JP5798351B2 - 電鋳型 - Google Patents

Description

本発明は、電気めっき法による電鋳体を作製するために使用する電鋳型に関する。

電鋳法によれば、精密に加工された電鋳型と呼ばれる部材を用いることにより、非常に高い転写性を有する部材を製造することが出来る。特に近年、シリコンプロセスにより感光性材料を用いて電鋳型形状に加工するＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ Ｇａｌｖａｎｏｆｏｍｕｎｇ Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）法によって電鋳型を製造し、合わせて微小な形状を有する部品や金型を製造することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、ＬＩＧＡ法による電鋳型の製造では、Ｘ線による露光方法と紫外線による露光方法が行われている。

Ｘ線による露光では、使用される波長が使用するフォトレジストの厚みや線幅に対して、十分短いため、厚いフォトレジストに対して非常に高い解像度を有する電鋳型を提供できる。

また、紫外線による露光法では、設備としては、通常のフォトリソグラフィーに使用する設備で対応できるため広く用いられている。

特開平１１−１５１２６号公報

Ｘ線による露光では、Ｘ線源としてシンクロトロン放射装置など特殊で高額な設備を必要とするため、特殊な用途に限られてしまう。

また、紫外線による露光法では、電鋳がなされる型となるフォトレジストの開口部に外部より電流を通電するために基板は金属であるか、基板表面に金属膜が設置されている必要がある。

また、紫外線によるフォトリソグラフィーを行う際、光源より照射された紫外線はフォトレジスト表面から入射し、フォトレジストを露光しつつ吸収されていく。しかし、一部は、基板まで達し、上記の金属により反射し、再度フォトレジスト内を通過し、通過下部分では露光・吸収が生じ、露光部では、ネガ型フォトレジストでは硬化、ポジ型フォトレジストでは分解が起こる。

この時、入射する紫外線がフォトレジスト表面および基板に対して垂直で無い場合、フォトレジストに対して、斜めに入射するため、出来上がるフォトレジストの開口部の壁面は基板に対して垂直とならず、角度を有することになる。しかし、基板面から反射がある場合、この反対方向に角度を有する露光を行うこととなるため、基板に対して垂直となるべき開口部の壁面の角度や形状・寸法に大きな影響を及ぼすこととなる。

本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、紫外線による露光で作製されるフォトレジストを用いた電鋳型において、基板に対してフォトレジストの開口部の形状・寸法が安定したものを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る電鋳型は、基板と、前記基板の表面に形成されたフォトレジスト層とを備える電鋳型であって、前記基板は、少なくとも前記表面が紫外線を吸収する紫外線吸収層で形成され、前記フォトレジスト層は、開口部を有し、前記基板の表面と前記フォトレジスト層の前記基板の表面側の面との間において、前記基板の端から前記フォトレジスト層の前記開口部内まで形成されるとともに、紫外線に対して透過性を有し、導電性を有する透明な導電膜が形成されていることを特徴とする。

本発明において、導電膜が、基板の端まで形成されているため、その部分で外部と電気的に接続することができる。また、導電膜が、開口部内まで形成されているため、その部分で電鋳を行うことができる。
この電鋳型を用いることにより、優れた形状、微細性および寸法精度を有する電鋳体を提供することが出来る。

また、基板の表面に紫外線吸収層を有することで、入射した紫外線を吸収することができる。このため、フォトレジスト層内を反射による紫外線がほとんど通過しないため、フォトレジスト層の予期しない露光を防ぐことができ、フォトレジスト層の開口部を精度よく形成し、凹凸のない平坦な面で形成することができる。

また、前記基板は紫外線吸収物質で形成され、前記基板全体が紫外線吸収層であることを特徴とする。
これにより、紫外線の吸収をより効率的に行うことができる。

また、前記導電膜は、前記基板の表面と前記フォトレジスト層の前記基板側の面との間において、前記基板の表面の全面に形成されていることを特徴とする。
これにより、導電膜をパターニングする必要がないため、製造工程の簡略化が図れる。

