(57)【要約】本発明は、光学記憶装置又は光学記憶装置基板、及び／又は光ディスクの連続的製造法を提供し、二つの対をなす圧盤の間にポリマー材料のウェブを供給する工程、実質的に平坦なスタンパーを用いて、ウェブに光学装置用の情報トラック構造など少なくとも一つの微細形状彫像を溶融成形する工程、ポリマー材料のウェブの溶融成形された断面の大部分をポリマー材料の溶融流動温度（Ｔｆ）まで加熱する工程を含む。本発明は、情報構造物を溶融成形し、且つ情報構造物へ幾つかの層を蒸着して光学記憶装置を生成する工程の幾つかの実施形態を開示している。
2006527677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細構造彫像を溶融流動温度（Ｔｆ）及びガラス転移温度（Ｔｇ）を有するポリマー材料の表面上に 形成する方法であって、
ポリマー材料のウェブを供給する工程、
ポリマー材料のウェブを第一圧盤と第二圧盤の間の複製領域内へ流入させる工程、前記第一圧盤と前記第二圧盤の少なくとも一つがスタンパーを有し、前記スタンパーは少なくとも一つの微細構造彫像を有する、
前記形成時に、ポリマー材料のウェブを少なくとも溶融流動温度（Ｔｆ）まで加熱する工程、並びに
前記微細構造彫像を前記スタンパーによりポリマー材料上に溶融成形し、溶融成形彫像を生成する工程、
の諸工程を含む方法。
【請求項２】
前記スタンパーを加熱する工程を更に含むことを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項３】
前記ポリマー材料は溶融成形前垂直複屈折と溶融成形後垂直複屈折とを有し、溶融後垂直複屈折が溶融前垂直複屈折より低いことを特徴とする、請求項２の方法。
【請求項４】
前記ポリマー材料のウェブは、微細構造彫像と前記第一圧盤及び前記第二圧盤の一つとの間に断面を有し、ポリマー材料のウェブを加熱する工程が前記断面を少なくとも溶融流動温度（Ｔｆ）まで加熱する工程を含むことを特徴とする、請求項３の方法。
【請求項５】
ポリマー材料のウェブを加熱する前記工程は、溶融成形彫像を有するポリマー膜の垂直複屈折を低減することを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項６】
流動向上剤を導入する工程を更に含み、前記流動向上剤が溶融流動温度（Ｔｆ）及びガラス転移温度（Ｔｇ）を低くすることを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項７】
ポリマー材料のウェブは、前記溶融成形時の表面流動を向上させるのに十分な量の水を含有することを特徴とする、請求項６の方法。
【請求項８】
加熱されたスタンパーの温度は、ウェブに接するとき、ポリマー材料の溶融流動温度（Ｔｆ）より高いことを特徴とする、請求項４の方法。
【請求項９】
ウェブの表面が溶融流動温度（Ｔｆ）とガラス転移温度（Ｔｇ）の間の温度にあるときに、ウェブからスタンパーを引離す工程を更に含むことを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項１０】
前記ポリマー材料は、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリスルフォンから成る群から選ばれることを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項１１】
前記ポリマー材料は、０.２５ｍｍ以下の厚さを有することを特徴とする、請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記スタンパーは前記第一圧盤に取付けられ、運搬可能挿入物が前記第二圧盤内に取り外し出来るように固定されており、更に
前記溶融成形彫像を前記運搬可能挿入物上に捕獲する工程、
前記運搬可能挿入物を第一排気可能蒸着室に運び込む工程、
少なくとも一つの被膜を前記溶融成形彫像上に蒸着して被覆溶融成形彫像を生成する工程、並びに
前記運搬可能挿入物を前記第一排気可能蒸着室から運び出す工程、
を含むことを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項１３】
前記運搬可能挿入物は、ヒートシンクであって、且つ機械的安定材であることを特徴とする、請求項１２の方法。
【請求項１４】
前記被覆溶融成形彫像を基板に結合して基板アセンブリを形成する工程、並びに
前記被覆溶融成形彫像を前記運搬可能挿入物から取り外す工程、
を更に含むことを特徴とする、請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記基板アセンブリを第二排気可能蒸着室へ運び込む工程、
少なくとも一つの被膜を前記基板アセンブリ上に蒸着し二重被覆ポリマー材料を生成する工程、並びに
前記第二蒸着室を出る工程、
を更に含むことを特徴とする、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記二重被覆ポリマー材料を光学保護片に結合する工程、
を更に含むことを特徴とする、請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記スタンパーは前記第一圧盤に取付けられ、被覆担体挿入物が前記第二圧盤内に取り外し出来るように固定されていることを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項１８】
前記被覆担体は、反射金属層と第一誘電体層と活性記録層と第二誘電体層とが被覆されたトラック微細構造物を有する、射出成形ポリマー担体を含むことを特徴とする、請求項１７の方法。
【請求項１９】
前記被覆ポリマー材料を光学保護片に結合する工程を更に含むことを特徴とする、請求項１８の方法。
【請求項２０】
前記担体板がヒートシンクであることを特徴とする請求項１９の方法。
【請求項２１】
捕獲担体上に前記ポリマー材料を捕獲する工程、前記捕獲担体は前記第一圧盤及び第二圧盤の一つを含む、
前記捕獲担体から前記ポリマー材料を抽出する工程、
前記ポリマー材料を担体板に移す工程、
前記担体板を第一排気可能蒸着室に運び込む工程、
少なくとも一つの被膜を前記ポリマー材料上に蒸着して被覆ポリマー材料を生成する工程、並びに
前記担体板を前記第一排気可能蒸着室から運び出す工程、
を更に含むことを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項２２】
前記被覆ポリマー材料を基板に結合して基板アセンブリを形成する工程、並びに
前記被覆ポリマー材料を前記捕獲担体から取り外す工程、
を更に含むことを特徴とする、請求項２１の方法。
【請求項２３】
前記基板アセンブリ板を第二排気可能蒸着室へ運び込む工程、
少なくとも一つの被膜を前記基板アセンブリ上に蒸着する工程、並びに
前記第二蒸着室を出る工程、
を更に含むことを特徴とする、請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記被覆ポリマー材料を光学保護片に結合する工程、を更に含むことを特徴とする、請求項２３の方法。
【請求項２５】
前記担体板がヒートシンクであることを特徴とする請求項２１の方法。
【請求項２６】
前記抽出する工程は、前記ポリマー材料の捕獲担体に対向する側面へ抽出板を押付ける工程を含み、前記抽出板は、前記抽出板と前記ポリマー材料の間に追従層を有することを特徴とする、請求項２１の方法。
【請求項２７】
前記追従層は、前記ポリマー材料のガラス転移温度より低い融点を有するインジウム合金であって、且つ前記インジウム合金は液体として前記抽出板に接触し、前記インジウム合金液体は冷却されると凝固することを特徴とする、請求項２６の方法。
【請求項２８】
前記追従層は、ステアリルアルコール、テトラステアリン酸ペンタエリトリトール、硝酸セルローズ、及びヒドロキシプロピル・セルローズから成る群から選ばれることを特徴とする、請求項２６の方法。
【請求項２９】
前記抽出する工程は、前記ポリマー材料の捕獲担体に対向する側面へ抽出板を押付ける工程を含み、前記抽出板は、前記抽出板と前記ポリマー材料の間に追従層を有することを特徴とする、請求項２１の方法。
【請求項３０】
前記追従層は、前記ポリマー材料のガラス転移温度より低い融点を有するインジウム合金であって、且つ前記インジウム合金は液体として前記抽出板に接触し、前記液体は冷却されると凝固することを特徴とする、請求項２６の方法。
【請求項３１】
前記溶融成形工程の前に、前記ポリマー材料を乾燥する工程を更に含むことを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項３２】
前記溶融成形工程は、約３秒から約１０秒の継続時間を有することを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項３３】
前記エンボシング工程は、約３秒の継続時間を有することを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項３４】
前記溶融成形工程の間に、複製領域内でポリマー材料のウェブを安定化させる工程を更に含むことを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項３５】
ウェブの前記安定化工程は、スタンパーがポリマー材料のウェブに接しているとき、複製領域へ向かって流れるポリマー材料のウェブにおけるたるみを増加させることと、スタンパーがポリマー材料のウェブに接しているとき、複製領域から離れるように流れるポリマー材料のウェブにおけるたるみを減少させることとを含むことを特徴とする、請求項３４の方法。
【請求項３６】
前記安定化工程は、ポリマー材料のウェブが複製領域へ流入するとき、ポリマー材料のウェブにおけるたるみを減少させることと、ポリマー材料のウェブが複製領域から流出するとき、ポリマー材料のウェブにおけるたるみを増加させることとを含むことを特徴とする、請求項３５の方法。
【請求項３７】
前記安定化工程は、前記複製領域の上流側でたるみを減少させたり増加させたりする第一ピストンと、前記複製領域の下流側でたるみを増加させたり減少させたりする第二ピストンとを含むことを特徴とする、請求項３６の方法。
【請求項３８】
前記第一ピストンは、スタンパーがポリマー材料のウェブに接しているとき、複製領域へ向かって流れるポリマー材料のウェブにおけるたるみを増加させ、ポリマー材料のウェブが複製領域へ流入するとき、ポリマー材料のウェブにおけるたるみを減少させることと、前記第二ピストンは、スタンパーがポリマー材料のウェブに接しているとき、複製領域から離れるように流れるポリマー材料のウェブにおけるたるみを減少させ、ポリマー材料のウェブが複製領域から流出するときに、ポリマー材料のウェブにおけるたるみを増加させることとを特徴とする、請求項３７の方法。
【請求項３９】
前記溶融成形工程の間に、ポリマー材料のウェブに孔を造出する工程を更に含むことを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項４０】
前記孔を造出する工程は、前記第一圧盤又は前記第二圧盤の何れかに設置されたパンチ・ニップを用いて、前記の孔を打抜きする工程を含むことを特徴とする、請求項３９の方法。
【請求項４１】
前記孔を打抜く手段は、前記第一と第二圧盤の何れかに設置された、伸縮可能な孔打抜き具を用いて、前記の孔を打抜きする工程を含むことを特徴とする、請求項３９の方法。
【請求項４２】
前記第一ピストンは、前記ポリマー材料の膜が第一ピストンに向かい合って流れるとき、損傷を限定するように設計されている第一ローラーを有しており、且つ前記第二ピストンは、前記ポリマー材料のウェブが第二ピストンに向かい合って流れるとき、損傷を限定するように設計されている第二ローラーを有していることを特徴とする、請求項３８の方法。
