KR20010090496A - 전사방법 - Google Patents

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KR20010090496A
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KR
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stamper
horn
temperature
information signal
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KR1020010013882A
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Inventor
나카노준
키쿠치수이치
Original Assignee
이데이 노부유끼
소니 가부시끼 가이샤
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Publication date
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Abstract

스탬퍼(stamper) 상에 형성된 정보신호를 기판에 전사하여 기록매체의 제조방법에서, 고품질의 전사는 어떠한 열적 변형이나 뒤틀림을 야기하지 않고 달성되어야 한다. 이를 위해서, 정보신호를 나타내는 스탬퍼의 주면 상에 형성된 요철이 기판에 전사될 때, 상기 기판의 주면과 요철이 형성된 상기 스탬퍼의 주면을 서로 대면하여 접촉되게 하고, 상기 기판과 상기 스탬퍼가 접촉하여 있는 동안 이들을 규정된 압력으로 가압되고, 상기 스탬퍼를 갖는 상기 기판의 접촉면 층만의 온도가 상승된다.

Description

전사방법{Transcribing method}
본 발명은 이를테면 오디오 신호 혹은 비디오 이미지 신호와 같은 다양한 정보신호를 기록하기 위한 정보 기록매체의 제조방법에 관한 것이다.
오디오, 비디오 및 다른 다양한 유형의 정보를 기록하는 매체로서, 예컨데, 광디스크 기록매체 및 자기 디스크 기록매체가 공지되어 있다. 신호정보로 양각피트를 포함하는 소위 CD(콤팩트 디스크) 혹은 DVD(디지털 다기능 디스크), 이러한 기록매체로서, 무기막 혹은 유기막이 집중적으로 형성된 홈 상에 적층되고 정보신호가 이러한 막에 외부로부터 집점된 레이저 빔으로 기입되는 위상 변화형 광디스크, 기록막의 자기-광학 효과를 이용하는 자기-광학 디스크, 및 이 외에도 신호가 자기적으로 기입되는 자기 디스크를 들 수 있다.
위상 피트, 안내홈(pregroove) 및, 그외, 상기 기록매체의 데이터 정보, 트랙킹 서보 신호 등이 기록되는 미소 요철로 구성된 정보신호의 기록층을 형성하는 방법으로서, 예를 들면 플라스틱 기판의 사출성형이 일반적으로 실시된다. 바꾸어 말하면, 디스크형 정보 기록매체가 사출성형기, 다이(die) 및 스탬퍼(stamper)에 의해 형성될 때, 정보신호는 스탬퍼로부터 전사되어 이러한 정보 기록매체가 형성된다.
한편, 디스크형 정보 기록매체의 기판은 일반적으로 유리 및 알루미늄의 자기 기록 매체의 경우를 제외하고 플라스틱 사출성형에 의해 형성된다. 이러한 기판의 가장 큰 난점은 용해된 플라스틱이 금속공동으로 주입되는 주입부에서, 다이에 주입되는 플라스틱의 마찰, 주입시 나타나는 압력 혹은 온도로 인해 플라스틱에 분자방위가 왜곡되거나 열변형하게 된다. 기판 내에 나타난 내부 스트레스는 냉각공정에서 스트레스의 완화 및 다이내의 응결에 의해 다소 완화되어 작아지게 된다. 그러나, 기판 내에 발현한 대부분의 내부 스트레스는 플라스틱의 응결 전엔 완화되지 않으며 기판 내에 잔류 스트레스로서 잔존한다. 특히, 플라스틱 주입에 기인한 분자방위 왜곡은 어닐링 및 그 외 열처리 동안 거의 완화되지 않고, 광의 이중 굴절, 뒤틀림과 팽창 및 다른 형태의 휨을 야기한다.
최근에, 광디스크의 기록밀도를 향상시키기 위해서, 대물 렌즈의 개구수(하기에, "NA"로 언급됨)가 증가하고, 또는 레이저 빔들의 파장이 단파장으로 감소되는 그러한 수단이 보고되고 실제로 쓰인다. 또한, 그러한 수단에 의해 야기되는 기록 밀도의 개선의 결과로서, 집점의 깊이는 더 작아지며, 기판에 대한 패창 및 뒤틀림에 대한 내성이 심하고 또한 동시에, 광 투과층을 구성하는 기판의 두께가 더 얇아진다.
그러나, 사출 성형 기법에 대해, 상기 방위 왜곡에 부가하여, 플라스틱의 용해 온도와 다이(die) 온도간에 100oC 이상의 온도 변화가 있고, 응결 공정 과정동안, 다이에 플라스틱이 주입되는 순간으로부터 기판이 얇아짐에 따라 방위 왜곡이 더 커지고, 재생 용량, 광의 이중 굴절, 뒤틀림(warp), 등을 포함하는 모든 점에서 만족스러운 기판을 제조하는 것은 극히 어렵다.
또한, 자기 기록 매체의 분야에서, 기록 밀도의 상승 및 가격의 하락으로, 기판은 연속적으로 개발되고 있고, 광학 디스크와 결합하여 새로운 기록 매체가 개발되고 있다.
