JP3304331B2 - 高いアスペクト比を有する微細構造物の製造方法 - Google Patents
高いアスペクト比を有する微細構造物の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電鋳を用いた微細
構造物の製造方法に関する。より詳しくは、電解液を吸
収および脱離することにより膨張および収縮が可能なポ
リマー基板を用いて、電鋳により高アスペクト比を有す
る微細構造物を制作する方法に関する。
構造物の製造方法に関する。より詳しくは、電解液を吸
収および脱離することにより膨張および収縮が可能なポ
リマー基板を用いて、電鋳により高アスペクト比を有す
る微細構造物を制作する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高アスペクト比の微細構造物を制作する
方法としては、ＬＩＧＡ、ＬＩＧＡに類似するもの、Ｕ
Ｖフォトリソグラフィーなど様々な製造方法があり、こ
れまで公開されてきた。しかしながら、これら従来方法
は複雑で高価であるため、商業的見地からは、非経済的
で実行不可能なものであった。
方法としては、ＬＩＧＡ、ＬＩＧＡに類似するもの、Ｕ
Ｖフォトリソグラフィーなど様々な製造方法があり、こ
れまで公開されてきた。しかしながら、これら従来方法
は複雑で高価であるため、商業的見地からは、非経済的
で実行不可能なものであった。
【０００３】米国特許第５７７０４６５号には、トレン
チ充填エッチマスキング（ｔｒｅｎｃｈ−ｆｉｌｌｉｎ
ｇ ｅｔｃｈ ｍａｓｋｉｎｇ）技術を用いた高アスペ
クト比の微細構造物の製造方法が開示されており、その
内容は、基板に深いトレンチができるようにエッチング
し、当該トレンチをトレンチ充填物質で充填し、当該ト
レンチ充填物質をマスクとして利用しながら基板を深く
エッチングするものである。しかし、上記公報に開示さ
れるようは、微細構造物を作成し終えるまでに数多くの
工程を必要とし、時間がかかり、製造効率が低いもので
ある。
チ充填エッチマスキング（ｔｒｅｎｃｈ−ｆｉｌｌｉｎ
ｇ ｅｔｃｈ ｍａｓｋｉｎｇ）技術を用いた高アスペ
クト比の微細構造物の製造方法が開示されており、その
内容は、基板に深いトレンチができるようにエッチング
し、当該トレンチをトレンチ充填物質で充填し、当該ト
レンチ充填物質をマスクとして利用しながら基板を深く
エッチングするものである。しかし、上記公報に開示さ
れるようは、微細構造物を作成し終えるまでに数多くの
工程を必要とし、時間がかかり、製造効率が低いもので
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来方
法の欠点に鑑み、微細構造物の経済的で簡便な製造方法
を提供することを目的とする。
法の欠点に鑑み、微細構造物の経済的で簡便な製造方法
を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
って解決できる。
って解決できる。
【０００６】即ち本発明は、電鋳システム内に電解液を
満たす段階と、前記電解液の溶媒を吸収して膨張しうる
ポリマー基板を選択する段階と、前記ポリマー基板の外
部表面を平坦化、研磨および洗浄をする段階と、前記外
部表面に電気絶縁性マスキング膜を形成する段階と、前
記ポリマー基板を微細加工して該ポリマー基板に複数の
キャビティーを有する３次元の微細構造パターンを形成
する段階と、前記ポリマー基板を陰極板と密着させる段
階と、前記ポリマー基板を前記電鋳システム中の前記電
解液に浸して、前記電解液の溶媒を前記ポリマー基板が
前記電解液の溶媒で飽和するまで前記ポリマー基板中に
浸透させ該ポリマー基板の各前記キャビティーの直径お
よび幅を収縮させる段階と、電鋳システム内で前記陰極
板と陽極を電気的に接続させて前記電鋳システム中で前
記キャビティーに金属または合金を電鋳させる段階と、
前記ポリマー基板から前記電解液の溶媒を脱離して前記
ポリマー基板を収縮させ、前記キャビティー中の電鋳さ
れた微細構造物から分離して該微細構造物を取り出す段
階、からなる微細構造物の製造方法である。
満たす段階と、前記電解液の溶媒を吸収して膨張しうる
ポリマー基板を選択する段階と、前記ポリマー基板の外
部表面を平坦化、研磨および洗浄をする段階と、前記外
部表面に電気絶縁性マスキング膜を形成する段階と、前
記ポリマー基板を微細加工して該ポリマー基板に複数の
キャビティーを有する３次元の微細構造パターンを形成
する段階と、前記ポリマー基板を陰極板と密着させる段
