JP3965336B2 - 平坦な成形基板を作成するための厚さ可変スタンパ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ記憶媒体基板の製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
成形基板は、種々の異なったデータ記憶媒体でよく使用される。例えば、成形基板は、光データ記憶ディスクとして、あるいはホログラフィック媒体の一部または他のデータ記憶媒体として、使用できる。光データ記憶ディスクは、大容量情報の記憶、分配および検索における利用に対し、広く受け入れられている。光データ記憶ディスクは、例えば、オーディオＣＤ（コンパクトディスク）、ＣＤ−Ｒ（ＣＤ−記録可能）、ＣＤ−ＲＷ（ＣＤ−書き換え可）、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣＤ−読み取り専用）、ＤＶＤ（デジタル汎用ディスクまたはデジタルビデオディスク）媒体、ＤＶＤ−ＲＡＭ（ＤＶＤ−読み取り書き込みメモリ）、および磁気−光（ＭＯ）ディスクと位相変化光ディスクのような、種々の型の書き換え可能媒体を含んでいる。
【０００３】
ホログラフィデータ記憶媒体は、他方、通常の光データ記憶ディスクに対し、より高い記憶密度を有する代替品を提供し得る。ホログラフィの媒体では、データは媒体表面ではなく、むしろ媒体の容積にわたって記憶され得る。さらに、データは、多数の多重化法のどの方法ででも、同一の媒体容積内に重ね合わせることができる。このような方法で、理論的なホログラフィ記憶密度は、１立方センチ当たり数十テラビットに近づき得る。
【０００４】
光データ記憶ディスク基板は、マスターディスク表面に符号化されたデータを表す表面パターンを持った、マスターディスクを最初に作ることによって、製造することができる。表面パターンは、例えば、マスターピットとマスターランドを定める溝の集合でも良い。マスターディスクは、代表的には比較的高価なマスタリングプロセスによって作成される。
【０００５】
適切なマスターを作成した後、次に、マスターは、スタンパを作るのに使うことができる。スタンパは、マスターの表面に符号化されたパターンの、逆の表面パターンを有する。次に、スタンパは射出成形プロセスのような大量生産型押しプロセスで、大量のディスク型基板を成形するのに使用できる。各基板は、マスターに符号化されたデータと追跡情報を含んでいよう。
【０００６】
型押しプロセスの間、スタンパの表面パターンの反転が各基板に成形されて、溝または溝線分の集合を形成し、「ランド」と呼ばれる平面部に関して「ピット」を定義する。代表的には、基板の型押し側には、次に、アルミニウムの薄い層のような反射層を塗布し、ＣＤの場合には、さらにラッカーの保護層を塗布する。光ディスク基板上のデータトラックは、ディスク中心に対して螺旋状に配置され、あるいは、ディスク中心から半径方向に間隔を置いた一連の同心円トラックとして、配列することもできる。
【０００７】
あるホログラフィ媒体は、記録用感光性樹脂層が２つの成形基板間に挟まれているサンドイッチ構造をしている。基板は、光データ記憶ディスクの作成に用いられたのと同様な、射出成形プロセスによって作成される。基板上の表面パターンが不要であろうため、ホログラフィ媒体に対するある物には、高価なマスター制作プロセスが避けられる。しかしながら、他の場合には、ホログラフィ基板は、表面パターン、例えば記憶追跡情報など、を有することができる。このような場合には、マスターを製作するプロセスは、成形ホログラフィ媒体基板上の追跡情報を定めるのに使用できる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
一般に、本発明は、種々の異なったデータ記憶媒体に使用される、成形基板の作成のための技術に関する。成形基板は、媒体の質を改善できる、改良された厚み断面を有し、ある場合には、より高いデータ記憶密度を容易にする。多くの場合、改良された厚みの断面は、改良された厚みの平坦性、すなわち、２つの基板表面の平行性を示す。しかしながら、本発明は、どのような所望の厚み断面を有する成形基板を実現するのにも、使用することができよう。
【０００９】
本発明による成形基板の厚み断面は、機械的に平坦にも光学的に平坦ににもできる。機械的に平坦な基板は、媒体の記録エリア上の実質的には全ての場所で、略均一である断面の厚みを有する。光学的平坦な基板は、局所的屈折率を乗じた断面の厚みが、媒体の記録エリア上の実質的に全ての場所で、略均一である基板である。ある場合には、基板は光学的平坦であると共に、機械的にも平坦である、すなわち、屈折率が基板にわたって変化しない場合である。本発明による技術は、およそ１ミクロンの変化の機械的または光学的平坦である基板を実現するのに使用できる。
【００１０】
一実施形態では、本発明は光学的に平坦な基板に向けられる。その場合には、本発明はある成形基板から成り、前記成形基板の記録エリア上では実質的に全ての場所で、成形基板の断面の厚みを乗じた成形基板の局所的屈折率が、略一定である。例えば、基板の断面の厚みを乗じた局所的屈折率は、媒体の記録エリアの実質的に全ての場所で、偏差が１０ミクロン未満、２ミクロン未満、あるいはおよそ１ミクロン以内で等しくできる。特に、光学的に平坦な基板は、サンドイッチ構造のホログラフィデータ記憶媒体での使用に対して望ましい。
【００１１】
他の実施形態では、本発明は機械的に平坦な基板に向けられている。その場合、本発明はある成形基板から成り、前記成形基板の記録エリア上では実質的に全ての場所で、成形基板断面の厚みが、略一定である。基板の断面の厚みは、媒体の記録エリアの実質的に全ての場所で、偏差が１０ミクロン未満、２ミクロン未満、あるいはおよそ１ミクロン以内で一定とすることができる。
【００１２】
他の実施例では、本発明は、成形基板の断面厚みを意図的に半径の大きさに沿って変化させて、断面の厚みを乗じた局所的屈折率が、成形基板上の実質的に全ての半径位置で略一定であるようにするもの、からなる方法に向けられる。例えば、成形基板に望みの厚さ断面を確立するものや、射出成形器具に厚さ可変のスタンパーを電気メッキするものも含まれる。そしてスタンパーは、所望の厚み断面を有する成形基板を作成するのに、使用できる。
【００１３】
本発明はいくつかの利点を提供する。射出成形基板は、比較的容易に、また他の基板の替わりの方法よりも低い経費で製造できる。平坦射出成形基板は、光データ記憶ディスク、サンドイッチ構造を有するホログラフィ媒体および飛行可能固体ディスク媒体を含む種々の異なった媒体形式のため、媒体の質を改良することができる。特に、光学的に平坦な基板は、効率的なホログラフィ媒体を実現するのに必要であろう。もし基板が光学的に平坦でなければ、基板間にサンドイッチされた感光性樹脂物質に記憶された、ホログラフィビット写像を読みとる能力が損なわれよう。
【００１４】
本発明による他の技術的利点は、本技術によって容易になる設計自由度に関する。技術は、ここでは改良された平坦度を有する基板を実現するように、記述されているが、本技術は、どのような厚み断面を有する基板を実現するのにも、また使用できよう。将来の媒体が、何か非通常の厚み断面を有する基板を必要とする場合、本発明は所望の基板を実現するのに使用できよう。
【００１５】
これらのおよび他の実施形態のさらなる詳細は、添付された図面と以下の記載に述べられている。他の特徴、目的および利点は、明細書と図面、特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、予め定められた厚さ断面を有する成形基板を作成するための技術を提供する。必要とされる特定の厚さ断面は、媒体の型または形式に依存しよう。実際、新しい媒体の型または形式が現れると、本発明は、新しい所望の厚さ断面のものに適応できる。
【００１７】
例示的媒体の型は、光データ記憶ディスク、２つの基板が感光性樹脂記録物質を挟むサンドイッチ構造を有するホログラフィ媒体、および近フィールド光学または磁気ハードディスク媒体のような飛行可能な固体ディスクを含んでいる。光データ記憶ディスクおよび飛行可能固体ディスク媒体にとって、改良された機械的平坦度は媒体の質を改善しよう。ホログラフィ媒体にとっては、２つの基板の光学的平坦度は、光学的平行な媒体サンドイッチを達成するのに必要であろう。
【００１８】
図１，２は、先行技術の成形基板を図示する。図１は平面図である。先行技術の基板１０は、射出成形可能物質から形成される。例えば、ポリカーボネートは基板１０を形成するのによく使われる。先行技術の基板１０は、基板を回転するスピンドルモータを取り付けるための中心孔１２を備えている。
【００１９】
図２は、先行技術の成形基板には一般的にある、先行技術の厚み変化を示す断面の側面図である。図で説明するため、図２に示される厚みの変化は極端に誇張されている。一般に、先行技術の射出成形器具は、一番内側の半径１８から一番外側の半径２０まで、略線形の厚み変化を示すディスクを形成する。言い換えれば、基板１０は最も内側の半径１８で、最も外側の半径２０での厚みよりも厚い。先行技術の成形基板においては、先行技術による偏差２Ｘは、一般に１０ミクロンよりも大きい。実際、先行技術による成形基板についての実験的測定は、内径１８から外径２０までの厚さの偏差２Ｘは、代表的には１０ミクロンと５０ミクロンとの間にあることを示している。
