专利名称：在聚合物衬底上形成微结构的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及制造光存储器的方法和设备。更特别是，本发明涉及使用连续供应装置或辊对辊系统成形用于光存储器以及用于制造光盘的衬底。
背景技术：
例如CD(致密盘)、CD-R、CD-RW；DVD(数字通用盘)、DVD-R、DVD-ROM、DVD+RW、PD(相变盘)和MO(磁光盘)等的光存储器盘通常如下制造，即最初成形衬底并在衬底上沉积一个或多个薄膜层。用于光存储器的衬底通常成形一系列布置成同心轨线或连续螺旋线的凹槽和/或凹坑。凹槽和凹坑可用作激光束循迹、地址信息、计时、错误修正、数据等。用于光盘的衬底通常由注射模制成形，其中熔融聚合物材料注射到盘形模具中，该模具的一个表面具有将要复制的图形化的微结构。该图形化的微结构通常通过通称为压模的可替换的插件提供。注射模制过程包括一系列准确计时的步骤，该步骤包括闭合模具、注射熔融聚合物、受控地降低峰值注射压力、冷却、成形中心孔、开启模具并取出复制盘和相关的浇道。在模制过程之后，盘衬底通常涂层一个或多个保护层、粘接粘合剂、装饰品、标签等。
尽管例如所述的注射模制方法可提供高质量光存储器盘，其具有可接受水平的重折率和平整度，盘生产速度只在几秒的范围内。这些时间的大约60％用于模制步骤，并且其他时间需要用于开启模具、取出盘和浇道并接着在下一循环开始之前闭合模具。另外，现在通过使用多种新型脱模技术或通过使用多腔室模具以改进生产率的尝试只取得了有限的成功。
除了比所需生产率低之外，注射模制针对许多参数需要复杂的闭合回路控制。例如，所有的模制和聚合物温度、压力机夹紧力、注射剖面和保持时间对于复制结构的重折率、平整度以及精度来说具有竞争和经常相反的作用。该应该注意到当复制盘的厚度减小时模制难度增加。所以在厚度大约为1.2mm的标准CD衬底的情况下不需要使用例如在主要注射阶段增加模制空腔的截面、注射压缩模制、冲制、“冲击模制”等的特殊技术，为了满足重折率和平整度的要求，厚度大约为0.6mm的标准DVD衬底需要采用特殊技术。
光存储器产品的将来趋势是朝向更薄的衬底和/或更小的盘。通过注射模制直接制造这些产品可能是不实际的。对于例如使用在个人数字助理(PDA)和数字电子照相机的小直径盘(即5～8cm)，中心浇注造成的扰动可影响盘上最内轨线的质量。这些扰动与局部涡流、剪切和模具的中央浇口附近的密实程度变化相关联，并可造成局部平整度差以及重折率高。当最小轨线直径降低时，会使得这些问题严重。
为了加速生产率，已经提出许多采用连续幅面料工艺制造光存储器的方法。这些方法建立在通过将幅面料穿过辊和压模之间以便在连续的材料幅面料上形成微结构图形的理念上。
迄今为止，已经提出来自类型的连续幅面料工艺。这些工艺包括“在线”和“离线”方法。在线连续幅面料工艺在同一过程中将幅面料挤压和微结构图形成形结合在一起，而离线连续幅面料工艺在预先制造的幅面料材料上进行幅面料成形，该幅面料材料在另一生产线上制造。在线成形的目的是在幅面料挤压之后并且幅面料还是热的情况下以压模接触幅面料。在线工艺的实例包括以下专利所述的那些美国专利号5,137,661；4,790,893；5,368,789；5,281,371；5,460,766；5,147,592以及5,075,060，这些专利结合于此作为参考。幅面料挤压和幅面料成形的结合需要盘制造商不仅从事制造光盘的职业而且从事幅面料挤压的职业。这使得整个系统是高度复杂的过程，尤其是不希望如此的地方。另外，由于盘制造商不具有塑料幅面料制造商的规模经济，在线工艺所成形盘的单位成本可高于离线工艺的成本。因此，本发明提出的离线工艺不仅提供提高产量、降低成本和复杂性以及缩短启动时间的机会，而且还增加了加工灵活性。
使用用于制造光存储器的在线工艺的幅面料成形的一个方法是Kime提出的题为“Directed Energy Assisted In Vacuo MicroEmbossing”的美国专利6,007,888，该专利在1999年12月28日提交，并且其披露内容结合于此作为参考。Kime披露一种使用直接能量辅助微压纹的连续制造工艺。该专利描述一种在幅面料和压模通过挤压辊压靠一起之前加热幅面料材料和压模的直接能量源。
尽管认为Kime教导得很好，当成形密度越来越高的数据装置时，会出现通常不会出现的许多因素。例如，本发明已经发现存在着幅面料表面纹理和幅面料厚度的不可避免的变化，并且该变化可与细小微结构的复制相干涉。这些变化在局部上造成幅面料和压模之间不均匀的接触压力。在软化幅面料以便形成微结构的过程中，简单增加平均接触压力不能充分解决此问题，这是由于过高的接触压力可造成压力去除之后幅面料材料内弹性回弹造成表面的变形图案。压模幅面料相对运动可造成“涂抹”。涂抹在显微比例上变形数据轨线和/或凹坑的形状。这些变形可与循迹相干涉并还可增加读取错误率。因此，需要一种方法和/或设备，其适应幅面料表面纹理和幅面料厚度的变化造成的负面作用。
为了准确地复制压模的微结构，已经试图将压模和幅面料保持足够长的接触，使得移位的聚合物回缩以及衬底冷却。但是本发明发现简单增加接触时间是不可取的方法，这是由于继而增加了反卷。可以理解到，反卷的盘产生显著的读盘问题。对于可写入盘来说，反卷相关的问题变成更大的问题，其中可降低记录质量并在读取期间加重反卷的负面影响。因此，需要一种制造光存储器的连续方法和/或设备，该设备在衬底成形期间限制反卷。
发明内容
考虑到以上因素，本发明提供一种连续制造光存储器或光存储器衬底、和/或光盘的方法和/或设备，其包括供应材料幅面料到衬底成形设备上。
在本发明的一个方面中，提供一种通过限制幅面料上的热载荷以成形聚合物材料的方法。
在本发明的另一方面中，提供一种通过熔融成形材料幅面料的表面上的微结构以成形聚合物材料的方法。
在本发明的另一方面中，提供一种采用感应加热的压模在聚合物材料的表面上形成微结构的方法。
在本发明的另一方面中，提供一种通过以下方式在聚合物材料幅面料表面上形成微结构的方法，即提供具有带有助流剂的表面聚合物材料幅面料并采用加热的压模在聚合物材料表面上形成微结构。
在本发明的另一方面中，提供一种制造用于连续幅面料成形过程的压模的方法，该方法包括在压模上提供可转移的图案；弯曲压模并在压模弯曲之后增加压模的厚度。
在本发明的另一方面中，提供一种通过提供在幅面料成形期间具有有限的热膨胀/收缩的压模来成形聚合物材料的方法。在其优选的方面中，压模具有比镍低的热膨胀系数。在其另一优选的方面中，压模在与幅面料接触期间具有有限的温度变化。
在本发明的另一方面中，提供一种用于在聚合物材料表面上形成微结构的设备，该设备包括幅面料供应装置；用于幅面料成形的装置，用于幅面料成形的装置具有压模和形成与幅面料供应装置连通的挤压区域的一组挤压辊，该压模由可从挤压辊上拆卸的支承件承载。
在本发明的另一方面中，提供一种用于制造光存储器的设备，该设备包括幅面料供应装置；用于成形聚合物材料的压模，该压模承载在回路上并与幅面料供应装置连通；用于在成形之后切断幅面料材料的幅面料刀具；以及收集幅面料材料切断之后的部段的收集器。
在本发明另一方面中，提供一种在用于光存储器的聚合物材料表面上形成微结构的方法，该方法包括以下步骤提供具有可去除较软材料层的聚合幅面料材料的卷筒；并采用加热的压模成形幅面料，并再次滚压成形的聚合物材料。