階と、前記ポリマー基板を前記電鋳システム中の前記電
解液に浸して、前記電解液の溶媒を前記ポリマー基板が
前記電解液の溶媒で飽和するまで前記ポリマー基板中に
浸透させ該ポリマー基板の各前記キャビティーの直径お
よび幅を収縮させる段階と、電鋳システム内で前記陰極
板と陽極を電気的に接続させて前記電鋳システム中で前
記キャビティーに金属または合金を電鋳させる段階と、
前記ポリマー基板から前記電解液の溶媒を脱離して前記
ポリマー基板を収縮させ、前記キャビティー中の電鋳さ
れた微細構造物から分離して該微細構造物を取り出す段
階、からなる微細構造物の製造方法である。
【０００７】また本発明は、電鋳システム内に電解液を
満たす段階と、前記電解液の溶媒を吸収して膨張しうる
ポリマー基板を選択する段階と、前記ポリマー基板の外
部表面を平坦化、研磨および洗浄をする段階と、前記外
部表面に電気絶縁性マスキング膜を形成する段階と、前
記ポリマー基板を微細加工して該ポリマー基板に複数の
キャビティーを有する３次元の微細構造パターンを形成
する段階と、前記ポリマー基板を陰極板と密着させる段
階と、前記ポリマー基板を前記電鋳システム中の前記電
解液に浸して、前記電解液の溶媒を前記ポリマー基板が
前記電解液の溶媒で飽和するまで前記ポリマー基板中に
浸透させ該ポリマー基板の各前記キャビティーの直径お
よび幅を収縮させる段階と、電鋳システム内で前記陰極
板と陽極を電気的に接続させて前記電鋳システム中で前
記キャビティーに金属または合金を電鋳させる段階と、
前記ポリマー基板から前記電解液の溶媒を脱離して前記
ポリマー基板を収縮させ、前記キャビティー中の電鋳さ
れた微細構造物から分離して該微細構造物を取り出す段
階、からなる微細構造物の製造方法である。
満たす段階と、前記電解液の溶媒を吸収して膨張しうる
ポリマー基板を選択する段階と、前記ポリマー基板の外
部表面を平坦化、研磨および洗浄をする段階と、前記外
部表面に電気絶縁性マスキング膜を形成する段階と、前
記ポリマー基板を微細加工して該ポリマー基板に複数の
キャビティーを有する３次元の微細構造パターンを形成
する段階と、前記ポリマー基板を陰極板と密着させる段
階と、前記ポリマー基板を前記電鋳システム中の前記電
解液に浸して、前記電解液の溶媒を前記ポリマー基板が
前記電解液の溶媒で飽和するまで前記ポリマー基板中に
浸透させ該ポリマー基板の各前記キャビティーの直径お
よび幅を収縮させる段階と、電鋳システム内で前記陰極
板と陽極を電気的に接続させて前記電鋳システム中で前
記キャビティーに金属または合金を電鋳させる段階と、
前記ポリマー基板から前記電解液の溶媒を脱離して前記
ポリマー基板を収縮させ、前記キャビティー中の電鋳さ
れた微細構造物から分離して該微細構造物を取り出す段
階、からなる微細構造物の製造方法である。
【０００８】また本発明は、前記浸透させる段階の電解
液温度と前記電鋳させる段階の電解液温度が等しいこと
を特徴とする前記記載の微細構造物の製造方法である。
液温度と前記電鋳させる段階の電解液温度が等しいこと
を特徴とする前記記載の微細構造物の製造方法である。
【０００９】また本発明は、前記マスキング膜は、前記
ポリマー基板内部への前記電解液の浸透または移動を阻
害し、かつ電解液によって剥離および溶解しないことを
特徴とする前記記載の微細構造物の製造方法である。
ポリマー基板内部への前記電解液の浸透または移動を阻
害し、かつ電解液によって剥離および溶解しないことを
特徴とする前記記載の微細構造物の製造方法である。
【００１０】また本発明は、前記ポリマー基板は親水性
ポリマーよりなることを特徴とする前記記載の微細構造
物の製造方法である。
ポリマーよりなることを特徴とする前記記載の微細構造
物の製造方法である。
【００１１】また本発明は、前記親水性ポリマーは親水
性ポリウレタンまたは親水性アクリル樹脂であることを
特徴とする前記記載の微細構造物の製造方法である。
性ポリウレタンまたは親水性アクリル樹脂であることを
特徴とする前記記載の微細構造物の製造方法である。
【００１２】また本発明は、前記金属または合金は、ニ
ッケル、銅、金、ニッケル−コバルト合金およびニッケ
ル−鉄合金からなる群より選択されることを特徴とする
前記記載の微細構造物の製造方法である。
ッケル、銅、金、ニッケル−コバルト合金およびニッケ
ル−鉄合金からなる群より選択されることを特徴とする
前記記載の微細構造物の製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明に係る微細構造物の製造方
