JP4528488B2 - 積層構造体の製造方法および積層構造体 - Google Patents

積層構造体の製造方法および積層構造体 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層造形方法によって製造される微小ギアや光学部品、あるいは流体の流路部品等の積層構造体の製造方法および積層構造体に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、部品製造において、コンピュータで設計された複雑な形状の3次元物体を短期間で形成する方法として積層造形方法が急速に普及している。この方法で製造された3次元物体は、各種装置の部品のモデル(プロトタイプ)として、部品の動作や形状の良否を調べるために利用されている。この積層造形方法は、サイズが数cm以上の比較的大きな部品に適用されることが多かったが、近年においては、精密に加工して形成される微小構造体、例えば、微小ギアや微小光学部品にもこの方法が適用されている。
【0003】
このような積層造形方法を適用した従来の積層構造体の製造方法として、例えば、特開2000−238000号公報に示されるものがある(特許文献1)。
【0004】
図12(a)〜(f)は、その特許文献1に示された積層構造体の製造方法を示す。まず、図12(a)に示すように、基板としてSi(シリコン)ウェハ101を準備し、この表面に熱酸化膜106を0.1μm成長させ、その上にスパッタリング法によりAl(アルミニウム)薄膜102を0.5μmの厚さで着膜する。
【0005】
次に、図12(b)に示すように、Al薄膜102の上にフォトレジスト107を塗布した後、通常のフォトリソグラフィ法によりAl薄膜102をエッチングし、所望の微小構造体の第1の断面形状を有する薄膜(第1のAl薄膜)103を形成する。第1のAl薄膜103を形成した後、フォトレジスト107を剥離液にて除去する。このようにして形成した第1のAl薄膜103は、解像度1μm以下、精度0.1μm以下の微細かつ精密なものとなっている。
【0006】
次に、図12(c)に示すように、第1のAl薄膜103が形成されたSiウェハ101を真空槽109内に導入し、このSiウェハ101を真空槽109内の上方に配置されたステージ104と対向させ、真空槽109内を約10-6Pa程度まで排気する。そして、ステージ104の表面及び第1のAl薄膜103の表面にArガス108を源とするFAB(Fast Atom Bombardment )処理を施す。これはArガス108を、1KV程度の電圧で加速して第1のAl薄膜103及びステージ104の表面103a,104aに照射し、これらの表面103a,104aの酸化膜、不純物などを除去し清浄な表面103a,104aを形成する工程である。
【0007】
次に、図12(d)に示すように、ステージ104とSiウェハ101を接近させ清浄なステージ104の表面104aと清浄な第1のAl薄膜103の表面103aとを接触させ、さらに、荷重として50kgf/cm2をかけて5分間押し付け、ステージ104と第1のAl薄膜103との表面103a,104aを接合する。
【0008】
そして、図12(e)に示すように、ステージ104とSiウェハ101を元のように引き離すと、第1のAl薄膜103とステージ104との接合力の方が、第1のAl薄膜103とSiウェハ101上の熱酸化膜106との密着力よりも大きいため、第1のAl薄膜103はSiウェハ101からステージ104側に転写される。
【0009】
同様にして、第2のAl薄膜を形成してFAB処理を施し、接合転写することにより、第1のAl薄膜103の上に第2のAl薄膜を積層する。最初の工程との違いは、FAB処理の工程において、2回目のときはステージ104の表面104aにFAB処理をするのではなく、第1のAl薄膜103の裏面(それまでSiウェハ101に接触していた面)103bに照射し、そこを清浄化することである。また、第1のAl薄膜103と第2のAl薄膜の相対的な位置出しを行うために、ステージ104側又はSiウェハ101側に、x−y(水平)平面内のアライメント機構(図示せず)が設けられている。
【0010】
以上の各工程を繰り返して、図12(f)に示すように、順にAl薄膜を積層することにより、微小構造体105を製造することができる。この様な方法により製造した微小構造体105はAl製であるが、他の材料で製造するには、基板上に形成する薄膜を他の金属(銅、インジウムなど)や、セラミックスなどの絶縁体(アルミナ、炭化けい素)にすれば良い。