また、本発明に係る電鋳型は、基板と、前記基板の表面に形成されたフォトレジスト層とを備える電鋳型であって、前記基板は、紫外線に対して透過性を有し、前記フォトレジスト層は、開口部を有し、前記基板の表面と反対の面上には、紫外線吸収層が形成され、前記基板の表面と前記フォトレジスト層の前記基板側の面との間において、前記基板の端から前記フォトレジスト層の前記開口部内まで形成されるとともに、紫外線に対して透過性を有し、導電性を有する透明な導電膜が形成されていることを特徴とする。

この場合において、基板を紫外線が透過するため、紫外線吸収層で紫外線を吸収し、反射を生じさせない。このため、フォトレジスト層内を反射による紫外線がほとんど通過しないため、フォトレジスト層の予期しない露光を防ぐことができ、フォトレジスト層の開口部を精度よく形成し、凹凸のない平坦な面で形成することができる。

この発明によれば、フォトレジスト層内を反射による紫外線がほとんど通過しないため、フォトレジスト層の予期しない露光を防ぐことができ、フォトレジスト層の開口部を精度よく形成し、凹凸のない平坦な面で形成することができる。この電鋳型を用いることにより、優れた形状、微細性および寸法精度を有する電鋳体を提供することが出来る。

本発明に係る電鋳型の断面を示す図である。 本発明に係る電鋳型を作製する工程のうち、基板の一面に紫外線吸収層を形成し、その上に透明導電膜を形成する工程を示す図である。 本発明に係わる電鋳型を作製する工程のうち、フォトレジスト層を形成し、紫外線による露光する工程を示す図である。 本発明に係わる電鋳型の完成体を表す一形態を示す図である。 本発明に係わる電鋳型が形成される過程と本発明の実施形態による電鋳型を示す図である。 本発明に係わる電鋳型に対して、従来例による電鋳型が形成される過程とそれにより作製された電鋳型を示す図である。

本発明に係る実施形態について、図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態の電鋳型の縦断面を示す図である。

電鋳型１は、基板４０と、基板４０の表面に形成されたフォトレジスト層５とを備えている。また、基板４０は、少なくとも表面が紫外線を吸収する紫外線吸収層３で形成され、フォトレジスト層５は、開口部６を有し、基板４０の表面とフォトレジスト層５の基板４０の表面側の面との間において、基板４０の端からフォトレジスト層５の開口部６内まで形成されるとともに、紫外線に対して透過性を有し、導電性を有する導電膜４が形成されている。また、この導電膜４は透明である。

基板４０は、表面が紫外線吸収層３で形成されるとともに、支持層２はソーダガラス、無アルカリガラス、無機ガラスなどのガラスなどで形成されている。また、アクリルやポリカーボなどの透明なプラスチックや、石英やサファイアなどの透明なセラミックなどでも形成することができる。また、紫外線吸収層６は、酸化チタン膜で構成されている。なお、紫外線吸収層６が基板４０の表面に形成されていれば支持層４０の材料は上記に限られない。

また、導電膜４は、酸化インジウムと酸化スズからなるＩＴО膜、酸化インジウムなどの透明導電膜を用いる。導電膜４はスパッタリング法などで形成する。また、本実施形態において導電膜４は、基板４０の表面の全面に形成されている。すなわち、導電膜４は、基板４０の表面とフォトレジスト層５の基板４０の表面側の面との間において、基板４０の端からフォトレジスト層５の開口部６内に形成される構成である。導電膜４が、基板４０の端まで形成されているため、その部分で外部と電気的に接続することができる。また、導電膜４が、開口部内まで形成されているため、その部分で電鋳を行うことができる。

