JP2004084059A

JP2004084059A - Die for plating with fine pattern, fine metal structure, die for fine working, method for producing die for plating with fine pattern, and method for producing fine metal structure

Info

Publication number: JP2004084059A
Application number: JP2003059999A
Authority: JP
Inventors: Koji Nitta; 新田　耕司; Shinji Inasawa; 稲澤　信二; Takeshi Haga; 羽賀　剛; Yasuhiko Ito; 伊藤　靖彦; Toshiyuki Nohira; 野平　俊之; Tokujiro Nishigori; 錦織　徳二郎
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-03-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fine metal structure made of a material having a high melting point and high mechanical strength, to provide a die for plating with fine patterns with which the fine metal structure can be produced, to provide a method for producing the same, to provide a die for fine working consisting of the fine metal structure, and to provide a method for producing the same. <P>SOLUTION: The die 110 for plating has fine patterns with dimensions of a μm order or less, and is made of a material having a heat resistance of ≥250°C. Molten salt electroforming is performed using the die 110 for plating, so that the fine metal structure having satisfactory mechanical strength is produced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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、ＷＣｌ_２（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／ｄｍ^２（１０〜１０００Ａ／ｍ^２）の範囲内で、好ましくは１．０Ａ／ｄｍ^２（１００Ａ／ｍ^２）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Ｗ_Ｌと凹部の線幅Ｗ_Ｓ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Ｗ_Ｓ）はたとえば５以下である。
【００６２】
凸部の線幅Ｗ_Ｌ、凹部の線幅Ｗ_Ｓ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（Ａｌ_２Ｏ_３）板、ジルコニア（ＺｒＯ_２）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、ＣｒＣｌ_２（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／ｍ^２以上１０００Ａ／ｍ^２以下（より好ましくは１００Ａ／ｍ^２）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／ｍ^２未満とすると電鋳に要する時間が長くなり、１０００Ａ／ｍ^２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２．５×１０^１１Ｐａ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２．５×１０^１１Ｐａ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、ＷＣｌ_２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４．０×１０^１１Ｐａ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２．５×１０^１１Ｐａ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。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plating die having a fine pattern, a fine metal structure, a fine processing die, a method of manufacturing a plating die having a fine pattern, and a method of manufacturing a fine metal structure.
[0002]
[Prior art]
The LIGA (Lithographie Galvanoformung Abformung) process is useful when a large amount of high-precision fine metal structures are manufactured. The LIGA process using synchrotron radiation (SR) light, which has high directivity among X-rays, can perform deep lithography, and can process a structure having a height of several 100 μm with an accuracy in the micron range. It has features such as easy production of a fine metal structure having a high aspect ratio, and is expected to be applied in a wide range of fields.
[0003]
The LIGA process is a processing technique that combines plating and mold such as lithography and electroforming. According to the LIGA process, for example, a resist film is formed on a conductive substrate, and the resist film is irradiated with SR light via an absorber mask (reticle) having a pattern of a predetermined shape. By such lithography, a resist structure (resin type) corresponding to the shape pattern of the absorber mask is formed. By depositing a metal such as nickel (Ni) in the holes of the resist structure by electroforming, a fine metal structure is obtained.
[0004]
Further, using a high-precision fine metal structure obtained by further performing electroforming as a mold, a resin-made fine molded product can be obtained by molding such as injection molding.
[0005]
The LIGA process as described above is described in, for example, Surface Technology Vol. 52, no. 11, 2001, p. 736-735.
[0006]
[Non-patent literature]
Surface Technology Vol. 52, no. 11, 2001, published by Surface Technology Association, p. 734-735
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Tungsten (W) and titanium (Ti) have a high melting point and a high mechanical strength (Young's modulus and hardness), and are therefore suitable for a mechanical structure. When manufacturing the mechanical structure made of tungsten or titanium using the LIGA process described above, it is necessary to use molten salt electroforming that does not use water (aqueous solution). However, in the above-mentioned LIGA process, a mechanical structure made of tungsten or titanium could not be manufactured by molten salt electroforming without using water (aqueous solution). The reason is as follows.
[0008]
In the above LIGA process, a plastic such as polyethyl methacrylate (PMMA) is used as a resist. However, in the case of molten salt electroforming, the temperature may be as high as 200 ° C. or more, and at such a temperature, the resist made of PMMA is softened and deformed. Further, a resist made of PMMA may cause a chemical reaction with a molten salt to be altered and cause pattern collapse. For this reason, in the LIGA process, a mechanical structure made of a material having a high melting point and high mechanical strength such as tungsten cannot be manufactured by molten salt electroforming without using water (aqueous solution).
[0009]
In addition, good mechanical strength cannot be obtained with a fine metal structure made of nickel or the like obtained by further electroforming in the LIGA process. For this reason, even if the fine metal structure is used as a mold, a high-precision fine molded product with high dimensional accuracy cannot be obtained.
[0010]
Therefore, one object of the present invention is to provide a plating mold having a fine pattern and a method of manufacturing the same, which can produce a mechanical structure made of a material having a high melting point and a high mechanical strength. is there.
[0011]
Another object of the present invention is to provide a fine metal structure having high mechanical strength, a mold for fine processing, and a method for manufacturing the same.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The plating mold having a fine pattern according to the present invention is made of a material that has a fine pattern having a size on the order of μm or less and has a heat resistance of 250 ° C. or more.
[0013]
Since the plating mold having a fine pattern of the present invention is made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or more, it is possible to prevent softening and deformation even in molten salt electroforming at a high temperature. Therefore, a mechanical structure made of a material having a high melting point and high mechanical strength such as tungsten can be manufactured by molten salt electroforming without using water (aqueous solution).
[0014]
Preferably, in the plating mold having the fine pattern, the plating mold is made of a material having a heat resistance of 350 ° C. or more.
[0015]
As a result, the plating mold is prevented from being softened and deformed even at a higher temperature of molten salt electroforming.
[0016]