在本发明的另一方面中，提供一种用于制造光存储器的设备，该设备包括幅面料供应装置；用于成形聚合物材料的压模，该压模承载在回路上并与幅面料供应装置连通；用于在成形之后切断幅面料材料的幅面料刀具；以及收集幅面料材料切断之后的部段的累积器；用于在成形之后覆盖幅面料材料部段的遮蔽站；以及至少一个在遮蔽之后将薄膜施加在幅面料材料部段上的涂层施加装置。
在本发明的另一方面中，提供一种用于在连续幅面料工艺中制造光存储器的幅面料截断站，其包括用于支承成形的幅面料材料部段的平台；用于在冲模路径上对准成形支承材料图案的多个光学定位传感器和用于切断支承在平台上的幅面料的冲模。
在本发明的另一方面中，提供一种通过以下方式成形用于制造光存储器的聚合物材料的方法，即提供足够适合的挤压区域，以便考虑幅面料表面和厚度的变化。
在本发明的另一方面中，提供一种在用于光存储器的聚合物材料上形成微结构的方法，该方法包括以下步骤提供聚合物材料幅面料；提供加热的压模；以及在一组挤压辊之间加压加热的压模和衬底，其中至少一个挤压辊具有柔顺的外表面，该表面具有80肖氏D或更小的硬度。
在本发明的另一方面中，提供一种制造光存储器盘的系统，该系统包括一个或多个以下装置涂层施加装置、幅面料切断装置、匣盒式累积装置、幅面料分度器、拾取辊以及可以制造成品光存储器盘或半成品盘的其他部件。
在本发明的另一方面中，提供一种通过在涂层之前遮蔽幅面料材料部段以便对压纹的光存储器衬底进行涂层的方法。
为了有助于理解本发明及其多种实施例的不同方面，现在对于附图进行参考，其中相同的参考标号表示相同的部件。附图以仅实例表示，并且不应用来限制本发明。
图1是按照本发明用于成形光存储器的幅面料材料的设备的透视图；图2是按照本发明用于成形幅面料材料的另一设备的透视图；图3是按照本发明用于幅面料表面熔融成形的时间对温度曲线的图示；图4是按照本发明用于成形幅面料材料的设备的侧平面图；图5是按照本发明用于连续幅面料光存储器生产线的侧视图；图6是按照本发明对于光存储器衬底涂层的系统的侧视图；图7是按照本发明用于最后加工光存储器的系统的侧视图；图8是按照本发明用于最后加工光存储器制造的系统的透视图；图9是按照本发明用于保持幅面料材料的系统的侧视图；图10是按照本发明用于光存储器制造的系统的侧视图；图11是按照本发明通过遮蔽最后加工光存储器的系统的顶部平面图；图12是按照本发明对于幅面料材料进行涂层的系统的侧视图；图13是按照本发明压纹之后的压模表面和幅面料表面的透视图。
具体实施例方式
现在对于本发明的不同方面和多个实施例进行详细参考。
现在参考图1，其表示用于按照本发明成形光存储器的装置。该装置包括幅面料供应装置或简称为幅面料供应器(未示出)、输送幅面料材料12的幅面料路径以及布置在幅面料路径内的幅面料成形设备。幅面料成形设备10包括压模14。压模载有用于成形幅面料的微结构图案。压模由支承件28承载并可通过任何适当的加热装置18加热和/或由与压模热接触的鼓或辊22加热。
压力辊20和支承辊22可布置在幅面料路径上以便将压模压入幅面料材料的表面。压力辊和支承辊形成挤压区域16。如所示，挤压区域16包括压力辊20和支承辊22之间的最窄区域。实际上，挤压区域16可通过适于将压模和幅面料材料压在一起的任何装置提供。
压模是适于在幅面料材料或光存储器衬底上留下痕迹的任何工具。尽管在可选择实施例中压模可以具有任何形状，例如扁圆盘、椭圆、矩形、三角形、不规则形状等，压模最好是盘形压纹工具。压模最好具有在光存储器衬底上制造微结构的细小结构，例如凹槽和/或凹坑。细小结构的宽度、长度和深度可以从大于几微米到0.01微米或更小的范围。图13表示具有细小结构的压模表面和已经采用热压模压纹的幅面料表面以便将细小结构结合在光学性能幅面料材料的表面上的AFM放大透视图。
压模最好由刚性材料制成，该材料可加热到峰值处理温度同时保持在幅面料材料上形成微结构的能力以及在接触时便于将能量传递到压模和聚合物材料幅面料之间界面上的能力。代表性的压模材料包括镍、铬、钴、铜、铁、锌等，以及这些材料的合金。压模可包括单一材料或包括相同材料的多个层或不同材料的多个层。压模优选地包括0.1～1.0mm厚的材料板，并且更优选地包括大约0.3mm±0.1mm厚的材料板。如图1所示，压模是平的。同样理解到在可选择实施例中，压模可以是弯曲的。弯曲的压模使得压模便于在弯曲路径上输送，例如鼓的循环回路上，这对于连续加工特别有用。
在本发明的优选实施例中，优选地成形弯曲的压模以便减小椭圆图案变形。已经发现将平压模简单地弯曲成载体或鼓的形状可沿曲率方向造成椭圆变形。椭圆的程度与曲率半径相关(例如，鼓或输送路径的半径)以及压模在弯曲时的厚度相关。同样还发现拉伸、压缩和/或弹性移位幅面料材料造成必须要补偿的图案变形。有用的压模最好具有微结构图案，它对变形进行最佳补偿，使得压模适于用来制造光存储器盘。能够最佳补偿变形的弯曲压模可通过适当的方法制造，例如通过改变图案的最初形状并接着在弯曲压模上成形改变的图案。但是，为了利用制造平压模的现有制造系统，弯曲压模最好通过在薄和平压模上成形最佳补偿的微结构并接着弯曲压模来制造。在压模弯曲之后，压模的厚度增加以便使得弯曲压模具有所需厚度。通过弯曲并接着增加弯曲压模的厚度，在使用弯曲载体时，压模可最好成形为使得图案预先变形最佳化，同时满足所需热和机械要求。例如，最佳补偿的结构图形成形在相对薄的工件上(例如厚度为0.1mm或更小)。相对薄的工具接着弯曲到所需曲率半径(例如1～10英寸并且更优选为1～5英寸)，并接着增加到所需压模厚度。弯曲压模的厚度可通过任何适当方法来增加，例如镀覆、粘接、焊接、涂层等。最终压模厚度优选是0.2mm或更大并更优选为大约0.3mm。压模厚度最好在压模后部增加，例如在与微结构一侧相对的侧部上增加厚度。工件在它相对薄时成形为弯曲载体的形状直接降低压模表面的图案侧上的不希望的弯曲变形。随后在预先弯曲的压模后表面上添加材料使得机械和热性能改变而不涉及到过大的弯曲变形。另外，在压模成形为与弯曲载体一起使用的情况下，分层结构可另外提供其他的优点，例如在加热和冷却时减小压模的变形，或者通过改变空白侧以便影响压模/鼓界面的润滑性，如下面更详细所述。
已经发现在压纹期间由于压模和幅面料之间的不同运动产生图案“涂抹”。通过用于制造光存储器的连续幅面料工艺，本发明克服这些问题，例如涂抹，这包括适于降低压模/幅面料界面处尺寸变化的幅面料成形设备。尽管单纯镍压模可接合本发明的一个或多个实施例使用，已经发现单纯的镍压模不需要具有最佳热膨胀/收缩特性。另外，热从压模传递到幅面料成形设备的其他部件上可对于压模的收缩有影响。因此，优选的幅面料成形设备在与幅面料接触期间提供压模受到限制的收缩。在其优选实施例中，在幅面料接触期间，幅面料成形设备适于提供小于0.5％压模收缩，更优选为小于0.1％，并且更优选为小于0.01％。
在其优选实施例中，通过提供如下的压模来限制压模尺寸变化，即压模的热膨胀(以及收缩)系数大致与压模/幅面料界面的热响应相匹配。在某些情况下，特别是当非常热的压模接触较凉的幅面料或较凉的压力机时，接触可造成热压模快速冷却并收缩。收缩太大使得图案变形产生。通过调整压模的热膨胀/收缩性能，在接触压模时可以降低压模/幅面料的差动，以便改善图案的成形。按照其优选实施例，压模具有小于单纯镍或传统镍压模的热收缩的热收缩。在接触幅面料时，热膨胀/收缩优选地小于1％，更优选地小于0.1％并更优选地小于0.01％。提供适当的手段可以减小热膨胀和/或收缩，例如通过由低热膨胀系数的材料制成压模或将压模形成多层结构等。通过由合金、陶瓷制成压模或将压模涂层具有低热膨胀系数的不同材料来降低热膨胀。例如，通过用另一金属、金属合金或具有低热膨胀系数的陶瓷涂层传统镍压模来制成压模。通过选择具有低热膨胀系数的材料，可以提供一种压模，该压模在接触幅面料期间没有可测量到的相对收缩。
