JP5443220B2 - 電鋳用の型および電鋳用の型を製造する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電鋳(galvanoplasty)を利用して微小機械部品を製造するための型、および前記型を製造する方法に関する。
電鋳は、長い間にわたり利用され、知られている。ＬＩＧＡタイプ方法（「roentgenLIthographie、Galvanoformung & Abformung」というドイツ語のよく知られている略語）は、より最近のものである。これらは、感光性樹脂を使用するフォトリソグラフィにより、さらに、ニッケルなどの金属析出物をその感光性樹脂内にて成長させる電鋳により、型を形成することからなる。ＬＩＧＡ技術の精度は、例えば機械加工から得られる従来の型の精度に比べてはるかに優れている。したがって、この精度によって、以前には想像することもできなかった、微小機械部品、とりわけ計時器のムーブメント用の微小機械部品の製造が可能である。
しかし、これらの方法は、例えば１２％のリンを含有するニッケル−リンから作製される同軸がんぎ車などの、高い細長比を有する微小機械部品には適していない。このタイプの部品の電解析出物は、めっきの際に、めっきされたニッケル−リン内の内部応力によりこの電解析出物が基板との接合面で分離されることによって、薄層剥離する。
本発明の１つの目的は、少なくとも同一の製造精度を実現し、複数の高さ部分および／または高い細長比を有する部品の製造を可能にする、代替的な型を提供することにより、前述の欠点の全てまたは一部を克服することである。
したがって、本発明は、型を製造する方法であって、以下のステップ、すなわち、
ａ）導電性の微小機械材料から作製され、電気絶縁性の中間層によって互いに固着される、上部層および下部層を有する、基板を用意するステップと、
ｂ）前記型中に少なくとも１つの空洞部を形成するために、上部層中に中間層に達するまで少なくとも１つのパターンをエッチングするステップと、
ｃ）電気絶縁被覆材により前記基板の上部を被覆するステップと、
ｄ）前記上部層中に形成された各垂直方向壁部にのみ前記被覆材および前記中間層の存在を限定するために、前記被覆材および前記中間層に指向性エッチングを施すステップと
を含む、方法に関する。
ａ）導電性の微小機械材料から作製され、電気絶縁性の中間層によって互いに固着される、上部層および下部層を有する、基板を用意するステップと、
ｂ）前記型中に少なくとも１つの空洞部を形成するために、上部層中に中間層に達するまで少なくとも１つのパターンをエッチングするステップと、
ｃ）電気絶縁被覆材により前記基板の上部を被覆するステップと、
ｄ）前記上部層中に形成された各垂直方向壁部にのみ前記被覆材および前記中間層の存在を限定するために、前記被覆材および前記中間層に指向性エッチングを施すステップと
を含む、方法に関する。
本発明の他の有利な特徴によれば、
− 第２のパターンが、ステップｂ）において、前記少なくとも１つの空洞部と連絡し、前記上部層に第２の高さ部分を形成する、少なくとも１つの凹部を形成するためにエッチングされ、
− ステップｄ）の後に、前記少なくとも１つの空洞部と連絡し、前記型に第２の高さ部分を形成する、少なくとも１つの凹部を形成するために、部分が設けられ、
− この方法は、ｅ）前記型内において作製される後の部品中に穴を形成するために、前記少なくとも１つの空洞部内にロッドを設置する最終ステップを含み、
− ステップｂ）は、ｆ）導電性の上部層の上に少なくとも１つの保護マスクを構築する段階と、ｇ）前記少なくとも１つの保護マスクにより被覆されていない部分に対して前記上部層の異方性エッチングを実施する段階と、ｈ）保護マスクを除去する段階とを含み、
− 前述のステップの後に、この方法は、ａ’）前記少なくとも１つの空洞部の底部中に導電性材料を堆積するステップと、ｂ’）前記型内において少なくとも１つの空洞部を形成するために、前記導電性材料からなる堆積物に達するまで下部層中にパターンをエッチングするステップと、ｃ’）第２の電気絶縁被覆材によりアセンブリ全体を被覆するステップとを含み、
− ステップｃ’）の後に、この方法は、ｄ’）前記下部層中に形成された各垂直方向壁部のみに前記第２の被覆材の存在を限定するために、前記第２の被覆材に指向性エッチングを施すステップを含み、
− 第２のパターンが、ステップｂ’）の際に、前記少なくとも１つの空洞部に連絡し、第２の高さ部分を前記下部層に形成する、前記少なくとも１つの凹部を形成するためにエッチングされ、
− 部分が、ステップｄ’）の後に、前記少なくとも１つの空洞部に連絡し、第２の高さ部分を前記型に形成する、少なくとも１つの凹部を形成するために設けられ、