【0011】
この製造方法によれば、膜厚均一性に優れたスパッタリング法を用いてAl薄膜を形成しているので、積層方向の高解像度化が可能となる。
【0012】
その他に、従来の積層構造体の製造方法として、例えば、特開平11−48342号公報(特許文献2)およびUS6230408B1公報(特許文献3)に示されるものがある。
【0013】
特許文献2に示された積層構造体の製造方法は、第1層のマイクロパーツを膜Aを介して基板A上に形成し、第2層のマイクロパーツを膜Bを介して基板B上に形成し、第1層と第2層のマイクロパーツが対向するように基板A、Bを配置し、第1層と第2層のマイクロパーツを突き合わせ接合した後、膜Bを溶剤により除去して第2層のマイクロパーツを基板Bから分離する。これを順次繰り返して複数の層からなるマイクロマシンを製造するものである。
【0014】
特許文献3に示された積層構造体の製造方法は、基板上に所定のパターンを有する複数の電鋳層を形成し、複数の電鋳層をピン結合して複数層からなる熱交換器を製造するものである。
【0015】
【特許文献1】
特開2000−238000号公報
【特許文献2】
特開平11−48342号公報
【特許文献3】
US6230408B1公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の積層構造体の製造方法においては、厚さ0.5μmと極薄の薄膜を積層するため、積層方向の寸法(高さ寸法)が数百μm乃至数mmの構造体を製造しようとする場合、積層数が多くなり、製造に要する時間が長くなるという問題がある。
【0017】
この問題を回避する方法として、薄膜の厚さを数μm〜十数μmに増やす方法が考えられる。しかしながら、この場合、真空蒸着法などの薄膜堆積法を使う限り、1層の膜厚はせいぜい十数μmであり、それ以上厚い膜の形成は、膜のストレスに起因する膜はがれの問題や長い成膜時間を考慮すると、実現が困難であった。
【0018】
従って、本発明の目的は、積層方向の高さが数百μm以上の高い積層構造体であっても短時間で製造することができる積層構造体の製造方法および積層構造体を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、構造体の断面パターンに対応する複数の断面形状部材が連結部材によって支持部材に連結されたパターン部材をパターニング加工によって形成する第1の工程と、前記パターン部材を支持台上に固定する第2の工程と、ターゲット基板又は前記ターゲット基板に接合された前記断面形状部材の表面と前記支持台上の前記断面形状部材の表面とを清浄化する第3の工程と、前記ターゲット基板又は前記ターゲット基板に接合された前記断面形状部材の清浄化された表面と前記支持台上の前記断面形状部材の清浄化された表面とを常温接合させた後、前記ターゲット基板と前記パターン部材とを引き離すことにより、前記連結部材を破断させて前記断面形状部材を前記支持部材から切り離し、切り離した前記断面形状部材を前記ターゲット基板側に積層する第4の工程とを備えたことを特徴とする積層構造体の製造方法を提供する。
この構成によれば、バターン部材の厚みを厚くすることにより、厚い断面形状部材を用いることができ、積層枚数が減る。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1(a)〜(d)は、本発明の実施の形態に係る積層構造体の製造工程を示す。図1(a)の平面図、および図1(a)のY1−Y1断面図の図1(b)に示すように、微小構造体の断面パターンに対応した複数の断面形状部材11-1,11-2,11-3を有するパターン部材1を準備する。このパターン部材1は、ステンレス、Ni(ニッケル)等の金属からなり、エッチング法等の公知のメタルマスク製造技術により形成される。
【0021】
このパターン部材1は、複数の断面形状部材11-1〜11-3と、これらを所定のピッチで連結部材13により保持する枠状部材12とからなる。これらの全ての部材を含むパターン部材1は、同時に一括して製造される。
【0022】
次に、このパターン部材1を、粘着シート2を介して支持台3に固定する。粘着シート2は、その粘着面でパターン部材1を固定し、その裏面は静電チャックを有する支持台3に固定される。
【0023】
