CN1313591A - 制造光盘基片的方法,制造光盘和光盘基片的设备 - Google Patents

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Abstract

用于记录/再现信息的光盘在其基片表面上具有导致噪声增加的微细不规则性的问题。本发明提供了制造具有坑－台图案之光盘的方法,其有机材料通过紫外光辐射而改进。在从300到375nm波长区域内的一个波长上基片的透过率不超过50%。并且由此光盘基片的表面被平滑到使基片噪声降低和记录与再现特性提高。而且,在基片和其上形成的其它层之间的粘附度改善了,并因此降低了所产生缺陷的数目。

Description

制造光盘基片的方法，制造光盘和光盘基片的设备
本发明涉及光盘媒体的光盘基片，这种光盘媒体用在各种光盘装置中，例如只读型光盘(例如CD-音频，CD-I,CD-ROM，视频-CD,LD,DVD-视频，DVD-ROM等)，一次写入(WORM)型光盘(例如CD-R,DVD-R等)，可重写型光盘(例如DVD-RAM,DVD-RW，MO，等)；涉及制造这种光盘基片的方法；以及涉及用于制造这种光盘基片的设备。
复制光盘的传统方法包括步骤：制造具有不平坦图案(即在塑料盘表面、凸台上具有微观孔、坑的图案，此后称为“坑-台图案”)的金属母模，该图案由光斑点跟踪引导槽和/或诸如地址坑、用于在其表面上通过由涂有光致抗蚀剂的母盘镍电镀来记录信息的坑之纹坑构成；将在升高的温度下融化的塑料基片材料注入放置了母模的模子中；以及冷却和取出如此模制的基片，结果，在其表面上已被复制了坑-台图案的塑料基片就完成了。这是一种在制造用于DVD-ROM,DVD-R,DVD-RAM,DVD-RW,MO，以及现在使用的CD-声频，CD-R,CD-ROM等塑料基片中的通用技术(注模法)。
在传统技术中，所制造的是母模，在其上面，坑-台图案是通过从在涂有光致抗蚀剂玻璃基片的光致抗蚀剂母盘之光致抗蚀剂层上形成的坑-台图案经过镍电镀转印的。在这种情况下，与制造目的无关，在光致抗蚀剂膜的表面上产生的微细不规则性(平均粗糙度近似为1到3nm左右)与由光斑点跟踪引导槽和/或地址坑或者诸如用于记录信息等坑的纹坑构成的坑-台图案一起也被转印到母模的表面上。通过在传统技术中说明的注模法，坑-台图案从这种母模中被转印到基片表面上。而且，反射层或记录层也形成在该基片上。
顺便指出，光盘中的信息是通过测量照射在形成于基片表面上的反射层的反射光强度来再现的，或者通过形成当光照射时改变其物理或化学特性的记录层和使用照射到记录层之跟踪引导槽部分的光来在光盘中记录和再现信息。就是说，在后者的情况下，信息的记录和再现是通过这种方式实现的，即在基片表面上形成的记录层受到激光的照射而使反射率等发生变化，并且反射光的光强被用作为信息的载体。在这种情况下，存在的问题是：由于在基片表面上形成的记录层的形状采用反映与制造目的无关生成的微细不规则性的膜形状，其就变成噪声的原因并且损坏了记录和再现的特性。
本发明的目的是：通过降低在基片表面上偶然生成的微细不规则性，提供一种具有改进的记录和再现特性的光盘基片，由此降低在整个堆叠处理中形成的记录媒体的噪声。
本目的是通过用紫外光(以后称为“UV光”)照射具有坑-台图案的涂有光致抗蚀剂的母盘或者其上转印有坑-台图案的光盘基片来实现的。
通过短波长和高能量的UV光的照射来改进某些种类塑料的表面是普通的知识。其改进机理是UV光的照射能够切断在塑料表面上存在的稳定化学键并且空气中的氧原子可连接到被断开的键上。
由于通过注模制造的光盘基片是由塑料材料制成的，具有短波长和高能量的UV光的照射切断了从基片表面到仅仅几个μm深度之厚度范围内的化学键，其又诱发了从280到400nm之波长范围的光吸收系数的增加并且还引起基片表面被平坦化成平滑表面。在这种情况下，当辐射UV光的主波长是254nm，其不产生臭氧，则在基片表面附近的还原和表面的平滑化将显著地发生；反之，如果与254nm波长的UV光一起使用产生臭氧的184nm波长的UV光，则在光源附近臭氧将通过这个UV光产生，然而254nm波长的UV光被臭氧的还原反应所吸收，结果是，光吸收的增加和在基片附近之基片表面的平滑化将很难进行。
在光盘基片是聚碳酸酯的情况下，该聚碳酸酯为在其主有机原子链上包含氧原子的塑料，则由UV光辐射产生的效果将变得很有意义。
因此，本发明中：
(1)所使用的基片是由聚碳酸酯制成的光盘基片，其具有由光斑点跟踪引导槽和/或地址坑或者诸如用于记录信息等坑的纹坑构成的坑-台图案，特征在于：在300到375nm波长范围内，基片的透过率在一个波长上为不超过50％。由于在没有经过UV光辐射的基片中在这个波长上的透过率大于本发明基片的透过率，不管基片是否已被经过UV光辐射，其辐射条件等能够通过简单的光学测量来估计，并且这些数据能够用作为表面平滑的系数。借着用于平滑表面之目的的其它方法，其透过率的变化不同于本方法的透过率变化。顺便指出，所使用的基片厚度规定为0.6mm或1.2mm。
(2)所使用的基片是在说明(1)中所说明的光盘基片，特征在于：基片透过率的波长依赖性是使得吸收在650nm左右的波长处开始增加并且继续增加到短波长一侧，就是说，透过率开始降低，并且在260nm左右的波长和此后，透过率实际上变成为0％。
(3)所使用的基片是在说明(1)中所说明的光盘基片，特征在于：从其表面到大约0.5μm深度之厚度范围内的基片硬度要比除了从其表面到大约100μm深度的表面部分外之基片硬度大50-85％。现在，由于UV光的辐射可增加表面硬度已被证实，所测量的硬度被用作为表面平滑度的系数，测量表面平滑度是相对困难的。如果表面硬度高，则其引起的效果是即使当进行数次重写时，记录媒体仍然难以损坏。