なお、本実施形態においては、導電膜４が基板４０の表面の全面に形成されているが、基板４０の表面とフォトレジスト層５の基板６の表面側の面との間において、基板４０の端からフォトレジスト層５の開口部６内に形成されていればよい。このとき、導電膜４は基板４０の表面の開口部６部分の全面に形成されていることが好ましい。

フォトレジスト層５は、ネガ型フォトレジストを用いる。また、ネガ型フォトレジストのうち、エポキシ系の化学増幅型を用いることができる。また、他にも、アクリル系のネガタイプのフォトレジストや、ドライフィルムフォトレジストなども用いることができる。また、化学増幅型以外のフォトレジストも用いることができる。

また、フォトレジスト層５は、開口部６が形成されている。この開口部６の形状が、電鋳体の外形の形状となる。

次に、電鋳型１の製造方法を図２から図５を参照して説明する。
図２は、基板形成工程及び導電膜形成工程を示す図である。
図２（ａ）は、基板のうち支持層７を示す図である。支持層７の表面８は後述する紫外線吸収層を形成する面である。

図２（ｂ）の工程は、支持層７の表面８上の全面に紫外線吸収層９を形成する工程である（紫外線吸収層形成工程）。これにより、表面に紫外線吸収層９を有する基板が形成される。このとき、酸化チタン膜で形成される紫外線吸収層９を形成する。なお、この酸化チタン膜の紫外線吸収特性を高めるために、ケイ素、アルミニウム等の元素を添加することも有効である。

図２（ｃ）の工程は、紫外線吸収層９の表面上に導電膜１０を形成する工程である（導電膜形成工程）。この工程において、酸化インジウムを主成分とし、酸化スズが添加されたＩＴＯ膜からなる透明導電膜１０を形成する。

図３はフォトレジスト層形成工程を示す図である。
図３（ａ）の工程は、ネガ型のフォトレジスト層１１を導電膜１０の表面上に形成する工程である。図３（ａ）は、電鋳型の外形を形成するためのネガ型フォトレジスト層１１を透明移動電膜１０上に形成した状態を示したものである。このとき、液状ネガ型フォトレジストをスピンコートにより所望の厚みまでコートし、加熱することにより溶剤を蒸発することにより、形成する。

図３（ｂ）は、露光工程を示す図である。この工程において、フォトレジスト層１１の表面の上方にフォトマスク１３を配置する。フォトマスク１３は、所望の形状の遮光パターン１２が形成されている。その後、図示しない露光装置より紫外光１４を垂直に照射する。これにより、フォトレジスト層１１のうち、フォトマスク１３が上方に配置された部分は露光されない。そのため、フォトレジスト層１１において、露光部１５と未露光部１６とが形成される。

このとき、露光部１５を通過する紫外光１４は、露光部１５および透明導電膜１０で吸収されるが、一部の紫外光１４は透過する。その後、紫外線吸収層９に到達し、ほとんどが吸収されるため、支持層７に到達することはない。そのため、紫外光１４が反射してフォトレジスト層１１に反射光が到達しない。ここで、紫外光１４の反射が起こった場合、未露光部１６に紫外光１４が到達し、露光されてしまう虞がある。本実施形態において、紫外光１４がほとんど反射されないため、未露光部１６の形状を精度よく形成することができる。

図４は未露光部除去工程を示す図である。未露光部１６を現像して除去することにより、フォトレジストに開口部が形成され、電鋳型１８が形成される。

このとき、未露光部の形状が精度よく形成されているため、開口部を精度よく形成することができる。そのため、電鋳型１８において、支持層７に対して、フォトレジスト層の開口部側の壁面１７が精度よく形成することができる。

ここで、紫外光が基板に対して斜めに入射した場合について図を用いて説明する。
図５は、紫外光が基板に対して斜めに入射した場合の露光工程および未露光部除去工程を示す。

