形状复制方法.pdf

本发明提供一种形状复制方法，其特征在于包括以下步骤：将压模固定到平台，该压模在其表面上具有预定的花纹和中心开口；在压模的花纹表面上施加光固化树脂；在光固化树脂上固定具有开口的薄板形衬底以使衬底相对于压模保持在预定位置，其中衬底的开口直径小于压模的开口直径；从衬底的上方照射光以固化光固化树脂；以及将可插入压模开口的剥离元件压靠在围绕着衬底开口周围并延伸超过压模开口的一部分衬底上，从而将与衬底成一整体的光固化树脂从压模上剥离。

1.  一种形状复制方法，其特征在于包括以下步骤：
将压模固定到平台，该压模在其表面上具有预定的花纹和中心开口；
在压模的花纹表面上施加光固化树脂；
在光固化树脂上固定具有开口的薄板形衬底以使衬底相对于压模保持在预定位置，其中衬底的开口直径小于压模的开口直径；
从衬底的上方照射光以固化光固化树脂；以及
将可插入压模开口的剥离元件压靠在围绕着衬底开口周围并延伸超过压模开口的一部分衬底上，从而将与衬底成一整体的光固化树脂从压模上剥离。

2.  根据权利要求1所述的形状复制方法，其特征在于，用于固定压模的平台包括与压模开口的内径匹配的突起，以及用于抽吸没有形成预定花纹的压模表面的吸气口和抽吸元件。

3.  根据权利要求1所述的形状复制方法，其特征在于，在光固化树脂被固化之前，将对准元件插入衬底的开口，将压模和衬底相对于彼此固定在预定位置，
其中用于固定压模的平台在与被固定压模的开口对应的位置包括一圆柱形凹陷，对准元件具有适于配合在该平台的圆柱形凹陷中的圆柱形突起和适于与衬底开口内径配合的平头圆锥，当对准元件插入衬底的开口时圆柱形突起配合到圆柱形凹陷中。

4.  根据权利要求1所述的形状复制方法，其特征在于，剥离元件是一圆柱，其外径大于衬底的内径并小于压模的内径。

5.  根据权利要求1所述的形状复制方法，其特征在于，用于固化光固化树脂的步骤包括预固化步骤和主固化步骤，预固化步骤对部分光固化树脂照射短时间的光以固化部分树脂，主固化步骤位于预固化步骤之后，在整个树脂上照射预定时间的光以固化整个树脂。

6.  根据权利要求1所述的形状复制方法，其特征在于，压模和衬底具有相同的外径。

7.  一种形状复制装置，其特征在于包括：
压模固定部分，用于固定具有一中心开口并且表面上具有预定花纹的压模；
树脂施加部分，用于在压模的花纹表面上施加光固化树脂；
衬底安装部分，用于在光固化树脂上固定具有开口的薄板形衬底以使衬底相对于压模保持在预定位置，其中衬底的开口直径小于压模的开口直径；
光施加部分，用于从衬底上方施加光线以固化光固化树脂；以及
剥离部分，用于将可插入压模开口的剥离元件压靠在围绕着衬底开口周围并延伸超过压模开口的一部分衬底上，从而将与衬底成一整体的光固化树脂从压模上剥离。

8.  根据权利要求7所述的形状复制装置，其中压模固定部分包括适于与压模开口内径配合的突起、用于抽吸没有形成预定花纹的压模表面的吸气口以及用于通过吸入口来真空抽吸压模的抽吸元件。

9.  根据权利要求7所述的形状复制装置，还包括旋转部分，用于水平旋转压模固定部分。

10.  根据权利要求7所述的形状复制装置，其特征在于，压模固定部分在与被固定压模的开口对应的部分包括一圆柱形凹陷，和
该装置还包括具有一圆柱形突起和一平头圆锥的对准元件，
其中当对准元件插入设置在光固化树脂上的衬底的开口时，圆柱形突起配合在圆柱形凹陷中，并且平头圆锥的周边与衬底的开口邻接。

