JP3032018B2 - 型インサートの製造方法 - Google Patents
型インサートの製造方法Info
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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- C25D1/003—3D structures, e.g. superposed patterned layers
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- G03F7/09—Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers
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- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は請求項１の前提部による型インサートの製造
方法に関する。
方法に関する。
型取り方法、たとえば射出成形及び熱変形により、熱
可塑性プラスチックからなるマイクロ構造体は数多くか
つ廉価な価格で製造される。この型取り方法の場合の付
形する材料は型インサートであり、この型インサートが
高温でプラスチックと接触される。従って、型取りによ
り製造されたマイクロ構造体のレリーフは型インサート
の表面の３次元的形状によりほぼ決定される。
可塑性プラスチックからなるマイクロ構造体は数多くか
つ廉価な価格で製造される。この型取り方法の場合の付
形する材料は型インサートであり、この型インサートが
高温でプラスチックと接触される。従って、型取りによ
り製造されたマイクロ構造体のレリーフは型インサート
の表面の３次元的形状によりほぼ決定される。
トラヴェミュンデ（Travemuende）で1992年に開催さ
れたMEMS′92の会議の議事録からの著者M.Harmening e
t.al.の論文「LIGAプロセスによる３次元マイクロ構造
の成形（Molding of Threedimensional Microstructure
s by The LIGA Process）」において、多数の構造体レ
ベルを有する型インサートの製造方法が記載されてい
る。この方法の場合、まずＸ線による深いリソグラフィ
ー及びニッケルの電気メッキによる析出により型インサ
ートを製造しており、この型インサートはPMMAからなる
１段のマイクロ構造体を製造するために用いている。PM
MAからなるこの１段のマイクロ構造体は、次にＸ線によ
る深いリソグラフィーにより構造形成し、それによりも
う１つの構造体レベルが生じる。このマイクロ構造体か
ら新たにニッケルの電気メッキによる析出によって２つ
の構造体レベルを有する型インサートが製造される。こ
の方法を繰り返し適用することにより著しく小さな構造
体の寸法を有する複雑に成形された型インサートを製造
することができる。しかしながらこの方法の場合の次点
は、製造のためにシンクロトロンによる多数の照射が必
要なことである。それにより製造コストは比較的高くな
る。
れたMEMS′92の会議の議事録からの著者M.Harmening e
t.al.の論文「LIGAプロセスによる３次元マイクロ構造
の成形（Molding of Threedimensional Microstructure
s by The LIGA Process）」において、多数の構造体レ
ベルを有する型インサートの製造方法が記載されてい
る。この方法の場合、まずＸ線による深いリソグラフィ
ー及びニッケルの電気メッキによる析出により型インサ
ートを製造しており、この型インサートはPMMAからなる
１段のマイクロ構造体を製造するために用いている。PM
MAからなるこの１段のマイクロ構造体は、次にＸ線によ
る深いリソグラフィーにより構造形成し、それによりも
う１つの構造体レベルが生じる。このマイクロ構造体か
ら新たにニッケルの電気メッキによる析出によって２つ
の構造体レベルを有する型インサートが製造される。こ
の方法を繰り返し適用することにより著しく小さな構造
体の寸法を有する複雑に成形された型インサートを製造
することができる。しかしながらこの方法の場合の次点
は、製造のためにシンクロトロンによる多数の照射が必
要なことである。それにより製造コストは比較的高くな
る。
