(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細パターン成形用金型の製作方法において、
絶縁性の無機材料で作ったパターン部材に、成形対象品の微細パターンと同形の貫通パターンを貫通状に形成する第１工程と、
絶縁材料からなる絶縁部材の表面に前記パターン部材の載置される面に形成された貫通パターンの開放部分以外の部分を覆うマスキングを施した状態で蒸着又はスパッタリングを施すことにより、前記絶縁部材の表面に導電膜を形成する第２工程と、
前記絶縁部材の表面に前記パターン部材を載置して密着状に固定する第３工程と、
前記パターン部材と絶縁部材にメッキ処理を施し耐蝕性金属からなる電鋳金型を製作する第４工程と、
前記電鋳金型からパターン部材と絶縁部材を分離し微細パターン成形用金型とする第５工程と、  を備えたことを特徴とする微細パターン成形用金型の製作方法。
【請求項２】
前記第１工程において、ガラス製のパターン部材を用い、前記貫通パターンをディープ・イオン・エッチングにより形成することを特徴とする請求項１に記載の微細パターン成形用金型の製作方法。
【請求項３】
前記第２工程において、シリコン製の絶縁部材を採用し、第４工程において耐蝕性金属であるニッケルからなる電鋳金型を製作することを特徴とする請求項２に記載の微細パターン成形用金型の製作方法。
【請求項４】
前記第２工程において、パターン部材を前記絶縁部材に陽極接合により固定することを特徴とする請求項３に記載の微細パターン成形用金型の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細パターン成形用金型の製作方法に関し、特にアスペクト比の大きな深い孔や溝の微細パターンを有する成形品を成形する為の精密金型の製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオ関連機器、医療機器、光学機器などの分野において、精度の高い微細パターン付き成形品を成形加工する要望が増え、それに伴って微細パターン成形用の種々の構造の精密金型が製作され、使用されている。
例えば、孔径が１０〜５０μｍ程度でアスペクト比が大きな複数の微細な孔を有する微細パターンや、幅が１０〜５０μｍでアスペクト比が大きな複数の微細な溝を有する微細パターンを有する精密成形品が種々の用途に採用されている。
液体や気体を吐出するノズル部材や、液体や気体の分離用のフィルター部材を製造するに際して、その孔の形成方法はフォトリソ技術を用いてフォトレジストに所望の微細パターンを形成し、それを電鋳転写して成形用の精密金型を製造し、その精密金型を用いて射出成形する技術がある。フォトリソ技術を用いた成形用精密金型の製作方法に関しては、特許文献１に開示された方法がある。
【０００３】
特許文献１に記載された成形用金型の製作方法においては、シリコンパターン部材上に塗布したフォトレジストに、フォトマスクを介して微細パターンを紫外線で露光することによりマスクパターンを形成し、微細パターン化されたフォトレジストを介してイオン・エッチングであるＲＩＥによりエッチング処理して、シリコンパターン部材に微細パターンを形成し、その後フォトレジストを除去し、シリコンパターン部材の微細パターンの表面にＩＴＯ膜を導電層として形成した後、ニッケル電鋳処理によりメッキ層を成長させて微細パターン成形用の精密金型を製造する。
【特許文献１】特開平２−１７０９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、アスペクト比が大きな複数の孔や複数の溝を有する微細パターン成形用金型を製作する場合に、特許文献１に記載された方法では、微細パターンの表面全体に導電層を形成してニッケル電鋳処理を行うので、微細パターンの凹部の底面からのメッキ層の形成よりも、微細パターンの突部の頂面側に形成されるメッキ層の方が成長速度が速くなる。そのため、パターンの突部の頂面側に形成されたメッキ層により微細パターンの凹部の入り口側が閉塞されてしまい、その凹部の内部は空洞となり易いため、金型の隅々までメッキ層が均質に形成された強度に優れる精密金型を製作することが非常に難しい。
【０００５】
しかも、シリコンのパターン部材をエッチング処理することで、シリコンのパターン部材に凹凸のある微細パターンを形成するため凹部の深さに誤差が発生しやすく、金型の製作精度を高めるのが困難である。さらに、前記特許文献１の精密金型の製作方法は、工程数が多いため、製作コスト的に不利であり、金型の製作コストを低減するのが難しい。
