微细电铸用模具及其制造方法

专利名称：微细电铸用模具及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于微细电铸(fine electrofoming)的新型模具，在通过电铸制造由金属薄膜构成且具有预定平面形状和预定厚度的微细金属制品时使用该模具，还涉及一种制造微细电铸用模具的制造方法。
背景技术：
电铸具有若干优点。例如(1)可进行超高精度加工；(2)可制造与基底材料一体化的金属制品；以及(3)可制造原形的精密复制品。电铸用于制造各种类型的金属制品，例如用于印刷电路板的铜箔、电动刮胡刀的外刃、精密筛网、手表文字盘、以及用于形成光盘的模具。
尤其是近年来，以电子设备的小型化导致的部件的小型化为代表，对总体尺寸处于微米量级的微细金属制品的需求趋于增加，且已研究了电铸在其制造中的应用。
通过电铸制造的微细金属制品的例子包括使用通过电铸形成在基底材料上的金属薄膜和呈一体化状态的基底材料的例子；以及通过将该金属薄膜从基底材料上剥离下来而将形成的金属薄膜用作一独立制品的例子。
虽然前者金属制品占目前所有微细金属制品中的绝大多数，但是可以预见，对后者金属制品的使用和需要今后将增加。
后者金属制品通过以下步骤制造制备用于微细电铸的模具，该模具包括具有与其平面形状相应的微细形状的电极部分；使该模具的电极部分用作阴极；通过电铸使金属薄膜选择性地生长在其表面上；然后将生长出的该金属薄膜从该电极部分上剥离，并回收该剥离的金属薄膜。
用于这种方法的微细电铸用模具的一个例子是通过如下步骤获得的通过光刻(lithography)等方法，在诸如金属板的导电性基板的表面上形成抗蚀剂膜(resist film)，该抗蚀剂膜具有绝缘性能，且具有许多开口，这些开口具有与将要形成的金属制品的平面形状相应的形状，且抵达该导电性基板的表面；以及将通过该抗蚀剂膜的开口暴露的导电性基板的表面用作电极部分。
在上述模具中，主要由诸如树脂的有机材料构成的抗蚀剂膜不耐用，且易被损坏。此外，其厚度比通过电铸形成的金属薄膜的厚度大得多。因此，难以在不损伤抗蚀剂膜的情况下，将形成的金属薄膜从导电性基板表面剥离下来。
因此，在上述模具中，考虑到提高从电极部分上剥离金属薄膜并回收该剥离的金属薄膜的回收率，每次进行电铸时，考虑将该抗蚀剂膜连同该金属薄膜一起剥离。
但是，当进行这种回收方法时，每进行一次电铸，造成模具不能使用，其必须重新制作。因此，模具和利用此模具制造的金属制品的产率低，使得制造成本非常高。
因此，本发明人提出了一种用于微细电铸的模具9，其具有图4所示的结构(日本专利特开公报JP2002-97591A)。
用于微细电铸的模具9通过以下步骤获得通过光刻等，在由金属板构成的导电性基板90的表面上形成许多非常小的突起91，每个突起具有与金属制品的平面形状相应的前端面91a；然后使液态树脂在其上流动，固化该树脂，以形成与抗蚀剂膜相比足够厚和结实的绝缘层92；然后抛光绝缘层92的表面，以露出突起91的前端面91a，并将暴露的前端面91a用作电极部分。
在用于微细电铸的模具9中，如上所述，绝缘层92与抗蚀剂膜相比足够厚和结实，且突起91的前端面91a与绝缘层92的表面彼此几乎平齐。金属薄膜被形成为呈现出自该平齐表面向上凸出的形状。因此，可以通过剥离该绝缘层92回收该金属薄膜，而实际上不会对绝缘层造成损伤。相应地，一个用于微细电铸的模具9可以反复多次用于电铸。
但是，当使用上述模具9时，金属薄膜有时不能轻易地剥离。其原因在于，在模具9的表面和金属薄膜之间产生了所谓的锚定效应(anchoreffect)。
即，在上述模具9中，取决于抛光时金属和树脂之间磨损难易度的不同，或者在树脂为可固化树脂的情况下由于树脂固化时的收缩，突起91的前端面91a倾向于进入一种自该绝缘层92的表面非常轻微突出的状态。
