JP2009277289A - スタンパーの製造方法、樹脂成形物の製造方法およびスタンパー - Google Patents

スタンパーの製造方法、樹脂成形物の製造方法およびスタンパー Download PDF

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Abstract

【課題】裏面が十分に平坦なスタンパーを短時間でしかも容易に製造し得るスタンパーの製造方法を提供する。
【解決手段】第1面30a(一方の面)に凹凸パターン35が形成された平板状の電解めっき層31(スタンパー本体)における少なくとも第2面30b(他方の面)側(この例では、スタンパー本体に相当する電解めっき層31の全体)が結晶構造となるように電解めっき層31を形成した後に、電解めっき層31における第2面30bに無電解めっき層32(非晶質構造の層)を形成し、その後に無電解めっき層32の表面を研磨処理してスタンパー30を製造する。
【選択図】図2

Description

本発明は、磁気ディスク等の情報記録媒体を製造するためのスタンパーの製造方法およびスタンパー、並びに樹脂成形物の製造方法に関するものである。
この種のスタンパーの製造方法として、光ディスク用プラスチック基板の射出成形による製造時に原型として使用するスタンパーの製造方法が特開2002−92984号公報に開示されている。このスタンパーの製造方法では、まず、スタンパーを製造するための凹凸パターンが形成されたガラス原盤の上(凹凸パターンの形成面)に無電解めっき処理によって厚み70nm程度のNiP薄膜を形成する。次いで、形成したNiP薄膜を導電膜として使用して電解めっき処理を実行することにより、NiP薄膜の上に厚み300μm程度のNi層を形成する。次いで、形成したNi層の裏面(ガラス原盤とは反対側の面)に対する研磨処理を実行して平坦化する。続いて、NiP薄膜およびNi層の積層体をガラス原盤から剥離した後に、所定のサイズに打ち抜く。これにより、射出成形用のニッケルスタンパーが完成する。この後、製造したスタンパーを射出成形機にセットして射出成形処理を実行することにより、光ディスク用プラスチック基板が製造される。
特開2002−92984号公報(第2−5頁)
ところが、従来のスタンパーの製造方法には、以下の問題点がある。すなわち、従来の製造方法では、ガラス原盤の上に形成したNiP薄膜を導電膜として使用して電解めっき処理を実行することによってNi層を形成し、このNi層の裏面を研磨処理して平坦化することで、射出成形用のニッケルスタンパーを製造している。この場合、電解めっき処理によって形成された上記のNi層は、結晶構造を有している。このため、このNi層の裏面を研磨処理したときには、Ni層を構成する各結晶粒を消失の単位(「消失単位」ともいう)としてNi層が切削されることとなる。したがって、Ni層を構成する各結晶粒の粒径が大きい場合には、研磨処理によってNi層の裏面側を平坦化しようとしているにも拘わらず、結晶粒の粒径でNi層の裏面が大きく凹凸した状態となる。このため、従来のスタンパーの製造方法には、高密度記録化を図るべくファインピッチ化された今日の情報記録媒体を製造するのに適した十分に平坦なスタンパーを製造するのが困難であるという問題点が存在する。
この場合、上記の消失単位(Ni層の各結晶粒の粒径)を小さくするには、一例として、電解めっき処理時における電流密度を十分に小さくすればよい。しかしながら、電流密度を小さくした電解めっき処理では、十分な厚みのNi層を形成するのに非常に長い時間を要する。このため、電解めっき処理時における電流密度を小さくすることで研磨処理時における消失単位を小さくする製造方法を採用した場合には、Ni層の形成に長時間を要することに起因して、スタンパーの製造コストが高騰するという問題が生じる。一方、上記のように研磨処理時における結晶粒単位での消失を回避するために、研磨材の押し付け力を弱くしたり、Ni層に対する研磨材の相対的移動速度を低下させたりしたときには、Ni層の裏面をある程度は良好に平坦化できる可能性があるものの、Ni層の裏面全域を研磨するのに非常に長い時間を要することとなる。このため、研磨処理条件を変更して所望の平坦性を有するスタンパーを製造する製造方法を採用した場合には、研磨処理に長時間を要することに起因して、スタンパーの製造コストが高騰するという問題が生じる。
一方、出願人は、NiPやNiB等をめっき材料として用いた電解めっき処理を実行して上記のNi層に代わるNiP層やNiB層を形成することにより、その層を構成する結晶粒の粒径(消失単位)が十分に小さくなるのを見出した。しかしながら、NiP層やNiB層は、その応力がNi層よりも大きいため、上記のNi層と同様の厚み(300μm程度)に形成したときには、形成されたスタンパーに大きな反りが生じることとなる。このため、製造したスタンパーを射出成形機に対してセットするのが困難となるおそれがある。また、NiPやNiB等をめっき材料として用いた電解めっき処理は、Niをめっき材料として用いた電解めっき処理と比較して、処理時間当たりのめっき層の成長率が低いことが知られている。このため、NiPやNiB等をめっき材料として用いた電解めっき処理によって厚み300μmのめっき層を形成するには、非常に長い時間を要することとなり、これに起因して、スタンパーの製造コストが高騰するという問題点が存在する。また、NiPやNiB等をめっき材料として用いた電解めっき処理は、めっき処理液の管理が非常に困難であるため、所望の厚みのスタンパーを製造するのが困難であるという問題点も存在する。
また、出願人は、電解めっき処理に代えて、例えばNiPやNiBをめっき材料として用いた無電解めっき処理を実行して上記のNi層に代わるNiP層やNiB層を形成することにより、スタンパーの裏面に結晶粒が存在しないため、研磨処理に際して結晶粒を消失単位として切削される事態を回避することができるのを見出した。しかしながら、上記のNi層と同様の厚み(300μm程度)のNiP層やNiB層を無電解めっき処理によって形成するのが困難であることから、この製造方法には、射出成形処理に耐え得る十分な厚みのスタンパーを製造するのが困難であるという問題が存在する。また、無電解めっき処理は、電解めっき処理と比較して、処理時間当りの層の成長率が低いことが知られている。したがって、たとえ十分な厚みのスタンパーを製造できたとしても、上記のNi層と同様の厚みのNiP層やNiB層を無電解めっき処理によって形成するには、非常に長い時間を要することとなり、これに起因して、スタンパーの製造コストが高騰するおそれがある。