【０００６】
本発明の目的は、アスペクト比の大きな複数の孔や複数の溝を有する微細パターン成形用の精密金型の製作方法を提供すること、簡単に実施可能でコスト的に有利な微細パターン成形用の精密金型の製作方法を提供すること、精度の高い微細パターン成形用金型を製作できる方法を提供すること、等である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
請求項１の微細パターン成形用金型の製作方法は、絶縁性の無機材料で作ったパターン部材に、成形対象品の微細パターンと同形の貫通パターンを貫通状に形成する第１工程と、絶縁材料からなる絶縁部材の表面に前記パターン部材の載置される面に形成された貫通パターンの開放部分以外の部分を覆うマスキングを施した状態で蒸着又はスパッタリングを施すことにより、前記絶縁部材の表面に導電膜を形成する第２工程と、前記絶縁部材の表面に前記パターン部材を載置して密着状に固定する第３工程と、前記パターン部材と絶縁部材にメッキ処理を施し耐蝕性金属からなる電鋳金型を製作する第４工程と、前記電鋳金型からパターン部材と絶縁部材を分離し微細パターン成形用金型とする第５工程とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
絶縁性の無機材料で作ったパターン部材に、成形対象品の微細パターンと同形の貫通パターンを貫通状に形成し、絶縁材料からなる絶縁部材の表面にパターン部材の載置される面に形成された貫通パターンの開放部分以外の部分を覆うマスキングを施した状態で蒸着又はスパッタリングを施すことにより、絶縁部材の表面に導電膜を形成し、絶縁部材の表面に前記パターン部材を載置して密着状に固定するので、パターン部材の貫通パターンの底面のみに導電膜を有することとなる。パターン部材と絶縁部材にメッキ処理（電鋳処理）を施す際には、貫通パターンの底面に金属メッキ膜からなるメッキ層が形成され、メッキ処理が進むにつれてそのメッキ層が成長し、貫通孔パターンの底面から積み上げられる。その結果、パターン部材と絶縁部材の表面全体をメッキ層により被膜した電鋳金型が形成されるので、貫通パターンの孔や溝の内部には空洞が生じることなく電鋳金型を均質に形成することができる。
【００１４】
請求項２の微細パターン成形用金型の製作方法は、請求項１の発明において、前記第１工程においてガラス製のパターン部材を用い、前記貫通パターンをディープ・イオン・エッチングにより形成することを特徴とする。
【００１５】
請求項３の微細パターン成形用金型の製作方法は、請求項２の発明において、前記第２工程においてシリコン製の絶縁部材を採用し、第４工程において耐蝕性金属であるニッケルからなる電鋳金型を製作することを特徴とする。
請求項４の微細パターン成形用金型の製作方法は、請求項３の発明において、前記第２工程においてパターン部材を前記絶縁部材に陽極接合により固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
請求項１の発明によれば、絶縁性の無機材料で作ったパターン部材に、成形対象品の微細パターンと同形の貫通パターンを貫通状に形成し、絶縁材料からなる絶縁部材の表面にパターン部材の載置される面に形成された貫通パターンの開放部分以外の部分を覆うマスキングを施した状態で蒸着又はスパッタリングを施すことにより、絶縁部材の表面に導電膜を形成し、絶縁部材の表面にパターン部材を載置して密着状に固定するので、絶縁部材にパターン部材を接着剤を用いることなく、例えば、陽極接合等により固着することができるし、前記導電膜の膜厚も管理できるから、微細パターン成形用金型を精度よく製作することが可能となる。
【００２１】
そして、パターン部材と絶縁部材にメッキ処理（電鋳処理）を施す際には、最初の段階では貫通パターンの底面に金属メッキ膜からなるメッキ層が形成され、その後時間の経過と共にそのメッキ層が成長して貫通パターンの底面から貫通パターンの孔や溝を埋めながら積み上げられる。その結果、パターン部材と絶縁部材の表面全体を電鋳処理のメッキ層により被膜して電鋳金型となるので、貫通パターンの内部には空洞が生じることなく、形状精度と空洞によって、その金型を使用時に発生する金型の破損や耐久性の不足の問題がない強度に優れる電鋳金型が形成され、その電鋳金型から絶縁部材を分離すれば微細パターン成形用金型が得られる。しかも、貫通パターンの底部だけに導電膜を形成しておいて電鋳を行うので、貫通パターンの孔や溝の奥から順にメッキ層が積層的に形成されるため、アスペクト比の大きな孔や溝を成形するのに適した金型も確実に精度よく形成することができる。また、絶縁部材にパターン部材を固定後に貫通パターンを通して導電層を形成する必要がないので、簡単に実施可能でコスト的にも有利である。
