JP2004009144A - Method of manufacturing micro parts - Google Patents

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荒井　一尚
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve economical efficiency by dispensing with a lithography device such as a stepper or etching device in manufacture of micro parts, and to manufacture parts of a complicated shape difficult to manufacture by lithography. <P>SOLUTION: A resin base 1 fusible by a solvent is formed, and physical external force is applied to the resin base 1 to form a recessed part 3. After the recessed part 3 is filled with metal, surplus metal is removed by polishing, and the resin base 1 is fused by a solvent to manufacture micro parts. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a micro component constituting a micro machine.
[0002]
[Prior art]
A micro component constituting a micromachine is generally manufactured by a LIGA (Lithography Galvanoformung abformung) process using a semiconductor manufacturing technique.
[0003]
The LIGA process is a technique combining X-ray lithography, electroplating, and molding. In a method based on a normal semiconductor manufacturing process, the height of a manufactured product is limited to several μm to several tens of μm. When the LIGA process is used, a three-dimensional object having a height of several hundred μm and an aspect ratio of several tens or more can be manufactured.
[0004]
In the LIGA process, as shown in FIG. 7, first, a resist 21 is applied on one surface of a flat substrate 20. Then, when X-rays are irradiated from above the mask 22 and projected onto the resist 21 through the lens 23 to be exposed, the mask pattern formed on the mask 22 is transferred.
[0005]
Next, when the exposed resist 21 is developed, the exposed portion is exposed to light and the altered portion is removed. The portion thus removed is filled with nickel, for example, by plating, and the remaining resist 21 and substrate 20 are removed by etching, whereby a component transferred by nickel is formed. When a mold is formed by the same method, a minute part can be manufactured using the mold.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the LIGA process, a mask corresponding to the shape of a micro component to be manufactured must be individually manufactured, and various lithography apparatuses such as a stepper and an etching apparatus are required, so that equipment costs are reduced. There is a problem that it becomes expensive and lacks economy. Further, the masking pattern transferred by the X-ray lithography has a problem that it is difficult to process the masking pattern into a complicated shape because the side surface is formed by a vertical surface.
[0007]
As described above, there is a problem in the production of micro components in that it is possible to improve economic efficiency and also to produce components having a complicated shape.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a specific means for solving the above-described problems, the present invention is directed to a resin base molding step of forming a meltable resin base using a solvent, and to manufacture the resin base by applying a physical external force to the resin base. A concave part forming step of forming a concave part having a shape corresponding to the shape of the micro component, a metal filling step of filling the concave part with a metal, a metal removing step of polishing and removing excess metal, and a resin base using a solvent. And a base dissolving step for dissolving the components.
[0009]
And the manufacturing method of this micro component is that the physical external force includes any one of laser beam, ultrasonic wave, cutting blade, polishing whetstone, and in the metal filling step, the metal is sprayed to the recess by sputtering, and then electrolytic plating Filling the concave part with the micro component is a mold used for manufacturing a component or component constituting the micro machine, the metal is nickel, the resin is ABS resin, and the solvent is acetone. Requirements.
[0010]
According to the manufacturing method of a micro component configured as described above, a concave portion having a shape of a micro component to be manufactured is formed on a base by a physical external force, and after the metal is filled in the concave portion, the base is removed. This eliminates the need for manufacturing a mask and transferring a mask pattern by lithography as in the related art.
[0011]
When a laser beam is used as a physical external force, a micro component having a side surface that is not a vertical surface can be easily manufactured.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
As an embodiment of the present invention, a case where a gear used as a micro component is manufactured will be described as an example.
[0013]
As shown in FIG. 1, first, a resin base 1 having a thickness greater than a gear to be manufactured using resin is formed (resin base forming step). The resin used for molding the resin base 1 needs to be a resin that can be melted later by a chemical reaction using a solvent, and for example, an ABS resin can be used.
[0014]
Instead of applying a resist and developing by X-ray lithography as in the conventional method, a physical external force is applied to the resin base 1 without applying the resist, for example, a laser beam 2 is applied to the base. As a result, as shown in FIG. 2, the concave portion 3, which is a cavity having the same shape as the gear to be manufactured, is formed (a concave portion forming step). As the physical external force, an ultrasonic wave, a cutting blade, or the like can be used in addition to the laser beam. Further, depending on the shape of the micro component to be manufactured, a grinding wheel can be used.
[0015]
