JP2006312127A - 樹脂膜形成方法及び光メモリの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂膜の表面を乱れなく平坦にすることが可能な樹脂膜形成方法、及び光メモリの製造方法を提供する。
【解決手段】 ガラス基板２１上にフイルム１５ａを接着させた後、コア層用の塗布ヘッド４２ａをガラス基板２１の中央に移動させる。塗布ステージ４１を回転させた状態で、塗布ヘッド４２ａによって、フイルム１５ａ上にコア材を滴下して塗布膜１３ａを形成する。その後、ガラス基板２１を塗布ステージ４１上に固定したままの状態で、紫外線照射装置４３によって、塗布膜１３ａに紫外線を照射する。この時、紫外線照射装置４３に対して、塗布ステージ４１を左右に往復移動させながら紫外線を照射する。これにより、塗布膜１３ａに対して均一に紫外線が照射されて、塗布膜１３が硬化してコア層１３が形成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、紫外線硬化樹脂を用いて樹脂膜を形成する樹脂膜形成方法、及び光メモリの製造方法に関する。

近年、樹脂製のコア層と、このコア層の上下に積層された樹脂製のクラッド層とからなり、コア層とクラッド層との一方の界面に再生像を得るための情報を含む情報用凹凸部を形成したスラブ型の光導波路を、１個又は複数個積層させた光メモリ（情報記録媒体）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような光メモリは、例えば、図６に示すように、コア層１０１とクラッド層１０２とが交互に積層されており、光メモリに記録された情報を読み出す際には、光メモリ１００の側部に形成された光導入面１０３に対して、シリンドリカルレンズ１０４によって縦幅約５μｍに絞った光（例えばレーザ光）を入射させ、所望のコア層１０１に光を導入する。コア層１０１に導入された光は、コア層１０１とクラッド層１０２との界面に形成された情報用凹凸部で散乱しながら伝播する。この時、情報用凹凸部で回折された回折光（再生光）は、導波面に対して直交方向（上下方向）に伝播し、光メモリ１００内の積層体の上部を透過し、最終的に、同位相の回折光は干渉し合い、イメージセンサ１０５の表面に再生像を形成する。

この再生像は、イメージセンサ１０５によって受光された後、再生像が画像補正されて、デジタル信号化される。これにより、凹凸パターンによって光メモリ１００に記録された元の情報が復元される。
特開２００２−１２０２８６号公報

また、上記特許文献に記載されている光メモリでは、紫外線硬化樹脂によってコア層及びクラッド層を形成している。このため、塗布装置のステージ上に基板を固定して、紫外線硬化樹脂を塗布して塗布膜を形成した後、紫外線を照射する時に、ステージ上から基板を移動させて照射するため、移動時に塗布膜が乱れる。このため、樹脂膜の表面を平坦に保つことが難しいという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、樹脂膜の表面を乱れなく平坦にすることが可能な樹脂膜形成方法、及び光メモリの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の樹脂膜形成方法は、基板上に紫外線硬化樹脂を塗布し、塗布膜に紫外線を照射して硬化させることにより、樹脂膜を形成する樹脂膜形成方法であり、塗布装置のステージ上に前記基板を固定して、前記紫外線硬化樹脂を塗布した後、前記基板を前記ステージ上に固定したままの状態で、前記塗布膜に紫外線を照射して前記樹脂膜を形成することを特徴とするものである。

また、前記塗布膜に紫外線を照射する時に、紫外線照射装置に対して前記ステージを相対的に移動させながら、紫外線を照射することが好ましい。さらに、前記塗布膜に紫外線を照射する時に、酸素を遮断して行うことが好ましい。

また、前記塗布装置は、スリットコータまたはスピンコータであることが好ましい。さらに、前記塗布装置は、種類の異なる紫外線硬化樹脂を塗布する塗布ヘッドを複数備え、前記塗布膜を形成する時に、これらのヘッドを切り替えることにより、複数種類の塗布膜を積層することが好ましい。

