(57)【要約】【課題】機械的強度に優れた構造体を製造でき、しかも製造工程の簡素化とコストの低減が可能な金属微細構造体の製造方法を提供する。【解決手段】本発明にかかる金属微細構造体の製造方法では、上層のレジスト膜１４の露光が下層のレジスト膜１２に影響を与えないように、積層されたレジスト膜１２、１４の間に遮光膜１３を配置している。そして全てのレジスト膜１２、１４の露光が終了した後に、レジスト膜の現像を一括して行い、三次元の空隙１５を形成する。その後、電鋳により空隙１５内に金属を析出させることにより、金属微細構造体となるめっき膜１６を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも上面が導電性を有する基板の上に第１のレジスト膜を形成する工程と、
所定の形状の第１のマスクを用いて前記第１のレジスト膜を露光する工程と、
下記（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の小工程を１回もしくは繰り返し行う工程と、
（ａ）前記第１のレジスト膜上に金属製の遮光膜を形成する小工程、
（ｂ）前記遮光膜上に第２のレジスト膜を形成する小工程、
（ｃ）所定の形状の第２のマスクを用いて前記第２のレジスト膜を露光する小工程、
前記各工程で積層された複数のレジスト膜を一括して現像して空隙を形成する工程と、
前記空隙内に金属を析出させてめっき膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする金属微細構造体の製造方法。
【請求項２】
前記めっき膜を前記複数のレジスト膜と共に前記導電性基板から剥離する工程と、
前記めっき膜から前記複数のレジスト膜を剥離する工程と、を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の金属微細構造体の製造方法。
【請求項３】
前記遮光膜を無電解めっきにより形成することを特徴とする、請求項１または２に記載の金属微細構造体の製造方法。
【請求項４】
前記めっき膜の材料としてニッケルもしくはニッケルの合金を用いることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の金属微細構造体の製造方法。
【請求項５】
前記めっき膜の上面を研磨する工程を更に含むことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の金属微細構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電鋳技術およびフォトリソグラフィ技術を用いた金属微細構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な機械要素、電子部品、光学素子等を集積したデバイスはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）と呼ばれ、現在、数多くの応用が検討され、また一部は実用化されている。
【０００３】
ＭＥＭＳは半導体製造技術をベースにして製造されるものが多く、その一つとして、電鋳技術およびフォトリソグラフィ技術を用いて、めっき膜を積層することにより金属微細構造体を製造する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、「電鋳」は、金属イオン溶液を用いて導電性基板上にめっき膜を形成する技術であり、金属を緻密かつ高精度に析出できる特性を有する。また「フォトリソグラフィ」は、感光性材料を用いてマスクのパターンを基板に転写する技術であり、高精細のパターンを形成する技術として広く利用されている。
【０００５】
図５（ａ）および（ｂ）に、電鋳技術およびフォトリソグラフィ技術を用いて製造した金属微細構造体の断面を示す。図５（ａ）は少なくとも上面が導電性を有する基板（以降、「導電性基板」という）２上に金属微細構造体１ａを形成したものである。金属微細構造体１ａは、２層のめっき膜を積層したもので、上部のめっき膜の幅が下部のめっき膜の幅より狭くなっている。
【０００６】
図５（ｂ）の金属微細構造体１ｂも、金属微細構造体１ａと同様に２層のめっき膜を積層したものであるが、上部のめっき膜の一部が下部のめっき膜から張り出して（オーバーハング）いる。
【０００７】
図５（ａ）に示す金属微細構造体１ａを製造する際の工程について簡単に説明する。最初に、スパッタリング等により絶縁性基板の上に導電膜を積層して導電性基板２を作製する。導電性基板２は電鋳処理の際の支持基板となる。