形状复制方法
技术领域
本发明涉及一种形状复制(shape replication)方法，更具体地，涉及一种通过施加和固化UV可固化树脂制造光盘复制品的形状复制方法
背景技术
通常，通过从压模转移预定的凸起/凹坑花纹(pattern)来制造光盘的衬底，其中在压模的表面上形成有凸起/凹坑花纹。导槽(台和槽)和轨道位置数据作为微凸起/凹坑花纹(也称作不平坦浮雕)形成在压模的表面上。例如，通过感光树脂工艺(也称作2P工艺)将凸起/凹坑花纹转移到衬底上。
在2P工艺中，通过一系列步骤制造光盘的复制品：将压模安装到转盘，在压模的凸起/凹坑花纹上施加液体的UV可固化树脂，在树脂上对准并固定由玻璃等构成的衬底，对衬底施加压力以均匀地展开树脂，使用UV射线照射树脂来固化树脂，以及在压模与树脂之间的界面处从压模剥离具有衬底的树脂。
在2P工艺中，重要的是在展开压模与衬底之间的树脂时从树脂中去除气泡。如果气泡残留在树脂中，会局部损坏台/槽花纹，并产生不能正确记录和再现信息的有缺陷的衬底。
为了避免这个问题，已经提出了一种在施加UV可固化树脂之后旋转整个光盘的方法，以去除气泡。例如，在日本未审查的专利公开案No.Hei 2(1990)-37543中，公开了一种制造光盘衬底的方法。在此方法中，在照射可固化树脂被圆形地施加到压模之后，在压模与玻璃衬底之间设置垫片使树脂和衬底彼此接触，同时在两者之间保持适当的间隔，然后旋转整个结构以去除树脂中的气泡。
在日本未审查的专利公开案No.Hei 9(1997)-44917中公开了另一种制造光盘的方法。在此方法中，将UV可固化树脂施加到第一树脂衬底上，并在第一树脂衬底上放置第二树脂衬底。然后，高速旋转整个结构以去除树脂中含有的气泡，并促进树脂的均匀展开。
此外，在日本未审查的专利公开案No.Hei 9(1997)-161334中公开了一种制造光学记录介质的方法，其中在衬底(压模)上滴落液体树脂，以便在与衬底对准的树脂上安装一平板，并在旋转整个结构以均匀展开衬底与平板之间的液体树脂之后，固化树脂以使平板从树脂剥离。上述的制造方法显示出旋转整个盘对于去除UV可固化树脂中的气泡是有效的。
在上述的2P工艺中，当通过转移形成在压模表面上的凸起/凹坑花纹来形成衬底时，在树脂固化之后UV可固化树脂需要从压模剥离下来。剥离步骤通过下述方式进行，即通过形成具有不同外径的压模和衬底，并固定例如外径小于衬底外径的压模以便将一剥离元件压在位于压模外侧的衬底周边部分。
目前使用的光盘的衬底和固化树脂的厚度分别约为1.2mm或更大以及约为10至20微米。所以存在气泡不能被完全去除的情况，或在如上所述剥离步骤的树脂上残留毛头，使得盘存在缺陷。
从完全去除气泡、减少产生的毛头以及提高用于记录和再现信息的光线的吸收系数和透射率考虑，UV可固化树脂的厚度最好尽可能的薄，并且尽可能靠近树脂的表面复制压模的凸起/凹坑花纹。因此，衬底的厚度期望是1mm或更小，以便比传统的衬底薄。
但是，当薄的衬底通过将剥离元件压在衬底的周围部分而经受剥离时，由于强度的原因衬底可能会被损坏。此外，传统的制造方法需要大约15分钟来完成从在转盘上安装压模到从压模剥离衬底的各步骤。对于大量生产的光盘，一直期望减少完成整个制造步骤的时间。
因此，本发明实现这样的目标，如完成气泡的去除、衬底的变薄以及毛头的避免。按照本发明提供一种形状复制方法，该方法中特别设计了树脂固化步骤和剥离步骤，以制造高生产率和高可靠性的用于光盘或类似物的衬底。
发明内容
