KR100795249B1 - 스탬퍼용 기판 및 스탬퍼용 기판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

금속 압연판 전체를 기판용 재료로서 이용할 수 있고, 제조 수율을 높게 유지할 수 있는 스탬퍼용 기판의 제조 방법을 제공한다. 금속을 압연하여 금속 압연판을 생성하고, 생성된 금속 압연판을 소정의 크기로 잘라내고, 소정의 크기로 잘라낸 금속 압연판의 표면 혹은 이면, 또는 표리 양면에 금속 도금을 실시하고, 연마 처리를 행한다. 금속 압연판을 압연할 때에 목표로서 설정하는 판 두께는, 연마 처리 완료시에 요구되는 판 두께보다도 얇게 설정한다.

Description

스탬퍼용 기판 및 스탬퍼용 기판의 제조 방법{A SUBSTRATE FOR A STAMPER AND PREPARING METHOD FOR A SUBSTRATE FOR A STAMPER}

본 발명은, CD(Compact Disc), DVD(Digital Versatile Disc) 등의 광 디스크를 대량으로 복제하기 위한 스탬퍼를 제조하기 위해 이용되는 스탬퍼용 기판 및 이 스탬퍼용 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

CD 또는 DVD 등의 광 디스크에는, 신호를 기록하기 위한 서브 미크론 스케일의 피트가 형성된다. 이를 위해, 스탬퍼용 기판의 표면은 매우 높은 평탄도가 요구된다. 이러한 요구를 만족하기 위해, 종래, 경면 연마한 유리 기판 표면에 전기 주조 도금법을 이용해 니켈막을 성장시킴으로써, 평탄도가 높은 스탬퍼용 기판을 제조해 왔다.

그러나, 스탬퍼용 기판의 두께는 일반적으로 300㎛ 정도이다. 따라서, 전기 주조 도금법을 이용해 니켈막을 성장시켜 니켈제의 스탬퍼용 기판을 제조하는 방법에서는, 니켈막을 스탬퍼용 기판의 두께인 300㎛ 정도의 두께까지 성장시키기 위한 소비 전력이 과대해져, 제조 비용의 관점에서 바람직하지 못하다. 또한, 도금에 의해 폐수가 발생하므로, 폐수 처리 비용 증가의 관점 및 환경 보호의 관점에서도 바람직하지 않다.

그래서, 제조 비용을 삭감하기 위해서, 금속판, 예를 들면 압연에 의해 제조되는 니켈 또는 니켈 합금으로 형성된 압연판(이하, Ni 압연판이라고 한다)을 소정의 크기로 잘라내고, 연마함으로써 스탬퍼용 기판을 제조하는 방법이 제안되어 있다.

예로서, 특허문헌 1에는, 스탬퍼용 기판으로서 Ni 압연판을 이용해, 표면에 화학 기계 연마 처리를 행하는 스탬퍼용 기판의 제조 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 코일 상태의 후프(hoop)재에서 관통된 금속재에 화학 기계 연마 처리를 행하는 스탬퍼용 기판의 제조 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특개 2002-355749호 공보

특허문헌 2 : 일본 특개 2001-283475호 공보

이러한 금속판은, 통상, 냉간 압연 및 소둔을 거쳐 제조된다. 이러한 제조 공정을 거친 금속판에서는, 이하 같은 문제점이 있다.

소재 내부에는 비금속 개재물이 존재하고, 그 일부는 금속판의 표면에 노출된 상태로 되어 있다. 이 때문에, 금속판에 도금 처리를 실시하는 경우, 비금속 개재물의 전기 전도도가 낮으므로, 도금이 부착되지 않는 결함, 소위 핀 홀 결함이 발생한다. 핀 홀 결함의 발생에 의해, 도금 표면의 표면 거칠기가 거칠고, 모재와의 밀착력이 약하므로, 극단적인 경우, 연마 처리 중에 도금 박리가 발생할 우려도 있다.

통상, 압연에 의해 제조된 금속판에는 잔류 응력이 발생한다. 따라서, 편면만을 연마한 경우, 표리 양면의 잔류 응력 밸런스가 불균형하게 되어, 금속판에 크 게 휘어짐이 생긴다는 문제점이 있다. 이러한 휘어짐을 억제하기 위해서는, 템퍼(temper) 압연의 압하율을 가능한 한 작게 할 것, 압연 시의 압력을 텐션 레벨러 등을 이용함으로써 균일화하는 것이 바람직하다. 그러나, 상술한 대응만으로는, 금속판 표면의 연마 처리를 실시한 후에 발생한 휘어짐을 억제하는 것이 곤란했다.

또한, 스탬퍼 기판의 제조 공정에 있어서, 표면 연마를 행하기 위해서는 금속판을 정반(定盤)에 고정해 둘 필요가 있다. CD, DVD 등의 사출 성형시에 있어서도 동일하다. 금속판을 정반에 고정할 경우, 통상은 정반의 표면에 금속판을 흡인해 고정한다. 따라서, 금속판에 휘어짐이 전혀 발생하지 않는 경우, 연마 처리후의 정반부터의 이탈이 곤란하고, 한편, 금속판의 휘어짐이 과대한 경우, 정반에의 흡인이 곤란하게 된다는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 연마 처리 전의 스탬퍼용 기판의 제조 비용을 억제하기 위해서는, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와같이, 압연에 의해 제조되는 Ni 압연판으로부터 소정의 크기로 잘라내는 것만으로 연마 처리로 이행하는 것이 바람직하다. 그러나, 압연에 의해 제조되는 Ni 압연판의 판 두께 오차는, 전체 길이에서 ±10% 전후인데 대해, 스탬퍼에 요구되는 판 두께 오차는 ±2% 전후이다. 따라서, 스탬퍼용 기판에도 동등한 정밀도가 요구되므로, Ni 압연판의 전체 길이에 걸쳐 스탬퍼용 기판으로서 이용하는 것은 곤란하다는 문제점이 있다.

