(57)【要約】【課題】形状に自由度を有する構造体を形成することができる構造物の作製方法及び装置を提供する。【解決手段】構造体形成材料を金型の貫通穴を介して押出し、成形して、基板の上に当該貫通穴に対応した２次元的な形状を有する構造体を作製する方法であって、構造体形成材料を加熱する、構造体形成材料を所望の輪郭を有する１つ又は複数個の貫通穴を具備する金型の貫通穴を介して金型逆面にまで流動させる、金型に基板を接触、又は近接させて、基板の構造体形成面と構造体形成材料とを接着させる、構造体形成材料を押出し、金型の貫通穴を介して、金型逆面にまで流動させつつ、金型及び／又は基板を相互に離れていく方向に移動させることにより、基板上に押出し、成形された構造物を形成する、構造体形成材料の貫通穴を介しての金型逆面への流動を停止させることにより、構造体の形成を終了する、ことからなる、構造体の作製方法、及びその装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体形成材料を金型の貫通穴を介して押出し、成形して、基板の上に当該貫通穴に対応した２次元的な形状を有する構造体を作製する方法であって、
（１）構造体形成材料を加熱する、
（２）構造体形成材料を所望の輪郭を有する１つ又は複数個の貫通穴を具備する金型の貫通穴を介して金型逆面にまで流動させる、
（３）金型に基板を接触、又は近接させて、基板の構造体形成面と構造体形成材料とを接着させる、
（４）構造体形成材料を押出し、金型の貫通穴を介して、金型逆面にまで流動させつつ、金型及び／又は基板を相互に離れていく方向に移動させることにより、基板上に押出し、成形された構造物を形成する、
（５）構造体形成材料の貫通穴を介しての金型逆面への流動を停止させることにより、構造体の形成を終了する、
ことを特徴とする、構造体の作製方法。
【請求項２】
構造体形成材料を押出し、金型の貫通穴を介して、金型逆面にまで流動させつつ、金型及び／又は基板を相互に離れていく方向に移動させ、かつ形成面上の構造体形成材料接着位置と金型の貫通穴位置を相対的に変化させることにより、基板上に押出し、成形された構造物を形成する、請求項１に記載の構造体の作製方法。
【請求項３】
構造体形成材料が、樹脂系、金属系、半導体、セラミックス系材料、又はそれらの複合材料である、請求項１に記載の構造体の作製方法。
【請求項４】
基板の上に、金型の貫通穴に対応した２次元的な形状を有する構造体を作製する、請求項１に記載の構造体の作製方法。
【請求項５】
基板の上に、金型の貫通穴に対応した２次元的な形状を有する構造体を更に任意の方向に規則的又は不規則的に変形させた形状を有する構造体を作製する、請求項１に記載の構造体の作製方法。
【請求項６】
構造体形成材料を金型の貫通穴を介して押出し、成形して基板の上に当該貫通穴に対応する２次元的な形状を有する構造体を作製する加工装置であって、構造物を形成する面を有する基板と、該基板の面に構造体を形成するための所望の貫通穴を具備する金型と、構造体形成材料を加熱するための加熱手段と、該金型及び／又は基板が相互に離れていく方向に移動させる駆動手段と、継続して構造体形成材料を貫通穴を介して金型逆面に流動させると共に、流動を停止させる手段、を有することを特徴とする、上記加工装置。
【請求項７】
上記金型及び／又は基板が相互に離れていく方向と基板の面上の構造体形成材料接着位置と貫通穴位置を相対的に変化させる駆動手段を有する、請求項６に記載の加工装置。
【請求項８】
上記駆動手段が、ねじ、ギア、ピエゾ素子、又はそれらの複合駆動方式である、請求項７に記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の任意の場所に、任意の数だけ、簡便に、材料の種類を選ばず、かつ形状に自由度を有する構造体を形成するための当該構造体の製造方法、及びそれを可能とする加工装置に関するものであり、更に詳しくは、本発明は、金型の貫通穴を介して押出し、成形して、基板の面上に、従来の加工方法よりも、加工性に自由度を有する、すなわち、特に、構造体の高さに制限のないアスペクト比の高い２次元的な形状を有する構造体、もしくはそれを任意の方向に変形させた３次元的な形状を有する構造体を基板の面上の任意の場所に形成することを可能とする基板の上に形成される構造体の作製方法、及びその加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日の産業界において、マイクロマシン、医療機器、センサー機器、電子機器等、様々な分野で、様々な形状の加工が要求されている。当該分野では、多様化する技術的要求に応えるため、各装置を構成する部品には複雑な形状、特に、アスペクト比の高い構造体、及び３次元的な形状を有する構造体等、形状の自由度の高い加工を可能とする加工技術の発展が求められている。そのような形状を有する部品として、例えば、ヒートシンク、ＤＮＡの分析チップに組み込まれているアレイ構造体（非特許文献１）、半導体集積回路を検査するコンタクトプローブ（非特許文献２）等が例示される。
