JP2005125606A - Mold and its manufacturing method - Google Patents

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幸毅 佐伯
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mold which enables the higher-precision molding of a product, and its manufacturing method. <P>SOLUTION: In this mold 1, an alumina layer 3 using sputtering is formed on an Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>-TiC substrate 2 or an alumina substrate 2; a tantalum layer 5 is formed on the polished surface of the alumina layer 3; and a required mold pattern is formed on the surface of the tantalum layer 5. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高精度の金型パターンを有する射出成型用の金型及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an injection mold having a highly accurate mold pattern and a method for manufacturing the same.

従来、機械加工を使う金型の形成方法は、ステンレス基板にニッケルリン(NiP)を無電解メッキにより形成し、表面を研磨することで表面粗度を小さくして、その後、NC旋盤等で所定の形状の金型を作っている。この旋盤による金型形成方法では、2つの制約条件が出てくる。1つは、回転対称を持つパターンのみ形成可能である。もう1つは、パターンピッチが約5μm程度が限界となる。
この他に、機械加工と同様にステンレス基板上にNiPを形成し、NiPを研磨した基板上にタンタルをスパッタし、その後、フォトリソグラフィおよびエッチング(物理エッチングもしくは反応性エッチング)を用いて所望の金型パターンを形成する方法がある(特許文献1参照)。
特開2003−103525号公報
Conventionally, a method of forming a mold using machining is to form nickel phosphorus (NiP) on a stainless steel substrate by electroless plating, reduce the surface roughness by polishing the surface, and then use a NC lathe or the like to determine the surface roughness. The mold of the shape is made. In this mold forming method using a lathe, two constraint conditions appear. One can form only patterns having rotational symmetry. The other is that the pattern pitch is about 5 μm.
In addition, NiP is formed on a stainless steel substrate in the same manner as machining, tantalum is sputtered on the polished NiP substrate, and then photolithography and etching (physical etching or reactive etching) are used to form a desired gold. There is a method of forming a mold pattern (see Patent Document 1).
JP 2003-103525 A

ところで、NC旋盤等による機械加工で、高精度の金型を形成しようとすると、図3に示すように、例えば階段状の金型パターンでは、その金型60の段差エッジ63にあたる部分に旋盤の刃61が触れないために段差エッジ63がなまってしまう。この金型のエッジ63のなまり62を残したまま、例えば、CD/DVD互換用ホログラムレンズを成型すると金型のエッジ部分のなまりも転写されてレンズを成型するため、より高精度の光学系を形成できない。即ち、光ディスクの光学ピックアップにおいては、図4A,Bに示すように、CD記録媒体13とDVD記録媒体14を1つの光学ピックアップで再生できるように、対物レンズ11,12の光源側にCD/DVD互換用ホログラムレンズ10を配置したものが知られている。レンズ構造は、中心より外周部に向う多数の輪帯の階段形状を有している。このCD/DVD互換用ホログラムレンズ10は、再生光となるレーザ光L1、L2の波長の違いによって発生するホログラムの球面収差によって、CDとDVDとの基板厚の違いにより発生する球面収差を補正する。図4A、Bでは、基板厚t1が1.2mmのCD記録媒体13と、基板厚t2が0.6mmの記録媒体14に対して、それぞれCD/DVD互換用ホログラムレンズ10により、レーザ光L1、L2が記録層に焦点する状態を示している。このようなCD/DVD互換用ホログラムレンズ10を、機械加工による金型により成型した場合、上述の段差エッジ部分62はレンズとして機能してないため、金型としての階段の最小幅は5μmが限界であり、それ以上に階段幅を縮小することが困難であった。   By the way, when trying to form a high-precision mold by machining with an NC lathe or the like, as shown in FIG. 3, for example, in a step-shaped mold pattern, a lathe is formed at a portion corresponding to the step edge 63 of the mold 60. Since the blade 61 does not touch, the step edge 63 is distorted. For example, when a hologram lens for CD / DVD compatibility is molded with the edge 62 of the mold edge 63 left, the edge of the mold is also transferred and the lens is molded. It cannot be formed. That is, in the optical pickup of the optical disk, as shown in FIGS. 4A and 4B, the CD / DVD is placed on the light source side of the objective lenses 11 and 12 so that the CD recording medium 13 and the DVD recording medium 14 can be reproduced by one optical pickup. A lens having a compatible hologram lens 10 is known. The lens structure has a large number of ring-shaped staircase shapes from the center toward the outer periphery. This CD / DVD compatible hologram lens 10 corrects the spherical aberration caused by the difference in the substrate thickness between the CD and the DVD by the spherical aberration of the hologram caused by the difference in the wavelengths of the laser beams L1 and L2 as the reproduction light. . 4A and 4B, a CD recording medium 13 having a substrate thickness t1 of 1.2 mm and a recording medium 14 having a substrate thickness t2 of 0.6 mm are respectively subjected to laser light L1, L2 indicates a state of focusing on the recording layer. When such a CD / DVD compatible hologram lens 10 is molded by a mold by machining, the above-mentioned step edge portion 62 does not function as a lens, so the minimum width of a staircase as a mold is limited to 5 μm. It was difficult to reduce the stairs width beyond that.