多くの場合、紫外光の光軸ズレ、基板の傾き、又はフォトレジスト層の膜厚均一性等の影響で、紫外光１９を基板４０に対して垂直に入射させることは困難である。この場合、図５（ａ）に示したように、紫外光１９は、屈折等を起こしながらフォトレジスト層１１に斜めに入射する。その後、導電膜１０を透過する。本実施形態においては、透過した紫外光１９を、紫外線吸収層９が吸収することができる。そのため、紫外光１９は支持層９で反射することがほとんどない。

この場合、フォトレジスト層１１において、図５（ｂ）に示したような露光部２０と未露光部２１とが形成される。

ここで、図５（ｃ）に示したように、未露光部２１を現像して除去することで電鋳型２３を得る。このとき、基板４０に対して、傾斜を有する開口壁面２２を有する電鋳型２３が形成される。フォトリソグラフィーによる電鋳型の場合、開口部２４は、非常に微細であるため、フォトレジスト層１１の開口部２４側の壁面２２の傾きは、一方向であり、寸法に対して大きな影響を与えるものではない。

そのため、紫外光１９が斜めにフォトレジスト層１１に入射した場合でも、紫外光１９の反射がないため、紫外光１９の反射によって未露光部が露光されない。そのため、紫外光１９が反射した場合に比べ、開口部２４を精度よく形成することができる。

ここで、本実施形態と対比するため、従来の電鋳型形成工程における露光工程を説明する。
図６は、従来の電鋳型形成工程における露光工程および未露光部除去工程を示す図である。
図６（ａ）では、基板７と、基板７上に形成された導電性を有する金属層２５と、金属層２５上に形成されたフォトレジスト層２６が示されている。

また、図６（ａ）の工程において、本実施形態と同じ遮光パターン１３を有するフォトマスク１３を図示しない露光装置にセットし、露光を行う。この場合、フォトレジスト層２６に紫外光２７が斜めに入射する。その後、図６（ａ）に示すようにフォトレジスト層２６に入射した紫外光２７は、吸収されることなく、金属膜２５及び遮光パターン１３により反射を繰り返す。

図６（ｂ）は、形成された露光部２７と未露光部２８を示す図である。露光部２７は、紫外光２７の反射光に依存する形状となる。

図６（ｃ）は、現像した電鋳型３１を示す図である。図６（ｃ）に示すように、紫外光２７の反射により、フォトレジスト層２６の開口部３０側の壁面２９が、大きな凹凸形状を形成してしまう。

すなわち、電鋳型３１の壁面２９の形状は、凹凸が大きく、精度が低くなってしまう。さらに、電鋳体を決定する開口部３０の精度も本実施形態と比べ大きく劣る。

従って、本実施形態のように基板の表面に紫外線吸収層を有することで、フォトレジスト層の開口部を精度よく形成し、凹凸のない平坦な面で形成することができる。

なお、本実施形態では、露光に用いる紫外光において、基板に対して垂直方向からのズレによる影響について記載したが、紫外光を基板に対して斜めから入射させる場合にも適用できる。すなわち、基板に対してフォトレジスト層の開口部側の斜めの壁面を形成する場合にも適用できる。この場合においても、紫外光の反射が生じないため、図５のように精度よく電鋳型を形成できる。

なお、本実施形態では、透明導電膜として酸化インジウムを主成分とし、酸化スズを添加したＩＴＯ膜を使用している。しかし、露光にしようする紫外線に対して透明であり、導電性を有する物質、例えば、透明導電性酸化亜鉛等も用いることができる。

また、一般に、紫外線露光によるフォトリソグラフィーに用いられるフォトレジストは、４００ｎｍ以下の波長に対して感度を有している。又、露光に使用する紫外線は、多くの場合、水銀ランプから発せられる紫外光を用いる。この場合、紫外線における水銀ランプの輝線のうちもっとも波長が長いものはｉ線（波長３６５ｎｍ）であることから、紫外線吸収層として用いる物質として、３６５ｎｍより短い波長、できれば３８０ｎｍより短い波長を吸収するものが好ましい。

