(57)【要約】【課題】融点が高く、かつ機械強度も高い材質よりなる微細金属構造体を提供し、その微細金属構造体を製造することが可能な、微細パターンを有するメッキ用型およびその製造方法を提供し、その微細金属構造体よりなる微細加工用型およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の微細パターンを有するメッキ用型１１０は、μｍオーダ以下の寸法の微細パターンを有し、かつ２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっている。このメッキ用型１１０を用いて溶融塩電鋳を行うことにより、機械強度の良好な微細金属構造体が製造される。【選択図】　　　　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
μｍオーダ以下の寸法の微細パターンを有し、かつ２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなる、微細パターンを有するメッキ用型。
【請求項２】
３５０℃以上の耐熱を有する材質よりなることを特徴とする、請求項１に記載の微細パターンを有するメッキ用型。
【請求項３】
２５０℃以上の耐熱を有する前記材質は、シリコン、アルミナ、ジルコニア、ニッケル、フリットガラス、ステンレス鋼、ニッケル、鉄および銅よりなる群から選ばれる１種以上を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の微細パターンを有するメッキ用型。
【請求項４】
μｍオーダ以下の寸法の微細パターンを有し、かつ少なくとも一部表面の硬さがビッカース硬さＨＶ５００以上である、微細金属構造体。
【請求項５】
請求項４に記載の微細金属構造体が加工用の型として形成されたものであり、加工面の硬さがビッカース硬さＨＶ５００以上であることを特徴とする、微細加工用型。
【請求項６】
μｍオーダ以下の寸法の微細パターンを有するメッキ用型の製造方法であって、
共に２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなるパターン層と導電性基板とを積層した積層体を形成する工程と、
前記パターン層をパターニングすることにより、前記パターン層に、前記パターン層と前記導電性基板との接触面に達する微細な開口部を形成する工程とを備えた、微細パターンを有するメッキ用型の製造方法。
【請求項７】
前記導電性基板は、前記パターン層上に直接接合されることにより形成されることを特徴とする、請求項６に記載の微細パターンを有するメッキ用型の製造方法。
【請求項８】
前記導電性基板は、前記パターン層上に拡散接合により接合されることにより形成されることを特徴とする、請求項６に記載の微細パターンを有するメッキ用型の製造方法。
【請求項９】
前記導電性基板は、前記パターン層上に形成された導電膜を通電層として電鋳により形成されることを特徴とする、請求項６に記載の微細パターンを有するメッキ用型の製造方法。
【請求項１０】
μｍオーダ以下の寸法の微細パターンを有するメッキ用型の製造方法であって、
２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなる導電性基板と、微細パターンを有する層との積層体を形成する工程と、
２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなる素材を加熱した状態で、前記素材の表面に前記積層体の前記微細パターンを押し当てることにより、前記素材の表面を前記微細パターンに嵌るように変形させる工程と、
前記微細パターンを有する層の表面が露出するまで前記素材を除去することにより、前記微細パターン内にのみ前記素材を残存させてパターン層とする工程と、
前記微細パターンを有する層を除去する工程とを備えた、微細パターンを有するメッキ用型の製造方法。
【請求項１１】
μｍオーダ以下の寸法の微細パターンを有するメッキ用型の製造方法であって、
微細パターンを有する型を形成する工程と、
２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなる素材を加熱した状態で、前記素材の表面に前記型の前記微細パターンを押し当てることにより、前記素材の表面を前記微細パターンに嵌るように変形させる工程と、
前記素材から前記型を除去する工程と、
前記素材の表面を導電化させる工程とを備えた、微細パターンを有するメッキ用型の製造方法。
【請求項１２】
請求項６〜１１のいずれかの方法により形成されたメッキ用型を用いて溶融塩電鋳を行うことにより、前記メッキ用型の前記微細パターンに嵌り合うようなパターンを有する微細金属構造体を形成する工程と、
前記微細金属構造体から前記メッキ用型を除去する工程とを備えた、微細金属構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記微細金属構造体の表面を窒化させる工程をさらに備えたことを特徴とする、請求項１２に記載の微細金属構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細パターンを有するメッキ用型、微細金属構造体、微細加工用型、微細パターンを有するメッキ用型の製造方法、および微細金属構造体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
精度のよい微細金属構造体を大量に製造する場合、ＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ　Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ　Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）プロセスは有用である。Ｘ線の中でも指向性の高いシンクロトロン放射（ＳＲ）光を用いるＬＩＧＡプロセスは、ディープなリソグラフィが実施可能であり、数１００μｍの高さの構造体をミクロン領域の精度で加工することが可能であり、高いアスペクト比を有する微細金属構造体を容易に製造することができるなどの特徴を有するため、広範な分野での応用が期待されている。
【０００３】