바꾸어 말하면, 종래의 주입 주조 기법에 따라, 높은 정확도로 상세한 정보 신호를 재생하여 작은 열적 변형, 뒤틀림 또는 왜곡을 갖는 기판을 생성하는 것이 어렵다.
또한, 주입 주조 기법에 더하여, 다른 형태의 기판 또는 전체 시트를 변형 온도 또는 유리 변이 온도로 가열하여 그 위에 압력을 적용하여 스탬퍼(stamper)의정보 신호를 재생하는 방법이 있다. 이러한 방법은 플라스틱 물질의 냉각공정 동안 뒤틀림을 야기할 수 있고, 사용된 플라스틱 물질의 형태에 따라 복잡한 장치가 필요하게 되어 비용손실로 된다.
그러므로 본 발명은 상기 제기된 종래의 문제에 비추어 안출되었으며, 본 발명의 목적은 스탬퍼 상에 형성된 정보신호를 기판에 전사하기 위해 기록매체의 제조공정에서 열변형 및 뒤틀림이 없는 고 품질의 전사가 되게 하는 전사방법을 제공하는 것이다.
도 1은 정보신호 전사장치의 구성예를 도시한 개략적인 사시도.
도 2는 혼(horn)의 끝 부분의 예를 도시한 단면도.
도 3은 혼의 끝 부분의 또 다른 예를 도시한 단면도.
도 4는 실시예 1에서 사용된 혼의 끝 부분을 도시한 단면도.
도 5는 실시예 2에서 사용된 혼의 끝 부분을 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 설명 *
1b : 혼 2 : 기판
3 : 스탬퍼 4 : 다이
스탬퍼의 주면 상에 미소 요철로서 형성된 정보신호를 기판에 전사하기 위해서, 본 발명에 따른 전사방법은 기판의 주면과 미소 요철이 형성된 스탬퍼의 주면이 서로 대면하게 하고, 이들이 서로 면접촉한 상태에 있을 때 규정된 압력으로 기판과 스탬퍼를 가압하고, 스탬퍼와 접속하게 된 기판의 접촉면 층만의 온도를 유리전이 온도 혹은 그 이상으로 상승시킨다.
본 발명에 따른 전사방법은 기판의 주면과 미소 요철이 형성된 스탬퍼의 주면이 서로 대면하여 접촉되게 하고, 상기 기판 및 상기 스탬퍼가 서로 접촉된 상태에 있는 동안 이들을 규정된 압력으로 가압하고, 상기 스탬퍼와 접촉한 상기 기판의 접촉면 층만의 온도를 기판의 유리전이 온도 혹은 그 이상의 온도로 상승시킨다. 스탬퍼와 접촉하여 있는 기판의 표면층은 이들의 온도가 기판의 유리전이 온도 혹은 그 이상으로 될 때 연화하기 시작한다. 그리고, 이 때 기판이 가압된 상태에 있으므로, 미소 요철 형태로 스탬퍼 상에 형성된 정보신호는 스탬퍼와의 접촉면 상에 전사된다. 또한, 스탬퍼와의 기판의 접촉면 층만의 온도가 높다. 바꾸어 말하면, 전체 기판의 온도가 상승하지 않고, 기판의 일부만이 높은 온도를 가지며, 따라서 어떠한 열적 변형이나 내부 스트레스의 어떠한 발생없이 실행되고, 따라서, 임의의 변형이 야기되지 않는다.
본 발명에 따른 전사방법은 기판의 주면과 정보신호를 나타내는 미소 요철이 형성된 스탬퍼의 주면을 서로 대면하여 접촉되게 하고, 이들이 접촉한 상태에 있을 때 기판과 스탬퍼를 규정된 압력으로 가압하고, 기판이 접촉면 층만의 온도를 기판의 유리전이 온도 혹은 그 이상으로 상승시킨다.
바구어 말하면, 본 발명에 따른 전사방법에 따라, 고온으로 기판 및/또는 스탬퍼를 가열하는 것이 필요하지 않기 때문에, 정보신호의 전사 후에 열에 기인하여 기판의 뒤틀림도, 변형도 내부 스트레스도 나타나지 않고 이들의 발현에 기인하여 기판의 어떠한 변형도 나타나지 않는다. 그러므로, 고 정밀도로 전사하고 고품질의 기판을 제작하는 것이 가능하다. 더욱이, 본 발명에 관계된 전사방법은 스탬퍼와의 기판의 접촉면 층만의 온도를 상승시키며 각각의 전사 후에 기판의 냉각공정을 위한 시간을 절약하고, 따라서 제조공정에서 제조효율을 향상시키는 것이 가능하다.
그러므로, 본 발명에 따라서, 뒤틀림이나 변형이 없는 고품질의 기판을 쉽게 제조하는 전사방법을 제공하는 것이 가능하다.
도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나,본 발명은 이하 기술된 실시예에 한정되지 않으며, 필요에 따라 본 발명의 요지와 일관되지 않은 정도로 수정될 수 있다.
도 1은 본 발명을 적용하여 제작된 정보신호 전사장치 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명을 적용하여 제작된 정보신호 전사장치는 초음파 발생장치(1), 정보신호가 전사되는 기판(2), 기판(2)에 전사할 정보신호가 미소 요철로서 형성된 스탬퍼(3), 스탬퍼(3)를 로딩하여 고정시키는 다이(4), 및 다이(4)를 고정시키는 다이 고정단(5)을 포함한다.