また、上述したように、ステンレス基板上にNiPを形成してタンタルを形成する方法では、機械加工による方法とは違い、自由形状のパターンを形成することが可能となり、さらに、パターンピッチも1μmを下回る程度のパターンまで形成することが可能である。しかし、基板にステンレス基板を用いることで、金型の熱膨張係数は、11〜17×10−6(1/K)と大きく高精度なパターンを形成しようとすると、射出成型時の熱により金型が変形してしまい、その結果、成型品のパターン精度が悪化してしまう。 In addition, as described above, in the method of forming tantalum by forming NiP on a stainless steel substrate, it is possible to form a free-form pattern unlike the method by machining, and the pattern pitch is 1 μm. It is possible to form even a pattern that is lower than that. However, by using a stainless steel substrate as the substrate, the mold has a thermal expansion coefficient of 11 to 17 × 10 −6 (1 / K). The mold is deformed, and as a result, the pattern accuracy of the molded product is deteriorated.

本発明は、上述の点に鑑み、より高精度の製品成型が可能な金型及びその製造方法を提供するものである。   In view of the above-mentioned points, the present invention provides a mold capable of molding a product with higher accuracy and a manufacturing method thereof.

本発明に係る金型は、アルチック基板またはアルミナ基板上にスパッタによるアルミナ層が形成され、アルミナ層の研磨表面にタンタル層が形成され、このタンタル層の表面に所用の金型パターンが形成された構成とする。   In the mold according to the present invention, an alumina layer is formed by sputtering on an Altic substrate or an alumina substrate, a tantalum layer is formed on the polished surface of the alumina layer, and a desired mold pattern is formed on the surface of the tantalum layer. The configuration.

アルミナ層の研磨表面の表面粗度Raとしては、0.2〜0.5nmとすることが好ましい。
また、タンタル層の金型パターンは、フォトリソグラフィ法により反応性イオンエッチングで形成されることが好ましい。
The surface roughness Ra of the polished surface of the alumina layer is preferably 0.2 to 0.5 nm.
The mold pattern of the tantalum layer is preferably formed by reactive ion etching by a photolithography method.

本発明に係る金型の製造方法は、アルチック基板またはアルミナ基板上にスパッタにてアルミナ層が形成される工程と、アルミナ層の表面を表面粗度Raを0.2〜0.5nmとなるよう研磨する工程と、研磨したアルミナ層の表面にタンタル層をスパッタにて形成する工程と、タンタル層にフォトリソグラフィ法により反応性イオンエッチングで所要の金型パターンを形成する工程とを有することを特徴とする。   The method for producing a mold according to the present invention includes a step of forming an alumina layer by sputtering on an Altic substrate or an alumina substrate, and a surface roughness Ra of the surface of the alumina layer to be 0.2 to 0.5 nm. A step of polishing, a step of forming a tantalum layer on the surface of the polished alumina layer by sputtering, and a step of forming a required mold pattern by reactive ion etching on the tantalum layer by photolithography. And

本発明に係る金型では、基板としているアルチックまたはアルミナを用いるため、製品成型時の熱による金型の変形が抑えられる。また、金型材料としてタンタルを選択することで、タンタルの熱膨張係数が6.5×10−6であるため、アルチック基板の熱膨張係数に近く、製品形成時の熱履歴による金型表面材の耐久性も向上する。金型の耐久性もアルチックまたはアルミナ基板を用いているので、製品成型時の圧力による変形にも優れている。 In the metal mold | die which concerns on this invention, the deformation | transformation of the metal mold | die by the heat | fever at the time of a product shaping | molding is suppressed since the Altic or alumina used as a board | substrate is used. Further, by selecting tantalum as the mold material, the thermal expansion coefficient of tantalum is 6.5 × 10 −6 , so that it is close to the thermal expansion coefficient of the Altic substrate, and the mold surface material due to the thermal history during product formation. Durability is also improved. The durability of the mold is also excellent in deformation due to pressure during product molding because it uses an Altic or alumina substrate.

