WO2009084326A1

WO2009084326A1 - ディスク原盤、ディスク原盤製造方法、スタンパ、ディスク基板、光ディスク、光ディスク製造方法

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Publication number: WO2009084326A1
Application number: PCT/JP2008/070316
Authority: WO
Inventors: Takashi Matsubara; Yoshitake Yanagisawa
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2009-07-09
Also published as: JP2009158028A; CN101627432B; TW200941481A; JP5098633B2; TWI384479B; US8216656B2; KR20100095364A; US20100035012A1; CN101627432A; EP2224445A4; EP2224445A1

Abstract

ディスク原盤、スタンパ、ディスク基板及び光ディスクという製造過程において、ディスク原盤の製造段階からスタンパとディスク基板の離型性の改善と、光ディスクとして製造された後の良好な信号特性の維持を考慮する。即ちディスク原盤において、凹部と非凹部との境界部分に上記非凹部の平面より隆起した微小隆起部が形成されるようにし、これがスタンパに逆転転写され、さらにディスク基板に逆転転写されていくが、その境界部分の形状により、離型性向上と信号特性の維持を図る。

Description

ディスク原盤、ディスク原盤製造方法、スタンパ、ディスク基板、光ディスク、光ディスク製造方法

　本発明は、ディスク原盤、ディスク原盤製造方法、スタンパ、ディスク基板、光ディスク、光ディスク製造方法に関する。

特開２００４－１５２４６５号公報特開平２－１５０３２５号公報

　従来より、光ディスクの一般的な製造方法として、まずディスク原盤を製造し、ディスク原盤からスタンパを製造し、スタンパを用いてディスク基板を大量生産することが行われている。大量に製造されるディスク基板については、反射膜やカバー層などの層構造が形成されて、光ディスクとして完成される。
　ここで、まずディスク原盤は、情報信号列を形成するピット／ランドとなる凹凸形状、もしくは記録トラックを形成するグルーブ／ランドとなる凹凸形状が形成されたものとされる。そしてその凹凸形状が逆転して転写されたスタンパが形成され、さらにスタンパの凹凸形状が逆転して転写された凹凸形状を持つディスク基板が製造される。

　図８，図９により、ピット／ランドによるエンボスピット列を有する再生専用の光ディスクを例に挙げ、その製造工程の一部を説明する。
　図８（ａ）は、ガラス等による原盤基板上に成膜されたフォトレジスト（有機レジスト）の感光の様子を示している。
　ディスク原盤を作成する際には、原盤基板上にレジスト膜１０２を形成し、このレジスト膜１０２に対してレーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌは、ピット列として記録する情報信号に基づいて変調されている。
　図８（ａ）のように、レジスト膜１０２においてレーザ照射が行われた部分は光反応による露光部１０２ａとされる。つまりレーザ照射により、露光部１０２ａと非露光部１０２ｂが形成される。

　このような露光工程の後、現像工程により現像が行われ、図８（ｂ）のように露光部１０２ａが凹部１１０、非露光部１０２ｂが凸部１１１となり、物理的な凹凸形状が成形されたディスク原盤が完成する。即ち有機レジストを光反応で露光させ、現像することでディスク原盤が製作される。
　なお、光反応により露光が行われたディスク原盤は、その凹凸の境界がほぼ垂直となることが一般的である。図８（ａ）（ｂ）では、凹凸の境界が傾斜状となっているが、ディスク原盤の現像時に、現像モニタにより回折光（0次光と1次光）を確認しながら、最適な信号が得られる状態にて現像を停止し、最後まで現像を行わないようにすることで、この図のような境界形状を形成することが可能である。これにより斜面が垂直に近いものよりは離型性が改善される。この現像モニタを利用した現像は光反応方式の場合は一般的である。

　次に、このようなディスク原盤を用いて、図８（ｃ）のようなスタンパ１０４が製作される。スタンパ１０４はディスク原盤の凹凸形状が逆転して転写されたものとなり、ディスク原盤の凹部１１０に相当する部分が凸部１２０、ディスク原盤の凸部１１１に相当する部分が凹部１２１とされた凹凸形状となる。

　このスタンパ１０４を用いて、射出成形によりディスク基板が大量に成形される。
　図９（ａ）は、スタンパ１０４を配置した金型内に、ディスク基板１０５を形成する樹脂（例えばポリカーボネート）を充填した状態を示している。
　図９（ｂ）は、樹脂充填後、冷却した状態を示している。
　図９（ｃ）は、冷却後、スタンパ１０４を剥離した状態であり、図のようにディスク基板１０５として、スタンパ１０４の凹凸形状が逆転して転写されたものが成形される。ディスク基板１０５は、スタンパの凹部１２１に相当する部分が凸部（ランド）１３１、スタンパの凸部１２０に相当する部分が凹部（ピット）１３０となる。

　このような、スタンパ１０４を用いた射出成形によるディスク基板１０５の作成において、その凹凸形状の成形時には、凹部１３０から凸部１３１、または凸部１３１から凹部１３０に形状が変更する部分（以降「凹凸境界部分」と記す）にて曲率半径の小さな部分が存在し、その部分の残留応力が大きくなる。
　従って、ディスク基板１０５をスタンパ１０４から離型した後の、ディスク基板１０５上のピットの形状維持（以降「転写性」と記す）には残留応力を開放するための十分な冷却や加圧が必要とされる。
　しかし、転写性の向上のために十分な冷却や加圧を行うと、基板とスタンパの密着性が強くなり、離型性が悪くなるという問題が生じる。