【請求項４３】
前記第一圧盤と前記第二圧盤の少なくとも一つは、ポリマー材料のウェブが複製領域に流入するときに損傷を限定するように設計された、少なくとも一つのガイドローラーを複製領域から上流に有することを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項４４】
前記第一圧盤と前記第二圧盤の少なくとも一つは、ポリマー材料のウェブが複製領域から流出するときに損傷を限定するように設計された、少なくとも一つのガイドローラーを複製領域から下流に有することを特徴とする、請求項４４の方法。
【請求項４５】
前記第一と第二圧盤の両者が微細形状彫像を有し、第一圧盤微細形状彫像と第二圧盤微細形状彫像は、前記ポリマー材料のウェブの対向する両側面へ同時に溶融成形されることを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項４６】
前記溶融成形工程の前に、前記ポリマー材料を乾燥する工程を更に含むことを特徴とする、請求項４５の方法。
【請求項４７】
前記スタンパーは、実質的に平らな表面を有することを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項４８】
前記スタンパーは、ウェブに接する前はドーム型形状を、前記溶融形成工程の間は実質的に平らな表面を有することを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項４９】
前記ウェブの安定化工程は、前記溶融形成工程の間、前記ウェブの複製領域への流入と流出の停止を含むことを特徴とする、請求項３４の方法。
【請求項５０】
前記溶融成形工程の前に、前記ポリマー材料を乾燥する工程を更に含むことを特徴とする、請求項１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、引用して本明細書に取入れてある、２００２年６月２６日出願の米国特許出願番号１０/１８５,２４６の一部継続出願として、米国特許法３５ＵＳＣ§１.５３(ｂ)に基づいて出願されている。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、光学記憶装置を作製する方法に関する。特に本発明は、例えばピット−ランド又は溝−ランドから成るパターンを有する光ディスク基板の製造に関する。更に本発明は、本質的に平坦なスタンパーを用いて、光学記憶装置内で使用されるポリマー膜の薄い既製シート（０.６ｍｍ以下）の上にパターンの複製を作製する装置及び方法に関しており、一方では、適当な生産量を維持し、製造されるポリマー膜の性質の変動性の影響を低減し、幾つかの鋳造ポリマー膜にみられる過大に高い垂直複屈折を減少させ、且つ複製構造物を貫通する中心孔を一生産工程において同時に形成するものである。
【０００３】
（発明の背景）
ＣＤ（コンパクトディスク）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（デジタル多目的ディスク）、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＰＤ（相変化ディスク）、ＭＯ（磁気光学的）などの光学記憶ディスクは、一般に基板を最初に形成し、次いで基板上に一つ以上の薄膜層を蒸着して製造する。光学記憶装置用基板は、通常、同心円トラックとして又は連続する渦巻き線として配列された一連の溝及び／又はピットから形成される。溝及びピットは、レーザビーム・トラッキング、アドレス情報、時間調整、誤り訂正、利用者データ、などに用いることができる。光ディスクに用いられる基板は、一般に射出成形によって形成され、複製用のパターン付き微細構造を有する一面を備えたディスク形状鋳型内に、溶融ポリマー材料が射出される。パターン付き微細構造は、一般的にスタンパーと呼ばれる交換可能な挿入物によって提供される。射出成形工程は、一連の精密に時間調整された工程から構成されており、鋳型を閉じる、溶融ポリマーを射出する、ピーク射出圧力を制御しつつ低減する、冷却する、中心孔を形成する、鋳型を開らく、並びに複製したディスクとそれに同伴する湯口を取り外す工程を含む。成形工程に続いて、ディスク基板は、一般に、一つ以上の薄膜層で被覆される。その後、基板は、種々の絶縁及び／又は保護層、結合接着剤、装飾用図版、ラベル、などで被覆されることが出来る。
【０００４】
上述のような射出成形法は、許容できる水準の複屈折と平坦性とを有する高品質光学記憶ディスクを供給できるけれども、ディスク生産速度は、数秒近くかかり、二秒程度に短いこともある。この時間の約６０％は成形工程に帰せられ、残りは、鋳型を開ける、ディスクと湯口を取り外す、及び次のサイクルが始まる前に鋳型を閉じる、という必要性によって費やされる。更に、種々の新規な型抜き技術を用いることや多数個取り鋳型を用いることによって生産速度を改善しようとする現状の試みは、限られた成功しか得られていない。
【０００５】
望ましい生産速度より遅いことの他に、射出成形法は多数のパラメータの複雑な閉ループ制御を必要とする。例えば、鋳型及びポリマーの温度、プレス締付け力、射出プロフィール、及び保持時間の全ては、複屈折、平坦性、及び複製の正確度に対して、競合する又はしばしば正反対の影響を与える。複製ディスクの厚さが減少するにつれて、成形の難しさが増すことにも注目すべきである。そのため、約１.２ｍｍ厚さの標準ＣＤ基板は、主な射出段階において鋳型空洞の断面を大きくするなどの特殊技術（射出圧縮成形、圧印加工、「バンプ成形」、など）の利用を必要としないけれども、約０.６ｍｍ厚さの標準ＤＶＤ基板は、複屈折と平坦性の仕様を同時に満たすために特殊技術の利用を必要とする。
【０００６】
現状のＤＶＤ光学データ貯蔵駆動装置は、赤色レーザ（λ６３５〜６６０ｎｍ）と開口数（ＮＡ）０.６を有する最終対物レンズとを使用する。幾つかの次世代装置は、青色レーザ（λ４０５ｎｍ）と０.８５ＮＡの最終対物レンズを使用することを提案している。これらの変更は、より小さい焦点寸法（λ/ＮＡで近似できる）をもたらすが、傾斜及び保護片の厚さに対する感度が（それぞれ、λ/(ＮＡ)３、およびλ/(ＮＡ)４）劇的に増加する。より短いレーザ波長とより大きなＮＡの組合せは、１２ｃｍ径のディスクで２５ギガバイトの貯蔵を可能にする一方で、傾斜及び厚さ感度がより薄い光学保護層を要求する。結果として、将来の光学記憶媒体製品における傾向は、より薄い保護層に向かっている。例えば、０.１ｍｍ未満の光学保護片の厚さが、ブルーレイ・ディスクなどの次世代製品に対して考えられている。
【０００７】
光学ディスク基板及び／又は保護層の複屈折は、基板材料の本質的な異方性と、製造時に導入される種々の局所的影響、ゆがみ、及び応力とに関連する。必要な光学保護片／基板の厚さが減少すると、高い内部応力を導入することなく、射出された材料を鋳型へ均一に流し込むことが益々困難になる。これらの内部応力は、過剰な反りと複屈折をもたらす。溶融ポリマーの薄い空洞内への射出に伴う高い応力のため、射出成形によって薄い基板上へ直接微細構造を複製するのは具体的には困難である。
【０００８】
携帯情報端末（ＰＤＡ）やデジタル電子カメラで使用されるものなどの小径ディスク（即ち、５〜８ｃｍ）に対しては、中央注入仕切に起因する擾乱が、ディスクの最も内側のトラック品質に影響することがある。これらの擾乱は、鋳型の中央仕切近くにおける局所的な乱流、ずれ、及び充填変動に伴うものであり、局所的に平坦性の低下や高い複屈折を生ずることがある。最小トラック径が小さくなるほど、これらの問題が明らかに見えてくる。
【０００９】
これら及びその他の理由から、薄いポリマーシート及び／又はウェブの上に光学記憶装置微細構造を形成するための、種々の加熱エンボシング手法が考えられてきた。これらの方法の多くは、ＣＤやＤＶＤなどの現行の光学記憶装置製品における製造速度を上げるために提案され、ロールとスタンパーの間にウェブを通して材料の連続ウェブの上に微細構造パターンを形成する、という概念に基づいて設計された。
【００１０】
今日までに、二つの型の連続ウェブ工法が提案されている。これらの工法は、「インライン」及び「オフライン」法を含んでいる。インライン連続ウェブ法は、ウェブの押出し工程と微細構造パターン形成を同一工程内で一体化しているが、一方オフライン連続ウェブ法は、別の生産ラインで製造された既製のウェブ材料の上にウェブ成形を実行する。インライン成型の目的は、ウェブ押出し工程の直後でウェブがまだ熱いうちに、スタンパーとウェブを接触させることである。インライン工法の例は、開示内容が引用して本明細書に取入れてある、米国特許番号第５,１３７,６６１号、第４,７９０,８９３号、第５,４３３,８９７号、第５,３６８,７８９号、第５,２８１,３７１号、第５,４６０,７６６号、第５,１４７,５９２号、及び第５,０７５,０６０号、に説明されているものを含む。ウェブ押出し工程とウェブ成形工程の一体化は、ディスク製造業者が光学ディスクを生産する事業ばかりでなく、ウェブ押し出し事業にも携わることを要求する。これは、工程中で望ましくないと思われる箇所において、全体の系を非常に複雑な工程にしてしまう。更に、ディスク製造業者は、プラスチック・ウェブ製造業者と同じ規模比例の経済利点に恵まれているとは限らないので、インライン工法で形成したディスクに対する単位当りの費用は、オフライン工法に対するものよりも高くなることがある。
【００１１】
光学記憶装置生産用のインライン工法で用いることのできるウェブ成形の一つの方法は、“Directed Energy Assisted In Vacuo Micro Embossing”と題する１９９９年１２月２８日発行の、開示内容が引用して本明細書に取入れてある、Kime氏の米国特許番号第６,００７,８８８号によって提案されている。Kime氏は、指向型エネルギーを補助手段とした微細エンボシング工程を用いる連続製造法を開示している。その特許は、一対のニップ・ロールで一緒に押付けられる前に、ウェブとスタンパーとを加熱するのに使用される、指向型エネルギー源について説明している。
【００１２】
Kime氏はその教示内容は高く評価されているけれども、密度が更に高いデータの装置を形成する場合には、通常では問題にならない多くの要因が起ってくる。例えば、本願の発明者等は、ウェブ表面繊維組織とウェブ厚さに避けられないばらつきが存在し、精細な微細構造の再現を阻害することを見出している。これらのばらつきは、ウェブとスタンパーの間に局所的で不均一な接触圧力をもたらす。微細構造を形成するのにウェブを軟化する工法では、圧力が除去された後のウェブ材料内に生ずる弾性反発により、過剰な接触圧力は彫像の表面にゆがみをもたらすので、単純に平均接触圧を増加することではこの問題の適切な解決に失敗する。スタンパー／ウェブの相対運動も「スメアリング」の原因となりうる。スメアリングはデータトラック及び／又はピットを顕微鏡的規模で変形させる。これらの変形は、トラッキングを妨害し、且つ読み返しジッタと誤差率とを増大させ得る。
【００１３】
市販のウェブは、周期的な小皺という形態をとる過大な厚さばらつきとトラック間距離のばらつきとを有することがあるという事実が見出された。ウェブの厚さ全体を改善しない工法は、ディスク性能を低下させるような厚さのばらつきの形をそのまま後に残すことがある。例えば、ウェブにおける標準ＤＶＤディスク厚さの０.１％未満の周期的なばらつきが、許容できない焦点とトラッキングとのサーボ障害とを生ずることが観察されている。これらのばらつきに対する感度は、光学駆動装置のＮＡが大きくなるにつれて増大する。従って、ウェブの表面繊維組織とウェブ厚さのばらつきによって生ずる悪影響を除去するような、方法及び／又は装置の必要性が存在する。
【００１４】