或者，由于两者间膨胀系数的不同，固化上述可固化树脂时的收缩等，在某些情况下，在突起91的侧面和绝缘层92之间可能出现非常小的间隙。
在电铸过程中，金属薄膜不仅生长在前端面91a上，还生长在因突出或间隙而暴露的突起91的侧面上，并且侧面上生长的金属薄膜产生了锚定效应，使得用作金属制品的、已经生长在前端面91a侧部上的金属薄膜难以剥离。
该金属薄膜具有一微观结构。因此，当如上所述出现了金属薄膜难以剥离的情况时，因剥离时产生的应力，金属薄膜易于变形和损坏，且由该金属薄膜制成的微细金属制品的制造产量显著降低。
此外，当试图通过大的力量强行将金属薄膜剥离时，过大的力量也施加在模具9上。因此，模具9的老化也变快。
尤其是，例如，即使绝缘层92由诸如环氧树脂的可固化树脂形成，与由金属制成的突起91相比，其更易于被剥离金属薄膜的过程中产生的应力磨损掉。当磨损进行时，突起91的侧面暴露更多。因此，不仅由于上述锚定效应增加而更难以将金属薄膜剥离，而且还因为金属薄膜不仅生长在前端面91a上还生长在突起91的侧面上的情况，加剧了不能获得具有正确形状的金属制品。
此外，由于上述应力等，绝缘层92大面积上地自导电性基板90剥离，使得模具可能整体不能使用。
为了提高金属制品的产率，优选地是，使得每次使用一个模具进行电铸时可以制造出的金属制品的数量尽可能大。
因此，需要使得上述模具9中的突起91的数目尽可能多。但是，为了充分确保绝缘层92的厚度，突起91的形状比(即突起91的直径与高度之比)必须远大于1。因此，即使通过诸如光刻的目前高精度加工技术，也无法容易地在导电性基板90的表面上高密度地形成许多具有这种高形状比的突起91。
因此，在上述模具9中，金属制品产量的提高是有限的。

发明内容
本发明的目的是提供一种用于微细电铸的新型模具，与具有通过抗蚀剂膜的开口形成在其中的电极部分的传统模具一样，结构简单，且易于制造，并且因此适用于多次电铸，因为电极部分可以以更高的密度布置在其中以提高金属制品的产量，与由金属制成的突起和绝缘层的组合构成的模具相比，金属薄膜更易于剥离，且其寿命大致等于或大于所述由突起和绝缘层的组合构成的模具的寿命。
本发明的另一目的是提供一种制造方法，以更高的精度和更简单的方法制造这种用于微细电铸的模具。
根据本发明的微细电铸用模具是一种通过电铸制造由金属薄膜构成的、具有预定平面形状和预定厚度的微细金属制品时所用的微细电铸用模具，其特征在于其包括导电性基板，以在电铸中用作阴极；以及由无机绝缘材料制成的绝缘层，其厚度不小于10nm且小于金属制品厚度的一半，并形成在该导电性基板的表面上，所述绝缘层具有开口，该开口具有与金属制品的平面形状相应的形状，且通达导电性基板的表面，用于通过经由电铸的方法使金属薄膜选择性生长在由所述开口露出的导电性基板的表面上来制造金属制品。
除了该绝缘层由无机绝缘材料形成外，根据本发明的模具具有与采用抗蚀剂膜的传统模具大致相同的结构，且结构简单，并易于制造。
具体地，例如，该绝缘层可以通过如下步骤制成通过光刻等在导电性基板的表面上构图形成抗蚀剂膜，该抗蚀剂膜具有与金属制品的平面形状相应的平面形状；然后通过气相生长法等在导电性基板的表面上形成无机薄膜以生长成绝缘层；然后，去除抗蚀剂膜，以形成开口。
根据此加工方法，例如，可以在电子装置领域中已经获得的技术水平范围内提高精度和准确度。
因此，根据本发明，与具有由金属制造的突起的上述模具相比，电极部分(绝缘层的开口)可以以更高的密度布置，从而使得可以比以前更多地提高金属制品的产量。
此外，绝缘层由无机绝缘材料构成，且其厚度限定为不小于10nm。因此，与具有绝缘性能的传统抗蚀剂膜相比，该绝缘层具有更高的硬度和强度。因此，该绝缘层具有耐用性，使得其不易于被剥离金属薄膜的过程中产生的应力损伤。