この場合、射出成形処理用のスタンパーの製造方法としては、上記のようなめっき処理による製造方法だけでなく、いわゆるダイレクトマスタリング法が知られている。このダイレクトマスタリング法によるスタンパーの製造に際しては、まず、平坦化処理した金属板の上にフォトリソグラフィ法によってマスクパターンを形成し、形成したマスクパターンをマスクとして使用したエッチング処理によって金属板に凹凸パターンを形成する。したがって、フォトリソグラフィ法によるマスクパターンの形成に先立って、金属板の表裏両面を十分に平坦化しておくことにより、凹凸パターンの形成面の裏面側が大きく凹凸する事態を回避することが可能となる。しかしながら、ダイレクトマスタリング法によるスタンパーの製造方法では、1枚のスタンパーを製造する都度、上記のフォトリソグラフィによるマスクパターンの形成処理を実行する必要が生じる。したがって、1枚のガラス原盤から複数枚のスタンパーを製造可能な上記のめっき処理によるスタンパーの製造方法と比較して、スタンパーの製造コストが高騰するという問題点が存在する。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、裏面が十分に平坦なスタンパーを短時間でしかも容易に製造し得るスタンパーの製造方法、および裏面が十分に平坦なスタンパー、並びに凹凸パターンが良好に転写された樹脂成形物を製造し得る樹脂成形物の製造方法を提供することを主目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明に係るスタンパーの製造方法は、一方の面に凹凸パターンが形成された平板状のスタンパー本体における少なくとも他方の面側が結晶構造となるように当該スタンパー本体を形成した後に、当該スタンパー本体における当該他方の面に非晶質構造の層を形成し、その後に当該非晶質構造の層の表面を研磨処理してスタンパーを製造する。なお、本明細書では、「その大半が非晶質構造となっている層(一例として、非晶質部分が50%以上を占める構造となっている層)」を「非晶質構造の層」とする。
また、本発明に係るスタンパーの製造方法は、前記スタンパー本体における前記結晶構造の部位と前記非晶質構造の層とを主成分が同一の材料で形成する。この場合、「主成分が同一の材料で形成する」とは、「対象部位を形成している材料のうちの原子数比率で80%以上を占める材料が同一となるように形成する」を意味する。
さらに、本発明に係るスタンパーの製造方法は、前記スタンパー本体における前記結晶構造の部位をNiで形成すると共に、前記非晶質構造の層をNiPおよびNiBのいずれかで形成する。
また、本発明に係る樹脂成形物の製造方法は、上記のいずれかのスタンパーの製造方法に従って製造した前記スタンパーを原型として用いて射出成形処理を実行することにより、当該スタンパーにおける前記凹凸パターンを樹脂材料に転写して樹脂成形物を製造する。
また、本発明に係るスタンパーは、一方の面に凹凸パターンが形成されると共に少なくとも他方の面側が結晶構造となるように形成された平板状のスタンパー本体を備え、当該スタンパー本体における前記他方の面に表面が研磨処理された非晶質構造の層が形成されている。
本発明に係るスタンパーの製造方法では、一方の面に凹凸パターンが形成された平板状のスタンパー本体における少なくとも他方の面側が結晶構造となるようにスタンパー本体を形成した後に、スタンパー本体における他方の面に非晶質構造の層を形成し、その後に非晶質構造の層の表面を研磨処理してスタンパーを製造する。また、本発明に係るスタンパーは、一方の面に凹凸パターンが形成されると共に少なくとも他方の面側が結晶構造となるように形成された平板状のスタンパー本体を備え、スタンパー本体における他方の面に表面が研磨処理された非晶質構造の層が形成されている。したがって、このスタンパーの製造方法およびスタンパーによれば、電解めっき処理によって形成したスタンパー本体の裏面(結晶構造の部位)を直接研磨処理して平坦化する従来のスタンパー製造方法によって製造したスタンパーとは異なり、非晶質構造の層を研磨処理して平坦化することで、スタンパー本体を構成する各結晶粒を消失単位として切削される事態を回避することができる結果、研磨処理後の表面粗さRaを十分に良好とすることができる。また、このスタンパーの製造方法およびスタンパーによれば、例えば、スタンパー本体を無電解めっき処理によって形成するスタンパーの製造方法と比較して、十分な厚みのスタンパー本体を電解めっき処理等によって短時間で形成することができる。したがって、このスタンパーの製造方法およびスタンパーによれば、製造時間が長くなることに起因してその製造コストが高騰する事態を回避することができる。また、このスタンパーの製造方法およびスタンパーによれば、スタンパー本体を無電解めっき処理によって形成するスタンパーの製造方法とは異なり、薄厚の非晶質構造の層を形成するだけでその表面粗さRaを十分に良好とすることができるため、この非晶質構造の層が有する応力の大小を問わず、非晶質構造の層の存在に起因してスタンパーに大きな反りが生じる事態を回避することができる。
また、本発明に係るスタンパーの製造方法によれば、スタンパー本体における結晶構造の部位と非晶質構造の層とを主成分が同一の材料で形成することにより、スタンパー本体における結晶構造の部位と非晶質構造の層とが十分に強く結合した状態となるため、例えば樹脂スタンパーの射出成形時にスタンパー本体における結晶構造の部位と非晶質構造の層との間に剥離が生じる事態を回避することができる。
さらに、本発明に係るスタンパーの製造方法によれば、スタンパー本体における結晶構造の部位をNiで形成すると共に、非晶質構造の層をNiPおよびNiBのいずれかで形成することにより、Niが化学的に安定しており、しかも、延性や展性に優れているため、劣化、破損および変形を招くことなく、このスタンパーを繰り返して使用することができる。また、調達が容易で、しかも、安価に調達できるNiを主成分とする材料を使用することでスタンパーの製造コストを十分に低減することができる。
また、本発明に係る樹脂成形物の製造方法によれば、上記のいずれかのスタンパーの製造方法に従って製造したスタンパーを原型として用いて射出成形処理を実行することによってスタンパーにおける凹凸パターンを樹脂材料に転写して樹脂成形物(インプリント処理用の樹脂スタンパーや、光ディスクおよび光磁気ディスク用の樹脂基板)を製造することにより、スタンパーの裏面(スタンパー本体における他方の面側)が十分に平坦化されているため、原型としてのスタンパーの裏面に生じている凹凸に起因して凹凸パターンの転写不良が生じる事態(樹脂成形物における凹凸パターンのパターン形状が悪化する事態)を回避することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明に係るスタンパーの製造方法、樹脂成形物の製造方法およびスタンパーの最良の形態について説明する。
