KR20060103267A - 단열 스탬퍼 구조 - Google Patents

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Abstract

열적, 기계적으로 연속적인 단열 스탬퍼 구조체가 개시된다. 단열 스탬퍼는 금속 재료로 만들어진 최상부, 상기 최상부와 동일한 재료로 만들어지는 최하부 및 상기 최상부보다 낮은 열전도율을 가지는 중간부를 포함한다. 상기 중간부는 상기 최상부 및 최하부와 동일한 금속 재료와 단열부를 포함한다.

Description

단열 스탬퍼 구조{HEAT INSULATING STAMPER STRUCTURE}
본 발명은, 광 디스크기판의 제조에 관한 것이고, 특히 광 디스크 기판 성형용의 고 내구성의 금형(스탬퍼)와 그 제조 방법 및 이것을 이용한 광 디스크의 제조에 관한 것이다.
단열층을 설치한 광 디스크 기판 성형용 스탬퍼는, 종래 공지에 속한다. 예컨대, 일본특허공개 2002-184046호(특허 문헌 1)에는, 단열층으로서의 폴리이미드 단일층을 구비하는 스탬퍼 및 경화 조건을 개량한 스탬퍼의 제조 방법이 개시된다. 이 스탬퍼는 패턴이 형성된 전사 금속층과, 제2 금속층 및 상기 전사 금속층과 상기 제2 금속층과의 사이에 배설되고 열 팽창 계수가 상기 전사 금속층과 거의 동일한 단열층을 구비한다. 이 스탬퍼의 품질은, 2 단계[단열 재료를 도포한 후에 수지층을 경화하는 프리 경화(pre curing)와, 금속층 형성 후의 포스트 경화(post curing)]로 나누어진 경화 공정과, 경화를 핫 프레스에 의한 열전도로 행하는 것 및 적절히 수지 매트릭스를 변성시켜 안료를 충전하는 것에 의해서, 개선된다.
일본특허공개 2002-83450호(특허 문헌 2)에는, 코팅층에 필러를 혼입시켜 계면의 앵커 효과를 이용한 고 내구성의 단열 스탬퍼 및 그 스탬퍼의 제조 방법이 개시된다. 단열층과 금속층 사이에서 발생하는 전단 응력에 견디도록 필러를 혼입한 코팅층이 마련된다. 코팅층의 필러는 에칭에 의해 노출되어 두꺼운 Ni층에 앵커 효과를 부여한다. 이러한 단열층은 수지표면의 형상을 전사하는 전사 금속층, 단열층 및 금속층을 순차 중첩함으로써 형성된다. 단열층은, 접속 계면으로부터 상기 금속층으로 돌출하고 금속 또는 무기 물질로 이루어진 필러를 혼입한 코팅층을 통해 접속되어 있다. 그러나, 이러한 돌출 필러 구조는 최상측 표면의 이면 계면에는 적용될 수 없다. 박리 현상의 대부분은 최상측 표면의 이면 계면에서 발생하기때문에, 이 방법은 스탬퍼의 내구성을 향상시키는 데에 그리 효과적이지 못하다.
일본특허공개 2001-297488호(특허 문헌 3)에는, 박리가 일어나는 지점을 없애기 위하여 스탬퍼의 외주부와 내연부에는 수지 대신 Ni 도금층을 설치한 스탬퍼가 개시된다. 이러한 스탬퍼의 제조 방법에 따르면, 정보 기록 홈(information recording groove)이 마련되고 도전 처리(conduction processing)되는 글래스 마스터의 표면 전체에 소정 두께를 가지는 도금층이 형성된다. 그 다음, 전기 주조 처리에 의해 기록 영역의 내측 및/또는 외측의 소정 부분에 볼록 형상 도금층이 형성된다. 소정 재료와 두께를 가지는 단열층이 볼록 형상 도금층 주위에 형성된다. 그 다음, 도전 처리를 하여, 전체 표면에 두꺼운 전기 도금층이 형성된다. 그런 다음, 스탬퍼는 글래스 마스터로부터 분리된다.
특허 문헌 1 및 2에 개시된 스탬퍼는 초기 품질에 있어서 향상을 보인다. 특허 문헌 3기재의 기술은 초기 품질 및 시간 경과 후의 품질 모두에 있어서 향상을 보인다. 그러나 수지층의 열화 현상은 방지될 수 없었다.
일본특허 제3378840호(특허 문헌 4)에는, 스탬퍼를 이용하여 광 디스크 기판 을 제조하는 방법이 개시된다. 이 방법은 상호 접합되는 한 쌍의 저온 금형 사이에 의해 형성되어, 스탬퍼를 수납하는 캐비티 내에 용융된 수지를 사출 충전하는 단계와, 상기 금형을 이격시켜 냉각 후 상기 수지를 추출하는 단계를 포함한다. 이 스탬퍼는, 광 디스크 기판 성형을 위한 전사면이 형성된 층과, 상기 전사면이 형성된 층을 따라 마련된 단열 재료와, 상기 단열 재료가 상기 전사면이 형성된 층과 접하는 면과 반대측의 면에 설치된 금속층을 구비한다. 상기 단열 재료의 두께와 열전도율이 조절되어, 상기 저온 금형 내로 용융 수지가 충전된 직후에 상기 전사면이 형성된 층이 급냉(경화)되는 것을 억제하고, 그 후의 상기 저온 금형에 의한 수지의 냉각이, 전사성이 유지되고 광 디스크 기판 성형 싸이클의 시간을 감소하면서 실행될 수 있도록 한다. 특허 문헌 4에 따르면, 단열 재료로서 내열성 무기재료 세라믹스 또는 금속이 이용된다. 그러나, 단열재로서 내열성 무기 재료 세라믹스를 이용하는 것은 간단히 실현되는 것이 아니다. 이는, 통상적으로 (특별히 준비된 환경에서는 그렇지 않음), 막 형성시 1500℃ 이상의 소결 온도가 요구되고, 또한 소결품에 이용되기 위한 300℃ 이상의 내열성을 갖는 접착제의 입수가 매우 곤란하기 때문이다[리코 기술 보고서 No.27의 "단열 스탬퍼의 발전(Development of heat insulation stamper" (비특허문헌 1), 27쪽 참조]. 또한, 단열재로서 반금속 Bi(비스무트)를 이용하는 경우에도, 비스무트는 그 거친 표면과, Ni 강도의 1/3의 취약한 강도 및 271℃의 용융점 때문에, 실용성이 적다.
