JP2016125072A - 金属製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細パターンを有する金属製品を高品質および高効率で製造する。【解決手段】金属製品の製造方法は、所定のパターンを有する金属製品の製造方法であって、複数の上記所定のパターンに対応する凹凸が形成された原盤を形成する工程と、上記原盤の凹凸を用いて複数の上記所定のパターンが設けられた金属製の板状部材を形成する工程と、上記金属製の板状部材の両面にフォトリソグラフィーを用いてマスクパターンを形成し、上記マスクパターンを用いてエッチングを施して個片化することにより、個々の金属製品を形成する工程とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、金属製品の製造方法に関する。

特開２０１３−６０６５０号公報（特許文献１）には、電鋳法によって形成された電鋳物からモールドを切り取る切取方法としてウエットエッチングを用いることが示されている。

特開平１１−３２６３７６号公報（特許文献２）には、電鋳法によって微細構造物を形成することが示されている。

特開２０１３−６０６５０号公報 特開平１１−３２６３７６号公報

微細パターンを有する金属製品を製造するにあたり、変形や精度低下、表面の汚れを抑制することが求められる。他方で、このような金属製品を効率よく製作することが求められる。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、微細パターンを有する金属製品を高品質および高効率で製造する方法を提供することにある。

本発明に係る金属製品の製造方法は、所定のパターンを有する金属製品の製造方法であって、複数の上記所定のパターンに対応する凹凸が形成された原盤を形成する工程と、上記原盤の凹凸を用いて複数の上記所定のパターンが設けられた金属製の板状部材を形成する工程と、上記金属製の板状部材の両面にフォトリソグラフィーを用いてマスクパターンを形成し、上記マスクパターンを用いてエッチングを施して個片化することにより、個々の金属製品を形成する工程とを備える。

１つの実施態様では、上記金属製品の製造方法において、上記金属製の板状部材を形成する工程は、電鋳法によって上記原盤の凹凸が転写された型部材を形成することと、上記原盤の凹凸が転写された上記型部材を用いて複数の上記所定のパターンが設けられた金属製の板状部材を形成することとを含む。

１つの実施態様では、上記金属製品の製造方法において、上記エッチングはウエットエッチングである。

１つの実施態様では、上記金属製品の製造方法において、上記板状部材は、上記所定のパターンが形成される比較的硬度の高い第１層と、比較的硬度の低い第２層とを有する。

１つの実施態様では、上記金属製品の製造方法において、上記原盤の凹凸は超精密加工により形成される。

本発明によれば、微細パターンを有する金属製品を高品質および高効率で製造することができる。

本発明の１つの実施の形態に係る金属製品の製造方法の各工程を示すフロー図である。 図１に示す金属製品の製造方法における原盤を示す図である。 図１に示す金属製品の製造方法における型部材の製作工程を示す図である。 図１に示す金属製品の製造方法における型部材を示す図である。 図１に示す金属製品の製造方法における電鋳品の製作工程を示す図である。 図１に示す金属製品の製造方法における型部材およびその上に形成された電鋳品を示す図である。 図１に示す金属製品の製造方法における個片化の工程を示す図（その１）である。 図１に示す金属製品の製造方法における個片化の工程を示す図（その２）である。 図７，図８に示す個片化の工程によって形成された切断部分の拡大断面図である。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。

図１は、本実施の形態に係る金属製品の製造方法の各工程を示すフロー図である。本実施の形態に係る金属製品の製造方法は、所定のパターンを有する金属製品の製造方法である。ここで、「所定のパターン」とは、典型的には「微細パターン」を意味する。「微細パターン」とは、典型的には、パターンの幅が１μｍ以上５００μｍ以下程度、パターンのピッチが１０μｍ以上１ｍｍ以下程度、パターンの深さが１μｍ以上５００μｍ以下程度のパターンを意味する。また、本実施の形態に係る金属製品の厚みは、典型的には１ｍｍ以下程度である。微細パターンの形状としては、たとえば、角錐（三角錐、四角錐など）、円錐、角錐台、円錐台、回転楕円体（真球を含む）の一部分、柱状体などが考えられる。本実施の形態に係る金属製品は、特定の用途に限定されるものではなく、光エレクトロニクス、半導体、自動車、医療、バイオなど、あらゆる分野における機能性金属部品に適用可能なものである。より具体的には、たとえば、スタンパ、コネクタの接触子、微小部分の硬度を測定するための圧子の先端部、コンタクトプローブの先端部などに金属製品は用いられる。

