JP4192069B2 - 超微細形状を表面に備えた金属薄膜パターンの形成方法 - Google Patents
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また、ガラス等の基板上に微細な電極を形成する方法として、ガラスフリットからなる無機成分と熱可塑性樹脂からなる下地形成層を設け、この下地形成層上に、ガラスフリットからなる無機成分と導電性粉末と感光性樹脂とからなる塗布液を塗布して露光、現像して電極を形成する方法がある(特許文献1)。
一方、金属製鋳型を用いて電鋳により金属材を析出させて、表面に所望の形状を備えた金属部品を製造する方法が知られている(非特許文献1)。
また、有機接着剤を介して金属薄膜を支持体上に担持させ、その後、パターニングを行う場合、有機接着剤は真空中や高温度中で有機物質が分解してガス発生源となり、例えば、真空状態に封止されて使用される用途では、発生したガスによる真空度の低下という問題がある。
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、表面に超微細な表面形状を備えた金属薄膜を所望のパターン形状でガラス基板上に形成することができる金属薄膜パターンの形成方法を提供することを目的とする。
本発明の好ましい態様として、前記パターニング工程では、前記支持材層を除去して露出した金属薄膜上にガラスに対する接着補強のための無機接着補強膜を形成し、該無機接着補強膜上に前記レジスト層を形成し、前記金属薄膜と同時に前記無機接着補強膜もエッチングしてパターニングするような構成とした。
本発明の好ましい態様として、前記剥離工程において前記金属薄膜上に設ける前記支持材層は、前記金属薄膜を構成する金属材に対する選択エッチングが可能な金属材料からなるような構成とし、前記支持材層は電鋳により形成するような構成とした。
本発明の好ましい態様として、前記パターニング工程において前記金属薄膜の超微細形状面に設ける前記保護材層は、前記金属薄膜を構成する金属材に対する選択エッチングが可能な金属材料からなるような構成とし、前記保護材層は電鋳により形成するような構成とした。
本発明の好ましい態様として、前記鋳型はナノメートルオーダーの微細形状部位を有するような構成とした。
本発明の好ましい態様として、前記アミノ系シランカップリング剤は、下記の一般式(1)で表されるものであるような構成とした。
NH2−R1−Si−(O−R2)3 … 一般式(1)
(ただし、R1は炭素数2〜3のアルキル基、R2は炭素数1〜2のアルキル基)
本発明の好ましい態様として、前記アミノ系シランカップリング剤は、γ−アミノプロピルトリエトキシシランであるような構成とした。
本発明の金属薄膜パターンの形成方法は、パターン表面に超微細な表面形状を備えた金属薄膜パターンをガラス基板上に形成する方法であり、電鋳工程と、剥離工程と、パターニング工程と、接合転写工程と、を有するものである。図1および図2は本発明の金属薄膜パターンの形成方法の一実施形態を説明するための工程図であり、図面を参照しながら以下説明する。
まず、電鋳工程では、鋳型1の成形面上に金属材を電鋳させることにより金属薄膜2を形成する(図1(A))。この金属薄膜2は、鋳型1に当接する面2aに、鋳型の超微細形状に対応した超微細形状が形成されたものである。本発明で使用する鋳型は、その材質に制限はなく、例えば、Ni、Ni−P、Ni−B、Ti、W等の金属、酸化珪素等の無機酸化物、ガラス、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂等の有機樹脂のいずれであってもよい。
次に、剥離工程では、鋳型1に形成された金属薄膜2の露出面2b上に支持材層3を設け、この支持材層3に金属薄膜2を保持した状態で、鋳型1から金属薄膜2を剥離する(図1(B))。支持材層3は、薄く物理的強度が低い金属薄膜2に強度補強するためのものである。この支持材層3の材質は特に制限はなく、後工程にて金属薄膜2の形状を変化させることなく除去可能なものであればよく、例えば、銅、銀、アルミニウム等の金属、エポキシ樹脂等の有機樹脂等を使用することができる。また、支持材層3として、金属薄膜2を構成する金属材に対する選択エッチングが可能な金属材料を使用することができる。例えば、金属薄膜2がニッケルである場合、支持材層3を銅で形成することができる。尚、支持材層3を金属材料で形成する場合、金属薄膜2を給電層として電鋳により形成することができる。
