CN101189110A - 模具的制造方法及利用该模具得到的成型品 - Google Patents
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Abstract
利用光刻法对基体(11)进行图案形成，制作第一原版。接着，转写第一原版的图案(11a)，制作第二原版(12)。接着，对第二原版(12)实施机械加工，制作模具。然后，转写第二原版(12)的图案(12b)，制作第三原版(13)，将该第三原版(13)作为模具。由此，提供一种能够容易形成特殊形状，例如具有高形状比部分的形状的模具的制造方法及利用该模具得到的成型品。
Description
技术领域
本发明涉及模具的制造方法及利用该模具得到的成型品，尤其涉及采用光刻法及机械加工的模具的制造方法及利用该模具得到的成型品。
背景技术
随着近年的电子设备的小型化、薄型化、轻量化，希望实现特殊的形状，例如具有高形状比(aspect ratio)的部分的形状。具体讲，希望在底部形成具有任意形状的突出部的深槽等。都清楚，今后电子设备还要向更加小型化、薄型化、轻量化发展，因此可预想对这些特殊的形状的要求将更加强列。针对如此的需要，通过使用X射线的光刻法制作微细结构体、或提高机械加工的精度等，实现所述特殊形状的研究活跃。
但是，在通过机械加工形成上述特殊的形状的时候，加工机的刀具尺寸成为问题，宽100μm以下的图案加工困难。此外，在机械加工中，难按μm级加工形状比在1以上的形状。另一方面，在利用光刻法形成上述特殊的形状的时候，有时深度方向的加工精度产生几％左右的偏差。此外，采用光刻法，还存在加工锥形状或曲面形状等任意形状时的控制性差的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述实情而完成的，其目的在于提供一种模具的制造方法及利用该模具得到的成型品，利用该模具容易形成特殊的形状，例如具有高形状比的部分的形状。
本发明的模具的制造方法，其特征是，包括：利用光刻法对基体进行图案加工，制作第一原版的工序；转写所述第一原版的图案，制作第二原版的工序；和对所述第二原版实施机械加工，制作模具的工序。
根据此方法，例如在微细结构中的具有高形状比的部分的形成中可采用光刻法，在该微细结构中的任意形状的高精度加工中可采用机械加工。因此，容易形成特殊的形状，例如具有高形状比的部分的形状。
本发明的模具的制造方法，其特征是，包括：在基体上形成凹部，制作第一原版的工序；转写所述第一原版的图案，制作具有与所述凹部对应的凸部的第二原版的工序；对所述第二原版的凸部实施机械加工，制作模具的工序。
根据此方法，由于对与第一原版的凹部对应的第二原版的凸部实施机械加工，因此能够对尺寸小于机械加工时的刀具尺寸的微细形状的凹部的側面或底面，实施更加复杂的微细加工。
在本发明的模具的制造方法中，优选包括转写所述模具具有的图案，制作第三原版的工序，以该第三原版作为模具或模具的母模。根据此方法，通过将第三原版作为母模，能够得到机械加工不能加工的，例如能够在尺寸小于机械加工所用刀具的尺寸的微细结构的锥面或底面，以机械加工的精度，形成例如带槽或微细凹凸等的模具。结果，可大幅度扩大模具的加工界限。
本发明的成型品，其特征是，采用从所述模具或所述母模得到的模具进行成型。此外，在本发明的成型品中，优选含有形状比相对高的部分。
根据本发明的方法，由于通过在基体上形成凹部，制作第一原版，转写该第一原版的图案，制作与凹部对应的具有凸部的第二原版，对该第二原版的凸部实施机械加工，来制作模具，因此容易形成特殊的形状，例如具有高形状比的部分的形状、或在尺寸小于机械加工所用刀具的尺寸的微细结构的锥面或底面上通过机械加工进行的高精度的微细凹凸等。
附图说明
图1是表示机械加工所用的刀具的概略图。
图2是用于说明用本发明的模具的制造方法得到的形状的图示。
图3(a)～(c)是用于说明本发明的一实施方式的模具的制造方法的图示。