(4)所使用的基片是在说明(3)中所说明的光盘基片，特征在于：从其表面到0.5μm深度之厚度范围内的基片硬度不小于140N/mm2。
(5)所使用的基片是在说明(1)中所说明的光盘基片，特征在于：在基片表面上与制造目的无关产生的微细不规则性的平均粗糙度(Ra)不超过0.8nm。
(6)所使用的基片是光盘基片，特征在于：从其表面到大约20μm深度之厚度范围内光盘基片的聚苯乙烯平均当量分子量要比除了从其表面到大约100μm深度的表面部分外之基片硬度大4-22％，该光盘基片具有由光斑点跟踪引导槽和/或地址坑或者诸如记录信息等坑的纹坑构成的坑-台图案。由于已被证实通过短波长和高能量之UV光的辐射可切断基片表面上的化学键和随后平均分子量改变，因此表面平滑度的系数能够通过测量从其表面到大约20μm深度的厚度范围内基片的分子量直方图和除了从其表面到大约100μm深度的表面部分外之基片的分子量直方图并且比较这些直方图来估计。
(7)所使用的光学基片是在说明(6)中所说明的光盘基片，特征在于：从其表面到大约20μm深度之厚度范围内光盘基片的聚苯乙烯平均当量分子量不超过3.0。
(8)所使用的光学基片是在由说明(1)到(6)构成的组之一个中所说明的光盘基片，特征在于：基片是由塑料制成的，该塑料包含有在其作为主要成分之主有机原子链上的氧原子。由于短波长和较高能量的UV光辐射，该基片将发生光学反应(光诱导Fries重排列)。已经发现，在这个反应期间，包含氧原子的主有机原子链被切断，并且基片表面被改进为更加平滑。由于这个机理，UV光辐射的效果事先就从所用塑料的主成分的知识中估计出。
(9)所使用的信息记录媒体的特征在于：使用从由说明(1)到(6)的基片构成的组中选择的光盘基片，反射层或由激光辐射改变的记录层直接或者通过其它的中间层被形成在该基片上。这样，在本发明中，光盘基片上不均匀的形状被叫做光斑点引导槽(所谓的槽)，并且假设信息是被记录在光斑点引导槽上的记录层上。但是，记录信息的区域并不需要特定为槽。本发明的基本思想是通过UV光辐射弄平在光盘基片上形成不均匀形状时产生的并且引起信号中噪声成分的表面形状之小的不规则性。因此，例如在信息记录区域是槽之间区域(所谓台)的情况下，本发明是有效的。尤其是，在信息被记录在台上和槽上的方案(台-槽方案)中，沟深(等价于台和槽之间的跨距大小)为λ/6n(λ：用于再现信息的激光束的波长，n：在波长为λ时的光盘基片的折射率)和与槽记录方案情况下λ/8n之沟深相比为深。当这种情况下沟深为深时，通常噪声成分趋于变得较大。但是，本发明的使用使得有可能显著地减小台-槽记录方案之光盘基片的噪声。
尽管光盘基片噪声的减小通过上述方法来实现变得成为可能，但在光盘基片大批量生产时，仍然产生各种问题。例如，利用标准注模机制造一张光盘基片所必须的时间是几秒到10秒左右。但是，在采用根据本发明制造光盘基片的方法的情况下，制造一张光盘基片所必须的时间增加到几百秒，因此，本方法是不实用的。而且，当成千上万张光盘基片受到UV光辐射时，由于紫外灯的输出渐渐减低，产生的问题是经过一段时间后将不能实现足够的降低噪声的效果。为了解决这些问题，本发明进行了广泛的研究，并且发现，利用下述的制造光盘基片的方法和设备，这些问题是可以解决的。
(10)一种制造光盘基片的方法，包括步骤：通过将含氧气体吹流到由在其主有机原子链包含氧原子的塑料材料构成的并且在其表面上具有不规则性的光盘基片上和通过将大约254nm波长之紫外光辐射到该光盘基片上，同时，屏蔽大约185nm波长的光来改善上述的聚碳酸酯的表面。
(11)一种制造光盘基片并进行光盘基片表面处理的设备，包括：UV光源，用于辐射大约254nm波长的光，同时屏蔽大约185nm波长的光；和用于相对改变光盘基片和UV光源之间距离的装置。
(12)一种制造光盘基片并进行光盘基片表面处理的设备，包括：UV光源，用于辐射大约254nm波长的光，同时屏蔽大约185nm波长的光；和用于使光盘基片和UV光源相对移动的装置。
(13)一种制造光盘基片并进行光盘基片表面处理的设备，包括：UV光源，用于辐射大约254nm波长的光，同时屏蔽大约185nm波长的光；和用于控制来自UV光源的在光盘基片上之UV光辐射时间的装置。
(14)一种制造光盘基片并进行光盘基片表面处理的设备，包括：多个UV光源，用于辐射大约254nm波长的光，同时屏蔽大约185nm波长的光；和用于独立控制每个UV光源之发射能量的装置。
此外，产生的问题是依赖于在UV光辐射期间用于支持光盘基片的基片支持器的材料和形状，光盘基片被加热，结果光盘基片变形。为解决这个问题，所需要的是使用下述制造光盘基片的设备。
(15)一种根据(12)制造光盘基片的设备，包括用氟塑料制成的用于支持光盘基片的基片支持器。
(16)一种根据(15)制造光盘基片的设备，其中氟塑料是聚四氟乙烯。
通过下述对附图的说明，本发明其它优点将变得更加清楚。
图1是表示在本发明一个实施例中UV光辐射时间和跟踪槽深度之间关系的示意图；
图2是表示在本发明一个实施例中UV光辐射时间和噪声之间关系的示意图；
图3是表示在本发明一个实施例中UV光辐射时间和依赖波长的基片透过率的变化之间关系的示意图；
图4是表示在本发明一个实施例中UV光辐射时间和基片的分子量直方图的变化之间关系的示意图；和
图5是表示在本发明一个实施例中制造光盘基片的设备的外形的示意图。
第一实施例