초음파 발생장치(1)는 초음파를 발생하는 초음파 발생부(1a) 및 초음파 발생부(1a)에서 발생된 초음파를 기판(2)에 전송하는 혼(1b)을 포함한다. 초음파 발생부(1a)에 있어서, 특정의 주파수와 진동 진폭의 초음파를 발생시킬 수 있는 제품이면 어느 것이든 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, Branson Welder 900 시리즈(Emerson Japan사의 Branson Utrasonic Division 제작)가 사용될 수 있다.
초음파 발생부(1a)에 의해 발생된 초음파의 주파수에 있어서는 20KHz부터 그 이상의 주파수 어느 것이든 사용될 수 있다. 그러나, 고주파의 초음파가 바람직하다. 고주파수의 초음파의 사용은 후술하는 바와 같이 기판(2)과 스탬퍼(3) 간에 마찰을 증가시킬 수 있고, 스탬퍼(3)와 기판(2)의 접촉면에서의 온도를 짧은 시간 내에 높인다. 그리고, 스탬퍼(3)와 기판(2)의 접촉면의 온도를 높임으로써, 스탬퍼(3)의 정보신호가 확실하게 기판(2)에 전사되게 할 수 있다. 그리고 주파수, 진동진폭 등을 포함하는 이러한 초음파의 조건은 물질을 포함하는 기판(2) 및 초음파인가시간의 조건에 따라 필요에 따라 설정될 수 있다. 예를 들면, 전술한 Branson Welder 900 시리즈의 경우, 발생된 초음파의 주파수는 20KHz이며, 혼의 실제 진동진폭은 최대로 대략 10㎛이다. 그리고 이 진동진폭은 외부에 설치된 제어기(도시되지 않음)로 쉽게 조정될 수 있다.
초음파 발생부(1a)에서 발생되는 초음파를 기판(2) 및 스탬퍼(3)의 주면에 대해 수직으로 진동하게 하는 것이 가능하다. 이것은 초음파 발생부(1a)에서 발생된 초음파 혹은 기판(2) 및 스탬퍼(3)에 인가되는 초음파를 기판(2) 및 스탬퍼(3)의 주면에 대해 수직으로 진동하게 함으로써, 정보신호가 기판의 표면 상에 어떠한 손상도 일으키지 않고 잘 전사될 수 있기 때문이다.
혼(1b)은 초음파 발생부(1a)에서 발생된 초음파를 명시된 진동진폭으로 변환하고, 이를 기판(2)에 전송하고 기판에 압력을 가하는 역할을 한다. 이것은 상하로 이동되게 설계된다. 정보신호를 전사할 때, 혼(1b)의 끝의 주면은 서로 대면하는 기판(2)의 주면과 접촉하여 있다. 그리고 혼(1b)은 그 끝에 주면이 기판(2)의 주면과 접촉한 상태에 있는 동안, 규정된 압력까지 기판(2)을 가압하고 초음파 발생부에서 발생된 초음파를 기판(2)에 전송한다. 혼(1b)은 예를 들면 듀랄루민(duralimin)과 같은 물질로 만들어진다. 혼(1b)의 끝의 형태는 도 2에 도시한 바와 같은 형태일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같은 형태일 수도 있다. 도 3에 도시한 혼(1b)에는 혼(1b)의 상면의 주변 상에 코르크와 같은 고 마찰계수를 갖는 물질로 만들어진 환상부재(annular member)(6)가 형성된다. 그리고 혼(1b)과 환상부재(6)의 접촉면 및 타측 상의 주면(6a)은 이들이 혼(1b)의 끝에서 주면과 동일한 평면 상에 있게 되도록 배치된다. 이렇게 함으로써, 환상부재(6)가 기판(2) 상에 고정되므로 초음파가 기판(2) 및 스탬퍼(3)에 인가될 때 혼(1b) 및 기판(2)이 이들의 상대적인 위치로부터 이동되지 않게 된다. 그리고 수직 이동속도와 혼(1b)에서 오는 압력은 상기 제어기(도시없음)에 의해 제어될 수 있다. 그리고, 혼(1b)의 형상과 크기는 사용된 초음파의 주파수, 스탬퍼(1b) 및 기판(2)의 물질과 크기 및 기타 조건에 따라 설정된다.
기판(2)에 대해서, 사출성형, 주조한 판, 압축성형한 시트 등으로 이루어진 기판이 사용될 수 있다. 그리고 판 두께에 대해서 특별한 제약은 없다. 그리고 시트는 다이 라인이 없는 압출성형한 시트, 주조한 시트, 혹은 정보신호의 우수한 전사능력이 있는 폴리머 합금으로 구성된다. 이들 시트는 사출성형에 의해 만들어질 수 있다. "주조된 시트"라는 용어는 여기서는 유리 시트 혹은 금속판 상에, 혹은 판 사이에 수지 모노모를 주입하고, 이를 중합시킴으로써, 혹은 폴리머를 용융시키고 이를 시트로 일변시킨 후 이로부터 솔벤트(solvent)를 날려보내어 만들어질 수 있다. 그리고 "다이 라인"이라는 표현은 시트 혹은 막이 압축성형기로 만들어질 때 시트 혹은 막 주위에 고착된 다이 혹은 수지 찌꺼기에 의한 손상에 기인한 시트 혹은 막 상의 볼록 및 오목한 스트라이프를 의미한다.