특허 문헌 4에 기재된 발명은, 단열 스탬퍼의 기본 특허에 위치를 가지는 발명이며, 그 이전에는 저촉되는 선행 기술은 없다. 특허 문헌 4의 발명을 기본으로 하여, 복수의 기술이 출원되고 공개되어 있다. 예컨대, 일본특허공개 2001-236698호(특허 문헌 5)에는, 단열 스탬퍼의 제조 방법이 개시되는데, 이 방법은 단열층을 형성하는 원재료 소비량을 최소화하고 낭비를 없애며, 단열층 형성 작업을 간략화하고 작업 능률을 향상시키기 위해 단열층 형성시의 마스크의 필요성을 제거하며, 단열층의 내주, 외주의 끝모서리의 불규칙성을 방지한다. 특허 문헌 5에 따르면, 소정 두께를 가진 복수의 니켈막을 적층한 스탬퍼 마스터를 회전시키면서, 도포 노즐을 스탬퍼 마스터 상부에서 반경 방향으로 이동시켜, 다수의 동심원형 또는 소용돌이형으로 단열 원재료 용액을 도포한다. 스탬퍼 마스터를 정치하고 양생한 후, 단열 원재료 용액을 스탬퍼 마스터의 반경 방향으로 전개시켜서, 평활한 환형의 단열 원재료 용액층을 형성한다. 그 다음, 단열 원재료 용액층을 경화시켜 환형의 단열층이 형성된다. 일본특허공개 2002-117593호(특허 문헌 6)에도, 스탬퍼 및 스탬퍼의 제조 방법이 개시된다. 특허 문헌 6에 따르면, 니켈막이 형성된 글래스 마스터에 폴리이미드 시트를 밀착시켜 붙여서, 열전도율이 낮고 내열성이 높은 재료로 이루어지는 단열층을 형성한다. 글래스 마스터에는 소정의 홈이 미리 형성된다. 소정 두께의 니켈 도금이 전기 주조에 의해 형성되고, 글래스 마스터로부터 단열층이 박리된다. 그 후, 내주부와 외주부를 소정 반경의 동심원으로 스탬핑하여 정교한 환형 스탬퍼를 제조한다. 이러한 방법은 만족스러운 것으로 밝혀졌으나, 어느 방법도 단열층과 금속 Ni층 계면에서의 큰 열적 및 기계적 성질의 차이로부터 기인하는 문제를 완전히 해결하지 못한다.
또한, 본 발명의 출원인의 특허공개 2001-273685호(특허 문헌 7)에는 단열 스탬퍼의 제조 방법이 개시되어 있는데 이 방법은 미디어 생산에 실제로 반영되어 왔다. 그러나, 스탬핑 횟수가 10만번을 넘으면, 고분자층과 Ni층의 계면 박리의 발생이 증가하는 것으로 판명되었다. 그래서, 본 발명의 발명자는 다음과 같은 배경 하에서, 스탬퍼 수명을 한층 더 연장시키는 새로운 제조 방법을 연구하였다.
배경 1: 밀착성의 불안정성에 대한 해결책이 필요하다.
공정 내 검사를 제거하고, 높은 내구성의 달성할 것이 요구된다.
배경 2: 대용량화에 따른 가혹한 성형 조건에의 대응
미디어 대용량화에 수반하는 성형조건의 변경(수지의 고온화, 결합력의 증가)에 덧붙여, 몰드 제거시의 저항(박리 저항, 離型抵抗)이 증대하기 때문에 스탬퍼 계면에서의 밀착성 부족 문제가 급격히 야기되었다.
성형 조건의 가혹화:
장치나 금형에서의 설계 변경이 아니라, 스탬퍼 구조 및 제작 방법을 개선 하는 것에 의해서 기존의 설비를 효율적으로 사용하는 것을 추구하여 왔다. 미디어용의 성형 수지(폴리카보네이트)에는, 열분해 온도(약 400℃)에 매우 근접한 조건에서도 충분한 열적 안정성를 얻을 수 있도록 개량이 가해져 왔다. 이는 몰드 결합력의 저감을 실현하였다. 몰드 결합력도 십 몇 년 이전에는 75 ton 클래스(단위 면적당의 압력은 약 1000 kg/cm2)를 필요로 했지만, 현재는 35 ton 클래스가 주류를 이룬다. 그러나 미디어 용량의 급격한 증가, 즉 고밀도화에 의해서, 결합력은 50 ton 클래스로 되돌아가고 있다. 즉, 성형 재료의 개량 효과가 대용량화에 의해서 상실되고 있다.
배경 3: 미디어 사출 성형 공정에서는, 전사성의 향상과 광학 특성의 향상(잔류 변형에 의한 복굴절의 감소)의 양립이 어려운 과제이다. 충전 공간의 협소화 및 패턴 밀도의 급격한 증대 경향에 의해, 성형 공정에서의 공정 제어는 불가피하게 점점 더 어렵게 될 수밖에 없게 되기 때문에, 공정을 촉진하기 위해서 성형하기 쉬운 스탬퍼의 제공이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 하나 이상의 문제점을 해소한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 열적, 기계적으로 연속적인 단열층 구조가 제공된다. 본 발명의 다른 한 측면에 따르면, 종래 기술의 스탬퍼와 동일하거나 더 우수한 성능을 가진 단열 기능을 제공하기 위해 열적으로 고안된 신규한 스탬퍼 구조가 제공된다. 또한, 본 발명은 다수의 제조 기계를 포함하는 복잡한 공정을 단순화함으로써 제조 에너지 소비를 절감하고 환경적 부담을 줄인 스탬퍼 구조를 제공한다.
종래 기술의 단열 스탬퍼 구조는 고분자층과 Ni층 사이에서 열적 싸이클 및 하중 싸이클을 견딜 정도로 충분한 정도의 밀착성을 가지지 못한다. 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 미디어 대용량화에 기인하여 예상되는 혹독한 사용 환경의 관점에서, 단열 기능을 유지하면서 높은 내구성을 가진 신규한 스탬퍼 구조가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 계면 박리의 발생을 방지한 신규한 구조를 가지는 단열 스탬퍼가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 열적, 기계적으로 연속적인 구조를 제공하기 위해 미립자가 도포된 금속 매트릭스를 포함하는 합성 도금층이 채용되어, 스탬퍼의 수명을 현저히 증가시킨다. 이러한 측면은 본 발명의 근간을 이룬다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 광 디스크 기판 성형에 사용하기 위한 패턴을 가진 단열 스탬퍼가 제공되는데, 이 단열 스탬퍼는 금속 재료로 만들어진 최상부, 상기 최상부와 동일한 재료로 만들어진 최하부 및 상기 최상부보다 낮은 열전도율의 재료를 포함하는 중간부를 포함하며, 상기 중간부는 상기 최상부 및 최하부와 동일한 금속 재료와, 단열부를 포함한다.
도 1은 미디어를 제작하는 과정을 보여주는 종래 기술의 단열 스탬퍼를 도시한 도면.
