JP2008126370A - ３次元マイクロ構造体、その製造方法、及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微小コイルのような３次元微小金属構造体を製造するための技術を実現することを目的し、その発展形態においては、大量生産に適した上記３次元微小金属構造体の製造方法を実現することをも目的とする。
【解決手段】繊維状の芯材の表面に微細パターンが形成された鋳型を製造すると共にメッキによりそのパターンに金属を充填し、その後鋳型を除去する。好適な実施形態においては、その鋳型を、表面にレジスト層が形成された繊維状の芯材を、透光性の筒殻に非透光性のマスクパターンが形成された筒状の光リソグラフィ用マスクの筒孔に挿入すると共に、該筒殻の一部又は全部が一括照射されるように筒状マスクの外側からレーザを照射し、その後にレジスト層を現像することにより製造する。
【選択図】図７

Description

本発明はＭＥＭＳ技術に関し、特に、マイクロコイルなどの３次元微小構造体や、その製造方法に関する。

ＭＥＭＳ技術の発展により、ごく小さな３次元構造体の応用可能性に関心が高まっている。３次元マイクロ構造体が使われる技術分野の一つに、ＩＣの検査に用いるコンタクトプローブがある。従来、ＩＣの検査に用いるプローブには、極細の針や平板型バネが用いられてきた。平板型バネについては特開２００１−３４３３９７号公報に記載されている。

しかし、本来であれば、どの方向に曲げても弾性力がほぼ一様であることや、ストローク量を大きくとることが可能であることなどから、コイルバネ状のプローブを用いることが望ましい。ところが、直径が１ｍｍ以下となるような微小コイルを製造することは容易ではなく、特に、大量生産が可能な技術は存在しなかった。
特開２００１−３４３３９７号公報

本発明は、上述の微小コイルのような３次元微小金属構造体を製造するための技術を実現することを目的し、更にその発展形態においては、大量生産に適した上記３次元微小金属構造体の製造方法を実現することをも目的とする。

上述したような３次元微小金属構造体を製造する第１の方法は、非常に細い繊維状の芯材の表面に微細パターンが形成された鋳型を製造し、メッキにより該パターンに金属を充填し、最後に鋳型を除去するというものである。メッキの方法によっては、金属を充填した後、余分な金属を除去するために研磨が必要な場合がある。芯材は、エッチングにより除去可能な材質、例えば樹脂材で形成されることが好ましく、またエッチング液が内側に入り込めるように、中空の管状であることが好ましい。芯材の断面は円形又は多角形を呈し、その直径又は対角線長は、例えば数１０μｍから数１００μｍであることができる。（むろんこれに限定されない。）。

この製造方法は、鋳型が極細の繊維状であるため、非常に小さい３次元金属構造体を製造することができ、特に、上述の微小コイルのような、全体として筒状を呈し、断面の直径又は対角線長が数１０μｍ〜数１００μｍの微小構造体を製造するために適している。従って、ＩＣの検査に用いるコンタクトプローブとして理想的な形状である、コイルバネ状の微小構造体を製造することが可能である。もちろん、本発明による製造方法によって製造されうる微小構造体はコイル状のものに限らず、さまざまな３次元微小金属構造体であることができる。

鋳型を作成する方法にはいくつかあり、ナノインプリント技術を用いる方法、光リソグラフィを用いる方法、極細の芯材にこれまた極細の線を巻きつけたものを鋳型とする方法、インクジェット技術により芯材上に樹脂を吐出することによって所望のパターンを形成する方法、などを用いることができる。好適には光リソグラフィを利用する

光リソグラフィを利用する方法では、繊維状の芯材の表面にレジスト層を形成すると共に、前記レジスト層にレーザを用いて所要のパターンを描画し、その後に前記レジスト層を現像することによって、上述の鋳型を製造することができる。パターン描画工程においては、照射位置が固定されたレーザに対して芯材を軸周りに回転させたり芯材を軸方向に移動させたりしてレジスト表面への描画を行ってもよいし、レーザ照射装置の方で照射位置を移動制御して描画を行ってもよい。また、これら２つの制御を組み合わせて描画を行っても良い。１つの好ましい実施形態においては、表面にレジスト層が形成された繊維状の芯材を、透光性の筒殻に非透光性のマスクパターンが形成された筒状の光リソグラフィ用マスクの筒孔に挿入すると共に、筒殻の一部又は全部が一括照射されるように筒状マスクの外側からレーザを照射する。この実施態様では、レジスト層の広い領域に亘ってパターンを一度に描画することができ、鋳型の製造速度を速めることができる。

これらの製造方法を大量生産に適合させるためには、メッキ工程・研磨工程・鋳型除去工程を、多数の鋳型に対して同時に行うことが好ましい。

３次元微小金属構造体を製造する第２の方法は、インクジェット技術を利用した方法であり、繊維状の芯材の表面に、所要の立体構造が形成されるようにインクジェット技術を用いて金属を吐出する工程と、前記芯材を除去する工程とを有する。

