TWI384478B - 微結構與資訊記錄媒體 - Google Patents
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Description
本發明有關於微結構與寫一次(WORM、或寫一次讀許多次)資訊記錄媒體。
最近,此具有大小從奈米尺寸至微米尺寸之微結構之研究與發展在許多領域中進行,此等領域包括:超微光子學、高密度記錄媒體、光學元件、以及生化晶片。對於使用光電子學之此等裝置為不可或缺者為一種材料,其在可見光範圍為光學地透明,且具有少的光學損失。為此原因,此從透明材料以產生微結構之技術之研究與發展活躍地進行。
鋅氧化物在可見光範圍為光學透明,且具有吸收紫外光之性質。鋅氧化物使用於例如:發光二極體、透明電晶體、紫外光切割材料、電子攝影術等目的。
此形成鋅氧化物之方法之例包括:濺鍍法、離子電鍍法(請參考日本公開專利申請案號2006-117462)、以及先質之熱分解(請參考日本公開專利申請案號2007-022851)。
通常,當產生具有一度空間或二度空間周期性微結構之量子線、點等時,可以使用任何此等電子束曝光系統、離子束曝光系統、以及步進式曝光系統。然而,此等曝光系統需要昂貴之真空源,且其製造成本變高。為此原因,令人想要以低成本實施簡單圖案化,且製成周期性微結構。
如果以光線照射此在其中微結構規則配置之周期性結構,則會產生例如光帶效應(photonic band effect)之獨特現象。令人期待將此周期性結構應用至使用光線共振或光子包括:光學波導、光學濾波器、光學開關、低臨界雷射等。然而,此為已知,此在其中微結構以小於次波長之間隔規則配置之周期性結構用於:藉由稱為蛾眼結構之結構(參考OPTICAL REVIEW、2003年第2期第10卷、第63-73頁)防止Fresnel反射,且顯示非反射特徵。
在另一方面,在生物技術之領域中,強烈要求使用微結構作為DNA晶片,在其中將分子與原子選擇地組合。DNA晶片使得基因可以存在,此為疾病之原因而可容易地研究,且被使用於疾病之基因與診斷之研究。
DNA晶片通常由矽或玻璃之薄基板所構成,此為疾病原因之基因是由去氧核糖核酸(DNA)構成,而黏著在DNA晶片上。如果此由病人取得且經處理之血液滴在DNA晶片上,且此為疾病原因之基因存在於血液中,則此血液中之DNA黏著於DNA晶片之DNA。因此,可以容易判斷此病人是否生病。如果研究基因之行為,則可以獲得疾病之及早偵測與藥物副作用之預測。在醫學領域,此對於基因篩選之需求快速成長。
此外,此關於規律配置成二度空間形狀之金屬微結構,可以期望會有使用藉由表面電漿激子激發與光線與分子交互作用之應用佈置。
此產生微結構與周期結構、其中微結構規律配置之現有方法使用:在半導體微製造技術中之光學微影術。由於現有方法須要昂貴之電子束微影系統,其具有高成本之問題。然而,此所製成微結構之尺寸取決於製造設備之性能表現。
在另一方面,製成遮罩且此現有方法所具有之優點為其適用於大量生產。然而,其在規格改變與在實驗階段簡單實驗之時,並不適用於簡單電路設計。
此亦為已知方法,其使用藉由雷射光之2-光子吸收、以製造一三度空間微結構或三度空間光結晶體(參考日本公開專利申請案號2003-001599與2005-122002)。然而,此種製造須要許多時間,且所使用材料受限於、可由光聚合反應所產生之樹脂。為此原因,須要一種簡單便宜之方法以製造可以進一步改善資源節省之微結構。
現有形成微結構或周期結構之逆結構之方法、其中使用包括射出成形之浮雕處理而將規律配置之微結構。近年來,已經發展出超微印刷技術,其準確地移轉超微尺寸結構之逆結構。此使用光聚合或熱聚合之超微印刷技術,可以足夠高之準確度產生主模式之逆結構,且其適用於大量生產。當使用逆結構作為光結晶體時,從主模型產生不同效應。
近年來,注意力給予熱微影術作為低成本處理方法,其較使用光微影術之微製造技術更具成本效益。熱微影術為一種微製造技術,其所使用之原理為:當吸熱層被加熱(當由雷射光線照射時,此層作用為光線吸收層)時,此加熱部份之特徵(光線透射、折射率、導電性、化學抗腐蝕性等)改變。
此被光線照射區域之溫度分佈轉變成高斯分佈,此在分佈中心中高溫區域之面積為光點面積之大約1/10,且僅該面積之特徵改變,因此,可以製造微圖案。
日本公開專利申請案號2005-158191揭示一種製造光學記錄媒體之方法,其包括:將在支持基板上之第一介電層、光線吸收層、以及第二介電層逐層堆疊之至少一步驟;發射雷射光線以記錄資訊之步驟;以及藉由濕性蝕刻以去除第二介電層之未記錄區域、以形成第二介電層之凹入部份之步驟。
在日本公開專利申請案號2005-158191所揭示一種方法中,此所形成第二介電層之凹入部份所具有橫截面為矩形或逆漸尖形狀,且由於蝕刻阻抗僅在熱分佈(高斯分佈)中最大值附近增加,此凹入部份之尺寸小於光之繞射極限。且在此吸收雷射光線之光線吸收層上第二介電層之蝕刻阻抗(resist)改善,且形成凸部份。然而,由於有許多用途須要去除光線吸收層,要求形成凸部份,而無須形成光線吸收層。而且,亦存在此問題,當在第二介電層中形成凹入部份時,此凹入部份之終端會變得粗糙。
在近年來要求具有光結晶體之次波長結構或精細結構之光學元件。此種精細結構之應用並不受限於光學元件。例如,有機電致發光(OEL)顯示器或有機發光二極體顯示器(OLED)為:使用有機複合物之新一代發光顯示器。當與傳統顯示器比較時,此由LED所發射光線為亮且清楚、視角大、此顯示器為薄型、且其操作溫度範圍廣泛。此LED被觀察為具有傑出特性之顯示器。此外,此為已知OLED之發光效率藉由將其與二度空間光晶體結構組合而改善。例如,請參考“M. Fujita, T. Ueno, T. Asano, S. Noda, H. Ohata, T. Tsuji, H. Nakada and N. Shimoji所著電子學報,2003年、第39卷、第1750頁”、“Y. Lee, S. Kim, J. Huh, G. Kim and Y. Lee所著應用物理學報2003年、第82卷、第3779頁”、“M. Kitamura, S. Iwamoto and Y. Arakawa所著日本應用物理學報2005年、第44卷、第2844頁”、“K. Ishihara, M. fujita, I. Matsubara, T. Asano and S. Noda所著日本應用物理學報2006年、第45卷、第7號、第L210頁”、以及“M. Fujita, K. Ishihara, T. Ueno, T. Asano, S. Noda, H. Ohata, T. Tsuji, H. Nakada and N. Shimoji所著應用物理學報2005年、第
44卷、第3669頁”。
而且,已知在例如太陽電池之光電轉換裝置中須要精細結構。此等太陽電池被編組為:乾式太陽電池,其由單晶矽、多晶矽、非晶矽等所形成;以及濕式太陽電池,例如、Graetzel電持或染料敏感太陽電池。在染料敏感式太陽電池中,使用鈦氧化物作為半導體電極。然而,理論上,可以獲得使用其他氧化物半導體之太陽電池,且用於此目的之各種研究正在進行中。
根據本發明之觀點,揭示一種改良式微結構,其中可以去除以上說明之問題。
根據本發明之觀點,揭示一種微結構,其可以藉由使用熱微影術而容易地形成。
根據本發明之觀點,揭示一種微結構製造方法,其可以藉由使用熱微影術而容易地形成微結構。
根據本發明之觀點,揭示一種寫一次資訊記錄媒體,其可以低成本製成,且可以在其中形成微記錄記號。
在本發明之一實施例中,揭示一種包含硫複合物與矽氧化物之微結構,以解決或減少上述一個或更多個問題。
可以配置上述微結構,以致於此微結構可以在:具有彎曲表面之凸組態、一組態其中具有彎曲表面之凸結構形成於圓柱體結構上、以及圓柱體組態之任何一個中。
可以配置上述微結構,以致於此微結構可以在:具有彎曲表面之凸組態、一組態其中具有彎曲表面之凸結構形成於圓柱體結構上、以及組態其中持續地形成圓柱體橫截面之任何一個中。
可以配置上述微結構,以致於此硫複合物包含ZnS。
可以配置上述微結構,以致於此硫複合物包含第一硫複合物,用於提高對於具有預定波長之光線之光學吸收能力。
可以配置上述微結構,以致於此硫複合物包含FeS與GeS2
至少之一。
可以配置上述微結構,以致於此微結構更包括一種材料,用於提高對於具有預定波長之光線之光學吸收能力。
可以配置上述微結構,以致於此用於提高對於具有預定波長之光線之光學吸收能力之材料包含以下至少之一:鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鉑(Pt)、銻(Sb)、碲(Te)、鍺(Ge)、矽(Si)、鉍(Bi)、錳(Mn)、鎢(W)、鈮(Nb)、鈷(Co)、鍶(Sr)、鐵(Fe)、銦(In)、錫(Sn)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、鎂(Mg)、以及鈣(Ca)。
可以配置上述微結構,以致於此微結構更包括氧化物材料,用於提高對於具有預定波長之光線之光學吸收能力。
可以配置上述微結構,以致於此用於提高對於具有預定波長之光線之光學吸收能力之材料包含第二硫複合物與鋅複合物之一。
可以配置上述微結構,以致於此用於提高對於具有預定波長之光線之光學吸收能力之材料包含ZnTe、ZnSe、以及MnS之至少之一。
可以配置上述微結構,以致於此用於提高對於具有預定波長之光線之光學吸收能力之材料包含螢光材料。
可以配置上述微結構,以致於此螢光材料包含CsSe或CdTe。
可以配置上述微結構,以致於矽氧化物含量之百分比是在10摩耳(mol)%至30摩耳(mol)%間之範圍中。
在本發明之解決或減輕上述一或更多個問題之實施例中,揭示一種製造微結構之方法,此方法包含以下步驟:在基板上形成一包含硫複合物與矽氧化物之層;藉由雷射光線以照射此包含硫複合物與矽氧化物之層;蝕刻此由雷射光線以照射之層以形成微結構,其中,此硫複合物包含第一硫複合物,用於提高對於具有預定波長之光線之光學吸收能力,或此包含硫複合物與矽氧化物之層更包含一種用於提高光學吸收能力之材料。
在解決或減輕上述一或更多個問題之本發明實施例中,揭示一種寫一次資訊記錄媒體,其包括:一基板;以及一記錄層,其由混合無機材料所形成且沉積在基板上,其中,混合無機材料包含硫複合物與矽氧化物。
可以配置上述寫一次資訊記錄媒體,以致於混合無機材料更包含:一種無機材料,其與硫複合物與矽氧化物所不同,且由以下所選出金屬、半金屬、以及半導體;以及一記錄層,其所具有對預定波長之光線之光學吸收能力大於、相同厚度但並不包含無機材料之記錄層之光學吸收能力。
可以配置上述寫一次資訊記錄媒體,以致於寫一次資訊記錄媒體更包括:沉積在基板上之介電層與反射層。
可以配置上述寫一次資訊記錄媒體,以致於該無機材料包含一構成硫複合物與矽氧化物之元素。
可以配置上述寫一次資訊記錄媒體,以致於該無機材料包含由以下所選出之至少一元素:鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鉑(Pt)、銻(Sb)、碲(Te)、鍺(Ge)、矽(Si)、鉍(Bi)、錳(Mn)、鎢(W)、鈮(Nb)、鈷(Co)、鍶(Sr)、鐵(Fe)、銦(In)、錫(Sn)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鉛(Pb)、以及鋇(Ba)。
根據本發明之實施例,可以提供:微結構,其可以藉由使用熱微影術而容易地形成;以及微結構製造方法,其可以藉由使用熱微影術而容易地形成微結構。
根據本發明之實施例,可以使用以下物件以提供基板之製造圖案化方法:微結構、結構、資訊記錄媒體、主基板、光學元件、光學通信裝置、DNA晶片、發光裝置、光電轉換器、以及包含此微結構之光學透鏡。
根據本發明之實施例,可以提供寫一次資訊記錄媒體,其可以低成本製成,且可在其中形成微記錄記號。
本發明之其他目的、特徵、以及優點將由於以下詳細說明並閱讀所附圖式而為明顯。
現在參考所附圖式說明本發明之實施例。
本發明實施例1之微結構包含混合組成成份,其包含:至少一種硫複合物(稱為材料A)、與至少一種矽氧化物(稱為材料B)。此當形成微結構時藉由加熱而由於其包含材料A而促進燒結,且此使用蝕刻之圖案化由於其包含材料B而為可能。此光學非反射薄膜或光結晶體之設計、在其中可以反映微結構之組態,且可以容易地調整此微結構之折射率。
材料A之例可以包括:ZnS、CaS、BaS、CdS、K2
S、Ag2
S、GeS、CoS、Bi2
S3
、PbS、Na2
S、Cu2
S、CuS、Al2
S3
、Sb2
S3
、SmS、PbS、Na2
S、LiS、
SiS、SiS2
,以及可以使用包括兩個或更多個複合物之任何組合。在此之中,ZnS受到偏好,這是由於其容易與材料B混合,且其可以低價格供使用作為濺擊靶。由於隨著光學照射或藉由雷射光線加熱而結晶度改善,而在被照射區域與未照射區域間產生蝕刻阻抗差異。可以藉由使用此原理而製成微結構,亦可以達成微結構折射率之調整。因此,此藉由熱微影術之處理為可能,且可以獲得具有可行光學性質之光學元件與資訊記錄媒體。
材料B主要為SiO2
,且SiO可以包含於其中。由於在形成靶時、或在形成混合材料層時由於缺氧,而可以產生SiO。
本發明實施例2之微結構包含:混合組成成份,其包含硫複合物(稱為材料A')、材料B、以及一種材料(稱為材料C),用於提高對於具有預定波長光線之光學吸收能力;或混合組成成份,其包含材料A',用於提高對於具有預定波長光線之光學吸收能力、與材料B。此微結構可以藉由使用熱微影術而形成於不具有光吸收層之基板上。
此微結構之尺寸較佳在數十奈米與數百奈米間之範圍中。此尺寸等於高密度記錄媒體之記錄記號之尺寸、或周期性結構之構成單元之尺寸。在後者之情形中,此用於提高對於具有預定波長光線之光學吸收能力之材料A'可以與材料C、或不會提高對於具有預定波長光線之光學吸收能力之材料A'一起使用。