도 2는 종래 기술의 단열 스탬퍼의 제약 조건과 그것에 의한 부정적 효과를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예의 모식도.
도 4는 본 발명의 실시예의 모식도.
도 5는 몰드 내부에서의 온도 변화를 도시한 개념도.
도 6은 종래 기술의 단열 스탬퍼 구조를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 단열 스탬퍼 구조를 도시한 도면.
도 8는 종래 기술의 단열 스탬퍼의 제조 공정의 흐름도.
도 9는 본 발명의 경계 상태를 도시한 도면.
도 10a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 입자 농도의 구배를 도시한 도면.
도 10b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 조성 분포를 도시한 그래프.
도 11은 본 발명의 복합 도금 장치를 도시한 도면.
도 12는 본 발명에 따른 예시적인 복합 도금액의 유로를 도시한 모식도.
도 13은 테플론(등록상표) 분산 도금층의 온도 변화를 도시한 도면.
종래 기술의 단열 스탬퍼가 단일 금속 Ni 스탬퍼보다 기계적 강도가 뒤떨어지는 이유를 진술하면서 종래 기술의 단열 스탬퍼의 문제점을 설명한다.
초기 품질: 도 1을 참조하면, 종래 기술의 단열 스탬퍼는, 2차 도금층(2), 스탬퍼 도전 피막(3), 단열 수지층(4), 일차 도금층(5)을 포함하는 4층 구조를 가진다. 수지층(4)은 스탬퍼 내연부와 외주연부에서 노출된다. 이 부분은 정밀 펀칭 프레스 장치로써 소정의 치수 및 패턴과의 위치 정밀도를 얻도록 전단 가공으로 마무리된 것이다. 딱딱한 층, 부드러운 층 및 또 하나의 딱딱한 층으로 이루어지는 샌드위치 구조체를 전단할 때에 각 층의 영 율(Young's modulus)에 차이가 있으면, 일반적으로 가공 후에 불균형이 발생하기 쉽다.
이러한 경우, 수지층(4)은 약간 오목하게 된다. 이런 플랜지 형상은 외력에 대한 응력 집중을 초래하여, 박리가 발생하는 지점이 되기 쉽다. 사실, 생산 현장에서는 종래 기술의 단열 스탬퍼의 경우, 스탬퍼 장착 몰드로 내측 홀더가 순조롭게 착탈될 것이 특히 요구된다.
이는 초기 스탬퍼 수명을 좌우하는 중요한 요인이다.
시간 경과 열화: 사출 성형 공정에서 스탬퍼 또는 몰드의 캐비티 표면은 매우 가혹한 사용 조건에 노출된다. 스탬퍼가 약 300℃의 용융 수지와의 접촉에 의해 순간적으로 승온되어 약 200℃로 냉각되는 히트 사이클을 반복한다. 또한, 순간적이기는 하지만 대략 1000 Kg/cm2의 수지 압력이 적용되고 제거되는 것이 반복되는 환경이다.
단열 작용을 얻도록 설치된 고분자층과 Ni층의 계면 사이에서는 자연적으로 열팽창 차와 압력 사이클에 기인하는 미끄러짐 응력이 발생하여, 열적 및 기계적인 피로가 축적됨으로써 최종적으로는 계면 박리에 이르게 된다.
이러한 문제는 스탬퍼가 Ni-고분자-Ni의 불연속인 구조를 가지는 한 불가피한 현상이다.
도 1에 의해, 종래 기술의 단열 스탬퍼를 사용한 대량 미디어 제작에서의 시간 경과적인 열화의 문제점을 진술한다.
도 1에서, 도면 부호 1은 가동금형, 2는 2차 도금층, 3은 스탬퍼 도전 피막, 4는 스탬퍼 단열 수지층, 5는 1차 도금층, 6은 용융 성형 수지, 7은 고정 몰드, 8은 내측 홀더를 도시한다. 종래 기술의 스탬퍼에서는 이종 재료가 접하는 계면이 2개 부분 존재한다. 즉, 계면(A)[스탬퍼 도전 피막(3)과 스탬퍼 수지층(4)의 접촉면]과, 계면(B)[스탬퍼 수지층(4)과 일차 도금층(5)의 접촉면]이 그것이다. 계면(A) 및 계면(B) 어느 것이나 금속 Ni는, 예컨대 폴리이미드 수지와 접촉하고 있다.
300℃ 이상의 고온 상태의 용융 성형 수지(6)가 캐비티 내에 사출되면 30μ m의 얇은 스탬퍼 1차 도금층(5)은 열용량이 작기 때문에 용융 수지로부터의 흡열에너지의 의해서 단시간에 승온된다. 이 열은 동시에 계면(B)을 통해 스탬퍼 수지층(4)으로도 열전도 된다.
표 1은 성질 비교를 도시한다.
Ni 폴리이미드 테플론(등록상표)
선팽창계수(10-5/℃) 1. 3 5. 4 10
비열(cal/℃) 0. 12 0. 27 0. 25
열전도율 (cal/cms℃) 130*10-4 9. 4*10-4 6. 0*10-4
표 1로 도시한 바와 같이, Ni와 수지는 열적 성질이 매우 다르다. 수지의 선팽창계수는 Ni 보다 5 ~ 10 배 높다. 이는 계면에서의 면내 전단 응력이 발생하는 원인이다. 종래 기술의 단열 스탬퍼는 열전도율의 차이를 효율적으로 활용하도록 개발되었지만, 생산 현장에서는 계면 박리라는 치명적인 결점을 갖고 있다. 따라서, 이러한 문제를 극복하기 위해 다음과 같은 대책이 마련되었다.
(A) 수지의 분자 쇄 세그멘트에 회전능을 부여하도록 불완전 경화 조건(200℃보다 낮은 온도 범위)으로 경화시킴으로써 밀착성을 유지한다.
(B) 스탬퍼 도전 피막(3)과 스탬퍼 수지층(4) 사이의 접촉면을 Ar 이온등으로 역 스퍼터링 처리를 함으로써, 표면을 거칠게하고, 앵커 효과를 발생시켜 밀착성을 개선한다.
반면, 캐비티 내에서 반복 발생하는 압력과 온도 변화에 의해 수지가 팽창과 수축을 반복함으로써, 수지 자체가 시간 경과적으로 열화한다는 것이 밝혀졌다.
즉, 이러한 대책들은 완전한 해결책이 아니어서, 품질의 신뢰성의 면에서 문제를 잔존시켜 왔다.
전술한 바와 같이, 종래 기술의 단열 스탬퍼가 금속 Ni 단일 스탬퍼보다 기계적 강도가 뒤떨어지는 이유를 도 1을 참조하여 설명했다.