즉, 도 1에 도시하는 바와같이, Ni 압연판(1)의 부분 A에서는 두께 d1이 310㎛인데 대해, 부분 B에서는 두께 d2가 300㎛인 것이 생길 수 있다. 이 경우, 스탬퍼용 기판으로서 요구되는 판 두께가 300㎛이고, 표리 양면에 있어서의 연마값이 합쳐서 10㎛라고 가정하면, 연마 처리 전에 잘라낸 Ni 압연판의 두께는 연마값을 포함한 310㎛가 필요해진다. 따라서, 부분 A에서는 요구를 만족하는(즉, 두께 300㎛, 판 두께 허용 오차 ±2%) 스탬퍼용 기판을 제작할 수 있지만, 부분 B에서는 요구를 만족하는 스탬퍼용 기판을 제작할 수 없다. 이와 같이, 1매(또는 1코일)의 Ni 압연판의 상이한 장소에서 기판을 복수 매 잘라낸 경우, 특정한 장소로부터 잘라낸 기판으로밖에 요구를 만족하는 스탬퍼용 기판을 제작할 수 없어, 제조 수율을 높게 유지하는 것이 곤란했다.

본 발명은 이러한 사정에 비추어 행해진 것으로, 비금속 개재물에 의한 금속 도금 처리 시의 핀홀 결함의 발생을 방지함으로써, 연마 처리후의 표면의 평탄도를 높게 유지할 수 있는 스탬퍼용 기판 및 스탬퍼용 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 금속판에 적절한 휘어짐을 발생시킴으로써, 연마 처리후의 정반으로부터의 이탈이 용이하고, 또한 정반에의 흡인을 확실하게 행할 수 있는 스탬퍼용 기판 및 스탬퍼용 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 금속 압연판 전체를 스탬퍼용 기판의 재료로서 이용할 수 있어, 제조 수율을 높게 유지할 수 있는 스탬퍼용 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서 제1 발명에 관한 스탬퍼용 기판은, 판재의 표면 또는 이면, 또는 표리 양면에 코팅을 실시하는 것을 특징으로 한다.

제1 발명에 관한 스탬퍼용 기판에서는, 전기 주조 도금법을 이용해 금속 도금 두꺼운 막을 생성하는 것보다 코팅막의 두께가 얇아도 된다. 따라서, 소비 전력 및 제조에 요하는 시간을 감소시킬 수 있어, 제조 비용을 경감시키는 것이 가능해진다.

또한, 제2 발명에 관한 스탬퍼용 기판은, 제1 발명에 있어서, 상기 판재는 금속판인 것을 특징으로 한다.

제2 발명에 관한 스탬퍼용 기판에서는, 판재가 금속판이고, 전기 주조 도금법을 이용해 금속 도금 두꺼운 막을 생성하는 것보다 금속 도금막의 두께가 얇아도 된다. 따라서, 소비 전력, 제조에 요하는 시간, 도금에 관한 소모품의 사용량 등을 감소시킬 수 있어, 제조 비용을 경감시키는 것이 가능해진다.

또한, 제3 발명에 관한 스탬퍼용 기판은, 제2 발명에 있어서, 상기 판재의 비금속 개재물의 청정도가 0.05% 이하인 것을 특징으로 한다.

제3 발명에 관한 스탬퍼용 기판에서는, 금속판 중에 존재하는 비금속 개재물의 존재 중량 비율을 표시하는 청정도를 0.05% 이하로 한다. 이에 따라, 표면에 비금속 개재물이 노출될 가능성을 작게 할 수 있어, 금속 도금을 실시한 경우의 핀 홀 결함의 발생을 방지하는 것이 가능해진다.

또한, 제4 발명에 관한 스탬퍼용 기판은, 제1 발명으로부터 제3 발명 중 어느 하나에 있어서, 판재를 소정의 크기로 잘라내는 경우, 잘라낸 판재의 휘어짐이 0.1㎜ 이상인 것을 특징으로 한다.

제4 발명에 관한 스탬퍼용 기판에서는, 판재를 소정의 크기로 잘라내는 경우, 잘라낸 판재의 휘어짐이 0.1㎜ 이상이다. 따라서, 판재와 정반과의 사이에 지그 등을 삽입하여 판재를 떼어내는 것을 용이하게 행하는 것이 가능해진다.

또한, 제5 발명에 관한 스탬퍼용 기판은, 제2 발명으로부터 제4 발명중 어느 하나에 있어서, 상기 판재는, 순 니켈, 니켈 합금, 순 티탄, 티탄 합금, 스테인레스, 철, 철 합금, 순 구리, 구리 합금, 순 알루미늄, 알루미늄 합금, 순 마그네슘, 마그네슘 합금 중 적어도 하나를 주 성분으로 하는 것을 특징으로 한다.

제5 발명에 관한 스탬퍼용 기판에서는, 이러한 금속 재료 및 금속 도금 막을 이용함으로써, 상술한 효과를 기대할 수 있다.

또한, 제6 발명에 관한 스탬퍼용 기판은, 제1 발명으로부터 제5 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 판재의 코팅이 실시되어 있는 면의 적어도 편면에, 연마 처리가 실시되어 있는 것을 특징으로 한다.

제6 발명에 관한 스탬퍼용 기판에서는, 전기 주조 도금법을 이용해 금속 도금 두꺼운 막을 생성하는 것보다 코팅막의 두께가 얇아도 된다. 따라서, 소비 전력, 제조에 요하는 시간, 도금에 관한 소모품의 사용량 등을 감소시킬 수 있어, 제조 비용을 경감시키는 것이 가능해진다.

다음에, 상기 목적을 달성하기 위해서 제7 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법은, 금속을 압연함으로써 제조되고, 소정의 크기로 잘려진 금속 압연판의 표면 또는 이면, 또는 표리 양면에 금속 도금을 실시하고, 연마 처리를 행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제8 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법은, 금속을 압연하여 금속 압연판을 생성하고, 생성된 금속 압연판을 소정의 크기로 잘라내고, 소정의 크기로 잘려진 금속 압연판의 표면 또는 이면, 또는 표리 양면에 금속 도금을 실시하여, 연마 처리를 행하는 것을 특징으로 한다.