金属母模是从涂有光致抗蚀剂的具有坑-台图案的母盘通过镍电镀制成的，该坑-台图案为在其表面上的光斑点跟踪引导槽和表示地址等的坑。聚碳酸酯在升高的温度下融化并且被注入形成母模的模子中，随后被压制成盘，然后冷却硬化。这些处理之后，盘从模子中取出，这样就做成了由聚碳酸酯制成的在表面上形成有坑-台图案的光盘基片。然后，UV光在该基片的坑-台图案表面上进行150秒的辐射，然后获得在表面上与制造目的无关所产生的微细不规则性被弄平的光盘基片。用于这个处理的灯是低压汞灯C-200UF(Chemitronics公司的产品)，其主波长是254nm。从灯下侧到基片的距离设置为10mm。8个灯平行配置，并且在灯下面的基片受到UV光的辐射，同时基片在以10升/分钟速率吹流的氧气的环境气体中旋转。在UV光辐射期间，灯保持在开的状态并且处理时间由计时器控制，并且其值被定义为从基片插入UV光辐射装置到从中取出该基片的时间间隔。
用扫描显微镜观察基片，结果证实在光致抗蚀剂膜表面上与制造目的无关所产生的微细不规则性通过UV光辐射被很大程度地减小了。类似地，用原子力显微镜(AFM)测量表面剖面，结果发现，与UV光辐射前相比较，平均表面粗糙度降低了大约25％。发现基片厚度减低了大约30nm。另一方面，由光斑点跟踪引导槽、表示地址的坑等构成的坑-台图案的宏观形状没有变化。
UV光辐射时间和由AFM测量的平均表面粗糙度之间的关系如下。UV光辐射时间和UV光辐射能量密度之间的关系示于表1。使用安装有光检测器UVR25(用于254nm波长)的照度仪UVR1(TOPCON公司的产品)来进行UV光辐射能量的测量。
表1
 UV光辐射时间(秒) 辐射能量密度(J/cm2) 平均表面粗糙度(nm)
    0     0     1.0
    30     3.9     1.0
    60     7.8     0.8
    100     13.0     0.7
    150     19.5     0.6
    300     39.0     0.5
    450     58.5     0.5
    600     78.0     0.6
    900     117.0     1.3
正如从结果中也可以理解的，当UV光辐射时间相对短时，平均表面粗糙度的变化小。对于等于或大于60秒的UV光辐射时间，平滑基片表面的效果变得可观察到。但是，太长的UV光辐射时间引起表面变得粗糙并且平均表面粗糙度相反变得较大。
下面，为了检查UV光辐射时间和具有由不同UV光辐射时间导致的不同表面粗糙度之基片噪声水平之间的关系，测量RIN(相对强度噪声)。这里，记号RIN是指由反射率规范化的噪声水平。结果示于表2。结果还示于图2中。
表2
 UV光辐射时间(秒) 平均表面粗糙度(nm) 噪声水平的变化(dBm/Hz)
    0     1.0     -123.0
    30     1.0     -123.5
    60     0.8     -125.2
    100     0.7     -126.4
    150     0.6     -127.3
    300     0.5     -127.1
    450     0.5     -128.8
    600     0.6     -125.6
    900     1.3     -123.7
从结果中发现，当平滑了基片表面上的微细不规则性和平均表面粗糙度降低时，噪声水平也因此减小了。从这两个关系中发现，UV光辐射时间为60到600秒(包括)，以这个时间可获得平滑在基片表面上存在的微细不规则性和因此降低噪声水平的效果，并且在这个时间范围内获得的优选平均粗糙度为0.8nm或更小。更为优选的范围是从100到450秒(包括)。
同样，通过UV光辐射的变化，由聚氯乙烯制成的基片也进行了检查，并且结果示于表3。
表3
 UV光辐射时间(秒) 平均表面粗糙度(nm) 噪声水平的变化(dBm/Hz)
    0     13.0     -118.0
    30     13.0     -118.0
    60     13.2     -117.9
    100     13.3     -117.9
    150     13.3     -117.9
    300     13.3     -117.9
    450     13.8     -117.0
    600     14.1     -116.8
    900     14.8     -116.4
从结果中可以发现，通过UV光辐射，聚氯乙烯基片在朝着较平滑基片表面的方向上未表现出变化。以后，将仅仅表示聚碳酸酯基片的结果。
可以发现，UV光辐射也引起跟踪引导槽深度和表示地址的坑的变化。UV光辐射时间、跟踪引导槽深度和读出错误率之间关系的例子表示在表4中。UV光辐射时间和跟踪引导槽深度之间的关系也表示在图1中。
表4
 UV光辐射时间(秒) 跟踪引导槽深度(nm) 读出错误率(％)
    0     64.9     7.5
    30     63.5     6.5
    60     62.7     6.0
    100     62.0     5.5
    150     61.1     5.0
    300     57.2     5.5
    450     53.5     5.7
    600     48.9     6.0
    900     40.5     7.5
可以发现，当UV光辐射时间变得较长时，读出错误率增加较大。
下面，考察在UV光辐射的情况下环境气体和聚碳酸酯基片的刻蚀量之间的关系。已经发现，在氧气和空气的混合气体进行吹流的同时，氧气浓度的变化相应地引起聚碳酸酯基片的反应速度的变化。具体说来，随着氧气浓度的增加，反应加快了。这归因于UV光辐射切断了聚碳酸酯基片表面上的化学键并且断开的键可能与氧原子结合。当UV光辐射时间设置为300秒时环境气体中氧气的浓度和聚碳酸酯基片的刻蚀量之间的关系示于表5中。
