JP3643717B2

JP3643717B2 - 光ディスク用基板の製造方法

Info

Publication number: JP3643717B2
Application number: JP00495299A
Authority: JP
Inventors: 由美子安齋; 元康寺尾; 哲也西田; 真宮本; 寿枝佐々木; 純子牛山; 圭吉安藤; 朱美廣常
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2019-01-12
Also published as: JP2000207787A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｉ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＬＤ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の読み出し専用型、ＣＤ−Ｒ，ＤＶＤ−Ｒ等のライトワンス（追記）型、あるいはＤＶＤ−ＲＡＭ等の書換え可能型、等の各種光ディスク装置に使用する光ディスク媒体において、該光ディスク媒体に用いる光ディスク基板、その作製方法およびその作製装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光ディスク複製方法は、表面に光スポット案内溝及びアドレス等を表わすピットやセクタマークあるいは記録情報などの凹凸パターンを有する、フォトレジスト付き原盤からニッケルメッキにより金属スタンパを作製し，そのスタンパを設置した金型内に高温溶解させたプラスチック基板材料（例えばポリカーボネートなど）を流し込んだ後に固めて取り出すと表面に凹凸パターンが複製されたプラスチック基板が完成する。この手法は現在のＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＯＭをはじめＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＡＭなどのプラスチック基板作製における一般的な手法（射出成形法）である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術はフォトレジスト付き原盤からニッケルメッキによりスタンパを複製する。この際、上記フォトレジスト膜およびニッケルメッキ膜表面の意図せずに生じる微細な凹凸（中心線平均荒さが約１〜３ｎｍ程度）までもが、案内溝及びアドレス等を表わすピットやセクタマークあるいは記録情報などの凹凸パターンと一緒に基板の表面に転写される。
【０００４】
ところで、光ディスクの情報は、上記の基板表面に凹凸パターンを形成して情報の記録・再生を行う、あるいは、上記の基板表面に光の照射によって物理的に変化する記録膜を形成して情報の記録・再生を行う。すなわち、情報の記録・再生は、上記基板表面に形成した記録膜にレーザー光を照射して、反射光量の強弱を情報の担い手にしている。したがって、上記の基板表面に形成した記録膜の形状が上記の意図せずに生じる微細な凹凸を反映した膜形状になるため、ノイズ増大の原因となり、記録・再生特性を低下させる問題があった。また、射出成形の際に微細な荒さが基板表面に形成されることもある。
【０００５】
本発明の目的は上記の基板表面に形成される意図せずに生じる微細な凹凸を低減し、積層して形成する記録媒体の均一性を向上させて、記録・再生特性を向上させる光ディスク用基板を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は，凹凸パターンを有するフォトレジスト付き原盤あるいは転写された光ディスク用基板に紫外線を照射することにより達成される。
【０００７】
一般に空気中等の酸素が存在する場合、紫外線照射によりオゾンを生じ、被照物質表面の有機質分子が分解される。このことを利用して、ドライ洗浄用途に使われている。プラスチックの一部のものはエネルギーの強い短波長の紫外線を照射することにより、表面が改質されることが一般的にわかっている。これは紫外線照射によりプラスチック表面にある安定した化学結合が切断され、これに空気中の酸素が結合するなどして変化しているものである。
【０００８】
射出成形で作製された光ディスク用基板は有機材料から成っているため、エネルギーの強い短波長の紫外線を照射することにより、基板表面からわずか数ｎｍ程度の深さ範囲では化学結合が切断され活性化、分解がおこり滑らかに均されて基板最表面は平滑になる。
【０００９】
従って本発明においては、