− この方法は、ｅ’）前記型内において作製された後の部品中に穴を形成するために、下部層中の前記少なくとも１つの空洞部内にロッドを設置する最終ステップを含み、
− ステップｂ’）は、ｆ’）導電性の上部層の上に少なくとも１つの保護マスクを構築する段階と、ｇ’）前記少なくとも１つの保護マスクにより覆われていない部分に対して前記上部層の異方性エッチングを実施する段階と、ｈ’）保護マスクを除去する段階とを含み、
− 複数のマスクが、同一の基板の上で製造され、
− 導電性の層は、ドープされたケイ素ベース基板を含む。
− 第２のパターンが、ステップｂ）において、前記少なくとも１つの空洞部と連絡し、前記上部層に第２の高さ部分を形成する、少なくとも１つの凹部を形成するためにエッチングされ、
− ステップｄ）の後に、前記少なくとも１つの空洞部と連絡し、前記型に第２の高さ部分を形成する、少なくとも１つの凹部を形成するために、部分が設けられ、
− この方法は、ｅ）前記型内において作製される後の部品中に穴を形成するために、前記少なくとも１つの空洞部内にロッドを設置する最終ステップを含み、
− ステップｂ）は、ｆ）導電性の上部層の上に少なくとも１つの保護マスクを構築する段階と、ｇ）前記少なくとも１つの保護マスクにより被覆されていない部分に対して前記上部層の異方性エッチングを実施する段階と、ｈ）保護マスクを除去する段階とを含み、
− 前述のステップの後に、この方法は、ａ’）前記少なくとも１つの空洞部の底部中に導電性材料を堆積するステップと、ｂ’）前記型内において少なくとも１つの空洞部を形成するために、前記導電性材料からなる堆積物に達するまで下部層中にパターンをエッチングするステップと、ｃ’）第２の電気絶縁被覆材によりアセンブリ全体を被覆するステップとを含み、
− ステップｃ’）の後に、この方法は、ｄ’）前記下部層中に形成された各垂直方向壁部のみに前記第２の被覆材の存在を限定するために、前記第２の被覆材に指向性エッチングを施すステップを含み、
− 第２のパターンが、ステップｂ’）の際に、前記少なくとも１つの空洞部に連絡し、第２の高さ部分を前記下部層に形成する、前記少なくとも１つの凹部を形成するためにエッチングされ、
− 部分が、ステップｄ’）の後に、前記少なくとも１つの空洞部に連絡し、第２の高さ部分を前記型に形成する、少なくとも１つの凹部を形成するために設けられ、
− この方法は、ｅ’）前記型内において作製された後の部品中に穴を形成するために、下部層中の前記少なくとも１つの空洞部内にロッドを設置する最終ステップを含み、
− ステップｂ’）は、ｆ’）導電性の上部層の上に少なくとも１つの保護マスクを構築する段階と、ｇ’）前記少なくとも１つの保護マスクにより覆われていない部分に対して前記上部層の異方性エッチングを実施する段階と、ｈ’）保護マスクを除去する段階とを含み、
− 複数のマスクが、同一の基板の上で製造され、
− 導電性の層は、ドープされたケイ素ベース基板を含む。
さらに、本発明は、電鋳を利用して微小機械部品を製造する方法において、以下のステップ、すなわち、
ｉ）前述の変形形態の中の１つの方法により型を製造するステップと、
ｊ）前記型内において前記部品を形成するために、基板の導電性の下部層に電極を接続することによって、電着を実施するステップと、
ｋ）前記型から部品を放出するステップと
を含むことを特徴とする、方法に関する。
ｉ）前述の変形形態の中の１つの方法により型を製造するステップと、
ｊ）前記型内において前記部品を形成するために、基板の導電性の下部層に電極を接続することによって、電着を実施するステップと、
ｋ）前記型から部品を放出するステップと
を含むことを特徴とする、方法に関する。
最後に、本発明は、電鋳を利用して微小機械部品を製造するための型において、導電性であり、電気絶縁性の中間層によって互いに固着される、上部層および下部層を有する、基板を含み、上部層は、前記基板の下部層の部分が露出された少なくとも１つの空洞部を有し、この少なくとも１つの空洞部は、電気絶縁性の壁部を有し、それにより、前記少なくとも１つの空洞部内において電解析出物を成長させることが可能となることを特徴とする、型に関する。
本発明の他の有利な特徴によれば、
− 上部層は、前記少なくとも１つの空洞部に連絡する少なくとも１つの凹部をさらに有し、この少なくとも１つの凹部は、前記少なくとも１つの空洞部が充填された後に、前記少なくとも１つの凹部内における電解析出を継続するために、電気絶縁性の壁部を有し、
− 下部層は、前記基板の導電性層の部分が露出された少なくとも１つの空洞部を有し、この少なくとも１つの空洞部は、電気絶縁性の壁部を有し、それにより、下部層中の前記少なくとも１つの空洞部内において電解析出物を成長させることが可能となり、
− 下部層は、下部層中の前記少なくとも１つの空洞部に連絡する少なくとも１つの凹部をさらに有し、この少なくとも１つの凹部は、下部層中の前記少なくとも１つの空洞部が充填された後に、前記少なくとも１つの凹部内における電解析出を継続するために、電気絶縁性の壁部を有する。
