JP2004062982A

JP2004062982A - スタンパー用ブランク盤の製造方法

Info

Publication number: JP2004062982A
Application number: JP2002219329A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Sano; 佐野　一彦
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】アンカーコート層に残った酸（Ｈ^＋）がその上に形成されたレジスト層に拡散し、露光・現像後のレジスト突起の形状に影響を与えること。
【解決手段】基盤の表面に架橋性物質層及びフォトレジスト層を順次形成し、前記フォトレジスト層にレーザビームを照射することで露光した後、前記フォトレジスト層を現像すると共に前記フォトレジスト層の未露光部を除去し、前記フォトレジスト層を突起形状に形成した後、前記突起と架橋性物質層とを架橋反応させることでスタンパー用のブランク盤を製造する方法であって、前記架橋性物質層を形成した後、前記架橋性物質層を塩基性ガスの雰囲気に曝すことで解決することができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクを成形する際に使用されるダイレクトスタンパーを作製するためのブランク盤の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスクの製造は、一般にポリカーボネートなどの樹脂を射出成形することによって大量生産される工法が採用されているが、その際に、射出成形機の金型に取り付けられているのがスタンパーである。このスタンパーには、無数の微細な突起が螺旋状に形成されており、光ディスクではそれが転写されて情報を表すピット（窪み）となっている。
【０００３】
前述するスタンパーを作製する工程が、マスタリングと呼ばれるものである。以下、このマスタリングについて詳細に説明する。
【０００４】
まず、フォトリソグラフィーと呼ばれる技術を用いて、ガラス盤上に信号に対応したフォトレジストの凹凸のパターンを形成することから始まる。ガラス盤上のポジ型フォトレジスト層に、記録すべき信号に対応して強度変調されたレーザビームを螺旋状に露光し、現像することによって、レジストのピット（窪み）を螺旋状に形成する。
【０００５】
その後、その表面に導電性膜を形成し、更に、その上に電鋳によりニッケルの厚膜を形成する。その厚膜は０．３ｍｍ程度であり、それを元のガラス盤から剥がしてスタンパーとするものである。このニッケル盤には、フォトレジストのピットが転写された突起（バンプ）が螺旋状に形成されている。このニッケル盤をスタンパーとして射出成形機の金型に取り付け、金型で射出成形することにより、情報を含んだピット列を有するディスクができる。
【０００６】
このスタンパーを作製する工程は、一般にガラスマスタリングと呼ばれるが、１０を超える工程を有することから、過大な時間やコストが掛かるとされている。また、処理工程を多数要するために、塵埃や人為的ミスなどによる欠陥も多く見受けられ、歩留まりを低下させることにも繋がっていた。
【０００７】
そこで今日では、多くの工程を要せず、より少ない工程でスタンパーを作製する試みがなされつつある。
【０００８】
例えば、特許第２７６５４２１号公報には、基盤の上に架橋性無機物または架橋性有機物層を設け、記録信号で強度変調されたレーザビームを照射し、現像することにより基盤上に信号パターンに対応した突起部を設け、更に、加熱により前記突起部を強固なものにした後、その基盤を直接スタンパーとする工法が開示されている。ガラスマスタリングと区別するために、この工法をダイレクトスタンパー工法と呼ぶ。
【０００９】
以下、図３を参照しながら前述するダイレクトスタンパー工法を説明する。
【００１０】
