JPH10510483A - 型インサートの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、金属（７）を空所（５，６）内で電気メッキにより析出させ、この析出は電気的に絶縁の材料内で導電性の支持体（１）上に設置され、引き続き電気メッキにより析出された金属（７）を支持体（１）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関する。本発明の課題は、一方で複雑な３次元的形状を有し他方では著しく微細な構造を有する型インサートを製造することができる方法を提供することである。この課題は導電性の層（１）上に、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されない電気的絶縁層（２）を設置し、次いで後続するリソグラフィーによる加工工程により構造化可能な電気的絶縁層（４）を設置し、こうして製造された被加工物を精密切削技術により構造形成し、リソグラフィーにより構造化可能な層（４）をリソグラフィーにより構造形成することにより解決される。

Description

【発明の詳細な説明】 型インサートの製造方法 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。 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。 トラヴェンミュンデ（Travenmuende）で１９９２年に開催されたＭＥＭＳ’９ ２の会議の議事録からの著者M．Harmening et．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 Microstructur es 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。Ｐ ＭＭＡ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欠点は、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 '94）会議の研究集会の要約からJ．Fahrenber g 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（Mi crovalve System Fabricated by Thermoplastic 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。 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。 本発明は次に２つの実施例を用いて図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。 第１の実施例において、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。 銅からなる支持体１上にエポキシ樹脂からなる５００μｍ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２ ０μｍ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、ＰＭＭ Ａ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、金層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Ｐ ＭＭＡ−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。 この被加工物（Probe）は銅支持体１の裏側で電気的に接触され、電気メッキ 浴中でニッケルを電気メッキする。この場合、被加工物は適当な型枠内に組み込 まれ、この型枠は空所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 質と接触することを保障する。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 は、銅表面からの電気メッキによる析出が成長することを保障する。幅よりも深 さが著しく大きい空所内へ電気メッキにより析出させる際に、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 される場合、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 現象は、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中の 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触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触する。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６の形成を回避するこ とが達成される。電気メッキによる析出がＰＭＭＡ４の上端にほぼ同時に到達し ない場合には、この析出が側方へと進行し、空所６が完全に充填されずに上方か ら覆われてしまう危険が生じる。電気的に絶縁されたＰＭＭＡ層４の壁部は前記 のエポキシ樹脂の場合と同様に、壁部への電気メッキによる析出を排除すること により空所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ことを 保障している。導電性の金層３を介して、空所５とは直接連係していない空所６ 内への電気メッキの開始が保障される。 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、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。 第２の実施態様は、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。 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（図４参 照）。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。このＰＭＭＡ４を次いでＸ線 による深いリソグラフィーの公知の方法で、図５に図示されているように、支持 体１の構造体に関して位置調整して構造形成させた。この構造体のデザインはこ の場合、型インサートのマイクロ構造体の横方向（lateral）の形状がＰＭＭＡ ４のＸ線による照射によって規定されるように選択される。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微 細な横方向の形状を備えたマイクロ構造体を製造できる。このデザインはさらに 、構造体の側壁がＰＭＭＡにより形成され、それにより電気メッキによる析出が 銅支持体１から成長し、空所５が電気メッキにより金属によって完全に充填され るように選択される。ＰＭＭＡ中の空所５の深さが異なることにより、電気メッ キによる析出の際にＰＭＭＡの上端が異なる時点で到達されることは避けられな い。このことから空所５間 の横方向の間隔及び空所５の深さの差異に関して一定の制限が生じる。他方では ここに記載された有利な方法は特に簡単に複数の構造体レベル及び小さな横方向 の寸法を有する型インサートを生じさせる。 第１の実施例と同様に、精密切削技術により加工された支持体１上に、金層３ 及びその上に設置されたＰＭＭＡ層４を備えたエポキシ樹脂層２を設置し、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の横方向の形 状は部分的に精密切削技術による加工により規定され、一部は精密なＸ線による 深いリソグラフィーにより規定される。デザインの相応する選択により、空所の 側壁は導電性の層３に達するまで全て電気的絶縁材料により形成されることが保 障される。 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。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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。 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。 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。