JP4266911B2 - 光ディスクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は複数の記録層を中間層を介して設ける光ディスクの製造方法に関する。

近年、大容量の光ディスクが求められ、記録密度を向上させるために、記録ピットを小さくする等の試みがなされている。光ディスクの容量をさらに大きくするための手段として、ディスクの片面２層化がある。２層に設けられた記録層に対してディスクの片側から光ビームを照射することで、情報の記録再生あるいは再生を行うものである。このようなデュアルレイヤーディスクとしては、直径１２０ｍｍで数ＧＢ以上の記録容量をもつデジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ：Digital Versatile Disk）が知られている。

こうした次世代の光ディスクは、高ＮＡ（Numerical Aperture：レンズの開口数）により記録密度を上げているため、薄いカバー層を設けた表面記録方式に近いディスクとなる。つまりＮＡが大きいほど細かい光スポットが得られることを利用するので、ＮＡを大きくするほど必然的に焦点距離が短くなり、記録層をレンズにより近づけるためにカバー層を薄くすることが必要になる。薄く形成するカバー層に従来のように射出成形で信号を転写することは難しいため、紫外線で硬化する樹脂（２Ｐ樹脂：Photo-Polymer）で中間層を形成し、その表面に記録層を形成することが提案されている（特許文献１、２参照）。

片面２層ディスクの構造を図７に示す。この図７を参照しながら特許文献１に開示されたディスク製造方法を簡単に説明すると、ディスク基板１に形成した第１の記録層２の上に紫外線硬化型接着剤層３をスピンコートし、これと並行してスタンパ基板上に２Ｐ樹脂層をスピンコートし（図示せず）、このスタンパ基板上の２Ｐ樹脂層４を接着剤層３の上に貼り合わせ、接着剤層３と２Ｐ樹脂層４とを紫外線により硬化させ、その後にスタンパ基板を剥がして剥き出しにした２Ｐ樹脂層４のパターンの上に第２の記録層５を成膜し、カバー層６を貼り付ける。
特開平１０−２８３６８２号公報 特開２００３−２８１７９１号公報

上述したように、従来はディスク基板１の接着剤層３の上に２Ｐ樹脂層４を貼り合せることによって、第１の記録層２と第２の記録層５との間の中間層７を形成している。ところが接着剤層３と２Ｐ樹脂層４はともに、スピンコート法を用いて基板全面に広げるという手法をとっているため、遠心力と表面張力により外周縁部が盛り上がり、貼り合わせ後の中間層７に高い厚み均一性を得ることはできない。中間層７に厚み均一性が確保されないと、第１記録面（第１の記録層２の界面）と第２記録面（第２の記録層５の界面）との距離が所定範囲内におさまらず、情報を読み取る光に収差が生じる等で再生信号が劣化するなどの不都合が発生する。

本発明は上記問題を解決するもので、光ディスクの２つの記録層間に設ける中間層の厚み均一性を向上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は、ディスク基板上に複数の記録層を中間層を介して形成し、保護層で覆って光ディスクを製造する際に、ディスク基板に形成した第１の記録層の上に樹脂をスピンコートするとともに、第２の記録層のパターンを形成したスタンパ基板上に樹脂をスピンコートする工程と、前記ディスク基板上およびスタンパ基板上の樹脂をそれぞれ所定領域のみ硬化させる部分硬化工程と、前記部分硬化工程の後にディスク基板とスタンパ基板とを真空下で樹脂塗布面を対向させて貼り合わせる工程と、両基板間の樹脂を全面にわたって硬化させる工程と、両基板間の樹脂の硬化後にスタンパ基板を剥離し、スタンパ基板の表面形状が転写された樹脂層を中間層として第２の記録層を形成する工程とを行うことを特徴とする。たとえばディスク基板の片面に２層の記録層を形成することができる。

上記した光ディスクの製造方法において、ディスク基板上およびスタンパ基板上の樹脂をそれぞれ所定領域のみ硬化させる部分硬化工程で、スタンパ基板上の樹脂は、インフォメーションエリアとなる領域を含んだ中周領域よりも外周領域と内周領域の硬化度を低くし、ディスク基板上の樹脂は、中周領域の硬化度を外周領域と内周領域の硬化度よりも低くすることを特徴とする。