【０００３】
従来の、固体工具、すなわち切削工具や砥石を用いて、材料の不要な部分を削り取るという加工法である機械加工の代表的な装置である、旋盤、フライス盤、研削盤を挙げると、アスペクト比の高い構造体を作製する場合、旋盤においては、面上に形成できる構造体は１つであり、構造体の高さが高くなると、構造体自身が回転によりしなり、より高い構造体を作製することが困難である。フライス盤においては、任意の場所に任意の数だけ加工が可能となるが、工具の高さが構造体の高さの制限となる。研削盤においては、円筒研削盤においては、旋盤と同じことが問題点として挙げられ、平面研削盤においては、フライス盤と同じことが問題点として挙げられる。３次元形状を有する構造体を作製する場合、旋盤、円筒研削盤では不可能であり、フライス盤、平面研削盤においては、加工工具と材料の角度を変化させることにより、ある程度の３次元加工は可能であるが、その場合は、その度、角度を変える必要があるため、工程数が多くなる。更に、被加工材質によって、工具や材料の回転速度、送り速度等を変更させる必要があり、熟練した技術を要する。
【０００４】
次に、放電加工において、高さの高い構造体を作製する方法として、ワイヤ放電研削法（ＷＥＤＧ法）が考えられる。しかしながら、やはり、この場合も、上記旋盤と同様に、面上に形成できる柱状は１つであり、アスペクト比が高くなると、構造体自身が回転によりしなり、より高い構造体を作製することが困難である。また、３次元形状の加工は不可能である。ワイヤカット放電加工においては、高さの高い構造体は作製でき、一般的に、２．５次元形状と言われている加工の程度は可能であるが、３次元形状の加工は不可能である。更に、放電加工での対象材料は導電性材料に限られる。
【０００５】
また、金型を用いた鍛造、鋳造、プレス、射出成形、インプリント法を挙げると、高さの高い構造体を作製する場合、任意の場所に任意の数だけ加工が可能となるが、アスペクト比が高くなると、充填の不具合が生じ、また、充填できたとしても、離型の際に、金型への癒着等による構造体の変形、破損が問題点として挙げられる。インプリント法において、癒着による形状崩壊を解決する方法として、金型に表面処理をする方法が取られているが、開発段階にあり、また、効果のある材料は樹脂系材料に限られる（非特許文献３、４）。
【０００６】
更に、インプリント法の改良された方法として、構造体の金型凹部に充填された材料を金型剥離時に伸長させることにより、アスペクト比の高い構造を製造する方法がある（非特許文献５）。該方法は、高アスペクト比構造を金型により作製する場合、金型と構造体材料の間の摩擦力、及び残存する気体の影響による金型への構造体材料の充填の不十分を解決する方法である。しかしながら、該方法は、離型の際に、金型凹部に充填された材料が伸長することで構造体を高くする方法であるため、凹部にプールできる材料の量は一定であることから、構造体の高さは制限される。また、該方法に用いる金型は、表面処理が必要であり、現段階では、樹脂材料しか適応できていない。また、これら金型を用いた加工において、３次元形状を有する構造体を作製することは困難である。
【０００７】
更に、例えば、マイクロマシン、電子部品等の技術分野において、部品加工に主に利用されている、リソグラフィー法、該方法と電気めっき等の堆積加工、及び該方法とイオンシャワー等の除去加工を使用して部品を作製する加工技術に関して、高さの高い構造体を作製する場合、例えば、シンクロトロン放射Ｘ線を使用した、深いＰＭＭＡ等のリソグラフィーの使用等が試みられている（非特許文献６）。しかしながら、該方法では、数ミリ程度の高さが限度であり、それ以上高い構造体を作製する場合、レジスト層を面上に形成した後、パターンとするマスクを用いて、レジスト層を露光し、そして、現像を行い、レジストパターンを形成し、レジストパターンを有する面を、電気めっき等により金属の構造物を堆積させるという工程を所望の高さまで、繰り返し行わなければならず、多くの工程数を要し、更に、位置あわせを行う必要があり、注意を要する。
【０００８】
