JP2006224203A - 加工方法および加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製薄膜における厚さのバラツキの影響を受けることなく、押し型を所定量まで投入し、高精度に形状を制御した微細構造体を製造できる加工方法および加工装置を提供する。
【解決手段】樹脂製薄膜１を導電性押し型２と対向基材３との間で加熱し加圧することにより微細構造体を形成する加工方法であって、樹脂製薄膜の静電容量を測定することにより、導電性押し型と対向基材との距離を検出することを特徴とする。また、本発明の加工方法の他の構成は、樹脂製薄膜の電気抵抗を測定することにより、導電性押し型と対向基材との距離を検出することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂製薄膜を加熱し、加圧することにより、精度よく、安価に微細構造体を形成する加工方法に関する。また、インクジェットプリンタ用ノズル、医療用ネブライザノズル、超微細フィラ用の精密フィルタ、高密度プリント基板およびマイクロレンズなどの高機能微細部品を製造することができる加工装置に関する。

インクジェットプリンタ用ノズルまたは医療用ネブライザノズルなどの高機能微細部品を製造するには、プラスチック薄膜などに微細な貫通孔を精度よく形成する必要がある。微細な貫通孔を形成する方法には、レーザ加工法がある。この方法は、たとえば、プレート上の貫通孔を形成する位置にフォトレジストを形成し、プレート上のフォトレジストを形成していない領域に、マスクを形成する。マスクは、レーザなどの高エネルギ線を遮断することができるから、フォトレジストを除去し、マスクを介してレーザなどの高エネルギ線を照射し、プレートに貫通孔を形成する（特許文献１参照）。しかし、レーザ加工法では、高輝度のレーザを照射する必要があり、照射位置を高精度に調整しなければならないため、加工装置が非常に高価であり、レーザにより貫通孔を形成していく加工方法であるため、スループットが小さい。

微細な貫通孔を有する樹脂製薄膜を形成する方法には、射出成形法がある。この方法は、使用する金型の貫通孔形成部分に、シリコン樹脂などの弾性部材からなる突き当て型を当接し、突き当て型を当接した状態で射出成形する。金型の数μｍの隙間にも流れ込むような流動性のよい樹脂を使用することにより、微細な貫通孔を形成することができる。また、直径が５０μｍ以下の細く、折れやすい突き当て金型を使用しても、突き当て型が弾性部材からなるため、射出成形時に折れることがなく、成形樹脂に対する離型性もよい（特許文献２参照）。しかし、この方法では、使用できる樹脂の種類が大きく制限され、また、貫通孔の口径が小さくなり、狭ピッチ化すると、当接する突き当て型により、流路抵抗が大きくなるため、均一な樹脂注入が困難となる。

樹脂製薄膜に微細な貫通孔を形成する方法には、打ち抜き加工法がある。この方法は、セラミックスファイバであるポンチの表面に金属膜を形成し、ポンチの先端とダイス素材の表面との間で放電する。放電により、ポンチをダイス素材に接触することなく、ダイス素材にポンチが挿通可能な微細な貫通孔を形成する。ダイス孔の形成後も、ダイスとポンチの位置関係が変化しないため、ポンチをダイス孔に確実に挿通することができ、薄板にポンチの太さに相当する貫通孔を短時間で容易に形成することができる（特許文献３参照）。しかし、この方法では、形成できる貫通孔の口径は、セラミックスファイバの口径により定まるため、貫通孔の微細化に限界がある。また、１つの貫通孔は、対応する１本のポンチにより形成するため、各ポンチをそれぞれホルダにアセンブルするときに、ポンチのピッチ精度の維持が難しく、製造効率が低い。さらに、メンテナンスと破損時の復旧が難しいため、量産性が悪い。
特開平６−１２２２０３号公報 特開２０００−７１４５９号公報 特開２００４−１１４２２８号公報

これらの微細加工技術の改良方法として、ホットエンボス法がある。この方法は、樹脂製薄膜を、押し型と対向基材との間にセットし、押し型と対向基材との間で、樹脂製薄膜を流動開始温度以上に加熱し、流動開始温度以上の樹脂製薄膜を、押し型と対向基材との間で加圧して微細構造体を形成する。ホットエンボス法は、樹脂の流動現象を利用して、高精度な微細構造体を容易に形成することができ、製造コストが低廉である。

