JP4785481B2

JP4785481B2 - 電鋳型とその製造方法及び電鋳部品の製造方法

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Publication number: JP4785481B2
Application number: JP2005279780A
Authority: JP
Inventors: 隆新輪
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2025-09-27
Also published as: JP2007092097A

Description

本願発明は微細部品の型とその製造方法及び微細部品の製造方法、特に研削、および／または、研磨工程における電鋳物と基板との密着力を向上させる電鋳部品の型とその製造方法及び電鋳部品の製造方法に関する。

微小な形状を有する部品や金型を製造するための型としてシリコンプロセスを用いて作製された型が利用されている。シリコンプロセスを用いた電鋳法による型の作製方法として、ＬＩＧＡ法（Lithographie Galvanoformung Abformung）がよく知られている。ＬＩＧＡ法は、電極の上にレジスト材であるＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）を塗布し、レジスト材に所望の形状の範囲にシンクロトロン放射光を照射して感光させ、これを現像した後、電鋳を行うことによって所望の微細な形状の微細構造物を作製する方法である。また、また、ＬＩＧＡ法で用いられる高価なシンクロトロン放射光の代わりに、一般的な半導体露光装置で用いられている紫外光でレジストパターンを形成するＵＶ−ＬＩＧＡ法も用いられている。

フォトレジストと基板との密着性が不充分な場合、次に行う電鋳工程で、フォトレジストが基板から剥離することがある。このため電鋳液がその間隙に侵入したり、電鋳の際に電鋳物と基板の間に浮きが生じるなどして、電鋳厚みの精度が悪化する問題があった。このため、たとえば、特許文献１に開示されているように、型枠を用いて、基板とフォトレジストとを抑えつけることで、フォトレジストの浮きを防止する方法があった（例えば特許文献１参照。）。
特開平５−１４４０９４号公報（第３頁、第３図）

しかしながら、特許文献１に開示された方法によれば、一枚のウエハに複数の部品形状を有する型の場合にウエハの中央部に形成されるフォトレジストを型枠で抑えることは困難であり、ウエハ中央部のフォトレジストの浮きを抑えるのは困難であった。また、電鋳の析出速度は、電流密度の影響を強く受けるため、部品のエッジ部をはじめとする電界集中部とその他の部分での厚さを均一にすることが困難である。そこで、電鋳部品の厚さを均一にするために、研削や研磨工程によって電鋳物の除去加工を行うことが一般的である。しかし、研削や研磨などの機械加工時に、電鋳物と基板との間に剪断力が発生することで電鋳部品が型から剥がれてしまい、結果として部品厚さにばらつきが生じてしまう問題があった。また、特許文献１に開示された方法によれば、電鋳物を型枠で抑えることはできなかった。

そこで、本発明は、導電性基板と、導電性基板上に形成された突起と、導電性基板上に形成され、突起の少なくとも側面の一部を覆うフォトレジストのパターンとからなる電鋳型であって、突起の基板表面に水平な断面が、基板表面から離れるにしたがって大きくなる逆テーパー部分を有していることを特徴とする電鋳型とした。また、フォトレジストのパターンの厚さが、突起の高さよりも大きいことを特徴とする電鋳型とした。また、突起が、フォトレジストパターンによって完全に覆われたことを特徴とする電鋳型とした。また、突起が、基板と同一の材質で形成されていることを特徴とする電鋳型とした。また、導電性基板が、突起が形成された基板の表面に、導電性の膜を形成したものであることを特徴とする電鋳型とした。また、突起が基板上に複数形成されていることを特徴とする電鋳型とした。

また、基板に基板表面に水平な断面が、基板表面から離れるにしたがって大きくなる逆テーパー部分を有する突起を形成する工程と、基板の突起が形成された面にフォトレジストを塗布する工程と、フォトレジストの上部にマスクパターンを配置して露光する工程と、フォトレジストのパターンを形成する現像工程とからなることを特徴とする電鋳型の製造方法とした。また、基板の材質がシリコンであり、突起を形成する工程がドライエッチングであることを特徴とする電鋳型の製造方法とした。また、フォトレジストのパターンの厚さが、突起の高さよりも大きいことを特徴とする電鋳型の製造方法とした。

