(57)【要約】【課題】ナノサイズの微細構造を有する金型を効率的に製造することができる金型製造装置を提供する。【解決手段】前記無機薄膜５上にアミノ基、メルカプト基、チオール基、ジスルフィド基、シアノ基、ハロゲン基、スルフォン酸基の１つ以上を含む官能基を有するシランカップリング剤を含有する自己組織化膜４０を形成する自己組織化膜形成部２と、前記自己組織化膜４０の表面を洗浄する洗浄部３と、前記自己組織化膜４０上に通電層４１を形成する通電層形成部４とを備え、前記自己組織化膜形成部２、洗浄部３、および通電層形成部４は不活性ガス雰囲気に保持されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細構造を有した無機薄膜上に金属膜を形成し、前記金属膜を前記無機薄膜から分離して金型を形成する金型製造装置において、
前記無機薄膜上にアミノ基、メルカプト基、チオール基、ジスルフィド基、シアノ基、ハロゲン基、スルフォン酸基の１つ以上を含む官能基を有するシランカップリング剤を含有する自己組織化膜を形成する自己組織化膜形成部と、
前記自己組織化膜の表面を洗浄する洗浄部と、
前記自己組織化膜上に通電層を形成する通電層形成部と
を備え、
前記自己組織化膜形成部、洗浄部、および通電層形成部は不活性ガス雰囲気に保持されている
ことを特徴とする金型製造装置。
【請求項２】
前記通電層形成部は、
前記自己組織化膜上にAu、Pd、Ag、Pt、Bi、Pbのいずれか１以上を含む金属イオン層を形成する金属イオン層形成部と、
前記金属イオン層上に薄膜めっき層を形成する薄膜めっき層形成部と
を有することを特徴とする請求項１記載の金型製造装置。
【請求項３】
前記自己組織化膜形成部は、アミノ基、メルカプト基、チオール基、ジスルフィド基、シアノ基、ハロゲン基、スルフォン酸基の１つ以上を含む官能基を有するシランカップリング剤を含有する第１の溶液に、前記微細構造を有した表面を下向きにして前記無機薄膜を浸漬し、あるいはシランカップリング剤を含有する第１の溶液の蒸気を前記無機薄膜にあてて、前記無機薄膜上に官能基を最表面にした自己組織化膜を形成し、
前記金属イオン層形成部は、Au、Pd、Ag、Pt、Bi、Pbのいずれか１以上の金属イオンを含む第２の溶液に、前記微細構造を有した表面を横向きにして前記自己組織化膜を浸漬する
ことを特徴とする請求項２記載の金型製造装置。
【請求項４】
前記金属イオン層形成部は、１０ｍｍ／分〜１００ｍｍ／分の速度で、前記自己組織化膜を前記第２の溶液に出入させることを特徴とする請求項３記載の金型製造装置。
【請求項５】
前記第２の溶液は、前記金属イオンの濃度が０．５ｍＭから０．１Ｍであることを特徴とする請求項３記載の金型製造装置。
【請求項６】
前記自己組織化膜を形成する前に、前記無機薄膜の表面を洗浄する第２洗浄部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の金型製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型製造装置に関し、特に微細構造を有する金型を製造する場合に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の金型作製方法を図9に示す。ガラス基板またはSi基板１００にレジストを塗布し、紫外線、電子線、Ｘ線などを用い、レジストにパターン１０１を形成する。この上に通電層１０２をスパッタリング法用い、形成する（例えば、特許文献１）。次いで、通電層１０２上にＮｉめっきを施して金属膜１０３を形成し、当該金属膜１０３を離型して金型１０４を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１７２７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さらなる高密度、高機能化への対応として、より微細なナノサイズの微細構造、３次元構造の形状とするため、微細パターンを形成することが必要とされるが、従来の方法ではホールへのめっきの埋め込みができないなどの問題が生じていた。