此外，绝缘层的厚度被限定为小于要制造的金属制品的厚度的一半。在电铸之后，出现金属薄膜自绝缘层凸出的状态。因此，仅金属薄膜能被剥离，而既不剥离也不损伤该绝缘层。此外，在剥离金属薄膜的过程中，可以通过更小的应力将金属薄膜剥离，而不在作为绝缘层的开口的周边部分的台阶状表面上产生强的锚定效应。
因此，根据本发明，防止了绝缘层在剥离时被损伤，从而使得还可以将该模具用于多次电铸，因为与具有由金属制成的突起的传统模具的寿命相比，一个模具具有大致相等或更长的寿命。此外，防止了金属制品因剥离时产生的应力而变形和损坏，从而使得与传统模具相比还可以更大地提高金属制品的产率。
考虑到该金属薄膜非常易于剥离，在上述范围中，优选地是绝缘层的厚度尤其不超过要制造的金属制品的厚度的三分之一。
由能形成薄膜且具有绝缘性能的各种类型的无机材料制成的任意薄膜可用作该绝缘层。但是，为了形成具有更高强度和更高硬度的绝缘层，优选地是，至少其表面由具有绝缘性能的、类似于金刚石的碳薄膜(即所谓的类金刚石碳薄膜，以下称为“DLC薄膜”)的一种形成。
虽然整个绝缘层可以由具有绝缘性能的上述DLC薄膜形成，但是优选地是，该绝缘层具有双层结构以改善DLC薄膜与导电性基板之间的粘附力，以进一步提高绝缘层的寿命，所述双层结构的形成步骤为首先在导电性基板的表面上形成由硅(Si)或碳化硅(SiC)薄膜构成的中间层；然后在该中间层上重叠由具有绝缘性能的DLC薄膜构成的表层。
上述硅或碳化硅薄膜与诸如不锈钢的金属的粘附力较优异，且还具有在该薄膜和层叠于其上的、具有绝缘性能的DLC薄膜之间的界面上形成SiC以提高DLC薄膜的粘附力的效果。
影响绝缘层寿命的另一因素的一个例子是作为电铸基底的导电性基板的耐蚀性。即，当导电性基板在电铸过程中腐蚀时，在其上形成的绝缘层被剥离和丢失或悬空，使得它容易因剥离金属薄膜的过程中产生的应力而剥离和损伤。当电极部分的表面因腐蚀而变得粗糙时，有可能不能在其上形成清洁的金属薄膜，或形成的金属薄膜不能从电极部分剥离。因此，导电性基板优选地由具有导电性能且耐蚀性优异的材料形成，尤其是由诸如SUS316的不锈钢制成。
为了进一步提高由诸如SUS316的不锈钢制成的导电性基板的表面的耐蚀性，优选地是，在导电性基板的表面上形成具有耐蚀性的导电层，所述表面的至少一部分通过绝缘层的开口露出，以保护导电性基板。
作为具有耐蚀性的导电层的一特殊例子，可以是由可形成薄膜、具有耐蚀性、且具有导电性能的各种类型的无机材料制成的任何薄膜。但是，为了形成具有更高强度和更高硬度、并具有耐蚀性的导电层，钛薄膜是优选的。
整个导电性基板可以由钛或镍耐蚀合金形成，其具有导电性，且具有与导电层的耐蚀性相同的耐蚀性。
根据本发明的一种制造用于微细电铸的模具的方法是制造根据本发明的上述用于微细电铸的模具的方法，包括步骤在导电性基板的表面上构图形成与金属制品的平面形状相应的抗蚀剂膜；在导电性基板的表面上，在除构图形成有抗蚀剂膜的区域之外的区域中，通过气相生长法形成单层或多层无机薄膜以生长成绝缘层；以及去除该抗蚀剂模，以在该无机薄膜中形成具有与金属制品的平面形状相应的形状并通达导电性基板表面的开口。
在根据本发明的制造方法中，抗蚀剂膜如前所述那样通过光刻等形成，从而可以在电子设备领域中已经获得的技术水平范围内将精度和准确度提高，达到与采用具有绝缘性能的抗蚀剂膜的传统模具中相同的程度。
此外，根据上述制造方法，在构图形成抗蚀剂膜的过程中，需要通过光刻等进行高精度定位的步骤数仅为一个。因此，上述高精度模具还可以通过更简单的方式制造。


图1A是局部切除透视图，以放大的方式示出了根据本发明用于微细电铸的模具的一实施例的例子，图1B是放大的剖视图，进一步以放大的方式示出上述例子中用于微细电铸的模具的一部分；图2A和2B是放大的剖视图，分别显示根据本发明用于微细电铸的模具的改型例子；图3A至3E是剖视图，显示通过根据本发明的制造方法制造图1A所示例子中的用于微细电铸的模具的制造步骤的例子；图4为放大剖视图，以放大方式显示用于微细电铸的传统模具的例子的一部分。