ＬＩＧＡプロセスは、リソグラフィ、電鋳などのメッキおよびモールドを組合わせた加工技術である。ＬＩＧＡプロセスによれば、たとえば導電性基板上にレジスト膜が形成され、このレジスト膜に所定形状のパターンを有する吸収体マスク（レチクル）を介してＳＲ光が照射される。このようなリソグラフィにより吸収体マスクの形状パターンに応じたレジスト構造体（樹脂型）が形成される。このレジスト構造体の空孔部内に電鋳によってニッケル（Ｎｉ）のような金属を堆積させることにより、微細金属構造体が得られる。
【０００４】
また、電鋳をさらに進めて得られた高精度の微細金属構造体を金型として用い、射出成形などのモールドにより樹脂製の微細成形品を得ることもできる。
【０００５】
なお、上記のようなＬＩＧＡプロセスについては、たとえば表面技術　Ｖｏｌ．５２，Ｎｏ．１１，２００１，ｐ．７３４−７３５に記載されている。
【０００６】
【非特許文献】
表面技術　Ｖｏｌ．５２、Ｎｏ．１１、２００１、表面技術協会発行、ｐ．７３４−７３５
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
タングステン（Ｗ）やチタン（Ｔｉ）は、融点が高く、機械強度（ヤング率、硬度）も高いため、機械構造体に適した材質である。このタングステンあるいはチタンからなる機械構造体を上記のＬＩＧＡプロセスを用いて製造する場合、水（水溶液）を使わない溶融塩電鋳を用いる必要がある。しかしながら、上記のＬＩＧＡプロセスにおいて、タングステンやチタンよりなる機械構造体を、水（水溶液）を使わない溶融塩電鋳により製造することはできなかった。理由は以下のとおりである。
【０００８】
上記のＬＩＧＡプロセスでは、レジストとしてポリメタクリル酸エチル（ＰＭＭＡ：ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）などのプラスチックが用いられている。しかし、溶融塩電鋳では２００℃以上という高温になる場合があり、このような温度ではＰＭＭＡよりなるレジストは軟化・変形を起こす。また、ＰＭＭＡよりなるレジストは、溶融塩と化学反応を起こして変質し、パターン崩れを起こす場合もある。このため、ＬＩＧＡプロセスでは、タングステンのように融点が高く、かつ機械強度も高い材質よりなる機械構造体を、水（水溶液）を使わない溶融塩電鋳により製造することはできなかった。
【０００９】
また、上記のＬＩＧＡプロセスにおいて電鋳をさらに進めて得られたニッケルなどよりなる微細金属構造体では良好な機械強度が得られない。このため、その微細金属構造体を金型として用いても、寸法精度の高い高精度な微細成形品を得ることはできなかった。
【００１０】
それゆえ、本発明の一の目的は、融点が高く、かつ機械強度も高い材質よりなる機械構造体を製造することが可能な、微細パターンを有するメッキ用型およびその製造方法を提供することである。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、機械強度の高い微細金属構造体、微細加工用型およびその製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の微細パターンを有するメッキ用型は、μｍオーダ以下の寸法の微細パターンを有し、かつ２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっている。
【００１３】
本発明の微細パターンを有するメッキ用型は２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっているため、高温となる溶融塩電鋳においても軟化・変形を起こすことは防止される。このため、タングステンのように融点が高く、かつ機械強度も高い材質よりなる機械構造体を、水（水溶液）を使わない溶融塩電鋳により製造することができる。
【００１４】
上記の微細パターンを有するメッキ用型において好ましくは、メッキ用型が３５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっている。
【００１５】
これにより、さらに高温の溶融塩電鋳においてもメッキ用型が軟化・変形を起こすことは防止される。
【００１６】
上記の微細パターンを有するメッキ用型において好ましくは、２５０℃以上の耐熱を有する材質は、シリコン、アルミナ、ジルコニア、ニッケル、フリットガラス、ステンレス鋼、ニッケル、鉄および銅よりなる群から選ばれる１種以上を含んでいる。
【００１７】
これによりメッキ用型の材質を適宜選ぶことができる。
本発明の微細金属構造体は、μｍオーダ以下の寸法の微細パターンを有し、かつ少なくとも一部表面の硬さがビッカース硬さＨＶ５００以上である。
【００１８】
本発明の微細金属構造体によれば、微細金属構造体の少なくとも表面の硬さがビッカース硬さＨＶ５００以上であるため、この微細金属構造体を高い硬度の要求される用途に使用することができる。
【００１９】
本発明の微細加工用型は、上記の微細金属構造体が加工用の型として形成されたものであり、加工面の硬さがビッカース硬さＨＶ５００以上である。
【００２０】
本発明の微細加工用型によれば、微細加工用型の加工面の硬さがビッカース硬さＨＶ５００以上であるため、加工時にこの微細加工用型の加工面が変形することを抑制することができ、寸法精度の高いパターンを形成することが可能となる。
【００２１】
本発明の微細パターンを有するメッキ用型の一の製造方法は、μｍオーダ以下の寸法の微細パターンを有するメッキ用型の製造方法であって、共に２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなるパターン層と導電性基板とを積層した積層体を形成する工程と、パターン層をパターニングすることにより、パターン層に、パターン層と導電性基板との接触面に達する微細な開口部を形成する工程とを備えたものである。
【００２２】
本発明の微細パターンを有するメッキ用型の一の製造方法によれば、パターン層と導電性基板とが共に２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっているため、これにより製造されるメッキ用型を溶融塩電鋳に用いることができる。よって、このメッキ用型を用いて、タングステンやチタンのように融点が高く、かつ機械強度も高い材質よりなる微細金属構造体を製造することが可能となる。
【００２３】
また、開口部がパターン層と導電性基板との接触面に達するように形成されるため、開口部形成時の終点の検出が容易となる。
【００２４】
上記の微細パターンを有するメッキ用型の一の製造方法において好ましくは、導電性基板は、パターン層上に直接接合されることにより形成される。
【００２５】