表5
    氧气浓度(％)     刻蚀量(nm)
    20     53
    50     62
    70     69
    100     79
在氮气以10升/分钟的速率进行吹流和类似于上述UV光辐射时间设置为300秒的情况下，基片的刻蚀量是45nm。而且，在没有气体吹流和环境状态与以前一样的情况下和干燥的气体以10升/分钟的速率进行吹流的情况下，基片的刻蚀量完全相同地是48nm。从这些结果可总结出尽管氧气是增加反应速度所必须的，可事实上环境，或者干燥气体或氮气的吹流除了反应速度之外并不产生不同的效果。因此，即使由于设备结构限制导致的使氧气吹流困难的情况下，UV光的辐射仍然能够在不困难的情况下进行。
另外，图3表示作为对于基片UV光辐射时间之函数的波长与透过率关系的变化曲线。透过率中，发生了表示与UV光辐射时间正相关的变化。在UV光辐射之前的基片中，在朝着短波侧的650nm波长附近，透过率开始下降，到450nm波长左右透过率保持在缓慢衰减，在400nm波长左右的附近，透过率表现为显著地下降，并且最后在260nm波长附近及此后透过率几乎变为0％。与此对照，在UV光辐射之后的基片中，从长波长侧下降到650nm波长和在260nm波长及此后透过率表现出类似的特征；但是，在440nm波长附近，透过率开始表现出显著的下降，并且在280到320nm波长附近，出现了表示透过率变化的第二个曲线。这第二个曲线相对于UV光辐射时间改变其轮廓如下。表6表示CD基片在300nm波长时对于不同UV光辐射时间的透过率。
表6
    UV光辐射时间(秒)     基片透过率(％)
    0     58
    30     52
    60     32
    100     28
    150     25
    300     18
    450     15
    600     12
    900     10
另外，450nm和300nm时的基片透过率示于表7中。
表7
 UV光辐射时间(秒) 400nm波长时基片透过率(％) 300nm波长时基片透过率(％)
    0     95     58
    30     95     52
    60     95     32
    100     95     28
    150     95     25
    300     95     18
    450     88     15
    600     80     12
    900     75     10
从这些结果中可以发现，当基片透过率在450nm波长不少于80％和在300nm波长不大于35％时，上述噪声水平和坑读出错误率是低的。通过测量基片透过率，不管已经进行了UV光处理，其处理条件、基片表面的状态等都是可以近似地推出的。
在已经进行了UV光处理的基片表面上，堆积形成作为下部保护层的厚度为120nm的ZnS-SiO2膜、作为信息记录层的厚度为8nm的Ge-Sb-Te膜、作为上部保护层的厚度为135nm的ZnS-SiO2膜、作为热扩散层和反射层的厚度为30nm的Cr-O层、以及厚度为80nm的Al-Ti膜。该盘用于评估记录和再现特性。
进行了105次重写之后在UV光辐射时间和数据错误率之间的关系以及PID读出错误示于表8。
表8
 PID的UV光辐射时间(秒) 105次重写之后的错误率     读出错误
    0     1×10-2     没有
    60     1×10-3     没有
    100     1×10-4     没有
    150     1×10-5     没有
    300     5×10-5     没有
    450     1×10-4     没有
    500     5×10-3     没有
    600     1×10-3     没有
    900     1×10-2     发生
从这些结果可以发现，UV光辐射时间优选为从60到600秒(包括)，并且更优选的范围是从100到450秒(包括)。而且，在已经进行UV光处理的基片表面上，堆积形成作为下部保护层的厚度为70nm的SiN膜、作为信息记录层的厚度为80nm的TeFeCo膜、以及厚度为70nm的SiN膜。
上述盘用作为评估具有0.5μm痕迹宽度的记录和再现特性。UV光辐射和C/N(载波-噪声比)之间的关系示于表9。
表9
    UV光辐射时间(秒)     C/N(dB)
    0     48
    60     52
    100     52
    150     53
    300     53
    450     53
    500     52
    600     52
    900     49
从这些结果可以发现，UV光辐射时间优选为从60到600秒(包括)，并且更优选的范围是从100到450秒(包括)。
下面，考察聚碳酸酯基片的硬度的变化。对于这个实验，使用Fischer Scope H100(Fisher公司的产品)。由于进行这个实验平坦的表面是必须的，因此在聚碳酸酯基片中，对着具有坑-台图案之表面的表面用UV光辐射，并且用和没用UV光辐射的样品之间的差别在表10中进行比较。硬度的单位是N/mm2。
表10
 UV光辐射时间(秒) 表面下0.5μm处的硬度 20μm深度内的硬度 100μm深度内的硬度
    0     139     104     80-100
    60     141     106     80-100
    100     150     110     80-100