【０００５】
また、３次元構造では通電層をスパッタ法で形成した場合にはカバレッジ不足により通電層の形成が難しい状況であった。
【０００６】
そこで、本発明は、ナノサイズの微細構造を有する金型を効率的に製造することができる金型製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る発明は、微細構造を有した無機薄膜上に金属膜を形成し、前記金属膜を前記無機薄膜から分離して金型を形成する金型製造装置において、前記無機薄膜上にアミノ基、メルカプト基、チオール基、ジスルフィド基、シアノ基、ハロゲン基、スルフォン酸基の１つ以上を含む官能基を有するシランカップリング剤を含有する自己組織化膜を形成する自己組織化膜形成部と、前記自己組織化膜の表面を洗浄する洗浄部と、前記自己組織化膜上に通電層を形成する通電層形成部とを備え、前記自己組織化膜形成部、洗浄部、および通電層形成部は不活性ガス雰囲気に保持されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に係る発明は、前記通電層形成部は、前記自己組織化膜上にAu、Pd、Ag、Pt、Bi、Pbのいずれか１以上を含む金属イオン層を形成する金属イオン層形成部と、前記金属イオン層上に薄膜めっき層を形成する薄膜めっき層形成部とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に係る発明は、前記自己組織化膜形成部は、アミノ基、メルカプト基、チオール基、ジスルフィド基、シアノ基、ハロゲン基、スルフォン酸基の１つ以上を含む官能基を有するシランカップリング剤を含有する第１の溶液に、前記微細構造を有した表面を下向きにして前記無機薄膜を浸漬し、あるいはシランカップリング剤を含有する第１の溶液の蒸気を前記無機薄膜にあてて、前記無機薄膜上に官能基を最表面にした自己組織化膜を形成し、前記金属イオン層形成部は、Au、Pd、Ag、Pt、Bi、Pbのいずれか１以上の金属イオンを含む第２の溶液に、前記微細構造を有した表面を横向きにして前記自己組織化膜を浸漬することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に係る発明は、前記金属イオン層形成部は、１０ｍｍ／分〜１００ｍｍ／分の速度で、前記自己組織化膜を前記第２の溶液に出入させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５に係る発明は、前記第２の溶液は、前記金属イオンの濃度が０．５ｍＭから０．１Ｍであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６に係る発明は、前記自己組織化膜を形成する前に、前記無機薄膜の表面を洗浄する第２洗浄部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金型製造装置は、不活性ガス雰囲気下で、自己組織化膜の形成、洗浄、通電層の形成を行うように構成したから、大気中の酸素、カーボン、金属などが表面に付着することを防ぐことができるので、ナノサイズの微細構造を有する効率的に金型を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る金型製造装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る金型製造装置に用いられるワークの断面図である。
【図３】本発明に係る金型製造装置の自己組織化膜形成部の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る金型製造装置の薄膜めっき層形成部の構成を示す図である。
【図５】本発明に係る金型製造方法を段階的に示す断面図であり、パターン上に自己組織化膜を形成した状態を示す図である。
【図６】本発明に係る金型製造方法を段階的に示す断面図であり、自己組織化膜上に通電層を形成した状態を示す図である。
【図７】本発明に係る金型製造方法を段階的に示す断面図であり、通電層上に金属膜を形成した状態を示す図である。