これにより、パターン層と導電性基板とを互いに加圧するという簡単な方法で接合することが可能となる。
【００２６】
上記の微細パターンを有するメッキ用型の一の製造方法において好ましくは、導電性基板は、パターン層上に拡散接合により接合されることにより形成される。
【００２７】
これにより、パターン層と導電性基板とを拡散接合により強固に接合することが可能となる。
【００２８】
上記の微細パターンを有するメッキ用型の一の製造方法において好ましくは、導電性基板は、パターン層上に形成された導電膜を通電層として電鋳により形成される。
【００２９】
これにより、電鋳という簡易な方法で導電性基板を形成することができる。
本発明の微細パターンを有するメッキ用型の他の製造方法は、μｍオーダ以下の寸法の微細パターンを有するメッキ用型の製造方法であって、２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなる導電性基板と、微細パターンを有する層との積層体を形成する工程と、２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなる素材を加熱した状態で、素材の表面に積層体の微細パターンを押し当てることにより、素材の表面を微細パターンに嵌るように変形させる工程と、微細パターンを有する層の表面が露出するまで素材を除去することにより、微細パターン内のみ素材を残存させてパターン層とする工程と、微細パターンを有する層を除去する工程とを備えたものである。
【００３０】
本発明の微細パターンを有するメッキ用型の他の製造方法によれば、導電性基板と素材とが共に２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっているため、これにより製造されるメッキ用型を溶融塩電鋳に用いることができる。よって、このメッキ用型を用いて、タングステンやチタンのように融点が高く、かつ機械強度も高い材質よりなる微細金属構造体を製造することが可能となる。
【００３１】
また、素材を加熱した状態で、素材の表面に積層体の微細パターンを押し当てることにより、素材を微細パターンに嵌るように変形させるため、この素材にたとえばガラスなどの材質を用いることが可能となる。
【００３２】
本発明の微細パターンを有するメッキ用型のさらに他の製造方法は、μｍオーダ以下の寸法の微細パターンを有するメッキ用型の製造方法であって、微細パターンを有する型を形成する工程と、２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなる素材を加熱した状態で、素材の表面に型の微細パターンを押し当てることにより、素材の表面を微細パターンに嵌るように変形させる工程と、素材から型を除去する工程と、素材の表面を導電化させる工程とを備えたものである。
【００３３】
本発明の微細パターンを有するメッキ用型のさらに他の製造方法によれば、素材が２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっているため、これにより製造されるメッキ用型を溶融塩電鋳に用いることができる。よって、このメッキ用型を用いて、タングステンやチタンのように融点が高く、かつ機械強度も高い材質よりなる微細金属構造体を製造することが可能となる。
【００３４】
また、素材を加熱した状態で、素材の表面に型の微細パターンを押し当てることにより、素材を微細パターンに嵌るように変形させるため、この素材にたとえばガラスなどの材質を用いることが可能となる。
【００３５】
本発明の微細金属構造体の製造方法は、上記のいずれかの方法により形成されたメッキ用型を用いて溶融塩電鋳を行うことにより、メッキ用型の微細パターンに嵌り合うようなパターンを有する微細金属構造体を形成する工程と、微細金属構造体からメッキ用型を除去する工程とを備えたものである。
【００３６】
本発明の微細金属構造体の製造方法によれば、メッキ用型は、２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっており、２５０℃以上の高温でも軟化・変形を起こし難い。このため、このメッキ用型を用いれば、高温の溶融塩電鋳を行うことが可能となる。よって、溶融塩電鋳により、タングステンやチタンのように融点が高く、かつ機械強度も高い材質よりなる微細金属構造体を製造することが可能となる。
【００３７】
上記の微細金属構造体の製造方法において好ましくは、微細金属構造体の表面を窒化させる工程がさらに備えられている。
【００３８】
これにより、窒化層が形成されるため、この微細金属構造体をガラスを加工するための微細加工用型として用いた場合に、加工後のガラスの離型性を良好とすることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００４０】
（実施の形態１）
図１〜図８は、本発明の実施の形態１における微細金属構造体の製造方法を工程順に示す概略断面図である。図１を参照して、たとえばステンレス、銅、鉄、ニッケルなどよりなる金属板（導電性基板）１上に、シリコン基板２とシリコン窒化膜よりなるマスク層３とからなるパターン層が接合されて積層体が形成される。
【００４１】
図２を参照して、マスク層３上にレジスト４が塗布された後、レチクル（フォトマスク）２０のパターンがＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光またはＸ線によりレジスト４に照射される。この後、レジスト４が現像される。なお、レチクル２０は、ＵＶ光またはＸ線に対して透明な材質よりなる基板２１と、その基板２１上に形成された遮光膜よりなるパターン２２とを有している。
【００４２】
図３を参照して、レジスト４の現像により、レジスト４がポジ型の場合には、ＵＶ光またはＸ線の照射された部分のみが除去されて、その部分のマスク層３の表面が露出する。このパターニングされたレジスト４をマスクとしてマスク層３にエッチングが施される。この後、レジスト４は、たとえばアッシングなどにより除去される。
【００４３】
図４を参照して、上記のマスク層３のエッチングにより、マスク層３はパターニングされる。
【００４４】
図５を参照して、パターニングされたマスク層３をマスクとしてシリコン基板２にエッチングを施すことにより、シリコン基板２がパターニングされる。これにより、金属板１とシリコン基板２との接合面に達する微細な開口部２ａがシリコン基板２に形成され、開口部２ａの底部において金属板１の表面が露出する。これにより、金属板１とシリコン基板２とマスク層３とからなるメッキ用型１１０が形成される。このメッキ用型１１０においては、金属板１とシリコン基板２とマスク層３との全てが２５０℃以上（好ましくは３５０℃以上）の耐熱を有している。