まず、図３（Ａ）のように、ニッケル基盤３１の表面に架橋性無機物または架橋性有機物などのフォトレジスト３２が塗布される。次に、図３（Ｂ）のように、信号変調されたレーザビーム３４が記録レンズ３３を介してフォトレジスト３２に照射され、露光される。続いて、図３（Ｃ）のように、レーザ露光の潜像としての露光部が局所的に加熱されて架橋され、パターン３５を得る。これを現像することで図３（Ｄ）のように未露光部は溶解され、露光部のみがパターン３６として残る。
【００１１】
これらパターン３６として残った架橋性物質は、いわゆるネガ型レジストの作用を有する。そして、このパターン３６を有するニッケル基盤３１を３００℃の高温でハードベークすることによって、パターン３６の部分は架橋が促進され強固になる。このようにして作られた基盤をそのままスタンパーにするのである。
【００１２】
また、特開平７−３２６０７７号公報にも、基盤上にフォトレジストの突起を形成し、高温加熱により架橋を促進した後、直接それをスタンパーとして用いる方法が開示されている。
【００１３】
ここで特許第２７６５４２１号と特開平７−３２６０７７号公報とに記載された発明の技術的な差異について考える。
【００１４】
前者の発明は、信号変調されたレーザビームの熱で選択的に架橋を起こすのに対し、後者の発明は、フォトレジストを選択的に露光し、酸を発生させる点で異なる。後者の発明は、その後、フォトレジストを選択的に露光し、酸を発生させた後、全体を加熱することにより酸が触媒となり露光部のみに架橋を起こさせる。次に、全体を露光すると、前回未露光であったところに酸が生成され、かつ、そこは架橋されていないので現像液で溶解され、最初に露光されたところが突起として残るのである。
【００１５】
前述するスタンパーは、何れもニッケル基盤の上に有機または無機のフォトレジストの突起を形成したものである。高温ベークによって、フォトレジストの硬度は高くなっているが、本来金属との接着力はそれほど強いものではない。また、ＤＶＤの場合、フォトレジストの突起の幅は０．３μｍ、長さは最短のもので０．４μｍと接着面積は非常に小さい。
【００１６】
スタンパーは射出成形機の金型に取り付けられ、鏡面金型とキャビティを形成する。その中に高温の樹脂が高圧で注入される。その時、高圧の樹脂はレジスト突起を引き剥がす作用を起こす。
【００１７】
また、一般に金型の温度は１００℃前後に設定されているが、注入される樹脂は約３００℃以上の高温である。樹脂の射出によってスタンパー表面温度は上昇し、成形ディスクの取り出しによって元の温度に戻るという熱膨張と収縮が繰り返される。ニッケルのような金属とフォトレジストとの熱膨張係数には大きな違いがあり、その熱膨張の違いによる応力が繰り返しレジスト突起に作用し、遂には基盤から剥離させてしまうことになる。
【００１８】
上記の問題を解決する方法としては、特願２００１−３２４７０７に記載された発明があり、ニッケル基盤上に接着層となるアンカーコート層を設け、その上にフォトレジストの突起を形成することで、成形時の突起の剥がれを低減させようとするものである。以下、特願２００１−３２４７０７に記載された工法を図４を参照しながら説明する。
【００１９】
図４（Ａ）は、ニッケルなどの基盤４１の上に、有機ポリマーなどの架橋性物質を塗布しアンカーコート層４２を形成した状態を示す。このとき、基盤４１は、ニッケルの他に、ニッケル合金、シリコン、アルミ、銅などの金属、更には、ガラス、セラミックなどでもよい。
【００２０】
図４（Ｂ）は、同図（Ａ）に続くベーキング処理を示し、このベーキング処理は塗布後に溶剤を蒸発させるプリベークとして、８０℃から９０℃程度の比較的低温で行なわれる。架橋性物質は、化学増幅型レジストのような露光で酸を発生させ、それに続くベーキングで先ほどの酸が触媒となって架橋を起こすものが用いられる。引き続き、図４（Ｃ）に示すように、基盤４１全体に対して紫外線を照射する。更に、図４（Ｄ）に示すようなベーキング処理を経て、ポリマー鎖を架橋させる。図４（Ｄ）は、露光後のベーキングであり、いわゆるポストエクスポージャーベークと呼ばれるものが行われた状態である。このとき、紫外線を照射することで発生した酸が触媒となって架橋反応を引き起こしている。但し、この段階の架橋性物質の架橋は完全ではなく、半架橋の状態にする。