제7 발명 및 제8 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법에서는, 압연에 의해 제조되는 금속 압연판의 판 두께를, 금속 도금에 의해 미세 조정한다. 따라서, 연마 처리를 실시하기 전에 판 두께를 조정하기 때문에, 금속 압연판에 연마 처리를 실시함으로써, 판 두께가 부족해 사용할 수 없는 부분이 생기는 사태를 미연에 방지할 수 있어, 제조 수율을 높게 유지하는 것이 가능해진다. 또한, 전기 주조 도금법을 이용해 금속 도금 두꺼운 막을 생성하는 것보다 도금막의 두께가 얇아도 된다. 따라서, 소비 전력, 막 제조에 요하는 시간, 도금에 관한 소모품의 사용량 등을 감소시킬 수 있어, 제조 비용을 경감시키는 것도 가능해진다.

또한, 제9 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법은, 제7 발명 또는 제8 발명에 있어서, 상기 금속 압연판을 압연할 때에 목표로서 설정하는 판 두께는, 연마 처리 완료시에 요구되는 판 두께(전형적으로 스탬퍼용 기판으로서 요구되는 판 두께)에 연마값분을 추가한 두께보다도 얇은 것을 특징으로 한다.

제9 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법에서는, 금속 압연판의 전체 길이에 걸쳐 요구를 만족하는 스탬퍼용 기판을 제작할 수 있어, 제조 수율을 높게 유지하는 것이 가능해진다. 전술과 같이, 압연에 의해 제조되는 금속 압연판의 판 두께 오차는 1코일 전체에서 ±10% 정도로 되는 경우도 있다. 이 경우, 스탬퍼용 기판으로서 요구되는 판 두께에 연마값을 더한 판 두께를 목표로 하여 압연하면, 너무 얇은 부분도 생기고, 너무 두꺼운 부분도 생길 수 있다.

예를 들면, 요구되는 스탬퍼용 기판의 판 두께가 300㎛이고, 연마 처리에 있어서의 연마값이 10㎛인 경우, 310㎛의 금속 압연판을 제조하면 된다. 그러나, 310㎛을 목표로 하여 압연한 경우, 예를 들면 280㎛에서 340㎛의 사이에서 판 두께의 편차가 생긴다. 즉, 도 1의 금속 압연판(1)의 부분 B에서는 두께 d2가 얇아, 목표로 하는 판 두께를 확보할 수 없다. 그래서, 판 두께가 너무 얇은 경우, 도금을 실시하여 도금층을 부가하여, 판 두께의 부족분을 보충할 수 있다. 예를 들면 금속 압연판의 임의의 부분에서 잘라낸 기판의 판 두께가 290㎛인 경우에는, 기판의 표리면에 10㎛씩 도금을 실시함으로써 판 두께의 부족분을 보충할 수 있다.

그러나, 판 두께가 너무 두꺼운 경우, 요구되는 판 두께까지 연마 처리를 실시하지 않으면 안된다. 연마 처리에 의해 판 두께를 대폭 삭감하는 것은, 비용면, 작업 시간면에서도 불리하다. 따라서, 너무 두꺼운 판 두께가 생기는 부분이 적어지거나 또는 없어지도록 목표 판 두께를 얇게 설정하는 것이 바람직하다.

어느 정도 얇게 설정할지는, 압연시에 발생하는 판 두께 오차의 크기나 발생 확률을 고려하여 결정하면 된다. 즉, 판 두께가 두꺼운 방향(플러스 방향)으로 판 두께 오차가 발생한 경우의 금속 압연판의 판 두께가, 전술한 스탬퍼용 기판의 판 두께에 연마값을 더한 판 두께와 동등해지도록, 압연 시의 목표 두께를 설정하면 된다.

또한, 제10 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법은, 제7 발명에서 제9 발명중 어느 하나에 있어서, 금속 압연판의 표면 또는 이면, 또는 표리 양면에 실시하는 금속 도금의 합계 두께는, 연마 처리 완료시에 요구되는 두께에 상기 연마 처리에 있어서의 연마값분의 두께를 더한 두께로부터 상기 금속 압연판의 두께를 뺀 두께인 것을 특징으로 한다.

제10 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법에서는, 금속 압연판의 전체 길이에 걸쳐 판 두께를 조정할 수 있다. 따라서, 금속 압연판의 어디로부터 잘라내도 요구를 만족하는 스탬퍼용 기판을 제작할 수 있어, 제조 수율을 높게 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 제11 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법은, 제7 발명에서 제10 발명 중 어느 하나에 있어서, 금속 압연판의 표면 혹은 이면, 또는 표리 양면에 실시하는 금속 도금은, 상기 금속과 주성분이 동일한 것을 특징으로 한다.

제11 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법에서는, 금속 압연판의 금속 재료와 동일한 종류의 금속 재료를 이용함으로써, 제작된 스탬퍼용 기판에 의한 광 디스크 성형시에, 스탬퍼용 기판에 영향을 주는 열 물리 특성이 동일해진다. 따라서, 도금 막의 박리 등이 생기기 어렵고, 스탬퍼용 기판으로서의 신뢰성을 보다 높게 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 제12 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법은, 제7 발명에서 제11 발명중 어느 하나에 있어서, 상기 금속은, 니켈, 티탄, 철, 구리, 알루미늄 중 적어도 하나를 주성분으로 하는 것을 특징으로 한다.

제12 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법에서는, 이러한 금속 재료 및 금속 도금막을 이용함으로써, 상술한 효과를 기대할 수 있다.

제1 발명, 제2 발명 또는 제6 발명에 관한 스탬퍼용 기판에 의하면, 전기 주조 도금법을 이용해 금속 도금 두꺼운 막을 생성하는 것보다 코팅막(금속 도금막)의 두께가 얇아도 된다. 따라서, 소비 전력 및 제조에 요하는 시간을 감소시킬 수 있어, 제조 비용을 경감시키는 것이 가능해진다.