　その離型性を向上させるために、ディスク基板１０５の材料としてスタンパ１０４からより剥れ易い材料を選定したり、ディスク基板１０５の成形条件を変更したり、スタンパ１０４を保持する金型形状を変更したり、スタンパ１０４に離型性の高い表面処理を施したり、基板成形材料に離型材を混合したり、スタンパ１０４全体の形状を変更するなど、各種の手法が提案／実験された。
　しかしながら、これらの手法は、信号特性や物理特性の不良を発生させたり、工程の煩雑性などの難点を有するとともに、スタンパ１０４の離型の安定性に欠けていた。

　また、凹凸境界部分で曲率半径の小さな部分（例えば、ピットのエッジなど）の形状を緩やかに変化させ、曲率半径を大きくすることも行われてきた。
　例えば図９（ｂ）では、加圧冷却の際に、ディスク基板１０５側の材料の硬化収縮による凹凸境界部分のエッジの丸まりを利用して曲率半径を大きくする。図９（ｃ）のように凸部１３１から凹部１３０に移行する部分が湾曲した形状となる。
　このようにすると、スタンパ１０４とディスク基板１０５の接触面積の減少も付加され、離型性は安定する。
　ところが、ディスク基板１０５での凹凸境界部分の差、つまりピット／ランドの境界が不明確になるため、光ディスクの信号を読み取る際の信号特性が劣化してしまうという別の問題が発生する。

　図１０に、曲率半径を大きくした場合のディスク基板１０５の凹凸形状を拡大して示している。
　ディスク基板１０５では凹部１３０がピット、凸部（非凹部）１３１がランドとなるが、図のように、この凹部１３０と凸部１３１の凹凸境界部分１３２は、曲率半径が比較的大きい湾曲形状となる。
　なお、再生信号特性を考えた場合の凹凸境界部分１３２の理想的な輪郭形状は、破線（Ｍ）で示す形状であるが、湾曲により、この理想輪郭Ｍとは異なる範囲Ａ，Ｂが形成される。範囲Ａは、理想的なランド部分の輪郭と異なる部分であり、範囲Ｂは理想的なピット傾斜部分と異なる部分である。

　この場合、範囲Ａに相当する部分では、その範囲Ａの中で、どこがピット／ランドの境界となるかが曖昧となる。つまり完成後の光ディスクを再生する際に、再生信号においてピット／ランドの境界が明確に検出されない。これによって、再生信号のジッターの悪化などの信号特性の劣化が発生してしまう。

　本発明ではこのような問題に鑑み、光ディスクの信号特性の維持（適切な転写性）を維持しつつ、離型性を確保できるようにすることを目的とする。

　本発明は、凹部が形成されたディスク原盤を用いて、上記凹部が転写された凸部を有するスタンパを製造し、該スタンパを用いて、該スタンパの上記凸部が転写された凹部を有するディスク基板を製造し、該ディスク基板に所定の層構造を形成して光ディスクを製造する製造工程に用いる、ディスク原盤、スタンパ、ディスク基板、及び完成品としての光ディスクである。また、この製造工程に関するディスク原盤製造方法、及び光ディスク製造方法である。

　そして本発明のディスク原盤は、原盤基板上の無機レジスト膜をレーザ光により露光して熱化学反応による露光部を形成し、現像処理を行うことにより、上記露光部が上記凹部として形成されているとともに、上記凹部と非凹部との境界部分が、上記非凹部の平面より隆起した微小隆起部とされているものである。
　また上記微小隆起部は、上記非凹部の平面からの高さが、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さの３～１０％の範囲内の高さとされ、かつ上記微小隆起部の曲率半径は、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さに対して２０～６０％の範囲内の曲率半径である。

　本発明のディスク原盤製造方法は、原盤基板上に無機レジスト膜を形成する成膜工程と、上記原盤基板上の無機レジスト膜をレーザ光により露光して熱化学反応による露光部を形成する露光工程と、上記露光部が形成された上記原盤基板に対して所定時間の現像処理を行うことにより、上記露光部を上記凹部として形成するとともに、上記凹部と非凹部との境界部分に、上記非凹部の平面より隆起した微小隆起部が形成されるようにする現像工程とを有する。
　この場合、上記微小隆起部が、上記非凹部の平面からの高さが、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さの３～１０％の範囲内の高さとされ、かつ上記微小隆起部の曲率半径は、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さに対して２０～６０％の範囲内の曲率半径とされるように、上記無機レジスト膜の無機レジスト材料、及びレーザ光のパワー、及び現像処理時間が設定される。

　本発明のスタンパは、凸部と非凸部の境界部分が、上記非凸部の底面より窪んだ微小窪み部とされているものである。

　本発明のディスク基板は、凹部と非凹部との境界部分が、上記非凹部の平面より隆起した微小隆起部とされているものである。
　この場合、上記微小隆起部は、上記非凹部の平面からの高さが、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さの３～１０％の範囲内の高さとされ、かつ上記微小隆起部の曲率半径は、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さに対して２０～６０％の範囲内の曲率半径とされる。

　本発明の光ディスクは、そのディスク基板に形成されている凹部と非凹部との境界部分が、上記非凹部の平面より隆起した微小隆起部とされているものである。
　また上記微小隆起部は、上記非凹部の平面からの高さが、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さの３～１０％の範囲内の高さとされ、かつ上記微小隆起部の曲率半径は、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さに対して２０～６０％の範囲内の曲率半径とされる。

