JPWO2003083854A1 - 形状複製方法 - Google Patents
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Abstract
この発明は、所定のパターンが表面に形成されかつ中央に開口部を有するスタンパを設置台に固定し、スタンパ上の前記パターンに光硬化樹脂を供給し、前記光硬化樹脂の上にスタンパとの所定の相対位置関係が保持されるように前記スタンパの開口部の直径よりも小さな直径の開口部を有する薄板状の基板を搭載し、前記基板の上方から光を照射して光硬化樹脂を硬化させ、スタンパの開口部に挿入可能な剥離部材を、前記基板の開口部近傍であってスタンパの開口部内に延出した領域に押しあてることにより、一体化した光硬化樹脂および基板をスタンパから剥離することを特徴とする形状複製方法を提供するものである。
Description
技術分野
この発明は、形状複製方法に関し、特に紫外線硬化樹脂の塗布、硬化により光ディスクの複製を作成する形状複製方法に関する。
背景技術
従来から、光ディスク基板は、所定の凹凸パターンが表面に形成されたスタンパから転写することにより製造されている。スタンパの表面には、通常、案内溝(ランド、グルーブ)と、トラック位置情報などが微細な凹凸パターン(凹凸レリーフとも呼ぶ)として形成されており、たとえばフォトポリマー法(2P法とも呼ぶ)を用いて、この凹凸パターンが基板上に転写される。
この2P法では、スタンパを回転テーブルに設置し、スタンパの凹凸パターン上に液体の紫外線硬化樹脂を塗布し、この上にガラス等の基板を位置合わせして搭載し、加圧等により樹脂を一様に広げた後、樹脂上から紫外線を照射して樹脂を硬化させた後、スタンパと樹脂の境界をはく離するという一連の工程により、光ディスクの複製が作成される。
ところで、2P法では、スタンパと基板との間に樹脂を広げる際に、樹脂の中から気泡を除去することが重要である。気泡が残存すると、ランド、グルーブパターンに欠損部分ができ、正常な記録再生ができないような不良品となるおそれがあるからである。
そこで、紫外線硬化樹脂を塗布した後に光ディスク全体を回転することにより、この気泡を除去する技術が提案されている。たとえば、特開平2−37543号公報には、スタンパ上に放射線硬化樹脂を環状に供給した後、スタンパとガラス基板との間にスペーサを置いて、適当な間隔を保持したまま、樹脂とガラス基板とを接触させた後、この構成全体を回転させることにより、樹脂中の気泡を除去する光ディスク基板の製造方法が開示されている。
また、特開平9−44917号公報には、第1樹脂基板の上に紫外線硬化樹脂を塗布し、その上に第2樹脂基板を載置した後、この構造全体を高速回転させて、紫外線硬化樹脂に含まれる気泡を排除しかつ樹脂の均一な延展を促進させ、2枚の基板を貼り合わせる光ディスクの製造方法が開示されている。
さらに、特開平9−161334号公報には、基板(スタンパ)上に液体樹脂を滴下し、その上に位置合わせをして板体をのせ、この構造全体を回転させて液体樹脂を基板および板体間に一様に延展させた後、液体樹脂を硬化させて板体を樹脂からはく離する光学記録媒体の製造方法が開示されている。これらの方法より、紫外線硬化樹脂の中に含まれている気泡を除去するためには、ディスク全体を回転させることが有効であると言える。
また、上記のような2P法において、スタンパの表面に形成された凹凸パターンを転写して基板を形成する場合に、延展された紫外線硬化樹脂を硬化させた後、スタンパと樹脂とをはく離する必要がある。このはく離工程は、スタンパと基板との外径寸法を異ならせておき、たとえば外径の小さなスタンパを固定し、はみ出した基板の外周部分にはく離部材を押しあてることにより行われていた。
ところで、現在用いられている光ディスクの基板は1.2mm以上の厚さで、硬化された樹脂の厚さも10〜20μm程度の厚さがあるので、気泡が完全に除去できない場合や、上記のようなはく離工程の際に、樹脂にバリが残存し不良品となる場合もあった。
また、気泡をより完全に除去すること、バリの発生を減少させること、記録再生時の光の吸収・透過率を向上させること、スタンパの凹凸パターンをできるだけ忠実に樹脂表面に再現すること等の観点から、紫外線硬化樹脂の厚みはできるだけ薄い方が好ましい。したがって、基板自体の厚さも従来よりも薄い1mm以下にすることが望まれる。
しかし、基板を薄くした場合、従来のように、基板の外周部分にはく離部材を押しあててはく離すると、基板の強度が問題となり、基板に損傷を与えてしまうおそれがある。また、従来の製造方法では、スタンパを回転テーブルにのせてから、基板をスタンパからはく離するまでにかかる全所要時間は、15分程度かかっていたが、さらなる量産化のために、この全所要時間を短縮化することが望まれている。
そこで、この発明は、気泡の完全な除去、基板の薄型化、バリの発生防止等のような事情を考慮してなされたものであり、製造工程のうち特に樹脂硬化工程およびはく離工程を工夫することにより、生産性および信頼性の高い光ディスク等の基板を製造することのできる形状複製方法を提供するものである。
発明の開示