加えて、典型的なウェブ押出し法は押出し方向に強く配向された複屈折をもたらす。このようなウェブからディスクが形成されて光学駆動装置で回転された場合、複屈折の方位はディスクとともに回転する。光学系に少しでも不完全な所があれば、回転する複屈折方位は回転速度の二倍で読み返し信号変調をもたらすことになる。一サイクル面内複屈折は、押し出し配向が原因となる読み返し信号変調を殆ど除去するためには、１５ｎｍより小さくしなければならない。押出しポリカーボネート・ウェブの面内複屈折を低減するための特殊技術が開発されているが、現状の製造ばらつきは、一サイクル１５ｎｍでの高い歩留まり達成を困難なものとし、ウェブのコストを高くしている。従って、押出しに関連した複屈折配向によって生ずる悪影響を排除するような、方法及び／又は装置の必要性が存在する。
【００１５】
ウェブの厚さが０.２５ｍｍ未満に低減されると、溶剤鋳造技術を用いてウェブを形成することが可能となる。溶剤鋳造は、小皺と面内複屈折を著しく低減することが出来る。不幸なことに、溶剤鋳造は費用のかかる工法で、光学記憶ディスク製造のコストを押上げる。加えて、溶剤鋳造は高いレベルの垂直複屈折をもたらすことがわかっている。４５００ｎｍ/ｍｍより大きな値が観測されている。垂直複屈折は標準コンパクト・オーディオ・ディスク（ＣＤ）ではほとんど問題がないが、次世代光学記憶ディスクに対して提案された０.８５ＮＡの場合のように、周縁光線入射光の角度が大きくなるにつれてより重要なものになる。垂直複屈折は、装置の光学的性能を低下させる非点収差をもたらし得る。従って、大きな垂直複屈折の否定的効果を排除するような、方法及び／又は装置の必要性が存在する。
【００１６】
典型的な巻取り軸間エンボシング工法において、彫像は基板材料の移動するウェブ上に複製が作製される。実際の複製工程時に機械的な乱れを発生する危険性があるため、且つ回転パンチで打抜かれた孔の形がゆがむために、必要な中心孔は一般には後で打抜かれる。中心孔を別の工程段階で形成することは、設備費及び製造の複雑性が増大し、達成できる歩留を低下させる。従って、必要な中心孔を複製工程中に形成できるような、方法及び／又は装置の必要性が存在する。
【００１７】
ウェブ表面繊維組織と厚さの欠陥を補正することの出来る連続巻取り軸間複製工程は、ウェブ厚さが約０.２５ｍｍ未満に低減されると、益々適用するのが困難になる。従って、ピット−ランド・パターン、溝−ランド・パターン、又は両パターンの組合せを有する複製された光学記憶装置微細構造を備え、複製工程中のある段階で複製を作製する殆ど全面積に同時に接触と再形成を行ない、中心孔を形成し、反りと複屈折を最小化するための最適冷却を与える殆ど平坦な装置を用いて生成され、引続く製造工程においてヒートシンクと機械的安定材としても働くような、薄膜を製造する方法の必要性が存在する。
【００１８】
（発明の要約）
前述の諸問題に対応して、本発明は光学記憶装置微細構造担体膜、光学記憶装置基板、及び／又は光学ディスク製造のための方法及び／又は装置を提供し、材料のウェブを基板形成装置に供給する工程と、光学記憶ディスク装置のための情報及び／又はトラッキング構造などの微細構造彫像を形成する工程とを含み、溶融成形工程においてポリマー材料のウェブを利用する。溶融成形工程は、実質的に平坦な装置及び／又はスタンパーを取り入れ、ウェブ表面欠陥と厚さばらつきの影響を低減し、ウェブ製造工程からもたらされる複屈折を起こす人工物を低減し、好ましくは適正に形作られ且つ光学記憶ディスク彫像と中心に位置した孔を複製工程中にウェブを貫通して形成し、反りと複製工程に関連する複屈折とを最小化するための最適冷却条件を提供し、引続く製造工程中の機械的安定性とヒートシンク作用とを薄いウェブに更に提供することができる。本明細書に開示された実施形態は、薄いポリマーを材料（０.６ｍｍ以下の厚さ、好ましくは０.２５ｍｍ以下）の場合に用いることができる。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態は、ポリマー材料のウェブの表面に微細構造を形成する方法であって、ポリマー材料のウェブを供給する工程と、対をなす圧盤を含む複製処理領域を包含するプロセス・アキュムレーター領域の中へ又そこから外へと連続的にウェブを運ぶ工程とを含む。圧盤の各々は、スタンパーをその上に形成する又はそれにスタンパーが取付けられる挿入板を更に含む。挿入板は、具体的な実施形態に従って、運搬可能担体として機能するか、又は対をなす圧盤内に固定された状態で留まるように設計できる。スタンパー挿入物を備えた対をなす圧盤は、ポリマー材料ウェブを再形成し、且つポリマー材料のウェブを貫通して中心部に位置する孔を形成しつつ、ポリマー材料にスタンパー表面の微細構造彫像の複製を作製するのに用いられる。種々の実施形態が、ウェブを貫通して孔を形成する幾つかの方法を開示している。好ましくは、スタンパー及び／又はウェブは装置の他の構成部品とは独立に加熱され、ポリマー・ウェブの処理された断面の殆ど全部分が、複製時に、少なくともポリマー・ウェブの溶融流動温度（Ｔｆ）に加熱され、引続いてポリマー・ウェブのガラス転移温度（Ｔｇ）又はその近くまで冷却されるようにする。この方法は更に、変性されていないポリマーのそれよりも溶融流動温度を一時的又は恒久的に低くするような、添加剤又は表面処理を利用する工程を含む。好ましくは、溶融成形工程に要する時間は１０秒未満であり、更に好ましくは３秒以下である。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態は、複製及び再形成工程中に複製処理領域内のポリマー材料のウェブを安定化する工程を含む方法を更に開示している。複製工程中のポリマー材料のウェブを安定化することは、複製された構造の顕微鏡的なゆがみを防ぎ、光学記憶情報担体の大面積のゆがみも防ぐことができる。安定化の方法は、二組のサーボ制御分離駆動装置間におけるウェブの蓄積ループの使用を含むことがある。ウェブを蓄積する領域は、複製及び再形成工程中に、複製処理領域の前後に設置されて、処理領域の外における連続的なウェブの移動を可能にしながら処理領域の中でウェブを間歇的に静止状態に保つことが出来る。加えて、ウェブは、例えば対をなす圧盤アセンブリに内蔵された内部張力制御サーボ輪又は環アセンブリによって、処理領域内で予め張力を加える及び／又は予め締付けることができるる。複製及び再形成工程中に複製処理領域内でポリマー材料のウェブを安定化する最も好ましい方法は、送出しロール及び巻取りロールの回転を止め、複製及び再形成の後で回転を始めて、ウェブの新しい部分を複製領域内に流入させることである。
【００２１】
複製された微細構造を有する薄いウェブの単一層が有用である用途としては、例えば「フロッピイ」光学ディスク、が存在するけれども、本明細書での好ましい実施形態は、提案されている「ブルーレイ・ディスク」などの多層構造物を製造する方法の改善に集中している。
【００２２】
本発明の一実施形態は、溶融流動温度（Ｔｆ）とガラス転移温度（Ｔｇ）とを有するポリマー材料の表面上に微細構造彫像を溶融成形する方法である。開示された実施形態は、０.６ｍｍ以下、好ましくは０.２５ｍｍ以下の厚さを有するポリマー材料のウェブ上に、微細構造彫像を溶融成形するのに特に有用である。工程は、ポリマー材料のウェブを供給すること、並びにポリマー材料のウェブを第一圧盤と第二圧盤の間の複製領域内へ連続的に流入させることから始まる。圧盤の少なくとも一つは、微細形状彫像を溶融成形するためのスタンパーによって与えられるような微細構造を設けた表面を含む又は担う挿入物を備えている。スタンパー表面は、圧盤の対をなす両半面に押付けられた後では実質的に平坦でなければならない。次に、この方法は、ポリマー材料のウェブをポリマー材料の少なくとも溶融流動温度（Ｔｆ）にまで加熱し、微細構造彫像をポリマー材料中にスタンパーを用いて形成して溶融成形微細構造彫像を生成する工程を包含する。好ましくは、ポリマー材料のウェブを加熱する工程は、断面の大部分を少なくとも溶融流動温度（Ｔｆ）にまで加熱することを含み、こうしてこの工程はウェブを再形成するのに利用することができ、厚さのばらつき、小皺、及び複屈折などのウェブ製造上のし欠陥を低減する。加えて、最初のウェブの厚さは、装置の完全に締付けたときの断面厚さより大きく選ぶことが出来、こうしてポリマー容積の追加分は充填度を改善し、また収縮に対する補償をするのに利用できる。本発明はポリマー材料を加熱する幾つかの方法を考慮しており、スタンパーと最初に接触する前にＴｆより低い温度まで予備加熱する方法、ポリマー材料と接触するのに先立って直接又は間接的にＴｆより高い温度までスタンパーを加熱する方法、ポリマー材料と接触した後で直接又は間接的にＴｆ又はそれより高い温度までスタンパーを加熱する方法、スタンパーとの最初の接触前又は中に直接又は間接的にＴｆ又はそれより高い温度までウェブを加熱する方法、スタンパーとの最初の接触後に直接又は間接的にＴｆ又はそれより高い温度までウェブを加熱する方法を含んでいる。これら及び類似の加熱方法が単独又は組合せて使用できる。溶融成形工程を完了した後で、界面温度がＴｆより下がったときに再形成されたウェブは、圧盤挿入物／スタンパー表面の一つ又は両方から引離される。更にこの方法は、溶融流動処理の前及び／又は最中に、有効溶融流動温度を処理前のポリマーのそれよりも低くするような、表面処理及び／又は流動向上剤を導入する工程を含むことができる。更にこの方法は、溶融流動処理を受けさせる結果として、Ｔｆ及び／又はＴｇを処理前のポリマーのそれらよりも高くするような、表面処理及び／又は添加剤を導入する工程を含むことができる。
【００２３】
本発明のある実施形態においては、挿入物は第一圧盤に取付けられ、運搬可能挿入物は第二圧盤へ取り外しできるように固定される。しかし、運搬可能挿入物を第一圧盤へ取り外しできるように固定し、運搬不可能挿入物は第二圧盤に取付けて、圧盤の位置を逆にすることができる。運搬不可能挿入物は、微細構造が設けられた表面、例えば、スタンパーによって与えられるような光学記憶ディスク情報層の彫像、を担う又は含むことができる。他方の挿入物は、光学的品質の研磨面を担う又は含むことができる。代りに、両方の挿入物が、スタンパーによって与えられるような微細構造が設けられた表面を、含む又は担うこともできる。溶融成形工程の完了後に、圧盤が開き、再形成されたウェブが運搬可能挿入物へ移動されそれに乗せられる。次いで、運搬可能挿入物は、その圧盤アセンブリから取り外されて第一排気可能蒸着室に移され、そこで、露出されている微細構造が設けられた表面上に少なくとも一層の被膜が蒸着される。この蒸着工程の間に、運搬可能挿入物はポリマー膜の薄い断面のヒートシンク及び機械的安定材として働く。必要な蒸着工程が完了すると、運搬可能挿入物は第一排気可能蒸着室を出る。次いで、溶融成形された複製の被覆された面が、担体基板に結合されて自立基板アセンブリを形成し、その後アセンブリ全体が運搬可能挿入物から取り除かれる。製造される光学記憶ディスクの型によっては、複製及び組立工程はここで完了する。例えば、一層ディスクではここで完成することもあるが、二層ディスクの場合には追加の処理が必要である。二層ディスクの場合、結合された担体／溶融成形ポリマー膜アセンブリは、ポリマー膜の被覆されていない面に形成された微細構造の第二層を有する。この場合、基板アセンブリは第二排気可能蒸着室に運び込まれ、そこで、少なくとも一層の半反射被膜がポリマー膜の露出されている面上に蒸着される。結合された担体基板は、この処理中の薄いポリマーのヒートシンク及び機械的安定材として働く。最後に、完全に被覆された光学記憶ディスクアセンブリは、光学保護片に結合される。
【００２４】
