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Dokumentenidentifikation DE10314866B4 04.08.2005
Titel Verfahren und Anordnung zum Ausgleichen von Deformationen eines optischen Speichermediums
Anmelder arccure technologies GmbH, 59557 Lippstadt, DE
Erfinder Bisges, Michael, 59557 Lippstadt, DE
Vertreter Kohlmann, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 52078 Aachen
DE-Anmeldedatum 01.04.2003
DE-Aktenzeichen 10314866
Offenlegungstag 11.11.2004
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.08.2005
IPC-Hauptklasse G11B 7/26
IPC-Nebenklasse G11B 7/24   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleichen von Deformationen eines optischen Speichermediums mit mindestens einer zu einer Rotationsachse symmetrischen Substrat-Scheibe, wobei das Ausgleichen während der Herstellung des Speichermediums erfolgt. Außerdem betrifft die Erfindung eine vorteilhafte Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.

Optische Speichermedien besitzen eine Spur, die spiralförmig von innen nach außen verläuft. In dieser Richtung wird die Spur von einem Laser abgetastet, um die auf dem Speichermedium befindlichen Daten zu lesen. Die optischen Speichermedien bestehen im Wesentlichen aus einer oder zwei Substrat-Scheiben, beispielsweise aus Polycarbonat, sowie einer oder mehreren auf den Substrat-Scheiben aufgebrachten Datenschichten, beispielsweise aus Aluminium oder Silizium. Die Datenschichten weisen Stellen mit unterschiedlichem Reflexionsvermögen auf. Der Laserstrahl des Abtastlasers wird infolge dessen unterschiedlich zurückgeworfen. Ein Sensor, beispielsweise eine Fotodiode, registriert den reflektierten Strahl und wandelt ihn in für einen Controller verständliche digitale Werte um.

Heute gängige Formate für optische Speichermedien sind ROM (kurz für: read only memory), WORM (kurz für: write once read many) sowie RW (kurz für: rewritable). Hinsichtlich der Kapazität der vorgenannten Formate unterscheidet man derzeit CDs (kurz für: compact disc) sowie DVDs (kurz für: digital versatile disc). Das Format ROM kann nur gelesen werden. Die Herstellung erfolgt industriell, indem zunächst eine Masterkopie angelegt wird, mit deren Abdruck die weiteren CDs gepresst werden. Hiervon unterscheidet sich das WORM-Format dadurch, dass diese Speichermedien einmal mit einem Schreib-Laserstrahl beschrieben werden und dann immer wieder gelesen können. Zu diesem Zweck sind die Speichermedien mit einer kristallinen- oder polykristallinen Beschichtung überzogen. Trifft der Schreib-Laserstrahl auf die Oberfläche, wird die Beschichtung geschmolzen oder verdampft. Die wiederbeschreibbaren CD RW-Speichermedien sind grundsätzlich wie eine beschreibbare CD R aufgebaut. Unterschiede ergeben sich lediglich hinsichtlich der reflektierenden Schichten.

Wegen des zunehmenden Speicherbedarfes gibt es sämtliche vorgenannten Formate für optische Speichermedien auch als DVD. Die DVD hat die gleichen Abmessungen wie eine CD, kann jedoch ein Vielfaches ihrer Daten speichern. Dazu wurden die Pits auf eine Größe von 0,4 Mikrometer reduziert und der Abstand der Spur auf 0,74 Mikrometer verringert. Um diese kleinen Pits genau abtasten zu können, ist darüber hinaus die Wellenlänge des Abtastlasers geringer als bei CDs. Man erreicht dadurch die fünfundzwanzigfache Kapazität einer CD. Auf der DVD kann auf zwei Ebenen übereinander und auf jeder Seite gespeichert werden. Die zweischichtige Speicherung wird dadurch erreicht, dass halbdurchlässiges Material für die erste Schicht verwendet wird, während die zweite Schicht undurchlässig ist. Der Abtast-Laser wird zum Lesen auf eine der beiden Schichten fokussiert. Aus diesem Grunde weisen DVDs zwei Substrat-Scheiben auf, die miteinander verklebt sind.