【０００８】
次に、その上にスピンコート等によりポジ型のフォトレジストを塗布して１層目のレジスト膜を形成し、所定の形状の第１のマスクを用いて露光した後現像を行う。更にその上に２層目のレジスト膜を形成し、所定の形状の第２のマスクを用いて１層目と同様、露光と現像を行う。
【０００９】
次に、レジスト膜の現像により形成された空隙内に、電鋳により金属を析出させてめっき膜を形成する。最後に不要なレジスト膜および導電膜を除去すると、図５（ａ）に示す金属微細構造体１ａが完成する。なお、導電性基板２が不要な場合には、その後、金属微細構造体１ａから剥離する処理を行う。
【００１０】
一方、図５（ｂ）に示すような上層のめっき膜の一部が下層のめっき膜より張り出した、オーバーハングのある金属微細構造体１ｂは、上述したレジスト膜の露光と現像を繰り返す方法では製造できない。その理由は、下層のレジスト膜のうちオーバーハング部分の下にある未露光状態のまま残すべき部分が、上層のレジスト膜を露光したときに露光されてしまうためである。
【００１１】
この問題を解決するため、オーバーハングのある金属微細構造体１ｂを製造する際には、電鋳によりめっき膜を一層毎に形成し、得られためっき膜を積層していた。
【００１２】
以下、図６および図７の断面図を参照し、金属微細構造体１ｂを製造する際の従来の方法について説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は前半の製造工程を示し、図７（ａ）〜（ｅ）は後半の製造工程を示す。
【００１３】
まず、図６（ａ）に示すように、絶縁性の基板２０上に蒸着やスパッタリングにより導電膜２１を形成して、導電性基板２を作製する。導電膜２１は電鋳の際に通電用の電極として用いられる。
【００１４】
次に、図６（ｂ）に示すように、導電膜２１の上にスピンコート等によりネガ型のフォトレジストを塗布して第１のレジスト膜２２を形成する。
【００１５】
引き続いて、所定の形状のマスク（図示せず）を用いて第１のレジスト膜２２を露光した後、加熱および現像を行い、図６（ｃ）に示す空隙２３を形成する。
【００１６】
次に、図６（ｄ）に示すように、電鋳により空隙２３内に金属を析出させ、第１のめっき膜２４を形成する。この際、空隙２３が金属で完全に埋まるように、めっき膜にオーバーハングができるように析出させる。その後、ＣＭＰ等の手段を用いて、第１のめっき膜２４および第１のレジスト膜２２の表面を破線で示す位置まで研磨し、表面を平滑にする。
【００１７】
次に、図７（ａ）に示すように、表面が平滑になった第１のめっき膜２４の上に、スピンコート等によりフォトレジストを塗布して第２のレジスト膜を形成する。その後、図７（ｂ）に示すように、図６（ｃ）で示したのと同様の方法で、第２のレジスト膜２５に空隙２６を形成する。
【００１８】
更に、図７（ｃ）に示すように、電鋳により空隙２６内に金属を析出させて第２のめっき膜２７を形成する。この際、図６（ｄ）の工程とは異なり、めっき膜２７の高さが第２のレジスト膜２５の高さと等しくなる程度に金属を析出させる。この場合、めっき膜２７の上部は中心部が若干凹んだ形状となる。
【００１９】
次に、図７（ｄ）に示すように、めっき膜２４および２７を、レジスト膜２２および２５と共に、機械的手段によって導電性基板２（絶縁性基板２０および導電膜２１）から剥離する。
【００２０】
最後に、図７（ｅ）に示すように、不要なレジスト膜２２および２５を、めっき膜２４および２７から剥離すると、金属微細構造体１ｂが完成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００８−３０１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上述した従来の製造方法では、めっき膜２４および２７を積層して金属微細構造体１ｂを製造しているため、めっき膜同士の接続強度が弱く、剥離が起きやすい。そのため、完成品の機械的強度が弱いという問題があった。
【００２３】
更に、めっき膜を形成する毎に表面を研磨して平坦にする必要があるため、製造工程が複雑になり、また製造コストが高くなる原因となっていた。