しかし、成形前の樹脂製薄膜は一般的な工業製品であるため、厚さにバラツキがあり、圧力制御により押し型を投入すると、押し型の押し込み量にバラツキが生じやすく、成形後の微細構造体の厚さにもバラツキが生じやすい。また、加圧当初は、大きな成形圧力が必要であるが、押し型の投入に伴ない、押し型の外に樹脂が流出していくため、時間が経過するに従って成形圧力が抜けていく。したがって、位置制御により押し型を投入すると、微細パターンの忠実な転写が必ずしも容易ではない。

本発明の課題は、原材料である樹脂製薄膜における厚さのバラツキの影響を受けることなく、押し型を所定量まで投入し、高精度に形状を制御した微細構造体を提供できる加工方法および加工装置を提供することにある。

本発明の加工方法は、樹脂製薄膜を導電性押し型と対向基材との間で加熱し加圧することにより微細構造体を形成する加工方法であって、樹脂製薄膜の静電容量を測定することにより、導電性押し型と対向基材との距離を検出することを特徴とする。

本発明の加工方法の他の構成は、樹脂製薄膜を導電性押し型と対向基材との間で加熱し加圧することにより微細構造体を形成する加工方法であって、樹脂製薄膜の電気抵抗を測定することにより、導電性押し型と対向基材との距離を検出することを特徴とする。これらの加工方法は、厚さ方向に貫通孔を有する微細構造体の製造においても有効であり、導電性の対向基材、または、樹脂製薄膜との間に回路基板を備える対向基材を好ましく使用することができる。

本発明の加工装置は、樹脂製薄膜を導電性押し型と対向基材との間で加熱し加圧することにより微細構造体を形成する加工装置であって、樹脂製薄膜の静電容量を測定することにより、導電性押し型と対向基材との距離を検出する手段を備えることを特徴とする。

また、本発明の加工装置の他の構成は、樹脂製薄膜を導電性押し型と対向基材との間で加熱し加圧することにより微細構造体を形成する加工装置であって、樹脂製薄膜の電気抵抗を測定することにより、導電性押し型と対向基材との距離を検出する手段を備えることを特徴とする。

プラスチック薄膜またはレジストなどの樹脂製薄膜を高精度で安価に加工成形することができる。

（加工方法）
本発明の加工方法を図１に例示する。この加工方法は、まず、図１（ａ）に示すように、静電容量と電気抵抗を測定するＬＣＲメータなどの測定器を導電性押し型２と対向基材３に接続し、導電性押し型２と対向基材３との間に樹脂製薄膜１をセットする。つぎに、図１（ｂ）に示すように、押し型２と対向基材３との間で、樹脂製薄膜１を加熱する。その後、図１（ｃ）に示すように、加熱した樹脂製薄膜を、押し型と対向基材との間で、矢印の方向に加圧することにより、図１（ｄ）に示すような微細構造体を形成する。本発明は、この加工方法において、樹脂製薄膜１の静電容量を測定することにより、押し型２と対向基材３との距離を検出することを特徴とする。また、樹脂製薄膜の電気抵抗を測定することにより、押し型２と対向基材３との距離を検出することを特徴とする。

静電容量と電気抵抗は、ＬＣＲメータ（reactance capacitance resistance meter）により測定することができる。ＬＣＲメータにより、試料が入ったコンデンサの静電容量（capacitance）および電気抵抗（resistance）を測定し、その周波数での複素誘電率を評価することができる。ＬＣＲメータとしては、アジレント テクノロジー社製のＨＰ４２８４Ａなどがあり、ＨＰ４２８４Ａは２０Ｈｚ〜１ＭＨｚまでの測定を行なうことができる。

静電容量（capacitance）は、電気エネルギの貯蔵容量であり、ある電位差Ｖにおいて、どれだけの電荷Ｑを蓄えられるかを示す値である。２つの導体間に、絶縁体を挿入すると、絶縁体は電気エネルギを吸収し、分子配列を変えるため、一定の電位差を保つにはより多くの電気エネルギが必要になり、２つの導体間の静電容量が増大する。２つの導体間に絶縁体である樹脂製薄膜をセットして加圧成形すると、次第に２つの導体間の距離が短くなり、２つの導体間にある樹脂製薄膜の形状が変化するため、図５のグラフＣが示すように、静電容量は増大する。さらに導体間の距離が短くなり、樹脂製薄膜に貫通孔が形成されると、２つの導体が接触し、導通するため、静電容量は低下する。したがって、樹脂製薄膜に厚さのバラツキがあっても、２つの導体間の静電容量をモニタリングすることにより、２つの導体間の距離および貫通孔の形成をインラインで高精度に検出し、さらに制御することが可能である。このため、総厚さを高精度に制御した微細構造体を再現性よく製造できる。

