JP4491024B2 - 金型装置 - Google Patents

Description

本発明は、凹凸パターンを有する記録媒体用成形基板を射出成形により製造するのに用いられるスタンパを保持するためのスタンパホルダ、このスタンパホルダを含む成形金型、およびこの成形金型を用いて成形された記録媒体用成形基板に関する。

近年、磁気記録媒体の記録密度を向上するために、記録トラックどうしを物理的に分離したディスクリートトラックレコーディング媒体（ＤＴＲ媒体）が提案されている。

ＤＴＲ媒体はインプリント法を用い、以下のようにして製造される。まず、ＤＴＲ媒体に対応する凹凸パターンが形成されたインプリントスタンパを作製する。一方、媒体基板上に磁性膜を成膜し、その上にレジストを塗布する。媒体基板に塗布されたレジストに対してインプリントスタンパを押し付け、レジストに凹凸パターンを転写し、さらにレジストをマスクとして磁性膜を加工する。

従来、インプリントスタンパとしては電鋳プロセスにより作製されたＮｉスタンパ（ファザースタンパ、マザースタンパまたはサンスタンパ）が用いられていた。しかし、電鋳プロセスを用いた場合、Ｎｉスタンパ１枚あたり１時間程度の作製時間がかかるという問題がある。これに対して、電鋳プロセスにより最初のＮｉスタンパ（ファザースタンパ）を作製し、その後は射出成形プロセスを用いて成形基板（インプリントスタンパ）を作製すれば、１枚数秒程度で樹脂製のインプリントスタンパを作製することが期待できる。

これまで、２枚の成形基板を貼り合わせたＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光ディスクでは、少なくとも１枚の成形基板にトラックピッチ３００ｎｍ以上の凹凸パターンが形成され、厚さ３０μｍ以上の光記録層が成膜されている光ディスクを製造する際には、射出成形によりスタンパのパターンを転写した成形基板を使用していた。

射出成形により光ディスクの成形基板上にトラックピッチ３００ｎｍのランド／グルーブ構造を形成する場合、スタンパを保持する金型とスタンパとの境界部に生じるバリの高さを３０μｍ以下に抑えれば、光記録層が十分厚いためバリが光記録層に埋め込まれ、貼り合わせ工程時にはあまり問題にならなかった。

また、バリの発生による問題をより確実に解消するために、金型の内周部に突起部を設けるとともにスタンパの内周部に記録エリアよりも高い段差を形成し、金型の突起部にスタンパの中心孔を嵌合させたときに、スタンパの段差上面と金型の突起部上面が同一平面になるようにし、射出成形により成形基板の内周部に凹部を形成する方法が提案されている。この方法では、成形基板の凹部にバリが形成されるので、バリの発生による問題を解消できる（たとえば特許文献１参照）。

しかし、射出成形により作製されたトラックピッチ１００ｎｍ以下の凹凸パターンを有する成形基板をインプリントスタンパとして用いてＤＴＲ媒体を製造しようとする場合、上記のような光ディスクの製造方法を採用すると問題が生じる。

トラックピッチ１００ｎｍ以下の凹凸パターンを有するＤＴＲ媒体を製造する場合、媒体基板上に成膜された磁性層の上に塗布されるレジストの厚みを１００ｎｍ以下に薄くすることが好ましい。ところが、媒体基板上のレジストと成形基板（インプリントスタンパ）を押し付けたときに、成形基板の表面にバリなどの突起や段差があると、成形基板とレジスト間に空隙が生じ、成形基板の凹凸パターンをレジストに転写できないという問題が生じる。特許文献１のように成形基板の内周部に凹部を形成し、この凹部にバリが形成されるようにしたとしても、薄いレジストにパターンを転写するＤＴＲ媒体の製造では凹凸パターンをレジストに転写できないという問題を解消できない。

また、Ｎｉスタンパを金型に保持する際に、Ｎｉスタンパ表面の内周部を保持するスタンパホルダとして保持部がテーパーになったものを用いることが提案されている（特許文献２参照）。これは、Ｎｉスタンパの内外周を加工する方法として一般的に打ち抜き加工法が採用されており、Ｎｉスタンパの打ち抜き面にテーパーが発生することに対する対策として有利である可能性がある。すなわち、スタンパホルダの保持部のテーパーを、Ｎｉスタンパの打ち抜き面に発生するテーパーに合わせれば、スタンパホルダの上面とＮｉスタンパの上面とをほぼ同一平面とした状態で、Ｎｉスタンパを保持できる可能性がある。