金属製品の用途としては、微細パターンの形状に関連づけて、たとえば次のものが挙げられる。微細パターンの形状が円錐、角錐の金属製品は次の用途に使用できる。第１に、微小な信号を印加または検出するためのコンタクトプローブとして使用できる。これらの形状は、電極表面に形成され得る絶縁層（酸化シリコンなど）を突き破って確実に微小な信号を印加または検出する際に有用である。第２に、生物（ヒトを含む）から体液を採取したり生物に薬液などを供給したりするための穿刺器具の一部として使用できる。第３に、微小部分の硬度を測定するための圧子の先端部として使用できる。微細パターンの形状が円錐台、角錐台、柱状体のものは、高電圧を印加したり大電流を供給したりして電気的な検査を行うためのコンタクトプローブとして使用できる。これらの形状は、先端面によって大面積で電極に接触するので、電気的な検査を行う際に低い接触抵抗を可能にする。

図１に示すように、本実施の形態に係る金属製品の製造方法は、複数（Ｎ個）の上記所定のパターンに対応する凹凸が形成された「原盤」を形成する工程（Ｓ１０）と、電鋳法によって上記原盤の凹凸が転写された「型部材」を形成する工程（Ｓ２１）と、「原盤」の凹凸が転写された「型部材」を用いて複数（Ｎ個）の上記所定のパターンが設けられた「金属製の板状部材」としての「電鋳品」を形成する工程（Ｓ２２）と、「電鋳品」の両面にフォトリソグラフィーを用いてマスクパターンを形成し、上記マスクパターンを用いてエッチングを施して個片化することにより、個々の金属製品を形成する工程（Ｓ３０）と、金属製品を洗浄、検査する工程（Ｓ４０）とを備える。本明細書では、「型部材」を形成する工程（Ｓ２１）と「電鋳品」を形成する工程（Ｓ２２）とを総称して「電鋳品」を形成する工程（Ｓ２０）と称する場合がある。

たとえば、原盤に凸パターンを形成した場合、型部材に転写されたパターンは凹パターンとなり（反転）、電鋳品に形成されたパターンは原盤と同じ凸パターンとなる。このように、１回の反転を介して電鋳品に凹凸パターンを形成してもよいが、２回以上の反転を介して電鋳品に凹凸パターンを形成してもよい。

上記金属製品の製造方法において、「型部材」を介さず、「原盤」を用いて直接「電鋳品」を形成してもよい。この場合、たとえば「原盤」に凹パターンを形成すれば、その凹パターンに対応した凸パターンを有する「電鋳品」が形成される。

図２は、原盤を示す図である。Ｓ１０において、原盤１０の凹凸パターン１０Ａは、たとえば公知の超精密加工により形成される。原盤１０の材料としては、たとえばステンレスなどの金属、樹脂、シリコン、レジスト材などが用いられる。

図３は、型部材の製作工程を示す図であり、図４は、製作された型部材を示す図である。Ｓ２１において、型部材２１は、たとえば公知の精密電鋳法により形成される。型部材２１に形成された凹凸パターン２１Ａは、原盤１０に形成されたものが精確に転写されたものである。型部材２１の材料としては、ニッケル、ニッケル合金、銅などが用いられる。硬度などの機械的特性は適宜調整される。

上述のとおり、原盤１０は超精密加工等により形成され、その製作には長い時間を要する。電鋳法によって型部材２１を形成することにより、原盤１０の凹凸パターン１０Ａが精確に転写された型部材を短時間で複数形成することが可能となる。この結果、金属製品の製造のリードタイムを短縮できる。

図５は、電鋳品の製作工程を示す図である。図６は、型部材およびその上に形成された電鋳品を示す図である。Ｓ２２において、電鋳品２２は、型部材２１，２１Ｂを用いた電鋳法により形成される。電鋳品２２の材料としては、ニッケル、コバルト−ニッケル合金、リン合金などが用いられる。

