JP4267991B2

JP4267991B2 - パターン化されたメディア製造のためのディスク位置合わせシステム

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Publication number: JP4267991B2
Application number: JP2003321566A
Authority: JP
Inventors: ブルース・エム・ハーパー
Original assignee: コマーグ・インコーポレーテッド
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: US7682546B2; MY144428A; JP2004103232A; US6939120B1; US20050236738A1; DE10342300A1

Description

本発明は、ディスク・ドライブの分野に関し、より具体的には、ディスク・ドライブ・システムに使用されるディスクの位置合わせおよびインプリンティング（捺印法）に関する。

ディスク・ドライブ・システムは一般に、１つまたは複数の磁気記録ディスクと、ディスク上の略円形のトラック内部にデータを記憶する制御機構とからなっている。ディスクは、基板と、基板上に堆積された１つまたは複数の層とで構成される。ほとんどのシステムにおいては、アルミニウム基板が使用されている。しかしながら、ガラスなどの代替基板材料には、ガラス基板を使用するのが望ましい様々な性能上の便益がある。

アルミニウム、アルミニウム・マグネシウムなどの金属ベース材料のブランク・シートからディスク基板を製造するには、そのシートを打抜き加工して、内径（ＩＤ：inner diameter）と外径（ＯＤ：outer diameter）を有するディスクを生成することができる。内径と外径を打抜き加工した後に、ディスク形基板を熱処理して応力を除去し、次いで研磨する。次いで、このディスクは、ポリマー・オーバーコートで被覆される。

磁気ハードディスクの設計における動向は、ディスク・ドライブ・システムの記録密度を増大させることである。記録密度は、ある面積のディスクに記憶できるデータ量の尺度である。記録密度を増大させるための一方法として、ディスクの表面をパターン化して、ディスクリート・トラック・レコーディング（ＤＴＲ）と呼ばれる、ディスクリート・トラックを生成する方法がある。ＤＴＲディスクは、一般に、同心に配置された一連の、データ記憶のための凸ゾーン（ランド、エレベーションなどとも呼ばれる）と、サーボ情報を記憶させる凹ゾーン（トラフ、谷、溝などとも呼ばれる）とを有する。凹ゾーンは、凸ゾーンどうしを分離して、凸ゾーンへの意図しないデータ記憶を禁止すなわち防止している。

ＤＴＲ磁気記録ディスクを製造する１つの方法は、プリエンボス加工された剛体成形工具（スタンパ、エンボッサなどとも呼ばれる）による方法である。表面パターンの逆型がそのスタンパに生成され、この逆型が、ディスク基板の表面上に直接インプリンティングされる。次いで、薄膜磁気記録層が、基板のパターン化された面上にスパッタリングされて、これによって凸ゾーン、凹ゾーン双方の上に広がる連続的な磁気層を有するＤＴＲメディアが生成される。データ記憶ディスク基板上にトラックをインプリンティングするために、インプリンティング・テンプレートを、静水圧をかけることによって曲率を変更できる可撓性支持に取り付ける。この圧力を適宜変えることによって、インプリンティング面をディスク基板に接触させることができる。

インプリンティング面がディスク基板と同心に位置合わせされていなければ、インプリンティングされたディスクが不良となる可能性がある。ディスク基板の中心線から過剰に位置ずれしてインプリンティングされたトラックは、ディスク・ドライブ・ヘッドで読み出したときに、正常に動作しない。この要件は、両面にトラックをインプリンティングすることが必要なハードディスク・ドライブで使用されるディスクにおいて特に重要である。そのために、ディスクのインプリンティングには位置合わせステップが必要であり、このステップでは、ディスク基板が実際にインプリンティングされる前に、ディスクの中心線がインプリンティング面の中心線と位置合わせされる。

現在の位置合わせ方法では、一般に、高精度のアクチュエータまたはロボットを使用することが必要である。例えば、この高精度アクチュエータは、最初にディスク基板の中心線を求め、それをインプリンティング面の中心線と位置合わせさせる。このような高精度アクチュエータやロボットを使用することは、高価であり、維持費が高く、精度と信頼性が相反し、かつサイクル時間が長い。また、高精度アクチュエータやロボットは機械設備の重要な部分であり、広いフロア空間を必要とする。

本発明は、高精度のアクチュエータや位置合わせ工具がなくても、高精度にディスクを位置合わせでき、インプリンティングを行うことができるようにすることを課題とする。

ディスクをインプリンティング面に位置合わせする装置および方法について記述する。一実施態様においては、この装置は、ディスクの内径に係合するテーパ付ノーズを有する空気軸受けマンドレルを含む上金型と、空気軸受けマンドレルと同心の中心線を有する円形のインプリンティング面と、ディスクを拘束する空気軸受け空隙を有する下金型とを有する。上金型の下金型方向への軸方向の移動によって、ディスクの内径が案内されて、上金型の中心線と同時位置合わせされる。