　本発明の光ディスク製造方法は、原盤基板上に無機レジスト膜を形成する成膜工程と、上記原盤基板上の無機レジスト膜をレーザ光により露光して熱化学反応による露光部を形成する露光工程と、上記露光部が形成された上記原盤基板に対して所定時間の現像処理を行うことにより上記露光部を上記凹部として形成するとともに、上記凹部と非凹部との境界部分に上記非凹部の平面より隆起した微小隆起部が形成されたディスク原盤を形成する現像工程と、上記ディスク原盤を用いて、上記ディスク原盤の凹部が転写された凸部を有するスタンパを形成するスタンパ形成工程と、上記スタンパを用いて、上記スタンパの凸部が転写された凹部を有するディスク基板を成形する基板成形工程と、上記ディスクに所定の層構造を形成して光ディスクを形成する層構造形成工程とを有する。

　また本発明のディスク基板は、スタンパの凸部が転写されて凹部が形成されるディスク基板であって、上記スタンパとして、上記凸部と非凸部の境界部分が、上記非凸部の底面より窪んだ微小窪み部とされているスタンパを用いて形成したディスク基板である。
　また本発明の光ディスクは、上記スタンパとして、上記凸部と非凸部の境界部分が、上記非凸部の底面より窪んだ微小窪み部とされているスタンパを用いて形成したディスク基板に、上記所定の層構造を形成した光ディスクである。

　これらの本発明では、ディスク原盤、スタンパ、ディスク基板及び光ディスクという製造過程において、ディスク原盤の製造段階からスタンパとディスク基板の離型性の改善と、光ディスクとして製造された後の良好な信号特性の維持を考慮したものとなる。
　即ちディスク原盤において、凹部と非凹部との境界部分に上記非凹部の平面より隆起した微小隆起部が形成されるようにし、これがスタンパに逆転転写され、さらにディスク基板に逆転転写されていくが、その境界部分の形状により、上記の離型性向上と信号特性の維持を図る。

　本発明により、光ディスクの製造工程において、スタンパとディスク基板の離型性の改善が実現でき、さらに製造された光ディスクにおいて、良好な信号特性が維持できるという効果がある。

図１は、本発明の実施の形態の製造工程の説明図である。図２は、実施の形態の製造工程の説明図である。図３は、ＰＴＭの説明図である。図４は、実施の形態のディスク原盤の微小隆起部及びスタンパの微小窪み部の説明図である。図５は、実施の形態のディスク基板の微小隆起部の説明図である。図６は、実施の形態のディスク基板の微小隆起部を有するピット／ランド形状の説明図である。図７は、実施の形態のピット／ランド形状のＡＦＭ写真及び断面形状の説明図である。図８は、光反応の場合の製造工程の説明図である。図９は、光反応の場合の製造工程の説明図である。図１０は、光反応の場合のピット／ランド形状の説明図である。

　以下、本発明の実施の形態を説明する。
　まず図１，図２を参照して、光ディスクの全体の製造工程を述べる。
　図１（ａ）はディスク原盤を構成する原盤基板１にレジスト膜２が成膜された状態を示している。
　原盤基板１は例えばガラス基板またはシリコンウェハ基板とされる。
　成膜工程では、この原盤基板１の上に、スパッタリング法により無機系のレジスト材料からなるレジスト層２を均一に成膜する。
　即ちガラスあるいはシリコンウェハによる原盤基盤１上に成膜装置（スパッタリング装置）により、無機レジストを所望のピット又はグルーブの高さが得られる膜厚まで成膜する。
　スパッタリング装置のターゲット材としては、例えば、遷移金属の合金酸化物を用いる。成膜方法としては、ＤＣあるいはＲＦスパッタを用いる。
　本例では、ディスク原盤のマスタリングの際には、無機系のレジスト材料を用いたＰＴＭマスタリングを行うが、この場合、レジスト層２に提供される材料としては、遷移金属の不完全酸化物が用いられる。具体的な遷移金属としては、後述するが、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ａｇ等が挙げられる。

　次に露光工程として、図１（ｂ）のようにマスタリング装置を利用して露光レーザＬの照射を行い、レジスト層２に信号パターンとしてのピット列もしくはグルーブに対応した選択的な露光を施し、感光させる。
　この場合、予め記録情報を作成し、信号送出機（フォーマッター）に記録しておく。そして信号送出機から出力された信号によりレーザＬを変調させて、例えばピット列に応じた露光を行う。露光レーザＬの光源としては、例えば、ブルーレイディスク（Blu-ray Disc：登録商標）の製造の場合には、波長４０５ｎｍの青色レーザダイオードを用いる。
　この露光工程では、露光レーザＬが照射された部分が熱化学反応による露光部分２ａとなり、露光部分２ａと非露光部分２ｂが形成される。

　次に現像工程として、レジスト層２を現像（エッチング）することによって所定の凹凸パターン（ピット列やグルーブ）が形成されたディスク原盤３が生成される。
　この場合、現像装置を用いて、アルカリ液により、上記の露光工程を経たディスク原盤を現像する。
　現像方法は、浸漬によるディッピング法、スピナーにて回転する基盤に薬液を塗布する方法などを用いる。現像液は、例えば、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）が主成分の有機アルカリ現像液、ＫＯＨ，　ＮａＯＨ，燐酸系等の無機アルカリ現像液などを用いる。
　ディスク原盤３としては、図１（ｃ）のように露光部２ａが凹部１０、非露光部１０２ｂが凸部（非凹部）１１となり、物理的な凹凸形状が成形されたディスク原盤３が完成する。即ち無機レジストを熱化学反応で露光させ、現像することでディスク原盤３が製作される。

