JP4233597B2 - 情報記録ディスク用スタンパーおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭなどのように複数のピットを形成して情報を記憶する情報記録ディスクをプレス方式で製作する際に用いる情報記録ディスク用スタンパーおよびスタンパーの製造方法に関する。

ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭはピットパターンをディスク上に形成して情報を記録するものであるが、これらの情報記録ディスクを製作する方法としては、ピットパターンに対応する凹凸が形成された型を用いて射出成形により製作する方法や、凹凸が形成されたスタンパーを用いたプレス方式のものがある。プレス方式の場合、スタンパーは以下のようにして作られている。

まず、ガラス基板上に塗布されたフォトレジストにレーザービームを照射してピットパターンを描画する。このフォトレジストを現像するとフォトレジストにピットになる窪みが形成されるので、この凹凸面に銀メッキを施し、その上にニッケル電鋳と呼ばれるニッケルメッキを施す。その後、フォトレジスト、ガラス基板を除去することによりメタルマスターと呼ばれる型を製作する。通常、このメタルマスターを型にして、複数のメタルマザーをニッケル電鋳により作成する。そして、複数のメタルマザーの内の１つを型に用いてニッケル電鋳によりスタンパーを製作し、他のメタルマザーは予備とする。ＣＤ−ＲＯＭをプレス製作するときには、このスタンパーを加熱した透明プラスチックに押圧して、ピットパターンを透明プラスチックに成形転写する。

ところで、従来のＣＤ−ＲＯＭのピットサイズは幅０．５μｍ、長さ０．９〜３．３μｍであるが、ＣＤ−ＲＯＭの記憶容量の増大を図るためには、より微細なピットパターンを形成する必要があり、このような微細パターンに対応できるスタンパーが必要となる。

本発明の目的は、より微細なピットパターンを有する情報記録ディスクを製造する際に用いられる情報記録ディスク用スタンパーおよびスタンパーの製造方法を提供することにある。

（１）請求項１の発明は、過冷却液体温度域で超塑性流動性を有するアモルファス合金で製作される情報記録ディスク用スタンパーであって、表面にナノメートルオーダーのピットを複数形成して情報を記録する情報記録ディスクをプレス方式で製作するための情報記録ディスク用スタンパーの製造方法において、ディスクのピットパターンに対応する凹凸面を、シリコン基板表面に設けられたシリコン酸化膜にフォトリソグラフィ法を用いて形成し、シリコン酸化膜に形成された凹凸面と、過冷却液体温度域を有するアモルファス合金とを対向させ、過冷却液体温度域に保つことにより超塑性流動状態としたアモルファス合金に凹凸面を所定の荷重で押圧してインプリント成形し、アモルファス合金に凹凸面が反転された成型転写面を形成することを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の情報記録ディスク用スタンパーの製造方法において、過冷却液体温度域を有するアモルファス合金を薄膜として作製し、シリコン酸化膜に形成された凹凸面に薄膜を被せ、薄膜を成すアモルファス合金を過冷却温度域に加熱して超塑性流動状態とし、超塑性流動性状態の薄膜に凹凸面を押圧してインプリント成形を行い、その後、薄膜を剥離し、成型転写面と反対側の面を支持部材に接合することを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１に記載の情報記録ディスク用スタンパーの製造方法において、過冷却液体温度域を有するアモルファス合金製の薄膜を支持部材に接合し、薄膜を成すアモルファス合金を過冷却温度域に加熱して超塑性流動状態とし、支持部材に設けられたアモルファス合金製薄膜に凹凸面を押圧してインプリント成形を行い、成型転写面を形成することを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の製造方法において、過冷却液体温度域を有するアモルファス合金は、パラジウム系アモルファス合金、ジルコニア系アモルファス合金およびランタン系アモルファス合金から選択されるいずれか一つのアモルファス合金であることを特徴とする。

