JP5153797B2 - 真空圧空成形露光装置及び露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱間プレス成形用金型の表面に成膜されたレジスト膜を露光し、レジスト膜に所定のパターンを転写する装置及び露光方法に関する。

金属板材のプレス成形は、生産性が高く、高精度に加工できることから、自動車、産業機械、電気機器、輸送用機器などの製造に広く用いられている。また、例えば室温など冷間でのプレス加工性に劣る高強度鋼や合金などの金属板材を加工する方法としては、熱間プレス成形方法が用いられている。

熱間プレス成形方法では、先ず所定温度に加熱された金属板材をダイス上に載置した状態でポンチを下死点まで降下し、次いで金属板材の冷却を一定時間行う。これにより、所望する強度の成形品を得ることができる。そして、プレス成形された金属板材がダイスから取り除かれると、所定温度に加熱された新しい鋼板がダイス上に載置される。このように、加熱された鋼板をダイス上に連続的に載置して、プレス成形することにより、大量の製品を、形状安定性が良好に連続生産することができる。したがって、熱間プレス成形においては、成形後の金属板材の冷却時間を短縮することが生産性の観点から重要である。

成形後の金属板材の冷却を短時間で行うための成形用金型としては、例えば図１０に示すような成形用金型１０１が用いられる。成形用金型１０１は、ダイス１０２とポンチ１０３とから構成されており、ポンチ１０３を下死点まで降下して金属板材１０４を熱間プレス成形する。このとき、金属板材１０４に対して冷媒を供給する冷媒供給機構１０５がダイス１０２の内側に設けられている。ダイス１０２の表面には、図１１及び図１２に示すように、一定の高さの複数の凸部１０６が設けられている。凸部１０６と金属板材１０４とによって形成される隙間は、冷媒供給機構１０５の噴射口１０７と連通している。この隙間により、熱間プレス成形後の金属板材１０４に対して供給される冷媒及び冷媒の蒸気が流れるため、短時間で金属板材１０４の冷却を行うことができる（特許文献１）。

ところで、この凸部１０６の配置は、金属板材１０４プレスして変形させることにより得られる成形品の立体形状に崩れが生じないように、形状面サイズに対し充分に小さいことが要求される。そのため、ダイス１０２の表面には、多数の凸部１０６を設ける必要がある。また、冷媒を金属板材１０４の全体に均一に流すためには凸部１０６の形状を均一にする必要がある。多数の凸部１０６の加工方法として特許文献１には、例えば高精度加工に用いられる放電加工により凸部１０６の周囲を除去する方法が記載されている。

放電加工の場合は、金型と反対の形状の電極を製作し、その電極表面に金型凸部に対応する凹部を設けることで、高精度な凹凸形状のパターンを加工できる。しかしながら、当該電極を製作するため、金型そのものを作るのと同等な時間と労力がかかり、経済的でないという問題がある。

この放電加工に代わる立体形状金型の加工方法として次のものがある。例えば、特許文献２に、フォトリソ技術を用いて立体形状金型の表面にパターンを転写し、エッチングにより、金型表面に所定の模様を形成する方法が開示されている。即ち、先ず所定のパターンを印刷した汎用ポリエステルフィルムを、金型と同形状の成形用の型に真空成形法を用いて密着させ、立体形状のフォトマスクを成形する。次いで、表面にフォトレジストを塗布した金型に、成形用の型から取り外したフォトマスクを密着させ、その後に露光、現像及びエッチングを行う。これにより、金型表面に凹凸を付与し、所定の模様を装飾することができる。

特開２００５−１６９３９４ 特開２００４−３４５２８６ 特開２００４−１８４８７２

特許文献２には、被加工材となる金型（以下、特に断らない限り、単に「金型」という。）と同形状になるように、真空成形法によりフォトマスク用シート（以下、特に断らない限り、成形前のフォトマスクシートを単に「シート」という。）を成形し、その成形したフォトマスク用シート（以下、成形後のフォトマスクシートを単に「フォトマスク」という。）を金型に被せるように密着させて露光させることが記載されている。しかし、特許文献２には、金型と立体形状のフォトマスクを密着させる方法が具体的に記載されていない。即ち、露光の際に金型と立体形状のフォトマスクの密着性については言及していない。
また、特許文献２の方法では、例えば図１３に示すように、金型１１０の表面に凹に窪んだ窪み部１１１や、オーバーハングするような逆バンク部１１２が形成されたものである場合、真空成形では窪み部１１１や逆バンク部１１２においてシート１１３が充分に密着しないという問題がある。そのため、金型の形状に沿った立体形状のフォトマスクを形成することができず、窪み部１１１に正確に適合したフォトマスクによる露光を行うことができなくない。