また、樹脂製薄膜の電気抵抗（resistance）は、加圧により貫通孔が形成され、２つの導体間の距離が０になり、導通すると、図５のグラフＲが示すように、電気抵抗は０となる。したがって、電気抵抗をモニタリングすることにより、２つの導体間の距離が０になり、貫通孔が形成されるタイミングを知ることができる。また、静電容量の検出システムと併用することにより、さらに検出精度を高めることができ、応答性が向上する。また、この検出装置は非常に安価である。

２つの導体は、たとえば、図１（ａ）に示すように、導電性押し型２と導電性対向基材３とし、両者をＬＣＲメータを介して接続し、プラスチック薄膜などからなる樹脂製薄膜１の静電容量および電気抵抗を測定することにより、導電性押し型２と導電性対向基材３との距離および樹脂製薄膜１の加工状態を検出することができる。

また、たとえば、図６に示すように、対向基材６３上に回路基板６４を設置し、回路基板６４上にレジストなどからなる樹脂製薄膜６１を塗布する態様、すなわち、対向基材６３が樹脂製薄膜６１との間に回路基板６４を備える態様においても、樹脂製薄膜６１の微細加工が可能である。この態様においては、回路基板６４の回路電極（図示していない。）と導電性押し型６２とを導体とし、両者をＬＣＲメータを介して接続し、樹脂製薄膜６１の静電容量および電気抵抗を検出することにより、導体間の距離、押し型と対向基材の距離および加工状態を知ることができる。また、導電性の対向基材を使用し、導電性の押し型と導電性の対向基材とをＬＣＲメータを介して接続し、回路基板上の樹脂製薄膜の加工状態を知ることができる。したがって、対向基材は、金属からなるものを使用することができる。また、回路基板の回路電極を利用して、セラミックス、プラスチックまたはシリコンなどからなる対向基材を使用することができる。

樹脂製薄膜の加熱は、たとえば、図１（ｂ）に示すように、樹脂製薄膜１を押し型２と対向基材３との間に挟んでから加熱する方式、樹脂製薄膜のみを予め非接触の状態で加熱する方式、または、樹脂製薄膜を対向基材に接触させてから加熱する方式などを任意に採用することができる。樹脂製薄膜１の加熱は、たとえば、対向基材３の直下に設置したヒータ（図示していない。）により行なうことができる。また、対向基材３の内部に加熱機能を導入して行なうこともできる。また、樹脂製薄膜を供給する過程で、非接触型のヒータなどを利用して予め加熱することができる。

また、加熱成形のほかに、ＵＶ硬化成形を利用することができる。ＵＶ硬化成形をする場合には、たとえば、石英などからなる透明な押し型のパターン面に、ＩＴＯまたはＩＺＯなどからなる透明電極をスパッタリングし、透明な押し型側からＵＶを照射して行なうことができる。また、透明な対向基材の上に、ＩＴＯまたはＩＺＯなどからなる透明電極をスパッタリングし、透明な対向基材側からＵＶを照射して行なうことができる。また、導電性の押し型および導電性の対向基材により成形し、脱型直後に、ＵＶを照射して硬化することもできる。

樹脂製薄膜の加熱は、樹脂の流動開始温度以上に加熱する態様が好ましい。流動開始温度以上に加熱してから加圧加工することにより、樹脂の流動現象を利用して、高精度で超微細な貫通孔を樹脂製薄膜に容易に形成することができ、製造コストを低減できる。使用する押し型の精度によっても異なるが、本発明の加工方法により、孔径０．１μｍ以上の貫通孔を容易に形成することができる。また、線幅０．１μｍ以上で横長の貫通孔を有する貫通ラインを形成することも容易である。したがって、インクジェットプリンタ用ノズル、医療用ネブライザノズル、細胞捕捉用フィルタ、超微細フィラ用フィルタ、マイクロレンズまたは高密度プリント基板上の極細回路などの高機能微細構造体を安価に提供することができる。