그리고, 기판(2) 물질은 플라스틱, 및, 유리 혹은, 그외, 혼이나 스탬퍼의 연화점 미만의 연화점을 갖는 물질로 제한되지 않는다.
스탬퍼(3)는 예를 들면 니켈과 같은 물질로 만들어진다. 그리고, 기판(2)과 접촉하는 측의 주면 상에, 미소 요철은 기록매체의 정보신호의 기초로서 작용하는피트 및 홈에 대응한다. 그리고 스탬퍼(3) 상에 형성된 미소 요철을 기판(2)에 전사시킴으로써 기판 상에 전사된 미소 요철이 피트 혹은 홈으로써 기능하게 된다.
다이(4)는 예를 들면 SUS402와 같은 물질로 만들어지고 다이 고정단(5) 상에 고정된다. 이러한 다이(4)는 예를 들면 약 100mm이 직경을 갖는 스탬퍼의 진공흡인에 의해 고정된다. 진공흡인에 의한 스탬퍼(4)의 고정은, 전사과정 중에 스탬퍼(3)와 다이(4) 간의 마찰을 생성하고, 초음파 에너지가 스탬퍼(3)와 다이(4) 간의 마찰에 의해 소비되는 것을 방지한다. 이것은 기판(2)과 스탬퍼(3) 간의 마찰에 대해 초음파 에너지가 효율적으로 소비되게 할 수 있다. 혹은 다이(4)는 다이(4)에 스탬퍼를 고정시키기 위한 요철이 에칭에 의해 직접 형성되게 하는 구성을 가질 수도 있다.
다이 고정단(5)은 다이(4)를 고정시키는 작용을 하며, 도시하지 않은 배경 내에 초음파 발생부(1a)에 일체화된다. 다이 고정단(5)과 초음파 발생부(1a)의 일체화는 다이 고정단(5)과 초음파 발생부(1a)가 이들의 상호 위치로부터 옮겨지는 것을 방지할 수 있게 한다. 이것은 초음파 에너지가 기판(2)의 명시된 위치 및 명시된 방향에 인가될 수 있게 하기 때문에, 초음파 에너지의 분산이 회피되고 정보신호의 정밀한 전사가 보장될 수 있다.
스탬퍼(3)의 정보신호를 기판(2)에 전사시키는 방법을 설명한다.
우선, 주면에 명시된 정보신호가 형성된 스탬퍼(3)는, 주면이 위쪽으로 면하여 있게 다이(4) 위에 배치된다. 그리고 스탬퍼(3)는 기판(2)에 관하여 전혀 변위가 발생되지 않게 하고 초음파가 스탬퍼(3)에 인가될 때 다이(4)와 스탬퍼(3) 사이에 마찰이 전혀 나타나지 않게 다이에 견고하게 고정된다. 예를 들면, 스탬퍼(3)는 다이(4) 내에 배치된 진공장치에 의해 스탬퍼(3) 밑으로부터 진공에 의해 스탬퍼(3)를 흡인시킴으로써 다이(4)에 고정된다.
이어서, 명시된 크기에 따라 형성된 기판(2)은 정보신호가 있는 면이 스탬퍼(3)와 대면하게 되도록 스탬퍼(3) 위의 명시된 위치에 배치된다.
이어서, 혼(1b)이 기판(2)과 접촉할 때까지 혼(1b)을 낮추고 명시된 압력에 도달할 때까지 압력이 인가된다. 이 때 압력은 기판(2)의 물질, 초음파의 주파수, 초음파의 인가시간, 및 그 외 조건에 따라 필요로 할 때 설정될 수 있다.
이 때, 초음파가 기판과 스탬퍼에 인가될 때 혼(1b)과 기판(2) 간 접촉면에서 어떠한 마찰도 나타나지 않게 혼(1b)과 기판(2)을 견고하게 고정시키는 것이 필요하다. 그리고 초음파가 기판과 스탬퍼에 인가될 때 스탬퍼(3)와 다이(4) 간 접촉면에서 어떠한 마찰도 나타나지 않게 스탬퍼(3)와 다이(4)를 견고하게 고정시키는 것이 필요하다. 기판과 스탬퍼에 초음파 인가의 결과로서 혼(1b)과 기판(2) 사이에 그리고/또는 스탬퍼(3)와 다이(4) 간의 접촉면에 마찰이 나타날 때, 초음파의 에너지는 혼(1b)과 기판(2) 사이에 그리고/또는 스탬퍼(3)와 다이(4) 간의 접촉면에서의 마찰에 의해 소비된다. 결국, 기판(2)과 스탬퍼(3)간 접촉면에서의 마찰에 의해 소비된 에너지양은 초음파가 기판 및 스탬퍼에 인가될 때 감소되고, 기판(2)과 스탬퍼(3)간 접촉면에서의 온도는 명시된 온도로 상승될 수 없다. 고정수단으로서, 예를 들면 혼(1b)과 기판(2)을 고정시키는 경우, 혼(1b)에 고정용 볼록부를 형성하고 혼(1b)의 볼록부를 기판(2) 상에 사전에 형성한 오목부에 끼워맞추어 이들을 고정시키는 것이 가능하다. 대안적으로, 강한 마찰을 갖는 보호 시트를 기판(2)과 혼(1b)을 고정시키기 위해서 이들 사이에 삽입시킬 수도 있다.