【００２４】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、機械的強度に優れた金属微細構造体を製造でき、しかも製造工程の簡素化とコストの低減が可能な金属微細構造体の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するため、本発明にかかる金属微細構造体の製造方法は、
少なくとも上面が導電性を有する基板の上に第１のレジスト膜を形成する工程と、
所定の形状の第１のマスクを用いて前記第１のレジスト膜を露光する工程と、
下記（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の小工程を１回もしくは繰り返し行う工程と、
（ａ）前記第１のレジスト膜上に金属製の遮光膜を形成する小工程、
（ｂ）前記遮光膜上に第２のレジスト膜を形成する小工程、
（ｃ）所定の形状の第２のマスクを用いて前記第２のレジスト膜を露光する小工程、
前記各工程で積層された複数のレジスト膜を一括して現像して空隙を形成する工程と、
前記空隙内に金属を析出させてめっき膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２６】
本発明にかかる金属微細構造体の製造方法は、
前記めっき膜を前記複数のレジスト膜と共に前記導電性基板から剥離する工程と、
前記めっき膜から前記複数のレジスト膜を剥離する工程と、を更に含んでいてもよい。
【００２７】
ここで、前記遮光膜を無電解めっきにより形成することが好ましい。
【００２８】
前記めっき膜の材料としてニッケルもしくはニッケルの合金を用いてもよい。また、前記めっき膜の上面を研磨する工程を更に含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明にかかる金属微細構造体の製造方法では、上層のレジスト膜の露光が下層のレジスト膜に影響を与えないように、積層されたレジスト膜の間に遮光膜を配置している。そして全てのレジスト膜の露光が終了した後に、レジスト膜の現像を一括して行い、三次元の空隙を形成している。その後、電鋳により空隙内に金属を析出させることにより金属微細構造体を製造している。結果として、めっき膜の研磨工程を省略できるため、製造工程の簡素化と製造コストの低減が図れる。
【００３０】
更に本発明にかかる金属微細構造体の製造方法では、めっき膜が積層された構造体ではなく、めっき膜が一回の電鋳により形成されるため、継ぎ目のない機械的強度に優れた金属微細構造体を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる金属微細構造体の製造方法の前半の工程を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる金属微細構造体の製造方法の後半の工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２にかかる金属微細構造体の製造方法により製造されたマイクロ歯車の斜視図である。
【図４】図３のマイクロ歯車をＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図５】電鋳技術およびリソグラフィ技術を用いて製造した金属微細構造体の断面図である。
【図６】従来の金属微細構造体の製造方法の前半の工程を示す断面図である。
【図７】従来の金属微細構造体の製造方法の後半の工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明にかかる金属微細構造体の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１および図２は、本発明の実施の形態にかかる金属微細構造体の製造方法を、前述の金属微細構造体１ｂの製造に適用した場合の各工程を示す断面図である。図１（ａ）〜（ｆ）は前半の製造工程を示し、図２（ａ）〜（ｄ）は後半の製造工程を示す。
【００３４】
まず、図１（ａ）に示すように、絶縁性基板１０上に蒸着やスパッタリングにより導電膜１１を形成して導電性基板２を作製する。本実施の形態では、絶縁性基板１０にガラスを用い、この絶縁性基板１０の上に銅をスパッタして厚さ１μｍ弱の導電膜１１を形成した。導電膜１１は電鋳の際に通電用の電極として用いられる。
【００３５】
絶縁性基板１０としては、ガラス以外にシリコンウェハを用いることができる。また導電膜１１としては銅以外にニッケルが用いられる。なお、導電性基板２として、銅板、ニッケル板、黄銅板、ＳＵＳ板などの、それ自体電気伝導性を有する基板を用いてもよい。
【００３６】