しかし、打ち抜き加工時に発生するＮｉスタンパのテーパーの形状は、Ｎｉスタンパの厚みや硬度に依存して大きく変化するので、Ｎｉスタンパのテーパーに正確にフィットするスタンパホルダを作製することは困難である。Ｎｉスタンパとスタンパホルダの両者のテーパーが正確にフィットしない限り成形基板に段差が生じ、事実上、段差のない成形基板を作製することは困難である。上述したように、トラックピッチ１００ｎｍ以下の凹凸パターンを有するＤＴＲ媒体を製造する場合には、成形基板のパターン面にパターンの高さよりも高い凸部をなす段差があると、凹凸パターンをレジストに転写できないという問題が生じる。
特開２００４−３１０９３７号公報 特開平１０−１２８８０７号公報

本発明者らは、Ｎｉスタンパ表面の内周部を、フランジを有するスタンパホルダで上から押さえ付けて金型に保持することを検討した。この場合、Ｎｉスタンパの上面よりもフランジを有するスタンパホルダの上面が高くなり、射出成形による作製される成形基板の内周部にフランジの厚みに相当する凹部をなす段差が生じる。したがって、インプリント時に凸部をなすバリや段差により、凹凸パターンをレジストに転写できないという問題を解消できる。

しかし、上記の方法で、Ｎｉスタンパの上面とフランジを有するスタンパホルダの上面との間に段差がある状態で射出成形を行うと、成形基板の内周部にいわゆるフローマークと呼ばれる欠陥が発生する可能性が高くなることが判明した。フローマークとは、溶融した樹脂の流れが遅いことに起因して、樹脂の流れ方向と直交する方向に溶融樹脂が固まりながらできた流れの跡をいう。フローマークが生じるとパターンの転写性が悪くなるため、フローマークに対する対策も必要になる。

本発明の目的は、ＤＴＲ媒体のような記録媒体用のインプリントスタンパとして射出成形された成形基板を用いる場合に、インプリント時に凹凸パターンをレジストに転写できないという問題を解消し、かつ射出成形時に樹脂のフローマークによるパターンの転写性の悪化を防止することにある。

本発明の一態様に係る金型装置は、内径１７．５ｍｍ以下の中心孔を有し表面に記録媒体用の凹凸パターンが形成された円盤状の金属製スタンパが固定される、中心孔を有する第１の金型と、金属製スタンパを前記第１の金型上に固定した状態で保持するためのスタンパホルダであって、前記第１の金型の中心孔に挿入される様、円筒状の形状をなし、一端部にスタンパ表面の中心孔近傍の内周部を保持するフランジが設けられ、前記フランジの外径が１７．６ｍｍ以下であるスタンパホルダと、前記スタンパホルダ内に配置されるスプルーブッシュと、金属製スタンパが固定された前記第１の金型に対向して配置され、溶融樹脂が充填されるキャビティーを形成する第２の金型とを有し、前記スタンパホルダのフランジの外周は、前記金属製スタンパに形成された凹凸パターンの最内周位置から０．５ｍｍ以上離れて配置され、前記スタンパホルダのフランジは、成形される記録媒体用成形基板の内周部に、その厚みに相当する凹部をなす段差を生じさせることを特徴とする。

本発明によれば、一端部にスタンパ表面の中心孔近傍の内周部を保持するフランジが設けられスタンパホルダによって金属製スタンパを保持するので、射出成形による作製される成形基板の内周部にフランジの厚みに相当する凹部をなす段差を生じさせることができ、インプリント時に凸部をなすバリや段差により凹凸パターンをレジストに転写できないという問題を解消できる。また、成形基板の記録エリアの最内周位置よりも内側に向かって０．５ｍｍ以上離れた位置に段差が形成されるようにすることによって、フローマークの影響を避け、成形基板の全面で良好な転写性を得ることができる。したがって、１枚１０秒程度の速度でインプリントスタンパ（成形基板）を作製できるという射出成形の利点を生かして、ＤＴＲ媒体の生産効率を向上することができる。

