WO2006054701A1 - 加工方法、加工装置およびその方法により製造された微細構造体 - Google Patents

Abstract

　高精度な微細構造体を容易に形成することができ、製造コストが低廉な加工方法を提供するため、本発明は、樹脂製薄膜（１）を、押し型（２）と対向基材（３）との間にセットする工程と、押し型（２）と対向基材（３）との間で、樹脂製薄膜（１）を流動開始温度以上に加熱する工程と、流動開始温度以上の樹脂製薄膜（１）を、押し型（２）と対向基材（３）との間で加圧して貫通孔を形成する工程とを備えることを特徴とする。

Description

明 細 書

加工方法、加工装置およびその方法により製造された微細構造体 技術分野

[0001] 本発明は、榭脂製薄膜を加熱し、加圧することにより、精度よぐ安価に微細構造体 を形成する加工方法および加工装置に関する。また、その方法により製造されたイン クジェットプリンタ用ノズル、医療用ネブライザノズル、超微細フイラ用の精密フィルタ 、高密度プリント基板およびマイクロレンズなどの高機能微細構造体に関する。 背景技術

[0002] インクジェットプリンタ用ノズルまたは医療用ネブライザノズルなどの高機能微細部 品を製造するには、榭脂製薄膜などに微細な貫通孔を精度よく形成する必要がある 。微細な貫通孔を形成する方法には、レーザカ卩工法がある。この方法は、たとえば、 プレート上の貫通孔を形成する位置にフォトレジストを形成し、プレート上のフォトレジ ストを形成していない領域に、マスクを形成する。マスクは、レーザなどの高工ネルギ 線を遮断することができるから、フォトレジストを除去し、マスクを介してレーザなどの 高工ネルギ線を照射し、プレートに貫通孔を形成する（特開平 6— 122203号公報（ 特許文献 1参照)）。しかし、レーザ加工法では、高輝度のレーザを照射する必要が あり、照射位置を高精度に調整しなければならないため、加工装置が非常に高価で あり、レーザにより貫通孔を形成していく加工方法であるため、スループットが小さい

[0003] 微細な貫通孔を有する榭脂製薄膜を形成する方法には、射出成形法がある。この 方法は、使用する金型の貫通孔形成部分に、シリコン榭脂などの弾性部材力 なる 突き当て型を当接し、突き当て型を当接した状態で射出成形する。金型の数; z mの 隙間にも流れ込むような流動性のよい榭脂を使用することにより、微細な貫通孔を形 成することができる。また、直径が 50 /z m以下の細ぐ折れやすい突き当て金型を使 用しても、突き当て型が弾性部材力 なるため、射出成形時に折れることがなぐ成 形榭脂に対する離型性もよ 、 (特開 2000— 71459号公報 (特許文献 2参照) )。しか し、この方法では、使用できる樹脂の種類が大きく制限され、また、貫通孔の口径が 小さくなり、狭ピッチ化すると、当接する突き当て型により、流路抵抗が大きくなるため 、均一な榭脂注入が困難となる。

[0004] 榭脂製薄膜に微細な貫通孔を形成する方法には、打ち抜き加工法がある。この方 法は、セラミックスファイバであるポンチの表面に金属膜を形成し、ポンチの先端とダ イス素材の表面との間で放電する。放電により、ポンチをダイス素材に接触することな ぐダイス素材にボンチが揷通可能な微細な貫通孔を形成する。ダイス孔の形成後も 、ダイスとポンチの位置関係が変化しないため、ポンチをダイス孔に確実に挿通する ことができ、薄板にポンチの太さに相当する貫通孔を短時間で容易に形成することが できる（特開 2004— 114228号公報 (特許文献 3参照））。しかし、この方法では、形 成できる貫通孔の口径は、セラミックスファイバの口径により定まるため、貫通孔の微 細化に限界がある。また、 1つの貫通孔は、対応する 1本のポンチにより形成するた め、各ポンチをそれぞれホルダにアセンブルするときに、ポンチのピッチ精度の維持 が難しぐ製造効率が低い。さらに、メンテナンスと破損時の復旧が難しいため、量産 性が悪い。

特許文献 1：特開平 6 - 122203号公報

特許文献 2：特開 2000— 71459号公報

特許文献 3：特開 2004— 114228号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 本発明の課題は、高精度な微細構造体を容易に形成することができ、製造コストが 低廉な加工方法を提供することにある。また、原材料である榭脂製薄膜における厚さ のバラツキの影響を受けることなぐ押し型を所定量まで投入し、高精度に形状を制 御した微細構造体を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0006] 本発明の加工方法は、榭脂製薄膜に微細な貫通孔を形成する榭脂製薄膜の加工 方法であり、榭脂製薄膜を押し型と対向基材との間にセットする工程と、押し型と対向 基材との間で、榭脂製薄膜を流動開始温度以上に加熱する工程と、流動開始温度 以上の榭脂製薄膜を押し型と対向基材との間で加圧して貫通孔を形成する工程とを 備えることを特徴とする。

[0007] 押し型は、金属またはセラミックス力 なり、対向基材は、金属またはセラミックスまた はプラスチックまたはシリコン力もなる態様が好ましい。押し型は、ビッカース硬度が 4 00以上であるものが好適である。かかる押し型は、リソグラフィにより榭脂型を形成す る工程と、導電性基板上で榭脂型に金属材料カゝらなる層を電铸により形成する工程 と、榭脂型を除去する工程とを含む方法により製造することができる。また、ダイシン グ加工もしくは切削加工により押し型を製造することができる。

[0008] 対向基材は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素またはタングステン カーバイドより選ばれた材料力 なるものが好ましぐ加熱カ卩ェ時におけるヤング率は 、 0. lGPa以上 300GPa以下が好ましい。また、ビッカース硬度は、押し型のピツカ ース硬度の 0. 5倍以上 3. 0倍以下が好ましい。