Aufgrund der bei DVDs und künftigen optischen Speichermedien zunehmenden Speicherdichte ist es erforderlich, die Abtastgeschwindigkeit zu erhöhen, um akzeptable Datenübertragungsraten zu erzielen. Infolge dessen werden die Anforderungen an die Gleichförmigkeit optischer Speichermedien, insbesondere die Planparallelität der Substrat-Scheiben immer höher. Unerwünschte Deformationen der optischen Speichermedien müssen daher vermieden werden. von Bedeutung ist insbesondere die radiale und tangentiale Abweichung des Speichermediums. Die radiale Abweichung äußert sich als Unwucht der Substrat-Scheibe(n), während sich die tangentiale Abweichung als eine Abweichung des äußeren Randes der Substrat-Scheibe(n) von der Umfangskontur der ideal ebenen Substrat-Scheibe äußert. Die Abweichungen werden als Neigung einer Senkrechten auf der Substrat-Scheibe gegenüber der Laserstrahl-Achse in der Einheit Grad angegeben. Die Messung erfolgt in einem definierten Abstand zur Rotationsachse der Substrat-Scheibe. Typische, in den Normen für DVDs zugelassene Werte für die radiale Abweichung betragen +/–0,8° und +/–0,3° für die tangentiale Abweichung.

Um die unerwünschten Deformationen der Substrat-Scheiben zu reduzieren, wird in bekannten Herstellungsprozessen für optische Speichermedien versucht, die Prozesstemperatur insbesondere bei der Aushärtung der Klebeschicht zwischen zwei Substrat-Scheiben bzw. der Aushärtung einer Schutzlacksicht auf einer Substrat-Scheibe zu reduzieren. Aus der DE 197 18 47 A1 ist es bekannt, eine Quarz- oder Glasplatte während der UV-Trocknung auf die Substrat-Scheibe aufzulegen, so dass sie mit ihrem Eigengewicht während des Trocknens auf die Substrat-Scheibe drückt und diese eben hält und kühlt. Die UV-Trocknung erfolgt dabei durch die Quarz- oder Glasplatte hindurch. Die Quarz- oder Glasplatte wird nach dem Trocknungsvorgang, während dem sie aufgeheizt wird, gekühlt, bevor sie auf die nächste Substrat-Scheibe aufgelegt wird.

Mit dem bekannten Verfahren lassen sich die Deformationen lediglich insgesamt verringern. Eine gezielte Beeinflussung tangentialer und radialer Abweichungen der Speichermedien ist jedoch nicht möglich.

Aus der DE 198 48 146 A1 ist ein Schmelzklebstoff zur Herstellung von Digital Versatile Discs (DVDs) bekannt, der die bei thermischer und/oder Feuchtigkeitsbelastung der DVD auftretende tangentiale und radiale Verbiegungen der Disk soweit reduzieren soll, dass die strengen Anforderungen nach dem neuestem Stand er Technik zur Qualitätssicherung von DVDs erfüllt werden.

Aus der US 60 16 297 A ist eine Vorrichtung zur Wiedergabe von Informationen auf einem optischen Speichermedium bekannt, bei der abhängig vom Radius des Speichermediums eine unterschiedliche Laserleistung zugeführt wird. Dadurch wird bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit dafür gesorgt, dass die Temperatur längs des Radius des Speichermediums möglichst gleichmäßig ist. Durch diese Maßnahme soll das Rauschen bei der Wiedergabe reduziert werden.

Aus der EP 1 164 009 A2 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Ausgleichen von Deformationen bei DVD's bekannt, bei dem in einer Vorkühlstation der oberen Substrat-Scheibe Kühlluft zugeführt wird, wodurch diese schrumpft. Die Schrumpfung wird so bemessen, dass sie in etwa der Ausdehnung im anschließenden UV-Härtungsprozess entspricht. Hierdurch soll eine Verwerfung der DVD infolge der stärkeren Wärmebelastung der oberen Substrat-Scheibe während des UV-Härtens vermindert werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem ein gezielter Ausgleich von Deformationen in optischen Speichermedien, insbesondere von radialen und tangentialen Abweichungen möglich ist. Ferner soll eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen werden.

Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf dem Gedanken einer gezielten Energiezu- bzw. -abfuhr in Teilbereiche der Oberfläche jeder Substrat-Scheibe.

Im Einzelnen wird die Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass durch Zu- oder Abfuhr von Wärmeenergie ein Temperaturgradient längs des Radius jeder Substrat-Scheibe erzeugt wird, wobei die Temperatur vom Rand zur Rotationsachse der Substrat-Scheibe hin kontinuierlich abnimmt.