次に、図１（ｂ）に示すように、スピンコートにより導電膜１１上にフォトレジストを塗布した後、加熱・乾燥させて第１のレジスト膜１２を形成する。本実施の形態では、フォトレジストとしてネガ型のＫＭＰＲ（日本化薬製）を用いた。乾燥後のレジスト膜１２の厚みは約６０μｍであった。
【００３７】
次に、図１（ｃ）に示すように、所定の形状の第１のマスク（図示せず）を用いてレジスト膜１２の露光を行い、その後加熱処理する。図中、符号１２ａは、露光によりレジスト膜１２が変質した部分を示す。
【００３８】
次に、図１（ｄ）に示すように、第１のレジスト膜１２の上に、無電解めっきにより遮光膜１３を形成する。本実施の形態では、遮光膜１３として厚さ１μｍ弱のニッケル膜を形成した。なお、無電解めっきの前処理として、通常、パラジウムの核を吸着させるためのコンディショニングと、パラジウム触媒を付与する処理を行う。
【００３９】
次に、図１（ｅ）に示すように、第１のレジスト膜１２と同様の方法および材料により、遮光膜１３の上にフォトレジストを塗布した後、加熱乾燥させて第２のレジスト膜１４を形成する。
【００４０】
次に、図１（ｆ）に示すように、所定の形状の第２のマスク（図示せず）を用いてレジスト膜１４の露光を行い、その後加熱処理する。図中、符号１４ａは、露光により第２のレジスト膜１４が変質した部分を示す。
【００４１】
次に、図２（ａ）に示すように、露光した第１および第２のレジスト膜１２、１４を現像液に浸し、変質部分１２ａおよび１４ａを除去して空隙１５を形成する。この空隙１５は、完成品である金属微細構造体１ｂに対応した形状をしている。
【００４２】
本実施の形態では、現像液としてＳＵ−８Developer（日本化薬製）を用いた。上層の変質部分１４ａが現像液によって溶解すると、現像液は遮光膜１３を通じて下層の変質部分１２ａまで浸透し、下層の変質部分１２ａが溶解する。この際、遮光膜１３のうち変質部分１２ａおよび１４ａで挟まれた部分は、レジスト膜の溶解と共に流出する。
【００４３】
次に、図２（ｂ）に示すように、空隙１５が形成された導電性基板２を金属イオンの溶液に浸し、電鋳により空隙１５内に金属を析出させてめっき膜１６を形成する。本実施の形態では、導電性基板２をスルファミン酸ニッケルめっき液に浸し、１００Ａ／ｍ2の電流を約５時間印加することにより、約６０μｍ厚のめっき膜１６を形成した。
【００４４】
次に、図２（ｃ）に示すように、導電性基板２（絶縁性基板１０および導電膜１１）からめっき膜１６を、レジスト膜１２および１４と共に機械的に剥離する。最後に、図２（ｄ）に示すように、剥離液を用いて不要なレジスト膜１２および１４を、めっき膜１６から剥離する。
【００４５】
本実施の形態では、剥離液として、Remover PG（日本化薬製）を用い、レジスト膜１２および１４を７０℃の剥離液に３０分浸漬した。このようにして金属微細構造体１ｂが完成する。
【００４６】
以下、本発明の製造方法の効果を、従来の製造方法のそれと比較して説明する。前述した従来の製造方法では、レジスト膜を積層して形成する際の問題点を解決するため、電鋳によりめっき膜を一層毎に形成し、得られためっき膜を積層することによって金属微細構造体１ｂを製造していた。
【００４７】
しかしこの方法では、金属微細構造体を構成するめっき膜同士の接続強度が弱くて剥離が起きやすいため、製造された構造体の機械的強度が弱い。また、一層のめっき膜を形成する毎に表面を研磨して平坦にする必要があるため、工程が複雑になると共に製造コストが高くなる。
【００４８】
本発明の製造方法では、レジスト膜１２と１４の間に遮光膜１３を配置することによって、上層のレジスト膜１４を露光する際に下層のレジスト膜１２に影響を与えないようにしている。実験の結果、無電解めっきにより形成したニッケル膜の厚みが０．１５μｍ以上であれば、十分な遮光性を有することが分かった。
【００４９】
そしてレジスト膜１２および１４の露光が終了した後に、レジスト膜の現像を一括して行い、三次元の空隙１５を形成する。その後、電鋳により空隙１５内に金属を析出させてめっき膜１６を形成することにより、金属微細構造体を製造している。
【００５０】
このように、本発明の製造方法は、従来の製造方法のようなめっき膜を積層して金属微細構造体を形成するのではなく、金属微細構造体１ｂとなるめっき膜１６を一回の電鋳処理により形成しているため、継ぎ目のない機械的強度に優れた構造体を実現できる。また、レジスト膜毎の研磨工程が不要となるため、製造工程の簡素化と製造コストの低減が図れる。
