JPH05220751A

JPH05220751A - プラスチック成形用鋳型の製造方法

Info

Publication number: JPH05220751A
Application number: JP4211217A
Authority: JP
Inventors: Hideki Akasaka; 秀機赤坂; Toshio Akiyama; 俊夫秋山; Yukiyasu Kimura; 幸泰木村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-08-07
Filing date: 1992-08-07
Publication date: 1993-08-31
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JP2531472B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】製造工程が少なく、機械的強度、耐久性に秀
れ、形状精度の高いプラスチック成形用鋳型を作る。【構成】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２１のエッチングを
行ない、次いで前記レジスト２２を除去することによ
り、線巾５μｍ以下深さ10nm〜800 nmの微細パターンが
形成されたプラスチック成形用鋳型の製造方法におい
て、母材２１として、結晶状又は非晶質のシリコン又は
石英を使用し、エッチングとしてドライエッチングを採
用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学式情報記録体（ビ
デオディスク、光メモリーディスク、デジタルオーディ
オディスク）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ック製光学製品を
大量生産するための成形用鋳型の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学式ビデオディスク、光メモリーディ
スク、デジタルオーディオディスク、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
精度を有する基準面に対し、微細なパターン（線巾５μ
ｍ以下例えば0.4 〜５μｍ、深さ10nm〜800 nmのパター
ン）が刻印されている。従って、このような微細パター
ンを有する光学製品をプラスチッ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。

【０００３】従来、この種の微細パターンを有する金型
ないし鋳型は、図２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、所望のレジスタパターン２を形成する。その上に
電鋳法と呼ばれる方法でニッケルメッキを施こし、得ら
れたメッキ層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ッケル・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ッケル・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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、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、しかもその数枚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）ニッケル・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。

【０００５】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ック成
形用鋳型の製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】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
してホトエッチング技術を選択した。エッチングには湿
式（ウェット）と乾式（ドライ）の２種があるが、湿式
は等方的なエッ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、エッチングされた溝の形状が矩形とならないこと、
そのため、目的とする微細パターンをエッチングするに
は、方向性のある乾式を採用せざるを得ないことを知っ
た。

【０００７】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）ドライエッチングの速度が遅く、
所望の深さにエッチングされる前にレジストパターンが
先にエッチングされて消失してしまうので深いエッチン
グができないこと、（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った。従って、
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、母材のエッチングを行
ない、次いで前記レジストを除去することにより、線巾
５μｍ以下、深さ10nm〜800 nmの微細パターンが形成さ
れたプラスチッ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、且つ前記エッチングとしてドライエッチングを採
用したことを特徴とする方法」を提供する。

【０００８】以下、本発明の鋳型の製造工程を図１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ッチング速度が速く、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。

【０００９】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。ビデオディスク用には、この方法が採用される。

【００１０】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
出し、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ッチングす
る。ドライエッチングの方法としては、例えば円筒型ド
ライエッチング法、平行平板型ドライエッチング法、イ
オンビームエッチング法などが挙げられる。

【００１１】ドライエッ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
学式ビデオディスク、光メモリーディスク、デジタルオ
ーディオディスク、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ックで射
出成形、プレス成形する際及びそれらのプラスチックを
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。

【００１２】以下、実施例により本発明を具体的に説明
する。

【００１３】

【実施例】本例では図３及び図４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（１）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（800nm)、ｎ番目とｎ＋１番目のゾーンの口径比
（２ｒ_n：ｒ_n+1）は√ｎ：√（ｎ＋１）である。

【００１４】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
ゾックスで研磨し、面精度ニュートンリングで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。

【００１５】（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デベロッ
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
るレジストが残った。

【００１６】（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）製の高周波スパッタエッチング
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分間エッチングを行ない、露出
している部分のシリコン板を8000Å（800nm)の深さに削
剥した。（６）最後にシリコン板上に残っ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。

【００１７】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図３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。

【００１８】

【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、しかも従来のニッケル・
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。

【００１９】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。また、ドライエッチングを
採用したことにより、パターンの形状精度特に深さ方向
の精度が高い鋳型が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋳型の製造工程の説明図である。

【図２】従来の金型の製造工程の説明図である。

【図３】本発明の実施例に於ける鋳型によって成形さ
れるプラスチッ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。

【図４】図３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。

【符号の説明】

21 母材 22 レジストＢ台座

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、母材のエッチングを
行ない、次いで前記レジストを除去することにより、線
巾５μｍ以下深さ10nm〜800 nmの微細パターンが形成さ
れたプラスチッ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、且つ前記エッチングとしてドライエッチング
を採用したことを特徴とする方法。