この発明は、所定のパターンが表面に形成されかつ中央に開口部を有するスタンパを設置台に固定し、スタンパ上の前記パターンに光硬化樹脂を供給し、前記光硬化樹脂の上にスタンパとの所定の相対位置関係が保持されるように前記スタンパの開口部の直径よりも小さな直径の開口部を有する薄板状の基板を搭載し、前記基板の上方から光を照射して光硬化樹脂を硬化させ、スタンパの開口部に挿入可能な剥離部材を、前記基板の開口部近傍であってスタンパの開口部内に延出した領域に押しあてることにより、一体化した光硬化樹脂および基板をスタンパから剥離することを特徴とする形状複製方法を提供するものである。
これによれば、生産性および信頼性の高い薄型基板を作成することができる。
発明を実施するための最良の形態
この発明は、光ディスク基板などのような微細な凹凸パターンを有する基板の複数を、生産性および信頼性が高く作成する形状複製方法を提供する方法を提供するものである。特に、予め所定のパターンが形成されたスタンパを準備し、このパターン上に液状の光硬化樹脂を供給し、この光硬化樹脂を硬化させて、光硬化樹脂により前記所定のパターンを形成しようとするものである。ここで、光硬化樹脂としては、通常の紫外線硬化樹脂が用いられる。
この発明において、前記スタンパを固定する設置台は、スタンパの開口部の内径と嵌合する凸部と、前記所定のパターンが形成されていないスタンパの表面を吸引するための吸引口と吸引部材とを備えるようにしてもよい。
さらに、前記スタンパを固定する設置台が、固定されたスタンパの開口部の内部の位置に円柱状凹部を備え、前記光硬化樹脂の硬化の前に、前記円柱状凹部と嵌合する円柱状凸部と、基板の開口部の内径と嵌合することのできる円錐台状部とを有する位置合わせ部材を、光硬化樹脂の上に搭載された基板の開口部に挿入し、前記設置台の円柱状凹部と、位置合わせ部材の円柱状凸部とを嵌合させることにより、スタンパと基板とが所定の相対位置関係となるように固定されるようにしてもよい。
また、前記剥離部材は、円柱状部材であり、その円柱外径が、基板の開口部の内径よりも大きく、スタンパの開口部の内径よりも小さくする。
さらに、前記光硬化樹脂を硬化させる工程が、光硬化樹脂の一部分に光を短時間照射することにより前記一部分を硬化させる仮硬化処理と、仮照射処理の後、光硬化樹脂全体に光を所定時間照射することにより光硬化樹脂全体を硬化させる本硬化処理とからなるようにしてもよい。
さらに、スタンパの外径と、基板の外径とを同一となるようにしてもよい。
以下、図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳述する。なお、これによってこの発明が限定されるものではない。
<製造装置の説明>
図1にこの発明の形状複製方法を実施するための製造装置の概略構成図を示す。
図1において、スタンパ1はランド、グルーブなどからなる凹凸パターンがその一方の表面に形成された金属製の母型である。この凹凸パターンが形成された表面上に、液状の紫外線硬化樹脂2が塗布される。スタンパ1の凹凸パターンは、紫外線硬化樹脂2の表面に転写されることになる。ガラス基板6は、光ディスクの母体となる部分であり、樹脂2の上に位置決めされて配置される。
この発明の製造装置は、主としてスタンパ固定部,基板回転部,剥離部の3つの機能ブロックからなる。スタンパ固定部は、主として位置決め凸部3,回転テーブル4,吸引口5および排気ポンプ8から構成され、スタンパの固定用ではないが、スタンパ1の上にのせられる基板6の位置を定めるために芯出し棒7とその凸部71,回転テーブル4の嵌合部31が用いられる。
嵌合部31は、芯出し棒を固定するためのものであり、芯出し棒7の凸部71が嵌合部31に挿入されて固定される。また芯出し棒7の上部の外径は、上部にいくほど大きくなるテーパが付与されており、凸部71が嵌合部31に挿入されたときに、芯出し棒71の上部の外径が基板内径d2にぴったりと接触して、基板6の左右方向の位置を決定づける。位置決め凸部3は、その外周の大きさがスタンパ1の開口部の内径d3とほぼ同じであり、スタンパ1の内径d3と嵌合してスタンパ1を固定するためのものである。
回転テーブル4は、スタンパ1を水平に配置するための台であり、スタンパ1が円形であるとすると、このスタンパ全体を置くことのできる程度の大きさの円形状の台である。
また、回転テーブル4の表面には、スタンパ1を吸着してはずれないようにするための吸引口5が所定の位置に数個所設けられる。回転テーブル4の内部には、これらの吸引口5と排気ポンプとを接続するための溝が設けられる。排気ポンプ8は、この溝と吸引口5とを通してスタンパ1を固定するためのものである。また、吸引口5を通しての吸引は、スタンパがたわまないような程度の力で行われる。
基板回転部は、回転テーブル4を回転させるモータ11であり、スタンパ1,樹脂2および基板6とが一体化されて回転テーブル4に設置された後、回転テーブル4を水平方向に回転し、樹脂2をスタンパ3の凹凸パターン表面上に一様に広げるためのものである。
剥離部は、主として剥離棒9と押上げ部10とからなる。押上げ部10は、手動でまたは自動的に操作することにより、剥離棒9を上方に押し上げるものである。
剥離棒9は、後述するようにこの剥離棒9の外径d6と基板6の内径d2との差を利用して、基板6の内径近傍の部分を押し上げるものである。この基板6の内径近傍を押し上げることにより、後述するように、スタンパ1と硬化した後の樹脂2とが剥離される。