− 上部層は、前記少なくとも１つの空洞部に連絡する少なくとも１つの凹部をさらに有し、この少なくとも１つの凹部は、前記少なくとも１つの空洞部が充填された後に、前記少なくとも１つの凹部内における電解析出を継続するために、電気絶縁性の壁部を有し、
− 下部層は、前記基板の導電性層の部分が露出された少なくとも１つの空洞部を有し、この少なくとも１つの空洞部は、電気絶縁性の壁部を有し、それにより、下部層中の前記少なくとも１つの空洞部内において電解析出物を成長させることが可能となり、
− 下部層は、下部層中の前記少なくとも１つの空洞部に連絡する少なくとも１つの凹部をさらに有し、この少なくとも１つの凹部は、下部層中の前記少なくとも１つの空洞部が充填された後に、前記少なくとも１つの凹部内における電解析出を継続するために、電気絶縁性の壁部を有する。
添付の図面を参照として、非限定的な例として与えられる以下の説明によって、他の特徴および利点がより明らかに提示されよう。
図１３により図示されるように、本発明は、電鋳を利用して微小機械部品４１、４１’、４１’’を製造する方法１に関する。この方法１は、好ましくは、型３９、３９’、３９’’を製造する方法３と、その後の、電鋳ステップ５および前記型から部品４１、４１’、４１’’を放出するステップ７とを含む。
型製造方法３は、好ましくはケイ素ベース材料を含む型３９、３９’、３９’’を製造するための一連のステップを含む。
方法３の第１のステップ１０は、図１から図８に図示されるように、導電性の微小機械材料から作製され、導電性の中間層２２、２２’により互いに固着される、上部層２１、２１’および下部層２３、２３’を備える、基板９、９’を用意することからなる。
好ましくは、基板９、９’は、Ｓ．Ｏ．Ｉ．（シリコン・オン・インシュレータ）である。さらに、上部層２１、２１’および下部層２３、２３’は、導電性になるように十分にドープされた結晶シリコンから作製され、中間層は、二酸化ケイ素より作製される。
本発明によれば、方法３は、ステップ１１の後の２つの別個の実施形態を含み、これらはそれぞれ、図１３において三重線および単線によって表される。
第１の実施形態によれば、ステップ１１において、保護マスク１５、次いで２４が、図２に図示されるように、導電性の上部層２１の上に構築される。やはり図２に図示されるように、マスク１５は、上部層２１を覆わない少なくとも１つのパターン２７を有する。さらに、好ましくはマスク１５を完全に覆うマスク２４が、上部層２１を覆わない少なくとも１つのパターン２６を有する。
例えば、マスク１５は、所定の高さまで前記マスクを形成するように酸化ケイ素層を堆積することによって、作製され得る。次に、マスク２４は、例えば、マスク１５を覆うために感光性樹脂を使用して、フォトリソグラフィによって得ることができる。
図１３において三重線中に示される第１の実施形態によれば、第３のステップ２において、上部層２１がエッチングされて、中間層２２が露出される。本発明によれば、エッチング・ステップ２は、好ましくは、深堀り反応性イオン・エッチング・タイプ（ＤＲＩＥ）の異方性乾式腐食を含む。
初めにステップ２において、異方性エッチングが、マスク２４のパターン２６内の上部層２１中において実施される。このエッチングは、上部層２１の厚さの一部分にわたる、上部層２１中の少なくとも１つの空洞部２５のエッチングの始まりとなる。第２に、マスク２４が、除去され、次いで、第２の異方性エッチングが、上部層２１の上に依然として存在するマスク１５のパターン２７中において実施される。第２のエッチングは、前記少なくとも１つの空洞部２５のエッチングを継続するだけでなく、さらに、前記少なくとも１つの空洞部２５と連絡するがより大きな断面を有する、少なくとも１つの凹部２８のエッチングを開始する。
第４のステップ４において、マスク１５が、除去される。さらに、図３に図示されるように、第４のステップの最後に、上部層２１の厚さ全体がエッチングされて、前記少なくとも１つの空洞部２５が形成され、上部層２１の厚さの一部がエッチングされて、前記少なくとも１つの凹部２８が形成される。
第５のステップ６において、電気絶縁被覆材３０が、堆積されて、図４に図示されるように、基板９の上部全体を覆う。好ましくは、被覆材３０は、エッチングされた上部層２１および中間層２２の上部を酸化することによって得られる。
第６のステップ８において、被覆材３０および中間層２２の指向性エッチングが、実施される。ステップ８は、上部層２１中に形成された各垂直方向壁部にのみ、すなわち前記少なくとも１つの空洞部２５および前記少なくとも１つの凹部２８の各壁部３１および３２にのみ、絶縁層の存在を限定するためのものである。本発明によれば、指向性エッチングまたは異方性エッチングの際に、例えばＲＩＥ反応器内のチャンバ圧力（非常に低い作動圧力）などを調整することによって、水平方向成分に比して垂直方向成分のエッチング現象が助長される。このエッチングは、例えば、イオン・ミリングまたはスパッタ・エッチングであってよい。