【００４５】
図６を参照して、このメッキ用型１１０を用いて溶融塩電鋳が行なわれる。これにより、開口部２ａから露出する金属板１の表面に、たとえばタングステンよりなる金属層１０が堆積されて、その金属層よりなる微細金属構造体１０が開口部２ａ内に（開口部２ａに嵌るように）形成される。この後、シリコン基板２とマスク層３とが除去される。
【００４６】
図７を参照して、さらに、金属板１から微細金属構造体１０が剥離されることにより、図８に示すような微細金属構造体１０が製造される。
【００４７】
図１における金属板１とシリコン基板２との接合には、たとえば以下の２つの方法が採用される。
【００４８】
第１の方法は、鏡面にしたシリコン基板２および金属板１（ここではステンレス）の表面にアルゴン（Ａｒ）などのイオンを照射して表面の不純物を除去し、真空中でシリコン基板２および金属板１を加圧して直接接合する方法である。また第２の方法は、シリコン基板２および金属板１のいずれかの表面にスパッタにより銅層を１μｍ程度の厚さで堆積し、その銅層を介してシリコン基板２および金属板１を互いに加圧するとともに加熱することで銅の拡散現象を利用して接合する方法である。
【００４９】
マスク層３としては、たとえばシリコン窒化膜やシリコン酸化膜を用いることができる。また、リソグラフィーのレジスト４には、ＵＶリソグラフィーの場合にはたとえばＵＶレジストが用いられ、Ｘ線リソグラフィーの場合にはたとえばＰＭＭＡが用いられる。
【００５０】
図４、図５のシリコン基板２のパターニングでは、たとえば反応性イオンによるドライエッチングが用いられる。このドライエッチングは、一般にトレンチエッチングと呼ばれ、たとえばＳＴＳ社製のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）用ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置が用いられる。
【００５１】
図５、図６のタングステンの溶融塩電鋳は、たとえば図９に示す装置を用いて行なわれる。図９を参照して、この電鋳装置は、プラス極３１と、マイナス極３２と、標準電極３３と、熱電対３４と、撹拌棒３５と、ガス導入部３６と、容器３７ａと、蓋体３７ｂと、溶融塩３８と、溶解性陽極３９とを主に有している。溶融塩３８および溶解性陽極３９は、電気炉と保温材とを有する容器３７ａ（たとえばアルミナよりなる）内に入れられており、この容器３７ａ内は蓋体３７ｂにより密閉されている。プラス極３１（たとえば白金またはカーボン電極よりなる）は溶解性陽極３９に差し込まれており、またマイナス極３２（たとえば銅よりなる）は溶融塩３８内に差し込まれており、その先端に溶融塩電鋳を施すための基材４０が電気的に接続されている。標準電極３３および熱電対３４の各々は電位および温度のそれぞれをモニターするためのものであり、撹拌棒３５は溶融塩３８を撹拌するためのものである。またガス導入部３６は、容器３７ａ内にたとえばアルゴンガスを導入し、排気するためのものである。
【００５２】
この装置を用いたタングステンの溶融塩電鋳では、たとえばＬｉＣｌ（塩化リチウム）−ＫＣｌ（塩化カリウム）共晶溶融塩系電鋳が用いられる。具体的には、ＬｉＣｌを４５質量％、ＫＣｌを５５質量％の比率で混合した融点が３５２℃の共融混合物（溶融塩）に対し、ＷＣｌ２（塩化タングステン）を０．１〜１０質量％（たとえば１質量％）で添加されたものが用いられる。そして、マイナス極３２に、図５の状態の基板が基材４０としてセットされる。そして、容器３７ａ内を真空に引き、２００℃まで加熱し、容器３７ａ内をアルゴンで置換して温度を３００℃まで上げて電鋳が行なわれる。このときの電流密度は０．１〜１０Ａ／ｄｍ２（１０〜１０００Ａ／ｍ２）の範囲内で、好ましくは１．０Ａ／ｄｍ２（１００Ａ／ｍ２）である。
【００５３】
電鋳が終了した後、基材４０が取り出され、ＫＯＨ（水酸化カリウム）によるシリコンエッチング、または急速冷却によるシリコン破壊、またはシリコンのドライエッチングなどでシリコン基板２が除去され、タングステン微細金属構造体１０が金属板１から剥離して取り出される。
【００５４】
なお、電鋳の前に水分を十分に除去しておく必要がある。なぜなら、塩は非常に吸湿しやすく、メッキ中（高温）に水分が残留すると、陰極効率が低下して、その際に発生する水素ガスと金属水酸化物のために皮膜が粒子状になるとともに、残留する水の気化により水蒸気爆発の可能性もあるからである。
【００５５】
上記の実施の形態におけるプロセスは１例であって、本発明はこのプロセスに限定されるものではない。また、溶融塩電鋳で電鋳される金属としてタングステンについて説明したが、本発明で電鋳される金属はこれに限定されるものではなくチタンなどの他の材料であってもよい。
【００５６】
また、上記においては金属層１とシリコン層２とが接合される場合について説明したが、図１０に示すようにシリコン層２上に銅などのシード層１ａをスパッタリングした後に、そのシード層（導電膜）１ａに給電して（つまりシード層１ａを通電層として）銅を厚さ２ｍｍまでメッキ（電鋳）により成長させて、図１１に示すような銅よりなる金属層１が形成されてもよい。なお、この後は上記と同様の図１〜図８の工程が施されて、微細金属構造体１０が製造される。
【００５７】
（実施の形態２）
図１２〜図１５は、本発明の実施の形態２におけるメッキ用型の製造方法を工程順に示す概略断面図である。図１２を参照して、２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなるパターン層１０２が準備される。このパターン層１０２は、たとえば１μｍ以上１００μｍ以下の厚みを有するシリコン（Ｓｉ）ウエハである。このシリコンは、３５０℃以上でも軟化・変形を起こし難く、かつ溶融塩とも反応しない材質である。パターン層１０２の厚みが１μｍ未満では、絶縁マスクとして必要な絶縁性が得られず、マスク上にメッキ層が成長する可能性がある。また、パターン層１０２の厚みが１００μｍを超えると、後工程のトレンチエッチングの加工限界により必要な精度を得ることが困難となる。
【００５８】