本発明の光メモリの製造方法は、樹脂製のコア層と、前記コア層の上下に積層された樹脂製のクラッド層とからなり、前記コア層と前記クラッド層との界面に情報再生用の凹凸部が形成されたスラブ型の光導波路を１個または複数個積層させた光メモリの製造方法であり、前述の樹脂膜形成方法を用いて、前記コア層または前記クラッド層を交互に積層することを特徴とするものである。

また、前記コア層または前記クラッド層を形成する時に、紫外線硬化樹脂によって形成された塗布膜の表面に、前記凹凸部に対応する凹凸パターンが形成されたスタンパをラミネートし、紫外線を照射して硬化させた後、前記スタンパを剥離することによって前記凹凸部を形成することが好ましい。

本発明の樹脂膜形成方法によれば、塗布装置のステージ上に基板を固定したままの状態で、紫外線を照射して塗布膜を硬化させるため、ステージから基板を移動させて紫外線を照射する場合と比べて塗布膜が乱れることがないので、樹脂膜の表面を平坦にすることができる。

さらに、紫外線照射装置に対してステージを相対的に移動させながら、塗布膜に紫外線を照射するので、紫外線を塗布膜に均一に照射することができる。また、紫外線を照射する時に、酸素を遮断して行うので塗布膜を確実に硬化させることができる。

さらに、塗布装置は、種類の異なる紫外線硬化樹脂を塗布する塗布ヘッドを複数備え、塗布膜を形成する時に、これらの塗布ヘッドを切り替えて塗布することにより、基板をステージから移動させずに、複数種類の塗布膜の積層を迅速に行うことができる。

また、本発明の光メモリの製造方法によれば、塗布装置のステージ上に基板を固定したままの状態で、紫外線を照射して塗布膜を硬化させるため、ステージから基板を移動させて紫外線を照射する場合と比べて、塗布膜が乱れることがないので、コア層及びクラッド層の表面を平坦にすることができる。また、コア層及びクラッド層を平坦にすることができるため、光メモリに記録された情報を再生する時に、エラーの発生を低減することができる。

図１に示す積層導波路型の光メモリ（以下、光メモリと称する）１０は、２つのユニット１１が接着層１２を介して上下に貼り合わされた構成となっている。ユニット１１は、コア層１３とクラッド層１４とがフイルム１５ａ上に交互に積層されており、最上層には、フイルム１５ｂが貼着されている。

コア層１３及びクラッド層１４は、紫外線硬化樹脂で形成されており、この紫外線硬化樹脂としては、アクリル系、エポキシ系などの樹脂が適当である。コア層１３の厚さは、１．０〜１．６μｍ程度が適当であり、例えば、１．４μｍにされている。また、クラッド層１４の厚さは、７〜９μｍ程度が適当であり、例えば、８μｍにされている。なお、コア層１３の屈折率は１．５２、クラッド層１４の屈折率は１．５１にされている。

また、コア層１３とクラッド層１４との一方の界面には、情報再生用の凹凸部である情報用凹凸部１６が形成されている。この情報用凹凸部１６は、光メモリ１０に記録すべき情報を２次元符号化し、その符号化された情報を元に計算機によって合成されたパターン（計算機ホログラムと称される）が転写されたものである。

さらに、コア層１３は、前述したように、上下に積層されたクラッド層１４よりも屈折率が高くされており、１つのコア層１３と、その上下に積層された２つのクラッド層１４とにより、１つの情報再生用の光導波路１７が構成される。ただし、ユニット１１の最下層のコア層１３ａには、情報用凹凸部１６が形成されていないので、情報再生用の光導波路としては機能しない。一方、各ユニット１１の最上層に形成されたコア層１３ｂの上にはクラッド層１４が形成されていないが、その上に形成されたフイルム１５ｂがクラッド層１４と略同一の屈折率（１．５１）で形成されているため、最上層のコア層１３ｂは情報再生用の光導波路として機能する。