Der beschriebene Temperaturgradient bewirkt, dass jede Substrat-Scheibe in ihrem Randbereich wärmer als in dem von dem Randbereich eingeschlossenen inneren Bereich ist. Durch die höhere Temperatur im Randbereich dehnt sich die Substrat-Scheibe an ihrem äußeren Umfang stärker aus, so dass Deformationen im inneren Bereich gerade gezogen werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Temperaturgradient über den gesamten Umfang der Substrat-Scheibe gleich. Die Temperaturverteilung auf der Substratscheibe ist dann rotationssymmetrisch.

Wie bereits eingangs erwähnt umfasst der Herstellungsprozess optischer Speichermedien eine UV-Bestrahlung entweder zum Aushärten der Klebeschicht zwischen zwei Substrat-Scheiben oder zum Aushärten einer Schutzlackschicht. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, das Ausgleichen der Deformationen vollständig vor dieser UV-Bestrahlung durchzuführen. Andernfalls wird das Ausgleichen der Deformationen durch die infolge der UV-Bestrahlung eintretende Fixierung der Substrat-Scheiben überlagert. Wird indes das Ausgleichen der Deformationen vor der W-Bestrahlung durchgeführt, ist gewährleistet, dass die Substrat-Scheiben erst nach dem vollständigen Ausgleich der Deformationen fixiert werden. Die Fixierung sollte jedoch unmittelbar nach dem Ausgleichen eingeleitet werden, bevor sich die infolge der Zu- oder Abfuhr von Wärmeenergie eingestellte Ausgleich der Deformationen zurückstellt. Zur Verkürzung der Gesamtdauer der Herstellung eines optischen Speichermediums ist es jedoch auch möglich, dass die Zu- oder Abfuhr von Wärmeenergie zum Ausgleichen von Deformationen vor und/oder während der UV-Bestrahlung erfolgt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird Wärmeenergie zum Ausgleichen von Deformationen zugeführt. Die Übertragung der Wärmeenergie auf die Substrat-Scheiben kann durch Wärmeleitung, Wärmekonvektion oder Wärmestrahlung erfolgen. Die Wärmestrahlung stammt von einer elektromagnetischen Strahlungsquelle, insbesondere einem Infrarotstrahler oder einer Infrarotdiode. Eine Wärmeübertragung durch Wärmekonvektion erfolgt insbesondere mittels eines Gasstromes, der auf den Randbereich jeder Substrat-Scheibe gerichtet wird. Zu diesem Zweck können im Randbereich Warmluftdüsen angeordnet sind. Der Gasstrom trifft auf die Oberfläche oder seitlich auf jede Substrat-Scheibe auf. Eine Übertragung der Wärmeenergie durch Wärmeleitung erfolgt, indem der Randbereich jeder Substrat-Scheibe mit einem gegenüber dem inneren Bereich jeder Substrat-Scheibe wärmeren Körper in Kontakt gebracht wird. Der Körper kann beispielsweise ein ringförmiger Heizkörper sein, auf dem die Substrat-Scheibe mit ihrem Randbereich aufliegt.

Wird die Wärmeenergie punktuell in den Randbereich jeder Substrat-Scheibe zugeführt und jede Substrat-Scheibe während der Wärmeenergiezufuhr um ihre Rotationsachse gedreht ist stets gewährleistet, dass der Randbereich gleichmäßig, d.h. rotationssymmetrisch erwärmt wird.

Wenn bei der Herstellung eines zwei Substrat-Scheiben aufweisenden Speichermediums, insbesondere einer DVD, die Zufuhr von Wärmeenergie zum Ausgleichen von Deformationen während des Auftragens des Klebstoffes erfolgt (Spin Coaten), wird auch bei deformierten Substrat-Scheiben eine gleichmäßige Klebstoffschichtdicke sichergestellt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der 1 bis 5 näher erläutert. Es zeigen

1 verschiedene Kombinationen von deformierten Substrat-Scheiben bei der Herstellung einer DVD,

2 ein Schaubild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

3 eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Durchführen des Verfahrens mit seitlicher Zufuhr der thermischen Energie,

4 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens bei der die thermische Energie auf die Oberflächen der Substrat-Scheiben auftrifft.

5 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Heizkörper sowie

6 eine detailliertere Darstellung der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß 4.

1 zeigt zwei metallisierte Substrat-Scheiben A, B einer DVD, die nach einem Klebstoffauftrag aufeinander gelegt werden. Der Klebstoff wird mittels W-Strahlen ausgehärtet.