ステップ８を実施することにより、図５に図示されるように、空洞部２５の底部において導電性の下部層２３が露出され、凹部２８の底部においてやはり導電性である上部層２１が露出されることが、明らかである。
後の電鋳の接着性を向上させるために、接着層が、各空洞部２５の底部の上に、および／または各凹部２８の底部の上に設けられてよい。さらに、この接着層は、合金ＣｒＡｕなどの金属からなるものであってよい。
好ましくは、第６のステップ８の際に、図５に図示されるように、ロッド２９が、電鋳ステップ５の際にその場で微小機械部品４１用の軸穴４２を形成するために設置される。これは、電鋳の終了時に部品４１を機械加工する必要性が回避されるという利点を有するのみならず、さらにこれにより、均一であるか否かにかかわらず任意の形状の内方断面が、穴４２の高さ全体にわたって形成され得ることになる。好ましくは、ロッド２９は、例えば、感光性樹脂を使用するフォトリソグラフィ法などによって得られる。
第１の実施形態においては、ステップ８の後に、型３９を製造する方法３は、終了し、微小機械部品を製造する方法１が、電鋳ステップ５と、型３９から部品４１を放出するステップ７により継続する。
電鋳ステップ５は、型３９の下部層２３に析出電極を接続して、図６に図示されるように、初めに、前記型の空洞部２５内において電解析出物を成長させ、次いで、もっぱら第２の段階において凹部２８内に電解析出物を成長させることによって、遂行される。
実は、有利には、本発明によれば、電解析出物が、空洞部２５の上部と同一平面内にある場合に、この電解析出物は、場合によっては上部層２１の接着層によって上部層２１に電気的に接続し、それにより、この析出物が、凹部２８の全体にわたって成長を継続することが可能となる。本発明により、高い細長比を有する部品４１を作製することが可能となり、すなわち、空洞部２５の断面が、凹部２８の断面よりもはるかに小さなものとなり、有利である。これにより、例えば１２％のリンを含有するニッケル−リン材料に関しても、薄層剥離の問題が回避される。
導電性層２１、２３について、および場合によってはそれらの接着層について、ケイ素を使用することにより、接合部における薄層剥離現象が軽減され、これにより、電着された材料内における内部応力により引き起こされる分離が回避される。
第１の実施形態によれば、製造方法１が、ステップ７で終了し、ステップ７において、空洞部２５内で、次いで凹部２８内で形成された部品４１が、型３９から放出される。放出ステップ７は、例えば、層２３および２１をエッチングすることなどによって達成され得る。この第１の実施形態によれば、図７に図示されるように、得られた微小機械部品４１は、それぞれが異なる形状および完全に別個の厚さからなり、単一の軸穴４２を備える、２つの高さ部分４３、４５を有することが、明らかである。
この微小機械部品４１は、例えば、マイクロメートルのオーダの幾何学的形状精度を有するだけでなく、さらに理想的な相互基準性を有する、すなわち前記高さ部分同士の完全な位置決めがなされる、同軸がんぎ車またはがんぎ車４３／ピニオン４５アセンブリなどであることが可能である。
本発明の第２の実施形態によれば、方法３は、図８に図示されるように、導電性の上部層２１’の上に少なくとも１つの保護マスク２４’を構築することからなる、第２のステップ１１を含む。やはり図８に図示されるように、マスク２４’は、少なくとも１つのパターン２６’を備え、このパターン２６’は、上部部分２１’を覆わない。このマスク２４’は、例えば、感光性樹脂を使用するフォトリソグラフィにより得ることが可能である。
第３のステップ１２において、上部層２１’は、中間層２２’が露出されるまでエッチングされる。本発明によれば、エッチング・ステップ１２は、好ましくは、深堀り反応性イオン・エッチング・タイプ（ＤＲＩＥ）の乾式異方性腐食を含む。この異方性エッチングは、マスク２４’のパターン２６’内の上部層２１’に対して実施される。
第４のステップ１４において、マスク２４’が除去される。このようにして、図９に図示されるように、第４のステップ１４の最後に、上部層２１’の厚さ全体がエッチングされて、少なくとも１つの空洞部２５’が形成される。
第５のステップ１６において、電気絶縁被覆材３０’が、堆積されて、図１０に図示されるように、基板９’の上部全体を覆う。被覆材３０’は、好ましくは、エッチングされた上部層２１’および中間層２２’の上部を酸化することによって得られる。