Preferably, in the plating mold having the fine pattern, the material having heat resistance of 250 ° C. or more is one selected from the group consisting of silicon, alumina, zirconia, nickel, frit glass, stainless steel, nickel, iron and copper. Including the above.
[0017]
Thereby, the material of the plating mold can be appropriately selected.
The fine metal structure of the present invention has a fine pattern having a size of μm order or less, and has at least a partial surface hardness of Vickers hardness HV500 or more.
[0018]
According to the fine metal structure of the present invention, since at least the surface hardness of the fine metal structure is Vickers hardness HV500 or more, the fine metal structure can be used for applications requiring high hardness. .
[0019]
In the mold for fine processing of the present invention, the above-described fine metal structure is formed as a processing die, and the hardness of the processed surface is Vickers hardness HV500 or more.
[0020]
According to the micromachining die of the present invention, since the hardness of the processing surface of the micromachining die is Vickers hardness HV500 or more, it is possible to suppress the deformation of the processing surface of the micromachining die during the processing. This makes it possible to form a pattern with high dimensional accuracy.
[0021]
One method for manufacturing a plating mold having a fine pattern according to the present invention is a method for manufacturing a plating mold having a fine pattern having a size of μm order or less, and a pattern layer made of a material having heat resistance of 250 ° C. or more. A step of forming a laminate in which the conductive layer and the conductive substrate are stacked, and a step of forming a fine opening reaching the contact surface between the pattern layer and the conductive substrate by patterning the pattern layer. It is provided.
[0022]
According to one manufacturing method of the plating mold having the fine pattern of the present invention, since both the pattern layer and the conductive substrate are made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or more, the plating mold manufactured by this method Can be used for molten salt electroforming. Therefore, it is possible to manufacture a fine metal structure made of a material having a high melting point and high mechanical strength, such as tungsten or titanium, using this plating mold.
[0023]
Further, since the opening is formed so as to reach the contact surface between the pattern layer and the conductive substrate, it is easy to detect the end point when the opening is formed.
[0024]
In one manufacturing method of the plating mold having the fine pattern, preferably, the conductive substrate is formed by being directly bonded on the pattern layer.
[0025]
This makes it possible to join the pattern layer and the conductive substrate by a simple method of pressing each other.
[0026]
In one manufacturing method of the plating mold having the fine pattern described above, preferably, the conductive substrate is formed by being bonded to the pattern layer by diffusion bonding.
[0027]
Thus, the pattern layer and the conductive substrate can be firmly bonded by diffusion bonding.
[0028]
In one manufacturing method of the plating mold having the fine pattern, preferably, the conductive substrate is formed by electroforming using the conductive film formed on the pattern layer as a conductive layer.
[0029]
Thus, the conductive substrate can be formed by a simple method called electroforming.
Another method for manufacturing a plating mold having a fine pattern according to the present invention is a method for manufacturing a plating mold having a fine pattern having a size of μm order or less, wherein the conductive substrate is made of a material having heat resistance of 250 ° C. or more. And a step of forming a laminate with a layer having a fine pattern, and in a state where a material made of a material having heat resistance of 250 ° C. or more is heated, by pressing the fine pattern of the laminate on the surface of the material, Deforming the surface of the fine pattern so as to fit the fine pattern, and removing the material until the surface of the layer having the fine pattern is exposed, leaving the material only in the fine pattern to form a pattern layer, Removing the layer having the following formula:
[0030]
According to another manufacturing method of the plating mold having a fine pattern of the present invention, since the conductive substrate and the material are both made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or more, the plating mold manufactured by this method is used. It can be used for molten salt electroforming. Therefore, it is possible to manufacture a fine metal structure made of a material having a high melting point and high mechanical strength, such as tungsten or titanium, using this plating mold.
[0031]
In addition, by pressing the fine pattern of the laminate on the surface of the material while the material is heated, the material is deformed so as to fit into the fine pattern, so that a material such as glass can be used for this material. Become.
[0032]
Still another method for manufacturing a plating mold having a fine pattern according to the present invention is a method for manufacturing a plating mold having a fine pattern having a size of μm order or less, comprising: forming a mold having a fine pattern; A step of deforming the surface of the material to fit the fine pattern by pressing the fine pattern of the mold against the surface of the material while heating the material made of a material having heat resistance of ℃ or more, and removing the mold from the material And a step of making the surface of the material conductive.
[0033]
According to still another method for producing a plating mold having a fine pattern of the present invention, since the material is made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or more, the plating mold produced by this method is applied to molten salt electroforming. Can be used. Therefore, it is possible to manufacture a fine metal structure made of a material having a high melting point and high mechanical strength, such as tungsten or titanium, using this plating mold.
[0034]
Further, by pressing the fine pattern of the mold against the surface of the material in a state where the material is heated, the material is deformed so as to fit into the fine pattern, so that a material such as glass can be used for this material. .
[0035]
The manufacturing method of the fine metal structure of the present invention, by performing molten salt electroforming using a plating mold formed by any of the above methods, a pattern that fits the fine pattern of the plating mold And a step of removing a plating mold from the fine metal structure.
[0036]
According to the method for manufacturing a fine metal structure of the present invention, the plating mold is made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or more, and is unlikely to be softened or deformed even at a high temperature of 250 ° C. or more. For this reason, if this plating mold is used, high-temperature molten salt electroforming can be performed. Therefore, by the molten salt electroforming, it becomes possible to manufacture a fine metal structure made of a material having a high melting point and a high mechanical strength such as tungsten and titanium.