次に、図1(c)に示すように、支持台3上に粘着シート2を介して固定されたパターン部材1を、図示しない真空チャンバーに導入し、上方に配置されたターゲット基板4と向かい合せにして、従来技術と同様の方法にて、まず、第1の断面形状部材11-1をターゲット基板4に接合転写する。このとき、ターゲット基板4と第1の断面形状部材11-1との接合力は数十MPa以上であるのに対し、第1の断面形状部材11-1と粘着シート2との接着力は数MPa程度であるため、第1の断面形状部材11-1はターゲット基板4に転写する。この際、連結部材13は十分細く、この連結部材13と比較して枠状部材12は十分太いため、連結部材13は破断される。
【0024】
その後、第2、第3の断面形状部材11-2,11-3を繰り返し転写することにより、図11(d)に示すように、ターゲット基板4に断面形状部材11-1〜11-3からなる積層構造体5が完成する。なお、連結部材13の一部が積層構造体5に残る場合があるが、積層構造体5の機能に支障のない場所に位置付けることにより、特に問題とはならない。
【0025】
本実施の形態の積層構造体の製造方法によれば、積層構造体5の各断面形状部材11-1〜11-3の厚さtは、数十μm乃至百数十μmに選択可能なので、従来の厚さ0.5μm等の極薄の薄膜を積層する場合に比べ、積層枚数が減る。この結果、積層回数を大幅に減らすことができるので、積層方向の全体の高さが1mm乃至数mmの積層構造体を容易に短時間で製造することができる。また、パターン部材1は、所望の板厚を有するステンレス板などを母材としたパンチング(打ち抜き)加工、エッチング加工、レーザー加工や、電鋳などのメッキ加工など、公知の大量生産技術で製造可能であるため、構造体を低コストで供給することができる。
【実施例】
以下、このような効果を奏する積層構造体の製造方法によって、液体,気体等の流体の熱交換を行う熱交換器、および流体を混合するマイクロリアクタの実施例を説明する。
【0026】
図2は、本発明の第1の実施例に係る熱交換器を示す。この熱交換器15Aは、第1から第5層の断面形状部材110a〜110eを下から順に積層したものである。第1層の断面形状部材110a、および第3層の断面形状部材110cは、A層に属し、第2層の断面形状部材110b、および第4層の断面形状部材110dは、B層に属し、最上層の第5層の断面形状部材110eは、熱交換器15Aの蓋となるC層に属する。最上層の第5層の断面形状部材110eには、複数の貫通穴114a〜114dが形成されている。
【0027】
矢印a(in)で示すように、最上層の第5層の断面形状部材110eに形成された貫通穴114cから流入した流体aは、第1層および第3層の断面形状部材110a,110cの内部に矢印fa1,fa2で示す水平方向に形成された流路を通って、矢印a(out)で示すように貫通穴114aから流出するようになっている。また、矢印b(in)で示すように、貫通穴114bから流入した流体bは、第2層および第4層の断面形状部材110b,110dの内部に矢印fb1,fb2で示す水平方向に形成された流路を通って、矢印b(out)で示すように貫通穴114dから流出するようになっている。すなわち、熱交換器15Aは、流体aと流体bが互いに異なる層を混ざることなく流れる間に、熱が移動する構成となっている。なお、図2では合計5層からなる場合を示してあるが、層数は任意である。
【0028】
次に、図2に示した熱交換器15Aの製造方法について説明する。まず、熱交換器15Aの断面パターンを含むパターン部材を、通常のメタルマスクを製造するのと同様のエッチング法を用いて製造する。
【0029】
図3は、そのパターン部材を示し、(a)は平面図、(b)は(a)の詳細図、(c)は(a)のY2−Y2断面図である。このパターン部材119は、熱交換器15AのA層に属する第1層の断面形状部材110aと、熱交換器15AのB層に属する第2層の断面形状部材110bと、A層に属する第3層の断面形状部材110cと、B層に属する第4層の断面形状部材110dと、熱交換器15Aの蓋に対応するC層に属する断面形状部材110eと、断面形状部材110a〜110eを所定のピッチPで複数の連結部材130によって保持する枠状部材120とを備える。本実施例では、パターン部材119はステンレスからなり、各断面形状部材110a〜110eの1辺の長さは10mm、これらの配置ピッチPは11mmとした。
【0030】