法は、以下の工程よりなるものである。
法は、以下の工程よりなるものである。
【００１４】（１）電解液の調整 図２に示すように、電鋳システム（ｅｌｅｃｔｒｏｆｏ
ｒｍｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）８が電解液４で満たされ
る。電解液の溶媒はポリマー基板中に吸収されて、ポリ
マー基板を膨張でき、電鋳工程を実施できるものを適宜
選択する。電鋳システム８は、以下で詳しく述べる電鋳
工程で用いるものである。
ｒｍｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）８が電解液４で満たされ
る。電解液の溶媒はポリマー基板中に吸収されて、ポリ
マー基板を膨張でき、電鋳工程を実施できるものを適宜
選択する。電鋳システム８は、以下で詳しく述べる電鋳
工程で用いるものである。
【００１５】（２）ポリマー基板上にマスキング膜形成 水溶液を多量に含む電解液をよく吸収するポリマー基板
１が選択され、基板外表面の平坦化、研磨および洗浄な
どの表面処理が施される。そして、図１（ａ）に示すよ
うに、保護するための薄いマスキング膜２が基板１の上
に形成される、または基板の周囲に配置される。マスキ
ング膜２を形成するために、コーティングマシーンによ
る塗布、ＰＶＤやＣＶＤ等による蒸着、化学めっき等を
適用することができる。基板は、親水性ポリウレタン、
親水性アクリル樹脂、その他適切なポリマーから選択さ
れる。また、マスキング膜２は電気絶縁性でなければな
らない。
１が選択され、基板外表面の平坦化、研磨および洗浄な
どの表面処理が施される。そして、図１（ａ）に示すよ
うに、保護するための薄いマスキング膜２が基板１の上
に形成される、または基板の周囲に配置される。マスキ
ング膜２を形成するために、コーティングマシーンによ
る塗布、ＰＶＤやＣＶＤ等による蒸着、化学めっき等を
適用することができる。基板は、親水性ポリウレタン、
親水性アクリル樹脂、その他適切なポリマーから選択さ
れる。また、マスキング膜２は電気絶縁性でなければな
らない。
【００１６】また、マスキング膜２は、基板１内部への
電解液の溶媒の浸透または物質の移動を妨げるものでな
ければならない。マスキング膜２は、後の電解液溶媒の
ポリマー基板への移動が飽和するまでの間や電鋳工程中
に電解液により剥離または溶解をしないものがよい。
電解液の溶媒の浸透または物質の移動を妨げるものでな
ければならない。マスキング膜２は、後の電解液溶媒の
ポリマー基板への移動が飽和するまでの間や電鋳工程中
に電解液により剥離または溶解をしないものがよい。
【００１７】選択された基板１は、基板内部への電解液
溶媒の移動により大きく膨張するものでなければなら
ず、また電解液により損傷を受けるものであってはなら
ない。
溶媒の移動により大きく膨張するものでなければなら
ず、また電解液により損傷を受けるものであってはなら
ない。
【００１８】本発明においては、スパッタリング、プラ
ズマ溶射、スピンコーティングなどの他の膜形成法を用
いてもよい。
ズマ溶射、スピンコーティングなどの他の膜形成法を用
いてもよい。
【００１９】（３）キャビティーを含む微細パターンを
形成するための基板の微細加工 微細加工機器または微細加工方法を用いて、図１（ｂ）
に示すように基板１に貫通してなるキャビティー３のパ
ターンを形成し、各キャビティー３に第１幅または第１
直径Ｄ１（図３にも表示）を形成した。このように形成
されたパターンは、パターン側壁が所望する最適な寸
法、形状精度、最小粗さを有するべきである。
形成するための基板の微細加工 微細加工機器または微細加工方法を用いて、図１（ｂ）
に示すように基板１に貫通してなるキャビティー３のパ
ターンを形成し、各キャビティー３に第１幅または第１
直径Ｄ１（図３にも表示）を形成した。このように形成
されたパターンは、パターン側壁が所望する最適な寸
法、形状精度、最小粗さを有するべきである。
【００２０】微細加工方法としては、ポリクリスタルダ
イアモンドマシーニング（ｐｏｌｙ−ｃｒｙｓｔａｌ
ｄｉａｍｏｎｄ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）、レーザービー
ムマシーニング（ＬＢＭ；ｌａｓｅｒ−ｂｅａｍ ｍａ
ｃｈｉｎｉｎｇ）、電子ビームマシーニング（ＥＢＭ；
ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）な
どが挙げられる。
