JP2004106341A - Mold for microcomponent and manufacturing method therefor - Google Patents

Mold for microcomponent and manufacturing method therefor Download PDF

Info

Publication number
JP2004106341A
JP2004106341A JP2002271637A JP2002271637A JP2004106341A JP 2004106341 A JP2004106341 A JP 2004106341A JP 2002271637 A JP2002271637 A JP 2002271637A JP 2002271637 A JP2002271637 A JP 2002271637A JP 2004106341 A JP2004106341 A JP 2004106341A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mold
plating
micro component
hard
hard coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002271637A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4098044B2 (en
Inventor
Atsushi Ogawa
小川 厚
Yutaka Mihara
三原 豊
Gen Hashiguchi
橋口 原
Fumikazu Ohira
大平 文和
Hidenori Yoshimura
吉村 英徳
Kiyoshi Chikashige
近重 清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aoi Electronics Co Ltd
Advanex Inc
Original Assignee
Aoi Electronics Co Ltd
Advanex Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aoi Electronics Co Ltd, Advanex Inc filed Critical Aoi Electronics Co Ltd
Priority to JP2002271637A priority Critical patent/JP4098044B2/en
Publication of JP2004106341A publication Critical patent/JP2004106341A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4098044B2 publication Critical patent/JP4098044B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mold for a microcomponent, which reduces manufacturing costs and has high accuracy and wherein a hardness of a surface layer is high, and a manufacturing method therefor. <P>SOLUTION: This mold 10 for the microcomponent is composed of plated metal in which a hard coating 11 is formed at least as the surface layer. The hard coating 11 has a skewed distribution composition. The hard coating 11 is composed of a titanium film including titanium nitride, and the concentration of the titanium nitride is gradually decreased inward from the surface layer of the coating 11. In this manufacturing method for the mold 10, a surface of a silicon substrate 20 is worked; an original mold for the mold 10 is prepared; the coating 11 is formed on the surface of the original mold; an electroless-plating metallic layer 13 and/or an electrolytic-plating metallic layer 14 are/is formed on the surface of the coating 11 by electroless plating and/or electrolytic plating; the metallic layer 13 and/or the metallic layer 14 and the coating 11 are brought into close contact with one another; and the original mold for the mold 10 is transferred to the metallic layer 13 and/or the metallic layer 14. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ部品用金型およびその製造方法に関し、特に製造コストが安価でかつ高い精度を有し、しかも表面の硬度が高いマイクロ部品用金型およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
マイクロ部品としては、例えば、回折格子を形成した分光デバイス、エンコーダー用スケール、フルネルレンズ、マイクロレンズなどが挙げられる。
回折格子を形成した分光デバイスは、例えば、図6に示すように、金属もしくはガラスからなる平板1の表面1aに、微細なピッチで形成された回折格子を有するものである。この分光デバイスに光を照射することによって、所定の回折条件を満たす光波長を分光するデバイスである。
【0003】
エンコーダ用スケールは、例えば、図7に示すように、平板2の表面に微細な凹凸が形成された平面状のスケールである。
フルネルレンズは、平板の表面上に一定の間隔で形成された溝がレンズ状に形成されたものであり、平面方向からの光を平面と垂直な方向に取り出すものである。
マイクロレンズは、平面基板上に微細なレンズの集合体が形成され、光学上の一括位置合わせを可能にするものであり、複眼レンズの製造も可能とするものである。
【0004】
従来、上記マイクロ部品は、製品そのものを機械加工により直接切削加工するか、あるいは、ガラスやシリコンにフォトリソグラフィ法によって製品のパターニングをした後、エッチングすることにより製造していた。
例えば、上記分光デバイスを製造する場合は、平板の表面に回折格子を機械加工するために、非常に高精度の加工機械と加工制御技術が必要とされる上に、加工に長時間を要することから、製造コストが高かった。これは、上記他のマイクロ部品に関しても同様であった。
【0005】
機械加工の他に、マイクロ部品を製造する方法として、マイクロ部品用金型を使用する方法もある。このマイクロ部品用金型の製造方法としては、以下のようなものがある。
(1)製品金型そのものを機械加工により直接切削加工する方法
(2)LIGAプロセス(Lithographie Galvanoformung Abformung)(例えば、非特許文献1参照。)
(3)放電加工法
【0006】
【非特許文献1】
「表面技術」 Vol.52、No.11、2001、p.734−736
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記各製造方法には、以下のような問題があった。
(1)の機械加工による方法は、加工精度に問題があり、十分な加工精度を得るためには、大型で高剛性の機械が必要であった。したがって、金型製造コストが高かった。
(2)のLIGAプロセスは、シリコンなどからなる基板上に厚いレジスト膜を形成し、その上に放射光を用いてパターニングし、そのレジストパターンを電気めっき(電気鋳造)により複写して製造するものであるが、この方法では、放射光を照射する特殊で高価な設備が必要であった。また、電気めっきによって製造される金型は、金やニッケルなどの比較的柔らかい材料に限られているため、高精度の金型を製造することができなかった。
(3)の放電加工方法は、例えば、WEDG法と呼ばれる方法によって調製された電極を用い、金型の加工を行う方法であるが、この方法では、電極の消耗が激しく、長時間の加工では電極の交換を頻繁に行わなければならないため、加工精度を高くすることが困難であった。また、電極の交換を行うため、金型制作費が膨大となっていた。さらに、放電加工は熱加工のため、得られた金型はその表面粗さが粗いものとなっていた。
【0008】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、製造コストが安価でかつ高い精度を有し、しかも表面層の硬度が高いマイクロ部品用金型およびその製造方法を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも表面層に硬質皮膜が形成されためっき金属からなるマイクロ部品用金型を提供する。
本発明は、前記硬質皮膜は、傾斜分布組成を有するマイクロ部品用金型を提供する。
本発明は、前記硬質皮膜は、窒化チタンを含むチタン膜からなり、該窒化チタンの濃度が前記硬質皮膜の表層から内部に向かって次第に低下しているマイクロ部品用金型を提供する。
本発明は、基板の表面を加工してマイクロ部品用金型の原型を調製し、次いで、該マイクロ部品用金型の原型の表面に硬質皮膜を形成し、そして、該硬質皮膜の表面に無電解めっきおよび電解めっき、あるいは無電解めっきにより、めっき金属形成して、該めっき金属と前記硬質皮膜とを密着させることにより、該めっき金属に前記硬質皮膜を介して前記マイクロ部品用金型の原型を転写し、前記マイクロ部品用金型の原型を除去してマイクロ部品用金型を得るマイクロ部品用金型の製造方法を提供する。
本発明は、基板の表面にフォトリソグラフィ法によって前記マイクロ部品用金型の原型のレジストパターンを形成し、次いで、該レジストパターンの表面に硬質皮膜を形成し、そして、該硬質皮膜の表面に無電解めっきおよび電解めっき、あるいは無電解めっきにより、めっき金属形成して、該めっき金属と前記硬質皮膜とを密着させることにより、該めっき金属に前記硬質皮膜を介して前記マイクロ部品用金型の原型を転写し、前記マイクロ部品用金型の原型を除去してマイクロ部品用金型を得るマイクロ部品用金型の製造方法を提供する。
本発明は、上記マイクロ部品用金型の製造方法において、前記硬質皮膜を形成した後、該硬質皮膜の表面にめっき触媒層を形成して、該めっき触媒層の表面に少なくとも無電解めっきによりめっき金属層を形成するマイクロ部品用金型の製造方法を提供する。
本発明は、前記硬質皮膜を形成する硬質形成物質の濃度を、前記基板の表面から前記めっき金属側に向けて低下させるマイクロ部品用金型の製造方法を提供する。
本発明は、前記基板はシリコンからなり、前記硬質形成物質は窒化チタンからなるマイクロ部品用金型の製造方法を提供する。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図1および図2は、本発明のマイクロ部品用金型の第1の実施形態を示す断面図である。
この実施形態のマイクロ部品用金型10は、表面層をなす硬質皮膜11と、硬質皮膜11上に形成されためっき触媒層12と、めっき触媒層12を介して硬質皮膜11上に形成された無電解めっき金属層13と、この無電解めっき金属層13上に形成された電解めっき金属層14とからなる積層構造をなすものである。ここでは、マイクロ部品用金型の製造方法も説明するために、シリコン基板20上に形成されたマイクロ部品用金型10を示している。
