JP2007038304A

JP2007038304A - 微細製品の製造方法

Info

Publication number: JP2007038304A
Application number: JP2003406146A
Authority: JP
Inventors: Fumio Uchikoba; 文男内木場
Original assignee: Nihon University
Current assignee: Nihon University
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2007-02-15
Also published as: WO2005054118A1

Abstract

【課題】フォトレジストを用いて作成した型を用いて製品を製造する方法において、製品の材料は、金属、金属以外のセラミックス等いずれのものでもよく、かつ任意の厚さの任意の形状の製品を簡単に製造できる製造方法を提供すること。
【解決手段】プラスチックフィルム１２上に形成したフォトレジスト１１を、フォトマスク２１を用いて露光・感光し（図３（ａ），（ｂ））、その感光したフォトレジスト１１を現像して非感光部分１１ｂを除去して型Ｍを作成し（図３（ｃ））、その型Ｍにドクターブレード３２を用いてスラリー３１を塗布し充填して（図３（ｄ））、グリーンシート３１ｇを作成し（図３（ｅ））、そのグリーンシート３１ｇを焼結して製品３１ｐを作成する（図３（ｆ），（ｇ））。
【選択図】図３

Description

本願発明は、マイクロマシン部品、マイクロ電気部品、マイクロ医療器具等の微細製品の製造方法に関する。

従来微細製品の製造方法の１つとして、フォトリソグラフィ法により感光性樹脂を露光（感光）、現像して製品の型を作成し、その型に電気鋳造法（電鋳）により製品の材料を電着させて製品を製造する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
図７は、従来のフォトリソグラフィ法により型を作成し、その型を用いて電気鋳造法により製品を製造する方法を示す。
フォトマスク５２を用いて液状の感光性樹脂５１を露光して、フォトマスク５２の感光パターンを感光性樹脂５１に転写する（図７（ａ））。感光性樹脂５１は、感光した部分が硬化する。露光した感光性樹脂５１は、現像して非感光部分を除去して型５３を作成する（図７（ｂ））。その型５３に、電気鋳造法（電鋳）により金属５４を電着させて（図７（ｃ））製品５４ｐを作成する（図７（ｄ））。その電着は、無電解溶液中で無電解めっきにより行なう。

山口勝美、中本剛「光造形法による形状創成」精密工学会誌，ＶＯｌ．６１，ＮＯ．１０，１９９５，ｐ．１３８５〜１３８８

前記従来の微細製品の製造方法は、無電溶液中で無電解めっきにより、型に金属を電着させて製品を作成するから、材料は金属に限られる。また電着に長時間を要し、かつ装置が大掛かりになる。
前記従来の微細製品の製造方法は、液状の感光性樹脂を露光して型を作成するが、液状であるため扱いが面倒であり、かつ露光により液状の感光性樹脂を硬化させる際、硬化の深さ（厚さ）に限度があるから、厚い型を作成できない。その解決策として、露光により硬化した感光性樹脂層の上にさらに感光性樹脂層を形成して露光を行う、いわゆる積層法が提案されているが、各感光性樹脂層の厚さの制御や積層工程が複雑になり、装置が複雑で大掛かりになる。

本願発明は、従来の微細製品の製造方法の前記問題点に鑑み、製品の材料は、金属に限らず、セラミックス等金属以外の材料も用いることができ、かつ製品を簡単に短時間で製造できる製造方法を提供することを目的とする。また本願発明は、型を簡単に作成でき、かつ厚い型も容易に作成できる製造方法を提供することを目的とする。

本願発明は、前記目的を達成するため、請求項１に記載の微細製品の製造方法は、フォトマスクを用いてフォトレジストを感光し、その感光したフォトレジストを現像して型を作成し、その型に製品の材料粉末からなるスラリーをドクターブレードを用いて充填して成形し、型から成形品を離してグリーンシートを作成し、そのグリーンシートを焼結して製品を作成することを特徴とする。
請求項２に記載の微細製品の製造方法は、フォトマスクを用いて複数個のフォトレジストを別々に感光し、その感光した複数個のフォトレジストを積層して現像して型を作成し、その型に製品の材料粉末からなるスラリーをドクターブレードを用いて充填して成形し、型から成形品を離してグリーンシートを作成し、そのグリーンシートを焼結して製品を作成することを特徴とする。
請求項３に記載の微細製品の製造方法は、感光パターンの異なるフォトマスクを用いて複数個のフォトレジストを別々に感光し、その感光した複数個のフォトレジストを別々に現像して複数個の型を作成し、その複数個の型に製品の材料粉末からなるスラリーをドクターブレードを用いて充填して成形し、型から成形品を離して複数個のグリーンシートを作成し、その複数個のグリーンシートを積層して焼結して製品を作成することを特徴とする。
請求項４に記載の微細製品の製造方法は、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の微細製品の製造方法において、前記フォトレジストは、ドライフィルムであることを特徴とする。