1994年にピサ（Pisa）で開催されたマイクロ・メカニ
ックス・ヨーロッパ′94（Micro Mechanics Europe′9
4）会議の研究集会の要約からJ.Fahrenberg et.al.の論
文「熱可塑性成形により製造されたマイクロバルブシス
テム（Microvalve System Fabricated by Thermoplasti
c Molding）」の178〜181頁において、型取りにより製
造されたマイクロバルブシステムが記載されており、こ
の製造のために４つの構造体レベルを備えた型インサー
トが使用されている。この型インサートは真鍮プレート
を精密切削技術により加工することにより製造された。
しかしながらこの方法の欠点は、たとえば使用される最
小のフライスヘッドが約300μｍの直径を有し、そのヘ
ッドにより特定の最小寸法が付与されるために小さな構
造体を製造することができない。
ックス・ヨーロッパ′94（Micro Mechanics Europe′9
4）会議の研究集会の要約からJ.Fahrenberg et.al.の論
文「熱可塑性成形により製造されたマイクロバルブシス
テム（Microvalve System Fabricated by Thermoplasti
c Molding）」の178〜181頁において、型取りにより製
造されたマイクロバルブシステムが記載されており、こ
の製造のために４つの構造体レベルを備えた型インサー
トが使用されている。この型インサートは真鍮プレート
を精密切削技術により加工することにより製造された。
しかしながらこの方法の欠点は、たとえば使用される最
小のフライスヘッドが約300μｍの直径を有し、そのヘ
ッドにより特定の最小寸法が付与されるために小さな構
造体を製造することができない。
本発明の課題は、一方で複雑な３次元の形状を有し、
他方で著しく小さい構造体を有する型インサートの製造
方法を提供することにある。
他方で著しく小さい構造体を有する型インサートの製造
方法を提供することにある。
この課題は、請求項１に記載された特徴部により解決
される。従属形式請求項はこの方法の有利な実施態様を
表す。
される。従属形式請求項はこの方法の有利な実施態様を
表す。
本発明は次に参考例及び実施例を用いて図１〜６につ
いて詳説される。この場合、各図面は個々の方法工程を
示す。
いて詳説される。この場合、各図面は個々の方法工程を
示す。
参考例において、Ｘ線放射に感光しない層及びＸ線放
射により感光するレジスト層を備えてある支持体のフラ
イス削りにより型インサートを製造することが記載され
ている。
射により感光するレジスト層を備えてある支持体のフラ
イス削りにより型インサートを製造することが記載され
ている。
銅からなる支持体１上にエポキシ樹脂からなる500μ
ｍの厚さの層２を設置した。マグネトロンスパッタリン
グにより、その上に約100nmの厚さの導電性の金層３を
設置し、その上に300μｍの厚さのポリメチルメタクリ
レート（PMMA）からなる層４を設置し重合させた。この
積層物を300μｍの直径を有するフライスヘッドを用い
て精密切削技術により加工し、一部の箇所で全ての材料
が削り取られ、空所５が生じる。この材料の削り取りは
銅１の表面内へ約20μｍの深さまで行われ、それにより
支持体１の一定の起伏にも関わらず導電性表面がくまな
く露出されることが保障される。Ｘ線による深いリソグ
ラフィーの公知方法を用いて、PMMAからなる層４はフラ
イス削りされた構造体に関して位置調整してシンクロト
ロンを用いたＸ線の放射によってマスクを介して照射さ
れ、照射された箇所を現像溶液中で溶解させ、その結果
空所６がPMMA内に生じ、金属３の導電性表面が露出し
た。エポキシ樹脂２はその化学的組成に基づきＸ線の照
射及び現像溶液の作用により除去されない（図１参
照）。
ｍの厚さの層２を設置した。マグネトロンスパッタリン
グにより、その上に約100nmの厚さの導電性の金層３を
設置し、その上に300μｍの厚さのポリメチルメタクリ
レート（PMMA）からなる層４を設置し重合させた。この
積層物を300μｍの直径を有するフライスヘッドを用い
て精密切削技術により加工し、一部の箇所で全ての材料
が削り取られ、空所５が生じる。この材料の削り取りは
銅１の表面内へ約20μｍの深さまで行われ、それにより
支持体１の一定の起伏にも関わらず導電性表面がくまな
く露出されることが保障される。Ｘ線による深いリソグ