本发明提供一种形状复制方法，其特征在于包括以下步骤：将压模固定到平台，该压模在其表面上具有预定的花纹和中心开口；在压模的花纹表面上施加光固化树脂；在光固化树脂上固定具有开口的薄板形衬底以使衬底相对于压模保持在预定位置，其中衬底的开口直径小于压模的开口直径；从衬底的上方照射光以固化光固化树脂；以及将可插入压模开口的剥离元件压靠在围绕着衬底开口周围并延伸超过压模开口的一部分衬底上，从而将与衬底成一整体的光固化树脂从压模上剥离。
按照本发明，能够制造高生产率和高可靠性地薄衬底。
附图说明
图1给出了本发明的制造装置的构造示意图；
图2给出了本发明每个元件的尺寸的比较图；
图3(a)至图3(d)给出了按照本发明实施例的制造步骤；
图4(e)至图4(g)给出了按照本发明实施例的制造步骤；
图5(h)至图5(j)给出了按照本发明实施例的盘制造步骤；
图6给出了本发明每个制造步骤所需的估计时间；
图7给出了本发明的衬底的机械特性的比较图；
图8给出了压模厚度与压模的不规则性厚度之间的相互关系图。
具体实施方式
按照本发明，提供一种高生产率和可靠性的形状复制方法，用于制造诸如光盘衬底的具有微小凸起/凹坑花纹的多个衬底。更具体地，在本发明中，准备其上形成有预定花纹的压模，并在花纹上施加液体的光固化树脂，随后通过将树脂固化而用树脂形成预定花纹。可使用传统的光固化树脂作为该光固化树脂。
在本发明中，用于固定压模的平台包括与压模开口的内径相符的突起、以及吸气口和用于抽吸压模表面的抽吸元件，在该压模表面上没有形成预定的花纹。
此外，用于固定压模的平台包括圆柱形凹陷，其位置与被固定压模的开口对应。在光固化树脂被固化之前，通过将具有圆柱形突起的对准元件插入衬底的开口中，可以将压模和衬底相对于彼此固定在预定位置，从而圆柱形突起配合进入平台的圆柱形凹陷。对准元件还具有配合进入衬底开口中的平头圆锥。
按照本发明，剥离元件具有圆柱形的外形，该圆柱形的外径大于衬底开口的内径，并且小于压模开口的内径。
固化光固化树脂的步骤可包括通过将光线短时间照射到部分树脂来固化部分树脂的预固化步骤，以及在预固化步骤之后通过使光线照射全部树脂一段预定的时间来固化全部树脂的主固化步骤。
压模的外径和衬底的外径可以相同。
下面将参照附图，依靠其实施例详细说明本发明。应当了解本发明并不限于此实施例。
[制造装置的说明]
图1给出了用于实施本发明形状复制方法的制造装置的构造示意图。
在图1中，压模1是金属基质，在其一个表面上形成有台和槽的凸起/凹坑花纹。在形成有凸起/凹坑花纹的表面上，施加液体的UV可固化树脂2。然后将压模1的凸起/凹坑花纹转移到树脂2的表面。作为光盘基质的玻璃衬底6对准树脂2并安放在树脂2上。
本发明的制造装置主要包括三个功能块，即压模固定部分、衬底旋转部分和剥离部分。压模固定部分主要包括对准突起3、转盘4、吸气口5和排气泵8。具有突起71的对中杆7和转盘4的接合部分31不是用于固定压模，而是用于对准安装在压模1上的衬底6。
提供用于固定对中杆的接合部分31。将对中杆7的突起71插入接合部分31以便固定对中杆。对中杆7的外径向下逐渐变细，所以随着上升而增大。当突起71插入接合部分31时，对中杆7的外径与衬底的内径紧密接触，因此确定了衬底6在横向上的位置。对准突起3的外径与压模1开口的内径d3几乎相同，并彼此啮合以固定压模1。
转盘4是用于水平放置压模1的平台。当压模1为圆形时，转盘4也为圆形，并且其尺寸允许在其上安装整个压模。
在转盘4的表面，在预定位置上提供多个吸气口5，用于抽吸压模1以防止其脱离。在转盘4的内部，提供连接吸气口5和排气泵的通道。排气泵8通过通道和吸气口5来固定压模1。以不至于使压模发生变形的强度来执行通过吸气口5的抽吸。
衬底旋转部分是用于旋转转盘4的马达11。在压模1树脂2和衬底6整体设置在转盘4上之后，衬底旋转部分水平地旋转转盘4以使树脂2均匀地分布在压模1的不平坦花纹的表面上。