さらに、立体形状のフォトマスクが加工対象の金型とは別の成形用の型を用いて真空成形されているため、フォトマスクを成形用の型から一旦取り外し、その後加工対象の金型に被せる必要がある。そのため、加工対象の金型とマスク成形用の型の形状が完全に一致させないと、金型に立体形状フォトマスクが密着せず、露光不良となることがある。
特許文献３には、特許文献２と同様、真空成形法によるフォトマスクの成形方法が記載されている。特許文献３では、真空成形すると同時に、シートの成形金型とは反対側を加圧し、シートを成形金型に密着させ、成形することが記載されている。しかし、特許文献２と同様、成形加工したフォトマスクと被加工材となる金型との密着方法が記載されていない。そのため、金型の窪み部やオーバーハング部とフォトマスクの密着性が得られず、露光不良が発生する。
また、凸部の高さにもよるが、通常、アスペクト比の高い（より急峻な）凸部をエッチングで得るためには、エッチングを数回（２〜４回）繰り返さないといけない。そのため、同一のフォトマスクを数回使用することになり、フォトマスクの金型へ密着性とともに、再現性の高い位置決め精度が要求される。

以上のように、フォトマスク用シートの成形と金型への露光を別工程で行う現行の方法では、フォトマスクと金型との密着性と、再現性の高い位置決め精度の確保が課題となる。
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものである。即ち、複雑な立体形状を有する金型であっても、密着性のよいフォトマスクが容易に作成でき、しかも繰り返し露光を可能とする再現性の高い位置決め精度を有する露光装置を提供することを目的としている。

本発明者らは鋭意検討の結果、上記課題を解決するために以下の事項を見出し、本発明をなすに至った。
即ち、
（ａ）フォトマスク成形の際の成形用金型を、被加工材としての金型そのものを使うことにより、形状の同一性が得られること、
（ｂ）真空成形法だけではなく、雰囲気加圧成形法を併せること（両者併用することを「真空圧空成形」という）により、金型への密着性を高めることができ、その再現性も高いこと、
（ｃ）機械的位置決め機構により、再現性の高い位置決め精度が得られること、
である。
そして、本発明の要旨は、以下のとおりである。 熱間プレス成形用金型の表面に成膜したレジスト膜に、露光により所定のパターンを転写する真空圧空成形露光装置であって、レジスト膜が表面に成膜された成形用金型を気密に収容する気密容器と、前記成形用金型を載置する台座と、所定のパターンが形成されたシートを加熱して軟化する加熱機構と、前記台座の載置面に形成され、軟化したシートを金型に被せた際にシート下面を台座に吸着させる吸引部と、前記吸引部に接続された吸引機構と、軟化したシートを前記成形用金型に吸着させた状態で当該シートにおける前記パターンをレジスト膜に露光する露光機構と、前記気密容器内を加圧する気体を供給する気体供給部と、を有していることを特徴とする。

本発明によれば、軟化したシートを金型に被せた際にシート下面を台座に吸着させる吸引部と、レジスト膜が表面に成膜された成形用金型を気密に収容する気密容器と、軟化したシートを前記成形用金型に吸着させた状態で当該シートにおける前記パターンをレジスト膜に露光する露光機構と、を有しているので、シートを加工対象の金型に吸着させた状態でさらにシートを加圧して成形を行う、いわゆる真空圧空成形を行った後、立体形状に成形されたシートを金型に圧着したままの状態で露光を行うことができる。これにより、真空成形に比べてより高い圧力でシート４を伸長させることができるので、金型２の形状が複雑な起伏を有する場合であってもシート４を金型２と同一の形状に成形することができ、また、露光中に金型と立体形状のフォトマスクとの密着が崩れることを防止できるので、露光により高い精度で所定のパターンを金型表面のレジスト膜に転写することができる。また、圧空成形装置と、露光装置を別々に設ける必要がないため、装置全体をコンパクトに構成できる。さらには、加工対象の金型を用いて立体形状のフォトマスクを成形するので、フォトマスク成形用の別の型を使用する必要がなく、フォトマスク成形用の型と加工対象の金型との製作誤差により、立体形状のフォトマスクと金型の密着が崩れることを防止することができる。

開口部が前記台座部と対向する位置に形成された筐体を有し、前記気密容器は、前記台座が前記筐体の開口部と接合することにより構成されていてもよく、前記筐体は、前記台座方向に移動自在に構成されていてもよい。