更に、一般的に、２．５次元形状と言われている加工程度は可能であるが面を傾ける必要があり、かつ前記した工程が繰り返し必要であることから、位置合わせに高い技術が必要となる。また、リソグラフィー法とイオンシャワー等による除去加工においては、レジスト層とレジスト層が除去され、表面にでている材料とを同時に加工するため、構造体の高さはレジスト層の消失した時点で決定され、その高さは、一般に、レジスト層の高さより低く、高さの高い構造体は作製できないことから、形状の自由度に制限がある。
【０００９】
また、除去加工、堆積加工を可能とする加工装置として、集束イオンビーム（ＦＩＢ）がある。該装置は、除去加工においては、ほとんどすべての材質に関して加工が可能であるが、ビームの届く深度が小さいため、高さの高い構造体を作製することは困難であり、また、３次元形状の加工も難しい。しかしながら、堆積加工においては、かなりの自由度を持つ加工が可能である（非特許文献７）。しかしながら、材料は、タングステン、及びカーボンに限定される。
【００１０】
金属系微細構造物を電気めっき法により作製する方法で、基板の上に、貫通穴を具備する金型を駆動可能に設置し、上記貫通穴を介して基板の上にめっき処理を行うと同時に、上記金型を基板から離れていく方向に移動させることにより、基板上に金属系構造物を形成する金属系微細構造物の作製方法がある。しかし、この方法は、金型が絶縁体材料に限られ、構造体形成材料も電気めっきが可能な材料の種類に限定され、かつ形成箇所周辺がめっき液にさらされるため、周囲を絶縁体材料で構成する必要がある。また、基板と金型がきちんと密着していないと、形成部以外の面にめっき液が流れ込み、形成部以外のところにめっきが施され、所望の構造体を形成できなくなり、形成速度はめっき速度に依存し、そのため、高さの高い構造体を形成するのに時間がかかり、かつ、基板の面上の構造体形成材料接着位置と貫通穴位置を相対的に変化させるように移動させる駆動手段がないため、３次元構造体を形成することができない（特許文献１）。
【００１１】
【特許文献１】特願２００６−０７８１２５号
【非特許文献１】J. Tsuda, Y. Tada, G. Hashiguchi, K. Hirano, N. Kaji and Y. Baba, Micro Total Analysis System 2002, Vol. 1, 109-111
【非特許文献２】精密部材成形用材料創製・加工プロセス技術プロジェクト成果報告書（平成１６年度）ｐ．２４３
【非特許文献３】Y. Saotome, K. Itoh, T. Zhang and A. Inoue, Scripta mater. 41 (2001) 1541
【非特許文献４】Y. Hirai, S. Yoshida, A. Okamoto, Y. Tanaka, M. Endo, S. Irie, H. Nakagawa and M. Sasago, Journal of Photopolymer Science and Technology, Vol. 14, No. 3 (2001) 457-462
【非特許文献５】月刊宝島１１月号ｐｐ．５２−５３（２００３年）
【非特許文献６】O. Bakajin, Anal. Chem, 73 (2001), 6053-6056
【非特許文献７】ネイチャーインタフェイス誌、Ｎｏ．９（２００２）、５４−５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような状況の中で、本発明者は、上記従来技術に鑑みて、基板面上の任意の場所に、任意の数だけ、簡便に、材料の種類を選ばず、かつ、形状に自由度を有する構造体を形成することが可能な当該構造体の製造方法と、それを実現するための装置の研究を開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、金型の貫通穴を介して押出し、成形する方法を採用することにより所期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は、構造体形成材料を金型の貫通穴を介して押出し、成形して、基板の上に、当該貫通穴に対応した２次元的な形状を有する構造体、あるいはこれを更に任意の方向に変形させた３次元的な形状を有する構造体の作製方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）構造体形成材料を金型の貫通穴を介して押出し、成形して、基板の上に当該貫通穴に対応した２次元的な形状を有する構造体を作製する方法であって、
１）構造体形成材料を加熱する、