A層に属する第1層および第3層の断面形状部材110a,110cは、図面中横方向に溝115aが形成されており、B層に属する第2層および第4層の断面形状部材110b,110dは、図面中縦方向に溝115bが形成されている。これらの溝115a,115bは、図3(c)に示すように、層厚の概略半分だけ除去されて流体が水平方向に流れる水平流路を形成している。第2層の断面形状部材110bには、2つの貫通穴114a,114cが形成され、第3層から第5層の断面形状部材110c〜110eには、4つの貫通穴114a〜114dが形成されている。各断面形状部材110a〜110eを積層することにより、貫通穴114a〜114dは、流体が垂直方向に流れる垂直流路として機能する。
【0031】
枠状部材120は、各断面形状部材110a〜110eを所定のピッチPで並べておくために必要な部材であり、本実施例では幅2mmとした。
【0032】
連結部材130は、パターン部材119を準備する段階では各断面形状部材110a〜110eを一体化するために必要であり、また、後の積層工程では転写工程で破断しやすいように適度な細さにしておく必要がある。この理由から本実施例では、連結部材130を幅100μmとし、さらに、図3(b)に第1層の断面形状部材110aとの連結部分を代表して示すように、連結部材130の連結部分にノッチ130aを入れ、破断しやすいようにしてある。
【0033】
次に、このパターン部材119を図示しない粘着シートに貼り付ける。粘着シートはSiウェハのダイシングの際に用いるシートが好適である。なお、適当な基板(ガラス基板やSiウェハ)に接着剤をスピンコーティングなどで均一に塗布した後、これに貼り付けても良い。このシートまたは基板を接合装置に導入し、ステージ上の静電チャックに固定する。また、工業用両面粘着テープを用い、パターン部材を直接ステージ上に貼り付けても良い。
【0034】
図4(a)〜(d)は、積層プロセスを示す。図4(a)に示すように、支持台3上に粘着シート2によって接着されたパターン部材119を真空槽109内に導入する。真空槽109内において、パターン部材119の第1層の断面形状部材110aとターゲット基板140と向かい合わせて、第1層の断面形状部材110aとターゲット基板140の表面にアルゴン原子ビーム142を照射し、各表面を清浄化する。次に、図4(b)に示すように、第1層の断面形状部材110aとターゲット基板140を圧接すると、第1層の断面形状部材110aとターゲット基板140が常温接合により強固に接合される。
【0035】
引き続き、図4(c)のようにターゲット基板140を引き上げると、第1層の断面形状部材110aが粘着シート2から剥離してターゲット基板140に転写する。これは、常温接合による接合力が、粘着シート2の接着力よりも十分に大きいためである。また、連結部材130は十分に細いため、転写時にノッチ130aの部分から破断する。
【0036】
引き続き、図4(d)に示すように、パターン部材119をターゲット基板140に対して相対的に矢印Y3で示す方向へ11mm移動し、第1層の断面形状部材110aが第2層の断面形状部材110bと向かい合う様に位置決めする。以降、図4(a)〜(c)の工程を繰り返してターゲット基板140上に第2層の断面形状部材110bを積層する。同様に、図2に示した熱交換器15Aの第3層、第4層、さらに第5層の断面形状部材110c,110d,110eを順次積層して、熱交換器15Aを完成させる。
【0037】
この第1の実施の形態によれば、厚さ数十から百数十μm、30cm角程度のステンレス板を母材として、エッチング法によって合計数百層分の断面形状部材110a〜110eを一度に準備することが可能である。また、この熱交換器15Aによれば、2つの流体を用いて熱交換を行うことができる。
【0038】
なお、上記実施例では、パターン部材119の材質はステンレスとしたが、ニッケルや銅など他の金属材料を用いても良い。また、ターゲット基板140との接合を容易にするためにエッチング加工後に、その片面若しくは両面に薄く金などのやわらかい材料をコーティングしても良い。コーティングは真空蒸着やメッキなどの方法が適用できる。また、上記実施例では、ステンレス板をエッチング法により一括してパターニングしたが、別の方法、例えば薄板をパンチングによりパターニングしても良い。
【0039】