在其另一实施例中，压模尺寸变化可通过限制从压模到幅面料成形设备或幅面料或以上两者的热损失来降低压模尺寸变化。热损失可以许多方式进行限制在压模支承辊上提供偏置热量；将压模与压力机部件绝缘；并且减小压模与幅面料的接触时间。特别在压模独立于压力机或支承辊进行加热时，来自压模的热进入支承辊以造成压模的收缩。通过在压模支承辊上提供偏置热量，从压模传递的热可受到限制以便降低掩模的热收缩。作为选择或附加，压模可与支承辊热绝缘。压模可与支承辊通过任何适当的方式热绝缘，例如在压模上涂层绝缘物、在支承辊上涂层绝缘物等。优选的是从压模到压模支承辊的热损失小于50％，更优选地小于10％，并且更优选地小于1％。
已经发现通过减小加热的压模和幅面料之间的接触时间，可以通过限制来自压模主体的热损失，实现尺寸变化的减小。压模温度和压模主体温度的减小优选是50℃或更小，更优选是25℃或更小并且更优选是10℃或更小。减小接触时间可以通过增加幅面料速度和/或增加承载压模的回路速度来实现。但是，有利的是在增加速度时还增加了由压模承载的热量，以便承载足够能量，从而根据需要熔融流动幅面料表面。在挤压区域内幅面料与压模的纵向接触(幅面料运动方向)最好在长度和时间上都短。幅面料最好以每秒钟3～30英寸的速度输送。压模和幅面料之间的接触时间优选为300毫秒或更小，并且更优选为20毫秒或更小，但优选大于0.5毫秒。特别在压模和幅面料在挤压区域内压在一起时，纵向接触的长度优选为20mm或更小，更优选为5mm或更小。通过限制幅面料和压模的接触(例如长度和/或时间)，可以实现减小的衬底反卷。
压模可通过任何适当的装置承载以通过挤压区域。再次参考图1，压模14通过支承件28承载通过挤压区域16。支承件可以是幅面料、片材、链条、带或托盘、“转轮构造”、支架、环带、轨道、鼓、辊等。支承件28优选是将压模14反复输送通过挤压区域16的闭合回路。如图1所示，支承件28是平片材。在可选择的实施例中，例如图2和4所示，支承件28可以是支架。
压模可以通过任何适当的压力机或加压装置压靠在幅面料上。用于加压的装置最好是一组辊，该辊成形夹紧点或夹持件。压力机最好将500PLI(每线性英寸的磅数)或更小的压力传递到压模/幅面料接触区域。挤压压力最好在50PLI到300PLI的范围内。
如图1、2和4所示，压力辊20和支承辊22通过用于将压模和幅面料压在一起的挤压区域16。特别在压模和幅面料通过例如鼓的圆形压力机压在一起时，纵向接触的长度优选为20mm或更小，更优选为5mm或更小并且更优选为1～2mm。压力辊20和支承辊22最好是由刚性材料制成的鼓或辊，该材料例如是金属、合金、陶瓷等。压力辊20和支承辊22最好具有光洁表面。在优选实施例中，压力辊20和支承辊22涂层一种材料，该材料选择成影响压模/幅面料界面的时间/温度曲线(如上所述)和/或影响压模/鼓界面的润滑性、和/或提供柔顺表面(如下所述)。支承辊的特性应该防止接触压模时产生碎片。代表性的涂层材料包括铬、钴、镍、铁、钢、不锈钢、钼、钛、锆、氧化锆、氮化硅、氮化钛、合成金刚石(DLC)、聚四氟乙烯或所述或类似材料的聚四氟乙烯填充矩阵。压力辊20和支承辊22最好是可转动的。辊可自由滚动或通过一个或多个驱动器24和26转动。驱动器24和26最好相互独立。如果支承辊22以偏置温度加热，最好是在比压模14的幅面料/压模界面侧处实现的峰值处理温度低的情况下操作。通过积极地控制支承辊的温度，通过限制压模传递到支承辊的热量，可以改善微结构的复制。
采用压模和一组挤压辊成形幅面料的优选方法包括通过增加挤压压力抵消向下的幅面料压模弯曲变形并减小挤压压力抵消幅面料横向或幅面料移动变形，使得压模弯曲变形与幅面料拉伸变形平衡。例如55肖氏D硬度的挤压辊与具有弯曲压模的8”挤压鼓一起使用。通过在600和900lbs之间改变挤压力，可以在幅面料横向和幅面料向下方向之间平衡椭圆度，以便改善图案质量。
尽管这里披露的设备可在所有类型的成形幅面料材料中具有广泛的应用，幅面料材料最好是具有用于制造光存储器盘的适合光学、机械和热性能的聚合物材料。最好是，幅面料材料是热塑聚合物，例如聚碳酸脂、聚亚甲基丙烯酸酯、聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、聚砜、纤维物质等。幅面料材料最好具有适用于光存储器盘的折射率(例如1.45～1.65)。根据所需应用，幅面料厚度最好是大约0.05mm～大约1.2mm。最好对于在幅面料上复制一个、两个、三个、四个或多个图案来说，幅面料12应足够宽。幅面料材料可含有一种或多种添加剂，例如抗氧化剂、UV吸收剂、UV稳定剂、荧光或吸收染料、抗静电添加剂、隔离剂、填料、可塑剂、软化剂、表面助流剂等。幅面料材料最好是“离线”预先制造的卷筒，该卷筒可在环境温度下供应到系统中。在环境温度下将卷筒形式的幅面料材料供应到系统中，使得加工灵活性和效率更大。
为了形成压痕，在接触幅面料之前，压模通过加热器加热。加热器可以是任何适当加热装置，例如直接能量源、感应加热源、传导加热源、辐射加热源等，或是任何组合形式或等同形式。压模最好与包括夹紧件、幅面料、辊等的系统其他元件分开进行加热。压模最好在承载到挤压区域之前加热。最好是，支承鼓也加热。
加热最好通过感应加热线圈来提供，该线圈产生压模的直接电阻加热。感应加热线圈最好由传导材料制成，例如铜、铝、银等。感应加热线圈可包括一系列成形导体，该导体连接在适当的能量源上。感应加热线圈最好通过水冷却。感应加热线圈最好靠近压模放置以便在激励感应加热线圈时产生电阻加热。感应加热线圈最好放置在压模的1mm～50mm范围内。当压模通过感应加热线圈加热时，压模可升高到足以熔化幅面料表面的温度。通过调整感应线圈的尺寸和几何形状、通过适当选择压模的材料并改变压模和感应线圈之间的距离可以选择对于压模进行耦合的大小和一致性。如图1、2和4所示，感应线圈18布置在复制区域的上游并靠近压模的路径。
在压纹期间，过度的收缩和/或幅面料材料的次表面退火可导致幅面料反卷。即使衬底少量的反卷对于光存储器装置来说也是具有问题的。本发明考虑多个方法降低反卷的可能性。这些方法包括以下一个或多个方法当幅面料通过挤压区域时控制压模/幅面料界面温度和时间的关系，在高于玻璃转换温度Tg的温度下缩短整个处理时间和/或限制幅面料加热高于Tg的深度。通过改变幅面料反卷角度和/或另外在两侧加热幅面料可降低幅面料反卷。这些方法的每个可单独或组合使用以便改善复制品图案成形并降低反卷。
按照本发明，提供一种通过熔融流动幅面料表面成形聚合幅面料衬底的方法。熔融流动成形是加热幅面料材料表面成为熔体、使其移位并接着稳定的方法。可以注意到，通过界面表面熔融流动以成形聚合物衬底不同于传统的压缩松弛方法。在熔融流动中，当压模冲击在幅面料上时，幅面料表面加热到材料熔化并局部流动的程度。材料移位和局部流动相结合使得幅面料表面快速和准确地与压模上的微结构图形相符合。在分开压模之前，使得幅面料稳定。作为比较，压缩松弛方法在一段时间内并在低于熔化或流动温度以下的温度下使用力变形和移位材料，以便通过压缩力松弛幅面料内产生的应力。通过使用熔融流动成形来代替压缩松弛方法，大大缩短图案成形所需时间以便限制幅面料主体加热。