【００２０】
厚さの変化は、成形物質の作動冷却、成形器具にわたる温度変化、成形器具にかかる作動圧力、あるいは器具自体の機械的平面性を含む、多くの因子に起因し得る。どのような原因であろうと、厚さの変化は一般に望ましくない。先行技術の成形基板における厚みの変化は、ＣＤやＤＶＤの有効性を妨げはしなかったが、例えば、将来の光データ記憶ディスクは、より高いデータ記憶密度を達成するために厚みの変化を減少させることが必要となるであろう。
【００２１】
先行技術の成形基板における他の現象は、エッジウェッジ（縁くさび）現象と呼ばれる。特に、ある縁くさびは内部は、先行技術成形基板の内側および／または外側の縁１８，２０に、普通現れるカスプ（図示せず）を指す。縁くさび現象は、また、成形物質の作動冷却にも関係している。しかしながら、縁くさび現象は、図１および２の先行技術によるディスク１０で図示された、より線形の厚みの変化とは別の特異な問題である。以下に記述される技術は、縁くさび問題を克服するほかの技術と共に使用され、または使用できないかもしれない。
【００２２】
先行技術による成形基板は、また、半径方向にわたって、屈折率の変化を示す。先行技術の基板１０は、一般に、内径１８の近くの屈折率よりも小さい外径２０近辺の屈折率を示す。実験的測定は、半径に沿った屈折率の変化は、実質的に線形であることを示している。外径２０付近の屈折率は、一般に、内径１８付近の屈折率よりも変化量がおよそ１０−３小さい。この理由で、先行技術の基板では、光学的平坦度の変化量は内径から外径までで、１０ミクロンよりも大きい。実際、先行技術の成形基板では、局所的屈折率の変化、および断面厚さの変化は、複合して、機械的平坦度の変化よりも大きな光学的平坦度の変化さえ有する基板を生ずることになる。
【００２３】
図３〜６は、本発明による成形基板の概略図である。特に、図３〜６は先行技術に比べて厚みの変化が減少していることを示す厚さ分布を有する基板を図示している。図３〜６における基板は、ポリカーボネートのような成形可能な物質からなる。種々の熱可朔性物質など他の適切な成形可能物質もまた使用できよう。図５および６に示される厚みの変化の図は、極度に誇張されている。
【００２４】
図３は、本発明による基板３０の平面図である。基板３０は中心孔３２を備えていよう。基板３０は、図４〜６の基板４０，５０または６０それぞれのいずれの基板も表す。図４は、基板４０の側断面図である。示されるように、基板４０は半径全般で、実質的に厚み断面の変化はない。例えば、図４に図示される厚みの変化は、およそ１ミクロンまたはそれ以下である。以下に記載される技術が、このような基板を実現するのに使用できる。
【００２５】
図５は基板５０の側断面図である。示されるように、基板５０は半径にわたって、断面厚みの変化がかなり減少されている。特に、基板５０の内径５４と外径５６との厚みの変化、すなわち２Ｙは、１０ミクロン未満であろう。実際、以下に記載される技術は２ミクロン未満の厚み変化、またはおよそ１ミクロンの厚み変化さえも達成するのに使用できる。
【００２６】
図６は、基板６０の断面図である。一実施形態において、図６は光学的に平坦な基板を示す。言い換えれば、断面の厚みを乗じた局所的屈折率は、実質的に基板６０の記録面の全ての場所で、略一定である。以下に記載される技術は、偏差が１０ミクロン未満、２ミクロン未満、あるいはおよそ１ミクロンでさえあるような光学的に平坦な基板を実現するのに使用できる。とりわけ、基板６０においては内径６４における断面の厚みは、外径６６における断面の厚みよりも小さい。断面厚みの変化は非常に小さく、すなわち、１ミクロン未満であろう。断面厚みの変化は、屈折率の変化を補償でき、基板６０は、偏差が１０ミクロン未満、２ミクロン未満、あるいは１ミクロン未満にさえもなる光学的に平坦なものになる。
【００２７】
光学的に平坦な基板は、基板の半径の大きさにわたって、屈折率に変化がある場合、一般には機械的に平坦な基板ではないであろう。この理由で、本発明は、基板が実質的に光学的に平坦であるように、半径の大きさにわたって基板の厚さを意図的に変化させるプロセスを含んでいよう。言い換えれば、基板の厚みは意図的に変化されて、断面の厚みを乗じた局所的屈折率が、実質的に基板の記録エリアの全ての場所で、略一定となる。
【００２８】
図７は、本発明の実施例によるフロー図である。示されるように、試験基板は普通の成形器具を使用して、型押し（７２）される。その試験基板の厚さ断面は、それから測定される（７４）。例えば、機械的厚さ断面が、基板の半径の大きさにわたって、機械的厚みの変化を測定することによって測定される。あるいは、基板の光学的厚みは、基板の半径の大きさに沿って、干渉計を用いて測定することもできる。所望の厚み分布を確定できる（７６）。例えば、所望の厚み分布は、機械的に平坦な基板を生ずるもの、または光学的に平坦な基板を生ずるものでも良い。光学的に平坦な基板は、屈折率がそれに見合ったように変化する場合に、基板の半径の大きさにわたって小さい厚みの変化を示すかもしれない。
【００２９】
一旦所望の厚み分布が確立すると（７６）、試験基板の厚み分布と所望の厚み分布との差からなる厚み分布を有する、厚み可変のスタンパが作成される（７８）。言い換えると、厚み可変スタンパは試験基板の厚みと所望の厚み分布との差が大きいところでは、より厚いように作成され、試験基板の厚みと所望の厚み分布との差が小さいところでは、薄いように作成される。希望する結果が機械的に平坦な基板である場合には、厚み可変のスタンパを作成することは、試験基板の厚み分布と実質的に同様に、厚み分布が変化するスタンパを作成することからなる。希望する結果が光学的に平坦な基板である場合には、スタンパの厚み分布は、厚みの変化と、基板の半径の大きさにわたる屈折率の変化との、両方を明らかにできよう。言い換えると、希望する結果が光学的に平坦な基板である場合には、厚み可変のスタンパを作成することは、試験基板の厚みの変化よりももっと変化する、厚み断面を有するスタンパを作成することからなる。
【００３０】
平坦な基板は、それから厚み可変スタンパを用いて型押しされる（７９）。平坦な基板はスタンパの厚み断面に依存して、光学的に平坦か、機械的に平坦かどちらでも可能である。平坦基板を押し型することは、厚み可変スタンパを射出成形器具に挿入し、平坦なポリカーボネート基板を、射出成形器具に射出成型することからなろう。射出成型プロセスの間、厚み可変スタンパは撓曲して、厚さ可変スタンパの厚さ変化に逆に対応する、初期基板の厚み変化を決定する。しかしながら、一旦成形ポリカーボネート物質が冷却すると、成形されたポリカーボネート物質の作動冷却のために、基板は平坦になる。
【００３１】
再び、光学的平坦さが望まれるとき、図６に図示されるように、屈折率の変化を補償するために、基板は意図的な厚みの変化を持ち得る。図８は、光学的平坦な基板を作成するプロセスをさらに詳細に図示するフロー図である。示されるように、光学的平坦度の変化は、第１基板、すなわち、試験基板の半径の大きさに沿って測定される（８２）。干渉計が測定のために使えよう。光学的厚さは、屈折率に機械的厚みを乗じたものと定義される。言い換えれば、媒体のどの場所でも、
Ｏ＝Ｔ＊Ｉ、ここに
Ｏ＝断面の光学的厚み、
Ｔ＝断面の機械的厚み、
Ｉ＝局所的屈折率である。
こうして、屈折率が、基板の半径の大きさにわたって増加する場合には、光学的厚さもそうである。さらに、機械的厚さも、基板の半径の大きさにわたって増加する場合には、光学的大きさも同様である。実験的測定は、成形されたポリカーボネート基板の屈折率は、外径付近でより小さいことを示している。こうして、光学的平坦性を達成するためには、、例えば、図６に図示されるように、基板の外径は内径に比べて僅かにより厚く作らなければならない。
【００３２】
一旦第１基板の光学的平坦度の変化が測定されると（８２）、第２基板の断面の厚みは意図的に変化されて、第２基板は光学的に平坦になる（８４）。例えば、以下にさらに詳細に述べられるように、厚さ可変スタンパが光学的平坦度を達成するために基板の厚みを意図的に変える、射出成形器具として利用するため作成できる。光学的平坦度は、基板の半径の大きさに沿った、厚みの変化および屈折率の変化共に説明する。上に論じたように、普通の基板は小さい半径でより厚くなり、小さい半径でより高い屈折率を有する。従って、光学的に平坦なように作られる基板は、屈折率の変化を考慮して、小さい半径では僅かにより薄く作られよう。
【００３３】
図９は、平坦な成形基板の作成に使用するための、厚さ可変スタンパを作成するプロセスを図示する。プロセスは電鋳プロセスを含むであろう。例として、図９はニッケルスタンパを作成するプロセスを図示しているが、他の金属にも使用できる。
【００３４】