図１３を参照して、パターン層１０２の表面上に、スパッタ法によりニッケル（Ｎｉ）層１０１ａが、たとえば０．０１μｍ以上１μｍ以下の厚みで形成される。このニッケル層１０１ａは、より好ましくは０．０５μｍ以上０．２μｍ以下の厚みで形成される。ニッケル層１０１ａの厚みが０．０１μｍ未満では、次工程のメッキに必要な導電性を得ることができない。また、ニッケル層１０１ａの厚みが１μｍを超えると、スパッタにより形成されるニッケル層１０１ａの残留応力によりニッケル層１０１ａがパターン層１０２から剥離する可能性が高い。
【００５９】
図１４を参照して、上記ニッケル層１０１ａをシード層として電気メッキを行うことにより、パターン層１０２上に導電性基板としてニッケル層１０１が形成される。これにより、パターン層１０２と導電性基板１０１とを積層した積層体が得られる。
【００６０】
導電性基板１０１は、たとえば０．１μｍ以上１ｍｍ以下の厚みで形成され、より好ましくは０．２μｍ以上０．４ｍｍ以下の厚みで形成される。導電性基板１０１の厚みが０．１μｍ未満では、取り扱い時にメッキ用型に曲がりなどの損傷が生じる可能性が大きくなる。また、導電性基板１０１の厚みが１ｍｍを超えると、メッキにより形成された導電性基板１０１の内部応力により変形が大きくなる。
【００６１】
図１５を参照して、実施の形態１と同様にして、パターン層１０２にトレンチエッチングが行なわれる。このトレンチエッチングにより、パターン層１０２には、パターン層１０２と導電性基板１０１との接触面に達する開口部（凹部）１０２ａが形成される。これにより、たとえば凸部と凹部とが交互に配置されたライン・アンド・スペースの微細パターンがパターン層１０２に形成される。このライン・アンド・スペースの微細パターンにおける凸部の線幅ＷＬと凹部の線幅ＷＳとの双方はたとえば２μｍ以上の寸法であり、凹部１０２ａのアスペクト比（深さＤ／幅ＷＳ）はたとえば５以下である。
【００６２】
凸部の線幅ＷＬ、凹部の線幅ＷＳが２μｍ未満では、トレンチエッチングの加工限界により必要な精度を得ることができない。また、凹部１０２ａのアスペクト比が５を超えても、トレンチエッチングの加工限界により必要な精度を得ることができない。
【００６３】
上記の方法により形成される本実施の形態のメッキ用型は、図１５に示すように、たとえばシリコンウエハよりなるパターン層１０２とたとえばニッケル層よりなる導電性基板１０１との積層構造よりなっている。パターン層１０２には、μｍオーダ以下の寸法の微細パターンが形成されている。導電性基板１０１とパターン層１０２との双方は、２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっており、３５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっていることが好ましい。
【００６４】
なお、上記においては、パターン層１０２がシリコンウエハよりなる場合について説明したが、パターン層１０２にはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）板、ジルコニア（ＺｒＯ２）板などが用いられても良い。これらのアルミナ板またはジルコニア板も２５０℃以上の耐熱を有し、また３５０℃以上でも軟化・変形を起こし難い材質である。これらのアルミナ板またはジルコニア板をパターン層１０２として用いた場合も、上記と同じ条件でメッキ用型を形成することが好ましい。
【００６５】
また、上記においては、導電性基板１０１がニッケル層よりなる場合について説明したが、導電性基板１０１もニッケル層に限定されず、２５０℃以上の耐熱を有し、かつ導電性を有する材質であれば良い。
【００６６】
本実施の形態によれば、メッキ用型１１０は２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっているため、高温となる溶融塩電鋳においても軟化・変形を起こすことは防止される。このため、このメッキ用型１１０を用いることにより、タングステンのように融点が高く、かつ機械強度も高い材質よりなる機械構造体を、水（水溶液）を使わない溶融塩電鋳により製造することが可能となる。
【００６７】
（実施の形態３）
図１６〜図２１は、本発明の実施の形態３におけるメッキ用型の製造方法を工程順に示す概略断面図である。図１６を参照して、２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなる導電性基板１０１が準備される。この導電性基板１０１は、たとえば１ｍｍ以上の厚みを有するステンレス鋼（ＳＵＳ）である。この導電性基板１０１は後工程で硝酸に曝されるため、硝酸に侵されない材質であることが必要である。導電性基板１０１の厚みが０．１ｍｍ未満では、取り扱い時にメッキ用型に曲がりなどの損傷が生じることが懸念される。
【００６８】
この導電性基板１０１上にレジスト１０３が、たとえば１μｍ以上１００μｍ以下の厚みで塗布される。レジスト１０３の厚みが１μｍ未満では、絶縁マスクとして必要な絶縁性が得られず、マスク上にメッキ層が成長する可能性がある。また、レジスト１０３の厚みが１００μｍを超えると、次工程のＳＲリソグラフィにおいて必要な解像を得ることができない。
【００６９】
上記のレジスト１０３は、ＳＲリソグラフィによりパターニングされ、それによりレジスト１０３には、レジスト１０３と導電性基板１０１との接触面に達する開口部（凹部）１０３ａが形成される。
【００７０】
次に、開口部１０３ａを埋め込むと共にレジスト１０３の上面を覆うように、ニッケル層１０４が電鋳により形成される。このとき、ニッケル層１０４のレジスト１０３上面上の厚みＴはたとえば５μｍ以上３０μｍ以下とされる。この厚みＴが５μｍ未満では、メッキにより形成されたニッケル層１０４の膜厚分布により、ニッケル層１０４が開口部１０３ａ内をレジスト１０３の上面まで埋め込めない可能性がある。また、この厚みＴが３０μｍを超えると、次工程におけるニッケル層の研磨にかかる時間が長くなる。
【００７１】
図１７を参照して、レジスト１０３の上面が露出するまで、ニッケル層１０４が研磨除去される。これにより、レジスト１０３の開口部１０３ａ内のみ、ニッケル層１０４が残存される。
【００７２】
図１８を参照して、上記のレジスト１０３が、たとえばフッ素ガスによりアッシングで除去される。これにより、微細パターンを有するニッケル層１０４と導電性基板１０１との積層構造よりなる積層体１０５が形成される。
【００７３】
図１９を参照して、２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなる素材１０２が準備される。この素材１０２は、たとえば３５０℃以上の耐熱を有し、かつ１０×１０−６／℃以上２０×１０−６／℃以下の線膨張係数を有するフリットガラスである。
