(57)【要約】【課題】  本発明は、より高精度の製品成型が可能な金型及びその製造方法を提供するものである。【解決手段】  本発明に係る金型１は、アルチック基板２またはアルミナ基板２上にスパッタによるアルミナ層３が形成され、アルミナ層３の研磨表面にタンタル層５が形成され、このタンタル層５の表面に所用の金型パターンが形成された構成とする。【選択図】        図１ 
2005125606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルチック基板またはアルミナ基板上にスパッタによるアルミナ層が形成され、前記アルミナ層の研磨表面にタンタル層が形成され、
前記タンタル層の表面に所要の金型パターンが形成されて成る
ことを特徴とする金型。
【請求項２】
前記アルミナ層の研磨表面の表面粗度Ｒａが０．２〜０．５ｎｍである
ことを特徴とする請求項１記載の金型。
【請求項３】
前記タンタル層の金型パターンは、フォトリソグラフィ法により反応性イオンエッチングで形成されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の金型。
【請求項４】
アルチック基板またはアルミナ基板上にスパッタにてアルミナ層が形成される工程と、
前記アルミナ層の表面を表面粗度Ｒａを０．２〜０．５ｎｍとなるよう研磨する工程と、
前記研磨したアルミナ層の表面にタンタル層をスパッタにて形成する工程と、
前記タンタル層にフォトリソグラフィ法により反応性イオンエッチングで所要の金型パターンを形成する工程とを有する
ことを特徴とする金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度の金型パターンを有する射出成型用の金型及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械加工を使う金型の形成方法は、ステンレス基板にニッケルリン（ＮｉＰ）を無電解メッキにより形成し、表面を研磨することで表面粗度を小さくして、その後、ＮＣ旋盤等で所定の形状の金型を作っている。この旋盤による金型形成方法では、２つの制約条件が出てくる。１つは、回転対称を持つパターンのみ形成可能である。もう１つは、パターンピッチが約５μｍ程度が限界となる。
この他に、機械加工と同様にステンレス基板上にＮｉＰを形成し、ＮｉＰを研磨した基板上にタンタルをスパッタし、その後、フォトリソグラフィおよびエッチング（物理エッチングもしくは反応性エッチング）を用いて所望の金型パターンを形成する方法がある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１０３５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ＮＣ旋盤等による機械加工で、高精度の金型を形成しようとすると、図３に示すように、例えば階段状の金型パターンでは、その金型６０の段差エッジ６３にあたる部分に旋盤の刃６１が触れないために段差エッジ６３がなまってしまう。この金型のエッジ６３のなまり６２を残したまま、例えば、ＣＤ／ＤＶＤ互換用ホログラムレンズを成型すると金型のエッジ部分のなまりも転写されてレンズを成型するため、より高精度の光学系を形成できない。即ち、光ディスクの光学ピックアップにおいては、図４Ａ，Ｂに示すように、ＣＤ記録媒体１３とＤＶＤ記録媒体１４を１つの光学ピックアップで再生できるように、対物レンズ１１，１２の光源側にＣＤ／ＤＶＤ互換用ホログラムレンズ１０を配置したものが知られている。レンズ構造は、中心より外周部に向う多数の輪帯の階段形状を有している。このＣＤ／ＤＶＤ互換用ホログラムレンズ１０は、再生光となるレーザ光Ｌ１、Ｌ２の波長の違いによって発生するホログラムの球面収差によって、ＣＤとＤＶＤとの基板厚の違いにより発生する球面収差を補正する。図４Ａ、Ｂでは、基板厚ｔ１が１．２ｍｍのＣＤ記録媒体１３と、基板厚ｔ２が０．６ｍｍの記録媒体１４に対して、それぞれＣＤ／ＤＶＤ互換用ホログラムレンズ１０により、レーザ光Ｌ１、Ｌ２が記録層に焦点する状態を示している。このようなＣＤ／ＤＶＤ互換用ホログラムレンズ１０を、機械加工による金型により成型した場合、上述の段差エッジ部分６２はレンズとして機能してないため、金型としての階段の最小幅は５μｍが限界であり、それ以上に階段幅を縮小することが困難であった。
【０００４】
また、上述したように、ステンレス基板上にＮｉＰを形成してタンタルを形成する方法では、機械加工による方法とは違い、自由形状のパターンを形成することが可能となり、さらに、パターンピッチも１μｍを下回る程度のパターンまで形成することが可能である。しかし、基板にステンレス基板を用いることで、金型の熱膨張係数は、１１〜１７×１０−６(１／Ｋ)と大きく高精度なパターンを形成しようとすると、射出成型時の熱により金型が変形してしまい、その結果、成型品のパターン精度が悪化してしまう。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑み、より高精度の製品成型が可能な金型及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る金型は、アルチック基板またはアルミナ基板上にスパッタによるアルミナ層が形成され、アルミナ層の研磨表面にタンタル層が形成され、このタンタル層の表面に所用の金型パターンが形成された構成とする。
