JP2008044329A - 微細成形モールドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細成形モールドの成形面の凹凸を微細化する。
【解決手段】微細成形モールドの製造方法は、基板の表面に凹凸を形成し、前記凹凸の凹部が埋まらない厚さまで前記基板の表面に材料を堆積させることにより成形面の凸部を形成するための膜を形成し、前記成形面の凸部を形成するための膜の前記凹凸の凸部上に形成されている部分を除去し、前記凹凸の凸部の少なくとも先端部を除去する、ことを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は微細成形モールドの製造方法に関する。

従来、高アスペクトで微細な立体形状を低コストで形成するための技術として、微細成形モールドを用いたホットエンボスやナノインプリントなどの微細成形技術が知られている。特許文献１、２、３には微細成形モールドの製造方法が開示されている。
特開平１１−１０５０３９号公報 特開２００５−４７１４８号公報 特開２００４−１４８４９４号公報

本発明は、微細成形モールドの成形面の凹凸を微細化することを目的とする。

（１）上記目的を達成するための微細成形モールドの第一の製造方法は、基板の表面に凹凸を形成し、前記凹凸の凹部が埋まらない厚さまで前記基板の表面に材料を堆積させることにより成形面の凸部を形成するための膜を形成し、前記成形面の凸部を形成するための膜の前記凹凸の凸部上に形成されている部分を除去し、前記凹凸の凸部の少なくとも先端部を除去する、ことを含む。

この製造方法によると、基板の凸部の側面（凸部の側面は凹部の側面でもある。）が成形面の凸部を形成するための材料を堆積させるための下地面として用いられ、基板の凸部の側面に堆積した材料からなる膜によって微細成形モールドの成形面の凸部が構成され、基板の残存部分は微細成形モールドの成形面の凸部以外の部分として用いることができる。したがってこの製造方法によると、基板の凸部の側面に堆積する膜の厚さまで微細成形モールドの成形面の凸部の幅を小さくすることができる。

（２）上記目的を達成するための微細成形モールドの第一の製造方法において、前記成形面の凸部を形成するための膜の前記凹凸の凸部上に形成されている部分を除去する前に、前記成形面の凸部を形成するための膜の上に前記凹凸の凹部を埋める犠牲膜を形成し、前記成形面の凸部を形成するための膜の前記凹凸の凸部上に形成されている部分を除去した後に、前記犠牲膜を除去する、ことを含んでもよい。

この場合、成形面の凸部を形成するための膜の一部を研削や研磨によって除去するときに、成形面の凸部を形成するための膜が基板の凹部の側面から剥離することを防止できる。

（３）上記目的を達成するための微細成形モールドの第二の製造方法は、基板上に開口を有する犠牲膜を形成し、前記開口が埋まらない厚さまで前記基板の表面と前記犠牲膜の表面とに材料を堆積させることにより成形面の凸部を形成するための膜を形成し、前記成形面の凸部を形成するための膜の前記犠牲膜上に形成されている部分を除去し、前記犠牲膜の少なくとも上層を除去する、ことを含む。

この製造方法によると、犠牲膜の開口内壁面が成形面の凸部を形成するための材料を堆積させるための下地面として用いられ、犠牲膜の開口内壁面に堆積した材料からなる膜によって微細成形モールドの成形面の凸部が構成され、基板は微細成形モールドの成形面の凸部以外の部分として用いることができる。したがってこの製造方法によると、犠牲膜の開口内壁面に堆積する膜の厚さまで微細成形モールドの成形面の凸部の幅を小さくすることができる。

（４）上記目的を達成するための微細成形モールドの第二の製造方法において、前記成形面の凸部を形成するための膜の前記犠牲膜状に形成されている部分を除去する前に、前記成形面の凸部を形成するための膜の上に前記開口を埋める第二の犠牲膜を形成し、前記成形面の凸部を形成するための膜の前記犠牲膜状に形成されている部分を除去した後に、前記第二の犠牲膜を除去する、ことを含んでも良い。

この場合、成形面の凸部を形成するための膜の一部を研削や研磨によって除去するときに、成形面の凸部を形成するための膜が犠牲膜の開口内壁面から剥離することを防止できる。