在熔融流动成形方法的优选实施例中，压模表面设置在熔融流动温度(Tf)或以上。暂时升高压模/幅面料界面温度到Tf或以上使得幅面料表面快速并没有应力地成形为压模的微结构的形状。虽然压模/幅面料界面应该足够热以便造成幅面料表面熔融流动，但不应该太热使得幅面料的整个截面熔化。幅面料优选地从界面表面熔融流动向下到达0.2mm或更小的深度，更优选地到0.1mm或更小的深度，更优选地到0.05mm或更小的深度，最优选地到1μm或更小的深度。将处理热渗透深度限制到最小，直到将要成形的结构的深度，这样可减小次表面的移位和材料次表面退火，以便降低变形和反卷。
可以多种方式提供熔融流动时间/温度曲线，这包括将压模峰值温度与压模热性能平衡，调整幅面料的最初温度和热响应，调整压模/幅面料界面的最初温度和热响应和/或改变形成挤压区域的辊的热性能。图3表示按照本发明优选实施例的熔融流动成形的方法的时间/温度曲线。如图所示，在压纹期间幅面料表面的温度(y-轴)在一段时间(x-轴)之后取得。在接触时间内，幅面料表面的温度从环境或Tcold(图点A)附近倾斜上升到Tf(图点B)或以上并接着(快速)冷却以便在压模与幅面料分开之前稳定图案。作为选择，在压模与幅面料接触之前幅面料可预先加热到环境温度或甚至高于Tg。最好是在压模与幅面料分开之前幅面料表面温度下降到Tf或以下(图点C表示)。
压模最好在幅面料的熔融流动温度(例如小于Tf的温度)以下的界面温度下与幅面料分开。通常应该注意到界面冷却速度可通过许多条件影响，其包括传导到幅面料内的热量，幅面料/压模界面的热性能，压模的导热性、提供一个或多个绝缘层和有效界面温度控制。压模最好在高于玻璃转换温度Tg的温度下分开。由于与熔融成形相关的成形应力，在与压模分开之后，幅面料的处理表面能够保持其微结构并继续冷却。
尽管不希望由理论束缚，聚合物响应位移力涉及到粘度成分和弹性成分。在Tf下，粘性成分是主要的，并且在Tcold(低于Tg的温度)下，弹性成分是主要的。在Tg(玻璃转换温度)以上，出现转换，其中自由空间的增加使得转动或平移的分子运动出现。这种自由使得一个分子运动超过另一分子，造成粘性行为变成更加主要。在Ts或Tsoft(低于Tf但高于Tg的温度)下压纹聚合物材料需要在压模分开之前显著地降低应力。作为比较，本发明的多个实施例考虑在Tf或以上的温度下压纹盘衬底，并在分开之前将压模/幅面料层压件冷却到Tf以下，但不需要低于Tg。本发明不同实施例中到达最佳温度点使得幅面料内的微结构在分开之后足够稳定以便保持其形状，同时避免与压模收缩相关的宏观和微观的变形。通过在压模处提供低粘度界面，本发明的熔融成形方法旨在消除与传统“热压纹”相关的聚合物松弛时间的限制。通过重新成形表面，熔融成形还改进了幅面料厚度和纹理变化的加工误差。熔融成形还可在压模/幅面料分开之前利用增加的表面活动性和快速重新稳定性。通过控制压模/幅面料界面的时间/温度曲线，压模上的微结构可转移到幅面料上，并减小例如微涂抹、轨线形状变形和反卷的缺陷。由短时间/高温度曲线得出的另外优点是限制进入幅面料材料内的热渗透深度。受到限制的热渗透有助于减小聚合物的次表面退火，退火则是反卷的主要因素。快速熔融成形可减小传递到幅面料的总体热载荷。降低的热载荷可降低热渗透深度。同时可以通过调整时间/温度曲线的形状降低平均热暴露以便在该表面实现极高的峰值温度，随后快速冷却，由于某些聚合物在极高的峰值温度下的不稳定性，造成这种方法实际上受到限制。
尽管通过适当选择材料可以获得很宽范围的温度/时间曲线，过高的峰值温度始终是不希望的。已经发现，如果可暂时降低Tf和Tg之间的差别而不降低幅面料聚合物的总体物理性能，可更容易地提供熔融流动成形。本申请人已经发现在熔融成形之前在幅面料表面上有选择地使用助流剂可降低所需的熔融流动成形峰值温度，而不降低幅面料聚合物的总体物理性能。为了获得增加的较好的流动动态性能而没有过度加热的不良后果，已经发现可以使用添加到幅面料表面或表面区域内，以便暂时增加流动性能的添加剂。
幅面料材料最好设置有助流剂。助流剂可以是添加在幅面料中的任何材料或合成物，它在熔融流动的情况下为基本的幅面料材料提供增加的流动性能。助流剂最好是有效地降低表面熔融流动温度的物质和/或增加表面冷却速度的物质。助流剂最好设置足够的量，以便在给定温度下降低幅面料的动态粘度。最好在幅面料表面区域内提供0.1～1.0％重量百分比的助流剂。因此，幅面料材料最好具有至少足够的助流剂，以便降低Tf，从而低于干式或没有助流剂的材料的记录值，并最好添加足够量，使得额定峰值处理温度降低5％～50％。通过提供足够量的助流剂，以便调整幅面料的熔融流动特性，从而通过熔融成形制造改进的光存储器品质的微结构。
助流剂最好提供在幅面料表面上或幅面料表面内的一定深度内。助流剂最好设置在将要制造的结构深度上或仅低于将要制造的结构。助流剂最好设置在至少0.003μm的深度上。助流剂可在幅面料的整个截面上设置，但优选地至少到顶部50％或更小，更优选地到顶部10％或更小。助流剂优选地从该表面到10μm的深度进行设置，并且更优选地从表面到3μm的深度进行设置。在优选应用中，只有表面区域开始的1.5μm具有助流剂。
已经发现水是特别有用的助流剂。不仅已经发现水是有效的助流剂，而且通过有效地冷却幅面料表面以便阻挡从压模传递的连续热量，水可有利地改变幅面料/压模界面处的时间/温度曲线。另外，确信的是水蒸发的高热有利于在压模/幅面料界面处快速冷却以便降低图案稳定时间。传统上，在压纹期间存在于幅面料材料中的水有非常大的问题，这是由于幅面料中截留的水可蒸发并产生气泡。这些气泡通常形成在幅面料和压模之间的界面处，在幅面料表面产生下凹的凹入部。这些气泡继而降低最终产品的光学性能。对于水的问题来说典型的解决方法是通过干燥幅面料和通过在相对低温(低于Tg)下处理幅面料来去除水份。本申请人发现熔融成形期间幅面料表面中存在的水是有利的，这是由于适当的水量不仅可改善转移到幅面料上的微结构的质量，而且还可在不成形水蒸气气泡的情况下实现。通过提供短的处理时间以及浅的热渗透深度可以防止具有破坏性的水蒸发。由于水的存在可以提高熔融成形工艺的效率，可以降低峰值处理温度。降低峰值处理温度还进一步降低热渗透，由此造成更小的反卷。最好是水量占幅面料材料的大约0.1％～0.4％重量百分比。为了在幅面料表面内提供优选量的水，可以增加、去除湿度或两者均可。在某些情况下，在压纹之前干燥幅面料。在其他情况下，幅面料可以在压纹之前进行表面水处理。在其他情况下，通过首先干燥幅面料并接着在压纹之前用水处理预先干燥的幅面料，来对于幅面料进行表面处理。
同样理解到，尽管水是优选的物质，还可以使用其他的助流剂。其他的助流剂包括以适当的量施加在幅面料表面上或与幅面料表面成形整体的可塑剂、树脂乳剂和隔离剂。优选的助流剂可包括一种或多种化合物，该化合物选自脂肪酸酯和脂肪酸的化学族。优选的助流剂包括脂肪酸酯，季戊四醇四硬脂酸酯。助流剂可通过适当的方式供应到幅面料上，例如浸渍、涂层、喷射、细小雾气、吸收、浸没在添加湿润剂的浴中、蒸气室、添加到最初塑料树脂中、添加到最初挤压原材料中等。助流剂最好以如下方式施加，即在幅面料材料表面上提供均匀的材料涂层。最好是助流剂提供适用于在熔融成形过程中暂时降低有效幅面料Tf的性能和/或由于处理的条件造成永久性增加幅面料表面Tg。
为了在幅面料成形期间实现优选的温度曲线，形成挤压区域的辊或鼓可调整其热传递性能，以便足以保持幅面料/压模界面的适当加热和冷却，例如有源或无源的加热或冷却。参考图4，辊20和22可以是导热性的并设置外层21和绝缘层23(分别)，该层选择成仅有足够的热绝缘性，在压模14与幅面料12分开时，使得幅面料表面冷却到其熔融流动温度(Tf)以下，但不需要低于其玻璃转换温度(Tg)。如果外层21和绝缘层23过度绝缘，幅面料表面不能充分冷却以便在压模14与幅面料分开时完全稳定，使得微结构改变形状。如果外层21或绝缘层23处于绝缘，压模14可冷却很多，使其在与幅面料脱离接触之前收缩，造成微结构的涂抹和轨线形状的变形。
