JP2006001239A

JP2006001239A - 金型の製造方法

Info

Publication number: JP2006001239A
Application number: JP2004182442A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Yamaguchi; 修一山口; Yasuhisa Tomita; 泰央冨田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】高精度かつ短時間で金型を製造できる金型、特に光学部品用の金型の製造方法を提供する。
【解決手段】リソグラフィ技術を用いて基板の表面に導体パターンを形成するパターン形成工程と、機械的切削手段を用いて前記導体パターンを切削加工する工程を含むことを特徴とする。具体的には、基板１０の表面に反転型２２を形成した後、単結晶ダイヤモンドバイト３０で反転型２２を超精密切削加工を行い、プリズム部２３を形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は金型の製造方法に関し、特に光学部品用の金型の製造方法に関する。

従来、プリズム金型は１枚の金属板を加工して製造されていた。金属板の表面をダイヤモンドバイトを用いて直交する２方向から削ることによって、格子状にプリズム部が配列されたプリズム金型を製造していた。ダイヤモンドバイトを用いれば、高精度な加工を行うことができる。
特開２００１−１５００６４号公報

ところで、プリズム部をランダム配置とすれば、均一照明性能を高めることができることは知られている。

近年、均一照明性能が高いプリズム金型が求められるようになり、この要求に応えるプリズム金型が製造されている。

しかし、ダイヤモンドバイトを用いた切削加工によって金属板にランダムに配置されたプリズム部を作るには、ダイヤモンドバイトに複雑な動きが要求され、プリズム部を格子状に配置する場合に比べてプリズム金型の製造に数倍の時間がかかる。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は高精度かつ短時間で金型を製造できる金型の製造方法を提供することである。

上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、リソグラフィ技術を用いて基板の表面に導体パターンを形成するパターン形成工程と、機械的切削手段を用いて前記導体パターンを切削加工する切削加工工程とを含むことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の金型の製造方法において、前記パターン形成工程は、前記基板にレジストを塗布する工程、所定のマスクを用いて露光、現像する工程、金属導体層を形成する工程及び前記レジストを剥離する工程を含み、前記金属導体層を形成する工程の後であって前記レジストを剥離する工程の前に、前記切削工程が行われることを特徴とする。

この発明の金型の製造方法によれば、高精度かつ短時間で金型を製造することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１（Ａ）〜（Ｇ）はこの発明の第１実施形態に係るプリズム金型の製造方法を説明する図である。

プリズム金型（金型）の製造の各工程を説明する。

基板１０は、例えば真鍮若しくは銅製の円板又はその円板に無電解めっきを施したものである（図１（Ａ）参照）。基板１０の直径及び厚さはそれぞれ７５ｍｍ及び１〜３ｍｍである。なお、基板１０の形状は円板に限られるものではなく、正方形（一辺の長さ：７５ｍｍ）であってもよい。

基板１０のレジスト塗布面は平面度１μｍ程度に加工されるとともに、露光時の乱反射を低減するために鏡面研磨されている。

（１）パターン形成工程（リソグラフィ工程）
（ａ）レジスト塗布
レジスト２０としては必要とする厚さを確保できる液状タイプのネガレジスト（以下レジストという）が使用される。このレジスト２０はエポキシ樹脂ベースのフォトレジスト（例えばＳＵ−８レジスト（マイクロ・ケム・コーポレーション社製））である。

レジスト２０を所定量だけ基板１０上に滴下し、スピナ（図示せず）を所定条件で回転させ、基板１０上に均一な厚さのレジスト膜を形成する（図１（Ｂ）参照）。

（ｂ）ベーク
レジスト膜が形成された基板１０を、６０℃に設定されたホットプレート（図示せず）上で５分間ベークした後、９０℃に設定されたホットプレート上で１０分間ベークする。その後、この基板１０を室温まで徐々に冷す。

