JP2007109336A - スタンパ、光情報記録媒体の製造方法、光情報記録媒体及びスタンパ表面処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光硬化性樹脂を用いたフォトポリマ法に使用する、微細化された転写パターンでも高耐久性かつ光透過性スタンパを提供する。
【解決手段】対象基板上に案内溝、及び／又は、ピット状の凹凸４の形状転写を行うのに使用するスタンパ３において、その材質が石英からなり、前記対象基板２３上の紫外線硬化樹脂２４にフォトポリマ法を用いて案内溝、及び／又は、ピット状の凹凸４を転写する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、スタンパ、光情報記録媒体の製造方法、及びこの方法を使用して製造される光情報記録媒体に関するものである。

従来、光ディスクにおいては、ディスク面に形成された渦巻状又は同心円状のトラック上に、２値のデジタルデータが、エンボス加工等による凹凸のピット（ＲＯＭディスク）、無機・有機記録膜への穴形成（追記型ディスク）、結晶状態の違い（相変化ディスク）などによって記録されている。
これらの２値のデジタル記録データを再生する際には、トラック上にレーザビームを照射して、その反射光の強度差等を検出し、再生信号を得る。そして得られた再生信号を、例えば、一定のしきい値で判断して、２値のデジタル記録データを検出している。
ＲＯＭディスクは、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のように、原盤に形成された凹凸のピットを、成形板に転写することにより、安価に大量に作成でき、配布用として使用される。
追記型ディスク、相変化ディスク等は、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等のように、媒体上にはトラッキングのための案内溝等がＲＯＭディスクと同様な方法で形成された原盤から案内溝等を成形板に転写し、この上に無機、有機記録膜等の記録材料を付与し作成され、記録再生装置（ＣＤ−Ｒドライブ等）を用いてユーザにより情報が記録される。
このような情報記録媒体の容量を増加させる方法としては、案内溝やピットを微細化する方法がある。現在、レーザ光波長λ４０５ｎｍと集光レンズＮＡ０．８５の光学系を用いた記録装置が実用化されている。
ブルーレイ（Ｂｌｕｅ−ｌａｙ）ディスク（以下、ＢＤ）規格では、対物レンズを用いた記録再生装置を用いて、１．１ｍｍの支持基板に０．１ｍｍの光透過層を形成した記録媒体を用いて１２０ｍｍディスクに２５ＧＢの記録容量を達成している。
さらに記録容量を増加させる方法としては、半透明の情報層を積層して記録容量を情報層数の倍率に増加させる方法がある。前記ＢＤ規格では、記録層数を２層にして１２０ｍｍディスクで５０ＧＢの記録容量を可能とした記録媒体が製品化されている。
記録層数が２層の場合、中間層を介して形成する第２の記録層に案内溝を形成する方法として、光硬化性樹脂を用いたフォトポリマ法が採用されている。この場合、反射層を有する基板側から光照射することができないため、スタンパ側から光照射する必要がある。
スタンパは光透過性であることが必要であり、射出成形法により溝、及び／又は、ピット状凹凸を形成するか又はポリカーボネイト基板に離型処理を施してスタンパとして使用している。ポリカーボネイト基板は光照射により劣化するため、スタンパは使い捨てである。
上述した、ＢＤ規格の情報記録媒体製造及び光硬化性樹脂を用いたフォトポリマ法については、従来技術において具体的な構成として知られている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

特許文献１では、射出成形により第１の基板上に凹凸上のピットが形成され、さらにこの凹凸ピット上に反射層、厚さ０．１ｍｍの透明層が順次積層され、この透明膜側からレーザ光を照射して用いる１層の情報層を有した光ディスクと、第１の基板の第１凹凸状ピット上に反射層を形成する一方、光透過性の第２の基板の第２凹凸状ピット上に半透過膜を形成し、前記反射層と前記半透過膜とを光硬化性樹脂を介して対向配置させ、前記第１の基板と前記第２の基板を接着した後、第２の基板側から紫外線を照射してこれらの基板を貼り合わせてなる２層の情報層を有する光ディスクの製造方法が開示されている。
特許文献２では、第１の記録層が形成された第１の基板と、剥離層を介して第２の記録層が形成されている第２の基板とを貼り合わせる工程、第２の基板を剥離する工程、第２の記録層上の薄い光透過層を形成する工程を順次行う製造方法が開示されている。
また、フォトポリマ法について、特許文献３では、溝形成する基板側に密着性が良好な光硬化性樹脂を使用し、スタンパ側に剥離性が良好な光硬化性樹脂を使用することにより、基板と密着し、スタンパとは剥離するようにしている技術が開示されている。
特開平０９−０６３１２０号公報 特開２００４−２４７０２０公報 特開昭６２−３６７５６号公報