제3 발명에 관한 스탬퍼용 기판에 의하면, 표면에 비금속 개재물이 현저하게 존재할 가능성을 저감시킬 수 있어, 금속 도금을 실시함에 의한 핀홀 결함의 발생을 미연에 방지하는 것이 가능해진다.

제4 발명에 관한 스탬퍼용 기판에 의하면, 금속판과 정반과의 사이에 지그 등을 삽입하여 금속판을 제거하는 것을 용이하게 행하는 것이 가능해진다.

제5 발명에 관한 스탬퍼용 기판에 의하면, 이러한 금속 재료 및 금속 도금막을 이용함으로써, 상술한 효과를 기대할 수 있다.

제7 발명 또는 제8 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법에 의하면, 압연에 의해 제조되는 금속 압연판의 판 두께를, 연마 처리를 실시하기 전에 금속 도금에 의해 조정하기 때문에, 금속 압연판에 연마 처리를 실시함으로써 판 두께가 부족해 사용할 수 없는 부분이 생기는 사태를 미연에 방지할 수 있어, 제조 수율을 높게 유지하는 것이 가능해진다. 또한, 스탬퍼용 기판을, 전기 주조 도금법을 이용해 금속 도금 두꺼운 막을 생성하는 것보다 도금막의 두께가 얇아도 되므로 소비 전력을 감소시킬 수 있어, 제조 비용을 경감시키는 것도 가능해진다.

또한, 제9 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법에 의하면, 금속 압연판의 전체 길이에 걸쳐 요구를 만족하는 스탬퍼용 기판을 제작할 수 있어, 제조 수율을 높게 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 제10 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법에 의하면, 금속 압연판의 전체 길이에 걸쳐 판 두께를 조정할 수 있으므로, 금속 압연판의 어디로부터 잘라내도 요구를 만족하는 스탬퍼용 기판을 제작할 수 있어, 제조 수율을 높게 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 제11 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법에 의하면, 금속 압연판의 금속 재료와 동일한 종류의 금속 재료를 이용함으로써, 제작된 스탬퍼용 기판에 의한 광 디스크 성형시에, 스탬퍼용 기판에 영향을 주는 열 물리 특성이 동일해지므로, 도금막의 박리 등이 생기기 어렵고, 스탬퍼용 기판으로서의 신뢰성을 보다 높게 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 제12 발명에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법에 의하면, 이러한 금속 재료 및 금속 도금막을 이용함으로써, 상술한 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 종래의 Ni 압연판에 있어서의 판 두께 분포의 설명도이다.

도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법의 설명도이다.

도 3은 Ni 압연판의 판 두께 분포 확인 방법의 설명도이다.

도 4는 Ni 압연판에 형성된 NiP 합금 도금막의 단면 조직도이다.

도 5는 종래의 Ni 압연판의 판 두께 분포를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 Ni 압연판의 판 두께 분포를 나타낸 도 면이다.

도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 Ni 압연판의 원자간력 현미경상을 나타낸 도면이다.

<부호의 설명>

1 : Ni 압연판 2 : 도금층

이하, 본 발명을 그 실시의 형태를 도시한 도면에 의거해 구체적으로 설명한다. 판재의 재질은 특별히 한정되지 않고, 코팅막의 밀착성이, 코팅 처리후의 연마 처리 공정에서 박리하지 않을 정도의 밀착성을 확보할 수 있는 재질이면 된다. 또한, 코팅 방법에 대해서도, 금속 도금, 증착, 맞붙임 등, 판재와 밀착성이 양호한 방법이면 어떠한 것이라도 된다.

또한, 상기 판재는 금속판인 것이 바람직하고, 후술하는 압연 처리에 의해 제조한 압연판을 이용해, 예를 들면 Ni 압연판을 이용한다. 또한, 압연판의 재료로는, 그 외, 티탄, 철, 구리, 알루미늄 등을 이용할 수 있고, 또한 예를 들면 스테인레스와 같은 합금이어도 된다.

Ni 압연판(1)은, 예를 들면 이하와 같은 조건으로 압연함으로써 제조된다. 금속 니켈을 용해 후, 연속 주조로 150㎜ 두께의 슬래그(slag)로 하고, 상기 슬래그를 4㎜ 두께로 열연한다. 또한, 720℃에서의 소둔 후, 산 세정하여 표면의 산화 스케일을 제거한 후, 0.3㎜의 두께까지 냉간 압연하여, 720℃에서 소둔한다. 또한, 판의 휘어짐이 문제가 되는 경우는, 2% 이하의 잡아당겨 늘림을 부여해도 되 고, 또는 1% 이하의 경(輕) 압연을 가해도 된다.

상술한 제조 방법에 의해, 길이가 몇 m에서 몇십 m, 폭이 1m에서 2m인 코일로 감긴 Ni 압연판(1)은, 길이 방향 및 폭 방향으로 최대 ±10% 정도의 판두께 분포를 가진다.

이와 같이 제조된 Ni 압연판(1)을, 주지의 기계 가공에 의해 잘라내는 등의 처리를 행함으로써, 예를 들면 CD 또는 DVD 등의 광 디스크를 대량으로 복제하기 위한 스탬퍼에 맞춰, 직경 D = 약 160㎜를 가지는 원반 형상으로 가공한다. 도 2(a)에, 직경 D=160㎜의 원반 형상을 가지는 Ni 압연판(1)의 단면도를 도시한다. 또한, 스탬퍼용 기판으로서 이용하는 직경 D=160㎜의 범위내에서는 판 두께가 대략 균일하다.

다음에, 도 2(b)의 단면도에 도시하는 바와같이, 직경 D=160㎜을 가지는 원반 형상으로 가공된 Ni 압연판(1)에, Ni 또는 Ni 합금에 의한 도금을 실시한다. 도금 공정으로는, 우선 원반상으로 가공된 Ni 압연판을 철사로 제작된 후크에 걸어, 도금 전 처리인 화성 처리를 실시한다. 상기 화성 처리는, 예를 들면 아세톤을 이용한 탈지 처리 후, 체적 농도 5%의 수산화나트륨 수용액에 몇초간 담그고, 연속하여 체적 농도 5%의 염산 용액에 몇초간 담그는 처리를 행한다.