【００２１】
この理由は、図４（Ｅ）に示す工程において、フォトレジスト４３をアンカーコート層４２の上に塗布するが、フォトレジスト４３の溶剤にアンカーコート層４２が溶解しない程度、すなわち実質的に犯されない程度に架橋する。一般に有機ポリマーでは数パーセントで架橋が進行すると溶剤に溶けなくなることが知られている。図４（Ｅ）は、アンカーコート層４２の上にフォトレジスト４３が形成された状態を示す。これをブランク盤と呼ぶ。
【００２２】
このフォトレジスト４３はネガ型レジストを用いる。レジスト塗布時、アンカーコート層４２の架橋性物質は数パーセント以上架橋された状態で、フォトレジスト４３の溶剤によって犯されることが少ない。レジストが塗布された後は、プリベーク処理を経て、レジストの溶剤を飛ばしレジスト層を安定化させるためのベーキング処理が行われる。
【００２３】
図４（Ｆ）は、記録すべき信号で変調されたレーザビーム４４をフォトレジスト４３に照射する状態を示す。このレーザビーム４４をフォトレジスト４３に照射する装置は、レーザビームレコーダと呼ばれ、図４（Ｆ）には、記録すべき信号で変調された後のレーザビーム４４と、このレーザビーム４４を０．３ミクロン程度の微細なスポットに絞る記録レンズ４５、更に、基盤４１を回転軸４６の周りに回転させる回転駆動部材４７のみを示す。記録レンズ４５は、回転する基盤４１の半径方向に沿って移動するので、フォトレジスト４３には螺旋状に潜像が記録される。
【００２４】
図４（Ｇ）は、露光後のベーキングを示し、露光部に発生した酸が触媒となり、ベーキング処理でレジストの架橋反応が連鎖反応的に進む状態である。これは一般に、化学増幅型レジストと呼ばれる種類のレジストであるが、レジストの種類によっては露光後のベーキング処理が不要の場合もある。
【００２５】
図４（Ｈ）は、現像処理を示し、架橋された部位以外が溶けて除去される。結果として、露光部がレジスト突起４８として残る。この状態では、レジスト突起４８と架橋性物質層４２とはまだ強固に結合されていない。
【００２６】
図４（Ｉ）は、アンカーコート層４２の架橋性物質と、レジスト突起４８のレジストとの架橋を一層強固に促進する工程を示す。前述したように、図４（Ｈ）ではアンカーコート層４２の架橋性物質は完全には架橋されておらず、また、記録レーザで露光されたレジスト突起４８のレジストも、まだ架橋は一部しか進行していない。本工程でレジスト突起４８と架橋性物質層４２の架橋を一層促進させることにより、レジスト突起４８のレジストポリマーとアンカーコート層４２との間で相互の架橋が起こり両者の結合を強固にする。また、夫々が架橋により一層強固になり、成形時の熱と応力に耐え得る強度を与える。
【００２７】
架橋を行う具体的な方法の一つとしては、現像後の基盤全体をプラズマ中に曝す方法がある。一般にプラズマ中にレジストを曝すと、プラズマ中のイオンやラジカルによりレジスト自体が削られることから、プラズマに曝す時間は数秒程度に抑える必要がある。数秒間プラズマ処理されたレジストは内部まで硬くなる傾向にあることから、強度および耐熱性が向上するというものである。プラズマとしては、フッ素ガスのプラズマなどが効果的である。
【００２８】
もう一つの架橋の方法としては、現像後の基盤に紫外線の中でも波長が３００ｎｍ以下の遠紫外線を照射し、その後のベーキングにより架橋を促進する方法である。化学増幅型レジストの場合は、遠紫外線を照射した後、ベーキングすることで、照射で発生した酸（Ｈ^＋）が触媒となり連鎖反応的に架橋が促進されるが、化学増幅型ではない場合、例えばノボラック系樹脂などでは、ベーキングによりレジスト中の水分を低減させた状態で遠紫外線を照射すると架橋がより進行することが知られている。
【００２９】
一例としては、化学増幅型のフォトレジスト４３を用いて、現像後の基盤４１に遠紫外線を照射し、その後１１０℃から２００℃の間でベーキング処理を行った。この場合も、アンカーコート層４２とフォトレジスト４３の架橋が進行し、基盤全体の耐熱温度は２５０℃以上にまで上がったことを確認した。