本願発明は、フォトマスクを用いてフォトレジストを露光感光、現像して作成した型に、ドクターブレードを用いてスラリーを塗布・充填してグリーンシートを作成（成形）するから、製品の材料は、従来の電気鋳造法（電鋳）のように金属に限らず、セラミックス等金属以外のものであってもよい。またスラリーとドクターブレードを用いるのみであるから、グリーンシートの成形装置や成形作業が簡単になり、かつ短時間でグリーンシートを作成できる。
本願発明は、感光したフォトレジストを所望個数積層することにより、従来不可能であった厚い製品の型を作成でき、その厚さは、積層するフォトレジストの個数によって調整できるから、任意の厚さの製品を製造できる。
本願発明は、形状の異なるグリーンシートを別々に作成し、そのグリーンシートを組合わせることにより従来の型による成形では不可能であった形状の製品も容易に製造することができる。
本願発明のフォトレジストは、液状でなくフィルム状のドライフィルムを用いるから、
露光・現像作業が容易になり、型の作成が容易になる。かつ本願発明のフォトレジストは、プラスチックフィルム等の基材上に形成してあるから、強度が高く取扱いが容易である。

図１は、本願発明の実施の形態に係る微細製品（焼結体）の製造手順を示す。
製造手順は、フォトリソグラフィにより型を作成する工程、その型を用いて製品のグリーンシートを作成する工程、そのグリーンシートを焼結する工程からなる。
型は、まずフォトマスクを用いてフォトレジストを露光し、その露光により感光したフォトレジストを現像して作成する。
グリーンシートは、ドクターブレードを用いて、型に製品の材料粉末からなるスラリーを充填して成形し、成形品を型から離して（抜いて）乾燥して作成する。そのグリーンシートを焼結して製品を作成する。製品の材料粉末は、金属、セラミックス、ガラス等の粉末、或いはそれらの粉末を２種類以上混合したものを用いる。
本実施の形態は、フォトリソグラフィにより作成した型を用い、ドクターブレードによってその型にスラリーを充填してグリーンシートを作成（成形）するから、製品の材料は、従来の電気鋳造法（電鋳）のように金属に限らず、セラミックス等金属以外のものであってもよい。またグリーンシートの成形は、ドクターブレードによりスラリーを型に充填するのみでよいから、成形装置や成形作業が簡単になり、かつ短時間でグリーンシートを作成できる。

次に図２〜図６により本願発明の実施例を説明する。なお各図に共通の部分は、同じ符号を使用している。

図２は、微細製品（焼結体）の製造手順を示し、図２（ａ）〜図２（ｆ）は、断面図、図２（ｇ）は、斜視図である。
フォトレジスト１１とフォトマスク２１を用い、フォトマスク２１を介してフォトレジスト１１に光を照射して露光し（図２（ａ））、フォトレジスト１１を感光する（図２（ｂ））。感光したフォトレジスト１１は、感光部分１１ａ、非感光部分１１ｂからなる。感光したフォトレジスト１１を現像して型Ｍを作成する（図２（ｃ））。型Ｍは、レジスト１１の非感光部分１１ｂが除去されて孔部１１ｃが形成される。
型Ｍは支持部３３に載せ、ドクターブレード３２により、型Ｍに製品の材料粉末からなるスラリー３１を塗布し、孔部１１ｃに充填して成形する（図２（ｄ））。成形品は、型Ｍから離して乾燥し、グリーンシート３１ｇを作成する（図２（ｅ））。グリーンシート３１ｇは、焼結して製品３１ｐを作成する（図２（ｆ），（ｇ））。

実施例１は、四辺形部と円板部からなる製品について説明したが、製品は、円板部のみからなるものであってもよく、その場合には、型Ｍの孔部１１ｃにのみスラリー３１を充填すればよい。
また図２（ｄ）において、支持部３３を移動式に構成し、その支持部３３に複数個の型Ｍを並べて配置すれば、連続してグリーンシート３１ｇを作成できる。