第６のステップ１８によれば、被覆材３０’および中間層２２’が、指向性エッチングを施される。ステップ１８は、上部層２１’中に形成された各垂直方向壁部にのみ、すなわち前記少なくとも１つの空洞部２５’の壁部３１’にのみ、絶縁層の存在を限定するためのものである。このステップ１８を実施することにより、図１１に図示されるように、空洞部２５’の底部において、導電性の下部層２３’、およびやはり導電性の上部層２１’の上部が露出されることが明らかである。
第１の実施形態におけるように、後の電鋳の接着性を向上させるために、接着層が、各空洞部２５’の底部の上に、および／または上部層２１’の上部の上に設けられてよい。さらに、この接着層は、合金ＣｒＡｕなどの金属からなるものであってよい。
第６のステップ１８の際に、図１から図７の第１の実施形態に関して説明したように、電鋳ステップ５においてその場で微小機械部品用の軸穴を形成するために、ロッドを設置して、上述と同一の利点を得ることが可能である。
第２の実施形態においては、ステップ１８の後に、型３９’を製造する方法３は、終了し、微小機械部品を製造する方法１が、電鋳ステップ５および型３９’から部品を放出するステップ７により継続する。
電鋳ステップ５は、型３９’の下部層２３’に析出電極を接続して、型３９’の空洞部２５’内に電解析出物を成長させることによって、実施される。
第２の実施形態によれば、製造方法１は、ステップ７により終了するが、このステップ７は、第１の実施形態において説明されたものと同様のものであり、空洞部２５’内に形成された部品が型３９’から放出される。この第２の実施形態によれば、得られた微小機械部品は、その厚さ全体にわたり同一形状の単一の高さ部分を有し、軸穴を有し得ることが明らかである。
この微小機械部品は、例えば、マイクロメータオーダの幾何学的形状精度を有する、がんぎ車、脱進機アンクル、さらにはピニオンなどであることが可能である。
図１３において二重線により図示されるこの第２の実施形態の代替形態によれば、ステップ１８の後に、型３９’を製造する方法３が、図１２に図示されるように型３９’において少なくとも第２の高さ部分を形成するための追加のステップ２０を含む。したがって、第２の高さ部分は、部分２７’を設けることによって作製され、この部分２７’は、ステップ１２の際に除去されなかった上部層２１’の上に、電気絶縁壁部３２’を備える。
好ましくは、追加部分２７’は、例えば感光性樹脂を使用するフォトリソグラフィ法などにより除去された部分２５’よりも大きな断面の少なくとも１つの凹部２８’を形成する。しかし、さらに、部分２７’は、予めエッチングされて導電性層２１’に固着された、絶縁性のケイ素ベース材料を含むことも可能である。
結果的に、第２の実施形態の代替形態によれば、ステップ２０の後に、型３９’を製造する方法３は、終了し、微小機械部品を製造する方法１が、電鋳ステップ５および型３９’から部品４１’を放出するステップ７により継続する。
電鋳ステップ５は、型３９’の下部層２３’に析出電極を接続して、図１２に図示されるように、初めに、前記型の空洞部２５’内において電解析出物を成長させ、次いで、もっぱら第２の段階において凹部２８’内において電解析出物を成長させることによって、実施される。
実は、有利には、本発明によれば、電解析出物が、空洞部２５’の上部と同一平面内にある場合に、この電解析出物は、場合によってはその接着層によって、上部層２１’に電気的に接続し、それにより、この析出物は、凹部２８’の全体にわたって成長を継続することが可能となる。本発明により、高い細長比を有する部品４１’を作製することが可能となり、すなわち、空洞部２５’の断面が、凹部２８’の断面よりもはるかに小さなものとなり、有利である。これにより、例えば１２％のリンを含有するニッケル−リン材料に関しても、薄層剥離の問題が回避される。
導電性層２１’、２３’について、および場合によってはそれらの接着層について、ケイ素を使用することにより、接合部における薄層剥離現象が軽減され、これにより、電着された材料内の内部応力により引き起こされる分離が、回避される。
第２の実施形態の代替形態によれば、製造方法１は、第１の実施形態において説明されたように、ステップ７で終了し、このステップ７では、型３９’内で形成された部品４１’が、放出される。図１２において図示されるように、得られた微小機械部品４１’は、それぞれが異なる形状および完全に別個の厚さからなり、単一の軸穴を備え得る、２つの高さ部分を有することが明らかである。その結果、この微小機械部品４１’は、第１の実施形態により得られる部品４１と同一形状を有することが可能となり、したがって、マイクロメートルのオーダの幾何学的形状精度を有するだけでなく、さらに理想的な相互基準性を有することが、すなわち前記高さ部分同士の完全な位置決めが、可能となる。