【００２２】
請求項２の発明によれば、ガラス製のパターン部材を用い、貫通孔パターンをディープ・イオン・エッチングにより形成するので、パターン部材に対するエッチング処理を垂直に深く精度よく高速に行うことができる。
【００２３】
請求項３の発明によれば、シリコン製の絶縁部材を採用し、耐蝕性金属であるニッケルからなる電鋳金型を製作するので、シリコン製の絶縁部材の上にガラス製のパターン部材を載置した後、高温となるよう加熱し高電圧を与えることにより、シリコンとガラスの間に生じる陽極接合によりこれらを接合することができる。その場合、絶縁部材とパターン部材の間には、接着剤等中間層を形成しないので、成形対象品において孔や溝の深さの精度が要求される場合には効果的である。
【００２４】
請求項４の発明によれば、パターン部材を絶縁部材に陽極接合により固定するため、精度の高い微細パターン成形用金型を製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の微細パターン成形用金型の製作方法は、絶縁性の無機材料で作ったパターン部材に、成形対象品の微細パターンと同形の貫通パターンを貫通状に形成する第１工程と、絶縁材料からなる絶縁部材の表面に前記パターン部材の載置される面に形成された貫通パターンの開放部分以外の部分を覆うマスキングを施した状態で蒸着又はスパッタリングを施すことにより、前記絶縁部材の表面に導電膜を形成する第２工程と、前記絶縁部材の表面に前記パターン部材を載置して密着状に固定する第３工程と、前記パターン部材と絶縁部材にメッキ処理を施し耐蝕性金属からなる電鋳金型を製作する第４工程と、前記電鋳金型からパターン部材と絶縁部材を分離し微細パターン成形用金型とする第５工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【実施例】
【００３４】
次に、実施例の微細パターン成形用金型の製作方法について説明する。
図１〜図４に示すように、ラッピングにより鏡面状に研磨した硼珪酸ガラス（ガラス）製のパターン部材１Ｂに、アスペクト比の大きな複数の貫通孔３の集合である貫通パターン３Ｂを形成する。厚さ数μｍ〜数ｍｍの範囲の所定厚さ（本実施例の場合、例えば、１ｍｍ）の硼珪酸ガラス製のパターン部材１Ｂの表面の全面にフォトレジストを塗布して乾燥させた後、フォトマスクのパターンを用いて、紫外線によりフォトレジストを露光して、パターン部材１Ｂの表面にフォトレジストによるパターンを形成する。次に、成形対象品の微細パターンと同形の貫通パターン３Ｂをディープ・イオン・エッチングであるＤｅｅｐ−ＲＩＥにより形成する。この場合、フォトレジストによるパターンを形成したパターン部材１ＢをＤｅｅｐ−ＲＩＥ用のチャンバー内に導入し、このチャンバー内にＳＦ６ガスとＣ４Ｆ８ガスを交互に供給する。ＳＦ６は、パターン部材１Ｂをエッチングする役割を、Ｃ４Ｆ８はエッチングにより形成される孔の壁面にポリマーの保護膜を形成する役割を夫々果たし、エッチングと保護膜形成プロセスを交互に行うことにより貫通パターン３Ｂを形成し、パターン形成終了後フォトレジストを除去する。尚、本実施例の場合の微細パターン３Ｂは、多数の小径の円形貫通孔３をマトリックス状に配置したパターンであるが、微細パターンとしては、複数の種々の形状の孔を配置したパターン、複数の溝を配置したパターン、複数の孔と溝とを混在的に配置したパターンなどの微細パターン、など種々の微細パターンでもよい。硼珪酸ガラスのＤｅｅｐ−ＲＩＥ加工では、ガラスに含まれるＡｌ，Ｎａなどの反応生成物が不揮発性なため、それがパターン側壁に堆積し、エッチングする幅が広いとエッチングした側面が垂直にならない。このことを利用してテーパーが必要なパターンを形成する例について説明する。
貫通パターン３Ｂの断面にテーパーが生じた場合、開放部分が小さい方以外の部分を覆うマスキング部材１３を絶縁部材４Ｂの表面に施した後、絶縁部材４Ｂの表面に貫通パターン３Ｂと同パターンのニッケルや金等からなる導電膜１４を公知の気相化学蒸着又はイオンスパッタリングにより形成する。
【００３５】