（５）高融点金属も高融点金属の化合物も、ホットエンボス加工やナノインプリントに好適な硬度や靱性や熱伝導率を有する。

したがって上記目的を達成するための微細成形モールドの第一の製造方法および第二の製造方法において、前記材料は、高融点金属又は高融点金属の化合物であってもよい。

上述の発明を特定するために用いられた用語の定義は次の通りである。高融点金属とは、金属のなかでも相対的に融点が高いＷ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ等である。高融点金属の化合物とは、これらの高融点金属元素と他元素との化合物である。成形面とは成形対象物に接する微細成形モールドの表面である。成形面の凸部を形成するための膜は複層の膜でも単層の膜でも良い。また、請求項において「〜上に」というときは、技術的な阻害要因がない限りにおいて「上に中間物を介在させずに」と「〜上に中間物を介在させて」の両方を意味する。また、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。各実施形態において対応している構成要素には共通の符号を付し、重複する説明は省略する。

（第一実施形態）
図１は本発明による微細成形モールドの製造方法の第一実施形態を示す断面図である。
はじめに図１Ａに示すようにフォトレジストマスク１１のパターンを基板１２に転写することにより基板１２の表面に凸部９と凹部１０とからなる凹凸を形成する。

基板１２には単結晶Ｓｉ、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯ_２、アモルファスＳｉ、多結晶Ｓｉなどを用いる。フォトレジストマスク１１は、フォトレジストを塗布しプリベークして硬化させた後にステッパ、アライナ、電子ビームなどで露光し、現像し、ポストベークすることにより形成される。フォトレジストの塗膜厚さは例えば１００μｍとする。フォトレジストマスク１１のパターンは、微細成形モールド１（図１Ｅ、図１Ｆ参照）の成形面の形状に応じて設定される。凸部９と凹部１０は、例えばＣＦ_４、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆなどの反応性ガスを用いたＲＩＥによって形成される。凹部１０の深さは例えば３０μｍとする。尚、フォトレジストマスク１１を用いずに、イオンビーム描画法を用いて基板１２の表面に凹凸を形成しても良い。

次にフォトレジストマスク１１を除去した後に、図１Ｂに示すように成形面の凸部を形成するための膜としてシード層１３と硬質膜１４を基板１２上に形成し、さらに硬質膜１４の上に犠牲膜１５を形成する。このとき、シード層１３と硬質膜１４の合計膜厚は基板１２の凹部１０が埋まらない厚さに設定され、凹部１０は犠牲膜１５によって完全に埋められる。

シード層１３は、例えば反応性スパッタによってＴｉＮを基板１２の表面に０．５μｍ析出させることにより形成される。シード層１３の材料にＴｉＯ_ｘＮ_ｙやＴｉＮを用いても良い。またシード層１３を形成するためにＣＶＤを用いても良い。またＴｉＮの層を形成する前にＴｉ等の密着層を基板１２の表面上に形成しても良い。

硬質膜１４は、例えばＣＶＤによってＷをシード層１３の表面に５０μｍ析出させることにより形成される。硬質膜１４の厚さは微細成形モールド１の成形面の凸部１６の幅に応じて設定される。すなわち、硬質膜１４を薄くすることにより、成形面の凸部１６の幅を狭くすることができる。硬質膜１４の材料にはＴａ、Ｔｉ、Ｍｏ、ＮｉＮ、ＭｏＮ等の高融点金属や高融点金属の化合物を用いても良い。電解めっきや無電解めっきにより材料を析出させることによって、硬質膜１４を形成してもよい。

犠牲膜１５は、例えば無電解めっきによってＣｕを硬質膜１４の表面に２００μｍ析出させることにより形成される。犠牲膜１５は電解めっき、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ、ＭＩＭ（Metal Injection Molding）により形成しても良い。犠牲膜１５の材料にレジスト、ポリイミドなどの有機物を用いても良い。

次に図１Ｃに示すように、基板１２の表面が露出するまで研削又は研磨によって犠牲膜１５と硬質膜１４とシード層１３とを除去する。その結果、基板１２の凸部９の上に形成された犠牲膜１５と硬質膜１４とシード層１３とが除去され、基板１２の凹部１０内に形成された犠牲膜１５と硬質膜１４とシード層１３とが残存する。このとき、犠牲膜１５によって基板１２の凹部１０が完全に埋まっているため、研削や研磨によって硬質膜１４が基板１２の凹部１０の側面から剥離することはない。なお、犠牲膜１５のない状態で硬質膜１４とシード層１３の凸部９の上に形成されている部分を除去しても良い。すなわち、犠牲膜１５は微細成形モールド１を製造するに当たって必ずしも必要ではない。