在用于成形聚合幅面料材料的方法的优选实施例中，幅面料还在与形成微结构的地方相反的侧部加热，例如在“空白侧”。幅面料“空白侧”上的加热可以抵消来自后期退火冷却的残留反卷力。可以通过任何适当的加热装置为空白侧提供热量。热量最好通过辐射热提供或通过加热辊提供到幅面料上，加热辊构造成抵消由压模接触造成的热渗透深度。幅面料的空白侧可在进入处理挤压区域之前加热，例如通过辐射热或传导热，或在处理挤压区域内在微结构成形的同时进行加热。空白侧最好充分加热以便平衡压模侧产生的次表面退火。空白侧还可以加热压模的相同方式进行加热，例如通过感应加热。这种方法进行延伸以便同时实现幅面料两侧的熔融成形。
实际上，幅面料材料可通过任何适当的幅面料供应装置输送到挤压区域。用于供应的装置最好是适合沿幅面料路径连续输送幅面料材料到压模的装置，例如板材供应装置、折叠材料供应装置、辊式供应装置、幅面料挤压成形装置等。幅面料供应装置最好是辊式供应装置，例如图5和9中300所示的装置，它用于将预先制造的聚合幅面料材料卷筒供应到挤压区域。聚合幅面料材料卷筒最好包括可除去的材料膜或保护层，例如幅面料上的较软的塑料膜层。通过使用具有较软保护层的幅面料，幅面料可以卷起来、展开并再卷起来，而表面有很少或没有刮痕，否则刮痕会影响用于光存储器装置的幅面料的使用。
幅面料供应装置可以通过例如拾取辊的幅面料拾取装置来实现，以便在处理或成形之后收集幅面料。作为拾取辊的替代，幅面料可在成形之后切成部段(如下面所述)或可以进一步处理成成品或半产品的光存储器盘。
幅面料成形设备最好适于调整幅面料张力中的变化，使得幅面料既不绷得过紧也不过于松弛。绷得过紧的幅面料可造成幅面料断裂，而过于松弛的幅面料可造成阻塞或其他问题。另外，挤压区域内的张力控制应该控制成降低次表面材料的移位和复制图案的椭圆率。为了调整幅面料张力中的变化，系统可设置一个或多个张紧辊。张紧辊通常在材料处理操作中为人所知，并可以用来控制幅面料速度和张力。
可以在挤压区域上、挤压供料处、挤压出料处以及整个系统上控制张力。挤压供料处的张力最好接近0到中性。
该系统还可具有一个或多个导向辊(未示出)以便在幅面料路径上引导幅面料，从而改变幅面料进出挤压区域的角度并改变幅面料的方向。最好是，有至少一个导向辊和/或张紧辊以用来引导幅面料离开挤压区域。这些导向辊和/或张紧辊可用于另外的目的，即建立处理挤压区域入料和出料接触以及幅面料和压模之间的分开角度。离开挤压区域一侧上的导向辊最好使得最初幅面料/压模分开角度是大约90°±1°。导向辊最好在排出挤压区域之后引导幅面料马上离开压模。
参考图1、2和4，加热的压模14通过支承件28承载到挤压区域16。由于自由浮动通过挤压区域，压模14最好层压在幅面料12上。支承件28最好独立于挤压辊20和22及其任何部件，或者可从这些部件上拆卸下来。支承件28的独立性使得在挤压区域16内压模14在其变得暂时层压在幅面料上时大致自由地浮动在幅面料12上。通过独立支承件将压模层压在幅面料上，可以实现压模具有一个以上的运动自由度并且更优选的是具有两个以上的运动自由度。通过具有一个以上的自由度，在熔融成形过程期间压模14可更好地调整并与辊压力产生的扭矩相对应，并更完全地适应幅面料纹理和厚度变化。
现在参考图2，其中描述按照本发明优选实施例的成形系统，该系统包括幅面料成形设备10，该设备具有减小压模进入挤压区域16的角度的特殊支承件。该系统包括幅面料供应装置42、与幅面料供应装置42连通的幅面料路径44和布置在幅面料路径44和压模14内的挤压件或挤压区域16。压模14由一组“环带”118、128承载，环带形成跟随幅面料路径44通过挤压区域16并在压力辊20和支承辊22之间承载压模14的支承件。支承件最好可从压力辊20和支承辊22拆卸下来，并最好造成在挤压区域16内将压模14暂时层压在幅面料12的表面上。如图所示，环带形成用于压模在上面行驶的支架114。支架114提供单独承载压模通过挤压区域16的装置。通过单独承载压模14进入并通过挤压区域，可以更好地提供加工的热配置。另外，通过单独承载压模14通过挤压区域，可几乎平地保持压模，由此降低成形具有小直径载体鼓的形状的弯曲压模所造成的椭圆率。
如图所示，支架114围绕支承辊22支承在多个辊30、32、34上。辊30、32、34使得导轨118、128自由转动。压模14可通过任何适当的装置连接在导轨118、128之间并通过导轨支承。导轨最好分开与支承辊20的宽度(横过幅面料)相同的距离，使得只有压模(与导轨相对)在操作期间接触支承辊。导轨118、128最好具有显著大于支承辊22周边的周边。导轨与支承辊周边的比例优选为至少5∶4，并且更优选为13∶8或更大的比例。具有大周边的导轨可有助于保持压模平直地通过挤压区域16。
在操作中，支承辊22与压模14的后部接合以便引导压模与幅面料2接触，同时压力辊20压靠幅面料到压模的前部。辊表面最好选择成提供所需接触均匀性，使得挤压区域动态形状最佳化并平衡压力分布，以便减小总体的图案变形。压力辊和/或支承辊最好包括柔顺表面。具有柔顺表面的压力辊和/或支承辊可为压模提供足够的柔性以便适应幅面料厚度变化从而改进图案成形。柔顺材料厚度优选在0.05和0.5英寸之间，并且更优选为大约0.125±0.1英寸厚。柔顺材料21优选地选择成具有小于80肖氏D的硬度等级并优选在90肖氏A和60肖氏D硬度之间。支承辊22还可包括柔顺材料23的层，该材料可与压力辊的柔顺材料相同或不同(厚度、柔顺度、弹性、润滑性和/或导热性能)。如果两个辊具有柔顺表面，该表面最好调整成使得综合的性能造成压力和导热均匀性最佳化而不在压模/幅面料层压件内造成压力、剪切和/或速度不稳定。优选的柔顺材料包括(但不局限于)腈、EPDM、Kapton、环氧化物、填充环氧化物、Teflon和注入Teflon的聚合物、金属或陶瓷矩阵。还理解到可以使用用于熔融成形光存储器微结构并具有柔顺和导热性能的任何材料，其径向偏移小于±0.8度，并且切向偏移小于±0.3度。
参考图5，其表示制造光存储器介质200的系统的优选实施例。系统200包括幅面料供应装置300、幅面料材料成形设备10、涂层施加装置400、幅面料切断装置500和匣盒式加载或累积装置600。系统200可用来处理连续幅面料材料12以便制造成品光存储器存储介质，例如光盘。
如图5所示，幅面料材料12的卷筒310通过幅面料供应装置300提供。用于制造光存储器衬底的幅面料材料12可以具有任何宽度和厚度。卷筒310可互换地安装在包括在供应装置300内的卷轴上。从卷筒310中分配的幅面料材料12可经过一个或多个导向辊/张紧辊330到达成形设备10。
由于已经在前面说明了衬底成形设备的多个实施例，理解到已经描述的幅面料成形设备的任何实施例可使用这里描述的系统200。成形设备10从幅面料供应装置300接收幅面料材料。盘衬底成形设备10用来将微结构图形成形在幅面料材料上。在微结构成形在幅面料材料上之后，材料可进一步处理以便完全完成光存储器装置的制造。为了进一步处理幅面料材料，材料可输送到涂层施加装置400。
对于截断成幅面料材料带之前的幅面料来说，多种涂层可以连续的方式施加在幅面料材料上，或在截断之后成批涂层。涂层施加装置400可包括一个或多个涂层单元410、412等，该单元用来将涂层施加在幅面料12上。涂层单元能够在幅面料12周围保持真空并使用一个或多个涂层方法施加涂层，例如CVD、PVD、PCVD、PECVD、PML、LML、溅射或其他沉积方法。