次に、図７，図８を用いて、本実施の形態における電鋳品２２の個片化工程について説明する。

図７に示すように、電鋳品２２の両面にレジストパターンＲを形成する。レジストパターンＲは、フォトリソグラフィーを用いて形成される。フォトリソグラフィーに用いるマスクとしては、ガラスマスクまたはフィルムマスクなどが用いられる。レジストパターンＲとしては、フィルムレジストまたは液状レジストなどが用いられる。ポジ型とするかネガ型とするかは適宜選択される。個片化の際の切断部に対するレジストパターンＲの開口部の幅（Ｗ）は、たとえば０．１ｍｍ以上程度である。

電鋳品２２は、比較的硬度の高い第１層２２Ａ（たとえばビッカース硬度：ＨＶ６００）と、比較的硬度の低い第２層２２Ｂ（たとえばビッカース硬度：ＨＶ３００）とを含む。微細パターン２２Ｃは、第１層２２Ａ上に形成されている。

図７に示す電鋳品２２をエッチング液に浸すことにより（ウエットエッチング）、図８に示すように、両面ともにレジストパターンＲが形成されていない切断部３１において電鋳品２２が切断されて、個片化された金属製品３０が形成される。エッチング液としては、金属を溶融する液（たとえば塩化第二鉄溶液など）が用いられる。

図９は、切断部３１の拡大断面図である。図９に示すように、切断部３１においては、電鋳品２２の両面にレジストパターンＲが形成されていないため（図７参照）、電鋳品２２をエッチング液に浸すことにより、両側から電鋳品２２が溶かされ、金属製品の両面側に凹部３２が形成されている。

金属製品３０の個片化工程にウエットエッチングを用いることにより、個片化工程において金属製品３０に歪みなどの変形が生じにくい。また、図７に示すように、微細パターン２２Ｃ上にレジストパターンＲを形成した状態でフォトリソグラフィーおよびウエットエッチングを行なっているため、微細パターン２２Ｃを変形や汚れ等から確実に守ることが可能である。

本実施の形態に係る金属製品の製造方法は、「超精密微細加工（原盤）」＋「精密電鋳法（型部材）」＋「ウエットエッチング（個片化）」の３工程を組み合わせた点を１つの特徴とするものである。超精密微細加工により、寸法精度および位置精度の高い微細パターンの加工が可能となる。精密電鋳法により、効率的な量産加工が可能となる。ウエットエッチングにより、金属製品の歪みが抑制された個片化処理を短時間で行なうことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態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。

１０ 原盤、１０Ａ 凹凸パターン、２１ 型部材、２１Ａ 凹凸パターン、２１Ｂ 型部材、２２ 電鋳品、２２Ａ 第１層、２２Ｂ 第２層、２２Ｃ 微細パターン、３０ 金属製品、３１ 切断部、３２ 凹部、Ｒ レジストパターン。

Claims (5)

1. 所定のパターンを有する金属製品の製造方法であって、
   複数の前記所定のパターンに対応する凹凸が形成された原盤を形成する工程と、
   前記原盤の凹凸を用いて複数の前記所定のパターンが設けられた金属製の板状部材を形成する工程と、
   前記金属製の板状部材の両面にフォトリソグラフィーを用いてマスクパターンを形成し、前記マスクパターンを用いてエッチングを施して個片化することにより、個々の金属製品を形成する工程とを備えた、金属製品の製造方法。
2. 前記金属製の板状部材を形成する工程は、
   電鋳法によって前記原盤の凹凸が転写された型部材を形成することと、
   前記原盤の凹凸が転写された前記型部材を用いて複数の前記所定のパターンが設けられた金属製の板状部材を形成することとを含む、請求項１に記載の金属製品の製造方法。
3. 前記エッチングはウエットエッチングである、請求項１または請求項２に記載の金属製品の製造方法。
4. 前記板状部材は、前記所定のパターンが形成される比較的硬度の高い第１層と、比較的硬度の低い第２層とを有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の金属製品の製造方法。
5. 前記原盤の凹凸は超精密加工により形成される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属製品の製造方法。
   

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