When the laser beam 2 is used as in the example of FIG. 2, the laser beam is irradiated while moving the irradiation unit 4 or the resin base 1 according to the shape of the gear to be manufactured, so that the gear-shaped recess 3 is formed. Can be formed.
[0016]
After the concave portion 3 having a desired shape is formed as described above, as shown in FIG. 3, the concave portion 3 is filled with a metal 5 serving as a material of a micro component (metal filling step). The filling of the metal can be performed by, for example, a method of spraying the metal by sputtering and then performing electrolytic plating. Nickel, copper, or the like is used as the metal.
[0017]
After the recess 3 is filled with metal, excess metal is deposited on the resin base 1, and the excess metal is removed by polishing (metal removal step). Polishing can be performed using a polishing grindstone, or can be performed using a CMP technique. When the surplus metal is removed by polishing, as shown in FIG. 4, the metal 6 filled in the concave portion 3 and having the shape of the concave portion 3 is exposed, and the exposed surface of the metal 6 is flattened.
[0018]
Finally, by dissolving the resin constituting the resin base 1 using a solvent, the gear 7 as a micro component shown in FIG. 5 is formed (base melting step). Here, when the resin base 1 is formed of an ABS resin, acetone is used as a solvent.
[0019]
When the micro component is formed in this manner, an expensive lithography apparatus such as a stepper is not required, and it is not necessary to manufacture a mask for each component having a different shape, so that the manufacturing cost can be significantly reduced.
[0020]
In the example shown in FIGS. 1 to 5, a case where a gear having a vertical side surface is manufactured has been described. However, by adjusting the angle at which the laser beam is irradiated, the side surface is inclined instead of the vertical surface. In some cases, parts with complicated shapes can be manufactured.
[0021]
For example, as shown in FIG. 6, in the case of a micro component whose side surface is formed in a tapered shape, a concave portion 10 having a tapered surface 9 can be formed by irradiating a laser beam 8 obliquely as shown. . When the recess 10 is filled with metal, a micro component having a side surface corresponding to the tapered surface 9 is formed. As described above, it is also possible to manufacture a micro component having a shape that cannot be manufactured by the conventional method using the lithography technique.
[0022]
Further, according to the present invention, not only the micro component itself constituting the micro machine but also a mold such as a mold for molding the micro component can be manufactured.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a micro component according to the present invention, a recess having the shape of a micro component to be manufactured by a physical external force is formed on a base, and the recess is filled with metal. This eliminates the need for manufacturing a mask, transferring a mask pattern by lithography, and the like as in the related art. Therefore, equipment costs can be significantly reduced, and manufacturing costs can be reduced.
[0024]
In addition, when a laser beam is used as a physical external force, a micro component having a side surface that is not a vertical surface can be easily manufactured. Can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a base formed by a base forming step.
FIG. 2 is a perspective view showing a state where a concave portion is formed on a base by a concave portion forming step.
FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a recess is filled with metal in a metal filling step.
FIG. 4 is a perspective view showing a state where excess metal has been removed in a metal removing step.
FIG. 5 is a perspective view showing a micro component formed by a base melting step.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a concave portion whose side surface is a tapered surface is formed.
FIG. 7 is a perspective view showing a lithography technique in a conventional method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base 2 ... Laser beam 3 ... Concave part 4 ... Irradiation part 5, 6 ... Metal 7 ... Gear 8 ... Laser beam 9 ... Tapered surface 10 ... Concave part 20 ... Substrate 21 ... Resist 22 ... Mask 23 ... Lens

Claims (5)

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。A resin base molding step of forming a meltable resin base using a solvent,
By applying a physical external force to the resin base, a concave portion forming step of forming a concave portion having a shape corresponding to the shape of the micro component to be manufactured,
A metal filling step of filling the recess with metal,
A metal removal step of polishing and removing excess metal,
A base dissolving step of dissolving the resin base using a solvent. 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。The method of claim 1, wherein the physical external force includes one of a laser beam, an ultrasonic wave, a cutting blade, and a grinding wheel. 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。In the metal filling process,
Sprinkle metal in the recess by sputtering,
The method for manufacturing a micro component according to claim 1, wherein the recess is filled by electrolytic plating. 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。The method for manufacturing a micro component according to claim 1, 2 or 3, wherein the micro component is a component constituting a micro machine or a mold used for manufacturing the component. 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。The method according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the metal is nickel, the resin is an ABS resin, and the solvent is acetone.
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