示されるように、ニッケルスタンパは、最初にマスターを薄いニッケル層で塗布して、マスターから作成されよう（９２）。マスターは、生ずる基板に押し型すべき表面パターンを決定する。多くの場合、サンドイッチ構造を有するホログラフィ媒体への応用のような場合、所望の基板は表面パターンを備えていないであろう。このような場合には、マスターは単に平らな表面である。しかしながら、他の場合には、マスターはリソグラフ的に表面浮き彫りパターンで、エッチングされる。
【００３５】
マスターを薄いニッケル層で塗布した後、ニッケル塗布したマスター（または平坦な表面）は、それからニッケルスルファミン酸塩バスに設置できる（９４）。ここで厚み可変の断面を形成するような大きさにするバッフルを用いて、電気メッキされよう（９６）。例えば、電気メッキ（９６）は、ニッケル塗布されたマスター上に、厚いニッケル層の固化を起こす。バッフルの大きさと形は、特定の領域により多くのニッケルが電気メッキされるように、制御することができる。例えば、普通のバッフルよりも小さな孔を有するバッフルは、外側の縁でニッケル層が薄くなるように、ニッケル塗布マスターでニッケルの固化を起こすのに使用できる。ニッケルの厚い層は、マスターに塗布された薄いニッケル層に結合されよう。こうして、両方のニッケル層は、一緒にマスターから取り除かれて、金属スタンパになる（９８）。再び、スタンパは、厚さ可変分布を所定の大きさに形成するのに、バッフルを使用するために、内径付近でより厚くなる。マスターからニッケル層を取り去ることは（９８）、例えば、マスターを壊すかもしれない。マスターが表面パターンと一緒に符号化されたフォトレジスト層を備えている場合、除去する薬品の使用で、余分なフォトレジストが取り除かれよう。
【００３６】
図１０は、電気メッキプロセスをさらに詳細に図示するブロック図である。示される例示的実施形態では、電気メッキプロセスは電鋳層１００、電鋳プロセス液１０１，一つ以上の陽極１０２，一つ以上の陰極１０３，電圧源１０４を利用する。電圧源１０４は、陽極１０２に電気的に結合される正の端子と、陰極１０３に電気的に結合される負の端子を有している。ニッケル塗布されたマスター１０５は、（図示されるように）溝でエッチングされるか、または単に平坦な表面（図示されず）から構成されても良い。ニッケル塗布されたマスター１０５は、機械的にも電気的にも陰極１０３に結合され、電気メッキプロセスの間、陰極１０３の部分そのものになっていよう。陰極１０３と陽極１０２は、電鋳液１０１に浸されるように、電鋳層１００内に設置される。
【００３７】
例えば、陽極１０２はニッケル陽極で、陰極１０３は銅でできている。電気メッキプロセス溶液１０１は、例えば、ニッケルスルファミン酸塩溶液でよい。ニッケル陽極バスケット形の複数の電極が、例えば、ニッケルスルファミン酸塩電鋳溶液内に（ただ一つの陽極１０２のみ図示される）設置されよう。作動中は、陰極１０３は電鋳プロセスの間、回転されよう。電圧源１０４は起動でき、起動すると、１０７Ａ−１０７Ｆで示されるニッケルイオンが、陽極１０２から陰極１０３に流れよう。
【００３８】
陰極１０３では、マスター１０５表面上のニッケルの薄い塗布層（１０６に示される）を除いて、全てが非金属物質でマスクされよう。電気メッキプロセスの間、ニッケル構造層１０８がマスター１０５のニッケル塗布表面１０６にメッキされる。バッフル１１０は、ニッケル構造層１０８の厚さを制御しよう。バッフル１１０の孔１１１の大きさは、電気メッキプロセスの間、ニッケル構造層１０８の中心付近に、もっとニッケルをメッキするように制御することができる。複数のバッフルが、ニッケル構造層１０８の厚みに所望の変化を生ずるように、バッフルを決定する実験的プロセスで使用できよう。
【００３９】
一実施例では、バッフル１１０の孔１１１の大きさは、２ｍｍ刻みで減少する。言い換えれば、第１バッフルが電鋳漕１００に挿入され、電気メッキプロセスが実行される。プロセス完了後、生ずるスタンパの厚み分布が、測定できよう。生ずるスタンパが正しい厚み分布を有する場合、所望の基板を作成するのに使えよう。生ずるスタンパの厚みの変化が大きすぎる場合、第１バッフルの孔の大きさよりも２ｍｍだけ大きい孔を有するバッフルを用いて、新しいスタンパを作れよう。同様に、生ずるスタンパの厚みの変化が小さすぎる場合、第１バッフルの孔の大きさよりも２ｍｍだけ小さい孔を有するバッフルを用いて、新しいスタンパを作れよう。電鋳プロセスはそれから何度も開始し、所望の厚み断面を有するスタンパ得られるまで続けられる。
【００４０】
各電気メッキプロセスは、ニッケル板表面１０６に所望の厚さ、例えば、所望の厚み変化を有しておよそ３００ミクロンの厚みに堆積するように、低い電流で開始される。メッキプロセスが完了すると、ニッケル構造層の露出表面１０８は磨くことができる。電気メッキプロセスの間、マスター１０５に元は塗布されていた薄いニッケル層１０６は、ニッケル構造層１０８の一部となり、金属スタンパを形成しよう。
【００４１】
【実施例】
２１０ｍｍ直径スタンパは、直径約１７０ｍｍの孔を持った最初のバッフルを用いて電気メッキできる。得られたスタンパは実質的に一様な断面分布を持っていよう。約２ｍｍ刻みで減少する孔を有するバッフルが前のバッフル位置に挿入されて、半径の大きさに沿ってだんだん大きな厚みに変化する厚さ可変のスタンパを形成する。例えば、バッフルの孔の大きさは、１７０ｍｍから１６８ｍｍ、１６６ｍｍ、１６５ｍｍにと、減少させることができる。直径約１６５ｍｍの孔を有するバッフルを用いて、電気メッキされた２１０ｍｍ直径のスタンパは、半径の大きさにわたって、約１０ミクロンだけ実質的に直線的に変化する、厚さ断面の変化を有するスタンパを生ずる。
【００４２】
一旦所望のスタンパが作成されると、改良された平坦度を有する複製ディスクを成形するのに使われ得る。図１１は、本発明による厚さ可変スタンパ１１４の、側断面図である。厚さ可変スタンパ１１４は、電気メッキプロセスの後に射出成形器具の仕様に整合させるため、型打ち抜きされた中央孔を備えている。大切なことは、スタンパは均一でない断面の厚さ分布を有している。スタンパは、非均一な断面分布を、冷却に先立って型押しプロセスの間、成形基板に撓曲して伝達することができる。そうして冷却プロセスの間、作動冷却が成形基板を平坦にさせることができる。言い換えれば、スタンパ１１４の非均一な断面分布は、熱可朔化物質の作動冷却を補償して、改善された平坦度を有する基板を産み出すことができる。スタンパの撓みと形状は、作動冷却によって引き起こされる厚さの変化に比例するようにできる。スタンパ１１４の型押し表面１１８は、マスターに元から符号化された表面パターンを備えているかもしれない、または実質的に滑らかであろう。後者の場合、実質的に平坦な表面を有するマスターが電気メッキプロセスで使用されよう。
【００４３】
図１２は、射出成形器具１２０の内側における厚さ可変スタンパ１１４の側断面図である。射出成形器具１２０は第１および第２鏡ブロック１２１と１２２を備えている。成形基板を作成するために、射出成形可能物質、例えば高温の熱可朔性樹脂が空洞１２４に射出され、鏡ブロック１２１が厚さ可変スタンパ１１４を射出成形物質に対して押し固める。例えば、射出成形可能物質は厚さ可変スタンパ１１４の孔１１６を通し、多分鏡ブロック１２１の孔（図示されず）も通して射出されよう。鏡ブロック１２１は厚さ可変スタンパ１１４を下方に押しつけ、厚さ可変スタンパは、溶融した射出成形物質がその外径よりも小さな初期内径を有するように撓曲する。しかしながら、作動冷却は、生ずる基板が実質的に平坦、すなわち、略均一な厚みを有するようにさせる。所望の基板目標と見合ったスタンパ設計によって、ある場合には、光学的平坦性が達成され、他の場合には機械的平坦性が達成される。
【００４４】
約３００ミクロンの厚みを有するニッケルスタンパに対し、鏡ブロック１２１が厚さ可変スタンパ１１４を押しつけるときに起こる撓みは、スタンパの大体逆の断面を成型可能物質に引き渡すのに十分な量である。勿論、他の物質ニッケル以外の他の物質が用いられる場合、あるいはより厚いスタンパが作成される場合、スタンパはそれほど撓曲しないであろう。これらの場合には、スタンパの厚み変化は、成型可能物質に伝えられた厚さの変化よりも大きいであろう。しかしながら、これら変化要因は、所望の厚み分布を有する基板を最終的に実現するために容易に説明され得よう。
【００４５】
本発明による改良された厚み分布を有する基板の実現は、普通の光データ記憶ディスク、飛行可能固体ディスク媒体、サンドイッチ構造のホログラフィ媒体、を含む種々の異なった媒体形式に対し媒体の質を改善できる。光学的に平坦な基板は、特に、効果的なホログラフィ媒体を実現するのに必要であろう。もし基板が光学的に平坦でなければ、ホログラフィビット写像を読み出すのに使用される無歪みデータビームを再構成する機能は、損なわれ得よう。実際、ある場合には、光学的平坦でない基板は、ホログラフィ媒体を効果のないものにしてしまい得る。要約すれば、本明細書に記載された範囲内で光学的に平坦な基板は、サンドイッチ構造を有するホログラフィ媒体を実現する上で必要になり得る。
【００４６】
