(57)【要約】【課題】  表面に凹凸を有する基板上に精度良く、かつ、開口部に残渣を残すことなくフォトレジストを用いた電鋳型を形成し、基板表面の凹凸を忠実に転写することができる電鋳部品の製造方法を提供すること。【解決手段】  表面に凹凸を有する導電性を有する基板１の表面に、感光波長における吸収係数が大きな第１のフォトレジスト層２を形成し、さらにその上に、吸収係数が小さな第２のフォトレジスト層３を形成し、露光、現像することにより、精度が良く、かつ、開口部に残渣がない電鋳型６を作ることができるので、基板表面形状を忠実に転写した電鋳部品８を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹凸を有しかつ電気伝導性を有する基板上に、感光波長における光吸収係数が異なる複数のフォトレジスト層を形成する工程と、
前記複数のフォトレジスト層を露光、現像することによりパターニングする工程と、
パターニングされたフォトレジスト層の開口部に電鋳により金属部を形成する工程と、
前記フォトレジスト層を除去する工程と、
前記金属部を前記基板から分離する工程と、を含むことを特徴とする電鋳部品の製造方法。
【請求項２】
前記基板の表面の算術平均粗さが、０．０１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電鋳部品の製造方法。
【請求項３】
前記複数のフォトレジスト層のうち、前記基板に接する第１のフォトレジスト層の厚みが、前記基板の表面の算術平均粗さの１倍から１０００倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の電鋳部品の製造方法。
【請求項４】
前記複数のフォトレジスト層のうち、前記基板側に近い層が外側の層と比べ、感光波長における光吸収係数が大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電鋳部品の製造方法。
【請求項５】
前記複数のフォトレジスト層のうち、前記基板側に近い側に形成された第１のフォトレジスト層の感光波長における吸収係数とこの第１のフォトレジスト層の外側に形成されたフォトレジスト層の感光波長における吸収係数との比が、２：１から１０００：１であることを特徴とする請求項４に記載の電鋳部品の製造方法。
【請求項６】
前記複数のフォトレジスト層のうち、前記基板側に近い側に形成された第１のフォトレジスト層の厚みとこの第１のフォトレジスト層の外側に形成された第２のフォトレジスト層の厚みとの比率が、１：１から１：１０００であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電鋳部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトレジストを用いた電鋳部品の製造方法に係り、特に電鋳体を形成するための基板の表面の凹凸を精密に電鋳部品に転写し、基板を再使用できる電鋳部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電鋳法は、電鋳型となる部材に対して非常に良い転写性を有する部品あるいは各種型の製造方法として知られている。電鋳型の精度をより高めるために、基板表面にフォトレジストによるパターニングが広く行われている。また、基板表面に凹凸があり、フォトレジストを用いる場合、その均一な塗布が困難であったが、塗布方法等を改善することによりこれを克服している例がある（例えば、特許文献１参照）。さらに電鋳体の品質向上を目的として、電鋳型としてのフォトレジスト層の構成を基板に近い層から光透過率が高い順に積層した例がある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−２６３２６９号公報
【特許文献２】特開平４−１８３８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、厚膜フォトレジストを電鋳で使用する場合、露光時に基板からの反射光がその解像度や現像後のレジスト開口部形状に対して影響を及ぼす。特に凹凸がある基板表面に塗布し、露光すると、上記基板表面の凹凸による乱反射により、フォトマスクにより遮光された部分に対して、この反射光が入り込み露光することとなり、所望とするパターンと異なった形状とならなかったり、現像後のフォトレジストの開口部でフォトレジストが基板表面近くで残存し、電鋳が行えない状態となることが生じるという問題があった。