图4(a)～(d)是用于说明本发明的一实施方式的模具的制造方法的图示。
图5(a)是用于说明利用本发明的一实施方式的模具制造方法得到的微小流路的图示，(b)是表示(a)上的突出部的放大图。
图中：1-刀具，2、11-基体(第一原版)，3、4-凹部，3a、5b、13b、22c-锥面，3b、13c、22b-底面，5、12-第二原版，5a-凸部，5c-顶面，11a、12b、13a-图案，13-第三原版，21-原版，22-微小流路，22a-突出部。
具体实施方式
在光刻法和机械加工中，各自具有有利点和不利点。即，采用光刻法，在进行微细的图案或大面积的分批加工、特殊形状的加工时有利。现在，可形成图案宽几十nm的微细图案。此外，在光刻法中，能够一次加工大的范围，同时如果是按格子形状机械加工，还能够与需要2次以上加工相同部分的特殊形状、或形状比超过10这样的形状对应。相反，在机械加工中，在进行尺寸精度高的加工、表面粗糙度小的加工等时有利，能够进行尺寸偏差非常小的加工。
本发明人们，就上述问题发现，通过融合光刻法的微细图案加工和机械加工的高精度加工，用机械加工弥补光刻法的缺陷，用光刻法弥补机械加工的缺陷，能够容易形成特殊的形状、例如具有高形状比的部分的形状，从而完成本发明。
即，本发明的要点是，通过在基体上形成凹部，制作第一原版，转写该第一原版的图案，制作与凹部对应的凸部的第二原版，对该第二原版的凸部实施机械加工，制作模具，容易形成特殊的形状，例如具有高形状比的部分的形状。
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
本发明的模具的制造方法，其特征是，包括：利用光刻法对基体进行图案加工，制作第一原版的工序；转写所述第一原版的图案，制作第二原版的工序；和对所述第二原版实施机械加工，制作模具的工序。
本发明的方法，对于采用图1所示的机械加工所用的通常的刀具1(顶端宽通常在100μm以上)不能加工的微细结构，可进行机械加工。即，在对图2所示的、形成于基体2上的凹部3的锥面3a或底面3b进行微细加工(例如形成微细的凹凸)的情况下，如果是采用图1所示刀具1的机械加工不能对应，但根据本发明的方法，可制作对凹部3的锥面3a或底面3b实施了微细加工的基体2。
在本发明的方法中，如图3(a)所示，通过在基体2上形成凹部4制作第一原版，如图3(b)所示，通过转写该第一原版的图案(凹部4)，制作具有与凹部4对应的凸部5a的第二原版5，如图3(c)所示，通过对该第二原版5的凸部5a实施机械加工，在凸部5a上形成锥面5b或顶面5c。再有，对该锥面5b或顶面5c实施微细加工。由于这些机械加工相对于第二原版5的凸部5a进行，因此可与刀具1的尺寸无关系地进行。其后，通过转写实施了机械加工的第二原版5的图案(凸部5a)，制作第三原版，可得到图2所示的具有所希望形状的基体2。
如果更详细地说明本发明的方法，首先，在制作第一原版的工序中，如图4(a)所示，利用光刻法对基体进行图案加工。即，在基体11上形成抗蚀剂层(未图示)，通过经由具有规定图案的掩模，对该抗蚀剂层照射光，使抗蚀剂层固化，其后显影抗蚀剂层，在基体11上形成与所定图案对应的抗蚀剂层，以图案加工的抗蚀剂层作为掩模，刻蚀基体11。其后，除去残存在基体11上的抗蚀剂层，在基体11上形成图案11a(此处为凹图案)。而且，光刻法，不仅可应用以2维加工为主的半导体技术，也可应用进行3维加工的MEMS(Micro Electro Mechanical System)技术。
作为基体11，可采用硅原版、抗蚀剂层或丙烯树脂板等塑料原版。此外，作为刻蚀，可采用湿法刻蚀、干法刻蚀、各向同性刻蚀、各向异性刻蚀等。此外，作为构成抗蚀剂层的抗蚀剂，可采用负型抗蚀剂、正型抗蚀剂等多种抗蚀剂。
通过如此利用光刻法在基体11上形成图案11a，制作第一原版11，可容易在第一原版上形成微细的形状或具有高形状比的形状(相对高的，例如按μm级具有1以上的形状比的形状)。