ラフィーの公知方法を用いて、PMMAからなる層４はフラ
イス削りされた構造体に関して位置調整してシンクロト
ロンを用いたＸ線の放射によってマスクを介して照射さ
れ、照射された箇所を現像溶液中で溶解させ、その結果
空所６がPMMA内に生じ、金属３の導電性表面が露出し
た。エポキシ樹脂２はその化学的組成に基づきＸ線の照
射及び現像溶液の作用により除去されない（図１参
照）。
電気的絶縁層４をフォトリソグラフィー又はエレクト
ロンリソグラフィーにより構造形成可能な材料から製造
し、かつそれぞれのリソグラフィー法により構造形成す
ることも、電気的絶縁層２がそれぞれの方法により構造
形成できない場合には可能である。フォトリソグラフィ
ーによる構造形成のためにはたとえばAZ−塗料及びポリ
イミドが適しており、エレクトロンリソグラフィーにお
いてはPMMA−ベースの層が使用される。絶縁層４の上方
に、他の方法により構造形成可能なもう１つの層を設置
することも可能である。たとえばＸ線による深いリソグ
ラフィーにより構造形成可能な層４上にAZ−塗料を設置
し、フォトリソグラフィーにより構造形成し、その後で
層４をＸ線による深いリソグラフィーにより構造形成さ
せることもできる。
ロンリソグラフィーにより構造形成可能な材料から製造
し、かつそれぞれのリソグラフィー法により構造形成す
ることも、電気的絶縁層２がそれぞれの方法により構造
形成できない場合には可能である。フォトリソグラフィ
ーによる構造形成のためにはたとえばAZ−塗料及びポリ
イミドが適しており、エレクトロンリソグラフィーにお
いてはPMMA−ベースの層が使用される。絶縁層４の上方
に、他の方法により構造形成可能なもう１つの層を設置
することも可能である。たとえばＸ線による深いリソグ
ラフィーにより構造形成可能な層４上にAZ−塗料を設置
し、フォトリソグラフィーにより構造形成し、その後で
層４をＸ線による深いリソグラフィーにより構造形成さ
せることもできる。
エポキシ樹脂層２の代わりに、層４に関して実施され
るリソグラフィーによる構造形成プロセスに影響を及ぼ
さない非導電性材料を使用することもできる。このため
には機械的に良好に加工することができ、支持体１上に
良好に設置することができ、支持体上で良好に付着しか
つ高い機械的耐久性を有する材料が特に適している。こ
の目的に適しているのはたとえばエポキシフェノール樹
脂、ポリオキシドメチレン、ポリスルホン、ポリカーボ
ネートである。
るリソグラフィーによる構造形成プロセスに影響を及ぼ
さない非導電性材料を使用することもできる。このため
には機械的に良好に加工することができ、支持体１上に
良好に設置することができ、支持体上で良好に付着しか
つ高い機械的耐久性を有する材料が特に適している。こ
の目的に適しているのはたとえばエポキシフェノール樹
脂、ポリオキシドメチレン、ポリスルホン、ポリカーボ
ネートである。
この被加工物（Probe）は銅支持体１の裏側で電気的
に接続されており、前記被加工物は電気メッキ浴中でニ
ッケルで電気メッキされる。この場合、被加工物は適当
な型枠内に組み込まれ、この型枠により空所５及び６内
の銅支持体１の表面だけが電気メッキ浴の電解質と接触
するようになっている。電気メッキによる析出はまず空
所５内の電気的に接触された表面上で開始される。この
場合、電気的絶縁性のエポキシ樹脂の壁部により、電気
メッキによる銅表面から析出が成長するようになってい
る。幅よりも深さが著しく大きい空所内へ電気メッキを
行う場合、電気メッキによる析出が空所の壁部で開始さ
れて、外側にある電解質と遮断された部分容量が形成さ
れてしまい、この空所は析出金属で完全に充填されない
ことが起こり得る。このような現像は、特に空所５又は
６の深さ対幅の割合が約５よりも大きい場合に生じる。
金属で完全に充填されていない空所は、製造すべき型イ
ンサートのニッケル内の弱い箇所になるため、このよう
なことは回避すべきである。電気的絶縁性のエポキシ樹
脂層２の側壁により、析出すべき金属で完全には充填さ
れていない空所の形成は回避される。
に接続されており、前記被加工物は電気メッキ浴中でニ
ッケルで電気メッキされる。この場合、被加工物は適当
な型枠内に組み込まれ、この型枠により空所５及び６内
の銅支持体１の表面だけが電気メッキ浴の電解質と接触
するようになっている。電気メッキによる析出はまず空
所５内の電気的に接触された表面上で開始される。この
場合、電気的絶縁性のエポキシ樹脂の壁部により、電気