図5は、本発明の第2の実施例に係る熱交換器を示す。この熱交換器15Bは、第1から第9層の断面形状部材154-1〜154-9を下から順に積層したものである。各断面形状部材154-1〜154-9には、貫通穴162a,162bが形成されている。矢印a(in)で示すように第9層の断面形状部材154-9の貫通穴162aから流入した液体aは、第4層および第8層の断面形状部材154-4,154-8で水平方向f4,f8に形成された流路を通って矢印a(out)で示すように第1層の断面形状部材154-1の貫通穴162aから流出するようになっている。また、第9層の断面形状部材154-9の貫通穴162bから流入した液体bは、第2層および第6層の断面形状部材154-2,154-6で水平方向f2,f6に形成された流路を通って矢印b(out)で示すように第1層の断面形状部材154-1の貫通穴162bから流出するようになっている。すなわち、熱交換器15Bは、流体aと流体bが互いに混ざることなく流れる間に、熱が移動する構成となっている。なお、図5では合計9層からなる場合を示してあるが、層数は任意である。
【0040】
次に、図5に示した熱交換器15Bの製造方法について説明する。まず、熱交換器15Bの断面パターンを含むパターン部材を、通常のフォトリソグラフィ法を用いて製造する。
【0041】
図6は、パターン部材の製造工程を示す。この熱交換器15B用のパターン部材は、第1の実施例のパターン部材119と異なり、メッキによるニッケル(Ni)で製造される。まず、図6(a)に示すように、ステンレス基板150の上にフォトレジスト152をスピンコートする。次に、図6(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィー技術を用いてフォトレジスト152を熱交換器の断面パターンの反転パターン形状にパターニングする。そして、この基板150を図示せぬメッキ槽に浸漬し、図6(c)に示すように、レジスト152のない領域にだけ、Niをメッキにより成長させ、Niメッキ層154を形成する。Niメッキ層154の膜厚は、レジスト152の膜厚を超えないようにする。その後、図6(d)に示すように、レジスト152を剥離し、ステンレス基板150からNiメッキ層154を分離する。これによって、Niメッキによるパターン部材160が完成する。
【0042】
図7は、そのパターン部材160を示す。この熱交換器15Bは、第1の実施例の熱交換器15Aとは異なるタイプのものである。パターン部材160は、熱交換器15Bを構成する約10mm角の第1層から第9層の断面形状部材154-1〜154-9と、断面形状部材154-1〜154-9を所定のピッチPで複数の連結部材156によって保持する枠状部材155とを備える。連結部材156には、第1の実施例と同様に、破断が容易となるようにノッチが形成されている。パターン部材160は、本実施例ではニッケルからなる。各断面形状部材154-1〜154-9は、ストライプ状の細長い長方形の貫通穴162a,162bに流体が流れる構造となっている。
【0043】
このようなパターン部材160を、支持台として機能する図示せぬマグネットチャックに吸着させる。パターン部材160はNiでできているので、そのままの状態でマグネットチャックに固定することが可能である。
【0044】
この後の積層工程は、第1の実施例と同様である。各断面形状部材154-1〜154-9を、順にターゲット基板上に接合転写してゆく。このとき、連結部材156はターゲット基板側に引張られたときに、破断されるよう、十分細い形状となっている。また、マグネットチャックの吸着力は、パターン部材160の固定には十分であり、常温接合のターゲット基板への接合力よりも小さい値に設定されている。
【0045】
この第2の実施例によれば、比較的厚いパターン部材を形成できるので、少ない積層枚数で熱交換器を製造することができる。また、この熱交換器15Bによれば、2つの流体を用いて熱交換を行うことができる。
【0046】
なお、FABの照射によりパターン部材160の空隙部分に対応するマグネットチャック表面が、エッチング除去される不都合が生じることが考えられるので、マグネットチャックとパターン部材160との間に、薄いシート(磁性体でも非磁性体でも可能)を挿入するのが好ましい。これにより、マグネットチャックの表面を保護する効果が期待できる。また、このシートの材質や厚みを変えることにより、マグネットチャックに吸着する力を任意に調整することができる。
【0047】
また、Ni製のパターン部材160を電気的に接地電位に接続し、ターゲット基板を適当な電源に接続しておき、各断面形状部材154-1〜154-9をターゲット基板に転写する際に、この間に電流を流すことにより、連結部材156に電流が集中して溶融し、破断を促進することも可能である。電流量を増やすことにより、溶融のみで完全に連結部材156が破断するようにしても良い。このようにすると、連結部材156の設計自由度が増し、レイアウト上の制約が減る。