また、本発明の加工方法は、ナノインプリントにも使用することができる。ナノインプリントは、表面にナノレベルの微細な凹凸を有する押し型を樹脂製薄膜にセットし、樹脂製薄膜をガラス転位温度以上に加熱した後、押し型を樹脂製薄膜に押し付けて一定時間保持し、樹脂製薄膜をガラス転位温度以下に冷却してから、押し型を樹脂製薄膜から剥離する方法である。ナノインプリントにより、押し型の表面の凹凸を樹脂製薄膜に転写することができ、本発明と同様の原理に基づく加工技術であるため、本発明の加工方法を有効に利用することができ、押し型の投入量および総厚さを高精度に制御することができる。また、ナノインプリントにより、サブミクロンオーダーの３次元微細形状を、シンプルな加工工程で容易に形成することができ、製造コストを低減でき、量産化が容易である。

樹脂製薄膜は、電気絶縁性であり、比較的狭い温度範囲内で溶融し、冷却すると急速に硬化する樹脂が、スループットが高い点で好ましい。したがって、たとえば、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルサルフォン、ポリサルフォン、ポリエーテルイミドなどが好適である。樹脂製薄膜の厚さは特に限定されるものではないが、厚さ１μｍ〜１０ｍｍが好ましく、厚さ１０μｍ〜２００μｍがより好ましい。たとえば、厚さ数ｍｍの樹脂製平板または厚さ数十ミクロンのプラスチックフィルムを材料に使用することができる。

押し型には、金属などの導電性材料を用いる。一方、対向基材は、金属製の基材を使用することができ、回路基板の回路電極を利用する場合には、セラミックス、プラスチックまたはシリコンなどからなる対向基材を使用することができる。また、対向基材に、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素またはタングステンカーバイドなどの材料を用いると、熱伝導度が高まり、加熱または冷却時における伝熱がスムーズとなり、加工のスループットを高めることができる。

樹脂製薄膜を押し型と対向基材との間にセットするときは、まず、対向基材に樹脂製薄膜を固定してから、固定した樹脂製薄膜に押し型をセットする態様が好ましい。かかる態様とすることにより、樹脂製薄膜を押し型と対向基材との間にセットするときに、対向基材上での樹脂製薄膜の浮き上がり、および、樹脂製薄膜と対向基材の間に気泡が混入するなどのトラブルを防止し、きれいな微細構造体の形成が容易となる。

樹脂製薄膜をセットする工程から、加熱する工程を経て、加圧する工程までの一連の工程を、真空雰囲気下で実施することにより、樹脂製薄膜の対向基材上での浮き上がり、および、樹脂製薄膜と対向基材の間へ気泡が混入するなどのトラブルを防止し、きれいな微細構造体の形成が容易となる。

押し型は、リソグラフィにより樹脂型を形成する工程と、導電性基板上で樹脂型に金属材料からなる層を電鋳により形成する工程と、樹脂型を除去する工程とを備える方法により製造することができる。製造される押し型は、精密な金属微細構造体であるため、樹脂製薄膜に超微細な口径の貫通孔を形成することができ、貫通孔の狭ピッチ化にも十分対応できる。また、押し型を再現性よく製造することができ、一体形成が可能である。

押し型の製造方法を、図２および図３に例示する。図２に示す押し型の製造方法は、まず、図２（ａ）に示すように、導電性基板２１上にレジスト２２を形成する。導電性基板として、たとえば、銅、ニッケル、ステンレス鋼などからなる金属製基板を用いる。また、チタン、クロムなどの金属材料をスパッタリングしたシリコン基板などを用いる。レジストには、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのポリメタクリル酸エステルを主成分とする樹脂材料、またはＸ線もしくは紫外線（ＵＶ）に感受性を有する化学増幅型樹脂材料などを用いる。レジストの厚さは、形成しようとする押し型における柱状体の高さに合せて任意に設定することができ、数百ミクロンとすることができる。

つぎに、レジスト２２上にマスク２３を配置し、マスク２３を介してＸ線２４またはＵＶなどを照射する。高いアスペクト比を有する押し型を得るときは、ＵＶ（波長３６５ｎｍなど）より短波長であるＸ線（波長０．４ｎｍ）を使用する態様が好ましい。また、Ｘ線の中でも指向性が高い点で、シンクロトロン放射のＸ線（以下、「ＳＲ」という。）を使用するＬＩＧＡ（Lithographie Galvanoformung Abformung)法は、ディープなリソグラフィが可能であり、数１００μｍの高さの微細構造体をサブミクロンオーダの高精度で大量に製造することができ、厚手の樹脂製薄膜用の押し型を提供できる点で有利である。本実施の形態では、Ｘ線を照射する態様を例示する。