    300     162     116     80-100
    600     173     121     80-100
    900     175     122     80-100
从这些结果可见，UV光辐射硬化了聚碳酸酯基片的表面。可以认为，这个硬化是由于基片表面材料通过UV光的桥结现象引起的。正如在上述105次重写之后错误率之结果所显示的，可以认为通过表面的硬化改善了对若干重写的容许应力。对于辐射时间等于或大于600秒，硬度的变化变得较小。
考察了聚碳酸酯基片之分子量直方图作为UV光辐射时间的函数。使用GPC(凝胶渗透色谱法)法作为测量方法。对于用和没用UV光辐射的聚碳酸酯基片，每种基片的表面用单刃刀片从表面到大约20μm切下(大约0.5g)并溶化在2ml的溶剂(四氢呋喃)中，为更好地溶解制备测量的样品，使用超声波。
该值是化成聚苯乙烯当量值的值，并且分子量直方图是从平均分子量中得出的，平均分子量表示具有各种不同分子量的分子的平均量值。假设有Ni份高聚合物，其分子量为Mi，则平均分子量表示为：
∑NiMi2/∑NiMi
平均分子量越小，具有较小分子量的分子的数目越大。UV光辐射时间和平均分子量之间的关系的一个例子示于表11中。
表11
    UV光辐射时间(秒)     平均分子量
    0     3.2
    30     3.1
    60     3.0
    100     2.8
    150     2.8
    300     2.7
    450     2.5
    600     2.4
    900     2.3
基片表面的分子量直方图变成如图4所示。由于具有诸如单体、齐聚物等的特殊较小分子量的分子难于产生，如果有，这种分子的数目在数目上是减小的，还证明，在存储寿命测试期间所产生的缺陷的数目从大约10块/cm2(没有用UV光辐射)减低到1块/cm2或更少(用UV光辐射)。这还导致错误率的下降。可以认为，这个效果产生于层界面之间的粘附度的改进。在从其表面到大约20μm深度的厚度范围内基片的聚苯乙烯平均当量分子量比除了从表面到大约100μm深度的表面部分外之基片的平均分子量小4-22％。在UV光辐射时间从60到600秒(包括)的情况下，获得了1×10-3或更小错误率的优良结果。在UV光辐射时间从100到450秒(包括)的情况下，获得了1×10-4或更小错误率的更优良结果。
在聚碳酸酯基片上，堆积形成作为下部保护层的厚度为100nm的ZnS-SiO2膜、作为信息记录层的厚度为6nm的Ge-Sb-Te膜、和作为上部保护层的厚度为40nm的ZnS-SiO2膜，还在这些层上堆积形成作为热扩散层和反射层的厚度为30nm的Cr-O层、以及厚度为80nm的Al-Ti膜。使用该盘，以非破坏方式测量该盘的反射率。用分光仪测量来自聚碳酸酯基片侧的反射率。在330到360nm波长区域中，观测了依赖于UV光辐射时间的反射率的变化。反射率从330nm波长开始增加，在345nm波长处出现峰值，此后随着波长朝着360nm的增加而下降。在345nm波长上依赖于波长作为UV光辐射时间之函数的盘反射率的变化示范于表12
    UV光辐射时间(秒) 依赖于波长的反射率(％)
    0     10.5
    30     10.0
    60     8.0
    100     7.5
    300     6.0
    450     5.0
    600     4.8
    900     4.7
这个结果导致这种假定，通过测量依赖于波长的盘反射率，不管是否进行UV光处理，其处理和基片表面的状态等都能够被推出。而且，在500到800nm的波长区域内，可观察到因UV光辐射导致的变化。与UV光辐射时间无关，在500到800nm的波长区内，反射率表现出渐进的增长。但是，已经证明，随着UV光辐射时间的增加，反射率变得较大。在700nm波长处，UV光辐射时间和依赖于盘波长之反射率之间的关系示于表13中。
表13
    UV光辐射时间(秒) 依赖于盘波长的反射率(％)
    0     10.5
    30     11.0
    60     11.5
    100     12.0
    300     13.5
    450     14.0
    600     14.5
    900     15.0
这个结果导致这种假定，通过测量盘的光谱反射率，不管是否已经进行UV光处理，其条件和基片表面的状态等都能够被推出。
顺便指出，在记录媒体层从记录特征已经进行评估的上述盘去掉之后，再次测量基片表面的分子量直方图，并且获得了与记录媒体层堆积之前相同的结果。
基片的透过率和硬度与记录媒体层堆积之前的相同。结果示于表14
表14
 UV光辐射时间(秒) 基片透过率(％) 表面下0.5μm处的硬度
    0     60     139
    30     52
    60     32     141
    100     28     150
    150     25
    300     17     162
    450     15
    600     12     173
    900     10     175
根据本发明，在不损坏由光斑点跟踪引导槽和/或光盘必须的地址坑构成的表面上坑-台图案形状的情况下，在光盘基片表面上与制造目的无关产生的微细不规则性能够降低。
顺便指出，UV光辐射600秒之后在光致抗蚀剂母模或基片和光源之间的臭氧浓度经测量发现不超过0.1ppm。
第二实施例