本発明の好ましい実施形態の一つは、次のような３次元微小金属構造体の製造方法である。この製造方法は、
繊維状の芯材を融解したレジストに潜通させることにより前記芯材にレジスト層を形成する第一工程と、
前記第一工程を終えた前記芯材の部分を、透光性の筒殻に非透光性のマスクパターンが形成された筒状の光リソグラフィ用マスクの筒孔内へ導引すると共に、前記筒殻の一部又は全部が一括照射されるように前記筒状マスクの外側からレーザを照射する第二工程と、
前記第二工程を終えた前記芯材部分のレジスト層を現像する第三工程と、
前記第三工程を終えた前記芯材部分に金属メッキを施す第四工程と、
のいずれか一つ以上を備える。好ましくは、芯材は長尺の繊維状の芯材であり、この長尺芯材を給送しつつ、その各部分に対して第一工程、第二工程、第三工程、第四工程が、この順番で行われるように構成する。（ただしこの実施形態は、いずれかの工程の最中に、芯材の給送を一時止めておくことを含むことに留意されたし。）また、第四工程（メッキ工程）の後に、余分な金属を研磨除去する研磨工程を加えてもよい。メッキ・研磨が終了した芯材は、単位部分ごとに切断され、エッチングで芯材を除去することにより、金属部分が残ってマイクロ構造体が完成する。メッキ・研磨が終了した芯材は、終了した部分から直ちに切断してもよいし、一旦リールなどに巻き取っておき、後で単位部分ごとに切断してもよい。

この実施形態によれば、長尺の芯材を給送しながら、その各部分にレジスト形成・パターン露光・現像・メッキを次々に行うため、マイクロ構造体の大量生産を行うことができる。

上述の筒状マスクは、例えば、次のような製造方法にて製造することができる。この製造方法は、ガラス・透光性ポリマーなどの透光性材料で形成された筒状の基体を準備する工程と、前記基体の外側からレーザを照射することによって前記基体の側面に所要のパターンを形成する工程と、前記形成されたパターンをメッキによってクロム・ニッケル等の金属で充填することにより、非透光性のマスクパターンとする工程とを備える。メッキ工程後に、必要ならば研磨工程を備えてもよい。また、上述の筒状基体の代わりに、筒状又は柱状の芯材の側面に透光性のレジスト層を形成したものを用いてもよい。この場合は、メッキ・研磨後に、エッチング等の手段で芯材を除去する必要がある。パターンの形成は、照射点が固定されたレーザに対して芯材を筒軸方向に平行移動及び／又は筒軸周りに回転せしめることにより、行うことができる。また、レーザの照射位置をパターンに沿って動かしてもよい。レーザ照射は、基体側面を突き抜けるまで行ってもよいし、突き抜ける手前で止めてもよい。レーザ照射を基体側面を突き抜けるまで行う場合は、マスクを筒の内面に接するまで形成することができるので、光を筒内に垂直に導き入れることが可能という利点があり、レーザ照射を基体側面を突き抜ける手前で止める場合には、筒の内面を滑らかに保つことができるという利点がある。

また上述の筒状マスクは、例えば、次のような製造方法でも製造することができる。この製造方法は、筒状又は柱状の芯材を準備する工程と、前記芯材の表面にレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層にレーザを照射することによって前記レジスト層の所要の部分を露光する工程であって、前記レジスト層において露光される部分は前記レジスト層の最深部まで露光される工程と、前記レジスト層を現像して前記レジスト層の所要の溝パターンを現出させる工程と、前記形成された溝パターンをメッキにより金属で充填する工程と、前記レジスト層を除去する工程と、前記芯材の表面を、該表面に残った金属パターンごと透光性材料で被覆する工程と、前記芯材を除去する工程をと備える。この製造方法の利点は、マスク部分を筒の内面に接して形成することができて光を筒内に垂直に導き入れることが可能であることと、製造過程の最後まで筒の内面が芯材で保護されているため、筒の内面を滑らかに仕上げることが容易であることである。

本発明は、その好ましい実施形態の一つに、上述の３次元微小金属構造体を製造する装置であって、
長尺の繊維状の芯材を給送する給送装置と、
融解したレジストを貯留すると共に、前記給送装置により給送されてくる前記芯材を前記溶解レジスト中に潜通させるレジスト槽と、
前記レジスト貯留槽の後段に設置され、透光性の筒殻に非透光性のマスクパターンが形成された筒状の光リソグラフィ用マスクを保持するマスク保持器であって、前記給送装置により給送されてくる前記芯材が前記筒状マスクの筒孔内に挿通しうる位置に前記筒状マスクを保持するマスク保持器と、
前記前記筒状マスクの筒殻の一部又は全部が一括照射されるように前記筒状マスクの外側からレーザを照射するレーザ露光装置と、
前記マスク保持器の後段に設置され、前記給送装置により給送されて前記筒状マスクから退出した前記芯材の前記レジストを現像する現像器と、
前記給送装置により給送されて前記現像器から退出した前記芯材に、金属メッキを施すメッキ器と、
を備える、製造装置を含む。