상기 화성 처리를 실시한 원반 형상으로 가공된 Ni 압연판을 순수 물로 세정한 후, 이하에 상술하는 도금 처리를 행한다. 도금 처리에 이용하는 도금욕으로는, 특별히 한정되지 않고, 통상의 도금욕을 이용하면 된다. 예를 들면 Ni에 의한 도금을 실시하는 경우에는 설파민산욕 또는 와트(watt)욕을 이용하고, Ni 합금에 의한 도금을 실시하는 경우에는 NiP 합금 도금욕을 이용한다.

상기 도금욕은, 예를 들면 NiP 합금 도금을 실시하는 경우, 화학적으로 안정되어 있는 SUS316강 등의 도금조를 이용해, 조 내에 설치되어 있는 스팀 코일 또는 전기 히터 등을 이용해 소정의 온도(통상은 70℃에서 90℃)까지 가열한다. 또한, 도금욕 조성과 온도를 일정하게 유지하기 위해서, 펌프 순환 또는 교반자 등을 이용해 조 내를 항상 교반하는 것이 바람직하다.

그리고, 상술한 화성 처리를 실시한 원반 형상의 Ni 압연판을 후크에 걸어 둔 상태로 도금조에 매달아, 도금욕에 담그거나, 도금층(2)이 소정의 두께에 도달한 시간을 가늠하여 끌어올린다. 무전해로 성막을 실시하는 NiP 합금 도금의 경우, 도금 성막의 두께는 도금욕에의 침지 시간에 비례하므로, 예를 들면 80℃에서 도금한 경우의 성막 속도를 12㎛/1시간으로 하면, 5분간 도금욕에 침지시킴으로써 표리 양면에 각 1㎛의 도금층(2)을 형성할 수 있다.

도금층(2)의 두께는, 연마값을 예상하여 결정한다. 필요한 도금층(2)의 두께에 따라서, 원반 형상으로 가공된 Ni 압연판(1)을 도금욕에 침지하는 시간이 결정된다.

또한, 도금층(2)으로는, 금속 압연판과 동등한 선 팽창 계수를 가지는 금속 재료 또는 합금 도금이 바람직하다. 이러한 재질에 의한 도금이 실시된 스탬퍼용 기판으로 제작된 스탬퍼를 이용해 광 디스크를 제조할 때는, 금속 압연판과 도금층의 열 물리 특성의 차이에 의한 도금층의 박리 등의 트러블을 경감시키는 것이 가능해진다. 전형적으로는, 금속 압연판의 금속 재료와 동일한 성분의 금속 도금 또 는 주성분이 동일한 합금 도금을 실시하면 된다. 예를 들면, Ni 압연판에 대해서는, 니켈의 도금층, 또는 니켈인, 니켈붕소, 니켈코발트 등의 니켈 합금의 도금층이 바람직하다. 또한, 연마 처리시에 도금 박리등이 생길 우려가 작은 경우, 도금층의 성분은 특별히 한정되지 않고, 증착 등의 방법으로 코팅을 행해도 되고, 맞붙임 등의 방법으로 코팅층을 형성해도 된다.

금속 재료 중에는, 통상, 통전성이 부족하고, 또한 도금액과의 습윤성이 크게 저하하는 비금속 개재물이 존재한다. 따라서, 이러한 금속 재료로 이루어지는 금속판 표면에 도금 처리를 실시한 경우, 소위 핀홀이라고 불리는 도금층이 형성되지 않는 부분이 발생한다. 핀홀이 발생한 경우, 도금 처리를 실시한 표면에 대해 후술하는 표면 연마 처리를 실시해도, 표면의 거칠기가 충분히 저하하지 않는다. 따라서, 신호 기록시의 도트 형성이 곤란해지고, 스탬퍼로서 사용할 수 없게 되므로, 핀홀의 발생을 미연에 방지할 필요가 있다.

그래서, 금속 재료 중에 비금속 개재물이 존재하는 중량 비율인 청정도에 따라서, 도금 처리를 실시한 표면에 대해 후술하는 표면 연마 처리를 실시한 경우의 표면 거칠기가 어떻게 변동되는가에 대해, 이하, 순 니켈 금속 재료를 일례로서 검증했다.

청정도 마다 표면 거칠기 검토용 시료는, 순 니켈을 전기로에서 용해한 후, 연속 주조로 제조한 슬래그로부터 채취했다. 비금속 개재물이 존재하는 중량 비율인 청정도를 바꾸기 위해, 연속 주조로 제조한 슬래그의 상면 부근, 중앙 부근, 최종 응고 위치 부근의 3개소에서 검토용 시료를 채취했다. 슬래그의 최종 응고 위 치 부근에서는, 비금속 개재물의 농도가 높아져, 청정도는 높아진다(높을수록 비금속 개재물의 존재 비율이 높다). 슬래그의 중앙 부근에서는, 정상적인 응고가 행해지고 있으므로, 최종 응고 위치 부근보다도, 비금속 개재물의 농도가 낮아져, 청정도는 낮아진다(낮을수록 비금속 개재물의 존재 비율이 낮다).

다음에, 연속 주조로 제조한 슬래그의 길이 방향에 있어서의 중앙 부근에서 채취한 검토용 시료로부터, 비금속 개재물의 농도를 더욱 저감시키기 위해 2차 용해에 이용하는 슬래그를 채취한다. 구체적으로는, 직경 100㎜, 길이 200㎜의 검토용 시료를 채취하여, 진공 중에서 VAR 용해(아크 용해)를 실시했다.