図１（ａ）〜（ｃ）を参照して、本発明に係るスタンパホルダを含む成形金型を用い、射出成形によりドーナツ型の記録媒体用成形基板（インプリントスタンパ）を製造する方法を説明する。

図１（ａ）に示すように、図示しない射出成形機に、固定金型（第１の金型）１１および可動金型（第２の金型）１５が対向して配置され接離可能に搭載される。

中心孔を有する固定金型１１上に内径１７．５ｍｍ以下の中心孔を有し表面に記録媒体用の凹凸パターン２１ａが形成されたドーナツ型のＮｉスタンパ２１を、凹凸パターンを可動金型１５に向けて載置する。Ｎｉスタンパ２１は通常の方法に従い、原盤にレジストを塗布し電子線リソグラフィーを行った後、電鋳を行うことにより作製されたものである。円筒状の形状をなし、一端部にＮｉスタンパ２１表面の中心孔近傍の内周部を保持するフランジ１２ａが設けられ、フランジ１２ａの外径が１７．６ｍｍ以下であるスタンパホルダ１２を、固定金型１１の中心孔に挿入してＮｉスタンパ２１を固定する。固定金型１１上で凹凸パターンが形成されている記録エリアの最内周位置と、スタンパホルダ１２のフランジ１２ａの外周位置との間は、０．５ｍｍ以上離れている。スタンパホルダ１２内にはスプルーブッシュ１３が装着され、これを通して溶融樹脂が射出される。可動金型１５の外周にはキャビティーリング１６が設けられている。また、可動金型１５の中心部には成形基板の中心孔を打ち抜くためのカットパンチ１７が設けられている。

図１（ｂ）に示すように、固定金型１１および可動金型１５を型締めする。可動金型１５のキャビティーリング１６が固定金型１１上のＮｉスタンパ２１の記録エリアのパターン最外周位置より外側の面に接し、Ｎｉスタンパ２１と可動金型１５との間に溶融樹脂が充填されるキャビティーを形成する。射出成形により作製される成形基板の厚みは、型締めされた時のＮｉスタンパ２１の表面と可動金型１５の表面との間隔で決定される。可動金型１５の表面は成形基板の裏面を規定する。成形基板の外径はＮｉスタンパ２１に接するキャビティーリング１６の位置で決定される。この状態で、スプルーブッシュ１３を通して溶融樹脂を注入してキャビティーに充填するとほぼ同時に、カットパンチ１７を可動金型１５から固定金型１１の方向へ突き出して成形基板のセンター孔を形成する。その後、注入された溶融樹脂を金型温度まで冷却して固形化する。

本発明において用いられる樹脂は特に限定されないが、ポリカーボネートや環状ポリオレフィンが好適である。

図１（ｃ）に示すように、可動金型１５を取り外し、固形化した樹脂をＮｉスタンパ２１から分離して、ドーナツ型の成形基板３１を作製する。この成形基板３１は、表面にＮｉスタンパ２１に対応する凹凸パターン３１ａが形成された記録エリアを有し、この記録エリアの最内周位置よりも内側に向かって０．５ｍｍ以上離れた位置に形成された凹部をなす段差３１ｂを有する。すなわち、段差３１ｂの上面は、凹凸パターン３１ａの上面よりも低い。段差３１ｂが形成されている位置の直径は１７．６ｍｍ以下である。

ここで、スタンパホルダの形状について説明する。
本発明においては、図２に示すように、円筒状の形状をなし、一端部にＮｉスタンパ２１表面の中心孔近傍の内周部を保持するフランジ１２ａが設けられたスタンパホルダ１２が用いられる。

このように、Ｎｉスタンパ２１表面の中心孔近傍の内周部を保持するスタンパホルダ１２のフランジ１２ａで上から押さえ付けて保持した状態で射出成形すると、Ｎｉスタンパ２１表面とフランジ１２ａとの段差に対応して、成形基板３１の内周部に凹部をなす段差３１ｂが形成される。

一方、特許文献２においては、図３に示すように、円筒状の形状をなし、一端部にＮｉスタンパ２１表面の中心孔近傍の内周部を保持するテーパー４１ａが設けられたスタンパホルダ４１が用いられている。これは、スタンパホルダ４１の上面とスタンパ２１の上面とをほぼ同一平面とすることを目的としている。