【図８】本発明に係る金型製造方法を段階的に示す断面図であり、離型処理により形成された金型を示す図である。
【図９】従来の金型製造方法を段階的に示す断面図であり、（Ａ）基板上にパターンを形成した状態、（Ｂ）パターン上に通電層を形成した状態、（Ｃ）Ｎｉめっき層を形成した状態、（Ｄ）離型処理によりＮｉめっき層を分離した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
（全体構成）
図1に示す金型製造装置１は、自己組織化膜形成部２、洗浄部３、および通電層形成部４を備え、微細構造を有した無機薄膜上に自己組織化単分子膜（SAM: Self-Assembled Monolayer、以下「自己組織化膜」という。)を形成し、当該自己組織化膜の表面を洗浄した上で当該表面上に通電層を形成し得るように構成されている。図2に示すように、微細構造を有した無機薄膜５は、基板６上に形成されており、以下の説明において、微細構造を有した無機薄膜５が形成された前記基板６をワーク７と呼ぶこととする。
【００１６】
因みに、金型製造装置１は、本図には図示しないが、さらに金属膜形成部と、離型処理部とを備え、前記通電層上に金属膜を形成し、当該金属膜を無機薄膜５から離型させ、金型を形成し得るように構成されている。
【００１７】
金型製造装置１は、自己組織化膜形成部２、洗浄部３、通電層形成部４を不活性ガス雰囲気に保持している（図1）。このように構成することにより、金型製造装置１は、大気中の酸素、カーボン、金属などが表面に付着することを防いで、その箇所の自己組織化膜が欠落することを防ぐことができる。
【００１８】
本実施形態の場合、金型製造装置１は、搬送部１０、ワーク取付部１１、第２洗浄部１２、自己組織化膜形成部２、洗浄部３、通電層形成部４、およびワーク取出部１４を処理室１５内にＸ方向に水平に並設してなる。ワーク取付部１１は、微細構造を有した無機薄膜５の表面Ｓを下向きにしてワーク７を保持するように構成されている。なお、以下の説明において、金型製造装置１のワーク取付部１１からワーク取出部１４へ向かう方向をＸ方向、鉛直下方向をＹ方向とする。
【００１９】
処理室１５は、内部が不活性ガス雰囲気に保持されている。搬送部１０は、ワーク取付部１１から洗浄部３までワーク７を搬送する第１搬送部１８と、洗浄部３からワーク取出部１４までワーク７を搬送する第２搬送部１９とからなる。
【００２０】
第１搬送部１８および第２搬送部１９は、Ｘ方向に延びる搬送路１８Ｒ，１９Ｒをワーク７が移動し得ると共に、第２洗浄部１２、自己組織化膜形成部２、洗浄部３、通電層形成部４において、Ｙ方向へワーク７を移動させ得るように構成されている。
【００２１】
第２洗浄部１２は、微細構造を有した無機薄膜５の表面Ｓを洗浄し得るように構成されている。本実施形態の場合、第２洗浄部１２は無機薄膜５の表面Ｓに紫外線を照射する紫外線照射部２１を有する。
【００２２】
自己組織化膜形成部２は、アミノ基、メルカプト基、チオール基、ジスルフィド基、シアノ基、ハロゲン基、スルフォン酸基の1つ以上を含む官能基を有するシランカップリング剤を含有する自己組織化膜を形成し得るように構成されている。
【００２３】
本実施形態の場合、自己組織化膜形成部２は、前記シランカップリング剤を含有する第１の溶液２２Ｌを収容したタンク２２を有し、当該タンク２２内において前記第１の溶液２２Ｌが循環し得るように構成されている。
【００２４】
第１の溶液２２Ｌは、例えば、シランカップリング剤として３−アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＰＴＭＳ）を1 wt％含有したトルエン溶液を６０℃に加温したものが用いられる。また、シランカップリング剤としては、メルカプトプロピルトリメトキシシラン（MPTMS）や、３−［２−（２−アミノエチルアミノプロピルトリメトキシシラン（TAS）などを適用することができる。
【００２５】
