JP2642439B2 - 信号記録原版、およびその製造方法 - Google Patents

信号記録原版、およびその製造方法

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、高分子材料からなる光ディスク、光カー
ド、ホログラムを射出成形、圧縮成形、または光重合法
により複製する際に使用される原版(スタンパー)、お
よびその製造方法に関する。
[従来の技術] 従来、光ディスクの製造方法に関しては、種々の方法
が開発されているが、樹脂基板の表面に凹凸形状を形成
して信号を記録する方法としては、フィリップス、ディ
スコビジョンの方法が知られている(特開昭40−93002
号、特開昭54−69169号)。この方法は製法的に見た場
合、原版からの大量複製が可能である射出成形による賊
形を基本原理としており、CD、CD−ROM、レーザーディ
スク等のディスク形態で実用化されている。
しかしながらこの方法の問題点は、射出工程以前のス
タンパー製造工程にある。
このスタンパー製造工程を説明すると下記のようにな
る。
工程−1 研磨されたガラス基板上にフォトレジストを塗布す
る。フォトレジストの塗布厚は900〜1100Åである。
工程−2 集光されたレーザー光線により露光する。
工程−3 露光されたレジスト原版を現像する。
工程−4 信号の記録されたレジスト面を銀に蒸着する。
工程−5 銀蒸着面をニッケル電鋳処理を行い、300〜400μmの
厚さにニッケル鍍金を行う。
工程−6 ニッケル電鋳をレジスト面から剥離し、剥離面を研磨
し、原版(スタンパー)とする。
このようにスタンパー製造工程は長く、各工程での信
号修正は不可能であるために歩留りの向上を図らなけれ
ばならず、各工程の処理設備は高価となり、これがスタ
ンパーを高価のものとしている理由である。また上記の
ように製造されたスタンパーを金型の中に挿入し、射出
成形を繰り返すと機材がニッケル材であるため役10万シ
ョットでスタンパーが使用でんきなくなるという問題も
生じる。更に金型の中にスタンパーを挿入する際に、金
型に接触し、スタンパーの信号面を損傷したりすること
もある。また金型でのスタンパーは中央部に固定されて
おり、外周部は自由端となっているために射出成形時で
の樹脂充填工程において剥離面に空気が残ったり、樹脂
の流入に際してスタンパー自体が振動したりして賊形性
や転写性が劣ることがある。
さらに金型の温度管理面からも、金型の可動板側に固
定されるスタンパーは、スタンパーの中央部のみに固定
されるために、スタンパーと金型表面には微小空間が存
在し、金型温度が直接スタンパーに伝達されないという
問題があり、また逆に高温の樹脂が金型内に流入してき
た時に、樹脂の温度がスタンパーを介して金型へ直接伝
達されず、固定板側の冷却温度より可動板側の冷却温度
の方が遅くなり、樹脂基板のソリの原因になることが問
題となっている。
[発明が解決しようする課題] このように従来は、(1)のスタンパーの製造方法に
おいて工程が長く、サブミクロン単位での凹凸信号での
記録を完全に転写していくには、製造コストが非常に高
くなるという問題があり、また(2)金型内に、異質材
で、かつ金型に完全に密着していないスタンパーがあ
り、成形条件を厳密にしなければならないという問題が
ある。
本発明は、これら問題の解決を課題とするものであ
り、光ディスクの品質を向上させると共に、安価で安定
した製造方法を提供することを課題とするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明の信号記録原版は、金属母体表面にチタン合金
層が積層され、次いで該チタン合金層表面上に金属層が
積層されており、該金属層が凹凸形状に形成され信号記
録面を形成していることを特徴とするものであり、その
製造方法としては金属母体表面にチタン合金層、次いで
金属層が順次積層した後、該金属層表面にレジストを塗
布し、該レジスト面をマスクを介して全面露光するか、
またはレーザー光線焦点をレジスト表面に照射すること
を特徴とするものである。
上記金属母体は、記録信号のビットを維持するために
熱膨張係数の等方的はアイソトロビック性金属であるこ
とが好ましいが、ビット形状が大きく、例えば1〜10μ
mの長さの記録面を有する基板に使用する場合には通常
の鉄系金属で充分である。材質について更に説明する
と、鋼種(JIS)としては析出硬化鋼、SKD61系、SCM40
系、SCM445系、SUS630系等が好ましい。
チタン合金属としては、具体的にTiN、TiO2、TiC、Ti
C+TiN、TiCN、TiCNO、TiC+TiCNO+TiN、TiC+TiCO+T
iN等があげられる。
チタン合金層上に積層され、信号記録面となる金属層