また、開口部が前記台座部と対向する位置に形成され、前記移動機構を介して前記台座方向に移動可能な筐体と、前記筐体と前記台座の間に設けられ、前記移動機構を介して前記台座方向に移動可能な枠体と、を有し、前記移動機構は前記台座の載置面と垂直に設けられ、前記把持機構は前記枠体の内側に設けられ、前記気密容器は、前記筐体の開口部と前記枠体の前記筐体側の面、及び前記枠体の前記台座の載置面側と前記台座の載置面とが互いに接合することにより構成されていてもよい。

前記所定のパターンを形成したシートを前記台座に対して平行に把持する把持機構と、前記把持機構を前記台座方向に移動させる移動機構と、を有していてもよい。

前記加熱機構を移動させる他の移動機構を有し、前記加熱機構は、前記露光機構と前記台座の間に設けられ、前記加熱機構は前記他の移動機構を介して前記露光機構と前記台座の間から退避可能に構成されていてもよい。

前記真空吸引機構による吸引圧力Ｐ１と、前記気密容器内に供給される気体の圧力Ｐ２は、下記式（１）及び式（２）を満たすことが望ましい。
Ｐ１≦−０．００５ＭＰａ・・・式（１）
０．０１ＭＰａ≦Ｐ２≦１．０ＭＰａ・・・式（２）
但し、P1、P2は大気圧に対するゲージ圧とする。

別な観点による本発明は、前記真空圧空成形露光装置を用いて、成形用金型の表面に成膜したレジスト膜に、所定の光を照射して露光する方法であって、前記所定のパターンを形成したシートを加熱して軟化する軟化工程と、前記軟化したシートを前記成形用金型に被せ、前記吸引部による吸引によって前記軟化したシートと金型の間を減圧して、前記シートを前記成形用金型に吸着させる真空成形工程と、を有し、真空成形工程の間に前記気密容器に気体を供給し、前記気密容器内を加圧して、前記シートと前記成形用金型とを圧着した状態で露光を行うことを特徴としている。

本発明によれば、立体形状の金型の表面に成膜されたレジスト膜に、露光により高い精度で所定のパターンを転写することができる。さらに、再現性の高い位置決め精度により、同じフォトマスクによる繰り返し露光が可能となる。

本実施の形態にかかる真空圧空成形露光装置の構成の概略を示す縦断面図である。 本実施の形態にかかる把持機構がシートを把持した状態を示す平面図である。 本実施の形態にかかる把持機構に合致するシートを示す平面図である。 本実施の形態にかかる把持機構がシートを把持した状態を示す側面図である。 本実施の形態にかかる把持機構近傍の構成の概略を示す平面図である。 本実施の形態にかかる加熱機構の構成の概略を示す平面図である。 枠体を台座まで降下させたときの状態を示す説明図である。 筐体を枠体まで降下させて気密容器を形成した状態を示す説明図である。 気密容器の他の実施の形態の説明図である。 本発明の適用対象となる熱間プレス成形用金型の縦断面図である。 実施例に用いる金型の側面図である。 実施例に用いる金型の平面図である。 本発明の適用対象となる熱間プレス成形用金型のダイス表面の拡大図である。 本発明の適用対象となる熱間プレス成形用金型のダイスの説明図である。 従来技術による立体形状のフォトマスク成形の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は実施の形態にかかる真空圧空成形露光装置１の構成の概略を示す縦断面図である。

真空圧空成形露光装置１は、レジスト膜が表面に成膜された熱間プレス成形用の金型２を載置する台座３と、予め所定のパターンが形成されたシート４を台座３の上方で、台座３に平行に把持する把持機構５と、把持機構５の上方にで、シート４を加熱して軟化させる加熱機構６と、加熱機構６の上方で、金型２表面のレジスト膜を露光する露光機構７とを有している。金型２の形状は、特に限定しない。例えば金型２には、上面が凹に窪んだ窪み部２ａ、及び側面が凹状に窪み、上方がオーバーハングするような逆バンク部１１２（図１０）が形成された形状のものが用いられてもよい。また、シート４には、例えば透明の塩化ビニールシートが用いられる。
シート４にパターンを形成するにあたっては、さまざまな方法が考えられるが、例えばレジスト膜の露光反応に必要な波長の光を透過しない塗料により、加工形状と同一の所定のパターンを印刷により形成する方法がある。

台座３は、上方から見て略方形状に形成されており、台座３の内部には、真空空間Ｓが形成されている。台座３の載置面１０には、真空空間Ｓと連通する吸引口１１が形成されている。台座３の下面には台車１２が設けられている。台車１２には吸引機構としての、例えば吸引ブロワ１３が設置されている。吸引ブロワ１３は、台座３の真空空間Ｓに接続されており、これにより、真空空間Ｓの圧力を、大気圧より低い圧力に減圧することが可能である。したがって、軟化したシート４を載置面１０に載置された金型２及び載置面１０に被せると、シート４、金型２と載置面１０の間の空気が吸引口１１から吸引され、シート４と金型２とが密着する、いわゆる真空成形が行われる。その結果、シート４が金型２と同じ立体形状に成形される。