本発明に係る金型の製造方法では、タンタル層にフォトリソグラフィ法により反応性イオンエッチングで金型パターンを形成するので、金型パターンの微細加工が可能になる。基板としてアルチックまたはアルミナを用いるため、製品成型時の熱による金型の変形が抑えられる。また、熱膨張係数が6.5×10−6である金型材料としてタンタルを選択することで、アルチック基板の熱膨張係数に近づけることができ、製品形成時の熱履歴による金型表面材の耐久性が向上する。本金型の材料は、ほとんどがアルチックまたはアルミナ基板であるために、ビッカース硬度が2000の硬化な金型となる。金型のアルチックまたはアルミナ基板を用いているので、製品成型時の圧力に変形しない。 In the mold manufacturing method according to the present invention, since the mold pattern is formed on the tantalum layer by reactive ion etching by photolithography, the mold pattern can be finely processed. Since Altic or alumina is used as the substrate, deformation of the mold due to heat during product molding can be suppressed. In addition, by selecting tantalum as a mold material having a thermal expansion coefficient of 6.5 × 10 −6 , it is possible to approach the thermal expansion coefficient of the Altic substrate, and the surface of the mold surface material due to the thermal history during product formation. Durability is improved. Most of the material of the mold is an AlTiC or alumina substrate, so that the mold is a curable mold having a Vickers hardness of 2000. Since a mold Altic or alumina substrate is used, it does not deform to the pressure at the time of product molding.

アルミナ層の研磨表面の表面粗度Raとしては、下限値の0.2nmが研磨加工の限界である。また、表面粗度Raが上限値0.5nmを超えると、この金型を使って生産する製品の性能が確保できない。   As the surface roughness Ra of the polished surface of the alumina layer, the lower limit of 0.2 nm is the limit of polishing. On the other hand, if the surface roughness Ra exceeds the upper limit of 0.5 nm, the performance of products produced using this mold cannot be ensured.

本発明に係る金型によれば、アルチック基板の一主面上にスパッタによるアルミナ層が形成され、表面研磨した後、タンタル層が形成され、このタンタル層の表面に反応性イオンエッチングによる金型パターンが形成されているので、金型パターンが形成されているので、金型パターン精度の高い金型が得られる。基板としているアルチック(Al−TiC)基板の熱膨張係数は、7.6×10−6であるため、従来のステンレス基板の11〜17×10−6に比べ、ほぼ半分程度なので製品成型時の熱、即ち、射出成型時の熱による金型の変形が半分程度に抑えられることにより、高精度の製品成型を実現することができる。また、金型材料としてタンタルを選べば、タンタルの熱膨張係数が6.5×10−6であるため、ステンレスの熱膨張係数よりもアルチック(Al−TiC)基板の熱膨張係数に近いため、製品形成時の熱履歴による金型表面材の耐久性も向上する。本金型の材料はほとんどがAl−TiC基板であるために、ビッカース硬度が2000の金型となる。一方、ステンレス基板を用いた金型では、硬度の高いステンレスを用いたとしても、せいぜい700程度の硬度しかない。従って、金型の耐久性はAl−TiC基板を用いた方がすぐれており、製品成型時の圧力による変形も本実施の方法で作った金型の方が優れている。アルミナ基板を用いた場合もアルチック基板と同様な効果を有する。 According to the mold of the present invention, an alumina layer is formed by sputtering on one main surface of the Altic substrate, and after surface polishing, a tantalum layer is formed. A mold by reactive ion etching is formed on the surface of the tantalum layer. Since the pattern is formed, the mold pattern is formed, so that a mold with high mold pattern accuracy can be obtained. Since the thermal expansion coefficient of the AlTiC (Al 2 O 3 —TiC) substrate as the substrate is 7.6 × 10 −6 , the product is almost half compared to 11-17 × 10 −6 of the conventional stainless steel substrate. High-precision product molding can be realized by suppressing the deformation of the mold by heat during molding, that is, heat during injection molding, to about half. Further, if tantalum is selected as the mold material, the thermal expansion coefficient of tantalum is 6.5 × 10 −6 , so that the thermal expansion coefficient of the AlTiC (Al 2 O 3 —TiC) substrate is higher than the thermal expansion coefficient of stainless steel. Therefore, the durability of the mold surface material due to the thermal history during product formation is also improved. Since most of the material of this mold is an Al 2 O 3 —TiC substrate, the mold has a Vickers hardness of 2000. On the other hand, a mold using a stainless steel substrate has a hardness of about 700 at most even if a stainless steel having a high hardness is used. Therefore, the durability of the mold is better when the Al 2 O 3 —TiC substrate is used, and the mold made by the method of the present embodiment is also superior in deformation due to pressure during product molding. The use of an alumina substrate has the same effect as an Altic substrate.