また本発明は、透光性材料で形成された筒殻と、前記筒殻に形成された非透光性のマスクパターンとを備える筒状のマスクであって、前記基体の筒孔内に被転写物を収容して前記基体の外側から露光を行う光リソグラフィの用に供するマスクを、その範囲に含む。

本発明の好ましい実施形態のあるものは、添付の特許請求の範囲に定義される。本発明は、本願明細書や特許請求の範囲、添付図面に明示的及び暗示的に開示される如何なる新規な特徴をもその範囲に包含し、また、本願明細書や特許請求の範囲、添付図面に明示的及び暗示的に開示される特徴の如何なる新規な組み合わせをも、その範囲に包含する。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、ここで例として説明する本発明による３次元微小金属構造体の製造方法によって製造される、マイクロコイル１００の概略を描いた図である。マイクロコイル１００は、図１に描かれるように全体として円筒形を呈する螺旋状のコイルバネであり、長さＬ＝１．５〜４ｍｍ、外径ｄ１＝２００〜５００μｍ、内径ｄ２＝１００〜４００μｍ、コイルの幅ｗ１，厚みｗ２，コイル間隔ｗ３はいずれも１５μｍ〜６０μｍである。マイクロコイル１００の材質は、ニッケルなどの金属であることができる。螺旋状のコイルバネは、ＩＣ検査用のコンタクトプローブとして、従来の針や平板バネよりも優れた特性を有している。なお、ここで述べられた寸法や形状・材料は、今後に述べられる寸法や形状・材料と同様に、読む者が本発明の好適な実施例によって製造されうる３次元微小金属構造体をイメージし易くするために提示された例に過ぎず、本発明は、様々な寸法・形状・材料の３次元微小金属構造体に適用しうることを留意しておく。

図２〜図７を参照しながらマイクロコイル１００の製造方法を説明する。図２は、マイクロコイル１００の製造工程のフローを示したフローチャートであり、図３は各工程の概略を描いた図である。ステップ２００は製造の開始を示す。ステップ２０２では、マイクロコイル１００の製造に用いる芯材２００を準備する。芯材３００は長尺かつ極細の繊維状を呈しており、図３Ａに描かれるように、リール３０２ａに巻き取られて準備される。図４Ａには芯材の外観が拡大されて描かれている。図４Ａに描かれるように、芯材３００は、断面が直径１００〜４００μｍの円形を呈しており、その中心部分は３００ａに示されるように中実（内部が詰まっている）か、３００ｂに示されるように中空（内部が空洞になっている）のいずれかである。芯材は後にエッチングにより溶解されねばならないので、エッチング液が芯材の内部に進入して芯材を内部から溶かしうるという点からは、３００ｂのような中空の材料の方が優れている。芯材３００のような長尺且つ中空の極細繊維は、例えば光ファイバーに用いられるプラスチックファイバーとして既に実現されており、芯材３００としても、かかるプラスチックファイバーを採用することができる。

ステップ２０４では、リール３０２ａが回転することにより、芯材３００がリール３０２ａから送り出される。芯材３００が送り出される先には、融解したレジストを貯留するレジスト貯留槽３０４が設けられる。リール３０２ａが回転することによりリール３０２ａから送り出された芯材３００は、ステップ２０６においてレジスト貯留槽３０４に通され、融解したレジストの中を潜らせられることにより、その表面にレジストが付着せしめられる（図３Ｂ参照）。このようにして表面にレジスト層３０６が形成された芯材３００が、図４Ｂに拡大して描かれている。レジスト貯留槽３０４を通過した芯材３００は、その後、別のリール３０２ｂに巻き取られる。

ステップ２０８では、リール３０２ａがさらに回転することにより、表面にレジスト層３０６が形成された芯材３００の部分が、円筒状のマスク３０８の筒孔内へと導かれる（図３Ｃ）。マスク３０８は光リソグラフィ用のマスクであって、ガラスや透光性ポリマーなどの透光性材料で形成される筒殻３０８ａに、ニッケルやクロムなどの金属で形成される螺旋状のマスクパターン３０８ｂを有している。マスク３０８の拡大図が図５Ａに示されている。そのサイズは製造するマイクロコイルの全長に合わせて変わり、例えば、全長Ｌ＝１．５〜４ｍｍ、孔径ｄ＝２００〜５００μｍなどとすることができる。（むろんこれらの数値は例示に過ぎず、より大きくも小さくもなりうる。）マスク３０８は、芯材３００がその筒孔内へ挿通しうる位置に、図示されないマスク保持器によって予め保持されている。