別の実施形態においては、スタンパーによって与えられるような微細構造が設けられた表面を含む又は担う挿入物が第一圧盤に取付けられ、事前に被覆された担体基板挿入物が第二圧盤に取り外しできるように固定されており、そこで、溶融成形処理が同時にポリマー・ウェブを再形成し、スタンパー挿入物の微細構造が設けられた表面上のパターンの複製を作製し、薄いポリマー・ウェブを担体基板挿入物に積層する。この実施形態の被覆担体挿入物は、反射金属層によって、又は反射金属層、第二誘電体層、活性記録層、及び第一誘電体層によって被覆されたトラック微細構造を有する射出成形ポリマー担体（例えば、厚さ約１.１ｍｍ）であってもよい。望みの媒体の特性に応じて、追加の層を取入れることができる。溶融成形複製工程が完了した後で、圧盤が開き、積層アセンブリが取り外される。次いで、積層基板アセンブリは第二排気可能蒸着室に運び込まれ、そこで、少なくとも一層の半反射被膜がポリマー膜の露出されている面上に蒸着される。積層アセンブリの質量、熱的性質、及び剛性の組み合わせで被覆工程中における膜の薄い断面を安定化する。最後に、完全に被覆された光学記憶ディスクアセンブリは、光学保護片に結合される。この実施形態の最大の利点は二層光学記憶ディスクの生産において実現されるけれども、説明した工程は、一層光学記憶ディスクの生産にも適用できる。例えば、適切なトラック構造を含み、且つ少なくとも一層の真空蒸着層で予め被覆された射出成形担体基板は、光学保護片の適用が必要なことがある。溶融成形すること並びにポリマー材料ウェブを射出成形基板へ積層することによってこの保護層を形成することは、先行技術を超える多くの利点がある。前述したように、溶融成形の特徴はウェブ断面の大部分をその流動温度（Ｔｆ）まで上げることを含んでいるので、このようにしてウェブを再形成し、引掻き傷、厚さばらつき、小皺、及び複屈折などのウェブ製造欠陥を低減するのに利用することができる。積層のときにウェブを再形成することは低費用の保護膜の使用を可能にすることとなる。初期のウェブの厚さは、装置の完全に締付けたときの断面厚さより大きく選ぶことが出来、充填度、積層の均一性、及び収縮に対する補償を改善する。
【００２５】
本発明のある実施形態において、溶融形成複製の解放を容易にするよう設計された挿入物が第一圧盤に取付けられ、複製捕獲挿入物が第二圧盤に取付けられる。しかし、複製捕獲挿入物を第一圧盤へ取付け、複製解放挿入物は第二圧盤に取付けて、圧盤の位置を逆にすることができる。捕獲挿入物は、微細構造が設けられた表面、例えば、スタンパーによって与えられるような光学記憶ディスク情報層の彫像、を担う又は含むことができる。複製解放挿入物は、光学的標準品質の研磨された面を担う又は含むことができる。代りに、両方の挿入物が、スタンパーによって与えられるような微細構造が設けられた表面を含む又は担うこともできる。溶融成形工程の完了後に、圧盤が開くとともに、溶融成形ポリマー・ウェブが非捕獲挿入物から解放されて、捕獲挿入物によって保持される。次いで、露出された溶融成形ポリマー表面は、担体板抽出装置と接触し、それにより捕獲保持される。担体板抽出装置と捕獲挿入物の動きは、溶融成形膜の抽出装置への移動を容易にするように調製されている。この移動の後は、溶融成形膜は対向する圧盤及び挿入物から完全に自由である。本発明は、溶融成形彫像を汚染と摩耗から守る、溶融成形彫像と抽出装置の間に新しい追従層を追加するなどの、溶融成形ポリマー膜を抽出する幾つかの方法を開示している。抽出後、担体板と溶融成形ポリマー膜は、第一排気可能蒸着室に運び込まれ、そこで、少なくとも一層の被膜が溶融成形ポリマー上に蒸着され、被覆溶融成形ポリマー表面を生成する。担体板は複製の微細構造のパターンの全面積にわたって均一な接触をさせるように設計されている。こうして、担体板は、蒸着工程中の薄いポリマーに対してヒートシンク及び機械的安定材として働く。次いで、被覆溶融成形ポリマー膜は、担体基板に結合して安定化基板アセンブリを形成し、被覆溶融成形ポリマーは担体板から解放される。製造される光学記憶ディスクの型に依存するが、ここで複製及び組立工程が完了することもある。例えば、ここで一層ディスクでは完成のこともあるが、二層ディスクでは、追加の処理が必要である。二層ディスクの場合、結合された担体／溶融成形ポリマー膜アセンブリは、ポリマー膜の被覆されていない面に形成された微細構造の第二層を有する。この場合、基板アセンブリは第二排気可能蒸着室に運び込まれ、そこで、少なくとも一層の半反射被膜がポリマー膜の露出されている面上に蒸着される。結合された担体基板は、この処理中の薄いポリマーに対するヒートシンク及び機械的安定材として働く。最後に、二重被覆溶融成形ポリマー膜は、光学保護片に結合される。
【００２６】
本発明の一実施形態は、０.６ｍｍ以下、好ましくは０.２５ｍｍ以下の厚さを有するポリマー・ウェブの薄い膜を溶融成形する方法であって、複製工程が平坦なスタンパーを用いて実行され、且つウェブの溶融成形領域が連続的又は半連続的処理の間に少なくともＴｆまで加熱されることを特徴とする、方法を提供する。
【００２７】
本発明の別の実施形態は、溶融成形複製工程中にポリマー材料のウェブに孔を打抜く方法及び装置であって、複製工程が平坦なスタンパーを用いて実行され、且つエンボシングされる領域が連続的又は半連続的処理の間に少なくともＴｆまで加熱されることを特徴とする、方法を提供する。
【００２８】
本発明の別の実施形態は、同時に、光学記憶ディスクの情報及び／又はトラック構造をウェブの一面上に複製し、ウェブの溶融成形領域内におけるウェブの小皺及び標準寸法のばらつきを低減し、且つスタンパー表面の溶融成形彫像内に中心に位置した孔を正確に打抜くような、薄い膜（厚さ０.６ｍｍ以下、好ましくは０.２５ｍｍ以下）を溶融成形する方法を提供する。
【００２９】
本発明の別の実施形態は、同時に、光学記憶ディスクの情報及び／又はトラック構造をウェブの両面上に複製し、ウェブの溶融成形領域内におけるウェブの小皺及び標準寸法のばらつきを低減し、且つスタンパー表面の溶融成形彫像内に中心に位置した孔を正確に打抜くような、薄い膜（厚さ０.６ｍｍ以下、好ましくは０.２５ｍｍ以下）を溶融成形する方法を提供する。
【００３０】
本発明の別の実施形態は、同時に、光学記憶ディスクの情報及び／又はトラック構造をウェブの一面上に複製し、ウェブの溶融成形領域の垂直複屈折を低減し、且つスタンパー表面の溶融成形彫像内に中心に位置した孔を正確に打抜くような、薄い膜（厚さ０.６ｍｍ以下、好ましくは０.２５ｍｍ以下）を溶融成形する方法を提供する。
【００３１】
本発明の別の実施形態は、同時に、光学記憶ディスクの情報及び／又はトラック構造をウェブの両面上に複製し、ウェブの溶融成形領域の垂直複屈折を低減し、且つスタンパー表面の溶融成形彫像内に中心に位置した孔を正確に打抜くような、薄い膜（厚さ０.６ｍｍ以下、好ましくは０.２５ｍｍ以下）を溶融成形する方法を提供する。
【００３２】
本発明の別の実施形態は、同時に、光学記憶ディスクの情報及び／又はトラック構造をウェブの一面上に複製し、ウェブの溶融成形領域内における面内複屈折を低減し、且つスタンパー表面の溶融成形彫像内に中心に位置した孔を正確に打抜くような、薄い膜（厚さ０.６ｍｍ以下、好ましくは０.２５ｍｍ以下）を溶融成形する方法を提供する。
【００３３】
本発明の別の実施形態は、同時に、光学記憶ディスクの情報及び／又はトラック構造をウェブの両面上に複製し、ウェブの溶融成形領域内における面内複屈折を低減し、且つスタンパー表面の溶融成形彫像内に中心に位置した孔を正確に打抜くような、薄い膜（厚さ０.６ｍｍ以下、好ましくは０.２５ｍｍ以下）を溶融成形する方法を提供する。
【００３４】
本発明の別の実施形態は、複製工程中にポリマー材料のウェブを安定化してより高品質の複製方法をもたらすような溶融成形工程を提供する。
【００３５】
本発明の別の実施形態は、溶融成形複製工程中におけるスタンパーとポリマー・ウェブの間の動きを制限し、好ましくは取り除くような、溶融成形方法を提供する。
【００３６】
本発明の別の実施形態は、光学記憶ディスクを製造する方法であって、情報及び／又はトラッキング微細構造を有する厚い（〜１.１ｍｍ）プラスチック担体基板を射出成形する工程と、射出成形した微細構造上に真空被覆反射層又は逆の順序で真空被覆した反射／誘電体／活性記録／誘電体層を塗膜する工程、ウェブの微細形状が形成されていない面を射出成形担体基板の被覆面に結合させ、光学記憶微細構造の第二層を同時に薄いポリマー・ウェブ（０.６ｍｍ以下、好ましくは０.２５ｍｍ以下の厚さ）上へ溶融成形するように設計された装置内において挿入物としてこの被覆担体基板を用いる工程とを含み、二層光学記憶ディスク構造物を形成する方法を提供する。
【００３７】
本発明の別の実施形態は、光学記憶ディスクを製造する方法であって、情報及び／又はトラッキング微細構造を有しない厚い（〜１.１ｍｍ）プラスチック担体基板を射出成形する工程、薄いポリマー・ウェブ（０.６ｍｍ以下の厚さ、好ましくは＜０.２５ｍｍ）の一方の面上へ情報及び／又はトラッキング微細構造を溶融成形する工程、必要な誘電体／活性記録／誘電体／反射層、又は反射層を正規の順序で真空蒸着する工程と、溶融成形ウェブの真空被覆面を担体基板に結合する工程とを含み、ボンド・ラインによる光学的読み返しの必要性を排除して低い読み返し誤り率をもたらす方法を提供する。
【００３８】
本発明の別の実施形態は、光学記憶ディスクを製造する方法であって、情報及び／又はトラッキング微細構造を有しない厚い（〜１.１ｍｍ）プラスチック担体基板を射出成形する工程、薄いポリマー・ウェブ（０.６ｍｍ以下の厚さ、好ましくは＜０.２５ｍｍ）の両方の面上へ情報及び／又はトラッキング微細構造を溶融成形する工程、必要な誘電体／活性記録／誘電体／反射層、又は反射層を正規の順序でウェブの一方の面に真空蒸着する工程、溶融成形ウェブの真空被覆面を担体基板に結合する工程、引続いて必要な半反射層又は半反射／誘電体／活性記録／誘電体層、を逆の順序で溶融成形ウェブの第二の面に真空蒸着する工程、次いで、被覆第二層を光学保護層へ結合する工程とを含む方法を提供する。
【００３９】
本発明の別の実施形態は、光学記憶ディスクを製造する方法であって、情報及び／又はトラッキング微細構造を有する厚い（〜１.１ｍｍ）プラスチック担体基板を射出成形する工程と、射出成形した微細構造上に真空被覆反射層又は逆の順序で真空被覆した反射／誘電体／活性記録／誘電体層を塗膜する工程、装置内でこの被覆複製を挿入物として利用する工程とを含み、薄いポリマー・ウェブは、微細構造をそれ以上形成することなく溶融成形され、同時に担体複製の被覆面に積層されることを特徴とする方法を提供する。
【００４０】
本発明の別の実施形態は、光学記憶ディスク用の情報及び／又はトラック構造をウェブの両面に同時に複製し、ウェブの溶融成形領域におけるウェブの小皺や標準寸法のばらつきを低減し、スタンパー表面の溶融成形彫像に中心に位置した孔を正確に打抜くような、薄い膜（０.６ｍｍ以下、好ましくは０.２５ｍｍ以下の厚さ）を溶融成形する方法を提供する。
【００４１】
本発明の別の実施形態は、ウェブの小皺と寸法のばらつきを低減するような、高品質の回折構造物を複製する方法と装置を利用し、スタンパーを用いてポリマー・ウェブを溶融成形する工程を提供する。
【００４２】
本発明の別の実施形態は、垂直複屈折を２５％から８０％低減するような、高品質の回折構造物を複製する方法と装置を利用し、スタンパーを用いてポリマー・ウェブを溶融成形する工程を提供する。
【００４３】
本発明の別の実施形態は、面内複屈折を低減するような、高品質の回折構造物を複製する方法と装置を利用し、スタンパーを用いてポリマー・ウェブを溶融成形する工程を提供する。
【００４４】
本発明の別の実施形態は、真空中で複製する工程を含む、高品質の回折構造物を複製する方法と装置を利用し、スタンパーを用いてポリマー・ウェブを溶融成形する工程を提供する。
【００４５】
本発明の別の実施形態は、溶融成形複製工程と同時に複製に中心孔を打抜いて、別工程で孔を打抜くのに必要な時間と費用を排除する工程を含む、高品質の回折構造物を複製する方法と装置を利用し、スタンパーを用いてポリマー・ウェブを溶融成形する工程を提供する。
【００４６】
