JPH0620647B2 - ダイヤモンド工具および微細溝の加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、硬質基板の表面に形成された軟質層の切削加
工に用いるダイヤモンド工具およびこのダイヤモンド工
具を使用した微細溝の加工方法に関し、特に光デイスク
原盤のプリグルーグの加工方法およびこの加工方法に用
いるダイヤモンド工具に関する。

〔従来の技術〕

第６図に示すように従来のダイヤモンド工具１１は、す
くい面１６と前逃げ面１２が形成されていた（特願昭５
８−235514参照）。このダイヤモンド工具１１を工具ホ
ルダ１９に取り付け、硬質基板２４の表面に形成された
軟質層２５に垂直方向の荷重Ｆを作用させて押し当てた
状態で硬質基板２４を取り付けたエアースピンドル２０
を回転させてダイヤモンド工具１１に対し硬質基板２４
を移動させて軟質層２５にその膜厚に等しい深さの横断
面の形状が逆台形状の溝を形成していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のような従来のダイヤモンド工具を用いて上述のよ
うな使用方法により微細溝を形成する場合、第６図に示
すようにダイヤモンド工具刃先に形成された切り刃稜１
５が常に硬質基板２４の表面に接触しながら溝が形成さ
れる。このため、切り刃稜１５は加工動作中常に硬質基
板２４から反力Ｒを受ける。ここでダイヤモンド工具に
作用させる垂直方向の荷重をＦ、溝の形成に伴う切り屑
排出に要する力（切削力）の垂直成分（背分力）をＦｔ
とすると、ＲとＦとＦｔの間には次式が成立する。

Ｆ＝Ｆｔ＋Ｒ……(1) 軟質層膜２５が完全に均質であって溝の加工動作中に背
分力Ｆｔの変化がなく、しかも硬質基板２４の表面が完
全に平担な面を有し、硬質基板２４の表面に微小なうね
りが存在しなければ、Ｆ＝Ｆｔなる垂直方向の一定荷重
Ｆをダイヤモンド工具１１に作用させることによって、
切り刃稜１５に作用する反力をＲ＝０とすることができ
る。ところが実際には、完全に均質な軟質層２４を得る
ことは困難であるため、ダイヤモンド工具１１に作用す
る背分力Ｆｔの大きさに変化が生じ、背分力Ｆｔの変化
に基づく反力Ｒが切り刃稜１５に作用する（Ｆが一定の
ため）。さらに、硬質基板面２４には微小なうねりが必
ず存在するため、切り刃稜１５がうねりに追従する時に
も硬質基板面２４から反力Ｒを受ける。このため加工動
作中、切り刃稜１５には次式で示す圧縮応力σが作用す
る。

σ＝Ｒ／Ａ……(2) ここで、Ａは切り刃稜１５と硬質基板２４の表面との接
触面積であり、切り刃稜１５の刃幅Ｗとその切り刃稜の
丸み半径ｒの積に比例する。したがって、切り刃稜１５
の丸み半径ｒに着目すると、切り刃稜１５に作用する圧
縮応力σは(2)式から、切ら刃稜１５の切刃稜丸み半径
ｒに反比例して増加する。

一般に切削加工法では、切り刃稜の丸み半径ｒが小さい
程工具の切り取り厚さの分解能が向上し深さが浅い溝の
形成が可能となる。また、切り屑２１の排出に伴い溝エ
ッヂ部には切り刃稜の丸み半径ｒにほぼ等しい大きさの
バリが発生するため、切り刃稜の丸み半径ｒが小さい程
バリの小さな高精度な微細溝を加工できる。このため、
深さが浅くしかも高精度の微細溝を加工するためには切
り刃稜１５の丸み半径ｒを極力小さくすることが必要と
なる。ところが上述のように従来のダイヤモンド工具に
より微細溝を加工する場合、切り刃稜１５の丸み半径ｒ
を小さくすると、切り刃稜１５に作用する圧縮応力が増
加し、加動動作中に軟質基板に微小な破壊が生じやすく
なり、しかも硬質基板２４に微小な破壊が生じる際に切
り刃稜１５には衝撃力が作用するため、切り刃稜１５に
微小なチッピングが発生しやすくなるという問題点があ
った。

