JP2901980B2 - 電鋳装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光ディスク複製用スタンパ等の情報記録媒体
のレプリカ製造に適した電鋳装置に係り、特に、電解槽
内の電解液中に陽極と陰極とを配置してなり、上記両電
極間に電圧を印加して上記陰極表面上に金属皮膜を均一
に形成するように電鋳を行なう電鋳装置に関する。

（従来の技術） 従来より、光ディスク、ビデオディスク、コンパクト
ディスクあるいはオーディオディスク、さらにはインク
ジェットノズルの製造や金属メッシュ製造の分野などの
各製造工程において、スタンパと呼ばれる薄型円盤状の
金属板が用いられることは良く知られている。

このスタンパを製造する場合には、例えば、第８図に
示されるような製造工程が採られている。すなわち、同
図（ａ）に示されるように、ガラス基板１に対してフォ
トレジストを塗布してフォトレジスト層を形成した後、
このフォトレジスト層に対してフォトリソグラフィー法
により露光・現像の各工程を施して信号を書き込み、凹
凸状の微細パターン２を形成することによってガラス原
盤を得る。

次に、同図（ｂ）に示されるように、電鋳用の導電性
薄膜３、例えばNi皮膜を真空蒸着、スパッタリング、CV
D法などによって形成し、この後、同図（ｃ）に示され
るように、電鋳法によりNi皮膜等の金属皮膜層４を形成
する。

そして、上記電鋳工程後に、同図（ｄ）に示されるよ
うに導電性薄膜３及びこれと一体になった金属皮膜層４
をガラス原盤から剥離してフォトレジストを洗浄・除去
しスタンパ５を得ている。

一般には、このようにして形成されたスタンパ５は複
製作成用の金型として用いられ、スタンパ５上の凹凸状
微細パターン２をプラスチック基板に転写し、これを例
えば光ディスク用基板として用いている。また、量産の
見地からスタンパ５の消耗が問題になる場合には、上記
工程を繰り返して複数のスタンパ５を製造するか、ある
いは工程の簡易化及び歩留の向上のために以下の工程が
採られている。

すなわち、第８図（ｅ）に示されるように、同図
（ａ）〜（ｄ）の工程で形成されたスタンパ５を母型
（マスター）とし、その表面に剥離皮膜を形成した後、
電鋳法により金属層６（マザー）を形成し、これを剥離
して単独のマザーを得る。この場合のマザー６上の凹凸
状微細パターンは上記マスター５と逆になっている。そ
して、さらに同図（ｆ）に示されるように、マザー６に
剥離皮膜処理、電鋳及び剥離を繰り返すことにより同図
（ｇ）に示されるように、スタンパ７を得る。尚、この
ように形成されたスタンパ７は、マスター５と同一の凹
凸形状となっている。

さて、以上のようなスタンパ製造工程においては、例
えば、１枚のマスターからマザーを５枚複製するととも
に、それら各マザーからスタンパ５枚を複製することと
すれば、結局マスター１枚からスタンパ25枚が採れるこ
ととなり、量産が可能となるものである。

尚、このようなスタンパ製造工程におけるマスター、
マザー、スタンパの形成工程においては従来よりいわゆ
る電鋳装置が用いられており、何れも所定のメッキ浴を
有する電解槽の中でメッキすべき材料を陰極とし、該陰
極と陽極の間に所定の電圧を印加することによって金属
皮膜の形成が行なわれていた。

（発明が解決しようとする課題） ところで、前記従来の電鋳装置を用いて、例えば光デ
ィスク複製用のスタンパを形成するような場合、前記凹
凸状の微細形状が形成されたガラス基板に対してNi電鋳
が行なわれるが、Ni電鋳を行なう場合、その電析条件
は、通常、槽内通過電流の電流密度が最終的に8A/dm²と
なるような印加電圧をかけて行なっていた。

ところが、このような電流密度のみによって電鋳条件
を定めるような場合、電解液中の両電極の実際の電極電
位は不明確であり、このため、常に最適な状態での電析
が行なわれているかどうかが判らず、場合によってはNi
電析面からガスが発生し、Ni皮膜の破壊が見られること
があり問題となっていた。そして、このことは当然の事
ながら、スタンパの品質に悪影響を及ぼし、歩留の低
下、コストアップの原因となっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、前
述したような金属電析面の破壊によるスタンパの品質低
下を防止し、高品質なスタンパの製造を可能とする電鋳
装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、電解槽内の電
解液中に陽極と陰極とを配置してなり、上記両極間に電
圧を印加して上記陰極側の表面上に金属皮膜を均一に形
成するように電鋳を行なう電鋳装置において、電鋳の際
に電極電位を測定する手段を設け、上記両電極のうち、
少なくとも陰極側の電極電位を測定しながら電鋳を行な
う構成とし、スタンパを電鋳で作製する際に、水素ガス
発生の電極電位以上で電解させることを特徴とする。