マスク２３は、押し型のパターンに応じて形成したＸ線吸収層２３ａと、透光性基材２３ｂとからなる。透光性基材２３ｂには、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンド、チタンなどを用いる。また、Ｘ線吸収層２３ａには、金、タングステン、タンタルなどの重金属あるいはその化合物などを用いる。導電性基板２１上のレジスト２２が、たとえば、ポジレジストである場合、Ｘ線２４の照射により、レジスト２２のうち、レジスト２２ａは露光され変質（分子鎖が切断）するが、レジスト２２ｂはＸ線吸収層２３ａにより露光されない。このため、現像により、Ｘ線２４により変質した部分のみが除去され、図２（ｂ）に示すようなレジスト２２ｂからなる樹脂型が得られる。

つぎに、電鋳を行ない、図２（ｃ）に示すように、樹脂型に金属材料層２５を堆積する。電鋳とは、金属イオン溶液を用いて導電性基板上に金属材料からなる層を形成することをいう。導電性基板２１を給電部として電鋳を行なうことにより、樹脂型に金属材料層２５を堆積することができる。樹脂型の高さを越えて電鋳することにより、押し型の台座を形成することができる。金属材料には、ニッケル、銅、鉄、ロジウムまたはそれらの合金などを用いるが、押し型の耐摩耗性を高める点で、ニッケルまたはニッケルマンガンなどのニッケル合金が好ましい。

電鋳後、図２（ｄ）に示すように、酸もしくはアルカリによりウエットエッチングし、または、機械加工により、導電性基板２１を除去する。つづいて、ウエットエッチングまたはプラズマアッシングによりレジスト２２ｂを除去すると、図２（ｅ）に示すような本発明の加工方法において使用することができる押し型が得られる。

図２に示す製造方法においては、導電性基板２１を除去して（図２（ｄ））、押し型を製造するが、図３に示すように、導電性基板を除去することなく押し型を製造することができる。まず、図３（ａ）に示すように、基板３１ａ上に、ポジレジスト３２を形成する。つぎに、レジスト３２上にマスク３３を配置し、前述と同様にリソグラフィを行なう。露光により、レジスト３２のうち、レジスト３２ａは露光され変質するが、レジスト３２ｂは露光されない。このため、現像により、図３（ｂ）に示すようなレジスト３２ｂからなる樹脂型が得られる。

つぎに、図３（ｃ）に示すように、レジスト３２ｂの頂上部に、導電性基板３１ｂを形成し、基板３１ａを除去し（図３（ｄ））、電鋳を行ない、図３（ｅ）に示すように、導電性基板３１ｂをメッキ電極として、樹脂型に金属材料層３５を堆積する。電鋳後、必要に応じて、研磨または研削により所定の厚さに揃えてから、ウエットエッチングまたはプラズマアッシングにより樹脂型を除去すると、図３（ｆ）に示すような押し型が得られる。この押し型は、導電性基板を金型の台座として利用するため、台座を形成するために必要な電鋳時間を省略することができる。また、台座は、電鋳により形成するものではないため、内部応力による金型の反りが少ない。

導電性基板を除去することなく、押し型を製造する他の方法を図４に示す。この方法は、導電性基板の材質と、電鋳により形成する金属材料層の材質が近く、導電性基板と金属材料層との密着強度が大きい場合に利用することができる。まず、図２に示す方法と同様にして、リソグラフィを行ない（図４（ａ））、導電性基板４１上にレジスト４２ｂからなる樹脂型を形成する（図４（ｂ））。つぎに、電鋳を行ない、樹脂型に金属材料層４５ａを形成し（図４（ｃ））、研磨または研削して平坦化する（図４（ｄ））。最後に、ウエットエッチングまたはプラズマアッシングによりレジスト４２ｂを除去すると、図４（ｅ）に示すような導電性基板４１付きの押し型が得られる。

押し型は、シリコンエッチングまたは光造形により非導電性マスタを形成する工程と、非導電性マスタを導電化する工程と、電鋳により導電性マスタに金属材料層を形成する工程と、導電性マスタを除去する工程を含む方法により形成することができる。