　次に電鋳工程で、このようなディスク原盤３を用いて、スタンパ４が製作される。
　上記の現像の後のディスク原盤３を水洗した後に、電鋳槽にて図１（ｄ）のようにディスク原盤３の凹凸面上に金属ニッケル膜４ａを析出させる。
　電鋳後、現像済原盤とメタル原盤を剥離する（図１（ｅ））。
　そしてディスク原盤３から剥離させた後に所定の加工を施し、ディスク原盤３の凹凸パターンが転写された基板成型用のスタンパ４を得る。
　スタンパ４はディスク原盤３の凹凸形状が逆転転写されたものとなり、ディスク原盤３の凹部１０に相当する部分が凸部２０、ディスク原盤３の凸部１１に相当する部分が凹部（非凸部）２１とされた凹凸形状となる。

　なお、この電鋳を行なう前に、現像済み原盤の表面の離形処理を行ない、離型性を改善する事も可能であり、必要に応じて行なう。
　また、ニッケルスタンパ４の作製後、無機レジストによるディスク原盤３は水洗、乾燥状態で保管しておき、必要に応じて、所望の枚数のニッケルスタンパを繰り返し作製する。
　また、必要に応じて現像済原盤から剥離したスタンパ４を原盤として用い、新たに電鋳工程→剥離工程を行い、凹凸が現像済原盤と同じマザー原盤を作成し、更にこのマザー原盤を新たなディスク原盤３としてさらに電鋳工程→剥離工程を行い、スタンパ４と同じ凹凸の他のスタンパを作成することもある。

　図１（ａ）～（ｅ）の各工程により製造されたスタンパ４（図２（ａ））を用いて、射出成型法などによって例えば熱可塑性樹脂であるポリカーボネートからなる樹脂製ディスク基板５を成形する。
　即ち図示しない金型内にスタンパ４を配置させた状態で、樹脂を注入し、硬化させる。そしてスタンパ４から剥離することでディスク基板５を成形する（図２（ｂ）（ｃ））。
　図２（ｃ）に示すように、成形されたディスク基板５は、スタンパ４の凸部２０に相当する部分が凹部３０、スタンパ４の凹部（非凸部）２１に相当する部分が凸部３１とされた凹凸形状となる。凹部３０はピットとなり、凸部（非凹部）３１がランドとなる。

　その後ディスク基板５に対しては、図２（ｄ）のように、そのディスク基板５の凹凸面に例えばＡｇ合金などの反射膜６をスパッタリングにより成膜し、さらに、図２（ｅ）のように、カバー層７を形成する。カバー層（光透過層）７は、例えば紫外線硬化型樹脂をスピンコートにより展延した後、紫外線照射により硬化させることで形成する。
　この図２（ｅ）の状態で、光ディスクが製造されたことになる。
　なお、カバー層７の表面にハードコートを施す場合や、その反対面側に防湿膜を形成する場合もある。

　このような製造工程において、ディスク原盤３の製造に用いられるレジスト層２に適用されるレジスト材料は、遷移金属の不完全酸化物であると先に述べた。
　ここで、遷移金属の不完全酸化物は、遷移金属のとりうる価数に応じた化学量論組成より酸素含有量が少ない方向にずれた化合物のこと、すなわち遷移金属の不完全酸化物における酸素の含有量が、上記遷移金属のとりうる価数に応じた化学量論組成の酸素含有量より小さい化合物のことと定義する。
　例えば、遷移金属の酸化物として化学式ＭｏＯ₃を例に挙げて説明する。化学式ＭｏＯ₃の酸化状態を組成状態を組成割合Ｍｏ_1-xＯ_xに換算すると、ｘ＝０．７５の場合が完全酸化物であるのに対して、０＜ｘ＜０．７５で表される場合に化学量論組成より酸素含有量が不足した不完全酸化物であるといえる。
　また、遷移金属では１つの元素が価数の異なる酸化物を形成可能なものがあるが、この場合には、遷移金属のとりうる価数に応じた化学量論組成より実際の酸素含有量が不足している場合とする。例えばＭｏは、先に述べた３価の酸化物（ＭｏＯ₃）が最も安定であるが、その他に１価の酸化物（ＭｏＯ）も存在する。この場合には組成割合Ｍｏ_1-xＯ_xに換算すると、０＜ｘ＜０．５の範囲内であるとき化学量論組成より酸素含有量が不足した不完全酸化物であるといえる。なお、遷移金属酸化物の価数は、市販の分析装置で分析可能である。
　このような遷移金属の不完全酸化物は、紫外線又は可視光に対して吸収を示し、紫外線又は可視光を照射されることでその化学的性質が変化する。この結果、無機レジストでありながら現像工程において露光部と未露光部とでエッチング速度に差が生じる、いわゆる選択比が得られる。また、遷移金属の不完全酸化物からなるレジスト材料は、膜材料の微粒子サイズが小さいために未露光部と露光部との境界部のパターンが明瞭なものとなり、分解能を高めることができる。

　ところで、遷移金属の不完全酸化物は、酸化の度合いによってそのレジスト材料としての特性が変化するので、適宜最適な酸化の度合いを選択する。例えば、遷移金属の完全酸化物の化学量論組成より大幅に酸素含有量が少ない不完全酸化物では、露光工程で大きな照射パワーを要したり、現像処理に長時間を有したりする等の不都合を伴う。このため、遷移金属の完全酸化物の化学量論組成より僅かに酸素含有量が少ない不完全酸化物であることが好ましい。
　上述のようにレジスト材料を構成する具体的な遷移金属としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ａｇ等が挙げられる。この中でも、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｂを用いることが好ましく、紫外線又は可視光により大きな化学的変化を得られるといった見地から特にＭｏ、Ｗを用いることが好ましい。