図1に示す樹脂スタンパー製造システム1は、本発明に係るスタンパーの製造方法に従って本発明における樹脂成形物に相当するスタンパー40(樹脂スタンパー:図14参照)を製造するための製造システムであって、めっきスタンパー製造装置2および射出成形装置3を備えて構成されている。この場合、射出成形装置3は、めっきスタンパー製造装置2によって製造したスタンパー30(図2参照)を原型として、ポリカーボネート等の樹脂材料を成形用材料として用いた射出成形処理を実行して前述したスタンパー40を製造する。また、スタンパー40は、一例として、ディスクリートトラック型の磁気ディスク(パターンド媒体:図示せず)の製造に際して、磁気ディスク製造用の中間体の上にインプリント法によってエッチング処理用のマスクパターンを形成するためのスタンパーであって、図14に示すように、複数の凸部45aおよび凹部45bを有する凹凸パターン45が形成されて全体として円板状に形成されている。なお、スタンパー40を使用したインプリント処理によってマスクパターンを形成する方法や、マスクパターンを使用したエッチング処理によって情報記録媒体を製造する方法については、公知のため、その説明および図示を省略する。
一方、めっきスタンパー製造装置2は、本発明に係るスタンパーの製造方法に従って本発明に係るスタンパーに相当するスタンパー30を製造するための製造装置であって、蒸着装置4、電解めっき装置5、無電解めっき装置6および研磨装置7を備えて構成されている。蒸着装置4は、スタンパー30を製造するためのスタンパー20の製造に際して、図4に示すように、シリコン基板11(原盤10)の一面に蒸着処理によって電極層21を形成する。電解めっき装置5は、上記のスタンパー20の製造に際して、図5に示すように、蒸着装置4によって形成された電極層21を電極層として用いた電解めっき処理を実行して、電極層21の上に電解めっき層22を形成する。また、電解めっき装置5は、スタンパー30の製造に際して、図6に示すように、スタンパー20を電極として用いた電解めっき処理を実行して、スタンパー20の第1面20a(電極層21の表面)に電解めっき層31を形成する。無電解めっき装置6は、上記のスタンパー30の製造に際して、図9に示すように、電解めっき層31の第2面30b(本発明における「他方の面」)に無電解めっき処理によって無電解めっき層32を形成する。研磨装置7は、研磨対象体を保持しつつ回転させるターンテーブル(図示せず)と、研磨用テープ7a(図11参照)と、研磨用テープ7aを研磨対象体に押し付ける押圧用ローラ7b(図11参照)とを備え、無電解めっき装置6によって形成された無電解めっき層32の表面を研磨して平坦化する。
この場合、上記したように、スタンパー30は、スタンパー40を射出成形する際に原型として使用されるめっきスタンパー(金属スタンパー)であって、図6に示すスタンパー20の凹凸パターン25を電解めっき処理によってスタンパー形成材料(めっき材料)に転写して形成されている。このスタンパー30は、図2に示すように、その第1面30a(本発明における「一方の面」)に上記の凹凸パターン25を転写して形成した凹凸パターン35が形成された平板状の電解めっき層31を備えると共に、電解めっき層31における第2面30b(本発明における「他方の面」)に無電解めっき層32が形成され、かつ無電解めっき層32の表面が研磨処理によって平坦化されている。
また、電解めっき層31は、本発明におけるスタンパー本体を構成し、後述するようにして、第1面30a(一例として、上記の凹凸パターン35における凸部35aの突端面)から第2面30bまでの全体がNiをめっき材料として用いた電解めっき処理によって結晶構造となるように形成されている。さらに、無電解めっき層32は、本発明における「非晶質構造の層」を構成し、後述するようにして、一例として、NiP(一例として、原子数比率において「P」が5%以上20%以下)をめっき材料として用いた無電解めっき処理によって非晶質構造となるように形成されている。なお、出願人は、上記のようにめっき処理によって電解めっき層31を形成したスタンパー30では、例えばNiの薄板を用いてダイレクトマスタリング法によってスタンパー本体を形成したスタンパー(図示せず)と比較して、酸化が生じ難いとの利点が存在するのを確認している。
このスタンパー30の製造に際しては、まず、マスタースタンパーとしてのスタンパー20を製造する。具体的には、図3に示すように、まず、シリコン基板11の一面に凹凸パターン15が形成された原盤10を用意する。この原盤10は、一例として、フォトリソグラフィ法(電子ビームリソグラフィ法)によって形成したマスクパターン(図示せず)をマスクとして使用したエッチング処理によって上記の凹凸パターン15がシリコン基板11に形成されている。この場合、シリコン基板11に形成されている凹凸パターン15は、スタンパー30における凹凸パターン35の各凸部35aに対応して各凸部15aが形成されると共に、凹凸パターン35の各凹部35bに対応して各凹部15bが形成されている。なお、フォトリソグラフィ法によるマスクパターンの形成方法や、マスクパターンを使用したエッチング処理によって原盤10を製作する方法については、公知のため、その説明および図示を省略する。
次いで、原盤10を蒸着装置4にセットして、図4に示すように、原盤10における凹凸パターン15の表面に蒸着処理によってNiを蒸着することにより、厚み10〜70nm程度の電極層(導電層)21を形成する。この場合、蒸着処理による電極層21の形成方法に代えて、無電解めっき処理やスパッタ処理の各種方法で電極層を形成することもできる。続いて、電極層21の形成が完了した原盤10を電解めっき装置5にセットして、図5に示すように、めっき材料としてNiを使用し、かつ、電極層21を電極として用いて電解めっき処理(電鋳処理)を実行して、厚み300μm程度の電解めっき層22を電極層21の上に形成する。この際には、同図に示すように、原盤10に形成された凹凸パターン15が金属材料(この例では、Ni)に転写されて、凹凸パターン15における各凹部15bに対応する複数の凸部25aと、凹凸パターン15における各凸部15aに対応する複数の凹部25bとを有する凹凸パターン25が形成される。次いで、原盤10から電極層21および電解めっき層22の積層体を剥離することにより、マスタースタンパーとしてのスタンパー20が完成する。