アルミナ層の研磨表面の表面粗度Raを0.2〜0.5nmにするときには、タンタル層を精度よくスパッタすることができる。
タンタル層の金型パターンをフォトリソグラフィ法により反応性イオンエッチングで形成するときは、一般的な半導体プロセスを用いることができ、より高精度の金型パターンを有する金型を提供することができる。
When the surface roughness Ra of the polished surface of the alumina layer is 0.2 to 0.5 nm, the tantalum layer can be sputtered with high accuracy.
When forming the mold pattern of the tantalum layer by reactive ion etching by photolithography, a general semiconductor process can be used, and a mold having a more accurate mold pattern can be provided.

本発明に係る金型の製造方法によれば、微細加工が可能になるので、より高精度の金型パターンを有する金型の製造することができる。   According to the mold manufacturing method of the present invention, fine processing is possible, and therefore a mold having a more accurate mold pattern can be manufactured.

本発明に係る金型の製造方法によれば、アルチック基板の一主面上にスパッタによるアルミナ層を形成し、表面研磨したアルミナ層上にタンタル層を形成し、このタンタル層の表面に反応性イオンエッチングにより金型パターンを形成することにより、金型パターン精度が高い金型を製造することができる。
金型を相互に熱膨張係数が近いアルチック基板、アルミナ層及びタンタル層からなる基板を用いて形成するので、射出成型時の熱による変形を抑え、高精度の製品成型を可能にする金型を製造することができる。また、高硬度を有し耐久性に優れ、製品成型時の圧力による変形が生じない金型を製造できる。
According to the mold manufacturing method of the present invention, an alumina layer is formed by sputtering on one main surface of an Altic substrate, a tantalum layer is formed on the surface-polished alumina layer, and the surface of the tantalum layer is reactive. By forming a mold pattern by ion etching, a mold having a high mold pattern accuracy can be manufactured.
Since the mold is formed using an Altic substrate, an alumina layer, and a tantalum layer that have similar thermal expansion coefficients to each other, a mold that suppresses heat deformation during injection molding and enables high-precision product molding. Can be manufactured. In addition, it is possible to manufacture a mold that has high hardness and excellent durability and does not undergo deformation due to pressure during product molding.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本実施の形態に係る金型、いわゆるタンタル金型とその製造方法を示す一実施の形態を示す。以下、製造工程順に説明する。
図1Aに示すように、アルチック(Al−TiC)基板2を用意し、このアルチック基板2上にスパッタ法によいアルミナ(Al)層3を形成する。
次に、図1Bに示すように、アルミナ層3の表面をラップ板4で研磨することでアルミナ層3の表面粗度Raを小さくする。表面粗度Raとしては、0.2〜0.5nm程度にすることが好ましい。アルチック基板2の表面にアルミナをスパッタすることにより、アルミナのスパッタ粒子がアルチック基板2の表面の穴を埋めるので、研磨面がきれいになる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment showing a mold according to the present embodiment, a so-called tantalum mold and a manufacturing method thereof. Hereinafter, it demonstrates in order of a manufacturing process.
As shown in FIG. 1A, an AlTiC (Al 2 O 3 —TiC) substrate 2 is prepared, and an alumina (Al 2 O 3 ) layer 3 suitable for sputtering is formed on the AlTiC substrate 2.
Next, as shown in FIG. 1B, the surface roughness Ra of the alumina layer 3 is reduced by polishing the surface of the alumina layer 3 with a lapping plate 4. The surface roughness Ra is preferably about 0.2 to 0.5 nm. By sputtering alumina on the surface of the Altic substrate 2, the sputtered particles of alumina fill the holes on the surface of the Altic substrate 2, so that the polished surface is clean.