　このような光ディスク原盤製造工程において、本例では、ＰＴＭ(Phase Transition Mastering)方式が用いられる。ＰＴＭ方式について簡単に説明しておく。

　例えばＣＤ（Compact Disc）方式やＤＶＤ(Digital Versatile Disc)方式などのディスクを製造する際には、まずフォトレジストを塗布したディスク原盤を用意し、マスタリング装置によってディスク原盤上にガスレーザ等の光源からレーザを照射し、ピットに応じた露光パターンを形成していった。この場合、連続発振レーザであるレーザ光源からのレーザ光を、例えばＡＯＭ（Acousto-Optical Modulator）で光強度変調し、強度変調されたレーザ光を光学系によってディスク原盤に導き、露光する。即ち、ＡＯＭにはピット変調信号である例えばＮＲＺ(Non Return to Zero)変調信号を与え、このＡＯＭによってレーザ光がピットパターンに対応した強度変調を受けることで、原盤上ではピット部分のみが露光されていく。
　例えば図３（ｂ）には１つのピット形状を示しているが、ＡＯＭで変調されたレーザ発光強度は図３（ｃ）のようになる。原盤上のフォトレジストの露光はいわゆる光記録であるため、図３（ｃ）のようなレーザにより露光された部分が、そのままピットとなる。

　一方、ＰＴＭ方式では、無機レジストを塗布したディスク原盤に対して、半導体レーザからのレーザ光を照射し、熱記録としての露光を行う。
　この場合、レーザ照射による熱の蓄積を抑圧してピット幅の均一化を計るために、通常図３（ａ）に示すようなパルス光で露光する。即ちこの場合には、一般にクロックに同期したＮＲＺ変調信号が、そのＨｉｇｈレベルの長さに応じてクロック周期より短い時間幅のパルス信号へ変換され、変換されたパルス変調信号に同期して直接変調可能な半導体レーザへ電力供給される。これによって図３（ａ）のような与熱用のパルス発光Ｐｐと、ピット長に応じた加熱用のパルス発光Ｐ１～Ｐｎとしてのレーザ出力が行われる。

　以下では、本実施の形態の特徴として、上記図１、図２の製造工程におけるディスク原盤３、スタンパ４、ディスク基板５の凹凸形状について言及するが、それらは、ＰＴＭ方式として、無機レジストに対する熱化学反応によって原盤マスタリングを行うことが適切となる。

　図４（ａ）は、図１（ａ）で述べた露光工程におけるレジスト膜２の様子を示している。
　レーザＬにより露光が行われると、無機レジストは熱化学反応により膨潤・膨張する。図のように露光部２ａが盛り上がって、非露光部２ｂの両側が持ち上げられるような形状となる。
　続いて図１（ｃ）で述べた現像が行われることで、図４（ｂ）のように、露光部２ａの部分が凹部１０となり、非露光部２ｂが非凹部（凸部）１１として残る。
　このときに、非凹部１１の両端部分（凹部１０との境界部分）は、上記の膨張で引っ張られた形状が残る。
　即ち、凹部１０と非凹部１１との境界部分が、非凹部１１の平面より隆起した微小隆起部１２となる。

　このようなディスク原盤３からスタンパ４が形成されるが、ディスク原盤３の凹凸形状が逆転転写されるスタンパ４では、図４（ｃ）のような凸部２０，非凸部（凹部）２１が形成される。
　この場合、非凸部２１は、ディスク原盤３の非凹部１１の形状が逆転して転写された形状となり、非凸部２１の両側部は、ディスク原盤３の微小隆起部１２に相当する部分が窪んだ形状となる。
　つまりスタンパ４は、凸部２０と非凸部２１の境界部分が、非凸部２１の底面より窪んだ微小窪み部２３とされる。

　このスタンパ４を用いた射出成形で図２（ａ）（ｂ）（ｃ）で述べたようにディスク基板５が作成される。
　図５（ａ）は、スタンパ４を配置した金型内に、ディスク基板５を成形する樹脂を充填した状態である。この状態では、樹脂は微小窪み部２３にも入り込む。
　この状態で加圧冷却されて、樹脂が硬化されると、図５（ｂ）のように多少の硬化収縮が発生する。
　その後、図５（ｃ）のようにスタンパ４が剥離されてディスク基板５が取り出される。ディスク基板５は、スタンパの凹凸形状が逆転して転写されたものとなる。即ちディスク基板５は、スタンパ４の凸部２０に相当する部分が凹部３０、スタンパ４の非凸部２１に相当する部分が非凹部（凸部３１）となる。
　ここで、スタンパ４の非凸部２１には、微小窪み部２３があることから、硬化収縮があったとしても、ディスク基板５の非凹部３１のエッジ形状は、微小窪み部２３の影響を受けた形状となる。即ち凹部３０と非凹部３１との境界部分が、非凹部３１の平面より隆起した微小隆起部３２とされる。

　図６に、ディスク基板５の凹部３０と非凹部３１の形状を示す。
　ディスク基板５では凹部３０がピット、非凹部３１がランドとなるが、図のように、この凹部３０と非凹部（凸部）３１の凹凸境界部分３３は、微小隆起部３２（ランド平面より高くなる部分）を含む、比較的大きな曲率半径ｒの湾曲形状となる。
　なお、ピット／ランド境界を考えた場合の理想的な輪郭形状は、破線（Ｍ）で示す形状であるが、微小隆起部３２を含む湾曲により、この理想輪郭Ｍとは異なる範囲Ａ，Ｂが形成される。範囲Ａは、理想的なランド部分の輪郭と異なる部分であり、範囲Ｂは理想的なピット傾斜部分と異なる部分である。

