(57)【要約】      （修正有）【課題】成形工具からの部品の取り出しを可能にする傾斜した表面を有する２段形微細構造物配列体を有する射出成形用工具挿入体の製造方法を提供する。【解決手段】珪素ウエーハ１１の表面からエッチングマスクを介してプラズマエッチングにより第一の深さを有する第一の微細穴の配列体を形成する工程、前記ウエーハ１１の裏面側からエッチングマスクを介してプラズマエッチングにより第一の微細穴より大きい寸法の第二の微細穴を形成することで、前記第一の微細穴と第二の微細穴が板厚方向に連結した段付き微細穴の配列体を形成する工程、前記ウエーハ１１の第一の微細穴側をキャリヤー基体１８に結合してマスター１９を形成する工程、前記段付き微細穴中に金属層２１を電気化学的に堆積させる工程、前記マスター１９から前記金属層２１を分離する工程からなる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成材料、金属、又はセラミック材料から製造される部品で、その合成材料部品の外側表面上に形成された予め定められた二つの異なった深さを有する微細構造物の配列体を有する部品を射出成形するための微細構造化工具挿入体を製造する方法において、次の工程：
（ａ）  微細構造物の配列体に相当する第一エッチングマスクで、第一ウエーハの前側をホトリトグラフ状にマスクする工程、
（ｂ）  前記第一ウエーハの前側をプラズマエッチングにより微細構造化し、前記ウエーハの前側に形成された予め定められた第一の深さを有する第一微細構造物の配列体を形成する工程、
（ｃ）  前記第一ウエーハの前側から前記第一エッチングマスクを除去する工程、
（ｄ）  前記第一ウエーハの後側を、その第一ウエーハの前側の前記第一微細構造物と流体流通する第二微細構造物の配列体に相当する第二エッチングマスクでホトリトグラフ状にマスクする工程、
（ｅ）  前記第一ウエーハの後側をプラズマエッチングにより微細構造化し、前記第一ウエーハの後側に第一孔を有し、前記第一ウエーハの前側の前記第一微細構造物中に通ずるか、又は前記第一ウエーハの前側に第二孔を有する空洞を形成する第二微細構造物の配列体を形成する工程、
（ｆ）  前記第一ウエーハの後側から前記第二エッチングマスクを除去する工程、
（ｇ）  前記第一ウエーハの後側をキャリヤー基体に結合してマスターを形成する工程、
（ｈ）  前記第一ウエーハの微細構造化前側及び前述の空洞を通って到達することができるキャリヤー基体表面に電気伝導性薄層を適用する工程、
（ｉ）  前記第一ウエーハの前側の上、及びその中に存在する、前記第二微細構造物により形成された空洞中に金属層を電気化学的に堆積させる工程、
（ｊ）  前記堆積金属層の外側表面を平坦にする工程、及び
（ｋ）  前記マスターから前記金属層を分離する工程であって、その分離した金属層は、部品を射出成形するための工具挿入体として用いることができる、該工程
を含む上記工具挿入体製造方法。
【請求項２】
第一ウエーハが珪素ウエーハであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
キャリヤー基体がパイレックス（登録商標）ウエーハであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
キャリヤー基体が珪素ウエーハであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
堆積金属層がニッケル層であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
第一ウエーハの後側の微細構造化を、アンダーカットを用いた第一ウエーハの貫通エッチングにより行い、そのため、形成された微細構造物が、前記第一ウエーハの後側に対する距離と共に幅が増大する断面を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
合成材料、金属、又はセラミック材料から製造される部品で、その合成材料部品の外側表面上に形成された予め定められた二つの異なった深さを有する微細構造物の配列体を有する部品を射出成形するための方法で、第一及び第二の工具半面体から形成された射出成形用工具を用いた方法において、次の工程：