２）構造体形成材料を所望の輪郭を有する１つ又は複数個の貫通穴を具備する金型の貫通穴を介して金型逆面にまで流動させる、
３）金型に基板を接触、又は近接させて、基板の構造体形成面と構造体形成材料とを接着させる、
４）構造体形成材料を押出し、金型の貫通穴を介して、金型逆面にまで流動させつつ、金型及び／又は基板を相互に離れていく方向に移動させることにより、基板上に押出し、成形された構造物を形成する、
５）構造体形成材料の貫通穴を介しての金型逆面への流動を停止させることにより、構造体の形成を終了する、
ことを特徴とする、構造体の作製方法。
（２）構造体形成材料を押出し、金型の貫通穴を介して、金型逆面にまで流動させつつ、金型及び／又は基板を相互に離れていく方向に移動させ、かつ形成面上の構造体形成材料接着位置と金型の貫通穴位置を相対的に変化させることにより、基板上に押出し、成形された構造物を形成する、前記（１）に記載の構造体の作製方法。
（３）構造体形成材料が、樹脂系、金属系、半導体、セラミックス系材料、又はそれらの複合材料である、前記（１）に記載の構造体の作製方法。
（４）基板の上に、金型の貫通穴に対応した２次元的な形状を有する構造体を作製する、前記（１）に記載の構造体の作製方法。
（５）基板の上に、金型の貫通穴に対応した２次元的な形状を有する構造体を更に任意の方向に規則的又は不規則的に変形させた形状を有する構造体を作製する、前記（１）に記載の構造体の作製方法。
（６）構造体形成材料を金型の貫通穴を介して押出し、成形して基板の上に当該貫通穴に対応する２次元的な形状を有する構造体を作製する加工装置であって、構造物を形成する面を有する基板と、該基板の面に構造体を形成するための所望の貫通穴を具備する金型と、構造体形成材料を加熱するための加熱手段と、該金型及び／又は基板が相互に離れていく方向に移動させる駆動手段と、継続して構造体形成材料を貫通穴を介して金型逆面に流動させると共に、流動を停止させる手段、を有することを特徴とする、上記加工装置。
（７）上記金型及び／又は基板が相互に離れていく方向と基板の面上の構造体形成材料接着位置と貫通穴位置を相対的に変化させる駆動手段を有する、前記（６）に記載の加工装置。
（８）上記駆動手段が、ねじ、ギア、ピエゾ素子、又はそれらの複合駆動方式である、前記（７）に記載の加工装置。
【００１４】
次に、本発明について、更に詳細に説明する。
本発明の方法は、構造体形成材料を金型の貫通穴を介して押出し、成形して、基板の上に当該貫通穴に対応した２次元的な形状を有する構造体を作製する方法であって、（１）構造体形成材料を加熱する、（２）構造体形成材料を所望の輪郭を有する１つ又は複数個の貫通穴を具備する金型の貫通穴を介して金型逆面にまで流動させる、（３）金型に基板を接触、又は近接させて、基板の構造体形成面と構造体形成材料とを接着させる、（４）構造体形成材料を押出し、金型の貫通穴を介して、金型逆面にまで流動させつつ、金型及び／又は基板を相互に離れていく方向に移動させることにより、基板上に押出し、成形された構造物を形成する、（５）構造体形成材料の貫通穴を介しての金型逆面への流動を停止させることにより、構造体の形成を終了する、ことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の方法について、図１に示した、本発明の構造物の作製を可能とする構造物の作製装置の概略図を参照して具体的に説明する。本発明の装置は、構造物を形成する面を有する基板（１２）と、該基板の表面に形成するための所望の形状に略対応した貫通穴を具備する金型（１３）と、該金型と形成面が離れていく方向と基板の面上の構造体形成材料接着位置と貫通穴位置を相対的に変化させるように移動させる３次元に駆動する手段を有する駆動部（１１）と、継続して、安定的に構造体形成材料（１５）を供給するための加熱手段部（１４）と、上記金型に負荷をかけて構造体形成材料（１５）を押し出す駆動手段を有する構造体形成材料流動手段部（１６）、を有する。
【００１６】
３次元に駆動する手段を有する駆動部（１１）は、所望の構造体の寸法、数により、任意の方式の駆動手段を適宜選択して使用できるが、何れの方法でも、基本的に構造体形成は可能であり、例えば、駆動方式は、ねじ、ギア、ピエゾ素子による方式、もしくはそれらの複合駆動方式等が例示される。
【００１７】
基板（１２）の材質は、適宜選択して使用されるが、構造体形成材料が基板面上に接着可能であり、金型と構造体形成材料が加熱されている温度で構造体が形成される面形状が保持されており、金型との反応がない材質であれば、樹脂系材料、金属系材料、半導体材料、セラミックス系材料、それら複合材料等、何れの材質でも使用可能である。