　このような本例のディスク基板５は、スタンパ４との離型性が良く、加えて再生信号品質も保てるものとなる。
　再生信号特性（ジッター）を悪化させないのは次の理由による。
　従来の図１０のような形状の場合、範囲Ａのうちで、ピット／ランドの境界が曖昧になり、これによってジッターが悪化すると述べた。
　図６の本例の場合、範囲Ａは、理想的なランド部分の輪郭とは異なっているが、微小隆起部３２となる範囲Ａ内の殆どの部分は、ランド平面より高い部分となる。ランド平面より高い部分は、再生信号上ではランドの信号部分として検出される。
　実際に、再生信号上で、ピット／ランドの境界が曖昧となるのは、微小隆起部３２としての隆起の終了端よりピット３０側である、範囲Ｚで示す部分である。範囲Ｚは、湾曲形状部分のうちでランド平面より低い高さとなる部分である。
　つまり、再生信号上でピット／ランドの境界が曖昧となる範囲Ｚは、図１０の場合（範囲Ａ）に比べて極めて狭い。これは、実際上、良好な信号特性を維持できる程度の曖昧範囲となる。

　なお、図７（ａ）には、実際に成形した本例のディスク基板５のＡＦＭ（原子間力顕微鏡）写真を、また図７（ｂ）には、図７（ａ）のＣ－Ｄ断面の形状を示している。
　図７（ｂ）から、ピット／ランドの境界に、微小隆起部３２を含む、曲率半径が比較的大きい湾曲部が形成されていることがわかる。

　なお、このようなディスク基板５を形成するためには、露光工程での反応が熱化学反応によるものでなければ、実施は困難である。
　それは、熱化学反応による無機レジストの膨潤・膨張を利用し、現像後にガラスあるいはシリコンウェハの原盤基盤１上に残った無機レジスト膜２の、凹凸境界部分における微小隆起部１２を元に、上記図６，図７のような形状を得るためである。

　光反応ではこのような膨潤・膨張は発生せず、現像後にレジスト膜の凹凸端部に隆起は残らないためである。仮に光反応を利用して同一形状を得るためには、光に対し感度の異なるレジスト膜を積層し、各層毎に露光、現像を進めていくことになり、容易には実現できない。
　一方、熱化学反応にてディスク原盤３を作成する場合に、凹凸境界部分の隆起を利用できることになる。

　従来の熱化学反応によるディスク原盤作成では、この凹凸境界部分の隆起高さがスタンパ表面の信号の元となる凹凸と比較して微小なために注目されていなかった。
　そのため、信号の元となる凹凸の全体形状からディスク原盤製作の露光条件や現像条件を決定していた。
　その結果、凹凸境界部分の隆起高さはディスク原盤毎に異なり、転写不良が発生するスタンパが多々存在し、そのつど、成形条件を変更して規格内におさまる光ディスクを作成するか、もしくは、露光条件や現像条件を変更したスタンパを再度作り直す作業を行っていたため、安定したスタンパの供給ができず、結果としてディスク製造の生産性向上が困難なものとなっていた。

　この原因を検討した結果、凹凸境界部分の隆起高さを調整する必要があることが判明した。微小隆起部１２の高さが高すぎると、スタンパ４を製作した際にスタンパ４の非凸部２１における微小窪み部２３の窪みの深さが深くなりすぎる。
　例えばディスク原盤３の非凹部１１から凹部１０へ変化する境界部分の、非凹部１１の上面の平面部（ランド）を基準として、微小隆起部１２の隆起高さが１０ｎｍ以上だと、高すぎると言える。
　微小隆起部１２が高すぎ、これによってスタンパ４の微小窪み部２３が深すぎると、ディスク基板５の成形時にスタンパ４の微小窪み部２３に回りこむ樹脂（例えばポリカーボネイト）の量が多くなるため、スタンパ４と、冷却により収縮したディスク基板５との接触面積が多くなってしまうこと、およびディスク基板５側に出来る微小隆起部３２が、スタンパ４からディスク基板５を離型する際の障害物（ひっかかり）となることなどから離型不良が発生しやすい。
　逆に隆起高さがほとんどなくなってしまう(例えば１ｎｍ以下)と、光反応によって作成された原盤に近づくため、従来と同様の問題が発生してしまう。

　なお、微小隆起部１２の隆起高さは、無機レジスト膜２の成膜条件や露光条件および現像条件にて調節可能であることが分かり、現状では、非凹部１１から凹部１０へ変化する境界部分の非凹部１１の上面の平面部（ランド相当部分）を基準として、隆起高さは非凹部１１の高さに対して３～１０％（測定値２～７ｎｍ）の範囲内になるように現像時間を調整している。