次に、図1Cに示すように、アルミナ層3を研磨した表面に、反応性イオンエッチング(RIE)が可能な金属層、本例では、タンタル(Ta)をスパッタしてタンタル層5を形成する。この場合、タンタル層5は、表面に形成する金型パターンの高さを考慮し、且つパターン最大高さより厚い膜厚で形成する。
図1Dに示すように、タンタル層5上にフォトレジスト層6を塗布形成する。レジスト層6は、タンタル層5との反応性イオンエッチング時の選択比を考慮し、所定の膜厚で塗布する。
Next, as shown in FIG. 1C, a metal layer capable of reactive ion etching (RIE), in this example, tantalum (Ta), is sputtered on the polished surface of the alumina layer 3 to form a tantalum layer 5. . In this case, the tantalum layer 5 is formed with a film thickness that is thicker than the maximum pattern height in consideration of the height of the mold pattern formed on the surface.
As shown in FIG. 1D, a photoresist layer 6 is formed on the tantalum layer 5 by coating. The resist layer 6 is applied with a predetermined film thickness in consideration of the selection ratio at the time of reactive ion etching with the tantalum layer 5.

次に、図1Eに示すように、フォトマスク(図示せず)を用いてフォトレジスト層6を露光し、現像処理して、金型パターンに対応した開口7を有するレジストマスク6Aを形成する。
次に、図1Fに示すように、レジストマスク6Aを介してタンタル層5を反応性イオンエッチング法により選択的にエッチングする。例えば、エッチングに流すガスとして、CF4のような反応性のガスを用いてエッチングを行うことで、レジストマスク6Aのパターンをタンタル層5に転写する。転写されたタンタル層5には、所要の金型パターン8が形成される。
Next, as shown in FIG. 1E, the photoresist layer 6 is exposed using a photomask (not shown) and developed to form a resist mask 6A having openings 7 corresponding to the mold pattern.
Next, as shown in FIG. 1F, the tantalum layer 5 is selectively etched by the reactive ion etching method through the resist mask 6A. For example, the pattern of the resist mask 6 </ b> A is transferred to the tantalum layer 5 by performing etching using a reactive gas such as CF 4 as a gas to be etched. A required mold pattern 8 is formed on the transferred tantalum layer 5.

次に、図1Gに示すように、レジストマスク6Aを剥離除去して、アルチック基板2を用いタンタル層5の表面に金型パターン8を有する目的のタンタル金型1を得る。   Next, as shown in FIG. 1G, the resist mask 6A is peeled and removed, and the target tantalum mold 1 having the mold pattern 8 on the surface of the tantalum layer 5 using the Altic substrate 2 is obtained.

ここで、アルミア層3の表面粗度Raを向上(Raを小さくすること)する程、アルミナ層3上に形成されるタンタル層5の表面粗度Raが向上する。
因みに、後述するように金型をCD/DVD互換用ホログラムレンズの成型に適用した場合、このタンタル層5の面はレンズ成型時の光学面になるので、タンタル層5の表面粗度Raが向上することはタンタル層5の表面での光の散乱が小さくなり、レンズの透過率が向上する。また、タンタル層5の表面粗度Raが向上すると、段差を有するレンズ表面形状の測定時の測定精度を向上することができる。そして、アルミナ層3の表面粗度Raとしては、0.2nmが現状での研磨加工の限界であり、これより小さくすると研磨加工が困難になる。また、表面粗度Raが0.5nm以下であれば、この金型1を用いて生産する製品、例えばCD/DVD互換用ホログラムレンズの性能を確保することができ、表面粗度Raが0.5nmを越えるとレンズ性能を確認することが困難になる。
Here, as the surface roughness Ra of the aluminum layer 3 is improved (Ra is reduced), the surface roughness Ra of the tantalum layer 5 formed on the alumina layer 3 is improved.
Incidentally, as will be described later, when the mold is applied to molding a CD / DVD compatible hologram lens, the surface of the tantalum layer 5 becomes an optical surface at the time of lens molding, so that the surface roughness Ra of the tantalum layer 5 is improved. This reduces the light scattering on the surface of the tantalum layer 5 and improves the transmittance of the lens. Further, when the surface roughness Ra of the tantalum layer 5 is improved, the measurement accuracy at the time of measuring the lens surface shape having a step can be improved. And as surface roughness Ra of the alumina layer 3, 0.2 nm is the limit of the present polishing process, and if it is smaller than this, the polishing process becomes difficult. Further, if the surface roughness Ra is 0.5 nm or less, the performance of a product produced using the mold 1, for example, a CD / DVD compatible hologram lens can be ensured, and the surface roughness Ra is 0. If it exceeds 5 nm, it is difficult to confirm the lens performance.