[0009] 榭脂製薄膜を、押し型と対向基材との間にセットする工程は、対向基材に榭脂製薄 膜を固定する工程と、固定した榭脂製薄膜に押し型をセットする工程とを備える態様 が好適である。一方、貫通孔を形成する工程は、貫通孔形成後に、使用済みの対向 基材を新しい対向基材に交換する態様が望ましい。また、榭脂製薄膜および Zまた は対向基材は、リールから供給し、リールに巻き取る方式が好ましい。さらに、榭脂製 薄膜をセットする工程から、加熱する工程を経て、貫通孔を形成するまでの一連のェ 程は、真空雰囲気下で実施する態様が望ましい。

[0010] 微細構造体の形成にお!ヽては、榭脂製薄膜の静電容量および Zまたは電気抵抗 を測定することにより、導電性押し型と対向基材との距離を検出する態様が好ましい 。また、力かる態様において、導電性の対向基材、または、榭脂製薄膜との間に回路 基板を備える対向基材を好ましく使用することができる。

[0011] 本発明の加工装置は、榭脂製薄膜に微細な貫通孔を形成する加工装置であって

、榭脂製薄膜を、押し型と対向基材との間にセットする手段と、押し型と対向基材との 間で、榭脂製薄膜を流動開始温度以上に加熱する手段と、流動開始温度以上の榭 脂製薄膜を、押し型と対向基材との間で加圧して貫通孔を形成する手段とを備えるこ とを特徴とする。

[0012] 貫通孔を形成する手段は、加圧時における面内最大圧力差が ± 10%以下である ものが好ましぐ貫通孔形成後に、榭脂製薄膜と押し型と対向基材のうち少なくとも 1 つを冷却する態様が好ましい。また、榭脂製薄膜をセットする手段と、榭脂製薄膜を 加熱する手段と、榭脂製薄膜に貫通孔を形成する手段とは、真空チャンバ内に配置 する加工装置が好ましい。さらに、榭脂製薄膜の静電容量および Zまたは電気抵抗 を測定することにより、導電性押し型と対向基材との距離を検出する手段を備える態 様が好ましい。

[0013] 本発明の微細構造体は、力かる加工方法により製造され、たとえば、医療用ネブラ ィザノズル、インクジェットプリンタ用ノズル、高密度プリント基板上の極細回路、細胞 捕捉用フィルタまたは超微細フイラ用フィルタとして有用である。

発明の効果

[0014] 本発明によれば、高精度で超微細な貫通孔を榭脂製薄膜に容易に形成することが でき、製造コストが低廉である。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]本発明の加工方法を示す工程図である。

[図 2]本発明の加工方法において使用する押し型の製造方法を示す工程図である。

[図 3]本発明の加工方法において使用する押し型の製造方法を示す工程図である。

[図 4]本発明の加工方法において使用する押し型の製造方法を示す工程図である。

[図 5]本発明の好ましい加工方法を示す工程図である。

[図 6]本発明における静電容量と電気抵抗の変化を示す図である。

[図 7]本発明において、対向基材が榭脂製薄膜との間に回路基板を備える場合の加 ェ方法を示す図である。

符号の説明

[0016] 1, 71 榭脂製薄膜、 2, 72 押し型、 3, 73 対向基材、 21, 31b 導電性基板、 2 2, 32 レジスト、 23, 33 マスク、 25, 35 金属材料層、 74 回路基板。

発明を実施するための最良の形態

[0017] (加工方法）

本発明の加工方法を図 1に示す。この加工方法は、まず、図 1 (a)に示すように、榭 脂製薄膜 1を、押し型 2と対向基材 3との間にセットする工程と、押し型 2と対向基材 3 との間で、榭脂製薄膜 1を流動開始温度以上に加熱する工程と、図 1 (c)に示すよう に、流動開始温度以上の榭脂製薄膜を、押し型と対向基材との間で、矢印の方向に 加圧して、図 1 (d)に示すような貫通孔を形成する工程を備えることを特徴とする。

[0018] 榭脂製薄膜の加熱は、押し型と対向基材との間で行ない、たとえば、榭脂製薄膜 1 を押し型 2と対向基材 3との間に挟んでから（図 1 (b) )加熱する方式、榭脂製薄膜の みを予め非接触の状態で加熱する方式、または、榭脂製薄膜を対向基材に接触さ せてから加熱する方式などにより加熱することができる。榭脂製薄膜 1の加熱は、たと えば、対向基材 3の直下に設置したヒータ（図示していない。）により行なうことができ る。また、対向基材 3の内部に加熱機能を導入して行なうこともできる。また、榭脂製 薄膜を供給する過程で、非接触ヒータなどを利用して予め加熱することもできる。

[0019] 榭脂製薄膜の流動開始温度以上に加熱してから加圧加工するため、榭脂の流動 現象を利用して、高精度で超微細な貫通孔を榭脂製薄膜に容易に形成することがで き、製造コストが低廉である。使用する押し型の精度によっても異なるが、本発明の加 ェ方法により、孔径 0.： L m以上の貫通孔を形成することができる。また、線幅 0. 1 μ m以上で横長の貫通孔である貫通ラインを形成することもできる。したがって、イン クジェットプリンタ用ノズル、医療用ネブライザノズル、細胞捕捉用フィルタ、超微細フ イラ用フィルタ、マイクロレンズまたは高密度プリント基板上の極細回路などの高機能 微細構造体を安価に提供することができる。

[0020] また、本発明の加工方法は、ナノインプリントにも使用することができる。ナノインプリ ントは、表面にナノレベルの微細な凹凸を有する押し型を榭脂製薄膜にセットし、榭 脂製薄膜をガラス転位温度以上に加熱した後、押し型を榭脂製薄膜に押し付けて一 定時間保持し、榭脂製薄膜をガラス転位温度以下に冷却してから、押し型を榭脂製 薄膜から剥離する方法である。ナノインプリントにより、押し型の表面の凹凸を榭脂製 薄膜に転写することができ、本発明と同様の原理に基づく加工技術であり、本発明の 加工方法を有効に利用することができ、押し型の投入量および総厚さを高精度に制 御することができる。また、ナノインプリントにより、サブミクロンオーダーの 3次元微細 形状を、シンプルな加工工程で容易に形成することができ、製造コストを低減でき、 量産化が容易である。

