マイクロ部品の製造方法
【課題】マイクロ部品の製造において、ステッパ、エッチング装置等のリソグラフィー装置を不要として経済性を向上させ、また、リソグラフィー技術によっては製造が困難な複雑な形状の部品の製造をも可能とする。
【解決手段】溶剤を用いて熔解可能な樹脂基台１を成形し、その樹脂基台１に物理的外力を作用させて凹部３を形成し、凹部３に金属を充填した後、余剰の金属を研磨により除去し、樹脂基台１を溶剤を用いて溶解させることによりマイクロ部品を製造する。
【解決手段】溶剤を用いて熔解可能な樹脂基台１を成形し、その樹脂基台１に物理的外力を作用させて凹部３を形成し、凹部３に金属を充填した後、余剰の金属を研磨により除去し、樹脂基台１を溶剤を用いて溶解させることによりマイクロ部品を製造する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシンを構成するマイクロ部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロマシンを構成するマイクロ部品は、半導体製造技術を利用したＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）プロセスによって製造されるのが一般的である。
【０００３】
ＬＩＧＡプロセスは、Ｘ線リソグラフィー、電気めっき、モールディングを組み合わせた技術であり、通常の半導体製造プロセスに基づく方法では、製造される物の高さが数μｍ〜数十μｍに限られるのに対し、ＬＩＧＡプロセスを用いた場合には、高さ数百μｍ、アスペクト比数十以上の三次元的の物を製造することが可能となる。
【０００４】
ＬＩＧＡプロセスにおいては、図７に示すように、まず最初に平坦なサブストレート２０の上に一面にレジスト２１を塗布する。そして、マスク２２の上方からＸ線を照射し、レンズ２３を介してレジスト２１に投射して感光させると、マスク２２に形成されたマスクパターンが転写される。
【０００５】
次に、感光したレジスト２１を現像すると、感光して変質部分が取り除かれる。こうして取り除かれた部分に例えばメッキによってニッケルを充填し、残っているレジスト２１及びサブストレート２０をエッチングにより除去すると、ニッケルによって転写された形状の部品が形成される。また、同様の方法により金型を形成した場合は、その金型を使用して微少な部品を製造することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＬＩＧＡプロセスにおいては、製造しようとするマイクロ部品の形状に対応させたマスクを個々に製造しなければならないと共に、ステッパ、エッチング装置等の種々のリソグラフィー装置が必要であるため、設備費等が高額になり、経済性に欠けるという問題がある。また、Ｘ線リソグラフィーにより転写されたマスキングパターンは、その側面が垂直面で構成されるため、複雑な形状に加工することは困難であるという問題もある。
【０００７】
このように、マイクロ部品の製造においては、経済性を向上させると共に、複雑な形状の部品の製造をも可能とすることに課題を有している。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための具体的手段として本発明は、溶剤を用いて熔解可能な樹脂基台を成形する樹脂基台成形工程と、樹脂基台に物理的外力を作用させて製造しようとするマイクロ部品の形状に相当する形状の凹部を形成する凹部形成工程と、凹部に金属を充填する金属充填工程と、余剰の金属を研磨して除去する金属除去工程と、樹脂基台を溶剤を用いて溶解させる基台溶解工程とから構成されるマイクロ部品の製造方法を提供する。
【０００９】
そしてこのマイクロ部品の製造方法は、物理的外力にはレーザー光線、超音波、切削ブレード、研磨砥石のいずれかを含むこと、金属充填工程においては、スパッタリングによって凹部に金属を散布し、その後、電解めっきによって凹部を充填すること、マイクロ部品は、マイクロマシンを構成する部品または部品の製造に用いる型枠であること、金属はニッケルであり、樹脂はＡＢＳ樹脂であり、溶剤はアセトンであることを付加的な要件とする。
【００１０】
このように構成されるマイクロ部品の製造方法によれば、物理的外力によって、製造しようとするマイクロ部品の形状の凹部を基台に形成し、その凹部に金属を充填した後に基台を除去するようにしたため、従来のようにマスクの製造やリソグラフィー技術によるマスクパターンの転写等が不要となる。