接着，在制作第二原版的工序中，如图4(b)所示，转写第一原版的图案11a。作为转写第一原版的图案的方法，可采用利用金属的电铸或塑料的成型等，在金属层或塑料层上转写图案的方法等。例如，在如上所述形成了图案11a的基体11即硅原版或塑料原版上电铸镍，通过从通过电铸形成的镍板剥离硅原版，能够在转写层即镍板上转写图案。或者，在如上所述进行了图案形成的硅原版上形成硅碳化物板，其后通过溶解硅原版，也能在硅碳化物板上转写图案。另外，关于该方法的详细情况，已在Technical Digest of Transducers 2003，2A2.4，pp.254-257中的Toru Itoh们的“SILICON CARBIDE MICROFABRICATION BY SILICON LOSTMOLDING FOR GLASS PRESS MOLDS”中公开。其内容为了参照此处都包含。
如此通过转写第一原版的图案11a，制作第二原版12，能够无刀具尺寸等的限制地进行后述的机械加工。即，即使在第一原版上形成例如具有高形状比的凹形状，通过在第二原版12上转写图案11a，图案11a反转，以凸形状现出。因此，即使凹部的尺寸减小，也能对反转的凸形状的图案11a实施机械加工。
接着，在制作模具的工序中，如图4(c)所示，对第二原版12实施机械加工。如上所述，由于即使在第一原版形成例如具有高形状比的凹形状，也在第二原版12上成为凸形状的图案12b地现出，因此能够容易对该凸形状的图案12b实施机械加工。由此，相对于第二原版12的图案12b，能够以高精度，例如作为锥角±1/100°以上的高精度形成锥形状或曲面形状等。即，能够高精度地除去图案12b的一部12a。另外，所谓此处所说的机械加工，指的是采用刀具进行的通常的机械加工。
如此，能够作为模具采用实施了机械加工后的第二原版12，通过采用该模具进行成型，可得到特殊形状的，例如具有高形状比的部分的成型品。此外，实施了该机械加工的第二原版12本身，也能用作加工品(此处是具有高形状比的带有凸部的加工品)。如此，根据上述的方法，例如微细结构中的具有高形状比的部分的形成采用了光刻法，其微细结构中的任意形状的高精度加工采用了机械加工。因此，能够容易形成特殊的形状，例如具有高形状比的部分的形状。此外，根据此方法，由于对需要进行高精度加工的部分实施机械加工，不对整体进行机械加工，所以在制造工序中，可缩短相关的时间。
此外，如图4(d)所示，转写第二原版12的图案12b，制作第三原版13，也可以将该第三原版13作为模具或模具的母模。即，通过以该第三原版13作为母模，在其它材料上转写图案13a，也可以得到模具，也可以直接将第三原版13用作模具。该第三原版13，由于转写有实施了高精度的机械加工的第二原版12的图案12b，所以在微细结构中，能够具有图4(d)中的X部这样的任意形状的部分。即，第三原版13，具有以往不能实现的、对锥面13b或底面13c实施了高精度微细加工的图案13a。所以，通过以这样的第三原版13作为母模，制造模具，采用该模具进行成型，能够得到特殊的形状，例如具有高形状比的部分的成型品。
作为将第二原版12的图案12b转写在第三原版13上的方法，例如，在第二原版12是镍板的情况下，可列举出在镍板上直接或经由脱模层电铸镍，形成镍板，其后剥离镍板相互间，在第三原版即镍板上转写图案的方法。在此种情况下，也可以通过适宜变化电铸镍时的液组成，改变镍板的硬度，以不在第三原版上产生毛刺。此外，在第二原版12是硅碳化物板的情况下，可列举出在硅碳化物板上经由脱模层形成硅碳化物板，有选择地溶解脱模层，在第三原版即硅碳化物板上转写图案的方法。
如此，即使在将第三原版13形成母模的情况下，由于采用第二原版12，所以能够得到不能利用机械加工进行加工的、可在具有机械加工所用刀具的尺寸以下的尺寸的微细结构的锥面13b或底面13c上，以机械加工的精度形成例如带槽或微细凹凸等的模具。其结果，可大幅度扩大模具的加工界限。