이하, 도 2를 참조하여, 종래 기술의 단열 스탬퍼 구조의 제작에서의 제약 조건과 그로 인한 문제를 설명한다.
(a) 마더 스탬퍼로부터 선 스탬퍼(son stamper)로 복제하는 것만 사용가능하다.
열경화성 이미드 수지를 얻기 위해서, 폴리아믹산 코팅을 도포하여 150 ~ 200℃의 반응기 내에서 경화하는 것이 요구된다. 글래스 스탬퍼로부터 제작되는 마스터 스탬퍼에 단열층을 형성하는 것은 바람직하지 못하다. 왜냐하면, 패턴이 형성된 레지스트층은 실질적으로 전술한 경화 조건하에서는 그 성질이 변질되어 제거가 곤란하게 되는 것으로 알려져 있기 때문이다.
마스터 스탬퍼에의 적용은 기본적으로 불가능하거나, 대단히 어렵다(마스터 스탬퍼로부터 마더 스탬퍼를 얻고, 마더 스탬퍼로부터 선 스탬퍼를 복제).
(b) 단열 수지층(4)은 금속에 비교해서 기계적 및 열적으로 약하기 때문에 1차 도금층(5)의 두께를 필요 이상으로 두텁게 해야만 한다.
상기 특허 문헌 4는 단열층의 바람직한 두께를 개시하고 있다. 그러나 성형공정의 시간을 절감하기 위해서는, 열용량을 낮추기 위해 1차 도금층(5)의 두께를 충분히 얇게 하여, 표면 온도를 조속히 상승시켜, 전사 완료까지는 수지 온도를 되도록 높은 상태로 계속 유지하는 것이 바람직하다.
그러나, 종래 기술의 단열 스탬퍼는 부드러운 단일 수지층을 단열층에 채용하였기 때문에, 1차 도금층(5)의 두께는, 표면 강도를 확보하기 위해 기능면에서 요구되는 값보다 두꺼운 30μm 이상이어야 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단열층은 미세한 내열성 수지 입자가 분산된 금속 Ni의 매트릭스를 포함한다. 이러한 구성은 강도의 문제를 해소할 뿐만 아니라, 고온 경화 처리를 필요로 하지 않는다. 따라서, 공정에서의 자유도가 대폭 향상된다. 종래 기술의 단열 스탬퍼는 전력과 시간이 걸리는 공정, 즉 마스터 스탬퍼, 마더 스탬퍼(이 마더 스탬퍼는 마스터 스탬퍼 및 선 스탬퍼와는 동일한 패턴이지만 주형의 표면 요철 모양이 역임)의 제작 공정을 포함한다.
그러나 본 발명에서는, 도 3과 도 4에 나타낸 바와 같이, 마스터 스탬퍼 및 선 스탬퍼 모두에 적용가능한 구조를 제공한다.
도 6은 종래 기술의 단열 스탬퍼 구조를 도시한 단면도이다. 종래 기술의 단열 스탬퍼 구조는 적어도 4층, 즉 1차 도금층(5), 폴리 이미드층(4), 도전막층(3), 2차 도금층(2)(두꺼운 도금)으로 구성된다. 반면, 본 발명의 일 실시예는 도 7에 도시된 바와 같이, 1차 도금층(5), 복합재층(9), 2차 도금층(2)(두꺼운 도금)으로 구성된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 단열부는 금속 재료와 복합된 중간층을 구비하는 것이 바람직하다. 또한 이 실시예에서는 단열부와 금속 재료의 적어도 한쪽(이 실시예에서는 단열부)이 다른쪽(이 실시예에서는 Ni상)의 연속적 매트릭스에 분산되는 것이 바람직하다. 이 실시예에서의 단열부는, 단열성 재료를 포함하고 통상적 도금 방법에 의해 느슨히 교반된 도금욕에서 형성되지만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다. 단열부는 상기 중간부의 금속 재료 내에 존재하는 미세 공동에 의해 형성될 수 있다. 이러한 미세 공동은 예컨대, 도금 공정 중에 음극 부근의 도금욕에 발생하는 기포일 수 있다. 또한 미세 공동은, 예컨대 니켈베이스 속에 매몰된 저융점 금속의 와이어가 용출(溶出)한 후에 형성되는 허니컴 구조의 부분일 수도 있다.
본 발명의 단열 스탬퍼에 있어서의 중간부가 층형인 경우, 기판의 성형 사이클의 관점에서, 특히 그 두께에 유의하기보다는, 중간부 전체로서의 평균 열전도율을 설계 및 제어하는 것에 의해서 소기의 기능을 충분히 발휘시킬 수 있고 높은 자유도를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 단열 스탬퍼의 중간부에서의 단열부의 크기는 통상 평균 입자 지름이 50μm 이하이고, 바람직하게는 입자 지름이 0.05μm ~ 5μm 이다.
또한, 본 발명의 단열 스탬퍼의 중간부에서의 단열부의 분포 밀도는 금속 모재, 예컨대 Ni 모재의 영율의 차이에 따라 달라지지만, 통상 금속 재료 100 용량 부분에 대해서 50 용량 부분 이하인 것이 바람직하다. 유기 재료로 이루어지는 단열부의 경우, 단열부의 밀도가 40 용량 부분 이하인 것이 보다 바람직하다. 유기 재료의 단열부가 지나치게 많으면 기계적 강도를 저하시킨다. 단열부가 무기 재료로 만들어진 경우는 50 용량% 이하인 것이 바람직하다. 무기 재료는 Ni-Ni-Ni의 결합을 저해하지 않는 것이 바람직하다.
도금욕의 경우, 현탁된 단열성 미립자 재료가 도금에 이용된다(본 발명에서는, 이러한 방법에 한정되지 않는다). 일반적으로, 도금욕 내의 단열성 미립자 재료 존재 농도의 1/1. 2 ~ 1/20, 전형적으로는 1/2 ~ 1/10이 도금막 안으로 흡수되는 경향에 있기 때문에, 도금욕 내 단열성 미립자의 존재 농도는 충분히 높은 것이 바람직하다. 따라서, 느슨하게, 그러나 예컨대, 현탁 입자의 응집이나 침전을 생기게 하지 않는 정도로 교반을 하는 것이 바람직하다.
