JPH0361565B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、光学式情報記録体（ビデオデイス
ク、光メモリーデイスク、デジタルオーデイオデ
イスク）や位相型フレネルゾーンプレートレンズ
のような微細パターンを有するプラスチツク製光
学製品を大量生産するための成形用鋳型の製造方
法に関する。

（発明の背景） 光学式ビデオデイスク、光メモリーデイスク、
デジタルオーデイオデイスク、位相型フレネルゾ
ーンプレートレンズなどのような光学製品は、光
学的面積精度を有する基準面に対し、微細なパタ
ーン（例えば線巾0.4〜200μｍ、深さ10〜2000n
ｍ）が刻印されている。従つて、このような微細
パターンを有する光学製品をプラスチツクで大量
に生産しようとすれば、同一レベルの微細パター
ンを有する金型ないし鋳型を用意しなければなら
ない。

従来、この種の微細パターンを有する金型ない
し鋳型は、第１図に示す工程により作られてい
た。つまり、まず光学的面精度を有する基準面を
得るためにガラス基材１を光学的面精度が出るま
で研削、研磨した後、ホトレジストを塗布して所
望パターンを露光し、現像し、所望のレジストパ
ターン２を形成する。その上に電鋳法と呼ばれる
方法でニツケルメツキを施こし、得られたメツキ
層３（メタルマスターと呼ばれる）をガラス基材
から剥し、このメタルマスター３を金属台座Ｂに
固定して金型としてもよいが、メタルマスター３
は耐久性がないので、一般にはメタルマスター３
を原盤として電鋳法により反転型のニツケル・マ
ザー４を作り、更にこのマザー４を基に電鋳法に
より再反転型のニツケル・スタンパー５（メタル
マスターと同一型）を多数作り、このスタンパー
５を金属台座Ｂに固定して成形用金型としてい
る。

従つて、従来の金型は、(イ)マスターからマザー
へ、マザーからスタンパーへと反転を繰り返して
作るために、転写する毎に微細パターンが崩れる
ので１枚のマスターからマザーを及び１枚のマザ
ーからスタンパーを作れる枚数は平均して数枚で
あり、しかもその枚数の中でもパターン精度にバ
ラツキがあること、(ロ)製造工程が多く、製造に長
時間を要すること、(ハ)微細パターンでは塵埃の付
着が問題となるため、浴の汚れの少ない電鋳装置
が必要で、浴の管理も高度な管理が要求されるこ
と、(ニ)メタルマスター、マザー及びスタンパー
は、いずれも、高々数mmと薄いために、電鋳後、
剥離したときに変形したり、(ホ)剥離後、台座に固
定する際に厚さの不揃いを修正加工しなければな
らないこと、(ヘ)台座に固定するとき、スタンパー
は薄いので相当な工夫を要するし、塵埃をはさみ
込まないように注意しなければならないこと、(ト)
ニツケル・スタンパーは耐久性がなく、数千枚も
成形すると、精度が低下して使用し得なくなるこ
となどの欠点を有していた。

（発明の目的） 従つて、本発明の目的は、これらの欠点を有さ
ず、特に製造工程が少なく、耐久性に秀れたプラ
スチツク成形用鋳型の製造方法を提供することに
ある。

（発明の概要） そのため、本発明者らは、直接鋳型を製造する
こと目標とし、まず必要な鋳型材料について研究
した。その結果、耐久性があり、かつ表面を光学
的面精度を有する平面又は曲面に仕上げられる材
料としてガラス、シリコン及び石英の３種を選出
した。次にこれらの母材に微細パターンを刻印す
る方法としてホトエツチング技術を選択した。エ
ツチングには湿式（ウエツト）と乾式（ドライ）
の２種があるが、湿式は等方的なエツチングなの
でレジストパターンからの寸法シフトがあり、基
準面方向の寸法精度が出せないこと、特にミクロ
ン前後の微細パターンでミクロン以上の深さにエ
ツチングするには、方向性のある乾式を採用せざ
るを得ないことを知つた。

しかしながら、選出した前記３種の材料のうち
ガラスは、(イ)ドライエツチングの速度が遅く、所
望の深さにエツチングされる前にレジストパター
ンが先にエツチングされて消失してしまうので深
いエツチングができないこと、及び(ロ)鋳型として
機械的強度が十分でないことから、不適当である
ことを知つた。

従つて、本発明は、光学的面精度を有する母材
表面に、所望のレジストパターンを形成した後、
母材のエツチングを行ない、次いで前記レジスト
を除去することにより、幅がミクロン前後で深さ
がミクロン以上の微細パターンが形成されたプラ
スチツク成形用鋳型の製造方法において、 前記母材として、結晶状又は非晶質のシリコン
又は石英を使用し、且つ 前記エツチングとしてドライエツチングを採用
したことを特徴とする方法。を提供する。

以下、本発明の鋳型の製造工程を第２図に従い
説明する。

母材２１は、シリコン単結晶、非晶質シリコ
ン、水晶及び溶解石英の４種の中から選択する
が、シリコンは石英に比べてエツチング速度が速
く、その結果、深い溝が掘れる特徴がある。

そして、母材２１は、まず少なくとも一面を光
学的面精度を有する平面又は曲面（球面、非球
面）に仕上げる。光学的面精度は、光学製品特に
レンズやプリズムの技術分野で採用されている精
密研削、研磨の技術により比較的容易に得られ
る。