添付した図面の図において、本発明を、限定としてではなく例として説明する。

以下の記述においては、本発明の様々な実施形態が完全に理解されるように、特性、構成要素、工程の例などの具体的詳細を多数記載する。しかしながら、当業者には、これらの具体的詳細は、本発明の様々な実施形態を実施するために使用しなくてもよいことは明らかであろう。他の例においては、周知の構成要素または方法については、本発明の様々な実施形態を不必要にわかり難くすることを避けるために、詳細には記載していない。

本明細書において論述する装置および方法は、様々な種類のディスクに使用できることを理解すべきである。例えば、一実施形態においては、本明細書で論述する装置および方法は、磁気記録ディスクに使用することができる。あるいは、本明細書に論述する装置および方法は、その他の種類のディジタル記録ディスク、例えば、コンパクト・ディスク（ＣＤ）、ディジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）、および光磁気ディスクなどに使用することができる。

一実施形態においては、本明細書で論述する装置および方法は、アルミニウム基板を用いて実施することができる。アルミニウム基板に関係する装置および方法の記述は、説明のためだけのものであり、アルミニウムまたは金属基板の位置合わせおよびインプリンティングだけに限定されることを意味するものではない。別の実施形態においては、ガラス基板を含むその他の基板材料、例えば、ホウケイ酸ガラスおよびアルミノケイ酸ガラスなどのケイ酸含有ガラスを使用することができる。また、ポリマーおよびセラミックスを含むその他の基板材料も使用することができる。

パターン化されたメディア製造のためのディスクを位置合わせする装置を使用するための装置および方法を本明細書に記述する。一実施形態においては、ディスクは、インプリンティング面と受動的に位置合わせさせられ、それによって高精度のアクチュエータや位置合わせ工具が不要となる。別の実施形態においては、この装置は、パターン化されたメディアの固有の横方向（side-to-side）位置合わせと反復性を確立する超高精度の金型セットを含む。空気軸受け支持の位置合わせマンドレルが、ディスク基板の厚みのばらつきを吸収する円形エラストマーに結合されたインプリンティング面と共に上金型内に配置されている。空気軸受けマンドレルの中心線は、インプリンティング面の中心線と一致している。下金型は、実質的に、位置合わせの前にディスクを拘束する空隙の内径近くに位置する環状空気「マニホルド」を含む。すべての金型本体構成要素、およびマンドレルを円形構成で、かつ同一材料とし、それによって熱歪みを最小化すると共に空気軸受け面における限界間隙を維持している。この位置合わせ工程は、空気軸受けマンドレルが、ディスクの中心線を自由に案内してインプリンティング面の中心線と位置合わせさせるという理由で、受動的である。

別の実施形態においては、高精度金型セットによって、パターン化されたメディアの基本的な位置合わせと反復性が確立される。精密な、全システム位置合わせを達成するために、空気軸受けが複数の位置で使用される。具体的には、空気軸受け支持位置合わせマンドレルが、上部および下金型に配置される。空気軸受け位置合わせマンドレルは、噛合せテーパ付ノーズ部分を有する。下金型は、１つの平坦面と１つの球面を備える２重空気軸受けネスト内にある。また、基板の厚みのばらつきを吸収する円形エラストマー・パッドを、基板に隣接する空気軸受けマンドレルの中心に配置することもできる。金型本体要素のほとんど、およびマンドレルは、円形構成、かつ同一材料として、これによって熱歪みが最小化され、空気軸受け面における限界間隙が維持される。

別の実施形態においては、空気軸受け支持位置合わせマンドレルは、下金型内に置かれる。密封封止された金型箔は、上部および下部の金型部片上の浅い空隙の上に溶接されている。金型本体要素のほとんど、およびマンドレルは円形構成、かつ同一材料であり、これによって熱歪みが最小化され、空気軸受け面における限界間隙が維持される。

別の代替実施形態においては、パターン化された箔が、ピコアクチュエータ（pico-actuator）を介して位置合わせされて、定位置に保持される。空気軸受け支持位置合わせマンドレルが、下金型内にあって、ディスクを受け入れる。金型本体要素のほとんどとマンドレルは、円形構成、かつ同一材料であり、これによって熱歪みが最小化され、空気軸受け面の限界間隙が維持される。