また、本発明では、上記電鋳装置において、電極電位
測定手段により陰極側の電極電位を測定しながらNi電鋳
を行ないスタンパを作製する際に、上記陰極の電極電位
が参照用の飽和甘こう電極に対して水素ガス発生の電極
電位と考えられる−1600mV以上に保たれることを特徴と
する。

（作用） 本発明による電鋳装置においては、電鋳の際に電極電
位測定手段により少なくとも陰極側の電極電位を測定し
ながら電鋳を行なう構成とし、スタンパを電鋳で作製す
る際に、水素ガス発生の電極電位以上で電解させること
により、電析条件として前記電流密度に加えて電析時の
重要な因子となる陰極側の電位条件をも定めることがで
き、水素ガスの発生による電析面の破壊のない、より信
頼性のある高品質な電鋳を行なうことのできる電析条件
を得ることができる。

（実施例） 以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示す電鋳装置の概略構成
図であって、電解液11を蓄える電解槽20内には、円盤状
をなす陰極12と、メッキすべき金属材料からなる陽極13
とが浸されている。上記陰極12は、陽極13に対して平行
に且つ電解液11中に完全に没するようにして配設されて
おり、また、上記陰極12の上面側中央部にはその上面に
対して垂直に且つ上方に向けて突出される駆動軸21が設
けられており、この駆動軸21の上端側には、図示されな
いカップリング等を介して駆動モータの出力軸が連結さ
れ、上記陰極12が一定の回転数で回転駆動されるように
なっている。

また、上記陰極12と陽極13とには両極間に電圧を印加
するための電源装置19が接続されている。

ここで、本発明による電鋳装置においては、上記基本
的な構成に加えて、電鋳の際に電極電位を測定する手段
を設け、上記両電極12,13のうち、少なくとも陰極12側
の電極電位を測定しながら電鋳を行なう構成とし、スタ
ンパを電鋳で作製する際に、水素ガス発生の電極電位以
上で電解させることを特徴としている。

そこで、第１図に示す例では、上記陰極電位を測定す
る手段として、参照電極、例えば飽和甘こう電極16（以
下、SCEと略記する）を用い、この電位を基準としてSCE
に対する陰極電位を測定する。

より具体的に説明すると、周知のごとく、飽和甘こう
電極（SCE）16は水銀の表面を甘こう（塩化水銀）と塩
化カリウム（KCl）からなるペーストで覆ったものを塩
化カリウム飽和水溶液17中に漬けた構成の基準電位発生
用の電極であり、通常、参照電極として用いられ、標準
水素電極に対して0.246V（温度25℃）の電極電位をもっ
ている。本発明においては、電解液11中の陰極12の電位
を正確に測定するために、上記SCE側の塩化カリウム飽
和水溶液17と陰極12近傍の電解液11とをルギン毛管14及
び塩橋15によって接続して電気化学的な測定系を構築
し、上記SCE16と陰極12との電位差、すなわち、SCEに対
する陰極12の電位を電位差計等のエレクトロメータ18に
よって測定し電極電位とする。

さて、第１図に示す構成の本発明による電鋳装置にお
いては、電鋳に際して陰極12側の電位をSCEを基準とし
て正確に測定することができるため、予め試験運転を行
ない、最良な状態の電析皮膜が得られた際の電極電位を
測定しておくことにより、次回からの電鋳工程において
は、陰極電位がその最良時の陰極電位となるように電源
19による両電極への印加電圧を制御することにより、常
に最適な条件での電鋳を行なうことができる。

次に、第１図に示すように構成された電鋳装置を、光
ディスク複製用スタンパの製造に用いた場合の実施例に
ついて説明する。

1.実施例１ 先ず、第８図に示したと同様の工程によって、凹凸状
の微細パターンが形成されたガラス原盤（直径200mm）
を作成した後、上記原盤面にスパッタリング等によりNi
皮膜を形成し、Ni電鋳用の導電性Ni皮膜が施されたガラ
ス原盤を形成する。

次に、上記Ni皮膜が施されたガラス原盤を第１図中の
陰極12側に設置し、電解液としてのスルファミン酸Ni電
鋳浴（濃度450g/l,pH4,浴温50℃）11中に浸漬させ、そ
の電極電位を前記SCE16に照合させてエレクトロメータ1
8により測定しながら電鋳を行なった。

