(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１の面及び第２の面を有する金型部材の前記第１の面及び前記第２の面を鏡面処理すると共に、前記第１の面及び前記第２の面をそれぞれ所定の平行度及び平面度にする鏡面平坦化ステップと、
前記鏡面平坦化ステップの後に、前記第１の面上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成ステップと、
前記レジスト膜形成ステップの後に、前記レジスト膜を部分的に除去して前記金型部材を露出させる露出ステップと、
前記露出ステップの後に、前記金型部材が露出している領域にめっきを行って、前記第１の面から突出するめっきパターン部を形成するめっきステップと、
前記めっきステップの後に、前記レジスト膜を全て除去する除去ステップと、
前記除去ステップの後に、前記第２の面を基準面として前記めっきパターン部の突出先端部を機械加工し、鏡面処理された先端面を有すると共に所定の高さを有する凸部と鏡面処理された底面を有する凹部とを備えた成形金型を作製する機械加工ステップと、
を含むことを特徴とする成形金型の製造方法。
【請求項２】
前記露出ステップと前記めっきステップとの間に、前記金型部材が露出している領域を粗面化する粗面化ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の成形金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、スラスト軸受の一部を構成するヘリングボーン溝等の微細パターンを有する金型の入れ子を製造する成形金型の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、幅・深さ・ピッチがミクロンオーダーのパターンを有する樹脂や金属の成形品を成形する際に用いられる金型では、この金型を構成する１部品である入れ子と呼ばれる部品にそのパターンを付与する。そして、このパターンが付与された入れ子を取り付けた金型を用いて所望の成形品を、例えば、大量に作製するものである。
【０００３】
ところで、成形品を大量に作製するに際しては、製造工程中に何等かの原因によりパターン形状が破壊したり摩耗したりする場合があり、その場合には、この入れ子を交換することにより対応している。そして、パターンの形成は、その微細さゆえに機械加工よりはフォトリソグラフィ（電子線描画装置）技術を応用した方法が使われることが多い。
【０００４】
例えば、その一例として、特開平８−２３８３６１号公報や特開平９−３１１４６０公報記載の技術を挙げることが出来る。以下、この特開平８−２３８３６１号公報における入れ子の製造方法について、図３を参照して説明する。なお、この特開平８−２３８３６１号公報記載の技術は、例えば、光ピックアップヘッド等に用いられるグレーティングなどの微細な構造を持つ金型の製造方法に関するものである。
【０００５】
すなわち、まず、基板１上に塗布されたポリマ２上にシリコン含有レジスト３を塗布する（図３（ａ））。しかる後、このレジスト３を、例えば、レーザビーム、電子ビーム等の露光光４により露光現像（図３（ｂ））し、パターニングする（図３（ｃ））。このレジストパターンをマスクとして、ポリマ２を酸素ガスの反応性イオンエッチング（酸素プラズマ５）によりエッチングし（図３（ｄ））、その後レジスト３を剥離し、マスクパターン７を作製する（図３（ｅ））。しかる後、このマスクパターン７上にニッケルなどの金属を真空蒸着し、この蒸着膜を核としてニッケルなどの金属をメッキしたメッキ層６を形成する（図３（ｆ））。次に、このメッキ層６をマスクパターン７より剥離して金型（入れ子）８を作製する（図３（ｇ））。
【０００６】
ここでポリマ２としては、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミドなど塗布性に優れ、酸素ガスの反応性イオンエッチングによりエッチングできるポリマであれば良い。また、基板１上に塗布されたポリマ２の代わりに、アクリル板などの適当な厚みのポリマ基板を使っても良い。また、図３（ｂ）のレジストの露光過程は、フォトマスクとアライナを用いて一括露光しても良いし、電子線描画装置を用いて行っても良いし、レーザビーム直接描画装置を用いて行っても良い。