金属母模是使用涂有光致抗蚀剂的母盘通过镍电镀制成的，其具有由纹坑构成的坑-台图案形式的信息表面。然后，聚碳酸酯在升高的温度下融化并且被注入放置有母模的模子中，随后被压制成基片。在冷却硬化之后，其从模子中取出，这样就做成了由聚碳酸酯制成的光盘基片。然后，通过UV光在该基片的坑-台图案上进行150秒的辐射，获得在其表面上与制造目的无关所产生的微细不规则性被弄平的光盘基片。
这里，通过改变UV光辐射时间，测量平均表面粗糙度、信息坑-台图案的深度和信息表面的读出错误率，并且结果示于表15中。
表15
 UV光辐射时间(秒) 平均表面粗糙度(nm) 信息坑-台图案(nm) 信息表面的读出错误率(％)
    0     1.0     102.8     6.4
    30     1.0     101.4     6.2
    60     0.8     100.6     5.8
    100     0.7     99.9     5.6
    150     0.6     98.0     5.4
    300     0.5     95.1     5.6
    450     0.5     91.0     5.7
    600     0.6     86.8     5.8
    900     1.3     78.5     6.4
正如从该表可理解的，必须确定UV光辐射时间以便使信息坑-台图案的深度和坑的读出错误率变成希望的值。
在所制造的整个基片上或者在形成了信息坑-台图案的从表面到在深度方向上几个微米之深度的表面范围内，依赖于注模期间的温度条件和压力条件，分子结构发生某些程度的变化；因此，对UV光辐射的反应自然不同。所以，最佳时间可以根据注入条件和所用材料变化。
第三实施例
类似地，在涂有光致抗蚀剂之母盘的光致抗蚀剂表面上进行UV光辐射，母盘具有在表面上由光斑点跟踪引导槽和/或地址坑、扇区标记、诸如用于记录信息之坑的纹坑等构成的坑-台图案。用AFM测量光致抗蚀剂母盘的表面，其结果示于表16。
表16
 UV光辐射时间(秒) 辐射能量密度(J/cm2) 中心线上的平均表面粗糙度(nm)
    0     0.0     0.6
    30     3.9     0.6
    60     7.8     0.5
    100     13.0     0.5
    150     19.5     0.4
    300     39.0     0.4
    500     58.5     0.4
    600     78.0     0.5
    900     117.0     0.6
从该结果可注意到，尽管UV光辐射具有依赖于其时间来平滑其表面的效果，但如果其太长，相反其表面将变得粗糙，中心线上的平均表面粗糙度变得较大。
正如前述，本发明具有的效果是能够加工这样的光盘，在不改变传统光盘基片的加工工艺但具有附加处理的情况下，其粘附度优良和有较小数目缺陷并且具有光滑的信息表面，该信息表面没有与制造目的无关产生的微细不规则性。结果，改进了记录和再现特征和实现了低的错误率，使得光盘的性能提高了。
尽管本发明以具有某种程度之特殊性的优选形式进行了说明，但应当理解，优选形式的本发明的公开在结构的细节上已经被改变了，在不脱离此后权利要求所述之本发明的精神和范围的情况下，可以使用各部分的组合和排列。
第四实施例
下面说明一种制造光盘基片之设备的实施例，在这里前面已经详细说明的制造根据本发明之光盘基片的方法将用于批量生产中。图5是表示一种适合于批量生产的根据本发明制造光盘基片的设备的例子的示意图。该设备由灯室部分和用于基片传输的带传送部分构成。并且，灯室部分包括紫外灯5-1，紫外灯电源5-2，UV光屏蔽5-3，灯高度调节部分5-4以及灯座部分5-10；并且用于基片传输的带传送部分包括传送带5-5，基片支持器5-6，马达5-7，马达旋转速度控制器5-8，带传送支撑底座5-11。而且，正如图中说明的，光基片5-9以具有面对紫外灯侧的信号表面(其上形成了不平坦形状的表面)安装在基片支持器上，并且被做成穿过灯室的下面，这样使得批量生产根据本发明的低噪声光盘基片变成可能。
对于UV光源，所使用的是低压汞灯，使得其UV光发射部分的形状是U形并且发射主波长为254nm的UV光，同时屏蔽掉185nm波长的光。而且，为了用UV光均匀地辐射光盘基片，配置紫外灯使得对称于光盘基片的传输方向。另外，UV光照度仪设置在带传送器上并且在光盘基片以与制造中实际传输速度相同的速度传输的同时测量累积照度分布。可以发现，在65mm范围内的任何点上(每个灯发射部分的长度是75mm)，照度变成目标照度分布的±5％或小于之。在这种情况下，调节UV光照度仪的测量表面使得其与光盘基片信号表面的高度为相同高度。因此，当使用U形紫外灯时，重要的是配置这些灯对称于光盘的传输方向，以便增加照度分布的均匀性。
在该设备中，使用了上述的15个紫外灯。而且，独立地提供每个灯的电源开关，使得能够选择要点亮的灯。而且，这些灯被安装在其中安装了对应于灯数目之灯座的灯座部分5-10。
而且，由于UV光对人体产生有毒的影响，安装了用于屏蔽UV光的由不绣钢制成的UV光屏蔽5-3。另外，灯座部分5-10用灯高度调节部分5-4的中间与UV光屏蔽5-3成为一体。而且，UV光屏蔽5-3与带传送器支撑底座5-11成为一体。灯高度调节部分5-4在其中具有螺钉机构，并且通过旋转灯高度调节部分5-4的顶部，能够调节灯座部分5-10的高度。
在传送带5-5上，以对应于光盘基片5-9大小的间隔来固定多个基片支持器5-6。每个基片支持器5-6具有突出的部分，其大小对应于安装在光盘基片5-9中心的孔，并且5张光盘基片5-9通过机器人臂集体地安装其上。构成的传送带5-5是通过马达5-7旋转的。另外，马达5-7被固定在带传送器支撑底座5-11上。马达5-7的旋转是由马达旋转速度控制器5-8控制的。