[0037]
Preferably, the above method for manufacturing a fine metal structure further includes a step of nitriding the surface of the fine metal structure.
[0038]
As a result, a nitrided layer is formed, so that when the fine metal structure is used as a fine processing die for processing glass, the releasability of the processed glass can be improved.
[0039]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0040]
(Embodiment 1)
1 to 8 are schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a fine metal structure according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. With reference to FIG. 1, a pattern layer composed of a silicon substrate 2 and a mask layer 3 composed of a silicon nitride film is bonded onto a metal plate (conductive substrate) 1 composed of, for example, stainless steel, copper, iron, nickel, or the like. A laminate is formed.
[0041]
Referring to FIG. 2, after resist 4 is applied on mask layer 3, the pattern of reticle (photomask) 20 is irradiated onto resist 4 by UV (ultraviolet) light or X-rays. Thereafter, the resist 4 is developed. The reticle 20 has a substrate 21 made of a material transparent to UV light or X-rays, and a pattern 22 made of a light-shielding film formed on the substrate 21.
[0042]
Referring to FIG. 3, by developing resist 4, when resist 4 is of a positive type, only the portion irradiated with UV light or X-ray is removed, and the surface of mask layer 3 in that portion is exposed. . The mask layer 3 is etched using the patterned resist 4 as a mask. Thereafter, the resist 4 is removed by, for example, ashing.
[0043]
Referring to FIG. 4, mask layer 3 is patterned by etching of mask layer 3 described above.
[0044]
Referring to FIG. 5, silicon substrate 2 is patterned by etching silicon substrate 2 using patterned mask layer 3 as a mask. As a result, a fine opening 2a reaching the joint surface between the metal plate 1 and the silicon substrate 2 is formed in the silicon substrate 2, and the surface of the metal plate 1 is exposed at the bottom of the opening 2a. Thus, a plating mold 110 including the metal plate 1, the silicon substrate 2, and the mask layer 3 is formed. In the plating die 110, all of the metal plate 1, the silicon substrate 2, and the mask layer 3 have a heat resistance of 250 ° C. or more (preferably 350 ° C. or more).
[0045]
Referring to FIG. 6, molten salt electroforming is performed using plating mold 110. Thereby, a metal layer 10 made of, for example, tungsten is deposited on the surface of the metal plate 1 exposed from the opening 2a, and the fine metal structure 10 made of the metal layer is fitted into the opening 2a (fits into the opening 2a). So). After that, the silicon substrate 2 and the mask layer 3 are removed.
[0046]
Referring to FIG. 7, fine metal structure 10 is further separated from metal plate 1 to manufacture fine metal structure 10 as shown in FIG. 8.
[0047]
For joining metal plate 1 and silicon substrate 2 in FIG. 1, for example, the following two methods are adopted.
[0048]
In the first method, the surfaces of the mirror-finished silicon substrate 2 and the metal plate 1 (here, stainless steel) are irradiated with ions such as argon (Ar) to remove impurities on the surface, and the silicon substrate 2 and the metal This is a method in which the plate 1 is pressed and directly joined. In the second method, a copper layer is deposited to a thickness of about 1 μm on one of the surfaces of the silicon substrate 2 and the metal plate 1 by sputtering, and the silicon substrate 2 and the metal plate 1 are applied to each other via the copper layer. It is a method of joining by utilizing the diffusion phenomenon of copper by pressing and heating.
[0049]
As mask layer 3, for example, a silicon nitride film or a silicon oxide film can be used. As the resist 4 for lithography, for example, a UV resist is used in the case of UV lithography, and, for example, PMMA is used in the case of X-ray lithography.
[0050]
In patterning the silicon substrate 2 of FIGS. 4 and 5, for example, dry etching using reactive ions is used. This dry etching is generally called trench etching, for example, using an inductively coupled plasma (ICP) etching device for MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) manufactured by STS.
[0051]
The molten salt electroforming of tungsten shown in FIGS. 5 and 6 is performed using, for example, an apparatus shown in FIG. Referring to FIG. 9, this electroforming apparatus includes a positive electrode 31, a negative electrode 32, a standard electrode 33, a thermocouple 34, a stirring rod 35, a gas introduction unit 36, a container 37 a, a cover 37b, a molten salt 38, and a soluble anode 39. The molten salt 38 and the soluble anode 39 are placed in a container 37a (for example, made of alumina) having an electric furnace and a heat insulating material, and the inside of the container 37a is sealed by a lid 37b. Positive electrode 31 (made of, for example, platinum or carbon electrode) is inserted into soluble anode 39, and negative electrode 32 (made of, for example, copper) is inserted in molten salt 38. A substrate 40 for casting is electrically connected. Each of the standard electrode 33 and the thermocouple 34 is for monitoring the potential and the temperature, respectively, and the stirring rod 35 is for stirring the molten salt 38. The gas introduction unit 36 is for introducing and exhausting, for example, argon gas into the container 37a.
[0052]
In the molten salt electroforming of tungsten using this apparatus, for example, LiCl (lithium chloride) -KCl (potassium chloride) eutectic molten salt electroforming is used. Specifically, a eutectic mixture (molten salt) having a melting point of 352 ° C., in which LiCl is mixed at a ratio of 45% by mass and KCl at a ratio of 55% by mass, is added with WCl ₂ (Tungsten chloride) added at 0.1 to 10% by mass (for example, 1% by mass) is used. Then, the substrate in the state shown in FIG. Then, the inside of the container 37a is evacuated and heated to 200 ° C., the inside of the container 37a is replaced with argon, and the temperature is raised to 300 ° C. to perform electroforming. The current density at this time is 0.1 to 10 A / dm. ² (10-1000 A / m ² ), Preferably 1.0 A / dm ² (100A / m ² ).
[0053]
After the electroforming is completed, the substrate 40 is taken out, and the silicon substrate 2 is removed by silicon etching with KOH (potassium hydroxide), silicon destruction by rapid cooling, or dry etching of silicon, and the tungsten fine metal structure 10 is removed from the metal plate 1 and taken out.
[0054]
It is necessary to sufficiently remove water before electroforming. This is because salts are very liable to absorb moisture, and if moisture remains during plating (at high temperature), the cathode efficiency drops, and the hydrogen gas and metal hydroxide generated at that time make the film particulate and This is because there is a possibility that a steam explosion may occur due to vaporization of the remaining water.
[0055]
The process in the above embodiment is an example, and the present invention is not limited to this process. Although tungsten has been described as a metal to be electroformed by molten salt electroforming, the metal to be electroformed in the present invention is not limited to this, and another material such as titanium may be used.