現在說明光學吸收能力。此具有光學吸收能力之物質反射光線且同時吸收光線。此光線吸收數量取決於光線進入物質中之深度z而改變,且此光線吸收數量由吸光係數k而決定。此吸光係數k由以下Beer法則所代表:I=I0
exp(-αz),α=4πk/λ
I代表光線滲透物質後之強度,I0
代表光線滲透物質前之強度,α代表吸收係數,以及λ代表光線之波長。
即,如果此光線進入物質中之深度(物質之厚度)增加,此物質吸收光線數量越大,滲透物質之光線強度降低。此根據本發明提高光學吸收能力意
味著:此包含有關材料之微結構之吸光係數k較不包含此材料之相同厚度微結構之吸光係數k增大。
此吸光係數k之波長依賴性取決於材料而變化。例如,即使當某種材料之k在可見光範圍中為小時,相同材料之k在紫外光範圍中為大。將此點列入考慮,而須要選擇用於照射混合材料雷射光線之波長。此所使用雷射光線之波長並不受限制,且可使用深紫外線雷射光、可見雷射光、紅外線雷射光等之任何者。特別是,紅色半導體雷射光線與藍色半導體雷射光線受到偏好,這是由於其並不昂貴,且可以實施多重脈衝光線照射。此所使用光源之例可以包括:可見光雷射、F2
雷射、ArF雷射、KrF雷射等。在其中,可見光雷射受到偏好,這是由於其可以低成本獲得,且可以容易地使用。
吸光係數k與折射率n之測量可以使用光譜橢圓器而實施。吸光係數k與折射率n一起依據光線波長而改變。例如,在ZnS-SiO2
之情形(摩耳比為80:20)中,相對於405nm雷射光線(藍色)、n大約為2.33且k大約為1x10-3
,相對於350nm雷射光線(紫外色)、n大約為2.33且k大約為1x10-2
,以及相對於680nm雷射光線(紅色)、n大約為2.16且k大約為1x10-8
。將材料C添加於微結構,可以允許調整折射率n與吸光係數k。
此除了材料A而可以用於提高光學吸收能力之材料A'之例為例如:FeS與GeS2
。可以將兩個或更多種材料A'組合使用。在其中,ZnS受到偏好,這是由於其容易與材料B混合,且可以低成本獲得作為濺擊靶。ZnS在可見光範圍中幾乎為透明,且將材料C添加至微結構將允許調整此微結構對於可見光之透射率。
此由包含ZnS(材料A')、SiO2
(材料B)、以及金屬或半導體(材料C)之混合材料所形成微結構之例,將作為本發明之微結構之例而說明。
SiO2
具有對於氫氟酸少許蝕刻阻抗,且其根據下式反應:SiO2
+6HF→H2
SiF6
+H2O。此由混合材料所形成之層在氫氟酸中蝕刻,且其吸收可見雷射光線。此經加熱混合材料對於氫氟酸之蝕刻阻抗改善,以及其保持未
被蝕刻且留下一微結構。
特定而言,如果此混合材料吸收具有多於一個給定輸出功率之可見雷射光線且被加熱,則產生一種ZnS與SiO2
之結晶化,且對於氫氟酸之蝕刻阻抗改善。如果在此時此混合材料中之ZnS之含量百分比小於60mol%,則其對於氫氟酸之蝕刻阻抗可能不足。
須要SiO2
以便蝕刻混合材料。然而,如果此混合材料中之SiO2
之含量百分比小於10mol%,則即使當此混合材料並不吸收可見雷射光線,其顯示對於氫氟酸之一些蝕刻阻抗。如果此混合材料中之SiO2
之含量百分比超過30mol%,則此微結構可能無法存留。ZnS-SiO2
可以透過可見光線。如果此混合材料吸收可見光線、且並不包含用於產生熱之材料C,則即使當其以可見雷射光照射時,加熱可能不足。如果使用有機材料作為材料C,加熱可能不足。這可能是因為在此情形中添加有機材料並不會允許吸光係數k增加。
為此原因,材料C較佳為半導體材料或金屬材料。雖然,此由混合材料所形成之層可以藉由濺擊法而形成,其可以使用於且執行混合靶之焊渣排除而非同時焊渣排除。此混合靶可以材料A'、藉由將材料B與材料C之粉末混合、且使其燒結而製成。
材料C較佳包含與材料A'所不同之鋅複合物與硫複合物之一。當使用ZnS作為材料A'時,此包含於材料A'中之硫或鋅是包含於材料C中,其使得此微結構之終端之組態平滑。材料C之例可以包括ZnTe、ZnSe、MnS等,雖然此並非限制,但其可以接收作為濺擊靶之供應。可以將其兩個或更多種組合使用。
材料C之例可以包括:鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鉑(Pt)、銻(Sb)、碲(Te)、鍺(Ge)、矽(Si)、鉍(Bi)、錳(Mn)、鎢(W)、鈮(Nb)、鈷(Co)、鍶(Sr)、鐵(Fe)、銦(In)、錫(Sn)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、鎂(Mg)、鈣(Ca)等,可以將其兩個或更多種組合地使用。材料C之例可以包括任何此等合金、例如:InSb、AgInSbTe、GeSbTe、ZnMgTe、CsZnTe、SbZn,以及任
何此等複合物、例如:ZnMgSSe、ZnCrO4
、ZnCrO3
、ZnWO4
、ZnTiO3
、Zn3
N2
、ZnF2
、ZnSnO3
、以及ZnMoO4
。此種材料可以容易地獲得作為濺擊靶,且可以調整微結構之折射率。
材料C較佳包括螢光材料。此微結構之位置可以在當其由紫外光或可見光照射時、藉由從此微結構所發射螢光偵測而檢查。為此原因,可以使用螢光半導體量子點之螢光偵測以偵測特定部份,且可以使用作為資訊記錄媒體。作為螢光材料提及CdSe、CdTe等,且可以將兩種或更多種一起使用。此種螢光材料具有高螢光特徵,且其可以容易地獲得此特徵。
當其由雷射光線照射時,材料C可以被氧化。其中,材料C氧化程度是依據:雷射光線照射情況(脈衝光線輸出、脈衝寬度),材料C之種類,材料A'、材料B、以及材料C等之組成成份。
然而,如果將材料A'使用於矽基板上,則在實施材料B與材料C之多靶濺擊之後使用電爐,且實施30分鐘之熱固化(回火)數百次,則在傾斜入射X-光繞射實驗中將可看出材料C之氧化物之尖峰。
例如,當在矽基板上形成200nm厚之ZnS、SiO2
、以及Zn之薄膜時,並無法看出ZnO之尖蜂,但當在500℃實施回火30分鐘時,可以看出ZnO之尖峰。可以設想Zn(材料C)之至少一部份被氧化,且將此設定為ZnO。
類似地,在ZnS、SiO2
、以及Mn之情形中,在回火前並無法看出Mn3
O4
之尖峰,但在回火之後,可以看出Mn3
O4
之尖峰。當在此時由雷射光線照射時,並不清楚此雷射光線照射部份之加熱程度、以及以何速率冷卻。然而,在由氫氟酸所蝕刻微結構中預定數量材料C可以被氧化。為此原因,在以下實施例中,雖然說明此微結構之組成成份與雷射光線照射之前相同,其亦有此種情形,其中,微結構包含材料C之氧化物。因此,如果預定數量材料C被氧化,則可以提高微結構之硬度。特定而言,此使用微探測器所測量微結構之硬度較在形成微結構之前薄膜之硬度為高。在此時之光學性質例如透射率與折射率亦隨著材料C之氧化而變化。雖然,本發明微結構之組態並不受限制,其可以為凸組態而例如具有半球形表面之彎曲表面。如果此微結構之微製造使用X-光或光學微影術實施,但這是昂貴的。
此微結構之製造是使用熱微影術以低成本獲得,且可以應用至光學元件或
超微印刷之主模型。光學元件藉由在微結構中所形成之物理特徵或化學性質分佈而獲得。
此具有彎曲表面凸組態之微結構之一端變得平滑,且此微結構具有彎曲表面。然而,取決於製造情況,而可以產生尖銳邊緣或平坦側表面。在三度空間中,此具有彎曲表面之區域是由於:依據主要照射此由混合材料所形成層之雷射光線之熱分佈之微結構之組態而存在。
由於此雷射光線並未照射到之區域藉由實施溼性蝕刻而以氫氟酸去除,此微結構作為凸組態。為此原因,如果其使用光固化式樹脂等而移轉,則在所移轉基板中將形成凹形圖案。
本發明之微結構可以為一種組態,其中此具有彎曲表面例如半球形表面之凸結構形成於圓柱體結構上。由於此微結構具有兩個步階式結構,而可以維持此等具有相鄰彎曲表面凸結構間之間隙,且可以使用螢光將在資訊記錄媒體中之記錄記號清楚地分開。亦可以設計反映此種形式之光學非反射薄膜與光結晶體,且可以調整折射率。在微影術中,其中此敏感部份進行化學變化,而無法製成此種形式之微結構。
本發明之微結構可以為圓柱體組態。如果使用X-光或光學微影術實施微製造,則此結構之製造將為昂貴。然而,此結構之製造可以使用熱微影術以低成本獲得,且其亦可以應用至光學元件或超微印刷之主模型。此外,亦可以設計反映此種組態之光學非反射薄膜與光結晶體,且可以調整折射率。如果使用此微影術其中敏感部份顯示化學變化,則難以製成具有此種組態之微結構。
在本發明中,藉由改變脈衝光線輸出與脈衝寬度(照射時間),而可以將微結構之直徑從一光點之尺寸改變至大約1/4光點尺寸之尺寸。例如,當使用具有0.85數值孔徑(NA)之物鏡將具有405nm波長之雷射光線聚焦時,此微結構之直徑可以改變至80-400nm範圍中之任何者。
本發明之微結構可以為以下組態之任一:具有彎曲表面凸組態、此其中具有彎曲表面凸結構形成於圓柱體結構上之組態、以及其中持續形成橫截面之圓柱體組態。此種線性微結構可以藉由持續照射此由混合材料所形成之層而形成,且可以應用至繞射光柵、DNA晶片等。
此微結構終端之平滑度可以藉由此由於實施雷射光缐持續照射所形成之線性微結構之線邊緣粗糙度(LER)而估計。在一情形中,其中此微結構使用作為阻抗且蝕刻基板。在此種情形中,本發明之微結構具有與在電子束微影術中所使用巨分子阻抗之特徵所不同特徵。在此巨分子阻抗中,此巨分子阻抗本身在當圖案變得小時具有數奈米之尺寸,亦將此阻抗之LER設定至數奈米。
在另一方面,在本發明之微結構中可以將LER設定至1nm或更小。在近年來,在用於半導體之國際技術路圖中,將此專有名詞"LER"修正成“線寬度粗糙度”(LWR)。雖然,並未嚴格界定LER之測量標準,判斷此根據本發明之LER,以致於將測量線長度設定至2微米,將測量間隙設定至10nm,以及LER藉由最小平方法從直線之3σ而決定。
本發明之微結構可以應用至:資訊記錄媒體、主基板、光學元件、磁性記錄媒體、DNA晶片、生物感測器、DNA電腦、DNA記憶體、生物分子整合裝置等。
本發明微結構之製造方法包括以下步驟:在基板上形成一層,此層由材料A'、與包含材料B與材料C之混合材料所形成;藉由雷射光線局部照射此由混合材料所形成之層;以及對於由混合材料所形成之層實施蝕刻,且由雷射光線照射。為此原因,將此被局部加熱且具有改變蝕刻阻抗之混合材料經由濕式或乾式蝕刻,而產生具有平滑終端之微結構。
可以製成一種結構在其中形成本發明之微結構。雖然可以局部施加熱,而非局部照射雷射光線,由於雷射光線有關於方向性與穩定性之性能優越,而由於製造準確度較佳使用雷射光線。
本發明基板之圖案化方法包括以下步驟:在基板上形成包含材料A'、材料B、以及材料C之微結構;使用微結構作為遮罩以實施基板蝕刻。在此時,如果須要,可以將使用作為遮罩之微結構去除。因此,在其中形成圖案之基板可以應用至:主基板、光學元件、DNA晶片、發光裝置、以及光電轉換器等。
雖然,本發明之結構具有在基板上本發明之微結構,本發明之結構較佳具有區域(稱為周期區域),其中將微結構周期性地配置。可以獲得此等使
用光帶間隙之光學濾波器與光學開關,其藉由周期區域以反射特定波長光線。
在周期區域中較佳對於預定波帶光線之透射大於:未配置微結構之透射。因此,可以藉由蛾眼結構而獲得光學非反射薄膜,其中對於預定波長光線顯示非反射特徵。
如果本發明之結構包括區域(稱為非周期區域)、其中並未配置微結構,則可以獲得:資訊記錄媒體,其使用周期區域與非周期區域之差異;以及光學波導,其包括在周期區域中之非周期區域、且使用光帶間隙,其藉由周期區域而反射特定波帶之光線。在使用於資訊記錄媒體之本發明之微結構中,螢光材料包含於材料C中。
此藉由使用本發明基板之圖案化方法而在基板上所形成圖案可以被移轉與再製,以及在基板上所形成微結構可以被移轉與再製。當再製時,此圖案與微結構可以經由超微印刷技術而移轉成此種材料,其包含樹脂作為主要組成成份。當製造以下物件時可以使用此種方法:主基板、光學元件、DNA晶片、發光裝置、以及光電轉換器、以及光學透鏡等。
本發明之主基板使用此結構製成,此結構包括區域,其中本發明之微結構周期地配置於基板上。為此原因,本發明主基板之製造成本可以低於使用傳統光學微影術之主基板,且可以使得記錄圖案清楚。當製造光學資訊記錄媒體等時,可以使用此種主基板。
本發明之光學元件使用此結構製成,此結構包括區域,其中本發明之微結構周期地配置於基板上。此光學元件之例可以包括:繞射光柵、偏極化分離元件、光學濾波器、光學開關、光學非反射薄膜、以及光學波導。
本發明之光學元件可以應用至已知光學通信裝置例如波長多工裝置,而使用於波長多重電信。如同於第31圖中所顯示,在波長多重電信中,其使用一光纖301、用於各多個波長之一組發射器311、312、313、以及一組接收器321、322、以及323,以傳送數個不同波長(λ1、λ2、以及λ3)之光信號。為了使得傳輸路徑為寬頻帶寬度,使用光學組成電路331與光學分解器電路332。在此時,可以藉由將許多光學開關組合而形成光學組成電路331與光學分解器電路332。
在本發明之DNA晶片中,將DNA斷片(fragement)固定於基板上。本發明之DNA晶片之基板是使用此結構製成,其中本發明之微結構配置在基板上。在此時,此微結構具有大的特定表面區域,此偵測效率變得高,且可以將整個晶片之尺寸製得小。
在本發明之發光裝置中,將第一電極、發光層、以及第二電極,以此順序依序沉積在基板上。本發明之發光裝置使用此結構製成,此結構包含區域、其中周期地配置本發明之微結構,或使用此結構製成、其中本發明之微結構周期地配置於基板上。
在此時,第一電極、發光層、以及第二電極可以沉積在並未配置本發明微結構之表面上、或配置本發明微結構之表面上。根據此包含微結構之不平坦結構,此發光裝置之光線擷取效率改善,且提高發光效率。