（ａ）  微細構造物の配列体を形成するのに役立つ第一工具半面体として第一工具挿入体を配備する工程であって、然も、前記第一工具挿入体は請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法に従い製造される該工程、
（ｂ）  前記第一工具半面体に相対して配置される第二工具半面体として第二工具挿入体を配備する工程、
（ｃ）  射出成形のため、前記第一及び第二の工具挿入体から形成された工具を閉じる工程、
（ｄ）  前記第一と第二の工具挿入体の間の空洞中へ材料溶融物を注入する工程、
（ｅ）  前記注入された材料溶融物を冷却する工程、及び
（ｆ）  前記射出成形のための成形工具から、前記注入された材料溶融物の固化により形成され、前記成形工具からの部品の取り出しを可能にする傾斜した表面を有する微細構造物を有する部品を放出させる工程、
を含む上記射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成材料、金属、又はセラミック材料から製造される部品で、その部品の外側表面上に形成された予め定められた二つの異なった深さを有する微細構造物（microstructure）の配列体（arrangement）を有する部品を射出成形するための微細構造化工具挿入体（tool insert）を製造する方法に関する。
【０００２】
更に、本発明は、合成材料、金属、又はセラミック材料から製造された部品で、その合成材料部品の外側表面上に形成された予め定められた二つの異なった深さを有する微細構造物の配列体を有する部品を射出成形するための方法に関し、この場合、第一及び第二の工具半面体から形成された工具を射出成形のために用いる。
【０００３】
射出成形により製造された部品を、微細構造物の品質を損なうことなく、多数の微細構造物の場合に成形工具からの部品の取り出しに力が過度になることなく、射出成形工程後に工具から確実に取り出すことができるようにするため、成形工具からの部品の取り出しを可能にする傾斜した表面で、例えば２°より大きな角度で傾斜した表面を微細構造物に与えることが必要である。この場合、この角度は、微細構造物の側壁間の断面で、部品の外側表面及びその断面に対し垂直な面内で測定する。
【０００４】
成形工具から部品を取り出すことができるようにする傾斜した表面で、特に微細構造物が極めて深く、例えば１００μｍの深さ又は１００μｍより大きな深さを有する微細構造物の場合に、例えば、２°より大きな角度で傾斜した傾斜表面を有する微細構造物を製造することができる必要がある。この条件は、２段形微細構造物の場合、第二の一層深い構造体によって満たされ、そのため成形工具から部品を取り出すことができるようにする傾斜表面は、２段形（two-stage）微細構造物にとっては必須である。
【０００５】
２段形微細構造物を有する部品を製造することができるようにする次の方法が知られている。
（Ａ）  ガラス湿式エッチング
（Ｂ）  珪素乾式エッチング
（Ｃ）  ＬＩＧＡ
（Ｄ）  ＵＶ−ＬＩＧＡ
（Ｅ）  レーザー加工
（Ｆ）  マイクロ腐食（micro erosion）
（Ｇ）  マイクロ切削（削孔、機械加工、旋削）。
【０００６】
しかし、これら既知の微細構造化法は、全て次の欠点を負っている：
方法（Ａ）を用いると、最大深さが限定された構造体しか達成することができない。方法（Ｂ）は、制御するのが難しい。方法（Ｃ）は、極めて時間がかかり、コスト高になる。方法（Ｄ）を用いると、成形工具から部品を取り出すことができるようにする傾斜した表面を作ることができないか、又は大きな費用をかけなければそれを作ることができない。方法（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）は、工業的に使用できるように充分開発されておらず、然も、順々にしか行うことができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このことから、本発明の第一の目的は、上で述べた種類の微細構造化工具挿入体で、２段形微細構造物の場合に、成形工具からの部品の取り出しを可能にする傾斜した表面を、比較的低いコストで製造できるようにした工具挿入体を与えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の態様に従い、この第一の目的は、上述の種類の第一の方法を用いて達成され、その方法は次の工程を有する：
（ａ）  微細構造物の配列体に相当する第一エッチングマスクで、第一ウエーハの前側をホトリトグラフ状に（photo-lithographically）マスクする工程、