【0011】
硬質皮膜11は、高硬度の窒化チタン(TiN)を含むチタン膜からなるものである。また、硬質皮膜11は、TiN濃度が、硬質皮膜11とめっき触媒層12とが接する面に向かって次第に低くなっており、硬質皮膜11のめっき触媒層12と接する面においては、実質的に純Tiのみが存在する傾斜分布組成となっている。
硬質皮膜11の厚みは、目的とするマイクロ部品用金型10の厚みに応じて適宜設定されるが、1μm以上であることが好ましい。硬質皮膜11の厚みが1μm以上であれば、マイクロ部品用金型10の強度(剛性)が高くなり、所望の金型形状が保持される。
【0012】
めっき触媒層12は、硬質皮膜11上に無電解めっき層13を析出させる初期反応を起こさせるために設けられたものである。
めっき触媒層12を形成する材料としては、鉄、ニッケル、パラジウムなどが挙げられるが、これらの中でも、無電解めっきの初期反応の反応性が高いことなどから、パラジウムが好ましく用いられる。
なお、めっき触媒層12は、硬質皮膜11上に無電解めっき層13を析出させる初期反応を起こさせる触媒としての役割を果たすために形成されたものであるから、僅かに存在していればよく、その厚さは0.02μm以上あればよい。
【0013】
無電解めっき金属層13は、無電解ニッケルめっき、無電解コバルトめっき、無電解銅めっき、無電解金めっき、無電解スズめっきなどで形成されている。これらの中でも、耐食性が高く、硬度が非常に高いことなどから、無電解めっき金属層13は無電解ニッケルめっきで形成されていることが好ましい。無電解めっきは、均一な膜厚のめっき層が得られるので、マイクロ部品用金型のように高い寸法精度が要求されるような用途には、好適である。
無電解めっき金属層13の厚みは、目的とするマイクロ部品用金型10の厚みや、硬質皮膜11の厚みに応じて適宜設定されるが、30μm以上であることが好ましい。無電解めっき金属層13の厚みが30μm以上であれば、マイクロ部品用金型10の強度(剛性)が高くなり、所望の金型形状が保持される。
【0014】
無電解めっき金属層13を形成する無電解ニッケルめっきとしては、例えば、無電解ニッケル−リンめっき(中リン)、無電解ニッケル−リンめっき(低リン)、無電解ニッケル−リンめっき(高リン)、無電解ニッケル−ホウ素めっき、無電解ニッケル−タングステンめっきなどが挙げられる。特に、無電解ニッケル−リンめっきでは、使用するリンの量に応じて、めっきの硬度を調製することができ、リンの量が少ないと軟らかく、リンの量が多いと硬くなる。なお、リンの量が多いと硬くなるが、それに加えて脆くなるので、無電解ニッケル−リンめっき(中リン)で、無電解めっき金属層13を形成することが好ましい。
【0015】
無電解ニッケル−リンめっき(中リン)を形成するには、めっき液の組成を、例えば、硫酸ニッケル21g/L、錯化剤、次亜リン酸ナトリウム21g/L、pH緩衝剤、安定剤などからなるものとする。
錯化剤としては、酢酸、クエン酸、有機酸などが用いられる。
pH緩衝剤としては、酢酸、プロピオン酸などが用いられる。
安定剤としては、微量の鉛などが用いられる。
【0016】
電解めっき金属層14は、電解銅めっき、電解ニッケルめっき、電解クロムめっき、電解亜鉛めっき、電解スズめっき、電解金めっき、電解銀めっきなどで形成されている。これらの中でも、形成時間が短く、安価であることなどから、電解めっき金属層14は電解ニッケルめっきで形成されていることが好ましい。
電解めっき金属層14の厚みは、目的とするマイクロ部品用金型10の厚みに応じて適宜設定され、所望のマイクロ部品用金型10の形状が得られる程度の厚みさえあれば特に限定されるものではない。
【0017】
電解めっき金属層14を形成する電解ニッケルめっき液の組成を、例えば、硫酸ニッケル200〜400g/L、塩化ニッケル30〜60g/L、ホウ酸30〜40g/L、添加剤などからなるものとする。
【0018】
この実施形態のマイクロ部品用金型10は、表面層として、TiNを含むチタン膜からなる硬質皮膜11が形成されているから、金型の形状が長期に渡って保持され、金型の寿命が長くなる。
さらに、硬質の無電解めっき金属層13が形成されているから、硬質皮膜11のみが形成されている場合よりも、金型の寿命が長くなる。
【0019】
次に、この実施形態のマイクロ部品用金型の製造方法を説明する。
この実施形態のマイクロ部品用金型10を製造するには、先ず、シリコン基板の表面にフォトレジストを所定の厚さに塗布する。次いで、このシリコン基板上にマスクを配置し、マスクを介してシリコン基板の表面に光を照射して、マスクパターンをフォトレジストに転写する。次いで、光が当たった部分のフォトレジストを溶剤によって除去する。次いで、イオン照射などのドライエッチングによりシリコン基板の表面を所定深さにエッチングして、シリコン基板の表面にレジストパターンに対応した溝を形成する。次いで、残存するフォトレジストを除去し、表面に所望のマイクロ部品用金型形状を有するシリコン基板20を得る。
【0020】
次いで、このシリコン基板20の表面に、反応性スパッタリングによりTiNを所定の厚さに蒸着させて、硬質皮膜11を形成し、マイクロ部品用金型の原型の表層部を調製する。硬質皮膜11は、スパッタリング条件を調整して、めっき触媒層12と接する側の表層に向かってTiN濃度が低くなり、めっき触媒層12と接する表面は、実質的に純Tiとなる傾斜分布組成となるように形成する。
【0021】
次いで、硬質皮膜11の表面に、スパッタリングによりパラジウムなどを所定の厚さに蒸着させて、めっき触媒層12を形成する。
【0022】
次いで、硬質皮膜11およびめっき触媒層12が形成されたシリコン基板20を、無電解めっき浴に浸漬し、めっき浴の温度を90℃とし、めっき浴を攪拌しながらめっきを成長させて、所定厚さの無電解めっき金属層13を形成する。
【0023】
次いで、硬質皮膜11、めっき触媒層12および無電解めっき金属層13が形成されたシリコン基板20を、pH3.0〜4.5に調整した電解めっき浴に浸漬し、めっき浴の温度を40〜60℃とし、めっき浴を空気攪拌しながら、電流密度1〜10A/dmで、めっきを成長させて、所定厚さの電解めっき金属層14を形成する。
【0024】
次いで、ウェットエッチング、機械的に削り取る方法などによって、シリコン基板20を除去して、マイクロ部品用金型10を得る。
【0025】
この実施形態のマイクロ部品用金型の製造方法では、反応性スパッタリングにより、シリコン基板20の表面にTiNを含むチタン膜からなる硬質皮膜11を形成するため、マイクロ部品用金型10にナノオーダーの形状を転写することができ、結果として、高精度にシリコン基板20の凹凸形状を転写することができる。
また、無電解めっき金属層13を形成する面に、無電解めっきの触媒となるパラジウムなどからなるめっき触媒層12が存在することにより、無電解めっきの初期反応の反応性が高くなり、より容易に無電解めっき金属層13を形成することができる。
さらに、無電解めっき金属層13は、電解めっき時の電気伝導膜として機能するから、電解めっき金属層14を形成する面に電気伝導性を確保することができる。したがって、より容易に電解めっき金属層14を形成することができる。
【0026】
なお、このマイクロ部品用金型の製造方法では、表面に所望のマイクロ部品用金型形状を有するシリコン基板20を用いたが、本発明のマイクロ部品用金型の製造方法はこれに限定されない。図3に示すように、シリコン基板21の表面に、フォトレジストを比較的厚く塗布し、このフォトレジストをパターニングすることにより、レジスト自体に形状を形成して、所望のマイクロ部品用金型形状を有するレジスト膜22を形成してもよい。
また、シリコン基板21の代わりに、ガラス基板を用いてもよい。
【0027】
図4は、本発明のマイクロ部品用金型の第2の実施形態を示す断面図である。この実施形態では、上記第1の実施形態とは、無電解めっき金属層13が表面層をなしている点が異なっている。図4において、図1に示した第1の実施形態の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
【0028】
この実施形態のマイクロ部品用金型10では、表面層としてTiNを含むチタン膜からなる硬質皮膜を形成せずに、無電解めっき層13のみが形成されている。めっき触媒層12は、マイクロ部品用金型の形状を保持する程の強度を有していないから、所望のマイクロ部品用金型の形状を保持するためには、無電解めっき層13の厚みが30μm以上であることが好ましい。
【0029】
この実施形態のマイクロ部品用金型10では、TiNを含むチタン膜からなる硬質皮膜を形成していなが、無電解めっき金属層13の厚みを、第1の実施形態よりも僅かに厚くすることにより、金型の形状が長期に渡って保持され、金型の寿命が長くなる。
【0030】
この実施形態のマイクロ部品用金型10を製造するには、上述の第1の実施形態と同様の製造方法で製造されるが、TiNを含むチタン膜からなる硬質皮膜を形成する必要がないから、工程が簡略化され、より低コストでマイクロ部品用金型10を製造することができる。
【0031】
図5は、本発明のマイクロ部品用金型の第3の実施形態を示す断面図である。この実施形態では、上記第1の実施形態とは、電解めっき金属層14が形成されていない点が異なっている。図5において、図1に示した第1の実施形態の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
【0032】
この実施形態のマイクロ部品用金型10では、硬質皮膜11およびめっき触媒層12の上に、無電解めっき層13のみが形成されている。したがって、所望のマイクロ部品用金型の形状を保持するために、無電解めっき層13の厚みが100μm以上であることが好ましい。
【0033】
この実施形態のマイクロ部品用金型10では、比較的軟質の電解めっき層が形成されておらず、硬質の硬質皮膜11および無電解めっき層13が形成されているから、より高硬度のマイクロ部品用金型10が得られ、より金型の形状が長期に渡って保持され、金型の寿命が長くなる。ゆえに、この実施形態のマイクロ部品用金型10は、より高精度、高耐久性の要求される用途に好適である。
【0034】
この実施形態のマイクロ部品用金型10も、上述の第1の実施形態と同様の製造方法で製造される。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマイクロ部品用金型は、表面層として、TiNを含むチタン膜からなる硬質皮膜または硬質の無電解めっき金属層、あるいは、硬質皮膜および硬質の無電解めっき金属層が形成されているから、金型の形状が長期に渡って保持され、金型の寿命が長くなる。
本発明のマイクロ部品用金型の製造方法によれば、所望の金型形状を有するシリコン基板などの表面にTiNを含むチタン膜からなる硬質皮膜を形成するため、マイクロ部品用金型にナノオーダーの形状を転写することができ、結果として、高精度に所望の金型形状を転写することができる。また、無電解めっき金属層を形成する面に、無電解めっきの触媒となるパラジウムなどからなるめっき触媒層が存在するから、無電解めっきの初期反応の反応性が高くなる。さらに、無電解めっき金属層は、電解めっき時の電気伝導膜として機能するから、電解めっき金属層を形成する面に電気伝導性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマイクロ部品用金型の第1の実施形態を示す断面図である。
【図2】本発明のマイクロ部品用金型の第1の実施形態を示す断面図である。
【図3】本発明のマイクロ部品用金型の第1の実施形態の製造方法を示す断面図である。
【図4】本発明のマイクロ部品用金型の第2の実施形態を示す断面図である。
【図5】本発明のマイクロ部品用金型の第3の実施形態を示す断面図である。
【図6】回折格子を形成した分光デバイスを示す部分断面図である。
【図7】エンコーダー用スケールを示す部分断面図である。
【符号の説明】
10・・・マイクロ部品用金型、11・・・硬質皮膜、12・・・めっき触媒層、13・・・無電解めっき金属層、14・・・電解めっき金属層、20・・・シリコン基板、21・・・ガラス基板、22・・・レジスト膜