台車１２の下方にはチャネルベース１４が設けられており、台車１２はチャネルベース１４の上面に設けられたレール１５上を水平方向（図１のＸ方向）に自在に移動することができる。また、チャネルベース１４の上面には、把持機構５及び露光機構７を、後述する枠体２１及び筐体３２を介して台座３の上下方向（図１のＹ方向）に移動させる移動機構１６が設けられている。移動機構１６は、台座３の載置面１０に垂直に設置されたシャフト１７と、把持機構５及び露光機構７をシャフト１７に沿って移動させる図示しない駆動部を有している。

把持機構５は、シート４を枠体２１の下面に沿って任意に把持及び離脱すことができる。図２ａに示すように、把持機構５は、台座３の載置面１０に対向するに位置に、略方形状の開口部２０が形成された枠体２１の内側に設置されている。枠体２１は上面から見て略方形状に形成されている。図３に示すように、把持機構５の設置位置が、平面視において載置面１０の吸引口１１が形成された領域よりも外側になるように、枠体２１の開口部２０の各寸法（ｈ及びｗ）が設定されている。なお、図示の都合上、図３にはシート４は描図されていない。枠体２１の外側には、シャフト１７が連通するスライド部２２が設けられている。シャフト１７とスライド部２２は摺動自在に構成されており、枠体２１は、移動機構１６の駆動部により上下方向に自在に移動することができる。枠体２１の下面であって、台座３の外周縁部に対向する位置には、シール部材２３が設けられており、枠体２１の下面と台座３の上面の外周縁部とが接触した際に、当該接触部を気密な状態にすることができる。

露光機構７は、図１に示すように金型２表面に成膜されたレジスト膜を露光するための露光ランプ３０と、露光ランプ３０の光を反射する反射板３１を有している。露光ランプ３０と反射板３１は、下面が開口した筐体３２の内側に設けられている。筐体３２は上面から見て略方形状に形成されており、筐体３２の外側には、枠体２１と同様に、シャフト１７と摺動自在なスライド部３３が設けられている。それにより、筐体３２は、移動機構１６の駆動部により上下方向に自在に移動することができる。また、筐体３２の下面の外周縁部であって、把持機構５の枠体２１に対向する位置にはシール部材３５が設けられ、筐体３２の下面と枠体２１の上面とを気密に接触させることができる。

加熱機構６は、図４に示すように、シート４に対応する位置に設けられシート４を加熱して軟化させる複数のヒータ４０を有している。また、加熱機構６はチャネルベース１４の上面に設けられた移動機構としての退避機構４１の上面に設置されている。退避機構４１の上面に設けられた駆動機構４２によって台座３に対して水平方向に（図１のＸ方向）移動できるように構成されている。このため、加熱機構６は、把持機構５に把持されたシート４を加熱して軟化させた後は、加熱機構６を把持機構５と露光機構７との間から移動させ、図１に破線で示す位置まで退避させることができる。これにより、加熱機構６が露光ランプ３０の光を遮蔽することなく、また露光機構７を加熱機構６と干渉することもなく、移動機構１６により上下に移動させることができる。なお、ヒータ４０は、シート４を所定の温度で適切に加熱できるものであれば、どのようなヒータを使用してもよく、特に限定されるものではない。例えば石英ガス管ヒータや電気ヒータ等でよい。

次に、金型２を気密に収容する気密容器５０について説明する。気密容器５０は本実施の形態では、台座３と、枠体２１と、筐体３２とによって構成される。具体的には、図５に示すように、先ず台座３の吸引ブロワ１３により吸引口１１を減圧した状態で、加熱装置６によりシート４を軟化させた後、加熱機構６を退避させ、次いで軟化したシート４を把持する把持機構５を枠体２１とともに移動機構１６により降下させる。そして、枠体２１の下面のシール部材と台座３の外周縁部とを当接させるとともに、シート４と金型２の上面を接触させる。こうすることにより、シート４と台座３の載置面１０及び金型２の間の空気が、吸引口１１により吸引されるので、軟化したシート４と金型２及び載置面１０とが吸着し、シート４が金型に沿うように立体形状に成形される。