図2に、製造装置およびスタンパ等の各部材の寸法比較図を示す。
図2において、符号d1は、芯出し棒7の凸部71の外径,符号d2は基板6の中央部の開口の内径,符号d3はスタンパ1の中央部の開口の内径,符号d4は回転テーブル4の位置決め凸部3の外径,符号d5は回転テーブル4の嵌合部31の内径,符号d6は剥離棒9の外径を示している。
ここで、これらの長さの大小関係は次のように設定するものとする。
スタンパ内径d3>基板内径d2
スタンパ内径d3≒位置決め凸部外径d4
芯出し棒凸部外径d1≒嵌合部内径d5
芯出し棒凸部外径d1<基板内径d2
スタンパ内径d3>剥離棒外径d6>基板内径d2
ただし、芯出し棒凸部71は嵌合部31に挿入されるので、凸部外径d1は、嵌合部内径d5よりも少し小さく設定することが好ましい。
また、スタンパ1は、位置決め凸部3の外周にはめこまれるので、スタンパ内径d3は、位置決め凸部3の外径d4よりも少し大きく設定することが好ましい。
たとえば、一実施例として、芯出し棒7の凸部71の外径d1=8mm,基板6の内径d2=15.0mm,スタンパ1の内径d3=35.4mm,回転テーブル4の位置決め凸部3の外径d4=35.2mm,回転テーブル4の嵌合部31の内径d5=10mm,剥離棒9の外径d6=22mmとする。
<製造工程の説明>
次に、この発明の一実施例について、光ディスク基板の製造工程について説明する。
図3,図4および図5に、この発明の光ディスク基板の製造工程の説明図を示す。
図3等では、図1に示した製造装置の回転テーブル近傍付近のみを示し、吸引口5及び回転テーブル内部の溝は省略している。
工程(a):スタンパ1の設置
スタンパ1の凹凸パターンが形成された面を上にして、スタンパ1の中央の開口部を、回転テーブル4の位置決め凸部3の外周にはめこみ、スタンパ1を固定する。
スタンパ1は円形状で、その大きさは、内径d3=35.4mm,外径=86.0mm,板厚0.3mmとする。回転テーブル4はスタンパ1とほぼ同じ外径を持つ円形状で、外周の直径35.4mm,幅3mm程度の輪状の位置決め凸部3を持つものとする。
位置決め凸部3へのはめこみだけでスタンパ1が完全に固定されれば問題ないが、後工程の回転によって振動しないようにするために、図1に図示した吸引口5を介してスタンパ1を回転テーブル4に真空吸着することが好ましい。また、一般にスタンパは金属で作成されるので、磁性を有する場合は、回転テーブル4の表面に磁石を取り付け、磁気による吸着をしてもよい。
工程(b):紫外線硬化樹脂の塗布
回転テーブル4を、回転速度30rpm程度で低速回転しながら、紫外線硬化樹脂2を、スタンパ1の凹凸パターン全体をおおうことができる程度の所定量だけ、リング状に塗布する。ここで紫外線硬化樹脂としては、たとえば従来と同様に、フォトポリマー樹脂などを用いればよい。塗布の際には、紫外線硬化樹脂2は液状であるが、その中に気泡21が多数含まれた状態である。
工程(c):ガラス基板の配置
紫外線硬化樹脂2の上に、ガラス基板6を載せる。ガラス基板6は、内径d2=15.0mm,外径86.0mm,板厚0.6mmとする。ここで、この発明では後述する紫外線照射工程と剥離工程を実施するので、従来よりも薄い板厚の基板6を用いても、歪みが少なく信頼性の高い光ディスク基板が作成できる。ガラス基板6を載せると、その自重により、樹脂2は水平方向に多少広がるが、気泡21はまだ残存している。
工程(d):芯出し棒の挿入
基板6とスタンパ1との相対位置を正確に合わせるために、芯出し棒7を、基板6の中央の開口部に挿入し、芯出し棒7の凸部71を、回転テーブル4の嵌合部31にはめ込ませる。
ここで、芯出し棒7の凸部71は、外径d1=8mm,高さ=5mm程度の円柱形状であり、嵌合部31もほぼ同形状とする。また、芯出し棒7の側面は、前記したように上部にいくほど徐々に外径が広くなるテーパが設けられ、この側面の所定の位置と基板6とがぴったりと嵌合することにより、ガラス基板6の位置が調整され、スタンパ1と基板6との相対位置が正確に決められる。
工程(e):回転、樹脂の延展
紫外線硬化樹脂2の延展と内部の気泡21の除去のために、モータ11を駆動し、回転テーブル4を、回転速度2400rpmで高速回転させる。回転時間は、スタンパ1上への樹脂2の十分な延展と、気泡21の十分な除去が行える程度であればよく特に限定されないが、たとえば5秒程度回転すればよい。この回転動作により、樹脂2は、スタンパ1の凹凸パターン全体に一様に広がり、気泡21もスタンパ1の外周部分から外部へ放出される。
工程(f):仮硬化用紫外線の照射
基板6の上方から、仮硬化用光源12を用いて80w/cm2の強度の紫外線13を5秒間程度照射し、紫外線硬化樹脂2の一部を硬化させる。この工程は、次工程の本硬化用紫外線を照射するためにスタンパ1を取りはずして移動させる必要があるときに、スタンパ1と基板6とがずれるのを防止するために必要となる。
ただし、同じ回転テーブル4にスタンパ1をのせたまま次工程の本硬化処理、剥離処理を行う場合には、このような仮硬化処理を省略してもよい。この場合には、仮硬化のための時間(5秒程度)がなくなり、全工程の所要時間が短縮できる。すなわち、製造工程(a)〜(i)までのすべてを同じ回転テーブル4を用いて行うことができる場合は、この工程(f)は必須工程ではない。
工程(g):本硬化用紫外線の照射