【０００７】
アルミナ層の研磨表面の表面粗度Ｒａとしては、０．２〜０．５ｎｍとすることが好ましい。
また、タンタル層の金型パターンは、フォトリソグラフィ法により反応性イオンエッチングで形成されることが好ましい。
【０００８】
本発明に係る金型の製造方法は、アルチック基板またはアルミナ基板上にスパッタにてアルミナ層が形成される工程と、アルミナ層の表面を表面粗度Ｒａを０．２〜０.５ｎｍとなるよう研磨する工程と、研磨したアルミナ層の表面にタンタル層をスパッタにて形成する工程と、タンタル層にフォトリソグラフィ法により反応性イオンエッチングで所要の金型パターンを形成する工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る金型では、基板としているアルチックまたはアルミナを用いるため、製品成型時の熱による金型の変形が抑えられる。また、金型材料としてタンタルを選択することで、タンタルの熱膨張係数が６．５×１０−６であるため、アルチック基板の熱膨張係数に近く、製品形成時の熱履歴による金型表面材の耐久性も向上する。金型の耐久性もアルチックまたはアルミナ基板を用いているので、製品成型時の圧力による変形にも優れている。
【００１０】
本発明に係る金型の製造方法では、タンタル層にフォトリソグラフィ法により反応性イオンエッチングで金型パターンを形成するので、金型パターンの微細加工が可能になる。基板としてアルチックまたはアルミナを用いるため、製品成型時の熱による金型の変形が抑えられる。また、熱膨張係数が６．５×１０−６である金型材料としてタンタルを選択することで、アルチック基板の熱膨張係数に近づけることができ、製品形成時の熱履歴による金型表面材の耐久性が向上する。本金型の材料は、ほとんどがアルチックまたはアルミナ基板であるために、ビッカース硬度が２０００の硬化な金型となる。金型のアルチックまたはアルミナ基板を用いているので、製品成型時の圧力に変形しない。
【００１１】
アルミナ層の研磨表面の表面粗度Ｒａとしては、下限値の０．２ｎｍが研磨加工の限界である。また、表面粗度Ｒａが上限値０．５ｎｍを超えると、この金型を使って生産する製品の性能が確保できない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る金型によれば、アルチック基板の一主面上にスパッタによるアルミナ層が形成され、表面研磨した後、タンタル層が形成され、このタンタル層の表面に反応性イオンエッチングによる金型パターンが形成されているので、金型パターンが形成されているので、金型パターン精度の高い金型が得られる。基板としているアルチック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）基板の熱膨張係数は、７．６×１０−６であるため、従来のステンレス基板の１１〜１７×１０−６に比べ、ほぼ半分程度なので製品成型時の熱、即ち、射出成型時の熱による金型の変形が半分程度に抑えられることにより、高精度の製品成型を実現することができる。また、金型材料としてタンタルを選べば、タンタルの熱膨張係数が６．５×１０−６であるため、ステンレスの熱膨張係数よりもアルチック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）基板の熱膨張係数に近いため、製品形成時の熱履歴による金型表面材の耐久性も向上する。本金型の材料はほとんどがＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板であるために、ビッカース硬度が２０００の金型となる。一方、ステンレス基板を用いた金型では、硬度の高いステンレスを用いたとしても、せいぜい７００程度の硬度しかない。従って、金型の耐久性はＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板を用いた方がすぐれており、製品成型時の圧力による変形も本実施の方法で作った金型の方が優れている。アルミナ基板を用いた場合もアルチック基板と同様な効果を有する。
【００１３】
アルミナ層の研磨表面の表面粗度Ｒａを０．２〜０．５ｎｍにするときには、タンタル層を精度よくスパッタすることができる。
タンタル層の金型パターンをフォトリソグラフィ法により反応性イオンエッチングで形成するときは、一般的な半導体プロセスを用いることができ、より高精度の金型パターンを有する金型を提供することができる。
【００１４】
本発明に係る金型の製造方法によれば、微細加工が可能になるので、より高精度の金型パターンを有する金型の製造することができる。
【００１５】
本発明に係る金型の製造方法によれば、アルチック基板の一主面上にスパッタによるアルミナ層を形成し、表面研磨したアルミナ層上にタンタル層を形成し、このタンタル層の表面に反応性イオンエッチングにより金型パターンを形成することにより、金型パターン精度が高い金型を製造することができる。
金型を相互に熱膨張係数が近いアルチック基板、アルミナ層及びタンタル層からなる基板を用いて形成するので、射出成型時の熱による変形を抑え、高精度の製品成型を可能にする金型を製造することができる。また、高硬度を有し耐久性に優れ、製品成型時の圧力による変形が生じない金型を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施の形態に係る金型、いわゆるタンタル金型とその製造方法を示す一実施の形態を示す。以下、製造工程順に説明する。