シリコンエッチングにより非導電性マスタを形成する方法は、まず、プラズマＣＶＤにより、シリコン基板の表面にＳｉＮ膜を形成する。つぎに、ＳｉＮ膜上に、ポジレジストを形成する。つづいて、レジスト上にマスクを配置し、リソグラフィを行なう。露光と現像により、レジストのうち、露光された部分を除去する。つぎに、ＳＦ₆ガスでドライエッチングし、ＳｉＮ膜をパターニングしてから、レジストを剥離し、ＫＯＨ水溶液でシリコンエッチングすると、非導電性マスタを得ることができる。その後、Ｐｄなどの金属材料をスパッタリングして、非導電性マスタを導電化し、電鋳後、ウエットエッチングにより導電性マスタを除去すると、導電性の押し型が得られる。

光造形により非導電性マスタを形成する方法は、まず、液状の光硬化性樹脂（ディーメック製ＳＣＲ７０１など）を、マイクロ光造形装置において光ビームにより一層ずつ硬化し、積層して、非導電性マスタを形成する。つぎに、非導電性マスタにＰｄなどをスパッタリングして導電化し、導電性マスタに電鋳し、ウエットエッチングまたはプラズマアッシングにより導電性マスタを除去すると、導電性の押し型を得ることができる。

押し型は、ダイシング加工または切削加工によっても製造することができる。リソグラフィを利用する方法と異なり、マスクを使用しないため、押し型を短い工程で製造することができる。

押し型は、ダイシング加工または切削加工により導電性マスタを形成する工程と、電鋳により導電性マスタに金属材料層を形成する工程と、導電性マスタを除去する工程を含む方法により形成することができる。押し型をダイシング加工または切削加工により直接製造する方法に比べて、高価なダイシング加工品または切削加工品から複数の押し型を得ることができる点で有利である。導電性マスタは、たとえば、銅または真鍮などから形成することができる。

（加工装置）
本発明の加工装置は、樹脂製薄膜を導電性押し型と対向基材との間で加熱し、加圧することにより微細構造体を形成する加工装置であって、樹脂製薄膜の静電容量を測定することにより、導電性押し型と対向基材との距離を検出する手段を備えることを特徴とする。また、本発明の加工装置の他の構成は、樹脂製薄膜を導電性押し型と対向基材との間で加熱し加圧することにより微細構造体を形成する加工装置であって、樹脂製薄膜の電気抵抗を測定することにより、導電性押し型と対向基材との距離を検出する手段を備えることを特徴とする。これらの加工装置は、導電性押し型と対向基材との距離および加工状態をインラインで高精度に検出できるため、高精度に厚さを調整した微細構造体および貫通孔を形成した微細構造体を容易に製造することができ、製造コストが低廉である。

加圧時における加圧面の面内最大圧力差を±１０％以下とすると、面内にある多数の微細加工を一括して行なっても、未成形部分が生じにくい点で好ましく、面内最大圧力差を±５％以下に調整すると、より好ましい。

貫通孔の形成を含め、微細構造体の形成後、樹脂製薄膜と押し型と対向基材のうち少なくとも１つを冷却する手段を有する態様が好適である。高温状態にある部材を冷却し、樹脂の固化を速めることにより、加工のスループットを上げ、量産化および低コスト化を図ることができる。冷却は、たとえば、対向基材に冷却水を循環させる手段がある。また、対向基材の下部にある加熱ステージを冷却ステージに置き替えて、冷却ステージを対向基材に接触させるなどの手段により行なうことができる。

樹脂製薄膜を導電性押し型と対向基材との間にセットする手段、樹脂製薄膜を加熱する手段、樹脂製薄膜を加圧する手段などの各手段は、駆動系が相互に独立する態様が好ましい。各手段の駆動系を分離することにより、加工工程における繰り返し動作による相互の位置ズレを最小限に抑えることができ、常に面内最大圧力差を±１０％以下とすることが容易となる。たとえば、加工装置における、Ｘ軸ステージとＹ軸ステージとＺ軸ステージが重ならないようにし、それぞれを分離することにより精度を高めることができる。

樹脂製薄膜を導電性押し型と対向基材との間にセットする手段、樹脂製薄膜を加熱する手段、樹脂製薄膜を加圧する手段などの各手段は、真空チャンバ内に配置する態様が好ましい。真空雰囲気下で加工することにより、樹脂製薄膜の対向基材上での浮き上がりを抑え、樹脂製薄膜と対向基材間への気泡の混入を抑えることができ、きれいな微細加工ができる。