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal mold for a micro component and a method for manufacturing the same, and more particularly to a metal mold for a micro component having a low manufacturing cost, high accuracy, and high surface hardness, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Examples of the micro component include a spectral device having a diffraction grating, a scale for an encoder, a Fresnel lens, and a micro lens.
For example, as shown in FIG. 6, a spectral device having a diffraction grating has a diffraction grating formed at a fine pitch on the surface 1a of a flat plate 1 made of metal or glass. By irradiating light to the spectral device, the device is a device that splits a light wavelength satisfying a predetermined diffraction condition.
[0003]
The encoder scale is, for example, a flat scale having fine irregularities formed on the surface of the flat plate 2 as shown in FIG.
The Fresnel lens is a lens in which grooves formed at regular intervals on the surface of a flat plate are formed in a lens shape, and extracts light from a plane direction in a direction perpendicular to the plane.
The microlenses are formed by forming an aggregate of fine lenses on a flat substrate, enabling collective optical alignment, and also enabling manufacture of a compound eye lens.
[0004]
Conventionally, the above-mentioned micro component has been manufactured by directly cutting the product itself by machining, or by patterning the product on a glass or silicon by a photolithography method and then etching the product.
For example, when manufacturing the above-mentioned spectral device, in order to machine a diffraction grating on the surface of a flat plate, a very high-precision processing machine and processing control technology are required, and processing takes a long time. Therefore, the manufacturing cost was high. This was the same for the other micro components described above.
[0005]
In addition to machining, as a method of manufacturing a micro component, there is a method of using a micro component mold. As a method of manufacturing the micro component mold, there is the following method.
(1) A method of directly cutting a product die itself by machining (2) LIGA process (Lithographie Galvanoformung Abformung) (for example, see Non-Patent Document 1).
(3) Electric discharge machining method
[Non-patent document 1]
“Surface Technology” Vol. 52, no. 11, 2001, p. 734-736
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, each of the above manufacturing methods has the following problems.
The method of (1) by machining has a problem in machining accuracy, and a large-sized, high-rigidity machine is required in order to obtain sufficient machining accuracy. Therefore, the mold manufacturing cost was high.
The LIGA process (2) is a process in which a thick resist film is formed on a substrate made of silicon or the like, patterned using radiation light, and the resist pattern is copied by electroplating (electroforming). However, this method requires special and expensive equipment for irradiating the emitted light. In addition, since a mold manufactured by electroplating is limited to a relatively soft material such as gold or nickel, a highly accurate mold cannot be manufactured.
The electric discharge machining method (3) is, for example, a method of machining a metal mold using an electrode prepared by a method called a WEDG method. Since the electrodes must be replaced frequently, it has been difficult to increase the processing accuracy. In addition, since the electrodes are exchanged, the cost of mold production is enormous. Furthermore, since the electrical discharge machining was performed by thermal machining, the obtained mold had a rough surface roughness.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a micropart mold having a low manufacturing cost and high accuracy, and a high hardness of a surface layer, and a method of manufacturing the same. .
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a metal mold for a micro component comprising a plated metal having a hard film formed on at least a surface layer.
The present invention provides a mold for microparts, wherein the hard coating has a gradient distribution composition.
The present invention provides a micro component mold in which the hard coating is formed of a titanium film containing titanium nitride, and the concentration of the titanium nitride is gradually reduced from the surface layer of the hard coating toward the inside.
In the present invention, a surface of a substrate is processed to prepare a mold for a micro component mold, and then a hard film is formed on the surface of the mold for the micro component mold, and a hard film is formed on the surface of the hard film. By forming a plating metal by electrolytic plating and electrolytic plating, or electroless plating, and bringing the plating metal into close contact with the hard film, a prototype of the micro component mold is formed on the plating metal via the hard film. And a method for manufacturing a mold for a micro component to obtain a mold for a micro component by removing the original mold of the mold for the micro component.