本发明的模具的制造方法，例如能够用于微小流路或微小透镜阵列的模具的制造。图5(a)是用于说明通过本发明的一实施方式的模具制造方法得到的微小流路的图示，图5(b)是表示(a)上的突出部的放大图。
图5(a)所示的微小流路22，宽大约10μm，深大约20μm，形成于原版21上。在该微小流路22上设有多个突出部22a。此外，在该微小流路22上形成有浅的底面22b或锥面22c。不能用机械加工形成具有如此的突出部22a、浅的底面22b、锥面22c的微小流路22。此外，在光刻法中，不能自由地设定图5(b)所示的锥角θ。在用本发明的方法，在原版21上得到图5所示的微小流路22的时候，在第一原版即基体上利用光刻法形成与微小流路22对应的槽，然后将其图案转写在第二原版上。此时，与微小流路22对应的槽部分以凸部现出。在该凸部上，通过机械加工形成与突出部22a对应的凹部。通过以如此机械加工过的第二原版作为模具，采用原版21的材料进行成型，能够得到具有微小流路22的原版21。
此外，在利用本发明的方法得到微小透镜·阵列的时候，在第一原版即基体上利用光刻法形成与多个透镜对应的凹部，将该图案转写在第二原版上。此时，与透镜对应的凹部以凸部现出。通过机械加工对该凸部进行精加工(镜面加工)。通过以如此机械加工过的第二原版作为模具，采用透镜·阵列的材料进行成型，可得到微小透镜·阵列。另外，在利用光刻法形成与透镜对应的凹部的时候，可根据部位变化照射在使用的感光性树脂(抗蚀剂)上的光的光量(曝光量)。由此，显影后的感光性树脂的厚度，可根据露光量因部位而异，能够在与透镜对应的凹部上形成曲面。
本发明并不限定于所述实施方式，可多种变更地实施。例如，对于所述实施方式中说明的尺寸、数值、材质，不特别限制。此外，在所述实施方式中，说明了将本发明的方法用于微小流路及微小透镜·阵列时的情况，但本发明并不限定于此，能够用于形成用单独光刻法、单独机械加工不能形成的多种形状，例如透镜、菲涅尔透镜、反射镜、或光导纤维用沟槽、及它们的组合、以及它们与微小流路及/或微小透镜·阵列的组合等。此外，只要不脱离本发明的目的范围，可进行适宜变更。
Claims (10)
1.一种模具的制造方法，其特征是，包括：利用光刻法对基体进行图案形成，制作第一原版的工序；转写所述第一原版的图案，制作第二原版的工序；和对所述第二原版实施机械加工，制作模具的工序。
2.一种模具的制造方法，其特征是，包括：在基体上形成凹部，制作第一原版的工序；转写所述第一原版的图案，制作具有与所述凹部对应的凸部的第二原版的工序；对所述第二原版的凸部实施机械加工，制作模具的工序。
3.如权利要求1所述的模具的制造方法，其特征是：包括转写所述模具具有的图案，制作第三原版的工序，以该第三原版作为模具或模具的母模。
4.如权利要求2所述的模具的制造方法，其特征是：包括转写所述模具具有的图案，制作第三原版的工序；以该第三原版作为模具或模具的母模。
5.一种成型品，是采用模具成型的成型品，其特征是，所述模具是通过以下工序得到的，即：利用光刻法对基体进行图案形成，制作第一原版的工序；转写所述第一原版的图案，制作第二原版的工序；和对所述第二原版实施机械加工，制作模具的工序。
6.一种成型品，是采用模具成型的成型品，其特征是，所述模具是通过以下工序得到的，即：在基体上形成凹部，制作第一原版的工序；转写所述第一原版的图案，制作具有与所述凹部对应的凸部的第二原版的工序；对所述第二原版的凸部实施机械加工，制作模具的工序。
7.如权利要求5所述的成型品，其特征是：包含形状比相对高的部分。
8.如权利要求6所述的成型品，其特征是：包含形状比相对高的部分。
9.如权利要求5所述的成型品，其特征是：所述成型品包含选自由微小流路、微小透镜阵列、透镜、菲涅尔透镜、反射镜、及光导纤维用沟槽构成的组中的至少一种。
10.如权利要求6所述的成型品，其特征是：所述成型品包含选自由微小流路、微小透镜阵列、透镜、菲涅尔透镜、反射镜、及光导纤维用沟槽构成的组中的至少一种。
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