（ｃ）露光
マスクアライナ（図示せず）を用いてレジスト膜を露光する。露光には近紫外線（好ましくはｉ線（波長：３６５ｎｍ））を使用する。露光エネルギー及び露光時間はそれぞれ約１４０ｍＪ／ｃｍ²及び２０〜２５秒である。

（ｄ）現像
基板１０を専用の現像液（１−メトキン−２−アセトキシプロパン）に約５分間浸漬して現像する。このとき、露光されなかった部分が溶解し、凹部２１が形成される。その結果、凹部２１を有するレジストパターン２０ａが得られる（図１（Ｃ）参照）。なお、図１（Ｃ）では一部の凹部２１だけを記載している。

このパターン形成工程の後、電鋳工程が行なわれる。

（２）電鋳工程
（ａ）電鋳
基板１０を硫酸銅めっき液浴（図示せず）中に入れ、硫酸銅めっきを行う。電鋳条件である電流密度及び時間はそれぞれ５Ａ／ｄｍ² 及び１０分である。その結果、現像によって形成された凹部２１に銅２２ａが析出する（図１（Ｄ）参照）。なお、硫酸銅めっきに代えて無電解ニッケルめっきを行ってもよい。

（ｂ）レジスト剥離
電鋳後、剥離液（１−メチル−２−ピロリドン）を用いてレジストパターン２０ａを剥離する。その結果、銅２２ａで形成された、レジストパターン２０ａの反転型（導体パターン）２２が得られる（図１（Ｅ）参照）。なお、図１（Ｅ）では一部の反転型２２だけを記載している。

この電鋳工程の後、切削加工工程が行なわれる。

（３）切削加工
単結晶ダイヤモンドバイト３０で反転型２２を切削加工し、プリズム部２３を形成する（図１（Ｆ）参照）。単結晶ダイヤモンドバイト３０の先端の形状は所望のプリズム部２３の形状に対応する。なお、図１（Ｆ）では一部の反転型２２とプリズム部２３だけを記載している。切削抵抗による反転型２２の剥がれを防止し、鏡面加工性を確保するため、最大切り込み量を１０μｍ以内とする。また、ニッケルの場合の最大切り込み量を５μｍ以内とする。

また、レジスト剥離液によって加工面の鏡面性が悪化するが、加工面の最大面粗さが０．４μｍ以下である場合には、上記工程に代えて電鋳工程の後であってレジスト剥離工程の前に、切削加工工程を行うようにしてもよい。このように工程の順序を変更することによって、プリズム部２３の鏡面切削加工時に生じるバリの発生を未然に防止できる。

切削加工によってプリズム金型が完成する(図１（Ｇ）参照)。なお、図１（Ｇ）では一部のプリズム部２３だけを記載している。

図２（ａ）はプリズム金型の一部を拡大して示した拡大平面図、図２（ｂ）はその断面図である。

このプリズム金型にはプリズム部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４がそれぞれ輪帯状に配列されている。

なお、プリズム部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の寸法及び配列は以下の通りである。

プリズム部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の幅ｗ１，ｗ２，ｗ３，ｗ４はそれぞれ５μｍ，１０μｍ，１５μｍ，２０μｍである。

プリズム部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４はそれぞれ２０μｍ，４０μｍ，６０μｍ，８０μｍである。なお、長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は２０〜８０μｍの範囲内であれば上記長さに限られない。

プリズム部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の高さＨ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４はそれぞれ２．５μｍ，５μｍ，７．５μｍ，１０μｍである。なお、高さＨ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４は２．５〜１０μｍの範囲内であれば上記高さに限られない。

基板１０の中心からプリズム部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４までの距離ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４はそれぞれ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍ，２０ｍｍである。

プリズム部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の半径方向の配列ピッチｓは５０μｍである。また、プリズム部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の周方向の配列ピッチｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４はそれぞれ４０μｍ，６０μｍ，８０μｍ，１００μｍである。