本実施の形態に係るタンタル金型によれば、アルチック基板2の一主面上にスパッタによるアルミナ層3が形成され、表面研磨した後、タンタル層5が形成され、このタンタル層5の表面に反応性イオンエッチングによる金型パターン8が形成されているので、金型パターン精度の高い金型が得られる。基板としているアルチック(Al−TiC)基板の熱膨張係数は、7.6×10−6であるため、従来のステンレス基板の11〜17×10−6に比べ、ほぼ半分程度なので製品成型時の熱、即ち、射出成型時の熱による金型の変形が半分程度に抑えられることにより、高精度の製品成型を実現することができる。また、金型材料としてタンタルを選べば、タンタルの熱膨張係数が6.5×10−6であるため、ステンレスの熱膨張係数よりもアルチック(Al−TiC)基板の熱膨張係数に近いため、製品形成時の熱履歴による金型表面材の耐久性も向上する。本金型の材料はほとんどがAl−TiC基板であるために、ビッカース硬度が2000の金型となる。一方、ステンレス基板を用いた金型では、硬度の高いステンレスを用いたとしても、せいぜい700程度の硬度しかない。従って、金型の耐久性はAl−TiC基板を用いた方がすぐれており、製品成型時の圧力による変形も本実施の方法で作った金型の方が優れている。アルミナ基板を用いた場合もアルチック基板と同様な効果を有する。 According to the tantalum mold according to the present embodiment, the alumina layer 3 is formed by sputtering on one main surface of the Altic substrate 2, and after surface polishing, the tantalum layer 5 is formed. Since the mold pattern 8 is formed by reactive ion etching, a mold with high mold pattern accuracy can be obtained. Since the thermal expansion coefficient of the AlTiC (Al 2 O 3 —TiC) substrate as the substrate is 7.6 × 10 −6 , the product is almost half compared to 11-17 × 10 −6 of the conventional stainless steel substrate. High-precision product molding can be realized by suppressing the deformation of the mold by heat during molding, that is, heat during injection molding, to about half. Further, if tantalum is selected as the mold material, the thermal expansion coefficient of tantalum is 6.5 × 10 −6 , so that the thermal expansion coefficient of the AlTiC (Al 2 O 3 —TiC) substrate is higher than the thermal expansion coefficient of stainless steel. Therefore, the durability of the mold surface material due to the thermal history during product formation is also improved. Since most of the material of this mold is an Al 2 O 3 —TiC substrate, the mold has a Vickers hardness of 2000. On the other hand, a mold using a stainless steel substrate has a hardness of about 700 at most even if a stainless steel having a high hardness is used. Therefore, the durability of the mold is better when the Al 2 O 3 —TiC substrate is used, and the mold made by the method of the present embodiment is also superior in deformation due to pressure during product molding. The use of an alumina substrate has the same effect as an Altic substrate.

上述した本実施の形態では、基板にアルチック基板を用いたが、特に限定することではなく、アルミナ(Al)基板を用いて、同様にタンタル金型を形成してもよい。
また、スパッタ粒子に関しては、アルミナに限定する必要はなく、金型パターンとなる材質、本実施の形態ではタンタルを使用、このタンタルの熱膨張係数の近い材質であればアルチック等を用いてよい。また、基板についてもアルチック基板またはアルミナ基板を用いたが、タンタルで形成することも可能である。
In the present embodiment described above, an AlTiC substrate is used as the substrate. However, there is no particular limitation, and an tantalum mold may be similarly formed using an alumina (Al 2 O 3 ) substrate.
The sputtered particles need not be limited to alumina, but may be made of a material that becomes a mold pattern, tantalum is used in the present embodiment, and Altic or the like if the material has a thermal expansion coefficient close to that of tantalum. Further, although an AlTiC substrate or an alumina substrate is used as the substrate, it can be formed of tantalum.