本発明の別の実施形態は、光学的研磨面を複写すると同時にその溶融成形膜を情報担体基板へ積層し、ウェブの溶融成形領域におけるウェブの小皺や寸法のばらつきを低減し、且つスタンパー表面の溶融成形彫像に中心に位置した孔を正確に打抜くような、ポリマー・ウェブの薄い膜（０.６ｍｍ以下、好ましくは０.２５ｍｍ以下の厚さ）を溶融成形する方法を提供する。
【００４７】
本発明の別の実施形態は、ウェブの小皺と寸法のばらつきを低減する、高品質の光学的仕上を複製する方法と装置を利用し、スタンパーを用いてポリマー・ウェブを溶融成形する工程を提供する。
【００４８】
本発明の別の実施形態は、垂直複屈折を２５％から８０％低減する、高品質の光学的仕上を複製する方法と装置を利用し、スタンパーを用いてポリマー・ウェブを溶融成形する工程を提供する。
【００４９】
本発明の別の実施形態は、面内複屈折を低減する、高品質の光学的仕上を複製する方法と装置を利用し、スタンパーを用いてポリマー・ウェブを溶融成形する工程を提供する。
【００５０】
本発明の別の実施形態は、真空中で複製する工程を含む、高品質の光学的仕上を複製する方法と装置を利用し、スタンパーを用いてポリマー・ウェブを溶融成形する工程を提供する。
【００５１】
本発明の別の実施形態は、溶融成形複製工程と同時に複製に中心孔を打抜いて、別工程で孔を打抜くのに必要な時間と費用を排除する工程を含む、高品質の光学的仕上を複製する方法と装置を利用し、スタンパーを用いてポリマー・ウェブを溶融成形する工程を提供する。
【００５２】
（発明の詳細な説明）
本発明の多様な側面とその種々の実施形態の理解を助けるために、添付した図面を参考にするが、同一符号は同一構成要素を表わす。図面は例を示すのみであり、発明を限定すると解釈すべきではない。
【００５３】
ここで図１を参照すると、本発明にしたがって光学記憶装置を形成するための１００で総称する装置が描画されている。装置１００は、ウェブ送出し装置１０２又は単にウェブ送出しと、ウェブ材料１１０が通るウェブ通路と、ウェブ通路に配置されたウェブ成形装置とを含む。ウェブ成形装置は、水力、空気圧、電気、又は機械的に制御された圧縮装置１０６ａと１０６ｂで支持されている、温度制御された対をなす圧盤アセンブリを含む。対をなす圧盤アセンブリ１０１ａと１０１ｂの各々は、スタンパー１０３によって与えられるものなど微細構造化された表面を含む又は担う担体挿入物を受け入れる設備を配して組み立てられている。
【００５４】
スタンパーは、ウェブ材料又は光学記憶装置基板に、望みの表面仕上げ及び／又は刻印を溶融成形するのに適した如何なる装置であってもよい。図１に１０３として、図２に２０３として、また図３に３０３ａと３０３ｂとして図示されているように、圧盤アセンブリ１０１ａと１０１ｂの何れか又は両方にスタンパーを備え付けることができる。スタンパーは別の実施形態において、長方形、卵形、三角形、偏円形、不規則形など如何なる形をとることもできるが、スタンパーはディスク形のエンボシング装置であることが好ましい。スタンパーは、光学的に研磨されていることもあるし、または光学記憶ディスクで一般に採用される溝及び／又はピットなどの微細構造を複製するための精細な表面パターンを有していることもある。詳細な表面パターンは、幅、長さ、及び深さが、数ミクロンより大きいものから０.０１ミクロン以下までの範囲である。
【００５５】
担体挿入物は、スタンパーとポリマー・ウェブとの界面並びにポリマー・ウェブ内部において、制御された時間−温度曲線が発生するような、急速加熱冷却を容易にするように設計されている。制御された急速加熱は、如何なる適切な手段で提供されてもよい。好ましい加熱方法の一つは、注意深く選ばれた絶縁材料が外部に印加された高周波電界を熱に変換させるような、「損失」コンデンサの極板としてスタンパーを利用する。好ましい実施形態において、損失誘電体はポリマー・ウェブを含むことができる。別の方法は、スタンパーを直接オーム抵抗加熱により加熱する。別の方法はスタンパーをオーム抵抗加熱素子に結合する。別の加熱方法は、圧盤内又はスタンパー担体挿入物内へ誘導加熱コイルを埋め込む。ウェブはスタンパーが閉じる前に照射することができる。更に別の方法は、スタンパー及び／又はポリマー・ウェブによって吸収される電磁エネルギーに対し実質的に透明な担体挿入物を利用する。この場合、少なくとも一つのスタンパーを輻射される電磁スペクトルの一部に対して透明にすることも出来る。例えば、半透明スタンパーは赤外線を吸収して、紫外線を透過させ、後者がポリマー・ウェブに後で吸収されて、半透明スタンパーとポリマー・ウェブとに局在する熱を発生させる。輻射線源は、温度制御圧盤アセンブリ内、或いは、スタンパー担体挿入物内に埋め込まれるか、又は外部のエネルギー源から供給することもできる。これらの方法によって、処理用の熱は、スタンパーがポリマー・ウェブに接触する前及び／又は後に急速に加えることが出来る。別の好ましい方法は、圧盤が閉じる際に取り除かれるような外部コイルを用いて、電磁誘導的にスタンパーを加熱する。別法としては、高電力レーザなどの直接熱源を、圧盤を閉じる直前及び／又は直後に、スタンパー及び／又はウェブを加熱するのに利用できる。加熱方法は、単独で又は望ましい加熱速度を達成するための如何なる組合せによっても用いることができ、同時に主として冷却調節を低温の基圧盤への熱伝導により達成する。
【００５６】
圧盤は、正確な位置決め精度で互いに圧縮するように設計されている。対をなすスタンパー担体挿入物は、圧盤の対向する面の間に空洞を形成する。光学記憶装置を生産する場合、対向する面の間の間隙は、望ましいポリマー膜の最終厚さ及び／又は光学記憶ディスク層の間の間隔を決定する。例えば、対向するスタンパー担体挿入物表面間の間隔は、３０から１００ミクロンである。圧盤は、更に、スタンパー担体挿入物に対して位置決め及び捕獲の補助具として役立つ中心挿入物を含む。加えて、スタンパー担体挿入物は、二つの対をなす担体の間に閉じた円筒形の支柱を形成するように設計された、副アセンブリを含む又は用意することがある。円筒形支柱副アセンブリは、打抜き装置の対向する部品として機能するように設計されることもある。打抜き操作は、対をなす担体が互いに圧縮されたとき始動するように設定されるのが好ましく、又は溶融成形処理中の適切な時間に円筒形支柱を延伸させるように時間調整された外部装置によって始動することもできる。結果として、精度よく位置決めされた孔が形成できる。孔を形成することに加えて、担体アセンブリは、ポリマー材料のウェブから複製を完全に切離すように設計することもできる。しかし、切断工程は、彫像の汚染、トラック構造の短範囲の変形、並びにディスクの形状に対する長範囲の変形の原因となるウェブを引張ったり又は引裂いたりすることを避けるように設計されねばならない。
【００５７】
本発明は、ポリマー材料１１０に孔を形成するための幾つかの方法を開示する。スタンパー１０３は、図１に示すようにパンチ・ニップ１１２を備えるように設計できる。ウェブ材料１１０が圧盤１０１ａと１０１ｂの間で加圧されると、パンチ・ニップ１１２は材料１１０に孔を形成する。ニップ収納孔１１４は、対向する圧盤１０１ｂに設けることができる。図２に別の好ましい実施形態が示されており、独立に始動されるパンチ２０２が圧盤１０１ａと１０１ｂの何れかに設置され、光学記憶ディスク情報／トラック構造物の中心に位置している。中心に位置した孔が必要とされない用途においては、打抜きアセンブリの配置はその用途に対しても適切なものである。孔形成操作のタイミングは、バリの発生なしに適正に形成された孔をもたらすように、且つ打抜き操作に起因する破片発生を低減するように調整される。溶融成形処理は、ポリマー膜の断面の大部分をＴｆ以上に上昇させて再形成させるので、孔形成工程は、ポリマーがＴｆより下に冷却されるまでパンチ２０２を展伸した状態に保たせなければならない。代りの手段は、ウェブ・ポリマーがＴｆより下、好ましくはＴｇより下に冷却するまで、孔を打抜く工程を遅らせることである。この場合において、孔形成工程は、微細構造成形後のポリマー・ウェブ１１０とスタンパーとの間の相対的な動きをもたらしてはならない。打抜き操作によって除去された材料は、対をなすスタンパー挿入物アセンブリの孔２０４を押し通されて装置装置から取り除かれるが、代りに、除去された材料がパンチ２０２によって掴まれて、圧盤１０１ａと１０１ｂが開いたとき装置から取り除かれることもある。
【００５８】
好ましいスタンパー／ウェブ接触時間は、ウェブの断面積の大部分が温度Ｔｆ捕獲に達し、次いでＴｆより低い温度まで冷却されて、スタンパーからの分離に際してウェブにその望ましい形と微細構造を維持させるのに十分な時間である。一つの好ましいプロフィールは、ウェブをＴｆより上まで０.５秒未満で加熱し、Ｔｇ近くまで６秒以内で冷却する。代りのプロフィールは、ウェブをＴｆより上まで０.５秒未満で加熱し、Ｔｇ近くまで３秒以内で冷却する。変数は、加熱方法、スタンパーの熱容量、及び熱伝導度ばかりでなく、ポリマー・ウェブを含む隣接する諸層の熱的性質を含んでいる。最小接触時間は、ウェブを微細形状彫像に一致させ、且つ図７に示すように、スタンパーによって形成されたピットと溝、ランドと溝、又はこれらの両方、を橋渡しする領域に、平坦な面を確保させるのに十分なものでなければならない。好ましくは、接触時間はポリマー・ウェブの断面積の大部分をＴｆに到達させるのに十分であって、それによりウェブを再形成させるに十分でなければならない。好ましくは、スタンパーのウェブとの接触時間は約１０.０秒以下である。最も好ましくは、接触時間は約３秒以下である。
【００５９】
スタンパーは、ウェブの表面に微細構造を形成することと、接触時にスタンパーとポリマー材料のウェブとの界面へ容易にエネルギーを伝達すること、の両方の能力を維持しつつピーク処理温度に加熱できるような、剛性材料で作られるのが好ましい。代表的なスタンパー材料は、ニッケル、クロム、コバルト、銅、亜鉛、など、及びこれら金属の多様な合金を含む。加えて、固有の電磁輻射線吸収及び／又は透過特性を目標にして選択された材料が使用できる。スタンパーは、単一の一体構造の材料から、又は、同じ材料又は違う材料の多層から構成することが出来る。典型的な一体構造のスタンパーは、材料の０.１から１.０ｍｍ厚さの板によって構成され、より好ましくは材料の約０.３ｍｍ＋／−０.１ｍｍ厚の板によって構成される。しかし、スタンパーは、溶融成形複製装置の熱的特性を最適化するように設計された、種々の材料の多層からも構成することが出来る。
【００６０】
一つの実施形態において、例えば低周波、高周波、超短波、極超短波、マイクロ波、赤外、可視、及び／又は紫外輻射線を含む、固有の波長帯域を部分的にあるいは完全に吸収するように選択された材料からスタンパーが作られることがある。代表的な構造は、透過性裏張り基板及び／又は担体挿入物上に形成された、比較的薄い吸収層を含むことがある。加熱段階でのエネルギー吸収及び冷却段階での裏張り材料への熱伝達を最適化するために多層構成を採用し、それにより溶融成形時間対温度曲線を最適化することができる。裏張り基板及び／又は担体挿入物材料は、比較的低い温度例えばＴｇ近くに維持することが出来る。このようにして、スタンパー／ウェブ界面の制御された加熱と制御された冷却とを可能にする高速で反応できる熱容量の小さい構造物を形成することができる。同様な構造物を、対向するスタンパー担体挿入物の表面上へ形成し、第一スタンパーとウェブから輻射線を吸収して、吸収効率及び加熱の均一性を増大させることができる。加えて、両方のスタンパー担体挿入物アセンブリは、装置に直接エネルギーを入力するため並びに制御された冷却を与えるために用いることができる。加熱サイクルの最後に、スタンパー熱伝導度と、裏張り基板熱伝導度と、裏張り基板の温度との組合せが、応力及び複屈折を最小にするようにウェブ材料を最適速度で冷却させるが、それでも１０秒以下、より好ましくは３秒以下の複製サイクル時間を達成する。適切な裏張り材料は、電磁エネルギーの周波数に依存する。選択された金属合金及びセラミックスは低周波操作に適している。珪素、ガラス、ガラス−セラミックス、及び石英は、マイクロ波、赤外、可視、紫外を含む更に高い周波数に適している。選択された波長のエネルギーに透明なスタンパー担体挿入物を利用することによって、一つ又は両方のスタンパー、裏張り担体とスタンパーの間の界面層、及び／又は裏張り担体及び／又はスタンパー上の処理された面、を独立に加熱することが可能となる。加えて、選択された波長の輻射線に透明又は半透明な微細構造を担う面及び／又はスタンパーを利用することによって、対向するスタンパー、ポリマー・ウェブ、及び／又はスタンパーポリマー・ウェブ界面に形成される界面層及び／又は被膜、を独立に加熱することが可能となる。図１に示すように、スタンパー１０３は、ウェブ１１０をエンボシングするための微細形状彫像以外は実質的に平坦であることが好ましい。図３は、両方の圧盤１０１ａと１０１ｂが、ウェブ１１０をエンボシングするための微細形状彫像を有するスタンパー３０３ａと３０３ｂを備えているような、実施形態を示している。