剥离部分主要包括剥离杆9和推动元件10。推动元件10通过手动或自动操作推起剥离杆9。
如下所述，剥离杆9利用剥离杆9的外径d6与衬底6的内径d2之间的差推起围绕其内径的一部分衬底。通过推起围绕其内径的衬底部分6，压模1与树脂2被剥离。
图2给出了制造装置和压模的每个元件的尺寸的比较图。
在图2中，参考标记d1表示对中杆7的突起71的外径，d2表示衬底6开口的内径，d3表示压模1的中心开口的内径，d4表示转盘4的对准突起3的外径，d5表示转盘4的接合部分31的内径，d6表示剥离杆9的外径。
在本发明中，这些内径(ID)和外径(OD)的相互关系如下。
压模的ID d3＞衬底的ID d2；
压模的ID d3对准突起的OD d4；
对中杆突起的OD d1接合部分的ID d5；
对中杆突起的OD d1＜衬底的ID d2；
压模的ID d3＞剥离杆的OD d6＞衬底的ID d2。
但是，由于突起71要插入接合部分31，所以突起71的外径d1优选地设置为稍小于接合部分31的内径d5。
由于压模1要配合到对准突起3的边缘，所以压模1的内径d3优选地设置为稍大于对准突起3的外径d4。
按照本发明的实施例，例如，按照如下所示的设置每个元件的内径和外径：突起71的OD d1＝8mm，衬底6的ID d2＝15.0mm，压模1的ID d3＝35.4mm，对准突起3的OD d4＝35.2mm，接合部分31的ID d5＝10mm，剥离杆9的OD d6＝22mm。
[制造步骤的说明]
接下来，将说明按照本发明实施例的光盘衬底的制造步骤。
图3(a)至3(d)，4(e)至4(g)和5(h)至5(j)是按照本发明的光盘衬底的制造步骤的说明图。
在这些图中，只显示了图1中制造装置靠近转盘的部分，省略了吸气口5和转盘内部的通道。
步骤(a)：安装压模1
将压模1的中心开口安装到对准突起3的边缘，压模1具有不平坦花纹的表面向上，由此固定了压模1。
压模1为圆形且尺寸为：ID d3＝35.4mm，OD＝86.0mm，厚度＝0.3mm。转盘4也是圆形的，外径与压模的外径几乎相同。转盘4包括具有边缘的环形对准突起3，边缘的直径为35.4mm，宽度为3mm。
在压模1没有通过安装到对准突起3而完全固定的情况下，压模1经过图1所示的吸气口5被较好地真空抽吸粘附到转盘4，以防止在随后步骤的旋转中引起压模1的振动。压模通常由金属制成，如果是磁性的，可以通过粘到磁铁上磁性粘附到转盘4。
步骤(b)：施加UV固化树脂
当转盘4以约为30rpm的低速旋转时，能够覆盖压模1的全部花纹的预定量的UV可固化树脂2以环形方式被施加。例如，UV固化树脂可以是传统方法中使用的感光性树脂。在施加时，树脂2是液态的，并含有大量的气泡21。
步骤(c)：安装玻璃衬底
在UV可固化树脂2上安装玻璃衬底6。剥离衬底6的ID d2为15.0mm，OD为86.0mm，厚度为0.6mm。由于本发明包括下面将提到的UV射线施加步骤和剥离步骤，所以即使使用厚度小于传统衬底厚度的衬底6也能够高可靠地提供低翘曲的光盘。当衬底6安装在树脂2上时，由于衬底6的重量导致树脂2在水平方向上展开的很小，但是树脂中仍残存着气泡。
步骤(d)：插入对中杆
为了精确对准衬底6与压模1的相对位置，将对中杆7插入衬底6的中心开口，以使对中杆7的突起71配合到转盘4的接合部分31中。
圆柱形的突起71的外径约为8mm，高度约为5mm。接合部分31与突起71的形状几乎相同。如上所述，对中杆7一侧向下逐渐变细，所以杆的外径随着向上而变大。通过紧密结合杆7和衬底6的预定位置，可调整衬底6的位置，并精确地确定压模1与衬底6的相对位置。