【００１８】
金型（１３）の材質は、適宜選択して使用されるが、構造体形成材料が加熱されている温度で、構造体、及び基板材料との反応がなく、かつ構造体形成材料が金型逆面に流動される際にかかる荷重下で、形状が保持される材質であれば、樹脂系材料、金属系材料、半導体材料、セラミックス系材料、それら複合材料等、何れの材質でも使用可能である。金型の貫通穴の形状及びサイズは目的とする構造物の形状に合わせて任意に設計することができる。
【００１９】
加熱手段部（１４）は、何れの方式でも問題はないが、加熱する温度により、適宜加熱手段部の方式を選択するべきであり、例えば、ニクロム線、カーボン、タングステン線、ペルチェ素子等が例示される。また、熱伝対、放射温度計等で温度を測定し、その結果をフィードバックする方式をとり、温度制御する手段を講じることが好ましい。また、本装置の概略図では、構造体形成材料（１５）を加熱手段部（１４）と構造体形成材料流動手段部（１６）と金型（１３）により囲っているが、加熱手段部（１４）と構造体形成材料（１５）が直接接触することを避けるため、構造体形成材料との間にブロック等を設置することが望ましい。この場合、ブロックは、加熱されている温度で、形状が保持され、加熱手段部、金型、及び構造体形成材料との反応がない材質であれば、樹脂系材料、金属系材料、半導体材料、セラミックス系材料、それら複合材料等、何れの材質でも問題はない。
【００２０】
構造体形成材料（１５）の材質は、適宜選択して使用されるが、加熱されている温度で、金型、ブロックとの反応がなく、かつ荷重下で、金型の貫通穴を介して逆面流動され、かつ基板との接着が可能である材質であれば、樹脂系材料、金属系材料、半導体材料、セラミックス系材料、それら複合材料等、何れの材質でも問題はない。また、構造体形成材料（１５）と基板（１２）との接着に際しては、接着を十分に促すため、適宜、保持時間を設けることが好ましい。
【００２１】
構造体形成材料を金型の貫通穴を通じて逆面に流動させるための手段である構造体形成材料流動手段部（１６）は、所望の構造体の寸法、数により、適宜選択して使用されるが、何れの方法でも、基本的に構造体形成は可能であり、駆動方式は、例えば、ねじ、ギア、ピエゾ素子、もしくはそれらの複合駆動方式等が例示される。また、本装置の概略図では、構造体形成材料を加熱手段部と構造体形成材料流動手段部と金型により囲っているが、構造体形成材料と構造体形成材料流動手段部が直接接触することを避けるため、構造体形成材料との間にブロック等を設置することが望ましい。この場合、ブロックは、金型と構造体形成材料が加熱されている温度で、形状が保持され、加熱手段部と構造体形成材料との間のブロック、金型、及び構造体形成材料との反応がない材質であれば、樹脂系材料、金属系材料、半導体材料、セラミックス系材料、それら複合材料等、何れの材質でも問題はない。
【００２２】
次に、図２、及び図３に示した、本発明の構造物の作製を可能とする構造物の作製工程の概略図を参照にして、本発明の工程を具体的に説明する。まず、２次元的な構造体の作製方法として、図２（ａ）では、構造体形成材料を加熱する。図２（ｂ）では、構造体形成材料流動手段部により、構造体形成材料を金型の貫通穴を介して金型逆面にまで流動させ、構造体形成材料流動手段部を停止する。図２（ｃ）では、基板を金型に近づける方向に駆動させ、金型に形成面を接触、又は近接させて、構造体形成材料と、基板を接着させる。図２（ｄ）では、構造体形成材料流動手段部により、構造体形成材料を金型の貫通穴を介して、金型逆面にまで流動させつつ、金型と形成面を離れていく方向に移動させる。図２（ｅ）では、構造体形成材料の金型逆面への流動を停止させることにより、基板上に構造物を形成する。
【００２３】
次に、３次元的な構造体の作製方法としては、図２（ｃ）までは、２次元的な構造体の作製方法と工程は同じである。その後、図３（ａ）、（ｂ）では、構造体形成材料流動手段部により、構造体形成材料を金型の逆面にまで流動させつつ、金型と形成面を離れていく方向に移動させ、かつ形成面上の構造体形成材料接着位置と金型の貫通穴位置を相対的に変化させる、図２（ｃ）では、構造体形成材料の金型逆面への流動を停止させることにより、基板上に構造物を形成する。
【００２４】
上記の、構造体形成材料と基板を接着させる、までの工程は、適宜変更することができる。例えば、（ａ）構造体形成材料を加熱する、次に、（ｂ）基板を金型に近づける方向に駆動させ、金型に形成面を接触、又は近接させる、その後、（ｃ）構造体形成材料流動手段部により、構造体形成材料を金型の貫通穴を介して金型逆面にまで流動させて、構造体形成材料と、基板を接着させる、という工程手順がある。