【００１１】
また、物理的外力としてレーザー光線を用いた場合には、側面が垂直面でない形状のマイクロ部品も容易に製造することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態として、マイクロ部品として使用される歯車を製造する場合を例に挙げて説明する。
【００１３】
図１に示すように、まず最初に、樹脂を用いて製造しようとする歯車より厚さのある樹脂基台１を成形する（樹脂基台成型工程）。樹脂基台１の成形に用いる樹脂は、後に溶剤を用いて化学反応により熔解させることができるものであることが必要であり、例えばＡＢＳ樹脂を使用することができる。
【００１４】
この基台に、従来のようなレジストの塗布及びＸ線リソグラフィーによる現像による方法ではなく、レジストを塗布せずに、樹脂基台１に対して物理的外力を加えること、例えばレーザー光線２を照射することによって、図２に示すように、製造しようとする歯車と同一形状のキャビティである凹部３を形成する（凹部形成工程）。物理的外力としては、レーザー光線のほかに、超音波、切削ブレード等を用いることができる。また、製造しようとするマイクロ部品の形状によっては研磨砥石を用いることもできる。
【００１５】
図２の例のようにレーザー光線２を用いる場合は、製造しようとする歯車の形状に合わせて照射部４若しくは樹脂基台１を移動させながらレーザー光線を照射することによって、歯車の形状の凹部３を形成することができる。
【００１６】
上記のようにして所望の形状の凹部３が形成された後は、図３に示すように、その凹部３にマイクロ部品の材料となる金属５を充填する（金属充填工程）。金属の充填は、例えばスパッタリングによって金属を散布し、その後、電解めっきを施す方法によって行うことができる。金属としては、ニッケル、銅等を用いる。
【００１７】
凹部３に金属を充填した後は、樹脂基台１の上に余剰の金属が堆積するため、その余剰の金属を研磨により除去する（金属除去工程）。研磨は研磨砥石を用いて行うこともできるし、ＣＭＰ技術を利用して行うこともできる。研磨により余剰の金属を除去すると、図４に示すように、凹部３に充填され、凹部３の形状となった金属６が露出すると共に、金属６の露出面が平坦化される。
【００１８】
最後に、溶剤を用いて樹脂基台１を構成する樹脂を溶解させることにより、図５に示すマイクロ部品である歯車７が形成される（基台溶解工程）。ここで、樹脂基台１がＡＢＳ樹脂によって形成されている場合には、溶剤としてアセトンを用いる。
【００１９】
このようにしてマイクロ部品を形成すると、ステッパ等の高価なリソグラフィー装置が不要であり、形状の異なる部品ごとにマスクを製造する必要もないため、製造をコストを大幅に低減することができる。
【００２０】
図１〜図５に示した例においては、側面が垂直面となっている歯車を製造する場合について説明したが、レーザー光線を照射する角度を調整することにより、側面が垂直面ではなく傾斜している場合等、複雑な形状の部品も製造することができる。
【００２１】
例えば、図６に示すように、側面がテーパ状に形成されるマイクロ部品の場合には、図示のようにレーザー光線８を斜めに照射することによってテーパ面９を有する凹部１０を形成することができる。そして、この凹部１０に金属を充填すれば、テーパ面９に対応した側面を有するマイクロ部品が形成される。このように、リソグラフィー技術により従来の方法では製造することができない形状のマイクロ部品も製造することができる。
【００２２】
また、本発明によれば、マイクロマシンを構成するマイクロ部品そのものだけでなく、マイクロ部品を成形するための金型等の型枠を製造することもできる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るマイクロ部品の製造方法によれば、物理的外力によって製造しようとするマイクロ部品の形状の凹部を基台に形成し、その凹部に金属を充填した後に基台を除去するようにしたため、従来のようにマスクの製造やリソグラフィー技術によるマスクパターンの転写等が不要となる。従って、設備費を大幅に低減することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００２４】
また、物理的外力としてレーザー光線を用いた場合には、側面が垂直面でない形状のマイクロ部品も容易に製造することができるため、従来製造が困難であった複雑な形状のマイクロ部品も容易かつ安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基台成形工程により成形された基台を示す斜視図である。