電鋳時の工程としては、陰極12側に配設された原盤を
スルファミン酸Ni電鋳浴11内で昇温させた後、電源19に
より印加電圧を毎分250mVの掃引速度で、1.0Vより昇圧
させ、電解槽20内通過電流が24Aとなった時点で掃引を
停止した。その後、該印加電圧（約6.3V）を約３時間保
持してNi電析膜を形成した。

このようにして形成されたNi電析膜は灰白色を呈した
清浄なものであり、200μｍの均一な膜厚を有してお
り、破壊は見られなかった。

尚、この時の印加電圧とSCE16に対する陰極電位との
関係を第２図に示す。

2.実施例２ 次に、前記実施例１と同様にして準備されたガラス原
盤を、陰極12側に配設し、スルファミン酸Ni電鋳浴11内
で昇温させた後、電源19により印加電圧を毎分300mVの
掃引速度で、1.0Vより昇圧させ、電解槽20内の通過電流
が40Aとなった時点で掃引を停止した。その後、該印加
電圧（約8.5V）を約３時間保持してNi電析膜を形成し
た。

このようにして形成されたNi電析膜は、実施例１の場
合と同様に、灰白色を呈した清浄なものであり、310μ
ｍの均一な膜厚を有しており、破壊は見られなかった。

尚、この時の印加電圧とSCE16に対する陰極電位との
関係を第３図に示す。

3.比較例 次に、前記実施例１と同様にして準備されたガラス原
盤を、陰極12側に配設し、スルファミン酸Ni電鋳浴11内
で昇温させた後、電源19により印加電圧を毎分300mVの
掃引速度で、1.0Vより昇圧させ、電解槽20内の通過電流
が58Aとなった時点で掃引を停止した。その後、該印加
電圧（約10.0V）を約３時間保持してNi電析膜を形成し
た。

このようにして形成されたNi電析膜は、面上に一部暗
緑色を呈する破壊を起しており、前記実施例１及び実施
例２のような灰白色を呈する清浄なものとは異なり、光
ディスク製造用のスタンパとしての利用は不可能であっ
た。

また、この比較例として示した電鋳工程においては、
電析中に破壊の原因となるガスの発生が見られた。

尚、この時の印加電圧とSCE16に対する陰極電位との
関係を第４図に示す。

ここで、第２図及び第３図に示す印加電圧に対する陰
極電位の測定結果より明らかなように、前記実施例１及
び実施例２においては、Ni電鋳工程における電析中の電
極電位は、各々、−250〜−1490mVvsSCE,−250〜−1550
mVvsSCEの間を動いており、皮膜形成に悪影響を及ぼす
水素ガス発生の電極電位と考えられる−1600mVvsSCEを
越えていないため、電析膜も何等ガス発生の影響を受け
ることがなく清浄な電析皮膜が得られることになる。

これに対して、前記比較例においては、電析中におけ
る電極電位は、−250〜−1690mVvsSCEの間を動くため、
水素ガス発生の電極電位と考えられる−1600mVvsSCEを
越えてしまい、このため、ガスの作用により電析皮膜に
破壊が生じると考えられる。

尚、前記実施例２の清浄面と、比較例における破壊面
との比較を、ディフラクトメータ法によるＸ線回折（X
D）と、けい光Ｘ線分析（FX）とにより行なった。

ここで、上記Ｘ線回折（XD）による測定結果を下記表
１にまとめて示す。

また、ディフラクトメータ法により得られた清浄面に
おける回折図形（XD図形）を第５図に、破壊面における
回折図形を第６図に夫々示す。尚、各回折図形の測定条
件はチャート中の余白に表形式で示したが、周知の表示
法であるため説明は省略する。また、夫々の回折図形は
記録計により記録紙に自動記録されたものを写したもの
である。

また、けい光Ｘ線分析（FX）によるスペクトル線図の
写しをまとめて第７図に示す。

第７図に示すけい光Ｘ線分析（FX）の結果から明らか
なように、破壊面には硫黄Ｓの含有量が多いいことが判
り、また、第５図及び第６図に示す回折図形及び上記表
１より、破壊面では、Niの［220］面の配向の増加、［2
00］面の配向の減少がみられた。

したがって、前記比較例においては、Ni析出面に水素
ガスの発生により硫黄が多く取り込まれ、Ni［220］面
の配向の増加、［200］面の配向の減少により、Ni電析
面が破壊されたものと考えられる。