【００７４】
素材１０２の耐熱が２５０℃未満では、高温になる溶融塩中において素材１０２が変形する。また、素材１０２の耐熱を３５０℃以上にすれば、さらに高温の溶融塩中においても素材１０２の変形を防止することができる。
【００７５】
素材１０２の線膨張係数が１０×１０−６／℃未満では、素材１０２の線膨張係数に対する導電性基板１０１を構成するステンレス鋼の線膨張係数が大きくなるため、素材１０２にクラックが生じる。また、素材１０２の線膨張係数が２０×１０−６／℃を超えると、導電性基板１０１を構成するステンレス鋼の線膨張係数に対する素材１０２の線膨張係数が大きくなるため、素材１０２が導電性基板１０１から剥離する。
【００７６】
この素材１０２を加熱した状態で、素材１０２の表面に積層体１０５の微細パターンが押し当てられる。加熱により素材１０２の表面は流動し易い状態となっているため、素材１０２の表面に積層体１０５の微細パターンを押し当てることにより、素材１０２の表面はその微細パターンに沿って変形する。これによって、素材１０２の表面は微細パターンに嵌るように変形する。
【００７７】
図２０を参照して、ニッケル層１０４の上面が露出するまで素材１０２が研磨除去される。これにより、素材１０２は、ニッケル層１０４の開口部１０４ａ内にのみ残存されてパターン層１０２となる。
【００７８】
図２１を参照して、上記のニッケル層１０４が硝酸により溶解除去され、これにより本実施の形態のメッキ用型１１０が製造される。
【００７９】
上記の方法により形成される本実施の形態のメッキ用型１１０は、図２１に示すように、導電性基板１０１とパターン層１０２との積層構造よりなっている。パターン層１０２には、μｍオーダ以下の寸法の微細パターンが形成されている。導電性基板１０１とパターン層１０２との双方は、２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっており、３５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっていることが好ましい。
【００８０】
本実施の形態によれば、メッキ用型１１０は２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっているため、高温となる溶融塩電鋳においても軟化・変形を起こすことは防止される。このため、このメッキ用型１１０を用いることにより、タングステンのように融点が高く、かつ機械強度も高い材質よりなる機械構造体を、水（水溶液）を使わない溶融塩電鋳により製造することが可能となる。
【００８１】
（実施の形態４）
図２２〜図２７は、本発明の実施の形態４におけるメッキ用型の製造方法を工程順に示す概略断面図である。図２２を参照して、金属板１０６が準備される。この金属板１０６上にレジスト１０７が、たとえば１μｍ以上１００μｍ以下の厚みで塗布される。レジスト１０７の厚みが１μｍ未満では、絶縁マスクとして必要な絶縁性が得られず、マスク上にメッキ層が成長する可能性がある。また、レジスト１０７の厚みが１００μｍを超えると、次工程のＳＲリソグラフィにおいて必要な解像を得ることができない。
【００８２】
上記のレジスト１０７は、ＳＲリソグラフィによりパターニングされ、それによりレジスト１０７には、レジスト１０７と金属板１０６との接触面に達する開口部（凹部）１０７ａが形成される。
【００８３】
図２３を参照して、開口部１０７ａを埋め込むと共にレジスト１０７の上面を覆うように、ニッケル層１０８が電鋳により形成される。この後、レジスト１０７がたとえばフッ素ガスによりアッシングで除去され、さらに金属板１０６がニッケル層１０８から取外される。
【００８４】
図２４を参照して、これにより、ニッケル層よりなり、かつ表面に微細パターン（凸部１０８ａおよび凹部）を有する型１０８が形成される。
【００８５】
図２５を参照して、２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなる素材１１０Ａが準備される。この素材１１０Ａは、たとえば３５０℃以上の耐熱を有するフリットガラスである。
【００８６】
素材１１０Ａの耐熱が２５０℃未満では、高温になる溶融塩中において素材１１０Ａが変形する。また、素材１１０Ａの耐熱を３５０℃以上にすれば、さらに高温の溶融塩中においても素材１１０Ａの変形を防止することができる。
【００８７】
この素材１１０Ａを加熱した状態で、素材１１０Ａの表面に型１０８の微細パターンが押し当てられる。加熱により素材１１０Ａの表面は流動し易い状態となっているため、素材１１０Ａの表面に型１０８の微細パターンを押し当てることにより、素材１１０Ａの表面はその微細パターンに沿って変形する。これによって、素材１１０Ａの表面は微細パターンに嵌るように変形する。この後、ニッケル層よりなる型１０８が溶解により除去される。
【００８８】
図２６を参照して、型１０８の除去により、素材１１０Ａの表面の微細パターン（μｍオーダ）が露出する。
【００８９】
図２７を参照して、素材１１０Ａの露出した微細パターン上に、スパッタ法などにより、２５０℃以上の耐熱を有する導電性膜１１０Ｂが形成され、素材１１０Ａの微細パターン表面が導電化される。これにより、素材１１０Ａと導電性膜１１０Ｂとからなる本実施の形態のメッキ用型１１０が製造される。
【００９０】
本実施の形態によれば、メッキ用型１１０は２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっているため、高温となる溶融塩電鋳においても軟化・変形を起こすことは防止される。このため、このメッキ用型１１０を用いることにより、タングステンのように融点が高く、かつ機械強度も高い材質よりなる機械構造体を、水（水溶液）を使わない溶融塩電鋳により製造することが可能となる。
【００９１】
（実施の形態５）
図２８〜図３０は、本発明の実施の形態５における微細金属構造体（たとえば微細加工用型）の製造方法を工程順に示す概略断面図である。図２８を参照して、２５０℃以上の耐熱を有するメッキ用型１１０が準備される。このメッキ用型１１０には、たとえば実施の形態１〜４のいずれかのメッキ用型１１０が用いられる
このメッキ用型１１０を用いてクロム（Ｃｒ）の溶融塩電鋳が行なわれる。この溶融塩電鋳に用いられる溶融塩には、たとえばＬｉＣｌを４５質量％、ＫＣｌを５５質量％の比率で混合した融点が３５２℃のＬｉＣｌ−ＫＣｌ共融混合物（溶融塩）に対し、ＣｒＣｌ２（塩化クロム）を１質量％で添加されたものが用いられる。
