JP4164592B2 - スタンパの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は成形用金型として用いられるスタンパの製造方法に関し、特に、元型を用いて電鋳法により金型を作成するスタンパの製造方法に関するものである。

微細でかつ複雑な形状を有するスタンパを製造する方法として、フォトリソグラフィ法で元型を形成し、その元型を用いて電鋳法によりスタンパを製造する方法がある。
図２は従来におけるフォトリソグラフィ法と電鋳法を用いた製造方法を説明する図である。
まず、第１の工程（ａ）として、シリコン基板などの基板２１上に、真空蒸着法などで金属薄膜を形成することにより、電鋳の電極として作用する電極膜２２を形成する。

次に、第２の工程（ｂ）として、電極膜２２上に感光性樹脂材料２３を、所望の膜厚にスピンコート法などを用いてコーティングする。第３の工程（ｃ）として、所望のパターンを形成したマスク２４を用いて露光機にて紫外線２６による露光作業を行う。第４の工程（ｄ）として、感光性樹脂材料用の現像液にて現像を行った後、リンスを行いパターン２３Ａを形成する。以上の工程によって元型が得られる。

第５の工程（ｅ）として、元型に電界めっき法もしくは無電解めっき法を用いて、所望の膜厚まで金属をめっきし、電鋳２５を形成する。めっき作業が終了すると、フォトリソグラフィ法にて形成した元型から電鋳２５のみを取り出して（ｆ）、スタンパを完成させる（ｇ）。

元型から電鋳２５のみを取り出すためには、感光性樹脂材料２３を除去するために元型及び電鋳２５を溶剤に浸漬させ、感光性樹脂材料２３を除去する。次に電極膜２２を溶剤で除去して電鋳２５のみとする。

下記特許文献１には、フォトリソグラフィ法と電鋳法を用い、インクジェットヘッド部品を製造する方法が開示されている。すなわち特許文献１には、インクジェットヘッド液室を形成するための所望の形状が施された不透明導電性層が形成されている透明基板上に、感光性樹脂材料を塗布し、露光を行い、パターンを形成し、次に不透明導電性層上にめっき処理を行い、所望の厚みの犠牲層を形成し、犠牲層上に電鋳めっき処理を行いインクジェットヘッド液室を形成し、そして、犠牲層および感光不溶性材料層を溶解することにより、インクジェットヘッド液室から、透明基板および不透明導電性層を除去する技術が開示されている。

特開平１１−２０７９７４号公報

感光性樹脂材料を溶解除去することによって、電鋳のみを取り出す方法は、例えば、図２（ｅ）に示されるように電極膜２２の感光性樹脂材料２３Ａを塗布した面積に対し、感光性樹脂材料２３Ａの膜厚が数μｍ〜数十μｍと非常に薄いため、溶剤の感光性樹脂材料２３Ａへの含浸が難しくなり、感光性樹脂材料２３Ａの溶解に時間がかかり、最悪の場合剥離できないこともある。
また、電鋳製造中、ベーク温度以下のプロセス温度であれば、感光性樹脂材料２３Ａの溶解がスムーズに行われ剥離は容易に可能であるが、ベーク温度は感光性樹脂材料によって異なり、例えば感光性樹脂材料２３Ａを基板２１上に塗布した後工程で、プロセス温度がベーク温度を越えることとなる場合は、感光性樹脂材料２３Ａが変質して、溶剤に溶解できない状態となるため剥離が困難となる場合もある。
金属薄膜の犠牲層を用いた方法も、金属薄膜を選択的にエッチングすることが難しいため、剥離することが困難である。剥離性を上げるため、犠牲層である金属薄膜を厚くすると成膜に時間がかかる上、膜剥がれや内部応力が大きくなりプロセス上問題となる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、元型から電鋳を容易に剥離でき、また剥離時間も短縮することができるとともに、電鋳の加工精度も向上するスタンパの製造方法を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するため、本発明の製造方法は、基板上に剥離層を形成する工程と、前記剥離層上に感光性樹脂材料からなる保護層を形成する工程と、前記保護層上に、前記保護層の形成に用いた同一の感光性樹脂材料を用いてフォトリソグラフィ法にてパターンを形成する工程と、前記パターン上に電極膜を形成する工程と、前記電極膜上に電鋳を形成する工程と、前記電鋳形成工程後、前記剥離層を剥離液により除去する工程と、前記剥離層除去工程後、前記電極膜、前記パターンおよび前記保護層から前記電鋳を剥離させ、スタンパを得る工程とを有することを特徴としている。
この構成によれば、元型から電鋳を容易に剥離でき、また剥離時間も短縮することができるとともに、電鋳の加工精度も向上するスタンパの製造方法を提供することができる。