[0056]
Although the case where the metal layer 1 and the silicon layer 2 are joined has been described above, a seed layer 1a such as copper is sputtered on the silicon layer 2 as shown in FIG. Even if the metal layer 1 made of copper as shown in FIG. 11 is formed by feeding (feeding the film) 1a (that is, using the seed layer 1a as an energizing layer) and growing copper by plating (electroforming) to a thickness of 2 mm. Good. After that, the same steps as those shown in FIGS. 1 to 8 are performed, and the fine metal structure 10 is manufactured.
[0057]
(Embodiment 2)
12 to 15 are schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a plating die according to the second embodiment of the present invention in the order of steps. Referring to FIG. 12, a pattern layer 102 made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or higher is prepared. This pattern layer 102 is, for example, a silicon (Si) wafer having a thickness of 1 μm or more and 100 μm or less. This silicon is a material that hardly undergoes softening and deformation even at 350 ° C. or higher and does not react with molten salt. If the thickness of the pattern layer 102 is less than 1 μm, the insulating properties required for an insulating mask cannot be obtained, and a plating layer may grow on the mask. Further, when the thickness of the pattern layer 102 exceeds 100 μm, it becomes difficult to obtain necessary accuracy due to a processing limit of trench etching in a later step.
[0058]
Referring to FIG. 13, a nickel (Ni) layer 101a having a thickness of, for example, 0.01 μm or more and 1 μm or less is formed on the surface of pattern layer 102 by a sputtering method. This nickel layer 101a is more preferably formed with a thickness of 0.05 μm or more and 0.2 μm or less. If the thickness of the nickel layer 101a is less than 0.01 μm, the conductivity required for plating in the next step cannot be obtained. If the thickness of the nickel layer 101a exceeds 1 μm, there is a high possibility that the nickel layer 101a will be separated from the pattern layer 102 due to residual stress of the nickel layer 101a formed by sputtering.
[0059]
Referring to FIG. 14, by performing electroplating using nickel layer 101a as a seed layer, nickel layer 101 is formed on pattern layer 102 as a conductive substrate. Thus, a laminate in which the pattern layer 102 and the conductive substrate 101 are laminated is obtained.
[0060]
The conductive substrate 101 is formed with a thickness of, for example, 0.1 μm or more and 1 mm or less, and more preferably, with a thickness of 0.2 μm or more and 0.4 mm or less. If the thickness of the conductive substrate 101 is less than 0.1 μm, there is a large possibility that the plating mold will be damaged such as bending during handling. If the thickness of the conductive substrate 101 exceeds 1 mm, the deformation is increased due to the internal stress of the conductive substrate 101 formed by plating.
[0061]
Referring to FIG. 15, trench etching is performed on pattern layer 102 in the same manner as in the first embodiment. By this trench etching, an opening (recess) 102a reaching the contact surface between the pattern layer 102 and the conductive substrate 101 is formed in the pattern layer 102. As a result, for example, a fine pattern of lines and spaces in which convex portions and concave portions are alternately arranged is formed on the pattern layer 102. The line width W of the convex portion in the fine pattern of this line and space _L And the line width W of the recess _S Have a dimension of, for example, 2 μm or more, and have an aspect ratio (depth D / width W) of the concave portion 102a. _S ) Is, for example, 5 or less.
[0062]
Convex line width W _L , Recess line width W _S If less than 2 μm, the required accuracy cannot be obtained due to the processing limit of trench etching. Further, even if the aspect ratio of the concave portion 102a exceeds 5, required accuracy cannot be obtained due to the processing limit of trench etching.
[0063]
As shown in FIG. 15, the plating mold of the present embodiment formed by the above method has a laminated structure of a pattern layer 102 made of, for example, a silicon wafer and a conductive substrate 101 made of, for example, a nickel layer. . On the pattern layer 102, a fine pattern having a size of the order of μm or less is formed. Both the conductive substrate 101 and the pattern layer 102 are made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or more, and preferably made of a material having a heat resistance of 350 ° C. or more.
[0064]
In the above description, the case where the pattern layer 102 is made of a silicon wafer has been described. ₂ O ₃ ) Plate, zirconia (ZrO) ₂ ) A plate or the like may be used. These alumina plates or zirconia plates also have a heat resistance of 250 ° C. or higher, and are hardly softened or deformed even at 350 ° C. or higher. Even when these alumina plates or zirconia plates are used as the pattern layer 102, it is preferable to form a plating mold under the same conditions as described above.
[0065]
Further, in the above, the case where the conductive substrate 101 is formed of a nickel layer is described. However, the conductive substrate 101 is not limited to the nickel layer, and may be a material having heat resistance of 250 ° C. or more and having conductivity. Good.
[0066]
According to the present embodiment, since the plating mold 110 is made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or more, it is prevented from being softened or deformed even in the molten salt electroforming at a high temperature. Therefore, by using the plating mold 110, a mechanical structure made of a material having a high melting point and high mechanical strength such as tungsten can be manufactured by molten salt electroforming without using water (aqueous solution). It becomes possible.
[0067]
(Embodiment 3)
16 to 21 are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a plating die according to Embodiment 3 of the present invention in the order of steps. Referring to FIG. 16, conductive substrate 101 made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or higher is prepared. The conductive substrate 101 is, for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 1 mm or more. Since the conductive substrate 101 is exposed to nitric acid in a later step, the conductive substrate 101 needs to be made of a material that is not attacked by nitric acid. If the thickness of the conductive substrate 101 is less than 0.1 mm, there is a concern that damage such as bending may occur in the plating mold during handling.
[0068]
A resist 103 is applied on conductive substrate 101 with a thickness of, for example, 1 μm or more and 100 μm or less. If the thickness of the resist 103 is less than 1 μm, the insulating properties required for an insulating mask cannot be obtained, and a plating layer may grow on the mask. On the other hand, if the thickness of the resist 103 exceeds 100 μm, it is not possible to obtain a resolution required in the next step of SR lithography.
[0069]