次に図１Ｄに示すように、犠牲膜１５を除去する。その結果、微細成形モールド１の成形面の一部の凹部１８が形成される。

次に図１Ｅに示すように、基板１２の凸部９の少なくとも先端部を例えばＣＦ_４、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆなどの反応性ガスを用いたＲＩＥによって除去する。その結果、微細成形モールド１の成形面の残部の凹部１９が形成される。このとき、基板１２の凸部９が完全になくならないように終点制御することにより、基板１２の凹部１０の底面と側面とにシード層１３が接合されている凸部１６を形成することができる。したがって、そのように基板１２のエッチング深さを調整することにより、微細成形モールド１の強度が高くなる。

最後に基板１２をダイシングにより分断すると微細成形モールド１が完成する。

尚、基板１２の凸部９を除去する工程と犠牲膜１５を除去する工程の実施順序を入れ替えても良い。
また、図１Ｆに示すようにシード層１３を硫酸などを用いて除去しても良い。

（第二実施形態）
図２は本発明による微細成形モールドの製造方法の第二実施形態を示す断面図である。
はじめに図２Ａに示すように、基板２０上にシード層２１を形成した後にフォトレジストマスク２３を用いて開口を有する犠牲膜２２を形成する。シード層２１は例えばＴｉＮ_ｘを反応性スパッタなどで基板２０の表面に０．５μｍ析出させることにより形成する。犠牲膜２２は例えば電解めっきによりＣｕをシード層２１の表面に２００μｍ析出させることにより形成する。犠牲膜２２の材料にすず、はんだなどを用いても良い。犠牲膜２２を無電解めっき、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ、ＭＩＭを用いて形成しても良い。

その後の工程は、第一実施形態と実質的に同一である。すなわち、シード層２４、硬質膜２５、犠牲膜２６を順次形成し（図２Ｂ）、犠牲膜２２の上に形成されたこれらの膜を除去する（図２Ｃ）。さらに犠牲膜２６を除去し（図２Ｄ）、犠牲膜２２を除去すると図２Ｅに示す微細成形モールド２の成形面の凸部２９と凹部２８、３０とが形成される。さらにシード層２４を除去すれば図２Ｆに示す微細成形モールド２の成形面が形成される。

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上述した製造工程において、膜の組成、成膜方法、膜の輪郭形成方法、工程順序などは、微細成形モールドを構成しうる物性を持つ膜材料の組み合わせや、膜厚や、要求される輪郭形状精度などに応じて適宜選択されるものであって、特に限定されない。

本発明の第一実施形態にかかる断面図。 本発明の第二実施形態にかかる断面図。

符号の説明

１：微細成形モールド、２：微細成形モールド、９：凸部、１０：凹部、１１：フォトレジストマスク、１２：基板、１３：シード層、１４：硬質膜、１５：犠牲膜、１６：凸部、１８：凹部、１９：凹部、２０：基板、２１：シード層、２２：犠牲膜、２３：フォトレジストマスク、２４：シード層、２５：硬質膜、２６：犠牲膜、２８：凹部、２９：凸部

Claims (5)

1. 基板の表面に凹凸を形成し、
   前記凹凸の凹部が埋まらない厚さまで前記基板の表面に材料を堆積させることにより成形面の凸部を形成するための膜を形成し、
   前記成形面の凸部を形成するための膜の前記凹凸の凸部上に形成されている部分を除去し、
   前記凹凸の凸部の少なくとも先端部を除去する、
   ことを含む微細成形モールドの製造方法。
2. 前記成形面の凸部を形成するための膜の前記凹凸の凸部上に形成されている部分を除去する前に、前記成形面の凸部を形成するための膜の上に前記凹凸の凹部を埋める犠牲膜を形成し、
   前記成形面の凸部を形成するための膜の前記凹凸の凸部上に形成されている部分を除去した後に、前記犠牲膜を除去する、
   ことを含む請求項１に記載の微細成形モールドの製造方法。
3. 基板上に開口を有する犠牲膜を形成し、
   前記開口が埋まらない厚さまで前記基板の表面と前記犠牲膜の表面とに材料を堆積させることにより成形面の凸部を形成するための膜を形成し、
   前記成形面の凸部を形成するための膜の前記犠牲膜上に形成されている部分を除去し、
   前記犠牲膜の少なくとも上層を除去する、
   ことを含む微細成形モールドの製造方法。
4. 前記成形面の凸部を形成するための膜の前記犠牲膜上に形成されている部分を除去する前に、前記成形面の凸部を形成するための膜の上に前記開口を埋める第二の犠牲膜を形成し、
   前記成形面の凸部を形成するための膜の前記犠牲膜上に形成されている部分を除去した後に、前記第二の犠牲膜を除去する、
   ことを含む請求項３に記載の微細成形モールドの製造方法。
5. 前記材料は、高融点金属又は高融点金属の化合物である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の微細成形モールドの製造方法。
   
   

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