切り刃稜１５に微小なチッピングが生じると加工動作中
に切り刃稜１５の刃幅が増加し、形成される溝幅に変化
が生じ微細溝の加工精度が低下する。また切り刃稜１５
にチッピングが生じると切り刃稜１５の丸み半径ｒが増
加し溝エッヂ部に大きなバリが発生し加工精度が低下す
る。さらに切り刃稜１５の丸み半径ｒが著しく増加し微
細溝加工用ダイヤモンド工具１１の切り取り厚さの分解
能が形成する微細溝の深さ以下に低下した場合には、溝
形成が行えなくなり、長い距離にわたり微細溝を形成す
ることは困難であるという問題点を有していた。

本発明の目的はこのような従来のダイヤモンド工具およ
びその使用方法の問題点を解決して深さの浅い微細溝を
高精度に、しかも長い距離にわたり形成できるダイヤモ
ンド工具およびその使用方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のダイヤモンド工具は、硬質基板の表面に形成し
た軟質層膜にその膜厚に等しい深さの微細溝を形成する
ためのダイヤモンド工具において、 前記硬質基板に接すべき第二の切り刃陵をすくい面と共
有し前記硬質基板を押圧して弾性変形させる第一の前逃
げ面と、該第一の前逃げ面と第一の切り刃陵を共有する
第二の前逃げ面とを含み、前記第一の前逃げ面と前記第
二の前逃げ面のなす角度が９０度以上１８０度未満であ
ることを特徴とする。

本発明の微細溝の加工方法は、硬質基板の表面に形成し
た軟質層膜にダイヤモンド工具を押し当てながら該ダイ
ヤモンド工具に対し前記硬質基板を移動し前記軟質層膜
にそと膜厚に等しい深さの微細溝を形成する溝加工方法
において、前記ダイヤモンド工具の第一の前逃げ面と第
二の前逃げ面により形成される第一の切り刃陵が前記軟
質層膜に最初に接触するように前記ダイヤモンド工具を
前記軟質層膜に押し付け、前記微細溝の形成時に前記ダ
イヤモンド工具のすくい面と前記第一の前逃げ面により
形成される第二の切り刃陵が前記硬質基板に接し、しか
も前記硬質基板に塑性的変形を与えない範囲内の荷重を
前記ダイヤモンド工具に作用させることを特徴とする。

〔作用〕

本発明は、上述のようなダイヤモンド工具を用い、第一
の切り刃稜が最初に軟質層に接触するようにダイヤモン
ド工具を保持し、硬質基板に弾性変形を生じさせ第二の
切り刃稜が硬質基板に接するようにダイヤモンド工具に
垂直方向の荷重を作用させることによって第一の前逃げ
面を全面で硬質基板の表面に接触させることができ、し
かも第二の前逃げ面の一部も硬質基板の表面に接触させ
ることができるため、微細溝加工用ダイヤモンド工具の
刃先と硬質基板の表面との接触面積を著しく増加させる
ことができ、第二の切り刃稜に作用する圧縮応力を著し
く低減することができる。このため硬質基板に微小な破
壊を生じることなく、また第二の切り刃稜にチッピング
が発生することなく第二の切り刃稜の丸み半径ｒを極め
て鋭利に保ちながら微細溝を形成することができ、深さ
が浅い極めて高精度の微細溝を長い距離にわたり形成す
ることができる。

なお、第一の切り刃稜が最初に軟質層に接するように微
細溝加工用ダイヤモンド工具を保持するのは、第二の切
り刃稜が最初に軟質層に接触するように微細溝加工用ダ
イヤモンド工具を固定すると、従来の微細溝加工用ダイ
ヤモンド工具の使用方法と同様に第二の切り刃稜のみが
硬質基板に接触するため、微機構加工用ダイヤモンド工
具の刃先とと硬質基板との接触面積の増加を図ることが
できず、第二の切り刃稜にピッチングが発生しやすくな
るためである。第一の前逃げ面と第二の前逃げ面のなす
角度を180度未満とするのは、この角度を180度以上にす
ると第一の切り刃稜を軟質層に最初に接触させることが
できなくにるためである。また第一の前逃げ面と第二の
前逃げ面のなす角度を９０度以上とするのは、この角度
を小さくする程第一の切り刃稜と硬質基板の間に作用す
る圧縮応力が増加し第一の切り刃稜にチッピングが生じ
やすくなるためであり、実験的に９０度以上にすれば第
一の切り刃稜にチッピングが生じないことを確認した。