The resist 103 is patterned by SR lithography, whereby an opening (recess) 103 a reaching the contact surface between the resist 103 and the conductive substrate 101 is formed in the resist 103.
[0070]
Next, a nickel layer 104 is formed by electroforming so as to fill the opening 103a and cover the upper surface of the resist 103. At this time, the thickness T of nickel layer 104 on the upper surface of resist 103 is, for example, not less than 5 μm and not more than 30 μm. If the thickness T is less than 5 μm, the nickel layer 104 may not be able to fill the inside of the opening 103 a up to the upper surface of the resist 103 due to the thickness distribution of the nickel layer 104 formed by plating. If the thickness T exceeds 30 μm, the time required for polishing the nickel layer in the next step becomes long.
[0071]
Referring to FIG. 17, nickel layer 104 is polished and removed until the upper surface of resist 103 is exposed. Thus, the nickel layer 104 remains only in the opening 103a of the resist 103.
[0072]
Referring to FIG. 18, resist 103 is removed by ashing using, for example, fluorine gas. Thus, a stacked body 105 having a stacked structure of the nickel layer 104 having a fine pattern and the conductive substrate 101 is formed.
[0073]
Referring to FIG. 19, material 102 made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or more is prepared. This material 102 has a heat resistance of, for example, 350 ° C. or more, and ^-6 / ℃ or more 20 × 10 ^-6 It is a frit glass having a linear expansion coefficient of not more than / ° C.
[0074]
When the heat resistance of the raw material 102 is lower than 250 ° C., the raw material 102 is deformed in a high temperature molten salt. Further, if the heat resistance of the raw material 102 is set to 350 ° C. or more, the deformation of the raw material 102 can be prevented even in a molten salt having a higher temperature.
[0075]
The coefficient of linear expansion of the material 102 is 10 × 10 ^-6 If the temperature is less than / ° C., the linear expansion coefficient of the stainless steel forming the conductive substrate 101 with respect to the linear expansion coefficient of the material 102 becomes large, and thus the material 102 is cracked. The material 102 has a linear expansion coefficient of 20 × 10 ^-6 When the temperature exceeds / ° C., the coefficient of linear expansion of the material 102 with respect to the coefficient of linear expansion of the stainless steel forming the conductive substrate 101 becomes large, so that the material 102 is separated from the conductive substrate 101.
[0076]
In a state where the material 102 is heated, the fine pattern of the laminate 105 is pressed against the surface of the material 102. Since the surface of the raw material 102 is in a state of being easily flowed by the heating, the surface of the raw material 102 is deformed along the fine pattern by pressing the fine pattern of the laminate 105 against the surface of the raw material 102. Thereby, the surface of the material 102 is deformed so as to fit into the fine pattern.
[0077]
Referring to FIG. 20, material 102 is polished and removed until the upper surface of nickel layer 104 is exposed. As a result, the raw material 102 remains only in the opening 104 a of the nickel layer 104 and becomes the pattern layer 102.
[0078]
Referring to FIG. 21, nickel layer 104 is dissolved and removed with nitric acid, whereby plating mold 110 of the present embodiment is manufactured.
[0079]
The plating mold 110 of the present embodiment formed by the above-described method has a laminated structure of the conductive substrate 101 and the pattern layer 102, as shown in FIG. On the pattern layer 102, a fine pattern having a size of the order of μm or less is formed. Both the conductive substrate 101 and the pattern layer 102 are made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or more, and preferably made of a material having a heat resistance of 350 ° C. or more.
[0080]
According to the present embodiment, since the plating mold 110 is made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or more, it is prevented from being softened or deformed even in the molten salt electroforming at a high temperature. Therefore, by using the plating mold 110, a mechanical structure made of a material having a high melting point and high mechanical strength such as tungsten can be manufactured by molten salt electroforming without using water (aqueous solution). It becomes possible.
[0081]
(Embodiment 4)
22 to 27 are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a plating die according to Embodiment 4 of the present invention in the order of steps. Referring to FIG. 22, metal plate 106 is prepared. A resist 107 is applied on the metal plate 106 with a thickness of, for example, 1 μm or more and 100 μm or less. If the thickness of the resist 107 is less than 1 μm, the insulating property required for an insulating mask cannot be obtained, and a plating layer may grow on the mask. On the other hand, if the thickness of the resist 107 exceeds 100 μm, it is not possible to obtain the resolution required in the next step of SR lithography.
[0082]
The resist 107 is patterned by SR lithography, whereby an opening (recess) 107 a reaching the contact surface between the resist 107 and the metal plate 106 is formed in the resist 107.
[0083]
Referring to FIG. 23, nickel layer 108 is formed by electroforming so as to fill opening 107a and cover the upper surface of resist 107. Thereafter, the resist 107 is removed by ashing using, for example, a fluorine gas, and the metal plate 106 is removed from the nickel layer 108.
[0084]
Referring to FIG. 24, a mold 108 made of a nickel layer and having a fine pattern (projections 108a and depressions) on the surface is thereby formed.
[0085]
Referring to FIG. 25, material 110A made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or more is prepared. This material 110A is a frit glass having a heat resistance of, for example, 350 ° C. or more.
[0086]
If the heat resistance of the raw material 110A is less than 250 ° C., the raw material 110A is deformed in a high temperature molten salt. Further, if the heat resistance of the raw material 110A is set to 350 ° C. or more, the deformation of the raw material 110A can be prevented even in a high-temperature molten salt.
[0087]
With the material 110A heated, the fine pattern of the mold 108 is pressed against the surface of the material 110A. Since the surface of the material 110A is easily flowed by heating, pressing the fine pattern of the mold 108 against the surface of the material 110A deforms the surface of the material 110A along the fine pattern. Thereby, the surface of the material 110A is deformed so as to fit into the fine pattern. Thereafter, the mold 108 made of the nickel layer is removed by dissolution.
[0088]
Referring to FIG. 26, removal of mold 108 exposes a fine pattern (on the order of μm) on the surface of material 110A.
[0089]
Referring to FIG. 27, a conductive film 110B having a heat resistance of 250 ° C. or more is formed on the exposed fine pattern of material 110A by a sputtering method or the like, and the surface of the fine pattern of material 110A is made conductive. Thus, the plating mold 110 of the present embodiment including the material 110A and the conductive film 110B is manufactured.
[0090]