本発明は、より大きな設計自由度も提供する。本明細書の技術は改良された平坦度を有する基板を実現するとして記載されたが、本技術はどのような厚み分布を有する基板を実現するのにも使用できよう。将来の媒体が、何か通常と異なる厚み分布を有する基板を要求する場合、本発明は所望の基板を実現するのに使用できよう。
【００４７】
本発明は、媒体表面の記録エリアの実質的に全ての場所で、十分に平坦な射出成形基板を実現するのに使用できる。射出成形基板は、ガラスまたはアルミニウム基板のような他の型の基板に対し、低価格な代替品を提供する。
【００４８】
ある場合には、媒体表面の記録エリアの実質的に全ての場所も、最も内側のおよび／または最も外側の媒体２ｍｍは含まない。これら領域では、別のもっと根本的な厚さに関する現象、「縁くさび」として参照される現象が、比較的根本的な媒体の厚み変化を引き起こす。本発明の種々の特徴が、縁くさび問題にについても、懸念することなく使用できよう。かくて、本発明は、媒体表面の記録エリア上の実質的に全ての場所で、実質的に厚さの変化がなく（機械的または光学的）、しかし基板の最も外または内側２ｍｍで、縁くさび厚み変化を未だ示す、基板から構成される。
【００４９】
他の場合には、しかしながら、上に論じたより線形の厚み変化に加えて、これら縁くさび問題さえも克服される。以下に教示することが、縁くさび問題を克服するのに使用できる。
【００５０】
一実施例では、射出成型ディスクの最も外側の半径２ｍｍで現れる縁くさび厚み変化は、大きすぎる光ディスクの射出成型によって取り除かれる。所望の大きさの光ディスクは、押し型打ち抜きまたは大きすぎるディスクから切り取って、縁くさび問題を現さない光ディスクを得る。さらに、大型ディスク製造プロセスの間の上の教示を利用すれば、変化が１０ミクロン未満の機械的に平坦な光ディスク、または変化が１０ミクロン未満の光学的に平坦な光ディスクを産出できる。
【００５１】
同様に、中心孔は、射出成型プロセスの間、初めは小さすぎて（または全く無しで）良い。それから、小さすぎる中心孔を有する大きすぎるディスクは、冷却し、正しい大きさの中心孔が、型打ち抜きまたは他の方法で取り除かれて、成形基板の小さすぎる中心孔付近の縁くさび問題を克服する。
【００５２】
他の例では、縁くさび厚み変化は、型押しプロセスの間を取り扱う。例えば、厚さ可変スタンパは、生ずる基板が基板の一番内または外２ｍｍを含む実質的に全ての場所で、略均一な厚み分布を有することを確実にする反縁くさび特性を備えられよう。
【００５３】
図１３は、縁くさび問題を補償する特性を備えた他の厚さ可変スタンパの側断面図である。図１４は、射出成形器具内に置かれた図１３の厚さ可変スタンパの側断面図である。図１３および１４における厚さ可変スタンパ１３０は、図１１および１２に図示された厚さ可変スタンパ１１４と略同様である。しかしながら厚さ可変スタンパ１３０は、基板の一番外２ｍｍで、成形基板の厚み変化を補償できるリップ１３２を備えている。
【００５４】
リップ１３２は、電気メッキプロセスの間、厚さ可変スタンパの外周に付加できる。例えば、厚さ可変スタンパ１３０で、可変な厚さを提供するための孔の大きさを持ったバッフルを用いて、厚さ可変スタンパ１３０は、上述のように厚さ約２８０ミクロンまでメッキできる。スタンパ１３０は、それから電気メッキバスから取り出し、スタンパ１３０のメッキされたニッケルに、マスクを付着できる。マスクがメッキされたニッケルに付着された後、スタンパは再び電気メッキバスに浸され、マスクされないエリアは電気メッキで、約１５ミクロンのニッケルを追加し、こうしてスタンパ１３０の外周に沿って、リップ１３２を生成する。
【００５５】
図１４は、射出成形器具１４０内における、図１３の厚さ可変スタンパ１３０を図示する。射出成形器具１４０は、第１および第２鏡ブロック１４１および１４２を備えている。成形基板を作成するために、成形可能物質が空洞１４４に射出され、鏡ブロック１４１が厚さ可変スタンパ１３０を成形可能物質に対し、下方に押し下げる。例えば、射出成型可能物質は、厚さ可変スタンパ１３０の孔１４６を通して、恐らく、鏡ブロック１４１の孔（図示されず）も通して射出されよう。鏡ブロック１４１は、厚さ可変スタンパ１３０を下方に押し下げるので、厚さ可変スタンパ１３０は、溶融した射出成型可能物質が、その外径よりも小さい最初の内径を有するように撓む。加えて、縁くさび厚み変化を補償するリップが存在するため、より大きな撓みが起こる。撓みは、空洞の一番外側領域に近く空洞１４４内でアーク型を形成しよう。作動冷却は、しかしながら、生ずる基板が一番外２ｍｍを含めて全ての場所で平坦になるようにする。所望の基板によって、ある場合には、光学的平坦性が達成され、他の場合には、機械的平坦性が達成される。
【００５６】
さらに他の場合において、リップ１３２は、縁くさび厚み変化を過大補償するように、ずっと大きく作られる。例えば、ホログラフィ基板は、基板の記録エリア上の実質的に全ての場所で、しかし一番外の半径２ｍｍを除いて、光学的に平坦である必要があろう。しかしながら、縁くさび問題は、ホログラフィ媒体構造を徐々に衰えさせるかもしれない。なぜなら、縁くさびカプスは、感光性樹脂が基板間で実質的に厚みが均一になるように、基板を押しつけて感光性樹脂をサンドイッチする能力を損なうからである。しかし、一番外の半径２ｍｍの厚みが他の基板よりも薄い場合、基板はさらに押し固められて基板間の感光性樹脂物質は略均一な厚みとなる。この理由で、縁くさび問題は、ある場合には、たとえリップ１３２が縁くさび厚み変化を過大補償するとしても、克服することができる。
【００５７】
本発明の種々の実施形態が記載されてきた。例えば、改良された平坦度を有する基板の作成を容易にする種々のプロセスが記載されている。基板の最終使用の仕方によって、基板は光学的に平坦か、あるいは機械的に平坦に作成され得る。それにも拘わらず、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、種々の修正がなされることができる。例えば、本発明は種々の厚さの基板分布を含め、どのような所望の厚み分布を有する基板を制作するのにも使用できよう。実際、新しいデータ記憶媒体形式が現れると、非通常の媒体厚み分布に対する必要性は本発明に従って容易に対処できよう。
【００５８】
さらに、光学的平坦な、機械的に平坦な、あるいは本発明に従ういかなる所望の厚み分布を有する基板も、他の方法で作成できよう。例えば、厚み可変のスタンパを作成するのではなく、可変な形の表面が射出成型において、スタンパに対し手押し固める鏡ブロックの表面として作成できよう。その場合、鏡ブロックの形状可変表面は、成形可能物質作動冷却を補償するために通常の固定スタンパを射出成型内で、撓曲することができよう。それに応じて、他の実施形態は下記のい特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行技術の成形基板の平面図である。
【図２】 先行技術の成形基板の側断面図である。
【図３】 本発明による成形基板の平面図である。
【図４】 本発明による成形基板の側断面図である。
【図５】 本発明による成形基板の側断面図である。
【図６】 本発明による成形基板の側断面図である。
【図７】 本発明の実施形態によるフロー図である。
【図８】 本発明の実施形態によるフロー図である。
【図９】 本発明の実施形態によるフロー図である。
【図１０】 本発明による電気メッキプロセスを示すブロック図である。
【図１１】 本発明による厚み可変スタンパの側断面図である。
【図１２】 射出成形器具の内部にある、図１１の可変厚みスタンパの側断面図である。
【図１３】 縁くさび問題を補償する特徴を備えている他の厚み可変スタンパの側断面図である。
【図１４】 射出成形装置の内部にある、図１３の可変厚みスタンパの側断面図である。
【符号の説明】
１０ 先行技術の基板
１２ 中心孔
１８ 一番内側の半径
２０ 一番外側の半径
３０ 本発明の基板
３２ 中心孔
４０ 基板
５０ 基板
５４ 内径
５６ 外径
６０ 基板
６４ 内径
６６ 外径
１００ 電鋳層
１０１ 電鋳プロセス液
１０２ 陽極
１０３ 陰極
１０４ 電圧源
１０５ ニッケル塗布されたマスター
１０６ マスター１０５のニッケル塗布表面
１０７A、１０７B、１０７C、１０７D、１０７E、１０７F ニッケルイオン流
１０８ ニッケル構造層
１１０ バッフル
１１１ 孔
１１４ 厚さ可変スタンパ
１１６ 中心孔
１１８ 型押し表面
１２０ 射出成形器具
１２１ 第１鏡ブロック
１２２ 第２鏡ブロック
１２４ 空洞
１３０ 可変厚みスタンパ
１３２ リップ
１４０ 射出成形器具
１４１ 第１鏡ブロック
１４２ 第２鏡ブロック
１４４ 空洞
１４６ 孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ記憶媒体基板の製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