こうして得られた高精度表面にホトレジストを
均一に塗布する。ホトレジストとしては、例えば
東京応化工業(株)製のOMRのようなネガタイプま
たはシプレー（Shipley）社製のAZ1350、
AZ1350Jあるいは東京応化工業(株)製のOFPRなど
のポジタイプが使用される。次いで、使用したホ
トレジストのタイプにより、所望パターンを有す
るマスクまたは所望パターンとは反転パターンを
有するマスクを使用して露光する。また、マスク
を使用せずに、レーザー光線の細いビームを照射
しながら線図を描けば、同じようにパターン露光
ができる。ビデオデイスク用には、この方法が採
用される。

露光後、現像すると、レジストのタイプにより
露光部分が硬化して残るか又は現像液に溶解して
流失し、レジスト・パターン２２が形成される。

次にレジストパターン２２の形成された母材を
ドライエツチングする。ドライエツチングの方法
としては、例えば円筒型ドライエツチング法、平
行平板型ドライエツチング法、イオンビームエツ
チング法などが挙げられる。

ドライエツチングが終了したら、レジストパタ
ーン２２は溶剤で溶かして除去するか、又はO₂
プラズマ中で焼却してしまう。

最後に洗浄、乾燥を行なうと本発明の鋳型が得
られる。

こうして得られた鋳型は、光学式ビデオデイス
ク、光メモリーデイスク、デジタルオーデイオデ
イスク、位相型フレネルゾーンプレートレンズな
どの光学製品を、PMMA、PVC、ポリカーボネ
ート、ポリスチレン、CR−39ポリマーなどのプ
ラスチツクで射出成形、プレス成形する際及びそ
れらのプラスチツクを与えるモノマー又はオリゴ
マーから注型重合成形、紫外線硬化成形などによ
り成形する際に使用される。

以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

（実施例） 本例では第３図及び第３Ａ図に示すような同心
円状の位相型フレネルゾーンプレートレンズをア
クリル樹脂で射出成形するための鋳型を製作す
る。このレンズの規格及び寸法は次のとおりであ
る。外寸（ｌ）は20mm、厚さ（t₀）は１mm、有効
口径（2rω）は４mm、焦点距離(f)は30mm、中央ゾ
ーン（Ｚ）の径（2r₁）は0.3mm、最外周ゾーン
（Ｚ）の幅は5μｍ、ゾーン（Ｚ）の総数は125本、
ゾーン（Ｚ）の深さ（t₁）は8000Å、ｎ番目とｎ
＋１番目のゾーンの口径比（2r_o：2r_o+1）は√
ｎ：√＋１である。

次に鋳型の製造工程について説明する。

(1) まず、一辺が２cmの厚さ２mmのシリコン単結
晶板を用意し、その上面を不二見研磨材社製の
研磨材グランゾツクスで研磨し、面精度ニユー
トンリングで２本の平面に仕上げた。

(2) 仕上げ面の上にシプレー（Shipley）社製の
ネガ型レジスト：AZ1350Jを乾燥膜厚1.5μとな
るように塗布し、乾燥させた。

(3) 次いで、５倍の寸法の同心円状のフレネルゾ
ーンのパターンを有するマスクを用意し、この
マスクを通して高圧水銀灯により1/5縮小投影
露光した。

(4) レジスト層をシプレー社製の現像液：AZデ
ベロツパーで洗浄すると、露光された部分のレ
ジストが溶出し、後には同心円状のフレネルゾ
ーンのパターンを有するレジストが残つた。

(5) レジストパターンを有するシリコン板を日電
アネルバ(株)製の高周波スパツタエツチング装置
DEM451の中に置き、CF₄：0.3Torr、高周波
電流入力150Wの条件下で約10分間エツチング
を行ない、露出している部分のシリコン板を
8000Åの深さに削剥した。

(6) 最後にシリコン板上に残つているレジストを
アセトンで溶解除去し、乾燥させることにより
本発明の鋳型を得た。

得られた鋳型を射出成形用金型の台座に取り付
け、アクリル樹脂を用いて第３図に示すレンズを
射出成形すると、鋳型に忠実な成形品が得られ
た。鋳型は５万枚成形してもまだ十分に使用に耐
えた。

（発明の効果） 以上の通り、本発明によれば原盤を直接成形用
鋳型として使用できるために、製造工程が短縮さ
れ、面倒な電鋳工程も不用になり、転写を繰り返
さないために高精度の鋳型が得られ、しかも従来
のニツケル・スタンパーに比べ耐久性が格段に向
上する。その結果、鋳型の製造コストは格段に低
下する。

そのほか、金属鋳型に比べ熱膨張が少ないので
成形品の離型が容易で、成形精度も高く、しかも
熱伝導率が低いので急激な冷却がないことから内
部歪のない良質な成形品が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の金型の製造工程の説明図であ
る。第２図は本発明の鋳型の製造工程の説明図で
ある。第３図は本発明の実施例に於ける鋳型によ
つて成形されるプラスチツク製位相型フレネルゾ
ーンプレートレンズの斜視図である。第３Ａ図は
第３図中のＸ−Ｙ矢視平面で切断して得られる断
面の部分拡大断面図である。 （主要部分の符号の説明）、２１……母材、２
２……レジスト、Ｂ……台座。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光学的面精度を有する母材表面に、所望のレ
   ジストパターンを形成した後、母材のエツチング
   を行ない、ついで前記レジストを除去することに
   より、幅がミクロン前後で深さがミクロン以上の
   微細パターンの形成されたプラスチツク成形用鋳
   型を製造する方法において、 前記母材として、結晶状又は非晶質のシリコン
   又は石英を使用し、且つ 前記エツチングとして、ドライエツチングを採
   用したことを特徴とする方法。