다음에, 압력이 규정된 레벨로 상승되었을 때(이하 "트리거"라 함), 초음파 발생부(1a)는 초음파를 발생하도록 기능하게 되고, 이어서 기판(2) 및 스탬퍼(3)에 인가되어 기판(2) 및 스탬퍼(3)가 진동하게 한다. 이러한 진동으로 인해 기판(2)과 스탬퍼(3) 사이에 접촉면에 마찰을 야기시켜 마찰열이 발생한다. 또한, 이러한 마찰열은 기판(2)과 스탬퍼(3)간 접촉면에 표면온도를 상승시킨다. 그리고 기판(2)과 스탬퍼(3)간 접촉면의 표면온도가 기판물질의 유리전이 온도 혹은 그 이상으로 높아졌을 때, 기판(2)과 스탬퍼(3)간 접촉면의 표면층이 연화하고, 혼(1b)에 의해 인가된 압력에 의해, 정보를 나타내는 스탬퍼(3) 상에 형성된 미소 요철이 기판(2)에 전사된다. 기판에 대해 예를 들면 폴리카보네이트 시트가 사용될 때, 기판(2)과 스탬퍼(3)간 접촉면의 표면온도는 폴리카보네이트의 유리전이 온도 143°혹은 그 이상으로 높아진다. 이것은 기판(2)과 스탬퍼(3)간 접촉면의 표면층이 연화되게 하며, 혼(1b)에 의해 가해진 압력으로 인해 정보신호를 나타내는 미소 요철이 기판에 전사하게 된다. 이 때 온도가 상승한 기판(2) 부분은 스탬퍼(3)와의 접촉면 층으로 제한된다. 그리고, 정보신호의 전사가 완료되었을 때, 즉 초음파 인가가 종료되었을 때, 기판(2)과 스탬퍼(3)간 접촉면의 표면층은 즉시 자연적으로 냉각되고 이의 온도는 실온으로 떨어진다. 그러므로, 전사종료시, 기판(2)이 즉시 제거될 수 있다. 즉, 기판이 고온으로 가열되는 종래의 전사방법의 경우 필요한 기판온도를 냉각하는 냉각공정이 제거되어, 전사공정에서 제조효율이 향상될 수 있게 한다. 그리고, 온도가 높아진 기판(2) 부분은 스탬퍼(3)와의 접촉면 층으로 한정되기 때문에, 전사 후 열에 기인한 기판(2) 왜곡도 두께 변화도 없다. 이에 따라, 정보신호가 고정밀도로 전사될 수 있고 고 품질의 기판이 제조될 수 있다.
높은 유리전이 온도를 가진 물질이 기판물질로서 사용될 때라도, 스탬퍼(3)와 기판의 접촉면 층의 온도를 즉시 상승시켜, 접촉면 층을 연화시키고, 따라서 정보신호를 쉽게 전사시키는 것이 가능하다.
초음파의 주파수, 진동진폭 및 인가시간은 기판의 물질, 혼(1b)의 형상 및 기타 조건에 따라 필요에 따라 설정될 수 있다. 그리고 인가될 초음파의 진동진폭은 설정된 압력을 변화시킬 수 있게 설정될 수 있다.
전술한 공정에 의해 스탬퍼(3) 상에 형성된 정보에 대응하는 미소 요철이 기판(2)에 전사될 수 있다.
상기 설명에서, 스탬퍼(3)는 다이(3)측에 배치되고 기판(2)은 혼(1b)측에 배치된다. 그러나, 스탬퍼(3)가 혼(1b)측에 배치되고 기판(2)이 다이(4)측에 배치되는 구성을 채택하는 것이 가능하다. 이 경우, 초음파가 기판 및 스탬퍼에 인가될 때 혼(1b)과 스탬퍼(3)간 접촉면에 전혀 마찰이 일어나지 않도록 혼(1b) 및 스탬퍼(3)를 확고하게 고정시키는 것이 필요하다. 또한, 동시에 스탬퍼로서 작용할 수 있게 혼(1b)을 직접 에칭하는 것이 가능하다. 그리고 초음파가 기판 및 스탬퍼에 인가될 때 기판(2)과 다이(4)간 접촉면에 전혀 마찰이 일어나지 않도록 기판(2) 및 다이(4)를 확고하게 고정시키는 것이 필요하다. 혼(1b)과 스탬퍼(3)간 접촉면에 및/또는 기판(2)과 다이(4)간 접촉면에 마찰이 나타날 때, 초음파 에너지는 혼(1b)과 스탬퍼(3)간 접촉면에 및/또는 기판(2)과 다이(4)간 접촉면의 마찰에 의해 소비된다. 결국, 기판(2)과 스탬퍼(3)간 접촉면에서의 마찰에 의해 소비된 에너지양은 초음파가 기판 및 스탬퍼에 인가될 때 감소되고, 기판(2)과 스탬퍼(3)간 접촉면에서의 온도는 명시된 온도로 상승될 수 없다. 고정수단으로서, 예를 들면 혼(1b)과 기판(2)을 고정시키는 경우, 혼(1b)에 고정용 볼록부를 형성하고 혼(1b)의 볼록부를 기판(2) 상에 사전에 형성한 오목부에 끼워맞추어 이들을 고정시키는 것이 가능하다. 대안적으로, 강한 마찰을 갖는 보호 시트를 기판(2)과 혼(1b)을 고정시키기 위해서 이들 사이에 삽입시킬 수도 있다.