【００２５】
あるいは、例えば、（ａ）基板を金型に近づける方向に駆動させ、金型に形成面を接触、又は近接させる、次に、（ｂ）構造体形成材料を加熱する、その後、（ｃ）構造体形成材料流動手段部により、構造体形成材料を金型の貫通穴を介して金型逆面にまで流動させて、構造体形成材料と、基板を接着させる、という工程手順がある。
【００２６】
図１の装置の模式図では、上部に基板（１１）、及び駆動部（３軸駆動）（１１）、下部に金型（１３）、構造体形成材料（１５）、及び構造体形成材料流動手段部（１６）としているが、上部、下部が逆でもよく、また、３軸駆動部は、金型、構造体形成材料、及び構造体形成材料流動手段部側に設置されていてもよい。更には、３軸駆動は、分割されていてもよく、例えば、図１の装置の模式図において、３次元駆動部の箇所に、金型と基板が離れていく方向のみの駆動部を設置し、形成面上の構造体形成材料接着位置と金型の貫通穴位置を相対的に変化させる方向への駆動部を金型、構造体形成材料、及び構造体形成材料流動手段部側に設置してもよい。場合によっては、両側を３次元駆動させる方式を採用することも適宜可能である。
【００２７】
金型における所望の構造体の底面形状に対応した輪郭を有する１つ又は複数個の貫通穴の形状、大きさ及び個数等は、目的とする構造物の形状、構造等に応じて任意に設計することができる。金型と基板とを離す速度は、設計した貫通穴の大きさ、数、及び構造体形成材料流動手段部の速度、加熱手段部、もしくはブロックを構成している構造体形成材料が蓄えられている部分の断面積と、貫通穴の断面積の変化の程度に伴い、ほぼ決定される。すなわち、金型と基板とを離す速度は、構造体形成材料が貫通穴を介して金型逆面へ出てくる速度と同程度の速度となる。
【００２８】
また、金型と基板とを離す速度を、構造体形成材料が貫通穴を介して金型逆面へ出てくる速度よりも遅くすることにより、貫通穴が有する断面形状よりも、構造体断面形状を大きくすることや、金型と基板とを離す速度を、構造体形成材料が貫通穴を介して金型逆面へ出てくる速度よりも速くすることにより、貫通穴が有する断面形状よりも、構造体断面形状を小さくすることができ、ひとつの金型で構造体の断面形状を変化させることができる。更に、形成面上の構造体形成材料接着位置と金型の貫通穴位置を相対的に変化させる速度と方向を一定にすることで、規則的な形状を有する３次元形状構造体を、あるいは相対的に変化させる速度と方向を各箇所により変化させることで、不規則な形状を有する３次元形状構造体を作製することができる。
【００２９】
成形の終了は、構造体形成材料流動手段部の駆動を停止させることにより可能であり、それにより、構造体の高さを任意に設計することで、ひとつの金型で構造体の高さを変化させた構造体を作製することができる。従来法による構造体作製方法と本発明の構造体作製方法の比較表を表１に示す。本発明は、様々な形状の加工が要求されるマイクロマシン、医療機器、センサー機器、電子デバイス等の部品に関して、特に、アスペクト比の高い２次元的な形状を有する構造体及びそれを任意の方向に変形させた３次元的な形状を有する構造体を、基板任意の場所に、任意の数だけ、簡便に、材料の種類を選ばず、かつ形状に自由度を持たせて形成することが可能であり、例えば、ヒートシンク、ＤＮＡ分析用のアレイ構造物、半導体集積回路検査用プローブ等の加工技術として有用である。
【００３０】
【表１】
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【発明の効果】
【００３１】
本発明の作製方法と作製装置により、以下のような効果が奏される。
（１）構造形成材料を金型の貫通穴を介して押出し、成形することにより、特に、アスペクト比の高い２次元的な形状及び３次元的な形状を有する構造体を作製することができる。
（２）基板の上に、金型の貫通穴に対応した２次元的な形状を有する構造体を作製し、提供することができる。
（３）基板の上に、上記２次元的な形状を有する構造体を更に任意の方向に規則的又は不規則的に変形させた３次元的な形状を有する構造体を作製し、提供することができる。