According to the present embodiment, since the plating mold 110 is made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or more, it is prevented from being softened or deformed even in the molten salt electroforming at a high temperature. Therefore, by using the plating mold 110, a mechanical structure made of a material having a high melting point and high mechanical strength such as tungsten can be manufactured by molten salt electroforming without using water (aqueous solution). It becomes possible.
[0091]
(Embodiment 5)
28 to 30 are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a fine metal structure (for example, a micromachining mold) according to Embodiment 5 of the present invention in the order of steps. Referring to FIG. 28, plating mold 110 having heat resistance of 250 ° C. or more is prepared. As the plating mold 110, for example, any one of the plating molds 110 of the first to fourth embodiments is used.
Using the plating mold 110, molten salt electroforming of chromium (Cr) is performed. The molten salt used in the molten salt electroforming includes, for example, a LiCl-KCl eutectic mixture (molten salt) having a melting point of 352 ° C. in which LiCl is mixed at a ratio of 45% by mass and KCl is 55% by mass. ₂ (Chromium chloride) added at 1% by mass is used.
[0092]
The above-mentioned molten salt electroforming has a current density of 10 A / m under an argon (Ar) atmosphere at a temperature lower than the heat-resistant temperature of the plating mold, for example. ² More than 1000A / m ² Or less (more preferably 100 A / m ² ) Is performed under the condition that the chromium plating thickness is 1 mm or more and 10 mm or less. The electroforming temperature is preferably 500 ° C. or lower.
[0093]
If the electroforming temperature exceeds 500 ° C., the plating mold is deformed due to thermal expansion, and the required accuracy cannot be maintained. The reason why the argon atmosphere is used is that if water is mixed into the bath, there is a danger of a decrease in current efficiency and a steam explosion. Further, the current density is set to 10 A / m ² If less than 1000 A / m, the time required for electroforming becomes longer. ² If it exceeds 3, a dendrite-like precipitate or the like is generated, and a clean plating film cannot be obtained. On the other hand, if the chromium plating thickness is less than 1 mm, the mechanical strength required for the forging in the subsequent step cannot be obtained, and if it exceeds 10 mm, the time required for electroforming becomes longer.
[0094]
The chromium layer 120 is formed by the above molten salt electroforming so as to fill the opening 102a of the pattern layer 102 and cover the upper surface of the pattern layer 102. Note that a portion 120 a of the pattern layer 102 burying the opening 102 a becomes a projection of the chrome layer 120.
[0095]
Referring to FIG. 29, pattern layer 102 made of, for example, silicon is dissolved and removed with potassium hydroxide (KOH). Thereafter, by removing the chromium layer 120 from the conductive substrate 101, a fine metal structure 120 made of, for example, a chromium layer is manufactured as shown in FIG.
[0096]
As shown in FIG. 30, the fine metal structure 120 according to the present embodiment formed by the above-described method has a fine pattern (a convex portion 120a and a concave portion) having a size on the order of μm or less. The fine metal structure 120 is made of a material having good mechanical strength such as chromium.
[0097]
The fine metal structure 120 is formed of chromium having good mechanical strength. Therefore, the Vickers hardness HV of at least the surface of the fine metal structure 120 is 1000, the tensile strength is 611 MPa, and the Young's modulus is 2.5 × 10 ¹¹ Pa and the coefficient of linear expansion is 6.2 × 10 ^-6 / ° C.
[0098]
According to the present embodiment, as described above, at least the surface of the fine metal structure 120 has a Vickers hardness HV of 500 or more. Can be used for
[0099]
The fine metal structure 120 has a tensile strength of 500 MPa or more and a Young's modulus of 2.5 × 10 ¹¹ Pa or more, coefficient of linear expansion is 6.2 × 10 ^-6 Since it has the following good mechanical strength, it is suitable for applications requiring such mechanical strength.
[0100]
(Embodiment 6)
In the fifth embodiment, the fine metal structure 120 formed by chromium molten salt electroforming is described. However, the fine metal structure 120 may be formed by tungsten (W) molten salt electroforming. In this case, the molten salt used in the molten salt electroforming includes, for example, a LiCl-KCl eutectic mixture (molten salt) having a melting point of 352 ° C. in which LiCl is mixed at a ratio of 45% by mass and KCl is 55% by mass. Against WCl ₂ Is added at 1% by mass.
[0101]
The other conditions of the molten salt electroforming and the method of manufacturing the fine metal structure 120 in the present embodiment are almost the same as those of the fifth embodiment and are not described here. I do.
[0102]
The Vickers hardness HV of at least the surface of the fine metal structure 120 formed by the method of the present embodiment is 1000, the tensile strength is 980 MPa, and the Young's modulus is 4.0 × 10 4. ¹¹ Pa and the coefficient of linear expansion is 4.4 × 10 ^-6 / ° C.
[0103]
According to the present embodiment, effects similar to those of the fourth embodiment can be obtained.
(Embodiment 7)
In the fifth embodiment, the fine metal structure 120 formed by chromium molten salt electroforming has been described, but after removing the fine metal structure 120 from the conductive substrate 101 in the steps of FIGS. As shown at 31, at least the surface of the fine metal structure 120 where the fine pattern is formed may be nitrided. This nitriding is performed by, for example, ion nitriding. Thus, a chromium nitride (CrN) layer 111 having a thickness of, for example, 1 μm is formed in the nitrided portion of the fine metal structure 120.
[0104]
The manufacturing method of the fine metal structure 120 other than the above in the present embodiment is almost the same as the manufacturing method of the fifth embodiment, and therefore the description thereof is omitted.
[0105]
The Vickers hardness HV of the surface of the fine metal structure 120 formed with the chromium nitride layer 111 formed by the method of the present embodiment is 2,000, the tensile strength is 611 MPa, and the Young's modulus is 2.5 × 10 ¹¹ Pa and the coefficient of linear expansion is 4.4 × 10 ^-6 / ° C.
[0106]
According to the present embodiment, since chromium nitride layer 111 is formed in the fine pattern portion, when this fine metal structure 120 is used as a fine processing die for processing glass, the processed glass Can have good releasability.
[0107]
According to the present embodiment, the same effect as in the fifth embodiment can be obtained.
Each of the fine metal structures 120 according to the fifth to seventh embodiments is used as a fine processing die for processing a processing material (for example, metal, glass, or the like) into a processed product having a pattern on the order of μm. In this case, since each of the fine metal structures 120 according to the fifth to seventh embodiments has the above-described good mechanical strength, it is possible to process the processing material with high dimensional accuracy. In particular, when the processed product is made of a metal or an alloy, a processed product having higher strength than a plated product can be obtained by work hardening.