（ｂ）  前記第一ウエーハの前側をプラズマエッチングにより微細構造化し、前記ウエーハの前側に形成された予め定められた第一の深さを有する第一微細構造物の配列体を形成する工程、
（ｃ）  前記第一ウエーハの前側から前記第一エッチングマスクを除去する工程、
（ｄ）  前記第一ウエーハの後側を、その第一ウエーハの前側の前記第一微細構造物と流体流通する第二微細構造物の配列体に相当する第二エッチングマスクでホトリトグラフ状にマスクする工程、
（ｅ）  前記第一ウエーハの後側をプラズマエッチングにより微細構造化し、、前記第一ウエーハの後側に第一孔（orifice）を有し、前記第一ウエーハの前側の前記第一微細構造物中へ通ずるか、又は前記第一ウエーハの前側に第二孔を有する空洞を形成する第二微細構造物の配列体を形成する工程、
（ｆ）  前記第一ウエーハの後側から前記第二エッチングマスクを除去する工程、
（ｇ）  前記第一ウエーハの後側をキャリヤー基体に結合してマスター（master）を形成する工程、
（ｈ）  前記第一ウエーハの微細構造化前側及び前述の空洞を通って到達することができるキャリヤー基体表面に電気伝導性薄層を適用する工程、
（ｉ）  前記第一ウエーハの前側の上、及びその中に存在する、前記第二微細構造物により形成された空洞中に金属層を電気化学的に堆積させる工程、
（ｊ）  前記堆積金属層の外側表面を平坦にする工程、及び
（ｋ）  前記マスターから前記金属層を分離する工程であって、然も、その分離した金属層は、部品を射出成形するための工具挿入体として用いることができる該工程。
【０００９】
この方法の好ましい態様は、第一ウエーハが珪素ウエーハであることを特徴とする。
【００１０】
上述の方法の好ましい態様は、キャリヤー基体がパイレックス（登録商標）（Pyrex）ウエーハであることを特徴とする。
【００１１】
前述の方法の他の好ましい態様は、キャリヤー基体が珪素ウエーハであることを特徴とする。
【００１２】
前述の方法の好ましい態様は、堆積した金属層がニッケル層であることを特徴とする。
【００１３】
前述の方法の好ましい態様は、第一ウエーハの後側の微細構造化を、アンダーカットを用いた第一ウエーハ貫通エッチングにより行い、その結果、形成された微細構造物が、第一ウエーハの後側に対する距離と共に増大する幅を有する断面を有することを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明の第二の目的は、部品の外側表面に形成され、予め定められた二つの異なった深さを有し、成形工具から部品を取り出すことができるようにする傾斜表面を有する微細構造物の配列体を有する部品を射出成形するための方法を与えることであり、この場合、第一及び第二の工具半面体から形成された射出成形用工具を用いる。
【００１５】
本発明の第二の態様に従い、この第二の目的は、上述の種類の第二の方法により達成され、その方法は次の工程を有する：
（ａ）  微細構造物の配列体を形成するのに役立つ第一工具半面体として第一工具挿入体を配備する工程であって、然も、前記第一工具挿入体は請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法に従い製造される該工程、
（ｂ）  前記第一工具半面体に相対して配置される第二工具半面体として第二工具挿入体を配備する工程、
（ｃ）  射出成形のため、前記第一及び第二の工具挿入体から形成された工具を閉じる工程、
（ｄ）  前記第一と第二の工具挿入体の間の空洞中へ材料溶融物を注入する工程、
（ｅ）  前記注入された材料溶融物を冷却する工程、及び
（ｆ）  前記射出成形のための成形工具から、前記注入された材料溶融物の固化により形成され、前記成形工具からの部品の取り出しを可能にする傾斜した表面を有する微細構造物を有する部品を放出させる工程。
【００１６】
本発明による方法を用いて達成される利点は特に次の通りである：
【００１７】
本発明による方法は、便利で安価なやり方で、成形工具から部品を取り出すことができるようにする、例えば、２°より大きな角度で傾斜した傾斜表面を、２段形微細構造物の場合に形成することを可能にしている。成形工具から部品を取り出すためのそのような傾斜した表面の重要な利点は、それらが、２段形微細構造物の品質を損なうことなく、成形工具から部品を取り出すことを可能にし、ウエーハが多くの微細構造物を有する場合でも、成形工具から部品を取り出すのに必要な力を少なくすることができるようにしていることである。