另外，在制造根据本发明光盘基片的设备中安装了气体入口5-12，并且通过它含氧气体提供到上述的这个设备中。而且，在制造根据本发明光盘基片的设备中安装了气体出口5-13，其设计成能够有效地抽出包含有由UV光辐射到光盘基片上所产生的气体的有机物质。
在批量生产试验是以这种方式构成的设备中进行的情况下，每一张光盘基片的制造时间能够被降低到5秒左右。根据该试验，测量光盘基片之噪声减低效果的径向关系和周向关系，并且证明其分别不超过0.5dB，从实际观点看这不成问题。因此，制造根据本发明光盘基片的设备适合于光盘基片的批量生产。
但是，当进行1万小时或更长时间的批量生产试验时，发现产生两个问题。一个问题是，由于紫外灯的发射强度在长时间跨度内随UV光辐射而逐渐地减低，因此需要频繁地更换紫外灯。通常，在1万小时左右的发射工作之后，汞灯的发射强度下降到初始发射强度的70％左右。作为这个结果，出现的问题是在光盘基片上噪声降低效果变得弱。为解决这些问题，试用下述方法：
(1)发射光的工作中紫外灯的数目是按照时间的推移变化的，使得通过UV光辐射产生的基片表面的累积照度变得恒定。
例如，在初始阶段，使用15个灯中的10个灯。假设由一个新灯产生的累积照度是1个单位，来自10个灯的UV光所产生的累积照度为10个单位。为了用10个单位的累积照度实现足够的噪声降低效果，带传送器马达5-7的旋转速度和光盘基片5-9与紫外灯5-1之间的距离分别通过马达旋转速度控制器5-8和通过灯高度调节部件5-4进行调节。在以这种方式设置之后，进行光盘基片5-9的表面处理并且控制发射光的在工作中的紫外灯的数目，使得随时间的推移而减低的累积照度总是保持在10个单位左右。这个方法使得用紫外灯电源5-2有可能仅仅通过改变工作中的发射光的紫外灯的数目总可以获得恒定的累积照度；因此，这是一个优良的方法。通过采用这个方案，即使在紫外灯已经工作发光达1万小时之后，通过改变工作中的发射光的紫外灯的数目，累积照度仍然能够被调节到10个单位左右。该方法的弱点是每次工作中的发射光的紫外灯以一个灯增加时，累积照度要经受突然的改变，因此其缺乏足够的可控制性。
(2)减慢光盘基片5-9的运动速度，使得通过UV光辐射产生的基片表面的累积照度变成恒定。
例如，最初所有的15个灯被点亮了并且光盘的运动速度通过马达旋转速度控制器5-8调节，使得累积照度达到10个单位左右。而且，光盘基片5-9和紫外灯5-1之间的距离是通过灯高度调节部分5-4调节。以这种方式设置之后，进行光盘基片5-9的表面处理，并且光盘基片5-9的运动速度是通过马达旋转速度控制器5-8改变的，结果随时间推移下降的累积照度总保持在10个单位左右。因此，通过用时间进程控制光盘基片5-9的运动速度能够将累积照度总是控制在10个单位左右。例如，即使在UV光辐射1万次之后，通过将光盘基片5-9的运动速度下降到初始速度的70％能够获得10单位左右的累积照度。该方法的弱点是每张光盘基片的生产时间(生产流水时间)随时间的推移发生变化。当根据本发明UV光辐射的噪声降低工艺独立于其它工艺进行时，这个弱点不产生问题。但是，当噪声降低工艺在线上与其它工艺一起进行工作时，改变处理时间不是优选的。
(3)改变光盘基片5-9和紫外灯之间的距离使得受到UV光辐射的基片表面的累积照度变为恒定。
例如，工艺如下。首先，使所有的15个灯发光，并且通过灯高度调节部分5-4将光盘基片5-9和紫外灯5-1之间的距离已经调节到10mm。而且，光盘基片5-9的运动速度已经通过马达旋转速度控制器5-8进行了调节，使得累积照度为10个单位左右。这样，在进行光盘基片5-9表面处理的同时，光盘基片5-9和紫外灯5-1之间的距离通过灯高度调节部分5-4调节，使得随时间推移下降的累积照度总保持在10个单位左右。这样一来，通过随时间进程控制光盘基片5-9和紫外灯之间的距离，能够将累积照度总是控制在10个单位左右。例如，即使在UV光辐射1万次之后，通过将光盘基片5-9和紫外灯之间的距离下降到5mm左右能够获得10单位左右的累积照度。用这种方法，每张光盘基片的生产时间(生产流水时间)能够保持不变，并且高精度的控制是可能的；因此发现这个方法是最优秀的方法。
自然，按照需要有可能适当地使用方法(1)(2)中的一个，并且不用说，某些方法一起使用时没有问题。正如前述，当上述设备用于批量生产试验时，发生两个问题。其中一个问题是依赖于基片支持器的材料和形状，光盘基片发生热变形或者基片支持器本身由于UV光辐射而损坏。
基片支持器5-6的材料是：即使当因为暴露在强UV光而吸收UV光时，该材料在化学上和物理上是稳定的并且难于产生热。对于材料，本发明已经测试了用于基片支持器的各种塑料和金属，从这些测试结果中发现，氟塑料是最适合于基片支持器5-6的材料。已经发现，在氟塑料中，尤其是聚四氟乙烯(聚(双氟亚甲))和聚(三氟氯乙烯)是最适合的材料，这是因为它们具有这种特征：化学上是稳定的，难于进行热塑变形，易于处理等。当基片支持器是由诸如铝，不锈钢等金属材料制成时，产生的问题是：受到UV光辐射的部分要显著地产生热，并且由于这个热导致光盘基片的变形。而且，当诸如聚碳酸酯，聚乙烯等塑料用于基片支持器时，在连续使用几个月之后，产生的问题是：基片支持器在其表面上发生裂缝；或者因为UV光辐射导致的分解，基片支持器的表面发生剥离和变形等。当使用氟塑料时，这种问题不会发生。