【００３０】
図４（Ｊ）は、架橋後の基盤を示し、アンカーコート層４２とレジスト突起４８が一体化された構造物４９になっている。これを射出成形機の金型に取り付けることでスタンパーが完成する。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述する従来技術では、架橋反応を起こしたアンカーコート層４２の上にフォトレジスト４３を設ける工程（図４（Ｅ））において、アンカーコート層４２の中に触媒となった酸が残留しやすくなるという問題が生じる。
【００３２】
以下、上記現象を説明を図５を参照しながら説明する。
【００３３】
図５は、この状態を模式的に示したものであり、同図（Ａ）は、アンカーコート層５２に酸（Ｈ^＋）が残留する状態である。この酸（Ｈ^＋）は有機ポリマーであるアンカーコート層５２からフォトレジスト５３の中に拡散する性質を持っている（同図（Ｂ））。一般にフォトレジスト５３の残存溶剤が多いほど拡散しやすい傾向にあり、フォトレジスト５３の塗布後に溶剤を飛ばすためにプリベークを行うが、それでも完全に溶剤は無くならず数パーセントはフォトレジスト５３に残留してしまう。
【００３４】
続けて、図５（Ｃ）は、フォトレジスト５３に酸（Ｈ^＋）が拡散した後にレーザビーム５４を照射することで、フォトレジスト５３を露光させて露光部を形成している状態を示す。本来、この露光でレーザスポットが照射された部分のみに酸（Ｈ^＋）が発生する。その後、上記従来の技術（図４（Ｇ）付近）で説明したように、酸（Ｈ^＋）が触媒となり架橋が起こる。このときのレーザスポットの強度は、ガウシャン分布をしており、発生する酸（Ｈ^＋）もその強度分布に従ったものとなる。ところが、露光部分の周囲に拡散された酸（Ｈ^＋）が既に存在していると露光で発生した酸（Ｈ^＋）と相乗効果を引き起こし、レーザスポットの強度は、最終的に架橋される部分の形状が露光のみの場合に比べ大きくなってしまう。また、アンカーコート層５２からフォトレジスト５３に酸が拡散する速度は、残留溶剤量や周囲の温度などに影響され一定ではなく、数週間から数ヶ月の範囲でばらつく傾向にある。
【００３５】
以上のことから、露光する時期やブランク盤の保管状況によって、図４（Ｈ）に示す現像後に形成されるレジスト突起４８のサイズにばらつきが生じる。また、図５（Ｄ）は、現像後のレジスト突起５８の状態であり、往々にして台形に近い形をしていることが多い。例えば、ＤＶＤの場合、レジスト突起５８の半値全幅は０．３μｍ程度で、側壁の角度は４０〜６０°程度の範囲となる。このとき、フォトレジスト５３に拡散していた酸（Ｈ^＋）が存在すると、レーザスポットによる露光で発生する酸（Ｈ^＋）の境界がぼやけ、裾野を引いた断面形状になりやすくなる。特に、側壁角度θ_２が浅くだれた形状となり、信号再生時の変調度が低下しやすくなるという問題を有することになる。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載されたスタンパー用ブランク盤の製造方法は、架橋性物質層及びフォトレジスト層が順次形成されたブランク盤の前記フォトレジスト層にレーザビームを照射することで露光した後、前記フォトレジスト層を現像すると共に前記フォトレジスト層の未露光部を除去し、前記フォトレジスト層を突起形状に形成した後、前記突起と架橋性物質層とを架橋反応させることでスタンパーを作製する工法に用いるブランク盤を製造する方法であって、前記架橋性物質層を形成し架橋反応を起こさせた後、前記架橋性物質層を塩基性ガスの雰囲気に曝すことを特徴とする。
【００３７】
また、請求項２に記載されたスタンパー用ブランク盤の製造方法は、請求項１におけるスタンパー用ブランク盤の製造方法において、前記架橋性物質層の架橋反応が、前記架橋性物質層に紫外線を照射し、その後、前記架橋性物質層を加熱することであることを特徴とする。
【００３８】
また、請求項３に記載されたスタンパー用ブランク盤の製造方法は、請求項１または２におけるスタンパー用ブランク盤の製造方法において、前記架橋性物質層を塩基性ガスの雰囲気に曝す時間が、１〜５分であることを特徴とする。