しかしながら、特許文献１の製造方法で２層記録層媒体を製造する場合は、０．１ｍｍの薄い基板に記録層形成工程の熱履歴が加わるため変形や光学特性の変化などの問題がある。
また、特許文献２の方法では、剥離工程で記録層に応力が加わり、案内溝形状が変形することによる記録特性劣化が起こったり、剥離した後の基板を廃棄する必要が有り、大量の廃棄物が問題となる。さらに、特許文献３では、フォトポリマ法の基本的な課題である基板への密着性とスタンパからの離型性の解決策が示されているが、転写パターンの微細化に伴い離型性が悪化する問題には言及していない。
そこで、本発明の第１の目的は、上述した実情を考慮して、光硬化性樹脂を用いたフォトポリマ法に使用する、微細化された転写パターンでも高耐久性かつ光透過性スタンパを提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、微細溝形成においても樹脂がスタンパから良好に剥離し、製造歩留まりを向上させ、さらに、２層以上の記録層を有する光情報記録媒体の信号ノイズを低減する光情報記録媒体の製造方法及びこの方法により製造される光情報記録媒体を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、対象基板上に案内溝、及び／又は、ピット状の凹凸の形状転写を行うのに使用するスタンパにおいて、その材質が石英からなり、前記対象基板上の紫外線硬化樹脂にフォトポリマ法を用いて案内溝、及び／又は、ピット状の凹凸を転写するスタンパを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記石英材質の表面にＴｉＮｘ膜もしくはＴｉＮｘＯｙ膜を有する請求項１記載のスタンパを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記石英材質の表面の案内溝、及び／又は、ピット状凹凸が、角を有していないラウンド形状である請求項１又は２記載のスタンパを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、スタンパを用いて対象基板上に案内溝、及び／又は、ピット状の凹凸を転写する光情報記録媒体の製造方法において、石英材料から作成される前記スタンパ上の案内溝、及び／又は、ピット状の凹凸をフォトポリマ法により前記対象基板上の紫外線硬化樹脂上に転写する光情報記録媒体の製造方法を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記石英スタンパ表面にＴｉＮｘ膜もしくはＴｉＮｘＯｙ膜を有する請求項４記載の光情報記録媒体の製造方法を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、前記石英スタンパ表面の案内溝、及び／又は、ピット状凹凸は、角を有していないラウンド形状である請求項４又は５記載の光情報記録媒体の製造方法を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項４乃至６のいずれか１項記載の光情報記録媒体の製造方法を使用して製造する光情報記録媒体を特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、２層以上である多層の記録層を有し、かつ案内溝、及び／又は、ピット状凹凸が角を有していないラウンド形状である請求項７記載の光情報記録媒体を特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、対象基板上に案内溝、及び／又は、ピット状の凹凸の形状転写を行うのに使用するスタンパの表面処理を行うスタンパ表面処理において、処理すべきスタンパを真空室内に配置し、この真空室内に反応性気体とマイクロ波を導入するスタンパ表面処理装置を特徴とする。

本発明によれば、紫外線硬化樹脂を用いてフォトポリマ法により基板上に案内溝、及び／又は、ピット状の凹凸を形成するのに使用するスタンパを、石英材質から作成したことによって、光透過性と高耐久性とを兼ね備えている。
また、本発明によれば、石英材質から作成される前記スタンパ上の案内溝、及び／又は、ピット状の凹凸をフォトポリマ法により前記対象基板上の紫外線硬化樹脂上に転写するので、優れた耐久性の石英スタンパの使用により、製造コストの低減及び廃棄物を削減することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１はスタンパの製造に使用する石英基板を示す概略図である。図２は図１の石英基板上に形成したフォトレジストを示す概略図である。図３は露光によるフォトレジストへの潜像形成を示す概略図である。図４はフォトレジストをマスクとして行う石英基板のパターニングを示す概略図である。
まず、図１には、研磨により表面平坦化されかつ洗浄された石英基板１を示している。洗浄方法としては、例えば、ＵＶ／Ｏ３と呼ばれる紫外線オゾン処理装置で表面処理した後、高圧純水シャワーによって不純物を洗浄除去する。
その後、高速回転振り切り及びＮ２ブローによって乾燥させるか、又はイソプロピルアルコールなどの溶剤で表面を洗浄（有機物の除去）した後、純水で洗浄する等がある。有機物の除去性に優れている点、薬品を使わない等環境への影響、コスト、作業性の点で、ＵＶ／Ｏ３処理が最も優れた方式である。
石英基板１の厚さが薄過ぎると強度の問題が有り、一方、厚過ぎると重くなって作業性に支障を来すので、０．５ｍｍ〜１０ｍｍの間が望ましい。