としては、クロム、アルミニウム、またはニッケル金属
好ましく使用されるが、インジウム、テルル、金、銀等
の金属材料を使用してもよい。
次に本発明の記録媒体の製造方法について説明する。
まず原材料からなる金属母体の切り出しを行う。切り
出し方法としては旋盤、フライス盤等の工作機械により
任意の形状に加工する。一般に切削用の工作機械で加工
した場合、信号を記録する面は鏡面とはならずに、カッ
ターの跡がつくのが普通であり、このままでは使用しえ
ない。そのため研削加工、研磨加工が必要であった。研
削には平面研削盤を使用するとよい。平面研削盤の砥石
はアルセラミック、ダイアモンド等がよく、表面粗さR
Max 1以下になるまで研削するとよい。
次にダイアモンドペースト等の研磨材を使用して鏡面
研磨を行う。よりよい鏡面を得るために母体を更に焼入
れ処理し、硬度はHRC30〜42、更に好ましくは48以上に
処理すると効果的である。鏡面化は表面粗さRMax 0.05
μm、Ra0.01μm程度にする必要がある。上記のレベル
まで鏡面化を行い、次に該表面にPVD、またはCVD処理を
行う。
まずPVD処理について説明する。
PVD処理は、高真空中でチタンを溶解し、発生したチ
タン蒸気をイオン化させ、金属母体の被覆表面に窒化チ
タンTiNや炭化チタンTiC等の超硬化物質をコーティング
する方法である。処理温度は200〜600℃が好ましい。さ
らに詳細に処理条件を説明すると金属母体を10-5〜10-6
Torrの真空中に置き、窒化チタンをコーティングする
場合には窒素ガスを、炭化チタンをコーティングする場
合にはチタン蒸気を有する処理内にエチレンを流入し、
プラズマ化することによる形成することができる。チタ
ンの溶融条件と処理時間により必要とする膜厚を得るこ
とができるが、好ましくは10μmまでの膜厚とするのが
よい。被覆される金属母体の表面には酸化や腐食がない
ことが好ましい。この処理ちおける好ましい金属は冷間
ダイス鋼、熱間ダイス鋼、高速度鋼、粉末高速度鋼等で
ある。更に次に掲げるプラスチック金型用鋼材にも適用
することができる。鋼種(JIS)としては析出硬化鋼、S
KD61系、SCM40系、SCM445系、SUS630系等である。
次にCVD処理について説明する。CVD処理は科学反応に
より非酸化物系のセラミックス、TiN、TiC、TiCN、TiC
O、TiNCを単層、または積層されて金属の表面に拡散析
出させる表面被覆処理方法である。被覆処理プロセス
は、850〜150℃に加熱した減圧反応炉(化学蒸着炉)に
TiCl4、H2、N2、CO、Ar等の反応性ガスと不活性ガスと
を流入し、上述した超硬質化合物を被覆させる。
この処理での問題点は処理温度が高いために、披処理
材(部品)のすべてに寸法化、変形が発生することを考
慮しなければならないことである。寸法変化、変形は被
覆材の種類、形状、熱処理の方法等によって異なった値
を示すので、充分な事前での検討が必要である。
金型材を金属母体とする場合には処理後、被覆母材を
真空熱処理を行い、母材の硬度を上げる必要がある。
CVD処理に適した鋼材は、SKD11、SUS440C、SUS420J2
等が好ましい。
PVD、またはCVD処理が終了した後、処理条件によって
は表面が柚子肌のようになる場合があるので、その場合
にはダイアモンド・ペーストでチタン合金の被覆を研磨
する必要がある。
上記の工程を経て得られた合金被覆上に、スパッタ法
または蒸着法によってAl、Cr、Ni、In、Te、Au、Ag等の
金属層を形成させる。チタン合金層を極めて良好の密着
性を示すのはAl、Cr、Niである。金属層の厚さは1000〜
3000Åが好ましい。この金属層の上にフォトレジストを
塗布する。フォトレジストの種類は、ネガ、ポジ型いず
れでもよい。フォトレジストのコーティング厚は0.1〜1
0μm程度が好ましい。コーティング方法はフローコー
ト、スピンナーコート、ディップコートのいずれも可能
であるが、好ましくはスピンナーコートか好ましい。例
えばポジ型レジスト(固形分27%)を3000rpmで1.5μm
に塗布し、90℃、25分でベーキングし、形成すればよ
い。
該フォトレジスト層への信号記録方法は、レーザービ
ームによる露光か、またはフォトマスクを介してのUV露
光、X線露光にするとよい。
レーザー露光の場合には、一般的にはAr、He−Cdガス
レーザーから発振するレーザー光を必要とする寸法に集
光して、ビット形状をフォトレジスト上に形成する。
フォトマスクを使用する場合は、必要とする信号パタ
ーンが描かれているマスクを該フォトレジスト面に密着
させることにより潜像を形成する。その後フォトレジス
トを現像処理してパターンを形成し、このパターンを介
して金属層をエッチングする。金属層の金属材料を腐蝕
する腐蝕液は、例えば金属層材料がクロムの場合、硝酸