下面的表1表示可用来在相变、光存储器衬底上成形所需涂层的示例性的方法、涂层和涂层厚度。
表1
涂层单元410可用来施加大约500～2000埃厚度范围的介电防反射涂层并更优选地在60～150埃厚度范围内。电介质涂层可包括任何适当的材料，其包括二氧化硅、氮化硅、氧化钛、硫化锌、氧化硅、氮化锗、硅石、氧化铝、以上的组合和类似物。最好是，介电防反射通常具有大约2.2的折射率。为此，优选的是可以沉积折射率大约为1.9的氮化硅以及可沉积折射率大约为2.3的氧化钛。
尽管可以使用任何类型的沉积方法施加介电防反射层，在优选的实施例中，使用微波PECVD方法。可用于涂层的微波PECVD方法的实例和系统包括美国专利号5,411,591；5,562,776；5,567,241；5,670,224；6,186,090和6,209,482所述的方法，其中每个专利结合于此作为参考。与其他沉积技术相比，例如以上参考专利中描述的微波PECVD方法是优选的，这是由于沉积进行的速度。沉积速度增加还可使得涂层所需的沉积腔室的总体长度减小。沉积腔室长度的减小可大大减小与沉积方法相关的成本。
存储器层涂层单元412可用来施加相变存储器材料涂层。存储器材料涂层优选地包括大约4～30纳米厚度范围的硫族化物合金，并且更优选地是大约20～25纳米厚度。尽管可以使用任何类型的沉积方法施加硫族化物合金涂层，在优选实施例中它是溅射到幅面料12上。
可以使用第二介电涂层单元414施加大约150～2000埃厚度范围的第二介电涂层，并且更优选地大约20～25纳米厚度。适当的介电材料包括所述的那些。尽管可以使用任何类型的沉积方法施加第二介电层，在优选实施例中，使用微波PECVD方法。
用于沉积反射或散热材料的涂层单元416可用来施加例如铝或类似物的金属薄层到衬底上，涂层厚度在大约1～1000纳米范围内，并且更优选的是大约60～150纳米厚度。尽管可以使用任何类型的沉积方法施加任何适当材料涂层，在优选实施例中，反射或散热层是溅射或蒸镀在幅面料12上。
涂层单元418可用来施加保护涂层。保护涂层最好是1000～7000纳米后。保护涂层可由任何适当的透光材料制成，例如热固树脂、uv树脂、丙烯酸酯等。在优选的实施例中，使用聚合物多层或液体多层(PML/LML)方法提供丙烯酸酯涂层。PML方法涉及通过例如挤压成形、凹版印刷辊、喷洒等方式将单体液体直接真空涂层在衬底上，并随后辐射交联薄液体涂层内的单体。LML方法可需要超过10微米的涂层，并且因此对于成形丙烯酸酯涂层来说，PML可以是优选的。
每个涂层单元410、418等真空腔室相互之间、与幅面料成形以及供应装置的隔离可通过任何适当的隔离装置来实现，例如气门等。
用于两个介电涂层的材料以及两个介电涂层的厚度应该仔细选择以便实现成品光盘的许多功能。这些介电涂层可保护相变涂层不暴露在氧或水蒸气下，氧或水蒸气可氧化相变材料并改变其性能。介电涂层还可用来提供好的对比度并有助于在相变涂层中吸收在盘上“书写”的激光束。介电层还可影响光盘的热性能。相变涂层和铝涂层之间的第二介电涂层选择成足够导热以便防止相变涂层的激光目标区域过热，但不过度导热使得过多的热损失到铝涂层中。最后，在激光加热时介电涂层为夹在其中的相变材料提供刚性支承件。
理解到所述的用于施加介电涂层的微波PECVD方法可使得介电材料在透镜上堆积，该透镜将微波源与PECVD腔室隔离。为了有助于连续幅面料工艺，已经开发出以连续方式有效地代替透镜的新型方法。
参考图6，用于制造光盘的材料幅面料12通过涂层单元410的沉积腔室440内的材料进行涂层。沉积腔室440包括开口442。聚酯的卷轴对卷轴幅面料420和其他柔性微波可透过材料可用来保护微波源430和沉积腔室440之间的透镜。微波可透过幅面料可连续或间断地从第一卷轴422抽出，通过开口442并绕在第二卷轴424上。相对辊426或其他装置可设置成在开口442和聚酯幅面料420的相交部处产生密封。聚酯幅面料420在PECVD操作期间前后通过开口442并反复卷绕，直到表面421上的材料(例如介电涂层材料)积累到需要更换为止。使用聚酯幅面料420以便提供进入沉积腔室440的微波“窗口”可大大地增加窗口的寿命。
对于形成相变光存储器存储装置的涂层的以上描述只是示例性的。理解到涂层系统可用来以不同顺序和不同厚度施加任何数量的不同涂层，以便产生范围广的光存储器储存装置，例如此申请的背景技术中所述的那些。因此，相变存储器装置的详细描述应该不限制本发明的范围。
再次参考图5，在涂层之后，幅面料12排出涂层施加装置400并进入幅面料切断或截断装置500。幅面料切断装置500可以是适合将幅面料分成部段或条510(即具有不同宽度或长度的多个盘)的任何装置。幅面料切断装置可包括用于截断幅面料的转动刀具。幅面料切断装置还可包括用于除去由刀具产生的尘土或碎片的系统，例如离子空气和真空。
在带510成形之后，它们收集或累积在具有累积装置600的筒或可拆卸的匣盒610中。通过将盘收集到积累器中，可以增加线速度并通过在可拆卸的匣盒中收集幅面料部段，幅面料部段可离线或在多条线上完成。还可通过幅面料或通过压纹和涂层材料的连续卷筒直接完成盘的最后加工。
盘的最后加工需要对于复制衬底和盘微结构的外部(外直径o.d)和中央部分(内直径i.d)进行准确成形。盘的最后加工可包括任何多种操作，例如冲压、切削、铣削或其他成形盘内径和外径的方法。
参考图7，其表示按照本发明优选实施例的盘最后加工系统800。盘最后加工系统可适合接收来自累积装置610的带510。在盘最后加工系统的开始，幅面料的带510从匣盒中卸载到输送机。带可输送到粗切断或切方块站820。在切方块站，带510可切成更小的形状，例如仅含有单个盘微结构的方块822，方块接着输送到分离器环形压纹站830，其中可以成形衬底材料的升高的边缘(即盘分离器环)。分离器环使得叠置的盘在叠置在一起时便于分开并防止损坏微结构。盘衬底上成形分离器环之后，每个衬底可输送到中心孔冲压或冲切站840，并接着到废料(盘外部的材料)去除站850。在中心孔和盘周围的废料去除之后，单独的半成品盘可叠置在叠放站852处。
参考图8，这里描述优选的幅面料截断站，其包括对中盘衬底的微结构图形的装置842。装置842可包括台或平台844，其布置在幅面料12的上方，在幅面料12已经成形有盘衬底微结构图形13。台844可通过机动组件(未示出)有选择地在x和y方向上平移。光传感器846可通过台支承并正交地指向幅面料12。光传感器846可提供检测信号到控制单元848。控制单元848接收的检测信号可用来控制台844的对中和平移。台844平移使得每个光传感器846直接位于盘衬底上的微结构图形13的边缘上方。一旦台844在微结构图形上方对中，台844中央承载的冲压单元860可用来成形存储器装置的中心孔(内径)和/或(外径)。
冲压单元的优选实施例在图9中以860表示。冲压单元860可包括阶梯形中央冲模862、硅胶垫864、弹簧866和冲模模槽868。冲模可由任何适当材料构造。冲模可包括一个或多个阶梯。最好是，每个阶梯具有适合干净地刺穿聚合物衬底的深度。弹簧866可布置成向下偏置垫以便将幅面料12夹紧在垫864和冲模模槽868之间。阶梯形冲模862可接着下压通过幅面料12以便在其中成形中心孔。成形在中心冲模862内的阶梯可减小中心孔具有锯齿或不规则边缘的可能性。