イアモンドマシーニング（ｐｏｌｙ−ｃｒｙｓｔａｌ
ｄｉａｍｏｎｄ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）、レーザービー
ムマシーニング（ＬＢＭ；ｌａｓｅｒ−ｂｅａｍ ｍａ
ｃｈｉｎｉｎｇ）、電子ビームマシーニング（ＥＢＭ；
ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）な
どが挙げられる。
【００２１】（４）基板の膨張によるパターンの各キャ
ビティーの直径または幅の収縮 微細加工を施された基板は、陰極板７に密着され、電鋳
システム８中の電解液４に浸され、電解液溶媒の移動
（ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）により電解液溶媒が
ポリマー基板１内部に浸透し、ポリマーが膨張する（図
１（ｃ））。基板は後で電鋳が可能となるように孔が貫
通した面が陰極板と密着することが望ましい。パターン
の各キャビティー内の膨張部５によりキャビティーの幅
や直径が収縮し、その結果各キャビティーの直径や幅が
Ｄ１からＤ２に減少する。
ビティーの直径または幅の収縮 微細加工を施された基板は、陰極板７に密着され、電鋳
システム８中の電解液４に浸され、電解液溶媒の移動
（ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）により電解液溶媒が
ポリマー基板１内部に浸透し、ポリマーが膨張する（図
１（ｃ））。基板は後で電鋳が可能となるように孔が貫
通した面が陰極板と密着することが望ましい。パターン
の各キャビティー内の膨張部５によりキャビティーの幅
や直径が収縮し、その結果各キャビティーの直径や幅が
Ｄ１からＤ２に減少する。
【００２２】例えば、最終的に図１（ｆ）および図４に
示すように形成物の高さとなるキャビティー３の深さを
Ｈ、微細加工後のキャビティー３の第１直径（幅）をＤ
１、ポリマーが膨張し直径が収縮した後のキャビティー
３の第２直径（幅）をＤ２とそれぞれ定義すると、以下
の数式が得られる。
示すように形成物の高さとなるキャビティー３の深さを
Ｈ、微細加工後のキャビティー３の第１直径（幅）をＤ
１、ポリマーが膨張し直径が収縮した後のキャビティー
３の第２直径（幅）をＤ２とそれぞれ定義すると、以下
の数式が得られる。
【００２３】
【数１】
【００２４】（式中、Ｒ１は収縮前の微細構造物のアス
ペクト比である。）
ペクト比である。）
【００２５】
【数２】
【００２６】（式中、Ｒ２は収縮後の微細構造物のアス
ペクト比である。）Ｄ２はＤ１より小さいため、Ｒ２は
Ｒ１より大きくなる。すなわち、本発明によりアスペク
ト比は増加する。
ペクト比である。）Ｄ２はＤ１より小さいため、Ｒ２は
Ｒ１より大きくなる。すなわち、本発明によりアスペク
ト比は増加する。
【００２７】高さ（Ｈ）が９．９ｍｍのキャビティーの
第１直径（Ｄ１）がＰＣＤ法により３００μｍに微細加
工されたとすれば、アスペクト比（Ｒ１）は３３とな
る。そして、本発明に係る処理を施され、キャビティー
の直径が収縮した後の第２直径（Ｄ２）が７５μｍにな
ったとすれば、下記式によりアスペクト比（Ｒ２）は１
３２となり、アスペクト比は大きく上昇し、微細加工に
ための有益な小型化を推進できる。
第１直径（Ｄ１）がＰＣＤ法により３００μｍに微細加
工されたとすれば、アスペクト比（Ｒ１）は３３とな
る。そして、本発明に係る処理を施され、キャビティー
の直径が収縮した後の第２直径（Ｄ２）が７５μｍにな
ったとすれば、下記式によりアスペクト比（Ｒ２）は１
３２となり、アスペクト比は大きく上昇し、微細加工に
ための有益な小型化を推進できる。
【００２８】
【数３】
【００２９】キャビティー３の幅を収縮させるためのポ
リマーの膨張は、基板１内部のポリマーの自由体積内へ
の電解液４の貧溶媒分子の移動により引き起こされる。
すなわち、分子鎖間の間隔がこれにより広がり、ポリマ
ーの膨張部５が形成される。
リマーの膨張は、基板１内部のポリマーの自由体積内へ
の電解液４の貧溶媒分子の移動により引き起こされる。
すなわち、分子鎖間の間隔がこれにより広がり、ポリマ
ーの膨張部５が形成される。
【００３０】このような物質の移動現象は、フィックの
拡散（Ｆｉｃｋｉａｎ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）、第２拡
散（ＣａｓｅII ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）またはこれに類