図３は、フォトレジストにドライフィルムを用いた場合の微細製品（焼結体）の製造手順を示し、図３（ａ）〜図３（ｆ）は、断面図、図３（ｇ）は、斜視図である。
図３の場合には、基材のプラスチックフィルム１２上に形成したフィルム状のフォトレジスト１１からなる、いわゆるドライフィルムを用い（図３（ａ））、フォトレジスト１１をプラスチックフィルム１２上に形成したままの状態で露光・現像して型Ｍを作成し（図３（ｂ），（ｃ））、その型Ｍに製品の材料粉末からなるスラリー３１をドクターブレード３２により塗布・充填して成形し、型から成形品を離して（抜いて）グリーンシート３１ｇを作成する（図２（ｄ），（ｅ））。グリーンシート３１ｇは、焼結して製品３１ｐを作成する（図３（ｆ），（ｇ））。
フォトレジスト１１は、液状でなくフィルム状であるから、露光・現像作業が容易で、かつプラスチックフィルム１２上に形成してあるから、強度が高く取扱いが容易である。

実施例２は、製品の材料として、ニッケル粉末（平均粒径０．４μｍ）、銀粉末（平均粒径１．６μｍ）、チタン酸ビスマス粉末（平均粒径３μｍ）を用い、各材料別に３種類のスラリーを作成した。
ニッケルのスラリーの組成は、ニッケル粉末１００に対し重量比で、ブチラール樹脂（バインダー）８、燐酸エステル化合物（分散剤）１、フタル酸化合物（可塑剤）５、トルエン（溶剤１）１６．７、キシレン（溶剤２）１６．７、エタノール（溶剤３）１６．７からなる。

銀のスラリーの組成は、銀粉末１００に対し重量比で、ブチラール樹脂（バインダー）７、燐酸エステル化合物（分散剤）１、フタル酸化合物（可塑剤）５、トルエン（溶剤１）２５、キシレン（溶剤２）２５からなる。
チタン酸ビスマスのスラリーの組成は、チタン酸ビスマス粉末１００に対し重量比で、ブチラール樹脂（バインダー）７、燐酸エステル化合物（分散剤）１、フタル酸化合物（可塑剤）５、トルエン（溶剤１）１６．７、キシレン（溶剤２）１６．７、エタノール（溶剤３）１６．７からなる。
実施例２は、成形品を型から離すとき、型離れを容易にするため、炭酸塩（炭酸ナトリウム）１〜５％の水溶液を用いた。炭酸塩（炭酸ナトリウム）を用いると、水（純水）を用いた場合に比べて成形品の型離れが容易になる。

図４は、銀のスラリーを用いて作成した製品（焼結体）の１部分の寸法関係を示す。図４（ａ）は、平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＸ１部分の矢印方向の断面図である。
製品（焼結体）３１ｐは、板状部に四辺形の島状部を多数形成してある。島状部の幅ｄ１は、１５０μｍ、島状部の間隔ｄ２は、１００μｍ、島状部の高さ(厚さ)ｈ１は、５０μｍである。なお島状部の高さ(厚さ)ｈ１は、フォトレジスト１１の厚さによって決まる。
製品３１ｐの島状部は、きれいな四辺形になり、かつ島状部の周囲は、略垂直に形成できた。
実施例２は、プラスチックフィルム上にフォトレジストを形成したドライフィルムを用いたが、ガラス、シリコン、プラスチック等の基材上にスピンコート等によって液状のフォトレジストを塗布する等してフィルム状に形成したフォトレジストであってもよい。

図５は、厚い製品（焼結体）を製造する例を示す。
５個の感光したフォトレジスト１１１〜１１５を積層し（図５（ａ））、現像して型Ｍを作成する（図５（ｂ））。１１１ａは、フォトレジスト１１１の感光部分、１１１ｂは、フォトレジスト１１１の非感光部分である。型Ｍの厚さ（高さ）は、フォトレジスト５個分の厚さに相当する。この型Ｍを用いてグリーンシートを作成し、焼結して製品３１ｐ（図５（ｃ））を作成する。感光したフォトレジスト１１１〜１１５を積層する際、図３のドライフィルムを用いる場合には、基材のプラスチックフィルムを剥がして積層する。
実施例３は、感光したフォトレジストを所望個数積層することにより、従来不可能であった厚い製品を作成でき、その厚さは、積層するフォトレジストの個数によって調整できる。