ステップ２１０は露光工程であり、まず、ステップ２０８においてリール３０２ａによって給送されることにより、露光が行われる芯材３００の部分が円筒状のマスク３０８の筒孔内にセットされる。この様子は図５Ｂに描かれている。そして図５Ｃに描かれるように、筒殻３０８ａ越しに、芯材３００のレジスト層３０６へ露光が行われる。露光はＵＶレーザを用いて行うことができる。露光時間を短縮するため、筒殻３０８ａの一部又は全部を一括照射できるように、露光装置を構成することが好ましい。

マイクロコイル１００の厚さを揃えるためには、レジスト層の最深部まで露光が行われることが好ましいため、露光はオーバー露光になるように調節されるが好ましい（図５Ｄ参照）。図５Ｄにおいて、露光された箇所が符号３０６ａで示されているが、３０６ａで示される箇所が、レジスト層３０６の表面から芯材３００の表面まで達していることが分かる。なお、露光中はリール３０２ａや３０２ｂの回転を止め、露光が行われている芯材３００の部分がマスク３０８の孔内から動かないようにすることが好ましい。露光が終わったら、リール３０２ａや３０２ｂを動かし、露光された芯材３００の部分を孔内から出す。すると、図５Ｅに描かれるように、レジスト層３０６に露光された部分３０６ａが螺旋状に形成されている。

露光工程を終えた芯材３００の部分はさらに給送され（ステップ２１２）、現像処理部３１０へと送られる（図３Ｄ）。現像処理部３１０では、露光が終わったレジスト層の部分が現像される（ステップ２１４）。現像前と現像後の芯材３００の様子が図６Ａと図６Ｂにそれぞれ拡大されて描かれている。現像後は、図６Ｂに描かれるように、露光されたレジスト層の部分３０６ａが除去されて、芯材３００の表面まで達する深さを有する微細な螺旋状の溝３０６ｂが形成される。螺旋状の溝３０６ｂが形成された繊維状の芯材３００の部分はマイクロコイル１００の鋳型となる。なお、ここで説明されたリソグラフィはネガ型の方式であるが、むろん、ポジ型のリソグラフィを用いてレジスト層に所要のパターンを形成してもよい。

現像工程を終えた芯材３００の部分はさらに給送され（ステップ２１６）、メッキ処理部３１２へと送られる（図３Ｅ）。メッキ処理部３１２では、現像が終わった芯材３００の部分をメッキすることにより、螺旋状の溝３０６ｂをニッケル６００で充填する（ステップ２１８）。図６Ｃにメッキされた芯材３００の部分の拡大図が示されている。メッキされた芯材３００の部分はさらに給送され（ステップ２２０）、研磨処理部３１４へと送られる（図３Ｆ）。研磨処理部３１４では、レジスト３０６上に析出した余分なニッケルが研磨により除去される（ステップ２２２）。余分なニッケルが除去された芯材３００の部分が図６Ｄに描かれている。

研磨工程を終えると、芯材３００はさらに給送され（ステップ２２４）、所要の長さに切断され（ステップ２２６）、芯材３００やレジスト３０６がエッチングにより除去される（ステップ２２８）。上述のように芯材３００が中空の管状であると、エッチング液が芯材３００の内部からも芯材３００を溶かすので、芯材３００の除去を早く行うことができて好ましい。レジスト３０６や芯材３００が除去されると、ステップ２１８及びステップ２２２で形成されたニッケル構造のみが残り、マイクロコイル１００が完成する（ステップ２３０、図６Ｅ）。

図３では、リール３０２ａからリール３０２ｂの間に、レジスト層形成、露光、現像、メッキ、研磨の各工程を一つずつしか描かれていないが、これらの工程を連続的に行うように製造装置及び製造工程を構成できることはもちろんである。かかる実施形態が図７に描かれており、芯材３００がリール３０２ａから３０２ｂまで給送される間に、図３において説明されたレジスト貯留槽３０４やマスク３０８（露光部）、現像処理部３１０、メッキ処理部３１２、研磨処理部３１４を、芯材３００が順に通過するように構成されている。従って、図７に描かれる実施形態では、長尺の芯材３００を給送しつつ、その各部分に対して上記の工程を次々に行うことが可能であり、マイクロコイル１００の大量生産を行うために適している。

さらに、図７に描かれる実施形態では、研磨処理が行われた芯材３００は、一旦リール３０２ｂに巻き取られるため、後でリール３０２ｂから取り外して所要の長さに裁断するという工程が必要となるが、研磨工程２２２の後にリール３０２ｂに巻き取らず、直ちに裁断するように製造装置及び製造工程を構成することもできる。裁断した芯材３００は、多数をまとめてエッチングすることにより、一度に大量のマイクロコイル１００を製造することができる。