また本発明の製造方法は、前記保護層の厚さが、２μｍ〜１０μｍであることを特徴としている。
この構成によれば、０．２〜０．７５μｍの表面粗さを有する一般的なセラミック基板を使用しても、保護層が厚膜であり基板が平滑になることから、加工精度を向上させることができる。

また本発明の製造方法は、前記剥離層が、N−メチルピロリジノンを主成分とする樹脂材料からなることを特徴としている。
この構成によれば、剥離層を容易に除去することができる。

また本発明の製造方法は、前記剥離層除去工程が、前記剥離層と７０℃以上の熱水である剥離液との接触により行われることを特徴としている。
この構成によれば、単に水を加熱して剥離液を調製すればよいため、コスト的に有利であるとともに、剥離層を容易に除去することができる。

また本発明の製造方法は、前記電極膜形成工程が、前記パターンの側面部にも電極膜が形成されるように行われることを特徴としている。
この構成によれば、ステップカバレッジが良好となり、加工精度の良好なスタンパを得ることができる。

本発明によれば、元型から電鋳を容易に剥離でき、また剥離時間も短縮することができるとともに、電鋳の加工精度も向上するスタンパの製造方法が提供される。

以下、本発明の実施の形態を図１を用いて詳述する。
図１は本発明の実施の形態におけるスタンパの製造方法を示す工程図である。
（剥離層形成工程）
剥離層形成工程は、シリコン基板、セラミックスなどの基板１上に剥離層２を形成する工程である（図１（ａ））。剥離層２の材料としては、例えば熱水との接触等で簡単に除去が可能なN−メチルピロリジノンを主成分とする非感光性の樹脂材料からなるものが好ましい。このような樹脂材料は市販されており、例えばＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ製、商品名ＸＰ Ｏｍｎｉ Ｃｏａｔ等が挙げられる。この樹脂材料は、Ｎ−メチルピロリジノンを９９質量％および界面活性剤を１質量％含むものである。
剥離層２の形成は、公知の方法、例えばスピンコート法等により、基板１上の全面にわたり剥離層形成塗布液を所望の厚さとなるように塗布することにより設けることができる。なお、塗布後はベークすることが好ましい。本実施の形態においては、塗布液としてＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ製、商品名ＸＰ Ｏｍｎｉ Ｃｏａｔを用い、スピンコート法により膜厚７５ｎｍとして基板１の全面にわたり塗布し、その後、温度２００℃でベークを行った。
なお、剥離層２の厚さは５０〜２００ｎｍが好ましい。

（保護層形成工程）
次に、剥離層２上に感光性樹脂材料からなる保護層３を形成する（図１（ｂ））。
保護層３の形成は、公知の方法、例えばスピンコート法等により、剥離層２上の全面にわたり保護層形成塗布液を所望の厚さとなるように塗布することにより設けることができる。なお、塗布後はベークすることが好ましい（ネガ型レジストを用いる場合は全面露光を行い、光硬化を促すのがよい）。本実施の形態においては、塗布液として感光性樹脂材料であるＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ製、商品名ＳＵ−８を用い、スピンコート法により膜厚１．５μｍとして剥離層２上の全面にわたり塗布し、その後、温度９５℃でベークを行った。
なお、保護層３の厚さは２μｍ〜１０μｍであるのが好ましい。このように保護層３を厚く設けることにより、例えば厚膜ハイブリッドＩＣ等に使用する０．２〜０．７５μｍの表面粗さを有する一般的なセラミック基板を使用しても、基板１が平滑になることから、加工精度を向上させることができる。

（パターン形成工程）
続いて、保護層３上に、保護層３の形成に用いた同一の感光性樹脂材料を用いてフォトリソグラフィ法にてパターンを形成する。（図１（ｃ）〜（ｅ））。
まず、図１（ｃ）において、保護層３の形成に用いた同一の感光性樹脂材料を用い、感光性樹脂材料層４を形成する。感光性樹脂材料層４の形成は、公知の方法、例えばスピンコート法等により、保護層３上の全面にわたり感光性樹脂材料層形成塗布液を所望の厚さとなるように塗布することにより設けることができる。本実施の形態においては、保護層３の形成に用いた同一の感光性樹脂材料であるＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ製ＳＵ−８をスピンコート法により、膜厚５０μｍで塗布し、ベーク温度９５℃でベークを行った。
次に図１（ｄ）において、所望のパターンを形成したマスク５を介し、露光機を用いて紫外線６の露光作業を行う。さらにポストべークを例えば９５℃で行う。
さらに図１（ｅ）において、感光性樹脂材料用の現像液にて現像、更にリンスを行い、所望のパターン４Ａを形成する。