成形基板は、種々の異なったデータ記憶媒体でよく使用される。例えば、成形基板は、光データ記憶ディスクとして、あるいはホログラフィック媒体の一部または他のデータ記憶媒体として、使用できる。光データ記憶ディスクは、大容量情報の記憶、分配および検索における利用に対し、広く受け入れられている。光データ記憶ディスクは、例えば、オーディオＣＤ（コンパクトディスク）、ＣＤ−Ｒ（ＣＤ−記録可能）、ＣＤ−ＲＷ（ＣＤ−書き換え可）、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣＤ−読み取り専用）、ＤＶＤ（デジタル汎用ディスクまたはデジタルビデオディスク）媒体、ＤＶＤ−ＲＡＭ（ＤＶＤ−読み取り書き込みメモリ）、および磁気−光（ＭＯ）ディスクと位相変化光ディスクのような、種々の型の書き換え可能媒体を含んでいる。
【０００３】
ホログラフィデータ記憶媒体は、他方、通常の光データ記憶ディスクに対し、より高い記憶密度を有する代替品を提供し得る。ホログラフィの媒体では、データは媒体表面ではなく、むしろ媒体の容積にわたって記憶され得る。さらに、データは、多数の多重化法のどの方法ででも、同一の媒体容積内に重ね合わせることができる。このような方法で、理論的なホログラフィ記憶密度は、１立方センチ当たり数十テラビットに近づき得る。
【０００４】
光データ記憶ディスク基板は、マスターディスク表面に符号化されたデータを表す表面パターンを持った、マスターディスクを最初に作ることによって、製造することができる。表面パターンは、例えば、マスターピットとマスターランドを定める溝の集合でも良い。マスターディスクは、代表的には比較的高価なマスタリングプロセスによって作成される。
【０００５】
適切なマスターを作成した後、次に、マスターは、スタンパを作るのに使うことができる。スタンパは、マスターの表面に符号化されたパターンの、逆の表面パターンを有する。次に、スタンパは射出成形プロセスのような大量生産型押しプロセスで、大量のディスク型基板を成形するのに使用できる。各基板は、マスターに符号化されたデータと追跡情報を含んでいよう。
【０００６】
型押しプロセスの間、スタンパの表面パターンの反転が各基板に成形されて、溝または溝線分の集合を形成し、「ランド」と呼ばれる平面部に関して「ピット」を定義する。代表的には、基板の型押し側には、次に、アルミニウムの薄い層のような反射層を塗布し、ＣＤの場合には、さらにラッカーの保護層を塗布する。光ディスク基板上のデータトラックは、ディスク中心に対して螺旋状に配置され、あるいは、ディスク中心から半径方向に間隔を置いた一連の同心円トラックとして、配列することもできる。
【０００７】
あるホログラフィ媒体は、記録用感光性樹脂層が２つの成形基板間に挟まれているサンドイッチ構造をしている。基板は、光データ記憶ディスクの作成に用いられたのと同様な、射出成形プロセスによって作成される。基板上の表面パターンが不要であろうため、ホログラフィ媒体に対するある物には、高価なマスター制作プロセスが避けられる。しかしながら、他の場合には、ホログラフィ基板は、表面パターン、例えば記憶追跡情報など、を有することができる。このような場合には、マスターを製作するプロセスは、成形ホログラフィ媒体基板上の追跡情報を定めるのに使用できる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
一般に、本発明は、種々の異なったデータ記憶媒体に使用される、成形基板の作成のための技術に関する。成形基板は、媒体の質を改善できる、改良された厚み断面を有し、ある場合には、より高いデータ記憶密度を容易にする。多くの場合、改良された厚みの断面は、改良された厚みの平坦性、すなわち、２つの基板表面の平行性を示す。しかしながら、本発明は、どのような所望の厚み断面を有する成形基板を実現するのにも、使用することができよう。
【０００９】
本発明による成形基板の厚み断面は、機械的に平坦にも光学的に平坦ににもできる。機械的に平坦な基板は、媒体の記録エリア上の実質的には全ての場所で、略均一である断面の厚みを有する。光学的平坦な基板は、局所的屈折率を乗じた断面の厚みが、媒体の記録エリア上の実質的に全ての場所で、略均一である基板である。ある場合には、基板は光学的平坦であると共に、機械的にも平坦である、すなわち、屈折率が基板にわたって変化しない場合である。本発明による技術は、およそ１ミクロンの変化の機械的または光学的平坦である基板を実現するのに使用できる。
【００１０】
一実施形態では、本発明は光学的に平坦な基板に向けられる。その場合には、本発明はある成形基板から成り、前記成形基板の記録エリア上では実質的に全ての場所で、成形基板の断面の厚みを乗じた成形基板の局所的屈折率が、略一定である。例えば、基板の断面の厚みを乗じた局所的屈折率は、媒体の記録エリアの実質的に全ての場所で、偏差が１０ミクロン未満、２ミクロン未満、あるいはおよそ１ミクロン以内で等しくできる。特に、光学的に平坦な基板は、サンドイッチ構造のホログラフィデータ記憶媒体での使用に対して望ましい。
【００１１】
他の実施形態では、本発明は機械的に平坦な基板に向けられている。その場合、本発明はある成形基板から成り、前記成形基板の記録エリア上では実質的に全ての場所で、成形基板断面の厚みが、略一定である。基板の断面の厚みは、媒体の記録エリアの実質的に全ての場所で、偏差が１０ミクロン未満、２ミクロン未満、あるいはおよそ１ミクロン以内で一定とすることができる。
【００１２】
他の実施例では、本発明は、成形基板の断面厚みを意図的に半径の大きさに沿って変化させて、断面の厚みを乗じた局所的屈折率が、成形基板上の実質的に全ての半径位置で略一定であるようにするもの、からなる方法に向けられる。例えば、成形基板に望みの厚さ断面を確立するものや、射出成形器具に厚さ可変のスタンパーを電気メッキするものも含まれる。そしてスタンパーは、所望の厚み断面を有する成形基板を作成するのに、使用できる。
【００１３】
本発明はいくつかの利点を提供する。射出成形基板は、比較的容易に、また他の基板の替わりの方法よりも低い経費で製造できる。平坦射出成形基板は、光データ記憶ディスク、サンドイッチ構造を有するホログラフィ媒体および飛行可能固体ディスク媒体を含む種々の異なった媒体形式のため、媒体の質を改良することができる。特に、光学的に平坦な基板は、効率的なホログラフィ媒体を実現するのに必要であろう。もし基板が光学的に平坦でなければ、基板間にサンドイッチされた感光性樹脂物質に記憶された、ホログラフィビット写像を読みとる能力が損なわれよう。
【００１４】
本発明による他の技術的利点は、本技術によって容易になる設計自由度に関する。技術は、ここでは改良された平坦度を有する基板を実現するように、記述されているが、本技術は、どのような厚み断面を有する基板を実現するのにも、また使用できよう。将来の媒体が、何か非通常の厚み断面を有する基板を必要とする場合、本発明は所望の基板を実現するのに使用できよう。
【００１５】
これらのおよび他の実施形態のさらなる詳細は、添付された図面と以下の記載に述べられている。他の特徴、目的および利点は、明細書と図面、特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、予め定められた厚さ断面を有する成形基板を作成するための技術を提供する。必要とされる特定の厚さ断面は、媒体の型または形式に依存しよう。実際、新しい媒体の型または形式が現れると、本発明は、新しい所望の厚さ断面のものに適応できる。
【００１７】
例示的媒体の型は、光データ記憶ディスク、２つの基板が感光性樹脂記録物質を挟むサンドイッチ構造を有するホログラフィ媒体、および近フィールド光学または磁気ハードディスク媒体のような飛行可能な固体ディスクを含んでいる。光データ記憶ディスクおよび飛行可能固体ディスク媒体にとって、改良された機械的平坦度は媒体の質を改善しよう。ホログラフィ媒体にとっては、２つの基板の光学的平坦度は、光学的平行な媒体サンドイッチを達成するのに必要であろう。
【００１８】
図１，２は、先行技術の成形基板を図示する。図１は平面図である。先行技術の基板１０は、射出成形可能物質から形成される。例えば、ポリカーボネートは基板１０を形成するのによく使われる。先行技術の基板１０は、基板を回転するスピンドルモータを取り付けるための中心孔１２を備えている。
【００１９】
図２は、先行技術の成形基板には一般的にある、先行技術の厚み変化を示す断面の側面図である。図で説明するため、図２に示される厚みの変化は極端に誇張されている。一般に、先行技術の射出成形器具は、一番内側の半径１８から一番外側の半径２０まで、略線形の厚み変化を示すディスクを形成する。言い換えれば、基板１０は最も内側の半径１８で、最も外側の半径２０での厚みよりも厚い。先行技術の成形基板においては、先行技術による偏差２Ｘは、一般に１０ミクロンよりも大きい。実際、先行技術による成形基板についての実験的測定は、内径１８から外径２０までの厚さの偏差２Ｘは、代表的には１０ミクロンと５０ミクロンとの間にあることを示している。
【００２０】