顺便指出，只要其能够水平地保持，最好使基片支持器做得较小。除了UV光之外，用于本发明的汞灯还产生可见波长的光。由于这些可见光线穿过用于光盘基片的透明基片部件，结果是可见光线到达基片支持器。在这种情况下，由基片支持器吸收的可见光线产生热。因此，例如，用于DVD-RAM基片的基片支持器，中心孔直径为15mm，基片直径为120mm，和该中心附近平坦部分的直径推荐基片支持器的突出部分的直径为7±0.5mm以及基片支持器的直径为30到33mm。如果基片支持器的直径超过信息记录区边界所界定的直径(44mm)，则由于基片支持器热发生所引起的基片变形的效果将变得明显；因此，这种直径是不希望的。另一方面，如果基片支持器的直径不超过30mm，基片支持器稳定支持光盘基片就变得困难；因此这种直径是不希望的。
正如前述，本发明带来的效果是：有良好粘附度的光盘基片具有很少数目的缺陷，并且具有光滑的信息表面，没有不经意产生的微细不规则性，在不改变传统光盘基片之制造工艺的情况下，其能够通过进行后工序制造。结果，光盘的记录/再现特征增强了并且实现了低的错误率，使得光盘的性能有了改进。
而且，通过将UV光源用作为用于辐射UV光的灯，其辐射大约254nm波长的光并且屏蔽大约185nm波长的光，抑制阻止本发明效果的臭氧的产生变成了可能；因此，在极短的时间内处理大量的光盘变得成为可能。
另外，通过控制UV光源和光盘基片的距离，即使当UV光的发射强度变化，本发明关于该光盘基片的效果能够保持不变。
而且，通过使UV光源和光盘基片进行相互的相对运动，在整个光盘基片的表面上进行均匀处理变成可能。
而且，通过控制受到UV光源辐射的光盘基片的UV光累积照度，即使当UV光的发射强度随时间的推移变化时，本发明关于该光盘基片的效果总能够保持不变。
关于控制UV光累积照度的方法，下述方法是有效的：(1)随时间的进程改变工作中的发光的UV光源数目的方法，使得累积照度总保持不变；(2)随时间的进程控制光盘基片相对运动速度的方法，使得累积照度总保持不变；和(3)随时间的进程改变UV光源和光盘基片之间距离的方法，使得累积照度总保持不变。
另外，通过使用由诸如聚四氟乙烯等氟塑料制成的支持光盘基片的基片支持器，在制造光盘基片的设备中能够抑制在UV光辐射期间发生的基片变形。

Claims (21)

1．一种制造光盘基片的方法，包括工序：通过将含氧气体吹流到由在其主有机原子链包含氧原子的塑料材料构成的并且在其表面上具有不规则性的光盘基片上和通过将紫外光辐射到该光盘基片上使得在光盘基片上产生的臭氧变成不超过0.1ppm来改善聚碳酸酯的表面。
2．根据权利要求1的制造光盘基片的方法，其中紫外光具有254nm波长。
3．根据权利要求1的制造光盘基片的方法，其中塑料材料是聚碳酸酯。
4．一种制造光盘基片并进行光盘基片表面处理的设备，包括：
(a)紫外光源，用于当吹流含氧气体时在制造设备中产生其浓度不超过0.1ppm的臭氧；和
(b)用于相对改变光盘基片和紫外光源之间距离的装置。
5．权利要求4的制造光盘基片的设备，其中紫外光具有254nm波长。
6．一种制造光盘基片并进行光盘基片表面处理的设备，包括：
(a)紫外光源，用于当吹流含氧气体时在制造设备中产生其浓度不超过0.1ppm的臭氧；和
(b)用于使光盘基片和紫外光源相互进行相对运动的装置。
7．权利要求6的制造光盘基片的设备，其中紫外光具有254nm波长。
8．一种制造光盘基片并进行光盘基片表面处理的设备，包括：
(a)紫外光源，用于当吹流含氧气体时在制造设备中产生其浓度不超过0.1ppm的臭氧；和
(b)用于控制来自紫外光源的在光盘基片上的紫外光辐射的时间。
9．权利要求8的制造光盘基片的设备，其中紫外光具有254nm波长。
10．一种光盘基片，该基片是由塑料材料制成，在从300到375nm的波长区域内在一个波长上具有不超过50％的透过率。
11．权利要求10的光盘基片，其中光盘基片表面不规则性的平均表面粗糙度(Ra)不超过0.8nm。
12．权利要求10的光盘基片，其中从其表面到0.5μm深度之厚度范围内的光盘基片硬度要比除了从其表面到100μm深度的表面部分外之基片硬度大50-85％。
13．权利要求12的光盘基片，其中从其表面到0.5μm深度之厚度范围内的基片硬度不小于140N/mm2。
14．一种由塑料材料制成的光盘基片，其中从其表面到20μm深度之厚度范围内光盘基片的聚苯乙烯平均当量分子量要比除了从其表面到100μm深度的表面部分外之基片平均当量分子量小4-22％。
15．一种制造光盘基片的方法，包括工序：通过将含氧气体吹流到由在其主有机原子链包含氧原子的塑料材料构成的并且在其表面上具有不规则性的光盘基片上和通过将大约254nm波长之紫外光辐射到该光盘基片上，同时，屏蔽大约185nm波长的紫外光来改善聚碳酸酯的表面。
16．一种制造光盘基片并进行光盘基片表面处理的设备，包括：
(a)紫外光源，用于辐射大约254nm波长的光，同时屏蔽大约185nm波长的光；和
(b)用于相对改变光盘基片和紫外光源之间距离的装置。
17．一种制造光盘基片并进行光盘基片表面处理的设备，包括：
(a)紫外光源，用于辐射大约254nm波长的光，同时屏蔽大约185nm波长的光；和
(b)用于使光盘基片和紫外光源相互进行相对运动的装置。
18．一种制造光盘基片并进行光盘基片表面处理的设备，包括：
(a)紫外光源，用于辐射大约254nm波长的光，同时屏蔽大约185nm波长的光；和
(b)用于控制来自紫外光源的紫外光辐射在光盘基片上的时间的装置。
19．一种制造光盘基片并进行光盘基片表面处理的设备，包括：
(a)多个紫外光源，用于辐射大约254nm波长的光，同时屏蔽大约185nm波长的光；和
(b)用于独立控制每个紫外光源之发射能量的装置。
20．权利要求17的制造光盘基片的设备，包括由氟塑料制成的用于支持光盘基片的基片支持器。
21．权利要求20的制造光盘基片的设备，其中氟塑料是聚四氟乙烯。
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