次いで、パターニング工程では、まず、支持材層3に保持された金属薄膜2の超微細形状面2aに保護材層4を設ける(図1(C))。この段階で、金属薄膜2は支持材層3と保護材層4とで挟持された状態となる。その後、支持材層3を除去して露出した金属薄膜2の露出面2b上に、ガラスに対する接着補強のための無機接着補強膜5を形成する(図1(D))。次に、無機接着補強膜5上に所望のパターンでレジスト層6を設け(図2(A))、このレジスト層6をマスクとして無機接着補強膜5と金属薄膜2をエッチングしてパターンを形成し(図2(B))、その後、レジスト層6を除去する(図2(C))。
無機接着補強膜5は、後述の接合転写工程における金属薄膜パターンとガラス基板との接合強度を補強する目的で形成されるものであり、例えば、ガラスフリット、金属粉等の少なくとも1種を含有する薄膜として形成することができる。一例として、ガラスフリットを含有する電鋳液を用いて、ガラスフリットを含有した金属層として無機接着補強膜5を金属薄膜2の露出面2b上に形成することができる。この場合、ガラスフリットを含有する金属層の材質は、エッチング工程を考慮して、金属薄膜2と同じ材質であることが望ましい。このような無機接着補強膜5の厚みは、例えば、0.05〜10μmの範囲で設定することができる。
尚、後述の接合転写工程において、無機接着剤による金属薄膜パターンとガラス基板との接合が十分高い強度となる場合には、無機接着補強膜5を形成しなくてもよい。
レジスト層6をマスクとした金属薄膜2と無機接着補強膜5のエッチングは、金属薄膜2の材質、無機接着補強膜5の材質を考慮して選択したエッチング液を用いて行うことができる。例えば、ニッケル系の金属薄膜2、無機接着補強膜5をエッチングする場合、硫酸−過酸化水素系、塩化第二鉄溶液等のエッチング液を使用することができる。エッチングは、浸漬法、塗布法、スプレー法等、公知の方法により行うことができる。本発明では、上述のように、金属薄膜2の超微細形状面2aが保護材層4により保護されているので、工程中における酸化等による劣化や損傷の発生が防止される。
次いで、接合転写工程において、上述のパターニング工程で形成された金属薄膜2のパターンを無機接着剤層7(無機接着補強膜5)を介してガラス基板11に接合し(図2(D))、その後、保護材層4を除去する(図2(E))。これにより、ガラス基板11上への金属薄膜2のパターン形成が完了し、形成された金属薄膜2のパターンは、その表面2aに超微細形状を有するものである。無機接着剤層7に使用する無機接着剤としては、ガラスフリット、金属粉等を挙げることができる。無機接着剤層7の形成は、例えば、スラリー化したガラスフリットを金属薄膜2のパターン上に塗布することにより行うことができる。この場合、金属薄膜2のパターン以外の保護材層4上に無機接着剤が付着しても、後工程では特に支障はない。
保護材層4の除去は、金属薄膜2を構成する金属材に対する選択エッチングを利用した溶解除去、金属薄膜2を構成する金属材との融点の相違を利用した溶融除去等、金属薄膜2を損傷させることなく除去可能な方法を適宜用いることができる。
電鋳工程の一例として、以下の工程が挙げられる。すなわち、鋳型2の成形面上に離型剤としてアミノ系シランカップリング剤を用いて離型剤膜を成膜し、この離型剤膜に無電解めっき用触媒を付与し、その後、無電解めっきにより電鋳用通電膜を成膜し、この電鋳用通電膜に通電して金属材を電鋳用通電膜上に析出させて金属薄膜2を形成する。この金属薄膜2は、鋳型1に当接する面2aに超微細形状を有するものである。
上記の離型剤膜の成膜は、離型剤水溶液を使用して行うことができ、浸漬法、塗布法、スプレー法等、公知のいずれの方法を用いてもよい。形成された離型剤膜は、単分子層膜あるいはこれに近い薄膜であり、膜厚は数百〜数千ピコメートル程度である。このため、鋳型の成形面形状に対する追随性が極めて高いものとなる。
離型剤として使用するアミノ系シランカップリング剤は、下記の一般式(1)で表されるものを挙げることができ、具体的には、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルメトキシシラン、3−アミノエチルエトキシシラン、3−アミノエチルメトキシシラン等を挙げることができる。