步骤(e)：旋转和展开树脂
为了展开UV可固化树脂2并去除残留在树脂2内部的气泡21，马达11驱动转盘4以2400rpm的高速旋转。旋转时间没有具体的限制，只要树脂2在压模1上充分展开，并且充分去除了气泡21即可。例如，旋转时间可以约为5秒钟。转盘4的旋转使树脂2在压模1的整个花纹上均匀地展开，并使气泡21从压模1的边缘释放到外面。
步骤(f)：使用UV射线照射用于预固化
从衬底6的上面使用预固化光源12，施加强度为80w/cm²的UV射线约5秒钟，以固化一部分树脂2。当在随后施加UV射线用于主固化的步骤需要去除压模1以及移动压模1时，需要上述步骤以防止压模1和衬底6不对准。
但是，当执行随后的主固化和剥离处理，同时压模1留在同一转盘4上时，可以省略这样的预固化步骤。如果那样，由于不需要预固化时间(约为5秒钟)所以缩短了完成整个步骤所需的时间。换言之，当使用同一转盘4能够执行制造步骤(a)至(i)时，步骤(f)是不必要的。
步骤(g)：使用UV射线照射用于主固化
首先，从转盘4移开通过预固化而整合有树脂2以及衬底6的压模1，然后将其放置在主固化平台上。或者，拔出对中杆7，并且含有接合部分31的转盘4的中心部分与转盘4脱离，以便能够使用定位在装置下部的剥离杆9。
为了完全固化树脂2，使用主固化光源14从衬底6上面施加强度约为160w/cm²的UV射线13大约8秒钟。这使得树脂2凝固并且去除了气泡21，因此压模1的相反的凸起/凹坑花纹被精确地转移。
步骤(h)：推起剥离杆
首先，压模1通过排气泵8的真空抽吸将压模1牢固地固定到转盘4。
位于装置下部的推动元件10被操作以推起剥离杆9。然后将剥离杆9推入设在转盘4的对准突起3内的开口，并与衬底6围绕内径的部分接触。由于如上所述剥离杆9的外径d6大于衬底6的内径d2，所以剥离杆9向上推动衬底6。
随着推高剥离杆9，由于衬底与树脂之间的结合强于压模与树脂之间的结合，所以如步骤(i)所示压模1与固化的树脂2被分离。压模与树脂的剥离只需要大约3秒钟。
通过上述的步骤完成了一个光盘，如图5中步骤(j)所示，光盘中不平坦的花纹化树脂2形成在衬底6上。
图6的表中给出了每个上述步骤所需的时间。在表中，树脂施加步骤表示步骤(a)至(d)。各个步骤所需时间：树脂施加步骤(a)至(d)＝5秒钟；展开/旋转步骤(e)＝5秒钟；预固化步骤(f)＝5秒钟；主固化步骤(g)＝8秒钟；剥离步骤(h)＝3秒钟。这意味着制造一个光盘最少需要约26秒钟。
即使主固化步骤(g)之前的压模的转移所需时间约为30秒钟，也能在约1分钟内完成一个光盘。
按照本发明的光盘衬底包括厚度分别为0.595mm和0.005mm的玻璃衬底6和固化的树脂2。整个光盘的厚度约为0.6mm，比传统的光盘衬底的厚度薄。
这样薄的光盘衬底需要具有足够的强度(机械特性)以及没有翘曲。如图7所示，本发明的光盘衬底显示的值几乎与玻璃衬底本身的机械特性参数相同。这说明按照本发明的光盘衬底具有足够的强度。
在本发明中，压模1通过抽吸固定到转盘4上。但是，压模可能随着抽吸的强度而翘曲。压模中的翘曲会导致制造的光盘衬底中的翘曲(厚度不规则性)。最终导致光盘的偏差，还可以使盘成为缺陷品。
通常，使用厚度约为300微米的薄的压模作为压模1。但是，如图8所示，已经发现使用厚度为400微米或更大的压模几乎消除了所制造的光盘衬底的厚度不规则性。
因此，压模1最好具有400微米或更大的厚度，以便在高合格率下制造高可靠性的衬底。
本发明的效果
按照本发明，能够高可靠及高生产率地制造厚度小于传统衬底的衬底，同时减少了制造期间产生的厚度不规则性。