似する拡散に従って起こりうる。キャビティーの寸法の
収縮は、物質の移動温度およびポリマーに吸収される電
解液溶媒の飽和吸収速度や容量によって変動する関数で
ある。
拡散（Ｆｉｃｋｉａｎ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）、第２拡
散（ＣａｓｅII ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）またはこれに類
似する拡散に従って起こりうる。キャビティーの寸法の
収縮は、物質の移動温度およびポリマーに吸収される電
解液溶媒の飽和吸収速度や容量によって変動する関数で
ある。
【００３１】ポリマー中への電解液４の物質の移動が飽
和すると、ポリマーの膨張部５は一定の大きさに落ち着
き、キャビティー３を所定の大きさに収縮することがで
きる。
和すると、ポリマーの膨張部５は一定の大きさに落ち着
き、キャビティー３を所定の大きさに収縮することがで
きる。
【００３２】本発明において使用されるポリマーは、電
解液の溶媒を内部にしみこませて膨張時に損傷をうける
ことなくポリマーの嵩を膨張させることができるもので
ある。
解液の溶媒を内部にしみこませて膨張時に損傷をうける
ことなくポリマーの嵩を膨張させることができるもので
ある。
【００３３】ポリマー膨張に用いられる電解液は、膨張
後になされる本発明に係る電鋳工程で使用される電解液
と同一のものである。また、マスキング膜２で覆われた
基板領域は、電解液の物質の移動による影響を受けない
領域である。
後になされる本発明に係る電鋳工程で使用される電解液
と同一のものである。また、マスキング膜２で覆われた
基板領域は、電解液の物質の移動による影響を受けない
領域である。
【００３４】（５）電鋳 次に、内部が電解液４で満たされた、キャビティー３を
有する膨張基板６にここで電鋳システム内で電鋳工程が
施される。
有する膨張基板６にここで電鋳システム内で電鋳工程が
施される。
【００３５】図２に示す電鋳システム（装置）８は以下
のもの、電解液４で満たされた浴槽８１と、陽極と膨張
基板６に予め密着されているニッケル等からなる陰極板
７に電気的に接続された陰極とを備えた電源１４と、浴
槽８１中の電解液４を均一に撹拌するための可変回転速
度機能をそなえたＤＣモーター９に固定されたスターラ
ー１０と、温度制御器１２とセンサー１３により電解液
４を一定の適温に保つために浴槽中に設けられたヒーテ
ィングコイル１１とを含む。
のもの、電解液４で満たされた浴槽８１と、陽極と膨張
基板６に予め密着されているニッケル等からなる陰極板
７に電気的に接続された陰極とを備えた電源１４と、浴
槽８１中の電解液４を均一に撹拌するための可変回転速
度機能をそなえたＤＣモーター９に固定されたスターラ
ー１０と、温度制御器１２とセンサー１３により電解液
４を一定の適温に保つために浴槽中に設けられたヒーテ
ィングコイル１１とを含む。
【００３６】膨張基板６中の各キャビティー３内部に金
属を電鋳する電鋳工程において、電源１４により適切な
電流電圧が通電され、図１（ｄ）に示すように膨張基板
６中のキャビティー３内部の予定した高さすなわち深さ
Ｈになるまで電鋳が施される。その後、電源１４が断線
される。
属を電鋳する電鋳工程において、電源１４により適切な
電流電圧が通電され、図１（ｄ）に示すように膨張基板
６中のキャビティー３内部の予定した高さすなわち深さ
Ｈになるまで電鋳が施される。その後、電源１４が断線
される。
【００３７】電鋳工程において電鋳されうる金属または
合金としては、ニッケル、銅、金、ニッケル−コバルト
合金、ニッケル−鉄合金などが挙げられる。
合金としては、ニッケル、銅、金、ニッケル−コバルト
合金、ニッケル−鉄合金などが挙げられる。
【００３８】なお、電鋳工程における電解液温度と、基
板を膨張させる工程における電解液温度は等しいことが
望ましい。
板を膨張させる工程における電解液温度は等しいことが
望ましい。
【００３９】（６）ポリマー基板の分離と成形物の取り
出し その後、ポリマーを当初の大きさに戻し（キャビティー
を収縮させる）、電鋳された微細構造物をポリマーから
容易に分離できるものとするために電解液をポリマーか
ら脱離（除去）する。加熱や拡散によりもたらされる電
解液の脱離により、図１（ｅ）に示すようにポリマー基
板１と微細構造物１５とが分離する。
出し その後、ポリマーを当初の大きさに戻し（キャビティー
を収縮させる）、電鋳された微細構造物をポリマーから