在本發明之光電轉換器中,第一電極、光電轉換層、以及第二電極以此順序依序地沉積在基板上。本發明光電轉換器之基板是使用此具有周期性配置區域之本發明微結構之結構所製成,或此基板是製成於此基板上、此基板使用此具有周期性配置區域之本發明微結構之結構。此具有高光電轉換效率之光電轉換器藉由:此在其中光電轉換器包含微結構之不平坦結構而獲得。
本發明之光學透鏡使用此包括本發明微結構之結構而製成、或使用此其中本發明之微結構配置在基板上之結構所製成。因此,獲得可靠之微光學透鏡。
第1A與1B圖顯示本發明之實施例1之資訊記錄媒體100A之組成成份。第1A圖為資訊記錄媒體之橫截面圖,以及第1B圖為資訊記錄媒體之頂視圖。
在資訊記錄媒體100A中,ZnS-SiO2
(摩耳比:8:2)之50nm厚之介電層102、AgInSbTe之10nm-厚之光線吸收層103、以及微結構104形成於:具有1mm厚度與10cmx10cm尺寸之矽基板101上。
配置此微結構104如同於第1B圖中所示,且藉由微結構104之存在以決定資訊。特定而言,當以雷射光線照射記錄媒體100A時,由微結構104
發出螢光,且由此未配置微結構104之區域105並未發出螢光,以致於此記錄媒體100A可以作用為資訊記錄媒體。
各微結構104是在半球體組態中,其底部直徑大約150nm,且其高度大約30nm。此微結構104以200nm周期(記號間距)配置,即,以50nm之間隔配置。
各微結構104包含ZnS、SiO2
、以及CdTe(摩耳比:77:20:3),且顯示類似於螢光量子點之行為。藉由在第1B圖中箭頭所顯示方向掃描螢光偵測光學頭、而從記錄媒體讀取資訊。在螢光偵測光學頭中,此所發射螢光光線藉由透鏡而聚焦,且通過光纖與光學濾波器,以致於藉由使用光乘法器管將其放大以偵測螢光。經由光學頭、光學濾波器、以及光信號處理方法,即使此螢光為弱,而可以偵測到螢光。
第2A至2D圖顯示資訊記錄媒體100A之製造方法。
首先,將介電層102、光線吸收層103、以及混合材料層106藉由使用(來自Shibaura Mechatronics Co.)濺擊裝置CFS-8EP-55(參考第2A圖)、以此順序沉積在矽基板101上。混合材料層106包含ZnS、SiO2
、以及CdTe(摩耳比:77:20:3),且其厚度為160nm。
其次,將所獲得之矽基板101實施真空吸引至XY平台,以及此矽基板101之脈衝照射是以此來自半導體雷射之具有405nm波長之雷射光線107、在200nm之周期中、經由具有0.85NA之物鏡108而實施(參考第2B圖)。在此時,由此雷射光線107所照射基板之部份是由程式預定。且使用2%重量之氫氟酸109實施蝕刻10秒鐘(參考第2C圖)。然後,使用掃描電子顯微鏡以觀察在由雷射光線107照射部份所形成之微結構104(參考第2D圖)。由於一種燒結效應、與由雷射光線107照射部份保持未蝕刻、以及所存留之半球形圖案,其顯示此混合材料層106對於氫氟酸之蝕刻阻抗改善。
因此,藉由使用熱微影術可以容易地製成微結構104。由於在此混合材料層106中之CdTe含量之重量百分比為3%,可以使用螢光偵測以製成資訊記錄媒體100A,而不會影響微結構104之製造。由於此記錄區域與未記錄區域藉由微結構104之存在而區別,而可以使用此所獲得之資訊記錄媒體100作為唯讀記憶體(ROM)。由於混合材料層106包含ZnS與SiO2
,可
以使用所改變之蝕刻阻抗,且可以調整折射率。
第3A與3B圖顯示本發明之實施例2之資訊記錄媒體100B之組成成份。第3A圖為資訊記錄媒體之橫截面圖,以及第3B圖為資訊記錄媒體之頂視圖。
在資訊記錄媒體100B中,ZnS-SiO2
(摩耳比:8:2)之50nm厚之介電層102、鍺(Ge)之10nm-厚之光線吸收層103、20nm厚之ZnS層111、以及微結構104形成於聚碳酸酯基板110上。聚碳酸酯基板110為用於光碟之碟形板,而具有12cm之直徑與20nm之高度,且其具有440nm之周期(軌間距)之突起(land)與溝槽。
此微結構104配置如同於第3B圖中所示,且藉由微結構104之存在以決定資訊。特定而言,當以雷射光線照射記錄媒體100B時,由微結構104發出螢光,且由此未配置微結構104之區域並未發出螢光。
各微結構104是在半球體組態中,其底部直徑大約150nm,且高度是在30-160nm範圍中。此微結構104是以400nm之周期(記號間距)配置。
各微結構104包含ZnS、SiO2
、以及CdTe(摩耳比:77:20:3),且顯示類似於螢光量子點之行為。藉由在第3B圖中箭頭所顯示方向中掃描螢光偵測光學頭、而從記錄媒體讀取資訊。在螢光偵測光學頭中,此所發射螢光光線藉由透鏡而聚焦,且通過光纖與光學濾波器,以致於藉由使用光乘法器管將螢光放大以偵測螢光。經由光學頭、光學濾波器、以及光信號處理方法,即使此螢光為弱,而可以偵測到螢光。
其次,說明此資訊記錄媒體100B之製造方法。
首先,將介電層102、光線吸收層103、ZnS層111、以及混合材料層106藉由使用(來自Shibaura Mechatronics Co.)濺擊裝置CFS-8EP-55、以此順序沉積在聚碳酸酯基板110上。混合材料層包含ZnS、SiO2
、以及CdTe(摩耳比:77:20:3),且其厚度為大約160nm。
其次,當將所獲得之聚碳酸酯基板110以4.5米/秒之線性速率旋轉時,使用表面記錄式碟測試器LM330(來自Shibasoku Co.)以實施聚焦與追蹤。
此聚碳酸酯基板110之脈衝照射是以具有405nm波長之雷射光線、在400nm之周期中、經由具有0.85NA之物鏡(5.0mW之脈衝光線輸出)而實施。此雷射光線所照射基板之部份是由程式預定。且使用2%重量之氫氟酸實施蝕刻10秒鐘。然後,使用掃描電子顯微鏡以觀察在由雷射光線照射部份所形成之微結構104。由於一種燒結效應、與由雷射光線照射部份保持未蝕刻、以及形成半球形圖案,似乎此混合材料層對於氫氟酸之蝕刻阻抗改善。
因此,藉由使用熱微影術可以容易地製成微結構104。由於在此混合材料層中之CdTe含量之重量百分比為3%,可以使用螢光偵測以製成資訊記錄媒體100B,而不會影響微結構104之製造。由於此記錄區域與未記錄區域藉由微結構104之存在而區別,而可以使用此資訊記錄媒體100B作為唯讀記憶體(ROM)。由於混合材料層106包含ZnS與SiO2
,可以使用所改變之蝕刻阻抗,且可以調整折射率。
由於當使用在其上形成用於光碟之突起與溝槽之基板時,可以實施雷射光照射,而同時實施聚焦與追蹤,而可以良好準確度快速地製成微結構104。
對於此脈衝光線輸出之微結構依賴性進行研究。此脈衝光線輸出在1.5-7mW範圍中變化。此製造微結構之方法與實施例2之方式相同。這是由於使用ZnS-SiO2
(摩耳比:8:2)作為微結構材料。
第4A圖至第9B圖顯示所製成微結構之掃描電子顯微鏡照片。使用場發射掃描電子顯微鏡FE-SEM S-4100(來自Hitachi Ltd.)以實施觀察。
在第4A圖至第9B圖中顯示:從頂表面方向所攝取之SEM照片、與從傾斜方向所攝取之SEM照片。由此等SEM照片而為明顯,此包括高度與寬度之微結構組態依據脈衝光線輸出之變化而改變。
在實施例3中,即使當此微結構形成為任何所顯示組態時,其可以使用為資訊記錄媒體。
第10圖顯示在脈衝光線輸出與微結構最大直徑間之關係。由於從第10圖而為明顯,此微結構最大直徑對於脈衝光線輸出並未顯示線性。此在其
上形成不平坦之聚碳酸酯基板上所形成微結構之組態根據脈衝光線輸出之值而可以主要分類為如下之階段I-IV之組態(參考第11A-11D圖)。
階段I(脈衝光線輸出3.5-5.2mW):此微結構104是在非球形組態中,但是在半球形組態中。此微結構104之最大直徑依據脈衝光線輸出之增加而增加(參考第11A圖)。
階段II(脈衝光線輸出5.2-6.8mW):此微結構104包括:圓柱形結構104a;以及形成於上圓柱形結構104a中央之半球形結構104b。圓柱形結構104a包括兩個上與下圓柱形結構。下圓柱形結構之尺寸依據脈衝光線輸出之增加而增加(參考第11B圖)。
階段III(脈衝光線輸出6.8-8.0mW):此微結構104包括:圓柱形結構104a;以及形成於上圓柱形結構104a中央之半球形結構104b。圓柱形結構104a包括兩個上與下圓柱形結構。上圓柱形結構之尺寸大於下圓柱形結構之尺寸(參考第11C圖)。
階段IV(脈衝光線輸出超過8.0mW):此微結構104是在圓柱形組態中(參考第11D圖)。
第4A圖至第5B圖中顯示階段I中,此微結構104是在半球形組態中(參考第11A圖)。第6A圖至第9B圖中顯示階段II與階段III,此微結構104包括圓柱形結構104a與半球形結構104b。在階段II中,此微結構104在此等圓柱形結構104a之下者具有最大直徑(參考第11B圖)。在另一方面,在階段III中,此微結構104在此等圓柱形結構104a之上者具有最大直徑(參考第11C圖)。在階段IV中,此微結構104具有形成於其中央之開口,且其為圓柱形組態(參考第11D圖)。
混合材料層之蝕刻阻抗藉由雷射光線照射而改善之原因並不十分清楚。此似乎為此混合材料層幾乎為光學透明,且此光線吸收層吸收雷射光線且被加熱,以致於此混合材料層由於燒結效應而緊密封裝。
此來自此吸收雷射光線之光線吸收層光線之熱分佈為高斯分佈。以及當使用平坦基板時,此微結構之組態在基本上為半球形。然而,如果使用具有不平坦而用於光碟之基板,則此空間熱分佈以三度空間方式變得有些複雜,以及因此微結構之組態如同在階段I-IV中所示。
熱主要在自由空間中央發生,此階段I之蝕刻阻抗在使用作為混合材料層之高溫部份中改善。在階段II中,由於混合材料層之厚度受到限制,熱幅射停止成為同心圓之形狀,且靠近光線吸收層之部份容易變成高溫。在階段III中,一些因素像是聚碳酸酯基板之不平坦與作為空氣空間之上部而非下部會影響,混合材料層之上部會有熱耗散,且被認為容易地成為高溫。
在階段IV中,光線吸收層之蒸發被認為是關鍵因素,且在圓柱形微結構之中央形成開口。
階段I-IV之各此等微結構為適用於以下物件之任何者之結構:資訊記錄媒體、光結晶體、光學非反射薄膜、光學開關、光學濾波器、以及電漿結晶體等。由於微結構之組態與折射率影響光學性質,而須要調整用於各組態之尺寸與折射率。
在實施例3中,此微結構是由使用ZnS-SiO2
之掃描電子顯微鏡之觀察解析度之關係而製成。在高密度資訊記錄媒體中,窄間距軌與記錄記號之減少為重要,且實施例3之微結構可以被製成數十奈米直徑之尺寸。如果改變突起與溝槽之間距間隔、光線吸收層之材料、厚度、ZnS與SiO2
之組成成份比,則此微結構之組態與脈衝光線輸出特徵亦稍微改變。即使當使用ZnS-SiO2
以外之材料、或將另一物質與ZnS-SiO2
混合、或組成成份比改變時,亦可製成微結構。
使用以上所提及熱微影術而可以容易地製成微結構。當混合材料層包含ZnS與SiO2
時,可以使用所改變之蝕刻阻抗,且可以調整折射率。
由於當使用在其中形成用於光碟之突起與溝槽之基板時,可以實施雷射光照射,而同時實施聚焦與追蹤,而可以良好準確度快速地製成微結構。
第12A圖與第12B圖顯示本發明實施例4之光學非反射薄膜100C之組成成份,此與實施例1所不同者為,此所使用混合材料層是由ZnS-ZnO-SiO2
(摩耳比:6:2:2)所形成,而其他是與實施例1者相同。
第12A圖為光學非反射薄膜之橫截面圖,以及第12B圖為光學非反射薄膜之頂視圖。
由於此具有第11圖之階段II-III之組態之微結構104被配置成200nm之周期,光學非反射薄膜100C所控制特定波長範圍(350-600nm)光線之Fresnel反射,以及藉由蛾眼結構所顯示非反射特徵。
使用以上所提及熱微影術可以容易地製成微結構104。當混合材料層包含ZnS與SiO2
時,可以使用所改變之蝕刻阻抗,且可以調整折射率。
第11圖之階段I-IV之任何此等組態可以應用至光學非反射薄膜,而不論微結構之組態。然而,根據微結構組態中之差異,而須要適當地調整此微結構之高度、折射率、以及周期。雖然,材料之折射率會影響光學非反射薄膜,此光學非反射薄膜可以使用蛾眼結構之逆結構而形成。且可以光學非反射薄膜形成多重層。
第13圖中所顯示光學波導是與實施例1中相同方式製成,所不同者為所使用之混合材料層是由ZnS-ZnO-SiO2
(摩耳比:6:2:2)所形成。第13A圖與第13B圖各為光學波導之橫截面圖與頂視圖。在此其中光學波導100D反射光線之區域中,此具有在第11圖之階段II-III之組態之微結構104以300nm之周期配置,且此微結構104並未配置在光線傳送部份。
由於此反射由於平均折射率、與由光帶間隙之周期結構之周期間隙所產生特定波長範圍(400-600nm)之光線、如同於第13B圖中所示,光線可以傳送。
此藉由光結晶體之光學波導中,為了依靠入射角之角度、所反射光線之波長,須要調整入射角之角度,且須要進入對應於光帶間隙波長帶之波長之光線。
使用以上所提及熱微影術可以容易地製成微結構。當混合材料層包含ZnS與SiO2
時,可以使用所改變之蝕刻阻抗,且亦可以調整折射率。
此使用光帶間隙之光學波導可以應用於:光學濾波器、光學開關、以及雷射等。雖然並未反射光線、且其透過於靠近光帶間隙之波長帶中,此超過解析度限制之光學性質、例如對準效應與透鏡效應,而具有在理論上且於現象中可看出光晶體之獨特特徵。此效應亦須使用本發明之微結構。
此光學波導並非根據微結構之組態,但是可以配置具有第11A-11D圖之階段I-IV之組態之微結構。此在微結構組態中之差異為:須要適當地調整微結構之高度、折射率、以及周期。
雖然,在微結構組態中之特徵不同,而且在微結構之周期結構之逆結構中之特徵不同,所以須要光帶效應。為此原因,作為光結晶體而可以使用微結構之周期結構與其逆結構。
第14A-14B圖中所顯示光學濾波器是與實施例1中相同方式製成,所不同者為所使用之混合材料層是由ZnS-SrS-SiO2
(摩耳比:7:1:2)所形成,且使用10cmx10cm尺寸之石英基板112。第14A圖與第14B圖各為光學濾波器之橫截面圖與頂視圖。