또한, 얻어진 도금 샘플의 도금막 및 해당 도금막의 중간부에서의 단열부의 크기 및 분포 밀도는 이하와 같은 방식으로 측정될 수 있다. 즉, 도금막의 두께는 형광 X선 분석에 의해 측정된다. 또한, 도금막 중간부에서의 단열부는, Hull Cell(등록상표) 시험기를 위한 Hull Cell(등록상표) 시험용 황동판이 다이아몬드 나이프를 이용한 초박 절단법(ultramicrotomy)에 의해 3개의 다른 지점에서 절단되고, 도금 피막의 단면을 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 사진 촬영된다. 황동판 위의 도금 피막은 황산 동 도금으로 마스킹되고, 커터로 절단되며, 수지에 매립 경화된다. 촬영면은 연마(본 실시예에서는 알루미나 0. 1μm 사용)된다. 그 다음, 피막은 에칭(예컨대, 이온 에칭; BAL-TEC RES100)되고, 백금의 박층이 스퍼텅링에 의해 코팅된 뒤, SEM에 의해 촬영된다. 투과 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microspe)이 사용되는 경우에는, 수백 옹스트롱의 초박 세그먼트의 단면을, 백금 박층의 코팅 대신에, 사산화오스뮴 처리(염색처리)를 하여, TEM 촬영한다(예컨대, 히타치 H-9000 UHR, 3000 kV를 이용). 전술한 방법 외에, FTIR 적외선 현미경, 라만 분광법, X선 광전자 분광법(XPS; X-ray Photoelectron Spectroscopy), 이차 이온 질량 분석법, STEM을 이용한 표면 분석법에 의해서도 확인할 수 있다. 또한, 단열부가 단열성 미립자 재료인 경우에는, 도금막의 금속 부분을 산에 의해 용출(溶出)시켜, 잔존하는 단열성 미립자를 모아 계량함에 의해서도 분포 밀도를 검지할 수 있다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따르면, 1차 도금층(5) 및 복합 재료층(9)은 모두 금속 Ni 매트릭스를 포함한다. 1차 도금층(5)과 복합 재료층(9) 사이에는 물리적 계면이 존재하지 않는다.
내열성 미립자가 Ni-Ni-Ni 연속적 매트릭스 내부에 임의의 체적 비율로 분산되어 있다.
즉, 기계적 성질은 연속적이지만 열적 성질은 두께 방향으로 적절하게 제어된다. 종래 기술의 단열 스탬퍼와는 달리, 단열 성능을 유지하면서 Ni층과 고분자층 계면을 없애는 것이 가능해졌다.
본 발명의 실시예에 사용된 내열성 미립자는, 내열 온도가 200℃ 이상이고, 입자 직경이 0. 1μm ~ 5μm이며, 열전도율이 1 ~ 50 W/(m·K)로 선택된다. 예컨대, 불소계 수지(PTFE: 폴리테트라프루오로에틸렌, PFA: 퍼플루오르알콕시수지, ETFE: 테트라플루오르에틸렌, PVDF: 폴리비닐리덴플루오라이드) 미립자, 또는 방향족 폴리이미드 미립자, 방향족 폴리아미드 미립자, 실리콘계 수지의 미립자가 적용가능하다.
또한 내열성 무기 재료의 미세 입자로서는, 지르코니아계 혹은 알루미나계, 탄화규소계, 질화규소계가 적용가능하다.
또한, 무기 입자에 관해서는, 통상의 전계 발생 메카니즘에 부가하여, 자계 발생 메카니즘을 제공하게되면, 전해 석출(電解析出)을 보조하는 데에 효과적이라는 것을 발견하였다.
[실시예]
실시예 1: 구조 및 층 사양(specification)의 예
도 7: 본 발명의 스탬퍼는 주로 금속 Ni로 구성되어 있으므로, 강도 문제가 해소된다.
따라서, 열용량을 작게 하여 승온 속도를 높이기 위해 1차 도금층(5)의 두께를 매우 얇게 만들 수 있다.
도 7의 복합 Ni 도금층(9)의 두께는 열전도율에 기초하여 결정될 수 있다.
Ni는 수지[테플론(등록상표),폴리아미드]에 비하여 10 배 이상의 열전도율을 갖는다. 이것은 본 발명의 1차 도금층(5) 두께를 종래 기술의 도금층(5) 두께의 1/10로 설정하면, 본 발명의 복합 재료 단열층이 종래 기술의 단열층과 동일한 기능을 얻을 수 있는 것을 의미한다. 또한, 1차 도금층(5)의 두께를 얇게 함으로써 생산 시간을 단축할 수 있다.
도 6에 도시하는 종래 기술의 1차 도금층(5)의 두께에 비해서, 도 7의 1차 도금층(5)은 훨씬 얇게 만들 수 있다.
도 13은 실시예 1에 따른 열전대(thermocouple) 온도계에 의해 측정된 두 가지 샘플의 온도 변화를 도시한다. 두 가지 샘플은 100℃로 유지된 핫 플레이트 위에 형성된 Ni 박(薄)(Ni 두께 30μm)과, 동일한 방식으로 형성된 Ni 박이지만, 그이면에 복합 도금[테플론(등록상표) 공석(共析;eutectoid) 도금 3μm]을 형성시킨 Ni 박이다.
도 13에서, 우측의 수직 상승이 느린 곡선이 본 발명에서 의도하는 복합 도금에서의 거동을 보여준다. 불과 3μm의 복합 도금의 존재로 인해 단열성이 향상되는 것이 판명되었다.
유사한 실험을 반복 실시하였다. 이러한 실험을 바탕으로, 이하의 성형 조건이 본 발명의 본 실시예에 적용가능하다. 성형 조건은, 수지 체적 비율이 25%, 1차 도금층의 두께가 3μm, 복합 Ni 도금층(8)의 두께가 35μm, 스탬퍼 전체 두께가 300μm이다. 또한, 이 실시예에 있어서의 도금욕 중 테플론(등록상표)입자의 함유율은 30% 이다.
도 3와 도 4에 본 실시예의 모식도를 도시했다.
종래 기술의 단열 스탬퍼는 그 성형 내구성이 0. 2 ~ 4만 스탬핑 횟수의 범위에 있지만, 본 실시예의 단열 스탬퍼는 안정적으로 10만 회 이상의 스탬핑을 견디는 것으로 판명되었다.
이하, 도 5를 참조하여, 본 실시예에 따른 스탬퍼의 장점을 열 거동의 관점에서 설명한다.
도 5는 몰드 내부에서의 온도 변화를 도시한 개념도이다.
몰드, 즉 스탬퍼의 표면 온도는 용융 수지의 충전시부터 상승한다. 용융 수지는 열원으로 작용한다. 용융 수지는 자신이 가진 열량을 몰드에 전달하여 몰드 표면 온도를 상승시킨다. 이러한 열 전달에 의해, 용융 수지의 온도는 떨어진다. 일반적으로, 온도가 높아질수록 용융 수지의 점도가 낮아져서, 전사 능력이 향상된다. 온도가 낮아지면, 통상적으로 점도가 낮아져서 패턴의 전사가 어려워진다. 도 5의 곡선에서 "전사 가능 온도 범위"란, 패턴 전사의 하한 온도(예컨대, 폴리카보네이트수지는 160℃)를 의미한다.