容易に分離できるものとするために電解液をポリマーか
ら脱離（除去）する。加熱や拡散によりもたらされる電
解液の脱離により、図１（ｅ）に示すようにポリマー基
板１と微細構造物１５とが分離する。
【００４０】続いて、図１（ｆ）、図４に示すように微
細構造物１５が基板１から分離され、取り出される。
細構造物１５が基板１から分離され、取り出される。
【００４１】本発明において、工程中膨張し、最終的に
は元の大きさに収縮するポリマー基板１は、電解液に溶
解または分解するものではない。
は元の大きさに収縮するポリマー基板１は、電解液に溶
解または分解するものではない。
【００４２】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。厚さ２ｃｍの親水性ポリウレタン（ＰＵ）基板が選
択され、表面の平坦化および研磨処理が施された。水不
溶性のグラファイトインクまたは柿油（ｐｅｒｓｉｍｍ
ｏｎ ｏｉｌ）が基板の平行６面体の全表面にそってコ
ーティングするために用いられた。波長１９３ｎｍのＣ
Ｏ2レーザーが多数の（縦１００個×横１００個程度）
孔を穿つために使用された。各孔ｄ0は４００μｍ程度
の内径を有するものであった。
る。厚さ２ｃｍの親水性ポリウレタン（ＰＵ）基板が選
択され、表面の平坦化および研磨処理が施された。水不
溶性のグラファイトインクまたは柿油（ｐｅｒｓｉｍｍ
ｏｎ ｏｉｌ）が基板の平行６面体の全表面にそってコ
ーティングするために用いられた。波長１９３ｎｍのＣ
Ｏ2レーザーが多数の（縦１００個×横１００個程度）
孔を穿つために使用された。各孔ｄ0は４００μｍ程度
の内径を有するものであった。
【００４３】硫酸ニッケルアンモニウム１６リットル、
ホウ酸０．８リットル、塩化ニッケル０．４リットルお
よび増白剤０．４リットルを成分として含む電解液を準
備し、これらの成分を３５℃で完全に溶解させた。脱イ
オン水を加え比重を４０に調整し、ｐＨ値を測定し４に
調整した。溶液が酸性に大きく傾いているときは、ｐＨ
値が４．０になるまでニッケルカーボネートを加えた。
ホウ酸０．８リットル、塩化ニッケル０．４リットルお
よび増白剤０．４リットルを成分として含む電解液を準
備し、これらの成分を３５℃で完全に溶解させた。脱イ
オン水を加え比重を４０に調整し、ｐＨ値を測定し４に
調整した。溶液が酸性に大きく傾いているときは、ｐＨ
値が４．０になるまでニッケルカーボネートを加えた。
【００４４】次に基板を陰極板としてのニッケル板に密
着し、電解液溶媒をポリマー基板中に物質の移動させる
ため、４０℃の電解液に浸した。ＰＵポリマー中への電
解液溶媒の物質の移動の飽和に伴い、ポリマーは膨張
し、孔の内径ｄは１００μｍに収縮した。これより、サ
イズ減少率が下記式によって得られた。
着し、電解液溶媒をポリマー基板中に物質の移動させる
ため、４０℃の電解液に浸した。ＰＵポリマー中への電
解液溶媒の物質の移動の飽和に伴い、ポリマーは膨張
し、孔の内径ｄは１００μｍに収縮した。これより、サ
イズ減少率が下記式によって得られた。
【００４５】
【数４】
【００４６】次に、電鋳をおこなうため、４０℃、２．
０Ｖ、２．０Ａで５４時間、この膨張基板に通電した。
０Ｖ、２．０Ａで５４時間、この膨張基板に通電した。
【００４７】電鋳による生成物を、１００℃のエアーオ
ーブン中に置きアスペクト比１００を有する図４に図示
したような３次元の微細構造物１５を分離し、取り出
す。
ーブン中に置きアスペクト比１００を有する図４に図示
したような３次元の微細構造物１５を分離し、取り出
す。
【００４８】このように簡単な工程及び低い製造コスト
で微細構造物が得られるため、本発明の効果は非常に大
きい。
で微細構造物が得られるため、本発明の効果は非常に大
きい。
【００４９】なお、微細構造物の形状は本発明に示した
例に限定されるものではなく、微細構造物中に形成され
るキャビティー（孔、ギャップ等）は１個であっても複
数個であってもよい。
例に限定されるものではなく、微細構造物中に形成され
るキャビティー（孔、ギャップ等）は１個であっても複
数個であってもよい。
【００５０】本発明には、幾つかのキーポイントとなる
工程がある。即ち、ポリマー中のキャビティーを最小
化しアスペクト比の上昇に多大な効果をもたらす、電鋳
工程のすぐ前のポリマー膨張工程。微細構造物とポリ
マーを容易に分離するための、加熱による簡便なポリマ
ーからの電解液の脱離（除去）工程。この工程により現
行工法のような複雑なエッチング工程を省くことができ