　また、残留応力開放の面からは、凹凸境界部分の微小隆起部１２の曲率半径は大きくすることが望ましい。
　曲率半径が小さくなる（例えば１０ｎｍ以下）と、凹凸境界部分の微小隆起部１２内での残留応力を開放するためには、従来と同様に十分な冷却と加圧が必要になるためである。
　しかし、あまり曲率半径を大きくなり、これがスタンパ４とディスク基板５に反映されると、ディスク基板５の段階で凹凸境界部分の差が不明確となり、図１０で説明したように信号特性が悪化する。さらにはディスク原盤３の微小隆起部１２全体の大きさが大きくなり、これがスタンパ４とディスク基板５に反映された際に、スタンパ４とディスク基板５の接触面積が大きくなることによる離型不良が発生する。
　このため微小隆起部１２の曲率半径は非凹部１１の高さに対して２０～６０％（測定値２０～４０ｎｍ）の範囲内になるように現像時間を調整している。
　このような現像済のディスク原盤３を用いてスタンパ４を作成すると、本実施の形態のスタンパ４が完成する。

　このスタンパ４として用いて、射出成形によりディスク基板５を作成すると、成形金型内での樹脂の冷却による収縮を、スタンパ４の微小窪み部２３の深さにて補正することができるようになる。
　そしてそのスタンパ４からディスク基板５を作成することで、本実施の形態のディスク基板５、さらには光ディスクが完成する。
　この場合、上記した信号特性の維持とともに、離型性の向上が実現できる。

　そのメカニズムは以下の通りである。
（１）射出成形時、スタンパ４が取り付けられた、閉じた金型のキャビティ内に樹脂が加圧充填され、樹脂基板を形成する。
（２）充填完了後も加圧状態を持続しながら、樹脂基板を冷却する。
（３）加圧状態が終了後も樹脂基板を冷却する。
（４）樹脂基板は加圧開放や冷却により、収縮する方向に力が働き、凹凸転写の基形状に対して転写形状が変化してしまう。
（５）本実施の形態の形状であれば、収縮しても、基の凹凸形状とは異なるが、凹凸の端部形状の弛みなどが緩和され、ピットとランドの境界部がより鮮明になる。このため、読み取られる信号特性が向上することとなり、信号の転写性が向上する。上述したように図６の範囲Ｚの長さが短いほど信号上、より最適な信号となる。
（６）このような転写性を確保するために、長時間の加圧・冷却時間が必要なくなり、離型性が向上する。即ち凹凸境界部分が、残留応力開放の点で適度に大きい（但し信号特性を悪化させるほどは大きくない）な曲率半径の湾曲形状となっているためである。

　なお、信号特性については、仮にディスク基板５の微小隆起部３２の形状が基板作成時にくずれてしまったとしても、最終的に信号測定をした場合には、理想形状（Ｍ）と異なる部分が図１０に示した光反応時の形状よりも小さくなるため、より良い信号が得られるものとなる。

　以下、実際の製造条件の一例を述べる。
＜現像液＞
　一般的に半導体で使用されるＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）が主成分の有機アルカリ現像液。
＜レジスト材料＞
　遷移金属の不完全酸化物が主成分の無機レジスト。
（遷移金属はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ａｇ等）
＜露光条件＞
　波長４０５ｎｍの青紫レーザ光にて１０～１５ｍＷの出力で、線速度約４．９ｍ／ｓ（ブルーレイディスクの製造を想定し、ブルーレイディスクが、１層あたりの容量が２５ＧＢ（Giga Byte）の場合）
＜現像条件＞
　上記現像液を用いて、約１０分現像。

　以上の条件でディスク原盤３を作成した場合、微小隆起部３２の高さおよび曲率半径については、次のようになる。
　隆起高さは、実測値で３～５ｎｍ。
　隆起高さの割合は、ブルーレイディスクの場合の凹部１０（ピット部分）から非凹部１１（ランド部分）の高低差（凹凸高低差）である７０ｎｍを基準に考えると、３／７０～５／７０。つまり隆起高さの割合は、ピット／ランドの高低差に対して４～７％となる。
　なお、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）の場合　凹凸高低差は１２０～１３０ｎｍであるため、隆起高さの割合は、３／１３０～５／１２０（高低差に対して２～４％）となる。

　曲率半径は、実測値で２０～４０ｎｍ。
　曲率半径の割合は、ブルーレイディスクの場合、凹凸高低差７０ｎｍを基準とすると、２０／７０～４０／７０（高低差に対して２９～５７％）、つまり３０～６０％となる。
　ＤＶＤの場合に、その凹凸高低差１２０～１３０ｎｍを基準とすれば、２０／１３０～４０／１２０（高低差に対して１５～３３％）、つまり１５～３５％となる。

　このような微小隆起部１２の高さや曲率半径は、スタンパ４の微小窪み部２３の深さや曲率半径にも反映される。
　さらに、ディスク基板５の微小隆起部３２の深さや曲率半径にも、ほぼ同様に反映されブルーレイディスクの場合、図６の微小隆起部３２の隆起高さはピット／ランド高さに対して４～７％と、曲率半径はピット／ランド高さに対して３０～６０％となる。
　そして、これらの場合、成形時の樹脂の冷却などによる基板の収縮に対して補正が可能であり、また冷却時間の短縮も可能で、転写性と離型性を同時に満たすことができる。

　なお実施の形態では再生専用ディスクの製造に関し、凹凸形状をピットとランドと想定して説明したが、本発明は、記録可能型ディスクの製造、即ちグルーブとランドとしての凹凸形状を設ける場合や、多段階のホログラムなどの凹凸転写にも適用できる。また、表面に微細な形状を作成する際の形状にも応用可能である。