도면으로부터 분명한 바와 같이, "통상의 스탬퍼"는 도달하는 최고 온도와 전사 가능 온도 범위의 지속 시간이 "단열 스탬퍼"의 경우보다 낮고 짧다. 이것은 "통상의 스탬퍼"에서 용융 수지의 접촉에 의해 가열된 범위가 "단열 스탬퍼"에서의 가열 범위와 상이하기 때문이다. 보다 구체적으로, 통상의 스탬퍼의 경우, 내부에 열적 장벽이 존재하지 않기 때문에, 스탬퍼는 금형과 함께 가열된다. 반면, 단열 스탬퍼의 경우에는 내부에 열적 장벽으로 작용하는 단열층을 구비히므로, 얇은 (예컨대, 수십μm) "1차 도금층"만이 가열된다. 도 5에서 확인할 수 있듯이, 통상의 스탬퍼와 단열 스탬퍼의 열용량 차이는 분명하다. 가열되는 범위에서의 열용량 차이가 도달 최고 온도와 전사 가능 온도 범위의 지속 시간의 차이로서 나타난다. 패턴 전사는 스탬퍼 표면의 온도와 그 지속 시간을, 얼마만큼 높게 또한 길게 지속할 수 있는지에 따라 결정된다. 이러한 의미에서, 단열 스탬퍼 사용시의 도달 최고 온도와 "전사 가능 온도 범위"의 지속 시간은, 매우 유효하게 기능한다.
일반적으로, 통상의 스탬퍼에 있어서도 몰드 설정 온도를 고온으로 설정하면, 도달 온도를 높게, 또한 지속 시간도 길게 만드는 것이 가능해진다. 그러나 이하 상술하는 바와 같이, 이러한 설정에 의하면 기판의 기계 특성, 즉 평탄성의 악화를 초래한다.
기판을 추출한 직후, 몰드의 표면 온도는 기판에 강성을 부여하기 위해서는 "추출 가능 온도 범위" 이하(예컨대, 130℃ 이하)에 있는 것이 바람직하다. 실온에서는 충분한 탄성 변형 능력을 갖는 수지 기판이라도, 고온에서는 미소한 외력에 의해서 소성 변형되어 버린다. 통상, 기판은 정보 기록 매체로서 사용되기 때문에 가능한 평탄한 것이 바람직하다. 즉 "추출 가능 온도 범위"란, 수지 기판에 외력에 대항하는 능력을 부여하기 위해 필요한 몰드 표면의 온도 영역을 나타낸다.
도 5에 도시된 바와 같이, 통상의 스탬퍼와 단열 스탬퍼는 몰드의 설정 온도가 서로 다르다. 단열 스탬퍼는 자신의 단열 효과에 의해 스탬퍼 표면 온도의 저하를 일시적으로 막을 수 있으므로, 통상의 스탬퍼보다 몰드 설정 온도를 낮게 설정할 수 있다. 몰드 설정 온도를 낮춤으로써 기판의 추출을 용이하게 한다.
통상의 스탬퍼에서는 전사를 향상시키기 위해서, 몰드 설정 온도를 "추출 가능 온도 범위"의 상한 근방으로 설정한다. 이러한 설정에서는, 몰드 설정 온도가 "추출 가능 온도 범위"에 근접하므로, "전사 가능 온도 범위"에 도달하는 데에 더 많은 시간이 소요된다. 전사 능력 향상을 위해, "전사 가능 온도 범위" 보다 높게 몰드 온도를 설정하는 것이 바람직하지만, 그렇게 설정하는 경우 기판에 충분한 강성이 확보되지 않고 추출시 소성 변형을 야기하게 되는데, 이는 기판의 평탄성을 악화시키게 된다.
반면, 단열 스탬퍼에서는 자신의 단열 효과에 의해 몰드의 설정 온도를 "추출 가능 온도 범위"보다 충분히 낮게 설정할 수 있기 때문에, 단열 효과가 완료하여 온도가 강하하기 시작하면, 신속하게 "추출 가능 온도 범위"까지 온도가 하강한다(도 5 참조). 이 때문에 통상의 스탬퍼보다 빨리 기판을 추출할 수 있게 된다.
이상과 같이, 양호한 전사성과 평탄성을 확보하기 위해서는, 몰드(스탬퍼)의 표면 온도는 상반하는 상태로 있지 않으면 안된다. 성형 기술은 양호한 전사성과 평탄성을 동시에 달성하기 위해 진보되어 왔다. 성형 싸이클을 무시한다면, 종래 아날로그 레코드의 프레스 성형과 같이, 가열 증기(예컨대 200℃ 전후) 및 냉수(예컨대 25℃ 전후)를 필요에 따라서 몰드 내에 유입시키는 "히트 사이클 성형(heat cycle molding)"이 이상적이다. 단열 스탬퍼는 비싼 온도 조절 설비를 이용하지 않고 이러한 "히트 사이클 성형"을 실현하고, 또한 종래의 "히트 사이클 성형"에 의해서는 달성될 수 없는 짧은 사이클에서의 성형을 가능하게 하는 이상적인 구조를 가진다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 1차 도금층의 두께 감소로, 종래 기술 단열 스탬퍼의 유효성을 여전히 이끌어 낸다.
종래 기술 단열 스탬퍼의 각 층의 두께는 원래 1차 도금층(5)이 소정의 표면 온도(약 300℃ 이상)에 도달하는 시간과 몰드의 추출이 가능하도록 냉각하는 데에 소요되는 시간에 기초하여 결정된다. 열 거동에 있어서, 신속하게 온도가 상승하고, 수지 충전 및 전사 단계에서 온도가 유지되며 그 후 추출 온도(약 120℃)로의 신속하게 온도가 하강하는 것이 바람직하다. 이러한 거동이 실현되면, 전사 능력과 광학적 성질이 향상될 것이다.
종래 기술의 단열 스탬퍼로서는 단열층(4)을 폴리이미드와 같은 유기 재료를 포함하기 때문에 고온 환경에서의 기계적 강도는 무기 재료에 비교해서 현저히 낮다. 이 때문에, 1차 도금층(5)의 두께에 하한값을 설정할 필요가 있다. 최저 30μm 정도는 요구된다. 향후, 미디어의 대용량화에 의해 몰드 결합력은 증가하지 않을 수 없기 때문에, 종래 기술 스탬퍼의 1차 도금층(5)은 더 두꺼워야 한다.