第１搬送部１８は、図3に示すように、微細構造を有した無機薄膜５の表面Ｓを下向きにした状態でワーク７を第１の溶液２２Ｌに浸漬させるように構成されている。この場合、第１搬送部１８は、Ｘ方向へ移動し、ワーク７を保持した状態で第２洗浄部１２から自己組織化膜形成部２へ搬送すると共に、Ｙ方向へ移動して前記ワーク７を第１の溶液２２Ｌに浸漬させる。
【００２６】
洗浄部３は、有機溶剤２５Ｌを収容する洗浄槽２５を有する。有機溶剤２５Ｌとしては、例えば、メタノールを用いることができる。第２搬送部１９は、微細構造を有した無機薄膜５の表面Ｓを横向きにした状態でワーク７を有機溶剤２５Ｌに浸漬させ得るように構成されている。本実施形態の場合、第２搬送部１９は、第１搬送部１８からワーク７を受取る受取機構１９Ａと、前記ワーク７の自己組織化膜を形成した表面を横向きにする９０度回転機構１９Ｂとを有し、微細構造を有した無機薄膜５の表面Ｓを横向きに保持した状態で前記ワーク７を搬送し得るように構成されている。
【００２７】
通電層形成部４は、金属イオン層形成部３０と、薄膜めっき層形成部３１とを有し、金属膜を電解めっきにより形成する場合の電極を形成し得るように構成されている。
【００２８】
金属イオン層形成部３０は、Au、Pd、Ag、Pt、Bi、Pbの１つ以上の金属イオンを含む金属イオン層を自己組織化膜上に形成し得るように構成されている。本実施形態の場合、金属イオン層形成部３０は、Au、Pd、Ag、Pt、Bi、Pbの１つ以上の金属イオンを含有する第２の溶液３２Ｌを収容した金属イオン固定槽３２を有し、当該金属イオン固定槽３２内において前記第２の溶液３２Ｌが循環し得るように構成されている。溶媒には希塩酸、希硝酸、希硫酸を用いることができる。
【００２９】
この第２の溶液３２Ｌは、金属イオン濃度が０．５ｍＭ〜０．１Ｍであることが好ましい。因みに、大面積を有する表面に金属イオンを吸着させる場合には、第２の溶液３２Ｌの金属イオン濃度が高いことが必要であるが、金属イオン濃度を高くしていくと金属イオンを溶液中に均一に分散させることが困難となり、結果として金属イオンが凝集してしまうという問題がある。また、金属イオン濃度が高い第２の溶液３２Ｌを用いた場合には、自己組織化膜の表面近傍において、金属イオンが凝集してしまう原因ともなる。
【００３０】
具体的には、金属イオン濃度が０．５ｍＭ未満の場合、金属イオンが不足し固定されない。一方、金属イオン濃度が０．１Ｍ超では、金属イオン同士が凝固してしまう場合がある。したがって、本実施形態の場合、金属イオン濃度が０．５ｍＭ〜０．１Ｍである第２の溶液に浸漬することとした。これにより、自己組織化膜上に所望の金属イオン層を形成することができる。
【００３１】
また、第２搬送部１９は、微細構造を有した無機薄膜５の表面Ｓを横向きにした状態でワーク７を第２の溶液３２Ｌに浸漬させ得るように構成されている。因みに、ナノサイズの微細構造に対するカバレッジを考慮した場合、金属イオン、例えばＰｄ２＋の粒子が可能な限り凝集せずに均一に吸着することが必要である。
【００３２】
具体的には、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のサイズのワーク７の場合、１分間で金属イオンが自己組織化膜の表面に吸着することを実験により確認した。したがって、本実施形態の場合、第２搬送部１９は、１０ｍｍ／分以上１００ｍｍ／分以下の速度でワーク７を第１の溶液２２Ｌに出入させることとした。これにより、金型製造装置１は、自己組織化膜の表面に金属イオン層をより確実に形成することができる。
【００３３】
薄膜めっき層形成部３１は、金属イオン層を核として、無電解めっきにより薄膜めっき層を形成し得るように構成される。薄膜めっき層形成部３１は、弱酸性のめっき浴３３Ｌを収容した無電解めっき槽３３を有し、当該無電解めっき槽３３内において前記めっき浴３３Ｌが循環し得るように構成されている。薄膜めっき層は、種々の金属を適用することができるが、例えば、Ｎｉ、Ｃｏ，Ｐｔ，Ｓｎ，Ａｕ，Ｃｕなどで形成することができる。この場合、第２搬送部１９は、図4に示すように、微細構造を有した無機薄膜５の表面Ｓを横向きにした状態でワーク７をめっき浴に浸漬させ得るように構成されている。
（作用および効果）