図１を参照すると、パターン化されたメディア製造のためのディスク位置合わせ装置１００の一実施形態の断面図が示されている。一実施形態においては、装置１００は、ディスク１８０またはそれに類似の基板を受動的に位置合わせし、インプリンティングする。ディスク１８０は、データ記憶用の磁気ディスク（例えば、ハードディスク・ドライブ用）でも光学式ディスクでもよい。装置１００は上金型１３０と下金型１３５を備える。支持部１０５、１１０とカラム１１５、１２０が上下の金型１３０、１３５を安定させる。

上金型１３０は、上金型１３０の中央部分近く配置された空気軸受けマンドレル１４０を含み、マンドレルは下金型１３５に向く方向にテーパが付けられたノーズを有する。空気軸受けマンドレルは、空気軸受けマンドレルの受動的に軸方向に移動させることができる空気マニホルド１７２によって支持されている。空気軸受けマンドレル１４０の直径は、ディスク１８０の内径１８２に係合するように寸法決めされている。上金型１３０は空気軸受けマンドレル１４０の周りに配置された第１のインプリンティング面１６０を備える。一実施形態においては、第１のインプリンティング面１６０は、ディスク１８０の厚みのばらつきを吸収するために、第１のエラストマー・パッド１６１に隣接させるか、あるいは結合させることができる。第１のインプリンティング面１６０は、ディスクに押し付けるためのトラック形状を有する箔とすることもできる。一実施形態においては、第１のインプリンティング面１６０の形状はディスク１８０と一致する円形である。空気軸受けマンドレル１４０の中心線は、第１のインプリンティング面１６０の中心線１９２と位置合わせされている。

下金型１３５は、エラストマー製環状体を収容するための円形の空隙１６５を有する。また、下金型１３５は、実質的に空隙１６５内に配置され、ディスク１８０を位置決めする環状空気マニホルド１７０を含む。一実施形態においては、ディスク１８０は浮遊させらえることによって空隙１６５内に位置決めされる。さらに、下金型１３５は、空気軸受けマンドレル１４０のテーパ付ノーズ１４５の先端部を受け入れるように寸法決めされた円形開口１５０を有する。下金型１３５は、第２のエラストマー・パッド１６３に隣接し、空気軸受けマンドレル１４０の第１のインプリンティング面１６０の中心線１９２と位置合わせされた中心線１９４を有する第２のインプリンティング面１６２を有する。一実施形態においては、空気軸受けマンドレル１４０を含む金型本体要素は、円形構成で、かつ同一材料にすることによって、熱歪みを最小化し、かつ空気軸受け面の限界間隙を維持している。金型本体要素に使用可能な材料の例としては、それに限定はされないが、Ｄ２、Ｍ２および４４０−Ｃなどの工具鋼がある。

装置１００を用いてディスク１８０を位置合わせして、インプリンティングする方法の一実施形態においては、ディスク１８０は、任意の自動化方法によって、最初に（エラストマーと加熱要素を含めることができる）円形空隙１６５上に配置される。例えば一実施形態においては、ロボットまたはピック・アンド・プレース装置（「Ｐ＆Ｐ」）が、ディスク１８０を円形の空隙１６５内に設置する。内径１８２近傍に配置された環状空気スロット１７０が、ディスク１８０を浮遊させることによって、ディスク１８０を下金型空隙１６５の上方、千分の数インチに位置決めする。代替実施形態においては、第２のエラストマー・パッド１６３に隣接する第２のインプリンティング面１６２をディスク空隙１６５の上に配置して、ディスク１８０の底面側と対向するように向ける。ディスク１８０は、最初は、正常なディスク１８０の直径よりも１０００分の数インチ大きい、浅い外径空隙壁によって軸方向に拘束される。

装置１００は、下金型１３５に向かって軸方向に下降する上金型１３０によって閉じる。金型組立体１００が閉じると、空気軸受けマンドレル１４０のテーパ付ノーズ１４５が浮上ディスク内径１８２を自由に案内して、上金型１３０の中心線１９０に同軸に位置合わせする。空気軸受けマンドレル１４０は、空気軸受けで支持されてそれ自体の重量で下向きの小さな力がかかって軸上を自由に移動するので、空気軸受けマンドレル１４０の中心線１９０が、ディスク１８０の中心線１９６に位置合わせさせられ（あるいはその逆の）て、空気軸受けマンドレル１４０がディスク１８０に接触して制御し続ける。非常に少量の清浄な乾燥空気（clean dry air：「ＣＤＡ」）が、ディスク１８０および空気軸受けマンドレル１４０を支持するために必要となることがある。