【０００４】
フォトレジストの感光波長と比べて、基板表面の粗さが十分小さい場合、すなわち、算術表面粗さが０．０１μｍオーダー以下では、露光に対して影響を与えるような乱反射は起こりにくく、波長より十分表面粗さが大きい１０μｍオーダー以上では、フォトレジストの塗布自体が難しく、フォトリソグラフィー法を用いることが困難である。このような中、装飾的な要素を持たせるためのスジ目や梨地肌といった表面状態や、微細配線を目的とした電子部品の段差や微細な構造を有する機械部品の多くは、０．０１μｍから１０μｍの表面粗さや段差を有しているのが現状であり、フォトリソグラフィー法を用いた電鋳による転写、複製技術が望まれていた。
【０００５】
また、フォトレジストの厚み方向における感光については、ランバート・ベールの法則にしたがっているため、その露光、照射量は基板との境界面に対して十分な露光量、照射量が得られるように設定される。フォトレジストの解像は、フォトレジストの厚みと大きな関係があり、薄ければ薄いほど解像度は上がるが、照射された光のうち、基板から反射された反射光も解像度に対して大きな要因となる。表面状態が粗い場合、乱反射が大きくなり、反射によるフォトレジストの解像度が極端に悪くなり、開口部に残渣が残ったり、ひどい場合には解像されなくなる。この様な現象は、電鋳を行う数十から数百μｍの厚みのフォトレジストに対して、著しく現れ、非常に大きな問題となっていた。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、フォトレジストの露光時に生じる基板からの反射光による影響を小さくし、とくに凹凸を有する基板において、形成すべきフォトレジストの開口部の形状を安定化すると同時に開口部におけるレジスト残渣を生じることなくフォトレジストを用いた電鋳型を形成し、これにより基板表面形状の転写性に優れた電鋳部品を提供するための製造方法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】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
【０００８】
本発明に係る電鋳部品の製造方法は、フォトマスクに描かれたパターン形状を有し、基板表面の凹凸を忠実に転写する電鋳部品の製造方法であって、表面に凹凸を有しかつ電気伝導性を有する基板上に、感光波長における光吸収係数が異なる複数のフォトレジスト層を形成する工程と、前記複数のフォトレジスト層を露光、現像することによりパターニングする工程と、パターニングされたフォトレジスト層の開口部に電鋳により金属部を形成する工程と、前記フォトレジスト層を除去する工程と、前記金属部を前記基板から分離する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
この発明は、表面に凹凸を有する基板上に形成された感光波長における光吸収係数が異なる複数のフォトレジスト層に対して露光および現像を行うので、上層にあるフォトレジストに対して、反射光による露光量を下層にあるフォトレジストにより制御することができ、フォトマスクに描かれたパターン形状をより良く反映した形状のフォトレジストパターンを得ることができるので、フォトレジスト開口部に電鋳し、その後、電鋳体を基板と分離することにより、凹凸を有する基板表面を忠実に転写し、かつ、フォトマスクのパターン形状を有する電鋳部品を得ることができる。
【００１０】
また、本発明に係る電鋳部品の製造方法は、フォトマスクに描かれたパターン形状を有し、基板表面の凹凸を忠実に転写する電鋳部品の製造方法であって、電鋳部品が電鋳される基板の表面の算術平均粗さが、０．０１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