Bei der Herstellung der Substrat-Scheiben A, B im Spritzgießverfahren, z.B. aus Polycarbonat können bereits Spannungen in dem Kunststoff eingefroren sein. Diese werden bei der W-Härtung des Klebstoffes durch die eingebrachte Wärme freigesetzt, wodurch sich die Substrat-Scheiben deformieren. Vielfach weisen die Substrat-Scheiben bereits nach dem Spritzgießen tangentiale und radiale Deformationen auf.

1 zeigt verschiedene Kombinationen der Substrat-Scheiben A, B. Ziffer 1 zeigt zwei nicht verformte, gerade Substrat-Scheiben, Ziffer 2 eine negativ und eine positiv verformte Substrat-Scheibe, Ziffer 3 eine positiv und eine negativ verformte Substrat-Scheibe, Ziffer 4 eine negativ verformte und eine gerade Substrat-Scheibe sowie Ziffer 5 eine positiv verformte und eine gerade Substrat-Scheibe.

Wie aus 2 ersichtlich, weist eine gerade Substrat-Scheibe einen Durchmesser U+ und einen Radius R+ auf, während eine positiv bzw. negativ deformierte Substratscheibe einen Durchmesser U und einen Radius R aufweist. Der Durchmesser U der deformierten Substrat-Scheibe beträgt etwa 120 mm.

Jede Substrat-Scheibe A, B weist einen Randbereich C auf, der einen inneren Bereich D einschließt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Randbereich C eine Kreisringscheibe mit einer Breite von etwa 20 mm, die sich vom äußeren Rand E der Substrat-Scheibe A, B erstreckt.

Durch gezielte Zufuhr von Wärmeenergie in dem Randbereich C der deformierten Substrat-Scheibe A, B bildet sich der Temperaturgradient T längs des Radius R/R+ jeder Substrat-Scheibe A, B aus. Aus 2 ist erkennbar, dass die Temperatur am Rand E von etwa 60°C zur Rotationsachse A der Substrat-Scheibe A, B hin kontinuierlich auf einen Wert von etwa 30°C abnimmt.

Die gezielte Aufheizung des Randbereiches C führt zu einer Vergrößerung des Umfanges der deformierten Substrat-Scheibe A, B und damit zu einer Vergrößerung des Durchmessers auf den in 2 dargestellten Durchmesser U+. Die Umfangsvergrößerung der Substrat-Scheibe A, B führt zu der gewünschten Begradigung.

Die Zufuhr der Wärmeenergie kann durch Wärmestrahlung, Wärmekonvektion oder Wärmeleitung erfolgen:

Die 3 und 4 zeigen Anordnungen zum Durchführen des Verfahrens, bei denen die Wärmeenergie durch Wärmestrahlung bzw. Wärmekonvektion zugeführt wird. Wärmestrahlung kann beispielsweise über eine Infrarot-Strahlungsquelle zugeführt werden, während eine Übertragung der Wärmeenergie durch Wärmekonvektion beispielsweise über eine Luftdüse erfolgt. Die Bauteile für die Zufuhr der Wärmeenergie sind in den 3 und 4 mit den Positionen F1 bis F3 bezeichnet. Die mit Klebstoff beschichteten Substrat-Scheiben A, B sind aufeinandergelegt und befinden sich auf einem in den 3 und 4 nicht dargestellten Drehteller G, der die Substrat-Scheiben in Rotation versetzt. In 3 ist die Luftdüse/der Infrarot-Strahler F1 seitlich neben den Substrat-Scheiben A, B angeordnet, so dass die Strahlung bzw. der Luftstrom seitlich auf die Substrat-Scheiben A, B auftrifft. Hiervon unterscheidet sich die Anordnung nach 4 dadurch, dass die elektromagnetische Strahlung oder der Luftstrom punktuell im schraffierten Randbereich C auf die Oberfläche O1 bzw. O2 der Substrat-Scheiben A, B auftrifft. Durch die Rotation der Substrat-Scheiben A, B um ihre Rotationsachse P wird eine gleichmäßige Einleitung der Wärmeenergie in den Randbereich C gewährleistet.

Bei einer Anordnung nach 5 wird die Wärmeenergie zum Ausgleichen der Deformationen durch Wärmeleitung zugeführt. Hierzu wird der Randbereich C der Substrat-Scheibe A, B mit einem ringförmigen Heizkörper Q in Kontakt gebracht. Die Auflagefläche des Heizkörpers Q entspricht dem Randbereich C der Substrat-Scheiben A, B.