厚さの変化は、成形物質の作動冷却、成形器具にわたる温度変化、成形器具にかかる作動圧力、あるいは器具自体の機械的平面性を含む、多くの因子に起因し得る。どのような原因であろうと、厚さの変化は一般に望ましくない。先行技術の成形基板における厚みの変化は、ＣＤやＤＶＤの有効性を妨げはしなかったが、例えば、将来の光データ記憶ディスクは、より高いデータ記憶密度を達成するために厚みの変化を減少させることが必要となるであろう。
【００２１】
先行技術の成形基板における他の現象は、エッジウェッジ（縁くさび）現象と呼ばれる。特に、ある縁くさびは内部は、先行技術成形基板の内側および／または外側の縁１８，２０に、普通現れるカスプ（図示せず）を指す。縁くさび現象は、また、成形物質の作動冷却にも関係している。しかしながら、縁くさび現象は、図１および２の先行技術によるディスク１０で図示された、より線形の厚みの変化とは別の特異な問題である。以下に記述される技術は、縁くさび問題を克服するほかの技術と共に使用され、または使用できないかもしれない。
【００２２】
先行技術による成形基板は、また、半径方向にわたって、屈折率の変化を示す。先行技術の基板１０は、一般に、内径１８の近くの屈折率よりも小さい外径２０近辺の屈折率を示す。実験的測定は、半径に沿った屈折率の変化は、実質的に線形であることを示している。外径２０付近の屈折率は、一般に、内径１８付近の屈折率よりも変化量がおよそ１０−３小さい。この理由で、先行技術の基板では、光学的平坦度の変化量は内径から外径までで、１０ミクロンよりも大きい。実際、先行技術の成形基板では、局所的屈折率の変化、および断面厚さの変化は、複合して、機械的平坦度の変化よりも大きな光学的平坦度の変化さえ有する基板を生ずることになる。
【００２３】
図３〜６は、本発明による成形基板の概略図である。特に、図３〜６は先行技術に比べて厚みの変化が減少していることを示す厚さ分布を有する基板を図示している。図３〜６における基板は、ポリカーボネートのような成形可能な物質からなる。種々の熱可朔性物質など他の適切な成形可能物質もまた使用できよう。図５および６に示される厚みの変化の図は、極度に誇張されている。
【００２４】
図３は、本発明による基板３０の平面図である。基板３０は中心孔３２を備えていよう。基板３０は、図４〜６の基板４０，５０または６０それぞれのいずれの基板も表す。図４は、基板４０の側断面図である。示されるように、基板４０は半径全般で、実質的に厚み断面の変化はない。例えば、図４に図示される厚みの変化は、およそ１ミクロンまたはそれ以下である。以下に記載される技術が、このような基板を実現するのに使用できる。
【００２５】
図５は基板５０の側断面図である。示されるように、基板５０は半径にわたって、断面厚みの変化がかなり減少されている。特に、基板５０の内径５４と外径５６との厚みの変化、すなわち２Ｙは、１０ミクロン未満であろう。実際、以下に記載される技術は２ミクロン未満の厚み変化、またはおよそ１ミクロンの厚み変化さえも達成するのに使用できる。
【００２６】
図６は、基板６０の断面図である。一実施形態において、図６は光学的に平坦な基板を示す。言い換えれば、断面の厚みを乗じた局所的屈折率は、実質的に基板６０の記録面の全ての場所で、略一定である。以下に記載される技術は、偏差が１０ミクロン未満、２ミクロン未満、あるいはおよそ１ミクロンでさえあるような光学的に平坦な基板を実現するのに使用できる。とりわけ、基板６０においては内径６４における断面の厚みは、外径６６における断面の厚みよりも小さい。断面厚みの変化は非常に小さく、すなわち、１ミクロン未満であろう。断面厚みの変化は、屈折率の変化を補償でき、基板６０は、偏差が１０ミクロン未満、２ミクロン未満、あるいは１ミクロン未満にさえもなる光学的に平坦なものになる。
【００２７】
光学的に平坦な基板は、基板の半径の大きさにわたって、屈折率に変化がある場合、一般には機械的に平坦な基板ではないであろう。この理由で、本発明は、基板が実質的に光学的に平坦であるように、半径の大きさにわたって基板の厚さを意図的に変化させるプロセスを含んでいよう。言い換えれば、基板の厚みは意図的に変化されて、断面の厚みを乗じた局所的屈折率が、実質的に基板の記録エリアの全ての場所で、略一定となる。
【００２８】
図７は、本発明の実施例によるフロー図である。示されるように、試験基板は普通の成形器具を使用して、型押し（７２）される。その試験基板の厚さ断面は、それから測定される（７４）。例えば、機械的厚さ断面が、基板の半径の大きさにわたって、機械的厚みの変化を測定することによって測定される。あるいは、基板の光学的厚みは、基板の半径の大きさに沿って、干渉計を用いて測定することもできる。所望の厚み分布を確定できる（７６）。例えば、所望の厚み分布は、機械的に平坦な基板を生ずるもの、または光学的に平坦な基板を生ずるものでも良い。光学的に平坦な基板は、屈折率がそれに見合ったように変化する場合に、基板の半径の大きさにわたって小さい厚みの変化を示すかもしれない。
【００２９】
一旦所望の厚み分布が確立すると（７６）、試験基板の厚み分布と所望の厚み分布との差からなる厚み分布を有する、厚み可変のスタンパが作成される（７８）。言い換えると、厚み可変スタンパは試験基板の厚みと所望の厚み分布との差が大きいところでは、より厚いように作成され、試験基板の厚みと所望の厚み分布との差が小さいところでは、薄いように作成される。希望する結果が機械的に平坦な基板である場合には、厚み可変のスタンパを作成することは、試験基板の厚み分布と実質的に同様に、厚み分布が変化するスタンパを作成することからなる。希望する結果が光学的に平坦な基板である場合には、スタンパの厚み分布は、厚みの変化と、基板の半径の大きさにわたる屈折率の変化との、両方を明らかにできよう。言い換えると、希望する結果が光学的に平坦な基板である場合には、厚み可変のスタンパを作成することは、試験基板の厚みの変化よりももっと変化する、厚み断面を有するスタンパを作成することからなる。
【００３０】
平坦な基板は、それから厚み可変スタンパを用いて型押しされる（７９）。平坦な基板はスタンパの厚み断面に依存して、光学的に平坦か、機械的に平坦かどちらでも可能である。平坦基板を押し型することは、厚み可変スタンパを射出成形器具に挿入し、平坦なポリカーボネート基板を、射出成形器具に射出成型することからなろう。射出成型プロセスの間、厚み可変スタンパは撓曲して、厚さ可変スタンパの厚さ変化に逆に対応する、初期基板の厚み変化を決定する。しかしながら、一旦成形ポリカーボネート物質が冷却すると、成形されたポリカーボネート物質の作動冷却のために、基板は平坦になる。
【００３１】
再び、光学的平坦さが望まれるとき、図６に図示されるように、屈折率の変化を補償するために、基板は意図的な厚みの変化を持ち得る。図８は、光学的平坦な基板を作成するプロセスをさらに詳細に図示するフロー図である。示されるように、光学的平坦度の変化は、第１基板、すなわち、試験基板の半径の大きさに沿って測定される（８２）。干渉計が測定のために使えよう。光学的厚さは、屈折率に機械的厚みを乗じたものと定義される。言い換えれば、媒体のどの場所でも、
Ｏ＝Ｔ＊Ｉ、ここに
Ｏ＝断面の光学的厚み、
Ｔ＝断面の機械的厚み、
Ｉ＝局所的屈折率である。
こうして、屈折率が、基板の半径の大きさにわたって増加する場合には、光学的厚さもそうである。さらに、機械的厚さも、基板の半径の大きさにわたって増加する場合には、光学的大きさも同様である。実験的測定は、成形されたポリカーボネート基板の屈折率は、外径付近でより小さいことを示している。こうして、光学的平坦性を達成するためには、、例えば、図６に図示されるように、基板の外径は内径に比べて僅かにより厚く作らなければならない。
【００３２】
一旦第１基板の光学的平坦度の変化が測定されると（８２）、第２基板の断面の厚みは意図的に変化されて、第２基板は光学的に平坦になる（８４）。例えば、以下にさらに詳細に述べられるように、厚さ可変スタンパが光学的平坦度を達成するために基板の厚みを意図的に変える、射出成形器具として利用するため作成できる。光学的平坦度は、基板の半径の大きさに沿った、厚みの変化および屈折率の変化共に説明する。上に論じたように、普通の基板は小さい半径でより厚くなり、小さい半径でより高い屈折率を有する。従って、光学的に平坦なように作られる基板は、屈折率の変化を考慮して、小さい半径では僅かにより薄く作られよう。
【００３３】
図９は、平坦な成形基板の作成に使用するための、厚さ可変スタンパを作成するプロセスを図示する。プロセスは電鋳プロセスを含むであろう。例として、図９はニッケルスタンパを作成するプロセスを図示しているが、他の金属にも使用できる。
【００３４】
示されるように、ニッケルスタンパは、最初にマスターを薄いニッケル層で塗布して、マスターから作成されよう（９２）。マスターは、生ずる基板に押し型すべき表面パターンを決定する。多くの場合、サンドイッチ構造を有するホログラフィ媒体への応用のような場合、所望の基板は表面パターンを備えていないであろう。このような場合には、マスターは単に平らな表面である。しかしながら、他の場合には、マスターはリソグラフ的に表面浮き彫りパターンで、エッチングされる。