セリウムアンモニウム5〜20%水溶液、アルミニウムの
場合燐酸、または酢酸水溶液、ニッケルの場合は塩化第
二鉄溶液等によるエッチングが好ましい。
次にフォトレジストを溶解するが、この場合の溶剤と
してはメトキシアルコール、メチルエチルケトン等を使
用するとよく、また再度全面露光し、現像処理して金属
層上のフォトレジスト残を除去してもよい。
以上のように処理することにより、金属層にパターン
を形成することができ、信号記録面とすることができ
る。
〔作用〕
金属母体表面に直接、チタン合金層が積層し、該チタ
ン合金層表面上に金属層が積層し、該金属層を、情報光
によるフォトリングラフィーにより凹凸面状に形成する
ことにより、信号記録面となしうることを見出したもの
であり、成形時において、異質素材をキャビティー内に
設ける必要がないので、従来法におけるソリの原因をな
くすことができ、また成形サイクルを長くしている原因
を解決することができるものである。
また金属母体として金型を使用してプラスチック表面
上に詳細な信号パターンを賊形する場合には、光カード
等を直接成形することができるものであり、成形サイク
ルの向上、信号面の耐久性の向上等が図れるものであ
る。即ちこれにより従来法におけるスタンパーを作製す
る必要がなく、工程を短縮することができるものであ
る。
以下、図面により実施例を説明する。
〔実施例〕
第1図は本発明の記録原版の製造工程を説明するため
の図、第2図は実施に利用した金属母体の一例を示す断
面図、第3図は本発明の金型のビットパターンンの一例
を示す図であり、図中1は金属母体、2はチタン合金
層、3は金属層、4はフォトレジスト層、5は信号記録
金属層、6は信号記録面、7は冷却水路、8は固定ネジ
穴を示す。
まず、第2図に示すような射出成形金型のキャビティ
部ーの入子に相当する金属母体1を、キャビティー側、
コア側各々2個ずつ製作し、2ケ取りのカートサイズの
金型とした。金属材料はHPM−1(日立金属(株)製)
を使用し、切削加工は精密NC旋盤、スライス盤を使用し
て行い、必要とする信号記録面の鏡面加工はミラーマシ
ン(常磐製作所製)を使用した。鏡面化処理条件は、ダ
イアモンドペーストとサファイアプレートを使用し、ダ
イアモンドペーストは初期10μm粒径のものから最終は
0.1μm粒径のものを使用し仕上げた。このようにして
仕上げ加工した金属母体をトリクレンを1時間超音波洗
浄を行い、表面の不純物除去と脱脂を行った。
次に鏡面化された面にPVD処理を行った。成膜材料と
しては窒化チタンを使用した。PVD処理条件は下記の如
くである。
処理温度:400℃ 真空度:5×10-5Torr 使用ガス:窒素ガス 処理時間:40hr. 第1図(a)に示すように形成された窒化チタン膜2
の厚みは3μmであり、窒化チタン膜の面精度は、金属
母体1の鏡面がRMax0.05μmの場合、0.1μmであっ
た。PVD処理の場合、不安定な要因があり、鏡面に仕上
がる場合と柚子肌となる場合とがあった。表面精度がR
Max0.1μm以上となった場合には窒化チタン膜をダイア
モンドペーストで鏡面化し、表面粗さRMax0.1μm以下
とした。
次に第1図(b)に示すように、このように成膜化し
た窒化チタン膜2上にクロム層3をスパッタリングによ
り0.1μmの膜圧で着膜させた。スパッタリング条件は
下記の如くである。
処理温度:100℃(基板) 真空度:10-3Torr 使用ガス:アルゴンガス 周波数:13.5MHz このようにして、金属母体1上に窒化チタン層2、ク
ロム層3を順次積層した記録媒体を作製した。
次にこの記録媒体を使用した信号記録方法について説
明する。
まず上記記録媒体におけるクロム層上にフォトレジス
トをコーティングした。使用したフォトレジストは、マ
イクロポジット1427(シプレイ社製)のポジ型レジスト
である。レジストの粘度は調整することなく現液のまま
使用した。コーティングにはスピンナーを利用し、回転
数1400rpmで塗布した。塗布したレジストは100℃、30分
間プリベークした。
その後X−Yステージを有し、光源をHe−Cdレーザー
とする書き込み装置によりレジストにビットパターンを
露光した。レーザー出力は5Wであった。
レーザー露光後現像処理を行い、100℃、30分間ポス
トベークを行った。
その後硝酸セリウムアンモニウム溶液に浸漬し、クロ
ム層をエッングし、水洗した。尚この際窒化チタン層は
硝酸セリウムアンモニウム溶液に不溶である。第1図
(c)に示すような膜厚0.1μmの信号記録層5を有
し、第3図に示すようなビットパターンを形成すること
ができた。尚、第3図(a)のビットパターンの40倍の
拡大図、第3図(b)は400倍の拡大図を示す。
次にプラスチック面への転写について説明する。