现在参考图10，图10是用于成形光存储器200的系统的另外实施例，其中相同的参考标号表示其他附图所示的相同元件。如图10所示，幅面料供应装置300可包括对接单元340以便由幅面料材料的多个卷筒310供应连续的幅面料。
图10示意表示的系统可特别用于DVD光学衬底的制造中。如上所述，DVD通过将两个盘接合在一起来制造。粘接在相对盘上的载有信息的盘的表面是其上施加有一个或多个涂层的同一表面。但是，涂层不利于在载有信息盘和相对盘之间形成机械牢固并紧密密封的粘接。因此，需要在载有信息的盘上留有未涂层部分(即周边的外边缘和内周边)。因此，用于在涂层之前遮蔽衬底一部分的系统可用来成形具有未涂层外部和内部区域的盘衬底，该区域在粘接存储器装置中是有用的。
按照用于在涂层之前遮蔽衬底一部分的系统的优选实施例，提供一种分度机构使得可以准确地成形存储器装置的边缘。衬底的分度可通过一个或多个预先冲压和后序冲压站来提供，图10中分别标号为900和950。分度使得盘的拆卸以及幅面料材料的累积和涂层准确地进行。
例如，图11表示盘13在不同的成形阶段A，B，C和D，其表示盘衬底逐渐通过不同的处理站。在阶段A，预先冲压站900(图10)可在幅面料上制成中心孔15以及一个或多个对准孔17。中心孔15可通过熔化、钻削、切削等任何方式成形，例如图9所示的冲压单元。中心孔15可具有同于或小于成品光盘的最终中心孔直径的直径。如果中心孔15的直径小于成品光盘所需直径时，可以在以后的处理阶段中将其扩大。与中心孔15类似，对准孔17可通过任何方式成形，例如轮齿冲压。对准孔可以或不可以整个延伸通过幅面料12。最后是，中心孔15与每个对准孔17准确地间隔相同距离，使得对准孔和中心孔的关系是公知的。
继续参考阶段A，在中心孔15和对准孔17在幅面料12中成形之后，幅面料到达幅面料成形设备10。成形设备10可装备与对准孔17接合的装置，例如插销或键。通过与对准孔接合，成形设备10可将压模与幅面料12对准，使得微结构图形围绕中心孔15准确地定位。
参考图11的阶段B，在微结构图形成形在幅面料12上之后，盘衬底13输送到后序冲压站950(图10)。在后序冲压站950中，中心插塞952可插入中心孔15。中心插塞952可由任何适当的材料制成。中心插塞952可通过任何适当的方式紧固在盘衬底13上。中心插塞952大于中心孔15，使其遮蔽盘衬底19的内周边区域954。遮蔽的内周边区域954最好固定成具有大致传统介质宽度的宽度。
参考图11的阶段C，外遮蔽件956覆盖在盘衬底13上，衬底同时位于后序冲压站950上。外遮蔽件956可通过与幅面料的对准孔17接合来与幅面料12对准。外遮蔽件856可由任何适当的材料制成。外遮蔽件956可以任何适当的方式紧固在盘衬底13上。外遮蔽件956的内开口957的直径小于盘衬底13的最终直径，使其覆盖盘衬底的外周边区域958。遮蔽的外周边区域958优选地具有大约1/2～3mm的宽度，并更优选为大约1mm的宽度。
在插塞952和外遮蔽件956就位之后，盘衬底13可从后序冲压站950输送到幅面料切断装置500，在该处，幅面料12可切断成适当长度和/或宽度的带510。带510可累积起来以便进一步成批处理或马上输送到涂层施加装置400。在涂层施加装置400处，带可放置在沿转动鼓部分450的内圆柱形表面布置的轨道内。带510可加载到鼓内部或涂层流中。在涂层过程中鼓可通过适当装置密封。
涂层施加装置400的鼓450可布置成垂直于幅面料12供应方向转动。将鼓垂直于幅面料供应方向布置使得幅面料带510直接线性前进到鼓450内。鼓450的与幅面料切断装置500相对的侧部可开口以便使得一个或多个涂层单元410插入其中。涂层单元410可安装在能够密封在鼓450内的内壁上。一旦安装有涂层单元410的壁闭合，鼓可围绕其轴线转动，使得沿鼓内壁布置的幅面料带510输送通过由涂层单元410限定的不同涂层区域。图12表示鼓450和限定其中的沉积腔室440的侧视图。为了采用鼓形涂层设备400进行涂层处理，可以冷却鼓450或鼓内的衬底。冷却鼓450的方法是围绕鼓的外部设置水套。使用水套可以控制鼓以及布置在鼓内部的幅面料带的温度。
继续参考图11，在盘衬底13涂层之后，去除插塞952和外遮蔽件956。盘衬底13接着出现在阶段D，其包括在外周边区域958和内周边区域954之外的表面上涂层。到达阶段D的幅面料带接着输送到最后加工线，例如结合图7所述的一个。但是，用于到达阶段D的盘衬底的最后加工站可需要另外的站以便将载有信息的衬底粘接在相对衬底上(例如空白或压纹的材料)。
鼓形涂层设备400的另一实施例是使得涂层设备400按照幅面料供应方向转动。因此，带或幅面料形式的盘衬底可在鼓转动时直接加载到鼓450上。
此前披露的本发明的实施例可使用或不使用熔融成形。虽然熔融成形可以在非常短的时间周期内(几十微秒的等级，优选为更小)将微结构成形在幅面料表面上，该方法的多个实施例可用于其他的复制过程。虽然在附图和以上说明中详细地描述本发明，而说明认为是示例性的而在本质上不限制本发明，这里的概念可适用于任何可成形的材料。本领域普通技术人员将理解到本发明可以进行变型和改型而不偏离本发明的范围或精神。例如，可以改变光学衬底的尺寸和成形其中的微结构而不偏离本发明的范围或精神。可以改变用于构造本发明实施例使用的不同元件(例如压力和支承辊、压模、压模支承件和加热器)的材料而不偏离本发明的范围或精神。另外，理解到用于压模的支承件和支承辊可结合在一起以便提供整体结构。压模可接着与带有绝缘体的支承辊分开。其次，理解到本发明可延伸到使用任何形式的光存储器衬底的实施例中，例如幅面料、片材、或其他形式。再者，通过以组合或分开使用所述的一个或多个实施例，通过1.2mm或更小的幅面料材料，可以制造出径向偏移小于±0.8度、切向偏移小于±0.3度的光存储器盘，其中重折率小于100nm双程，更优选地小于90nm双程，并更优选地小于60nm辐射双程。因此，本发明旨在覆盖所有的这些变型和改型，这些变型和改型位于所附权利要求及其等同物的范围内。
权利要求
1.一种在聚合物材料表面上形成微结构的方法，其包括如下步骤提供聚合物材料幅面料；以及采用加热的压模熔融成形幅面料的表面。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，压模通过感应加热来加热。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，聚合物材料的幅面料包括助流剂。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，聚合物材料的幅面料包括足够量的水以便在熔融成形期间提高表面流动性。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，加热的压模的温度变化是50℃或更小。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，压模与将要成形的材料接触时间是300微秒或更小。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，压模具有比镍低的热膨胀系数。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，熔融成形包括使得幅面料和压模在一组鼓之间接触，并且压模通过可从所述鼓上拆卸的支承件承载。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接触幅面料时加热压模的温度高于聚合物材料的熔融流动温度(Tf)。