次いで、図６に示すように、露光機構７を筐体３２とともに移動機構１６により降下させ、筐体３２の下面のシール部材３５と、枠体２１の上面とを当接させる。このとき、筐体３２も枠体２１と同様に下面にシール部材３５を有しているので、筐体３２と、枠体２１と、シート４が吸着した載置面１０とに囲まれた空間は気密に維持され、気密容器５０を形成する。この際、載置面１０の吸引口１１は、シート４により塞がれているので、気密容器５０内の雰囲気が吸引口１１により吸引されることはない。そして、この状態で、筐体３２に設けられた気体供給部としての気体供給管５１から加圧用の気体を供給し、気密容器５０内を加圧してシート４を金型２及び載置面１０に圧着させる。これにより、金型２と立体形状に成形されたシート４との密着度を高めることができる。また、図５に破線で示されるように、真空成形ではシート４を完全に密着させることができなかった金型２の窪み部２ａ及び逆バンク部２ｂも、加圧を行うことで図６に示すように金型２に沿った形状に圧着することができる。なお、気体供給管５１を介して供給する気体は、金型２表面のレジスト膜に影響を与えないものであればよく、例えば、汎用の空気圧縮機から供給される０．６ＭＰａ程度の圧縮空気等が使用できる。供給圧力は、軟化したシート４が過剰な押圧により破れることを防止するため、金型２の形状やシート４の厚み毎に適切に調整されることが望ましい。また、気体供給管５１の接続先は筐体３２に限定されるものではなく、気密容器５０内に加圧用の気体を供給できる位置であれば、例えば枠体２１の側面に接続されていても良い。

本実施の形態にかかる真空圧空成形露光装置１は以上のように構成されており、次にこの真空圧空成形露光装置１で行われる金型２表面に成膜したレジスト膜の露光について説明する。

先ず、予め所定のパターンが印刷などにより形成された厚さ約０．５ｍｍの透明の塩化ビニールシートからなるシート４を、把持機構５により把持する。枠体２１または把持機構５には、シート４の位置合わせ用の基準点がマーキングされており、この基準点を合わせるようシート４を設置することで、シート間の位置ずれを防止できる。さらに、同パターンを描いたシートを取り替えながら使用する場合に、位置決め精度を高めるため、例えば図２ａ〜図２ｃに示すように、シートに開けた穴７０と同径サイズの突起７１を把持機構５または枠体２１の対応する位置に複数個所設け、その突起をシートの孔に通すことにより、シート４を枠体２１の同じ位置に固定することができようにしてもよい。このシートの固定は、たとえば、高さの高い立体成形形状などの場合には、真空加圧成形の最中にその成形高さに応じたある時点で解除することでもよい。こうすることにより、シートを都度交換して繰り返しパターン露光するときに、常に同じ位置に同じパターンが露光されることとなり、高い再現性が得られる。
なお、このように位置合わせを行う場合、シート４は、シートに印刷されるパターンの範囲や金型２の大きさによらず、同じ寸法のものを用いることが好ましい。また、シート４の厚み及び材質は本実施の形態の記載に限定されるものではなく、立体形状に成形でき且つ露光ランプ３０の光を透過するものであればよい。
また、シートの位置合わせ機構は、本態様に限定するものでなく、シートに印刷されたパターンを精度よく位置決めできるものであればよい。

次いで、図１に示すように、台座３を把持機構５の下方から退避させた状態で、予めレジスト膜を成膜した金型２を載置面１０に載置する。そして金型２を載置した台座３を、把持機構５の直下、すなわち図１に破線で示される位置まで移動させる。
なお、載置面１０には、金型２の位置合わせ用の基準点がマーキングされており、同じく金型２にマーキングされた基準点と載置面１０の基準点とが合致するように金型２の載置面１０上の配置を調整することで、金型２の載置面１０上での配置の再現性を持たせることができる。さらに、金型の位置決め精度を上げるために、例えば突起状の位置決めブロック６４を台座３の載置面１０上に固定し、金型２を接触固定することもできる。
載置面１０および台座３に連結固定されている台車１２は、移動機構１６を介した枠体２１や筺体３２との平面での相対位置を精度よく位置決めするとよい。例えば、台車１２に固定された位置決めブロック６３と移動機構１６と連結固定されている位置決めブロック６１を位置決めロッド６２で貫通することにより、ロッドと両ブロックに開いた穴径の嵌め合い精度で位置決めすることができる。
これら位置決め機構は例示であり、これらの方法に限定されるものではない。

その後、把持機構５に把持されたシート４を、加熱機構６のヒータ４０により所定の温度で一定時間加熱して軟化させる。この、所定の温度及び一定の加熱時間は、シート４と同じものを用いて予め試験を行い、最適な条件が求めておくとよい。そして、シート４を軟化させた後、加熱機構６を退避機構４１の駆動部４２により露光機構７の下方から退避させる。加熱機構６を退避させた後に、枠体２１を軟化したシート４と共に載置面１０の上面にシール部材２３が当接するまで降下し、シート４を金型２に吸着させる。そして、金型２とシート４とを吸着させた状態で、筐体３２を露光機構７とともに枠体２１の上面にシール部材３５が当接するまで降下し、気密容器５０を形成する。