具体实施例方式
以下将说明本发明。
(用于微细电铸的模具)如上所述，图1A是立体局部切除图，以放大的方式示出根据本发明用于微细电铸的模具的一实施例的例子，图1B是放大的剖视图，进一步以放大的方式示出上述例子中用于微细电铸的模具的一部分。
所示例子中用于微细电铸的模具M用于将具有圆形平板的平面形状(即圆盘形状)的金属粉末P制造成金属制品。在它的导电性基板1的表面上，用无机绝缘材料形成具有诸多开口21的绝缘层2，开口21具有与金属粉末P的平面形状相应的圆形，且将通过绝缘层2的开口21露出的导电性基板1的表面11用作电极部分。
虽然在上述部件中至少导电性基板1的表面可以具有导电性能，但是优选地是，整个导电性基板1由金属板等一体形成以简化其结构，并且如果具体考虑耐蚀性等，则优选地是，如上所述地，整个导电性基板1用由诸如SUS316的不锈钢制成的板材一体形成。此外，关于诸如SUS316的不锈钢，在耐蚀性方面尤其优异的SUS316L是最优选的。
此外，如上所述，整个导电性基板1也可以由钛、诸如哈司特镍合金(Ni-Cr-Mo合金)的耐蚀镍合金等形成。此时，耐蚀性可以进一步提高。
如前所述，作为绝缘层2，可以是由可以形成膜并具有绝缘性能的各种类型的无机材料构成的任何薄膜。薄膜的例子包括氧化硅(SiO2)薄膜、氧化铝(Al2O3)薄膜、以及具有绝缘性能的DLC薄膜。如上所述，当具体考虑形成具有高硬度和高强度的绝缘层2时，具有绝缘性能的DLC薄膜是优选的。
为了使绝缘层2具有一定的硬度和强度，使得其既不易于被磨损也不易于被剥离金属薄膜时产生的应力所损伤，以维氏硬度Hv计算，具有绝缘性能的DLC薄膜的硬度优选地不小于1000。此外，考虑到除电极部分之外的模具M的表面区域充分绝缘，DLC薄膜的电阻率优选地不小于1011Ω.cm。
具有绝缘性能的DLC薄膜可以通过离子镀方法、溅镀法、等离子CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)法等形成，尤其优选地通过等离子CVD法形成。
为了使通过等离子CVD法形成的DLC薄膜具有绝缘性能，诸如甲烷气体的碳氢化合物气体可以用作原料气体。
虽然绝缘层2可以具有如图所示的单层结构，但是优选地是具有双层结构，如图2A所示，该双层结构例如包括形成在导电性基板1的表面上的、由硅或碳化硅薄膜构成的中间层2b，以及层叠在其上的、由具有绝缘性能的DLC薄膜构成的表层2a。其原因如上所述。在碱浴(alkali bath)用作电铸用电镀溶液的情况下，中间层2b更优选地由上述薄膜中耐碱性优异的碳化硅薄膜形成。
硅薄膜可以通过离子电镀法、溅镀法、等离子CVD法等形成。此外，碳化硅薄膜可以通过反应离子电镀法、反应溅镀法、等离子CVD法等形成。
参见图1B，绝缘层2的厚度T2必须小于将要制造的金属制品的厚度T1的一半，且不小于10nm。其原因如前所述。
即，在绝缘层2的厚度T2小于10nm的情况下，绝缘层2的硬度和强度下降。因此，绝缘层2易于被剥离金属薄膜时产生的应力损伤，使得模具M的寿命下降。此外，不能确保取决于绝缘层2的材料的充分绝缘性能。
相反，在绝缘层2的厚度T2不小于将要制造的金属制品的厚度T1的一半的情况下，在作为绝缘层2的开口的周边部分的台阶表面上产生强的锚定效应。因此，金属薄膜不易于剥离，因此必须通过更大的应力来剥离。于是，在较多的情况下，由于剥离时产生的应力，金属制品变形和损伤。因此，金属制品的产量下降，或绝缘层2在剥离时易于损坏，使得模具M的寿命下降。
尤其在上述范围内，绝缘层2的厚度T2不超过将要制造的金属制品的厚度T1的三分之一，优选地不小于10nm。