ディスク１８０の中心線１９６が空気軸受けマンドレル１４０と第１のインプリンティング面１６０との中心線１９２と合った状態で、上金型１３０が下金型１３５に向かって降下し続ける。空気軸受けマンドレル１４０のテーパ付ノーズ１４５が、下金型１３５に向かって下降し、第１のインプリンティング面１６０が、ディスク面と接触して、ディスク１８０にインプリンティングする。インプリンティング面が、上金型１３０か、下金型１３５か、または両者（例えば、第１および第２のインプリンティング面１６０、１６２）に配置されているかに応じて、ディスク１８０のどちらか片側、または両面にインプリンティングすることができる。この方法は、ディスク１８０のインプリンティング加工に対して、精密な位置合わせと反復性とをもたらす。装置１００は、ディスク１８０をインプリンティング面に受動的に位置合わせし、それによって精密アクチュエータあるいはそれに類似する機械を不要とする。したがって、装置１００の使用によって、信頼性の向上、作業コストおよび維持の低減、精度と反復性の向上、および迅速なサイクルタイムがもたらされる。一実施形態においては、装置１００は、±５ミクロンまたは、さらに良いディスク対金型の位置合わせを達成する。

図２は、パターン化されたメディア製造のためのディスク位置合わせ装置２００の別の実施形態の横断面図を示す。装置２００は、基板（例えば、ディスク）を受動的に位置合わせしてインプリンティングする。装置２００は、上金型２３０および下金型２３５を有する。上金型２３０は、その中央近くに配置された第１の空気軸受けマンドレル２４０を含み、マンドレルは下金型２３５に対向するように向けられた第１のテーパ付ノーズ２４２を有する。第１の空気軸受けマンドレル２４０の直径は、ディスク２８０の内径２８２に係合するように寸法を決められている。上金型２３０はまた、第１の空気軸受けマンドレル２４０の周りに配置された第１のインプリンティング面２６０を有する。一実施形態においては、第１のインプリンティング面２６０は、ディスク５８０またはインプリンティング面２６０（例えば、インプリンティング箔）の表面のばらつきを吸収するためのエラストマー・パッドを含むことができる。一実施形態においては、第１のインプリンティング面２６０はディスクと一致する円形をしている。第１の空気軸受けマンドレル２４０の中心線２９０は、第１のインプリンティング面２６０の中心線２９２と位置合わせされている。支持部２０５、２１０は、上金型２３０および下金型２３５を安定化させる。

下金型２３５は、第１の空気軸受けマンドレル２４０の第１のテーパ付ノーズ２４２に向けられた第２のテーパ付ノーズ２４４を備え、中央部分の近くに配置された第２の空気軸受けマンドレル２４５を有する。第１の空気軸受けマンドレル２４０の第１のテーパ付ノーズ２４２と同様に、第２の空気軸受けマンドレル２４５の第２のテーパ付ノーズ２４４も、ディスク２８０の内径２８２に係合するように寸法が決められている。一実施形態において、下金型２３５も、第２の空気軸受けマンドレル２４５の周りに配置された第２のインプリンティング面２６２を有する。第２の空気軸受けマンドレル２４５の中心線２９４は、第２のインプリンティング面２６２の中心線２９６と位置合わせされている。一実施形態においては、装置２００の下金型２３５は、１つの平坦面２７６および１つの球面２７８を備える２重空気軸受けネスト内にある。平坦面２７６と球面２７８の２重空気軸受けネストによって、ディスク２８０上面の理論中心２９８の周りに回転する移動自由度を下金型２３５の球形シート２５０に与えている。

装置２００を用いてディスク２８０を位置合わせし、かつインプリンティングする方法の一実施形態においては、最初にディスク２８０を、下金型２３５の上に（例えば、ロボットまたはＰ＆Ｐ装置によって）配置し、第２の空気軸受けマンドレル２４５の第２のテーパ付ノーズ２４４が、ディスク２８０の内径２８２と係合させる。具体的には、ディスク２８０を下部マンドレル２４５に配置し、下金型２３５の空隙２６５内で、第２のインプリンティング面２６２の１０００分の数インチ上方にディスクを固定している。空隙２６５は、下金型２３５内に、ディスク２８０を収容するためにディスク２８０よりもわずかに大きな寸法にされている。