次に、フォトリソグラフィ法によりパターンを形成する。石英基板１上にフォトレジスト２をスピンコートし、加熱乾燥及び冷却することによって、フォトレジスト層を形成する（図２）。
この際、一般的に行われているのは、石英基板（ガラス板）１上へシランカップリング剤やチタンカップリング剤などの密着増強剤を塗布することであり、これにより、フォトレジスト２の石英基板１に対する密着性を向上させることができる。
フォトレジスト２の加熱条件は、オーブンで９０℃〜１２０℃、３０分〜１時間である。フォトレジスト２の材料としては、高密度記録が必要な場合には、短波長紫外線露光用の高解像度タイプが適している。フォトレジスト２の層膜厚は、次工程のドライエッチングプロセス時の選択比と要求されるパターンの深さとにより調整する。
露光ビームを用いた露光によりフォトレジスト２に潜像を形成する（図３）。露光波長が短い程微細パターンの潜像を形成することができる。ＤＶＤ用の記録媒体（メディア）の場合は溝ピッチが０．７４μｍ程度であり、青色領域の波長にて露光を行う。
ＢＤ用の記録媒体の場合は溝ピッチが０．３２μｍであり、ＤｅｅｐＵＶ光領域の露光波長にて行う。露光光量の調整で、フォトレジスト層に形成される溝幅を制御できる。光ディスク用の露光装置は後述する。
現像により、レジストパターンを形成する。露光されたフォトレジスト２を有する石英基板１をアルカリ性の現像液で現像し、純水で洗浄しかつ高速回転で振り切り乾燥を行う。現像処理によってフォトレジスト２の露光された部分（潜像が形成された部分）が除去され、パターンが形成される（図４）。

図５はフォトレジストをマスクとして行う石英基板のパターニング方法を示す概略図である。図６はアッシングによるレジストマスク除去を示す概略図である。図７は石英基板パターンのラウンド形状部分を示す概略図である。
図５では、フォトレジスト２をマスクとしてプラズマエッチングにより石英基板１のパターニングを行う。パターニング方法としては、石英基板１を、これと対向する電極を有する図示してない真空室にＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆等のフッ素系ガスとＯ₂、Ａｒガスを導入して放電させることにより石英基板１をエッチングする反応性イオンエッチング法により行う。
所望の深さをエッチングした後、Ｏ₂ガスのみの放電による、所謂アッシングによってフォトレジストマスクを除去する（図６)。レジストアッシング後、表面にパターン４を有する石英スタンパ３となる。
得られた石英スタンパ３のパターン４表面をＴｉＮｘ薄膜で被覆するとパターン形状の強度を増すことができる。また、光触媒効果を有するＴｉＮｘＯｙで被覆することにより強度を増すと同時に防汚染の効果をも得ることができる。
また、図６のレジストアッシング処理後の石英スタンパ３のパターン４表面を、ＣＦ₄ラジカルや、Ｃ₂Ｆ₆ラジカル等のフッ素系ガスのラジカルに曝すことにより、石英が等方的にエッチングされるため石英スタンパ３のパターン（案内溝、及び／又は、ピット状凹凸）４の角が取れたラウンド形状部分４ａとなる（図７）。
石英スタンパ３表面の案内溝、及び／又は、ピット状凹凸４は、縁部をラウンド形状部分４ａとすることにより、パターン（案内溝、及び／又は、ピット状凹凸）４が微細化した場合においても２Ｐ樹脂（フォトポリマ樹脂）の剥離不良が生じにくい。また、ラジカルによる等方的エッチングはパターン平坦化効果をも有するため、転写パターンの信号ノイズ低減の効果も併せて有する。
ここで、ＣＦ₄ラジカル等は、真空装置においてマイクロ波を導入することにより生成することができる。石英パターン形成のためのドライエッチングと、ラウンド形状加工を行うためのスタンパ表面処理装置は後述する。