According to the present invention, a resist pattern of a prototype of the mold for micro parts is formed on a surface of a substrate by a photolithography method, a hard film is formed on the surface of the resist pattern, and a hard film is formed on a surface of the hard film. By forming a plating metal by electrolytic plating and electrolytic plating, or by electroless plating, and bringing the plating metal into close contact with the hard film, a prototype of the micro component mold is formed on the plating metal via the hard film. And a method for manufacturing a mold for a micro component to obtain a mold for a micro component by removing the original mold of the mold for the micro component.
The present invention provides the method for manufacturing a mold for a micro component, wherein, after forming the hard coating, a plating catalyst layer is formed on the surface of the hard coating, and the surface of the plating catalyst layer is plated by at least electroless plating. Provided is a method for manufacturing a metal mold for forming a metal layer.
The present invention provides a method for manufacturing a mold for a micro component, in which the concentration of a hard forming substance forming the hard film is reduced from the surface of the substrate toward the plating metal side.
The present invention provides a method for manufacturing a micro component mold, wherein the substrate is made of silicon and the hard forming material is made of titanium nitride.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
1 and 2 are sectional views showing a first embodiment of a mold for a micro component of the present invention.
The micropart mold 10 of this embodiment is formed on the hard film 11 via the hard film 11 serving as a surface layer, the plating catalyst layer 12 formed on the hard film 11, and the plating catalyst layer 12. It has a laminated structure including the electroless plating metal layer 13 and the electrolytic plating metal layer 14 formed on the electroless plating metal layer 13. Here, a micro component mold 10 formed on a silicon substrate 20 is shown in order to explain a method of manufacturing the micro component mold.
[0011]
The hard coating 11 is made of a titanium film containing titanium nitride (TiN) having high hardness. The hard coating 11 has a TiN concentration that gradually decreases toward the surface where the hard coating 11 and the plating catalyst layer 12 are in contact with each other. It has a gradient distribution composition in which only Ti exists.
The thickness of the hard coating 11 is appropriately set according to the thickness of the intended micropart mold 10, and is preferably 1 μm or more. When the thickness of the hard coating 11 is 1 μm or more, the strength (rigidity) of the micro component mold 10 is increased, and a desired mold shape is maintained.
[0012]
The plating catalyst layer 12 is provided to cause an initial reaction for depositing the electroless plating layer 13 on the hard film 11.
Examples of the material for forming the plating catalyst layer 12 include iron, nickel, and palladium. Of these, palladium is preferably used because of the high reactivity of the initial reaction of electroless plating.
Note that the plating catalyst layer 12 is formed to serve as a catalyst for causing an initial reaction for depositing the electroless plating layer 13 on the hard film 11, and therefore, it is sufficient that the plating catalyst layer 12 slightly exists. , The thickness may be 0.02 μm or more.
[0013]
The electroless plating metal layer 13 is formed by electroless nickel plating, electroless cobalt plating, electroless copper plating, electroless gold plating, electroless tin plating, or the like. Among these, it is preferable that the electroless plating metal layer 13 is formed by electroless nickel plating because of its high corrosion resistance and extremely high hardness. Electroless plating can provide a plating layer having a uniform film thickness, and is suitable for applications requiring high dimensional accuracy, such as molds for micro components.
The thickness of the electroless plating metal layer 13 is appropriately set according to the thickness of the intended micropart mold 10 or the thickness of the hard coating 11, but is preferably 30 μm or more. If the thickness of the electroless plating metal layer 13 is 30 μm or more, the strength (rigidity) of the micro component mold 10 is increased, and a desired mold shape is maintained.
[0014]
Examples of the electroless nickel plating for forming the electroless plating metal layer 13 include electroless nickel-phosphorous plating (medium phosphorus), electroless nickel-phosphorous plating (low phosphorus), and electroless nickel-phosphorous plating (high phosphorus). , Electroless nickel-boron plating, electroless nickel-tungsten plating, and the like. In particular, in the electroless nickel-phosphorus plating, the hardness of the plating can be adjusted according to the amount of phosphorus to be used. When the amount of phosphorus is small, the plating is soft, and when the amount of phosphorus is large, the plating becomes hard. It should be noted that, when the amount of phosphorus is large, the layer becomes hard, but becomes brittle. In addition, it is preferable to form the electroless plated metal layer 13 by electroless nickel-phosphorus plating (medium phosphorus).
[0015]
To form electroless nickel-phosphorus plating (medium phosphorus), the composition of the plating solution is, for example, nickel sulfate 21 g / L, complexing agent, sodium hypophosphite 21 g / L, pH buffer, stabilizer, etc. Shall consist of