メッキによる銅表面から析出が成長するようになってい
る。幅よりも深さが著しく大きい空所内へ電気メッキを
行う場合、電気メッキによる析出が空所の壁部で開始さ
れて、外側にある電解質と遮断された部分容量が形成さ
れてしまい、この空所は析出金属で完全に充填されない
ことが起こり得る。このような現像は、特に空所５又は
６の深さ対幅の割合が約５よりも大きい場合に生じる。
金属で完全に充填されていない空所は、製造すべき型イ
ンサートのニッケル内の弱い箇所になるため、このよう
なことは回避すべきである。電気的絶縁性のエポキシ樹
脂層２の側壁により、析出すべき金属で完全には充填さ
れていない空所の形成は回避される。
電気メッキによる析出層のレベルが導電性の金層３に
達した後で、空所６内でもニッケルを介して電気的に接
続されかつ電気メッキによる析出が（図２に示されたよ
うに）開始され、この空所６でも金層３の表面が電解質
と電気的に接続する。このように、空所５及び６内での
電気メッキによる析出層のレベルはほぼ同じ時間でPMMA
層４の上端にまで達し、金属で完全には充填されていな
い空所の形成を回避することができる。電気メッキによ
る析出層のレベルがPMMA4の上端にほぼ同時に到達しな
いような場合には、この析出層が側方へと進行し、空所
６が完全には充填されずに上方から覆われてしまう危険
が生じる。前記のエポキシ樹脂の場合と同様に、電気的
に絶縁されたPMMA層４の壁部により壁部への電気メッキ
による析出が排除され、空所６が電気メッキにより析出
されるニッケルで完全に充填される。導電性の金層３に
よって、空所５とは直接連係していない空所６内への電
気メッキが開始される。
達した後で、空所６内でもニッケルを介して電気的に接
続されかつ電気メッキによる析出が（図２に示されたよ
うに）開始され、この空所６でも金層３の表面が電解質
と電気的に接続する。このように、空所５及び６内での
電気メッキによる析出層のレベルはほぼ同じ時間でPMMA
層４の上端にまで達し、金属で完全には充填されていな
い空所の形成を回避することができる。電気メッキによ
る析出層のレベルがPMMA4の上端にほぼ同時に到達しな
いような場合には、この析出層が側方へと進行し、空所
６が完全には充填されずに上方から覆われてしまう危険
が生じる。前記のエポキシ樹脂の場合と同様に、電気的
に絶縁されたPMMA層４の壁部により壁部への電気メッキ
による析出が排除され、空所６が電気メッキにより析出
されるニッケルで完全に充填される。導電性の金層３に
よって、空所５とは直接連係していない空所６内への電
気メッキが開始される。
さらに、電気メッキによる析出はPMMA層４の縁部を越
えて進行し、その結果、図３に図示されたように、ニッ
ケル構造体７が生じる。このニッケル構造体から支持体
１及び層2,3及び４を分離することにより型インサート
を仕上げることができる。
えて進行し、その結果、図３に図示されたように、ニッ
ケル構造体７が生じる。このニッケル構造体から支持体
１及び層2,3及び４を分離することにより型インサート
を仕上げることができる。
本発明の実施例は、Ｘ線による深いリソグラフィー及
び精密切削技術による加工の組み合わせによる複数の構
造体レベルを備えた型インサートの製造方法である。
び精密切削技術による加工の組み合わせによる複数の構
造体レベルを備えた型インサートの製造方法である。
銅支持体１の表面にフライス削り及び穿孔により微細
構造を作成した。この支持体上にPMMA層４を設置して重
合させ、精密切削技術による加工によって同様に多数の
構造体レベルを作成した（図４参照）。次いでＸ線によ
る深いリソグラフィーの公知の方法で、図５に示されて
いるように、PMMA層４支持体１の構造体に関して位置調
整して構造形成した。この場合、構造体のデザインは型
インサートのマイクロ構造体の横側方向（lateral）の
形状がPMMA4のＸ線による照射によって作成されるよう
に選択する。Ｘ線による深いリソグラフィーの高い分解
能に基づき、精密切削技術による方法の場合よりもより
さらに微細な横側方向の形状を備えたマイクロ構造体を
製造することができる。さらに、構造体の側壁がPMMAに
より形成されているため、電気メッキによる析出層が銅
支持体１上に成長し、空所５が電気メッキにより金属で
完全に充填されるようにデザインを選択する。PMMA中の
空所５の深さが異なるため、電気メッキによる析出の際