【０００７】
シリコン含有レジスト３は、酸素ガスに対して極めて高いエッチング耐性を有するので、１μｍ程度の薄いレジスト膜を用いても、深さ数十μｍのパターンをエッチングすることができる。そのため、厚膜レジストを露光現像して作製した場合に比べ、壁面のダレが小さく、深さの深い矩形パターンを作製することができる。
【０００８】
レーザビーム直接描画リソグラフィのように（平行光でない）ビームを用いて露光過程を行う場合、露光ビーム４はレジスト３面上にレンズにより集光されるため、レジスト３の上面と下面では露光ビーム４のビーム径は異なる。１μｍ程度の薄いレジスト膜を用いた場合、このビーム径の差はあまり問題にはならないが、数μｍ以上の厚膜レジストを露光する場合、このビーム径の差は壁面のダレの要因となる。そのため、厚膜レジストを用いる必要がないことによる効果は、レーザビーム直接描画リソグラフィのようにビームを用いて露光過程を行う場合特に重要になる。
【０００９】
レーザビーム直接描画リソグラフィは、コンピュータ上でデータを入力することにより作製したい金型のマスクパターンの露光が行えるので、パターンの異なるマスクパターンを作製する場合などいちいち高価なマスクを発注する必要がなく、自在性、経済性に優れた方法である。また、電子線露光と比べても、露光装置が安価である、大気中で露光が行える（真空にする必要がない）、帯電防止層が必要ない、などの利点もある。
【００１０】
しかしながら、この特開平８−２３８３６１号公報記載の技術によれば、形状、寸法精度、平滑性などにおいて良好な金型が得られるものであるが、転写の際にパターンの欠けや抜けが起き易いという欠点があった。
【００１１】
そこで、かかる欠点を解消するために特開平９−３１１４６０公報記載の技術が提案された。以下に、その技術について図４を用いて説明する。なお、この特開平９−３１１４６０公報記載の技術は、例えば、微細で複雑な形状であるプリンタヘッド等のレジストパターン及び成形金型の製造方法に関するものである。
【００１２】
まず、シリコンウェハ上に、後述の反応性イオンエッチングに対するエッチングレートが小さい金属膜（例えば、ニッケル膜）を形成した基板１を用意し、この基板１上にレジスト層２を形成し、さらにその表面にパターン状にエッチンマスク３を形成する（図４ａ）。次に、レジスト層２に反応性イオンエッチングを施して、レジストパターン２ａを得る（図４ｂ、ｃ）。このとき、反応ガスには酸素にフッ素を添加した混合ガスを用いる。反応ガスにフッ素を添加することで、非矩形のパターン断面形状（側壁が傾斜したテーパ形状）を有するレジストパターン層２ａが得られる。
【００１３】
なお、レジストパターン層２ａ上のエッチングマスク３は除去してもよい。以上の工程により、例えば、インクジェットプリンタのプリンタヘッドを構成するインク流路の形状を有するレジストパターン２ａが得られる。次に、このレジストパターン層２ａが形成された基板１からプリンタヘッドの成形金型を製造する工程を以下に説明する。
【００１４】
まず、非矩形のパターン断面形状を有するレジストパターン層２ａが形成された基板１上に、メッキ法によりメッキ膜を成長させて、前記レジストパターン層２ａの反転パターンを有するメッキ層４を形成する（図４ｄ）。次に、このメッキ層４からレジストパターン層２ａと基板１をウエットエッチング等により除去することで、レジストパターン層２ａの反転パターンを有するメッキ層４からなる成形金型（入れ子）４ａが得られる（図４ｅ）。
【００１５】
しかしながら、この特開平９−３１１４６０公報記載の技術によれば、微細なテーパ状のパターン断面形状を有する成形金型（入れ子）４ａを得ることができるものではあるが、反転パターンを有するメッキ層４を形成するに際し、前記した特開平８−２３８３６１号公報と同様、かなりの厚さのメッキ膜を成長させるという方法を採らざるを得ないため、成形金型を得るのに時間を要する欠点や、特に、成形品として精度を必要とする場合には、残留応力が残らないような工夫も施さなければならないという欠点があった。