なお、このスタンパー20を原型として使用した射出成形処理によってインプリント処理用の樹脂スタンパー(樹脂成形物)を製造することもできる。この場合には、後述するようにして、スタンパー20の第2面20b(本発明における「他方の面」)に本発明における非結晶構造の層を形成した後に研磨処理を実行してスタンパー20の裏面を平坦化する。一方、高価なスタンパー20を使用することで樹脂スタンパーの製造コストが高騰するおそれがある。したがって、この例では、以下に説明する手順に従ってスタンパー20の凹凸パターン25を他のスタンパー形成部材に転写することで、1枚のスタンパー20から複数枚の原型(スタンパー30)を製作する。具体的には、まず、スタンパー20を電解めっき装置5にセットして、めっき材料としてNiを使用し、かつ、スタンパー20を電極として用いた電解めっき処理を実行することにより、図6に示すように、厚み290μm程度の電解めっき層31を形成する。この際には、電流密度を10.0A/dm程度とすることにより、3時間程度の短い処理時間で十分な厚みの電解めっき層31が形成される。これにより、スタンパー20の凹凸パターン25が金属材料(この例ではNi)に転写されて、凹凸パターン25における各凹部25bに対応する複数の凸部35aと、凹凸パターン25における各凸部25aに対応する複数の凹部35bとを有する凹凸パターン35が形成される。この場合、電解めっき層31(本発明におけるスタンパー本体)は、上記したように、Niをめっき材料として使用した電解めっき処理によって形成したことで結晶構造となっている。
次いで、図7に示すように、スタンパー20から電解めっき層31を剥離する。この場合、電解めっき層31の第2面30bは、図8に示すように、大きく凹凸して、その高低差(凸部の突端部と凹部の底部との厚み方向に沿った距離)が1μm程度となっている。なお、同図および後に参照する図10,12では、一例として、上記の凹凸パターン35における凸部35aの突端面を第1面30aとして図示している。続いて、電解めっき層31を無電解めっき装置6にセットして、図9に示すように、NiPをめっき材料として使用した無電解めっき処理によって電解めっき層31の第2面30bに厚み10μm程度の無電解めっき層32を形成する。この場合、一般的には、単一の材料(極く僅かな量の酸素や不純物等が混入した材料を含む)で結晶構造となるように形成した層(例えば、Niをめっき材料として使用した電解めっき処理によって形成した電解めっき層31)が有する応力よりも、2以上の材料(意図的に2以上の材料を混合した材料:1種類の材料に極く僅かな量の酸素や不純物等が混入した材料は含まない)で非結晶構造となるように形成した層(例えば、主成分(Niなど)に対して添加材料(PやBなど)を含有させためっき材料で形成した層(例えば無電解めっき処理によって形成した無電解めっき層32))が有する応力の方が大きくなる。
このため、NiPやNiB等で形成した非結晶構造の層が、Ni等で形成した結晶構造の層に対して過剰に厚い状態では、両層の応力の相違に起因して、その積層体に反りが生じるおそれがある。これに対して、このスタンパーの製造方法では、無電解めっき層32の厚みが10μmと非常に薄厚のため、形成された無電解めっき層32が有する応力の大小を問わず、この無電解めっき層32の存在に起因して電解めっき層31に大きな反りが生じる事態が回避される。なお、図10に示すように、無電解めっき層32の表面(同図における下面)は、電解めっき層31における第2面30bの凹凸に沿って大きく凹凸している。
次いで、電解めっき層31および無電解めっき層32の積層体を研磨装置7にセットして、図11に示すように、無電解めっき層32の表面を研磨する。この際には、一例として、#4000程度の粗さの研磨用テープ7aを使用して、20分程度の研磨処理を実行することにより、無電解めっき層32から電解めっき層31の第2面30bが露出しない程度(第2面30bの凹凸における凸部の突端部が露出しない程度)まで無電解めっき層32を研磨する。この場合、無電解めっき層32は、NiPをめっき材料として使用したことで非晶質構造となっている。したがって、電解めっき処理によって形成された層(結晶構造の層)を研磨する従来のスタンパーの製造方法とは異なり、結晶粒を消失単位として切削される事態を招くことなく、無電解めっき層32が極く小さな消失単位で切削される。これにより、図12に示すように、電解めっき層31の第2面30bにおける凹凸の各凹部に無電解めっき層32を構成する非晶質構造の材料(この例では、NiP)が埋め込まれた状態で第2面30bが十分に平坦化されて、その表面粗さRaが2nm程度となる。以上により、図2に示すように、マザースタンパーとしてのスタンパー30が完成する。
一方、スタンパー30を用いてインプリント処理用のスタンパー40を製造する際には、スタンパー30を射出成形装置3にセットする。この際に、上記したようにスタンパー30に大きな反りが生じていないため、射出成形装置3のスタンパーホルダ(図示せず)に対して確実に密着する。次いで、一例として、ポリカーボネートを成形用材料(樹脂材料41)として使用して射出成形処理を実行する。この際には、図13に示すように、スタンパー30の凹凸パターン35が樹脂材料41に転写されて、凹凸パターン35における各凹部35bに対応する複数の凸部45aと、凹凸パターン35における各凸部35aに対応する複数の凹部45bとを有する凹凸パターン45が形成される。この場合、上記したように、スタンパー30における電解めっき層31の第2面30b側(無電解めっき層32の表面)は、十分に平坦化されている。このため、樹脂材料が注入されることでスタンパー30がスタンパーホルダに押し付けられた際に(スタンパー30に大きな圧力が加えられた際に)、スタンパー30の裏面に生じている凹凸の存在に起因して凹凸パターン45のパターン形状が悪化する事態が回避される。次いで、スタンパー30から樹脂材料41を剥離することにより、図14に示すように、凹凸パターン45が形成されたチャイルドスタンパーとしてのスタンパー40が完成する。この場合、1枚のスタンパー30から複数枚のスタンパー40を製作することにより、このスタンパー40を用いて製造する情報記録媒体(磁気ディスク)の製造コストを十分に低減することができる。