또한, 단열층(4) 내부의 기포나 이물 혼입은 표면인 1차 도금층(5)에 직접적으로 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 통상, 미디어의 미세한 요철이나 흠집(dent)은 광학적 성질에 있에서 국부적인 결함으로서 인식된다. 스핀 코트 방식으로 단열층을 형성하는 종래 방식에서는, 재료에 기인한 미소한 가스 혼입 및 잔류나, 공정 환경에 기인한 두께의 불균일성이 흔히 발생한다.
또한, 도전막(3)의 형성에 앞서서 이온 스퍼터등의 표면 거칠기(surface roughening) 공정을 실행하는 것이 바람직하다. 바람직하지 않은 효과는, 조건이 변동되는 경우 수지 표면에 WBL층(Weak Boundary Layer)으로 불리우는 취화(脆化)층이 발생하여 사용시에 계면 박리를 유도할 수 있다는 것이다.
전술한 바와 같이, 종래 기술의 단열 스탬퍼는 이종 재료를 적층한 구조이기 때문에, 여러 가지 미세한 제약 조건을 만족해야만 한다.
반면, 본 발명에서는 도금법이 공정에 사용되어, 전술한 여러 가지의 제약 조건으로부터 해방된다. 또한, 결함 문제에 있어서도 대폭적인 개선을 달성하였다.
실시예 2: 단열층의 형성예(PTFE 및 폴리이미드 분산 전기 도금 방식)
이하는 본 실시예에서 사용되는 전기 도금욕 조성이다.
- 설파민산 Ni 수용액(1 몰/L), 염화 Ni 수용액(0.2 몰/L), 붕산(0.5 몰/L)
- 설파민산 Ni(280 g/L), 염화 Ni(45 g/L), 붕산(40 g/L): 와트욕
- PTFE 또는 10 ~ 500 nm의 입자 지름을 갖는 폴리이미드 미세 입자(10 ~ 40 g/L)를 분산 조제와 동시에 넣어, 혼합 교반 및 공전해(preplating)를 행하여 건욕(建浴)를 실시한다.
액온은, 55℃ ~ 실온, 바람직하게는 40℃을 선택할 수 있다. 액온이 너무 높은 경우, 도금막에 균열이 생길 수 있다.
Ni 양극에 대향시켜 박리 피막 처리를 실시한 마스터 스탬퍼에 800Å의 스퍼터 또는 무전해 도금에 의해서 Ni 도전 피막을 형성시킨다. 그 다음, Ni 팰릿을 가지는 음극부를 양극에 대향시킨다.
전기 주조는 500 ~ 1000 A/m2 의 통전 전류 밀도로 행하는 것이 바람직하다. 전류 밀도가 지나치게 크면, 도금막 중에 함유되는 단열성 미립자의 함유량이 너무 적어진다.
전기 도금: PTFE[테플론(등록상표)]나 폴리이미드 입자에는 표면 전하가 없기 때문에 계면 활성제에 의해 전하를 부여해야 한다. 도금액 내의 금속 이온은 양이온이며, 분산되는 미립자도 플러스의 전하를 부여한다. 복합 도금에 사용하는 계면 활성제는 양이온성 계면 활성제 혹은 사용하는 PH 영역에서 양이온성을 나타내는 양성 계면 활성제이다.
실시예 3: 전체 공정의 간소화 예
도 8은 특허 문헌 5에 개시된 공정 플로우를 보여준다.
공정 플로우 중, "5. 선 스탬퍼 제조: 1차 도금/고분자층 형성/도전화 처리〈2>/2차 도금 형성"은 종래 기술의 단열 선 스탬퍼에 관한 것이다.
이 공정에 이용되는 제조 장치로서는, 전기 주조 장치(세정/건조), 수지 조합 장치, 스피너(수지 도포), 고온로(수지 경화), 에칭 장치(표면 거칠기 공정), 스퍼터 장치(도전막 형성), 전기 주조 장치가 있다.
반면, 본 발명에서는, 전기 주조 장치 1(Ni 도금욕), 전기 주조 장치 2(복합 분산 도금욕)이 사용된다. 따라서, 전력 소비량이 약 50% 절감된다.
또한, 도 8의 공정 중, "3. 마스터 스탬퍼 제조" 및 "4. 마더 스탬퍼 제조"에도 동일하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 단열 스탬퍼는 연속적인 기계 강도를 가지기 때문에, 내외 형태가 최종 공정인 "6. 선 스탬퍼 마무리: 이면 연마/내외 형태 가공/검사"에 있어서도 문제없이 프레스 블랭킹 방식에 의해 수행될 수 있다. 종래 기술의 단열 스탬퍼 구조로서는 엣지부에서 단차나 박리가 발생했었지만 본 발명에서는 이러한 문제가 제거되었다.
실시예 4: 분산 입자의 밀도 분포가 경사 구조를 갖는 예
도 10a 내지 도 12는 본 발명의 변형 실시예를 보여준다.
도 10b의 그래프는 단열 스탬퍼의 전면 표면측(성형 수지와 접하는 면)부터 이면(고정 금형에 접하는 면) 사이에서의 미립자의 경사형 분산 밀도(체적 비율%)을 플롯한 것이다. 실시예 5에 따르면, 1차 도금 표면층 바로 아래의 영역에서는 미립자가 높은 농도로 분산되고, 이면으로 향함에 따라 그 농도가 저하되어 이면에는 순수 Ni 만 존재한다. 이 실시예는, 복합 도금중에 워크를 서로 다른 도금 장치 사이, 그리고 서로 다른 도금욕 사이에서 이동시키는 공정을 보다 간단하게 또한 연속적으로 실시하도록 수정된 것이다.
이하에서는 시판 중인 복합 도금 장치의 구성에, 새로운 기구를 부가한 실시예를 도 11과 도 12를 참조하여 설명한다.
도 11: 복합 도금용 탱크 T4에 3가지의 탱크 T1, T2, T3가 연결되어 있다. 탱크 T1 및 T3에는 설파민산 Ni 전기 주조액이 저장되어 있다. 탱크 T2에는 내열성 미립자가 원하는 농도로 분산, 교반, 혼합되어 있다. 도 11에서, P12는 워크 전극, P1은 Ni 팰릿을 배치한 애노드 백 전극이다. 대향하는 전극(P1, P2) 사이에는 전원(S)에 의해 전위 경사를 형성된다. Ni 이온 및 미립자는 해당 전기력선에 따라서 워크 표면에 연속적으로 축적된다. 복합막으로 흡수되는 미립자의 취득량의 제어는 전류 밀도에 의해 제어된다.
본 실시예에 따르면, 전류 밀도 4 A/dm2가 극대점이다. 즉, 도금은 1 A/dm2의 전류 밀도부터 처리를 시작하여(Step 1), 10초 후 4 A/dm2에서 전해 석출이 시작된다(Step 2). 30분 경과 후, 전류 밀도는 6 A/dm2를 지나 10 A/dm2로 증가하여, 두꺼운 Ni 도금을 형성한다(Step 3).