まず、仮硬化により一体化されたスタンパ1,樹脂2および基板6を回転テーブル4から取りはずし、本硬化用設置台に設置する。あるいは、芯出し棒7を取りはずし、嵌合部31を含む回転テーブル4の中央部分を取り除き、装置下部の剥離棒9等が使用できる状態にする。
紫外線硬化樹脂2を完全に硬化させるために、本硬化用光源14を用いて、基板6上方から、160w/cm2の程度の紫外線13を8秒間程度照射する。これにより、樹脂2が固形化され、気泡21も除去されるので、樹脂2の表面には、スタンパ1の凹凸パターンの逆の凹凸パターンが忠実に転写される。
工程(h):剥離棒の押し上げ
まず、排気ポンプ8の真空吸引によりスタンパ1を回転テーブル4にしっかりと固定する。
装置下部の押上げ部10を操作して、剥離棒9を押し上げる。剥離棒9は、回転テーブル4の位置決め凸部3の内側の開口部の中に押し上げられ、基板6の内径近傍部分に接触する。ここに、前記したように、剥離棒9の外径d6は、基板6の内径d2よりも大きいので、基板6は剥離棒9により上方へ押し上げられる。
さらに、剥離棒9を押し上げていくと、基板−樹脂間の結合力はスタンパ−樹脂間の結合力よりも強いので、スタンパ1と、硬化した樹脂2とが剥離され、工程(i)に示すようになる。この剥離にかかる時間は、高々3秒程度である。
したがって、以上のような工程により、図5の工程(j)に示すように、ガラス基板6上に、凹凸パターンを有する樹脂2が形成された光ディスクが完成する。
以上のような各工程にかかる所要時間をまとめると、おおよそ図6に示すようになる。ここで、樹脂塗布工程とは、工程(a)〜(d)までの時間とする。すなわち、それぞれの所要時間は、樹脂塗布工程(a〜d)=5秒、延展回転工程(e)=5秒,仮硬化工程(f)=5秒,本硬化工程(g)=8秒,剥離工程(h)=3秒であり、合計時間は最小26秒程度で、1枚の光ディスクを作成することができる。
また、本硬化工程(g)の前にスタンパを移動させる時間を約30秒と見積もっても、約1分間で1枚の光ディスクが完成する。
また、この発明の光ディスク基板はガラス基板6部分の厚さが0.595mm、硬化樹脂2の厚さが0.005mm程度であり、全体としての厚さは合計0.6mm程度となり、従来のものに比べても薄く作られる。
そこで歪みのない十分な強度(機械特性)を有することが必要となるが、図7に示すように、この発明の光ディスク基板は、ガラス基板単体の機械特性を示すパラメータとほぼ同じ数値を示しているので、十分な強度を保持していると言うことができる。
また、スタンパ1は回転テーブル4に吸引固定されるが、この吸引の程度によりスタンパに歪みが生じる場合がある。このスタンパ歪みは、作成する光ディスク基板の歪み(板厚むら)となって現われ、最終的に光ディスクの収差の原因となり不良品となる場合もある。
そこで、従来用いられていたスタンパ1は300μm程度の薄い板厚のものを用いていたが、スタンパ板厚を400μm以上にすると、図8に示すように作成する光ディスク基板の板厚むらをほぼゼロにすることができることがわかった。
したがって、歩留まりよく信頼性の高い基板を作成するために、スタンパ1の板厚を400μm以上にすることが好ましい。
発明の効果
この発明によれば、製造時に発生する板厚むらを抑制して、生産性および信頼性の高い基板であって、従来よりも薄い基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の製造装置の概略構成図である。第2図は、この発明の各部材の寸法比較図である。第3図は、この発明の一実施例の製造工程図である。第4図は、この発明の一実施例の製造工程図である。第5図は、この発明の一実施例の製造工程図である。第6図は、この発明の各製造工程の所要時間の見積図である。第7図は、この発明における基板の機械特性の比較図である。第8図は、スタンパ板厚と板厚むらとの関係グラフである。
この発明は、形状複製方法に関し、特に紫外線硬化樹脂の塗布、硬化により光ディスクの複製を作成する形状複製方法に関する。
背景技術
従来から、光ディスク基板は、所定の凹凸パターンが表面に形成されたスタンパから転写することにより製造されている。スタンパの表面には、通常、案内溝(ランド、グルーブ)と、トラック位置情報などが微細な凹凸パターン(凹凸レリーフとも呼ぶ)として形成されており、たとえばフォトポリマー法(2P法とも呼ぶ)を用いて、この凹凸パターンが基板上に転写される。
この2P法では、スタンパを回転テーブルに設置し、スタンパの凹凸パターン上に液体の紫外線硬化樹脂を塗布し、この上にガラス等の基板を位置合わせして搭載し、加圧等により樹脂を一様に広げた後、樹脂上から紫外線を照射して樹脂を硬化させた後、スタンパと樹脂の境界をはく離するという一連の工程により、光ディスクの複製が作成される。
ところで、2P法では、スタンパと基板との間に樹脂を広げる際に、樹脂の中から気泡を除去することが重要である。気泡が残存すると、ランド、グルーブパターンに欠損部分ができ、正常な記録再生ができないような不良品となるおそれがあるからである。