VAR 용해를 실시한 후의 검토용 시료 및 연속 주조로 제조한 슬래그의 상면 부근, 중앙 부근, 최종 응고 위치 부근의 3개소에서 채취한 검토용 시료의 4개의 시료를 열간 단조함으로써, 두께 60㎜, 폭 100㎜의 열연 슬래그를 제조했다. 그리고, 1200도로 가열한 후, 열간 압연함으로써 두께를 4㎜로 하고, 검토용 시료로서 열연판을 채취했다.

검토용 시료로서 채취한 열연판은, 750도로 소둔한 후, 용융염 및 산 세정에 의해, 표면에 생기는 스케일을 제거했다. 그 후, 두께 1㎜로 750도의 중간 소둔을 실시한 후, 냉간 압연에 의해 두께 0.95㎜로 했다.

냉간 압연을 실시한 상태에서, 직경 160㎜의 원반상으로 4개의 시료를 잘라내고, 연마 처리를 실시했다. 연마 처리후의 시료에 대해서, 반경의 대략 2분의 1, 즉 중심부로부터 대략 80㎜의 1로 시험편을 채취하고, 원자간력 현미경을 이용해 표면 거칠기를 측정했다. 표면 거칠기 측정 시에는, 100㎛×100㎛의 범위를 촬 영 대상으로 하여, 평균 거칠기(Ra)가 10㎚을 넘는 시험편에 대해서는 연마성 불량으로 판단했다. (표1)은 시험편마다 채취 위치, 청정도, 표면 거칠기의 평균값(Ra), 평가를 나타내는 것으로, 연마제 불량이라고 판정한 경우, 평가의 항목에 ×표를 붙인다.

<표 1>

제조 방법	채취 위치	청정도(%)	연마후의 표면 거칠기(Ra)	평가
연속 주조	주조편 탑	0.025	4	○
	주조편 중앙	0.013	6	○
	최종 응고 위치	0.055	15	×
연속 주조 ＋VAR 용해	중앙부	0.004	2	○

또한, (표 1)에서의 청정도의 평가는, JISG0555의 점산법을 이용해 실시했다. (표 1)로부터도 명백한 바와같이, 시료 중의 비금속 개재물의 청정도가 0.05% 이하인 경우, 연마후의 표면 거칠기 Ra는 10㎚ 이하를 만족하고 있다. 이는 청정도가 0.05% 이하인 경우, 금속판의 두께가 0.3㎜로 얇아짐으로, 직경 150㎜의 원반 표면에 비금속 개재물이 존재할 가능성이 현저하게 낮아지기 때문이다.

다음에, 도 2(c)의 단면도에 도시하는 바와같이, 도금욕에의 침지 시간을 조정함으로써 도금층(2)의 두께를 조정한 원반 형상의 Ni 압연판(1)에 대해, 통상의 표면 연마 처리와 이면 연마 처리, 또는 표리 동시에 연마 처리를 행하는 양면 연마 처리를 행한다. 여기서, 이면 연마 처리는, 거친 연마 처리로 충분하다. 따라서, 화이트 알루미나 등의 연마용 입자를 고정한 랩핑(wrapping) 테이프를 이용해, 표면 거칠기 Ra= 0.05∼0.1㎛ 정도까지 연마한다.

표면 연마 처리에서는, 본 실시 형태에 관한 스탬퍼용 기판을 이용해 제조되 는 광 디스크에는, 신호를 기록하기 위한 서브 미크론 스케일의 피트를 형성할 필요가 있으므로, 연마 스크래치 등이 잔류하지 않을 정도까지 연마할 필요가 있다. 따라서, 예를 들면 화학 기계 연마법을 이용해 마무리 연마를 행하고, 연마 스크래치 등이 잔류하지 않는 표면 마무리를 행한다. 연마 처리후의 최종적인 판 두께는, 300㎛± 5㎛ 정도로 된다.

이하, Ni 압연판, Ni 압연판에 도금을 실시하지 않고 연마 처리를 실시한 판, Ni 압연판에 도금을 실시한 후에 연마 처리를 실시한 판의 3개에 대해, 판 두께를 비교한다. 또한, Ni 압연판에 도금을 실시한 후에 연마 처리를 실시한 판에 대해 표면 거칠기를 평가한다.

우선, 판 두께에 대해서는, 원반 형상의 Ni 압연판의 질량을 니켈의 비중으로 나누어 체적을 구하고, 상기 체적을 원형의 면적으로 나누어 평균적인 두께를 구하여 평가한다. 니켈의 비중으로는, 문헌치인 8.904g/㎤를 이용한다.

판 두께의 균일성의 확인은, 초음파 판 두께 측정계, 마이크로미터 등의 계측기를 이용해 판 두께의 분포를 측정하여 행한다. 예를 들면 Ni 압연판이 직경 D=160㎜인 원반 형상인 경우에는, 도 3의 ×표로 표시하는 바와같이, 10㎜ 내지 20㎜ 피치로 합계 17개소에 있어서의 판 두께를 측정함으로써 확인한다.

표면 거칠기에 대해서는, 최종적으로 연마 스크래치 등이 잔류하지 않을 정도까지 연마할 필요가 있으므로, 마무리 상태를, 표면의 평탄도 및 스크래치의 유무에 의해 확인한다. 구체적으로는, 원자간력 현미경을 이용해, 표면의 형태를 관찰하는 동시에, 표면 거칠기 Ra를 평가한다.

도 4는, Ni 압연판에 형성된 니켈인(NiP) 합금 도금막의 단면 조직도이다. 도4에서, Ni 압연판 표면에 도금막이 균일한 두께로 성막되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 4에 있어서의 도금막은 도금욕에 2시간 침지시킨 것으로, 도금막의 두께 dm은 대략 24㎛에 달한다.

도 5는, 연마 처리전의 Ni 압연판과, Ni 압연판을 도금 처리하지 않고 직접 연마 처리한 경우의 판 두께 분포를 나타낸 도면이다. 세로축이 판 두께(㎛)를, 가로축이 원형의 중심을 제로로 한 직경 방향의 변위(㎜)를, 각각 나타낸다. 연마 처리하기 전의 Ni 압연판의 판 두께 분포는, 도 5의 ○표로 표시하는 바와같이 305㎛±3㎛이고, 직경 D=160㎜의 범위내에서는 높은 균일성을 나타내는 것을 알 수 있다.