上記のように凹凸信号記録面を有する金型入子部材を
金型の中に2個取りで組み込んだ。金型はキャビティー
内を減圧できる構造にし、真空装置を金型に接続させ
た。また使用した金型は50μm圧縮できる機構を採用し
た。
本金型を型締力150tonのSIM−150射出成形機(テクノ
プラス社製)に載せ、射出成形を行った。樹脂としては
ポリカーボネートL−1225(帝人化成社製)を使用し
た。樹脂温度280℃、最大樹脂圧力1200Kg/cm2で射出成
形を行った。その結果成形品厚さ1.0mmのポリカーボネ
ート成形品の表面に、第3図に示す金型のビットパター
ンを忠実に賊形することができた。
本発明による信号記録原版は、光ディスクの成形のみ
ならず光カード、光テープ、さらには押し出し成形によ
る連続光ディスク成形の原版として使用することがで
き、応用の適用範囲は広い。
また本発明の信号記録面の形成方法は、単にビット信
号の凹凸を形成するだけでなく、光の干渉縞の記録も可
能であり、上記同様にしてホログラムの記録も行うこと
ができ、転写方式のよるホログラムの量産方法にも適し
ている。
更に本発明は、詳細パターンの記録のみならず、通常
のエンボス成形にも使用することができ、文字や画像情
報も直接記録することができる。
すなわち本発明は同一の成形品の表面に、光ディスク
等に使用されるビット信号や、単なる光の干渉縞、さら
には立体情報を有するホログラムの干渉縞や、写真調の
顔等の人物画像等を同時に形成することができるので、
IDカード等の作製に使用することができる。
〔発明の効果〕
本発明は、光ディスク等の製造に際して使用される記
録原版として、金属母体表面に直接微細パターンを形成
するものであり下記のごとき効果を奏するものである。
金属母体として金型を直接使用することができるの
で、従来法のようなガラス板等のスタンパーは必要でな
く、従来法におけるディスク製造工程中のスタンパー工
程が省略でき、ディスク製造工程のコストダウンを図る
ことができる。
信号記録面である金属層は、全面除去することがで
き、金属母体は何回でも使用でき、小ロットの成形にも
有効に対処することができる。
信号記録面はレーザーカッティング装置に直接搭載
することができ、従来のようにガラスマスターを使用す
ることはなく、直接信号を記録することができるので、
信号記録精度の向上を図ることができる。
信号記録面は、従来のニッケル電鋳のスタンパーに
比較して耐久性が向上し、大ロットの成形に対しても長
期間使用することができる。
金型キャビティー表面を直接信号面とすることがで
きるために、熱伝導率が向上し充填された樹脂を効率よ
く冷却することができる。このため成形サイクルをあげ
ることができ、コストダウンを図ることができる。
信号記録面が10mm以上の厚さを有する金属板となる
ために、取り扱いがスタンパーより容易であり、変形さ
せる事故等が発生しない。
信号記録面がニッケル電鋳スタンパーよりも硬いた
めに成形中での洗浄も容易で、洗浄中に信号面を傷つけ
る発生を少なくすることができ、予備を準備する必要が
ない。
等の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の記録原版の製造工程を説明するための
図、第2図は実施に利用した金属母体の一例を示す断面
図、第3図は実施例において形成したビットパターンを
示す平面図である。 図中1は金属母体、2はチタン合金層、3は金属層、4
はフォトレジスト層、5は信号記録金属層、6は信号記
録面、7は冷却水路、8は固定ネジ穴を示す。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属母体表面にチタン合金層が積層され、
    次いで該チタン合金層表面上に金属層が積層されてお
    り、該金属層が凹凸形状に形成され信号記録面を形成し
    ていることを特徴とする信号記録原版。
  2. 【請求項2】上記チタン合金層表面上に積層される金属
    層が、クロム、アルミニウム、ニッケル、インジウム、
    テルル、金、または銀からなる請求項1記載の信号記録
    原版。
  3. 【請求項3】金属母体表面にチタン合金層、次いで金属
    層が順次積層した後、該金属層表面にレジストを塗布
    し、該レジスト面をマスクを介して全面露光するか、ま
    たはレーザー光線焦点をレジスト表面に照射することを
    特徴とする信号記録原版の製造方法。
  4. 【請求項4】上記チタン合金層表面上に積層される金属
    層が、クロム、アルミニウム、ニッケル、インジウム、
    テルル、金、または銀からなる請求項3記載の信号記録
    原版の製造方法。
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