Acetic acid, citric acid, organic acids and the like are used as complexing agents.
Acetic acid, propionic acid and the like are used as the pH buffer.
As a stabilizer, a trace amount of lead or the like is used.
[0016]
The electrolytic plating metal layer 14 is formed by electrolytic copper plating, electrolytic nickel plating, electrolytic chromium plating, electrolytic zinc plating, electrolytic tin plating, electrolytic gold plating, electrolytic silver plating, or the like. Among these, the electrolytic plating metal layer 14 is preferably formed by electrolytic nickel plating because the formation time is short and the cost is low.
The thickness of the electroplated metal layer 14 is appropriately set according to the thickness of the intended micro component mold 10, and is particularly limited as long as the thickness is such that the desired micro component mold 10 can be obtained. Not something.
[0017]
The composition of the electrolytic nickel plating solution for forming the electrolytic plating metal layer 14 is, for example, composed of 200 to 400 g / L of nickel sulfate, 30 to 60 g / L of nickel chloride, 30 to 40 g / L of boric acid, additives, and the like. .
[0018]
In the mold 10 for a micro component of this embodiment, since the hard film 11 made of a titanium film containing TiN is formed as a surface layer, the shape of the mold is maintained for a long time, and the life of the mold is extended. become longer.
Further, since the hard electroless plating metal layer 13 is formed, the life of the mold is longer than when only the hard film 11 is formed.
[0019]
Next, a method of manufacturing the micro component mold according to this embodiment will be described.
In order to manufacture the micro component mold 10 of this embodiment, first, a photoresist is applied to a surface of a silicon substrate to a predetermined thickness. Next, a mask is arranged on the silicon substrate, and the surface of the silicon substrate is irradiated with light through the mask to transfer the mask pattern to the photoresist. Next, the portion of the photoresist exposed to the light is removed by a solvent. Next, the surface of the silicon substrate is etched to a predetermined depth by dry etching such as ion irradiation to form a groove corresponding to the resist pattern on the surface of the silicon substrate. Next, the remaining photoresist is removed to obtain a silicon substrate 20 having a desired micro component mold shape on the surface.
[0020]
Next, TiN is vapor-deposited on the surface of the silicon substrate 20 to a predetermined thickness by reactive sputtering to form a hard coating 11, thereby preparing a surface layer portion of a micro component mold. The hard film 11 has a gradient distribution composition in which the TiN concentration decreases toward the surface layer on the side in contact with the plating catalyst layer 12 by adjusting the sputtering conditions, and the surface in contact with the plating catalyst layer 12 becomes substantially pure Ti. It forms so that it may become.
[0021]
Next, palladium or the like is vapor-deposited to a predetermined thickness on the surface of the hard film 11 by sputtering to form a plating catalyst layer 12.
[0022]
Next, the silicon substrate 20 on which the hard coating 11 and the plating catalyst layer 12 are formed is immersed in an electroless plating bath, the temperature of the plating bath is set to 90 ° C., and the plating is grown while stirring the plating bath. The electroless plating metal layer 13 is formed.
[0023]
Next, the silicon substrate 20 on which the hard coating 11, the plating catalyst layer 12, and the electroless plating metal layer 13 are formed is immersed in an electrolytic plating bath adjusted to pH 3.0 to 4.5, and the temperature of the plating bath is set to 40 to The plating is grown at a current density of 1 to 10 A / dm 2 while the temperature of the plating bath is set to 60 ° C. and the air is stirred in the plating bath to form an electroplating metal layer 14 having a predetermined thickness.
[0024]
Next, the silicon substrate 20 is removed by wet etching, mechanical shaving, or the like, to obtain the micro component mold 10.
[0025]
In the manufacturing method of the micro component mold of this embodiment, the hard coating 11 made of the titanium film containing TiN is formed on the surface of the silicon substrate 20 by reactive sputtering. The shape can be transferred, and as a result, the uneven shape of the silicon substrate 20 can be transferred with high accuracy.
In addition, the presence of the plating catalyst layer 12 made of palladium or the like which serves as a catalyst for electroless plating on the surface on which the electroless plating metal layer 13 is formed increases the reactivity of the initial reaction of electroless plating, thereby facilitating easier electroless plating. The electroless plating metal layer 13 can be formed on the substrate.
Further, since the electroless plating metal layer 13 functions as an electric conductive film at the time of electrolytic plating, electric conductivity can be secured on the surface on which the electrolytic plating metal layer 14 is formed. Therefore, the electroplating metal layer 14 can be formed more easily.
[0026]