また、上記の電鋳型、あるいは、上記の電鋳型の製造方法によって作製された電鋳型を電鋳液に浸す工程と、導電性基板に電圧を印可する工程と、導電性基板のフォトレジストパターンで覆われていない部分に金属を析出させる工程と、金属およびフォトレジストを削る工程とからなる電鋳部品の製造方法とした。また、突起が、レール状に形成され、削る工程は、金属及びフォトレジストをレールの滑り方向に対して略垂直な方向に研削、または、研磨を行うことを特徴とする電鋳部品の製造方法とした。また、電鋳型として、突起が形成された基板の表面に導電性の膜を形成してなる導電性基板を用いた場合に、フォトレジストパターンを除去するフォトレジストパターン除去工程と、導電性の膜を除去する導電性膜除去工程と、レール状に形成された突起の滑り方向に電鋳物をスライドさせて電鋳物を取り出す取り出し工程と、をさらに備えたことを特徴とする電鋳部品の製造方法とした。

ウエハ中央部のフォトレジストの浮きを防止することができ、かつ、研削工程、または／および、研磨工程における電鋳物の浮きを防止することができ、電鋳部品を精度良く製造することができる。

以下、本願発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１から図１１は、本願発明の実施例１に係わる電鋳型１０１とその製造方法、および、電鋳部品の製造方法を説明する図である。

図１は、基板１を説明する図であり、図１（ａ）は、上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中、線ＡＢで示す位置の断面図である。基板１は、シリコンや二酸化珪素などのシリコン系材料や、ステンレススチールやアルミニウムなどの金属、および、セラミックスなどを用いる。

図２は、基板１上にマスクパターン２を形成するマスクパターン形成工程を説明する図であり、図２（ａ）は、上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）中、線ＡＢで示す位置の断面図である。マスクパターン２は、フォトリソグラフィ工程によって基板１上に形成される。マスクパターン２の材質は、フォトレジストや二酸化珪素や、アルミニウムをはじめとする金属である。

図３は、基板１に逆テーパー部３を形成する逆テーパー部形成工程を説明する図であり、図３（ａ）は、上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）中、線ＡＢで示す位置の断面図である。図２で説明したマスクパターン２をマスクとして、ディープリアクティブイオンエッチング（DRIE：Deep Reactive Ion Etching）や、リアクティブイオンエッチング（RIE：Reactive Ion Etching）などの方法を用いて、基板１をエッチングする。DRIEやRIEでは、エッチング条件によって加工深さが深くなるほど加工部の幅を拡けることができ、そのような条件を用いて、逆テーパー部３を形成する。また、基板１がステンレススチールやアルミニウムの場合、図１の状態から、機械加工を行うことによって、基板１に逆テーパー部３を形成してもよい。逆テーパー部３の幅W1は、１μｍから数100μｍであり、逆テーパー部３の高さＨ１は、数μｍ以上である。また、逆テーパー部３のテーパー角θ１は、８０度以上であり、９０度よりも小さい。後述するフォトリソグラフィ工程において、ネガ型のフォトレジストを用い、逆テーパー部の底面までネガ型フォトレジストを硬化させる場合、逆テーパー部の底面まで露光光を透過させるためにテーパー角θ１は、８５度以上であることが望ましい。

図４は、基板１および逆テーパー部３上に電極５を形成する電極形成工程を説明する図であり、図４（ａ）は、上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中、線ＡＢで示す位置の断面図である。逆テーパー部３を形成した後、無電界めっきやスパッタなどの方法を用いて、電極５を形成する。電極５は、銅、ニッケル、金などの金属である。また、電極５と基板１との密着力を高めるために、チタンやクロムなどの金属をアンカーメタル（図示しない）として形成してもよい。電極５の厚さは、後述する電鋳工程において導通がとれる厚さがあれば良く、数μｍ以下である。

次に、図５は、電極５の上にフォトレジスト６を塗布するフォトレジスト塗布工程を説明する図であり、図５（ａ）は、上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）中、線ＡＢで示す位置の断面図である。電極５を形成した後、フォトレジスト６をスピンコート、ディップコート、スプレーコート、ポッティングなどの方法を用いて塗布する。フォトレジスト６の厚さは、数μｍ以上、数ｍｍ以下である。後述する露光工程において、コンタクトマスクアライナを用いて露光する場合、フォトレジスト６とマスクのギャップを小さくするために、フォトレジスト６の厚さは、テーパー部３の高さＨ１よりも厚い方が望ましい。フォトレジスト６は、ポジ型レジスト、ネガ型レジストのどちらでも良い。また、フォトレジスト６は、作製する部品が高アスペクト比な構造を持つ場合、ネガ型の化学増幅型レジストを用いるのが望ましい。