此在光學濾波器100E中微結構104為半球形,其底部直徑為150nm,高度為30nm,且以200nm之周期(記號間距)配置。為此原因,當以雷射光線照射時,此光學濾波器100E反射特定波長範圍(300nm-500nm)之光線,以作為根據入射角之角度之次-波長結構之效應。
如果此具有波長405nm之光線進入在此時其中形成微結構104之場而改變角度,則入射光線以特定角度反射。
使用以上所提及熱微影術可以容易地製成微結構104。當混合材料層包含ZnS、SrS、以及SiO2
時,可以使用所改變之蝕刻阻抗,且亦可以調整折射率。
從此微結構104之周期結構不僅可以製成次波長結構,而且可以產生光晶體效應。此作用為:光學濾波器以反射特定波長範圍之光線;或光學開關。此反射光線之入射角度與波長取決於彼此次-波長結構或光結晶體。
當光學濾波器與光學開關使用相同現象、且並不想要使得特定波長帶之光線完全透過時,則其操作為光學濾波器。其變成為光學開關而使用作為光學元件,以控制光線透過之開(ON)與關(OFF)。
在實施例1至6中,此特別使用作為光線吸收層之材料並未受到限制,但提及除了AgInSbTe與Ge之外之Si、族III-V半導體、4Yuan混合晶體複
合物等。此施加熱之方法而非局部照射雷射光線以作為熱微影術之方法亦為可能。然而,其在方向性與穩定性方面優異,且由於微結構之製造準確度高,其受到偏好以發射雷射光線。
製造在第15圖中所顯示之主基板。此主基板200A為一物件,其具有用於藍光碟-唯讀記憶體(BD-ROM)之25GB之容量,在其所具有區域周期地配置記錄坑洞之圖案201a,且軌間距為0.32微米。主基板200A之材料為石英,且可以基於主基板200A依據射出成形移轉過程,以製成壓模與光學資訊記錄媒體(例如:電影記錄內容)。
在第16A-16F圖中顯示之主基板200A之製造方法。首先,使用濺擊裝置CFS-8EP(來自Shibaura Mechatronics Co.)經由RF濺擊從ZnS、SiO2
、以及ZnTe(摩耳比:70:20:10)形成具有厚度40nm之混合材料層202、此將成為平坦碟形石英基板201(參考第16A圖)。
其次,此藍色雷射光線204之焦點,藉由此光線將此雷射光線照射設備之數值孔徑(NA)以0.85之物鏡203聚焦、此光線之波長為405nm、且此聚焦是針對混合材料層202之表面實施,以及此預定區域是以5mW之脈衝光線輸出照射(參考第16B圖)。其使得能夠使用在此時在ROM上資訊所形成策略以形成圖案。
然後,將其浸入於重量2%之氫氟酸205中10秒鐘(參考第16C圖),並被使得變乾。因此,在石英基板201上形成此由ZnS、SiO2
、以及ZnTe(摩耳比:70:20:10)所形成幾乎半球形微結構206(參考第16D圖)。
然後,將其安裝於反應性離子蝕刻(RIE)設備中,且藉由CF4氣體實施蝕刻。因此,使用石英基板201之微結構206作為遮罩,且進行蝕刻(參考第16E圖)。
去除微結構206所形成此映遮罩組態之圖案201a(參考第16F圖)。
由於以原子力顯微鏡(AFM)測量之由石英所形成圖案201a之高度大約為40nm。雖然,形成點似圖案201a,如果實施藍色雷射光線204之持續照射,則可以形成線性圖案(溝槽),且亦可以製成用於:可重新記錄基板(R
基板)或可複寫基板(RW基板)之用於物件之壓模。
在另一方面,並不確定是否可以形成微結構,且此取決於ZnS、SiO2
、以及ZnTe之組成成份比。當實施有關於組成成份比與圖案形成適當性間之關係之評估時,獲得在表1中所顯示之結果。
如同由表1而為明顯,在樣本1、5、以及7之情形中可以形成圖案,以及在樣本2、3、4、以及6之情形中並無法形成圖案。為了檢查在組成成份比例與圖案形成適當性間之關係,而實施樣本1-7之評估。當以1-8mW脈衝光線輸出、以0.85數值孔徑(NA)之物鏡所聚焦具有405nm波長之藍色雷射光線照射之前與後,評估各樣本對於氫氟酸之蝕刻阻抗,而獲得表2中所顯示之結果。
如同由表2而為明顯,此在實施雷射光線照射之前之樣本所形成圖案並不具有蝕刻阻抗,以及在實施雷射光線照射之後之樣本所形成圖案具有一些蝕刻阻抗。當檢視樣本1、3、以及4時,為了樣本在雷射光線照射之前不具有蝕刻阻抗、而須要SiO2
,且估計所須SiO2
組成成份百分比為大於10mol%。
在另一方面,當在雷射光線照射之後有太大百分比之SiO2
內容時、如同在樣本3中者,則並無蝕刻阻抗。由於有許多組成成份(ZnS與SiO2
)其透過雷射光線如同樣本2,當有少許比例ZnTe時,雷射光線之吸收變得不足。為了ZnTe可以提高光學吸收能力而須要ZnTe,但如果其比例太高如同樣本7,則ZnS之比例將變得不足,且此將並不會促進伴隨雷射光線吸收而產生熱之系統化。此亦考慮在其中形成圖案之樣本1、5、以及7之組成比例,且對於ZnS之比例,其比例大於60mol%,且ZnTe之比例假設小於30mol%。
此外,當使用Ag而非ZnTe且類似地實施評估時,則所獲得之結果顯示於表3與表4中。
如同由表3與表4而為明顯,在樣本8-14中,即使使用Ag而非ZnTe,其可以說是:ZnS、SiO2
、以及Ag之組成比例與圖案形成適當性間之關係
為相同。在另一方面,在樣本16中可以形成圖案,但樣本8之圖案更清楚。在樣本15與樣本17中並未完成圖案形成,雖然,樣本15與樣本17具有接近如同樣本16之組成比例。
在樣本15中,如同在表4中所示,在由雷射光線照射之前有蝕刻阻抗,且無法形成圖案,且其顯示SiO2
之比例9mol%為不足。在另一方面,在樣本17中,在由雷射光線照射之前並無蝕刻阻抗,但Ag之百分比為9mol%,且其可以設想雷射光線之劑量不足,且無法形成圖案。在此種情形中可以設想,如果由較大輸出雷射光線照射,則可以形成圖案。
由於如果此添加作為材料C之材料改變,則此跟隨雷射光線吸收之卡路里值將改變,此用於圖案形成所須雷射光線照射情況(脈衝光線輸出、脈衝寬度)亦改變。相同原理亦適用於材料A'。當使用氫氟酸實施蝕刻時,此形成圖案之SiO2
比例可以大於10mol%,且相同原理亦適用於此包含SiO之情形。如同由樣本18-20而為明顯,此形成圖案之SiO2
比例可以小於30mol%。在樣本18中,SiO2
含量之百分比為30mol%,可以形成圖案,但此圖案並不清楚。在樣本19與20中,SiO2
含量之百分比為31mol%,且此微結構大部份並不存留。
即使雷射光線之脈衝光線輸出增加、材料C的比例減少、且材料A'之比例增加,此形成圖案之SiO2
比例可以小於30mol%。為了形成清楚圖案,較佳將SiO2
適度地包含於10-30mol%之範圍中。
當藉由濺擊法以形成混合材料層時,可以使用由混合材料所形成之濺擊靶、或可以備製用於各材料之濺擊靶、且可以實施共同濺擊。根據濺擊法而存在此種情形,此在SiO2
中氧不足且製成SiOx
(x=1-2),以及此種情形,混合材料層之表面粗糙度不同,但此混合材料層之薄膜之品質並未大幅改變。
可以設想此種情形,當此混合材料層由雷射光線照射時,此等材料混合於混合材料層中。
ZnS-SiO2
(摩耳比:80:20)之吸光係數k對於波長為405nm之藍色雷射光為大約1x10-3
。在另一方面,樣本5之混合材料層之吸光係數k為1x10-1
。
因此,藍色雷射吸收能力可以藉由將ZnTe添加至混合材料層而提高。
由於混合材料層中卡路里值是根據雷射光線之脈衝光線輸出,當其由商業紅色或藍色半導體雷射光線照射時,此大約為1x10-1
之吸光係數k對於混合材料層為足夠。
雖然,此40nm厚ZnS-SiO2
(摩耳比:50:50-90:10)在可見光範圍中之透射為大約100%,而如果添加ZnTe或Ag,則光線透射下降,且隨著ZnTe或Ag之比例增加,其光線吸收能力改善。然而,混合材料層之組成成份對於產生下列組成成份之微結構為重要:較佳為大於60mol%之ZnS、10-30mol%之SiO2
、以及小於30mol%之ZnTe或Ag。
除非滿足此等條件,否則可能無法形成此幾乎為半球形微結構,其藉由蝕刻而具有圓滑之終端。由於在混合材料層中SiO2
含量之重量百分比為10%或更多,其在氫氟酸中蝕刻,但此幾乎為半球形微結構保存,這是因為所接收雷射光線之照射,且其對於氫氟酸之蝕刻阻抗改善。由於當使用ZnTe時包含與ZnS相同元素作為材料C,因此相較於使用Ag之情形,此微結構之終端變得更平滑。
在實施例7中,由於微結構206幾乎為半球形,而可以製成主基板200A。如果此藍色雷射光線204之脈衝光線輸出為7mW而非在第16D圖中所顯示之微結構206,則如同在第17圖中所示,可以形成微結構207,其形狀為藉由此形狀此半球形結構形成於此通常為圓柱形結構上。
為了最後蝕刻進入石英基板201中,此微結構之組態影響記錄坑洞之圖案形狀。在此時,其特徵為,此使用微結構207作為遮罩且將其蝕刻之方向、相較於使用微結構206之情形幾乎為垂直。
在第18圖中顯示所製造之光學非反射薄膜。第18A圖與第18B圖各為光學非反射薄膜之橫截面圖與頂視圖。光學非反射薄膜200B是由石英製成、且包含圓柱形圖案201b,其各具有大約150nm之直徑與大約250nm之高度,且以200nm周期配置。
相較於相同厚度之石英基板201,此光學非反射薄膜200B提高對於波長範圍為400-600nm之光線之透射至接近100%。此將周期結構轉換成蛾眼
結構,以控制反射且使光線透過。
此光學非反射薄膜200B之製造方法與實施例7中所示者相同,所不同者為其以200nm周期以藍色雷射光線204照射。在製成晶圓後,將光學非反射薄膜200B切割成數個毫米角度,且其藉由清洗而獲得以去除雜質。
如同在第16D圖中所示,在石英基板201上形成微結構206作為光學非反射薄膜。由於微結構206之材料與石英不同,此光學非反射薄膜之效應可能會衰退,或在切割過程會造成剝離,且良率會變低。由於此,如果須要在蝕刻至石英基板201後,可以將圖案移轉且再製。在此時,在石英基板201表面中形成圖案之組態轉換成接近微結構206之形狀,其在基本上作為遮罩。
然而,由於對於微結構206之CF4之蝕刻率足夠小,此高寬比亦可以產生高形狀圖案201b。當再製時,圖案可以被轉換成材料,其使用超微印刷技術、例如熱超微印刷、光學超微印刷、以及軟微影術,以製成樹脂與主要組成成份。
在第19A-19B圖中顯示所製造之光學非反射薄膜。第19A圖與第19B圖各為光學非反射薄膜之橫截面圖與頂視圖。在光學非反射薄膜200C中,微結構208以400nm之周期配置在石英基板201上。此微結構208之材料為ZnS、SiO2
、以及ZnTe-ZnO(摩耳比:64:18:10:8)。此微結構208大部份為圓柱體組態,其外直徑大約300nm、其內直徑大約90nm、以及其高度大約為50nm。
相較於相同厚度之石英基板,此光學非反射薄膜200C提高對於波長範圍為400-600nm之光線之透射至接近100%。此用於藉由微結構208將周期結構轉換成蛾眼結構,以控制反射且使光線透過。
此光學非反射薄膜200C之製造方法與實施例7中所示者相同(忽略第16E-16F圖),所不同者為其以400nm周期以具有9mW之脈衝光線輸出之藍色雷射光線204照射。由於ZnS、SiO2
、ZnTe、以及ZnO(摩耳比:64:18:10:8)具有高透射率,而須要將藍色雷射光線204之脈衝光線輸出放大。如果此藍色雷射光線204之脈衝光線輸出改變至8mW,如同於第20圖中所示,
則將形成具有中空部份與放大底部之圓柱形組態之微結構209。
第21圖中顯示所製造之資訊記錄媒體。
微結構211以160nm之周期配置在具有直徑12cm之碟形聚碳酸酯基板210上,且此資訊記錄媒體200D具有突起與溝槽之重複不平坦。各微結構211具有在底部大約90nm之直徑、大約30nm之高度、以及幾乎半球體組態。在資訊記錄媒體200D中,資訊是由微結構211之存在而決定。
當由雷射光線照射資訊記錄媒體200D時,微結構211發出螢光,且在未配置微結構211處之區域並未發出螢光。為此原因,當掃描螢光偵測光學頭時,可以根據所偵測螢光從記錄媒體讀取資訊。
微結構211之材料為ZnS、SiO2
、以及CdTe(摩耳比:77:20:3),且微結構211具有與瑩光量子點相同之效應。當讀取資訊時,此所發射之螢光藉由使用光學頭之透鏡而聚焦,藉由以光乘法器管將螢光放大經由光纖與光學濾波器而偵測此螢光。因而,即使當螢光為弱時,可以偵測到螢光。
此製造資訊記錄媒體200D之方法與實施例7者相同(忽略第16E-16F圖),所不同者為其由具有脈衝光線輸出8mW之藍色雷射光線204所照射。雖然,在實施例10中,資訊記錄媒體製成於碟形聚碳酸酯基板210上,其可以製成於使用XY平台之矩形基板上。在此情形中,實施真空吸引至XY平台,且實施雷射光線之脈衝照射。
在第22A圖與第22B圖中顯示所製造之光學波導。
第22A圖與第22B圖各為光學波導之橫截面圖與頂視圖。光學波導200E具有周期區域,而在此處微結構213以400nm之周期配置於矽基板212上,且此具有波長780nm之光線藉由以下方式而反射:周期區域之平均折射率所造成之光帶間隙、以及微結構213之間隙。並無微結構213形成於光行進之部份中。
在此形成於圓柱形結構上之半球形結構中,其底部直徑為大約為
200nm,且其高度大約為50nm。微結構213之材料為ZnS、SiO2
、以及ZnO(摩耳比:65:20:15)。
此製造光學波導200E之方法與實施例7者相同(忽略第16E-16F圖),所不同者為其由具有脈衝光線輸出7mW之藍色雷射光線204所照射。
此使用光帶間隙之光結晶體可以應用至:光學波導以外之光學元件,例如光學濾波器與光學開關。雖然並未反射光線,且其透過入靠近光帶間隙之波長帶中,此解析度極限以外之光學性質,例如對準效應與透鏡效應,其在理論上與現象上看來具有光結晶體之獨特特徵。此種效應亦為石英基板之光學元件所須。