（５）請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の製造方法で製作されたスタンパーであって、情報記録用ディスク素材表面のアモルファス合金を過冷却液体温度域に保持して超塑性流動状態とし、スタンパーの成形転写面を前記アモルファス合金にプレスしてピットパターンを形成するディスク製造方法に使用され、スタンパーのアモルファス合金は、ディスク素材表面のアモルファス合金の過冷却液体温度域と重複せず、かつ高い過冷却液体温度域を有するアモルファス合金であることを特徴とする。

本発明によれば、アモルファス合金は過冷却液体温度域において粘度が低いため微細成形性が良く、ナノメートルオーダの微細ピットパターンに充分対応できる情報記録ディスク用スタンパーが得られる。
また、リソグラフィ法を使用してシリコン基板表面に設けられたシリコン酸化膜に微細なピットパターンを形成し、そのシリコン酸化膜に形成されたピットパターンをアモルファス合金に成形転写しているので、従来より微細なピットパターンをスタンパーに形成することができる。そして、このようなスタンパーを用いることにより、微細パターンを有する高容量の情報記録ディスクを製作することが可能となる。
さらに、ピットが形成される記録層に過冷却液体温度域を有するアモルファス合金を用いることにより、微細なピットパターンを形成することができ、高容量の情報記録ディスクを製作することができる。

以下、図１〜４を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明者はアモルファス合金の研究を行った結果、ある種のアモルファス合金では特定の温度領域（過冷却液体温度域と呼ばれる）において超塑性的な挙動を示し、優れた微細成形（微細形状転写）特性を有するということを見出した。このようなアモルファス合金の例としては、Ｚｒ基（ジルコニア系）アモルファス合金、Ｌａ基（ランタン系）アモルファス合金やＰｄ基（パラジウム系）アモルファス合金などがある。これらのアモルファス合金は、ガラス遷移温度（Ｔｇ点）が結晶化点（Ｔｘ点）より低温側に存在し、明確な過冷却液体温度域ΔＴｘ（＝Ｔｘ−Ｔｇ）が存在する。この過冷却液体温度域ΔＴｘはＺｒ基やＰｄ基で約１００Ｋ、Ｌａ基アモルファス合金で約８０Ｋにもおよぶ。これらのアモルファス合金は、過冷却液体温度域では粘性が１０^１１Ｐａ・ｓ以下に低下し、その状態から再び冷却すると元のアモルファス状態に戻ることが確認されており、過冷却液体状態下で優れた微細成形特性を有している。

本実施の形態では、このようなアモルファス合金の成形特性を利用して、上述した情報記録ディスク用スタンパーの成型転写面（ピットパターンに対応する凹凸形状を有する面）をアモルファス合金で形成するようにした。なお、以下では、耐食性および流動特性に優れる４元系Ｐｄ基アモルファス合金（４元系Ｐｄ_４０Ｃｕ_３０Ｎｉ_１０Ｐ_２０アモルファス合金）を用いたスタンパーを例に説明する。

４元系Ｐｄ_４０Ｃｕ_３０Ｎｉ_１０Ｐ_２０アモルファス合金はガラス遷移温度Ｔｇ＝５７７Ｋ、結晶化温度Ｔｘ＝６７３Ｋであり、過冷却液体温度域ΔＴｘ＝９６Ｋという広い過冷却液体温度域を有している。液体急冷法で作成したアモルファス試験片（直径２mm、高さ４mm）を用いて、このＰｄ基アモルファス合金の巨視的変形特性を応力急変法による高温圧縮試験により調べた。ここで、超塑性現象の示性式（１）を用いて試験結果を調べると、Ｐｄ基アモルファス合金は過冷却液体温度域において歪速度感受性指数ｍがｍ＝１．０となり、ニュートン粘性流動特性を示すことが明らかとなった。

次いで、Ｐｄ基アモルファス合金を用いたＣＤ−ＲＯＭ用スタンパーの製造方法について説明する。なお、この製造法はＤＶＤ−ＲＯＭ用のスタンパーについても全く同様である。図１はスタンパーの製作手順を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）の工程はスタンパー作成用のマザーダイ（上述したメタルマザーに対応する）の製造手順を示し、（ｅ），（ｆ）の工程はスタンパーの製造手順を示す。