【００１６】
また、メッキ後に金型部材や入れ子の形に加工するにも工数が掛かる欠点がある。更に、前記した従来の方法では、レジスト面が金型の谷底面となるので鏡面が得にくいという欠点もあった。従って、かかる従来の成形金型の製造方法によれば、本発明が適用される精密電気機器等の高精度の光学部品にあって必要とされる、パターンの山・谷底面ともに鏡面としたいという要請に対して応えることは出来ないものであった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、前記した従来の方法によれば、そのまま微細パターンを有する成形金型の入れ子として使用するには、転写型を取る際にメッキをかなり厚く着ける必要があり実用的でなく、また、精密電気機器等に用いられる光学部品は、かなりの高精度が必要とされるため、メッキ後の加工工程も金型の入れ子の精度を出すためにはかなりの工数を必要とするので、これまた実用的でない。更に、転写の際にパターンの抜けや欠けが起き易いという問題点もある。
【００１８】
本発明は、かかる点に鑑みなされたものであり、微細パターンを有する金型の入れ子を作製する際に、パターンの抜け・欠けがなく、また、メッキ後の加工が極力簡単になるとともに、精度の良い金型の入れ子を作製できるようにした成形金型の製造方法を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は次の成形金型の製造方法を提供する。
１）互いに対向する第１の面及び第２の面を有する金型部材の前記第１の面及び前記第２の面を鏡面処理すると共に、前記第１の面及び前記第２の面をそれぞれ所定の平行度及び平面度にする鏡面平坦化ステップと、前記鏡面平坦化ステップの後に、前記第１の面上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成ステップと、前記レジスト膜形成ステップの後に、前記レジスト膜を部分的に除去して前記金型部材を露出させる露出ステップと、前記露出ステップの後に、前記金型部材が露出している領域にめっきを行って、前記第１の面から突出するめっきパターン部を形成するめっきステップと、前記めっきステップの後に、前記レジスト膜を全て除去する除去ステップと、前記除去ステップの後に、前記第２の面を基準面として前記めっきパターン部の突出先端部を機械加工し、鏡面処理された先端面を有すると共に所定の高さを有する凸部と鏡面処理された底面を有する凹部とを備えた成形金型を作製する機械加工ステップと、を含むことを特徴とする成形金型の製造方法。
２）前記露出ステップと前記めっきステップとの間に、前記金型部材が露出している領域を粗面化する粗面化ステップをさらに含むことを特徴とする１）記載の成形金型の製造方法。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施例を添付図面に基づいて説明する。なお、以下に述べる実施例は本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００２２】
図１は、本実施例に係る成形金型の製造方法の工程図、図２は、同、成形金型の製造方法の他の工程図である。
【００２３】
ここで、本実施例になる成形金型の製造方法を説明するに際し、この成形金型を用いて作製される作製対象である流体スラスト軸受について、概略説明する。
【００２４】
流体スラスト軸受けは、円盤形状のフランジに動圧発生用の溝（ヘリングボーン）を施したものである。実際の仕様としてスラストプレートは、モータの主軸に組み込み、支持プレートとスラストプレートとの隙間に流体を満たし、軸が回転することで流体に発生する圧力を利用して軸が浮上する軸受である。このため、スラストプレートには、平面度、表面粗さ、溝深さなどを高精度に仕上げることが必要とされている。以下、図１を参照して本実施例について説明する。
【００２５】
（実施例１）
