JP4061909B2

JP4061909B2 - 光ディスク原盤の製造方法

Info

Publication number: JP4061909B2
Application number: JP2002009694A
Authority: JP
Inventors: 一彦佐野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-01-18
Also published as: JP2003217178A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク及びその原盤の製造方法に関するものである。光ディスクはピットと呼ばれる情報を荷担する凹凸が螺旋状に形成されている。そのピットは成形によってスタンパーと呼ばれる原盤から作られるが、本発明は、成形のし易いピット構造を有するディスク及びその原盤の製造方法を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光ディスクの製造工程を図７に示す。図７（ａ）は表面が鏡面に研磨されたガラスからなる盤３１を示す図である。図７（ｂ）はその上にポジ型のフォトレジストが塗布されたレジスト層３２を有する盤３１を示す。図７（ｃ）はレーザビームレコーダを示す概略図で、上記盤に信号を記録しているところを模式的に示している。７は盤３１を搭載して回転させる回転駆動部材、４は光学系の一部でレーザビーム５とレーザビーム５をサブミクロンの大きさに絞る記録レンズ６のみを示している。レーザビーム５は図示されない光変調器により記録すべき信号で変調されており、回転する盤３１の上を半径方向に移動しながら選択的に露光する。それによりレジスト層３２は螺旋状に潜像として信号が記録される。図７（ｄ）は上記露光後の盤３１を現像した状態を示す断面図である。現像後のレジスト層３３には、露光された部分のレジストが溶解してピット３４が形成されている。
【０００３】
ポジ型のレジストを現像した場合、ピットの開口部のエッジが溶解しやすくダレやすいため、上面の縁の曲率半径Ｒ₄が大きくなり、一方ピットの底は現像の進行に伴いエッチングが進み、底辺の角の曲率半径Ｒ₃が小さくなる傾向がある。図７（ｅ）は、現像後のレジスト層３３の上にニッケルの導電性膜３５をスパッタリング等で付着させ、その導電性膜３５を電極として電気メッキでニッケル層３６を形成したところを示している。図は模式的に描かれているが実際の大きさは、レジスト層３３の厚さは約０．１μｍ、導電性膜３５は数十ナノメータ、ニッケル層３６は約０．３ｍｍである。
【０００４】
図７（ｆ）は上記のニッケル層３６をガラス盤３１から剥離した後、裏面を研磨し、成形機の金型に合うように内外径を加工したもので、スタンパー３７として完成した概略の構成を示す図で、３８はピット３４に対応する突起である。
【０００５】
図では、簡単のために突起３８を一つしか図示していないが、実際は無数の突起３８が螺旋状に形成されている。図７（ｇ）は上記スタンパー３７から射出成形によって作られたレプリカディスク３９で、図７（ｄ）のピット３４と相似形のピット４０が形成される。ここでもピット底辺の角の曲率半径Ｒ₃は小さく、レプリカディスク３９の上面の縁の曲率半径Ｒ₄が大きく、Ｒ₄＞Ｒ₃の関係にある。
【０００６】
図８（ａ）〜（ｃ）は図７（ｆ）に示すスタンパー３７による成形を模式的に示している。図８（ｂ）に示すスタンパー３７の突起３８が樹脂に転写されてピット４０が形成される。レプリカディスク３９がスタンパー３７から離型する時、レプリカディスク３９の熱収縮のために突起３８とピット４０の位置関係はずれる。その時ピット４０の外周側の縁がスタンパーの突起３８の角と接触を起こす。レプリカディスク３９が収縮を起こす前に、全面が均一にスタンパー３７から離型すると上記トラブルは起こらないが、現実には離型が不均一になり、上記トラブルを多発しやすい。離型時にスタンパーの突起３８と接触したピットはエッジが変形し図８（ｃ）のようになる。この変形したピット部分は目視では雲状に見えるためクラウドと一般に呼ばれる。このディスクは外観不良として排除される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の欠点を無くし、成形において離型性のよいピット形状を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