（４）代表的な機械加工機である旋盤、研削盤、及びフライス盤、放電加工機であるワイヤ放電研削法（ＷＥＤＧ法）、及びワイヤカット放電加工法、従来の金型を用いた鍛造、鋳造、プレス、射出成形、インプリント法、主に微細構造体を作製する際に用いられるリソグラフィー法、ＬＩＧＡ法、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）、及び金属系微細構造物を電気めっき法により作製する装置、方法に関する先願発明（特願２００６−０７８１２５）において、作製が困難であるとしてそれぞれ問題とされているアスペクト比の高い構造体に関し、本発明は、構造体形成材料を金型の貫通穴を介して押出し、成形する手法を利用することで、基板の面上の任意の場所に、任意の数だけ、簡便に、材料の種類を選ばず、かつ形状に自由度を有する構造体を作製できる当該構造体の作製方法と構造物の作製装置を提供できる。
（５）上記手法よりも多くの材料種の構造体を作製できる装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００３３】
（１）構造物の作製装置の構築
本実施例では、直径が５００μｍの貫通穴を１つ有する厚さ１ｍｍのＳＵＳ３０３板を金型として用いた。加熱手段部と構造体形成材料との間、及び構造体形成材料流動手段部と構造体形成材料との間には、ＳＵＳ３０３製のブロックを使用した。構造体形成材料には、すず合金を、基板には真鍮、及びニッケルを用いた。基板は上部に設置し、上方へ駆動することで構造体を形成する機構とした。
【００３４】
（２）構造物の形成
次いで、表２に示す条件で、成形を行った。基板と構造体材料を接着させて２０分後に基板を上方に駆動させた。図４に、成形中の写真を示す。任意の位置で構造体形成材料の金型逆面への流動を終了させた。
【００３５】
（３）構造物の評価
基板移動速度１０ｍｍ／ｍｉｎ．と２０ｍｍ／ｍｉｎ．で得られた構造物の外観写真を図５に示す。基板材料の違いに関わらず、成形が可能であることがわかる。それぞれの基板移動速度で得られた構造物の走査型電子顕微鏡写真を図６に示す。直径はそれぞれ、基板移動速度５ｍｍ／ｍｉｎ．のとき９００μｍ、基板移動速度１０ｍｍ／ｍｉｎ．のとき６５０μｍ、基板移動速度２０ｍｍ／ｍｉｎ．のとき４５０μｍ、基板移動速度３０ｍｍ／ｍｉｎ．のとき４００μｍであり、基板速度を変化させることで、構造物の直径を変化させることができる。任意の位置で構造体形成材料の押込みを終了させて、構造体の形成を終了させたので、更に長い構造体を作製することは可能であるが、例えば、基板移動速度２０ｍｍ／ｍｉｎ．のときの長さは１４７ｍｍであり、アスペクト比は約３２７となり、高アスペクト比の構造物を作製することができた。
【００３６】
【表２】
2008068490.tif 000004
【実施例２】
【００３７】
（１）構造物の作製装置の構築
本実施例では、直径が５００μｍの貫通穴を１つ有する厚さ１ｍｍのＳＵＳ３０３板を金型として用いた。加熱手段部と構造体形成材料との間、及び構造体形成材料流動手段部と構造体形成材料との間には、ＳＵＳ３０３製のブロックを使用した。構造体形成材料には、すず合金を、基板にはアルミニウムを用いた。基板は上部に設置し、上方へ駆動することで構造体を形成し、金型を有する下部がＸ、Ｙ方向へ駆動する機構とした。
【００３８】
（２）構造物の形成
次いで、表３に示す条件で、成形を行った。基板と構造体材料を接着させて２０分後に基板を上方に駆動させた。任意の位置で構造体形成材料の金型逆面への流動を終了させた。
【００３９】
（３）構造物の評価
得られた構造物の外観写真を図７に示す。３次元の形状を有する構造物を作製することができたことがわかる。
【００４０】
【表３】
2008068490.tif 000005
【実施例３】
【００４１】
（１）構造物の作製装置の構築
本実施例では、直径が５００μｍの貫通穴を１つ有する厚さ１ｍｍのＳＵＳ３０３板を金型として用いた。加熱手段部と構造体形成材料との間、及び構造体形成材料流動手段部と構造体形成材料との間には、ＳＵＳ３０３製のブロックを使用した。構造体形成材料には、すず合金を、基板にはアルミニウムを用いた。基板を下部に、そして構造金型を上部に設置し、構造金型を上方へ駆動することで構造体を形成し、下部がＸ、Ｙ方向へ駆動する機構とした。
【００４２】
（２）構造物の形成
次いで、表４に示す条件で、成形を行った。基板と構造体材料を接着させて２０分後に基板を上方に駆動させた。図８に成形中の写真を示す。任意の位置で構造体形成材料の金型逆面への流動を終了させた。
【００４３】
（３）構造物の評価
得られた構造物の外観写真を図９に示す。３次元の形状を有する構造物を作製することができたことがわかる。実施例１、２、３から、金型、基板、及びＸ、Ｙ、Ｚ方向へ駆動する機構の設置位置は、上部、下部、いずれでもよいことがわかる。
【００４４】
【表４】
2008068490.tif 000006
【実施例４】
【００４５】