実施例１
本実施例で使用する押し型を図４に示す方法で製造した。まず、導電性基板４１として、厚さ５ｍｍ、直径３インチのニッケル基板上に、厚さ６０μｍのアクリル樹脂からなるレジスト４２を形成し、レジスト４２上にマスク４３を配置し、マスク４３を介してＸ線４４を照射した（図４（ａ））。マスク４３は、２５μｍ×２５μｍの透光領域が縦横５０μｍピッチで描かれ、透光性基材４３ｂが厚さ２μｍの窒化珪素、Ｘ線吸収層４３ａが厚さ３μｍの窒化タングステンからなるものを用いた。また、Ｘ線４４はＳＲを使用し、５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲でリソグラフィを行なった。

つぎに、メチルイソブチルケトンにより現像し、イソプロパノールによりリンス処理した後、純水で洗浄すると、レジスト４２のうち、露光されたレジスト４２ａのみが除去され、図４（ｂ）に示すようなレジスト４２ｂからなる樹脂型が得られた。つぎに、電鋳を行ない、図４（ｃ）に示すように、樹脂型に金属材料層４５ａを堆積した。電鋳は、スルファミン酸ニッケルメッキ浴に浸漬して行ない、樹脂型の頂上部を越えて金属材料層４５ａを堆積した。

電鋳後、図４（ｄ）に示すように、研磨により厚さ５０μｍでフラット化し、つづいて、酸素プラズマによりアッシングしてレジスト４２ｂを除去し、図４（ｅ）に示すような押し型を得た。この押し型には、縦２５μｍ×横２５μｍ×高さ５０μｍの角柱４５ｂが、ピッチ５０μｍで、５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲に林立し、各角柱は０．１°の順テーパを有していた。

つぎに、図１（ａ）に示すように、対向基材３であるＣｕ基板上に、熱可塑性ポリイミド（三井化学製のオーラム）を塗布し、乾燥して、厚さ３０μｍの樹脂製薄膜１を形成した。つづいて、ＬＩＧＡ法により製造した上述のＮｉ製の押し型２と対向基材３にＬＣＲメータを接続した後、押し型２を樹脂製薄膜１上にセットし、熱可塑性ポリイミドの流動開始温度（約２４５℃）以上である２６０℃に樹脂製薄膜１を加熱した（図１（ｂ））。樹脂製薄膜１の加熱は、対向基材３の直下に設置したヒータ（図示していない。）により行なった。その後、樹脂製薄膜１の静電容量と電気抵抗をモニタリングしながら、樹脂製薄膜１を、押し型２と対向基材３との間で、１０ＭＰａで加圧し、貫通孔を形成し（図１（ｃ））、冷却後、押し型２と対向基材３を取除き、貫通孔を有する微細構造体を得た（図１（ｄ））。

ＬＣＲメータは、アジレント テクノロジー製の４２８４Ａを使用し（以下の実施例においても同様である。）、電圧１Ｖ、周波数１ｋＨｚにより、静電容量と電気抵抗を測定し、モニタリングした。その結果は、図５に示すような傾向を示し、静電容量Ｃは、押し型と対向基材とからなる２つの導体を樹脂製薄膜にセットした後、加圧前（導体間距離３０μｍ）に１．５μＦであったが、加圧により次第に増大し、導体間距離１μｍで最大値２０μＦとなり、その後、急激に低下し、貫通孔形成時（導体間距離０μｍ）に０μＦとなった。したがって、静電容量を測定することにより、導体間距離を検出でき、樹脂製薄膜の総厚さを調整できることがわかった。

一方、樹脂製薄膜の電気抵抗Ｒは、加圧前に∞Ωであり、その後、急激に低下し、貫通孔形成時（導体間距離０μｍ）に０Ωとなった。したがって、電気抵抗を測定することにより、導体間距離が０となり、貫通孔が形成するタイミングを予測できることがわかった。