なお、プリズム部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の傾斜角度θは２２．５°である。

この実施形態によれば、リソグラフィ技術を用いて基板１０の表面に導体パターンを形成するようにしたので、プリズム部２３をランダム配置としたプリズム金型を高精度かつ短時間で製造することができる。

なお、上記実施形態ではプリズム部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の半径方向の配列ピッチｓを一定（５０μｍ）にしたが、配列ピッチｓを、例えば光源から離れるにしたがって大きくするようにしてもよい。

図３はプリズム金型の使用方法を説明する図である。

なお、図３は矩形状の基板１５を用いてプリズム金型を形成した例を示す。

光源４０（例えばＬＥＤ）から光が照射されたとき、プリズム部２３がランダムに配列されているため、照明光が拡散し、均一照明性能を向上させることができる。なお、図３で中心は角部１５ａである。

図４（ａ）はこの発明の第２実施形態に係るプリズム金型の製造方法によって製造されたプリズム金型の一部を拡大して示した拡大平面図、図４（ｂ）はその断面図である。

この実施形態はプリズム部Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４をその長手方向に直線状に配列した点で第１実施形態と相違する。

なお、プリズム金型を製造する方法は第１実施形態と同じであるのでその説明を省略する。

このプリズム金型のプリズム部Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４の寸法及び配列は以下の通りである。

プリズム部Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４の幅ｗ１１，ｗ１２，ｗ１３，ｗ１４はそれぞれ５μｍ，１０μｍ，１５μｍ，２０μｍである。

プリズム部Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４の長さＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４はそれぞれ２０μｍ，４０μｍ，６０μｍ，８０μｍである。

プリズム部Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４の高さＨ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ１４はそれぞれ２．５μｍ，５μｍ，７．５μｍ，１０μｍである。

プリズム部Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４の短手方向の配列ピッチｓｓは５０μｍである。また、プリズム部Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４の長手方向の配列ピッチｓ１１、ｓ１２、ｓ１３及びｓ１４はそれぞれ４０μｍ，６０μｍ，８０μｍ、１００μｍである。

この実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。

次に、プリズム金型を用いて製造されたプリズムの例を説明する。

図５（ａ）はプリズムの一部を拡大して示した拡大平面図、図５（ｂ）はその断面図である。

図５は矩形状の透明基板１６にプリズム金型の反転形状を転写して形成されたプリズムである。プリズム部２８は断面直角三角形の凹部であり、傾斜面に反射膜が形成されている。複数の光源４０から光が照射されたとき、光は反射膜で反射され、透明基板１６の下面から出射する。プリズム部２８はランダムに配列されているため、出射光が拡散し、均一照明性能を向上させることができる。なお、複数の光源４０を用いる代わりに線光源を用いるようにしてもよい。

図１（Ａ）〜（Ｇ）はこの発明の第１実施形態に係るプリズム金型の製造方法を説明する図である。図２（ａ）はプリズム金型の一部を拡大して示した拡大平面図、図２（ｂ）はその断面図である。図３はプリズム金型の使用方法を説明する図である。図４（ａ）はこの発明の第２実施形態に係るプリズム金型の製造方法によって製造されたプリズム金型の一部を拡大して示した拡大平面図、図４（ｂ）はその断面図である。図５（ａ）はプリズムの一部を拡大して示した拡大平面図、図５（ｂ）はその断面図である。

符号の説明

１０基板
２２反転型（導体パターン）

Claims

リソグラフィ技術を用いて基板の表面に導体パターンを形成するパターン形成工程と、
機械的切削手段を用いて前記導体パターンを切削加工する切削加工工程と
を含むことを特徴とする金型の製造方法。
前記パターン形成工程は、前記基板にレジストを塗布する工程、所定のマスクを用いて露光、現像する工程、金属導体層を形成する工程及び前記レジストを剥離する工程を含み、
前記金属導体層を形成する工程の後であって前記レジストを剥離する工程の前に、前記切削工程が行われることを特徴とする請求項１記載の金型の製造方法。