にそれぞれの析出層のレベルがPMMAの上端に異なる時点
で到達することは避けられない。従って、空所５間の横
側方向の間隔及び空所５の深さの差異に関するデザイン
については一定の制限がなされる。しかしなたら、ここ
に記載された有利な方法によって特に簡単に複数の構造
体レベル及び小さな横側方向の寸法を有する型インサー
トを作成することができる。
構造を作成した。この支持体上にPMMA層４を設置して重
合させ、精密切削技術による加工によって同様に多数の
構造体レベルを作成した（図４参照）。次いでＸ線によ
る深いリソグラフィーの公知の方法で、図５に示されて
いるように、PMMA層４支持体１の構造体に関して位置調
整して構造形成した。この場合、構造体のデザインは型
インサートのマイクロ構造体の横側方向（lateral）の
形状がPMMA4のＸ線による照射によって作成されるよう
に選択する。Ｘ線による深いリソグラフィーの高い分解
能に基づき、精密切削技術による方法の場合よりもより
さらに微細な横側方向の形状を備えたマイクロ構造体を
製造することができる。さらに、構造体の側壁がPMMAに
より形成されているため、電気メッキによる析出層が銅
支持体１上に成長し、空所５が電気メッキにより金属で
完全に充填されるようにデザインを選択する。PMMA中の
空所５の深さが異なるため、電気メッキによる析出の際
にそれぞれの析出層のレベルがPMMAの上端に異なる時点
で到達することは避けられない。従って、空所５間の横
側方向の間隔及び空所５の深さの差異に関するデザイン
については一定の制限がなされる。しかしなたら、ここ
に記載された有利な方法によって特に簡単に複数の構造
体レベル及び小さな横側方向の寸法を有する型インサー
トを作成することができる。
もう１つの実施態様において参考例と同様に、精密切
削技術により加工された支持体１上に、順番にエポキシ
樹脂層２、金層３及びPMMA層４を設置し、この積層物を
精密切削技術により加工し、次いでPMMA層をＸ線による
深いリソグラフィーにより構造形成することも可能であ
る（図６参照）。この場合、空所５の横側方向の形状は
部分的に精密切削技術による加工により作成され、一部
は精密なＸ線による深いリソグラフィーにより作成され
る。デザインを相応して選択することにより、空所５の
側壁は導電性の層３を除き全て電気的絶縁材料により形
成されている。
削技術により加工された支持体１上に、順番にエポキシ
樹脂層２、金層３及びPMMA層４を設置し、この積層物を
精密切削技術により加工し、次いでPMMA層をＸ線による
深いリソグラフィーにより構造形成することも可能であ
る（図６参照）。この場合、空所５の横側方向の形状は
部分的に精密切削技術による加工により作成され、一部
は精密なＸ線による深いリソグラフィーにより作成され
る。デザインを相応して選択することにより、空所５の
側壁は導電性の層３を除き全て電気的絶縁材料により形
成されている。
空所６が少なくとも１つの箇所８で空所５と直接接続
されている場合、多くの場合、導電性の層３を省略する
ことも可能である。
されている場合、多くの場合、導電性の層３を省略する
ことも可能である。
図面の説明 図１は参考例による電気メッキ前の被加工物（Prob
e）の断面図。
e）の断面図。
図２は参考例による、電気メッキにより析出した金層
が金属のレベルを超えた時点の被加工物の断面図。
が金属のレベルを超えた時点の被加工物の断面図。
図３は参考例による電気メッキが完了した後の被加工
物の断面図。
物の断面図。
図４は本願発明による、予め精密切削加工された支持
体上にPMMA層を設置しさらに精密切削加工された被加工
物の電気メッキ前の断面図。
体上にPMMA層を設置しさらに精密切削加工された被加工
物の電気メッキ前の断面図。
図５は図４の被加工物をＸ線による深いリソグラフィ
ーにより加工した後の被加工物の断面図。
ーにより加工した後の被加工物の断面図。
図６は電気的絶縁材料の層内に金層が設けられている
被加工物の断面図。