そこで、紫外線硬化樹脂を塗布した後に光ディスク全体を回転することにより、この気泡を除去する技術が提案されている。たとえば、特開平2−37543号公報には、スタンパ上に放射線硬化樹脂を環状に供給した後、スタンパとガラス基板との間にスペーサを置いて、適当な間隔を保持したまま、樹脂とガラス基板とを接触させた後、この構成全体を回転させることにより、樹脂中の気泡を除去する光ディスク基板の製造方法が開示されている。
また、特開平9−44917号公報には、第1樹脂基板の上に紫外線硬化樹脂を塗布し、その上に第2樹脂基板を載置した後、この構造全体を高速回転させて、紫外線硬化樹脂に含まれる気泡を排除しかつ樹脂の均一な延展を促進させ、2枚の基板を貼り合わせる光ディスクの製造方法が開示されている。
さらに、特開平9−161334号公報には、基板(スタンパ)上に液体樹脂を滴下し、その上に位置合わせをして板体をのせ、この構造全体を回転させて液体樹脂を基板および板体間に一様に延展させた後、液体樹脂を硬化させて板体を樹脂からはく離する光学記録媒体の製造方法が開示されている。これらの方法より、紫外線硬化樹脂の中に含まれている気泡を除去するためには、ディスク全体を回転させることが有効であると言える。
また、上記のような2P法において、スタンパの表面に形成された凹凸パターンを転写して基板を形成する場合に、延展された紫外線硬化樹脂を硬化させた後、スタンパと樹脂とをはく離する必要がある。このはく離工程は、スタンパと基板との外径寸法を異ならせておき、たとえば外径の小さなスタンパを固定し、はみ出した基板の外周部分にはく離部材を押しあてることにより行われていた。
ところで、現在用いられている光ディスクの基板は1.2mm以上の厚さで、硬化された樹脂の厚さも10〜20μm程度の厚さがあるので、気泡が完全に除去できない場合や、上記のようなはく離工程の際に、樹脂にバリが残存し不良品となる場合もあった。
また、気泡をより完全に除去すること、バリの発生を減少させること、記録再生時の光の吸収・透過率を向上させること、スタンパの凹凸パターンをできるだけ忠実に樹脂表面に再現すること等の観点から、紫外線硬化樹脂の厚みはできるだけ薄い方が好ましい。したがって、基板自体の厚さも従来よりも薄い1mm以下にすることが望まれる。
しかし、基板を薄くした場合、従来のように、基板の外周部分にはく離部材を押しあててはく離すると、基板の強度が問題となり、基板に損傷を与えてしまうおそれがある。また、従来の製造方法では、スタンパを回転テーブルにのせてから、基板をスタンパからはく離するまでにかかる全所要時間は、15分程度かかっていたが、さらなる量産化のために、この全所要時間を短縮化することが望まれている。
そこで、この発明は、気泡の完全な除去、基板の薄型化、バリの発生防止等のような事情を考慮してなされたものであり、製造工程のうち特に樹脂硬化工程およびはく離工程を工夫することにより、生産性および信頼性の高い光ディスク等の基板を製造することのできる形状複製方法を提供するものである。
発明の開示
この発明は、所定のパターンが表面に形成されかつ中央に開口部を有するスタンパを設置台に固定し、スタンパ上の前記パターンに光硬化樹脂を供給し、前記光硬化樹脂の上にスタンパとの所定の相対位置関係が保持されるように前記スタンパの開口部の直径よりも小さな直径の開口部を有する薄板状の基板を搭載し、前記基板の上方から光を照射して光硬化樹脂を硬化させ、スタンパの開口部に挿入可能な剥離部材を、前記基板の開口部近傍であってスタンパの開口部内に延出した領域に押しあてることにより、一体化した光硬化樹脂および基板をスタンパから剥離することを特徴とする形状複製方法を提供するものである。
これによれば、生産性および信頼性の高い薄型基板を作成することができる。
発明を実施するための最良の形態
この発明は、光ディスク基板などのような微細な凹凸パターンを有する基板の複数を、生産性および信頼性が高く作成する形状複製方法を提供する方法を提供するものである。特に、予め所定のパターンが形成されたスタンパを準備し、このパターン上に液状の光硬化樹脂を供給し、この光硬化樹脂を硬化させて、光硬化樹脂により前記所定のパターンを形成しようとするものである。ここで、光硬化樹脂としては、通常の紫外線硬化樹脂が用いられる。
この発明において、前記スタンパを固定する設置台は、スタンパの開口部の内径と嵌合する凸部と、前記所定のパターンが形成されていないスタンパの表面を吸引するための吸引口と吸引部材とを備えるようにしてもよい。
さらに、前記スタンパを固定する設置台が、固定されたスタンパの開口部の内部の位置に円柱状凹部を備え、前記光硬化樹脂の硬化の前に、前記円柱状凹部と嵌合する円柱状凸部と、基板の開口部の内径と嵌合することのできる円錐台状部とを有する位置合わせ部材を、光硬化樹脂の上に搭載された基板の開口部に挿入し、前記設置台の円柱状凹部と、位置合わせ部材の円柱状凸部とを嵌合させることにより、スタンパと基板とが所定の相対位置関係となるように固定されるようにしてもよい。
また、前記剥離部材は、円柱状部材であり、その円柱外径が、基板の開口部の内径よりも大きく、スタンパの開口部の内径よりも小さくする。
さらに、前記光硬化樹脂を硬化させる工程が、光硬化樹脂の一部分に光を短時間照射することにより前記一部分を硬化させる仮硬化処理と、仮照射処理の後、光硬化樹脂全体に光を所定時間照射することにより光硬化樹脂全体を硬化させる本硬化処理とからなるようにしてもよい。
さらに、スタンパの外径と、基板の外径とを同一となるようにしてもよい。