スタンパ基板上の樹脂は、スタンパ基板の外周端から半径方向に沿って０．５〜５．０ｍｍの幅の外周領域で硬化度を低くすることを特徴とする。
ディスク基板上またはスタンパ基板上の樹脂をそれぞれ所定領域のみ硬化させる部分硬化工程で、前記樹脂を硬化させるビームを円環状のマスクを介して照射することを特徴とする。

円環状のマスクは、ディスク基板またはスタンパ基板に接触しない所定の間隙を設けて設置することを特徴とする。
ディスク基板上またはスタンパ基板上の樹脂を所定領域のみ硬化させる部分硬化工程で、ディスク基板またはスタンパ基板を回転させながら前記樹脂を硬化させるビームをスポットで照射することを特徴とする。

ディスク基板上およびスタンパ基板上にスピンコートする樹脂が紫外光反応硬化型樹脂であることを特徴とする。
ディスク基板またはスタンパ基板と紫外光反応硬化型樹脂とを透過した紫外光を吸収する紫外光吸収体を配置することを特徴とする。

ディスク基板とスタンパ基板とを樹脂塗布面を対向させて貼り合わせた状態で、貼り合わせ時よりも高圧の雰囲気中で待機させ、その後に両基板間の樹脂を全面にわたって硬化させることを特徴とする。

本発明の光ディスクの製造方法は、第１の記録層を成膜したディスク基板上とスタンパ基板上とに樹脂をスピンコートし、それぞれの樹脂を所定領域のみ硬化させたうえで貼り合せて完全に硬化させるようにしたため、スピンコートの際の樹脂の外周部分の盛り上がりを押えて均すことができ、その上に形成する第２の記録層と前記第１の記録層との中間層としての樹脂層の厚みの均一性及び精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
ここでは読み書きに波長４０５ｎｍ程度の青色レーザーを使用するブルーレイディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｋ）を２層ディスクの例に挙げて説明する。ブルーレイディスクは、先に図７を用いて説明した２層ディスクと同様の構造を有しており、ディスク基板は外径が１２０ｍｍ、厚さが１.１ｍｍ、センターホールの径が１５ｍｍであり、中間層の厚みは２５μｍ程度、カバー層は７５μｍ程度となる。

図１は本発明の一実施形態における２層ディスクの製造方法の概略フローを示す工程断面図である。
図１（ａ）に示すように、第１記録面のパターンが転写されたディスク基板１の上に第１の記録層２をスパッタ法で成膜し、次いで図３（ｂ）に示すように、第１の記録層２の上に紫外線硬化型接着剤層３（以下、接着剤層３という）をスピンコートする。

これと並行して、図１（ｃ）（ｄ）に示すように、第２記録面のパターンが転写されたスタンパ基板８の上に２Ｐ樹脂層４をスピンコートする。
次に、図１（ｅ）に示すように、ディスク基板１とスタンパ基板８とを真空下で貼り合せ、プレスしながら紫外光Ｌを照射することにより、基板１，８間の接着剤層３，２Ｐ樹脂層４を硬化させる。真空下で貼り合せるのは、接着剤層３，２Ｐ樹脂層４内に発生した気泡を除去するためである。

接着剤層３，２Ｐ樹脂層４が全面にわたって硬化したら、図３（ｆ）に示すようにスタンパ基板８を剥がす。図中の３ａは接着剤層３が硬化してなる硬化部分、４ａは２Ｐ樹脂層４が硬化してなる硬化部分、７は接着剤層３ａと２Ｐ樹脂層４ａとからなる中間層を表わす。

次に、図３（ｇ）に示すように、剥き出しになった２Ｐ樹脂層４（したがって中間層７）の表面に転写されたパターンの上に第２の記録層５を成膜する。
最後に、図３（ｈ）に示すように第２の記録層５の上にカバー層６を貼り付けることにより、片面２層ディスクが完成する。

なお、ディスク基板１は、ポリカーボネートなどの透明な樹脂材料で射出成形法により形成される。スタンパ基板８も、ポリカーボネートなどの透明な樹脂材料で射出成形法により成形される。第１の記録層２は、入射した光ビームを約２０〜３０％反射し、残りの光ビームを透過するように、アルミニウム、金及びこれらの合金または窒化シリコン等が用いられる。第２の記録層５は、第１の記録層２を透過した光ビームのほぼ全てを反射するように、アルミニウム、金及びこれらの合金が用いられる。