（１）構造物の作製装置の構築
本実施例では、直径が５００μｍの貫通穴を１つ有する厚さ２ｍｍの真鍮板を金型として用いた。加熱手段部と構造体形成材料との間、及び構造体形成材料流動手段部と構造体形成材料との間には、ＳＵＳ３０３製のブロックを使用した。構造体形成材料には、ポリエステル樹脂を、基板にはアクリル樹脂を用いた。基板は上部に設置し、上方へ駆動することで構造体を形成する機構とした。
【００４６】
（２）構造物の形成
次いで、表５に示す条件で、成形を行った。基板と構造体材料を接着させて直ちに基板を上方に駆動させた。任意の位置で構造体形成材料の金型逆面への流動を終了させている。
【００４７】
（３）構造物の評価
基板移動速度１０ｍｍ／ｍｉｎ．と２０ｍｍ／ｍｉｎ．で得られた構造物の外観写真を図１０に示す。樹脂材料においても、成形が可能であることがわかる。
【００４８】
【表５】
2008068490.tif 000007
【実施例５】
【００４９】
（１）構造物の作製装置の構築
本実施例では、直径が５００μｍの貫通穴を２つ有する厚さ２ｍｍの真鍮板を金型として用いた。加熱手段部と構造体形成材料との間、及び構造体形成材料流動手段部と構造体形成材料との間には、ＳＵＳ３０３製のブロックを使用した。構造体形成材料には、ポリエステル樹脂を、基板にはアクリル樹脂を用いた。基板を下部に、そして構造金型を上部に設置し、構造金型を上方へ駆動することで構造体を形成する機構とした。
【００５０】
（２）構造物の形成
次いで、表６に示す条件で、成形を行った。基板と構造体材料を接着させて直ちに基板を上方に駆動させた。任意の位置で構造体形成材料の金型逆面への流動を終了させている。
【００５１】
（３）構造物の評価
得られた構造物の外観写真を図１１に示す。複数の構造体の成形が可能であることがわかる。
【００５２】
【表６】
2008068490.tif 000008
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上詳述したように、本発明は、構造物の作製方法、及びその装置に係るものであり、本発明は、構造形成材料を金型の貫通穴を介して押出し、成形して、基板の面上の任意の場所に、任意の数だけ、簡便に、材料の種類を選ばず、かつ、形状に自由度を有する構造体を形成することを可能とする当該構造物の作製方法とその作製装置を提供することを可能とする。本発明は、例えば、ヒートシンク、ＤＮＡ分析用のアレイ構造体、半導体集積回路検査用プロ−グ等の構造体の加工技術に関して、特に、アスペクト比の高い構造体を作製することを実現可能にする当該構造体の加工技術を提供するものとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る作製装置の概略図である。
【図２】本発明に係る作製法のプロセスを示す模式図である。
【図３】本発明に係る作製法のプロセスを示す模式図である。
【図４】実施例１における構造物形成中の外観写真である。
【図５】実施例１における構造物外観写真である。（ａ）基板移動速度１０ｍｍ／ｍｉｎ．、（ｂ）基板移動速度２０ｍｍ／ｍｉｎ．。
【図６】実施例１における構造物走査型電子顕微鏡写真である。（ａ）基板移動速度５ｍｍ／ｍｉｎ．、（ｂ）基板移動速度１０ｍｍ／ｍｉｎ．、（ｃ）基板移動速度２０ｍｍ／ｍｉｎ．、（ｄ）基板移動速度３０ｍｍ／ｍｉｎ．。
【図７】実施例２における構造物外観写真である。それぞれ角度を変えて撮影してある。
【図８】実施例３における構造物形成中の外観写真である。
【図９】実施例３における構造物外観写真である。それぞれ角度を変えて撮影してある。
【図１０】実施例４における構造物外観写真である。
【図１１】実施例５における構造物外観写真である。
【符号の説明】
【００５５】
（図１の符号）
１１  駆動部（３軸駆動）
１２  基板
１３  金型
１４  加熱手段部
１５  構造体形成材料
１６  構造体形成材料流動手段部
【図１】
2008068490.tif 000009
【図２】
2008068490.tif 000010
【図３】
2008068490.tif 000011
【図４】
2008068490.tif 000012
【図５】
2008068490.tif 000013
【図６】
2008068490.tif 000014
【図７】
2008068490.tif 000015
【図８】
2008068490.tif 000016
【図９】
2008068490.tif 000017
【図１０】
2008068490.tif 000018
【図１１】
2008068490.tif 000019