在第23圖中顯示所製造之光學濾波器。光學濾波器200F使用次波長結構,且微結構214以300nm之周期配置於石英基板201上。
在此形成於圓柱體結構上之半球形結構中,其底部之直徑大約為200nm,且高度為大約50nm。此微結構214之材料為ZnS、SiO2
、以及Au(摩耳比:72:18:10)。
此製造光學濾波器200F之方法與實施例7者相同(忽略第16E-16F圖),所不同者為其由具有脈衝光線輸出8mW之藍色雷射光線204所照射。
以替代方式,如同於第24圖中所顯示。此石英之光學濾波器200G可以經由第16E-16F圖之過程而形成。光學濾波器200G具有以周期配置之圖案201c,而其與光學濾波器200F者相同。
當由雷射光線照射時,由於光帶間隙,光學濾波器200F與200G反射具有特定波長之光線,且此濾波器作用為光學開關。例如,如果此具有波長405nm之光線入射至光學濾波器200F與200G、而同時改變入射角,則此光線以特定入射角反射。
即使藉由實施藍色雷射光線204之連續照射而周期地形成區段,此線性微結構大部份為矩形而非微結構214,而獲得作為光學開關之效應。當形成線性微結構時,彼此獲得作為光學開關之效應,亦作為網之垂直網目之形狀之結構。LER亦小於在光微影術中阻抗之值,且被設定至1nm或更少。
此光學濾波器根據次波長結構運作,且此光帶間隙作用為:光學濾波
器、其反射特定波長光線,或光學開關。此入射角與反射光之波長取決於彼此之次波長結構或光結晶體。使用相同現象,且光學濾波器與光學開關作用為光學濾波器,以完全地透過特定波長之光線。此成為光學開關以使用作為光學元件,以控制光線透過之開(ON)與關(OFF)。
第25A圖至第25D圖顯示實施例13之微結構之掃描電子顯微鏡之照片。此微結構形成於聚碳酸酯基板上,其中軌間距具有400nm之突起溝槽(線寬為200nm跑道溝槽寬度為200nm),以及材料為ZnS、SiO2
、以及Ag(摩耳比:72:18:10)。
此微結構之製造方法與實施例7中所示者相同,所不同者為其改變藍色雷射光線204之脈衝光線輸出,而所使用濺擊靶是由ZnS、SiO2
、以及Ag(摩耳比:72:18:10)所形成。
第25A圖、第25B圖、第25C圖、以及第25D圖之脈衝光線輸出各為:6.5mW、7.0mW、8.0mW、以及9.0mW。第25A圖或第25B圖中之微結構是在半球形組態中;第25C圖中之微結構是在一種組態中,其中半球形結構形成於圓柱形結構上;以及第25D圖中之微結構是在一種圓柱形組態中。此等微結構之組態可是藉由使用:傳輸電子顯微鏡、原子力顯微鏡、而非使用掃描電子顯微鏡而評估。
第26圖顯示在脈衝光線輸出、與微結構之外直徑或內直徑間之關係。如同於第26圖中所示,此脈衝光線輸出隨著微結構之外直徑之增加而增加,且中空部份(開口)以9mW在微結構之中央產生。此微結構之尺寸可以在雷射光線照射時(照射時間)隨著脈衝寬度而改變。在此情形中,脈衝寬度是在10至15奈秒之範圍中。雖然,此微結構之尺寸對於脈衝光線輸出是依據組成成份比例、材料等而改變,在當使用Ag以外之材料時,亦可以看出相同之脈衝光線輸出依賴性。
第27A圖與第27B圖顯示實施例13之微結構之另一例之掃描電子顯微鏡照片。此微結構形成於聚碳酸酯基板上,其中突起溝槽之軌間距為400nm(線寬:200nm,溝槽寬度:200nm),以及所使用材料為ZnS、SiO2
、以
及ZnTe(摩耳比:68:17:15)。
此製造微結構之方法與實施例7者相同,所不同者為藍色雷射光線204脈衝光線輸出改變,且使用ZnTe與ZnS-SiO2
(摩耳比:80:20)之兩個濺擊靶。此濺擊法所形成之薄膜之組成成份藉由元件分析而檢查。第27A圖之脈衝光線輸出為6.0mW,以及第27B圖之脈衝光線輸出為7.0mW。
第28圖顯示實施例13之微結構之另一例之掃描電子顯微鏡照片。此微結構形成於聚碳酸酯基板上,其中突起與溝槽之軌間距為400nm(線寬:200nm,溝槽寬度:200nm),以及所使用材料為ZnS、SiO2
、以及Au(摩耳比:72:18:10)。
此製造微結構之方法與實施例7者相同,所不同者為藍色雷射光線204脈衝光線輸出為3.0mW,且使用Au與ZnS-SiO2
(摩耳比:80:20)之兩個濺擊靶。
當將第25A-25D圖、第27A-27B圖、以及第28圖相比較時,其結果為第27A-27B圖之微結構之終端為最平滑。當藉由使用與第25A-25D圖、第27A-27B圖、以及第28圖之微結構相同材料、且實施雷射光線連續照射、以製成此等線性微結構、且將各LER相比較時,則使用與第27圖之微結構相同材料之情形之LER為最小。這是因為Zn包含於材料A'與材料C中作為共同元素。
此可以製成微結構之此等情形為使用:Al、Cu、Pt、Sb、Te、Ge、Si、Bi、Mn、W、Co、Nb之任何者,以及此等合金例如InSb、AgInSbTe、GeSbTe等之任何者作為材料C。類似地,此可以製成微結構之此等情形為使用:ZnMgTe、CsZnTe、ZnMgSSe、SbZn、ZnCrO4
、ZnCrO3
、ZnWO4
、ZnTiO3
、Zn3
N2
、ZnF2
、ZnSnO3
、ZnMoO4
、GeS2
、CoS、SnS等之任何者。如果使用具有對於藍色雷射光線相當大透射率之材料像是ZnO作為材料C,而如果所使用之材料為ZnS、SiO2
、ZnTe、以及ZnO(64:18:10:8),則可以製成具有平滑終端之微結構。而且,當使用ZnSe、MnS、以及SrS之任何者作為材料C時,可以製成具有平滑終端之微結構。
在第18A圖與第18B圖中顯示所製造之光學非反射薄膜200B。此光學非反射薄膜200B是由石英形成,且此具有大約150nm直徑與大約250nm高度之圓柱形圖案201b是以200nm周期配置。當與相同厚度之石英基板比較時,此光學非反射薄膜200B對於波長在400-600nm範圍中波長之光線透射增加,且此所增加之透射為幾乎100%。這是因為周期性結構轉變成蛾眼結構,避免反射且允許光線透過。
此製造光學非反射薄膜200B之方法與實施例7者相同,所不同者為藍色雷射光線204之照射以200nm周期實施,且形成FeS-SiO2
(摩耳比:80:20)之混合材料層202,且使用Au與ZnS與SiO2
之兩個濺擊靶。在使用晶圓形成光學非反射薄膜200B之後,藉由將晶圓切割而將其分割成數毫米之此等片,且藉由清洗以去除雜質而獲得此光學非反射薄膜200B。
ZnS、CaS、以及SrS在可見光範圍中幾乎為透明,且具有小的光學吸收能力。相對的,在此等硫複合物中,FeS具有比較大的光學吸收能力。FeS-SiO2
(摩耳比:80:20)吸收此具有在可見光範圍中發射波長之雷射光線。為此原因,FeS作用為用於提高光學吸收能力之材料。
如同於第16D圖中所示,亦可以使用一種光學非反射薄膜,其中微結構206形成於石英基板201上。由於微結構206之材料與石英不同,而會有此種情形,其中光學非反射薄膜效應為弱,或在切割過程之時產生剝離,且良率變低。為避免此種情形,如果須要,可以在實施蝕刻之後對於石英基板201之表面實施圖案移轉。在此時,此在石英基板201之表面上所形成圖案之組態基本上類似於此使用作為遮罩之微結構206之組態。然而,由於對於微結構206之CF4之蝕刻率足夠小,圖案可以形成於具有大高寬比之組態中。
當實施再製時,可以藉由使用超微印刷技術,例如:熱超微印刷、光學超微印刷、或軟微影術,將圖案移轉至包含樹脂作為其主要組成成份之材料中。
第29A圖至第29D圖顯示實施例15之微結構之掃描電子顯微鏡之照片。此微結構形成於聚碳酸酯基板上,其中突起溝槽之軌間距為400nm(線
寬200nm,溝槽寬度200nm),以及所使用材料為ZnS-SiO2
(摩耳比:80:20)。
此微結構之製造方法與實施例7之方法相同,所不同者為:形成ZnS-SiO2
(摩耳比:80:20)之混合材料層202,使用FeS與SiO2
之兩個濺擊靶,以及改變藍色雷射光線204之脈衝光線輸出。第29A圖、第29B圖、第29C圖、以及第29D圖之脈衝光線輸出各為:1.5mW、2.0mW、3.0mW、以及4.5mW。
第29A圖中之微結構是在半球形組態中;第29B圖或第29C圖中之微結構是在一種組態中,其中半球形結構形成於圓柱形結構上;以及第29D圖中之微結構是在一種圓柱形組態中。此微結構之尺寸取決於雷射光線之脈衝寬度或脈衝光線輸出而變化。
第30A圖與第30B圖顯示實施例15之微結構之另一例之掃描電子顯微鏡之照片。此微結構形成於聚碳酸酯基板上,其中突起溝槽之軌間距為400nm(線寬200nm,溝槽寬度200nm),以及所使用材料為FeS-SiO2
(摩耳比:76:24)。
此微結構之製造方法與實施例7之方法相同,所不同者為:形成FeS-SiO2
(摩耳比:76:24)之混合材料層202,使用FeS與SiO2
之兩個濺擊靶,以及改變藍色雷射光線204之脈衝光線輸出。第30A圖與第30B圖之脈衝光線輸出各為:1.1mW與1.4mW。
微結構206是經由以下方式形成:以藍色雷射光線204照射,浸入於氫氟酸205中,以及蝕刻。在由藍色雷射光線204所照射之區域中,FeS與SiO2
可以被系統化,且對於氫氟酸205之蝕刻阻抗可以改善。
在石英基板201上形成如同第19圖中所示而建構之微結構208。微結構208之材料為ZnS、SiO2
、以及Au(摩耳比:72:18:10)。在此時,可以使用玻璃載體而非石英基板201。
此微結構208之製造方法與實施例9之方法相同,所不同者為:脈衝光線輸出各為8mW。其次,以下列方式製成DNA晶片。藉由使用噴墨系統,將10,000或更多種DNA斷片排列且固定作為在石英基板201上之微
點,而在此基板上形成微結構208。此噴墨方法有利於:用於控制從射出孔所釋出之數量。
使DNA晶片與樣本DNA反應(混合化),在樣本DNA中單元之發現基因之標示是以螢光著色物質Cy3(綠)與Cy5(紅色)實施。由於彼此互補DNA之反應,而將具有相對應DNA之微點著色。此等微點之顏色可以使用高解析度DNA晶片分析裝置讀出,且可以從DNA晶片上DNA獲得樣本DNA之功能資料。
DNA晶片之量產以下列方式為可能。將如同在實施例7中之平坦碟形石英基板201旋轉,而使得DNA晶片形成於具有大面積之晶圓上,以及藉由切割將晶圓切割成此等DNA晶片。例如,可以低成本製成具有大約4平方毫米之尺寸之DNA晶片。可以使用XY平台製成DNA晶片。
為了提高DNA之偵測效率,而如何將DNA斷片排列且固定作為微點則為重要。實施例16中之微結構配置具有大的特定表面積。在此時,當與使用微影術等所製成之DNA晶片比較時,可以低成本製成實施例16之DNA晶片。此在第19A-19B圖中所顯示之圓柱形組態中之微結構目前對於熱微影術為獨特,且其特定表面積比較大。
DNA晶片可以使用實施例16以外之材料與製造方法製成。在此時,在SiO2
中會產生某種缺氧。可以使用一種用於提高光學吸收能力之材料例如金屬或合金作為材料C。當選擇螢光材料例如CdTe或CdSe作為材料C時,可以使用螢光偵測。當使用金屬例如金作為材料C時,可以期待會有電漿激子效應。
第32圖顯示實施例17之偏極化分離器元件300之組成成份。偏極化分離器元件300包括:ZnS層302,其形成於聚碳酸酯基板301上;以及線性微結構303,其周期地配置在ZnS層302上。偏極化分離器元件300具有功能:根據偏極化分離器元件300之特徵(周期、折射率),將具有特定波長之光線310分離成P偏極化光線311與S偏極化光線312。此P偏極化波之光線為一種偏極化分量,其中電場向量之振動平面平行於入射平面;以
及此S偏極化波之光線為一種偏極化分量,其中電場向量之振動平面垂直於入射平面。
第33A圖與第33D圖用於說明實施例17之偏極化分離器元件300之製造方法。首先,經由已知之光碟製造過程使用主基板、壓模、以及射出成形,以製造0.6mm厚之聚碳酸酯基板301,其中具有高度20nm與間距200nm之不平坦(突起與溝槽)形成為同心圓之形狀。其次,將10nm厚之ZnS層302、200nm厚之ZnS、SiO2
、以及Zn(摩耳比:64:13:33)之混合材料層304,以此順序經由RF濺擊而使用(來自Shibaura Mechatronics Co.)濺擊裝置CFS-8EP-55(參考第33A圖)、沉積在聚碳酸酯基板301上。
此來自雷射光線照射裝置(來自Shibasoku Co.)之具有波長405nm之藍色雷射光線306,由具有0.85NA之物鏡305會聚而聚焦於在其中實施追蹤之混合材料層304之表面上。將此雷射光線以3.5mW光學輸出持續地施加至被旋轉之聚碳酸酯基板301(參考第33B圖)。
然後,將聚碳酸酯基板301浸入於重量2%之氫氟酸307中10秒鐘且實施蝕刻(參考第33C圖)。在以純水將其清洗後將其涼乾,以獲得此在其中微結構303周期配置之偏極化分離器元件300(參考第33D圖)。
此混合材料層304由雷射光線306適當照射而保持未蝕刻,且其轉變成微結構303。在實施例17中,混合材料層304之一部份形成作為突起(凸)而存留,混合材料層304之一部份形成作為溝槽(凹入)而被去除。為此原因,將相鄰之此等微結構303互連。
第34A圖與第34B圖顯示實施例17之偏極化分離器元件300之掃描電子顯微鏡照片。第34A圖為偏極化分離器元件之頂視圖,以及第34B圖為當使用聚焦離子束(FIB)以形成偏極化分離器元件300之橫截面時偏極化分離器元件之透視圖。為了形成橫截面,而在第34B圖中微結構303之上部上沉積碳保護層308。
由第34A-34B圖而為明顯,此等線性微結構303周期配置於偏極化分離器元件300中。此其中線性圖案以此方式形成之偏極化分離器元件稱為線柵偏極化器。
藉由將S偏極化光線進入偏極化分離器元件300(參考第33A圖)中,在