【００６１】
図６Ｃを参照すると、スタンパー６０６はドーム型形状を有している。ドーム型スタンパーの実施形態においては、圧盤１０１ａと１０１ｂが近接して押付けられると、ウェブ１１０は、最初にアセンブリの中心近くで対向する担体基板とスタンパー６０６に接触する。これは、担体基板及び／又はスタンパー６０６の僅かにドーム型をした形状の結果である。圧盤１０１ａと１０１ｂが更に近接して押付けられると、担体基板及び／又はスタンパーへドーム型形状を付与するのに用いられた機構が減殺又は克服されて、ドーム型の表面を基準面又はは基準止めに押付ける。結果として、ドーム型形状は、圧盤が閉じるにつれて次第に減少する。中心で最初に接触し、圧盤が近付くにつれて次第に大きな半径で接触することは、ウェブと対向する表面の間に空気が捕えられるのを防ぐ。直接に取付け機構によって、又は担体基板及び／又はスタンパー内の意図的な応力及び／又は温度の不均衡の結果として、ドーム型形状を与えることができる。それに加えて、又はその代りに、ガスの捕獲は、圧盤間の空間を部分的に排気することによって減らすことができる。
【００６２】
図６Ａと６Ｂを参照すると、複製領域は、対をなす圧盤１０１ａ及び１０１ｂと、中心孔打抜きアセンブリ６０４と、熱及び電気絶縁層６０８で裏張りされたスタンパー６０３及び熱伝導性の基台材料６１０から成るスタンパー担体挿入物とを含む。図６Ａを参照すると、スタンパーは誘導加熱法を用いて加熱することができる。この実施態様において、誘導加熱コイル／アンテナ６１２は電気絶縁材料の中に更に埋め込まれ、最適化された磁気特性を有する材料で取囲むことも出来る。誘導加熱電源６１４が始動されると、スタンパー６０３はスタンパー内に誘起された電流によって直接加熱される。図６Ｂを参照すると、好ましい実施形態においては、二組のロール６１６ａ、６１６ｂ、６１７ａ、及び６１７ｂはポリマー材料１１０のウェブをガイドして複製領域内へ導き入れる。上圧盤１０１ａは、スタンパー６０３と、熱及び電気絶縁層６０８と、誘導加熱コイル／アンテナを含む熱伝導性基台材料６１０とから構成されているスタンパー担体挿入物を支持する。代りに、誘導加熱コイル／アンテナは装置の外に搭載することもできる。この実施態様においては、誘導加熱コイル／アンテナは、溶融成形工程を始めるため装置が閉じられる前に、側方に移動される。ポリマー材料が対をなす圧盤１０１ａと１０１ｂの間に設置されたとき、中心孔パンチ６０４は、上圧盤１０１ａの色々な構成要素を貫通して展伸するように配置され、ポリマー材料１１０を貫通する孔を打抜く。
【００６３】
圧盤１０１ａと１０１ｂの両方は、図３に示すように、ウェブ材料１１０又は光学記憶装置基板に刻印３０３ａと３０３ｂを残すのに適した装置を備えている。この実施形態においては、孔形成機構３０２は、圧盤１０１ａと１０１ｂのどちらかに配置され、情報／トラック構造の層を光学記憶ディスク上に溶融成形するのに用いられる微細構造彫像などの円形の彫像３０３ｂと心出しされている。加えて、図３は、ウェブ１１０の両面に微細形成彫像３０３ａと３０３ｂが同時に溶融成形される機構を提供するような、実施形態を示している。溶融成形時において、ウェブ材料は複製領域（即ち、圧盤１０１ａと１０１ｂの間の領域）において安定化されて、スタンパー３０３ａ及び３０３ｂとポリマー・ウェブ１１０との間の差動運動によって、及び／又はウェブ１１０に作用する張力又は引張り力によってもたらされるような、微細形成彫像のゆがみを最小にすることが好ましい。
【００６４】
複製領域においてウェブ１１０を安定化するために、一つの実施形態は、図４Ａから４Ｃまでに示すように、複製領域から上流のウェブ緩衝領域４０５ａと下流の緩衝領域４０５ｂを取入れている。ウェブ緩衝領域４０５ａと４０５ｂは、圧盤１０１ａと１０１ｂが閉じる直前から圧盤１０１ａと１０１ｂが開く直後まで、たるみを増加させる及び／又はウェブ張力４０７ａと４０７ｂを減少する手段を含む。安定化とは、ウェブが溶融成形時に複製領域内において動きが限定された又は全く無い状態に保たれるような、溶融成形工程が行なわれる際のウェブの状態を記述することを意図している。
【００６５】
好ましい実施形態において、更に複製領域は、溶融成形工程の間、ポリマー材料のウェブを安定な位置に保持するように設計されている。これは圧盤アセンブリの周辺近くに配置された、環状の締付け具によって達成することが出来る。締付け具は、溶融成形に先立って、その間に、並びにその後に、均一で最適なウェブ張力を与えるように設計されている。圧盤が開いた後直ちに張力を最小にするのが望ましく、それは、これがウェブを引張り複製の形をゆがめるからである。
【００６６】
本発明の以下の実施形態は、それらが光学記憶装置を形成する方法に関連するとして記述され且つ例示されている。しかし、以下の実施形態は、少なくとも一つの微細形状彫像をポリマー膜へ溶融成形するような、如何なる方法にも取入れることができることを、正しく認識されねばならない。加えて、以下の実施形態は、溶融成形が実行されるのと同時にポリマー膜に孔を形成する方法を開示する。
【００６７】
本発明の一実施形態は、１.１ｍｍの担体を射出成形することから始まる。担体は、片方の面上のトラック微細構造と、射出成形工程時に形成された中心孔とを含んでいる。担体を射出成形した後で、更に担体上に種々の真空被覆層を蒸着し、次いで被覆層の上に第二のトラック微細構造と透明スペーサ層とを溶融成形する工程を、開示した実施形態を含んでいる。担体は比較的厚い（１.１ｍｍ）ので、射出成形法を用いて容易に形成できる。しかし、この場合には、同程度の厚さ（１.２ｍｍ）のコンパクト・オーディオ・ディスクで役立つようには、射出成形基板は光学保護層としては役立たず、更に薄い光学構造物の機械的に安定な担体として役に立つ。このため、再書き込み可能な光学ディスク構造物を含む種々の真空被覆層が逆の順序で被覆される、例えば反射金属層が、射出成形された微細構造上へ直接に塗膜される。反射金属層は、普通、誘電体層、活性記録層、及び第二誘電体層と続くもので、引用して本明細書に取入れてある、２００２年６月２６日出願の米国特許出願番号１０/１８５,２４６により完全に説明されている。
【００６８】
第一光学記憶層を有する担体基板は、透明スペーサ層及び光学記憶微細構造の第二層を塗膜する前に表面調整を必要とすることがある。調整は、屈折率調和材料、表面活性材、接着促進剤、熱活性接着剤、などの分子規模の薄さの層を、担体基板の被覆層の上に塗布することを含む。次に、調整された担体基板は、溶融成形複製工程領域へ移される。複製工程領域は、図６ａと６ｂに示すように対向する圧盤アセンブリ１０１ａと１０１ｂから構成される。片方のアセンブリは、その上にスタンパーが形成される、またはそれにスタンパーが取付けられるような挿入板を含んでいる。第二圧盤アセンブリは、挿入物として射出成形された担体ディスクを受け入れるように設計されている。射出成形担体基板は、被覆微細構造面を対向するスタンパーに向けて、収容圧盤内に挿入される。射出成形担体基板は、中央位置決めアセンブリ上の定位置に固定され、アセンブリはそれに引続いてディスクを僅かにドーム型形状に（担体基板の中心領域が対向する圧盤に近くなっている）弾性変形させる。
【００６９】
被覆担体基板を受け入れ圧盤内へ移すと同時に、ウェブの一部分は対向する圧盤の間に引込まれる。ウェブは、２５０μｍ未満の厚さであることが好ましく、例えば、ウェブは３０μｍの厚さでもよい。ウェブは、射出成形担体基板の被覆微細構造面と対向するスタンパーの間に置かれ、ウェブは、スタンパーと担体基板両者の微細構造表面領域と平行で且つ心出しされている。この時間内において、スタンパーは独立した加熱処理を受け、その温度は、ウェブ・ポリマーの溶融流動温度（Ｔｆ）以上に上げられる。熱サイクルを最適化するため急速応答加熱装置を使用することが出来る。スタンパーは、誘導加熱、直接オーム抵抗加熱、誘電加熱、輻射線加熱、指向性エネルギー、隣接する加熱層からの熱伝導によって、又はこれら及び類似の方法の如何なる組合せをも含む如何なる方法によって独立に加熱することもできる。加熱エネルギーは、スタンパーに付加されることも、その両面から付加することもできる。加えて、１０秒以下、好ましくは３秒以下の処理サイクルタイム内での急速な独立加熱と制御された冷却という二つの目的を達成するために、異なった機械的、電気的、熱的特性などを有する複数の層として、スタンパーを形成することができる。
【００７０】
スタンパーが適切な締付け前温度に達した後で、圧盤アセンブリは閉じ始める。圧盤の開閉行動は複数の鋳型支柱でガイドされる。二つのガイド支柱６１８ａと６１８ｂが図６Ｂに示されている。しかし、その他の操作方法も、対向する圧盤を位置決めしてガイドするのに使用できる。スタンパーは、工程のこの段階においては加熱しつづけてもよいし、しなくてもよい。１０秒以下、最も好ましくは３秒以下の全処理時間内でウェブをＴｇ近くまで冷却することが出来る一方で、ウェブ断面積の大部分、最も好ましくは全断面積、を溶融流動させるのに十分な熱エネルギーを利用できることが望ましい。圧盤が閉じるにつれて、ウェブはその溶融流動温度（Ｔｆ）まで急速に加熱され、低粘度のポリマーを対向する圧盤の間の空間で流動させ漸次再形成させる。ポリマーはその全表面にわたって予め配置されているので、大きな流動距離を伴うことはない。ポリマーの急速な低応力局所的再分布が、ウェブを再形成するのに用いられ、ウェブの小皺、寸法ばらつき、表面繊維組織、面内複屈折方位、面内複屈折、及び垂直複屈折の影響を軽減する。
【００７１】
工程の加熱段階が完了したとき、スタンパーは、一定温度に保たれている裏張り圧盤への伝導を介して冷却し始める。加熱されたウェブは、冷却スタンパーへの伝導によって、並びに射出成形担体基板への伝導によって、冷却される。射出成形担体基板上の真空蒸着被覆堆積の存在は、過渡的な熱的損傷から基板を保護する。溶融成形ポリマーは担体基板の調整面と空隙のない積層体を形成し、ポリマーがＴｇ近くまで冷却するにつれてスタンパーの表面から離れる。スタンパーからの制御された分離は、排出ピンを使用することによって、及び／又は溶融成形ウェブがスタンパー上の微細形状彫像からの形状を維持するのに十分なだけ冷却された後の、処理過程中の適切な時間にスタンパーとウェブの間へ空気を注入することによって、改善できる。担体基板の一体成形された中心孔に位置合せした中心孔をウェブに打抜くように、対向する圧盤アセンブリは設計されている。
【００７２】
別の実施形態において、圧盤はウェブから結合されたアセンブリ全体を切離すこともできるが、この場合は、引続くロール間の処理は不可能となる。圧盤アセンブリが離れた後、溶融成形ウェブ構造を有する結合された担体基板は、アセンブリから取り外される。取外しは、空気噴射、排出ピン、などを使用することによって助けられる。結合したディスクアセンブリは、次いで薄膜真空被覆装置へ通される。結合したアセンブリの組合された厚さは、その形を安定化して、引続く真空蒸着工程の間の熱的ゆがみからアセンブリを保護する。完全に被覆された２層ディスクは、必要な光学保護層が付与される結合装置へと通される。