[0021] 榭脂製薄膜の材質は、電気絶縁性であり、比較的狭い温度範囲内で溶融し、冷却 すると急速に硬化するプラスチックまたはレジストなどの榭脂が、スループットが高!ヽ 点で好ましい。したがって、たとえば、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリメタクリル酸メ チル（PMMA)、ポリエーテルサルフォン、ポリサルフォン、ポリエーテルイミドなどが 好適である。榭脂製薄膜の厚さは特に限定されるものではないが、厚さ 1 m〜10m mが好ましぐ厚さ 10 m〜200 mがより好ましい。たとえば、厚さ数 mmの榭脂製 平板または厚さ数十ミクロンのプラスチックフィルムを材料に使用することができる。

[0022] 押し型に、剛性の高い材料を使用し、押し型に対向して使用する対向基材に、押し 型より剛性が低ぐ押し型で加圧したときに塑性変形する金属またはプラスチックなど の材料を使用すると、加圧時の押し型の変形を防止し、榭脂製薄膜に容易に貫通孔 を形成することができる点で好ましい。したがって、押し型は、ビッカース硬度が 400 以上のものが好ましぐ 600以上のものがより好ましい。

[0023] 対向基材にセラミックスまたはシリコンを用い、押し型を対向基材にぎりぎりまで押し 当てて榭脂を追い出すことにより貫通孔を形成することができる。この場合、対向基 材を頻繁に交換しなくてもよい点で有利である。対向基材のビッカース硬度は、押し 型のビッカース硬度の 0. 5倍以上のものが好ましぐ 0. 75倍以上がより好ましい。硬 度が 0. 5倍未満では、複数回にわたって対向基板を使用することが難しくなる。また 、対向基材のビッカース硬度は、押し型のビッカース硬度の 3. 0倍以下が好ましぐ 2 . 0倍以下がより好ましい。対向基材のビッカース硬度が 3. 0倍を越えて大きくなると 、押し型が破損しやすぐ短寿命となりやすい。

[0024] 押し型には、たとえば、金属またはセラミックスを用い、対向基材には、金属または セラミックスまたはプラスチックまたはシリコン力もなる材料を使用することができる。ま た、対向基材に、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素またはタンダステ ンカーノイドなどの材料を用いると、熱伝導度が高まり、加熱または冷却時における 伝熱がスムーズとなり、加工のスループットを高めることができる。

[0025] 対向基材に金属またはプラスチックを用いるときは、加熱加工時におけるヤング率 力 0. lGPa以上のものが好ましぐ lGPa以上がより好ましい。ヤング率が 0. lGPa 未満であると、加圧時に、対向基材が榭脂製薄膜とともに変形し、貫通孔の形成が 困難になる傾向がある。また、加熱カ卩ェ時における対向基材のヤング率は、 300GP a以下が好ましぐ 250GPa以下がより好ましい。ヤング率が 300GPaより大きくなると 、微細柱列構造の押し型が破損しやすぐ短寿命となりやすい。

[0026] 榭脂製薄膜を押し型と対向基材との間にセットするときは、まず、対向基材に榭脂 製薄膜を固定してから、固定した榭脂製薄膜に押し型をセットする態様が好まし 、。 力かる態様とすることにより、榭脂製薄膜を押し型と対向基材との間にセットするとき に、対向基材上での榭脂製薄膜の浮き上がり、および、榭脂製薄膜と対向基材との 間への気泡の混入などのトラブルを防止し、きれ!/、な孔開け力卩ェが可能となる。

[0027] 榭脂製薄膜をセットする工程から、加熱する工程を経て、貫通孔を形成する工程ま での一連の工程を、真空雰囲気下で実施することによつても、榭脂製薄膜の対向基 材上での浮き上がり、および、榭脂製薄膜と対向基材の間への気泡の混入を防止す ることができ、きれいな孔開け加工が可能となる。

[0028] また、榭脂製薄膜の対向基材上での浮き上がり、および、榭脂製薄膜と対向基材 の間への気泡の混入は、榭脂製薄膜および対向基材をリール力 供給し、リールに 巻き取る方式とすることによつても防止することができる。榭脂製薄膜のみをリールで 供給することによつても効果があるが、榭脂製薄膜と対向基材の双方を一括してリー ルで供給するとより有効であり、きれいな孔開け加工が容易となる。リール 'トウ'リー ル方式は、一度セットすると、榭脂製薄膜と対向基材との相互の位置関係が変化しな い点でも好ましい。榭脂製薄膜の供給は、たとえば、厚めの平板をバッチ式で送るこ とによっても可能である。

[0029] 貫通孔を形成する工程においては、貫通孔形成後に、使用済みの対向基材を新し Vヽ対向基材に交換する態様が好ま 、。対向基材に金属またはプラスチックを用い、 榭脂製薄膜を押し型と対向基材との間で加圧すると、貫通孔を形成するとともに、押 し型の圧力により対向基材の表面が塑性変形する。したがって、フラットな表面を有 する新しい対向基材に交換することにより、高精度の貫通孔を形成することができる。 対向基材を、ベース層と、ベース層上にある薄い対向基材層の 2層構造とし、加圧に より貫通孔を形成した後、塑性変形した薄い対向基材層のみを交換するようにしても 同様に有効である。また、押し型と対向基材との加圧条件は、未貫通孔の発生を抑 える点から、 IMPa以上が好ましぐ 3MPa以上がより好ましい。一方、押し型および 対向基材の破損と変形を防止する点から、 60MPa以下が好ましぐ 40MPa以下が より好まし 、。

[0030] 押し型は、リソグラフィにより榭脂型を形成する工程と、導電性基板上で榭脂型に金 属材料からなる層を電铸により形成する工程と、榭脂型を除去する工程とを含む方 法により製作することができる。製作される押し型は、精密な金属微細構造体である ため、榭脂製薄膜に超微細な口径の貫通孔を形成することができ、貫通孔の狭ピッ チ化にも十分対応できる。また、再現性よく製造することができ、一体形成が可能で ある。