当将厚度T1为1μm的金属粉末制作成金属制品时，如后面所述的例子中那样，如果其符合前述定义，绝缘层2的厚度T2必须不小于10nm且小于500nm，且优选地为10nm至333nm。
于是绝缘层2的厚度T2的上限值仅由与金属制品的厚度T1的关系确定，并不具体地限于特定的数值范围。但是，当绝缘层2的厚度T2过大时，层内的残余应力增大。因此，由于剥离金属薄膜时产生的应力，绝缘层2易于例如在电铸过程中或电铸之后从导电性基板1上剥落下来，使得模具M的寿命会降低。
因此，绝缘层2的厚度T2优选地不超过5μm，更优选地不超过1μm，而不管金属制品的厚度如何。
当绝缘层2具有单层结构时，如图1A所示的例子中那样，上述绝缘层2的厚度T2是其自身的厚度。当绝缘层2具有包括表层2a和中间层2b的双层结构时，如图2A所示的例子中那样，厚度T2是两层的厚度之和。
由具有绝缘性能的DLC薄膜构成的表层2a的厚度T2a与由硅或碳化硅薄膜构成的中间层2b的厚度T2b之比T2a/T2b优选为2/8至8/2，更优选为3/7至7/3。
当表层2a的厚度T2a小于该范围时，通过表层2a提高绝缘层2的强度和硬度的效应不充分。相反，当中间层2b的厚度T2b小于该范围时，通过中间层2b提高表层2a与导电性基板1的粘附力的效果下降。因此，在每一种情形中，绝缘层2的寿命会降低。
具有耐蚀性的导电层3至少可以形成在通过绝缘层2的开口21露出的、由不锈钢制成的导电性基板1的表面上，更优选地形成在导电性基板1的整个表面上，如图2B所示。
在这种布置中，将通过绝缘层2的开口21露出的、具有耐蚀性的导电层3的表面3a用作电极部分。
如上所述，钛薄膜优选作为具有耐蚀性的导电层3。
钛薄膜可以通过离子电镀法、溅镀法、等离子CVD法等形成。通过以上方法中的溅镀法形成的钛薄膜尤其是优选的，因为其在耐蚀性方面是优异的，在与不锈钢的粘附力方面也是优异的，且具有高的强度和硬度。
具有耐蚀性的导电层3例如钛薄膜的厚度优选地为10nm至10μm，更优选地在50nm至2μm。
在导电层3的厚度小于10nm的情形下，赋予导电性基板1耐蚀性的效果可能不会充分达到。此外，即使其厚度超过10μm，既不能获得更大的效果，而且还因为薄膜内的残余应力增大，而易于在电铸过程中或在电铸之后通过剥离金属薄膜时产生的应力而将导电层3从导电性基板1上剥落，从而模具M的寿命会降低。
(制造用于微细电铸的模具的方法)图3A至3E是剖视图，显示通过根据本发明的制造方法制造上述图1A所示例子中的微细电铸用模具M的步骤的例子。
在根据本发明的制造方法中，首先将抗蚀剂涂敷在导电性基板1的表面上，并将其干燥，以形成抗蚀剂膜R’，如图3A所示。
当具有耐蚀性的导电层层叠在导电性基板1的表面上时，层叠步骤在该形成步骤之前进行。
然后在将掩模m放置在抗蚀剂膜R’上的情况下，该掩模m被构图成其平面形状相应于待制造的金属制品的平面形状，如实线箭头所示那样对抗蚀剂膜R’曝光，然后用预定的显影溶液对该抗蚀剂膜R’进行显影，如图3B所示，从而构图形成具有上述平面形状的抗蚀剂膜R，如图3C所示。
然后通过诸如离子电镀法或溅镀法的上述气相生长方法，将待生长为绝缘层2的无机薄膜2’和2”形成在导电性基板1和抗蚀剂膜R的表面上，如图3D所示。当绝缘层2如上所述具有双层结构时，图3D中示出的成膜步骤对于每一层反复进行。
当去除抗蚀剂膜R和形成在其上的无机薄膜2”时，绝缘层2包括具有与金属制品的平面形状相应的平面形状的开口21，如图3E所示，从而制造出用于微细电铸的模具M。
工业应用如前所述，根据本发明的用于微细电铸的模具结构简单且易于制造，与具有通过抗蚀剂膜的开口而形成在其中的电极部分的传统模具一样，因此电极部分可以以高得多的密度布置，以提高金属制品的产量。此外，所述微细电铸用模具可用于多次电铸，因为与由用金属制造的突起和绝缘层组合成的模具相比，金属薄膜更易于剥离，且其寿命大致等于或大于后者模具的寿命。