【００３９】
また、請求項４に記載されたスタンパー用ブランク盤の製造方法は、請求項１または２におけるスタンパー用ブランク盤の製造方法において、架橋性物質層が形成された基盤を回転させながら、前記架橋性物質層に塩基性ガスの蒸気を吹き付けることを特徴とする。
【００４０】
更に、請求項５に記載されたスタンパー用ブランク盤の製造方法は、請求項１〜４の何れか一項におけるスタンパー用ブランク盤の製造方法において、塩基性ガスが、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ），トリエチルアミン，トリプロピュルアミンの何れかであることを特徴とする。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２を参照しながら本発明に係る実施の形態を詳述する。
【００４２】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るブランク盤の製造方法の具体的な動作工程を示す。
【００４３】
図１（Ａ）は、ニッケルなどの基盤１上にアンカーコート層２が紫外線の照射とポストエクスポーヤーベークによって架橋された状態を示す。このとき、アンカーコート層２の中には、紫外線を照射することで発生した酸（Ｈ^＋）が残留している。
【００４４】
続いて、図１（Ｂ）に示すように、基盤１上にアンカーコート層２が架橋された状態で、アンカーコート層２を塩基性ガス４の雰囲気に曝し、内部に残留する酸（Ｈ^＋）を失活させる。本実施形態では、塩基性ガスとして、フォトレジストの密着強化に用いられるＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）を使用した。
【００４５】
より詳細に説明すると、底にＨＭＤＳが数ミリの厚さで満たされた密閉された容器の中に基盤１を投入した。このとき、アンカーコート層２がＨＭＤＳの蒸気に曝される時間は、アンカーコート層２の厚みにも拠るが、本実施形態の１００ｎｍ程度の場合は、１〜５分で十分な効果があることが確認された。その後、アンカーコート層２に清浄な空気を吹き付け、表面に付着しているＨＭＤＳの成分を除去する。仮に、ＨＭＤＳが表面に残っていると、空気中の水分と反応してアンモニアを生成してしまい、レジスト感度を低下させることになってしまう。
【００４６】
次に、図１（Ｃ）に示すように、残留酸が失活して無くなったアンカーコート層２ａ上にフォトレジスト３を形成する。この状態でブランク盤が完成する。更に、図１（Ｄ）に示すように、記録すべき信号によって変調されたレーザビーム４４を記録レンズで絞り、フォトレジスト３を選択的に露光する。
【００４７】
また、図１（Ｅ）は、ポストエクスポージャーベークによる加熱と現像処理後にアンカーコート層２ａの上にレジスト突起５が形成される状態を示し、この後、アンカーコート層２ａとレジスト突起５を架橋してスタンパーを完成させる。このレジスト突起５は、アンカーコート層２ａの中に残留酸（Ｈ^＋）が無いので、レーザビーム４４の照射部分に対応した形状が形成される。このとき、レジスト突起５の側壁角度θ_１は、従来の技術で説明した図３（Ｄ）のθ_２より大きく、裾野のないクリアな形状となり、所望の形状を得ることができた。
【００４８】
ここで、本実施形態と従来の技術との効果を比較する。
【００４９】
▲１▼ＨＭＤＳに曝した基盤と▲２▼曝さなかった基盤を共に４０℃の恒温槽に入れ、５日後に露光を施し、レジスト突起を形成させてその形状を測定した。その結果、▲１▼ＨＭＤＳに曝したものは、側壁角度が５１°であったが、▲２▼曝さなったものは、４６°であった。また、ＨＭＤＳに曝さなかったものは、８日間でレジスト突起の幅が５０ｎｍ以上増加したが、ＨＭＤＳに曝したものはほとんど変化がなく、その後２０日まで環境試験を行った結果においても大きな変化は確認できなかった。
【００５０】
（第２の実施形態）