In the method of manufacturing the micro component mold, the silicon substrate 20 having a desired micro component mold shape on the surface is used, but the manufacturing method of the micro component mold of the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 3, a relatively thick photoresist is applied to the surface of the silicon substrate 21, and the photoresist is patterned to form a shape on the resist itself, thereby forming a desired micro component mold shape. May be formed.
Further, instead of the silicon substrate 21, a glass substrate may be used.
[0027]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the mold for a micro component of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that the electroless plating metal layer 13 forms a surface layer. 4, the same components as those of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0028]
In the micro component mold 10 of this embodiment, only the electroless plating layer 13 is formed without forming a hard film made of a titanium film containing TiN as a surface layer. Since the plating catalyst layer 12 does not have enough strength to maintain the shape of the micro component mold, the thickness of the electroless plating layer 13 must be reduced in order to maintain the desired shape of the micro component mold. It is preferably 30 μm or more.
[0029]
In the micro component mold 10 of this embodiment, a hard film made of a titanium film containing TiN is not formed, but the thickness of the electroless plating metal layer 13 is required to be slightly larger than that of the first embodiment. Thereby, the shape of the mold is maintained for a long time, and the life of the mold is prolonged.
[0030]
In order to manufacture the micro component mold 10 of this embodiment, it is manufactured by the same manufacturing method as that of the above-described first embodiment, but it is not necessary to form a hard film made of a titanium film containing TiN. The process is simplified, and the micro component mold 10 can be manufactured at lower cost.
[0031]
FIG. 5 is a sectional view showing a third embodiment of the mold for a micro component of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that the electroplating metal layer 14 is not formed. In FIG. 5, the same components as those of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0032]
In the mold 10 for a micro component of this embodiment, only the electroless plating layer 13 is formed on the hard coating 11 and the plating catalyst layer 12. Therefore, it is preferable that the thickness of the electroless plating layer 13 be 100 μm or more in order to maintain a desired shape of the micro component mold.
[0033]
In the mold 10 for a micro component of this embodiment, a relatively soft electrolytic plating layer is not formed, and a hard coating 11 and an electroless plating layer 13 are formed. The mold 10 is obtained, the shape of the mold is maintained for a long time, and the life of the mold is prolonged. Therefore, the micropart mold 10 of this embodiment is suitable for applications requiring higher precision and higher durability.
[0034]
The micro component mold 10 of this embodiment is also manufactured by the same manufacturing method as in the first embodiment.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, the mold for a micro component of the present invention has, as a surface layer, a hard coating or a hard electroless plating metal layer made of a titanium film containing TiN, or a hard coating and a hard electroless plating metal layer. Is formed, the shape of the mold is maintained for a long time, and the life of the mold is prolonged.
According to the method of manufacturing a mold for a micro component of the present invention, a hard film made of a titanium film containing TiN is formed on the surface of a silicon substrate or the like having a desired mold shape. Can be transferred, and as a result, a desired mold shape can be transferred with high accuracy. Further, since a plating catalyst layer made of palladium or the like serving as a catalyst for electroless plating is present on the surface on which the electroless plating metal layer is formed, the reactivity of the initial reaction of electroless plating is increased. Furthermore, since the electroless plating metal layer functions as an electric conductive film at the time of electrolytic plating, electric conductivity can be secured on the surface on which the electrolytic plating metal layer is formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a mold for a micro component of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a mold for a micro component of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the micro component mold according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the mold for a micro component of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the mold for a micro component of the present invention.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a spectral device on which a diffraction grating is formed.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing an encoder scale.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Die for micro parts, 11 ... Hard film, 12 ... Plating catalyst layer, 13 ... Electroless plating metal layer, 14 ... Electroplating metal layer, 20 ... Silicon substrate , 21 ... glass substrate, 22 ... resist film