図１４から図１９に見られる方法１の２つの実施形態の（図１３に二重破線において図示される）変形形態によれば、さらに、型３９、３９’に１つまたは２つの他の高さ部分を追加するために下部層２３、２３’に方法３を適用することが可能となる。これらの図を過剰に用いることを回避するために、以下においては１つの例を詳述するが、上述の（変形形態を含むまたは含まない）第１および第２の実施形態によって、下部層２３、２３’を変形させることもまた可能であることが、明らかである。
この変形形態は、利用される実施形態に応じて、ステップ８、１８、２０までは上述の方法１と同一のままである。図１４から図１９に図示される例においては、方法１の開始点として、図１３に三重線において図示される第１の実施形態の例が採用される。
好ましくは、この変形形態によれば、下部層２３がエッチングされて、型３９’’中に少なくとも第２の空洞部３５が形成される。好ましくは図５から図１４の間において見られるように、堆積物３３が、電鋳開始層を形成するために第１の空洞部２５の一部に堆積されている。好ましくは、この堆積物３３の堆積は、ステップ５にて開始され、所定の厚さにまで達する。しかし、この堆積物の堆積は、他の方法により実施されてもよい。
図１３に二重破線において、および図１４から図１９において図示されるように、方法１の変形形態は、下部層２３に対して、方法３の第２の実施形態のステップ１１、１２、１４、１６、および１８を適用する。
したがって、この変形形態によれば、方法３は、図１５において図示されるように、導電性の下部層２３の上に少なくとも１つのマスク３４を構築することからなる新規のステップ１１を含む。やはり図１５において図示されるように、マスク３４は、少なくとも１つのパターン３６を備え、このパターン３６は、下部層２３を覆わない。このマスク３４は、例えば、感光性樹脂を使用するフォトリソグラフィによって得ることが可能である。
次いで、新規のステップ１２において、層２３は、パターン３６中において、導電性の堆積物３３が露出されるまでエッチングされる。次いで、保護マスク３４が、新規のステップ１４において除去される。このようにして、図１６に図示されるように、ステップ１４の最後に、下部層２３の厚さ全体がエッチングされて、少なくとも１つの空洞部３５が形成される。
新規のステップ１６において、電気絶縁被覆材３８が、堆積されて、図１７において図示されるように基板９’’の底部全体を覆う。被覆材３８は、好ましくは、例えば気相堆積法などを利用して、下部層２３の上部の上に酸化ケイ素を堆積することにより得られる。
新規のステップ１８は、好ましくは、単一の高さ部分が型３９’’に追加される場合には、不要である。あるいは、被覆材３８の指向性エッチングが実施される。新規のステップ１８は、下部層２３中に形成された各垂直方向壁部３９にのみ、すなわち前記少なくとも１つの空洞部３５の壁部にのみ、絶縁層の存在を限定するためのものとなる。図１４から図１９の本発明者らによる例においては、新規のステップ１８は、前記少なくとも１つの空洞部３５の底部中に存在する酸化物層を除去するためにのみ、実施される。
新規のステップ１８においては、先に説明されたように、電鋳ステップ５においてその場で微小機械部品４１’’中に軸穴４２’’を形成するために、ロッド３７を設置して、上述と同一の利点を得ることが可能である。
方法１の変形形態においては、ステップ１８の後に、型３９’’を製造する方法３は、終了し、微小機械部品を製造する方法１が、電鋳ステップ５および型３９’’から部品４１’’を放出するためのステップ７により継続する。ロッド２９および３７が空洞部２５および３５内にそれぞれ形成される場合に、それらのロッドが整列されると好ましい。ロッド３７は、好ましくは、例えば感光性樹脂を使用するフォトリソグラフィ方法などによって、得られる。
新規のステップ８、１８、または２０の後に、電鋳ステップ５が、下部層２３に析出電極を接続して、図１８に図示されるように、空洞部３５内において電解析出物を成長させるだけでなく、さらに、空洞部２５内における析出物の成長と、それに次ぐ、もっぱら第２の段階における凹部２８内での析出物の成長とを継続させることによって、実施される。製造方法１は、ステップ７で終了し、このステップ７において、部品４１’’は、上述のように型３９’’から放出される。
この変形形態によれば、図１９において図示されるように、得られた微小機械部品４１’’は、単一の軸穴４２’’を有する、それぞれ異なる形状および完全に別個の厚さからなる、少なくとも３つの高さ部分４３’’、４５’’、および４７’’を有することが、明らかである。
この微小機械部品は、例えば、マイクロメートルのオーダの幾何学的形状精度を有し、さらに理想的な相互基準性を有する、すなわち前記高さ部分同士の完全な位置決めがなされる、ピニオン４７’’を有する同軸がんぎ車４３’’、４５’’、または、３つの高さ部分からなる歯４３’’、４５’’、４７’’などであることが可能である。