図２は、アンカーコート層２に残留する酸（Ｈ^＋）を失活させる他の方法を示す。図２において、１は第１の実施形態と同様な基盤、２は基盤１上に形成されたアンカーコート層である。このアンカーコート層２は、紫外線照射とそれに続くベーキングで半架橋状態になっている。そして、アンカーコート層２の内部には、架橋の際の触媒となった酸（Ｈ^＋）が残留している。６は基盤１を載置して回転駆動系（図示しない）で回転する回転テーブルである。７はＨＭＤＳの蒸気８を噴出するノズルである。９はチャンバー、１０は排気ダクトである。
【００５１】
具体的な動作工程は、ノズル７よりＨＭＤＳの蒸気を出しながら半径方向に移動し、回転駆動系によって回転するアンカーコート層２上にＨＭＤＳの蒸気８が満たされる。このように、装置構成によって、アンカーコート層２に残留する酸（Ｈ^＋）を失活させることが可能となる。
【００５２】
上記工程の作用時間は、第１の実施形態と同様で１〜５分の間であり、発明者はその効果も確認した。また、ＨＭＤＳの吹き付けを終了してから回転テーブル６の回転数を高め、チャンバー９の排気ダクト１０からチャンバー１内に残留したＨＭＤＳの蒸気を排気する場合、排気時間を約５分で行った結果、アンカーコート層２の表面からＨＭＤＳの雰囲気を除去できたことを確認した。
【００５３】
なお、第１及び第２の実施形態では、特に、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）を例に挙げ説明を進めてきたが、トリエチルアミン、トリプロピュルアミンで実験した結果においても、ＨＭＤＳを同様の効果があることを確認した。
【００５４】
【発明の効果】
本発明のスタンパー用ブランク盤の製造方法によれば、レジスト突起の形状が露光時のレーザビームスポットに沿った寸法で形成され、側壁角度の大きな値を得ることが可能となる。また、露光時期がばらついたとしても、レジスト突起の形状はほとんど変化することがない。その結果、スタンパーの特性を安定なものにすることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスタンパー用ブランク盤の製造工程を説明する図
【図２】本発明の第２の実施形態に係るスタンパー用ブランク盤の製造工程を説明する図
【図３】従来の技術におけるダイレクトスタンパー工法の工程図
【図４】従来の技術におけるベースとなるダイレクトスタンパー工法を示す工程図
【図５】従来の技術におけるスタンパーの作製工法を示す模式図
【符号の説明】
１　基盤
２　アンカーコート層
３　フォトレジスト
４　ＨＭＤＳの蒸気
５　レジスト突起

Claims

架橋性物質層及びフォトレジスト層が順次形成されたブランク盤の前記フォトレジスト層に、レーザビームを照射することで露光した後、前記フォトレジスト層を現像すると共に前記フォトレジスト層の未露光部を除去し、前記フォトレジスト層を突起形状に形成した後、前記突起と架橋性物質層とを架橋反応させることでスタンパーを作製する工法に用いるブランク盤を製造する方法であって、前記架橋性物質層を形成し架橋反応を起こさせた後、前記架橋性物質層を塩基性ガスの雰囲気に曝すことを特徴とするスタンパー用ブランク盤の製造方法。
前記架橋性物質層の架橋反応が、前記架橋性物質層に紫外線を照射し、その後、前記架橋性物質層を加熱することであることを特徴とする請求項１に記載のスタンパー用ブランク盤の製造方法。
前記架橋性物質層を塩基性ガスの雰囲気に曝す時間が、１〜５分であることを特徴とする請求項１または２記載のスタンパー用ブランク盤の製造方法。
架橋性物質層が形成された基盤を回転させながら、前記架橋性物質層に塩基性ガスの蒸気を吹き付けることを特徴とする請求項１または２記載のスタンパー用ブランク盤の製造方法。
塩基性ガスが、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ），トリエチルアミン，トリプロピュルアミンの何れかであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のスタンパー用ブランク盤の製造方法。