以下、図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳述する。なお、これによってこの発明が限定されるものではない。
<製造装置の説明>
図1にこの発明の形状複製方法を実施するための製造装置の概略構成図を示す。
図1において、スタンパ1はランド、グルーブなどからなる凹凸パターンがその一方の表面に形成された金属製の母型である。この凹凸パターンが形成された表面上に、液状の紫外線硬化樹脂2が塗布される。スタンパ1の凹凸パターンは、紫外線硬化樹脂2の表面に転写されることになる。ガラス基板6は、光ディスクの母体となる部分であり、樹脂2の上に位置決めされて配置される。
この発明の製造装置は、主としてスタンパ固定部,基板回転部,剥離部の3つの機能ブロックからなる。スタンパ固定部は、主として位置決め凸部3,回転テーブル4,吸引口5および排気ポンプ8から構成され、スタンパの固定用ではないが、スタンパ1の上にのせられる基板6の位置を定めるために芯出し棒7とその凸部71,回転テーブル4の嵌合部31が用いられる。
嵌合部31は、芯出し棒を固定するためのものであり、芯出し棒7の凸部71が嵌合部31に挿入されて固定される。また芯出し棒7の上部の外径は、上部にいくほど大きくなるテーパが付与されており、凸部71が嵌合部31に挿入されたときに、芯出し棒71の上部の外径が基板内径d2にぴったりと接触して、基板6の左右方向の位置を決定づける。位置決め凸部3は、その外周の大きさがスタンパ1の開口部の内径d3とほぼ同じであり、スタンパ1の内径d3と嵌合してスタンパ1を固定するためのものである。
回転テーブル4は、スタンパ1を水平に配置するための台であり、スタンパ1が円形であるとすると、このスタンパ全体を置くことのできる程度の大きさの円形状の台である。
また、回転テーブル4の表面には、スタンパ1を吸着してはずれないようにするための吸引口5が所定の位置に数個所設けられる。回転テーブル4の内部には、これらの吸引口5と排気ポンプとを接続するための溝が設けられる。排気ポンプ8は、この溝と吸引口5とを通してスタンパ1を固定するためのものである。また、吸引口5を通しての吸引は、スタンパがたわまないような程度の力で行われる。
基板回転部は、回転テーブル4を回転させるモータ11であり、スタンパ1,樹脂2および基板6とが一体化されて回転テーブル4に設置された後、回転テーブル4を水平方向に回転し、樹脂2をスタンパ3の凹凸パターン表面上に一様に広げるためのものである。
剥離部は、主として剥離棒9と押上げ部10とからなる。押上げ部10は、手動でまたは自動的に操作することにより、剥離棒9を上方に押し上げるものである。
剥離棒9は、後述するようにこの剥離棒9の外径d6と基板6の内径d2との差を利用して、基板6の内径近傍の部分を押し上げるものである。この基板6の内径近傍を押し上げることにより、後述するように、スタンパ1と硬化した後の樹脂2とが剥離される。
図2に、製造装置およびスタンパ等の各部材の寸法比較図を示す。
図2において、符号d1は、芯出し棒7の凸部71の外径,符号d2は基板6の中央部の開口の内径,符号d3はスタンパ1の中央部の開口の内径,符号d4は回転テーブル4の位置決め凸部3の外径,符号d5は回転テーブル4の嵌合部31の内径,符号d6は剥離棒9の外径を示している。
ここで、これらの長さの大小関係は次のように設定するものとする。
スタンパ内径d3>基板内径d2
スタンパ内径d3≒位置決め凸部外径d4
芯出し棒凸部外径d1≒嵌合部内径d5
芯出し棒凸部外径d1<基板内径d2
スタンパ内径d3>剥離棒外径d6>基板内径d2
ただし、芯出し棒凸部71は嵌合部31に挿入されるので、凸部外径d1は、嵌合部内径d5よりも少し小さく設定することが好ましい。
また、スタンパ1は、位置決め凸部3の外周にはめこまれるので、スタンパ内径d3は、位置決め凸部3の外径d4よりも少し大きく設定することが好ましい。
たとえば、一実施例として、芯出し棒7の凸部71の外径d1=8mm,基板6の内径d2=15.0mm,スタンパ1の内径d3=35.4mm,回転テーブル4の位置決め凸部3の外径d4=35.2mm,回転テーブル4の嵌合部31の内径d5=10mm,剥離棒9の外径d6=22mmとする。
<製造工程の説明>
次に、この発明の一実施例について、光ディスク基板の製造工程について説明する。
図3,図4および図5に、この発明の光ディスク基板の製造工程の説明図を示す。
図3等では、図1に示した製造装置の回転テーブル近傍付近のみを示し、吸引口5及び回転テーブル内部の溝は省略している。
工程(a):スタンパ1の設置
スタンパ1の凹凸パターンが形成された面を上にして、スタンパ1の中央の開口部を、回転テーブル4の位置決め凸部3の外周にはめこみ、スタンパ1を固定する。
スタンパ1は円形状で、その大きさは、内径d3=35.4mm,外径=86.0mm,板厚0.3mmとする。回転テーブル4はスタンパ1とほぼ同じ外径を持つ円形状で、外周の直径35.4mm,幅3mm程度の輪状の位置決め凸部3を持つものとする。
位置決め凸部3へのはめこみだけでスタンパ1が完全に固定されれば問題ないが、後工程の回転によって振動しないようにするために、図1に図示した吸引口5を介してスタンパ1を回転テーブル4に真空吸着することが好ましい。また、一般にスタンパは金属で作成されるので、磁性を有する場合は、回転テーブル4の表面に磁石を取り付け、磁気による吸着をしてもよい。