（電極膜形成工程）
次に、図１（ｆ）において、パターン４Ａ上に電極膜５を形成する。電極膜５は、例えばパターン４Ａ上にＮｉまたはＣｒ／Ｃｕの金属薄膜を真空蒸着法やスパッタなどにより形成することができる。電極膜の厚さは、５０〜２００ｎｍが好ましい。本実施の形態においては、ＮｉまたはＣｒ／Ｃｕの金属薄膜を真空蒸着法またはスパッタで形成した。厚さは１００ｎｍ程度とした。
ここで、電極膜形成工程は、パターンの側面部にも電極膜が形成されるように行われるのが好ましい（図示せず）。パターンの側面部への電極膜の形成は、例えば斜め入射のスパッタによるドライプロセス、あるいは無電界メッキ法を用いたウェットプロセスにより達成することができる。このことにより、十分なステップカバレッジが得られることから、パターン段差部での導通が良好となり、加工精度の良好なスタンパを得ることができる。
以上の工程により、樹脂性の元型が完成する。

（電鋳形成工程）
続いて、図１（ｇ）において、形成された電極膜上に電鋳６を形成する。この電鋳形成工程は、例えば元型をスルファミン酸ニッケル系浴等の電解槽内に浸漬して、所望の膜厚までニッケル電着を行えばよい。

（剥離層除去工程）
次に、図１（ｈ）において、電鋳形成工程後、剥離層２を除去し、基板１から保護層３／パターン４Ａ／電極膜５／電鋳６を剥離する。例えば剥離層２としてN−メチルピロリジノンを主成分とする非感光性の樹脂材料を用いれば、７０℃以上の熱水により容易かつ短時間（例えば約１０分間）に溶解するため有利である。さらに熱水のみを用いた除去であるので、作業安全性が著しく向上し、また環境に対する負荷を著しく軽減できる。このようにして、保護層３／感光性樹脂材料層４／電極膜５／電鋳６の複合体を取り出すことができる。なお、保護層３に溝部を設け（図示せず）、剥離液が溝部を通じて剥離層２に到達し易くするようにしておけば、剥離層２の除去時間が短縮され好ましい。なお、このような溝部は、保護層をスピンコートし、プリベーク後、感光性樹脂材料で形成する。パターンに影響のない箇所に所望にパターン化されたマスクを用い、露光・ベーク・現象・リンスを行い形成することにより設けることができる。

（スタンパを得る工程）
続いて、図１（ｉ）および（ｊ）において、前記保護層３／パターン４Ａ／電極膜５／電鋳６の複合体から、電鋳６を剥離させ、スタンパを得る。
保護層３およびパターン４Ａの除去は、周知のように、感光性樹脂材料除去溶剤に浸漬する等して達成できる。ここで本発明によれば、保護層３と感光性樹脂材料層４の材料は同一であるため、同じ除去溶剤で両者を同時に除去できるため、プロセスを単純化することができる。
また、電極膜５の除去は、周知のように、ケミカルエッチングで選択エッチング（過酸化水素とアンモニアの混合溶液等）することにより達成できる。
このようにして、電鋳６のみが取り出され、スタンパが得られる。
なお、電極膜としてＣｒ／Ｃｕを使用した場合は、ケミカルエッチング液として過酸化水素とアンモニアの混合溶液を用いることで、剥離層２の除去および電極膜５の除去が同時に行える。
また、保護層３および感光性樹脂材料層４が電鋳６表面に残った場合は、感光性樹脂材料除去溶剤に浸漬する工程を再度行えばよい。

以上のように、本発明のスタンパの製造方法によれば、基板から電鋳を容易に剥離することができ、またその剥離時間を短縮することができ、スタンパの製造時間の短縮を図ることができる。したがって、低コスト化を図ることができる。また、電鋳の加工精度も向上し、製造上の安全性も向上する。

本発明のスタンパの製造方法を示す工程図である。 従来のスタンパの製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１ 基板
２ 剥離層
３ 保護層
４ 感光性樹脂材料層
４Ａ パターン
５ 電極膜
６ 電鋳

Claims (5)

1. 基板上に剥離層を形成する工程と、前記剥離層上に感光性樹脂材料からなる保護層を形成する工程と、前記保護層上に、前記保護層の形成に用いた同一の感光性樹脂材料を用いてフォトリソグラフィ法にてパターンを形成する工程と、前記パターン上に電極膜を形成する工程と、前記電極膜上に電鋳を形成する工程と、前記電鋳形成工程後、前記剥離層を剥離液により除去する工程と、前記剥離層除去工程後、前記電極膜、前記パターンおよび前記保護層から前記電鋳を剥離させ、スタンパを得る工程とを有するスタンパの製造方法。
2. 前記保護層の厚さが、２μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のスタンパの製造方法。
3. 前記剥離層が、N−メチルピロリジノンを主成分とする樹脂材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載のスタンパの製造方法。
4. 前記剥離層除去工程が、前記剥離層と７０℃以上の熱水である剥離液との接触により行われることを特徴とする請求項３に記載のスタンパの製造方法。
5. 前記電極膜形成工程が、前記パターンの側面部にも電極膜が形成されるように行われることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスタンパの製造方法。

Images