Claims

　凹部が形成されたディスク原盤を用いて、上記凹部が転写された凸部を有するスタンパを製造し、該スタンパを用いて、該スタンパの上記凸部が転写された凹部を有するディスク基板を製造し、該ディスク基板に所定の層構造を形成して光ディスクを製造する製造工程に用いる上記ディスク原盤であって、
　原盤基板上の無機レジスト膜をレーザ光により露光して熱化学反応による露光部を形成し、現像処理を行うことにより、上記露光部が上記凹部として形成されているとともに、上記凹部と非凹部との境界部分が、上記非凹部の平面より隆起した微小隆起部とされていることを特徴とするディスク原盤。
　上記微小隆起部は、上記非凹部の平面からの高さが、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さの３～１０％の範囲内の高さとされ、かつ上記微小隆起部の曲率半径は、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さに対して２０～６０％の範囲内の曲率半径であることを特徴とする請求項１に記載のディスク原盤。
　凹部が形成されたディスク原盤を用いて、上記凹部が転写された凸部を有するスタンパを製造し、該スタンパを用いて、該スタンパの上記凸部が転写された凹部を有するディスク基板を製造し、該ディスク基板に所定の層構造を形成して光ディスクを製造する製造工程に用いる上記ディスク原盤の製造方法であって、
　原盤基板上に無機レジスト膜を形成する成膜工程と、
　上記原盤基板上の無機レジスト膜をレーザ光により露光して熱化学反応による露光部を形成する露光工程と、
　上記露光部が形成された上記原盤基板に対して所定時間の現像処理を行うことにより、上記露光部を上記凹部として形成するとともに、上記凹部と非凹部との境界部分に、上記非凹部の平面より隆起した微小隆起部が形成されるようにする現像工程と、
　を有することを特徴とするディスク原盤製造方法。
　上記微小隆起部が、上記非凹部の平面からの高さが、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さの３～１０％の範囲内の高さとされ、かつ上記微小隆起部の曲率半径は、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さに対して２０～６０％の範囲内の曲率半径とされるように、上記無機レジスト膜の無機レジスト材料、及びレーザ光のパワー、及び現像処理時間が設定されることを特徴とする請求項３に記載のディスク原盤製造方法。
　凹部が形成されたディスク原盤を用いて、上記凹部が転写された凸部を有するスタンパを製造し、該スタンパを用いて、該スタンパの上記凸部が転写された凹部を有するディスク基板を製造し、該ディスク基板に所定の層構造を形成して光ディスクを製造する製造工程に用いる上記スタンパであって、
　上記凸部と非凸部の境界部分が、上記非凸部の底面より窪んだ微小窪み部とされていることを特徴とするスタンパ。
　凹部が形成されたディスク原盤を用いて、上記凹部が転写された凸部を有するスタンパを製造し、該スタンパを用いて、該スタンパの上記凸部が転写されて凹部が形成されるディスク基板であって、
　上記凹部と非凹部との境界部分が、上記非凹部の平面より隆起した微小隆起部とされていることを特徴とするディスク基板。
　上記微小隆起部は、上記非凹部の平面からの高さが、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さの３～１０％の範囲内の高さとされ、かつ上記微小隆起部の曲率半径は、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さに対して２０～６０％の範囲内の曲率半径であることを特徴とする請求項６に記載のディスク基板。
　凹部が形成されたディスク原盤を用いて、上記凹部が転写された凸部を有するスタンパを製造し、該スタンパを用いて、該スタンパの上記凸部が転写された凹部を有するディスク基板を製造し、該ディスク基板に所定の層構造を形成して成る光ディスクであって、
　上記ディスク基板に形成されている凹部と非凹部との境界部分が、上記非凹部の平面より隆起した微小隆起部とされていることを特徴とする光ディスク。
　上記微小隆起部は、上記非凹部の平面からの高さが、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さの３～１０％の範囲内の高さとされ、かつ上記微小隆起部の曲率半径は、上記凹部から上記非凹部の平面までの高さに対して２０～６０％の範囲内の曲率半径であることを特徴とする請求項８に記載の光ディスク。
　原盤基板上に無機レジスト膜を形成する成膜工程と、
　上記原盤基板上の無機レジスト膜をレーザ光により露光して熱化学反応による露光部を形成する露光工程と、
　上記露光部が形成された上記原盤基板に対して所定時間の現像処理を行うことにより、上記露光部を上記凹部として形成するとともに、上記凹部と非凹部との境界部分に、上記非凹部の平面より隆起した微小隆起部が形成されたディスク原盤を形成する現像工程と、
　上記ディスク原盤を用いて、上記ディスク原盤の凹部が転写された凸部を有するスタンパを形成するスタンパ形成工程と、
　上記スタンパを用いて、上記スタンパの凸部が転写された凹部を有するディスク基板を成形する基板成形工程と、
　上記ディスクに所定の層構造を形成して光ディスクを形成する層構造形成工程と、
　を有することを特徴とする光ディスク製造方法。
　凹部が形成されたディスク原盤を用いて、上記凹部が転写された凸部を有するスタンパを製造し、該スタンパを用いて、該スタンパの上記凸部が転写されて凹部が形成されるディスク基板であって、
　上記スタンパとして、上記凸部と非凸部の境界部分が、上記非凸部の底面より窪んだ微小窪み部とされているスタンパを用いて形成したことを特徴とするディスク基板。
　凹部が形成されたディスク原盤を用いて、上記凹部が転写された凸部を有するスタンパを製造し、該スタンパを用いて、該スタンパの上記凸部が転写された凹部を有するディスク基板を製造し、該ディスク基板に所定の層構造を形成して成る光ディスクであって、
　上記スタンパとして、上記凸部と非凸部の境界部分が、上記非凸部の底面より窪んだ微小窪み部とされているスタンパを用いて形成されたディスク基板に、上記所定の層構造を形成したことを特徴とする光ディスク。