（１）表面に光スポット案内溝及び／またはアドレスピット、セクタマーク、記録情報などのエンボスピットからなる凹凸パターンを有するフォトレジスト付き原盤表面に、ニッケルをメッキなどで積層した後、上記原盤から剥離してスタンパを作製し、該スタンパから上記凹凸パターンを射出成形または熱あるいは光により硬化する樹脂を用いた転写により表面に形成した光ディスク用基板を作製する方法において、上記原盤表面あるいは光ディスク用基板表面に意図せずに生じる微細な凹凸を紫外線照射により変化させることを特徴とする光ディスク用基板の作製方法とする。
【００１０】
（２）表面に光スポット案内溝及び／またはアドレスピット、セクタマーク、記録情報などのエンボスピットからなる凹凸パターンを有する光ディスク用基板において、該基板の透過率が波長３２０ｎｍ以上３７５ｎｍ以下の範囲のうちいずれかの波長で透過率が５０％になることを特徴とする光ディスク用基板とする。
【００１１】
（３）（２）に記載の光ディスク用基板において、該基板の透過率波長依存性が波長６５０ｎｍ付近から短波長側にむけて吸収が始まり、２８０ｎｍ付近以下ではほとんど０％になることを特徴とする光ディスク用基板とする。
【００１２】
（４）（１）に記載の凹凸パターンを転写し原盤表面あるいは基板表面を変化させる方法において、紫外線により空気または（Ｏ₂＋Ｎ₂）混合ガスを変化させて上記意図せずに生じる微細な凹凸を平滑にすることを特徴とする（１）に記載の光ディスク用基板の作製方法とする。
【００１３】
（５）（４）に記載の（Ｏ₂＋Ｎ₂）混合ガスにおいて、Ｏ₂濃度が５％から９５％の範囲であることを特徴とする（１）および（４）に記載の光ディスク用基板の作製方法とする。
【００１４】
（６）表面に光スポット案内溝及び／またはアドレスピット、セクタマーク、記録情報などのエンボスピットからなる凹凸パターンを有する光ディスク用基板表面の意図せずに生じる微細な凹凸の中心線平均荒さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下であることを特徴とする光ディスク用基板とする。
【００１５】
（７）表面に光スポット案内溝及び／またはアドレスピット、セクタマーク、記録情報などのエンボスピットからなる凹凸パターンを有する光ディスク用基板の表面から約２０μｍ迄の範囲の平均分子量のポリスチレン換算値が、両面から約１００μｍを除く残りの平均分子量より１５％〜２５％小さいことを特徴とする光ディスク用基板とする。
【００１６】
（８）（７）に記載の基板表面の平均分子量と分子個数平均に相当する数平均分子量との比である多分散度が２．５５以下であることを特徴とする光ディスク用基板とする。
【００１７】
（９）（２）、（３）、（６）、（７）および（８）に記載の光ディスク用基板において、該基板がプラスチックを主成分とすることを特徴とする光ディスク用基板とする。
【００１８】
（１０）（９）に記載の光ディスク用基板において、該基板がポリカーボネートを主成分とすることを特徴とする光ディスク用基板とする。
【００１９】
（１１）（２）、（３）、（６）、（７）、（８）および（９）に記載の光ディスク用基板を用い、該基板の上に直接または他の層を介して、反射膜またはレーザー光照射によって変化する記録膜を形成したことを特徴とする情報記録媒体とする。
【００２０】
（１２）原盤表面あるいは光ディスク用基板の表面処理を行う光ディスク基板の作製装置において、上記表面を変化させる紫外線光源、上記表面と紫外線光源との距離を制御する手段、光源と基板とを相対運動させる手段、上記処理の時間を制御する手段を少なくとも有していることを特徴とする光ディスク基板の作製装置とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
表面に光ヘッド案内溝及びアドレス等を表わすピットの凹凸パターンを有する、フォトレジスト付き原盤からニッケルメッキにより金属スタンパを作製し，そのスタンパを設置した金型内にポリカーボネートを高温溶解させて流し込んだ後に圧力を加えて成形硬化させて取り出すと表面に凹凸パターンが複製されたポリカーボネート製の光ディスク用基板が完成する。さらに基板の凹凸パターン面に紫外線照射を３００秒間行うと表面にあった意図せずに生じる微細な凹凸が平滑になった光ディスク用基板が得られた。
【００２２】
上記基板を走査型電子顕微鏡で観察した結果、上記フォトレジスト膜表面の意図せずに生じる微細な凹凸を大幅に低減できた。同じ様に原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で表面形状を測定した結果、紫外線照射前に比べ中心線平均面粗さＲａが約２５％小さくなっていた。一方、上記光ヘッド案内溝及びアドレス等を表わすピットやセクタ・マークあるいは記録情報などの凹凸パターンのマクロな形状は変化していない。
【００２３】
オゾン存在下での紫外線照射時間とＡＦＭによる中心線平均面粗さの関係は以下のとおりである。紫外線照射時間および紫外線照射エネルギー密度との関係を以下に示す。紫外線照射エネルギー測定はトプコン社製照度計ＵＶＲ１、受光部ＵＶＲ２５（波長２５４ｎｍ用）を用いた。
【００２４】