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，其还包括如下步骤当幅面料表面在聚合物材料的熔融流动温度(Tf)的温度或该温度之下时，将压模与幅面料分开。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，其还包括如下步骤当幅面料表面在聚合物材料的熔融流动温度(Tf)的温度之下但高于玻璃转换温度(Tg)时，将压模与幅面料分开。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括在成形期间在与压模相对的侧部上加热幅面料的步骤。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，成形包括使得幅面料和压模在一组鼓之间接触，幅面料一侧上的鼓设置在足以抵消来自压模的退火的温度下。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，幅面料一侧上的鼓设置在第一峰值处理温度以下的温度下。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，成形包括使得幅面料和压模在一组鼓之间接触，至少一个鼓具有柔顺的外表面，其硬度为80肖氏D或更小的硬度。
16.一种在聚合物材料的表面上形成微结构的方法，其包括如下步骤提供聚合物衬底的幅面料；以及采用感应加热的压模在聚合物材料的表面上形成微结构。
17.一种在聚合物材料幅面料的表面上形成微结构的方法，其包括如下步骤提供聚合物材料幅面料，其一个表面具有助流剂；以及采用加热的压模在表面上形成微结构。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，表面助流剂包括脂肪酸酯和脂肪酸。
19.一种在聚合物材料幅面料的表面上形成微结构的方法，其包括如下步骤提供聚合物材料幅面料，其具有带有水的表面区域；以及采用加热的压模在表面区域内形成微结构。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，提供足够的水量以便降低Tf，使其低于用于干性材料的温度。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，提供足够的水量以便在成形期间提高表面流动性，但小于产生大量气泡的量。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，水占有聚合物材料的0.1％～0.4％重量百分比。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，从表面到10μm深度上提供水。
24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，从表面到3μm深度上提供水。
25.如权利要求19所述的方法，其特征在于，至少到0.003μm深度上提供水。
26.一种制造用于连续幅面料成形工艺的压模的方法，其包括如下步骤为压模提供可转移的图案；弯曲压模；以及增加压模的厚度。
27.一种在聚合物材料的表面上形成微结构的方法，其包括如下步骤提供聚合物材料幅面料；以及采用热压模和短接触时间在聚合物材料表面上形成微结构，使得成形期间热压模内的温度变化是50℃或更小
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，温度变化是25℃或更小。
29.如权利要求27所述的方法，其特征在于，温度变化是10℃或更小。
30.如权利要求27所述的方法，其特征在于，压模/材料接触时间是300微秒或更小。
31.一种采用热压模在聚合物材料表面上形成微结构的方法，其包括如下步骤提供聚合物材料幅面料；以及采用压模在聚合物材料的表面上形成微结构，该压模具有比镍低的热膨胀系数。
32.一种在聚合物材料表面上形成微结构以便用于光存储器的设备，其包括幅面料供应装置；用于幅面料成形的装置，用于幅面料成形的装置具有压模和一组辊，辊形成与幅面料供应装置连通的挤压区域，压模通过可从辊拆卸的支承件支承。
33.如权利要求32所述的设备，其特征在于，支承件包括用于单独承载压模以通过挤压区域的支架。
34.如权利要求33所述的设备，其特征在于，一个辊是用于将压模压入幅面料的支承辊，支架包括一组用于支承压模的刚性环带，环带挤压大约支承辊直径的直径。
35.如权利要求34所述的设备，其特征在于，每个环带的直径与支承辊直径的比例是5∶4。
36.如权利要求34所述的设备，其特征在于，每个环带的直径与支承辊直径的比例是13∶8。
37.一种用于制造光存储器的设备，其包括幅面料供应装置；用于成形聚合物材料的压模，压模承载在环带上并与幅面料供应装置连通；用于在成形之后将幅面料材料截断的幅面料切断装置；以及用于在切断之后累积幅面料材料部段的收集器。
38.如权利要求37所述的设备，其特征在于，收集器包括可拆卸的匣盒以便在切断之后接收幅面料材料的部段。
39.一种在聚合物材料表面上形成微结构以便用于光存储器的方法，其包括如下步骤提供具有较软材料可去除层的聚合物材料幅面料的卷筒；以及采用加热的压模成形幅面料；以及再次滚压成形的聚合物材料。
40.一种用于制造光存储器的设备，其包括幅面料供应装置；用于成形聚合物材料的压模，压模承载在环带上并与幅面料供应装置连通；用于在成形之后将幅面料材料截断的幅面料切断装置；用于在切断之后累积幅面料材料部段的收集器；用于在幅面料材料的部段内制成对准孔的分度器；用于在成形之后覆盖幅面料材料的部段以便涂层的遮蔽站；以及用于在遮蔽之后施加薄膜到幅面料材料上的至少一个涂层施加装置。
41.一种用于通过连续幅面料工艺制造光存储器的幅面料截断站，其包括用于支承成形的幅面料材料的部段的平台；用于在冲模路径上对中成形幅面料材料图案的多个光学定位传感器；以及用于切断支承在平台上的幅面料的冲模。
42.一种在聚合物材料表面上形成微结构以便用于光存储器的方法，该方法包括如下步骤提供聚合物材料幅面料；提供加热的压模；以及在一组挤压辊之间加压加热的压模和衬底，其中至少一个挤压辊具有柔顺的外表面，该表面具有80肖氏D或更小的硬度。
43.如权利要求42所述的方法，其特征在于，柔顺的外表面具有90肖氏A到60肖氏D的硬度和0.05～0.5英寸的厚度。
全文摘要
用于在聚合幅面料材料(12)的表面上形成微结构(126)以便用作光存储器衬底的方法和设备。可通过将幅面料材料(12)暂时层压在热压模(16)上并进入热压模(14)、压力辊(20)和支承辊(22)之间形成的挤压区域(16)来成形微结构(126)。压模(14)可通过任何适当的加热装置(18)加热以便熔融流动幅面料(12)的表面并使其在分开之前稳定。压模(14)可通过支承件(28)承载通过挤压区域(16)，支承件包括支架(114)，其具有环带(118、128)和多个辊(30、32、34)，它们独立于压力辊(20)和支承辊(22)形成的压力装置。压力辊(20)和支承辊(22)分别通过驱动器(24、26)可转动地驱动。
文档编号G11B7/26GK1547523SQ02816725
公开日2004年11月17日 申请日期2002年6月26日 优先权日2002年6月26日
发明者M·亨尼西, D·斯特兰德, B·克拉克, P·加斯奥罗维斯基, , M 亨尼西, 乩嫉, 拱侣尬 够 申请人:能源变换设备有限公司