[0031] 押し型の製造方法を、図 2および図 3に例示する。図 2に示す押し型の製造方法は 、まず、図 2 (a)に示すように、導電性基板 21上にレジスト 22を形成する。導電性基 板として、たとえば、銅、ニッケル、ステンレス鋼など力もなる金属製基板を用いる。ま た、チタン、クロムなどの金属材料をスパッタリングしたシリコン基板などを用いる。レ ジストには、ポリメタクリル酸メチル（PMMA)などのポリメタクリル酸エステルを主成分 とする榭脂材料、または X線もしくは紫外線 (UV)に感受性を有する化学増幅型榭脂 材料などを用いる。レジストの厚さは、形成しょうとする押し型における柱状体の高さ に合せて任意に設定することができ、数百ミクロンとすることができる。

[0032] つぎに、レジスト 22上にマスク 23を配置し、マスク 23を介して X線 24または UVなど を照射する。高いアスペクト比を有する押し型を得るときは、 UV (波長 365nmなど） より短波長である X線 (波長 0. 4nm)を使用する態様が好ましい。また、 X線の中でも 指向性が高い点で、シンクロトロン放射の X線 (以下、「SR」という。）を使用する LIG A (Lithographie Galvanoformung Abformung)法は、ディープなリソグラフィが可能であ り、数 100 mの高さの微細構造体をサブミクロンオーダの高精度で大量に製造する ことができ、厚手の榭脂製薄膜用の押し型を提供できる点で有利である。本実施の 形態では、 X線を照射する態様を例示する。

[0033] マスク 23は、押し型のパターンに応じて形成した X線吸収層 23aと、透光性基材 23 bと力 なる。透光性基材 23bには、 SiN、 SiC、ダイヤモンド、チタンなどを用いる。ま た、 X線吸収層 23aには、金、タングステン、タンタルなどの重金属あるいはその化合 物などを用いる。導電性基板 21上のレジスト 22が、たとえば、ポジレジストである場合 、 X線 24の照射により、レジスト 22のうち、レジスト 22aは露光され変質 (分子鎖が切 断)するが、レジスト 22bは X線吸収層 23aにより露光されない。このため、現像により 、 X線 24により変質した部分のみが除去され、図 2 (b)に示すようなレジスト 22bから なる榭脂型が得られる。

[0034] つぎに、電铸を行ない、図 2 (c)に示すように、榭脂型に金属材料層 25を堆積する 。電铸とは、金属イオン溶液を用いて導電性基板上に金属材料からなる層を形成す ることをいう。導電性基板 21を給電部として電铸を行なうことにより、榭脂型に金属材 料層 25を堆積することができる。榭脂型の高さを越えて電铸することにより、押し型の 台座を形成することができる。金属材料には、ニッケル、銅、鉄、ロジウムまたはそれ らの合金などを用いる力 押し型の耐摩耗性を高める点で、ニッケルまたはニッケル マンガンなどのニッケル合金が好まし 、。

[0035] 電铸後、図 2 (d)に示すように、酸もしくはアルカリによりウエットエッチングし、または 、機械加工により、導電性基板 21を除去する。つづいて、ウエットエッチングまたはプ ラズマアツシングによりレジスト 22bを除去すると、図 2 (e)に示すような本発明の加工 方法において使用することができる押し型が得られる。

[0036] 図 2に示す製造方法においては、導電性基板 21を除去して（図 2 (d) )、押し型を製 造するが、図 3に示すように、導電性基板を除去することなく押し型を製造することが できる。まず、図 3 (a)に示すように、基板 31a上に、ポジレジスト 32を形成する。つぎ に、レジスト 32上にマスク 33を配置し、前述と同様にリソグラフィを行なう。露光により 、レジスト 32のうち、レジスト 32aは露光され変質する力 レジスト 32bは露光されない 。このため、現像により、図 3 (b)に示すようなレジスト 32bからなる榭脂型が得られる。

[0037] つぎに、図 3 (c)に示すように、レジスト 32bの頂上部に、導電性基板 31bを形成し、 基板 31aを除去し（図 3 (d) )、電铸を行ない、図 3 (e)に示すように、導電性基板 31b をメツキ電極として、榭脂型に金属材料層 35を堆積する。電铸後、必要に応じて、研 磨または研削により所定の厚さに揃えてから、ウエットエッチングまたはプラズマアツ シングにより樹脂型を除去すると、図 3 (f)に示すような押し型が得られる。この押し型 は、導電性基板を金型の台座として利用するため、台座を形成するために必要な電 铸時間を省略することができる。また、台座は、電铸により形成するものではないため 、内部応力による金型の反りが少ない。

[0038] 導電性基板を除去することなぐ押し型を製造する他の方法を図 4に示す。この方 法は、導電性基板の材質と、電铸により形成する金属材料層の材質が近ぐ導電性 基板と金属材料層との密着強度が大きい場合に利用することができる。まず、図 2に 示す方法と同様にして、リソグラフィを行ない（図 4 (a) )、導電性基板 41上にレジスト 42bからなる榭脂型を形成する（図 4 (b) )。つぎに、電铸を行ない、榭脂型に金属材 料層 45aを形成し (図 4 (c) )、研磨または研削して平坦ィ匕する（図 4 (d) )。最後に、ゥ エツトエッチングまたはプラズマアツシングによりレジスト 42bを除去すると、図 4 (e)に 示すような導電性基板 41付きの押し型が得られる。

[0039] 押し型は、シリコンエッチングまたは光造形により非導電性マスタを形成する工程と 、非導電性マスタを導電化する工程と、電铸により導電性マスタに金属材料層を形成 する工程と、導電性マスタを除去する工程を含む方法により形成することができる。