また、本発明の光ディスク原盤の製造方法は、基板上に架橋性物質からなるアンカーコートを塗布した後、前記アンカーコートを架橋し、その後、前記架橋されたアンカーコートの上にネガ型レジストを塗布し、前記基板を回転させながら記録すべき信号で変調されたレーザビームにより前記ネガ型レジストを選択的に露光し、現像によって前記レジストからなる突起を前記アンカーコート上に形成することにより光ディスクの原盤を作製する光ディスク原盤の製造方法において、前記アンカーコートの架橋を進行させ、かつ、現像前のレジストの厚さをＨ１，現像後の突起の高さをＨ２とした時、残膜率をＨ２／Ｈ１の百分率で定義し、前記レーザビームが前記レジストに与える露光エネルギーを、前記残膜率が８５〜９５％に相当するエネルギーとすることによって前記レジストの露光を行うことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の光ディスク原盤の製造方法は、上記構成においてアンカーコートとレジストとは同じ材料であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図６に本発明の実施の形態を示す。
【００１３】
図１に本発明の一実施形態の光ディスクの原盤の製造方法における工程順序を示す。図１は、基盤上にレジストの突起を形成して直接スタンパーとするいわゆるダイレクトマスタリングと呼ばれる工法の工程を示す図である。またこれは、特に、基盤上に直接レジストの突起を形成するのではなく、基盤上に形成したアンカーコートと呼ばれる架橋性物質からなる層の上にレジスト突起をさらに形成し、両者を架橋結合で一体化し、突起の欠落を防止した新規な工法における実施形態を示すものである。
【００１４】
図１（ａ）は基盤１に架橋性物質であるアンカーコート２とネガ型レジスト３が塗布されたブランク盤１２である。基盤１にはニッケルなどの金属盤が用いられる。アンカーコート２はレジスト３が塗布される前にある程度架橋されている。アンカーコート２がある程度架橋されているため、レジスト３がその上に塗布される時、レジスト３の溶剤によって溶けることはない。レジスト３は塗布後プリベークされ、溶剤を揮発させて安定な状態になる。通常この状態でブランク盤１２として保管される。図は模式的に描かれているが、実際の大きさは、基盤１の厚みが約０．３ｍｍ、直径は約１６０〜２００ｍｍの範囲である。またアンカーコート２の厚み、およびレジスト３の厚みは１μｍ以下の範囲である。
【００１５】
図１（ｂ）は上記のブランク盤１２にレーザビームレコーダと呼ばれる装置によって信号を記録する状態を示す概略図である。
【００１６】
図にはレーザビームレコーダの光学系４の一部が示されていて、５は図示されない光変調器で変調されたレーザビーム、６は前記レーザビームをサブミクロンの大きさに絞りレジスト３の表面を露光する記録レンズである。７はブランク盤を載置して回転させる回転駆動部材である。記録レンズ６は回転する基盤１の半径方向に沿って移動するので、レジスト３の表面には螺旋状のトラックに沿って露光マークが潜像として記録される。
【００１７】
図１（ｃ）は露光後に行われるベーキング処理で、ＰＥＢ（ＰｏｓｔＥｘｐｏｓｕｒｅＢａｋｅ）と呼ばれる。レジスト３が化学増幅型レジストの場合、レーザ露光後のベーキングは不可欠である。ネガ型化学増幅型レジストでは露光部に生じた酸が触媒となり、加熱により露光部のレジストが架橋反応を起こすのである。加熱温度は１００〜１４０℃の範囲である。
【００１８】
図１（ｄ）は現像後に形成されたレジスト３の突起８を示している。図１（ｃ）のＰＥＢにより架橋された部分が突起８として残るのである。ここでは簡単のために突起８は一つしか図示していないが、実際は螺旋状のトラックに沿って無数にある。図１（ｄ）の突起８はアンカーコート層２の上に形成されている。今、図１（ｄ）は前記螺旋状のトラックに直角な方向の断面であり、この突起８の角の曲率をＲ₂、底辺の角の曲率をＲ₁としておく。
【００１９】
次の図１（ｅ）では現像後の基盤１に遠紫外線を照射して高温で加熱するところを示している。一般にディープＵＶキュアと呼ばれる方法で、アンカーコート２およびレジスト突起８をさらに架橋させ、より機械的強度および耐熱性を向上させる工程である。図では遠紫外線照射と高温加熱が同時に行われているが、実際は遠紫外線照射後に高温で加熱し、熱架橋を起こさせる。ここでは突起８を焼き固めると同時に、アンカーコート２と一体に架橋反応を起こさせる。このように形成された突起８はアンカーコート２と強固に結びつき剥がれない状態になる。