전술한 단락에서, 기판의 한 주면에만 정보신호를 전사하는 경우를 기술하였다. 그러나, 정보신호는 기판의 양쪽 주면에 전사될 수 있고, 이러한 경우, 전체 구조는 두 개의 스탬퍼에 의해 개재된 기판으로 구성된다. 이러한 경우 위에 기술된 경우에서처럼, 혼과 다이에 스탬퍼를 확고하게 고정시키는 것이 필요하다.
정보신호를 전사하는 능력은 스탬퍼의 형상, 예를 들면 정보신호용 홈의 깊이 및 폭 혹은 피트의 크기에 따라 달라진다. 그러므로, 전사능력을 균일하게 하고 확실하게 하기 위해서, 전사능력을 향상시키기 위해서 통상의 온도보다 높은 온도로 전사의 기판 대상을 미리 예열하는 것이 가능하다. 이러한 경우, 예열은 보조적이다. 통상의 사출성형 및 고온 전사방법에서처럼 기판을 고온으로 예열하는 것은 필요하지 않다. 기판의 어떠한 변형도 일으키지 않는 정도로 가열하는 것으로 족하다. 그리고 각각의 전사 후에 기판의 냉각을 고려하여, 예열온도를 가능한 한 낮게 설정하는 것이 바람직하다. 예열온도를 낮게 설정하는 것은 각각의 전사후에 기판의 냉각공정에 필요한 시간을 단축시킬 수 있고, 따라서 생산성이 향상된다. 기판을 예열하는 방법으로서, 적외선 및 고온의 공기가 사용될 수 있다.
정보신호의 전사능력을 향상시키기 위해서 스탬퍼를 예열하는 것이 가능하다. 이러한 경우, 스탬퍼가 예열될 수도 있고, 혹은 다이를 가열하여 이 다이로부터 오는 전도열을 통해 스탬퍼가 예열될 수도 있으며, 혹은 스탬퍼 및 다이 모두가 예열될 수도 있다. 이러한 경우 또한, 다이 및/또는 스탬퍼의 예열은 보조적이다. 통상의 사출성형 및 고온 전사방법에서처럼 기판을 고온으로 예열하는 것은 필요하지 않다. 기판의 어떠한 변형도 일으키지 않는 정도로 가열하는 것으로 족하다. 그리고 각각의 전사 후에 기판의 냉각을 고려하여, 예열온도를 가능한 한 낮게 설정하는 것이 바람직하다. 예열온도를 낮게 설정하는 것은 각각의 전사 후에 기판의 냉각공정에 필요한 시간을 단축시킬 수 있고, 따라서 제조효율이 향상된다. 스탬프를 예열하는 방법으로서, 예를 들면 사출성형에 사용되는 고온의 물의 온도 조절기를 사용하여 고온의 물을 다이 및/또는 스탬퍼 내부로 순환시켜 다이 및/또는 스탬퍼의 온도를 규정된 레벨로 상승시키고 이에 따라 스탬퍼를 예열할 수도 있다.
그리고, 높은 물 흡수성을 갖는 폴리카보네이트 및 기타 수지를 기판물질로서 사용할 때, 통상의 사출성형 혹은 고온 전사 방법에 따라, 기판 내의 존재하는 함유된 물이 급작스럽게 가열되고, 증발하여 기포를 발생하고 이에 따라 기판의 품질이 낮아지게 된다. 그러나, 이러한 전사방법에서, 스탬퍼와 기판의 접촉면의 온도만이 상승하고, 그러므로 이러한 기포가 전혀 발생되지 않으며, 기판품질이 악영향을 받지 않는다.
전술한 전사방법에서, 스탬퍼와 기판의 접촉면의 온도만이 기판의 유리전이 온도 혹은 그 이상으로 상승되며, 그러므로 전체 기판이 가열되지 않는다. 따라서, 기판은 정보신호의 전사 후에 열에 기인하여 뒤틀리지도 않고 변형되지도 않는다. 그러므로, 이러한 전사방법은 고 정밀도로 전사시킬 수 있게 하고 고품질의 기판을 제조할 수 있게 한다.
이러한 전사방법이 스탬퍼와 기판의 접촉면의 온도만을 높이기 때문에, 정보신호의 전사 종료시, 스탬퍼와 기판의 접촉면의 온도는 실온으로 떨어진다. 그러므로, 정보신호의 전사 후에 기판의 냉각공정은 필요없게 되어, 제조공정에서 제조 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
실시예
구체적인 실시예에 기초하여 본 발명을 설명한다.