る。また、エッチング工程を省くことによりエッチング
液由来の環境汚染問題を解決できるため、環境保護にも
役立つものとなる。ポリマーの膨張およびポリマーの回
復（収縮）は可逆反応のようなものであり、これがアス
ペクト比の増加に役立ち、微細加工の取り出しに有益な
ものとなり、先行技術に対する本発明の良化点となる。
工程がある。即ち、ポリマー中のキャビティーを最小
化しアスペクト比の上昇に多大な効果をもたらす、電鋳
工程のすぐ前のポリマー膨張工程。微細構造物とポリ
マーを容易に分離するための、加熱による簡便なポリマ
ーからの電解液の脱離（除去）工程。この工程により現
行工法のような複雑なエッチング工程を省くことができ
る。また、エッチング工程を省くことによりエッチング
液由来の環境汚染問題を解決できるため、環境保護にも
役立つものとなる。ポリマーの膨張およびポリマーの回
復（収縮）は可逆反応のようなものであり、これがアス
ペクト比の増加に役立ち、微細加工の取り出しに有益な
ものとなり、先行技術に対する本発明の良化点となる。
【００５１】本発明によって製作された微細構造物は、
射出成形、または他の成形若しくは製造方法などにより
成型物を大量生産するための鋳型の鋳型孔等として用い
られうるものである。
射出成形、または他の成形若しくは製造方法などにより
成型物を大量生産するための鋳型の鋳型孔等として用い
られうるものである。
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば、１００以上の高いアス
ペクト比を有する微細構造物を制作することが可能であ
り、工程は単純化され、製造コストも抑えられる。この
ように、本発明により、従来の微細加工工程のスループ
ット、コストパフォーマンスが悪い欠点を克服すること
ができる。
ペクト比を有する微細構造物を制作することが可能であ
り、工程は単純化され、製造コストも抑えられる。この
ように、本発明により、従来の微細加工工程のスループ
ット、コストパフォーマンスが悪い欠点を克服すること
ができる。
【図１】 本発明に係る主なプロセスを示す模式図であ
る。
る。
【図２】 本発明に係る電鋳システムの装置を示す概略
図である。
図である。
【図３】 本発明に係る微細構造物の製造方法により制
作された微細構造物の平面図である。
作された微細構造物の平面図である。
【図４】 本発明に係る微細構造物の製造方法により制
作された微細構造物の斜視図である。
作された微細構造物の斜視図である。
１ 基板 ２ マスキング膜 ３ キャビティー ４ 電解液 ５ 膨張部 ６ 膨張基板 ７ 陰極板 ８ 電鋳システム ９ ＤＣモーター １０ スターラー １１ ヒーティングコイル １２ 温度制御器 １３ センサー １４ 電源 １５ 微細構造物 ８１ 浴槽
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 500250600 顧 軍 夫 台湾台北市復興四路99−４號 (72)発明者 林 清 彬 台湾台北市民生東路三段88巷12號２樓之 ２ (56)参考文献 特開2000−202718（ＪＰ，Ａ) 特開2001−29761（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−276594（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−57433（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−128190（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−121836（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−17524（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B81C 5/00 C25D 1/00
Claims (7)
- 【請求項１】 電鋳システム内に電解液を満たす段階
と、前記電解液の溶媒を吸収して膨張しうるポリマー基
板を選択する段階と、前記ポリマー基板の外部表面を平
坦化、研磨および洗浄をする段階と、前記外部表面に電
気絶縁性マスキング膜を形成する段階と、前記ポリマー
基板にキャビティーを有する３次元の微細構造パターン
を形成する段階と、前記ポリマー基板を陰極板と密着さ
せる段階と、前記ポリマー基板を前記電鋳システム中の
前記電解液に浸して、前記電解液の溶媒を前記ポリマー