在根据本发明的制造方法中，根据本发明用于微细电铸的该模具可以以更高的精度并通过更简单的方法制造。
实施例本发明将在实施例和比较例的基础上得以说明。
实施例1(用于微细电铸的模具的制造)在图3A至3E所示的工序中，在由不锈钢(SUS316L)制造的长200mm×宽300mm的钢板(导电性基板)1的一个表面上，首先通过光刻法形成一抗蚀剂图案，该抗蚀剂图案具有分布在其中的、具有与圆盘形的金属粉末(镍粉末)P的形状相应的直径30μm的许多抗蚀剂膜R。抗蚀剂膜R的厚度为20μm。
于是，在其上形成有抗蚀剂图案的钢板1的表面上，通过溅镀法形成厚度为0.2μm的氧化硅(SiO2)薄膜(无机薄膜)2’和2”，以生长成绝缘层2。
然后将钢板1浸入5％氢氧化钠溶液以溶解抗蚀剂膜R，使得钢板1连同形成在其上的氧化硅薄膜2”一起被去除，然后清洗，并干燥。
因此，在抗蚀剂膜R已经被去除的印迹中，形成厚度T2为0.2μm(＝200nm)的、具有许多开口21的绝缘层2，该开口21具有与金属粉末P的形状相应的圆形且具有30μm的直径，并将通过绝缘层2的开口21暴露的钢板1的表面11用作电极部分，从而制成具有图1A和1B所示的叠层结构的微细电铸用模具M。绝缘层2的厚度T2是以下所述用作金属制品的镍粉末的厚度(T1＝1μm)的1/5。
(金属制品的制造)在液体温度为60℃的条件下在气泡(airbubbling)中电铸镍，使用了上述的模具M和具有以下组分的镍电镀液(pH＝3)(成分) (浓度)六水合硫酸镍 200克/升六水合氯化镍 40克/升硼酸 30克/升糖精 4克/升利用模具M作为阴极且利用镍板作为阳极，通过在10A/dm2的直流电流下进行通电30秒来电铸镍，从而使得镍薄膜选择性生长在模具M的电极部分中。
由聚丙烯制成的无纺布在电铸之后被压靠在模具M上，并被摩擦，从而将形成在电极部分上的镍薄膜剥离，从而制成镍粉末。
当用扫描型电子显微镜(SEM)观察获得的镍粉末时，可以证实任何粉末均是圆盘形粉末，具有30μm直径和1μm厚度，该粉末既没有缺陷也没有变形。此外，镍薄膜根本没有保留在模具M的表面上。
当此后利用相同的模具M反复进行与上述相同的电铸和剥离操作时，作为金属制品的镍粉末的形状没有改变，镍薄膜根本没有保留在模具M的表面上，没有证实对模具M的损伤，直到第九次电铸和剥离操作。但是当进行第十次剥离操作时，发现绝缘层2被剥离且开裂了。当进行第十一次电铸时，在绝缘层2剥离和开裂的部分中，发现镍粉末的形状异常。
实施例2以与实施例1相同的方式制造具有图1A和1B所示的叠层结构的微细电铸用模具M，其不同之处在于绝缘层2是通过等离子CVD方法由具有绝缘性能的DLC薄膜(维氏硬度Hv1100，且电阻率1012Ω·cm)形成的，该DLC薄膜的厚度T2为0.2μm(＝200nm，是作为金属制品的镍粉末的厚度(T1＝1μm)的1/5)。
当以与实施例1中的方式相同的方式反复进行电铸和剥离操作时，除了模具M是使用过的之外，作为金属制品的镍粉末的形状没有改变，镍薄膜根本没有保留在模具M的表面上，且直到第十九次电铸和剥离操作时才发现对模具M的损伤。但是当进行第二十次剥离操作时，发现绝缘层2剥离和开裂。当进行第21次电铸时，在绝缘层2剥离和开裂的部分中发现了镍粉末形状的异常。
实施例3以与实施例1相同的方式制造具有图2A所示的叠层结构的微细电铸用模具M，其不同之处在于绝缘层2具有双层结构，该结构包括通过溅镀法由硅薄膜构成的中间层2b、以及通过等离子CVD方法由具有绝缘性能的DLC薄膜(维氏硬度Hv1100，且电阻率1012Ω·cm)构成的表层2a，且该双层结构具有0.2μm的总厚度(＝200nm，是作为金属制品的镍粉末的厚度(T1＝1μm)的1/5)。