また、ユニット１１は、光導波路１７が一定数積層された積層体の上下をフイルム１５ａ，１５ｂで支持して構成されているが、これは、紫外線硬化樹脂であるコア層１３及びクラッド層１４がもろいため、比較的高剛性のフイルム１５ａ，１５ｂによって保持するためである。また、これらのフイルム１５ａ，１５ｂによって、光メモリ１０に発生するカール（反り）を防止することができる。

このフイルム１５ａ，１５ｂは樹脂フイルムであり、ＪＳＲ社製のアートン（登録商標）等の非晶質ポリオレフィン、ポリカーボネート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）などによって形成されている。また、前述したように、フイルム１５ａ，１５ｂの屈折率は、クラッド層１４と略同一であり、その厚さは１００〜２００μｍ程度にされている。

また、各ユニット１１を接着する接着層１２としては、コア層１３やクラッド層１４に使用する紫外線硬化樹脂が用いられる。また、接着層１２の屈折率が、フイルム１５ａ，１５ｂの屈折率と大きく異なると、接着層１２とフイルム１５ａ，１５ｂとの界面で再生光の再生角や、回折効率が変化するため、光量やＳ／Ｎ比が低下してしまう。このため、接着層１２とフイルム１５ａ，１５ｂとの屈折率は略等しくされている。なお、接着層１２としては、紫外線硬化樹脂材などの光硬化型のものには限られず、熱硬化型、熱可塑性型等の各種の接着材を用いることが可能であり、材質としては、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系、オレフィン系などが挙げられる。

各ユニット１１の端部に形成された光導入面１８からコア層１３に導入されると、導入光は、クラッド層１４との界面で反射されながらコア層１３を伝播するとともに、一部が情報用凹凸部１６によって散乱される。また、光メモリ１０を構成するコア層１３、クラッド層１４、フイルム１５ａ，１５ｂ、及び接着層１２は、情報用凹凸部１６で散乱された散乱光（再生光）の波長に対して透明である。

このため、各光導波路１７から上下に放出される再生光は、光メモリ１０内の各層を透過し、光メモリ１０の上面及び下面から外部へ放出される。なお、光導波路１７から上下に放出された再生光（回折光）は、別の光導波路１７を横切ることになるが、コア層１３とクラッド層１４との屈折率の差、及び情報用凹凸部１６の厚みが極めて小さいので、この再生光が別の光導波路１７に形成された情報用凹凸部１６で再度回折されることは殆どなく、外部に結像される再生像に対する影響は無視できる。

以下に、上記構成の光メモリ１０の製造方法について説明する。光メモリ１０は、前処理工程と、積層工程と、後処理工程との３つの工程で製造される。

前処理工程では、最初に、基板としてガラス基板２１を用意する。このガラス基板２１は、厚さが約０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度、好ましくは約１ｍｍ程度のものを用い、その上面及び下面は凹凸がなく平坦である。なお、基板としては、ガラス基板に限らず、例えば、シリコンウェハや、金属板や、厚みのあるポリカーボネート等の基板を用いても良い。

このガラス基板２１は、スピンコータ３０に搬送される。図２（Ａ）に示すスピンコータ３０は、円盤状の塗布ステージ３１と、塗布液を滴下する塗布ヘッド３２とを備えている。塗布ステージ３１の下面の中央には、回転軸３１ａが設けられており、この回転軸３１ａを中心として回転される。ガラス基板２１は、塗布ステージ３１上に真空吸着等によって固定され、この塗布ステージ３１が回転された状態で、塗布ヘッド３２によって、塗布液である紫外線硬化樹脂（硬化後の屈折率１．５１）がガラス基板２１上に滴下される。これにより、図２（Ａ）に示すように、接着層１２ａがガラス基板２１上に形成される。なお、この接着層１２ａの厚さは、３μｍ程度にされる。