次に、上述のマスク３０８の製造方法の例を説明する。上述のように、マスク３０８は、透光性材料で形成された筒状の基体に非透光性のマスクパターンが螺旋状に形成された、筒状の光リソグラフィ用マスクであるが、かかるマスクとして、マスクパターンが筒状基体の外側に形成されたもの（図８Ａ参照）や、マスクパターンが筒状基体の内側に形成されたもの（図８Ｂ参照）、マスクパターンが筒殻を貫通して形成されたものなどを用いることができる。

図８Ａはマスク３０８の一例であるマスク８０２の概略を描いたものである。マスク８０２は、透光性材料で形成された筒状の基体８０４の表面外側に、ニッケル・クロムなどの金属で形成された螺旋状の非透光性パターン８０６が形成された、光リソグラフィ用のマスクであり、筒孔内に被転写物を収容して基体の外側から露光を行うように用いられる。マスク８０２のサイズの一例は、全長１．５〜４ｍｍ、孔径２００〜５００μｍ、筒殻の厚さ４０〜８０μｍである。むろんこれらの数値は例示に過ぎず、実施形態によってはこれより大きくも小さくもなりうる。

図９及び図１０を用いてマスク８０２の製造方法の例を説明する。図９はマスク８０２の製造方法をフローチャートで示し、図１０は図９に示される各工程を図示している。９００は製造の開始を示す。ステップ９０２は、マスク８０２の基体８０４を準備する工程を示す。基体８０４は、図１０Ａに描かれるように、ガラスや透光性ポリマーなどの透光性材料で形成された円筒状の構造物である。ステップ９０４では、基体８０４の外側からレーザを照射することによって、基体８０４の表面に螺旋状の溝を形成していく。この様子が図１０Ｂに描かれている。基体８０４は、筒軸方向に平行移動させうると共に筒軸周りに回転させうる保持器に固定されており、レーザ１００２は照射点が固定されている。そして、基体８０４を符号の１００４の方向に回転させると共に符号１００６の方向に移動させつつレーザ１００２を照射することにより、基体８０４の表面に螺旋状の溝１００８を形成する。

ステップ９０６はメッキ工程であり、溝１００８をニッケルやクロムなどの金属で充填する。この様子は図１０Ｃに描かれている。ステップ９０８は研磨工程であり、基体８０４の表面に残った余分な金属が研磨除去される。この様子は図１０Ｄに描かれている。研磨工程を終えるとマスクの完成であり（ステップ９１０）、図１０Ｄや図８Ａに描かれるようなマスク８０２が完成する。

上で説明された例では、ステップ９０４において、溝１００８を基体８０４の内面まで達しない深さに形成していたが（図１０Ｃ参照）、これを基体８０４の側面を突き抜けるように形成してもよい。かかる実施形態の場合、非透光性部分を基体８０４の内面に達する深さまで形成することができるので、照射するＵＶ光が基体８０４の内面で乱反射することを完全に防ぐことができる。しかし一方、メッキのやり方によっては基体８０４の内面にも金属が析出してしまう可能性があるので、メッキ工程（ステップ９０６）の前に基体８０４の円筒内を適当な樹脂などで充填し、メッキ時に基体８０４の内面に金属が析出することを防止するように構成してもよい。また、基体の８０４の代わりに、初めから筒状又は柱状の芯材の側面に透光性の表層を形成した基体を用いてステップ９０２〜９０８に係る工程を行い、最後に芯材を除去するように構成しても良い。

次に、図８Ｂに概略的に描かれるマスク８１２について説明する。マスク８１２は前述のマスク３０８の一形態であり、マスク８０２と同様に、透光性材料で形成された筒状の基体８１４に螺旋状の非透光性パターン８１６を有する、光リソグラフィ用のマスクである。マスク８０２と異なるところは、マスク８０２のマスクパターンは円筒側面の外側に面して形成されていたのに対し、マスク８１２のマスクパターン８１６は、円筒側面の内側に面して形成されているところである。このためマスク８１２は、マスク８０２に比べ、露光時にマスク内面での光の乱反射が少ないという利点がある。一方マスク８０２は、マスク８１２に比べ、製造が簡単だという利点がある。

図１１及び図１２を用いてマスク８１２の製造方法の例を説明する。図１１はマスク８１２の製造方法をフローチャートで示し、図１２は図１０に示される各工程を図示している。ステップ１１００は製造の開始を示す。ステップ１１０２はマスク８１２の製造に用いられる芯材１２００を準備する工程である。芯材１２００は、断面が円形となる中実又は中空の棒状の構造物であり、ここで説明する例においては、図１２Ａに描かれるように、全長１．５〜４ｍｍ、直径２００〜５００μｍ程度の大きさを有する。（むろん例示に過ぎない。）芯材１２００は製造工程の最後に除去されねばならないので、エッチングにより溶解可能な材質で作られる。ステップ１１０４では、芯材１２００の円筒側面に既知の方法でレジスト層１２０２が形成される。レジスト層１２０２が形成された芯材１２００が図１２Ｂに描かれている。ここで説明する例においては、図１２Ｂに描かれるように、レジスト層１２０２の厚さは４０〜８０μｍに形成される。