気密容器５０を形成した後、気体供給管５１を介して気密容器５０内に圧縮空気を供給し、金型２とシート４とを圧着させる。そして、金型２とシート４とを圧着させた状態で、露光機構７の露光ランプ３０と反射板３１により、金型２の全面に光を照射し、シート４のパターンが印刷されていない部分を均一に露光する。

露光終了後は、枠体２１及び筐体３２を移動機構１６により上方へ移動させ、台座３を図１に示す位置まで退避させる。そして、金型２を台座３から取り外した後に、金型２表面のレジスト膜を現像し、現像後の金型２にエッチングを施せば、表面に所定の凹凸のパターンが形成された金型２が完成する。

以上の実施の形態によれば、表面にレジスト膜が成膜された熱間プレス成形用の金型２が気密容器５０に収容されているので、加熱して軟化したシート４を金型２の形状に真空圧空成形した後、シート４と金型２を圧着させたままの状態でレジスト膜の露光を行うことができる。また、真空成形に比べてより高い圧力でシート４を密着させることができるので、金型２の形状が複雑な起伏を有する場合であっても、シート４を金型２と同一の形状に成形することができる。このため、金型２表面のレジスト膜を、金型２とシート４との密着が崩れることなく露光することができ、これにより、高い精度で所定のパターンを金型２表面のレジスト膜に露光により転写することができる。また、圧空成形装置と、露光装置を別々に設ける必要がないため、装置全体をコンパクトにできる。さらには、加工対象の金型を用いてフォトマスクを成形するので、フォトマスク成形用の金型を使用する必要がない。このため、フォトマスク成形用の金型と加工対象の金型２との製作誤差もなく、一旦フォトマスク成形用の金型から取り外すことによる微小なフォトマスクの伸びや歪みもなく、立体形状のフォトマスクと金型２の密着性が維持される。

また、以上の実施の形態によれば、シート４を台座３の載置面１０に対して平行に把持する把持機構５と、把持機構５の移動機構１６を有しているので、シート４と金型２とが接触する位置、及びシート４と載置面１０との位置関係の再現性を確保することができる。
例えば金型２の凹部を深くエッチング行う場合、オーバーエッチングを避けるために繰り返しエッチング処理が必要なときがある。その際、金型２へのレジスト塗布、パターニング露光、エッチングを繰り返すことになる。再現性の高い位置決め精度を有する本発明に係る装置を使用すれば、位置ずれ無く金型２にパターンを繰り返し転写することができる。
この繰り返し処理による方法は、パターンはそのままで深さだけ任意の深さまで深くエッチング加工できるため、アスペクト比の高い凸部をエッチングで得るような場合に効果がある。金型２に繰り返しパターニングを行う場合、予め同じパターニング描いた。シート４を都度取り替えて使用する場合と、一旦成形されたシート４を繰り返し使用する場合がある。いずれの場合も、シート４および金型２の相対位置は、前述の位置決め機構により、高い精度で再現され、繰り返しのレジストパターン作成に有効である。

加熱機構６は把持機構５と露光機構７との間に設けられている例を説明したが、把持機構５の下方に設けられていてもよい。また、シート４を均一に加熱できれば、把持機構５に把持されたシート４に対向して設けられている必要はなく、例えば把持機構５の斜め上方や斜め下方に設けられていてもよい。

また、露光機構７は筐体３２の内側に設けられている例を説明したが、筐体３２に光を透過するための窓を設けるなどして、筐体３２の外側から露光できるような構成としていれば、露光機構７は筐体３２の外側に設けられていてもよい。

気密容器５０は、枠体２１と、筐体３２と、台座３の載置面１０とにより形成されていたが、気密容器５０は、例えば台座３全体を金型２とともに覆うような別の密閉容器であってもよい。この場合、枠体２１及び筐体３２は、気密容器５０を形成する必要がないので、把持機構５及び露光機構６を固定することだけを考慮した形状としてよい。また、図７に示すように、把持機構５を筐体３２の下面に設けるように筐体３２を構成し、筐体３２と台座３とによって気密容器５０を形成してもよい。