図８は石英基板用の露光系を示す概略図である。この光学系はレーザ光源５、スタビライザ６、変調器７、偏向器８、ミラー９、対物レンズ１０、ターンテーブル１１に載せられた原盤（石英基板）１２、ターンテーブル１１を回転させる回転モータ１３、及びこの回転モータ１３を載置しているスライダ１４から構成されている。この光学系によって、上述した露光光量の調整で、フォトレジスト層に形成される溝幅を制御できる。
図９は石英パターン形成のためのドライエッチングと、ラウンド形状加工を行うためのスタンパ表面処理装置を示す概略図である。このスタンパ表面処理装置では、上述したように、被処理石英スタンパ３を配置した真空装置（真空室）１５にマイクロ波発生装置１６からマイクロ波を導入することによりＣＦ₄ラジカルを生成することができる。
図９において、スタンパ表面処理装置は、さらに、導波管１７、基体流量コントロール装置１８、電圧印加装置１９、気圧測定装置２０、バルブ開閉度制御装置２１、及び真空ポンプ２２を含んでいる。かかる構成によってＣＦ₄ラジカルを生成し、ラジカルによる等方的エッチングを行うことができる。

図１０はフォトポリマ法でのパターン転写による情報記録媒体作成の第１の段階を示す概略図である。図１１はフォトポリマ法でのパターン転写による情報記録媒体作成の第２の段階を示す概略図である。図１２はフォトポリマ法でのパターン転写による情報記録媒体作成の第３の段階を示す概略図である。
図１４はフォトポリマ法でのパターン転写による情報記録媒体作成の第４の段階を示す概略図である。図１５はフォトポリマ法でのパターン転写による情報記録媒体作成の第５の段階を示す概略図である。
図１０乃至図１５を参照して、フォトポリマ法でのパターン転写による情報記録媒体の作成を説明する。図１０及び図１１において、樹脂材料であるポリカーボネイト基板２３上に紫外線硬化樹脂２４を塗布した後、紫外線硬化樹脂２４面と石英スタンパ３の情報面とを対向させて載置する。
この時、ポリカーボネイト基板２３側に記録層を有する場合は、多層記録の記録媒体となる。その後、石英スタンパ３側から紫外線を照射（図１２）して紫外線硬化樹脂２４にスタンパ３のパターン（案内溝、及び／又は、ピット状凹凸）４形状を転写する。図中、符号４ａはパターン４の角が取れたランウド形状部分を示している。
この場合に、上述した、材質が石英であるスタンパを用いてスタンパ３のパターン（案内溝、及び／又は、ピット状凹凸）４の形状を転写するので、スタンパ３の耐久性が優れているため、製造コストの低減及び廃棄物削減の効果がある。

紫外線硬化樹脂２４の塗布方法としては、スピンコート法、スプレー法、スクリーン印刷法等がある。多層記録の場合、紫外線硬化樹脂２４の厚さが厚過ぎると記録層間で球面収差が発生するため望ましく、また、薄過ぎると記録層間のクロストークが起こるため望ましくない。
そのため多層記録媒体の場合の紫外線硬化性樹脂２４の厚さは１０μｍ〜６０μｍの範囲が適している。紫外線硬化樹脂２４は、プレポリマ、単官能アクリレートモノマ、多官能アクリレートモノマのアクリル系樹脂と光重合開始剤からなるものを用いる。ＢＤ規格の２層記録媒体の場合は、ポリカーボネイト基板２３の厚さ１．１ｍｍ、紫外線硬化樹脂２４層の厚さ１５μｍで行う。
石英スタンパ３を剥離（図１３）した後、図１４で反射層２５を形成する。反射層２５の材料としては、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｉや、それらを主成分とした合金が用いられる。反射層２５の膜厚は、２００ｎｍ以下程度が良い。２００ｎｍを超えて厚くなると、反射層形成時の熱ストレスや、薄膜応力が大きいことからポリカーボネイト基板変形の原因となり望ましくない。
２層以上の記録層の場合、反射層２５は半透明とする。その場合、例えば、Ａｇを反射層とする場合、膜厚を１０ｎｍ以下とすることで５０％以上の透過率を得ることができる。また、反射層２５には腐食性の改善などを目的に、不純物を添加する場合もある。
例えば、Ａｇの場合、添加される不純物の元素としては、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｂｉ、その他遷移金属元素、希土類元素等が適している。これらの不純物添加により、Ａｇ膜の高温環境下での凝集や結晶粒成長を抑制できる。ＢＤ規格の記録媒体の場合、１層記録媒体では表面に０．１ｍｍの光透過層を、２層記録媒体の場合は表面に７５μｍの光透過層を形成する。