【００２０】
アンカーコート２としては架橋性のポリマーでディープＵＶキュア後の耐熱温度が２５０℃以上あるものであればよい。一例としては、熱硬化性のフェノール樹脂を含むものなどである。またレジストにはフェノール樹脂をベースにしたものが多いが、レジスト３と同じ材料を用いると製造面で有利である。このようにして作られた基盤は成形機の金型に取り付けられるように内外径を加工すればスタンパーとして用いることが出来る。図１（ｆ）はそのように加工されたスタンパー９で、図１（ｇ）はスタンパー９を用いて成形されたレプリカディスク１０を示している。この時、レプリカディスク１０には突起８に対応したピット１１が形成される。ピット１１の底の角の曲率半径は突起８の凸状角部の曲率半径と同じＲ₂になる。また、ピット１１の上縁の曲率半径は突起８の凹状角部の曲率半径と同じＲ₁になる。
【００２１】
次に図１（ｄ）に示す工程において突起８の大きさが決定されるメカニズムを説明する。図２はネガレジスト３の残膜特性を表している。横軸は露光エネルギーで、縦軸が残膜率を示す。残膜率とは、塗布時の膜厚に対する、露光・現像後の膜厚の百分率である。
【００２２】
この場合の露光エネルギーは図１（ｂ）において、レジスト３に照射されるレーザビームの累積エネルギーに相当する。露光エネルギーが大きいほど現像後に残る突起の高さが大きくなる。縦軸の１００％が塗布時の膜厚になる。
【００２３】
図３にネガレジスト３の現像前後の状態を模式的に示す。図３（ａ）は現像前のネガレジスト３を表す。レジスト３の厚さをＨ１で示す。図３（ｂ）は現像後の突起８でその高さをＨ２で示している。ここでＨ２／Ｈ１が残膜率になる。図１で説明したように、突起８の形状は最終的にレプリカディスク１２に形成されるピット１１の形状となる。従って、信号の再生特性上において突起８の形状は重要であり、再生レーザの波長をλ、レプリカディスク１２の屈折率をｎとすると、Ｈ２＝λ／（４ｎ）が最適値となる。Ｈ２は図２に示すように露光量によって変化するが、残膜率が１００％より少し下になるように露光量を設定すると、図３において、Ｈ１＞Ｈ２となる。この時突起８の角が残膜率１００％の時より、より丸みを帯びる。残膜率が８５〜９５％の範囲に設定すると図１（ｄ）また図１（ｇ）において、曲率Ｒ₂は、ピット深さの１／３以上の値をとる。残膜率を８５％以下にしてもＲ₂はピット深さの１／３以上の値をとるが、突起８の傾斜角が小さくなり良好な再生特性が得られなかった。
【００２４】
図２の残膜率のグラフにおいて、理想的には露光エネルギーが大きくなると、残膜率は１００％になるが、実際はそれ以下で飽和することが多い。その差は膜べりと呼ばれる。膜べりを起こすレジストの場合は、飽和点を１００％と見なして、上記と同様に、８５〜９５％の範囲で露光量を設定するとよい。
【００２５】
一般に現像時間を長くすると、突起の角は丸みを帯びるが、現像あれを起こし、面精度が悪くなるので好ましくない。
【００２６】
曲率Ｒ₂が決定される要因を上述したが、曲率Ｒ₁は主にアンカーコート２の架橋の程度によって決定される。アンカーコート２の事前の架橋が十分でないと、レーザ露光によってアンカーコート２とレジスト３の露光部との境界部に架橋結合が起こる。その場合、現像時に突起８の底辺の角付近のレジストがアンカーコート２に引っ張られ、曲率Ｒ₁が大きくなるのである。
【００２７】
事前の架橋はアンカーコート２に紫外線を照射し、その後ＰＥＢすることによって行われる。図４に紫外線照射量に対する架橋の程度の１例を示す。横軸は紫外線照射時間を表し、縦軸はアンカーコート２をレジスト３の溶剤に浸した時の溶融厚み（膜べり量）を示す。照射強度とＰＥＢの条件は一定にしている。このグラフでは紫外線照射時間が６０秒を越えたあたりで溶融厚みはゼロになっていて、架橋が満足できる程度に進行しているのが分かる。このように、レジスト溶剤によって溶融される量がゼロになる程度まで架橋を進行させると、前述したような曲率Ｒ₂がピット深さの１／３以上になる条件下では、曲率Ｒ₂とＲ₁の関係はＲ₂＞Ｒ₁となっている。
【００２８】