当然ながら、本発明は、示された例に限定されず、当業者には明らかであろう種々の代替形態および変形形態に対しても開かれている。したがって、複数の型３９、３９’、３９’’が、微小機械部品４１、４１’、４１’’の一連の製造を達成するために、同一の基板９、９’、９’’の上で製造されるが、微小機械部品４１、４１’、４１’’は、必ずしも互いに同一ではない。同様に、ケイ素ベース材料を、結晶アルミナまたは結晶シリカまたは炭化ケイ素に変更することを予期することが可能である。
９、９’、９’’ 基板； ２１、２１’、２１’’ 上部層；
２２、２２’、２２’’ 中間層； ２３、２３’、２３’’ 下部層；
２４、２４’ 保護マスク； ２５、２５’ 空洞部； ２６、２６’ パターン；
２７、２７’ パターン； ２８、２８’ 凹部； ２９ ロッド；
３０、３０’ 電気絶縁被覆材； ３１、３１’ 壁部； ３２、３２’ 壁部；
３３ 堆積物； ３４ マスク； ３５ 空洞部； ３６ パターン；
３７ ロッド； ３８ 電気絶縁被覆材； ３９、３９’、３９’’ 型；
４０ 電気絶縁二酸化ケイ素壁部； ４１、４１’、４１’’ 微小機械部品；
４２、４２’’ 軸穴； ４３、４３’’、４５、４５’’、４７’’ 高さ部分。
２２、２２’、２２’’ 中間層； ２３、２３’、２３’’ 下部層；
２４、２４’ 保護マスク； ２５、２５’ 空洞部； ２６、２６’ パターン；
２７、２７’ パターン； ２８、２８’ 凹部； ２９ ロッド；
３０、３０’ 電気絶縁被覆材； ３１、３１’ 壁部； ３２、３２’ 壁部；
３３ 堆積物； ３４ マスク； ３５ 空洞部； ３６ パターン；
３７ ロッド； ３８ 電気絶縁被覆材； ３９、３９’、３９’’ 型；
４０ 電気絶縁二酸化ケイ素壁部； ４１、４１’、４１’’ 微小機械部品；
４２、４２’’ 軸穴； ４３、４３’’、４５、４５’’、４７’’ 高さ部分。
Claims (18)
- 型（３９、３９’、３９’’）を製造する方法（３）であって、
ａ）導電性のケイ素ベース材料から作製され、電気絶縁性の中間層（２２、２２’）によって互いに固着される、上部層（２１、２１’）および下部層（２３、２３’）を有する、基板（９、９’）を用意するステップ（１０）と、
ｂ）前記型中に少なくとも１つの第１の空洞部（２５、２５’）を形成するために、前記上部層（２１、２１’）中に前記中間層（２２、２２’）に達するまで少なくとも１つのパターン（２６、２６’、２７）をエッチングするステップ（１１、１２、１４、２、４）と、
ｃ）電気絶縁被覆材（３０、３０’）により前記基板の上部を被覆するステップ（６，１６）と、
ｄ）前記上部層中に形成された各垂直方向壁部（３１、３１’、３２）にのみ前記被覆材および前記中間層の存在を限定するために、前記被覆材および前記中間層に指向性エッチングを施すステップ（８、１８）とを含む、型を製造する方法。 - 第２のパターン（２７）が、ステップｂ）において、前記少なくとも１つの第１の空洞部と連絡し、前記上部層に第２の高さ部分（４３）を形成する、少なくとも１つの凹部（２８）を形成するためにエッチングされることを特徴とする、請求項１に記載の方法（３）。
- 部分（２７’）が、ステップｄ）の後に、前記少なくとも１つの第１の空洞部と連絡し、前記型に第２の高さ部分を形成する、少なくとも１つの第２の凹部（２８’）を形成するために設けられることを特徴とする、請求項１に記載の方法（３）。
- 以下の最終ステップ、すなわち、
ｅ）前記型内において作製される後の部品（４１、４１’）に軸穴（４２）を形成するために、フォトリソグラフィによって前記少なくとも１つの第１の空洞部内にロッド（２９）を形成するステップ（８、１８）を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法（３）。 - 前述のステップの後に、以下のステップ、すなわち、
ａ’）前記少なくとも１つの第１の空洞部の底部中に導電性材料を堆積するステップと、
ｂ’）前記型内において少なくとも１つの第２の空洞部（３５）を形成するために、前記導電性材料からなる堆積物（３３）に達するまで前記下部層（２３、２３’）中にパターン（２６、２６’）をエッチングするステップ（１１、１２、１４、２、４）と、
ｃ’）第２の電気絶縁被覆材（３８、４０）により前記下層部（２３）を被覆するステップ（６、１６）とを含むことを特徴とする、請求項１から４までのいずれかに記載の方法（３）。 - ステップｃ’）の後に、以下のステップ、すなわち、