NH2−R1−Si−(O−R2)3 … 一般式(1)
(ただし、R1は炭素数2〜3のアルキル基、R2は炭素数1〜2のアルキル基)
本発明により形成可能な金属薄膜パターンは特に制限はなく、例えば、配線、撮像デバイス、表示デバイス等であり、表面にナノメートルオーダーの微細形状部位を有するものを挙げることができる。
[実施例]
(電鋳工程)
異方性エッチング等により超微細加工を施したシリコンウエハーを鋳型として準備し、このシリコンウエハーを市販の脱脂液(メルテックス(株)製 メルプレートITO−170)に70℃で5分間超音波をあてながら浸漬した。水洗後、このシリコンウエハーを45g/Lの水酸化カリウム水溶液に70℃で5分間超音波をあてながら浸漬した。このシリコンウエハーを水洗した後、市販の表面調整剤(メルテックス(株)製 メルプレートコンディショナー480)に室温にて5分間浸漬し、水洗した。
次に、電鋳用通電膜を成膜したシリコンウエハーを水洗し、その後、ニッケル電鋳液(メルテックス(株)製 メルプレートEF−2201)を使用し、電鋳用通電膜に電流密度10A/dm2で8分間の通電を行って、電鋳によりニッケルを析出させ、ニッケル薄膜(厚み15μm)を形成した。
次いで、水洗後、鋳型から剥離しない状態の上記ニッケル薄膜上に、一般的な銅電鋳液(硫酸銅5水塩:220g/L、硫酸:70g/L、塩素イオン:60mg/L)を使用し、電鋳用通電膜に電流密度10A/dm2で40分間の通電を行って、電鋳により銅を析出させ、支持材層(厚み70μm)を形成した。その後、この支持材層とニッケル薄膜とを同時にシリコンウエハーから剥離した。剥離されたニッケル薄膜は、その表面に超微細形状を有するものであった。
支持材層に担持された状態のニッケル薄膜の超微細形状面側に保護材層を形成した。ここでは、一般的な銅電鋳液(硫酸銅5水塩:220g/L、硫酸:70g/L、塩素イオン:60mg/L)を使用し、銅支持材層に電流密度10A/dm2で40分間の通電を行って、電鋳により銅を析出させ、厚み70μmの保護材層を形成した。この段階で、ニッケル薄膜は銅の支持材層と保護材層とで挟持された状態となった。
次いで、上記の支持材層を、市販のアルカリエッチング液(メルテックス(株)製 エープロセス)を用いて溶解除去した。
上記のようにして支持体層が除去され露出したニッケル薄膜面上に無機接着補強膜を形成した。すなわち、市販のニッケル電鋳液(メルテックス(株)製 メルプレートEF−2201)に市販のガラスフリット(旭硝子テクノグラス(株)製 AF−103)を10g/L添加したものを電鋳液として使用し、保護材層に電流密度10A/dm2で5分間の通電を行って、無機接着補強膜(厚み10μm)を形成した。
その後、レジスト層をマスクとして無機接着補強膜側から230g/L塩化第二鉄溶液を用いて無機接着補強膜とニッケル薄膜を同時にエッチングしてパターニングを行った。次いで、3%水酸化ナトリウム水溶液を用いてレジスト層を除去した。
次に、上記のようにパターニングされた無機接着補強膜上にガラスフリット(旭硝子テクノグラス(株)製 T−214)のスラリーを塗布して無機接着剤層を形成し、その後、この無機接着剤層面を市販のガラス基板(旭硝子(株)製 PD−200)に400℃で2時間圧着することにより接合した。次いで、保護材層を、市販のアルカリエッチング液(メルテックス(株)製 エープロセス)を用いて溶解除去した。
以上により、ガラス基板上へのニッケル薄膜のパターン形成が完了し、形成されたニッケル薄膜のパターンは、その表面に電鋳で形成された超微細形状をそのまま有するものであった。また、パターニングされたニッケル薄膜のパターン精度は、レジスト層に対する誤差が±10μm以下であった。
(電鋳工程)
通電時間を7分間とした他は、実施例の電鋳工程と同様にして、ニッケル薄膜(厚み14μm)を形成した。
(剥離工程)
支持材層を形成することなく、ニッケル膜をシリコンウエハーから剥離した。剥離されたニッケル薄膜は、その表面に超微細形状を有するものであった。
ニッケル薄膜の超微細形状面側に、実施例と同様にして、保護材層を形成した。