6 zeigt den drehbaren, insbesondere motorisch angetriebenen Drehteller G mit einer Auflage für die beiden aufeinander liegenden Substrat-Scheiben A, B. Der Durchmesser des Drehtellers G ist kleiner als der Durchmesser U, U+ der aufeinander liegenden Substrat-Scheiben A, B mit dazwischen befindlicher Klebschicht K. Auf der Auflage des Drehtellers G befindet sich eine ringförmige Dichtung H. In der durch die Dichtung H begrenzten Fläche der Auflage mündet ein Durchgang I, der mit einer Unterdruckquelle verbunden ist. Durch Aktivieren der Unterdruckquelle werden die Substrat-Scheiben A, B auf dem Drehteller G fixiert. Der über den Drehteller G hinausragende Randbereich C der Substrat-Scheiben A, B wird von den oberhalb und unterhalb angeordneten Luftdüsen bzw. Infrarot-Strahlern erwärmt.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Ausgleichen von Deformationen eines optischen Speichermediums mit mindestens einer zu einer Rotationsachse symmetrischen Substrat-Scheibe, wobei das Ausgleichen während der Herstellung des Speichermediums erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass durch Zu- oder Abfuhr von Wärmeenergie durch Wärmestrahlung, Wärmekonvektion oder Wärmeleitung ein Temperaturgradient (T) längs des Radius (R, R+) jeder Substrat-Scheibe (A, B) erzeugt wird, wobei die Temperatur vom Rand (E) zur Rotationsachse (P) der Substrat-Scheibe (A, B) hin kontinuierlich abnimmt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturgradient (T) längs des Radius (R, R+) jeder Substrat-Scheibe (A, B) über den gesamten Umfang der Substrat-Scheibe gleich ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Speichermediums eine UV-Bestrahlung mindestens einer Substrat-Scheibe (A, B) umfasst und die Zu- oder Abfuhr von Wärmeenergie zum Ausgleichen von Deformationen ausschließlich vor der UV-Bestrahlung erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung eines zwei Substrat-Scheiben (A, B) aufweisenden Speichermediums die Zu- oder Abfuhr von Wärmeenergie zum Ausgleichen von Deformationen während des Auftragens des Klebestoffs erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Speichermediums eine UV-Bestrahlung jeder Substrat-Scheibe (A, B) umfasst und die Zu- oder Abfuhr von Wärmeenergie zum Ausgleichen von Deformationen vor und/oder während der W-Bestrahlung erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie zum Ausgleichen von Deformationen durch Wärmestrahlung zugeführt wird, in dem eine elektromagnetische Strahlungsquelle (F) auf den Randbereich (C) jeder Substrat-Scheibe (A, B) gerichtet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie zum Ausgleichen von Deformationen durch Wärmekonvektion zugeführt wird, in dem ein Gasstrom auf den Randbereich (C) jeder Substrat-Scheibe (A, B) gerichtet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung oder der Gasstrom auf die Oberfläche (O1, O2) jeder Substrat-Scheibe (A, B) auftrifft.
  9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung oder der Gasstrom seitlich auf jede Substrat-Scheibe (A, B) auftrifft.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie zum Ausgleichen von Deformationen durch Wärmeleitung zugeführt wird, in dem der Randbereich (C) jeder Substrat-Scheibe (A, B) mit einem gegenüber dem inneren Bereich (D) jeder Substrat-Scheibe wärmeren Körper (Q) in Kontakt gebracht wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie punktuell in den Randbereich (C) jeder Substrat-Scheibe (A, B) zugeführt und jede Substrat-Scheibe während der Wärmeenergie-Zufuhr um ihre Rotationsachse (P) gedreht wird.
  12. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch

    – eine drehbar gelagerte Auflage (G) für zwei aufeinanderliegende Substratscheiben (A, B), wobei der Durchmesser der Auflage kleiner als der Durchmesser (U, U+) der Substratscheiben ist sowie

    – Mitteln (F) zum Zuführen von Wärmenergie, die oberhalb und unterhalb oder seitlich des über die Auflage (G) hinausragenden Randbereichs (C) der Substrat-Scheiben (A, B) angeordnet sind, wobei

    – auf der Auflage (G) eine ringförmige Dichtung (H) angeordnet ist und in der durch die Dichtung (H) begrenzten Fläche der Auflage (G) ein Durchgang (I) mündet, der mit einer Unterdruckquelle verbunden ist.
  13. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen kreisringförmigen Heizkörper (Q), der als Auflage für den Randbereich (C) der Substrat-Scheibe (A, B) dient.
Es folgen 6 Blatt Zeichnungen






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