[0040] シリコンエッチングにより非導電性マスタを形成する方法は、まず、プラズマ CVDに より、シリコン基板の表面に SiN膜を形成する。つぎに、 SiN膜上に、ポジレジストを 形成する。つづいて、レジスト上にマスクを配置し、リソグラフィを行なう。露光と現像 により、レジストのうち、露光された部分を除去する。つぎに、 SFガスでドライエツチン

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グし、 SiN膜をパターユングしてから、レジストを剥離し、 KOH水溶液でシリコンエツ チングすると、非導電性マスタを得ることができる。その後、 Pdなどの金属材料をスパ ッタリングして、非導電性マスタを導電化し、電铸後、ウエットエッチングにより導電性 マスタを除去すると、導電性の押し型が得られる。

[0041] 光造形により非導電性マスタを形成する方法は、まず、液状の光硬化性榭脂 (ディ 一メック製 SCR701など）を、マイクロ光造形装置において光ビームにより一層ずつ 硬化し、積層して、非導電性マスタを形成する。つぎに、非導電性マスタに Pdなどを スパッタリングして導電ィ匕し、導電性マスタに電铸し、ウエットエッチングまたはプラズ マアツシングにより導電性マスタを除去すると、導電性の押し型を得ることができる。

[0042] 押し型は、ダイシンダカ卩ェまたは切削加工によっても製造することができる。リソダラ フィを利用する方法と異なり、マスクを使用しないため、押し型を短い工程で製造する ことができる。

[0043] 押し型は、ダイシンダカ卩ェまたは切削加工により導電性マスタを形成する工程と、 電铸により導電性マスタに金属材料層を形成する工程と、導電性マスタを除去する 工程を含む方法により形成することができる。押し型をダイシング加工または切削加 ェにより直接製造する方法に比べて、高価なダイシング加工品または切削加工品か ら複数の押し型を得ることができる点で有利である。導電性マスタは、たとえば、銅ま たは真鍮など力 形成することができる。

[0044] 押し型と対向基材との間の距離を検出しながら行なう本発明の好ましい加工方法を 図 5に例示する。この加工方法は、まず、図 5 (a)に示すように、静電容量と電気抵抗 を測定する LCRメータなどの測定器を導電性押し型 52と対向基材 53に接続し、導 電性押し型 52と対向基材 53との間に榭脂製薄膜 51をセットする。つぎに、図 5 (b) に示すように、押し型 52と対向基材 53との間で、榭脂製薄膜 51を加熱する。その後 、図 5 (c)に示すように、加熱した榭脂製薄膜を、押し型と対向基材との間で、矢印の 方向に加圧することにより、図 5 (d)に示すような微細構造体を形成する。本発明は、 この加工方法において、榭脂製薄膜 51の静電容量を測定することにより、押し型 52 と対向基材 53との距離を検出する。また、榭脂製薄膜の電気抵抗を測定すること〖こ より、押し型 52と対向基材 53との距離を検出する。

[0045] ¾容量と亀気抵抗は、 LCRT' ~~タ (reactance capacitance resistance meter)によ り測定することができる。 LCRメータにより、試料が入ったコンデンサの静電容量 (cap acitance)および電気抵抗 (resistance)を測定し、その周波数での複素誘電率を評価 することができる。 LCRメータとしては、アジレント テクノロジ一社製の HP4284Aな どがあり、 HP4284Aは 20Hz〜： LMHzまでの測定を行なうことができる。

[0046] 静電容量（capacitance)は、電気工ネルギの貯蔵容量であり、ある電位差 Vにお!/ヽ て、どれだけの電荷 Qを蓄えられるかを示す値である。 2つの導体間に、絶縁体を挿 入すると、絶縁体は電気工ネルギを吸収し、分子配列を変えるため、一定の電位差 を保つにはより多くの電気工ネルギが必要になり、 2つの導体間の静電容量が増大 する。 2つの導体間に絶縁体である榭脂製薄膜をセットして加圧成形すると、次第に 2つの導体間の距離が短くなり、 2つの導体間にある榭脂製薄膜の形状が変化する ため、図 6のグラフ Cが示すように、静電容量は増大する。さらに導体間の距離が短く なり、榭脂製薄膜に貫通孔が形成されると、 2つの導体が接触し、導通するため、静 電容量は低下する。したがって、榭脂製薄膜に厚さのバラツキがあっても、 2つの導 体間の静電容量をモニタリングすることにより、 2つの導体間の距離および貫通孔の 形成をインラインで高精度に検出し、さらに制御することが可能である。このため、総 厚さを高精度に制御した微細構造体を再現性よく製造できる。

[0047] また、榭脂製薄膜の電気抵抗 (resistance)は、加圧により貫通孔が形成され、 2つ の導体間の距離が 0になり、導通すると、図 6のグラフ Rが示すように、電気抵抗は 0と なる。したがって、電気抵抗をモニタリングすることにより、 2つの導体間の距離が 0に なり、貫通孔が形成されるタイミングを知ることができる。また、静電容量の検出システ ムと併用することにより、さらに検出精度を高めることができ、応答性が向上する。また 、この検出装置は非常に安価である。

[0048] 2つの導体は、たとえば、図 5 (a)に示すように、導電性押し型 52と導電性対向基材 53とし、両者を LCRメータを介して接続し、プラスチック薄膜などカゝらなる榭脂製薄 膜 51の静電容量および電気抵抗を測定することにより、導電性押し型 52と導電性対 向基材 53との距離および榭脂製薄膜 51の加工状態を検出することができる。

[0049] また、たとえば、図 7に示すように、対向基材 73上に回路基板 74を設置し、回路基 板 74上にレジストなど力もなる榭脂製薄膜 71を塗布する態様、すなわち、対向基材 73が榭脂製薄膜 71との間に回路基板 74を備える態様においても、榭脂製薄膜 71 の微細加工が可能である。この態様においては回路基板 74の回路電極（図示して いない。）と導電性押し型 72とを導体とし、両者を LCRメータを介して接続し、榭脂製 薄膜 71の静電容量および電気抵抗を検出することにより、導体間の距離、押し型と 対向基材の距離および加工状態を知ることができる。また、導電性の対向基材を使 用し、導電性の押し型と導電性の対向基材とを LCRメータを介して接続し、回路基 板上の榭脂製薄膜の加工状態を知ることができる。したがって、対向基材は、金属か らなるものを使用することができる。また、回路基板の回路電極を利用して、セラミック ス、プラスチックまたはシリコンなど力もなる対向基材を使用することができる。 [0050] (加工装置）