次に、図６は、フォトレジスト６に露光光を照射する露光工程を説明する断面図である。フォトレジスト６を塗布した後、ソフトベークを行い、フォトマスク９を通して露光光１０をフォトレジスト６に照射する。ここではフォトレジスト６としてネガ型のフォトレジストを用いた場合を説明する。フォトレジスト６の露光光１０が照射された部分が現像後にパターンとして残る。フォトレジスト６が化学増幅型レジストの場合、露光後に、ＰＥＢ（ＰｏｓｔＥｘｐｏｓｕｒｅＢａｋｅ）を行う。なお、フォトレジスト６がポジ型レジストの場合、フォトマスク９の遮光部と透過部を反転させたパターンを用いれば、同様なパターンができる。

図７は、フォトレジストパターンを形成するための現像工程を説明する図であり、図７（ａ）は、上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）中、線ＡＢで示す位置の断面図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）中、線ＣＤで示す位置の断面図である。露光工程後、現像液を用いて現像することで、フォトレジストパターン６ａを形成し、電鋳型１０１を得る。

図８は、電鋳型１０１を用いた電鋳工程を説明する図である。電鋳槽２１に電鋳液２２が満たされており、電鋳液２２に、電鋳型１０１と電極２３が浸されている。電鋳液２２は、析出させる金属によって異なるが、たとえば、ニッケルを析出させる場合、スルファミン酸ニッケル水和塩を含む水溶液を使用する。また、電極２３の材料は、析出させたい金属とほぼ同一の材料であり、ニッケルを析出させる場合は、ニッケルとし、ニッケル板や、チタンバスケットにニッケルボールを入れたものを電極２３として用いる。なお、本発明の製造方法で析出する材料はニッケルに限定されるわけではない。銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、スズ（Ｓｎ）等、電鋳可能な材料すべてに適用可能である。電鋳型１０１の電極５は、電源Ｖに接続されている。電源Ｖの電圧によって、電極５を通して電子が供給されることによって、電極５から徐々に金属が析出する。析出した金属は、基板１の厚さ方向に成長する。

図９は、電鋳工程後の状態を説明する図であり、図９（ａ）は、上面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）中、線ＡＢで示す位置の断面図である。図１０で説明した電鋳工程によって、電鋳物７が電極５上に析出される。ここでは、電鋳物７の厚さがフォトレジストパターン６ａの厚さよりも厚く析出された状態を説明するが、電鋳物７の厚さは、フォトレジストパターン６ａの厚さ以下であっても良い。電鋳物７のフォトレジストパターン６ａの厚さ以上の部分は、フォトレジストパターン６ａでは規定できず、フォトレジスパターンよりも大きくなる。

図１０は、電鋳物７の厚さを制御するための研削、または／および、研磨を行った状態を示す図であり、図１０（ａ）は上面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）中、線ＡＢで示す位置の断面図である。電鋳後、電鋳物７の厚さを制御するために、研削、または／および、研磨を行う。研削方向、研磨方向は、矢印ＡＲ１で示すように逆テーパー部の長手方向に対して略垂直にすることが望ましい。研削、研磨時に電鋳物７と電極５との間に、剪断力がかかるが、逆テーパー部３があることによって、電鋳物７およびフォトレジストパターン６ａがずれにくい。また、逆テーパー部３があることによって、電鋳物７とフォトレジストパターン６ａが電極５から垂直に剥離されな耐剥離力も大きくすることができ、電鋳物７およびフォトレジストパターン６ａが剥離されることなく研削、研磨を行うことができる。

図１１は、電極５を除去する電極除去工程を説明する図であり、図１１（ａ）は上面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）中、線ＡＢで示す位置の断面図である。研磨終了後、フォトレジストパターン６を除去した後、電極５を除去する。たとえば、電鋳物７がニッケルで、電極５が銅の場合、濃硝酸によるエッチングによって、電鋳物７がエッチングされることなく電極５を除去することができる。