その後、塗布ヘッド３２がガラス基板２１から退避し、図２（Ｂ）に示すように、ガラス基板２１を塗布ステージ３１上に固定した状態で、接着層１２ａ上にフイルム１５ａがラミネートされる。この時、接着層１２ａとフイルム１５ａとの間に気泡が入らないように、ローラ３３によって一定の圧力でフイルム１５ａを加圧しながら接着層１２ａ上にフイルム１５ａをラミネートする。

フイルム１５ａを接着層１２ａ上にラミネートした後、図２（Ｃ）に示すように、ガラス基板２１を塗布ステージ３１上に固定したままの状態で、紫外線照射装置３４がガラス基板２１上に移動して、この紫外線照射装置３４によって、フイルム１５ａに向けて紫外線を照射する。この時、紫外線照射装置３４に対して、塗布ステージ３１を左右方向に往復移動させながら行う。これにより、紫外線がフイルム１５ａに向けて均一に照射される。この紫外線照射装置３４としては、例えば、紫外線ランプを用いる。また、紫外線を照射する時には、窒素パージ等によって、酸素を遮断して行う。なお、接着層１２ａは、フイルム１５ａによって覆われているので、酸素を遮断せずに紫外線照射しても良い。

このフイルム１５ａは、紫外線に対して透過性を有しており、フイルム１５ａを透過した紫外線が接着層１２ａに照射されて硬化する。このため、フイルム１５ａが、接着層１２ａによってガラス基板２１上に接着される。

次に、積層工程について説明する。この積層工程では、ガラス基板２１がスピンコータ４０に搬送される。図３（Ａ）に示すように、このスピンコータ４０は、塗布ステージ４１と、２個の塗布ヘッド４２ａ，４２ｂとを備えている。塗布ステージ４１の下面の中央には、回転軸４１ａが設けられており、この回転軸４１ａを中心として回転される。

ガラス基板２１は、塗布ステージ４１上に固定され、２個の塗布ヘッド４２ａ，４２ｂのうち４２ａが塗布ステージ４１の中央に移動される。この塗布ヘッド４２ａは、硬化後の屈折率が１．５２の紫外線硬化樹脂であるコア材（液体コア樹脂）を滴下するコア層用の塗布ヘッドである。

ガラス基板２１は、塗布ステージ４１上に固定され、塗布ステージ４１が回転された状態で、塗布ヘッド４２ａによって、塗布液であるコア材がフイルム１５ａ上に滴下される。これにより、図３（Ａ）に示すように、塗布膜（コア層）１３ａが形成される。この塗布膜１３ａの厚さは、１．４μｍ程度にされる。

この塗布膜１３ａには、図３（Ｂ）に示すように、紫外線照射装置４３によって、紫外線が照射されて塗布膜が硬化してコア層１３ａが形成される。この時、ガラス基板２１が塗布ステージ４１上に固定されたままの状態で、紫外線照射照射装置４３に対して塗布ステージ４１を左右方向に往復移動させながら、紫外線の照射を行う。これにより、紫外線が塗布膜１３ａに対して均一に照射される。なお、この場合、紫外線を照射する時に、塗布膜１３ａをケーシングで囲い、その中を窒素パージ等によって酸素を遮断して、塗布膜１３ａに紫外線を照射する。

その後、ガラス基板２１が塗布ステージ４１上に固定されたままの状態で、塗布ヘッド４２ａがガラス基板２１から退避し、塗布ヘッド４２ｂがガラス基板２１の中央に移動する。この塗布ヘッド４２ｂは、硬化後の屈折率が１．５１の紫外線硬化樹脂であるクラッド材（液体クラッド樹脂）を滴下するクラッド層用の塗布ヘッドである。この塗布ヘッド４２ｂは、塗布ステージ４１が回転された状態で、塗布液であるクラッド材をコア層１３ａ上に滴下する。これにより、図３（Ｃ）に示すように、塗布膜（クラッド層）１４が形成される。この塗布膜１４の厚さは、８μｍ程度にされる。