上述した本実施の形態に係るタンタル金型の製造方法では、フォトリソグラフィ法を用いて一段形状の金型を形成したが、さらにフォトリソグラフィ法を複数繰り返すことで、複雑な形状の金型を形成することも可能である。   In the tantalum mold manufacturing method according to the present embodiment described above, a one-stage mold is formed using the photolithography method, but a complex-shaped mold is formed by repeating the photolithography method more than once. It is also possible to do.

本実施の形態に係るタンタル金型の製造方法によれば、アルチック基板2の一主面上にスパッタによるアルミナ層3を形成し、表面研磨したアルミナ層3上にタンタル層5を形成し、このタンタル層5の表面に反応性イオンエッチングにより金型パターン8を形成することにより、金型パターン精度が高い金型1を製造することができる。
金型1を相互に熱膨張係数が近いアルチック基板2、アルミナ層3及びタンタル層5からなる基板を用いて形成するので、射出成型時の熱による変形を抑え、高精度の製品成型を可能にする金型を製造することができる。また、高硬度を有し耐久性に優れ、製品成型時の圧力による変形が生じない金型を製造できる。
According to the tantalum mold manufacturing method of the present embodiment, the alumina layer 3 is formed by sputtering on one main surface of the Altic substrate 2, and the tantalum layer 5 is formed on the surface-polished alumina layer 3. By forming the mold pattern 8 on the surface of the tantalum layer 5 by reactive ion etching, the mold 1 with high mold pattern accuracy can be manufactured.
Mold 1 is formed using Altic substrate 2, alumina layer 3 and tantalum layer 5 which have similar thermal expansion coefficients to each other, so that deformation due to heat during injection molding can be suppressed and high-precision product molding is possible. Molds can be manufactured. In addition, it is possible to manufacture a mold that has high hardness and excellent durability and does not undergo deformation due to pressure during product molding.

本実施の形態に係るタンタル金型を用いることで、高度なパターン及び精密度を要求されるCD/DVD互換用ホログラムレンズを形成することが可能になる。   By using the tantalum mold according to the present embodiment, it becomes possible to form a hologram lens for CD / DVD compatibility that requires a high degree of pattern and precision.

図2は、上述の本実施の形態の製造方法を用いて作製したCD/DVD互換用ホログラムレンズの金型21を示す。   FIG. 2 shows a mold 21 of a CD / DVD compatible hologram lens manufactured by using the manufacturing method of the present embodiment described above.

通常、CD/DVD互換用ホログラムレンズは、非常に精密な加工を必要とし、精度の良い金型を必要とする。さらに金型を射出成型で形成する時、樹脂レンズであれば140〜150℃、ガラスレンズであれば580〜620℃の温度まで上昇するため、金型自体の熱膨張による射出成型の転写の困難さを要している。   Usually, a CD / DVD compatible hologram lens requires very precise processing and requires a highly accurate mold. Further, when the mold is formed by injection molding, the temperature rises to 140 to 150 ° C. for a resin lens and 580 to 620 ° C. for a glass lens. Therefore, it is difficult to transfer the injection molding due to the thermal expansion of the mold itself. I need it.

本実施の形態に係るCD/DVD互換用ホログラムレンズの金型21によれば、熱伝導率が比較的高く、熱膨張率が小さい硬度なアルチック基板2あるいはアルミナ基板2上にアルミナ層3をスパッタ形成した後、アルミナ層3のRaが0.2〜0.5nmになるよう研磨し、さらにタンタル層5を形成し反応性イオンエッチングして金型パターン22を形成するので、高いパターン精度かつ高剛性を備えた金型21を提供することができる。この金型21によれば、幅dが5μm以下、3μm程度の金型21が得られる。   According to the mold 21 for a CD / DVD compatible hologram lens according to the present embodiment, the alumina layer 3 is sputtered on the hard Altic substrate 2 or the alumina substrate 2 having a relatively high thermal conductivity and a low thermal expansion coefficient. After the formation, the alumina layer 3 is polished so that the Ra becomes 0.2 to 0.5 nm, and further, the tantalum layer 5 is formed and the reactive ion etching is performed to form the mold pattern 22. A mold 21 having rigidity can be provided. According to this mold 21, a mold 21 having a width d of 5 μm or less and about 3 μm is obtained.