【００９２】
上記の溶融塩電鋳は、たとえばメッキ用型の耐熱温度よりも低い温度で、アルゴン（Ａｒ）雰囲気下にて、電流密度を１０Ａ／ｍ２以上１０００Ａ／ｍ２以下（より好ましくは１００Ａ／ｍ２）として、クロムのメッキ厚が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるような条件下で行なわれる。なお、電鋳温度は５００℃以下であることが好ましい。
【００９３】
電鋳温度が５００℃を超えると、熱膨張によりメッキ用型が変形し、必要な精度を保つことができない。また、アルゴン雰囲気としたのは、浴に水が混入すると、電流効率の低下および水蒸気爆発の危険性があるからである。また、電流密度を１０Ａ／ｍ２未満とすると電鋳に要する時間が長くなり、１０００Ａ／ｍ２を超えるとデンドライト状の析出物などが生じて清浄なメッキ皮膜が得られない。また、クロムのメッキ厚が１ｍｍ未満では後工程の鍛造加工に必要な機械強度を得ることができず、１０ｍｍを超えると電鋳に要する時間が長くなる。
【００９４】
上記の溶融塩電鋳により、パターン層１０２の開口部１０２ａを埋込み、かつパターン層１０２の上面を覆うようにクロム層１２０が形成される。なお、パターン層１０２の開口部１０２ａを埋込む部分１２０ａが、クロム層１２０の凸部となる。
【００９５】
図２９を参照して、たとえばシリコンよりなるパターン層１０２が、水酸化カリウム（ＫＯＨ）によって溶解除去される。この後、クロム層１２０を導電性基板１０１から取り外すことにより、図３０に示すように、たとえばクロム層よりなる微細金属構造体１２０が製造される。
【００９６】
上記の方法により形成される本実施の形態の微細金属構造体１２０は、図３０に示すように、μｍオーダ以下の寸法の微細パターン（凸部１２０ａと凹部）を有している。また、微細金属構造体１２０はクロムのような良好な機械強度を有する材質よりなっている。
【００９７】
この微細金属構造体１２０は、機械強度の良好なクロムにより形成されている。このため、微細金属構造体１２０の少なくとも表面のビッカース硬さＨＶは１０００であり、引張り耐力は６１１ＭＰａであり、ヤング率は２．５×１０１１Ｐａであり、線膨張係数は６．２×１０−６／℃である。
【００９８】
本実施の形態によれば、上述したように、微細金属構造体１２０の少なくとも表面が５００以上のビッカース硬さＨＶを有しているため、この微細金属構造体１２０を高い硬度の要求される用途に使用することができる。
【００９９】
また、微細金属構造体１２０は、引張り耐力が５００ＭＰａ以上、ヤング率が２．５×１０１１Ｐａ以上、線膨張係数が６．２×１０−６以下の良好な機械強度を有しているため、このような機械強度が要求される用途に好適である。
【０１００】
（実施の形態６）
実施の形態５においては、クロムの溶融塩電鋳により形成された微細金属構造体１２０について説明したが、微細金属構造体１２０は、タングステン（Ｗ）の溶融塩電鋳で形成されても良い。この場合には、この溶融塩電鋳に用いられる溶融塩には、たとえばＬｉＣｌを４５質量％、ＫＣｌを５５質量％の比率で混合した融点が３５２℃のＬｉＣｌ−ＫＣｌ共融混合物（溶融塩）に対し、ＷＣｌ２を１質量％で添加されたものが用いられる。
【０１０１】
本実施の形態における上記以外の溶融塩電鋳の条件および微細金属構造体１２０の製造方法は、実施の形態５の溶融塩電鋳の条件および製造方法とほぼ同じであるため、その説明は省略する。
【０１０２】
本実施の形態の方法で形成された微細金属構造体１２０の少なくとも表面のビッカース硬さＨＶは１０００であり、引張り耐力は９８０ＭＰａであり、ヤング率は４．０×１０１１Ｐａであり、線膨張係数は４．４×１０−６／℃である。
【０１０３】
本実施の形態によれば、実施の形態４と同様の効果が得られる。
（実施の形態７）
実施の形態５においては、クロムの溶融塩電鋳により形成された微細金属構造体１２０について説明したが、図２９、３０の工程で微細金属構造体１２０を導電性基板１０１から取り外した後に、図３１に示すように微細金属構造体１２０の少なくとも微細パターンが形成された表面が窒化されても良い。この窒化は、たとえばイオン窒化により行なわれる。これにより、微細金属構造体１２０の窒化された部分には、たとえば１μｍの厚みの窒化クロム（ＣｒＮ）層１１１が形成される。
【０１０４】
本実施の形態における上記以外の微細金属構造体１２０の製造方法は、実施の形態５の製造方法とほぼ同じであるため、その説明は省略する。
【０１０５】
本実施の形態の方法で形成された微細金属構造体１２０の窒化クロム層１１１が形成された表面のビッカース硬さＨＶは２０００であり、引張り耐力は６１１ＭＰａであり、ヤング率は２．５×１０１１Ｐａであり、線膨張係数は４．４×１０−６／℃である。
【０１０６】
本実施の形態によれば、窒化クロム層１１１が微細パターン部に形成されているため、この微細金属構造体１２０をガラスを加工するための微細加工用型として用いた場合に、加工後のガラスの離型性を良好とすることができる。
【０１０７】
また本実施の形態によれば、実施の形態５と同様の効果が得られる。
上記の実施の形態５〜７の各微細金属構造体１２０は、たとえば加工用素材（たとえば金属、ガラスなど）をμｍオーダのパターンを有する加工品に加工するための微細加工用型として用いられる。この場合、実施の形態５〜７の各微細金属構造体１２０は、上述の良好な機械強度を有しているため、加工用素材を寸法精度良く加工することが可能となる。特に加工品が金属または合金よりなっている場合には、加工硬化により、メッキ品よりも強度の高い加工品を得ることができる。
【０１０８】
なお、本明細書における「微細金属構造体」および「微細加工用型」の各々は、全体の寸法が数ｍｍ程度で、かつμｍオーダ以下の寸法のパターンを有する金属構造体および加工用型の各々を意味する。また、本明細書における「μｍオーダ」とは、１μｍ以上１ｍｍ未満を意味している。また、本明細書における「加工面」とは、加工時に微細加工用型が加工用素材に接する面を意味する。
【０１０９】
また、本明細書における「２５０℃以上の耐熱を有する材質」とは、図３２を参照して、パターン１０２を２５０℃以上に加熱した場合に、一点鎖線で示す加熱前のパターン１０２の寸法（Ｌ１、Ｈ１）に対する実線で示す加熱後のパターン１０２の寸法（Ｌ２、Ｈ２）の変動が±２％以内に収まる材質を意味する。つまり、本明細書における「２５０℃以上の耐熱を有する材質」とは、０．９８×Ｌ１≦Ｌ２≦１．０２×Ｌ１および０．９８×Ｈ１≦Ｈ２≦１．０２×Ｈ１を満たす材質を意味する。