【図２】凹部形成工程により基台に凹部が形成された状態を示す斜視図である。
【図３】金属充填工程により凹部に金属が充填された状態を示す斜視図である。
【図４】金属除去工程により余剰の金属を除去した状態を示す斜視図である。
【図５】基台溶解工程により形成されたマイクロ部品を示す斜視図である。
【図６】側面がテーパ面である凹部を形成する様子を示す断面図である。
【図７】従来の方法におけるリソグラフィー技術を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…基台 ２…レーザー光線 ３…凹部 ４…照射部
５、６…金属 ７…歯車 ８…レーザー光線
９…テーパ面 １０…凹部
２０…サブストレート ２１…レジスト
２２…マスク ２３…レンズ
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシンを構成するマイクロ部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロマシンを構成するマイクロ部品は、半導体製造技術を利用したＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）プロセスによって製造されるのが一般的である。
【０００３】
ＬＩＧＡプロセスは、Ｘ線リソグラフィー、電気めっき、モールディングを組み合わせた技術であり、通常の半導体製造プロセスに基づく方法では、製造される物の高さが数μｍ〜数十μｍに限られるのに対し、ＬＩＧＡプロセスを用いた場合には、高さ数百μｍ、アスペクト比数十以上の三次元的の物を製造することが可能となる。
【０００４】
ＬＩＧＡプロセスにおいては、図７に示すように、まず最初に平坦なサブストレート２０の上に一面にレジスト２１を塗布する。そして、マスク２２の上方からＸ線を照射し、レンズ２３を介してレジスト２１に投射して感光させると、マスク２２に形成されたマスクパターンが転写される。
【０００５】
次に、感光したレジスト２１を現像すると、感光して変質部分が取り除かれる。こうして取り除かれた部分に例えばメッキによってニッケルを充填し、残っているレジスト２１及びサブストレート２０をエッチングにより除去すると、ニッケルによって転写された形状の部品が形成される。また、同様の方法により金型を形成した場合は、その金型を使用して微少な部品を製造することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＬＩＧＡプロセスにおいては、製造しようとするマイクロ部品の形状に対応させたマスクを個々に製造しなければならないと共に、ステッパ、エッチング装置等の種々のリソグラフィー装置が必要であるため、設備費等が高額になり、経済性に欠けるという問題がある。また、Ｘ線リソグラフィーにより転写されたマスキングパターンは、その側面が垂直面で構成されるため、複雑な形状に加工することは困難であるという問題もある。
【０００７】
このように、マイクロ部品の製造においては、経済性を向上させると共に、複雑な形状の部品の製造をも可能とすることに課題を有している。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための具体的手段として本発明は、溶剤を用いて熔解可能な樹脂基台を成形する樹脂基台成形工程と、樹脂基台に物理的外力を作用させて製造しようとするマイクロ部品の形状に相当する形状の凹部を形成する凹部形成工程と、凹部に金属を充填する金属充填工程と、余剰の金属を研磨して除去する金属除去工程と、樹脂基台を溶剤を用いて溶解させる基台溶解工程とから構成されるマイクロ部品の製造方法を提供する。
【０００９】
そしてこのマイクロ部品の製造方法は、物理的外力にはレーザー光線、超音波、切削ブレード、研磨砥石のいずれかを含むこと、金属充填工程においては、スパッタリングによって凹部に金属を散布し、その後、電解めっきによって凹部を充填すること、マイクロ部品は、マイクロマシンを構成する部品または部品の製造に用いる型枠であること、金属はニッケルであり、樹脂はＡＢＳ樹脂であり、溶剤はアセトンであることを付加的な要件とする。
【００１０】