また、本実施形態では、基板の表面に紫外線吸収層を備えているが、基板全体が紫外線吸収層であってもよい。この場合においても、基板の表面が紫外線吸収層で形成されるため、紫外線を反射させずに吸収することができる。

また、紫外線吸収層は、必ずしも基板の表面全体に形成する必要はなく、フォトレジスト層の紫外光が露光される部分に形成されていればよい。すなわち、基板の表面において、フォトレジスト層の開口部が形成される部分と異なる部分に形成されていればよい。この場合、基板の支持層が開口部内に露出される。この場合においても、フォトレジスト層の紫外光が入射する部分において、紫外線吸収層が紫外線を吸収することができる。なお、紫外線吸収層は、製造工程の簡略化が図れることから、基板の表面全体に形成されることが好ましい。この場合、確実に紫外線を吸収できる。

また、基板が、ガラスなどの紫外線透過性を有する材料である場合、紫外線吸収層は、 前記基板のフォトレジスト層が形成された表面と反対の面上に形成されてもよい。すなわち、この場合、電鋳型は、基板と、基板の表面に形成されたフォトレジスト層とを備える電鋳型であって、基板は、紫外線に対して透過性を有し、フォトレジスト層は、開口部を有し、基板の表面と反対の面上には、紫外線吸収層が形成され、基板の表面とフォトレジスト層の基板側の面との間において、基板の端からフォトレジスト層の開口部内まで形成されるとともに、紫外線に対して透過性を有し、導電性を有する導電膜が形成されている。

この場合においても、基板を紫外線が透過するため、紫外線吸収層で紫外線を吸収し、反射を生じさせない。

さらに、本発明の電鋳型は、製造時に基板側からの反射が生じないので、フォトマスクのパターンに極めて近い形状の電鋳型を形成することができる。

以上、本発明による電鋳型は、電鋳されるべき開口部の形状、微細性や寸法精度に優れている。そのため、この電鋳型を用いることにより、優れた形状、微細性および寸法精度を有する電鋳体を提供することが出来る。

１、１８、２３、３１ 電鋳型
２、７ 支持層
３、９ 紫外線吸収層
４、１０ 導電膜
５ フォトレジスト層
６、２４、３０ 開口部
１１、２６ フォトレジスト層
１２ 遮光パターン
１３ フォトマスク
１４、１９ 紫外光
１５、２０、２７ 露光部
１６、２１、２８ 未露光部
１７、２２、２９ 壁面
２５ 金属層
４０ 基板

Claims (4)

1. 基板と、前記基板の表面に形成されたフォトレジスト層とを備える電鋳型であって、
   前記基板は、少なくとも前記表面が酸化チタン膜からなる紫外線吸収層で形成され、
   前記フォトレジスト層は、開口部を有し、
   前記基板の表面と前記フォトレジスト層の前記基板の表面側の面との間において、前記基板の端から前記フォトレジスト層の前記開口部内まで形成されるとともに、紫外線に対して透過性を有し、導電性を有する透明な導電膜が形成されていることを特徴とする電鋳型。
2. 前記基板は紫外線吸収物質で形成され、前記基板全体が紫外線吸収層であることを特徴とする請求項１に記載の電鋳型。
3. 前記導電膜は、前記基板の表面と前記フォトレジスト層の前記基板側の面との間において、前記基板の表面の全面に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電鋳型。
4. 基板と、前記基板の表面に形成されたフォトレジスト層とを備える電鋳型であって、
   前記基板は、紫外線に対して透過性を有し、
   前記フォトレジスト層は、開口部を有し、
   前記基板の表面と反対の面上には、酸化チタン膜からなる紫外線吸収層が形成され、
   前記基板の表面と前記フォトレジスト層の前記基板側の面との間において、前記基板の端から前記フォトレジスト層の前記開口部内まで形成されるとともに、紫外線に対して透過性を有し、導電性を有する透明な導電膜が形成されていることを特徴とする電鋳型。

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