しかし、図４に示すように、打ち抜き刃４５でＮｉスタンパ２１の中心孔を打ち抜き加工した時に発生するＮｉスタンパ２１のテーパー２１ｂの形状は、Ｎｉスタンパ２１の厚みや硬度に依存して大きく変化するので、Ｎｉスタンパ２１のテーパー２１ｂに正確にフィットするスタンパホルダ４１を作製することは困難である。

このため、図５（ａ）に示すようにスタンパホルダ４１の上面がスタンパ２１の上面よりも高くなることもあれば、図５（ｂ）に示すようにスタンパホルダ４１の上面がスタンパ２１の上面よりも低くなることもある。図５（ｂ）に示すようにスタンパホルダ４１の上面がスタンパ２１の上面よりも低くなった場合、その段差に対応して、成形基板３１の内周部に凸部をなす段差が形成される。

内周部に凸部をなす段差３１ｃが形成された成形基板３１を用いてＤＴＲ媒体のインプリント工程を行うと、パターン転写ができないという問題が生じる。このことを図６（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。

図６（ａ）に示すように、ＤＲＴ媒体のインプリント工程では、媒体基板５１上に磁性膜５２を成膜し、膜厚１００ｎｍ以下のレジスト５３を塗布する。このレジスト５３に対向するように、内周部に凸部をなす段差３１ｃが形成された成形基板（インプリントスタンパ）３１を対向させる。

図６（ｂ）に示すように、成形基板３１のパターンを転写するために、媒体基板５１上のレジスト５３に対して成形基板３１を押し付ける。しかし、成形基板３１の内周部に、記録エリアの凹凸パターンの上面より突出した段差３１ｃが形成されていると、この段差３１ｃ近傍のパターンがレジスト５３の表面から浮いて、パターン転写ができない未転写部３１ｄが生じる。

本発明においては、上述したように、Ｎｉスタンパ２１表面とフランジ１２ａとの段差に対応して、成形基板３１の内周部に凹部をなす段差３１ｂが形成されるので、凸部をなす段差３１ｃが原因となるパターン転写不良は生じない。

ただし、Ｎｉスタンパ２１の記録エリアの凹凸パターンの最内周位置からあまり離れていない位置でＮｉスタンパ２１表面の中心孔近傍の内周部をスタンパホルダ１２のフランジ１２ａで保持すると、射出成形時にフランジ１２ａによる段差でフローマークが生じることがある。

図７（ａ）および（ｂ）に示すように、成形基板３１においてフローマークが生じた内周部では微細なパターンの転写不良が生じて未転写部３１ｄが形成される。

これに対して、本発明では、Ｎｉスタンパ２１の記録エリアの凹凸パターンの最内周位置からスタンパホルダ１２のフランジ１２ａの外周までの距離を０．５ｍｍ以上離して、成形基板３１の記録エリアの最内周位置よりも内側に向かって０．５ｍｍ以上離れた位置に凹部をなす段差３１ｂが形成されるようにすることによって、フローマークの影響を避けて成形基板３１の全面で良好な転写性を得る。

次に、図８（ａ）〜（ｅ）を参照して、成形基板３１をインプリントスタンパとして用いる磁気記録媒体（ＤＴＲ媒体）の製造方法を説明する。

図８（ａ）に示すように、媒体基板５１上に磁性膜５２を成膜し、膜厚１００ｎｍ以下のレジスト５３を塗布する。このレジスト５３に対向するように、成形基板（インプリントスタンパ）３１を対向させる。

図８（ｂ）に示すように、成形基板３１のパターンを転写するために、媒体基板５１上のレジスト５３に対して成形基板３１を押し付ける。

図８（ｃ）に示すように、成形基板３１を剥離する。レジスト５３の記録エリア表面に成形基板３１から転写された凹凸パターンが形成される。

図８（ｄ）に示すように、レジスト５３の凹凸パターンの凹部に残存しているレジスト残渣を除去し、磁性膜５２の表面を露出させる。

図８（ｅ）に示すように、パターン化されたレジスト５３をマスクとしてミリングにより磁性膜５２を加工して所望の磁性パターンを得る。

その後、必要に応じて磁性パターンの間の凹部を非磁性体で充填し、磁性パターンの表面にＤＬＣ保護膜を形成し、潤滑剤を塗布することにより、磁気記録媒体（ＤＴＲ媒体）を得る。