その後、図４（Ａ）に示すように、ガラス基板２１が塗布ステージ４１上に固定されたままの状態で、ローラ４５によって一定の圧力でスタンパ４６を加圧しながら、スタンパ４６を塗布膜１４上にラミネートする。

このスタンパ４６は、紫外線に対して透過性を有し、かつ可撓性を有するフイルム状の樹脂材で形成されており、表面には、クラッド層１４の表面に形成する情報用凹凸部１６に対応する凹凸パターン４６ａが形成されている。また、この凹凸パターン４６ａの高さは、０．１μｍ程度にされている。なお、このスタンパ４６を塗布膜１４上にラミネートする際は、凹凸パターン４６ａが形成された表面が塗布膜１４の上面に対面するようにラミネートする。

その後、図４（Ｂ）に示すように、ガラス基板２１が塗布ステージ４１に固定され、塗布膜１４上にスタンパ４６がラミネートされたままの状態で、紫外線照射装置４３によって、スタンパ４６の裏面側から紫外線が照射される。この時、紫外線照射装置４３に対して、塗布ステージ４１を左右方向に往復移動させながら、紫外線をスタンパ４６に向けて照射する。これにより、紫外線が塗布膜１４に対して均一に照射され、スタンパ４６を透過した紫外線が塗布膜１４に照射されて硬化する。なお、この場合、スタンパ４６によって塗布膜１４が覆われており、酸素の影響を受けないので、紫外線を照射する時に窒素パージ等によって酸素を遮断しなくても良い。

塗布膜１４が硬化された後、スタンパ４６が塗布膜１４から剥離されて、図４（Ｃ）に示すように、クラッド層１４が形成される。このクラッド層１４の表面には、スタンパ４６の表面に形成された凹凸パターン４６ａが転写されて情報用凹凸部１６が形成される。この凹凸部の高さは、０．１μｍ程度で形成される。

このように、フイルム１５ａ上に、コア層１３とクラッド層１４とが積層される。その後、前述と同様に、コア層１３とクラッド層１４とが繰り返し積層されて、図５（Ａ）に示すように、光導波路１７が積層される。

次に、後処理工程について説明する。後処理工程では、最初に、図５（Ａ）に示す最上層のクラッド層１４上に、前述の積層工程の場合と同様に、コア材を塗布して塗布膜１３ｂを形成する。この塗布膜１３ｂ上には、前述のフイルム１５ａと同様のフイルム１５ｂがラミネートされる。このフイルム１５ｂには、紫外線が照射されて、図５（Ｂ）に示すように、塗布膜１３ｂが硬化してコア層１３ｂが形成される。この時、積層工程と同様に、ガラス基板２１が塗布ステージ上に固定された状態で紫外線照射を行う。フイルム１５ｂは、コア層１３ｂによって接着される。

さらに、フイルム１５ｂ上には、硬化後の屈折率が１．５１である紫外線硬化樹脂が塗布されて接着層１２ｂが形成され、さらに、ガラス基板２１が塗布ステージ上に固定された状態で、接着層１２ｂに紫外線が照射されて硬化される。これにより、図５（Ｃ）に示すユニット１１が作製される。

その後、図５（Ｃ）に示すように、ユニット１１がガラス基板２１から剥離され、さらに、ユニット１１の両端部を切断して、切断面を研磨することによって光導入面１８を形成する。その後、２つのユニット１１を積重して、加圧及び加熱を施すことにより、接着層１２を介して互いのユニット１１が接着され、図１に示す光メモリ１０が完成する。

このように、スピンコータによって塗布膜を形成した後、ガラス基板を塗布ステージに固定したままの状態で紫外線を照射するので、硬化前の塗布膜が乱れることを防止できる。このため、樹脂膜（コア層１３及びクラッド層１４）の表面を平坦にすることができる。

なお、上記実施形態において、各ユニット１１が３層の光導波路１７で構成される場合を例に説明したが、光導波路１７の積層数は３層に限るものではなく、例えば、１層や２層でも良いし、４層以上でも良い。また、２個のユニット１１を積重して光メモリ１０を構成する場合を例に説明したが、１個のユニット１１で光メモリ１０を構成しても良いし、３個以上のユニット１１を積重して光メモリ１０を構成しても良い。