ディスク２８０は最初に、第１のテーパ付ノーズによって、次いで下金型２３５の第２の空気軸受けマンドレル２４５の第２のテーパ付ノーズ２４４によって、軸方向に位置決めされる。上述のように、精密空気軸受け線形マンドレル（例えば、第１の空気軸受けマンドレル２４０）が上金型２３０内にある。上金型と下金型２３０、２３５が閉じると、第１および第２の空気軸受けマンドレル２４０、２４５のノーズ２４２、２４４がテーパ面を備える３本指形状を有し、それによってそれらが噛合い、ディスク２８０を両方の内径面取り部で捕捉できる。このようにして、芯出しされたディスク２８０を接続媒体として使用して、下金型２３５が上金型２３０に対して位置合わせされる。上金型２３０の第１の空気軸受けマンドレル２４０は、それ自体の重量（および必要であれば、空気圧）によって、下方に付勢され、下金型２３５の第２の空気軸受けマンドレル２４５は、小さな空気圧差で上方に付勢される。下金型２３５は、平坦空気軸受け面２７６上に自由に浮上して、上金型２３０の中心線２９０と位置合わせさせられる。第１のインプリンティング面２６０および第２のインプリンティング面２６２の面合わせは、球形シート２５０の球形空気軸受け面２７８の受動的移動によって達成される。面２７８は、ディスク２８０の上面の中央点を焦点とする曲率半径を有し、これによってディスク２８０と第２のインプリンティング面２６２との間の相対移動が最小化される。一実施形態においては、球形シート２５０の過剰な移動自由度を、クリート（すべり止め）によって制御することができる。ごく少量のＣＤＡを使用して、空気軸受けマンドレル２４０、２４５を支持してもよい。そうすると、装置２００は、完全浮上、多軸の下金型および空気軸受けマンドレルを使用することによって、インプリンティング面に対するディスクの両面の自動位置合わせを達成する。金型セット２０５、２１０が非常に精密である場合には、球形位置合わせ機構を撤去し、平坦面システムを保留して、２０５、２１０の同軸位置合わせを達成することができる。

図３は、パターン化されたメディア製造のためのディスク位置合わせ装置の別の実施形態の断面図である。装置３００は、パターン化されたメディア（例えば、ディスク）の基礎的な位置合わせと反復性を確立する上金型３３０と下金型３３５とを有する。下金型３３５は、上金型３３０に向かって延びるテーパ付ノーズ３４２を備え、中央部近くに配置された、空気軸受け支持位置合わせマンドレル３４０を有する。支持部３０５、３１０およびカラム３１５、３２０は、上金型３３０および下金型３３５を安定させる。

空気軸受けマンドレル３４０のテーパ付ノーズ３４２は、ディスク３８０の内径３８２に係合するように寸法決めされている。図７Ａ、７Ｂに関して以下により詳細を記述するように、インプリンティング面３６０、３６２は、上部部分および下部部分３３０、３３５の上を密閉封止して、浅い空隙３５０、３５１、３５２、３５３を形成することができる。上金型と下金型３３０、３３５はまた、密閉封止された浅い空隙３５０、３５１、３５２、３５３と流体連通した、インプリンティング面３６０、３６２をディスク３８０に押し付けるのに使用される流体（例えば、液体または気体）を分配するための、加圧流体排出口３７０、３７２、３７４、３７６を有する。一実施形態においては、装置３００は全部で４つの加圧流体排出口を有するが、４つを上回るか、または下回る排出口を使用することもできる。下金型３３５の空気軸受けマンドレル３４０の中心線３９０が、上金型と下金型３３０、３３５上に配置されたインプリンティング面３６０、３６２と位置合わせされている。下金型３３５はマンドレル３４０の軸方向移動を可能にするスプリング３４５を有する。すべての金型部品は、円形構成で、同一材料であり、これによって熱歪みを最小化すると共に、空気軸受け面での限界間隙を維持している。

一実施形態においては、ディスク基板（例えば、ディスク３８０）と接触するときの追従性をもたらすために、インプリンティング面３６０、３６２は柔軟な材料で製作される。ディスク基板は厚さに固有のばらつきがあることがあり、このために、ばらつきを吸収するためにインプリンティング面３６０、３６２を柔軟にする必要がある。図７Ａは、金型７２０、７２２の上を密閉封止して密閉封止した空隙７３０、７３２を形成したインプリンティング面７１０、７１２の一実施形態の横断面図を示す。説明をわかり易くするために、ディスク位置合わせ装置全体は示していない。インプリンティング面７１０、７１２は、溶接（例えば、レーザまたはロウ付け）、はんだ付け、または電気アーク溶接によって、金型７２０、７２２に封止することができる。インプリンティング面７１０、７１２を金型７２０、７２２に溶接することによって、インプリンティング工程中に、空隙７３０、７３２を通過する流体の漏れを防止することができる。図７Ｂは、金型７２０、７２２の上を密閉封止するインプリンティング面７１０、７１２の別の実施形態の断面図を示す。この実施形態においては、Ｏリング７４０、７４２を使用して、金型７２０、７２２上のインプリンティング面７１０、７１２を封止している。金型空隙７３０、７３２をわずかに真空にすることによって、金型固定の締め付け操作が確立されるまで、インプリンティング面７１０、７１２を定位置に保持することができる。代替案として、エラストマー材料（例えば、ゴムおよびその他同等のポリマー）および金属（例えば、超高真空シールに使用される）をＯリングの代わりに使用することができる。