[0108]
Note that each of the “fine metal structure” and the “fine processing mold” in the present specification has a total size of about several mm and a metal structure and a processing mold having a pattern of a size of μm order or less. Mean each. Further, “μm order” in this specification means 1 μm or more and less than 1 mm. In addition, the “working surface” in the present specification means a surface where a micromachining mold contacts a working material at the time of working.
[0109]
Further, the “material having heat resistance of 250 ° C. or more” in this specification refers to the dimension of the pattern 102 before heating indicated by a dashed line when the pattern 102 is heated to 250 ° C. or more with reference to FIG. L1 and H1) mean a material in which the variation of the dimensions (L2 and H2) of the pattern 102 after heating indicated by a solid line is within ± 2%. That is, “a material having heat resistance of 250 ° C. or more” in this specification refers to a material that satisfies 0.98 × L1 ≦ L2 ≦ 1.02 × L1 and 0.98 × H1 ≦ H2 ≦ 1.02 × H1. means.
[0110]
In addition, the “material having heat resistance of 350 ° C. or more” is also a material in which, when heated to 350 ° C. or more, the variation of the dimension of the pattern after heating with respect to the dimension of the pattern before heating falls within ± 2%. Means
[0111]
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0112]
【The invention's effect】
As described above, since the plating mold having the fine pattern of the present invention is made of a material having heat resistance of 250 ° C. or more, it is prevented from softening and deforming even in molten salt electroforming at a high temperature. . Therefore, if this plating mold is used, a mechanical structure made of a material having a high melting point and high mechanical strength, such as tungsten, can be manufactured with high precision by molten salt electroforming without using water (aqueous solution). Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first step of a method for manufacturing a fine metal part according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a second step of the method for manufacturing a fine metal component according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a third step of the method for manufacturing a fine metal component according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing a fine metal component according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing a fine metal component according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing a fine metal component according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a seventh step of the method for manufacturing a fine metal component according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic sectional view showing an eighth step of the method for manufacturing a fine metal component according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration of an apparatus for performing molten salt electroforming.
FIG. 10 is a schematic sectional view showing a first step of forming a metal layer by electroforming using a seed layer on a silicon layer as a conductive layer.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a second step of forming a metal layer by electroforming using a seed layer on a silicon layer as a conductive layer.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a first step of a method for manufacturing a plating die according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 13 is a schematic sectional view showing a second step of the method of manufacturing the plating die according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic sectional view showing a third step of the method of manufacturing the plating die according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic sectional view showing a fourth step of the method of manufacturing the plating die according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing a first step of a method of manufacturing a plating die according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a second step of the method of manufacturing the plating die according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 18 is a schematic sectional view showing a third step of the method of manufacturing the plating die according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing a fourth step of the method of manufacturing the plating die according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing a fifth step of the method of manufacturing the plating die according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing a sixth step of the method of manufacturing the plating die according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing a first step of the method of manufacturing the plating die according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing a second step of the method of manufacturing the plating die according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 24 is a schematic cross-sectional view showing a third step of the method of manufacturing the plating die according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing a fourth step of the method of manufacturing the plating die according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing a fifth step of the method of manufacturing the plating die according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 27 is a schematic cross-sectional view showing a sixth step of the method of manufacturing the plating die according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing a first step of the method for manufacturing a fine metal structure in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 29 is a schematic cross-sectional view showing a second step of the method for manufacturing a fine metal structure in Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 30 is a schematic cross-sectional view showing a third step of the method for manufacturing a fine metal structure in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 31 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing a fine metal structure according to the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 32 is a view for explaining a material having heat resistance of 250 ° C. or higher.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 metal plate, 1 a seed layer, 2 silicon substrate, 2 a opening, 3 mask layer, 4 resist, 10 fine metal parts, 20 reticle, 21 substrate, 22 patterns, 31 plus pole, 32 minus pole, 33 standard electrode, 34 Thermocouple, 35 stir bar, 36 gas inlet, 37a container, 37b lid, 38 molten salt, 39 soluble anode, 40 substrate, 101 conductive substrate, 101a nickel layer, 102, 110A material (pattern layer), 102a, 103a, 104a, 107a openings, 103, 107 resist, 104 nickel layer, 105 laminate, 106 metal plate, 108 nickel layer (mold), 110 plating mold, 110B conductive film, 111 chromium nitride layer, 120 Fine metal structure, 108a, 120a Projection.