このように、上記のスタンパー30の製造方法では、第1面30aに凹凸パターン35が形成された平板状の電解めっき層31(スタンパー本体)における少なくとも第2面30b側(この例では、電解めっき層31の全体)が結晶構造となるように電解めっき層31を形成した後に、電解めっき層31における第2面30bに無電解めっき層32(非晶質構造の層)を形成し、その後に無電解めっき層32の表面を研磨処理して平坦化してスタンパー30を製造する。また、この製造方法に従って製造されたスタンパー30では、第1面30aに凹凸パターン35が形成されると共に少なくとも第2面30b側(この例では、電解めっき層31の全体)が結晶構造となるように形成された平板状の電解めっき層31を備え、電解めっき層31における第2面30bに、表面が研磨処理されて平坦化された無電解めっき層32が形成されている。
したがって、このスタンパー30の製造方法およびスタンパー30によれば、電解めっき処理によって形成したスタンパー本体の裏面(結晶構造の部位)を直接研磨処理して平坦化する従来のスタンパー製造方法によって製造したスタンパーとは異なり、非晶質構造の無電解めっき層32を研磨処理して平坦化することで、スタンパー本体(電解めっき層31)を構成する各結晶粒を消失単位として切削される事態を回避することができる結果、研磨処理後の表面粗さRaを十分に良好とすることができる。また、このスタンパー30の製造方法およびスタンパー30によれば、例えば、スタンパー本体を無電解めっき処理によって形成するスタンパーの製造方法と比較して、十分な厚みのスタンパー本体(電解めっき層31)を電解めっき処理によって短時間で形成することができる。したがって、このスタンパー30の製造方法およびスタンパー30によれば、製造時間が長くなることに起因してその製造コストが高騰する事態を回避することができる。また、このスタンパー30の製造方法およびスタンパー30によれば、スタンパー本体を無電解めっき処理によって形成するスタンパーの製造方法とは異なり、薄厚の非晶質構造の層(無電解めっき層32)を形成するだけでその表面粗さRaを十分に良好とすることができるため、無電解めっき層32が有する応力の大小を問わず、無電解めっき層32の存在に起因してスタンパー30に大きな反りが生じる事態を回避することができる。
また、上記のスタンパー30の製造方法によれば、電解めっき層31および無電解めっき層32を主成分(この例では、Ni)が同一の材料で形成することにより、電解めっき層31と無電解めっき層32とが十分に強く結合した状態となるため、例えばスタンパー40の射出成形時に電解めっき層31と無電解めっき層32との間に剥離が生じる事態を回避することができる。
さらに、上記のスタンパー30の製造方法によれば、電解めっき層31をNiで形成すると共に、無電解めっき層32をNiPで形成することにより、Niが化学的に安定しており、しかも、延性や展性に優れているため、劣化、破損および変形を招くことなく、このスタンパー30を繰り返して使用することができる。また、調達が容易で、しかも、安価に調達できるNiを主成分とする材料を使用することでスタンパー30の製造コストを十分に低減することができる。
また、上記のスタンパー40の製造方法によれば、スタンパー30を原型として用いて射出成形処理を実行することによってスタンパー30における凹凸パターン35を樹脂材料41に転写してスタンパー40を製造することにより、スタンパー30の裏面(電解めっき層31における第2面30b側)が十分に平坦化されているため、原型としてのスタンパー30の裏面に生じている凹凸に起因して凹凸パターン35の転写不良が生じる事態(スタンパー40における凹凸パターン45のパターン形状が悪化する事態)を回避することができる。
次に、実施例を挙げて本発明に係るスタンパーの製造方法およびスタンパーについてさらに詳細に説明する。
図15に示すように、本発明に係るスタンパーの製造方法に従って実施例1〜9の各スタンパーを製造すると共に、従来のスタンパーの製造方法に従って比較例1〜7の各スタンパーを製造した。また、製造した各スタンパーにおける裏面の表面粗さRaと、スタンパーに生じた反りの反り量とをそれぞれ測定した。これらの測定結果を図15に示す。なお、実施例1〜9および比較例1〜7の各スタンパーの製造条件は、以下のとおりとした。
[実施例1]
前述したスタンパー30の製造時と同様の手順でスタンパーを製造した。この場合、本発明におけるスタンパー本体(スタンパー30における電解めっき層31に相当する部位)の形成時(電解めっき処理時)には、ノベルテクノロジー社製の電鋳装置を使用し、昭和化学製のスルファミン酸ニッケル(比重=1.3)をめっき材料として使用し、めっき温度を55℃とし、pHを4.0とし、電流密度を10.0A/dmとし、処理時間を3.0時間として厚み300μmの電解めっき層を形成した。また、本発明における非結晶構造の層(スタンパー30における無電解めっき層32に相当する部位)の形成時(無電解めっき処理時)には、めっき液として、日本化学産業社製のHP−55を使用し、めっき温度を85℃とし、処理時間を3分として厚み1μmの無電解めっき層を形成した。さらに、研磨処理時には、サンシン社製のテープ研磨装置を使用して、#4000程度の粗さの研磨用テープを用いて20分に亘って研磨処理を実行した。
[実施例2]
本発明における非結晶構造の層の形成時(無電解めっき処理時)における処理時間を5分として厚み2μmの無電解めっき層を形成した以外は、実施例1のスタンパーの製作時と同じ処理を実行した。
[実施例3]
本発明における非結晶構造の層の形成時(無電解めっき処理時)における処理時間を15分として厚み5μmの無電解めっき層を形成した以外は、実施例1のスタンパーの製作時と同じ処理を実行した。
[実施例4]
本発明におけるスタンパー本体の形成時(電解めっき処理時)における処理時間を2.9時間として厚み290μmの電解めっき層を生成すると共に、本発明における非結晶構造の層の形成時(無電解めっき処理時)における処理時間を20分として厚み10μmの無電解めっき層を形成した以外は、実施例1のスタンパーの製作時と同じ処理を実行した。
[実施例5]
本発明におけるスタンパー本体の形成時(電解めっき処理時)における処理時間を2.8時間として厚み280μmの電解めっき層を生成すると共に、本発明における非結晶構造の層の形成時(無電解めっき処理時)における処理時間を60分として厚み20μmの無電解めっき層を形成した以外は、実施例1のスタンパーの製作時と同じ処理を実行した。
[実施例6]
本発明におけるスタンパー本体の形成時(電解めっき処理時)における処理時間を2.8時間として厚み280μmの電解めっき層を生成すると共に、本発明における非結晶構造の層の形成時(無電解めっき処理時)における処理時間を120分として厚み25μmの無電解めっき層を形成した以外は、実施例1のスタンパーの製作時と同じ処理を実行した。