其中形成聚碳酸酯基板301、ZnS層302、以及混合材料層304,而可以測量透射波長對於S偏極化光線之依賴性,如同於第35圖中所示。類似地,藉由將S偏極化光線進入旋轉90度之偏極化分離器元件300,並且使用高速光譜橢圓器M-2000DI(來自日本J.A.Woollam)作為測量裝置,此測量點直徑大約為3mm,且此測量是使用線性偏極化於透射測量模式中實施。
在此時,偏極化分離器元件300之尺寸較測量點直徑為大。
如同由第35圖為明顯,在此偏極化分離器元件300並未旋轉90度之情形中之中央波長為大約747nm,且可以看出下降。在此偏極化分離器元件300旋轉90度之情形中並未看出下降。因此,偏極化分離器元件300在中央波長大約747nm周圍之650-840nm波長範圍中、具有偏極化分離功能。
其次,以與上例相同方式製成偏極化分離器元件300,所不同者為雷射光線306之持續光學輸出改變至3.0mW與2.5mW。
第36A圖與第36B圖顯示當將持續光學輸出設定至2.5mW時,偏極化分離器元件300之掃描電子顯微鏡照片。第36A圖為偏極化分離器元件之頂視圖,以及第36B圖為當使用聚焦離子束(FIB)以形成偏極化分離器元件300之橫截面時偏極化分離器元件之透視圖。為了形成橫截面,而在第36B圖中微結構303之上部上沉積碳308。
第37圖顯示偏極化分離器元件300之透射波長對於S偏極化光線之依賴度,如同由第37圖為明顯,在此偏極化分離器元件300旋轉90度、且將持續光學輸出設定至2.5mW之情形中,並未看出類似於以上例之下降(dip)。在此偏極化分離器元件300並未旋轉90度之情形中,在此其中持續光學輸出設定至3.5mW、3.0mW、以及2.5mW之情形之任何中,可以看出下降,且當持續光學輸出設定至大值之情形中,此下降深度為大,且其位移至低波長側。
測量ZnS、SiO2
、以及Zn(摩耳比:64:13:33)對於2%重量之氫氟酸之蝕刻率。在非回火之情形中,蝕刻率大約為5.26nm/秒。在使用電爐(空氣大氣)在500℃實施回火30分鐘之情形中,蝕刻率大約為0.17nm/秒。此結果顯示:藉由實施回火之蝕刻率比(etching rate ratio)(非回火情形對回火情形之比)為大約33,且藉由回火而蝕刻阻抗快速改善。
關於雷射光線照射與回火,此最後與最高溫度之達成時間不同,但其由於被供應熱而為一致。為此原因,在實施例17中,由雷射光線306供應熱被提及為此等因素之一,對於此等因素此混合材料層304圖案形成是以下列方式實施:藉由將此層浸入於氫氟酸307中,且在以雷射光線306照射後蝕刻。
而且,在當使用ZnS-SiO2
(摩耳比:80:20)進行相同實驗時,可以獲得幾乎相同蝕刻選擇性,且ZnS之結晶化可以被推測為:此種蝕刻阻抗產生大幅改變。
當由ZnS、SiO2
、以及Zn所形成薄膜在大氣中在500℃回火30分鐘時,此在可見光範圍中透射增加,且此ZnO之繞射X-光尖峰可以由X-光繞射看出。這即是,檢查Zn之氧化。為此原因,亦可推測在混合材料層304中以雷射光線306照射而將Zn氧化。
即,如果混合材料層304被雷射光線306照射,則Zn所具有之光學吸收能力將吸收雷射光線306,而此層被氧化,且其在微結構303之可見光範圍中之透射增加。在此時,由於其在可見光範圍中為透明,當ZnS與SiO2
發出雷射光線306時,則實施透明材料之圖案形成。
此在樣本之光線透射、在此樣本中100-nm-厚之ZnS層形成於透光率93%之玻璃基板上,在波長300nm、405nm、以及550nm光線中樣本透光率各為:大約20%、大約60%、以及大約90%。
在另一方面,在200-1700波長範圍中,SiO2
之光線透射超過90%。在此時,ZnS-SiO2
(摩耳比:80:20)之圖案形成亦可以藉由照射光線而實施;此光線由ZnS-SiO2
(摩耳比:80:20)吸收例如:此波長為266nm之深紫外線(DUV)雷射光線,以及此波長為13.5nm之極端紫外線(EUV)雷射光線。
然而,設備變得昂貴且亦須要照射時間,以致於所發出雷射光線之波長變短。在實施例17中,由於混合材料層之光學吸收能力提高且無須真空,此微結構可以藉由照射半導體雷射光線而製成,此雷射光線之可見範圍例如為波長為405nm、650nm、以及780nm。亦可以使用偏極化分離器元件300作為繞射光柵。
第38圖中顯示所製成之光學濾波器。關於光學濾波器400,ZnS層402形成於聚碳酸酯基板401上,且微點似結構403周期地形成於此層上。為此原因,其具有功能根據光學濾波器400之特徵(周期、折射率),以反射特定波長光線410之P偏極化光線411或S偏極化光線412。
第39A-39D圖中顯示光學濾波器400之製造方法。首先,此所製成具有厚度0.6mm之聚碳酸酯基板401之間距400nm之高度20nm與不平坦(突起與溝槽)、根據此使用主基板、壓模、以及射出模型之一般光碟之製程,而形成同心圓形狀。
其次,此由10-nm-厚ZnS層402所形成具有厚度200nm之混合材料層404、與ZnS、SiO2
、以及Zn(摩耳比:64:13:33)依序形成於聚碳酸酯基板401上。此藉由RF濺擊使用濺擊裝置CFS-8EP-55(來自Shibaura Mechatronics Co.)而形成(參考第39A圖)。
此藍色雷射光線406之波長、藉由此光線之波長將此雷射光線照射設備(由Shibasoku Co.製造)之數值孔徑(NA)以0.85之物鏡405聚焦、此光線之波長為405nm。此聚焦是針對混合材料層404之表面實施,藉由此焦點而實施追蹤,且在其上實施脈衝光線照射,而以10mW之脈衝光線輸出至聚碳酸酯基板401使其旋轉(參考第39B圖)。
然後,將其浸入於重量2%之氫氟酸407中10秒鐘且蝕刻之後(參考第39C圖),並以純水將其清洗且被使得變乾,以及將所獲得光學濾波器400之微結構403周期地配置(參考第33D圖)。在此時,此以雷射光線406充分照射之混合材料層404存留,且其成為微結構403。此在軌道方向之微結構403之間隙為大約400nm。
第40A圖與第40B圖中顯示光學濾波器400之掃描電子顯微鏡照片。第40A圖與第40B圖之照片各由頂表面方向與斜方向所擷取。
藉由將S偏極化光線412進入光學濾波器400與聚碳酸酯基板401,而可以測量波長對於S偏極化光線之依賴性,如同於第41圖中所示。類似地,藉由將S偏極化光線412進入旋轉90度之光學濾波器400,而測量波長對於S偏極化光線之依賴性。在此測量中,使用高速光譜橢圓器M-2000DI(來自日本J.A.Woollam)作為測量裝置,此測量點直徑大約為3mm,且此測量
是使用線性偏極化於透射測量模式中實施。
在當光學濾波器400並未旋轉90度之情形中,將674nm與701nm製成為光學濾波器400之中央波長,比較地看來有線寬之窄的下降,且對於第41圖旋轉90度,其結果為,藉由將655nm製成為中央波長而可以看出下降。
因此,光學濾波器400所具有功能為,其過濾特定波長範圍之偏極化。在此時,此反射因素測量顯示此對應於下降波長之光線並未透射而被反射。
其次,除了改變雷射光線406之脈衝光線輸出之外,當如同上述而製成光學濾波器400時,可以看出對於下降深度之傾向為:此脈衝光線輸出愈大則其下降愈深。在此情形中,亦如同在實施例17中,此透明材料之圖案形成是藉由照射雷射光線406而實施。
作為發光裝置之例,而製成在第42A圖與第42B圖中所顯示之無機電致發光(EL)元件500A。在一EL元件中,藉由正電洞與負電子之重新組合而產生發光。雖然,平坦基板通常使用於EL元件中,如果使用此種基板其中形成不平坦圖案,則小於臨界角之入射光線依據酸阻抗效應將會透過,且此超過臨界角之入射光線無法擷取而通常可以作為繞射光線而擷取。因此,光學擷取效率增加至大約1.5倍。
此無機EL元件500A包括偏極化分離器元件300(繞射光柵),其中,ZnS層302形成於聚碳酸酯基板301上,以及線性微結構303周期地形成於ZnS層302上。在此未形成微結構303之聚碳酸酯基板301之表面上、以下列順序依序堆疊:由銦錫氧化物(ITO)所形成之陰極501、由ZnS-Mn(Mn之含量百分比為數個重量百分比)、以及由鋁所形成之陽極板503。
類似於無機EL元件500A,無機EL元件500B具有繞射光柵,且陰極501、發光層502、以及陽極板503以此順序依序堆疊微結構303上。
在此實施例中,各微結構303具有在可見光範圍中高的透射,且其適合作為構成EL元件之材料。
如果將直流電壓或交流電壓施加介於陰極501與陽極板503之間,則可
以看到黃-橘發光(中央波長:585nm),且在無機EL元件500A與500B各情形中,此發光效率(光學擷取效率)從未形成微結構303之情形而增加。
在實施例19中,將ZnS-Mn使用於發光層502,但本發明並不受限於此實施例。以替代方式,可以使用任何其他發光材料,例如:CaSSe-Eu、CaS-Eu、SrS、Cu、SrS-Ce、BaAl2
S4
-Eu、BaZnS3
-Mn、以及ZnMgO。
此外,可以以下方式形成有機EL裝置:藉由使用例如以次苯基-乙烯撐為基與以芳撐基、而用於發光層502之有機發光材料;以及供應直流電壓。
作為光電轉換器之例而製成在第43圖中所顯示染料-敏感太陽電池600。光電轉換器具有光電轉換層,其吸收光線將其轉換成電。此所吸收光線之數量隨著此光電轉換層厚度增加而增加。此由矽半導體或有機半導體所形成之光電轉換層具有光生伏特效應。如果此p-n接面部份或Schottky接面部份由受到受激光線照射,則所產生之電子與正電洞藉由介面電場而彼此分離,且在其間產生電位差。
通常,平坦之基板使用於光電轉換器。如果使用此基板其中形成不平坦圖案,則在此光電轉換層中多路徑反射增加,且光子包含效應提高。因此,光電轉換效率增加3%至5%。
類似於實施例17,在此染料-敏感太陽電池600中,線性微結構602形成於平坦玻璃基板601上,且陰極603更形成於微結構602上。
光電轉換層606設置介於陽極板605之間、形成於玻璃基板604與陰極603上。著色物質二氧化鈦為一種電解質、以及氧化還原(redox)對包含於光電轉換層606中。
作為著色物質,RuL2(NCS)2(L=4,4'-双梭基-2,2'-双氮(雜)苯為使用於此實施例中之釕(ruthenium)複合物。然而,本發明並不受限於此實施例。以替代方式,可以替代使用另一種著色物質,例如樸磷基或花青基。
作為二氧化鈦,其顆粒之顆粒直徑尺寸為大約10-30nm而使用於本實施例中。對於二氧化鈦顆粒之X線繞射顯示其大部份為銳鈦礦型式。二氧化鈦可以由濺擊法形成。如果包含非晶體則其光電轉換效率降低。為了避免
此種情形,較佳使用具有高度結晶度之顆粒。
作為電解質與氧化還原對,在本實施例中使用此用於低輸出電池(來自Solaronix Co.)之電解溶液Iodolyte TG 50(其中,將0.5M之鋰碘化物LiI)與0.05M之金屬碘(I2)添加至分子量200之聚乙烯甘醇)。然而,本發明並不受限於此實施例。作為電解質可以使用:陽離子例如鋰離子,以及陰離子例如氯離子。作為氧化還原對,可以使用碘-碘複合物、溴-溴複合物之任何者。
在光電轉換層606中,此著色物質吸收光線以發射電子,且此半導體之二氧化鈦(TiO2
)接收電子,而將其轉送至陰極603。此等電洞(h+)保存在著色物質中而氧化碘離子(I-),且形成三碘離子(I3-)。此I3-由陽離子板605還原。藉由重複以上循環而產生電。
作為陰極603與陽極板605,在本實施例中可以使用銦錫氧化物(ITO:5%錫氧化物,95%銦氧化物)。然而,本發明並不受限於此實施例。以替代方式,可以使用FTO薄膜,其中將氟摻雜至錫氧化物。
微結構602可以製成於聚碳酸鹽基板等上、而非於石英之玻璃基板601上。然而,在光電轉換器中,當形成ITO時溫度增加至大約500℃,且通常使用具有良好熱阻抗之玻璃基板701。在此實施例中之微結構602包含ZnO。
微結構602亦可應用至染料敏感式太陽電池以外之太陽電池,例如:矽薄膜太陽電池、CIGS太陽電池(Cu(Inl-x、Gax)Se2
)、以及使用銅-銦-鎵-硒材料之太陽電池。
第44A圖與第44B圖中顯示所製成之非球形光學透鏡。第44A圖為非球形光學透鏡之透視圖,以及第44B圖為非球形光學透鏡之橫截面圖。其最大直徑為大約2微米,其高度為大約2.5微米,此非球形光學透鏡700為接近超半球形組態,且其最大直徑稍微大於與石英基板701接觸表面之透鏡之直徑。
此對於具有660nm波長之光線之透射為大約90%,且此非球形透鏡700在可見光範式中具有足夠可供使用之透射。
此非球形表面光學透鏡700可以與在實施例18中相同方式製成,所不
同者為其使用平坦石英基板701而非聚碳酸酯基板401,且使用波長為780nm之雷射光線,而非波長為405nm之藍色雷射光線506。
從此粉末X-光繞射之結果可以發現,此非球形光學透鏡700具有非常弱的Zn尖峰與強的ZnO尖峰。此顯示Zn被大部份氧化且形成ZnO。因此,此非球形光學透鏡700在可見光範圍中之透射增加。
由此薄膜回火實驗結果可以估計,此非球形表面光學透鏡700之折射率為大約2.2。此非球形光學透鏡700具有較石英為大之折射率,且包含無機材料,且其可靠度為高。此非球形表面光學透鏡700可以製成於石英基板701上且可以容易地分割成此等片。
此非球形光學透鏡700之組態並不受限制。且藉由改變雷射光線506之脈衝光線強度或混合材料層504之厚度,而可以將此非球形光學透鏡700配置於半球形組態中。
其次,參考所附圖式以說明本發明寫一次資訊記錄媒體之實施例。
第45A圖與第45B圖中顯示實施例1(本發明寫一次資訊記錄媒體之例)之寫一次資訊記錄媒體之橫截面結構。第45A圖顯示此寫一次光學記錄媒體在由雷射光線照射而記錄前之狀態,且第45B圖顯示此寫一次光學記錄媒體在由雷射光線照射而記錄後之狀態。第45A圖與第45B圖之說明為概要圖說明,且並不對應於實際厚度或尺寸。