Claims

A plating mold having a fine pattern, having a fine pattern of a size of μm order or less and made of a material having heat resistance of 250 ° C. or more.

The plating die having a fine pattern according to claim 1, wherein the plating die is made of a material having a heat resistance of 350 ° C or more.

The material having a heat resistance of 250 ° C. or more includes at least one selected from the group consisting of silicon, alumina, zirconia, nickel, frit glass, stainless steel, nickel, iron and copper. Or a plating mold having the fine pattern according to 2.

A fine metal structure having a fine pattern having a size of not more than the order of μm and having a Vickers hardness HV of not less than 500 on at least a part of its surface.

A micro-processing die, wherein the fine metal structure according to claim 4 is formed as a processing die, and the processed surface has a hardness of Vickers hardness HV 500 or more.

A method for manufacturing a plating mold having a fine pattern having a size of μm order or less,
A step of forming a laminate in which a conductive layer and a pattern layer made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or more are laminated.
Forming a fine opening reaching the contact surface between the pattern layer and the conductive substrate in the pattern layer by patterning the pattern layer, producing a plating mold having a fine pattern. Method.

The method according to claim 6, wherein the conductive substrate is formed by being directly bonded on the pattern layer.

The method of claim 6, wherein the conductive substrate is formed by being bonded to the pattern layer by diffusion bonding.

The method according to claim 6, wherein the conductive substrate is formed by electroforming using a conductive film formed on the pattern layer as a conductive layer.

A method for manufacturing a plating mold having a fine pattern having a size of μm order or less,
A step of forming a laminate of a conductive substrate made of a material having heat resistance of 250 ° C. or more and a layer having a fine pattern,
A step of pressing the fine pattern of the laminate on the surface of the material while heating a material made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or more, thereby deforming the surface of the material to fit the fine pattern. When,
By removing the material until the surface of the layer having the fine pattern is exposed, leaving the material only in the fine pattern to form a pattern layer,
Removing the layer having the fine pattern, the method for manufacturing a plating mold having a fine pattern.

A method for manufacturing a plating mold having a fine pattern having a size of μm order or less,
Forming a mold having a fine pattern;
A step of pressing the fine pattern of the mold against the surface of the material while heating a material made of a material having a heat resistance of 250 ° C. or more, thereby deforming the surface of the material so as to fit the fine pattern. ,
Removing the mold from the material;
Making the surface of the material conductive. A method for manufacturing a plating mold having a fine pattern.

A fine metal structure having a pattern that fits into the fine pattern of the plating mold by performing molten salt electroforming using the plating mold formed by the method according to claim 6. Forming,
Removing the plating mold from the fine metal structure.

The method of claim 12, further comprising a step of nitriding a surface of the fine metal structure.