실시예 1
도 1에 도시한 바와 같은 정보신호 전사장치는 전술한 바와 같은 실시형태에 따라 제작되었고, 스탬퍼 상에 형성되고 요철로 나타낸 정보신호가 기판 상에 전사되었다. 정보신호 전사장치의 구성을 이하 설명한다. 혼에 대해서, 도 4에 도시한 형상 및 크기의 제작품이 사용되었다. 그리고 환상부재에 대해서는 코르크가 사용되었다.
초음파 발생장치:
(초음파 발생부): Branson 초음파 플라스틱 용접기-900 시리즈
발생된 초음파의 주파수: 20KHz
(혼) (물질) 듀랄루민
φ15mm(끝 부분)
최대 진동진폭 : 25㎛
스탬퍼 : (물질) 니켈
φ96mm
트랙 피치 : 1.4㎛
정보신호 (홈 및 피트) : 90nm 깊이
기판: (물질) 폴리카보네이트
(크기) W x T x H = 50mm x 50mm x 0.5mm
전술한 구성의 정보신호 전사장치는 다음 전사조건에 따라 스탬퍼 상의 미소 요철로서 형성된 정보신호를 기판에 전사시키는데 사용되었다.
전사조건
가압: 500 KP
트리거: 200 N
초음파 진동의 진동진폭: (1) 12.05㎛, (2) 24.1㎛
초음파 인가시간: (1) 0.3sec, (2) 0.7sec.
기판 및 스탬퍼에 초음파의 인가에 대해서, (1) 12.5㎛의 낮은 진동진폭의 초음파는 0.3초동안 인가되고, 이어서 (2) 24.1㎛의 큰 진동진폭의 초음파가 1초의 초음파를 인가하는 총 시간길이 동안 0.7초동안 인가된다.
실시예 2
도 1에 도시한 바와 같은 정보신호 전사장치는 전술한 바와 같은 실시형태에 따라 제작되었고, 스탬퍼 상에 형성되고 요철로 나타낸 정보신호가 기판 상에 전사되었다. 정보신호 전사장치의 구성을 이하 설명한다. 혼에 대해서, 도 5에 도시한 형상 및 크기의 제작품이 사용되었다.
초음파 발생장치:
(초음파 발생부): Branson 초음파 플라스틱 용접기-900 시리즈
발생된 초음파의 주파수: 40KHz
(혼) (물질) 듀랄루민
φ30mm(끝 부분)
최대 진동진폭 : 39㎛
스탬퍼 : (물질) 니켈
φ96mm
트랙 피치 : 1.4㎛
정보신호 (홈 및 피트) : 90nm 깊이
기판: (물질) 폴리카보네이트
(크기) W x T x H = 50mm x 50mm x 0.5mmH
스탬퍼는 진공흡인장치에 의해 다이에 고정된다. 그리고 혼과 기판간 어떠한 마찰도 방지하도록 기판과 접촉면 상에 폴리에칠렌 보호시트를 부착한다.
전술한 구성의 정보신호 전사장치는 다음 전사조건에 따라 스탬퍼 상의 미소 요철로서 형성된 정보신호를 기판에 전사시키는데 사용되었다.
전사조건
가압: 500 KP
트리거: 200 N
초음파 진동의 진동진폭: (1) 7.8㎛, (2) 27.3㎛
초음파 인가시간: (1) 0.3sec, (2) 1.7sec.
기판 및 스탬퍼에 초음파의 인가에 대해서, (1) 12.5㎛의 낮은 진동진폭의 초음파는 0.3초동안 인가되고, 이어서 (2) 24.1㎛의 큰 진동진폭의 초음파가 2초의 초음파를 인가하는 총 시간길이 동안 0.7초동안 인가된다.
정보신호의 전사상태에 대해서 그리고 기판이 뒤틀렸는지 여부에 관하여 특히 주의하여 전술한 바와 같이 정보신호가 전상된 기판을 평가하였다.
전사상태의 평가
전사상태의 평가에 있어서, 다음 조건에 따라 기판 상에 정보신호의 깊이를 측정하기 위해서 나노픽스 데스트-탑 스캐닝 프로브 마이크로스코프 시스템(AFM)(세이코 인스트루먼트사 제작)을 사용하였다.
측정모드 : 태핑모드
측정범위 : 4㎛ x 4㎛
스캐닝 속도 : 130sec./frame
기판 뒤틀림 평가
전사 후 기판의 뒤틀림을 다음 조건에 따라, 평탄도 테스터 FM DISK(TROPEL 제작)으로 측정하여 평가하였다.