ステップ１１０６では、レジスト層１２０２の外側からレーザを照射することによって、レジスト層１２０２の表面を螺旋状に露光していく。この様子が図１２Ｃに描かれている。ここでも、図１０Ｂのように、レーザ１２０４に対して芯材１２００を筒軸周りに回転させつつ筒軸方向に平行移動させることで、レジスト層１２０２を螺旋状に露光することができる。このとき、レジスト層の最深部、すなわちレジスト層が芯材１２００に接する部分まで露光されるように、露光を行うことが必要である。

ステップ１１０８は現像工程であり、露光されたレジスト層の部分が除去されて、螺旋状の溝パターン１２０７を現出させる。ステップ１１０６においてレジスト層の最深部まで露光しているため、形成された溝パターン１２０７の底部には芯材１２００が露出している。この様子が図１２Ｄに描かれている。なお、ポジ型のリソグラフィを用いて所要の溝パターンを形成してもよいことはもちろんである。

ステップ１１１０はメッキ工程であり、溝パターン１２０７をニッケルやクロムなどの金属１２０８で充填する。この様子は図１２Ｅに描かれている。ステップ１１１２は研磨工程であり、レジスト層１２０２に析出した余分な金属が研磨除去される。この様子は図１２Ｆに描かれている。ステップ１１１４ではレジスト層１２０２が除去され、芯材１２００の表面には螺旋状の金属パターン１２０８が残るのみとなる。この様子が図１２Ｇに描かれている。

ステップ１１１６では、芯材１２００の表面を、金属パターン１２０８ごと透光性材料１２１０で被覆する。この様子が図１２Ｈに描かれている。透光性材料１２１０としては、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの透光性のポリマーを用いることができる。最後にステップ１１１８では、エッチングなどにより芯材１２００が除去され、透光性の円筒殻の内側に螺旋状の非透光性のマスクパターンが形成された、筒状のマスク８１２が完成する（図１２Ｉ）。

次に、図１に描かれるマイクロコイル１００の先端形状を、コイル本体と同時に形成する方法の一例について説明する。マイクロコイルをＩＣ検査用のコンタクトプローブとして用いる場合、その先端部分は、単に針型や平坦型とするよりも、ギザギザの形状としたり中心部が窪んだ逆円錐形としたりした方が、ＩＣ上の電極パッドとマイクロコイルとの接触性が向上する。そこで、大量生産性に優れたやり方で、マイクロコイル１００にかかる先端形状を形成することができれば好ましい。

図１３は、かかる製造方法の一例の概略を説明するための図である。図１３Ａは、マイクロコイルを形成するための第１の鋳型１３００を概略的に示している。第１の鋳型１３００は、マイクロコイルのコイル部分を形成するための螺旋状の鋳型がその側表面に形成された、筒状又は柱状の母材から作られており、例えば、図２〜図７を用いて説明した製造方法において、ステップ２１４の現像工程を経た芯材３００（図６Ｂ参照）をメッキせずに所定長さに切断したものを用いることができる。図１３Ｂに概略的に描かれる平板１３０２は、その表面にこれから製造するマイクロコイルの先端部の形状を形成するための鋳型部１３０３が複数個形成された、第２の鋳型である。図示されるように、それぞれの鋳型部１３０３には、第１の鋳型１３００が、その先端部が鋳型部１３０３の中心に置かれた状態で立設せしめられている。図１３Ｂに描かれる状態から、第１の鋳型１３００及び第２の鋳型１３０３をニッケル等の金属でメッキし、研磨により鋳型上に析出した余分な金属を除去すると、図１３Ｃに描かれる状態になる。鋳型１３００の螺旋状の構造や鋳型部１３０３の先端形状の鋳型に、金属１３０４が充填されていることが分かる。図１３Ｃの状態から、鋳型１３００や平板１３０２をエッチングなどにより除去すると、図１３Ｄに描かれるように、金属１３０４が残り、螺旋状のコイルが先端形状と共に一体形成される。

図１３Ｂでは鋳型１３００が３つしか描かれていないが、実際にはもっと多くの鋳型１３００を、やはり多数の鋳型部１３０３が形成された平板１３０２上に設置することができる。そして、それらを同時にメッキ・研磨・鋳型除去することにより、多数のマイクロコイルをその先端形状ごと同時に製造することができる。このように、図１３を用いて説明した製造方法は、先端形状を一体形成しながら、多数のマイクロコイルを同時に製造できるという利点を有している。

以上、本発明をより深く理解しうるように本発明の実施形態を例を用いて説明したが、本発明は、ここで説明された例に限られるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な実施形態を取りうるものであることは言うまでもない。例えば、上述の例で製造されたコイルバネや、製造に用いられた芯材、マスクなどは、全て断面が円形となる管状の構造物であったが、実施形態によっては、これらは断面が矩形など任意の多角形であったり楕円形であったりする管状構造物である場合がある。（芯材は中実のものであってもよい。）