次いで、ニッケル薄膜の他方の面上に、実施例と同様にして、無機接着補強膜を形成した。
その後、実施例と同様の条件で、レジスト層形成、エッチングによるパターニング、レジスト層の除去を行った。
(接合転写工程)
実施例と同様に接合、転写して、ガラス基板上へニッケル薄膜のパターンを形成した。
形成されたニッケル薄膜のパターンは、その表面に電鋳で形成された超微細形状をそのまま有するものであった。しかし、パターニングされたニッケル薄膜のパターン精度は、レジスト層に対する誤差が±40μmであり、精度の低いものであった。
2…金属薄膜
3…支持材層
4…保護材層
5…無機接着補強膜
6…レジスト層
7…無機接着剤層
11…ガラス基板
Claims (11)
- 鋳型の成形面上に金属材を電鋳させることにより超微細形状を備えた金属薄膜を形成する電鋳工程と、
該鋳型に形成された前記金属薄膜上に支持材層を設け、該支持材層に前記金属薄膜を保持した状態で前記鋳型から剥離する剥離工程と、
前記支持材層に保持された前記金属薄膜の超微細形状面に保護材層を設け、その後、前記支持材層を除去して露出した金属薄膜上に所望のパターンでレジスト層を設け、該レジスト層をマスクとして前記金属薄膜をエッチングし、前記レジスト層を除去するパターニング工程と、
前記パターニング工程で形成された金属薄膜パターンを、無機接着剤層を介してガラス基板に接合し、前記保護材層を除去する接合転写工程と、を有することを特徴とする金属薄膜パターンの形成方法。 - 前記電鋳工程で形成する前記金属薄膜の厚みは1〜40μmの範囲であることを特徴とする請求項1に記載の金属薄膜パターンの形成方法。
- 前記パターニング工程では、前記支持材層を除去して露出した金属薄膜上にガラスに対する接着補強のための無機接着補強膜を形成し、該無機接着補強膜上に前記レジスト層を形成し、前記金属薄膜と同時に前記無機接着補強膜もエッチングしてパターニングすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の金属薄膜パターンの形成方法。
- 前記剥離工程において前記金属薄膜上に設ける前記支持材層は、前記金属薄膜を構成する金属材に対する選択エッチングが可能な金属材料からなることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の金属薄膜パターンの形成方法。
- 前記支持材層は電鋳により形成することを特徴とする請求項4に記載の金属薄膜パターンの形成方法。
- 前記パターニング工程において前記金属薄膜の超微細形状面に設ける前記保護材層は、前記金属薄膜を構成する金属材に対する選択エッチングが可能な金属材料からなることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の金属薄膜パターンの形成方法。
- 前記保護材層は電鋳により形成することを特徴とする請求項6に記載の金属薄膜パターンの形成方法。
- 前記電鋳工程は、鋳型の成形面上に離型剤としてアミノ系シランカップリング剤を用いて離型剤膜を成膜し、該離型剤膜に無電解めっき用触媒を付与し、無電解めっきにより電鋳用通電膜を成膜した後、該電鋳用通電膜に通電することにより電鋳用通電膜上に金属材を析出させることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の金属薄膜パターンの形成方法。
- 前記鋳型はナノメートルオーダーの微細形状部位を有することを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の金属薄膜パターンの形成方法。
- 前記アミノ系シランカップリング剤は、下記の一般式(1)で表されるものであることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の金属薄膜パターンの形成方法。
NH2−R1−Si−(O−R2)3 … 一般式(1)
(ただし、R1は炭素数2〜3のアルキル基、R2は炭素数1〜2のアルキル基) - 前記アミノ系シランカップリング剤は、γ−アミノプロピルトリエトキシシランであることを特徴とする請求項10に記載の金属薄膜パターンの形成方法。
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