本発明の加工装置は、榭脂製薄膜を、押し型と対向基材との間にセットする手段と 、押し型と対向基材との間にある榭脂製薄膜を流動開始温度以上に加熱する手段と 、流動開始温度以上の榭脂製薄膜を、押し型と対向基材との間で加圧して貫通孔を 形成する手段とを備えることを特徴とする。榭脂の流動開始温度以上に加熱してカロ 圧加工するため、高精度で超微細な貫通孔を榭脂製薄膜に容易に形成することが でき、製造コストが低廉である。

[0051] 貫通孔を形成する手段においては、加圧時における面内最大圧力差を ± 10%以 下とすると、面内にある多数の微細孔加工を一括して行なっても、未貫通孔が生じに くい点で好ましぐ面内最大圧力差を ± 5%以下に調整すると、より好ましい。

[0052] 貫通孔を形成する手段は、貫通孔形成後に、榭脂製薄膜と押し型と対向基材のう ち少なくとも 1つを冷却する手段を有する態様が好適である。貫通孔の形成後、榭脂 の流動開始温度以上にある部材を冷却し、榭脂の固化を速めることにより、加工のス ループットを上げ、量産化および低コストィ匕を図ることができる。冷却は、対向基材に 冷却水を循環させる手段がある。また、対向基材の下部にある加熱ステージを冷却ス テージに入れ替えて、冷却ステージを対向基材に接触させるなどの手段により行なう ことができる。

[0053] 榭脂製薄膜を押し型と対向基材の間にセットする手段と、榭脂製薄膜を加熱する手 段と、榭脂製薄膜に貫通孔を形成する手段とは、駆動系が相互に独立する態様が好 ましい。各手段の駆動系を分離することにより、加工工程における繰り返し動作による 相互の位置ズレを最小限に抑えることができ、常に面内最大圧力差を士 10%以下と することが容易となる。たとえば、加工装置における、 X軸ステージと Y軸ステージと Z 軸ステージが重ならないようにし、それぞれを分離することにより精度を高めることが できる。

[0054] 榭脂製薄膜を押し型と対向基材の間にセットする手段と、榭脂製薄膜を加熱する手 段と、榭脂製薄膜に貫通孔を形成する手段とは、真空チャンバ内に配置する態様が 好ましい。真空雰囲気下で加工作業を実施することにより、榭脂製薄膜の対向基材 上での浮き上力 Sりを抑え、榭脂製薄膜と対向基材間への気泡の混入を防止すること ができ、きれいな孔開け加工が可能となる。

[0055] 本発明の加工装置は、榭脂製薄膜の静電容量を測定することにより、導電性押し 型と対向基材との距離を検出する手段を備える態様が好ましい。また、本発明の加 ェ装置は、榭脂製薄膜の電気抵抗を測定することにより、導電性押し型と対向基材と の距離を検出する手段を備える態様が好ましい。これらの加工装置は、導電性押し 型と対向基材との距離および加工状態をインラインで高精度に検出できるため、高 精度に厚さを調整した微細構造体および貫通孔を形成した微細構造体を容易に製 造することができ、製造コストが低廉である。

[0056] (実施例 1)

本実施例で使用する押し型を図 4に示す方法で製造した。まず、導電性基板 41と して、厚さ 5mm、直径 3インチのニッケル基板上に、厚さ 60 mのアクリル榭脂から なるレジスト 42を形成し、レジスト 42上にマスク 43を配置し、マスク 43を介して X線 4 4を照射した（図 4 (a) )。マスク 43は、 25 m X 25 mの透光領域力縦横 50 mピ ツチで描かれ、透光性基材 43bが厚さ 2 mの窒化珪素、 X線吸収層 43aが厚さ 3 mの窒化タングステン力もなるものを用いた。また、 X線 44は SRを使用し、 50mm X 50mmの範囲でリソグラフィを行なった。

[0057] つぎに、メチルイソブチルケトンにより現像し、イソプロパノールによりリンス処理した 後、純水で洗浄すると、レジスト 42のうち、露光されたレジスト 42aのみが除去され、 図 4 (b)に示すようなレジスト 42bからなる榭脂型が得られた。つぎに、電铸を行ない、 図 4 (c)に示すように、榭脂型に金属材料層 45aを堆積した。電铸は、スルファミン酸 ニッケルメツキ浴に浸漬して行な ヽ、榭脂型の頂上部を越えて金属材料層 45aを堆 しに。

[0058] 電铸後、図 4 (d)に示すように、研磨により厚さ 50 μ mでフラットィ匕し、つづ 、て、酸 素プラズマによりアツシングしてレジスト 42bを除去し、図 4 (e)に示すような押し型を 得た。この押し型には、縦 25 m X横 25 m X高さ 50 mの角柱 45b力 ピッチ 50 /z mで、 50mm X 50mmの範囲に林立し、各角柱は 0. 1° の順テーパを有していた

[0059] つぎに、図 5 (a)に示すように、対向基材 53である Cu基板上に、熱可塑性ポリイミド (三井ィ匕学製のオーラム)を塗布し、乾燥して、厚さ 30 /z mの榭脂製薄膜 51を形成し た。つづいて、 LIGA法により製造した上述の Ni製の押し型 52と対向基材 53に LCR メータを接続した後、押し型 52を榭脂製薄膜 51上にセットし、熱可塑性ポリイミドの 流動開始温度 (約 245°C)以上である 260°Cに榭脂製薄膜 51を加熱した（図 5 (b) )。 榭脂製薄膜 51の加熱は、対向基材 53の直下に設置したヒータ（図示していない。 ) により行なった。その後、榭脂製薄膜 51の静電容量と電気抵抗をモニタリングしなが ら、榭脂製薄膜 51を、押し型 52と対向基材 53との間で、 lOMPaで加圧し、貫通孔 を形成し (図 5 (c) )、冷却後、押し型 52と対向基材 53を取除き、貫通孔を有する微 細構造体を得た (図 5 (d) )。