以上の実施の形態で用いるシート４に印刷されるパターンは、試験により事前に金型２の形状に成形した際の伸び率を求め、その伸び率に基づき印刷パターンの形状を変化させていてもよい。この伸び率は、事前にシート４と同じ材質のものに伸び率計測用の模様を印刷し、真空圧空成形露光装置１を用いて３次元成形することで求められる。この予め伸び率を考慮したパターン印刷を行えば、金型２の形状が複雑で、金型２の場所ごとにシート４の伸び率が変化する場合であっても、所定のパターンを得ることができる。また、金型２のレジストを実際に上述の方法で露光した後、現像を行い、その結果を上記の伸び率に反映させれば、さらに精度よく金型２表面にパターンを形成することができる。

以下、本発明の真空圧空成形露光装置を用い、立体形状の金型の表面に成膜されたレジスト膜に、露光により所定のパターンを転写した実施例について説明する。本実施例を行うに際しては、真空圧空成形露光装置として、先に図１に示した真空圧空成形露光装置１を用いた。

実施例に用いた立体形状の金型６０の形状は、側面視においては図８に示すように、上面が上方に凸に突出し、平面視においては図９に示すように方形である。そして、金型６０の凸に突出した部分の中央には、図８に破線で示すように、凹に窪んだ方形の窪みが形成されている。金型６０の各寸法は、平面での一辺長さａ＝２００ｍｍ、突出部の幅ｂ＝１２０ｍｍ、突出部の高さｃ＝７０、窪み部の深さｄ＝１５ｍｍ、窪みの一辺長さｅ＝８０ｍｍである。シートには、直径２ｍｍ、ピッチ３ｍｍのパターンが千鳥に配置された厚さ１ｍｍの塩化ビニールシートを用いた。

本実施例では、気密容器５０内の圧力Ｐ２を０．０１ＭＰａ≦Ｐ２≦１．０ＭＰａの範囲で、真空空間Ｓの圧力Ｐ１をＰ１≦−０．００５ＭＰａの範囲で、夫々変化させた場合について３通りの実験を行い、従来技術として真空空間Ｓの圧力Ｐ１をＰ１≦−０．００５ＭＰａの範囲で変化させた場合について２通りの実験を行った。その結果を表１に示す。評価としては、露光によるパターン転写後の金型６０表面のレジスト膜を現像し、転写対象面全てにレジストパターンが形成された場合は○、転写対象面に１箇所以上のパターンの欠落があった場合は×とした。なお、表１及び上記に記載の圧力は真空空間Ｓの雰囲気圧力P1も、気密容器５０の雰囲気圧力P2のいずれについてもゲージ圧（すなわち大気圧は０ＭＰａ、絶対真空は−１．０１３ＭＰａとなる）で表示している。

表１に示した結果によれば、真空空間Ｓの圧力Ｐ１を減圧したのみ、すなわち従来のように真空成形法のみで露光を行った場合は、いずれの場合も一部のパターンに欠落が見られた。これに対して、本発明の真空圧空成形露光装置１を用いて、０．０１ＭＰａ≦Ｐ２≦１．０ＭＰａ、Ｐ１≦−０．００５ＭＰａの条件で真空圧空成形により露光を行った場合は、いずれの場合もシートのパターンが適切にレジスト膜に転写されることが分かった。したがって、本発明の真空圧空成形露光装置１を用いて露光を行うと、立体形状の金型の表面に成膜されたレジスト膜に高い精度でパターンを転写できることが分かった。また、表1の実施例１においてはＰ１とＰ２との差圧が、従来技術におけるＰ１とＰ２との差圧より小さい、すなわちシートを金型６０に押圧する力が小さいにも関わらず、パターンの転写は適切に行われ、しかもこの結果には再現性があった。したがって、パターン転写を適切に行うにあたっては、シートを金型６０に押圧する圧力、すなわちＰ２とＰ１との差圧の大きさではなく、真空空間Ｓを減圧すると共に、気密容器５０内を加圧することが重要であることが新たな知見として得られた。

次に、本発明の真空圧空成形露光装置を用い、金型表面にφ１ｍｍ、ピッチ１．５ｍｍの凸部を千鳥配置したパターンを転写した実施例について説明する。パターンの形状精度として、φ１ｍｍの径がφ０．８ｍｍ以下になった場合をパターン崩れが有りと判定した。
また、１回のレジスト膜のパターニングでエッチングする深さは、従来技術でパターン崩れが発生しない０．３ｍｍとした。この条件で、レジスト膜のパターニングとエッチングを複数回繰り返し、深くエッチングする試験を行い、パターン崩れがなく０．６ｍｍ以上深くエッチングできた場合を合格（○）とし、できない場合を不合格（×）として評価した。
表２にその結果を示す。従来技術では、レジスト膜のパターンニング１回のみで０．６ｍｍ深さのエッチングを行った場合に、パターン崩れが発生した。しかし、本発明による方法と装置を用いた場合には、パターン崩れが発生することなく、０．６ｍｍ深さ、０．９ｍｍ深さまでエッチングすることができた。繰り返しエッチングに対し、再現性の高い位置決め精度を有する本発明に係る装置の効果が発揮されたことがわかる。