この発明は、フォトレジストの露光時にフォトレジスト層を通過し、算術平均粗さで０．０１μｍ以上１０μｍ以下の凹凸を有する基板表面で乱反射した光を基板に接する第１のフォトレジスト層が吸収して、その上に形成されている第２層のフォトレジスト層に対して影響を及ぼさないので、現像、電鋳、電鋳体の分離後、フォトマスクパターン形状を有し、かつ、基板の表面粗さである０．０１μｍ以上１０μｍ以下の表面を忠実に転写した電鋳部品を得ることができる。
【００１２】
また、本発明に係る電鋳部品の製造方法は、フォトマスクに描かれたパターン形状を有し、基板表面の凹凸を忠実に転写する電鋳部品の製造方法であって、複数のフォトレジスト層のうち、基板に接する第１のフォトレジスト層の厚みが、前記基板の表面の算術平均粗さの１倍から１０００倍であることを特徴とする。
【００１３】
この発明は、表面に凹凸を有する基板の表面に形成された第１のフォトレジスト層の厚みが凹凸の算術平均粗さの１倍から１０００倍であるので、基板表面の凹凸を完全に覆い、かつ、第１のフォトレジスト層の表面の平坦化がなされるので、第２のフォトレジスト層を均一に塗布でき、第２のフォトレジスト層の露光安定性を維持でき、現像、電鋳、電鋳体の分離後、フォトマスクのパターン形状を有し、かつ、基板表面の凹凸を忠実に転写した電鋳部品を得ることができる。
【００１４】
また、本発明に係る電鋳部品の製造方法は、フォトマスクに描かれたパターン形状を有し、基板表面の凹凸を忠実に転写する電鋳部品の製造方法であって、複数のフォトレジスト層のうち、前記基板側に近い層が外側の層と比べ、感光波長における光吸収係数が大きいことを特徴とする。
【００１５】
この発明は、形成されるフォトレジスト層が、感光波長における光吸収係数が大きい順に表面に凹凸を有する基板表面から順次形成されているので、フォトレジストの露光時にフォトレジスト層を透過し、凹凸を有する基板表面で乱反射した光を基板に接する第１のフォトレジスト層が吸収して、その上に形成されている第２層以降のフォトレジスト層に対して影響を及ぼさないので、現像、電鋳、電鋳体の分離後、フォトマスクパターン形状を有し、かつ、基板表面の凹凸を忠実に転写した電鋳部品を得ることができる。
【００１６】
また、本発明に係る電鋳部品の製造方法は、フォトマスクに描かれたパターン形状を有し、基板表面の凹凸を忠実に転写する電鋳部品の製造方法であって、複数のフォトレジスト層のうち、前記基板側に近い側に形成された第１のフォトレジスト層の感光波長における吸収係数とこの第１のフォトレジスト層の外側に形成されたフォトレジスト層の感光波長における吸収係数との比が２：１から１０００：１であることを特徴とする。
【００１７】
この発明は、表面に凹凸を有する基板に塗布された第１のフォトレジスト層の感光波長における吸収係数が第２のフォトレジスト層の吸収係数に対して、２倍から１０００倍の大きさであるので、露光時にフォトレジストを透過し、凹凸を有する基板表面で乱反射した光の第１のフォトレジストによる吸収が大きくなり、第１のフォトレジスト層の厚みを薄くできるので、第２のフォトレジスト層に対して、異種のフォトレジスト層である第１のフォトレジスト層の影響を小さくできるので、現像、電鋳、電鋳体の分離後、より精度が高いフォトマスクパターン形状を有し、かつ、基板表面の凹凸を忠実に転写した電鋳部品を得ることができる。
【００１８】
また、発明に係る電鋳部品の製造方法は、フォトマスクに描かれたパターン形状を有し、基板表面の凹凸を忠実に転写する電鋳部品の製造方法であって、複数のフォトレジスト層のうち、前記基板側に近い側に形成された第１のフォトレジスト層の厚みとこの第１のフォトレジスト層の外側に形成された第２のフォトレジスト層の厚みとの比率が、１：１から１：１０００であることを特徴とする。
【００１９】