貫通孔は、縦２５μｍ×横２５μｍ×深さ５０μｍ、ピッチ５０μｍであった。また、加工精度は±１μｍであり、非常に精度の高い加工を実現できることがわかった。

実施例２
図１（ａ）に示すように、対向基材３であるＣｕ製基板上に、樹脂製薄膜１として厚さ３０μｍのポリカーボネートフィルム（住友ベークライト製のＦＳ−１６５０）を置いた。つぎに、縦５０μｍ×横５０μｍ×高さ１００μｍの角柱が林立する超硬合金製の押し型をダイシングにより製作し、製作した押し型２と対向基材３にＬＣＲメータを接続した後、押し型２を樹脂製薄膜１上にセットした。つづいて、ポリカーボネートからなる樹脂製薄膜１の流動開始温度（約１４５℃）以上である１６０℃に樹脂製薄膜１を加熱した（図１（ｂ））。樹脂製薄膜１の加熱は、対向基材３の直下に設置したヒータ（図示していない。）により行なった。その後、樹脂製薄膜１の静電容量と電気抵抗をモニタリングしながら、樹脂製薄膜１を、押し型２と対向基材３との間で、１０ＭＰａで加圧して、貫通孔を形成し（図１（ｃ））、冷却後、押し型２と対向基材３を取除き、貫通孔を有する微細構造体を得た（図１（ｄ））。

静電容量と電気抵抗は、ＬＣＲメータを用い、電圧１Ｖ、周波数１ｋＨｚにより測定し、モニタリングした。その結果は、図５に示すような傾向を示し、静電容量Ｃは、押し型と対向基材とからなる２つの導体を樹脂製薄膜にセットした後、加圧前（導体間距離３０μｍ）に１．３μＦであったが、加圧により次第に増大し、導体間距離１μｍで最大値１７μＦとなり、その後、急激に低下し、貫通孔形成時（導体間距離０μｍ）に０μＦとなった。したがって、静電容量を検出することにより、導体間距離を知ることができ、樹脂製薄膜の総厚さを調整できることがわかった。

一方、樹脂製薄膜の電気抵抗Ｒは、加圧前に∞Ωであり、その後、急激に低下し、貫通孔形成時（導体間距離０μｍ）に０Ωとなった。したがって、電気抵抗を測定することにより、導体間距離が０となり、貫通孔が形成するタイミングを予測できることがわかった。

貫通孔は、縦５０μｍ×横５０μｍ×深さ６０μｍであった。また、加工精度は±２μｍであった。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

インクジェットプリンタ用ノズル、医療用ネブライザノズル、超微細フィラ用の精密フィルタ、高密度プリント基板およびマイクロレンズなどの高機能微細部品を安価に提供することができる。

本発明の加工方法を示す工程図である。 本発明の加工方法において使用する押し型の製造方法を示す工程図である。 本発明の加工方法において使用する押し型の製造方法を示す工程図である。 本発明の加工方法において使用する押し型の製造方法を示す工程図である。 本発明における静電容量と電気抵抗の変化を示す図である。 本発明において、対向基材が樹脂製薄膜との間に回路基板を備える場合の加工方法を示す図である。

符号の説明

１，６１ 樹脂製薄膜、２，６２ 押し型、３，６３ 対向基材、２１，３１ｂ 導電性基板、２２，３２ レジスト、２３，３３ マスク、２５，３５ 金属材料層、６４ 回路基板。

Claims (7)

1. 樹脂製薄膜を導電性押し型と対向基材との間で加熱し加圧することにより微細構造体を形成する加工方法であって、前記樹脂製薄膜の静電容量を測定することにより、前記導電性押し型と前記対向基材との距離を検出することを特徴とする加工方法。
2. 樹脂製薄膜を導電性押し型と対向基材との間で加熱し加圧することにより微細構造体を形成する加工方法であって、前記樹脂製薄膜の電気抵抗を測定することにより、前記導電性押し型と前記対向基材との距離を検出することを特徴とする加工方法。
3. 形成する前記微細構造体は、厚さ方向に貫通孔を有する請求項１または２に記載の加工方法。
4. 前記対向基材は、導電性を有する請求項１または２に記載の加工方法。
5. 前記対向基材は、前記樹脂製薄膜との間に回路基板を備える請求項１または２に記載の加工方法。
6. 樹脂製薄膜を導電性押し型と対向基材との間で加熱し加圧することにより微細構造体を形成する加工装置であって、前記樹脂製薄膜の静電容量を測定することにより、前記導電性押し型と前記対向基材との距離を検出する手段を備えることを特徴とする加工装置。
7. 樹脂製薄膜を導電性押し型と対向基材との間で加熱し加圧することにより微細構造体を形成する加工装置であって、前記樹脂製薄膜の電気抵抗を測定することにより、前記導電性押し型と前記対向基材との距離を検出する手段を備えることを特徴とする加工装置。

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