【００７３】
別の好ましい実施形態において、対向する圧盤の各々がスタンパーを備えることができる。この実施形態においては、第二スタンパー挿入物が射出成形基板担体に置換わる。第二スタンパーは光学記憶ディスク微細構造の層も含むことができる。このようにして、二つのスタンパーが、一工程で光学スペーサ層（ウェブ）の両面に複製微細構造を同時に形成するのに用いられる。加えて、第二スタンパーは、単に、微細構造パターンを含まない光学的研磨面を与えることもある。この実施形態は、溶融成形工程後の連続するロール間の処理を容易にするように設計することもできるし、供給ウェブから溶融成形複製を切離す装置を取入れることも出来る。加えて、大きな誘電損失を有するウェブ・ポリマーを選ぶことにより、ポリマーを横切る振動電圧を印加することによってウェブを直接加熱することができる。例えば、金属スタンパーは、ウェブが計画的な高損失誘電体として機能するコンデンサの対向する極板として働く。ウェブ・ポリマーを直接加熱することは、加熱冷却プロフィールの最も効果的な制御を可能にする、それは何故ならピークウェブ温度及び冷却速度が独立に制御できるからである。
【００７４】
別の好ましい実施形態において、挿入板の一方は運搬可能である。更に、運搬可能挿入板は、複製領域において複製工程の完了時にポリマー・ウェブ材料捕獲に密着するように設計されている。この実施形態において、装置は、更に供給ウェブから溶融成形複製を切離すように設計することも出来る。溶融成形処理工程の完了時に、複製及び運搬可能挿入板は次の処理工程へ進めることが出来る。運搬可能な挿入物アセンブリは、２００２年６月２６日出願の米国特許出願番号１０/１８５,２４６に記述されているように、一連の蒸着など引続く工程における薄いポリマー膜に対し機械的安定化とヒートシンク作用を与える。一実施形態において、ウェブの剥き出しの面は光学記憶ディスク微細構造を含むことがある。運搬可能な挿入物と接触している保護された面も、光学記憶ディスク微細構造を含むことができる。ウェブ捕獲挿入物は、次いで第一真空蒸着装置に運ばれて、そこでウェブ・ポリマー材料の剥き出しの面に少なくとも一つの被膜が蒸着されて、被覆ポリマー材料を生成する。次いで、運搬可能な挿入板と被覆ウェブ・ポリマー材料とは、第一真空蒸着装置を出る。次に、被覆されたウェブ・ポリマー材料は、担体基板（例えば、１.１ｍｍ厚さの担体基板）に結合されて、安定化担体基板に結合された一つの完全被覆光学記憶ディスク情報層を含む結合されたアセンブリを形成する。この時に、結合基板アセンブリは運搬可能挿入物アセンブリから解放されて取り外される。運搬可能挿入物からの結合基板アセンブリの分離は、伸縮締付け具、排出ピン、及び／又は空気排出装置の使用によって促進することができる。分離した後で、運搬可能挿入物は工程の最初に戻されて、別の複製サイクルに参加する。製品の流れを改善するのに、複数の運搬可能挿入物を利用することができる。次に、結合基板アセンブリは、第二真空蒸着装置に送られ、そこで少なくとも一つの被膜が基板アセンブリに蒸着される。射出成形挿入物を利用する実施形態と同様、結合基板アセンブリの厚さは、この真空蒸着工程において機械的安定化とヒートシンク作用とを与える。真空蒸着工程が完了した後で、結合基板アセンブリは第二蒸着装置を出る。最終的に、完全被覆２層ディスクは必要な光学保護層が付与される結合装置に通される。
【００７５】
一実施形態において、運搬可能挿入物は、軌道、ベルト、鎖、自動ガイドウェイ、又は類似の型の装置によってガイドすることができる。ガイド装置は、運搬可能挿入物を処理工程間で移動させるのに用いられる。例えば、ガイド装置は運搬可能挿入物を工程の始めまで戻して、そこで、複製サイクルを始めるために対向する圧盤アセンブリと位置決めされ、且つその中へ挿入される。溶融成形複製工程に続いて、ガイド装置は捕獲挿入物を真空蒸着室へ運び、そこで少なくとも一層がウェブの剥き出しの面に蒸着される。好ましくは、蒸着装置は従来型のロードロック装置に伴う圧力変動から真空蒸着装置を隔離するためのガス・ゲートを取入れる。最初の真空蒸着の後で、ガイド装置は捕獲挿入物を適正な順序（ここに記述したように）で残りの処理場所へ運ぶ。最後に、ガイド装置は運搬可能担体を工程の始めまで戻して、別の複製サイクルを始める。
【００７６】
別の実施形態において、スタンパー挿入板アセンブリは運搬可能ではない。この実施形態においては、装置が、溶融成形複製を供給ウェブから切離すことができる。片面又は両面に複製された微細構造を含む溶融成形ウェブは、対向する圧盤／スタンパー挿入板アセンブリの半面によって選択的に捕獲される。捕獲する側の圧盤への移動は、排出ピン及び／又は空気排出装置の使用を通して促進される。次に、複製装置抽出装置が捕獲された複製を覆う位置へ移動し、抽出装置は、捕獲担体内の剥き出しのウェブ・ポリマーに押付けられる。環状締付け具、真空リング、「吸着カップ」捕獲装置、などの伝統的な取扱い方法が採用できるけれども、薄いウェブはこの方法で適正に取り扱うのは困難なことがある。この理由によって、薄いウェブを完全に安定化する方法が好まれる。これらの方法は、一般に、敏感な複製微細構造を含む大きな接触面積を必要とする。それ故、溶融成形彫像を保護するため、抽出板は、抽出板と溶融成形ポリマーの間に自己洗浄性追従層を有することが好ましい。更に、追従界面層は液体又は半液体によって与えられることができ、このようにして汚染と摩耗の危険性が低減される。例えば、追従層は、ステアリルアルコール、ステアリン酸ペンタエリトリトールを含む種々の可塑剤及び剥離剤から成る群から選ばれた溶液、液体、又は半液体である。更に、追従層は硝酸セルローズ又はヒドロキシプロピル・セルローズの溶液によって与えることもできる。加えて、追従層は感圧性接着剤よって与えることもできる。これら及び類似の材料は、ウェブ面に対する一時的な結合を容易にする。分離後、残渣はウェブ面から、例えば、溶媒濯ぎによって及び／又は真空プラズマ曝露によって簡単に除去される。ウェブ・ポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）未満で固／液相変化を起こす材料も、追従層として用いることが出来る。実例は、種々のインジウム合金と低分子量ポリマーを含む。これらの材料は、粘性、濡れ、及び表面張力を変化させる添加剤を含むこともできる。例えば、材料はウェブ・ポリマーと接触する前にその液相までに加熱されて、接触後凝固することになる。このようにして、複製面は損傷を受けないで抽出板に接着する。取外し装置の抽出機構は、機械的接着、化学的接着、又は両者の組合せを含むことができる。
【００７７】
抽出板がウェブ・ポリマーを捕獲した後で、ウェブは捕獲しているスタンパー挿入物アセンブリから解放される。スタンパー挿入物アセンブリから制御された分離は、排出ピンの使用によって、及び／又は工程中の適切な時期にスタンパーとウェブの間に空気を噴射することによって、より効果的に行うことができる。次に、抽出板は溶融成形ウェブ・ポリマーを第一真空蒸着装置内へ移動させ、そこで少なくとも一つの被膜がポリマー材料に蒸着され、被覆ポリマー材料を生成する。一時的にウェブ・ポリマーの表面に結合された抽出板は、引続く真空蒸着処理の間の薄いポリマー・ウェブに、安定性とヒートシンク作用を与える。第一蒸着装置を出た後で、被覆ポリマー材料は基板に結合されて基板アセンブリを形成し、更に被覆ポリマー材料は、ウェブと抽出板の間の界面へ噴射された加熱空気を選択的に付与することによって、抽出板から解放されて剥がれる及び／又は制御された状態で構造物が撓められる。結合基板アセンブリは、次に第二真空蒸着装置内に運ばれ、そこで少なくとも一つの被膜が基板アセンブリ上へ蒸着される。射出成形挿入物を利用する実施形態と同様に、結合基板アセンブリの厚さは、この真空蒸着工程中の安定性とヒートシンク作用を与える。前記第二真空蒸着処理室を出た後で、被覆ポリマー材料は光学保護片に結合される。
【００７８】
これに関する好ましい実施形態において、スタンパー寸法の可変範囲は、溶融成形ウェブのそれと殆ど一致した熱膨張（及び収縮）係数を持つスタンパーを装備しなければならないということによって限定される。スタンパー熱膨張及び／又は収縮は、スタンパーを望ましい熱膨張係数を有する材料又は合金で形成すること、スタンパーを多層構造物として形成すること、などの適切な如何なる手段によっても調節することができる。これに関する別の実施形態において、スタンパー寸法の可変範囲は、スタンパーからウェブ成形装置の部品又はウェブ又はその両方への、熱損失を制限することによっても減少する。熱損失は多くの方法で制限でき、スタンパーとその裏張り担体挿入物の間へ断熱層を使用、スタンパー担体挿入物とその裏張り圧盤の間へ断熱層を使用、スタンパー担体挿入物へのバイアスとしての熱の供給、及びスタンパーのウェブとの接触時間の低減を含む。加えて、溶融成形複製の収縮は、二つの対向する圧盤の間で形成される溶融成形空洞を意図的に過剰充填することにより低減できる。このことは、望ましい溶融成形複製の最終の厚さを超えるウェブの厚さを選び、且つポリマーが冷却するにつれてこの過剰の材料を空洞内へ押込むことによって達成できる。これは、ウェブが独立に加熱及び／又は溶融成形空洞の両面から加熱冷却されるような構成によって最も簡単に達成される。この構成において、ウェブの中心がスタンパーとの界面よりもゆっくり冷却され、より流動性の高い中心の材料を正常なポリマー収縮によって生ずる空間に充填させる。スタンパーと溶融成形複製の熱膨張／収縮挙動を一致させることによって、スタンパー／ウェブの動きの差が低減されて、彫像の忠実度を向上させ且つポリマー膜の表面応力を低減する。
【００７９】
スタンパーとウェブの接触時間は、１０秒以下好ましく、３.０秒以下が更に好ましい。約１０秒以下の溶融成形処理時間が用いられる場合は、ポリマー内に吸収された水分が解放されて気泡形成の原因となる。従って、ウェブは、インライン熱乾燥トンネル、マイクロ波乾燥トンネル、又はその他のこのような乾燥装置を用いて予め乾燥されることが出来る。
【００８０】
スタンパーは、適切な如何なるプレス又は加圧装置によってウェブに押付けられてもよい。プレスは、４０００ＰＳＩ（１平方インチ当りのポンド）以下の圧力をスタンパー／ウェブ接触領域へ伝えるのが好ましい。複製領域の溶融成形圧力は、５０ＰＳＩから２０００ＰＳＩの範囲にあることが好ましい。
【００８１】
本明細書に開示した装置は全ての種類のウェブ材料を成形するのに広い用途を有するけれども、ウェブ材料は光学記憶ディスク作製に適した光学的、機械的、及び熱的特性のポリマー材料であることが好ましい。好ましくは、ウェブ材料は、ポリカーボネート、ポリシクロへキシルエチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリスルフォン、セルローズ系物質、などの熱可塑性ポリマーである。ウェブ材料は、光学記憶ディスクでの使用に適した屈折率（例えば１.４から１.８）を有することが好ましい。ウェブ厚さは、意図する用途に応じて約０.０２ｍｍから約０.６ｍｍであることが好ましい。本出願の発明は、薄い膜、即ち０.２５ｍｍ以下の厚さを持つウェブを溶融成形するのに特に有用である。ウェブは、一、二、三、四又はそれ以上の彫像を、ウェブの横幅にわたって複製するのに十分な幅であることが好ましい。ウェブ材料は、抗酸化剤、ＵＶ吸収剤、ＵＶ安定剤、蛍光又は吸収染料、静電防止添加剤、剥離剤、充填剤、可塑剤、軟化助剤、表面流動向上剤、などの一つ以上の添加剤を含むこともできる。ウェブ材料は、製造ライン外で予め製造された巻き物であることが好ましく、室温で基板成形装置に供給される。巻き物の形のウェブ材料を室温で装置へ供給することは、優れた工程適応性と効率とを可能にする。
【００８２】