表层2a的厚度T2a与中间层2b的厚度T2b之比T2a/T2b设置为1/3。
当以与实施例1中的方式相同的方式反复进行电铸和剥离操作时，除了模具M是使用过的之外，作为金属制品的镍粉末的形状没有改变，镍薄膜根本没有保留在模具M的表面上，且直到第49次电铸和剥离操作时才发现模具M的损伤。但是当进行第50次剥离操作时，发现绝缘层2剥离和开裂。当进行第51次电铸时，在绝缘层2剥离和开裂的部分中发现了镍粉末形状的异常。
实施例4在由不锈钢(SUS316L)制成的长300mm×宽200mm的钢板的一个表面上，该钢板形成为导电性基板1，通过溅镀方法形成由钛薄膜构成的、具有耐蚀性的导电层3(厚度为100nm)。
然后，以与实施例3中的方式相同的方式，在导电层3上形成具有双层结构的绝缘层2，该双层结构包括由硅薄膜构成的中间层2b、以及由具有绝缘性能的DLC薄膜(维氏硬度Hv1100，且电阻率1012Ω·cm)构成的表层2a，以制造具有图2B所示叠层结构的微细电铸用模具M。两层的总厚度设定为0.2μm(＝200nm，是作为金属制品的镍粉末的厚度(T1＝1μm)的1/5)，且表层2a的厚度T2a与中间层2b的厚度T2b之比T2a/T2b设置为1/3。
除了模具M被使用过之外，当以与实施例1中的方式相同的方式反复进行电铸和剥离操作时，作为金属制品的镍粉末的形状没有改变，镍薄膜根本没有保留在模具M的表面上，且直到第100次电铸和剥离操作时才发现模具M的损伤。
实施例5除了将长300mm×宽200mm的钛板用作导电性基板1外，以与实施例3中的方式相同的方式形成具有双层结构的绝缘层2，该双层结构包括由硅薄膜构成的中间层2b、以及由具有绝缘性能的DLC薄膜(维氏硬度Hv1100，且电阻率1012Ω·cm)构成的表层2a，以制造具有图2A所示叠层结构的微细电铸用模具M。两层的总厚度设定为0.2μm(＝200nm，是作为金属制品的镍粉末的厚度(T1＝1μm)的1/5)，且表层2a的厚度T2a与中间层2b的厚度T2b之比T2a/T2b设置为1/3。
除了使用该模具M外，当以与实施例1中的方式相同的方式反复进行电铸和剥离操作时，作为金属制品的镍粉末的形状没有改变，镍薄膜根本没有保留在模具M的表面上，且直到第100次电铸和剥离操作时才发现模具M的损伤。
实施例6以与实施例2相同的方式制造具有图1A和1B所示的叠层结构的微细电铸用模具M，其不同之处在于由具有绝缘性能的DLC薄膜形成的绝缘层2的厚度被设置为0.35μm(＝350nm，是作为金属制品的镍粉末的厚度(T1＝1μm)的1/2.9)。
除了使用该模具M外，当以与实施例1中的方式相同的方式进行电铸和剥离操作时，80％的镍薄膜可以剥离而没有缺陷和变形。但是，其剩余的20％根本不能剥离，或者即使其可以剥离，也是有缺陷的和变形的。这就证明，绝缘层2的厚度更优选地不超过金属制品厚度的1/3。
比较例1
以与实施例2相同的方式制造具有图1A和1B所示的叠层结构的微细电铸用模具M，其不同之处在于由具有绝缘性能的DLC薄膜构成的绝缘层2的厚度被设置为0.5μm(＝500nm，是作为金属制品的镍粉末的厚度(T1＝1μm)的1/2)。
除了使用该模具M外，当以与实施例1中的方式相同的方式进行电铸和剥离操作时，镍薄膜根本不能剥离。
这就证明，绝缘层2的厚度必须小于金属制品厚度的1/2。
比较例2以与实施例1相同的方式制造具有图1A和1B所示的叠层结构的微细电铸用模具M，其不同之处在于由氧化硅薄膜构成的绝缘层2的厚度设置为8nm。
除了使用该模具M外，当以与实施例1相同的方式进行电铸时，证实了镍薄膜生长成尤其朝向开口21的周边突出的形状，因为由绝缘层2提供的绝缘是不充分的。当进行剥离操作时，证明了绝缘层2在如上所述诸如镍薄膜突出和生长位置的位置处被剥离。此外，剥离的金属制品因上述突出而变形。
这就证明，绝缘层2的厚度必须不小于10nm。