〔実施例〕

以下、本発明の第一の実施例について、図面を参照にし
て詳細に説明する。第２図(a)および(b)は本発明の一実
施例によるプリグループ付き光デイスク原盤の製造方法
を工程順に示した概略図、第１図(a)，(b)および(c)は
それぞれ第２図の実施例に用いたダイヤモンド工具１１
の上面図、側面図および正面図である。本実施例のダイ
ヤモンド工具１１にはすくい面１６と第一および第二の
前逃げ面１２，１３が形成されている。

ダイヤモンド工具１１の第一の前逃げ面１２の長さはｌ
（ｌ＝2.9μｍ）であり、第一の前逃げ面１２と第二の
前逃げ面１３のなす角度はγ（γ＝172度）、第一の前
逃げ面１２と第二の前逃げ面１２のなす第一の切り刃稜
１４の幅はＷ１(W1＝0.6μｍ)、すくい面１６と第一の
前逃げ面１２のなす第二切り刃稜１５の幅はＷ２（W2＝
0.8μｍ）である。すくい面１６の刃先角はθ（θ＝60
度）である。

まず第２図(a)に示すように、直径200mmのガラス基板１
７（硬質基板に相当）の表面にスパッタ法によって形成
した膜厚0.07μｍのＣｕ膜１８（軟質層に相当）に第一
の切り刃稜１４が最初に接触するようにダイヤモンド工
具１１を工具ホルダ１９に固定し、ガラス基板１７をエ
アースピンドル２０に固定した。ここで第一の前逃げ面
１２とＣｕ膜１８のなす角度δは（δ＝0.7度）とし
た。

次に第１図(b)に示すようにエアースピンドル２０を一
定速度Ｖ１（Ｖ１＝100rpm）で回転し、同時にダイヤモ
ンド工具１１をガラス基板１７の半径方向（紙面に垂直
な方向）に一定速度Ｖ２（V2＝0.16mm／min）で移動し
ながら、Ｃｕ膜１８に垂直上方から微細溝加工用ダイヤ
モンド工具１１を荷重Ｆ（Ｆ＝0.04ｇ）で押し付け、第
一の切り刃稜１４をＣｕ膜１８に接触させた。微細溝加
工用ダイヤモンド工具１１に作用させる垂直方向の荷重
Ｆを徐々に増加したところ、Ｆ＝0.8ｇで第二の切り刃
稜１５がガラス基板１７に接触し切り屑２１を排出し、
Ｃｕ膜１８に第３図に示すような溝幅が0.8μｍで溝深
さがＣｕ膜１８の膜厚に等しく0.07μｍである微細溝２
２をＣｕ膜１８上の直径φ85mm〜φ195mmの領域に、ピ
ッチ1.6μｍでスパイラル状に形成し、プリグループ付
き光デイスク原盤を作成することができた。ここで形成
した微細溝２２の全長は約15.1Kmであり、加工の前後で
第二の切り刃稜１５にチッピングが生じていないことを
電子顕微鏡観察から確認した。

形成した微細溝２２のエッチ部の形状を表面粗さ計によ
り測定したところ、溝エッヂ部のバリは、用いた表面粗
さ計では分解能が足らずバリの大きさを測定することが
できなかった。測定に用いた表面粗さ計の測定分解能は
２０Ａであることから、微細溝２２のエッヂ部には少な
くとも２０Ａ以上の大きさのバリは発生していないこと
を確認した。またＣｕ膜１８上φ85mmの位置とφ195mm
の位置での微細溝２２の溝幅の比較を電子顕微鏡観察に
より行ったところ、溝幅に変化がないことを確認した。
なお、比較のため切り刃稜の丸み半径がｒ＝0.01μｍで
ある第６図に示す従来のダイヤモンド工具を用い、第２
図に示す一実施例と同様にして（ただし、ガラス基板１
７の表面とは切り刃稜１５のみが接触する）プリグルー
プ付き光デイスク原盤の加工を行ったところ（荷重Ｆ＝
０．４ｇ）、加工距離がわずかに400ｍでガラス基板１
７に微小破壊が生じ、第６図に示す切り刃稜１５にはチ
ッピングが生じ溝形成ができなくなった。

以上のように本発明の一実施例では、深さが0.07μｍと
極めて浅い微細溝を極めて高精度に、しかも長い距離に
わたり形成できることを確認した。

次に本発明の第二の実施例として、回折格子の原盤を作
成した。第４図(a)および(b)に回折格子の原盤の製造方
法を工程順に示した概略図を示す。加工に用いたダイヤ
モンド工具１１は上述の実施例と同じ第１図に示すもの
を用いた。