Claims (8)

少なくとも表面層に硬質皮膜が形成されためっき金属からなることを特徴とするマイクロ部品用金型。A mold for a micro component, comprising a plated metal having a hard film formed on at least a surface layer. 前記硬質皮膜は、傾斜分布組成を有することを特徴とする請求項1記載のマイクロ部品用金型。The mold according to claim 1, wherein the hard coating has a gradient distribution composition. 前記硬質皮膜は、窒化チタンを含むチタン膜からなり、該窒化チタンの濃度が前記硬質皮膜の表層から内部に向かって次第に低下していることを特徴とする請求項1または2記載のマイクロ部品用金型。3. The micro component according to claim 1, wherein the hard coating is made of a titanium film containing titanium nitride, and a concentration of the titanium nitride is gradually reduced from a surface layer of the hard coating toward the inside. Mold. 基板の表面を加工してマイクロ部品用金型の原型を調製し、次いで、該マイクロ部品用金型の原型の表面に硬質皮膜を形成し、そして、該硬質皮膜の表面に無電解めっきおよび電解めっき、あるいは無電解めっきにより、めっき金属形成して、該めっき金属と前記硬質皮膜とを密着させることにより、該めっき金属に前記硬質皮膜を介して前記マイクロ部品用金型の原型を転写し、前記マイクロ部品用金型の原型を除去してマイクロ部品用金型を得ることを特徴とするマイクロ部品用金型の製造方法。The surface of the substrate is processed to prepare a mold for a micro component mold, then a hard film is formed on the surface of the mold for the micro component mold, and electroless plating and electrolytic plating are performed on the surface of the hard film. By plating, or by electroless plating, a plating metal is formed, and the plating metal and the hard coating are brought into close contact with each other, thereby transferring the prototype of the micro component mold to the plating metal via the hard coating, A method for manufacturing a micro component mold, comprising removing a prototype of the micro component mold to obtain a micro component mold. 基板の表面にフォトリソグラフィ法によって前記マイクロ部品用金型の原型のレジストパターンを形成し、次いで、該レジストパターンの表面に硬質皮膜を形成し、そして、該硬質皮膜の表面に無電解めっきおよび電解めっき、あるいは無電解めっきにより、めっき金属形成して、該めっき金属と前記硬質皮膜とを密着させることにより、該めっき金属に前記硬質皮膜を介して前記マイクロ部品用金型の原型を転写し、前記マイクロ部品用金型の原型を除去してマイクロ部品用金型を得ることを特徴とするマイクロ部品用金型の製造方法。A resist pattern of the prototype of the micro component mold is formed on the surface of the substrate by a photolithography method, then a hard film is formed on the surface of the resist pattern, and electroless plating and electrolysis are performed on the surface of the hard film. By plating, or by electroless plating, a plating metal is formed, and the plating metal and the hard coating are brought into close contact with each other, thereby transferring the prototype of the micro component mold to the plating metal via the hard coating, A method for manufacturing a micro component mold, comprising removing a prototype of the micro component mold to obtain a micro component mold. 請求項4または5記載のマイクロ部品用金型の製造方法において、
前記硬質皮膜を形成した後、該硬質皮膜の表面にめっき触媒層を形成して、該めっき触媒層の表面に少なくとも無電解めっきによりめっき金属層を形成することを特徴とするマイクロ部品用金型の製造方法。
The method for manufacturing a mold for a micro component according to claim 4 or 5,
After forming the hard coating, a plating catalyst layer is formed on the surface of the hard coating, and a plating metal layer is formed on the surface of the plating catalyst layer by at least electroless plating. Manufacturing method.
前記硬質皮膜を形成する硬質形成物質の濃度を、前記基板の表面から前記めっき金属側に向けて低下させることを特徴とする請求項4または5記載のマイクロ部品用金型の製造方法。The method according to claim 4 or 5, wherein the concentration of the hard forming substance forming the hard coating is reduced from the surface of the substrate toward the plating metal. 前記基板はシリコンからなり、前記硬質形成物質は窒化チタンからなることを特徴とする請求項6記載のマイクロ部品用金型の製造方法。7. The method according to claim 6, wherein the substrate is made of silicon, and the hard forming material is made of titanium nitride.
JP2002271637A 2002-09-18 2002-09-18 Manufacturing method of mold for micro parts Expired - Fee Related JP4098044B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002271637A JP4098044B2 (en) 2002-09-18 2002-09-18 Manufacturing method of mold for micro parts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002271637A JP4098044B2 (en) 2002-09-18 2002-09-18 Manufacturing method of mold for micro parts