比较例3通过利用光刻进行蚀刻，在由不锈钢(SUS316L)制成的长200mm×宽300mm的钢板(导电性基板)90的一个表面上，形成直径为30μm且高度为7μm的诸多柱状突起91。
在接着使液态环氧树脂流到其上形成有突起91的基板90的表面上，并使其固化以形成厚度为7μm的绝缘层92后，其表面用#2000的砂纸抛光，以露出突起91的前端面91a并将露出的前端面91a用作电极部分，从而制成具有图4所示叠层结构的微细电铸用模具9。
除了使用模具9外，当以与实施例1相同的方式进行电铸和剥离操作时，镍薄膜难以剥离。当使用金属刮刀迫使镍薄膜剥离时，通过此剥离获得的任何镍粉末均有缺陷且变形。此外，在镍薄膜被强行剥离后得到的模具9中，还发现了绝缘层92中的碎片、前端面91a上的表面划痕等。
当用显微镜观察电铸前的模具9的表面时，确证了诸如以下位置的许多位置突起91的前端面91a自绝缘层92的表面突出不小于2μm的位置，以及在突起91的侧面和绝缘层92之间出现间隙的位置。
权利要求
1.一种用于微细电铸的模具，该模具用于通过电铸制造由金属薄膜构成且具有预定平面形状和预定厚度的微细金属制品，该模具的特征在于其包括在电铸过程中用作阴极的导电性基板；形成在该导电性基板的表面上的绝缘层，该绝缘层由无机绝缘材料构成且具有不小于10nm和小于该金属制品厚度的一半的厚度；以及所述绝缘层具有其形状与该金属制品的平面形状相应且通达该导电性基板的表面的开口，用于通过使所述金属薄膜经由电铸选择性地生长在从该开口处露出的该导电性基板的表面上来制造该金属制品。
2.根据权利要求1的用于微细电铸的模具，其中该绝缘层的厚度不大于该金属制品的厚度的三分之一。
3.根据权利要求1的用于微细电铸的模具，其中至少该绝缘层的表面由具有绝缘性能的类金刚石碳薄膜形成。
4.根据权利要求3的用于微细电铸的模具，其中该绝缘层具有双层结构，该双层结构包括形成在该导电性基板的表面上的、由硅或碳化硅薄膜构成的中间层以及层叠在该中间层上的、由具有绝缘性能的所述类金刚石碳薄膜构成的表层。
5.根据权利要求1的用于微细电铸的模具，其中该导电性基板由SUS316型不锈钢形成。
6.根据权利要求5的用于微细电铸的模具，其中具有耐蚀性的导电层形成在该导电性基板的表面上，该表面的至少一部分通过该绝缘层的开口露出。
7.根据权利要求6的用于微细电铸的模具，其中所述具有耐蚀性的导电层由钛薄膜形成。
8.根据权利要求1的用于微细电铸的模具，其中该导电性基板由钛或镍耐蚀性合金形成。
9.一种制造根据权利要求1至8中的任一项的用于微细电铸的模具的方法，包括步骤在该导电性基板的表面上构图形成与该金属制品的平面形状相应的抗蚀剂膜；在该导电性基板的表面上，在除了构图形成有该抗蚀剂膜的区域外的区域中，通过气相生长法形成单层或多层无机薄膜以生长成该绝缘层；以及去除该抗蚀剂膜，以在该无机薄膜中形成其平面形状与该金属制品的平面形状相应且通达该导电性基板的表面的开口。
全文摘要
一种容易制造的具有简单结构的微细电铸模具。为了提高由金属薄膜构成的金属制品的产量，在电铸过程中用作阴极的电极部分可以以更高的密度布置，且形成在电极部分上的金属薄膜可容易地剥离。该模具具有持久力，且可多次使用。还公开了一种以更高的精度通过更简单的方式制造该微细电铸模具的制造方法。微细电铸模具(M)具有电铸时用作阴极的导电性基板(1)。在导电性基板(1)的表面上，具有抵达导电性基板(1)且其形状自上方观看时相应于金属制品(P)的形状的开口(21)的绝缘层(2)由无机绝缘材料形成，其厚度T
文档编号C25D1/00GK1551930SQ0380098
公开日2004年12月1日 申请日期2003年2月18日 优先权日2002年2月20日
发明者新田耕司, 稻泽信二, 细江晃久, 久, 二 申请人:住友电气工业株式会社