【０１１０】
また、「３５０℃以上の耐熱を有する材質」も、上記と同様、３５０℃以上に加熱した場合に、加熱前のパターンの寸法に対する加熱後のパターンの寸法の変動が±２％以内に収まる材質を意味する。
【０１１１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の微細パターンを有するメッキ用型は、２５０℃以上の耐熱を有する材質よりなっているため、高温となる溶融塩電鋳においても軟化・変形を起こすことは防止される。このため、このメッキ用型を用いれば、タングステンのように融点が高く、かつ機械強度も高い材質よりなる機械構造体を、水（水溶液）を使わない溶融塩電鋳により高精度に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における微細金属部品の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における微細金属部品の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における微細金属部品の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における微細金属部品の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における微細金属部品の製造方法の第５工程を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における微細金属部品の製造方法の第６工程を示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における微細金属部品の製造方法の第７工程を示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における微細金属部品の製造方法の第８工程を示す概略断面図である。
【図９】溶融塩電鋳を行なう装置の構成を模式的に示す図である。
【図１０】シリコン層上のシード層を通電層として電鋳により金属層を形成する第１工程を示す概略断面図である。
【図１１】シリコン層上のシード層を通電層として電鋳により金属層を形成する第２工程を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２におけるメッキ用型の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２におけるメッキ用型の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２におけるメッキ用型の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２におけるメッキ用型の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態３におけるメッキ用型の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態３におけるメッキ用型の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３におけるメッキ用型の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態３におけるメッキ用型の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態３におけるメッキ用型の製造方法の第５工程を示す概略断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態３におけるメッキ用型の製造方法の第６工程を示す概略断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態４におけるメッキ用型の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態４におけるメッキ用型の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図２４】本発明の実施の形態４におけるメッキ用型の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態４におけるメッキ用型の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。
【図２６】本発明の実施の形態４におけるメッキ用型の製造方法の第５工程を示す概略断面図である。
【図２７】本発明の実施の形態４におけるメッキ用型の製造方法の第６工程を示す概略断面図である。
【図２８】本発明の実施の形態５における微細金属構造体の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図２９】本発明の実施の形態５における微細金属構造体の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図３０】本発明の実施の形態５における微細金属構造体の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図３１】本発明の実施の形態７における微細金属構造体の製造方法を示す概略断面図である。
【図３２】２５０℃以上の耐熱を有する材質を説明するための図である。
【符号の説明】
１　金属板、１ａ　シード層、２　シリコン基板、２ａ　開口部、３　マスク層、４　レジスト、１０　微細金属部品、２０　レチクル、２１　基板、２２　パターン、３１　プラス極、３２　マイナス極、３３　標準電極、３４　熱電対、３５　撹拌棒、３６　ガス導入部、３７ａ　容器、３７ｂ　蓋体、３８　溶融塩、３９　溶解性陽極、４０　基材、１０１　導電性基板、１０１ａ　ニッケル層、１０２，１１０Ａ　素材（パターン層）、１０２ａ，１０３ａ，１０４ａ，１０７ａ　開口部、１０３，１０７　レジスト、１０４　ニッケル層、１０５　積層体、１０６　金属板、１０８　ニッケル層（型）、１１０　メッキ用型、１１０Ｂ　導電性膜、１１１　窒化クロム層、１２０　微細金属構造体、１０８ａ，１２０ａ　凸部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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