次に、このパターン部材１Ｂの開放部分が小さい方の面をシリコン製の絶縁部材４Ｂの貫通孔３の底面６に貫通パターン３Ｂと同パターンの導電膜１４が位置するように、パターン部材１Ｂを絶縁部材４Ｂの表面に載置し、両者を陽極接合により密着状に固定する。
【００３６】
この陽極接合の際、パターン部材１Ｂと絶縁部材４Ｂを３００〜４００℃に加熱して５００Ｖ〜１ｋＶの電圧を印加することによって、パターン部材１Ｂの底面と絶縁部材４Ｂの表面とを陽極接合させ、パターン部材１Ｂを絶縁部材４Ｂに密着状に固定する。陽極接合するパターン部材１Ｂと絶縁部材４Ｂとの接合は、お互いの材質がシリコン同士であれば、汎用的に利用される手段である。
【００３７】
このようにして母型７Ｂを形成後、図５、図６に示すように、この母型７Ｂを用いて電鋳メッキ処理により電鋳金型１１Ｂを製作し、その電鋳金型１１Ｂを母型７Ｂから分離することで、微細パターン成形用金型１２Ｂが得られる。この場合、ニッケルイオンを含んだ電解メッキ液を満たした電鋳用のメッキ槽内に母型７Ｂを導入して、電鋳処理を施す。この場合、メッキが不要な部分には、メッキがされないように絶縁部材４Ｂの裏面他は、マスキング部材によりマスキングする。母型７Ｂを陰極として電流を流し、母型７Ｂにニッケルを電気化学的に析出させることにより形成されるメッキ層を成長させて、その電鋳金型１１Ｂのメッキ層の厚さが所定の厚さになった時点で電鋳処理を終了する。電鋳金型１１Ｂの厚さは数１０μｍ〜数ｍｍであり、成形対象品の孔や溝の深さや射出成形時における耐久性などを考慮して電鋳金型１１Ｂの厚さを決定する。電鋳金型１１Ｂにより被覆された母型７Ｂを取り出し、電鋳金型１１Ｂを母型７Ｂから剥離させ、微細パターン成形用金型１２Ｂとする。
【００３８】
以上のように、陽極接合によりパターン部材１Ｂと絶縁部材４Ｂを接着剤を用いることなく陽極接合により固定することができる。また、導電膜１４は、接着剤の膜厚に比べて薄く形成することができ、更に、膜厚も管理することができる。よって、微細パターン成形用金型１２Ｂにおける貫通孔３Ｂを成形する型部分の高さ精度も高くなる。
【００３９】
次に、前記実施例を部分的に変更した変更例について説明する。
１）実施例において、ＳＦ６ガスとＣ４Ｆ８ガスを供給して行うＤｅｅｐ−ＲＩＥにより、貫通パターン３Ａ，３Ｂの貫通孔３を形成したが、ハロゲン元素又はハロゲン元素を含む反応ガスを用いるＲＩＥにより行ってもよいし、フェムト秒レーザなどを用いたレーザ加工により行ってもよい。
【００４０】
【００４１】
【００４２】
２）実施例において、パターン部材には硼珪酸ガラス板を用いたが、例えば、シリコン、水晶、石英、セラミックス、その他の種々絶縁性の無機材料からなるパターン部材を採用可能である。また、絶縁部材としては、シリコン以外に、水晶、石英、セラミックス、その他の種々絶縁性の無機材料からなる絶縁部材を採用することができる。
【００４３】
３）その他、本発明は前記実施例のものに限定されるものではなく、当業者であれば、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更された種々の形態を包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、アスペクト比の大きな孔や溝を有する微細パターン成形用の金型の製作方法に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例の絶縁部材とパターン部材の断面図である。
【図２】絶縁部材とパターン部材の表面にマスキングを施したものの断面図である。
【図３】導電膜を形成した状態の母型の断面図である。
【図４】マスキングを除去した状態の母型の断面図である。
【図５】母型と電鋳金型の断面図である。
【図６】微細パターン金型の断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１Ｂ      硼珪酸ガラス製パターン部材
３Ｂ      貫通パターン
４Ｂ      絶縁部材
１１Ｂ      電鋳金型
１２Ｂ      微細パターン成形用金型
１３      マスキング部材
１４      導電膜
【図１】
0004432632.tif 000002
【図２】
0004432632.tif 000003
【図３】
0004432632.tif 000004
【図４】
0004432632.tif 000005
【図５】
0004432632.tif 000006
【図６】
0004432632.tif 000007