まず、第４図(a)に示すように１cm角のガラス基板１７
にスパッタ法によりＣｕ膜１８を膜厚0.8μｍに形成
し、ガラス基板１７をエアースライダ２３上に固定し
た。次いで、第２図に示す実施例と同様にして第一の切
り刃稜１４がＣｕ膜１８に接触するようにダイヤモンド
工具１１を工具ホルダ１９に固定した。次に、第４図
(b)に示すようにエアースライダ２３を一定速度Ｖ３
（Ｖ３＝1.0mm／min）で移動しながらダイヤモンド工具
１１に垂直荷重Ｆ（Ｆ＝0.04ｇ）を作用させ、ダイヤモ
ンド工具１１をＣｕ膜１８に押し付けた。微細溝加工用
ダイヤモンド工具１１に作用させる垂直荷重を徐々に増
加し、Ｆ＝2.8ｇにしたところ第二の切り刃稜１５がガ
ラス基板１７に接触するようになり、第５図(b)に示す
ような溝幅0.8μｍ、深さ0.8μｍの直線状の微細溝２２
を形成することができた。一本の微細溝２２の全長を約
１mmとし、微細溝２２を１本形成するたびに微細溝加工
用ダイヤモンド工具１１を微細溝２２の溝幅方向に1.6
μｍ移動させ、ピッチ1.6μｍで625本の微細溝２２をＣ
ｕ膜１８上に形成し第５図(a)に示すような回折格子の
原盤を作成した。

作成した回折格子の原盤上の微細溝２２のエッヂ部のバ
リの大きさを表面粗さ計で測定したところ、上述の第一
の実施例と同様にバリの大きさは少なくとも２０Ａ以下
であることを確認した。また、一本目に形成した微細溝
２２と625本目に形成した微細溝２２の溝幅を電子顕微
鏡観察により比較したところ、溝幅に変化が生じていな
いことを確認した。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、深さの浅い微細溝
を高精度にしかも長い距離にわたり形成することができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図(a)，(b)および(c)はそれぞれ本発明の第一の実
施例で用いるダイヤモンド工具の上面図、側面図および
正面図、第２図(a)および(b)はそれぞれ本発明の第一の
実施例としてプリグループ付き光ディスク原盤の作成方
法を工程順に示す模式図、第３図は本発明の第一の実施
例によって作成したプリグループ付き光ディスク原盤の
断面図、第４図(a)および(b)は本発明の第二の実施例と
して回折格子用原盤の作成方法を示す模式図、第５図
(a)および(b)は本発明の第二の実施例によって作成した
回折格子用原盤の正面図および断面図、第６図は従来の
ダイヤモンド工具を示した概略図である。 １１……ダイヤモンド工具、１２……第一の前逃げ面、
１３……第二の前逃げ面、１４……第一の切り刃稜、１
５……第二の切り刃稜、１６……すくい面、１７……ガ
ラス基板、１８……Ｃｕ膜、１９……工具ホルダ、２０
……エアースピンドル、２１……切り屑、２２……微細
溝、２３……エアースライダ、２４……硬質基板、２５
……軟質層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】硬質基板の表面に形成した軟質層膜にその
   膜厚に等しい深さの微細溝を形成するためのダイヤモン
   ド工具において、 前記硬質基板に接すべき第二の切り刃陵をすくい面と共
   有し前記更新基板を押圧して弾性変形させる第一の前逃
   げ面と、該第一の前逃げ面と第一の切り刃陵を共有する
   第二の前逃げ面とを含み、前記第一の前逃げ面と前記第
   二の前逃げ面のなす角度が９０度以上１８０度未満であ
   ることを特徴とするダイヤモンド工具。
2. 【請求項２】硬質基板の表面に形成した軟質層膜にダイ
   ヤモンド工具を押し当てながら該ダイヤモンド工具に対
   し前記硬質基板を移動し、前記軟質層膜にその膜厚に等
   しい深さの微細溝を形成する溝加工方法において、前記
   ダイヤモンド工具の第一の前逃げ面と第二の前逃げ面に
   より形成される第一の切り刃陵が前記軟質層膜に最初に
   接触するように前記ダイヤモンド工具を前記軟質層膜に
   押し付け、前記微細溝の形成時に前記ダイヤモンド工具
   のすくい面と前記第一の前逃げ面により形成される第二
   の切り刃陵が前記硬質基板に接し、しかも前記硬質基板
   に塑性的変形を与えない範囲内の荷重を前記ダイヤモン
   ド工具に作用させることを特徴とする微細溝の加工方
   法。