【００５１】
遮光膜を形成する方法としては、無電解めっき以外に、ドライプロセスを使用して銅やアルミニウムの膜を形成する方法がある。しかし、ドライプロセスは真空中で行われるため、高価な装置が必要となり、コスト高となる。また無電解めっきに比べて使用できる基板のサイズが小さいため、１枚の基板で製造できる構造体の数が制限される。
【００５２】
また、本実施の形態では、電鋳によりニッケルのめっき膜１６を形成したが、それ以外に、ニッケル合金（ニッケルにマンガン、コバルト、タングステンのいずれかを加えたもの）、銅、銅合金、金、金合金などのめっき膜で金属微細構造体を形成してもよい。このうちニッケルおよびニッケル合金は、他の金属に比べて安価であり、しかも高硬度であるため機械的強度に優れためっき膜を実現できる。
【００５３】
なお、図２（ｂ）に示す工程でめっき膜１６を形成する際、めっき膜１６の高さが第２のレジスト膜１４の高さと等しくなるように形成すると、めっき膜１６の中央部が若干凹む。凹みが生ずるのを避けたい場合、めっき膜１６を、レジスト膜１４との境界にオーバーハングができる程度に厚めに形成した後、上面を研磨して平坦にすればよい。
【００５４】
（実施の形態２）
本発明の製造方法を、マイクロ歯車の製造に適用した実施の形態について、図３および図４を参照して説明する。図３はマイクロ歯車３の斜視図、図４は図３のマイクロ歯車３をＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【００５５】
マイクロ歯車３は３層の金属膜が積層された構造をしており、円盤状の本体部３１の上下両面に、円盤の中心軸が一致した状態で、円盤状の軸部３２が配置されている。本体部３１の外周面には複数の歯が形成されている。本体部３１の厚みは、軸部３２の厚みの約２倍である。
【００５６】
マイクロ歯車３は、医療用カテーテル、内視鏡、施術機器等の微細部品として使用されており、更には、医療や分析機器用途の微量液体搬送のマイクロポンプの部品としても使用されている。
【００５７】
ちなみに、本実施の形態で製造したマイクロ歯車３の寸法は、本体部３１の直径が１ｍｍ、厚みが約６０μｍであり、歯数は８枚である。また軸部３２の直径は０．７ｍｍ、厚みは約３０μｍである。
【００５８】
本実施の形態では、実施の形態１で説明した金属微細構造体の製造方法とほぼ同様の工程によりマイクロ歯車３を製造している。実施の形態１と異なるのは、遮光膜１３の形成と、それに続くレジスト膜１４の形成を、２度繰り返した点である。
【００５９】
具体的には、図１（ｆ）に示す工程の後、更にその上に遮光膜１３およびレジスト膜１４を積層した後、図２（ａ）に示す工程で説明した方法で、変質したレジスト膜部分を除去して、３層のレジスト膜を貫通する空隙１５を形成する。その後、図２（ｂ）〜（ｄ）の工程で説明した方法でめっき膜１６を形成した後、不要な導電性基板２、および３層のレジスト膜１２、１４、１４をめっき膜１６から剥離する。
【００６０】
このように本発明の製造方法によれば、上層の金属膜の一部が下層の金属膜より張り出した複雑な形状の金属微細構造体を、遮光膜およびレジスト膜の形成を繰り返すことにより、研磨工程を経ることなく製造することができる。
【００６１】
本実施の形態では、遮光膜の形成とレジスト膜の形成を２度繰り返した例について説明したが、繰り返しの数を増やせば、多層の金属膜が積層された、更に複雑な形状の金属微細構造体を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明にかかる金属微細構造体の製造方法は、ＭＥＭＳの分野で必要とされる機械要素、電子部品、光学素子等の製造に広く適用できるものである。
【符号の説明】
【００６３】
１ａ、１ｂ  金属微細構造体
２  導電性基板
３  マイクロ歯車
４  コンタクトプローブ
１０、４０  絶縁性基板
１１  導電膜
１２、１４  レジスト膜
１３  遮光膜
１５  空隙
１６  めっき膜
３１  本体部
３２  軸部
【図１】
2011056645.tif 000003
【図２】
2011056645.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011056645.tif 000006
【図５】
2011056645.tif 000007
【図６】
2011056645.tif 000008
【図７】
2011056645.tif 000009