また、上記実施形態において、情報用凹凸部をクラッド層の表面に形成する場合を例に説明したが、コア層の表面に情報用凹凸部を形成しても良い。

さらに、上記実施形態において、スピンコータが２個の塗布ヘッドを備えている場合を例に説明したが、これに限るものではなく、塗布ヘッドを３個以上設けても良い。

また、上記実施形態において、塗布装置としてスピンコータを用いた場合を例に説明したが、これに限るものではなく、スリットコータを用いても良い。

さらに、上記実施形態において、塗布膜を硬化させる時に、紫外線照射装置に対して塗布ステージを左右に往復移動させる場合を例に説明したが、紫外線照射装置に対して塗布ステージを回転させても良いし、往復移動させながら回転させても良い。また、紫外線照射装置に対して塗布ステージを移動させる場合を例に説明したが、紫外線照射装置を移動させても良い。

さらに、上記実施形態において、本発明を光メモリの製造方法に適用した場合を例に説明したが、紫外線硬化樹脂を用いて樹脂膜を形成するものであれば、本発明を適用可能であり、例えば、電子ディスプレイ材料の製造方法に本発明を適用しても良い。

光メモリの構成を示す断面図である。 光メモリの製造方法（前処理工程）を示す断面図である。 光メモリの製造方法（積層工程）を示す断面図である。 光メモリの製造方法（積層工程）を示す断面図である。 光メモリの製造方法（後処理工程）を示す断面図である。 従来の光メモリとその動作原理を説明する斜視図である。

符号の説明

１０ 光メモリ
１３ コア層
１４ クラッド層
１６ 情報用凹凸部
１７ 光導波路
２１ ガラス基板
３０，４０ スピンコータ
３１，４１ 塗布ステージ
３２，４２ａ，４２ｂ 塗布ヘッド

Claims (7)

1. 基板上に紫外線硬化樹脂を塗布し、塗布膜に紫外線を照射して硬化させることにより、樹脂膜を形成する樹脂膜形成方法において、
   塗布装置のステージ上に前記基板を固定して、前記紫外線硬化樹脂を塗布した後、前記基板を前記ステージ上に固定したままの状態で、前記塗布膜に紫外線を照射して前記樹脂膜を形成することを特徴とする樹脂膜形成方法。
2. 前記塗布膜に紫外線を照射する時に、紫外線照射装置に対して前記ステージを相対的に移動させながら、紫外線を照射することを特徴とする請求項１記載の樹脂膜形成方法。
3. 前記塗布膜に紫外線を照射する時に、酸素を遮断して行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の樹脂膜形成方法。
4. 前記塗布装置は、スリットコータまたはスピンコータであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の樹脂膜形成方法。
5. 前記塗布装置は、種類の異なる紫外線硬化樹脂を塗布する塗布ヘッドを複数備え、前記塗布膜を形成する時に、これらのヘッドを切り替えることにより、複数種類の塗布膜を積層することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか記載の樹脂膜形成方法。
6. 樹脂製のコア層と、前記コア層の上下に積層された樹脂製のクラッド層とからなり、前記コア層と前記クラッド層との界面に情報再生用の凹凸部が形成されたスラブ型の光導波路を１個または複数個積層させた光メモリの製造方法において、
   請求項１ないし請求項５のいずれか記載の樹脂膜形成方法を用いて、前記コア層または前記クラッド層を交互に積層することを特徴とする光メモリの製造方法。
7. 前記コア層または前記クラッド層を形成する時に、紫外線硬化樹脂によって形成された塗布膜の表面に、前記凹凸部に対応する凹凸パターンが形成されたスタンパをラミネートし、紫外線を照射して硬化させた後、前記スタンパを剥離することによって前記凹凸部を形成することを特徴とする請求項６記載の光メモリの製造方法。
   

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