[0060] LCRメータは、アジレント テクノロジー製の 4284Aを使用し（以下の実施例におい ても同様である。）、電圧 IV、周波数 1kHzにより、静電容量と電気抵抗を測定し、モ ユタリングした。その結果は、図 6に示すような傾向を示し、静電容量 Cは、押し型と対 向基材とからなる 2つの導体を榭脂製薄膜にセットした後、加圧前 (導体間距離 30 μ m)に 1. 5 Fであったが、加圧により次第に増大し、導体間距離 1 μ mで最大値 20 μ Fとなり、その後、急激に低下し、貫通孔形成時 (導体間距離 0 m)に 0 Fとなつ た。したがって、静電容量を測定することにより、導体間距離を検出でき、榭脂製薄 膜の総厚さを調整できることがわ力つた。

[0061] 一方、榭脂製薄膜の電気抵抗 Rは、加圧前に∞Ωであり、その後、急激に低下し、 貫通孔形成時 (導体間距離 0 μ m)に 0 Ωとなった。したがって、電気抵抗を測定する ことにより、導体間距離が 0となり、貫通孔が形成するタイミングを予測できることがわ かった。貫通孔は、縦 25 m X横 25 m X深さ 50 μ m、ピッチ 50 μ mであった。ま た、加工精度は ± 1 mであり、非常に精度の高い力卩ェを実現できることがわ力つた

[0062] (実施例 2)

図 5 (a)に示すように、対向基材 53である Cu製基板上に、榭脂製薄膜 51として厚 さ 30 mのポリカーボネートフィルム（住友ベークライト製の FS - 1650)を置 、た。 つぎに、縦 50 m X横 50 m X高さ 100 mの角柱が林立する超硬合金製の押し 型をダイシングにより製作し、製作した押し型 52と対向基材 53に LCRメータを接続し た後、押し型 52を榭脂製薄膜 51上にセットした。つづいて、ポリカーボネートからな る榭脂製薄膜 51の流動開始温度 (約 145°C)以上である 160°Cに榭脂製薄膜 51を 加熱した（図 5 (b) )。榭脂製薄膜 51の加熱は、対向基材 53の直下に設置したヒータ (図示していない。 )により行なった。その後、榭脂製薄膜 51の静電容量と電気抵抗 をモニタリングしながら、榭脂製薄膜 51を、押し型 52と対向基材 53との間で、 10MP aで加圧して、貫通孔を形成し（図 5 (c) )、冷却後、押し型 52と対向基材 53を取除き 、貫通孔を有する微細構造体を得た (図 5 (d) )。

[0063] 静電容量と電気抵抗は、 LCRメータを用い、電圧 IV、周波数 1kHzにより測定し、 モニタリングした。その結果は、図 6に示すような傾向を示し、静電容量 Cは、押し型と 対向基材とからなる 2つの導体を榭脂製薄膜にセットした後、加圧前 (導体間距離 30 m)に 1. 3 ;z Fであったが、加圧により次第に増大し、導体間距離 l /z mで最大値 1 7 Fとなり、その後、急激に低下し、貫通孔形成時 (導体間距離 0 m)〖こ 0 Fとな つた。したがって、静電容量を検出することにより、導体間距離を知ることができ、榭 脂製薄膜の総厚さを調整できることがわ力つた。

[0064] 一方、榭脂製薄膜の電気抵抗 Rは、加圧前に∞ Ωであり、その後、急激に低下し、 貫通孔形成時 (導体間距離 0 μ m)に 0 Ωとなった。したがって、電気抵抗を測定する ことにより、導体間距離が 0となり、貫通孔が形成するタイミングを予測できることがわ かった。貫通孔は、縦 50 m X横 50 m X深さ 60 μ mであった。また、加工精度は ± 2 πιであった。

[0065] (実施例 3)

対向基材であるビッカース硬度 1800の窒化アルミニウム基板上に、榭脂製薄膜と して厚さ 30 mのポリカーボネートフィルム（住友ベークライト製の FS— 1650)を置 いた。つぎに、縦 50 m X横 50 m X高さ 100 mの角柱が林立するジルコ -ァ製 の押し型をダイシングにより製作し、製作した押し型を榭脂製薄膜上にセットした。

[0066] この押し型は、ビッカース硬度が 1200であった。つづいて、ポリカーボネートからな る榭脂製薄膜の流動開始温度 (約 145°C)以上である 160°Cに榭脂製薄膜を加熱し た。榭脂製薄膜の加熱は、対向基材の直下に設置したヒータにより行なった。その後 、榭脂製薄膜を、押し型と対向基材との間で、 lOMPaで加圧して、貫通孔を形成し た。形成された貫通孔は、縦 50 m X横 50 m X深さ 60 mであり、加工に際して 、押し型および対向基材の破損、変形はともに認められな力つた。

[0067] (実施例 4)

ビッカース硬度 1200のジルコユア製の押し型の代わりに、ビッカース硬度 600の超 硬合金カゝらなる押し型を用いた以外は実施例 3と同様にして加工した。その結果、縦 50 m X横 50 m X深さ 60 mの貫通孔が形成され、加工に際して、押し型およ び対向基材の破損、変形はともに認められな力つた。

[0068] 今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考え られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示さ れ、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図 される。

産業上の利用可能性

[0069] インクジェットプリンタ用ノズル、医療用ネブライザノズル、超微細フイラ用の精密フィ ルタ、マイクロレンズまたは高密度プリント基板などの高機能微細構造体を安価に提 供することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 榭脂製薄膜 (1)に微細な貫通孔を形成する榭脂製薄膜の加工方法であって、 榭脂製薄膜 (1)を、押し型 (2)と対向基材 (3)との間にセットする工程と、 押し型 (2)と対向基材 (3)との間で、榭脂製薄膜 (1)を流動開始温度以上に加熱 する工程と、