【0048】
本実施例ではメッキとしてNiを用いた例を示したが、材料はこれに限定されるものではなく、メッキ可能な他の材料、例えば銅や金でもよく、これらメッキ可能な材料の複合体でも良い。また、本実施例では、1枚のフォトレジスト152を用いた単純な形状のメッキ膜を用いたが、2枚以上のフォトレジストを用いて膜厚方向に段差があるような(第1の実施例で示した貫通部と非貫通部があるような形状)、より複雑なメッキ膜を用いてもよい。
【0049】
図8は、本発明の第3の実施例に係る積層構造体としてのマイクロリアクタを示す。このマイクロリアクタ15Cは、第1層から第5層の断面形状部材170a〜170eを下から順に積層したものである。第2層から第5層の断面形状部材170b〜170eには、貫通穴171a,171b,171cが形成され、第1層の断面形状部材170aには、貫通穴171aが形成されている。矢印a(in)で示すように、貫通穴171aから流入した流体aは、貫通穴171aを通り、第2層および第4層の断面形状部材170b,170dの内部に形成された流路を通って貫通穴171cに流入し、矢印b(in)で示すように、貫通穴171bから流入した流体bは、貫通穴171bを通り、第1層および第3層の断面形状部材170a,170cの内部に形成された流路を通って貫通穴171cに流入する。貫通穴171aから流入した流体aと貫通穴171bから流入した流体bは、貫通穴171cで混合され、矢印a+b(out)で示すように、最上層の第1層の断面形状部材170eの貫通穴171cから流出するようになっている。
【0050】
このような構造のマイクロリアクタ15Cの断面パターンを含むパターン部材は、第1の実施例と同様にエッチング法を用いて製造される。
【0051】
図9(a)は、そのパターン部材を示す。このパターン部材173は、マイクロリアクタ15Cを構成する第1層から第5層の断面形状部材170a〜170eと、断面形状部材170a〜170eを所定のピッチPで複数の連結部材130によって保持する枠状部材120とを備える。連結部材130には、図9(b)に示すように、第1の実施例と同様に、破断が容易となるようにノッチ130aが形成されている。第1層の断面形状部材170aには、図9(a)のY4−Y4断面図同図(c)に示すように、溝172が形成され、第2層の断面形状部材170bには、貫通穴171b,171c、および溝172が形成され、第3層および第4層の断面形状部材170c,170dには、貫通穴171a,171b,171c、および溝172が形成され、第5層の断面形状部材170eには、貫通穴171a,171b,171cが形成されている。矩形状の貫通穴171cは、流体aと流体bの混合領域として機能し、溝172は流体a,bの流路として機能する。
【0052】
この第3の実施例によれば、第1の実施例と同様に、少ない積層枚数でマイクロリアクタを製造することができる。また、このマイクロリアクタ15Cは、流体aと流体bを最上層から流入させると、それらの混合流体を最上層から流出させることができる。
【0053】
図10は、本発明の第4の実施例に係るマイクロリアクタを示す。このマイクロリアクタ15Dは、第1層から第11層の断面形状部材180a〜180kを上から順に積層したものである。最上層の第1層の断面形状部材180aには、2つの貫通穴181a,181bが形成され、最下層の第11層の断面形状部材180kには、1つの貫通穴181aが形成されている。このマイクロリアクタ15Dは、矢印a(in)で示すように、最上層の第1層の断面形状部材180aに形成された貫通穴181aから流体aを流入され、最下層の第11の断面形状部材180kの貫通穴181aから流体bを流入させると、流体aと流体bは第2層から第10層の断面形状部材180b〜180jの内部で混合され、その混合流体は、矢印a+b(out)で示すように、最上層の第1の断面形状部材180aの貫通穴181bから流出するようになっている。
【0054】
このような構造のマイクロリアクタ15Dの構成要素を含むパターン部材は、第1の実施例と同様にエッチング法を用いて製造される。
【0055】