図１Ａに示すように、アルチック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）基板２を用意し、このアルチック基板２上にスパッタ法によいアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）層３を形成する。
次に、図１Ｂに示すように、アルミナ層３の表面をラップ板４で研磨することでアルミナ層３の表面粗度Ｒａを小さくする。表面粗度Ｒａとしては、０．２〜０．５ｎｍ程度にすることが好ましい。アルチック基板２の表面にアルミナをスパッタすることにより、アルミナのスパッタ粒子がアルチック基板２の表面の穴を埋めるので、研磨面がきれいになる。
【００１７】
次に、図１Ｃに示すように、アルミナ層３を研磨した表面に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が可能な金属層、本例では、タンタル（Ｔａ）をスパッタしてタンタル層５を形成する。この場合、タンタル層５は、表面に形成する金型パターンの高さを考慮し、且つパターン最大高さより厚い膜厚で形成する。
図１Ｄに示すように、タンタル層５上にフォトレジスト層６を塗布形成する。レジスト層６は、タンタル層５との反応性イオンエッチング時の選択比を考慮し、所定の膜厚で塗布する。
【００１８】
次に、図１Ｅに示すように、フォトマスク（図示せず）を用いてフォトレジスト層６を露光し、現像処理して、金型パターンに対応した開口７を有するレジストマスク６Ａを形成する。
次に、図１Ｆに示すように、レジストマスク６Ａを介してタンタル層５を反応性イオンエッチング法により選択的にエッチングする。例えば、エッチングに流すガスとして、ＣＦ４のような反応性のガスを用いてエッチングを行うことで、レジストマスク６Ａのパターンをタンタル層５に転写する。転写されたタンタル層５には、所要の金型パターン８が形成される。
【００１９】
次に、図１Ｇに示すように、レジストマスク６Ａを剥離除去して、アルチック基板２を用いタンタル層５の表面に金型パターン８を有する目的のタンタル金型１を得る。
【００２０】
ここで、アルミア層３の表面粗度Ｒａを向上（Ｒａを小さくすること）する程、アルミナ層３上に形成されるタンタル層５の表面粗度Ｒａが向上する。
因みに、後述するように金型をＣＤ／ＤＶＤ互換用ホログラムレンズの成型に適用した場合、このタンタル層５の面はレンズ成型時の光学面になるので、タンタル層５の表面粗度Ｒａが向上することはタンタル層５の表面での光の散乱が小さくなり、レンズの透過率が向上する。また、タンタル層５の表面粗度Ｒａが向上すると、段差を有するレンズ表面形状の測定時の測定精度を向上することができる。そして、アルミナ層３の表面粗度Ｒａとしては、０．２ｎｍが現状での研磨加工の限界であり、これより小さくすると研磨加工が困難になる。また、表面粗度Ｒａが０．５ｎｍ以下であれば、この金型１を用いて生産する製品、例えばＣＤ／ＤＶＤ互換用ホログラムレンズの性能を確保することができ、表面粗度Ｒａが０．５ｎｍを越えるとレンズ性能を確認することが困難になる。
【００２１】
本実施の形態に係るタンタル金型によれば、アルチック基板２の一主面上にスパッタによるアルミナ層３が形成され、表面研磨した後、タンタル層５が形成され、このタンタル層５の表面に反応性イオンエッチングによる金型パターン８が形成されているので、金型パターン精度の高い金型が得られる。基板としているアルチック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）基板の熱膨張係数は、７．６×１０−６であるため、従来のステンレス基板の１１〜１７×１０−６に比べ、ほぼ半分程度なので製品成型時の熱、即ち、射出成型時の熱による金型の変形が半分程度に抑えられることにより、高精度の製品成型を実現することができる。また、金型材料としてタンタルを選べば、タンタルの熱膨張係数が６．５×１０−６であるため、ステンレスの熱膨張係数よりもアルチック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）基板の熱膨張係数に近いため、製品形成時の熱履歴による金型表面材の耐久性も向上する。本金型の材料はほとんどがＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板であるために、ビッカース硬度が２０００の金型となる。一方、ステンレス基板を用いた金型では、硬度の高いステンレスを用いたとしても、せいぜい７００程度の硬度しかない。従って、金型の耐久性はＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板を用いた方がすぐれており、製品成型時の圧力による変形も本実施の方法で作った金型の方が優れている。アルミナ基板を用いた場合もアルチック基板と同様な効果を有する。
【００２２】
上述した本実施の形態では、基板にアルチック基板を用いたが、特に限定することではなく、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板を用いて、同様にタンタル金型を形成してもよい。