本発明は、例えば熱間プレス用金型の製造において良好な凹凸表面を有する金型を製造する際に有用である。

１ 真空圧空成形露光装置
２ 金型
２ａ 窪み部
２ｂ 逆バンク部
３ 台座
４ シート
５ 把持機構
６ 加熱機構
７ 露光機構
１０ 載置面
１１ 吸引口
１２ 台車
１３ 吸引ブロワ
１４ チャネルベース
１５ レール
１６ 移動機構
１７ シャフト
２０ 開口部
２１ 枠体
２２ スライド部
２３ シール部材
３０ 露光ランプ
３１ 反射板
３２ 筐体
３３ スライド部
３４ 開口部
３５ シール部材
４０ ヒータ
４１ 退避機構
４２ 駆動機構
５０ 気密容器
５１ 気体供給管
６０ 金型
Ｓ 真空空間

Claims (9)

1. 熱間プレス成形用金型の表面に成膜したレジスト膜に、露光により所定のパターンを転写する真空圧空成形露光装置であって、レジスト膜が表面に成膜された成形用金型を気密に収容する気密容器と、前記成形用金型を載置する台座と、所定のパターンが形成されたシートを加熱して軟化する加熱機構と、前記台座の載置面に形成され、軟化したシートを金型に被せた際にシート下面を台座に吸着させる吸引部と、前記吸引部に接続された吸引機構と、軟化したシートを前記成形用金型に吸着させた状態で当該シートにおける前記パターンをレジスト膜に露光する露光機構と、前記気密容器内を加圧する気体を供給する気体供給部とを有していることを特徴とする真空圧空成形露光装置。
2. 前記所定のパターンを形成したシートを前記台座に対して平行に把持する把持機構と、前記把持機構を前記台座方向に移動させる移動機構を有することを特徴とする請求項１に記載の真空圧空成形露光装置。
3. 前記シートが複数の開孔部を有し、前記把持機構または前記把持機構が設置された枠体の少なくともどちらかが、前記シートの開孔部に対応する位置に突起を有し、当該突起を、前記シートの対応する孔に通してシートを把持することを特徴とする請求項２に記載の真空圧空成形露光装置。
4. 開口部が前記台座部と対向する位置に形成された筐体を有し、前記気密容器は、前記台座が前記筐体の開口部と接合することにより構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の真空圧空成形露光装置。
5. 前記筐体は、前記台座方向に移動自在に構成されていることを特徴とする請求項４に記載の真空圧空成形露光装置。
6. 開口部が前記台座部と対向する位置に形成され、前記移動機構を介して前記台座方向に移動可能な筐体と、前記筐体と前記台座の間に設けられ、前記移動機構を介して前記台座方向に移動可能な枠体を有し、前記移動機構は前記台座の載置面と垂直に設けられ、前記把持機構は前記枠体の内側に設けられ、前記気密容器は、前記筐体の開口部と前記枠体の前記筐体側の面、及び前記枠体の前記台座の載置面側と前記台座の載置面とが互いに接合することにより構成されることを特徴とする請求項２または３に記載の真空圧空成形露光装置。
7. 前記加熱機構を移動させる他の移動機構を有し、前記加熱機構は、前記露光機構と前記台座の間に設けられ、前記加熱機構は前記他の移動機構を介して前記露光機構と前記台座の間から退避可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の真空圧空成形露光装置。
8. 前記真空吸引機構による吸引圧力Ｐ１と、前記気密容器内に供給される気体の圧力Ｐ２は、下記式（１）及び式（２）を満たすことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の真空圧空成形露光装置。
   Ｐ１≦−０．００５ＭＰａ・・・式（１）
   ０．０１ＭＰａ≦Ｐ２≦１．０ＭＰａ・・・式（２）
   但し、P1、P2は大気圧に対するゲージ圧とする。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の真空圧空成形露光装置を用いて、成形用金型の表面に成膜したレジスト膜に、所定のパターンの光を照射して露光する方法であって、前記所定のパターンを形成したシートを加熱して軟化する軟化工程と、前記軟化したシートを前記成形用金型に被せ、前記吸引部による吸引によって前記軟化したシートと金型の間を減圧して、前記シートを前記成形用金型に吸着させる真空成形工程とを有し、真空成形工程の間に前記気密容器に気体を供給し、前記気密容器内を加圧して、前記シートと前記成形用金型を圧着した状態で露光を行うことを特徴とする露光方法。

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