的数据图样34的模 具造出。这种盘的凹槽至少有部分用记录介质诸如可被光固化的树脂或 染料所填充。如果使用了可用光固化的树脂或染料，就可以使用诸如激 光束这样的光源在树脂或染料上产生数据图样。

参见图3d，光刻胶33接着就被显影以在其表面复现数据图样34。不 管光刻胶33正还是负的光刻胶，显影的光刻胶33′保留在衬底32的表面 32a上，标识出至少一条螺脊的位置(未示出)。这样，镧激光的控制 就由淀积在衬底32上的光刻胶33的类型来操纵。

如图3e所示，衬底32被离子加工以形成至少一条螺脊32b。螺脊32b 上表面是衬底面32a。离子加工切进衬底32一个垂直的深度，即一个螺 脊的高度，范围在20到200nm，例如大约100nm。如上所述，当离子加 工时，衬底32可以用中性离子束Io轰击。被显影的光刻胶33′形成一个掩 模，螺脊32b的加工就被它所控制。一旦得到每条螺脊32b所要的高度， 剩下被显影的光刻胶33′就被剥离以制成一个模具35，如图3f所示。

图4是一张流程图，描绘了根据图3a-f的一个实施例的步骤。在步 骤40中，提供了一种单相、晶状陶瓷衬底。一种适用的单相陶瓷衬底是 CVDSiC，它具有多晶/单相结构。大多数非晶体的和单晶/单相陶瓷都 是可以离子加工而不会增加表面粗糙度的。不过，只有经选择的多晶陶 瓷是适合于离子加工的。但是，单相的衬底具有优异的离子加工特性。 这种衬底可以很容易地加工以形成非常垂直的内侧。在步骤41中，一种 负光刻胶被淀积在衬底的表面。当用一种激光照射时，如步骤42所示， 负光刻胶复现了一系列与螺旋轨迹的螺脊相对应的点。当按步骤43那样 显影时，未被照射到的光刻胶即溶解，只留下显影后的点作为螺脊的标 记。

如步骤44所示，用已曝光的光刻胶作为一层掩模，衬底被离子加工 以形成包括至少一条螺脊和至少一个平地的螺旋轨迹的凸起的数据图 样。离子加工可以用一束中性离子流(诸如那些惰性气体例如氩气)轰 击衬底的方法实现。离子加工的深度取决于轰击的强度和持续时间，以 及衬底的特性。而且，如果离子束的大小比衬底的表面小，离子束就可 以通过光栅扫描以获得一致的加工。

此外，离子加工必须在真空室内进行。在真空室内，离子束与空气 分子之间的干扰被消除了。但是，由于离子加工在衬底产生的热量在真 空室内不容易挥发，显影的光刻胶掩模优选是能够承受30-80℃的温 度，以便数据图样可以在衬底上离子加工而不会造成光刻胶掩模的瞬间 老化。参见步骤45，显影后的光刻胶从衬底上剥下以制成一个数据存储 光盘模具。

图5a-i是横切面的示意图，显示本发明方法的另一个实施例的步 骤。图5a描绘的是一个带有衬底表面52a的陶瓷衬底52。参见图5b，第 一玻璃层54，例如石英玻璃，被淀积在陶瓷衬底52的表面52a上。第一 玻璃层54被均匀地淀积在衬底52的表面52a上，其厚度范围在0.1-1μ m之间。如图5c所示，光刻胶(例如负光刻胶)作为第二层淀积在第一 层玻璃54上。第二层光刻胶53也均匀地淀积在第一层玻璃54上。第二层 光刻胶53的厚度范围在0.1-2μm之间。

如图5d所示，一束电磁能源如镧激光或其它相干光之类的强光源可 用来照射光刻胶53以形成数据图样56。在镧激光扫过光刻胶53时，衬底 52就可以旋转以在光刻胶53上照射出一个螺旋形数据图样56。如上面所 讨论过的那样，镧激光在光刻胶53上光斑的大小、衬底52的旋转速度、 以及镧激光的扫描速度都可以改变，以改变数据图样56。镧激光也可以 调节强度，以产生所要的数据图样56，从而得到一系列的螺脊(未示 出)。一般而言，数据图样56在光刻胶56上形成至少有一条螺脊的螺旋 轨迹。换言之，如果镧激光的强度维持在一个恒定值，数据图样56就可 以象上面所说的那样产生一条单一的螺脊。