また、本発明による３次元微小金属構造体の好適な製造方法は、繊維状の芯材の表面に微細パターンが形成された鋳型を製造する工程と、メッキにより前記パターンに金属を充填する工程と、前記鋳型を除去する工程とを有するものであるが、この鋳型を製造する方法は、上述の方法によるものだけではなく、ナノインプリント技術を用いる方法、極細の芯材にこれまた極細の線を巻きつけたものを鋳型とする方法、インクジェット技術により芯材上に樹脂を吐出することによって所望のパターンを形成する方法、などを用いることもできる。

ナノインプリント技術を用いる方法においては、断面が円形状を呈する繊維状の芯材の表面に転写層を被膜形成すると共に、前記転写層が形成された前記芯材を、微細パターンが形成された平板金型に押し付けながら前記金型上で転動させることにより、円筒側面に当該金型のパターンが転写された鋳型を製造することができる。

また、断面が円形又は多角形を呈する繊維状の芯材に、径又は対角線長が前記芯材よりも小さな糸状物を巻き付けることによって、鋳型を製造してもよい。この方法で製造される鋳型は、鋳型が螺旋を巻くように形成されるため、コイル状の構造物を製造するための鋳型として適している。この鋳型にメッキを施すと、糸のない部分に金属が充填されるので、メッキ後に芯材及び糸を除去すれば、小さなコイル状の金属構造体を得ることができる。さらに、繊維状の芯材の表面に、インクジェット技術を用いて所要のパターンが形成されるように樹脂を吐出することによって、鋳型を製造してもよい。

本発明による製造方法の一例によって製造されるマイクロコイルの外観図 マイクロコイル１００の製造工程のフローチャート 図２における各工程の概要図 マイクロコイル１００の製造に用いられる芯材及びレジスト層形成工程の概要図 マイクロコイル１００の製造における露光工程の概要図 マイクロコイル１００の製造における残りの工程の概要図 マイクロコイル１００の製造工程の一実施態様の概要図 マイクロコイル１００の製造に用いられる光リソグラフィ用マスクの実施形態の例図 マスク８０２の製造方法のフローチャート 図９における各工程の概要図 マスク８１２の製造方法のフローチャート 図１１における各工程の概要図 本発明による、３次元微小構造体の先端形状を一体形成する製造方法の説明図

符号の説明

１００ マイクロコイル
３００ 芯材
３０２ａ リール
３０２ｂ リール
３０４ レジスト貯留槽
３０６ レジスト層
３０６ａ レジスト層３０６において露光された部分
３０６ｂ 溝
３０８ マスク
３０８ａ 筒殻
３０８ｂ マスクパターン
３１０ 現像処理部
３１２ メッキ処理部
３１４ 研磨処理部
８０２ マスク
８０４ 基体
８０６ 非透光性パターン
８１２ マスク
８１４ 基体
８１６ 非透光性パターン
１００２ レーザ
１００８ 溝
１２００ 芯材
１２０２ レジスト層
１２０４ レーザ
１２０７ 溝パターン
１２０８ 金属パターン
１２１０ 透光性材料
１３００ 鋳型
１３０２ 平板
１３０３ 鋳型部
１３０４ 金属

Claims (18)