まず、図１（ａ）に示すように、熱酸化法、ＣＶＤ法等によりシリコン（Ｓｉ）基板１に酸化膜（ＳｉＯ_２）２を形成する。次に、ＳｉＯ_２膜２上にフォトレジスト３を塗布した後に、電子ビームリソグラフィによりＣＤ−ＲＯＭのピットパターンを描画する。従来のＣＤ−ＲＯＭのピットは幅寸法が０．５μｍであるが、本実施の形態の製造方法によれば、ピットの幅寸法を０．１μｍ程度にすることができる。ピットパターンが描画されたフォトレジスト３の現像処理を行うと、図１（ｂ）のようなレジストパターンが形成される。なお、ナノメートルオーダーのパターンを形成するためにはレジスト３の膜厚は薄い方が良く、例えば、０．１μｍのレジスト３を形成する。なお、リソグラフィに電子ビームを用いたが、イオンビームなどの荷電粒子ビームを用いても良く、また、ピット寸法によってはレーザビームでも良い。

次に、レジスト３をマスクとして、緩衝ＨＦを用いた等方性エッチングによりＳｉＯ_２膜２をエッチングする（図１（ｃ））。ＳｉＯ_２膜２のエッチング方法については、上述したようなウェットエッチングの他にＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）などのドライエッチング法を用いても良く、より微細なパターンをエッチングすることができる。その後、レジスト３を除去すると、図１（ｄ）に示すようにピットパターンがＳｉＯ_２膜２に形成される。このようにしてＳｉ基板を用いたマザーダイが出来上がる。

次いで、真空高温チャンバ（図示せず）内において、図１（ｅ）に示すように、マザーダイの凹凸面にＰｄ基アモルファス合金製の薄膜または板（以下では、単にアモルファス合金と呼ぶことにする）４を被せ、所定の荷重で押圧してインプリント成形する。薄膜を用いる場合、膜厚はピットを形成するに充分な厚さがあれば良く、例えば５０μｍ程度にすれば良い。また、押圧方法としては、例えば、図１（ｅ）に示すものを図示上下から２枚の圧板で挟みプレスする方法がある。これにより、マザーダイの凹凸形状をアモルファス合金４の表面に転写する。このときの成形条件は、Ｐｄ基アモルファス合金の場合には成形時間１０００sec、応力１０ＭＰａ、成形温度６４０Ｋであり、アモルファス合金４の粘性が低くなる過冷却液体温度域において成形を行う。ただし、この条件は一例であって、ピット寸法や凹凸形状等に応じて最適な成形性が得られるように、時間、応力、温度が設定される。

その後、アモルファス合金４をマザーダイから剥離する。アモルファス合金４に薄膜を用いる場合には、アモルファス合金４をスタンパー用支持材６に接合して図１（ｆ）に示すようなスタンパーＳが完成する。Ｓ１はスタンパーＳの成形転写面であり、ピットパターンが形成されている。なお、上述した説明では、アモルファス合金４に成形転写面Ｓ１を形成した後に支持材６に接合したが、支持材６にアモルファス合金４を接合した後に成形転写面Ｓ１を形成するようにしても良い。

図２は、スタンパーＳを用いたＣＤ−ＲＯＭの製造手順を示す図である。まず、ＣＤ−ＲＯＭの基板材である透明プラスチック（例えば、ポリカーボネート）ＰＣを加熱して、図２（ａ）のようにスタンパーＳでプレスする。その結果、透明プラスチック基板にピットパターンが成形転写される。次に、成形面ＰＣ１にアルミ蒸着膜などの反射膜Ｒを形成し（図２（ｂ））、さらにその上にプラスチックの保護膜５を形成してＣＤ−ＲＯＭが出来上がる（図２（ｃ））。