次に、さらに、図１０乃至図１４を参照して、本発明の実施の形態について具体的に説明する。表１は実施例及び比較例、そして使用したスタンパの材質、表面層、及び形状を示している。
先ず、射出成形法によりＣＤサイズで、厚さ１．１ｍｍのポリカーボネイト製基板を成形する（図１０）。次いで、成形されたポリカーボネイト基板２３上にスピンコート法によりアクリル系の紫外線硬化樹脂２３（ＢＲＤ−１３０（日本化薬製））を１５μｍ塗布する（図１１）。
続いて、表面に溝を有する石英スタンパ３の溝面を紫外線硬化樹脂２３と対向させて載置する。石英スタンパ３を透過させて、紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂２３にパターン（案内溝、及び／又は、ピット状凹凸）４を転写する（図１２）。その後、石英スタンパ３を剥離する（図１３）。最後に、反射層２５を形成する（図１４）。
図示してない波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．８５の評価装置を用い、プッシュプル信号によるトラッキング可否により転写プロセスを評価した。表１には、実施例、及び比較例における、トラッキング不可となる処理枚数、溝ピッチ０．７４μｍにおける剥離不良率、溝ピッチ０．３２μｍにおける剥離不良率を示している。

ここで、トラッキング不可とはＣＤサイズのディスク全面においてトラッキングが不可能であることを示す。また、トラッキングした後ディスクの特定の個所でトラッキングハズレが生じる場合を剥離不良と定義している。

スタンパの製造に使用する石英基板を示す概略図である。 図１の石英基板上に形成したフォトレジストを示す概略図である。 露光によるフォトレジストへの潜像形成を示す概略図である。 フォトレジストをマスクとして行う石英基板のパターニングを示す概略図である。 フォトレジストをマスクとして行う石英基板のパターニングを示す概略図である。 アッシングによりレジストマスク除去を示す概略図である。 石英基板パターンのラウンド形状部分を示す概略図である。 光ディスク用の露光系を示す概略図である。 石英パターン形成のためのドライエッチングと、ラウンド形状加工を行うためのスタンパ表面処理装置を示す概略図である。 フォトポリマ法でのパターン転写による情報記録媒体作成の第１の段階を示す概略図である。 フォトポリマ法でのパターン転写による情報記録媒体作成の第２の段階を示す概略図である。 フォトポリマ法でのパターン転写による情報記録媒体作成の第３の段階を示す概略図である。 フォトポリマ法でのパターン転写による情報記録媒体作成の第４の段階を示す概略図である。 フォトポリマ法でのパターン転写による情報記録媒体作成の第５の段階を示す概略図である。

符号の説明

１ 石英基板（ガラス板）
２ フォトレジスト
３ 石英スタンパ
４ 石英スタンパのパターン（案内溝、及び／又は、ピット状凹凸）
４ａ パターンの溝のラウンド形状部分
２３ ポリカーボネイト基板
２４ 紫外線硬化樹脂
２５ 反射層

Claims (9)

1. 対象基板上に案内溝、及び／又は、ピット状の凹凸の形状転写を行うのに使用するスタンパにおいて、その材質が石英からなり、前記対象基板上の紫外線硬化樹脂にフォトポリマ法を用いて前記案内溝、及び／又は、ピット状の凹凸を転写することを特徴とするスタンパ。
2. 前記石英の表面にＴｉＮｘ膜もしくはＴｉＮｘＯｙ膜を有することを特徴とする請求項１記載のスタンパ。
3. 前記石英の表面の案内溝、及び／又は、ピット状凹凸は、角を有していないラウンド形状であることを特徴とする請求項１又は２記載のスタンパ。
4. スタンパを用いて対象基板上に案内溝、及び／又は、ピット状の凹凸を転写する光情報記録媒体の製造方法において、石英材料から作成される前記スタンパ上の案内溝、及び／又は、ピット状の凹凸をフォトポリマ法により前記対象基板上の紫外線硬化樹脂上に転写することを特徴とする光情報記録媒体の製造方法。
5. 前記石英スタンパ表面にＴｉＮｘ膜もしくはＴｉＮｘＯｙ膜を有することを特徴とする請求項４記載の光情報記録媒体の製造方法。
6. 前記石英スタンパ表面の案内溝、及び／又は、ピット状凹凸は、角を有していないラウンド形状であることを特徴とする請求項４又は５記載の光情報記録媒体の製造方法。
7. 請求項４乃至６のいずれか１項記載の光情報記録媒体の製造方法を使用して製造することを特徴とする光情報記録媒体。
8. ２層以上である多層の記録層を有し、かつ案内溝、及び／又は、ピット状凹凸が角を有していないラウンド形状であることを特徴とする請求項７記載の光情報記録媒体。
9. 対象基板上に案内溝、及び／又は、ピット状の凹凸の形状転写を行うのに使用するスタンパの表面処理において、処理すべきスタンパを真空室内に配置し、この真空室内に反応性気体とマイクロ波を導入することを特徴とするスタンパ表面処理装置。

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