このように構成されるマイクロ部品の製造方法によれば、物理的外力によって、製造しようとするマイクロ部品の形状の凹部を基台に形成し、その凹部に金属を充填した後に基台を除去するようにしたため、従来のようにマスクの製造やリソグラフィー技術によるマスクパターンの転写等が不要となる。
【００１１】
また、物理的外力としてレーザー光線を用いた場合には、側面が垂直面でない形状のマイクロ部品も容易に製造することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態として、マイクロ部品として使用される歯車を製造する場合を例に挙げて説明する。
【００１３】
図１に示すように、まず最初に、樹脂を用いて製造しようとする歯車より厚さのある樹脂基台１を成形する（樹脂基台成型工程）。樹脂基台１の成形に用いる樹脂は、後に溶剤を用いて化学反応により熔解させることができるものであることが必要であり、例えばＡＢＳ樹脂を使用することができる。
【００１４】
この基台に、従来のようなレジストの塗布及びＸ線リソグラフィーによる現像による方法ではなく、レジストを塗布せずに、樹脂基台１に対して物理的外力を加えること、例えばレーザー光線２を照射することによって、図２に示すように、製造しようとする歯車と同一形状のキャビティである凹部３を形成する（凹部形成工程）。物理的外力としては、レーザー光線のほかに、超音波、切削ブレード等を用いることができる。また、製造しようとするマイクロ部品の形状によっては研磨砥石を用いることもできる。
【００１５】
図２の例のようにレーザー光線２を用いる場合は、製造しようとする歯車の形状に合わせて照射部４若しくは樹脂基台１を移動させながらレーザー光線を照射することによって、歯車の形状の凹部３を形成することができる。
【００１６】
上記のようにして所望の形状の凹部３が形成された後は、図３に示すように、その凹部３にマイクロ部品の材料となる金属５を充填する（金属充填工程）。金属の充填は、例えばスパッタリングによって金属を散布し、その後、電解めっきを施す方法によって行うことができる。金属としては、ニッケル、銅等を用いる。
【００１７】
凹部３に金属を充填した後は、樹脂基台１の上に余剰の金属が堆積するため、その余剰の金属を研磨により除去する（金属除去工程）。研磨は研磨砥石を用いて行うこともできるし、ＣＭＰ技術を利用して行うこともできる。研磨により余剰の金属を除去すると、図４に示すように、凹部３に充填され、凹部３の形状となった金属６が露出すると共に、金属６の露出面が平坦化される。
【００１８】
最後に、溶剤を用いて樹脂基台１を構成する樹脂を溶解させることにより、図５に示すマイクロ部品である歯車７が形成される（基台溶解工程）。ここで、樹脂基台１がＡＢＳ樹脂によって形成されている場合には、溶剤としてアセトンを用いる。
【００１９】
このようにしてマイクロ部品を形成すると、ステッパ等の高価なリソグラフィー装置が不要であり、形状の異なる部品ごとにマスクを製造する必要もないため、製造をコストを大幅に低減することができる。
【００２０】
図１〜図５に示した例においては、側面が垂直面となっている歯車を製造する場合について説明したが、レーザー光線を照射する角度を調整することにより、側面が垂直面ではなく傾斜している場合等、複雑な形状の部品も製造することができる。
【００２１】
例えば、図６に示すように、側面がテーパ状に形成されるマイクロ部品の場合には、図示のようにレーザー光線８を斜めに照射することによってテーパ面９を有する凹部１０を形成することができる。そして、この凹部１０に金属を充填すれば、テーパ面９に対応した側面を有するマイクロ部品が形成される。このように、リソグラフィー技術により従来の方法では製造することができない形状のマイクロ部品も製造することができる。
【００２２】
また、本発明によれば、マイクロマシンを構成するマイクロ部品そのものだけでなく、マイクロ部品を成形するための金型等の型枠を製造することもできる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るマイクロ部品の製造方法によれば、物理的外力によって製造しようとするマイクロ部品の形状の凹部を基台に形成し、その凹部に金属を充填した後に基台を除去するようにしたため、従来のようにマスクの製造やリソグラフィー技術によるマスクパターンの転写等が不要となる。従って、設備費を大幅に低減することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００２４】