上述したように、本実施の形態によるスタンパーの製造方法では、電子ビームリソグラフィ法を用いてＳｉ基板上にピットパターンを形成してマザーダイを作成し、そのマザーダイのピットパターンを、過冷却液体温度域において粘性の低いアモルファス合金に成形転写してスタンパーとしているため、微細なピットパターンをスタンパーの成形転写面に精度良く形成することができる。そして、このスタンパーを用いることにより、より微細なピット（ナノオーダーのピットパターン）から成る高容量のＣＤ−ＲＯＭを製作することが可能となる。また、上述したアモルファス合金は優れた微細成形特性を有するとともに、比較的低荷重下で成形を行えるという特徴を有している。

なお、上述した実施の形態ではアモルファス合金によりＣＤ−ＲＯＭ製作用スタンパーを製作したが、Ｓｉ基板でマザーダイを形成して、そのマザーダイのパターンをアモルファス合金にインプリント成形することにより、アモルファス合金のＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭを製作するようにしても良い。また、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭなどの情報記録ディスクやそのスタンパーだけでなく、例えばマイクロマシン用部材なども上述したアモルファス合金を成形加工して作成することができる。

図３はアモルファス合金を用いたＣＤ−ＲＯＭの製造手順の概略を示す図である。図３（ａ）はマザーダイを示す図であり、Ｓｉ基板１０上にＳｉＯ_２膜１２が形成されており、ＳｉＯ_２膜１２にはピットパターン（図１（ｄ）とは逆のパターン））が形成されている。なお、図３（ａ）に示すマザーダイの製造手順は、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示した手順と同様なので説明を省略する。図３（ａ）のマザーダイを形成したら、図３（ｂ）に示すようにマザーダイの凹凸面にアモルファス合金（Ｐｄ基アモルファス合金製の薄膜や板）１４を被せ、所定の荷重で押圧してインプリント成形する。その後、アモルファス合金１４をマザーダイから剥離し、ピットが形成された面に反射膜１５を形成し、さらに透明プラスチックの保護膜１６ａ，１６ｂを形成する。

図３に示した例では、シリコン基板上にＳｉＯ_２膜によるピットパターンを形成したマザーダイを用いてアモルファス合金１４を成形したが、図３（ａ）に示すマザーダイに代えて、図１（ｆ）のアモルファス合金製スタンパーＳを用いてアモルファス合金１４を成形するようにしても良い。成形の手順は図３に示す手順と同様なので説明を省略するが、スタンパーＳおよびアモルファス合金１４には異なる種類のアモルファス合金が用いられる。ここで、スタンパー用アモルファス合金のガラス遷移温度および結晶化温度をそれぞれＴｇ（Ｓ）、Ｔｘ（Ｓ）と表し、ＣＤ−ＲＯＭ用アモルファス合金１４のガラス遷移温度および結晶化温度をそれぞれＴｇ（１４）、Ｔｘ（１４）と表すことにすると、Ｔｇ（Ｓ）＞Ｔｇ（１４）を満たすようにそれぞれのアモルファス合金を選択する。

図４は成形加工時の成形加工温度域を説明する図であり、ＣＤ−ＲＯＭ用アモルファス合金については２種類（それぞれ、符号１４ａ、１４ｂで表す）のものを示した。アモルファス合金１４ａの場合には、結晶化温度Ｔｘ（１４ａ）がスタンパー用アモルファス合金のガラス遷移温度Ｔｇ（Ｓ）より低温側にあり、成形時の成形加工温度域ΔＴａはアモルファス合金１４ａの過冷却液体温度域ΔＴｘ（１４ａ）＝Ｔｘ（１４ａ）−Ｔｇ（１４ａ）と等しくなる。

一方、アモルファス合金１４ｂの場合には、結晶化温度Ｔｘ（１４ｂ）がスタンパー用アモルファス合金のガラス遷移温度Ｔｇ（Ｓ）より高温側にあるため、成形加工温度域ΔＴｂはΔＴｂ＝Ｔｇ（Ｓ）−Ｔｇ（１４ｂ）となり、アモルファス合金１４ｂの過冷却液体温度域ΔＴｘ（１４ｂ）＝Ｔｘ（１４ｂ）−Ｔｇ（１４ｂ）より温度範囲が狭くなる。