측정조건(분해능 파워) : 10.16㎛/fringe
측정범위 : 50mm
실시예1의 스탬퍼 상에 형성된 정보신호가 90nm 깊이인 것으로 나타난 반면, 기판 상에 형성된 정보신호는 89nm 깊이였다. 그리고 폴리카보네이트 기판과 스탬퍼의 접촉면 층의 온도의 측정 및 정보신호의 전사 동안 대향측 상의 주면에 대한 측정은 실온으로부터 온도상승이 없음을 보였다. 그리고, 정보신호의 전사 후에, 정보신호 전사장치로부터 폴리카보네이트 기판을 즉시 제거하고 정보신호가 전사된 주면의 온도를 측정하였다. 그러나 온도상승은 없었다. 정보신호의 전사에 이어 폴리카보네이트 기판 상의 기판의 뒤틀림도 없었고 변형도 없었다.
이러한 사실로부터 20KHz의 주파수를 갖는 초음파를 기판 및 스탬퍼에 인가에 의해 폴리카보네이트 기판 및 스탬퍼의 접촉면 층만의 온도상승이 야기됨을 확인하였다. 그리고, 스탬퍼 상에 90nm 깊이에 비해 기판 상의 정보신호의 89nm 깊이에 의해 반영된 정보신호가 고정밀도로 전사되었다는 사실로부터, 폴리카보네이트 기판 및 스탬퍼의 접촉면 층의 온도가 폴리카보네이트 기판의 유리전이 온도 혹은 그 이상으로 상승하였음을 확인하였다.
실시예 2의 스탬퍼 상에 형성된 정보신호가 90nm 깊인 것으로 확인된 반면, 기판 상에 형성된 정보신호는 89nm 깊이였다. 폴리카보네이트 기판과 스탬퍼의 접촉표면 층의 온도의 측정과 정보신호의 전사 동안 대향측 상의 주면에 대한 측정은 실온으로부터 온도상승이 없음을 보였다. 그리고, 정보신호의 전사 후에, 정보신호 전사장치로부터 폴리카보네이트 기판을 즉시 제거하고 정보신호가 전사된 주면의 온도를 측정하였다. 그러나 온도상승은 없었다. 정보신호의 전사에 이어 폴리카보네이트 기판 상의 기판의 뒤틀림도 없었고 변형도 없었다.
이러한 사실로부터 40KHz의 주파수를 갖는 초음파를 기판 및 스탬퍼에 인가에 의해 폴리카보네이트 기판 및 스탬퍼의 접촉면 층만의 온도상승이 야기됨을 확인하였다. 그리고, 스탬퍼 상에 90nm 깊이에 비해 기판 상의 정보신호의 89nm 깊이에 의해 반영된 정보신호가 고정밀도로 전사되었다는 사실로부터, 폴리카보네이트 기판 및 스탬퍼의 접촉면 층의 온도가 폴리카보네이트 기판의 유리전이 온도 혹은 그 이상으로 상승하였음을 확인하였다.
이상의 사실로부터, 폴리카보네이트 기판과 스탬퍼를 접촉되게 하고 이들이 가압 하에 있는 상태에서 이들에 초음파 인가로, 폴리카보네이트 기판과 스탬퍼의 접촉면 층만의 온도가 폴리카보네이트 기판의 유리전이 온도 혹은 그 이상으로 상승하고 높은 정확도로 정보신호가 전사될 수 있음을 확인하였다.

Claims (5)

  1. 정보신호가 주면 상에 미소 요철로서 형성된 스탬퍼의 상기 미소 요철을 기판에 전사하는 전사방법에 있어서,
    상기 기판의 주면과 그 위에 미소 요철이 형성된 상기 스탬퍼의 주면이 서로 대면하여 접촉되게 하는 단계;
    상기 기판 및 상기 스탬퍼가 서로 접촉된 상태에 있는 동안 이들을 규정된 압력으로 가압하는 단계; 및
    상기 스탬퍼와 접촉한 상기 기판의 접촉면 층만의 온도를 기판의 유리전이 온도 혹은 그 이상의 온도로 상승시키는 단계를 포함하는, 스탬퍼의 미소 요철을 기판에 전사하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 상승 단계는 상기 기판 및 상기 스탬퍼가 규정된 압력으로 가압된 상태에 있는 동안 이들에 초음파를 인가하여 상기 스탬퍼와 접촉한 상기 기판의 접촉면 층만의 온도를 기판의 유리전이 온도 혹은 그 이상의 온도로 상승시키는 단계를 포함하는, 스탬퍼의 미소 요철을 기판에 전사하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 초음파는 상기 기판 및 상기 스탬퍼의 접촉면들에 이들이 수직으로 진동되게 하는, 스탬퍼의 미소 요철을 기판에 전사하는 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 가압단계는 초음파 발생수단에 의해 발생된 초음파를 전송하기 위한 혼을, 상기 기판의 다른 주면과 접촉하게 하는 단계, 및 상기 기판의 상기 다른 주면과 접촉한 상기 혼에 의해 상기 기판에 압력을 가하는 단계를 포함하며,
    상기 초음파 인가단계는 상기 기판에 압력을 가하는 상기 혼을 통해 상기 기판에 초음파를 전송하는 단계를 포함하는, 스탬퍼의 미소 요철을 기판에 전사하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 압력인가 단계에서, 상기 압력은 상기 혼과 상기 기판간 마찰 발생을 방지하도록 설계된 시트물질을 통해 상기 혼에 의해 기판에 인가되는, 스탬퍼의 미소 요철을 기판에 전사하는 방법.
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