当業者であれば、インプリンティング面に隣接して前もって成形される空隙は、局所的な加熱要素および冷却要素の適用には、必要でないこともあることを理解するであろう。一実施形態においては、機械式ピストンを、インプリンティング面に隣接して配置し、これによってディスク基板と強制的に接触させることができる。代替手法として、インプリンティング面に加熱要素または冷却要素を適用することによって、空隙を、ディスク基板と接触するインプリンティング面のフレックス(flex)として形成させることができる。

再び図３を参照すると、装置３００を用いてディスク３８０を位置合わせしてインプリンティングする方法の一実施形態において、ディスク３８０は、下金型３３５の空気軸受けマンドレル３４０上に（例えば、ロボットまたはＰ＆Ｐ装置によって）配置される。配置する際に、ディスク３８０を、下金型空隙３５２のインプリンティング面３６２の上方１０００分の数インチに位置させる。上金型３３０を下金型３３５の上に閉じると、ディスク３８０は、ディスク３８０の内径３８２が、空気軸受けマンドレル３４０のテーパ付ノーズ部分３４２と係合した状態で、位置固定される。上金型３３０と下金型３３５が閉じると、ディスク３８０の中心線３９６は、上金型と下金型の中心線３９０、３９２に位置合わせされる。次いで、インプリンティング面３６０、３６２の下にある空隙３５０、３５２に、高圧流体（例えば、気体または液体）が充填されて、インプリンティング面の形状をディスクのポリマー被膜に押し付ける。流体は、加圧流体排出口３７０、３７２、３７４、３７６を介して供給される。使用することのできる流体としては、それに限定はされないが、高圧ガス（窒素）、油圧油、およびＤｏｗＴｈｅｒｍ（商標）またはＭａｒｌｏｔｈｅｒｍＮ（商標）などの熱作動流体がある。インプリンティング工程を完了するには、圧力をゼロまで下げて、空隙中に流体を流し、続いて流体によって残存熱を運び出し、ディスク３８０のインプリンティングされた面を冷却する。ディスクとインプリンティング面を冷却することによって、インプリンティング面からディスクを分離し易くすることができる。

ディスク基板の被膜は、パターン化基板の一体部分としてもよく、または適当に形成した後に除去してもよい。スタンパを介して、その形状を被膜にインプリンティングすることによって、その後に基板に材料を加えたりまたは基板の一部を削除（例えば、マスクを介してのメッキ、またはマスクを介してのエッチング）したりして、基板表面にパターンを形成するステンシルとして使用することができる。その際、インプリンティングを高い基板温度で実施すると、それが容易になることが多い。後者の場合には、結果として得られるマスクは、基板への添加または除去ステップを実行した後に除去されることになる。高温にすることによって、インプリンティングしようとする材料を軟化させ、それによってエンボス形状忠実性を向上させ、スタンパ寿命を増大させることができる。スタンパのインプリンティング面からの分離は、基板をインプリンティング温度よりも低く冷却することによって容易になる。したがって、プレス機には、スタンパによってインプリンティングする以前または以後に、ディスク基板を、加熱または冷却する要素を設置するのが望ましいことがある。そのような冷却要素や加熱要素は、好ましくは、それらの要素を各スタンパの背面に近接して配置することによって行われる。ディスク基板の局所的な加熱および冷却は、有効なインプリンティングを達成するためには必要でないこともある。ディスク位置合わせ装置（例えば、装置３００）全体を、加熱および冷却要素にかけて、ディスク基板をインプリンティングしてもよい。

上記で説明したように、加熱および冷却の一方法として、インプリンティング面（例えば、インプリンティング面３６０、３６２）、膜、または箔の背後の空隙内に高温または低温流体を使用する方法がある。代替案として、環状ブロックを、インプリンティング面の近接して配置することもできる。これらのブロックに、埋め込み式電気加熱コイルまたは熱電式冷却装置を含めることができる。別の実施形態においては、環状水晶加熱ランプまたは、インプリンティング面近くに配置されて接着された抵抗リボンを冷却流体と組み合わせて使用することができる。