本実施の形態に係るタンタル金型では、CD/DVD互換用ホログラムレンズの金型の形成について説明したが、特に金型の種類を限定するこのではなく、高度なパターン、熱膨張率が小さく、熱伝導率が比較的高く、また、高剛性を有する金型に適用することができる。   In the tantalum mold according to the present embodiment, the formation of the mold of the CD / DVD compatible hologram lens has been described, but this is not particularly limited to the type of the mold, and the advanced pattern and the coefficient of thermal expansion are small. It can be applied to a mold having relatively high thermal conductivity and high rigidity.

本発明に係る金型の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図である。It is a manufacturing-process figure which shows one Embodiment of the manufacturing method of the metal mold | die which concerns on this invention. 本発明に係る金型の一実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the metal mold | die which concerns on this invention. 従来の金型形成を説明した模式図である。It is the schematic diagram explaining the conventional metal mold | die formation. 従来の金型により成型されたCD/DVD互換用ホログラムレンズの説明図である。It is explanatory drawing of the hologram lens for CD / DVD compatibility shape | molded by the conventional metal mold | die.

符号の説明Explanation of symbols

1・・タンタル金型、2・・アルチック基板またはアルミナ基板、3・・アルミナ層、4・・ラップ板、5・・タンタル層、6・・フォトレジスト層、6A・・レジストマスク、7・・開口、8、22・・金型パターン、10・・CD/DVD互換用ホログラムレンズ、11、12・・対物レンズ、13・・CD記録媒体、14・・DVD記録媒体、21・・CD/DVD互換用ホログラムレンズの金型、60・・金型、61・・旋盤の刃、62・・なまり、63・・段差エッジ   1 .... Tantalum mold, 2 .... Altic substrate or alumina substrate, 3 .... Alumina layer, 4 .... Lap plate, 5 .... Tantalum layer, 6 .... Photoresist layer, 6A ..., Resist mask, ... Aperture, 8, 22 ... Mold pattern, 10 ... CD / DVD compatible hologram lens, 11, 12 ... Objective lens, 13 ... CD recording medium, 14 ... DVD recording medium, 21 ... CD / DVD Compatible hologram lens mold, 60 ... Die, 61 ... Lathe blade, 62 ... Round, 63 ... Step edge

Claims (4)

アルチック基板またはアルミナ基板上にスパッタによるアルミナ層が形成され、前記アルミナ層の研磨表面にタンタル層が形成され、
前記タンタル層の表面に所要の金型パターンが形成されて成る
ことを特徴とする金型。
An alumina layer is formed by sputtering on an Altic substrate or an alumina substrate, and a tantalum layer is formed on the polished surface of the alumina layer,
A mold having a required mold pattern formed on the surface of the tantalum layer.
前記アルミナ層の研磨表面の表面粗度Raが0.2〜0.5nmである
ことを特徴とする請求項1記載の金型。
The mold according to claim 1, wherein the surface roughness Ra of the polished surface of the alumina layer is 0.2 to 0.5 nm.
前記タンタル層の金型パターンは、フォトリソグラフィ法により反応性イオンエッチングで形成されて成る
ことを特徴とする請求項1記載の金型。
The mold according to claim 1, wherein the mold pattern of the tantalum layer is formed by reactive ion etching by a photolithography method.
アルチック基板またはアルミナ基板上にスパッタにてアルミナ層が形成される工程と、
前記アルミナ層の表面を表面粗度Raを0.2〜0.5nmとなるよう研磨する工程と、
前記研磨したアルミナ層の表面にタンタル層をスパッタにて形成する工程と、
前記タンタル層にフォトリソグラフィ法により反応性イオンエッチングで所要の金型パターンを形成する工程とを有する
ことを特徴とする金型の製造方法。
Forming an alumina layer by sputtering on an Altic substrate or an alumina substrate;
Polishing the surface of the alumina layer so that the surface roughness Ra is 0.2 to 0.5 nm;
Forming a tantalum layer by sputtering on the surface of the polished alumina layer;
Forming a required mold pattern on the tantalum layer by reactive ion etching using a photolithography method.
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