1. ３次元微小金属構造体を製造する方法であって、繊維状の芯材の表面に微細パターンが形成された鋳型を製造する工程と、メッキにより前記パターンに金属を充填する工程と、前記鋳型を除去する工程とを有する製造方法。
2. 前記鋳型は、断面が円形状を呈する繊維状の芯材の表面に転写層を被膜形成すると共に、前記転写層が形成された前記芯材を、微細パターンが形成された平板金型に押し付けながら前記金型上で転動させることにより製造される、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記鋳型は、繊維状の芯材の表面にレジスト層を形成すると共に、前記レジスト層にレーザを用いて所要のパターンを描画し、その後に前記レジスト層を現像することによって製造される、請求項１に記載の製造方法。
4. 前記鋳型は、表面にレジスト層が形成された繊維状の芯材を、透光性の筒殻に非透光性のマスクパターンが形成された筒状の光リソグラフィ用マスクの筒孔に挿入すると共に、前記筒殻の一部又は全部が一括照射されるように前記筒状マスクの外側からレーザを照射し、その後に前記芯材を前記筒状マスクから引き出して前記レジスト層を現像することにより製造される、請求項１に記載の製造方法。
5. 前記鋳型は、繊維状の芯材に、径又は対角線長が前記芯材よりも小さな糸状物を巻き付けることによって製造される、請求項１に記載の製造方法。
6. 前記鋳型は、繊維状の芯材の表面に、インクジェット技術を用いて所要のパターンが形成されるように樹脂を吐出することによって製造される、請求項１に記載の製造方法。
7. 前記芯材は中空の管状である、請求項１から７のいずれかに記載の製造方法。
8. ３次元微小金属構造体を製造する方法であって、繊維状の芯材の表面に、所要の立体構造が形成されるようにインクジェット技術を用いて金属を吐出する工程と、前記芯材を除去する工程とを有する製造方法。
9. ３次元微小金属構造体を製造する方法であって、
   繊維状の芯材を融解したレジストに潜通させることにより前記芯材にレジスト層を形成する第一工程と、
   前記第一工程を終えた前記芯材の部分を、透光性の筒殻に非透光性のマスクパターンが形成された筒状の光リソグラフィ用マスクの筒孔内へ導引すると共に、前記筒殻の一部又は全部が一括照射されるように前記筒状マスクの外側からレーザを照射する第二工程と、
   前記第二工程を終えた前記芯材部分のレジスト層を現像する第三工程と、
   前記第三工程を終えた前記芯材部分に金属メッキを施す第四工程と、
   のいずれか一つ以上を備える、製造方法。
10. 前記芯材は長尺の繊維状の芯材であり、前記長尺芯材を給送しつつ、その一部分に対して前記第一工程、前記第二工程、前記第三工程、前記第四工程が、この順番で行われるように構成する、請求項９に記載の製造方法。
11. ３次元微小金属構造体の製造装置であって、
    長尺の繊維状の芯材を給送する給送装置と、
    融解したレジストを貯留すると共に、前記給送装置により給送されてくる前記芯材を前記溶解レジスト中に潜通させるレジスト貯留槽と、
    前記レジスト貯留槽の後段に設置され、透光性の筒殻に非透光性のマスクパターンが形成された筒状の光リソグラフィ用マスクを保持するマスク保持器であって、前記給送装置により給送されてくる前記芯材が前記筒状マスクの筒孔内に挿通しうる位置に前記筒状マスクを保持するマスク保持器と、
    前記前記筒状マスクの筒殻の一部又は全部が一括照射されるように前記筒状マスクの外側からレーザを照射するレーザ露光装置と、
    前記マスク保持器の後段に設置され、前記給送装置により給送されて前記筒状マスクから退出した前記芯材上の前記レジストを現像する現像処理部と、
    前記給送装置により給送されて前記現像器から退出した前記芯材に、金属メッキを施すメッキ処理部と、
    を備える、製造装置。
12. 側面にマスクパターンが形成された筒状の光リソグラフィ用マスクを製造する方法であって、
    透光性材料で形成された筒状の基体を準備する工程と、
    前記基体の外側からレーザを照射することによって前記基体の側面に所要の溝パターンを形成する工程と、
    前記形成された溝パターンをメッキによって金属で充填することにより非透光性のマスクパターンとする工程と、
    を備える製造方法。
13. 前記筒状基体の代わりに筒状又は柱状の芯材の側面に透光性の表層を形成した基体を用い、前記メッキ工程の後に前記芯材を除去する工程を有する、請求項１２に記載の製造方法。
14. 側面にマスクパターンが形成された筒状の光リソグラフィ用マスクを製造する方法であって、
    筒状又は柱状の芯材を準備する工程と、
    前記芯材の表面にレジスト層を形成する工程と、
    前記レジスト層にレーザを照射することによって前記レジスト層の所要の部分を露光する工程であって、前記レジスト層において露光される部分は前記レジスト層の最深部まで露光される工程と、
    前記レジスト層を現像して前記レジスト層の所要の溝パターンを現出させる工程と、
    前記形成された溝パターンをメッキにより金属で充填する工程と、
    前記レジスト層を除去する工程と、
    前記芯材の表面を、該表面に残った金属パターンごと透光性材料で被覆する工程と、
    前記芯材を除去する工程と、
    を備える製造方法。
15. 透光性材料で形成された筒殻と、前記筒殻に形成された非透光性のマスクパターンとを備え、筒孔内に被転写物を収容して前記基体の外側から露光を行う光リソグラフィの用に供する、筒状のマスク。
16. 請求項１２から１４のいずれかの製造方法を実行するように構成される製造装置。
17. 全体として筒状を呈する３次元微小構造体を製造する方法であって、
    前記３次元微小構造体の側面部の形状の鋳型が側表面に形成された、筒状又は柱状の第１の母材を準備する工程と、
    前記３次元微小構造体の先端部の形状の鋳型が表面に形成された、板状の第２の母材を準備する工程と、
    前記第１の母材の先端部が前記第２の母材の鋳型部に接するように、前記第１の母材を前記第２の母材に立設する工程と、
    前記側面部の形状の鋳型及び前記先端部の形状の鋳型をメッキにより充填する工程と、
    前記第１の母材及び前記第２の母材を除去する工程と、
    を備える製造方法。
18. 前記３次元微小構造体はコイル状の構造体である、請求項１７に記載の製造方法。