紫外線硬化接着剤層３には、光ビームの波長に対して透明なアクリル系又はエポキシ系の樹脂が用いられる。２Ｐ樹脂層４には、光ビームの波長に対して透明なアクリル系又はウレタン系の樹脂が用いられる。接着剤層３、２Ｐ樹脂層４とも、スタンパ基板８に対する２Ｐ樹脂層４の接着力がディスク基板１に対する接着剤層３の接着力よりも十分に小さくなるように、つまりスタンパ基板８のみを剥がせるように選択される。接着剤層３は、２Ｐ樹脂層４と第１の記録層２との接着力を上げるために設けられる。

上記した製造工程において、本発明方法が特徴とするのは、接着剤層３と２Ｐ樹脂層４を硬化させる工程である。以下に詳述する。
図２（ａ）に示すように、接着剤層３をスピンコートしたディスク基板１を、中周マスク９を取り付けた透明なステージ１０に中周マスク９と同心状に設置する。この時点での接着剤層３は、スピンコートした際の遠心力および表面張力で外周縁部が盛り上がっている。

中周マスク９は、ディスク基板１の中周領域（たとえば半径１７.５ｍｍの位置から５５ｍｍの位置までの範囲）をマスクするものである。設置の際の位置決めは、ディスク基板１のセンターホール１ａをステージ１０の中央の凸部１０ａに嵌合させることによる。ステージ１０は、ディスク基板１の着脱を容易にするために基板背面との間に幾分かの隙間を形成するとともに、中周マスク９がディスク基板１に接触してキズ付けることがないように、中周マスク９を基板支持面よりも低位に保持する段差部１０ｂが形成されている。

この状態で、ステージ１０側からディスク基板１に向けて光量１０〜３０ｍＪ／ｃｍ^２のパルス紫外光Ｌを光源Ｌ０より１〜３０ショット照射して、中周マスク９でマスクされていない内周領域および外周領域の接着剤層３を硬化させる。３ａは接着剤層３の硬化部分を表わす。ディスク基板１の上方には予め紫外光吸収体１１を配置しておき、ディスク基板１，接着剤層３を透過したパルス紫外光Ｌを吸収して反射を防ぐ。

図２（ａ）に示した工程と並行して、図２（ｂ）に示すように、２Ｐ樹脂層４をスピンコートしたスタンパ基板８を、内周マスク１２，外周マスク１３を取り付けた透明なステージ１４に内周マスク１２，外周マスク１３と同心状に設置する。この時点での２Ｐ樹脂層４は、スピンコートした際の遠心力および表面張力で外周縁部が盛り上がっている。

内周マスク１２，外周マスク１３はそれぞれ、スタンパ基板８の内周領域および外周領域（たとえば半径１８.０ｍｍの位置から５９ｍｍの位置までを除いた範囲）をマスクするものである。マスクしない中周領域、つまり２Ｐ樹脂層４を硬化させるべき範囲は、第２記録面の転写性を確保できるように少なくとも第２記録面のパターンの範囲を含んでいる。ステージ１４は、内周マスク１２，外周マスク１３がスタンパ基板８に接触してキズ付けることがないように、内周マスク１２，外周マスク１３を基板支持面よりも低位に保持する段差部１４ｂが形成されている。

この状態で、ステージ１４側からスタンパ基板８に向けて光量１０〜３０ｍＪ／ｃｍ^２のパルス紫外光Ｌを光源Ｌ０より１〜３０ショット照射して、内周マスク１２，外周マスク１３でマスクされていない中周領域の２Ｐ樹脂層４を硬化させる。４ａは２Ｐ樹脂層４の硬化部分を表わす。ここでも、スタンパ基板８の上方に予め紫外光吸収体１１を配置しておき、スタンパ基板８，２Ｐ樹脂層４を透過したパルス紫外光Ｌを吸収して反射を防ぐ。

次に、図２（ｃ）（ｄ）に示すように、所定領域の接着剤層３，２Ｐ樹脂層４だけが硬化したディスク基板１とスタンパ基板８とを、接着剤層３，２Ｐ樹脂層４どうしを対向させて５０Ｐａ以下程度の真空下で貼り合わせ、プレスする。