[実施例7]
本発明におけるスタンパー本体の形成時(電解めっき処理時)における処理時間を2.7時間として厚み270μmの電解めっき層を生成すると共に、本発明における非結晶構造の層の形成時(無電解めっき処理時)における処理時間を180分として厚み30μmの無電解めっき層を形成した以外は、実施例1のスタンパーの製作時と同じ処理を実行した。
[実施例8]
本発明におけるスタンパー本体の形成時(電解めっき処理時)における処理時間を2.7時間として厚み270μmの電解めっき層を生成すると共に、本発明における非結晶構造の層の形成時(無電解めっき処理時)における処理時間を300分として厚み35μmの無電解めっき層を形成した以外は、実施例1のスタンパーの製作時と同じ処理を実行した。
[実施例9]
本発明におけるスタンパー本体の形成時(電解めっき処理時)における処理時間を2.6時間として厚み260μmの電解めっき層を生成すると共に、本発明における非結晶構造の層の形成時(無電解めっき処理時)における処理時間を450分として厚み40μmの無電解めっき層を形成した以外は、実施例1のスタンパーの製作時と同じ処理を実行した。
[比較例1]
本発明における非結晶構造の層に相当する部位の形成(無電解めっき処理)を実行せず、かつ、研磨処理に際してスタンパー本体における裏面を直接研磨した点を除き、実施例1のスタンパーの製作時と同じ処理を実行した。
[比較例2]
研磨処理時の処理時間を40分とした以外は、比較例1のスタンパーの製作時と同じ処理を実行した。
[比較例3]
研磨処理時の処理時間を60分とした以外は、比較例1のスタンパーの製作時と同じ処理を実行した。
[比較例4]
研磨処理時の処理時間を80分とした以外は、比較例1のスタンパーの製作時と同じ処理を実行した。
[比較例5]
本発明におけるスタンパー本体に相当する部位の形成時(電解めっき処理時)における電流密度を5.0A/dmとし、処理時間を6.0時間として厚み300μmの電解めっき層を生成した。また、研磨処理に際しては、スタンパー本体における裏面を直接研磨した。その他の処理については、本発明における非結晶構造の層に相当する部位の形成(無電解めっき処理)を実行しない点を除き、実施例1のスタンパーの製作時と同じ処理を実行した。
[比較例6]
本発明におけるスタンパー本体に相当する部位の形成時(電解めっき処理時)における電流密度を2.0A/dmとし、処理時間を15.0時間として厚み300μmの電解めっき層を生成した。その他の処理については、本発明における非結晶構造の層に相当する部位の形成(無電解めっき処理)を実行せず、かつ、研磨処理に際してスタンパー本体における裏面を直接研磨した点を除き、実施例1のスタンパーの製作時と同じ処理を実行した。
[比較例7]
本発明におけるスタンパー本体に相当する部位の形成時(電解めっき処理時)における電流密度を1.0A/dmとし、処理時間を30.0時間として厚み300μmの電解めっき層を生成した。その他の処理については、本発明における非結晶構造の層に相当する部位の形成(無電解めっき処理)を実行せず、かつ、研磨処理に際してスタンパー本体における裏面を直接研磨した点を除き、実施例1のスタンパーの製作時と同じ処理を実行した。
[表面粗さRaの測定]
Zygo社製の干渉光顕微鏡を使用して、測定エリア=2×2mmの範囲を測定した。
[反り量の測定]
製造した各スタンパーについて、凹凸パターンの形成面を上向きにして(研磨処理した面を下向きにして)定盤の上に載置したときに、定盤の表面から最も離間する部位の定盤の表面からの距離を測定した。
図15に示すように、その一方の面に凹凸パターンが形成されているスタンパー本体(電解めっき層)の裏面に非晶質構造の層(無電解めっき層)を形成した後に研磨処理して製造した実施例1〜9のスタンパーでは、その研磨処理面(凹凸パターンが形成されている面の裏面)の表面粗さRaが11.0nm以下と非常に良好となっている。これに対して、実施例1〜9のスタンパーと同じ処理によってスタンパー本体(電解めっき層)を形成し、非晶質構造の層(無電解めっき層)を形成することなく、スタンパー本体の裏面を直接研磨処理して製造した比較例1〜4のスタンパーでは、その研磨処理面(凹凸パターンが形成されている面の裏面)の表面粗さRaが17.0以上と非常に悪化している。
この場合、研磨処理の処理時間を実施例1〜9の各スタンパーの製造時と同じ時間とした比較例1のスタンパーと比較して、研磨処理の処理時間を40分、60分および80分とした比較例2〜4のスタンパーでは、比較例1のスタンパーの表面粗さRa=20nmよりも僅かに表面粗さRaが良好となっている。しかしながら、比較例1のスタンパーに対して、研磨処理の処理時間を2倍、3倍および4倍と長くしたにも拘わらず、その効果が小さいばかりか、いずれのスタンパーにおいても、実施例1〜9のスタンパーとは比較にならないほど、その表面粗さRaが悪化している。このため、本発明における非晶質構造の層を形成しないスタンパーの製造方法では、研磨処理の処理条件(この例では、処理時間)を変更したとしても、その表面粗さRaの改善を図るのが困難であるのが理解できる。
また、スタンパー本体の形成時(電解めっき処理)時に、形成される結晶粒の粒径を小さくするために、電流密度を小さくして処理した比較例5〜7のスタンパーでは、上記の比較例1〜4の各スタンパーと同様にしてスタンパー本体の裏面を直接研磨処理しているにも拘わらず、その表面粗さRaが10.1nm以下と非常に良好となっている。この場合、電流密度を2.0A/dm、また1.0A/dmとした比較例6,7のスタンパーでは、電流密度を5.0A/dmとした比較例5のスタンパーと比較して、その表面粗さRaが良好となっている。しかしながら、電流密度を小さくした比較例5〜7の各スタンパーでは、十分な厚み(この例では、300μm)の電解めっき層(スタンパー本体)を形成するのに非常に長い時間を要している。このため、これらの比較例5〜7のスタンパーを製造するには、処理時間の長さに比例して、その製造コストが上昇するという問題点がある。
一方、本発明における非晶質構造の層に相当する無電解めっき層を形成した後に研磨処理して製造した実施例1〜9のスタンパーのなかでも、無電解めっき層の厚みを2μm以上とした実施例2〜9のスタンパーでは、無電解めっき層の厚みが1μmの実施例1のスタンパーと比較して、その表面粗さRaが5.7nm以下と非常に良好となっている。この場合、例えば、nmオーダでファインピッチ化が進むパターンド媒体(ディスクリートトラック媒体等)の製造時に使用するスタンパーにおいては、その表面粗さRaが5.7nm以下であることは、良品のパターンド媒体を製造するうえで理想的な状態であるといえる。したがって、このようなスタンパーの製造時においては、非晶質構造の層(無電解めっき層)の厚みを2μm以上とするのが好ましい。