上述した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、アモルファス合金１４ａは第１のアモルファス合金を、ガラス遷移温度Ｔｇ（Ｓ）は第２のアモルファス合金のガラス遷移温度をそれぞれ構成する。

スタンパーの製作手順を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）の工程はスタンパー作成用のマザーダイの製造手順を示し、（ｅ），（ｆ）の工程はスタンパーの製造手順を示す。 スタンパーＳを用いたＣＤ−ＲＯＭの製造手順を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は各工程を示す。 アモルファス合金を用いたＣＤ−ＲＯＭの製造手順を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は各工程を示す。 成形加工時の成形加工温度域を説明する図。

符号の説明

１，１０ シリコン基板
２，１２ ＳｉＯ_２膜
３ フォトレジスト
４，１４，１４ａ，１４ｂ アモルファス合金
Ｓ スタンパー
Ｓ１ 成形転写面

Claims (5)

1. 過冷却液体温度域で超塑性流動性を有するアモルファス合金で製作される情報記録ディスク用スタンパーであって、表面にナノメートルオーダーのピットを複数形成して情報を記録する情報記録ディスクをプレス方式で製作するための情報記録ディスク用スタンパーの製造方法において、
   前記ディスクのピットパターンに対応する凹凸面を、シリコン基板表面に設けられたシリコン酸化膜にフォトリソグラフィ法を用いて形成し、
   前記シリコン酸化膜に形成された前記凹凸面と、前記過冷却液体温度域を有するアモルファス合金とを対向させ、過冷却液体温度域に保つことにより超塑性流動状態とした前記アモルファス合金に前記凹凸面を所定の荷重で押圧してインプリント成形し、前記アモルファス合金に前記凹凸面が反転された成型転写面を形成することを特徴とする情報記録ディスク用スタンパーの製造方法。
2. 請求項１に記載の情報記録ディスク用スタンパーの製造方法において、
   前記過冷却液体温度域を有するアモルファス合金を薄膜として作製し、
   前記シリコン酸化膜に形成された前記凹凸面に前記薄膜を被せ、
   前記薄膜を成すアモルファス合金を過冷却温度域に加熱して超塑性流動状態とし、
   前記超塑性流動性状態の前記薄膜に前記凹凸面を押圧してインプリント成形を行い、その後、前記薄膜を剥離し、前記成型転写面と反対側の面を支持部材に接合することを特徴とする情報記録ディスク用スタンパーの製造方法。
3. 請求項１に記載の情報記録ディスク用スタンパーの製造方法において、
   前記過冷却液体温度域を有するアモルファス合金製の薄膜を支持部材に接合し、
   前記薄膜を成すアモルファス合金を過冷却温度域に加熱して超塑性流動状態とし、
   前記支持部材に設けられた前記アモルファス合金製薄膜に前記凹凸面を押圧してインプリント成形を行い、前記成型転写面を形成することを特徴とする情報記録ディスク用スタンパーの製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の製造方法において、
   前記過冷却液体温度域を有するアモルファス合金は、パラジウム系アモルファス合金、ジルコニア系アモルファス合金およびランタン系アモルファス合金から選択されるいずれか一つのアモルファス合金であることを特徴とする情報記録ディスク用スタンパーの製造方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の製造方法で製作されたスタンパーであって、
   情報記録用ディスク素材表面のアモルファス合金を過冷却液体温度域に保持して超塑性流動状態とし、前記スタンパーの前記成形転写面を前記アモルファス合金にプレスして前記ピットパターンを形成するディスク製造方法に使用され、前記スタンパーのアモルファス合金は、前記ディスク素材表面のアモルファス合金の過冷却液体温度域と重複せず、かつ高い過冷却液体温度域を有するアモルファス合金であることを特徴とする情報記録ディスク用スタンパー。
   

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