以下、本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
製造しようとするＤＴＲ媒体の仕様は以下の通りである。直径１．８インチの媒体基板の、半径位置で９．３〜２２．３ｍｍの範囲の記録エリアに、トラックピッチ７４ｎｍで磁性パターンを形成する。トラック部の磁性パターンの形状は、ランド幅５２ｎｍ、グルーブ幅２６ｎｍである。サーボエリアにおける磁性パターンの形状は通常の通りである。

射出成形に用いるＮｉスタンパの仕様は以下の通りである。Ｎｉスタンパは、通常の方法に従い、電子線リソグラフィーと電鋳を用いて作製する。Ｎｉスタンパの形状は外径６５．００ｍｍ、内径１７．５０ｍｍ、厚み０．２９０ｍｍである。ＮｉスタンパはＤＴＲ媒体の磁性パターンに対応する凹凸パターンを有する。パターンの高さは５０ｎｍである。

射出成形に用いるスタンパホルダの仕様は以下の通りである。フランジは、外径がφ１７．６０ｍｍ、スタンパの押さえ代が５０μｍ、高さが１０μｍである。

一方、可動金型に取り付けられるカットパンチは外径がφ１２．０５ｍｍである。

Ｎｉスタンパを固定金型に載置しスタンパホルダで保持して、下記のようにして射出成形を行った。すなわち、スプルーブッシュを通して固定金型と可動金型とで形成されるキャビティー内に溶融樹脂を注入するのとほぼ同時に加圧し、冷却することにより、キャビティーと同じ構造の成形基板を作製した。射出成形の条件は以下の通りである。

射出成型樹脂材料：環状ポリオレフィン（ＣＯＰ、日本ゼオン製ＺＥＯＮＯＲ−１０６０Ｒ）、溶融樹脂温度：３７０℃、金型温度：１００℃、型締め力：５０ｔ、冷却時間：８秒、成形サイクル：１０秒。

［実施例２］
Ｎｉスタンパの内径を１７．００ｍｍ、スタンパホルダのフランジの外径をφ１７．１０ｍｍにした以外は実施例１と同様にして成形基板を作製した。

［比較例］
スタンパホルダのフランジの外径をφ１７．７０ｍｍにした以外は実施例１と同様にして成形基板を作製した。

以上のようにして作製される成形基板の仕様は以下の通りである。材質：ＣＯＰ（ＺＥＯＮＯＲ−１０６０Ｒ）、外径５８ｍｍ、内径１２ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ。また、実施例１、２および比較例のいずれでも成形基板表面の内周部に、深さ１０μｍの凹部をなす段差がある。成形基板の裏面は平坦である。

実施例１、２および比較例の方法で各々１００枚ずつ成形基板を作製し、得られた成形基板の凹凸パターン面をＯＳＡで観察した。図９（ａ）および（ｂ）に成形基板の観察結果を示す。成形基板３１の表面には、トラック領域３２とサーボエリア３３が周方向に沿って交互に形成されている。

図９（ａ）は内周までパターンが転写されたことが確認でき、凹凸パターンを全面にわたって転写できた成形基板３１を示す。図９（ｂ）は内周部にフローマークの影響による未転写領域３１ｄが生じた成形基板３１を示す。それぞれの例において、未転写領域３１ｄが生じた成形基板３１の数を調べ、未転写領域３１ｄの最大外径を測定した。その結果を以下に示す。

実施例１では、全面転写された成形基板が９５枚、未転写領域を有する成形基板が５枚であり、未転写領域の最大外径は１８．９ｍｍであった。

実施例２では、全面転写された成形基板が全数であった。

比較例１では、全面転写された成形基板が７２枚、未転写領域を有する成形基板が２８枚であり、未転写領域の最大外径は２０．８ｍｍであった。

これらの結果から、未転写領域がない成形基板を良品率９０％以上で効率よく作製するには、スタンパホルダのフランジの外径を１７．６ｍｍ以下とし、Ｎｉスタンパの記録エリアの凹凸パターンの最内周位置からスタンパホルダの外周までの距離を０．５ｍｍ以上にすることが好ましいことがわかる。