図８は、ディスクのインプリンティング用の加熱・冷却装置の一実施形態を示す。この装置は、ディスク位置合わせシステムの流体排出口（例えば、図３の３７０、３７２、３７４、３７６）と流体連通して、ディスク基板にインプリンティングをするための加熱および冷却要素を供給するための加圧流体供給源を有する熱力学的プレス８００を含む。説明をわかり易くするために、インプリンティング面８２０をディスク基板８１０に隣接して配置して、ディスク基板８１０の部分断面図を示してある。密閉封止された空隙８３０は、インプリンティング面８２０に隣接して配置されている。空隙８３０は、加熱要素８４０に流体連通するポート８６０と熱交換器８７０と流体連通するポート８６２とを有する。

動作においては、加熱コイル８４２が、加熱要素８４０に収容された流体８４４（例えば、液体または気体）を作動温度まで加熱する。加熱要素８４０のピストン８０５は、高温の作動流体８４４を、加熱要素８４０からポート８６０を介して空隙８３０中に送り込む。作動流体は空隙８３０から出て、不活性ガス（例えば、窒素）をポート８６２を介して熱交換器８７０に排出させる。次いで、チェック・バルブ８８０、８８２を起動して作動流体８４４の自由流を停止させ、ピストン８０５が予め選択した力になり、作動流体８４４の熱を伝達することによって、インプリンティング面８２０をディスク基板８１０に押し付ける。次いで、ピストン８０５を引き戻し、システム圧力を低減させると共に、高温の作動流体８４４を流体帰還ライン８９０を介して引き出す。熱交換器８７０からの冷却ガスがそれに従って空隙８３０に存在する高温流体に置き換わり、インプリンティング面８２０を冷却する。

図４は、パターン化されたメディア製造のためのディスク位置合わせ装置４００の別の実施形態の斜視図を示す。装置４００は、基板（例えば、ディスク）を位置合わせてしてインプリンティングする。装置４００は、パターン化されたメディア（例えば、ディスク）の基本的な反復性を確立する上金型４３０および下金型４３５を有する。支持部４０５、４１０とカラム４１２、４１４、４１６（４番目のカラムはこの図では示されていない）が上金型４３０および下金型４３５を安定化させる。下金型４３５は、中央部分の近くに配置されて、上金型４３０に向かって延びるテーパ付ノーズ４４５を備える、空気軸受け支持位置合わせマンドレル（図示せず）を有する。空気軸受けマンドレルのテーパ付ノーズ４４５は、ディスク４８０の内径４８２に係合するように寸法決めされている。上金型と下金型４３０、４３５は、同様に第１および第２のインプリンティング面を有する。この図では、第２のインプリンティング面４６２のみが示されている。

一実施形態においては、第１および第２のインプリンティング面４６０、４６２は、ピコアクチュエータ４７０、４７２によって定位置に保持されており、このアクチュエータが第１および第２のインプリンティング面４６０、４６２の横移動を制御する。上金型および下金型４３０、４３５は、同様に環状ピストン（図示せず）を充填してインプリンティング面をディスク４８０に押し付けるのに使用される流体の供給と排出用の加圧流体排出口４５０、４５２を有する。下金型４３５の空気軸受けマンドレル４４０の中心線４９０は、上下の金型４３０、４３５に配置されたインプリンティング面４６０、４６２と位置合わせされている。金型本体要素のすべてと、空気軸受けマンドレル４４０は、円形構成、かつ同一材料であり、これによって熱歪みを最小化すると共に、空気軸受け面での限界間隙を維持している。

装置４００を用いてディスク４８０を位置合わせしてインプリンティングする方法の一実施形態においては、ディスク４８０は、マンドレル４４０のテーパ付ノーズ部分４４５の上に（例えば、ロボットまたはＰ＆Ｐ装置によって）設置されて、下金型４３５の第２のインプリンティング面４６２の上方、１０００分の数インチにある。上金型４３０は、ディスク４８０上に閉じて、インプリンティング面４６０、４６２に対して位置固定される。上金型と下金型４３０、４３５が閉じると、ディスク４８０の中心線が、上金型と下金型４３０、４３５の中心線（装置４００のこの斜視図においては中心線は示されていない）と位置合わせされる。次いで、インプリンティング面４６０、４６２の下にある空隙（図示せず）に高圧ガスが充填されて、インプリンティング形状がポリマー被膜に押し付けられる。流体は、加圧流体排出口４５０、４５２を介して供給される。インプリンティング工程を完了するには、圧力をゼロに低減し、排出ガスが空隙中を流れ、残留熱を除去すると共に、インプリンティングされたディスク４８０の表面を冷却する。代替手法においては、水素または酸素などの可燃性ガスを使用して、熱および衝撃圧力を生成させて、インプリンティング面をディスク４８０のポリマー層にエンボス加工することができる。続いて空隙を掃気することによって、箔およびポリマーが冷却される。