【００３５】
マスターを薄いニッケル層で塗布した後、ニッケル塗布したマスター（または平坦な表面）は、それからニッケルスルファミン酸塩バスに設置できる（９４）。ここで厚み可変の断面を形成するような大きさにするバッフルを用いて、電気メッキされよう（９６）。例えば、電気メッキ（９６）は、ニッケル塗布されたマスター上に、厚いニッケル層の固化を起こす。バッフルの大きさと形は、特定の領域により多くのニッケルが電気メッキされるように、制御することができる。例えば、普通のバッフルよりも小さな孔を有するバッフルは、外側の縁でニッケル層が薄くなるように、ニッケル塗布マスターでニッケルの固化を起こすのに使用できる。ニッケルの厚い層は、マスターに塗布された薄いニッケル層に結合されよう。こうして、両方のニッケル層は、一緒にマスターから取り除かれて、金属スタンパになる（９８）。再び、スタンパは、厚さ可変分布を所定の大きさに形成するのに、バッフルを使用するために、内径付近でより厚くなる。マスターからニッケル層を取り去ることは（９８）、例えば、マスターを壊すかもしれない。マスターが表面パターンと一緒に符号化されたフォトレジスト層を備えている場合、除去する薬品の使用で、余分なフォトレジストが取り除かれよう。
【００３６】
図１０は、電気メッキプロセスをさらに詳細に図示するブロック図である。示される例示的実施形態では、電気メッキプロセスは電鋳層１００、電鋳プロセス液１０１，一つ以上の陽極１０２，一つ以上の陰極１０３，電圧源１０４を利用する。電圧源１０４は、陽極１０２に電気的に結合される正の端子と、陰極１０３に電気的に結合される負の端子を有している。ニッケル塗布されたマスター１０５は、（図示されるように）溝でエッチングされるか、または単に平坦な表面（図示されず）から構成されても良い。ニッケル塗布されたマスター１０５は、機械的にも電気的にも陰極１０３に結合され、電気メッキプロセスの間、陰極１０３の部分そのものになっていよう。陰極１０３と陽極１０２は、電鋳液１０１に浸されるように、電鋳層１００内に設置される。
【００３７】
例えば、陽極１０２はニッケル陽極で、陰極１０３は銅でできている。電気メッキプロセス溶液１０１は、例えば、ニッケルスルファミン酸塩溶液でよい。ニッケル陽極バスケット形の複数の電極が、例えば、ニッケルスルファミン酸塩電鋳溶液内に（ただ一つの陽極１０２のみ図示される）設置されよう。作動中は、陰極１０３は電鋳プロセスの間、回転されよう。電圧源１０４は起動でき、起動すると、１０７Ａ−１０７Ｆで示されるニッケルイオンが、陽極１０２から陰極１０３に流れよう。
【００３８】
陰極１０３では、マスター１０５表面上のニッケルの薄い塗布層（１０６に示される）を除いて、全てが非金属物質でマスクされよう。電気メッキプロセスの間、ニッケル構造層１０８がマスター１０５のニッケル塗布表面１０６にメッキされる。バッフル１１０は、ニッケル構造層１０８の厚さを制御しよう。バッフル１１０の孔１１１の大きさは、電気メッキプロセスの間、ニッケル構造層１０８の中心付近に、もっとニッケルをメッキするように制御することができる。複数のバッフルが、ニッケル構造層１０８の厚みに所望の変化を生ずるように、バッフルを決定する実験的プロセスで使用できよう。
【００３９】
一実施例では、バッフル１１０の孔１１１の大きさは、２ｍｍ刻みで減少する。言い換えれば、第１バッフルが電鋳漕１００に挿入され、電気メッキプロセスが実行される。プロセス完了後、生ずるスタンパの厚み分布が、測定できよう。生ずるスタンパが正しい厚み分布を有する場合、所望の基板を作成するのに使えよう。生ずるスタンパの厚みの変化が大きすぎる場合、第１バッフルの孔の大きさよりも２ｍｍだけ大きい孔を有するバッフルを用いて、新しいスタンパを作れよう。同様に、生ずるスタンパの厚みの変化が小さすぎる場合、第１バッフルの孔の大きさよりも２ｍｍだけ小さい孔を有するバッフルを用いて、新しいスタンパを作れよう。電鋳プロセスはそれから何度も開始し、所望の厚み断面を有するスタンパ得られるまで続けられる。
【００４０】
各電気メッキプロセスは、ニッケル板表面１０６に所望の厚さ、例えば、所望の厚み変化を有しておよそ３００ミクロンの厚みに堆積するように、低い電流で開始される。メッキプロセスが完了すると、ニッケル構造層の露出表面１０８は磨くことができる。電気メッキプロセスの間、マスター１０５に元は塗布されていた薄いニッケル層１０６は、ニッケル構造層１０８の一部となり、金属スタンパを形成しよう。
【００４１】
【実施例】
２１０ｍｍ直径スタンパは、直径約１７０ｍｍの孔を持った最初のバッフルを用いて電気メッキできる。得られたスタンパは実質的に一様な断面分布を持っていよう。約２ｍｍ刻みで減少する孔を有するバッフルが前のバッフル位置に挿入されて、半径の大きさに沿ってだんだん大きな厚みに変化する厚さ可変のスタンパを形成する。例えば、バッフルの孔の大きさは、１７０ｍｍから１６８ｍｍ、１６６ｍｍ、１６５ｍｍにと、減少させることができる。直径約１６５ｍｍの孔を有するバッフルを用いて、電気メッキされた２１０ｍｍ直径のスタンパは、半径の大きさにわたって、約１０ミクロンだけ実質的に直線的に変化する、厚さ断面の変化を有するスタンパを生ずる。
【００４２】
一旦所望のスタンパが作成されると、改良された平坦度を有する複製ディスクを成形するのに使われ得る。図１１は、本発明による厚さ可変スタンパ１１４の、側断面図である。厚さ可変スタンパ１１４は、電気メッキプロセスの後に射出成形器具の仕様に整合させるため、型打ち抜きされた中央孔を備えている。大切なことは、スタンパは均一でない断面の厚さ分布を有している。スタンパは、非均一な断面分布を、冷却に先立って型押しプロセスの間、成形基板に撓曲して伝達することができる。そうして冷却プロセスの間、作動冷却が成形基板を平坦にさせることができる。言い換えれば、スタンパ１１４の非均一な断面分布は、熱可朔化物質の作動冷却を補償して、改善された平坦度を有する基板を産み出すことができる。スタンパの撓みと形状は、作動冷却によって引き起こされる厚さの変化に比例するようにできる。スタンパ１１４の型押し表面１１８は、マスターに元から符号化された表面パターンを備えているかもしれない、または実質的に滑らかであろう。後者の場合、実質的に平坦な表面を有するマスターが電気メッキプロセスで使用されよう。
【００４３】
図１２は、射出成形器具１２０の内側における厚さ可変スタンパ１１４の側断面図である。射出成形器具１２０は第１および第２鏡ブロック１２１と１２２を備えている。成形基板を作成するために、射出成形可能物質、例えば高温の熱可朔性樹脂が空洞１２４に射出され、鏡ブロック１２１が厚さ可変スタンパ１１４を射出成形物質に対して押し固める。例えば、射出成形可能物質は厚さ可変スタンパ１１４の孔１１６を通し、多分鏡ブロック１２１の孔（図示されず）も通して射出されよう。鏡ブロック１２１は厚さ可変スタンパ１１４を下方に押しつけ、厚さ可変スタンパは、溶融した射出成形物質がその外径よりも小さな初期内径を有するように撓曲する。しかしながら、作動冷却は、生ずる基板が実質的に平坦、すなわち、略均一な厚みを有するようにさせる。所望の基板目標と見合ったスタンパ設計によって、ある場合には、光学的平坦性が達成され、他の場合には機械的平坦性が達成される。
【００４４】
約３００ミクロンの厚みを有するニッケルスタンパに対し、鏡ブロック１２１が厚さ可変スタンパ１１４を押しつけるときに起こる撓みは、スタンパの大体逆の断面を成型可能物質に引き渡すのに十分な量である。勿論、他の物質ニッケル以外の他の物質が用いられる場合、あるいはより厚いスタンパが作成される場合、スタンパはそれほど撓曲しないであろう。これらの場合には、スタンパの厚み変化は、成型可能物質に伝えられた厚さの変化よりも大きいであろう。しかしながら、これら変化要因は、所望の厚み分布を有する基板を最終的に実現するために容易に説明され得よう。
【００４５】
本発明による改良された厚み分布を有する基板の実現は、普通の光データ記憶ディスク、飛行可能固体ディスク媒体、サンドイッチ構造のホログラフィ媒体、を含む種々の異なった媒体形式に対し媒体の質を改善できる。光学的に平坦な基板は、特に、効果的なホログラフィ媒体を実現するのに必要であろう。もし基板が光学的に平坦でなければ、ホログラフィビット写像を読み出すのに使用される無歪みデータビームを再構成する機能は、損なわれ得よう。実際、ある場合には、光学的平坦でない基板は、ホログラフィ媒体を効果のないものにしてしまい得る。要約すれば、本明細書に記載された範囲内で光学的に平坦な基板は、サンドイッチ構造を有するホログラフィ媒体を実現する上で必要になり得る。
【００４６】
本発明は、より大きな設計自由度も提供する。本明細書の技術は改良された平坦度を有する基板を実現するとして記載されたが、本技術はどのような厚み分布を有する基板を実現するのにも使用できよう。将来の媒体が、何か通常と異なる厚み分布を有する基板を要求する場合、本発明は所望の基板を実現するのに使用できよう。
【００４７】