また、物理的外力としてレーザー光線を用いた場合には、側面が垂直面でない形状のマイクロ部品も容易に製造することができるため、従来製造が困難であった複雑な形状のマイクロ部品も容易かつ安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基台成形工程により成形された基台を示す斜視図である。
【図２】凹部形成工程により基台に凹部が形成された状態を示す斜視図である。
【図３】金属充填工程により凹部に金属が充填された状態を示す斜視図である。
【図４】金属除去工程により余剰の金属を除去した状態を示す斜視図である。
【図５】基台溶解工程により形成されたマイクロ部品を示す斜視図である。
【図６】側面がテーパ面である凹部を形成する様子を示す断面図である。
【図７】従来の方法におけるリソグラフィー技術を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…基台 ２…レーザー光線 ３…凹部 ４…照射部
５、６…金属 ７…歯車 ８…レーザー光線
９…テーパ面 １０…凹部
２０…サブストレート ２１…レジスト
２２…マスク ２３…レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶剤を用いて熔解可能な樹脂基台を成形する樹脂基台成形工程と、
該樹脂基台に物理的外力を作用させて、製造しようとするマイクロ部品の形状に相当する形状の凹部を形成する凹部形成工程と、
該凹部に金属を充填する金属充填工程と、
余剰の金属を研磨して除去する金属除去工程と、
該樹脂基台を溶剤を用いて溶解させる基台溶解工程と
から構成されるマイクロ部品の製造方法。
【請求項２】
物理的外力には、レーザー光線、超音波、切削ブレード、研磨砥石のいずれかを含む請求項１に記載のマイクロ部品の製造方法。
【請求項３】
金属充填工程においては、
スパッタリングによって凹部に金属を散布し、
その後、電解めっきによって該凹部を充填する請求項１または２に記載のマイクロ部品の製造方法。
【請求項４】
マイクロ部品は、マイクロマシンを構成する部品または該部品の製造に用いる型枠である請求項１、２または３に記載のマイクロ部品の製造方法。
【請求項５】
金属はニッケルであり、樹脂はＡＢＳ樹脂であり、溶剤はアセトンである請求項１、２、３または４に記載のマイクロ部品の製造方法。
【請求項１】
溶剤を用いて熔解可能な樹脂基台を成形する樹脂基台成形工程と、
該樹脂基台に物理的外力を作用させて、製造しようとするマイクロ部品の形状に相当する形状の凹部を形成する凹部形成工程と、
該凹部に金属を充填する金属充填工程と、
余剰の金属を研磨して除去する金属除去工程と、
該樹脂基台を溶剤を用いて溶解させる基台溶解工程と
から構成されるマイクロ部品の製造方法。
【請求項２】
物理的外力には、レーザー光線、超音波、切削ブレード、研磨砥石のいずれかを含む請求項１に記載のマイクロ部品の製造方法。
【請求項３】
金属充填工程においては、
スパッタリングによって凹部に金属を散布し、
その後、電解めっきによって該凹部を充填する請求項１または２に記載のマイクロ部品の製造方法。
【請求項４】
マイクロ部品は、マイクロマシンを構成する部品または該部品の製造に用いる型枠である請求項１、２または３に記載のマイクロ部品の製造方法。
【請求項５】
金属はニッケルであり、樹脂はＡＢＳ樹脂であり、溶剤はアセトンである請求項１、２、３または４に記載のマイクロ部品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００４−９１４４（Ｐ２００４−９１４４Ａ）
【公開日】平成１６年１月１５日（２００４．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００２−１６１３８９（Ｐ２００２−１６１３８９）
【出願日】平成１４年６月３日（２００２．６．３）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【公開日】平成１６年１月１５日（２００４．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１４年６月３日（２００２．６．３）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
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