이러한 Ni 압연판을 도금 처리하지 않고 연마 처리한 후에 있어서의 판 두께 분포를 도 5의 ＋표로 표시한다. 연마 처리에 의해 약간의 상하 이동이 보여지지만, 판 두께는 최대로도 5㎛의 편차에 머문다. 그러나, 표면 및 이면을 연마하는 연마값은 표리 합쳐서 약 10㎛이므로, 연마 처리를 실시한 경우에는, 도 5의 ＋ 표로 표시하는 판 두께로 연마되어, 최종적으로 스탬퍼용 기판으로서 필요한 300㎛±5㎛의 범위(도 5의 사선부)보다도 판 두께가 얇아지는 부분이 생기는, 즉 스탬퍼용 기판으로서 이용할 수 없는 경우가 생긴다는 문제가 남는다.

도 6은 도금 처리 전의 Ni 압연판과, Ni 압연판에 도금 처리를 실시한 후의 Ni 압연판과, Ni 압연판에 도금 처리를 실시한 후에 연마 처리를 한 Ni 압연판의 판 두께 분포를 나타낸 도면이다. 도 5와 마찬가지로, 세로축이 판 두께(㎛)를, 가로축이 원형의 중심을 제로로 한 직경 방향의 변위(㎜)를, 각각 표시한다. 도금 처리를 실시하기 전의 Ni 압연판의 판 두께 분포를 도 6의 ○표로 나타내는데, 도 5의 ○표와 거의 동등한 303㎛±3㎛이고, 직경 D=160㎜의 범위 내에서는 높은 균일성을 나타내는 것을 알 수 있다.

이러한 Ni 압연판에, 연마값 10㎛을 예측하여 7㎛ 두께의 도금 처리를 실시한다. 도금층은 Ni 압연판의 표리 양면에 형성되므로, Ni 압연판에 3.5㎛ 두께의 도금 처리를 실시하면 된다. 상술한 NiP 합금 도금의 경우, 화성 처리를 실시한 Ni 압연판을 도금욕에 17∼18분 침지한다. Ni 압연판을 도금욕에 침지한 후의 판 두께 분포를 도 6의 △ 표로 표시한다. 도 6에서 명백한 바와같이, 판 두께의 균일성을 유지하면서 도금층이 형성되어 있다.

또한, Ni 압연판에 도금 처리를 실시한 후에 연마 처리를 실시한 경우의 판 두께 분포를 도 6의 × 표로 표시한다. 도 5의 ＋ 표와 동일하게 연마 처리에 의해 약간의 상하 이동이 보여지지만, 판 두께는 최대로도 5㎛의 편차에 머문다. 또한, 화성 처리를 실시하고 있으므로, 도금층과 Ni 압연판과의 밀착성은 높고, 연마 처리에 의한 도금층의 국소적인 박리는 인정되지 않는다.

표면 및 이면을 연마하는 연마값은 표리 합쳐서 약 10㎛인데, 도 6의 × 표의 경우에는, 연마 처리를 실시한 경우라도, 최종적으로 스탬퍼용 기판으로서 필요한 300㎛±5㎛의 범위(도 6의 사선부)에 들어가, 스탬퍼용 기판으로서 사용할 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 잘라낸 기판 전체의 판 두께를 도금 처리를 실시함으로써 두껍게 하여, Ni 압연판의 어느부분으로부터 잘라낸 기판이라도, 스탬퍼 용 기판으로서 사용하는 것이 가능해진다.

도 7은 도금 처리를 실시한 Ni 압연판에 대해, 화학기계 연마처리를 이용해 표면 마무리를 행한 경우에 있어서의 Ni 압연판 표면의 원자간력 현미경상이다. 도 7로부터 명백하듯이, Ni 압연판 표면은 매우 평활하고, 신호 기록시에 지장을 초래할 우려가 있는 연마 스크래치가 생기지 않는 것을 알 수 있다.

또한, 표면 거칠기로서, 원자간력 현미경상(20×20㎛²)에 의거해 산술 평균 거칠기 Ra를 산출한 바, 본 실시 형태에 관한 스탬퍼용 기판의 제조 방법을 이용한 Ni 압연판의 표면 거칠기 Ra는 대략 0.8㎚이고, 스탬퍼용 기판으로서 충분한 표면 마무리 정밀도였다.

본 실시 형태에서는, 스탬퍼의 사이즈로 잘라낸 금속 압연판의 표리 양면에 도금을 실시하고, 도금층을 설치함으로써 상기 금속 압연판의 두께를 조정하는데, 표면 또는 이면 중 어느 일면에 도금을 실시하고, 상기 편면에만 도금층을 설치함으로써 상기 금속 압연판의 두께를 조정해도 동일한 효과를 기대할 수 있다.

또한, 스탬퍼 기판으로서 이용하는 경우, 마스터링 시 또는 디스크 성형시에는, 금속(압연)판을 금형 정반에 고정할 필요가 있다. 통상은, 진공 흡착법에 의해 금형 정반에 고정한다. 그러나, 진공 흡착법에 의해 금속판을 금형 정반에 고정하기 위해서는, 평탄한 금형 정반과 금속판과의 사이에 약간의 간극이 필요해진다. 즉, 스탬퍼 기판으로서 이용하는 금속판은 원판상이고, 금형 정반에 대해 윗쪽으로 볼록하게 되는 형상을 갖는 것이 필요해진다. 즉, 원판의 중심부의 금형 정반에 대해 윗쪽으로 볼록하게 되어 있는 부분으로부터 탈기(脫氣)하여, 원판 형상의 금속판을 금형 정반에 고정한다. 본 실시 형태에서는, 금속판에 적절한 휘어짐을 부여하여 금형 정반에 대해 윗쪽으로 볼록하게 되는 형상을 얻는다.