全面転写された成形基板をインプリントスタンパとして用い、ＤＴＲ媒体を製造する方法を説明する。
媒体基板上に厚さ１５ｎｍの磁性膜を形成し、その上に厚さ５０μｍのＵＶ硬化レジストをスピンコートする。媒体基板上のレジストに対して成形基板のパターン面を対向させて押し付ける。成形基板を剥離すると、レジストの記録エリア表面に成形基板から転写された凹凸パターンが形成される。形成された凹凸パターンの高さは５０ｎｍである。酸素ＲＩＥによりレジストを２０ｎｍエッチングして、レジストの凹部に残存しているレジスト残渣を除去し、磁性膜の表面を露出させる。この結果、凹凸パターンの高さは４０ｎｍになる。Ａｒイオンミリングによりレジストの凹部に露出した磁性膜を１０ｎｍ除去して磁性パターンを得る。磁性パターンの表面にＤＬＣを５ｎｍ成膜した後、潤滑剤を塗布し、ＤＴＲ媒体を得る。

以上のように、本発明のスタンパホルダおよび金型装置を用いて作製された成形基板をインプリントスタンパとして用いることにより、媒体基板表面に塗布したレジストの全面にパターン転写が可能となり、全面で記録再生可能なＤＴＲ媒体およびこれを搭載した磁気記録装置を製造することができる。したがって、１枚１０秒程度の速度でインプリントスタンパ（成形基板）を作製できるという射出成形の利点を生かして、ＤＴＲ媒体および磁気記録装置の生産効率を向上することができる。

本発明に係るスタンパホルダを含む成形金型を用い射出成形により成形基板を製造する方法を説明する断面図。 本発明に係るフランジを有するスタンパホルダでＮｉスタンパを保持した状態を示す断面図。 テーパーを有するスタンパホルダでＮｉスタンパを保持した状態を示す断面図。 打ち抜き刃でＮｉスタンパの中心孔を打ち抜き加工する工程を示す断面図。 テーパーを有するスタンパホルダでＮｉスタンパを保持する場合の問題点を示す断面図。 内周部に凸部をなす段差が形成された成形基板を用いてＤＴＲ媒体のインプリント工程を行う場合の問題点を示す断面図。 未転写部が形成された成形基板の平面図および断面図。 本発明に係る成形基板をインプリントスタンパとして用いる磁気記録媒体（ＤＴＲ媒体）の製造方法を説明する断面図。 凹凸パターンを全面にわたって転写できた成形基板、および内周部に未転写領域が生じた成形基板を示す平面図。

符号の説明

１１…固定金型、１２…スタンパホルダ、１２ａ…フランジ、１３…スプルーブッシュ、１５…可動金型、１６…キャビティーリング、１７…カットパンチ、２１…Ｎｉスタンパ、２１ａ…凹凸パターン、３１…成形基板、３１ａ…凹凸パターン、３１ｂ…凹部をなす段差、３２…トラック領域、３３…サーボエリア、５１…媒体基板、５２…磁性膜、５３…レジスト。

Claims (1)

1. 内径１７．５ｍｍ以下の中心孔を有し表面に記録媒体用の凹凸パターンが形成された円盤状の金属製スタンパが固定される、中心孔を有する第１の金型と、
   金属製スタンパを前記第１の金型上に固定した状態で保持するためのスタンパホルダであって、前記第１の金型の中心孔に挿入される様、円筒状の形状をなし、一端部にスタンパ表面の中心孔近傍の内周部を保持するフランジが設けられ、前記フランジの外径が１７．６ｍｍ以下であるスタンパホルダと、
   前記スタンパホルダ内に配置されるスプルーブッシュと、
   金属製スタンパが固定された前記第１の金型に対向して配置され、溶融樹脂が充填されるキャビティーを形成する第２の金型と
   を有し、前記スタンパホルダのフランジの外周は、前記金属製スタンパに形成された凹凸パターンの最内周位置から０．５ｍｍ以上離れて配置され、前記スタンパホルダのフランジは、成形される記録媒体用成形基板の内周部に、その厚みに相当する凹部をなす段差を生じさせることを特徴とする金型装置。

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