図11は、そのパターン部材を示す。このパターン部材183は、マイクロリアクタ15Dを構成する第1層から第11層の断面形状部材180a〜180kと、断面形状部材180a〜180kを所定のピッチPで複数の連結部材130によって保持する枠状部材120とを備える。連結部材130には、第1の実施例と同様に、破断が容易となるようにノッチが形成されている。第1層から第10層の断面形状部材180a〜180jには、複数の貫通穴181a,181bが形成され、第11層の断面形状部材180kには、1つの貫通穴181aが形成され、第4層、第6層および第8層の断面形状部材180d,180f,180hには、貫通穴181bに至る溝182が形成されている。第3層から第9層の断面形状部材180c〜180iに形成された大きい開口の貫通穴181bは、流体aと流体bの混合領域として機能し、溝182は流体a,bの流路として機能する。
【0056】
この第4の実施例によれば、第3の実施例と同様に、少ない積層枚数でマイクロリアクタを製造することができる。また、このマイクロリアクタ15Dは、流体aを最上層から流入させ、流体bを最下層から流入させると、それらの混合流体を最上層から流出させることができる。また、第3の実施例では流体aと流体bは同一層には混在していないのに対し、本実施例では同一層にこれらが混在し、かつ貫通穴181bでは2種類の流体が縦横市松状に流入するので、第3の実施例よりも混合効率が高くなる。
【0057】
以上の実施例では、熱交換器およびマイクロリアクタを製造する例を示したが、これに限らずインクジェットノズルなどのいわゆるマイクロマシンの製造に広くて起用可能である。また、複数の断面形状部材を積層して成形型を製造してもよい。また、上記の実施例では連結部材が断面形状部材の積層の際に機械的応力により破断される場合について説明したが、パターン部材とターゲット基板との間に電流を流すことにより、連結部材が焼き切られて破断するようにしてもよい。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の積層構造体の製造方法および積層構造体によれば、バターン部材の厚みを厚くすることにより、厚い断面形状部材を用いることができ、積層回数を大幅に減らすことが可能となり、短時間で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は本発明の実施の形態に係る構造体の製造工程を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施例に係る熱交換器の外観を示す斜視図である。
【図3】(a)は第1の実施例に係るパターン部材の平面図、(b)は連結部材の拡大図、(c)は(a)のY2−Y2断面図である。
【図4】(a)〜(d)は積層工程を示す図である。
【図5】本発明の第2の実施例に係る熱交換器の外観を示す斜視図である。
【図6】(a)〜(d)は第2の実施例に係るパターン部材の製造工程を示す図である。
【図7】本発明の第2の実施例に係るパターン部材の平面図である。
【図8】本発明の第3の実施例に係るマイクロリアクタの外観を示す斜視図である。
【図9】(a)は本発明の第3の実施例に係るパターン部材の平面図、(b)は連結部材の拡大図、(c)は(a)のY4−Y4断面図である。
【図10】本発明の第4の実施例に係るマイクロリアクタの外観を示す斜視図である。
【図11】本発明の第4の実施例に係るパターン部材の平面図である。
【図12】(a)〜(f)は従来の構造体の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
1,119,160 パターン部材
2 粘着シート
3 支持台
4,140 ターゲット基板
5 積層構造体
11-1〜11-3,154-1〜154-9 断面形状部材
12,120,155 枠状部材
13,130,156 連結部材
101 Siウェハ
102 Al薄膜
103 第1のAl薄膜
104 ステージ
105 微小構造体
106 熱酸化膜
107,152 フォトレジスト
108 Arガス
109 真空槽
112 熱交換器
110a〜110e 断面形状部材
114a,114b,115a,115b 流路
115a,115b 溝
119 パターン部材
130 連結部材
130a 連結部材のノッチ
142 Ar原子ビーム
150 ステンレス基板
154-1〜154-9 断面形状部材
155 枠状部材
156 連結部材
160 パターン部材
162a,162b 貫通穴
170a〜170e 断面形状部材
171a,171b 貫通穴
172 溝
173 パターン部材
180a〜180k 断面形状部材
181a,181b 貫通穴
182 溝
183 パターン部材

Claims (12)