このことにより、接着剤層３と２Ｐ樹脂層４のそれぞれの未硬化部分が押し潰されて均され、接着剤層３と２Ｐ樹脂層４とで形成される中間層７の膜厚が均一になる。プレスの際に内周側の接着剤層３と２Ｐ樹脂層４が拡がってセンターホール１ａ，8ａにはみ出すことが懸念されるが、ディスク基板１とスタンパ基板８のセンターホール１ａ，８ａの近傍に形成された環状の溝１ｂ，８ｂに流れ込むことになり、はみ出しは防止される。これら環状の溝１ｂ，８ｂは、スタンパ基板８を引き剥がす際のフック１６の係止にも利用される。

ディスク基板１，スタンパ基板８を所定時間だけプレスした後には、接着剤層３，２Ｐ樹脂層４の全面を硬化させる工程までに、たとえば大気中で１０〜１００秒程度待機させる。これは、ディスク基板１，スタンパ基板８の貼り合わせの際に、５０Ｐａ以下程度の真空下とはいえ、接着剤層３，２Ｐ樹脂層４の未硬化部分と硬化部分４ａとの境界付近に気泡１７が混入することがあるからであり、このようにすることにより、気泡１７が大気圧で圧縮されて、図２（ｅ）に示すように小さくなる。これにより、気泡に起因する不良、たとえば情報を読み書きする光ビームが気泡の影響を受けてその付近での記録が不能になるなどの不良を防止できる。

以上のような工程（図２（ａ）〜図２（ｅ））を経ることで、２層ディスクの中間層７の厚み均一性および精度を高めることができる。
このようにして形成した２層ディスクについて、２Ｐ樹脂層の外周の未硬化範囲が外周マスク径（外周マスク１３でマスクされるスタンパ基板８の外周端から中心方向への寸法）に依存するものとして、外周マスク径と中間層の膜厚バラツキとの関係を調べた。結果を図３に示す。

図３から、外周マスク径が大きいほど、すなわち２Ｐ樹脂層の外周の未硬化範囲が大きいほど、中間層の膜厚の均一性が良くなることがわかる。外周マスク径０.５ｍｍで膜厚バラツキ４％、外周マスク径１.０ｍｍ〜５.０ｍｍで膜厚バラツキ２％程度という良好な結果が得られている。未硬化範囲が大きすぎると、接着剤層の未硬化部分と混合してしまうことが懸念されるが、この範囲の外周マスク径０．５〜５．０ｍｍであれば支障ない。参考までに、第１の記録層，第２の記録層とも収差や層間クロストークなく記録再生するためには、中間層の厚さを２５±２μｍ程度とすることが望ましいとされており（たとえば特許文献２）、これは膜厚バラツキ８％に相当する。

図４に示すように、接着剤層３を部分的に硬化させる際のマスクでディスク基板１をキズ付けるのを避けるために、凸部を持ったテーブル１８でディスク基板１の内周部分のみ支持するとともに基板内周領域をマスクし、ディスク基板１の外周領域は別途の固定マスク１３ａでマスクするようにしてもよい。スタンパ基板８上の２Ｐ樹脂層４を部分的に硬化させる際も同様である。

また、図５に示すように、ディスク基板１を回転させながら、紫外光Ｌをスポットで照射することによって接着剤層３の所望範囲のみ硬化させるようにしてもよい。スポットで照射する手段としては光ファイバーなどを使用できる。スタンパ基板８上の２Ｐ樹脂層４を部分的に硬化させる際も同様である。

上記と同様にして、図６に示すような、ディスク基板１の両側にそれぞれ２層の記録層（第１、第２、第３、第４の記録層２，５，２Ａ，５Ａ）を備えた多層ディスクを製造することも可能である。図示を省略するが、ディスク基板１の片側（あるいは両側）により多層の記録層を設けることも可能である。いずれの場合も、中間層の厚みが均一になるため各記録層の読み書きを正確に行える。

なお、特に説明しなかったが、第１の記録層２は、ディスク基板１に、ＲＯＭの場合にピット、ＲＡＭの場合にピットと案内溝、１回だけ書き込める構造の場合に案内溝だけを設けることで形成される。同様に、第２の記録層５は、中間層７に、ＲＯＭの場合にピット、ＲＡＭの場合にピットと案内溝、１回だけ書き込める構造の場合に案内溝だけを設けることで形成される。第１の記録層５、第２の記録層５の材料も、ＲＯＭ、ＲＡＭなどの種類に応じて選択される。