그러나, 금속판에 부여한 휘어짐이 작은 경우, 진공 흡착법에 의해 금형 정반에 고정하는 것은 가능해도, 흡착후의 이탈이 곤란해진다는 문제가 생긴다. 그래서, 휘어짐의 크기에 대한 흡착후의 이탈의 용이함의 정도를 조사했다.

구체적으로는, 금형 정반에 직경 160㎜로 외주를 가공한 금속판의 일단을 고정한 경우의, 금형 정반과 금속판의 타단과의 간극을 휘어짐의 크기로 하고, 휘어짐 크기의 대소에 따라, 진공 흡착법에 의해 금형 정반에 고정하는 것이 가능한지 여부 및 흡착 후의 이탈이 가능한지 여부를 확인했다. (표 2)는, 휘어짐 크기 마다의 진공 흡착법에 의해 금형 정반에 고정하는 것이 가능한지 여부 및 흡착 후의 이탈이 가능한지 여부를 확인한 결과를 나타내는 표이다. (표 2)에 있어서, ○표는 진공 흡착법에 의해 금형 정반에 고정하는 것이 가능하다는 의미, 및 흡착 후의 이탈이 가능하다는 의미를 나타내고, × 표는 진공 흡착법에 의해 금형 정반에 고정할 수 없다는 의미 및 흡착 후의 이탈이 불가능하다는 의미를 나타낸다.

<표 2>

소재	휘어짐(㎜)	흡착성	이탈성
Ni	2	○	○
Ni	1	○	○
Ni	0.5	○	○
Ni	0.2	○	○
Ni	0.1	○	○
Ni	0.05	○	×

(표 2)로부터 명백한 바와같이, 휘어짐이 0.1㎜보다 작은 경우, 흡착후에 상 기 간극에 기체를 주입한 경우라도, 금속판의 금형 정반에 대해 윗쪽으로 볼록하게 되어 있는 부분과 금형 정반과의 간극은 0.1㎜보다 작고, 지그 등을 간극에 삽입하여 금속판을 이탈시키는 것이 곤란한 것을 알 수 있다.

한편, 휘어짐의 상한치는, 금형 정반의 평탄도, 흡인력 등의 성능에 의해 좌우된다. 금속판에의 휘어짐의 부여는, 템퍼 압연, 텐션 레벨러 등의 조건을 적절히 설정함으로써 부여되고, 휘어짐이 부여된 금속판의 표면에 도금 처리를 실시하고, 그 후 도금 부분만을 연마 처리함으로써, 금속판의 휘어짐은 그대로 잔존하여, 이탈성이 양호해진다.

또한, 템퍼 압연, 텐션 레벨러 등의 조건은 특별히 한정되지 않고, 템퍼 압연의 압하율, 윤활 조건, 롤 직경, 상하 롤의 원주 속도, 나아가 텐션 레벨러의 롤 직경, 장력 등, 본 실시 형태에서 규정한 휘어짐이 되도록, 적절히 설정하면 된다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 순 니켈, 니켈 합금, 순 티탄, 티탄 합금, 스테인레스, 철, 철 합금, 순 구리, 구리 합금, 순 알루미늄, 알루미늄 합금, 순 마그네슘, 마그네슘 합금 중 적어도 하나를 주 성분으로 하고, 비금속 개재물의 청정도가 0.05% 이하이며, 금속판인 판재의 표면 혹은 이면, 또는 표리 양면에 코팅을 실시하는 것을 특징으로 하는 스탬퍼용 기판.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 판재를 소정의 크기로 잘라내는 경우, 잘라낸 판재의 휘어짐이 0.1㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 스탬퍼용 기판.
5. 삭제
6. 제 3 항에 있어서, 상기 판재의 코팅이 실시되어 있는 면의 적어도 편면에, 연마 처리가 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 스탬퍼용 기판.
7. 순 니켈, 니켈 합금, 순 티탄, 티탄 합금, 스테인레스, 철, 철 합금, 순 구리, 구리 합금, 순 알루미늄, 알루미늄 합금, 순 마그네슘, 마그네슘 합금 중 적어도 하나를 주 성분으로 하고, 비금속 개재물의 청정도가 0.05% 이하인 금속을 압연함으로써 제조되고, 소정의 크기로 잘려진 금속 압연판의 표면 혹은 이면, 또는 표리 양면에 금속 도금을 실시하고, 연마 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 스탬퍼용 기판의 제조 방법.
8. 순 니켈, 니켈 합금, 순 티탄, 티탄 합금, 스테인레스, 철, 철 합금, 순 구리, 구리 합금, 순 알루미늄, 알루미늄 합금, 순 마그네슘, 마그네슘 합금 중 적어도 하나를 주 성분으로 하고, 비금속 개재물의 청정도가 0.05% 이하인 금속을 압연하여 금속 압연판을 생성하고, 생성된 금속 압연판을 소정의 크기로 잘라내고, 소정의 크기로 잘라낸 금속 압연판의 표면 혹은 이면, 또는 표리 양면에 금속 도금을 실시하고, 연마 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 스탬퍼용 기판의 제조 방법.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 금속 압연판을 압연할 때에 목표로서 설정하는 판 두께는, 연마 처리 완료시에 요구되는 판 두께에 연마값분을 더한 두께보다도 얇은 것을 특징으로 하는 스탬퍼용 기판의 제조 방법.
10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 금속 압연판의 표면 혹은 이면, 또는 표리 양면에 실시하는 금속 도금의 합계 두께는, 연마 처리 완료시에 요구되는 두께에 상기 연마 처리에 있어서의 연마값분의 두께를 더한 두께로부터 상기 금속 압연판의 두께를 뺀 두께인 것을 특징으로 하는 스탬퍼용 기판의 제조 방법.
11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 금속 압연판의 표면 혹은 이면, 또는 표리 양면에 실시하는 금속 도금은, 상기 금속과 주성분이 동일한 것을 특징으로 하는 스탬퍼용 기판의 제조 방법.
12. 삭제

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