まず、高速度工具鋼（ＳＫＨ）などよりなる金型部材１０を、前記した理由により、その表面１０ａ、１０ｂを高精度（例えば、平行度、平面度をそれぞれ１μｍ以下）に鏡面仕上げしておき（図１（ａ））、この金型部材１０の上面１０ａに、レジストもしくはレジストシート１１を塗布、もしくは貼り付ける（図１（ｂ））。例えば、塗布されるレジスト１１等の厚さは、パターンの深さとほぼ同じ厚さにすることが望ましい。例えば、パターン溝が１５μｍ程度であれば、研磨仕上げ代１０μｍを考慮して２５μｍのように、着けたいメッキの厚さと同じレジスト厚を選定する。しかる後、金型部材１０の外周などを基準として位置出しを行なった後、例えば、電子ビームによりパターンを露光・現像し、レジスト１１にパターニングして、所定のレジストパターン１２ａ〜１２ｎを得る（図１（ｃ））。
【００２６】
しかる後、図示しないメッキ槽でメッキすることにより、前記したパターニングされることにより得られた所定のレジストパターン１２ａ〜１２ｎ間（レジストの抜けている部分）に、所定の厚みのメッキ１３ａ〜１３ｄ（後述する予備マスクパターンとなる）が施された複合基板１４が得られる（図１（ｄ））。メッキは硬質Ｃｒ等で行ない、樹脂成形用金型であればＮｉ等を使用する。
【００２７】
メッキ工程終了後、前記した複合基板１４の内のレジストパターン１２ａ〜１２ｎのみを、例えば、剥離剤やアッシング等により剥離（除去）して、所定の厚みＬを有する予備マスクパターン１３ａ〜１３ｄを有する金型１５を得る（図１（ｅ））。次に、この金型１５の一部を構成する金型部材１０の裏面１０ｂを基準として、所定の厚みＬを有するメッキ部先端１３ａ1〜１３ｄ1部分を機械加工（研磨等）することにより、所定の高さ（溝深さ）Ｈを有する最終パターン１６ａ〜１６ｄが精度よく仕上げられた所望の成形金型（入れ子）２０を得ることができる（図１（ｆ））。この際、所望の最終パターン１６ａ〜１６ｄを得るための加工基準を、前記した如く、高精度に仕上げられた金型部材１０の裏面１０ｂにおいているので、最終的な仕上げは容易に行なうことができるものである。
【００２８】
このように、転写を行わずに成形金型（入れ子）を得ることができるので、パターンの抜け・欠けの無い微細パターンの成形金型を確実に作製することが出来る。また、メッキ後の加工基準面が予め形成してあるので、山先端の平面度と基準面との平行度が得やすく、パターンの山・谷面ともに鏡面が得られるものである。
【００２９】
また、前記した如く、金型部材１０の裏面１０ｂの平行度、平面度は、それぞれ１μｍ以下の高精度に仕上げているので、機械加工後の最終パターン１６ａ〜１６ｄの上面部１６ａ1〜１６ｄ1は、所望の平面度（例えば、１μｍ以下）が容易に得られるものである。従って、この最終パターン１６ａ〜１６ｄを所定の溝形状としておくことにより、この成形金型（入れ子）２０を用いて、被加工物に、例えば、プレス成形すれば、所定の精度の動圧発生用の溝（ヘリングボーン）が得られるものである。
【００３０】
（実施例２）
次に、金型部材１０の上面１０ａ上のレジストパターン１２ａ〜１２ｎ間（レジストの抜けている部分）にメッキされる前記したメッキ部１３ａ〜１３ｄの金型部材１０との密着性を上げた例につき、図２を参照して説明する。なお、前記した部分と同一部分は同一符号を用い、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
まず、前記した実施例１と同様、高速度工具鋼（ＳＫＨ）などよりなる金型部材１０を、前記した理由により、その表面１０ａ、１０ｂを高精度（例えば、平行度、平面度をそれぞれ１μｍ以下）に鏡面仕上げしておき（図１（ａ））、この金型部材１０の上面１０ａに、レジストもしくはレジストシート１１を塗布、もしくは貼り付ける（図１（ｂ））。この場合も、例えば、塗布されるレジスト１１等の厚さは、パターンの深さとほぼ同じ厚さにすることが望ましい。例えば、パターン溝が１５μｍ程度であれば、研磨仕上げ代１０μｍを考慮して２５μｍのように、着けたいメッキの厚さと同じレジスト厚を選定する。
【００３２】