流動開始温度以上の榭脂製薄膜 (1)を、押し型 (2)と対向基材 (3)との間で加圧し て貫通孔を形成する工程と

を備えることを特徴とする加工方法。

[2] 前記押し型（2)は、金属またはセラミックス力もなり、前記対向基材 (3)は、金属また はセラミックスまたはプラスチックまたはシリコン力もなる請求の範囲第 1項記載の加 ェ方法。

[3] 前記押し型 (2)は、ビッカース硬度が 400以上である請求の範囲第 1項記載の加工 方法。

[4] 前記押し型 (2)は、

リソグラフィにより榭脂型を形成する工程と、

導電性基板上で前記榭脂型に金属材料からなる層を電铸により形成する工程と、 前記榭脂型を除去する工程と

を含む方法により製造した請求の範囲第 1項記載の加工方法。

[5] 前記押し型 (2)は、ダイシング加工により製造した請求の範囲第 1項記載の加工方 法。

[6] 前記押し型 (2)は、切削加工により製造した請求の範囲第 1項記載の加工方法。

[7] 前記対向基材 (3)は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素またはタン ダステンカーバイドより選ばれた材料力 なる請求の範囲第 1項記載の加工方法。

[8] 前記対向基材 (3)は、前記加熱カ卩ェ時におけるヤング率力 0. lGPa以上 300G

Pa以下である請求の範囲第 1項記載の加工方法。

[9] 前記対向基材 (3)は、ビッカース硬度が、押し型 (2)のビッカース硬度の 0. 5倍以 上 3. 0倍以下である請求の範囲第 1項記載の加工方法。

[10] 榭脂製薄膜 (1)を、押し型 (2)と対向基材 (3)との間にセットする前記工程は、 対向基材 (3)に榭脂製薄膜 (1)を固定する工程と、

固定した榭脂製薄膜 (1)に押し型 (2)をセットする工程と

を備える請求の範囲第 1項記載の加工方法。

[11] 貫通孔を形成する前記工程は、貫通孔形成後に、使用済みの対向基材 (3)を新し い対向基材に交換する工程を備える請求の範囲第 1項記載の加工方法。

[12] 榭脂製薄膜 (1)および Zまたは対向基材 (3)は、リールから供給し、リールに巻き 取る請求の範囲第 1項記載の加工方法。

[13] 榭脂製薄膜（1)をセットする工程から、加熱する工程を経て、貫通孔を形成するェ 程までの一連の工程は、真空雰囲気下で実施する請求の範囲第 1項記載の加工方 法。

[14] 前記榭脂製薄膜 (1)の静電容量を測定することにより、導電性押し型 (2)と対向基 材 (3)との距離を検出することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の加工方法。

[15] 前記対向基材 (3)は、導電性を有する請求の範囲第 14項記載の加工方法。

[16] 前記対向基材 (73)は、榭脂製薄膜 (71)との間に回路基板 (74)を備える請求の 範囲第 14項記載の加工方法。

[17] 前記榭脂製薄膜 (1)の電気抵抗を測定することにより、導電性押し型 (2)と対向基 材 (3)との距離を検出することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の加工方法。

[18] 前記対向基材 (3)は、導電性を有する請求の範囲第 17項記載の加工方法。

[19] 前記対向基材 (73)は、榭脂製薄膜 (71)との間に回路基板 (74)を備える請求の 範囲第 17項記載の加工方法。

[20] 榭脂製薄膜 (1)に微細な貫通孔を形成する加工装置であって、

榭脂製薄膜 (1)を、押し型 (2)と対向基材 (3)との間にセットする手段と、 押し型 (2)と対向基材 (3)との間で、榭脂製薄膜 (1)を流動開始温度以上に加熱 する手段と、

流動開始温度以上の榭脂製薄膜 (1)を、押し型 (2)と対向基材 (3)との間で加圧し て貫通孔を形成する手段と

を備えることを特徴とする加工装置。

[21] 貫通孔を形成する前記手段は、前記加圧時における面内最大圧力差が ± 10%以 下である請求の範囲第 20項記載の加工装置。

[22] 貫通孔を形成する前記手段は、貫通孔形成後に、榭脂製薄膜 (1)と押し型 (2)と 対向基材 (3)のうち少なくとも 1つを冷却する手段を有する請求の範囲第 20項記載 の加工装置。

[23] 樹脂製薄膜 (1)をセットする手段と、樹脂製薄膜 (1)を加熱する手段と、樹脂製薄 膜（1)に貫通孔を形成する手段とは、真空チャンバ内に配置する請求の範囲第 20 項記載の加工装置。

[24] 前記榭脂製薄膜 (1)の静電容量を測定することにより、導電性押し型 (2)と対向基 材 (3)との距離を検出する手段を備えることを特徴とする請求の範囲第 20項記載の 加工装置。

[25] 前記榭脂製薄膜 (1)の電気抵抗を測定することにより、導電性押し型 (2)と対向基 材 (3)との距離を検出する手段を備えることを特徴とする請求の範囲第 20項記載の 加工装置。

[26] 請求の範囲第 1項記載の方法により製造された微細構造体が、医療用ネブライザノ ズルであることを特徴とする微細構造体。

[27] 請求の範囲第 1項記載の方法により製造された微細構造体が、インクジェットプリン タ用ノズルであることを特徴とする微細構造体。

[28] 請求の範囲第 1項記載の方法により製造された微細構造体が、高密度プリント基板 上の極細回路であることを特徴とする微細構造体。

[29] 請求の範囲第 1項記載の方法により製造された微細構造体が、細胞捕捉用フィル タであることを特徴とする微細構造体。

[30] 請求の範囲第 1項記載の方法により製造された微細構造体が、超微細フイラ用フィ ルタであることを特徴とする微細構造体。