この発明は、表面に凹凸を有する基板に塗布された第１のフォトレジスト層の膜厚が電鋳体の実質的な厚みとなる第２のフォトレジスト層に対して薄いので、露光、現像後のフォトレジスト層の開口部において、開口径に対する第１のフォトレジスト層の厚みの比と、開口径に対する第２のフォトレジスト層の厚みの比とを比べると、前者の比は小さくなり、第１のフォトレジスト層の解像度低下がなく、現像後のレジスト残渣が残ることも無くすことができるので、現像、電鋳、電鋳体の分離後、より精度が高いフォトマスクパターン形状を有し、かつ、基板表面の凹凸を忠実に転写した電鋳部品を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、表面に凹凸を有する基板にフォトレジストによる電鋳型を精度良く形成することができると同時に、この型を用いることにより基板表面の凹凸が忠実に転写された精度が良い電鋳部品を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本発明の直径２００μｍ公差±５μｍの穴が中心間距離４００μｍで全面に開けられ、一方の面が鏡面、他方の面がスジ目状の模様が施された電鋳部品の製造方法の各工程を断面図により示した図である。
【００２３】
図１（ａ）は、ステンレス鋼上に凹凸として、サンドペーパーにより算術表面粗さＲａで約１μｍの装飾性を目的としたスジ目仕上げを行った基板１の断面を示した図である。
【００２４】
図１（ｂ）では、凹凸を有する基板１の表面に第１のネガ型フォトレジスト層２を５μｍ形成した断面図である。塗布は、粘度１００ｃｐｓのゴム系液状ネガ型フォトレジストを基板上に滴下し、基板を回転することによりフォトレジストを均一に塗布する方法であるスピンコートによりおこない、その後、１００°Ｃに加熱し、溶剤を蒸発することによりレジスト層とする。形成された第１のネガ型フォトレジスト層２の表面は、第１のネガ型フォトレジストの粘度が十分低いため、基板１の表面の凹凸上を均一に覆い、かつ、平坦な状態となる。なお、このフォトレジストの特性は、適切な紫外光による露光に対して、きれいな像を得るためには１０ｍＪ／ｃｍ2以上の照射量を必要とするが、これが極端に大きい場合には、フォトレジストの厚みと同じ程度の領域まで感光する。すなわち、厚みが５μｍであれば、横方向にも５μｍ程度感光領域が広がり、現像後のレジスト開口部が、片側５μｍ程度小さくなることが確認できている。
【００２５】
次に、第１のネガ型フォトレジスト層２の表面に、粘度１０００００ｃｐｓの化学増幅型エポキシ系液状ネガ型フォトレジストを上記と同様にスピンコートし、その後、１００°Ｃで、溶剤を蒸発することにより第２のネガ型フォトレジスト層３を２００μｍ形成する。なお、このフォトレジストの特性は、適切な紫外光による露光に対して、きれいな像を得るためには、５００ｍＪ／ｃｍ2以上の照射量を必要とするが、横への広がりは、フォトレジストの厚み１００μｍ当たりに対して、３μｍだけ開口部が小さくなることがわかっている。すなわち、２００μｍのフォトレジストの厚みに対して、現像後のレジスト開口部が片側６μｍ小さくなることが確認できている。
【００２６】
次に、円形の開口部が形成されるべき部分となる白色部の外形寸法を直径２０６μｍの円形とし、各々の円形の中心間距離を４００μｍとし、これを全面に配置したパターンを有するフォトマスク４を介して、第２のフォトレジスト層３と第１のフォトレジスト層２を超高圧水銀灯より発せられた紫外光５により露光する。超高圧水銀灯から発せられる光は、軌道電子の励起光による輝線スペクトルからなっており、連続線の強度は弱く、フォトレジストの露光に使われるのは、波長の長い順に波長４３６ｎｍのｇ線、４０５ｎｍのｈ線、３６５ｎｍのｉ線、および３３５ｎｍのｊ線等であり、その強度比は、ｈ線を１００とすると、ｇ：ｈ：ｉ：ｊ＝１００：９０：１００：６５である。この紫外光５は、超高圧水銀灯より発せられる光のうち、３６０ｎｍ以下の波長をフィルターにより取り除いたものである。また、ｉ線に対する第２のフォトレジスト層３の吸収係数は、０．００４μｍ-1であり、第１のフォトレジスト層２の吸収係数は、０．２μｍ-1である。
【００２７】
露光量は、第２のフォトレジスト層３の表面で１１００ｍＪ／ｃｍ2とすることにより、基板における反射率４０％とし、反射を含め各部の照射量を計算すると、第２のフォトレジスト層３の表面では、１１００ｍＪ／ｃｍ2、第２のフォトレジスト層３と第１のフォトレジスト層２の境界部では、５２１ｍＪ／ｃｍ2、第１のフォトレジスト層２と基板１との境界部での照射量は２５５ｍ／ｃｍ2となり、各部の照射量は十分となる。このとき、第１のフォトレジスト層２と第２のフォトレジスト層３との境界部には、基板からの反射光による照射が２７ｍＪ／ｃｍ2あるが、第２のフォトレジスト層３に対しては、ほとんど感光を与えるような影響はなく、基板からの乱反射によるパターンへの影響は皆無である。一方、第１のフォトレジスト層では、本来未露光部となる部分に対して、乱反射による光の照射がおこるが、厚みが寸法公差に対して影響を与えるほどではないので、寸法変化に影響を与えることはない。次に、化学増幅型フォトレジストである第２のフォトレジスト層３の露光部を硬化するために、露光後、６０°Ｃで加熱処理を行う。
【００２８】
次に、第２のフォトレジスト層３、第１のフォトレジスト層２をそれぞれ現像することにより、図１（ｅ）に示すような電鋳型６を作製する。
【００２９】
次に、図１（ｆ）に示すように電鋳型６に図示していない電鋳装置を用いて、湿式めっき法によりニッケル電鋳体７を形成する。
【００３０】
次に、図示していない研磨装置により、電鋳型６およびニッケル電鋳体７の表面を平坦に研磨し、さらに、第１のフォトレジスト層２と第２のフォトレジスト層３を剥離し、基板１から機械的に分離することにより、図１（ｇ）に示した電鋳部品８を作製する。
【００３１】
この電鋳部品８の寸法を測定したところ、基板面では、基板１のスジ目の形状を非常に良く転写していた。また、基板１に接していた面の開口部の大きさは、フォトマスクのパターンの開口径に対して、１０μｍ小さくなっており、片側５μｍの２倍となっており、推定値と一致していた。また、研磨を行った面では、同様に開口径は、６μｍ小さくなっており、片側３μｍの推定値と一致していた。開口部の断面においては、第１のフォトレジスト層２と第２のフォトレジスト層３との境界部には、はっきりとした段差は見られず実用上の問題は生じなかった。これにより、フォトマスクのパターンを予め補正することにより、所望とする公差を有する直径２００μｍの円形の開口を有する電鋳体を形成することができる。
【００３２】
なお、電鋳体を形成する部材として、ニッケルを用いたが、材質は、電鋳可能な材料であれば、特に指定するものではない。
【００３３】
また、一般に、ステンレス鋼表面には不動態層が形成されるので、電鋳体は機械的に引き剥がすことにより容易に分離することができるので、基板を再度、使用することができる。
【００３４】
上記実施の形態では、フォトレジストとして、吸収係数が０．２μｍ-1のものと０．００４μｍ-1のもの、すなわち、比として、５０：１のものを用いたが、基板の表面の凹凸の状態、電鋳体の厚みを決める第２のフォトレジストの絶対厚みとこの厚みと乱反射を防ぐ役目を果たす第１のフォトレジスト層の厚み比率、さらに所望とする解像度等によって、この比を変える必要がある。ランバート・ベールの法則からは、この比が大きければ大きいほど良いが、フォトレジストの性能や表面粗さに対する第１のフォトレジストの被覆による平坦化の度合い等により適宜、変えられるべきものであり、２：１から１０００：１の範囲が望ましい。
【００３５】
さらに、上記実施の形態では、吸収係数を一定の波長に対して規定したが、吸収係数を大きくする第１のフォトレジスト層２を構成するフォトレジストが、第２のフォトレジスト層３が感光しない波長を有するものでも良い。すなわち、比較する第１のフォトレジスト層２と第２のフォトレジスト層３の吸収係数の比を別の波長により比べ、感度差を利用することもよい。例えば、第２のフォトレジスト層３が、３６５ｎｍより長い波長では感光しないフォトレジストであり、第２のフォトレジスト層２が、波波長４３６ｎｍのｇ線や４０５ｎｍのｈ線に感度を有するものを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る型の主要部を示す上方および断面方向からの図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  基板
２  第１のフォトレジスト層
３  第２のフォトレジスト層
４  フォトマスク
５  紫外光
６  電鋳型
７  電鋳体
８  電鋳部品
【図１】
2009127105.tif 000003