工程(b):紫外線硬化樹脂の塗布
回転テーブル4を、回転速度30rpm程度で低速回転しながら、紫外線硬化樹脂2を、スタンパ1の凹凸パターン全体をおおうことができる程度の所定量だけ、リング状に塗布する。ここで紫外線硬化樹脂としては、たとえば従来と同様に、フォトポリマー樹脂などを用いればよい。塗布の際には、紫外線硬化樹脂2は液状であるが、その中に気泡21が多数含まれた状態である。
工程(c):ガラス基板の配置
紫外線硬化樹脂2の上に、ガラス基板6を載せる。ガラス基板6は、内径d2=15.0mm,外径86.0mm,板厚0.6mmとする。ここで、この発明では後述する紫外線照射工程と剥離工程を実施するので、従来よりも薄い板厚の基板6を用いても、歪みが少なく信頼性の高い光ディスク基板が作成できる。ガラス基板6を載せると、その自重により、樹脂2は水平方向に多少広がるが、気泡21はまだ残存している。
工程(d):芯出し棒の挿入
基板6とスタンパ1との相対位置を正確に合わせるために、芯出し棒7を、基板6の中央の開口部に挿入し、芯出し棒7の凸部71を、回転テーブル4の嵌合部31にはめ込ませる。
ここで、芯出し棒7の凸部71は、外径d1=8mm,高さ=5mm程度の円柱形状であり、嵌合部31もほぼ同形状とする。また、芯出し棒7の側面は、前記したように上部にいくほど徐々に外径が広くなるテーパが設けられ、この側面の所定の位置と基板6とがぴったりと嵌合することにより、ガラス基板6の位置が調整され、スタンパ1と基板6との相対位置が正確に決められる。
工程(e):回転、樹脂の延展
紫外線硬化樹脂2の延展と内部の気泡21の除去のために、モータ11を駆動し、回転テーブル4を、回転速度2400rpmで高速回転させる。回転時間は、スタンパ1上への樹脂2の十分な延展と、気泡21の十分な除去が行える程度であればよく特に限定されないが、たとえば5秒程度回転すればよい。この回転動作により、樹脂2は、スタンパ1の凹凸パターン全体に一様に広がり、気泡21もスタンパ1の外周部分から外部へ放出される。
工程(f):仮硬化用紫外線の照射
基板6の上方から、仮硬化用光源12を用いて80w/cm2の強度の紫外線13を5秒間程度照射し、紫外線硬化樹脂2の一部を硬化させる。この工程は、次工程の本硬化用紫外線を照射するためにスタンパ1を取りはずして移動させる必要があるときに、スタンパ1と基板6とがずれるのを防止するために必要となる。
ただし、同じ回転テーブル4にスタンパ1をのせたまま次工程の本硬化処理、剥離処理を行う場合には、このような仮硬化処理を省略してもよい。この場合には、仮硬化のための時間(5秒程度)がなくなり、全工程の所要時間が短縮できる。すなわち、製造工程(a)〜(i)までのすべてを同じ回転テーブル4を用いて行うことができる場合は、この工程(f)は必須工程ではない。
工程(g):本硬化用紫外線の照射
まず、仮硬化により一体化されたスタンパ1,樹脂2および基板6を回転テーブル4から取りはずし、本硬化用設置台に設置する。あるいは、芯出し棒7を取りはずし、嵌合部31を含む回転テーブル4の中央部分を取り除き、装置下部の剥離棒9等が使用できる状態にする。
紫外線硬化樹脂2を完全に硬化させるために、本硬化用光源14を用いて、基板6上方から、160w/cm2の程度の紫外線13を8秒間程度照射する。これにより、樹脂2が固形化され、気泡21も除去されるので、樹脂2の表面には、スタンパ1の凹凸パターンの逆の凹凸パターンが忠実に転写される。
工程(h):剥離棒の押し上げ
まず、排気ポンプ8の真空吸引によりスタンパ1を回転テーブル4にしっかりと固定する。
装置下部の押上げ部10を操作して、剥離棒9を押し上げる。剥離棒9は、回転テーブル4の位置決め凸部3の内側の開口部の中に押し上げられ、基板6の内径近傍部分に接触する。ここに、前記したように、剥離棒9の外径d6は、基板6の内径d2よりも大きいので、基板6は剥離棒9により上方へ押し上げられる。
さらに、剥離棒9を押し上げていくと、基板−樹脂間の結合力はスタンパ−樹脂間の結合力よりも強いので、スタンパ1と、硬化した樹脂2とが剥離され、工程(i)に示すようになる。この剥離にかかる時間は、高々3秒程度である。
したがって、以上のような工程により、図5の工程(j)に示すように、ガラス基板6上に、凹凸パターンを有する樹脂2が形成された光ディスクが完成する。
以上のような各工程にかかる所要時間をまとめると、おおよそ図6に示すようになる。ここで、樹脂塗布工程とは、工程(a)〜(d)までの時間とする。すなわち、それぞれの所要時間は、樹脂塗布工程(a〜d)=5秒、延展回転工程(e)=5秒,仮硬化工程(f)=5秒,本硬化工程(g)=8秒,剥離工程(h)=3秒であり、合計時間は最小26秒程度で、1枚の光ディスクを作成することができる。
また、本硬化工程(g)の前にスタンパを移動させる時間を約30秒と見積もっても、約1分間で1枚の光ディスクが完成する。
また、この発明の光ディスク基板はガラス基板6部分の厚さが0.595mm、硬化樹脂2の厚さが0.005mm程度であり、全体としての厚さは合計0.6mm程度となり、従来のものに比べても薄く作られる。