  1. 構造体の断面パターンに対応する複数の断面形状部材が連結部材によって支持部材に連結されたパターン部材をパターニング加工によって形成する第1の工程と、
    前記パターン部材を支持台上に固定する第2の工程と、
    ターゲット基板又は前記ターゲット基板に接合された前記断面形状部材の表面と前記支持台上の前記断面形状部材の表面とを清浄化する第3の工程と、
    前記ターゲット基板又は前記ターゲット基板に接合された前記断面形状部材の清浄化された表面と前記支持台上の前記断面形状部材の清浄化された表面とを常温接合させた後、前記ターゲット基板と前記パターン部材とを引き離すことにより、前記連結部材を破断させて前記断面形状部材を前記支持部材から切り離し、切り離した前記断面形状部材を前記ターゲット基板側に積層する第4の工程とを備えたことを特徴とする積層構造体の製造方法。
  2. 前記第1の工程は、金属からなる板状部材をパターニング加工して前記パターン部材を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1記載の積層構造体の製造方法。
  3. 前記第1の工程における前記パターニング加工は、金属からなる板状部材をパンチングあるいたエッチングによって行うものであることを特徴とする請求項1記載の積層構造体の製造方法。
  4. 前記第1の工程は、前記パターン部材の表面に、電着およびメッキの何れかによって、前記第3の工程における積層時に前記断面形状部材が互いに接合しやすい金属膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1記載の積層構造体の製造方法。
  5. 前記第2の工程は、前記パターン部材を前記支持台に粘着シートを介して接着固定する工程を含むことを特徴とする請求項1記載の積層構造体の製造方法。
  6. 前記第2の工程は、前記パターン部材のうち少なくとも枠部材または連結部材を前記支持台に粘着シートを介して接着固定する工程を含むことを特徴とする請求項1記載の積層構造体の製造方法。
  7. 前記第2の工程は、前記パターン部材に磁性材料を用いるとともに、前記支持台にマグネットチャックを用い、前記パターン部材を前記マグネットチャックに吸着する工程を含むことを特徴とする請求項1記載の積層構造体の製造方法。
  8. 前記第2の工程において、前記パターン部材を前記マグネットチャックに吸着する際に、前記パターン部材と前記マグネットチャックの間にシート状部材を挟むことを特徴とする請求項7記載の積層構造体の製造方法。
  9. 前記シート状部材は、磁性材料であることを特徴とする請求項8記載の積層構造体の製造方法。
  10. 前記第1の工程は、前記複数の断面形状部材の全部あるいは一部に1つあるいは2つ以上の貫通穴を有するように前記パターン部材を形成し、
    前記第4の工程は、前記複数の断面形状部材を積層することにより、前記貫通穴を流体の流路とする熱交換器を形成することを特徴とする請求項1記載の積層構造体の製造方法。
  11. 前記第1の工程は、前記複数の断面形状部材の全部あるいは一部に1つあるいは2つ以上の貫通穴を有するように前記パターン部材を形成し、
    前記第4の工程は、前記複数の断面形状部材を積層することにより、最下層あるいは最上層の前記断面形状部材に形成された3つの前記貫通穴を、それぞれ第1の流体が流入される第1の流入口、第2の流体が流入される第2の流入口、および前記第1および第2の流体を混合した混合流体が流出される流出口とし、前記最下層および前記最上層以外の前記断面形状部材に形成された前記貫通穴を前記第1および第2の流体を混合する領域とするマイクロリアクタを形成することを特徴とする請求項1記載の積層構造体の製造方法。
  12. 請求項1に記載の積層構造体の製造方法によって製造され、
    最上層の前記断面形状部材は、第1の流体が流入する第1の流入口を有し、
    最下層の前記断面形状部材は、第2の流体が流入する第2の流入口を有し、
    前記複数の断面形状部材のうち前記最上層および前記最下層の断面形状部材を除く複数の断面形状部材は、前記第1および第2の流入口から流入された前記第1および第2の流体を混合する混合流路が形成され、
    前記最上層あるいは前記最下層の前記断面形状部材は、前記混合流路で混合された前記第1および第2の流体の混合流体を流出する流出口を有することを特徴とする積層構造体。
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