また、スパッタ粒子に関しては、アルミナに限定する必要はなく、金型パターンとなる材質、本実施の形態ではタンタルを使用、このタンタルの熱膨張係数の近い材質であればアルチック等を用いてよい。また、基板についてもアルチック基板またはアルミナ基板を用いたが、タンタルで形成することも可能である。
【００２３】
上述した本実施の形態に係るタンタル金型の製造方法では、フォトリソグラフィ法を用いて一段形状の金型を形成したが、さらにフォトリソグラフィ法を複数繰り返すことで、複雑な形状の金型を形成することも可能である。
【００２４】
本実施の形態に係るタンタル金型の製造方法によれば、アルチック基板２の一主面上にスパッタによるアルミナ層３を形成し、表面研磨したアルミナ層３上にタンタル層５を形成し、このタンタル層５の表面に反応性イオンエッチングにより金型パターン８を形成することにより、金型パターン精度が高い金型１を製造することができる。
金型１を相互に熱膨張係数が近いアルチック基板２、アルミナ層３及びタンタル層５からなる基板を用いて形成するので、射出成型時の熱による変形を抑え、高精度の製品成型を可能にする金型を製造することができる。また、高硬度を有し耐久性に優れ、製品成型時の圧力による変形が生じない金型を製造できる。
【００２５】
本実施の形態に係るタンタル金型を用いることで、高度なパターン及び精密度を要求されるＣＤ／ＤＶＤ互換用ホログラムレンズを形成することが可能になる。
【００２６】
図２は、上述の本実施の形態の製造方法を用いて作製したＣＤ／ＤＶＤ互換用ホログラムレンズの金型２１を示す。
【００２７】
通常、ＣＤ／ＤＶＤ互換用ホログラムレンズは、非常に精密な加工を必要とし、精度の良い金型を必要とする。さらに金型を射出成型で形成する時、樹脂レンズであれば１４０〜１５０℃、ガラスレンズであれば５８０〜６２０℃の温度まで上昇するため、金型自体の熱膨張による射出成型の転写の困難さを要している。
【００２８】
本実施の形態に係るＣＤ／ＤＶＤ互換用ホログラムレンズの金型２１によれば、熱伝導率が比較的高く、熱膨張率が小さい硬度なアルチック基板２あるいはアルミナ基板２上にアルミナ層３をスパッタ形成した後、アルミナ層３のＲａが０．２〜０．５ｎｍになるよう研磨し、さらにタンタル層５を形成し反応性イオンエッチングして金型パターン２２を形成するので、高いパターン精度かつ高剛性を備えた金型２１を提供することができる。この金型２１によれば、幅ｄが５μｍ以下、３μｍ程度の金型２１が得られる。
【００２９】
本実施の形態に係るタンタル金型では、ＣＤ／ＤＶＤ互換用ホログラムレンズの金型の形成について説明したが、特に金型の種類を限定するこのではなく、高度なパターン、熱膨張率が小さく、熱伝導率が比較的高く、また、高剛性を有する金型に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る金型の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図である。
【図２】本発明に係る金型の一実施の形態を示す断面図である。
【図３】従来の金型形成を説明した模式図である。
【図４】従来の金型により成型されたＣＤ／ＤＶＤ互換用ホログラムレンズの説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１・・タンタル金型、２・・アルチック基板またはアルミナ基板、３・・アルミナ層、４・・ラップ板、５・・タンタル層、６・・フォトレジスト層、６Ａ・・レジストマスク、７・・開口、８、２２・・金型パターン、１０・・ＣＤ／ＤＶＤ互換用ホログラムレンズ、１１、１２・・対物レンズ、１３・・ＣＤ記録媒体、１４・・ＤＶＤ記録媒体、２１・・ＣＤ／ＤＶＤ互換用ホログラムレンズの金型、６０・・金型、６１・・旋盤の刃、６２・・なまり、６３・・段差エッジ
【図１】
2005125606.tif 000003
【図２】
2005125606.tif 000004
【図３】
2005125606.tif 000005
【図４】
2005125606.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成15年11月5日(2003.11.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施の形態に係る金型、いわゆるタンタル金型とその製造方法を示す一実施の形態を示す。以下、製造工程順に説明する。
図１Ａに示すように、アルチック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）基板２を用意し、このアルチック基板２上にスパッタ法によりアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）層３を形成する。
次に、図１Ｂに示すように、アルミナ層３の表面をラップ板４で研磨することでアルミナ層３の表面粗度Ｒａを小さくする。表面粗度Ｒａとしては、０．２〜０．５ｎｍ程度にすることが好ましい。アルチック基板２の表面にアルミナをスパッタすることにより、アルミナのスパッタ粒子がアルチック基板２の表面の穴を埋めるので、研磨面がきれいになる。