上記結果でもわかるように紫外線照射時間の短いうちは中心線平均面粗さに変化は小さい。６０秒以上で平滑化の効果がみられるようになるが、長すぎるとかえって荒れてきて中心線平均面粗さが大きくなってくる。
【００２５】
次に上記紫外線照射時間を変えた中心線平均面粗さの異なる基板のノイズ信号との関係を調べるためにノイズレベルを測定した。その結果は、図２に示すように、以下のとおりである。
【００２６】

上記結果から、基板表面にある微細な面粗さが平滑化され中心線平均面粗さが小さくなるとノイズレベルも低くなることがわかった。２つの関係から基板表面にある微細な面粗さを平滑にし、ノイズレベルを低減する効果が得られる紫外線照射時間は６０秒以上６００秒未満であり、好ましい中心線平均面粗さは０．８ｎｍ以下であることがわかった。より好ましい範囲は３００秒以上４５０秒以下である。
【００２７】
同時に紫外線照射による反応で情報パターンの深さおよびアドレスを表すピットにも変化がおこることがわかった。紫外線照射時間と情報パターンの深さおよびピットの読み出しエラーの関係の一例を図１に示すと、以下のようになる。
【００２８】

紫外線照射時にＯ２＋Ｎ２混合ガス中の酸素濃度を変化させてみると、Ｏ２濃度が低い場合は反応に変化がなく、濃度が高くなると反応がはやくなった。しかし、濃度を高くした場合、安全性から発生したオゾンを消去するための時間が長くなることが分かり、生産性を考慮した濃度設定が必要である。
【００２９】
表面にエンボスピットによる凹凸パターンとしての専用情報面を有する、フォトレジスト付き原盤からニッケルメッキにより金属スタンパを作製し，そのスタンパを設置した金型内にポリカーボネートを高温溶解させて流し込んだ後に圧力を加えて成形硬化させて取り出すと、表面に凹凸パターンが複製されたポリカーボネート製の光ディスク用基板が完成する。さらに、基板の凹凸パターン面に紫外線を３００秒照射すると、表面にあった意図せずに生じる微細な凹凸が平滑になった光ディスク用基板が得られた。
【００３０】
ここで、紫外線照射時間を変えた時の、中心線平均面粗さ、情報凹凸パターンの深さおよび上記専用情報面の読み出しエラーの関係を測定した。結果は以下のとおりであった。
【００３１】

この結果からもわかるように情報パターンの深さ、ピットの読み出しエラーが所望の値になるように紫外線照射時間を決める必要がある。
【００３２】
なお、射出成形時の温度条件や圧力条件により作製される基板全体あるいは情報パターンが形成された表面から深さ方向で数μｍ程度の分子構造が多少変化するため、紫外線照射による反応も当然異なる。そのため射出条件ごと、材料ごとに最適時間が少しずつ異なる。
【００３３】
紫外線照射時間によるポリカーボネート基板の分子量分布を調べた。測定方法としてＧＰＣ法（ゲルパーミエーションクロマトグラフィー）を用いた。紫外線照射をしたポリカーボネート基板と照射していないポリカーボネート基板の表面を片刃ナイフで約２０μｍ削ったもの（約０．５ｇ）それぞれを２ｍｌの溶剤（テトラヒドロフラン）に溶かし、それを測定試料とした。
【００３４】
値はポリスチレン換算されたもので、平均分子量と分子個数平均に相当する数平均分子量との比である多分散度から分子量の分布がわかる。多分散度の数値が小さいほど分子量の分布が小さいことに相当する。紫外線照射時間と多分散度との関係を以下に示す。
【００３５】