次に、上記のように構成された金型製造装置１の作用および効果について説明する。
【００３４】
まず、ワーク取付部１１にワーク７（図2）を取り付ける。当該ワーク７には、無機薄膜５に微細構造としてのナノサイズのパターンが形成されている。本実施形態の場合、パターンは、凹凸からなる二次元構造のものを例示している。パターンを形成する方法は、特に限定されるものではなく、公知技術を用いることができる。本実施形態の場合、無機薄膜５は、Ｓｉ基板６の表面に形成したＳｉ酸化膜からなる。この無機薄膜５にレジストを塗布して、マスクを用いて所定パターンに紫外線、電子線、Ｘ線などを露光し、ドライエッチングを用いて上記パターンを形成する。
【００３５】
次いで、第１搬送部１８は、Ｘ方向へ移動し、第２洗浄部１２へワーク７を搬送する。この場合、第１搬送部１８は、パターンが形成された表面Ｓを下向きにしてワーク７を搬送する。次いで、第１搬送部１８は、Ｙ方向へ移動する。これにより、第２洗浄部１２は、紫外線を表面Ｓに向かって照射し、当該表面Ｓを洗浄する。
【００３６】
次いで、第１搬送部１８は、搬送路１８Ｒに復帰した後にＸ方向へ移動し、自己組織化膜形成部２にワーク７を搬送する。次いで、第１搬送部１８は、Ｙ方向へ移動し、パターンが形成された表面Ｓを下向きにして、シランカップリング剤を含有する第１の溶液２２Ｌにワーク７を浸漬させる。あるいはシランカップリング剤を含む溶液からの蒸気により、液相、気相成長によって、図5に示すように無機薄膜５上に化学吸着することにより自己組織化膜４０が形成される。自己組織化膜４０は、無機薄膜５の表面に化学吸着した官能基とは反対側にもう一つ末端官能基を有する。自己組織化膜４０は、アルキル基のファンデルワールス力により分子の配列間隔が決定される。
【００３７】
次いで、第１搬送部１８は、搬送路１８Ｒへ復帰し、第２搬送部１９の受取機構１９Ａにワーク７を受け渡す。第２搬送部１９は受取ったワーク７を９０度回転させ、自己組織化膜４０が形成された表面を横向きにした状態で保持する。
【００３８】
この状態で、第２搬送部１９は、搬送路１９Ｒ上をＸ方向へ移動し、ワーク７を洗浄部３へ搬送する。次いで、第２搬送部１９は、Ｙ方向へ移動し、有機溶剤２５Ｌにワーク７を浸漬させ、自己組織化膜４０の表面を洗浄する。
【００３９】
次いで、第２搬送部１９は、搬送路１９Ｒへ復帰した後にＸ方向へ移動し、ワーク７を金属イオン層形成部３０へ搬送する。次いで、第２搬送部１９は、Ｙ方向へ移動し、第２の溶液３２Ｌにワーク７を浸漬させ、自己組織化膜４０上に金属イオン層を形成する。この場合、第２の溶液３２Ｌに含有される金属イオンは、自己組織化膜４０の末端官能基に化学吸着する。
【００４０】
次いで、第２搬送部１９は、搬送路１９Ｒへ復帰した後にＸ方向へ移動し、ワーク７を薄膜めっき層形成部３１へ搬送する。次いで、第２搬送部１９は、Ｙ方向へ移動し、めっき浴３３Ｌにワーク７を浸漬させ、金属イオン層上に薄膜めっき層を形成する。このようにして、図6に示すように、自己組織化膜４０上に通電層４１が形成される。
【００４１】
次いで、第２搬送部１９は、搬送路１９Ｒへ復帰した後にＸ方向へ移動し、ワーク取出部１４へワーク７を搬送する。
【００４２】
このように、本発明に係る金型製造装置１は、処理室１５の内部を不活性ガス雰囲気に保持するように構成したから、大気中の酸素、カーボン、金属などが表面に付着することを防いで、その箇所の自己組織化膜４０が欠落することを防ぐことができる。したがって、金型製造装置１は、ナノサイズの微細構造を有する効率的に金型を製造することができる。
【００４３】
また、金型製造装置１では、シランカップリング剤で構成された自己組織化膜４０をナノサイズのパターンを有する無機薄膜５上に形成したことにより、当該パターン上に通電層４１を均一に形成することができる。したがって、前記通電層４１を電極として電解めっきによりナノサイズのパターンにめっきをより確実に埋め込むことができるので、ナノサイズの微細構造を有する金型を容易に製造することができる。
【００４４】