図５は、フローチャートの形態で、パターン化されるメディア製造用の受動的ディスク位置合わせの一方法を示している。この方法では、ブロック５１０で、上金型とそｎ上金型に対向する下金型とを有する金型セットを用意することから開始され。下金型にはインプリンティング面または箔を備えている。次いで、ブロック５２０では、下金型の空隙内で、ディスクをインプリンティング面の上方に浮上させる。ブロック５３０で、ディスクの内径が、金型セットの上金型に結合された空気軸受けマンドレルのテーパ付ノーズ部分に係合する。ブロック５４０で、上金型が下金型の上に閉じられて、空気軸受けマンドレルのテーパ付ノーズ部分が、浮上ディスク内径を案内して、空気軸受けマンドレルとインプリンティング面の中心線を同時に位置合わせする。

図６は、フローチャートの形態で、パターン化されたメディア製造用受動的ディスク位置合わせの別の方法を示している。この方法では、ブロック６１０で、上金型と下金型を有し、インプリンティング箔が下金型に配置されて、上金型と対向している金型セットを用意することから開始される。次いで、ブロック６２０で、下金型の空隙内で、ディスクをインプリンティング箔の上方に位置させる。ブロック６３０で、ディスクの内径が、金型セットの上金型に結合された第１の空気軸受けマンドレルの第１のテーパ付ノーズ部分に係合する。ブロック６４０で、金型セットの下金型に結合された、第２の空気軸受けマンドレルの第２のテーパ付ノーズ部分が、第１のテーパ付ノーズ部分と噛合う。上下の金型が閉じると、第１および第２のテーパ付ノーズ部分は、ディスク内径を介して下金型を案内し、これによって第１、第２の空気軸受けマンドレルとインプリンティング箔の中心線とを同時に位置合わせする。

前述の明細書において、本発明を、その例示的な特定の実施形態に関して記述した。しかしながら、添付の請求の範囲に記載する本発明のより広い意味での趣旨と範囲から逸脱することなく、それらの実施形態に様々な修正と変更を加えることができることは明らかであろう。したがって本明細書および図面は、説明のためのものであり、限定を意図するものではない。

パターン化されたメディア製造用の半受動ディスク位置合わせ装置の一実施形態を示す図である。パターン化されたメディア製造用の受動ディスク位置合わせ装置の一実施形態を示す図である。パターン化されたメディア製造用の半受動ディスク位置合わせ装置の別の実施形態を示す図である。パターン化されたメディア製造用の半受動ディスク位置合わせ装置の別の実施形態を示す図である。パターン化されたメディア製造用のディスク位置合わせの一方法を示す、フローチャートである。パターン化されたメディア製造用のディスク位置合わせの別の方法を示す、フローチャートである。金型の上方を封止したインプリンティング面の一実施形態の断面図（Ａ）と金型の上方を封止したインプリンティング面の別の実施形態の断面図（Ｂ）である。ディスク基板をインプリンティングするのに使用することのできる、熱力学的プレスの一実施形態を示す図である。

符号の説明

１００、２００、３００、４００ディスク位置合わせ装置
１０５、１１０、２０５、２１０、３０５、３１０、４０５、４１０支持部
１１５、１２０、３１５、３２０カラム
１３０、２３０、３３０、４３０上金型
１３５、２３５、３３５、４３５下金型
１４０、２４０、３４０、４４０空気軸受けマンドレル
２４２、３４２テーパ付ノーズ
１６０、２６０、３６０、４６０第１のインプリンティング面
１６１エラストマー・パッド
１６２、２６２、３６２、４６２第２のインプリンティング面
１６５、２６５、７３０、７３２、８３０空隙
１７２空気マニホルド
３７０、３７２、３７４、３７６加圧流体排出口
１８０、２８０、３８０、４８０ディスク
４５０、４５２加圧流体排出口
７１０、７１２、８２０インプリンティング面

Claims

テーパ付ノーズを備える第１の空気軸受けマンドレルを有する上金型と、
第１の空気軸受けマンドレルに対向する、テーパ付ノーズを備える第２の空気軸受けマンドレルを有する下金型と、
第１の空気軸受けマンドレルの周りに配置された第１のインプリンティング面とを備え、
第１の空気軸受けマンドレル、第２の空気軸受けマンドレル、および第１のインプリンティング面が、共通の中心線を共有し、かつ第１および第２の空気軸受けマンドレルのテーパ付ノーズが噛合ってディスクの内径に係合する、ディスクにインプリンティングをする装置。