基板表面の分子量が図４のようになり、モノマー、オリゴマーなどの特に分子量の低い成分がほとんど生じないことにより、寿命試験で発生する欠陥の数を減少させる効果も見られた。これもエラーレートの低減に寄与している。この効果は、界面の接着性向上によって現れていると考えられる。表面から約２０μｍ迄の範囲の平均分子量のポリスチレン換算値が、両面から約１００μｍを除く残りの平均分子量より１５％〜２５％小さい場合、良好な結果が得られる。
【００３６】
図３に上記基板の紫外線照射時間に対する透過率の変化を示す。透過率は紫外線照射密度に比例して変化が起こる。波長６５０ｎｍ付近から短波長側に向けて吸収が始まり、波長２８０付近以下ではほとんど０％になった。波長３２０ｎｍと波長３７５ｎｍの間のいずれかの波で透過率５０％となったとき、中心線平均面粗さ、ノイズ、ピットの読み出しエラーなどの条件を満たす状態となった。さらに、最適な条件としては波長３２５ｎｍと波長３６０ｎｍの間のいずれかの波長で透過率５０％となったときであった。このような透過率変化は、やはり表面の分子量の変化を表しており、上記の条件を満たす場合、良好な接着性を有する。
【００３７】
上記の熱処理した基板の表面に下部保護層としてＺｎＳ・ＳｉＯ₂膜を１２０ｎｍ、界面層であるＣｒ₂Ｏ₃層を５ｎｍ積層した後、情報を記録する層としてＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ膜を８ｎｍ積層した。さらに界面層であるＣｒ₂Ｏ₃層を５ｎｍ、上部保護層としてＺｎＳ・ＳｉＯ₂膜を１３５ｎｍ積層し、反射層及び熱拡散層としてＣｒ−Ｏ膜を３０ｎｍ、Ａｌ−Ｔｉ膜を８０ｎｍ積層した。上記のディスクを用いて記録・再生特性の評価を行った。
【００３８】
この時の紫外線照射時間とディスクのＰＩＤの読み出しエラーおよび１０回オーバーライトし、８０℃で５０時間加速試験後のエラーレートとの関係を以下に示す。
【００３９】

上記結果から紫外線照射時間は６０秒以上５００秒以下が好ましく、より好ましい範囲は１００秒以上４５０秒以下であることがわかった。
【００４０】
上記ディスクから記録媒体を除去したあとの基板表面の分子量分布を再度測定したところ記録媒体積層前と同じ結果が得られた。
【００４１】
本発明によれば、光ディスクに必要な光ヘッド案内溝及びアドレス等を表わすピットやセクタ・マークあるいは記録情報などの凹凸パターンの形状を損なうことなく、上記の光ディスク用基板表面の意図せずに生じる微細な凹凸を減少できる。
【００４２】
同様にしてフォトレジスト付き原盤表面に紫外線照射を行った。原盤表面をＡＦＭで測定した結果を以下に示す。
【００４３】

上記結果でもわかるように紫外線照射時間により平滑化の効果がみられが、長すぎるとかえって荒れてきて中心線平均面粗さが大きくなってくる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は，以上説明したように、従来の光ディスク用基板の製造工程を変えることなく後処理することにより、接着性が優れていて欠陥数が少なく、意図せずに生じる微細な凹凸のない平滑情報面を有する光ディスク用基板の作製ができるという効果がある。その結果、記録・再生特性が向上し、低いエラーレートが得られ、光ディスクの性能が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例における紫外線照射時間とトラッキング用の溝深さとの関係を示す図。
【図２】本発明の１実施例における紫外線照射時間とノイズとの関係を示す図。
【図３】本発明の１実施例における紫外線照射時間と基板の分光透過率の変化との関係を示す図。
【図４】本発明の１実施例における紫外光の照射時間と基板の分子量分布変化との関係を示す図。

Claims

表面に光スポット案内溝及び／またはアドレスピット、セクタマーク、記録情報などのエンボスピットからなる凹凸パターンを有するポリカーボネイトからなる光ディスク用基板に、６０秒以上６００秒以下の間、紫外線を照射することによって、該基板の透過率が波長３２０ｎｍ以上３７５ｎｍ以下の範囲のうちいずれかの波長で透過率が５０％であり、前記透過率は波長４２５ｎｍから短波長側にむけて臨界的に減少する特性を有するようにさせることを特徴とする光ディスク用基板の製造方法。
前記基板の特性は、波長６５０ｎｍから短波長側にむけて透過率が減少し始め、２８０ｎｍ以下では０％になることを特徴とする請求項１記載の光ディスク用基板の製造方法。