本発明は、媒体表面の記録エリアの実質的に全ての場所で、十分に平坦な射出成形基板を実現するのに使用できる。射出成形基板は、ガラスまたはアルミニウム基板のような他の型の基板に対し、低価格な代替品を提供する。
【００４８】
ある場合には、媒体表面の記録エリアの実質的に全ての場所も、最も内側のおよび／または最も外側の媒体２ｍｍは含まない。これら領域では、別のもっと根本的な厚さに関する現象、「縁くさび」として参照される現象が、比較的根本的な媒体の厚み変化を引き起こす。本発明の種々の特徴が、縁くさび問題にについても、懸念することなく使用できよう。かくて、本発明は、媒体表面の記録エリア上の実質的に全ての場所で、実質的に厚さの変化がなく（機械的または光学的）、しかし基板の最も外または内側２ｍｍで、縁くさび厚み変化を未だ示す、基板から構成される。
【００４９】
他の場合には、しかしながら、上に論じたより線形の厚み変化に加えて、これら縁くさび問題さえも克服される。以下に教示することが、縁くさび問題を克服するのに使用できる。
【００５０】
一実施例では、射出成型ディスクの最も外側の半径２ｍｍで現れる縁くさび厚み変化は、大きすぎる光ディスクの射出成型によって取り除かれる。所望の大きさの光ディスクは、押し型打ち抜きまたは大きすぎるディスクから切り取って、縁くさび問題を現さない光ディスクを得る。さらに、大型ディスク製造プロセスの間の上の教示を利用すれば、変化が１０ミクロン未満の機械的に平坦な光ディスク、または変化が１０ミクロン未満の光学的に平坦な光ディスクを産出できる。
【００５１】
同様に、中心孔は、射出成型プロセスの間、初めは小さすぎて（または全く無しで）良い。それから、小さすぎる中心孔を有する大きすぎるディスクは、冷却し、正しい大きさの中心孔が、型打ち抜きまたは他の方法で取り除かれて、成形基板の小さすぎる中心孔付近の縁くさび問題を克服する。
【００５２】
他の例では、縁くさび厚み変化は、型押しプロセスの間を取り扱う。例えば、厚さ可変スタンパは、生ずる基板が基板の一番内または外２ｍｍを含む実質的に全ての場所で、略均一な厚み分布を有することを確実にする反縁くさび特性を備えられよう。
【００５３】
図１３は、縁くさび問題を補償する特性を備えた他の厚さ可変スタンパの側断面図である。図１４は、射出成形器具内に置かれた図１３の厚さ可変スタンパの側断面図である。図１３および１４における厚さ可変スタンパ１３０は、図１１および１２に図示された厚さ可変スタンパ１１４と略同様である。しかしながら厚さ可変スタンパ１３０は、基板の一番外２ｍｍで、成形基板の厚み変化を補償できるリップ１３２を備えている。
【００５４】
リップ１３２は、電気メッキプロセスの間、厚さ可変スタンパの外周に付加できる。例えば、厚さ可変スタンパ１３０で、可変な厚さを提供するための孔の大きさを持ったバッフルを用いて、厚さ可変スタンパ１３０は、上述のように厚さ約２８０ミクロンまでメッキできる。スタンパ１３０は、それから電気メッキバスから取り出し、スタンパ１３０のメッキされたニッケルに、マスクを付着できる。マスクがメッキされたニッケルに付着された後、スタンパは再び電気メッキバスに浸され、マスクされないエリアは電気メッキで、約１５ミクロンのニッケルを追加し、こうしてスタンパ１３０の外周に沿って、リップ１３２を生成する。
【００５５】
図１４は、射出成形器具１４０内における、図１３の厚さ可変スタンパ１３０を図示する。射出成形器具１４０は、第１および第２鏡ブロック１４１および１４２を備えている。成形基板を作成するために、成形可能物質が空洞１４４に射出され、鏡ブロック１４１が厚さ可変スタンパ１３０を成形可能物質に対し、下方に押し下げる。例えば、射出成型可能物質は、厚さ可変スタンパ１３０の孔１４６を通して、恐らく、鏡ブロック１４１の孔（図示されず）も通して射出されよう。鏡ブロック１４１は、厚さ可変スタンパ１３０を下方に押し下げるので、厚さ可変スタンパ１３０は、溶融した射出成型可能物質が、その外径よりも小さい最初の内径を有するように撓む。加えて、縁くさび厚み変化を補償するリップが存在するため、より大きな撓みが起こる。撓みは、空洞の一番外側領域に近く空洞１４４内でアーク型を形成しよう。作動冷却は、しかしながら、生ずる基板が一番外２ｍｍを含めて全ての場所で平坦になるようにする。所望の基板によって、ある場合には、光学的平坦性が達成され、他の場合には、機械的平坦性が達成される。
【００５６】
さらに他の場合において、リップ１３２は、縁くさび厚み変化を過大補償するように、ずっと大きく作られる。例えば、ホログラフィ基板は、基板の記録エリア上の実質的に全ての場所で、しかし一番外の半径２ｍｍを除いて、光学的に平坦である必要があろう。しかしながら、縁くさび問題は、ホログラフィ媒体構造を徐々に衰えさせるかもしれない。なぜなら、縁くさびカプスは、感光性樹脂が基板間で実質的に厚みが均一になるように、基板を押しつけて感光性樹脂をサンドイッチする能力を損なうからである。しかし、一番外の半径２ｍｍの厚みが他の基板よりも薄い場合、基板はさらに押し固められて基板間の感光性樹脂物質は略均一な厚みとなる。この理由で、縁くさび問題は、ある場合には、たとえリップ１３２が縁くさび厚み変化を過大補償するとしても、克服することができる。
【００５７】
本発明の種々の実施形態が記載されてきた。例えば、改良された平坦度を有する基板の作成を容易にする種々のプロセスが記載されている。基板の最終使用の仕方によって、基板は光学的に平坦か、あるいは機械的に平坦に作成され得る。それにも拘わらず、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、種々の修正がなされることができる。例えば、本発明は種々の厚さの基板分布を含め、どのような所望の厚み分布を有する基板を制作するのにも使用できよう。実際、新しいデータ記憶媒体形式が現れると、非通常の媒体厚み分布に対する必要性は本発明に従って容易に対処できよう。
【００５８】
さらに、光学的平坦な、機械的に平坦な、あるいは本発明に従ういかなる所望の厚み分布を有する基板も、他の方法で作成できよう。例えば、厚み可変のスタンパを作成するのではなく、可変な形の表面が射出成型において、スタンパに対し手押し固める鏡ブロックの表面として作成できよう。その場合、鏡ブロックの形状可変表面は、成形可能物質作動冷却を補償するために通常の固定スタンパを射出成型内で、撓曲することができよう。それに応じて、他の実施形態は下記のい特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行技術の成形基板の平面図である。
【図２】 先行技術の成形基板の側断面図である。
【図３】 本発明による成形基板の平面図である。
【図４】 本発明による成形基板の側断面図である。
【図５】 本発明による成形基板の側断面図である。
【図６】 本発明による成形基板の側断面図である。
【図７】 本発明の実施形態によるフロー図である。
【図８】 本発明の実施形態によるフロー図である。
【図９】 本発明の実施形態によるフロー図である。
【図１０】 本発明による電気メッキプロセスを示すブロック図である。
【図１１】 本発明による厚み可変スタンパの側断面図である。
【図１２】 射出成形器具の内部にある、図１１の可変厚みスタンパの側断面図である。
【図１３】 縁くさび問題を補償する特徴を備えている他の厚み可変スタンパの側断面図である。
【図１４】 射出成形装置の内部にある、図１３の可変厚みスタンパの側断面図である。
【符号の説明】
１０ 先行技術の基板
１２ 中心孔
１８ 一番内側の半径
２０ 一番外側の半径
３０ 本発明の基板
３２ 中心孔
４０ 基板
５０ 基板
５４ 内径
５６ 外径
６０ 基板
６４ 内径
６６ 外径
１００ 電鋳層
１０１ 電鋳プロセス液
１０２ 陽極
１０３ 陰極
１０４ 電圧源
１０５ ニッケル塗布されたマスター
１０６ マスター１０５のニッケル塗布表面
１０７A、１０７B、１０７C、１０７D、１０７E、１０７F ニッケルイオン流
１０８ ニッケル構造層
１１０ バッフル
１１１ 孔
１１４ 厚さ可変スタンパ
１１６ 中心孔
１１８ 型押し表面
１２０ 射出成形器具
１２１ 第１鏡ブロック
１２２ 第２鏡ブロック
１２４ 空洞
１３０ 可変厚みスタンパ
１３２ リップ
１４０ 射出成形器具
１４１ 第１鏡ブロック
１４２ 第２鏡ブロック
１４４ 空洞
１４６ 孔
Claims (3)
- 成形基板の屈折率が成形基板の半径方向にわたって変化し、成形基板の断面の厚みが成形基板の半径方向にわたって変化して、成形基板記録エリアの全ての場所で、前記成形基板の断面の厚みを乗じた局所的屈折率が、１０ミクロン未満の偏差内で一定であることを特徴とする成形基板。
- 前記偏差が２ミクロン未満であることを特徴とする、請求項１記載の成形基板。
- 前記基板は、サンドイッチ構造のホログラフィデータ記憶媒体で使用されるための基板であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の成形基板。
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