在實施例1中之寫一次光學記錄媒體中,此軌間距為0.32微米,且載體至雜訊比(CNR)為45dB,而所具有之記錄記號周期為300nm。此基板1為聚碳酸酯基板,其具有突起與溝槽之重複不平坦,而具有0.32微米之軌間距。在基板1上,以下列順序依序沉積:具有厚度40nm之Ag之反射層2;具有厚度50nm之ZnS-SiO2
(摩耳比:80:20)之下介電層3;具有厚度15nm之ZnS、SiO2
、ZnTe(摩耳比:70:20:10)之記錄層4;具有厚度40nm之ZnS-SiO2
(摩耳比:80:20)之上介電層5;以及具有厚度100微米之光線透射式亞克力樹脂之保護層6。
如果實施例1之寫一次光學記錄媒體之記錄層4使用光學擷取記錄記號7而由雷射光線照射、此記號由空腔形成、而可以形成於記錄層4中如同於第45B圖中所示,以致於資訊記錄於記錄層4中。
實施例1之寫一次光學記錄媒體以下列方式製成。這即是,此聚碳酸之基板1其具有突起與溝槽0.32微米軌間距之重複不平坦、是使用壓模經由射出成形製成。其次,反射層2(Ag,厚度:40nm),下介電層3(ZnS-SiO2
,摩耳比:80:20,厚度:50nm),記錄層4(ZnS、SiO2
、ZnTe,摩耳比:70:20:10,厚度:15nm),以及上介電層5(ZnS-SiO2
,摩耳比:80:20,厚度:40nm),以此順序,使用(來自Shibaura Mechatronics Co.)濺擊裝置CFS-8EP-55經由濺擊而依序沉積在基板1上。
然後,在介電層5上實施亞克力樹脂之旋塗,實施藉由紫外線照射之硬化,以及形成保護層6(光線透射式,厚度:100微米)。
實施例1之寫一次資訊記錄媒體之記錄與再製以下列方式實施。即,此藍色雷射光線(波長:405nm)藉由:此具有如同在第48B圖中所示具有光學擷取之雷射光線照射裝置之物鏡12(透鏡NA:0.85),而聚焦於記錄層4之表面上。此聚焦是從保護層6側實施,此雷射光線根據預定記錄策略(在記錄時雷射光線之發射波形控制)而被多重脈衝調變,且隨機資料記錄在記錄層4中。
類似地,此資訊藉由持續照射雷射光線(波長:405nm)、使用光學擷取、而從記錄媒體再製,且觀察此所再製信號。以此方式,此資訊根據在實施例1之寫一次光學記錄媒體之記錄層4中所記錄之隨機資料而再製,以及檢查此實施例1之寫一次光學記錄媒體之功能與性能表現。
在記錄後,在當使用原子力顯微鏡(AFM)檢查表面組態時,在此寫一次光學記錄媒體之記錄層4中形成記錄記號之區域中可以觀察到空腔與擴張。
此擴張包括微空腔於其中。各空腔與擴張是在由雷射光線照射記錄層4以實施記錄之後產生,且由於空腔與擴張之存在,在記錄之前與之後此記錄層4之反射因素改變。且其被証實,此根據上述隨機資料之資訊是記錄在記錄層4中,且此資訊為可再製。
進行以下實驗以觀察:在實施例1之寫一次光學記錄媒體之記錄層4中形成記錄記號中所存在之空腔與擴張。
即,所觀察之樣本以下列方式形成。ZnS、SiO2
、ZnTe(摩耳比:70:20:10,厚度:40nm)之記錄層4,使用(來自Shibaura Mechatronics Co.)濺
擊裝置CFS-8EP-55經由濺擊而形成於聚碳酸之基板1上。且對此樣本之記錄層實施脈衝雷射照射(波長:405nm,物鏡NA: 0.85)。以400nm之間隔實施脈衝雷射照射,且線性速度為4.5m/sec。
第46A圖與第46B圖中顯示在此時樣本之表面(此記錄層4)中所形成記錄記號之掃描電子顯微鏡(SEM)照片。在寫一次光學記錄媒體之狀態中,保護層6是堆疊在記錄層4上,且觀察記錄層4表面狀態為困難。在此等實驗中,備製上述樣本,且觀察在記錄層4中所形成之記錄記號。
第46A圖顯示當雷射光線照射強度為6mW時之SEM照片,以及第46B圖顯示當雷射光線照射強度為7mW時之SEM照片。
在第46B圖之情形中,具有直徑大約80nm之洞9形成於幾乎所有雷射光線照射部份上。在第46A圖之情形中,雷射光線照射部份是在擴張狀態中,且此等空腔是形成於雷射照射部份8中,此等狀態由AFM測量或傳輸電子顯微鏡(TEM)類似地觀察。
據估計,此擴張(狀態)與空腔造成在本發明之寫一次資訊記錄媒體中反射因素改變。雖然,此雷射光線之點直徑為大約400nm,本發明之寫一次資訊記錄媒體之優點為,可以形成此等具有80nm直徑的孔,其足夠地小於點直徑。
此構成實施例1之寫一次資訊記錄媒體中記錄層4之混合無機材料包含:鋅硫化物(ZnS)作為材料A之硫複合物;二氧化矽(SiO2
)作為材料B之矽氧化物;以及鋅化碲(ZnTe)作為材料C。此具有厚度15nm之ZnS-SiO2
(摩耳比:50:50-90:10)光線透射、其厚度與在實施例1之寫一次資訊記錄媒體中記錄層4之厚度相同,為大約100%。這即是,ZnS-SiO2
等同於混合無機材料以構成記錄層4,從此將為材料C之ZnTe排除。此顯示藉由添加此為材料C之ZnTe,此ZnS-SiO2
之可見光範圍中之光線透射降低。
特定而言,當在可見光範圍中之光線透射在此由ZnS-SiO2
(材料A與材料B)所形成之層、與由ZnS、SiO2
、以及ZnTe(混合無機材料:材料A、:材料B、以及材料C)所形成之層之間相對於相同厚度比較時,其結果為當ZnTe之含量比增加時,此整個透射下降(其從100%下降至60%),但光學吸收能力增加(吸光係數k從10-1
之數量級增加至10-3
之數量級)。光學吸收
能力使用光譜橢圓器而測量。
ZnS-SiO2
(摩耳比:80:20)之吸光係數k在405nm波長上為大約1x10-3
。在另一方面,此以混合無機材料所形成記錄層4之吸光係數k在405nm波長上為大約1x10-1
。因此,在實施例1中,由於將材料C添加至記錄層,其結果為使得吸光係數k為大約1x10-1
,且可以使得藍色半導體雷射光線容易吸收。此吸光係數k使用光譜橢圓器(來自J.A,Woollam,日本VASE)而測量。
在第45A圖與第45B圖中所顯示實施例1之寫一次資訊記錄媒體中,記錄層4是插於下介電層3與上介電層5之間。反之,在第47A圖與第47B圖中所顯示實施例2之寫一次資訊記錄媒體中,下介電層3與上介電層5並不存在,但記錄層4形成於基板1上,且保護層6直接形成於記錄層4上。在實施例1中記錄層4之厚度為15nm,但在實施例2中記錄層4之厚度改變至40nm。
第47A圖為實施例2之寫一次資訊記錄媒體之平面圖,以及第47B圖為實施例2之寫一次資訊記錄媒體之橫截面圖。
實施例1之寫一次資訊記錄媒體所具有之組成成份為:其中,此記錄層4是設置在下介電層3與上介電層5之間,且相較於實施例2之寫一次資訊記錄媒體,其可靠度優異。類似於實施例1之寫一次資訊記錄媒體,檢查此實施例2之寫一次資訊記錄媒體是否可以根據在記錄層4中之隨機資料以實施資訊之記錄與再製。由於此檢查,其結果為:可以類似於實施例1之寫一次資訊記錄媒體而實施記錄與再製。
在實施例3中,製成此用於光學資訊記錄媒體(磁碟)之主機板。第48A圖中顯示在實施例3中所製主機板之平面圖。如同於第48A圖中所示,記錄坑洞11形成於薄膜10上。軌間距為0.32微米,且最短坑洞尺寸為150nm。此所使用基板為石英基板。
如果使用在實施例3中所獲得之石英主基板,可以製成用於光碟射出成形與光學資訊記錄媒體之壓模。
其次,參考第48B圖以說明第48A圖主基板之製造方法。
第48B圖為顯示主基板之橫截面圖。當此為在石英基板14上所形成圖
案形成層之薄膜10由此使用物鏡12所聚焦雷射光線13照射時,形成此等記錄坑洞11(凹入圖案(洞或凹入))。
現在說明主基板之製造方法。首先,備製具有高表面準確度之石英基板。然後,使用濺擊裝置CFS-8EP-55(來自Shibaura Mechatronics Co.)以實施RF濺擊,以形成基板之ZnS、SiO2
、以及Zn(混合無機材料,摩耳比:54:13:33)之圖案形成層。此圖案形成層之厚度大約為40nm。此在形成精細圖案之前為圖案形成層。
其次,如同於第48B圖中所示,使用雷射光線照射裝置LA330(來自Shibasoku Co.)之物鏡12(透鏡NA:0.85),將此藍色雷射光線13(波長:405nm)聚焦於圖案形成層上。此雷射光線被多重脈衝調變,且實施雷射光線照射,以致於將隨機資料記錄於此記錄層中。
此等孔似坑洞(凹入圖案)根據此過程而形成於圖案形成層之雷射照射部份。藉由原子力顯微鏡(AFM)與掃描電子顯微鏡(SEM),而可以証實坑洞之形成。此等坑洞之深度大約40nm。此對應於由混合無機材料所形成之圖案形成層之厚度。在使用橢圓器VASE(來自J.A,Woollam,日本)之測量中,此由混合無機材料所形成圖案形成層之吸光係數k為大約1x10-1
。
此石英基板、其中坑洞形成於圖案形成層中,可以被使用作為用於光碟射出成形之壓模之主基板。
其次,根據實施例3之主基板,而實施Ni電鑄(electroforming),且實際製成Ni壓模。然後,使用Ni壓模藉由射出成形或2P移轉(光子-聚合物化)而製成BD-ROM基板。
在以上情形中實施Ni電鑄,且其安裝於反應性離子蝕刻(RIE)設備中,且實施藉由CF4氣體之蝕刻,且在石英基板上進行形狀反射後可以實施Ni電鑄。第49圖中顯示石英基板14之區段,其中此等記錄坑洞15形成於石英表面中。
此等記錄坑洞15形成於圖案形成層中,此層由ZnS、SiO2
、以及Zn(此混合無機材料、材料A、材料B、以及材料C)所形成。當RIE蝕刻與氫氟酸去除此圖案形成層(以氫氟酸蝕刻SiO2
)、且使用氬氣體進一步去除剩餘時,可以製成第49圖之石英基板14。
製成用於光學資訊記錄媒體之主基板。第48A圖中顯示主基板之表面概要圖。如同於第48A圖中所顯示,記錄坑洞11形成於薄膜10上。此軌間距為0.32微米,且最短坑洞尺寸為150nm。此基板材料為石英。此由石英來源所製之主基板、此用於光碟射出成形之壓模、進一步可以製成光學資訊記錄媒體。
現在參考第48B圖說明第48A圖之主基板之製造方法。第48B圖為橫截面圖。
此等記錄坑洞11是藉由:此以物鏡12所聚焦雷射光線13照射在、石英基板14上之薄膜10(圖案形成層)而形成。
首先,備製具有高表面準確度之石英基板。然後,對於使用濺擊裝置CFS-8EP-55(來自Shibaura Mechatronics Co.)藉由ZnS、SiO2
、以及AgInSbTe(混合無機材料,摩耳比:54:13:33)所形成之圖案形成層實施RF濺擊。
在石英基板上形成40nm之厚度之層。此層使用作為圖案形成層。AgInSbTe之組成比例為6:0.7:25.1:68.2(Ag6
In0.7
Sb25.1
Te68.2
)。在以下為了方便起見,將其稱為AgInSbTe。
其次,如同於第48B圖中所示,將藍色雷射光線13(波長:405nm)以雷射光線照射設備之物鏡12(透鏡NA:0.85)聚焦,且施加至圖案形成層,且此雷射光線被多重脈衝調變,以致於記錄隨機資料。
此等孔似坑洞(凹入圖案)形成於此過程之圖案形成層之雷射照射部份中。以原子力顯微鏡(AFM)與掃描電子顯微鏡(SEM)以檢查坑洞之形成。此等坑洞之深度大約40nm。且等同於圖案形成層之厚度。此由混合無機材料所形成圖案形成層之吸光係數k為大約1x10-1
。
因此,其中形成坑洞之石英基板,可以被使用作為壓模之主基板,而用於光碟射出成形。鎳(Ni)電鑄(electroforming)實際上根據本發明之主基板而實施,且製成鎳壓模。然後,使用鎳壓模,藉由射出成形或2P移轉(光子-聚合物化)而製成唯讀媒體(ROM)。
在此實施例中,AgInSbTe使用作為材料C,而為添加至材料A之(ZnS)與材料B之(SiO2
)之複合物。此AgInSbTe為4元素為主之無機材料複合物。
此孔(坑洞)可以形成於圖案形成層中,且可以藉由此材料C以製成主基板。因此,如果使用此可以增加光學吸收能力之材料(金屬之無機材料、半金屬、或半導體)被使用作為材料C,且適當地選擇此對應於在混合無機材料中光學吸收能力之雷射光線照射條件,則可以製成主基板。
製造用於光學非反射薄膜(抗反射薄膜)之主基板。第50A圖與第50B圖中顯示用於光學非反射薄膜之主基板之概要圖。第50A圖為主基板之頂視圖,其中概要顯示此包含圓形坑洞17之周期結構之圖案。第50B圖為主基板之橫截面圖。
此周期為大約300nm,空腔直徑大約80nm,以及薄膜厚度大約20nm。此基板為石英基板,且形成混合無機材料之圖案形成層16。
此形成於石英基板18上圖案形成層16中周期結構之此等材料(混合無機材料)為:ZnS、SiO2
、以及Zn(68:17:15)。
當與其中並未形成周期結構相同厚度之石英基板比較時,此對於具有在400-600nm範圍中波長光線之透射增加,以及可以製成主基板,在其上所形成之光學非反射薄膜可以達成幾乎100%之非反射。這是因為藉由微結構之周期結構轉換成蛾眼結構,其控制反射且使入射光線透過。
雖然可以使用主基板本身作為光學非反射薄膜,此許多光學非反射薄膜經由Ni電鑄而再製、藉由使用其作為主模型而適用於大量生產。此光學非反射薄膜使用於:偏極化板、例如後投影螢幕與投影器顯示器,太陽電池等。
現在說明製造方法。首先,在石英基板18上形成ZnS、SiO2
、以及Zn(摩耳比:68:17:15)之薄膜16(圖案形成層)。在形成此薄膜後,將其置於XY平台上,且將此薄膜16(圖案形成層)藉由使用物鏡(NA:0.85)聚焦之藍色雷射光線(波長:405nm)照射。
此等周期性坑洞藉由在給定期間以脈衝光線(周期:300nm,雷射功率:11mW)照射而形成。在將晶圓以主基板製成之後,將其藉由切割而分成數個平方毫米之此等片,並將其清洗以從其去除雜質。
第51圖為石英基板18之橫截面圖,對此使用具有圖案形成層之石英基板而實施蝕刻,其中形成形成周期坑洞。
圖案19形成於石英基板18上。此形成於此圖案中之混合無機材料之薄膜可以使用作為光學非反射薄膜。然而,當基板之材料與此薄膜之材料彼此不同時,此作為光學非反射薄膜之效應會衰退,且在下一次切割過程時會產生剝離。為避免此問題,將此混合無機材料之薄膜對石英基板18蝕刻,且藉由將坑洞(圖案)移轉至石英基板而實施圖案之複製。