図６は、複数のグリーンシートを組合わせた製品（焼結体）を製造する例を示す。図６（ａ）〜（ｆ）は、断面図、図６（ｇ）は、斜視図である。
まず感光パターンの異なるフォトマスク（図示せず）を用いて２個のフォトレジスト１１６，１１７を別々に露光して感光し、２種類の感光パターンのフォトレジスト１１６，１１７を積層し（図６（ａ））、現像して非感光部分を除去して型Ｍ１を作成する（図６（ｂ））。
次に感光パターンの同じフォトマスク（図示せず）を用いて２個のフォトレジストを別々に露光して感光し、同じ感光パターンのフォトレジスト１１８１，１１８２を積層し（図６（ｃ））、現像して非感光部分を除去して型Ｍ２を作成する（図６（ｄ））。

次に型Ｍ１を用いて絶縁材料粉末からなるグリーンシート３１ｇ１１，３１ｇ１２を作成し、型Ｍ２を用いて導電材料粉末からなるグリーンシート３１ｇ２を作成する（図６（ｅ））。３個のグリーンシート３１ｇ１１，３１ｇ２，３１ｇ１２を１体にして焼結し、製品３１ｐ１を作成する（図６（ｆ），（ｇ））。製品３１ｐは、導電材料の周囲に絶縁材料層を形成した導線の例である。
実施例４の製造方法を用いると、形状の異なるグリーンシートを別々に作成し、そのグリーンシートを組合わせることにより従来の型を用いた成形方法では不可能であった形状の製品を容易に製造することができる。
なお図６は、同じ厚さのフォトレジストを用いたが、厚さの異なるフォトレジストを用い、例えばフォトレジスト１８１１，１８１２は１個のフォトレジストで構成することもできる。

本願発明によって作成する製品は、図２〜図６の形状のものに限らず、任意の形状のものを作成することができ、またマイクロ歯車、マイクロプーリ等のマイクロマシン部品、マイクロ電極、マイクロコイル、マイクロコンデンサ等のマイクロ電気部品、マイクロ流路等の医療用や化学用のマイクロ器具等を作成することができる。

本願発明の実施の形態に係る微細製品の製造手順を示す図である。本願発明の第１実施例に係る微細製品の製造手順を示す図である。本願発明の第２実施例に係る微細製品の製造手順を示す図である。本願発明の第２実施例に係る銀のスラリーを用いて製造した製品（１部）の寸法関係を示す図である。本願発明の第３実施例に係る製品の製造例を示す図である。本願発明の第４実施例に係る複数のグリーンシートを組合せた製品の製造例を示す図である。従来の製品の製造手順を示す図である。

符号の説明

１１，１１１〜１１７，１１８１，１１８２フォトレジスト
１１ａフォトレジストの感光部分
１１ｂフォトレジストの非感光部分
１１ｃ孔部
１２プラスチックフィルム
２１フォトマスク
３１スラリー
３１ｇ，３１ｇ１１，３１ｇ１２，３２ｇグリーンシート
３１ｐ，３１ｐ１製品
３２ドクターブレード
３３支持部
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２型

Claims

フォトマスクを用いてフォトレジストを感光し、その感光したフォトレジストを現像して型を作成し、その型に製品の材料粉末からなるスラリーをドクターブレードを用いて充填して成形し、型から成形品を離してグリーンシートを作成し、そのグリーンシートを焼結して製品を作成することを特徴とする微細製品の製造方法。
フォトマスクを用いて複数個のフォトレジストを別々に感光し、その感光した複数個のフォトレジストを積層して現像して型を作成し、その型に製品の材料粉末からなるスラリーをドクターブレードを用いて充填して成形し、型から成形品を離してグリーンシートを作成し、そのグリーンシートを焼結して製品を作成することを特徴とする微細製品の製造方法。
感光パターンの異なるフォトマスクを用いて複数個のフォトレジストを別々に感光し、その感光した複数個のフォトレジストを別々に現像して複数個の型を作成し、その複数個の型に製品の材料粉末からなるスラリーをドクターブレードを用いて充填して成形し、型から成形品を離して複数個のグリーンシートを作成し、その複数個のグリーンシートを積層して焼結して製品を作成することを特徴とする微細製品の製造方法。
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の微細製品の製造方法において、前記フォトレジストは、ドライフィルムであることを特徴とする微細製品の製造方法。