Step 1 ~ Step 3에서의 각각의 탱크의 작용과 도금액의 움직임을 도 12로 설명한다.
Step 1에서는 밸브 V11, V12, V31, V32가 열린 상태이고, V21, V22는 닫힌 상태이다. 탱크 T1 및 T3으로부터 설파민산 Ni 액이 주로 도입되어 순수 Ni 막이 형성된다.
다음에 Step 2에서는 밸브 V11, V12, V31, V32를 약간 닫힌 상태로 하면서 V21, V22를 완전 개방한다. 탱크 T4 안의 전극(P1, P2)간 영역에는 미립자 분산욕이 충만하여 복합 도금이 진행된다. 원하는 두께와 분산 농도에 이른 뒤, 도입 밸브 V21를 폐쇄한다(Step 3). 배출 밸브 V22의 유량을 급증시켜, 전극(P1, P2)간 영역의 미립자 농도를 저하시킨다.
도 12(장치의 평면도)에 도시된 바와 같이, 2개의 칸막이 벽(굵은 글씨 점선표시)이 탱크(T4)에 마련된다. 이 칸막이 벽은 nm 수준의 무수한 미소 관통 구멍이 형성되어 있다. Ni 이온은 자유롭게 통과 가능하지만 100 nm 이상의 입자는 통과 불가능하므로, 미립자가 다른 탱크(T1 및 T3)로 흘러들어가는 것이 방지된다.
탱크(T2)에는 미립자 농도를 모니터하기 위한 레이저식 입자 계수기가 마련된다. 탱크(T2)는, 미립자를 소정의 농도에 유지하기 위해 미립자의 소비량에 따라 고농도 미립자 분산액을 공급한다.
전술한 본 발명의 실시예에 따르면, 이하의 잇점이 달성된다.
본 발명의 출원인은 전술한 종래 기술의 단열 스탬퍼에 관해서 10개가 넘는 출원을 하였다. 이러한 출원에 따르면, 단일 폴리이미드 막에 의해 단열층이 형성된다. 이러한 출원에 개시된 모든 단열층은 Ni/폴리이미드 계면에서의 표면 에너지가 불안정하다는 문제가 있었다. 본 발명에서는, Ni와 폴리이미드의 복합 재료(전기 도금 또는 무 전해 도금에 의해 형성)가 단열층으로 사용된다. 이것은 불연속적인 계면이 형성되지 않는다는 점에서 신규한 구조이다.
본 발명에 따르면, 제조 공정의 연속성, 그리고 복잡한 공정 및 그에 관련된 문제(두꺼운 고분자 층의 형성, 두께에 기인한 결점 및 불완전한 베이킹, 표면 개질 공정, 수지제의 lot-to-lot 변수, 온도 및 습도 제어)로부터의 해방에 의해서 품질이 보장된다. 또한, 출하 전의 내구성 검사가 생략될 수 있다.
제조 공정에서의 자유도도 향상된다. 보다 상세하게는, 성형 공정에서의 조정은 단열층의 두께를 변화시키는 것에 의해 달성된다. 또한, 제1 도금층이 얇아질수록, 생산 시간이 절감된다.
또한, 환경적 부담도 현저히 감소한다. 예컨대, 베이킹(baking), 스퍼터링 및 에칭이 제거되므로, 열 에너지가 절감된다. 본 발명은 균일한 막을 형성하기 위한 스핀 코트 법의 사용과 관련된 문제점, 즉 80%가 넘는 재료가 낭비된다는 점을 갖지 않는다는 잇점도 있다.
본 출원은 2004년 10월 21일 일본 특허청에 출원된 일본 우선권 출원 제2004-306272호에 기초한 것이며, 이 출원의 모든 내용은 본 출원에 참조로 합체된다.
열적, 기계적으로 연속적인 구조를 가지는 본 발명의 단열 스탬퍼는 단순화된 공정과 절감된 제조 에너지로 제조되며, 예컨대 광 디스크의 제조에 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 표면에 패턴을 갖는 광 디스크 기판 성형용 단열 스탬퍼에 있어서,
    금속 재료로 만들어진 최상부;
    상기 최상부와 동일한 재료로 만들어지는 최하부; 및
    상기 최상부 및 최하부와 동일한 금속 재료와, 단열부를 구비하며, 상기 최상부보다 낮은 열전도율을 가지는 중간부
    를 포함하는 단열 스탬퍼.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단열부는 상기 중간부의 금속 재료의 매트릭스 중에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 스탬퍼.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단열부는 상기 중간부의 금속 재료 중에 분산되어 있는 내열성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 스탬퍼.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단열부는 상기 중간부의 금속 재료 중에 존재하는 미세 공동에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 단열 스탬퍼.
  5. 제3항에 있어서, 상기 중간부는 상기 최상부와 최하부의 사이에서 층형으로 개재하고, 상기 내열성 물질은 적어도 층의 깊이 방향으로 분산 밀도가 변하도록 상기 중간부 중에 분산되는 것을 특징으로 하는 단열 스탬퍼.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속 재료는 Ni을 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 스탬퍼.
  7. 제3항에 있어서, 상기 내열성 물질이 내열성 수지 또는 내열성 무기 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 스탬퍼.
  8. 제7항에 있어서, 상기 내열성 수지는, 불소계 수지[폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE: polytetrafluoroethylene), 퍼플루오르알콕시 수지(PFA: perfluoroalkoxy resin), 테트라플루오르에틸렌(TPE: tetrafluoroethylene), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF: polyvinylidenefluoride)] 미립자, 방향족 폴리이미드 미립자, 방향족 폴리아미드 미립자, 또는 실리콘계 수지의 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 스탬퍼.
  9. 제7항에 있어서, 상기 내열성 무기 재료는, 지르코니아계, 알루미나계, 탄화규소계, 또는 질화규소계인 것을 특징으로 하는 단열 스탬퍼.
  10. 금속 재료로 만들어진 최상부,
    상기 최상부와 동일한 재료로 만들어지는 최하부 및
    상기 최상부보다 낮은 열전도율을 가지며 상기 최상부 및 최하부와 동일한 금속 재료를 포함하는 단열 스탬퍼를 제조하는 방법으로서,
    전기 주조법(electroforming)을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 스탬퍼의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 최하부, 중간부 및 최상부는 단일의 전기 주조 장치를 이용하여 전해 석출(electrodeposition)을 행하는 것을 특징으로 하는 단열 스탬퍼의 제조 방법.
  12. 제1항의 단열 스탬퍼를 사용하여 제조된 광 디스크.
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