さて、以上の結果から明らかなように、光ディスク製
造用スタンパをNi電鋳によって作成する場合には、Ni電
鋳を行なうに際して、陰極12の電極電位が参照用の飽和
甘こう電極（SCE）16に対して、−1600mV以上に保たれ
るように印加電圧を制御すれば、常に、清浄で破壊のな
いNi電析膜が得られる。

したがって、本発明による電鋳装置においては、電源
19内に陰極12の測定電位に対応して両極間の印加電圧を
制御する自動制御装置が搭載されており、予め、設定さ
れた陰極電位に応じて、両電極に印加される電圧を自動
制御するように構成されている。

そして、前記実施例として示したNi電鋳に際しては、
陰極電位が−1600mV vs SCE以上に保たれるように設定
しておくことにより、常に最適な電析条件での電鋳が行
なわれ、常に高品質なNi電析皮膜を形成することができ
る。

尚、実施例においては光ディスク複製用スタンパの製
造に適用されるNi電鋳を例として説明したが、本発明は
Ni電鋳に限らず種々のメッキ材料を用いた電鋳に応用す
ることができる。

（発明の効果） 以上、説明したように、本発明による電鋳装置におい
ては、電鋳の際に電極電位測定手段により、少なくとも
陰極側の電極電位を測定しながら電鋳を行なう構成と
し、スタンパを電鋳で作製する際に、水素ガス発生の電
極電位以上で電解させることにより、電析時の条件とし
て、電解槽内の電流密度に加えて電析時の重要な要素と
なる、陰極の電位条件をも定めることができ、水素ガス
の発生による電析面の破壊のない、より信頼性のある高
品質な電鋳を行なうことのできる電析条件を定めること
ができる。

したがって、本発明による電鋳装置によれば、予め試
行実験を行って電極電位の条件を定めておけば、次回か
らは光ディスク複製用のスタンパ等、高品質な電鋳製品
を容易に確実に製造することができ、また、電鋳工程時
の管理も容易となる。このため、スタンパ等、製品の歩
留が向上し、且つ製造コストの低減をも容易に図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電鋳装置の概略構成
図、第２図は同上電鋳装置を用い実施例１に示す条件下
でNi電鋳を行なった時の印加電圧と陰極側電極電位との
関係を示すグラフ、第３図は第１図に示す電鋳装置を用
い実施例２に示す条件下でNi電鋳を行なった時の印加電
圧と陰極側電極電位との関係を示すグラフ、第４図は第
１図に示す電鋳装置を用い比較例に示す条件下でNi電鋳
を行なった時の印加電圧と陰極側電極電位との関係を示
すグラフ、第５図は第１図に示す電鋳装置を用い実施例
２に示す条件下でNi電鋳を行なって形成した電析皮膜
（清浄面）の構造をディフラクトメータ法によるＸ線回
折により解析した時の結果を示すＸ線回折図形の写し、
第６図は第１図に示す電鋳装置を用い比較例に示す条件
下でNi電鋳を行なって形成した電析皮膜（破壊面）の構
造をディフラクトメータ法によるＸ線回折により解析し
た時の結果を示すＸ線回折図形の写し、第７図は第１図
に示す電鋳装置を用い実施例２及び比較例に示す条件下
でNi電鋳を行なって形成した電析皮膜（清浄面及び破壊
面）の組成をけい光Ｘ線分析法により解析した時の結果
を示すけい光Ｘ線スペクトルチャートの写し、第８図
（ａ）乃至（ｇ）はスタンパ製造工程の一例を示す説明
図である。 11……電解液、12……陰極、13……陽極、14……ルギン
毛管、15……塩橋、16……飽和甘こう電極、17……塩化
カリウム飽和水溶液、18……エレクトロメータ、19……
電源、20……電解槽、21……駆動軸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−111820（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−25991（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−38836（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−55587（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C25D 1/00,21/12 G11B 7/26

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電解槽内の電解液中に陽極と陰極とを配置
   してなり、上記両極間に電圧を印加して上記陰極側の表
   面上に金属皮膜を均一に形成するように電鋳を行なう電
   鋳装置において、電鋳の際に電極電位を測定する手段を
   設け、上記両電極のうち、少なくとも陰極側の電極電位
   を測定しながら電鋳を行なう構成とし、スタンパを電鋳
   で作製する際に、水素ガス発生の電極電位以上で電解さ
   せることを特徴とする電鋳装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の電鋳装置において、電極電
   位測定手段により陰極側の電極電位を測定しながらNi電
   鋳を行ないスタンパを作製する際に、上記陰極の電極電
   位が参照用の飽和甘こう電極に対して水素ガス発生の電
   極電位と考えられる−1600mV以上に保たれることを特徴
   とする電鋳装置。