操作の間、ポリマー膜から成るウェブは一つ又は両方の担体の開放面向かい合って配置される。膜厚は収縮を相殺するために間隙空間の寸法を超過することがあるけれども、膜厚は、担体が互いに押付けられたとき担体の対向する面の間に形成される間隙にほぼ等しくなる。対向する圧盤は、次いで、正確で、安定な、再現性のある位置決め位置を生ずるような方法で、担体を互いに加圧するように配置される。加熱装置は、対をなす圧盤が互いに押付けられる前及び／又はその間に始動される。加熱器は、指向性エネルギー源、誘導加熱源、抵抗加熱源、伝導加熱源、輻射線加熱、振動電場、など又は如何なる組合せ又は等価物、などの適切な如何なる加熱装置であっても良い。スタンパーは、誘導加熱、直接オーム抵抗加熱、接触加熱、輻射加熱、誘電加熱、など又は如何なる組合せ又は等価物、などの適切な如何なる手段を通じて、独立に加熱できるのが好ましい。ウェブは、接触加熱、誘電過熱、輻射加熱、指向性エネルギー加熱、など又は如何なる組合せ又は等価物、などの適切な如何なる手段を通じて、独立に加熱できるのが更に好ましい。
【００８３】
溶融流動成形は、ウェブ材料が比較的低い粘性及び／又は溶融状態にまで加熱され、変位し、再形成され、次いで安定化させられる過程である。溶融流動複製において、スタンパーは、ウェブ材料が溶融及び／又は流動する程度にまでウェブが加熱されると、ウェブに強く接触する。低応力材料変位と局所的流動の組合せが、ウェブをスタンパー上の微細構造パターンの形状に急速且つ正確に一致させる。
【００８４】
理論によって縛られるのを望んではいないが、変位力に対するポリマーの反応は、粘性成分と弾性成分とを含む。Ｔｆにおいては粘性成分が支配的であり、Ｔcold（Ｔｇより低い温度）では弾性成分が支配的である。Ｔｇ（ガラス転移温度）より上では、自由体積の増加が分子の回転又は並進運動を起こさせるような、転移が起こる。この自由度は、分子間の相互移動運動を可能にし、粘性挙動をより支配的なものにする。ポリマー材料をＴｓ又はＴｓｏｆｔ（Ｔｆより低いがＴｇより高い温度）でエンボシングすることは、スタンパー分離の前に、歪の相当な緩和が必要である。それに比べて、本発明の種々の実施形態は、ディスク基板をＴｆ以上で溶融成形することと、分離前にスタンパー／ウェブ積層体をＴｆより下であるが必ずしもＴｇより下ではない温度に冷却することを意図している。時間／温度プロフィールの形を変更して熱に曝される平均量を軽減し、表面で極端に高いピーク温度を達成して引続き急速冷却することは可能であるが、この手法は、或る種のポリマーは過剰なピーク温度に不安定であることからくる実用上の限界がある。
【００８５】
材料を適切に選ぶことによって広い範囲の温度対時間プロフィールが得られるが、それでも極端に高いピーク温度は望ましくない。ウェブ・ポリマーのバルクの物理特性を犠牲にしないでＴｆとＴｇの差を一時的に低減できるならば、溶融流動成形はもっと簡単に行えることが発見された。溶融成形に先立つウェブへの流動向上剤を選択的に添加することにより、ウェブ・ポリマーのバルク物理特性を犠牲にしないで、必要な溶融成形ピーク温度を下げることができる。過剰加熱という望ましくない結果をもたらすことなく一層優れた流動力学的性質を利用するためには、一時的に流動特性を向上させるために、ウェブ及び／又はウェブ表面領域へ添加剤を使用することが知られている。
【００８６】
ウェブ材料には、流動向上剤が与えられることが好ましい。流動向上剤は、溶融流動状態で原ウェブ材料に向上した流動特性を与えるような、ウェブに添加される如何なる材料又は組成物であってもよい。流動向上剤は、与えられた温度でウェブの動的粘性を下げるのに十分な量で供給されることが好ましい。流動向上剤は、ウェブ中に重量で０.０１から１.０％供給されるのが好ましい。従って、ウェブ材料は、Ｔｆを無添加即ち流動向上剤無しの材料に対して報告されている値より低く下げるのに、少なくとも十分な流動向上剤を与えられるのが好ましく、通常のピーク処理温度を５％から５０％下げるのに十分な量で供給されるのが好ましい。ウェブの溶融流動特性を変更するのに十分な量の流動向上剤を供給することによって、品質の改善された光学記憶微細構造が溶融成形によって生成される。
【００８７】
流動向上剤は、適切な量を表面に塗布されるか又はウェブ自身に混入するもので、可塑剤、樹脂乳剤、及び離型剤を含む。好ましい流動向上剤は、脂肪酸エステル及び脂肪酸から成る化合物群から選ばれた一つ以上の化合物を含むこともできる。好ましい流動向上剤は、脂肪酸エステル、テトラステアリン酸ペンタエリトリトールを含む。好ましくは、流動向上剤は、溶融成形工程中に有効ウェブＴｆを一時的に下げるのに適した特性を与え、及び／又は処理条件の結果としてウェブのＴｇの恒久的上昇をもたらす。
【００８８】
溶融流動複製工程における圧盤プレスの実施様態において、ウェブ断面積の実質的な部分（例えば、５０％以上）は、ウェブが溶融及び／又は流動する温度まで加熱される。このことは、対向する圧盤の間に形成される空洞の形にウェブを再形成させ、ウェブの製造欠陥を低減させる。それに比較して、圧縮緩和処理は、変位力によりウェブ内に発生した歪を緩和させるような溶融及び／又は流動温度より低い、ある温度で、ある時間の間だけ材料をゆがませ且つ変位させる力を用いる。
【００８９】
図５は、データ記録用媒体の専門的測定試験装置である、Dr. Schenk PrometeusMT136によって測定された、中性スライドガラスに挟んだ四つの個別の０.１ｍｍポリカーボネート試料の垂直複屈折をグラフにより表示したものである。ピーク１は、ポリカーボネートの溶融流動温度（Ｔｆ）に加熱する前の０.１ｍｍポリカーボネート試料についての垂直複屈折の測定結果である。ピーク２〜４は、試料の厚さ全体にわたってポリカーボネートの溶融流動温度（Ｔｆ）に加熱した後の三つの０.１ｍｍポリカーボネート試料についての垂直複屈折の測定結果である。個々のピークは、ポリカーボネートの溶融流動温度（Ｔｆ）に材料を加熱した後では、垂直複屈折は低減されることを示している。複屈折の低減は、上で説明したように、ブルーレイ・ディスクを取入れた光学記録媒体にとって特に有益である。
【００９０】
実際には、ウェブ材料１１０は、溶融成形複製領域へ適切な如何なるウェブ給送手段によって送達してもよい。給送手段は、溶融成形領域緩衝装置へウェブ材料を連続的に送達するのに適した、シート給送装置、折畳み材料給送装置、ロール給送装置、ウェブ押出し機、などの装置であることが好ましい。ウェブ給送装置１０２は、ポリマー・ウェブの予め製造されたロールを溶融成形処理領域へ給送するための、図４ａから４ｃまでに示したような給送装置であることが好ましい。本明細書に記載されている溶融成形工程の実施様態によっては、ウェブ給送装置１０２は、図４ａから４ｃまでに示したように、溶融成形領域緩衝装置の後方に配置された、処理後又は成形後にウェブ１１０を集めるための、巻取りロール４０２などウェブ巻取り装置によって補助することができる。巻取りロール４０２を使用する代りに、ウェブは成形後にばらばらに切断したり、更に完成又は半完成光学記憶ディスクにまで処理したりすることも出来る。ポリマー。ウェブ材料のロール１０２は、ウェブ上に柔らかいプラスチック膜の層など、取除ける膜又は材料保護層を片面又は両面に補充されるのが好ましい。柔らかい保護層を有するウェブを用いることによって、ウェブは、さもないとウェブの光学記憶装置への利用に影響を及ぼすような表面引掻き傷を最小乃至は皆無にして、巻いたり、解いたり、更に巻戻したりできる。保護層の特性並びに工程の具体的な実施様態によっては、溶融成形複製工程の前に除去することも出来る。或いは保護層が溶融成形処理を受けるような方法も可能である。最後に、工程の具体的な実施様態によっては、保護被膜は溶融複製工程の後で再度付与することもできる。
【００９１】
本発明は、図面及びこれまでの説明において詳細に例証されているが、これらは例示的であって制限的でない性質のものであると考えるべきであり、本発明およびそれに示された概念は如何なる成型可能な材料にも適用することが出来る。本発明の変形物及び修正物は本発明の範囲又は精神から逸脱することなく為し得ることは、当業者にとって明白な筈である。例えば、光学基板、並びにそこに成形される微細構造の寸法は、本発明の範囲と精神から逸脱することなく変化させることができる。平坦なスタンパー、スタンパー支持体、スタンパー裏張り材料、担体挿入物、及び加熱装置などの、本発明の実施形態で用いる種々の構成要素を組み立てるのに使用される材料は、本発明の意図する範囲を逸脱することなく、変化させることができる。更に、圧盤の支持体と、スタンパー担体挿入物と、スタンパーとは、一つの構造物を提供するように一体化できる、ということが理解すべきである。又更に、本発明はウェブ、シート、又はその他のような、如何なる形状の光学記憶装置基板を用いる実施形態にも拡張できる、ということが理解できる。更に、上述の実施形態の一つ以上を組合せて又は別個に用いることによって、実質的に平坦な装置及び／又はスタンパーを取入れた溶融成形工程においてポリマー材料のウェブを利用する情報及び／又はトラッキング構造を有する光学記憶ディスクを作製すること、ウェブの表面欠陥及び厚さばらつきの影響を低減すること、ウェブ製造工程に起因する複屈折人工物を低減すること、複製工程中にウェブを貫通する中心孔を生成すること、反りと複製工程に関係する複屈折とを最小にするための最適冷却を提供すること、並びに引続く製造工程中の薄いウェブに対して機械的安定性とヒートシンク作用を与えることが可能である。従って、本発明は、添付した特許請求の範囲及びそれの等価物の範囲内に入る発明の全てのこのような修正物及び変形物を包含している、ということが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】図１は、光学記憶装置に使用されるウェブ材料を本発明にしたがって形成する装置の斜視図であり、パンチ・ニップを有するスタンパーを備えた圧盤アセンブリを図示している。
【図２】図２は、本発明にしたがってウェブを形成する別の装置の斜視図であり、打抜き装置を備えた圧盤スタンパーを図示している。
【図３】図３は、本発明にしたがってウェブを形成する別の装置の斜視図であり、打抜き装置を備えた位置決め板を図示している。
【図４Ａ】図４ａは、本発明にしたがってウェブを形成する別の装置の斜視図であり、引込んだ位置にある送出しピストンと展伸した位置にある巻取りピストンを図示している。
【図４Ｂ】図４ｂは、本発明にしたがってウェブを形成する別の装置の斜視図であり、半ば展伸した位置にある送出しピストンと半ば展伸した位置にある巻取りピストンを図示している。
【図４Ｃ】図４ｃは、本発明にしたがってウェブを形成する別の装置の斜視図であり、展伸した位置にある送出しピストンと引込んだ位置にある巻取りピストンを図示している。
【図５】図５は、ポリカーボネート材料がポリカーボネートの溶融流動（Ｔｆ）温度に加熱された後の、垂直複屈折の減少を図示するグラフ表示である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明にしたがう圧盤スタンパーの斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明にしたがう圧盤スタンパーを備えた複製領域の図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明にしたがうドーム型形状を有する圧盤スタンパーの斜視図である。
【図７】図７は、ウェブ中にエンボシングされたピットや溝の間の平坦なつなぎ部の詳細を示す、本発明の実施形態にしたがうエンボシング後のウェブ表面の斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【国際調査報告】
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