参见图5e，光刻胶53接着就被显影以在其表面复现数据图样56。不 管光刻胶53是正还是负的光刻胶，显影的光刻胶53′保留在第一层玻璃层 54上，标识出至少一条螺脊的位置(未示出)。这样，数据图样56以及 镧激光的控制就由淀积在第一层玻璃层54上的光刻胶53的类型来操 纵。

图5f描绘了蚀刻(例如用象氢氟酸这样的酸来蚀刻)第一层玻璃层 54以产生玻璃掩模54′。如图5g所示，被显影的光刻胶层53′的任何在玻 璃掩模54′形成期间未被蚀刻的部分，就从玻璃掩模54′上剥下。参见图 5H，衬底52被离子加工以形成至少一个条纹52b到衬底52上。如上面所 讨论的那样，当离子加工用中性离子束Io轰击以切进衬底52一个垂直 的深度，即一个螺脊的高度，范围在20到200nm，例如大约100nm。每 条螺脊52b的上表面是衬底表面52a。玻璃掩模54′控制螺脊52b的加工。 一旦得到每条螺脊52b所要的高度，衬底上剩下的玻璃掩模54′就被剥离 以制成一个模具55，如图5i所示。

图6是一张流程图，描绘了根据图5a-i的一个实施例的步骤。在步 骤60中，再次提供了一种单相、晶状陶瓷衬底诸如CVDSiC，如步骤61 所示，第一层玻璃被淀积在陶瓷衬底的表面。在步骤62中，第二层负光 刻胶被淀积在第一层玻璃的表面上。当用一种激光照射时，如步骤63所 示，负光刻胶产生了一系列与至少一条螺旋轨迹的螺脊相对应的点。当 按步骤64那样显影时，未被照射到的光刻胶即溶解，只留下显影后的光 刻胶上的点标记着至少一条螺脊。

如步骤65所示，用已曝光的光刻胶作为一个掩模，第一层玻璃用酸 蚀刻以形成一个玻璃掩模。这种酸蚀刻可以去掉第一层玻璃上的光刻胶 层。不过，在第一层被蚀刻后，剩下被显影的光刻胶被剥去，如步骤66 所示。在步骤67中，陶瓷衬底透过玻璃掩模被离子加工，以形成包括至 少一条螺脊和至少一个平地的螺旋轨迹的数据图样的阴模。最后，根据 步骤68，玻璃掩模也从衬底上剥下。

如先前所讨论过的那样，离子加工可以用一束中性离子流(诸如那 些惰性气体例如氩气)轰击衬底的方法实现。离子加工的深度取决于轰 击的强度和持续时间，以及衬底的特性。而且，如果离子束的大小比衬 底的表面小，离子束同样可以通过光栅扫描以获得一致的加工。但是， 如上所述，适用的陶瓷材料是可以离子加工但不会增加表面的粗糙度 (Ra)。

图7是一张流程图，描绘了本发明方法的步骤，使用如图4或6所述 模具复制数据存储光盘。见步骤70。在步骤71中，盘模具诸如模具35或 55被固定在一台注模设备的盘模具铸型中。这种注模设备及其用法是人 所共知的。如步骤72所示，一种热塑性树脂，诸如聚丙烯树脂、环氧树 脂、聚碳酸酯树脂、不饱和聚酯树脂或类似的物质可以注入到铸模中以 制成盘的复制品。

如图73所示，在铸模冷却之后，在步骤74中，盘的复制品就可以从 铸模上取下。然后每张盘复制品就可以进行修边，以去除多余的热塑树 脂。因为模具是由坚硬的陶瓷衬底所制成，模具设计成能够反复承受注 模设备中压力与温度变化而不会变形或损坏的。在步骤75中，盘复制品 被涂上反光材料如铝或金，包括含有这些金属的合金，也就是进行喷 涂。这种反光材料确保从光读出装置中发出的光束在遇到盘复制品上螺 旋轨迹数据图样的至少一个平地时会发生反射。

尽管在上面已经对本发明作了详细的说明，应当理解为本发明的范 围并不仅限于上述内容，而是由下面将要提出的根据权利要求所确定 的。