被加工物の断面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴェルナー ショムブルク ドイツ連邦共和国 プフィンツタール プフィンツタールシュトラーセ ６ (56)参考文献 特開 平２−91953（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−155633（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−207293（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−34287（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23P 15/24 C25D 1/00 361 B29C 45/14 B29C 33/12
Claims (3)
- 【請求項１】後の工程でリトグラフィーにより構造形成
可能な電気的絶縁層（４）をリソグラフィーにより構造
形成できない導電性の支持体（１）上に設置し、この被
加工物を精密切削技術及びリソグラフィーにより構造形
成し、こうして生じた空所（５）内へ金属（７）を電気
メッキにより析出させ、引き続き電気メッキにより析出
された金属を支持体及び残りの構造体から分離すること
による型インサートの製造方法において、支持体（１）
を層（４）の設置の前に精密切削技術により構造形成す
ることを特徴とする型インサートの製造方法。 - 【請求項２】導電性の支持体（１）上に、精密切削技術
による構造形成した後でかつリソグラフィーにより構造
形成可能な層（４）を設置する前に、後続するリソグラ
フィーによる加工工程により構造形成できない電気的絶
縁層（２）を設置する、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】リソグラフィーにより構造形成できない層
（４）の設置と、リソグラフィーにより構造化可能な層
（２）の設置との間に導電性の層（３）を設置する、請
求項２記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19524099A DE19524099A1 (de) | 1995-07-01 | 1995-07-01 | Verfahren zur Herstellung von Formeinsätzen |
| DE19524099.5 | 1995-07-01 | ||
| PCT/EP1996/002172 WO1997002108A1 (de) | 1995-07-01 | 1996-05-21 | Verfahren zur herstellung von formeinsätzen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10510483A JPH10510483A (ja) | 1998-10-13 |
| JP3032018B2 true JP3032018B2 (ja) | 2000-04-10 |
Family
ID=7765821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9504741A Expired - Fee Related JP3032018B2 (ja) | 1995-07-01 | 1996-05-21 | 型インサートの製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0836540B1 (ja) |
| JP (1) | JP3032018B2 (ja) |
| DE (2) | DE19524099A1 (ja) |
| WO (1) | WO1997002108A1 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19753948C2 (de) * | 1997-12-05 | 2001-10-18 | Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines metallischen Mikrostrukturkörpers durch galvanische Abscheidung |
| EP1225477A1 (fr) * | 2001-01-17 | 2002-07-24 | Hubert Lorenz | Procédé de fabrication et de marquage de composants micromécaniques réalisés par photostructuration et électroformage |
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