また、通電層４１は、金属イオン層と薄膜めっき層とを有することにより、金属膜を電解めっきにより形成する際に必要となる電極をより確実に形成することができる。
【００４５】
また、金型製造装置１は、１０ｍｍ／分以上１００ｍｍ／分以下の速度でワーク７を第１の溶液２２Ｌに出入させるように構成したことにより、自己組織化膜４０の表面に金属イオン層をより確実に形成することができる。
【００４６】
また、金型製造装置１は、金属イオン濃度が０．５ ｍＭ〜０．１Ｍである第２の溶液３２Ｌを用いて金属イオン層を形成することとしたことにより、金属イオン同士の凝固を防いで、均一な金属イオン層を形成することができる。
【００４７】
また、金型製造装置１は、自己組織化膜４０を形成する前に、前記無機薄膜５の表面Ｓを洗浄する第２洗浄部１２を備えることとしたことにより、ナノサイズの微細表面を清浄にすることができ、自己組織膜40を隙間なく形成することができる。
【００４８】
また、金型製造装置１は、シランカップリング剤を含有する第１の溶液２２Ｌに、前記微細構造を有した表面Ｓを下向きにしてワーク７を浸漬、あるいは第１の溶液２２Ｌの蒸気を表面Ｓにあてて自己組織化膜４０を形成することとしたことにより、無機薄膜５上により確実に自己組織化膜４０を形成することができる。因みに、微細構造を有した表面Ｓを横向きにした場合は、圧力勾配などの影響を受け、不均一な膜形成となるという不具合がある。
【００４９】
また、金型製造装置１は、第２の溶液３２Ｌに、前記微細構造を有した表面Ｓを横向きにしてワーク７を浸漬して金属イオン層を形成することとしたことにより、自己組織化膜４０上により確実に金属イオン層を形成することができる。因みに、微細構造を有した表面Ｓを下向きにした場合は、金属膜形成中に発生する水素がうまく放出されず膜に残ってしまうなどの不具合がある。
【００５０】
なお、金型は、図7に示すように、通電層４１上に金属膜４２を公知の方法、例えば電解Ｎｉめっきにより金属膜４２を形成し、通電層４１と無機薄膜５とを分離することにより、図8に示すような通電層４１と金属膜４２からなる金型４３を得ることができる。
（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施形態の場合、第２洗浄部１２は紫外線を照射して無機薄膜５の表面Ｓを洗浄するように構成された場合について説明したが、本発明はこれに限らず、スパッタを用いて無機薄膜５の表面Ｓを洗浄するように構成してもよい。
【００５１】
例えば、上記実施形態の場合、金型製造方法は凹凸からなる二次元構造の金型を製造する場合を例示したが、本発明はこれに限らず、自己組織化膜は、三次元構造のパターンにも均一に形成することができるので、三次元構造の金型を同様に製造することもできる。
【００５２】
上記実施形態では、自己組織化膜を液相成長により形成した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、気相成長により形成することとしてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１    金型製造装置
２    自己組織化膜形成部
３    洗浄部
４    通電層形成部
５    無機薄膜
２２Ｌ    第１の溶液
３０    金属イオン層形成部
３１    薄膜めっき層形成部
３２Ｌ    第２の溶液
４０    自己組織化膜
４１    通電層
４２    金属膜
４３    金型
Ｓ    表面
【図１】
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【図２】
2011194721.tif 000004
【図３】
2011194721.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011194721.tif 000007
【図６】
2011194721.tif 000008
【図７】
2011194721.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011194721.tif 000011