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004106341A true JP2004106341A (en) 2004-04-08
JP4098044B2 JP4098044B2 (en) 2008-06-11

Family

ID=32268889

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002271637A Expired - Fee Related JP4098044B2 (en) 2002-09-18 2002-09-18 Manufacturing method of mold for micro parts

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4098044B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008044328A (en) * 2006-08-21 2008-02-28 Yamaha Corp Manufacturing method of fine mold

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008044328A (en) * 2006-08-21 2008-02-28 Yamaha Corp Manufacturing method of fine mold

Also Published As

Publication number Publication date
JP4098044B2 (en) 2008-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7871670B2 (en) Microfabrication using replicated patterned topography and self-assembled monolayers
US8070970B2 (en) UV-LIGA process for fabricating a multilayer metal structure having adjacent layers that are not entirely superposed, and the structure obtained
KR100431676B1 (en) Microstructure array, and methods of fabricating a microstructure array, a mold for forming a microstructure array, and a microlens array
CN101918617B (en) Method for obtaining a metal microstructure and microstructure obtained according to said method
CN1693182A (en) Deep submicron three-dimensional rolling mould and its mfg. method
CN102758226B (en) Accurate electroplating machining method for long-grating roller stamping mould for machine tool
CN110703373A (en) Method for manufacturing precise metal reflection grating
KR20110094261A (en) Forming method of nano structure using the metal nano ring pattern
JP2021096245A (en) Method of manufacturing timepiece component and component produced using the same
JP4836522B2 (en) Electroforming mold, electroforming mold manufacturing method, and electroformed component manufacturing method
JP2006169620A (en) Electroforming die and its production method
JP4098044B2 (en) Manufacturing method of mold for micro parts
JP4468191B2 (en) Metal structure and manufacturing method thereof
CN101169589B (en) Method for manufacturing light guide plate cavity
JP2008230083A (en) Stamper manufacturing method
JP2019070193A (en) Die for electric plating and production process of the same
JP2006028604A (en) Method for transferring minute shape, method for manufacturing casting mold, surface treatment method for casting mold, and casting mold
CN100376953C (en) Method for manufacturing light guiding plate core
JP3548511B2 (en) Die for diffractive optical element, diffractive optical element, and method of manufacturing the same
JPH09300573A (en) Electrocast thin metal plate and manufacture thereof
JP2006289659A (en) Mold and its manufacturing method
US20050276914A1 (en) Method for manufacturing light guide plate mold cores
CN108732863A (en) A kind of flexible nano impression block and preparation method thereof
CN109680306B (en) FMM electroforming mother board manufacturing method based on mechanical punching
JPH1088385A (en) Plating method of tungsten alloy

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041216

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060804

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060815

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061013

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071016

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071217

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080304

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080312

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110321

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120321

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130321

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130321

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140321

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees