JP2002225037A - 成形金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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成形金型の
製造方法を提供する。 【解決手段】 予め表面１０ａ、１０ｂを高精度に仕上
げた基板１０上面にレジスト１１を塗布し、レジスト１
１上部より露光光によりパターンを露光・現像してレジ
スト１１上に所定のレジストパターン１２ａ〜１２ｎを
形成し、しかる後、レジストパターン１２ａ〜１２ｎ間
に所定厚みのメッキを施してメッキ部１３ａ〜１３ｄを
形成し、次に、レジストパターン１２ａ〜１２ｎを除去
して所定の厚みの予備パターン１３ａ〜１３ｄを有する
金型１５を形成し、次に、この金型１５の一部１０ｂを
基準にして予備パターン１３ａ〜１３ｄを機械加工する
ことにより、所定の高さＨを有する最終パターン１６ａ
〜１６ｄを形成する。

Description

【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８−２３
８３６１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８−２３８
３６１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８−２３８３６
１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８−２３８３６
１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４
ａ）。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９−３１１４６
０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】請求項１に係る発明は、
予め表面１０ａ、１０ｂを高精度に仕上げた基板１０上
面にレジスト１１を塗布し、前記レジスト１１上部より
露光光によりパターンを露光・現像して前記レジスト１
１上に所定のレジストパターン１２ａ〜１２ｎを形成
し、しかる後、前記レジストパターン１２ａ〜１２ｎ間
に所定厚みのメッキを施してメッキ部１３ａ〜１３ｄを
形成し、次に、前記レジストパターン１２ａ〜１２ｎを
除去して所定の厚みの予備パターン１３ａ〜１３ｄを有
する金型１５を形成し、次に、この金型１５の一部１０
ｂを基準にして前記予備パターン１３ａ〜１３ｄを機械
加工することにより、所定の高さＨを有する最終パター
ン１６ａ〜１６ｄを形成することを特徴とする。

【００２０】請求項２に係る発明は、予め表面１０ａ、
１０ｂを高精度に仕上げた基板１０上面にレジスト１１
を塗布し、前記レジスト１１上部より露光光によりパタ
ーンを露光・現像して前記レジスト１１上に所定のレジ
ストパターン１２ａ〜１２ｎを形成すると共にこのレジ
ストパターン１２ａ〜１２ｎ間の前記基板上面１０ａを
加工してこの基板上面を粗面１０ｃ化し、しかる後、前
記レジストパターン２ａ〜１２ｎ間の前記粗面１０ｃ上
に所定厚みのメッキを施してメッキ部１３ａ〜１３ｄを
形成し、次に、前記レジストパターン１２ａ〜１２ｎを
除去して所定の厚みの予備パターン１３ａ〜１３ｄを有
する金型１８を形成し、次に、この金型１８の一部１０
ｂを基準にして前記予備パターン１３ａ〜１３ｄを機械
加工することにより、所定の高さＨを有する最終パター
ン１９ａ〜１９ｄを形成することを特徴とする。

【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（ＳＫ
Ｈ）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１３
ａ〜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１
０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１６
ａ〜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１
０ａ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１
３ａ〜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１
０ａ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１
０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１９
ａ〜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】請求項１に係る発明は、予め表面１０
ａ、１０ｂを高精度に仕上げた基板１０上面にレジスト
１１を塗布し、前記レジスト１１上部より露光光により
パターンを露光・現像して前記レジスト１１上に所定の
レジストパターン１２ａ〜１２ｎを形成し、しかる後、
前記レジストパターン１２ａ〜１２ｎ間に所定厚みのメ
ッキを施してメッキ部１３ａ〜１３ｄを形成し、次に、
前記レジストパターン１２ａ〜１２ｎを除去して所定の
厚みの予備パターン１３ａ〜１３ｄを有する金型１５を
形成し、次に、この金型１５の一部１０ｂを基準にして
前記予備パターン１３ａ〜１３ｄを機械加工することに
より、所定の高さＨを有する最終パターン１６ａ〜１６
ｄ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。

【００３８】請求項２に係る発明は、予め表面１０ａ、
１０ｂを高精度に仕上げた基板１０上面にレジスト１１
を塗布し、前記レジスト１１上部より露光光によりパタ
ーンを露光・現像して前記レジスト１１上に所定のレジ
ストパターン１２ａ〜１２ｎを形成すると共にこのレジ
ストパターン１２ａ〜１２ｎ間の前記基板上面１０ａを
加工してこの基板上面を粗面１０ｃ化し、しかる後、前
記レジストパターン２ａ〜１２ｎ間の前記粗面１０ｃ上
に所定厚みのメッキを施してメッキ部１３ａ〜１３ｄを
形成し、次に、前記レジストパターン１２ａ〜１２ｎを
除去して所定の厚みの予備パターン１３ａ〜１３ｄを有
する金型１８を形成し、次に、この金型１８の一部１０
ｂを基準にして前記予備パターン１３ａ〜１３ｄを機械
加工することにより、所定の高さＨを有する最終パター
ン１９ａ〜１９ｄ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）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予め表面を高精度に仕上げた基板上面にレ
   ジストを塗布し、 前記レジスト上部より露光光によりパターンを露光・現
   像して前記レジスト上に所定のレジストパターンを形成
   し、 しかる後、前記レジストパターン間に所定厚みのメッキ
   を施してメッキ部を形成し、 次に、前記レジストパターンを除去して所定の厚みの予
   備パターンを有する金型を形成し、 次に、この金型の一部を基準にして前記予備パターンを
   機械加工することにより、 所定の高さを有する最終パターンを形成することを特徴
   とする成形金型の製造方法。
2. 【請求項２】予め表面を高精度に仕上げた基板上面にレ
   ジストを塗布し、 前記レジスト上部より露光光によりパターンを露光・現
   像して前記レジスト上に所定のレジストパターンを形成
   すると共にこのレジストパターン間の前記基板上面を加
   工してこの基板上面を粗面化し、 しかる後、前記レジストパターン間の前記粗面上に所定
   厚みのメッキを施してメッキ部を形成し、 次に、前記レジストパターンを除去して所定の厚みの予
   備パターンを有する金型を形成し、 次に、この金型の一部を基準にして前記予備パターンを
   機械加工することにより、 所定の高さを有する最終パターンを形成することを特徴
   とする成形金型の製造方法。