図１２は、電鋳部品１００を取り出す部品取り出し工程を説明する図であり、図１２（ａ）は上面図であり、図１２（ｂ）は、取り出した電鋳部品１００の側面図である。電極５を除去した後、電鋳部品１００を矢印ＡＲ２の方向にずらすことによって、図１２（ｂ）に示す電鋳部品１００を取り出すことができる。

なお、図１１から図１２で説明した、電極除去工程および部品取り出し工程を行わず、基板１、電極５、フォトレジストパターン６を物理的、化学的手法を用いて除去して電鋳部品１００を取り出してもよい。一方、図１１から図１２で説明した工程によれば、逆テーパー部３を形成した基板１を再利用することができるため、電鋳部品１００を製造する工程において省資源化することができる。

図１３は、電鋳型１０１を複数配列した電鋳型１０２を説明する図である。電鋳型１０２は、電鋳型１０１をメッシュ状に配列した構成である。図１１から図１２で説明した電極除去工程および部品取り出し工程を利用する場合、逆テーパー部３は直線上に連続して形成することが望ましい。電鋳型１０２は、電鋳型１０１と同様に電鋳工程を行うことができる。逆テーパー部３が基板１の中央部にも形成されるため、基板１の中央部でも電鋳物７およびフォトレジストパターン６の浮きを防止することができる。

以上説明したように、本発明の第の実施形態によれば、研削、研磨による電鋳物７の厚さ制御性が向上し、厚さが均一な電鋳部品を得ることができる。また、ウエハから部品を一つずつ分離することなく研削、研磨工程を行うことができるため、量産性が良い。

図１４は、本願発明の実施例２に係わる電鋳型１０３を説明する図であり、図１４（ａ）は上面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）中、線ＡＢで示す位置の断面図であり、図１４（ｃ）は図１４（ａ）中、線ＣＤで示す位置の断面図である。電鋳型１０３は、逆テーパー部３が形成された基板１上に電極５が形成され、電極５の上にレジストパターン６が形成されている。電鋳型１０３は、本願の実施例１に係わる電鋳型１０１に比べ、逆テーパー部３が途中で分断された形状となっている。図１５は、電鋳型１０３を複数並べ、電鋳、研削、研磨、電極除去工程を行った後、電鋳部品１００を取り出す部品取り出し工程を説明する上面図である。電鋳部品１００は、矢印ＡＲ３の方向にずらすことによって取り出すことができる。このとき、逆テーパー部３が途中で分断されているため、電鋳部品１００の移動量が少なくとも電鋳部品１００を取り出すことができる。なお、図１７に示す上面図のように、逆テーパー部３の上面投影形状がテーパー形状となっていても良い。この場合、図１７中矢印AR1の方向に加えて、矢印AR4の方向に研磨や研削を行うことができる。

図１６は、本願発明の実施例３に係わる電鋳型１０４を説明する図であり、図１６（ａ）は上面図であり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）中、線ＡＢで示す位置の断面図であり、図１６（ｃ）は図１６（ａ）中、線ＣＤで示す位置の断面図である。電鋳型１０３は、逆テーパー部３が形成された基板１上に電極５が形成され、電極５の上にレジストパターン６が形成されている。電鋳型１０２は、本願の実施例１に係わる電鋳型１０１や本願の実施例２に係わる電鋳型１０２と異なり、逆テーパー部３は、フォトレジストパターン６で覆われる。また、フォトレジスト側壁の角度θ２は、９０度以下である。角度θ２は、電鋳部品の浮きを防止するためには９０度よりも小さな角度であることが望ましい。また、電鋳時に発生する泡が電鋳物内に取り込まれにくくするために、角度θ２は、７０度以上であることが望ましい。フォトレジストパターン６の側壁角度は、露光工程において、露光量を調整したり、露光角度を変更することなどによって調整可能である。

本願発明の実施例３によれば、フォトレジストパターン６が逆テーパー部３によって固定されることで、研削、研磨工程における剪断力に対する抵抗力が増し、フォトレジストパターンおよび電鋳物が電極５から浮きにくくなる。また、電鋳物を形成するキャビティ内に逆テーパー部３を形成する必要が無いため、電鋳部品の形状を自由に形成できる。