この場合、非晶質構造の層(無電解めっき層)の厚みを35μm以上とした実施例8,9のスタンパーでは、その表面粗さRaが、非晶質構造の層(無電解めっき層)の厚みを30μm以下とした実施例1〜7のスタンパーと大差ないことが理解できる。また、実施例8,9のスタンパーでは、非晶質構造の層(無電解めっき層)を形成するのに300分以上を要すると共に、完成したスタンパーに生じる反り量が260μm以上となっている。この場合、これらのスタンパーを使用する射出成形装置のなかには、反り量が200μm以上のスタンパーを良好に保持することができないタイプの装置が存在する。したがって、反り量が200μm以下で、その表面粗さRaを十分に良好にし得る非晶質構造の層(無電解めっき層)を短時間で製造するためは、非晶質構造の層(無電解めっき層)の厚みを30μm以下とするのが好ましい。
なお、本発明は、上記の構成および方法に限定されない。例えば、上記の例では、本発明におけるスタンパー本体に相当する電解めっき層31をNiで形成すると共に、本発明における非晶質構造の層に相当する無電解めっき層32をNiPで形成しているが、本発明におけるスタンパー本体や非晶質構造の層を形成するための材料は、NiおよびNiPに限定されない。具体的には、例えば、NiB(一例として、原子数比率において「B」が5%以上20%以下)、NiCo(一例として、原子数比率において「Co」が5%以上20%以下)、およびCoAg(一例として、原子数比率において「Ag」が5%以上20%以下)などを使用することができる。より具体的には、上記の電解めっき層31をNiで形成すると共に上記の無電解めっき層32をNiBで形成してスタンパー30を製造したり、上記の電解めっき層31をCoで形成すると共に上記の無電解めっき層32をCoAgで形成してスタンパー30を製造したりすることができる。このような材料を使用した場合においても、本発明に係るスタンパーの製造方法に従って製造することで、その電解めっき層31における第2面30b側を十分に平坦化することができる。
また、マザースタンパーとしてのスタンパー30の製造時に本発明に係るスタンパーの製造方法を実施する例について説明したが、本発明に係るスタンパーの製造方法および本発明に係るスタンパーはこれに限定されない。具体的には、本発明に係るスタンパーの他の一例に相当するスタンパー200(図18参照)を製造する際に、本発明に係るスタンパーの製造方法を実施することができる。具体的には、まず、図16に示すように、上記のスタンパー20における第2面20b(凹凸パターン25が形成されている第1面20aの裏面)に本発明における非晶質構造の層に相当する無電解めっき層23を無電解めっき処理によって形成する。この場合、この無電解めっき層23については、前述したスタンパー30における無電解めっき層32と同様の手順で、同様の材料を使用して製造すればよい。
次いで、図17に示すように、無電解めっき層23の形成が完了したスタンパー20を研磨装置7にセットして、無電解めっき層23の表面を研磨する。この際には、一例として、前述したスタンパー30の製造時に無電解めっき層32を研磨処理した条件と同様の条件で無電解めっき層23の表面を研磨する。この場合、無電解めっき層23は、前述したスタンパー30における無電解めっき層32と同様にして、NiPをめっき材料として使用したことで非晶質構造となっている。したがって、電解めっき処理によって形成された層を研磨する従来のスタンパーの製造方法とは異なり、結晶粒を消失単位として切削される事態を招くことなく、無電解めっき層23が極く小さな消失単位で切削される。これにより、図18に示すように、スタンパー20の第2面20b(電解めっき層22の表面)における凹凸の各凹部に無電解めっき層23を構成する非晶質構造の材料(この例では、NiP)が埋め込まれた状態で第2面20bが十分に平坦化されて、スタンパー200が完成する。
このように、このスタンパー200の製造方法およびスタンパー200によれば、上記のスタンパー30の製造方法およびスタンパー30と同様にして、非晶質構造の無電解めっき層23を研磨処理して平坦化することで、スタンパー本体(この例では、電極層21および電解めっき層22で構成されているスタンパー20の電解めっき層22)を構成する各結晶粒を消失単位として切削される事態を回避することができる結果、研磨処理後の表面粗さRaを十分に良好とすることができる。また、スタンパー200の製造方法およびスタンパー200によれば、例えば、スタンパー本体を無電解めっき処理によって形成するスタンパーの製造方法と比較して、十分な厚みのスタンパー本体(この例では、電解めっき層22)を電解めっき処理によって短時間で形成することができる。したがって、このスタンパー200の製造方法およびスタンパー200によれば、製造時間が長くなることに起因してその製造コストが高騰する事態を回避することができる。また、このスタンパー200の製造方法およびスタンパー200によれば、スタンパー本体を無電解めっき処理によって形成するスタンパーの製造方法とは異なり、薄厚の非晶質構造の層(無電解めっき層23)を形成するだけでその表面粗さRaを十分に良好とすることができるため、無電解めっき層23が有する応力の大小を問わず、無電解めっき層23の存在に起因してスタンパー200に大きな反りが生じる事態を回避することができる。
また、上記のスタンパー200では、蒸着処理によってNiで形成した電極層21、および電解めっき処理によってNiで形成した電解めっき層22の2つの層によって本発明におけるスタンパー本体を構成しているが、図18に示すスタンパー200Aのように、上記のスタンパー200における上記の電極層21に代えて、例えば、NiPをめっき材料として使用した無電解めっき処理によって電極層(無電解めっき層)21aを形成し、その電極層21aを電極として使用した電解めっき処理を実行してNiによって電解めっき層22を形成することによって、本発明におけるスタンパー本体を構成することもできる。この場合、スタンパー200Aでは、NiPで形成された電極層21aが非晶質構造となっている(スタンパー本体における一方の面側が非晶質構造となっているスタンパーの一例)。