ｄ’）前記下部層中に形成された各垂直方向壁部（４０）のみに前記第２の被覆材の存在を限定するために、前記第２の電気絶縁被覆材に指向性エッチングを施すステップ（８、１８）を含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法（３）。 - 第２のパターンが、ステップｂ’）において、前記少なくとも１つの第２の空洞部に連絡し、第２の高さ部分を前記下部層に形成する、少なくとも１つの第２の凹部を形成するためにエッチングされることを特徴とする、請求項６に記載の方法（３）。
- 部分（２７’）が、ステップｄ’）の後に、前記少なくとも１つの第１の空洞部に連絡し、第２の高さ部分を前記型に形成する、少なくとも１つの第２の凹部（２８’）を形成するために設けられることを特徴とする、請求項６に記載の方法（３）。
- 以下の最終ステップ、すなわち、
ｅ’）前記型内において作製される後の部品（４１’’）に軸穴（４２’’）を形成するために、フォトリソグラフィによって前記下部層（２３、２３’）の前記少なくとも１つの第２の空洞部内にロッド（３７）を形成するステップを含むことを特徴とする、請求項５から８のいずれかに記載の方法（３）。 - 複数の型（３９、３９’、３９’’）が、同一の基板（９、９’、９’’）の上で製造されることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の方法（３）。
- 前記上層部および下層部（２１、２１’、２３、２３’）は、ドープされた結晶シリコンから形成されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の方法（３）。
- ステップｃ）は、前記基板の上部を酸化することによって得られることを特徴とする、請求項１から１１のいずれかに記載の方法（３）。
- 前記電気絶縁被覆材（３０、３０’）は、二酸化ケイ素から形成されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法（３）。
- 電鋳により微小機械部品（４１、４１’、４１’’）を製造する方法（１）において、以下のステップ、すなわち、
ｉ）請求項１から１３のいずれかに記載の前記方法（３）により型（３９、３９’、３９’’）を製造するステップと、
ｊ）前記型内において前記部品を形成するために、前記基板（９、９’、９’’）の前記導電性の下部層（２３、２３’）に電極を接続することによって、電着を実施するステップ（５）と、
ｋ）前記型から前記部品（４１、４１’、４１’’）を放出するステップとを含むことを特徴とする、微小機械部品を製造する方法（１）。 - 電鋳により微小機械部品（４１、４１’、４１’’）を製造するための型（３９、３９’、３９’’）において、ドープされた結晶シリコンから作製され、導電性であり、電気絶縁性の中間層（２２、２２’）によって互いに固着される、上部層（２１、２１’）および下部層（２３、２３’）を有する、基板（９、９’、９’’）を含み、前記上部層（２１、２１’）は、前記基板の前記下部層（２３、２３’）の部分が露出された少なくとも１つの第１の空洞部（２５、２５’）を有し、前記少なくとも１つの第１の空洞部（２５、２５’）は、電気絶縁性の二酸化ケイ素からなる壁部（３１、３１’）を備え、それにより、前記少なくとも１つの第１の空洞部内において電解析出物を成長させることが可能となることを特徴とする、微小機械部品を製造するための型。
- 前記上部層（２１、２１’）は、前記少なくとも１つの第１の空洞部に連絡する少なくとも１つの凹部（２８、２８’）をさらに有し、前記少なくとも１つの凹部（２８、２８’）は、前記少なくとも１つの第１の空洞部が充填された後に、前記少なくとも１つの第１の凹部内における電解析出を継続するために、電気絶縁性の壁部（３２、３２’）を有することを特徴とする、請求項１５に記載の型。
- 前記下部層（２３、２３’）は、前記基板の電気絶縁層（３３）の部分が露出された少なくとも１つの第２の空洞部（３５）を有し、前記少なくとも１つの第２の空洞部（３５）は、電気絶縁性の二酸化ケイ素壁部（４０）を有し、それにより、前記下部層（２３、２３’）の前記少なくとも１つの第２の空洞部内において電解析出物を成長させることが可能となることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の型（３９’’）。
- 前記下部層（２３、２３’）は、前記下部層（２３，２３’）の前記少なくとも１つの第２の空洞部に連絡する少なくとも１つの第２の凹部をさらに備え、前記少なくとも１つの凹部は、前記下部層（２３、２３’）中の前記少なくとも１つの第２の空洞部が充填された後に、前記少なくとも１つの凹部内における電解析出を継続するために、電気絶縁性の壁部（３２、３２’）を有することを特徴とする、請求項１７に記載の型。
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