また上記においては、中間層７を、紫外光で硬化する紫外線硬化型接着剤層３と２Ｐ樹脂層４とで形成するものとして説明したが、これに限定されず、電子線、放射線、熱などで硬化する樹脂を用いて同様に形成することも可能である。

本発明の光ディスクの製造方法は、中間層の厚みの均一性を向上することができ、片面２層ディスクはもちろんのこと、片面及び両面多層ディスクにも有用である。

本発明の一実施形態における光ディスクの製造方法であって、片面２層ディスクの製造方法を説明する製造工程断面図 図１に示した製造工程の内の一部を詳細に示した製造工程断面図 図１に示した方法で用いるマスクの外周マスク径と同方法で形成される中間層の膜厚バラツキとの関係図 図１に示した方法の変形例 図１に示した方法の他の変形例 図１に示した方法と同様にして製造される多層ディスクの断面図 従来の片面２層ディスクの断面図

符号の説明

１ ディスク基板
２ 第１の記録層
３ 接着剤層
3a 硬化部分
４ ２Ｐ樹脂層
4a 硬化部分
５ 第２の記録層
６ カバー層
７ 中間層
８ スタンパ基板
９ 中周マスク
11 紫外光吸収体
12 内周マスク
13 外周マスク
Ｌ 紫外光

Claims (10)

1. ディスク基板上に複数の記録層を中間層を介して形成し、保護層で覆って光ディスクを製造する際に、
   ディスク基板に形成した第１の記録層の上に樹脂をスピンコートするとともに、第２の記録層のパターンを形成したスタンパ基板上に樹脂をスピンコートする工程と、
   前記ディスク基板上およびスタンパ基板上の樹脂をそれぞれ所定領域のみ硬化させる部分硬化工程と、
   前記部分硬化工程の後にディスク基板とスタンパ基板とを真空下で樹脂塗布面を対向させて貼り合わせる工程と、
   両基板間の樹脂を全面にわたって硬化させる工程と、
   両基板間の樹脂の硬化後にスタンパ基板を剥離し、スタンパ基板の表面形状が転写された樹脂層を中間層として第２の記録層を形成する工程と
   を行う光ディスクの製造方法。
2. ディスク基板の片面に２層の記録層を形成する請求項１記載の光ディスクの製造方法。
3. ディスク基板上およびスタンパ基板上の樹脂をそれぞれ所定領域のみ硬化させる部分硬化工程で、スタンパ基板上の樹脂は、インフォメーションエリアとなる領域を含んだ中周領域よりも外周領域と内周領域の硬化度を低くし、ディスク基板上の樹脂は、中周領域の硬化度を外周領域と内周領域の硬化度よりも低くする請求項１記載の光ディスクの製造方法。
4. スタンパ基板上の樹脂は、スタンパ基板の外周端から半径方向に沿って０．５〜５．０ｍｍの幅の外周領域で硬化度を低くする請求項１記載の光ディスクの製造方法。
5. ディスク基板上またはスタンパ基板上の樹脂をそれぞれ所定領域のみ硬化させる部分硬化工程で、前記樹脂を硬化させるビームを円環状のマスクを介して照射する請求項１または請求項３のいずれかに記載の光ディスクの製造方法。
6. 円環状のマスクは、ディスク基板またはスタンパ基板に接触しない所定の間隙を設けて設置する請求項５記載の光ディスクの製造方法。
7. ディスク基板上またはスタンパ基板上の樹脂を所定領域のみ硬化させる部分硬化工程で、ディスク基板またはスタンパ基板を回転させながら前記樹脂を硬化させるビームをスポットで照射する請求項１または請求項３のいずれかに記載の光ディスクの製造方法。
8. ディスク基板上およびスタンパ基板上にスピンコートする樹脂が紫外光反応硬化型樹脂である請求項１記載の光ディスクの製造方法。
9. ディスク基板またはスタンパ基板と紫外光反応硬化型樹脂とを透過した紫外光を吸収する紫外光吸収体を配置する請求項８記載の光ディスクの製造方法。
10. ディスク基板とスタンパ基板とを樹脂塗布面を対向させて貼り合わせた状態で、貼り合わせ時よりも高圧の雰囲気中で待機させ、その後に両基板間の樹脂を全面にわたって硬化させる請求項１記載の光ディスクの製造方法。

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