実施例１における電鋳型の製造方法を示す図である。実施例１における電鋳部品の製造方法を示す図である。実施例１における電鋳部品の製造方法を示す図である。実施例１における電鋳部品の製造方法を示す図である。実施例１における電鋳部品の製造方法を示す図である。実施例１における電鋳部品の製造方法を示す図である。実施例１における電鋳部品の製造方法を示す図である。実施例１における電鋳部品の製造方法を示す図である。実施例１における電鋳部品の製造方法を示す図である。実施例１における電鋳部品の製造方法を示す図である。実施例１における電鋳部品の製造方法を示す図である。実施例１における電鋳部品の製造方法を示す図である。実施例１における電鋳型を複数配列した電鋳型を説明する図である。実施例２における電鋳型を説明する図である。実施例２における電鋳型を複数配列した場合の電鋳部品の製造方法を示す図である。実施例３における電鋳型を説明する図である。実施例１における電鋳部品の製造方法を示す図である。

符号の説明

１基板
２マスクパターン
３逆テーパー部
５電極
６フォトレジスト
６ａフォトレジスパターン
７電鋳物
９マスクパターン
１０露光光
２１電鋳槽
２２電鋳液
２３電極
１００電鋳部品
１０１、１０２、１０３、１０４電鋳型

Claims

導電性基板と、
前記導電性基板上に形成された突起と、
前記導電性基板上に形成され、前記突起の少なくとも側面の一部を覆うフォトレジストのパターンとからなる電鋳型であって、
前記突起の前記基板表面に水平な断面が、前記基板表面から離れるにしたがって大きくなる逆テーパー部分を有している電鋳型。
前記フォトレジストのパターンの厚さが、前記突起の高さよりも大きい請求項１に記載の電鋳型。
前記突起が、前記フォトレジストのパターンによって完全に覆われた請求項１または２に記載の電鋳型。
前記突起が、前記導電性基板と同一の材質で形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電鋳型。
前記導電性基板が、前記突起が形成された基板の表面に、導電性の膜を形成したものである請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電鋳型。
前記突起が前記導電性基板上に複数形成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の電鋳型。
基板に前記基板表面に水平な断面が、前記基板表面から離れるにしたがって大きくなる逆テーパー部分を有する突起を形成する工程と、
前記基板の前記突起が形成された面にフォトレジストを塗布する工程と、
前記フォトレジストの上部にマスクパターンを配置して露光する工程と、
前記フォトレジストのパターンを形成する現像工程とからなる電鋳型の製造方法。
前記基板の材質がシリコンであり、前記突起を形成する工程がドライエッチングである請求項７に記載の電鋳型の製造方法。
前記フォトレジストのパターンの厚さが、前記突起の高さよりも大きい請求項７または８に記載の電鋳型の製造方法。
請求項１から６のいずれか一項に記載の電鋳型、あるいは、前記基板として導電性を具備する導電性基板を用いた請求項７から９のいずれか一項に記載の電鋳型の製造方法によって作製された電鋳型を電鋳液に浸す工程と、
前記導電性基板に電圧を印可する工程と、
前記導電性基板の前記フォトレジストのパターンで覆われていない部分に金属を析出させる工程と、
前記金属および前記フォトレジストを削る工程とからなる電鋳部品の製造方法。
前記突起が、レール状に形成され、前記削る工程は、前記金属及び前記フォトレジストをレールの滑り方向に対して略垂直な方向に研削、または、研磨を行うことで実現されることを特徴とする請求項１０に記載の電鋳部品の製造方法。
前記電鋳型として、前記突起が形成された基板の表面に導電性の膜を形成してなる導電性基板を用いた場合に、
前記フォトレジストのパターンを除去するフォトレジストパターン除去工程と、
前記導電性の膜を除去する導電性膜除去工程と、
前記レール状に形成された前記突起の滑り方向に前記電鋳物をスライドさせて前記電鋳物を取り出す取り出し工程と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１１に記載の電鋳部品の製造方法。
導電性基板と、
前記導電性基板上に形成された突起と、
前記導電性基板上に形成され、前記突起の少なくとも側面の一部を覆うフォトレジストのパターンとからなる電鋳型であって、
前記突起は、当該突起の前記基板表面に水平な断面が、前記基板表面から離れるにしたがって大きくなる逆テーパー部分を有し、上面投影形状がテーパー形状からなることを特徴とする電鋳型。