そこで歪みのない十分な強度(機械特性)を有することが必要となるが、図7に示すように、この発明の光ディスク基板は、ガラス基板単体の機械特性を示すパラメータとほぼ同じ数値を示しているので、十分な強度を保持していると言うことができる。
また、スタンパ1は回転テーブル4に吸引固定されるが、この吸引の程度によりスタンパに歪みが生じる場合がある。このスタンパ歪みは、作成する光ディスク基板の歪み(板厚むら)となって現われ、最終的に光ディスクの収差の原因となり不良品となる場合もある。
そこで、従来用いられていたスタンパ1は300μm程度の薄い板厚のものを用いていたが、スタンパ板厚を400μm以上にすると、図8に示すように作成する光ディスク基板の板厚むらをほぼゼロにすることができることがわかった。
したがって、歩留まりよく信頼性の高い基板を作成するために、スタンパ1の板厚を400μm以上にすることが好ましい。
発明の効果
この発明によれば、製造時に発生する板厚むらを抑制して、生産性および信頼性の高い基板であって、従来よりも薄い基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の製造装置の概略構成図である。第2図は、この発明の各部材の寸法比較図である。第3図は、この発明の一実施例の製造工程図である。第4図は、この発明の一実施例の製造工程図である。第5図は、この発明の一実施例の製造工程図である。第6図は、この発明の各製造工程の所要時間の見積図である。第7図は、この発明における基板の機械特性の比較図である。第8図は、スタンパ板厚と板厚むらとの関係グラフである。
Claims (10)
- 所定のパターンが表面に形成されかつ中央に開口部を有するスタンパを設置台に固定し、スタンパ上の前記パターンに光硬化樹脂を供給し、前記光硬化樹脂の上にスタンパとの所定の相対位置関係が保持されるように前記スタンパの開口部の直径よりも小さな直径の開口部を有する薄板状の基板を搭載し、前記基板の上方から光を照射して光硬化樹脂を硬化させ、スタンパの開口部に挿入可能な剥離部材を、前記基板の開口部近傍であってスタンパの開口部内に延出した領域に押しあてることにより、一体化した光硬化樹脂および基板をスタンパから剥離することを特徴とする形状複製方法。
- 前記スタンパを固定する設置台が、スタンパの開口部の内径と嵌合する凸部と、前記所定のパターンが形成されていないスタンパの表面を吸引するための吸引口と吸引部材とを備えていることを特徴とする請求の範囲1の形状複製方法。
- 前記スタンパを固定する設置台が、固定されたスタンパの開口部の内部の位置に円柱状凹部を備え、前記光硬化樹脂の硬化の前に、前記円柱状凹部と嵌合する円柱状凸部と、基板の開口部の内径と嵌合することのできる円錐台状部とを有する位置合わせ部材を、光硬化樹脂の上に搭載された基板の開口部に挿入し、前記設置台の円柱状凹部と、位置合わせ部材の円柱状凸部とを嵌合させることにより、スタンパと基板とが所定の相対位置関係となるように固定されることを特徴とする請求の範囲1の形状複製方法。
- 前記剥離部材が円柱状部材であり、その円柱外径が、基板の開口部の内径よりも大きく、スタンパの開口部の内径よりも小さいことを特徴とする請求の範囲1の形状複製方法。
- 前記光硬化樹脂を硬化させる工程が、光硬化樹脂の一部分に光を短時間照射することにより前記一部分を硬化させる仮硬化処理と、仮硬化処理の後、光硬化樹脂全体に光を所定時間照射することにより光硬化樹脂全体を硬化させる本硬化処理とからなることを特徴とする請求の範囲1の形状複製方法。
- スタンパの外径と、基板の外径とが同一であることを特徴とする請求の範囲1の形状複製方法。
- 所定のパターンが表面に形成されかつ中央に開口部を有するスタンパを固定するスタンパ固定部と、前記スタンパのパターン上に光硬化樹脂を供給する樹脂供給部と、前記光硬化樹脂の上に、スタンパと所定の相対位置が保持されるように、スタンパの開口部の直径よりも小さな直径の開口部を有する薄板状の基板を搭載する基板搭載部と、
前記基板の上方から光を照射して光硬化樹脂を硬化させる光照射部と、スタンパの開口部に挿入可能な剥離部材をスタンパの開口部内に延出した基板の開口部近傍領域に押しあてることにより、一体化した光硬化樹脂および基板を、スタンパから剥離する剥離部とを備えたことを特徴とする形状複製装置。 - 前記スタンパ固定部が、スタンパの開口部の内径と嵌合する凸部と、前記所定のパターンが形成されていないスタンパの表面を吸収するための吸引口と、吸引口を通した真空吸着によりスタンパを吸引する吸引部材とからなることを特徴とする請求の範囲7の形状複製装置。
- 前記スタンパ固定部を水平方向に回転させる回転部を備えたことを特徴とする請求の範囲7の形状複製装置。
- 前記スタンパ固定部が、固定されたスタンパの開口部の内部の位置に円柱状凹部を備え、前記円柱状凹部と嵌合する円柱状凸部と、前記基板の開口部の内径と嵌合することのできる円錐台状部とを有し、光硬化樹脂の上に搭載された基板の開口部に挿入されたときに、前記円柱状凸部がスタンパ固定部の円柱状凹部と嵌合し、かつ前記円錐台状部の側面と基板の開口部の内径とが当接する位置合わせ部材をさらに備えたことを特徴とする請求の範囲7の形状複製装置。
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