しかる後、金型部材１０の外周などを基準として位置出しを行なった後、例えば、電子ビームによりパターンを露光・現像し、レジスト１１にパターニングして、所定のレジストパターン１２ａ〜１２ｎを得ると共に、このレジストパターン１２ａ〜１２ｎ間の金型部材１０の上面１０ａ部分を、ドライもしくはウェットエッチングや、マイクロブラスト加工などにより加工して、粗面１０ｃを形成する（図１（ｃ））。
【００３３】
しかる後、図示しないメッキ槽でメッキすることにより、前記したパターニングされることにより得られた所定のレジストパターン１２ａ〜１２ｎ間（レジストの抜けている部分）の粗面１０ｃ上に、密着性が向上した所定の厚みのメッキ１３ａ〜１３ｄ（後述する予備マスクパターンとなる）が施された複合基板１７が得られる（図１（ｄ））。メッキは硬質Ｃｒ等で行ない、樹脂成形用金型であればＮｉ等を使用する。
【００３４】
メッキ工程終了後、前記した複合基板１７の内のレジストパターン１２ａ〜１２ｎのみを、例えば、剥離剤やアッシング等により剥離（除去）して、所定の厚みＬを有する予備マスクパターン１３ａ〜１３ｄを有する金型１８を得る（図１（ｅ））。次に、この金型１８の一部を構成する金型部材１０の裏面１０ｂを基準として、所定の厚みＬを有するメッキ部先端１３ａ1〜１３ｄ1部分を機械加工（研磨等）することにより、所定の高さ（溝深さ）Ｈを有する最終パターン１９ａ〜１９ｄが精度よく仕上げられた所望の成形金型（入れ子）３０を得ることができる（図１（ｆ））。この際、所望の最終パターン１９ａ〜１９ｄを得るための加工基準を、前記した如く、高精度に仕上げられた金型部材１０の裏面１０ｂにおいているので、最終的な仕上げは容易に行なうことができるものである。
【００３５】
このように、転写を行わずに成形金型（入れ子）を得ることができるので、パターンの抜け・欠けの無い微細パターンの成形金型を確実に作製することが出来る。また、メッキ後の加工基準面が予め形成してあるので、山先端の平面度と基準面との平行度が得やすく、パターンの山・谷面ともに鏡面が得られるものである。
【００３６】
また、前記した如く、金型部材１０の裏面１０ｂの平行度、平面度は、それぞれ１μｍ以下の高精度に仕上げているので、機械加工後の最終パターン１９ａ〜１９ｄの上面部１９ａ1〜１９ｄ1は、所望の平面度（例えば、１μｍ以下）が容易に得られるものである。従って、この最終パターン１９ａ〜１９ｄを所定の溝形状としておくことにより、この成形金型（入れ子）３０を用いて、被加工物に、例えば、プレス成形すれば、所定の精度の動圧発生用の溝（ヘリングボーン）が得られるものである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、所定の高さＨを有する最終パターン１６ａ〜１６ｄを形成する、すなわち、転写を行わずに成形金型（入れ子）を得ることができるので、パターンの抜け・欠けの無い微細パターンの成形金型を確実に作製することが出来る。また、メッキ後の加工基準面が予め形成してあるので、山先端の平面度と基準面との平行度が得やすく、パターンの山・谷面ともに鏡面が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成形金型の製造方法の一実施例を説明するための工程図である。
【図２】本発明に係る成形金型の製造方法の他の実施例を説明するための工程図である。
【図３】従来の成形金型の製造方法を説明するための工程図である。
【図４】従来の成形金型の製造方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１０    基板
１０ａ、１０ｂ    基板表面
１１    レジスト
１２ａ〜１２ｎ  レジストパターン
１３ａ〜１３ｄ  メッキ部
１４、１７    複合基板
１５、１８    金型
１６ａ〜１６ｄ  最終パターン
１９ａ〜１９ｄ  最終パターン
２０、３０      成形金型（入れ子）
【図１】
0004465887.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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