また、このスタンパー200Aでは、処理時間当りの成長率が電解めっき処理よりも低い無電解めっき処理によって電極層21a(スタンパー本体における一方の面側)を形成しているため、前述したスタンパー30のようにスタンパー本体(電解めっき層31)の全体を電解めっき処理によって形成するのと比較して、無電解めっき処理によって形成した電極層21aの分だけ、製造に要する時間が僅かに長くなっている。しかしながら、電極層21aが十分に薄厚であり、スタンパー本体に占める電極層21aの厚み方向の割合が十分に小さくなっているため、スタンパー本体における電極層21a以外の部位(電解めっき層22)を処理時間当りの成長率が高い電解めっき処理によって形成することで、その製造に要する時間が過剰に長くなる事態が回避されている。なお、上記のスタンパー200Aのように、非結晶構造の層(この例では、電極層21a)および結晶構造の層(この例では、電解めっき層22)の2層で本発明におけるスタンパー本体を構成する場合には、スタンパー本体の大半(一例として、上記のスタンパー200Aのように、スタンパー本体の一方の面に形成した凹凸パターン25における各凸部25aの一部を含むスタンパー本体の主要部位(電極層21aを構成する部位を除く部位))を結晶構造の層(一例として、処理時間当りの成長率が高い電解めっき処理によって形成した層)で構成するのが好ましい。
さらに、上記の例では、無電解めっき処理によって本発明における非晶質構造の層に相当する無電解めっき層32を形成しているが、本発明はこれに限定されず、無電解めっき処理に代えて、スパッタ処理、蒸着処理およびスピンコート処理等の各種処理によって本発明における非晶質構造の層を形成することができる。また、上記の例では、研磨用テープ7aを押圧用ローラ7bによって処理対象体に押し付けて研磨する研磨装置7を使用して無電解めっき層32の表面を研磨する方法を採用しているが、本発明における研磨処理は、これに限定されず、CMP法、ラッピング法および電解研磨法などの各種研磨法によって無電解めっき層32の表面を研磨処理することができる。
また、射出成形用のスタンパー30,200を製造する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、インプリント処理用の金属スタンパー(図示せず)を本発明に係るスタンパー製造方法に従って製造することもできる。この場合、本発明に係るスタンパー製造方法に従って製造したスタンパーを用いてインプリント処理を実行することにより、原型としてのスタンパーの裏面に生じている凹凸に起因して凹凸パターンの転写不良が生じる事態(インプリント処理によって形成される凹凸パターンのパターン形状が悪化する事態)を回避することができる。加えて、本発明に係る樹脂成形物の製造方法は、上記したインプリント処理用の樹脂スタンパーの製造方法に限定されず、例えば、光ディスクや光磁気ディスク用の樹脂基板(本発明における樹脂成形物の他の一例:図示せず)を製造する際に適用することができる。
樹脂スタンパー製造システム1の構成を示す構成図である。 スタンパー30の断面図である。 スタンパー20を製造するための凹凸パターン15が形成された原盤10の断面図である。 凹凸パターン15を覆うようにして電極層21を形成した状態の原盤10の断面図である。 電解めっき処理によって電解めっき層22を形成した状態(スタンパー20が形成された状態)の原盤10の断面図である。 電解めっき処理によって電解めっき層31を形成した状態のスタンパー20の断面図である。 電解めっき処理の完了後にスタンパー20から剥離した電解めっき層31の断面図である。 電解めっき層31における第2面30b側の拡大断面図である。 第2面30bに無電解めっき層32を形成した状態の電解めっき層31の断面図である。 無電解めっき層32を形成した電解めっき層31の拡大断面図である。 無電解めっき層32の表面を研磨処理している状態の電解めっき層31および無電解めっき層32の断面図である。 研磨処理が完了した状態のスタンパー30の拡大断面図である。 スタンパー30を用いた射出成形処理によってスタンパー40を製造している状態の断面図である。 スタンパー40の断面図である。 実施例1〜9および比較例1〜7の各スタンパーの製造条件と、裏面の表面粗さRaおよび反り量との関係について説明するための説明図である。 裏面に無電解めっき層23を形成した状態の電極層21および電解めっき層22の断面図である。 無電解めっき層23を研磨処理している状態の電極層21および電解めっき層22の断面図である。 スタンパー200(200A)の断面図である。
符号の説明
1 樹脂スタンパー製造システム
2 めっきスタンパー製造装置
3 射出成形装置
4 蒸着装置
5 電解めっき装置
6 無電解めっき装置
7 研磨装置
7a 研磨用テープ
7b 押圧用ローラ
10 原盤
11 シリコン基板
15,25,35,45 凹凸パターン
15a,25a,35a,45a 凸部
15b,25b,35b,45b 凹部
20,30,40,200,200A スタンパー
20a,30a 第1面
20b,30b 第2面
21,21a 電極層
22,31 電解めっき層
23,32 無電解めっき層
41 樹脂材料

Claims (5)

  1. 一方の面に凹凸パターンが形成された平板状のスタンパー本体における少なくとも他方の面側が結晶構造となるように当該スタンパー本体を形成した後に、当該スタンパー本体における当該他方の面に非晶質構造の層を形成し、その後に当該非晶質構造の層の表面を研磨処理してスタンパーを製造するスタンパーの製造方法。
  2. 前記スタンパー本体における前記結晶構造の部位と前記非晶質構造の層とを主成分が同一の材料で形成する請求項1記載のスタンパーの製造方法。
  3. 前記スタンパー本体における前記結晶構造の部位をNiで形成すると共に、前記非晶質構造の層をNiPおよびNiBのいずれかで形成する請求項2記載のスタンパーの製造方法。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載のスタンパーの製造方法に従って製造した前記スタンパーを原型として用いて射出成形処理を実行することにより、当該スタンパーにおける前記凹凸パターンを樹脂材料に転写して樹脂成形物を製造する樹脂成形物の製造方法。
  5. 一方の面に凹凸パターンが形成されると共に少なくとも他方の面側が結晶構造となるように形成された平板状のスタンパー本体を備え、当該スタンパー本体における前記他方の面に表面が研磨処理された非晶質構造の層が形成されているスタンパー。
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