此形成於石英基板18表面上圖案19(坑洞)之組態非常接近:使用作為遮罩(阻抗)之ZnS、SiO2
、以及Zn(摩耳比:68:17:15)之結構之組態。
在此情形中,ZnS、SiO2
、以及Zn(摩耳比:68:17:15)之結構對於CF4之蝕刻率足夠小,且可以製成具有大高寬比(垂直長度大於水平長度)之組態。
第52A圖與第52B圖顯示在本發明實施例中光學資訊記錄媒體之樣本之掃描電子顯微鏡照片,其中由混合無機材料所形成之記錄層由雷射光線照射。使用ZnS、SiO2
、以及Ag(摩耳比:72:18:10)之混合靶以實施濺擊,以致於在聚碳酸鹽基板上形成具有40nm厚度之薄膜20,且各樣本以雷射光線(波長:405nm,NA:0.85)照射。
在第52A圖之情形中,雷射功率為8mW。在薄膜20中產生擴張部份21。在第52B圖之情形中,雷射功率為9mW。產生具有直徑大約為80nm之孔22。如果使用可以形成混合靶之材料,則可以使用金屬、半金屬、以及半導體之任何者以製成混合靶。
ZnO具有較其他元素為大之對於藍色雷射光線之透射,而可以使用作為材料C以取代Ag。特定而言,當使用ZnTe-ZnO作為材料C,以及製成ZnS、SiO2
、ZnTe以及ZnO(摩耳比:64:18:10:8)之混合材料、且以相同方式以雷射照射時,可以形成具有尖銳終端之孔。
經証實當使用InSb、AgInSbTe、以及GeSbTe之任何者作為材料C以取代Ag、且實施雷射光線照射時,亦可以形成此等坑洞。
本發明之此寫一次資訊記錄媒體可以應用至寫一次記錄媒體,包括:CD-R、DVD-R、高畫質數位多功能碟(HD DVD)、以及藍光可錄製碟(Blu-ray Disc-Recordable)。本發明之資訊記錄媒體亦可以應用至多層碟,其中在單一光學記錄媒體上形成兩個或更多個記錄層,以便增加儲存容量。本發明
之此寫一次資訊記錄媒體可以應用至單層碟,其中,具有窄軌間距之軌形成於記錄層中,以便增加儲存容量。
本發明之主基板適合使用作為主基板,而用於唯讀媒體(ROM:唯讀記憶體),或用於以低成本製造資訊記錄媒體中之超微印刷。
本發明並不受限於以上說明之實施例,且可以對其作變化與修正,而不會偏離本發明之範圍。
本發明是根據且對以下專利申請案作優先權效益之主張:2007年3月19日所提出申請之日本專利申請案號2007-071485、2007年3月26日所提出申請之日本專利申請案號2007-079482、2007年4月27日所提出申請之日本專利申請案號2007-120218、以及2007年10月24日所提出申請之日本專利申請案號2007-276730,以上專利申請案之內容整個併入作為參考。
1‧‧‧基板
2‧‧‧反射層
3‧‧‧下介電層
4‧‧‧記錄層
5‧‧‧上介電層
6‧‧‧保護層
7‧‧‧記錄記號
8‧‧‧雷射照射部份
9‧‧‧洞
10‧‧‧薄膜
11‧‧‧記錄坑洞
12‧‧‧物鏡
13‧‧‧雷射光線
14‧‧‧石英基板
15‧‧‧記錄坑洞
16‧‧‧圖案形成層
17‧‧‧圓形坑洞
18‧‧‧石英基板
19‧‧‧圖案
20‧‧‧薄膜
21‧‧‧擴張部份
22‧‧‧孔
100A‧‧‧資訊記錄媒體
100B‧‧‧資訊記錄媒體
100C‧‧‧光學非反射薄膜
100D‧‧‧光學波導
100E‧‧‧光學濾波器
101‧‧‧矽基板
102‧‧‧介電層
103‧‧‧光線吸收層
104‧‧‧微結構
104a‧‧‧圓柱形結構
104b‧‧‧半球形結構
105‧‧‧區域
106‧‧‧混合材料層
107‧‧‧雷射光線
108‧‧‧物鏡
109‧‧‧氫氟酸
110‧‧‧聚碳酸酯基板
111‧‧‧ZnS層
112‧‧‧石英基板
200A‧‧‧主基板
200B‧‧‧光學非反射薄膜
200C‧‧‧光學非反射薄膜
200D‧‧‧資訊記錄媒體
200E‧‧‧光學波導
200F‧‧‧光學濾波器
200G‧‧‧光學濾波器
201‧‧‧石英基板
201a‧‧‧圖案
201b‧‧‧圓柱形圖案
201c‧‧‧圖案
202‧‧‧混合材料層
203‧‧‧物鏡
204‧‧‧藍色雷射光線
205‧‧‧氫氟酸
206、207、208、209‧‧‧微結構
210‧‧‧聚碳酸酯基板
211‧‧‧微結構
212‧‧‧矽基板
213、214‧‧‧微結構
300‧‧‧偏極化分離器元件
301‧‧‧聚碳酸酯基板
302‧‧‧ZnS層
303‧‧‧線性微結構
304‧‧‧混合材料層
305‧‧‧物鏡
306‧‧‧雷射光線
307‧‧‧氫氟酸
308‧‧‧碳
310‧‧‧光線
311‧‧‧P偏極化光線
312‧‧‧S偏極化光線
313‧‧‧發射器
321、322、323‧‧‧接收器
331‧‧‧光學組成電路
332‧‧‧光學分解器電路
400‧‧‧光學濾波器
401‧‧‧聚碳酸酯基板
402‧‧‧ZnS層
403‧‧‧微點似結構
404‧‧‧混合材料層
405‧‧‧物鏡
406‧‧‧藍色雷射光線
407‧‧‧氫氟酸
410‧‧‧特定波長光線
411‧‧‧P偏極化光線
412‧‧‧S偏極化光線
500A‧‧‧無機電致發光(EL)元件
500B‧‧‧無機電致發光(EL)元件
501‧‧‧陰極
502‧‧‧發光層
503‧‧‧陽極板
600‧‧‧染料-敏感太陽電池
601‧‧‧玻璃基板
602‧‧‧微結構
603‧‧‧陰極
604‧‧‧玻璃基板
605‧‧‧陽極板
606‧‧‧光電轉換器
700‧‧‧非球形光學透鏡
701‧‧‧石英基板
第1A與1B圖顯示實施例1之資訊記錄媒體之組成成份;第2A、2B、2C、以及2D圖為橫截面,其用於解釋實施例1之資訊記錄媒體之製造方法;第3A與3B圖顯示實施例2之資訊記錄媒體之組成成份;第4A與4B圖顯示微結構之掃描電子顯微鏡照片(4.5mW脈衝光線輸出);第5A與5B圖顯示微結構之掃描電子顯微鏡照片(5.0mW脈衝光線輸出);第6A與6B圖顯示微結構之掃描電子顯微鏡照片(5.5mW脈衝光線輸出);第7A與7B圖顯示微結構之掃描電子顯微鏡照片(6.0mW脈衝光線輸出);第8A與8B圖顯示微結構之掃描電子顯微鏡照片(6.4mW脈衝光線輸出);第9A與9B圖顯示微結構之掃描電子顯微鏡照片(7.0mW脈衝光線輸出);第10圖用於解釋微結構之脈衝光線輸出與最大直徑間之關係;第11A、11B、11C、以及11D圖為在各階段I、階段II、階段III、以及階段IV之微結構之橫截面圖;第12A與12B圖顯示實施例4之光學非反射薄膜之組成成份;第13A與13B圖顯示實施例5之光學波導之組成成份;
第14A與14B圖顯示實施例6之光學濾波器之組成成份;第15圖顯示實施例7之主機板之組成成份;第16A、16B、16C、16D、16E、以及16F圖為橫截面圖、用於解釋第15圖之主機板之製造方法;第17圖為橫截面圖、其顯示實施例7之微結構之另一例;第18A與18B圖顯示實施例8之光學非反射薄膜之組成成份;第19A與19B圖顯示實施例9之光學非反射薄膜之組成成份;第20圖顯示實施例9之光學非反射薄膜之另一例之橫截面圖;第21圖顯示實施例10之資訊記錄媒體之組成成份;第22A與22B圖顯示實施例11之光學波導之組成成份;第23圖顯示實施例12之光學濾波器之組成成份之橫截面圖;第24圖顯示實施例12之光學濾波器之另一例之橫截面圖;第25A、25B、25C、以及25D圖顯示實施例13之微結構之掃描電子顯微鏡照片;第26圖用於解釋微結構之脈衝光線輸出與外直徑或內直徑間之關係;第27A與27B圖顯示實施例13之微結構之另一例之掃描電子顯微鏡照片;第28圖顯示實施例13之微結構之另一例之掃描電子顯微鏡照片;第29A、29B、29C、以及29D圖顯示實施例15之微結構之掃描電子顯微鏡照片;第30A與30B圖顯示實施例15之微結構之另一例之掃描電子顯微鏡照片;第31圖用於解釋波長分割多工通信;第32圖為透視圖,其顯示實施例17之偏極化分離元件之組成成份;第33A、33B、33C、以及33D圖為橫截面圖、用於解釋實施例17之偏極化分離元件之製造方法;第34A與34B圖顯示實施例17之偏極化分離元件之掃描電子顯微鏡照片(3.5mW脈衝光線輸出);第35圖顯示實施例17之偏極化分離元件之透射波長對於S偏極化光線之依賴性;第36A與36B圖顯示實施例17之偏極化分離元件之掃描電子顯微鏡照片
(2.5mW脈衝光線輸出);第37圖顯示實施例17之偏極化分離元件之透射波長對於S偏極化光線之依賴性;第38圖為透視圖,其顯示實施例18之光學濾波器之組成成份;第39A、39B、39C、以及39D圖為橫截面圖、用於解釋實施例18之光學濾波器之製造方法;第40A與40B圖顯示實施例18之光學濾波器之掃描電子顯微鏡照片;第41圖顯示實施例18之光學濾波器之透射波長對於S偏極化光線之依賴性;第42A與42B圖為橫截面圖、其顯示實施例19之無機EL元件之組成成份;第43圖為橫截面圖、其顯示實施例20之染料敏感太陽電池之組成成份;第44A與44B圖顯示實施例21之非球形光學透鏡之組成成份;第45A與45B圖顯示本發明實施例之光學資訊記錄媒體之組成成份;第46A與46B圖顯示、其中此記錄層由雷射光線照射之光學資訊記錄媒體之樣本之掃描電子顯微鏡照片;第47A與47B圖顯示本發明實施例中光學資訊記錄媒體之組成成份;第48A與48B圖顯示本發明實施例中主基板之組成成份;第49圖顯示在其上形成記錄坑洞之石英基板之組成;第50A與50B圖顯示本發明實施例中光學非反射薄膜之主基板之組成成份;第51圖顯示在其上形成圖案之石英基板之組成;以及第52A與52B圖顯示在本發明實施例中光學資訊記錄媒體之樣本之掃描電子顯微鏡照片、其中此由混合無機材料所形成之記錄層由雷射光線照射。
100A‧‧‧資訊記錄媒體
101‧‧‧矽基板
102‧‧‧介電層
103‧‧‧光線吸收層
104‧‧‧微結構
105‧‧‧區域
Claims (14)
- 一種微結構,包括:硫複合物與矽氧化物,其中,該硫複合物係選自由ZnS、FeS、GeS2 、CaS、BaS、CdS、K2 S、Ag2 S、GeS、CoS、Bi2 S3 、PbS、Na2 S、Cu2 S、CuS、Al2 S3 、Sb2 S3 、SmS、PbS、Na2 S、LiS、SiS、以及SiS2 所成組群,而該矽氧化物包括SiO及SiO2 ,且該微結構中之該矽氧化物含量之百分比係在10摩耳(mol)%至30摩耳(mol)%之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之微結構,其中該微結構為以下組態之任何一個:一凸形組態,其具有曲線表面;一組態,其中,一具有曲線表面之凸形結構形成於圓柱形結構上;以及一圓柱形組態。
- 如申請專利範圍第1項所述之微結構,其中該微結構為以下組態之任何一個:一凸形組態,其具有曲線表面;一組態,其中,一具有曲線表面之凸形結構形成於圓柱形結構上;以及一組態,其中,連續地形成圓柱形橫截面。
- 如申請專利範圍第1項所述之微結構,更包括:用於提高具有預定波長之光線的光學吸收能力之一材料,該材料包含以下至少之一:鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鉑(Pt)、銻(Sb)、碲(Te)、鍺(Ge)、矽(Si)、鉍(Bi)、錳(Mn)、鎢(W)、鈮(Nb)、鈷(Co)、鍶(Sr)、鐵(Fe)、銦(In)、錫(Sn)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、鎂(Mg)、以及鈣(Ca)。
- 如申請專利範圍第4項所述之微結構,更包括:一種氧化物材料,用於提高具有預定波長之光線的光學吸收能力。
- 如申請專利範圍第1項所述之微結構,更包括: 用於提高具有預定波長之光線的光學吸收能力之一材料,該材料包含:碲化鋅(ZnTe)、硒化鋅(ZnSe)、以及硫化錳(MnS)之至少之一。
- 如申請專利範圍第1項所述之微結構,更包括:用於提高具有預定波長之光線的光學吸收能力之一材料,該材料包含:螢光材料。
- 如申請專利範圍第7項所述之微結構,其中該螢光材料為硒化鎘(CdSe)或碲化鎘(CdTe)。
- 一種製造微結構之方法,其包括以下步驟:在基板上形成包含硫化物與矽氧化物之層;以雷射光線照射該包含硫複合物與矽氧化物之層;藉由雷射光線照射以蝕刻該層,以形成微結構,其中,該硫複合物包含第一硫複合物,用於提高具有預定波長之光線的光學吸收能力,或該包含硫複合物與矽氧化物之層更包含:一種用於提高光學吸收能力之材料。
- 一種寫一次資訊記錄媒體,包括:一基板;以及一記錄層,其由一種混合無機材料形成且沉積在該基板上,其中,該混合無機材料包含硫複合物與矽氧化物。
- 如申請專利範圍第10項所述之寫一次資訊記錄媒體,其中該混合無機材料更包含一種與硫複合物與矽氧化物所不同之無機材料,且由金屬、半金屬、以及半導體選出,以及其中,該記錄層所具有對於預定波長之光線的光學吸收能力是大於:未包含該無機材料之相同厚度記錄層之光學吸收能力。
- 如申請專利範圍第10項所述之寫一次資訊記錄媒體,更包括:沉積在該基板上之介電層與反射層。
- 如申請專利範圍第11項所述之寫一次資訊記錄媒體,其中該無機材料包含一種構成該硫複合物與矽氧化物之元素。
- 如申請專利範圍第10項所述之寫一次資訊記錄媒體,其中該無機材料包含由以下所選出之至少一元素:鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鉑(Pt)、銻(Sb)、碲(Te)、鍺(Ge)、矽(Si)、鉍(Bi)、錳(Mn)、鎢(W)、鈮(Nb)、鈷(Co)、鍶(Sr)、鐵(Fe)、銦(In)、錫(Sn)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鉛(Pb)、以及鋇(Ba)。
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