図５に上記のピット形状を有するディスクの成形時の離型状態を模式的に示す。スタンパー９の突起８は角が丸みを帯びているため、図８で説明した突起３８のように、突起８はレプリカディスク１０のピット１１のエッジに接触することはない。従って、レプリカディスク１０のピット１１は形状が崩れることがなく、クラウド不良が起こらない。
【００２９】
図６は上記した図１（ｇ）に示すレプリカディスク１０のような、ピットの底辺のエッジＲ₂が、上面のエッジＲ₁より大きな曲率を有し、かつ曲率Ｒ₂の値がピット深さの１／３以上であるレプリカより作られたディスクの一例を示す。図６は両面再生が可能なＤＶＤの例であるが、２０Ａおよび２０Ｂは上記したピット形状を有するレプリカディスク、２１Ａ、２１Ｂはアルミなどの反射膜、２２は接着層である。本発明は両面再生が可能なＤＶＤに限られる事は無く、ピット形状を有する光ディスクのフォーマットすべてに適応できる。
【００３０】
前記したように本発明のピット形状を有するレプリカディスクはピット形状が崩れることがないため、再生時にジッターなどの特性を悪化させたり、再生波形を変形させたりすることがなく、良好な再生が行える。
【００３１】
図９に図１（ａ）〜（ｇ）に示す一連の工程で作成した成形光ディスクの電子顕微鏡写真を示す。この光ディスクは離型性に優れていたのみならず、再生信号のジッターも６．５％であった。ＤＶＤの規格ではジッターは８％以下であるので、本発明によるディスクは再生信号特性においても十分な品質を有している。また上面の縁に比べ、ピット底の曲率が大きくなっていることがわかる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の光ディスクの原盤の製造方法により製作されるスタンパは、突起８がアンカーコート２と架橋結合で一体化されており、成形時に突起８が欠落することがなく、成形ショット数は２万回以上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態の光ディスクの原盤の製造工程におけるブランク盤を示す図
（ｂ）はブランク盤に信号を記録する状態を示す図
（ｃ）はブランク盤に信号を記録する状態を示す図
（ｄ）は現像後に形成されたレジストの突起を示す図
（ｅ）は現像後の基盤を高温で加熱する状態を示す図
（ｆ）は基盤を加工して得られるスタンパーの断面図
（ｇ）はスタンパーにより成形されたレプリカディスクを示す図
【図２】ネガレジストの残膜特性を示す図
【図３】（ａ）は現像前のネガレジストの厚さを示す図
（ｂ）は現像後のネガレジストの突起の高さを示す図
【図４】紫外線照射量に対する架橋の程度を示す図
【図５】（ａ）はディスクのピットを成形する状態を示す図
（ｂ）はディスクの離型状態を示す図
【図６】レプリカディスクにより作られた光ディスクを示す図
【図７】（ａ）は従来の光ディスクの製造工程における盤を示す図
（ｂ）は盤にフォトレジストを塗布した状態を示す図
（ｃ）は盤に信号を記録する状態を示す図
（ｄ）は露光後の盤を現像した状態を示す図
（ｅ）現像後のレジスト層の上にニッケル層を形成した状態を示す図
（ｆ）ニッケル層を加工して得られるスタンパーの断面図
（ｇ）スタンパーを用いて射出成形されたレプリカディスクの断面図
【図８】（ａ）はスタンパーによるピットの成形状態を示す図
（ｂ）はレプリカディスクがスタンパーから離型する状態を示す図
（ｃ）はピット外周縁の変形を示す図
【図９】レプリカディスクの電子顕微鏡写真を示す図
【符号の説明】
１基盤
２アンカーコート
３ネガ型レジスト
５レーザビーム
８突起
９スタンパ
１１ピット

Claims

基板上に架橋性物質からなるアンカーコートを塗布した後、前記アンカーコートを架橋し、その後、前記架橋されたアンカーコートの上にネガ型レジストを塗布し、前記基板を回転させながら記録すべき信号で変調されたレーザビームにより前記ネガ型レジストを選択的に露光し、現像によって前記レジストからなる突起を前記アンカーコート上に形成することにより光ディスクの原盤を作製する光ディスク原盤の製造方法において、
前記アンカーコートの架橋を進行させ、かつ、現像前のレジストの厚さをＨ１，現像後の突起の高さをＨ２とした時、残膜率をＨ２／Ｈ１の百分率で定義し、前記レーザビームが前記レジストに与える露光エネルギーを、前記残膜率が８５〜９５％に相当するエネルギーとすることによって前記レジストの露光を行うこと
を特徴とする光ディスク原盤の製造方法。
アンカーコートとレジストとは同じ材料であることを特徴とする請求項１記載の光ディスク原盤の製造方法。