基板が前記電解液の溶媒で飽和するまで前記ポリマー基
板中に浸透させる段階と、前記電鋳システム中で前記キ
ャビティーに金属または合金を電鋳させる段階と、前記
ポリマー基板から前記電解液の溶媒を脱離して、前記キ
ャビティー中の電鋳された微細構造物を分離する段階、
からなる微細構造物の製造方法。 - 【請求項２】 電鋳システム内に電解液を満たす段階
と、前記電解液の溶媒を吸収して膨張しうるポリマー基
板を選択する段階と、前記ポリマー基板の外部表面を平
坦化、研磨および洗浄をする段階と、前記外部表面に電
気絶縁性マスキング膜を形成する段階と、前記ポリマー
基板を微細加工して該ポリマー基板に複数のキャビティ
ーを有する３次元の微細構造パターンを形成する段階
と、前記ポリマー基板を陰極板と密着させる段階と、前
記ポリマー基板を前記電鋳システム中の前記電解液に浸
して、前記電解液の溶媒を前記ポリマー基板が前記電解
液の溶媒で飽和するまで前記ポリマー基板中に浸透させ
該ポリマー基板の各前記キャビティーの直径および幅を
収縮させる段階と、電鋳システム内で前記陰極板と陽極
を電気的に接続させて前記電鋳システム中で前記キャビ
ティーに金属または合金を電鋳させる段階と、前記ポリ
マー基板から前記電解液の溶媒を脱離して前記ポリマー
基板を収縮させ、前記キャビティー中の電鋳された微細
構造物から分離して該微細構造物を取り出す段階、から
なる微細構造物の製造方法。 - 【請求項３】 前記浸透させる段階の電解液温度と前記
電鋳させる段階の電解液温度が等しいことを特徴とする
請求項１記載の微細構造物の製造方法。 - 【請求項４】 前記マスキング膜は、前記ポリマー基板
内部への前記電解液の浸透または移動を阻害し、かつ電
解液によって剥離および溶解しないことを特徴とする請
求項１〜３のいずれか１項に記載の微細構造物の製造方
法。 - 【請求項５】 前記ポリマー基板は親水性ポリマーより
なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記
載の微細構造物の製造方法。 - 【請求項６】 前記親水性ポリマーは親水性ポリウレタ
ンまたは親水性アクリル樹脂であることを特徴とする請
求項５に記載の微細構造物の製造方法。 - 【請求項７】 前記金属または合金は、ニッケル、銅、
金、ニッケル−コバルト合金およびニッケル−鉄合金か
らなる群より選択されることを特徴とする請求項１〜６
のいずれか１項に記載の微細構造物の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000160918A JP3304331B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 高いアスペクト比を有する微細構造物の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000160918A JP3304331B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 高いアスペクト比を有する微細構造物の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001334500A JP2001334500A (ja) | 2001-12-04 |
| JP3304331B2 true JP3304331B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=18665039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000160918A Expired - Fee Related JP3304331B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 高いアスペクト比を有する微細構造物の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3304331B2 (ja) |
-
2000
- 2000-05-30 JP JP2000160918A patent/JP3304331B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001334500A (ja) | 2001-12-04 |
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