【００１８】
本発明による方法は、ボッシュ法（Bosch process）を用いた乾式珪素エッチングの一つの欠点、即ち、構造物の基本的アンダーカットを未然に防ぐ。
【００１９】
本発明による方法は、２段形微細構造物のエッチング深さの均一性が優れている付加的利点を有し、そのことは別な方法では乾式珪素エッチングの場合、特に孔が異なった幅を有する場合には得られないものである。
【００２０】
本発明を、更に図面に例示した例としての態様を参照して次に一層詳細に説明する。
【００２１】
図１〜４を参照して、合成材料部品を射出成形するための微細構造化工具挿入体を製造する方法を次に記述する。その合成材料部品は、合成材料部品の外側表面に形成された、予め定められた二つの異なった深さを有する微細構造物の配列体を有する。この方法は、金属又はセラミック材料から製造される部品を射出成形するためにも用いることができる。
【００２２】
図１に例示したように、珪素ウエーハ１１の前側をエッチングマスク１２を用いてホトリトグラフ状にマスクし、次に、イオン及び反応性フッ素ラジカルからなるプラズマ中で乾式エッチング〔技術用語：ＤＲＩＥ＝深層反応性イオンエッチング（Deep Reactive Ion Etching）〕することにより希望の深さまで構造化し（今後、トレンチエッチングとして言及する）、この場合フッ素ラジカルが珪素を除去する。
【００２３】
トレンチエッチングにより、珪素ウエーハ１１の前側にこのやり方でマイクロチャンネル（micro-channel）１３の配列体を形成する。マイクロチャンネル１３は、例えば５０μｍの深さを有する。珪素ウエーハ１１は、例えば２５０μｍの厚さを有する。
【００２４】
図２に例示したように、次にエッチングマスク１２を珪素ウエーハ１１の、丁度微細構造化された前側から除去し、ウエーハ１１をひっくり返し、珪素ウエーハ１１の後側をエッチングマスク１４でホトリトグラフ状にマスクし、次にそれを上述の方法に従い乾式エッチングにより構造化し、この時はそれら構造物がウエーハ１１を通り抜けるようにし（今後、「貫通エッチング（through-etching）」として言及する）、このようにしてウエーハ１１の前側の孔１６及びウエーハ１１の後側の孔１７を夫々有する空洞１５の配列体を形成する。
【００２５】
次に、図３に例示したように、エッチングマスク１４を取り除き、今や構造化されたウエーハ１１をキャリヤー基体１８に結合し、固有の安定性を増大し、ウエーハ１１の後側を密封し、それにより、ニッケルを電気化学的に適用できるようにする。所謂ガルバノ（Galvano）マスター１９を、ウエーハ１１とキャリヤー基体１８とをこのようにして結合することにより形成する。
【００２６】
キャリヤー基体１８として、パイレックス（登録商標）ウエーハ（高濃度のナトリウムを含有するガラス）及び珪素ウエーハの両方が適している。
【００２７】
パイレックス（登録商標）ウエーハを、微細構造化した珪素ウエーハに陽極結合（anodic bonding）により分離しないように結合する。陽極結合中、例えば、１０００Ｖの高電圧を珪素及びパイレックス（登録商標）ウエーハに印加する。それらウエーハは互いに重ね合わせておく。ナトリウムイオンがパイレックス（登録商標）から珪素へ拡散し、パイレックス（登録商標）と珪素との間に大きな強度のイオン結合を生ずる。その拡散は、ウエーハの温度を上昇させることにより、例えば４００℃に上昇させることにより、更に加速される。
【００２８】
珪素ウエーハを、珪素溶融結合により微細構造化珪素ウエーハに分離しないように結合する。この珪素溶融結合中、珪素基体と微細構造化珪素ウエーハの結合すべき表面を調整し、次に或る温度及び圧力で共有結合的に結合する。但し、それら二つの結合すべき表面が示す粗さが極めて小さく（０．５ｎｍより小さく）、それら二つの表面が互いに直接接触できるようになるものとする。
【００２９】
次の処理工程は、マスター１９として一緒に言及したキャリヤー基体１８と一緒にした微細構造化珪素ウエーハ１１に、下に記載する電気化学的堆積のための出発層として働く薄い伝導性層を与えることである。例えば、金、銀、及びニッケルが適しており、アルミニウム、チタン、又はクロムの接着性層で被覆した後、それらを、スパッター法（「カソード微粒化」と言う用語でも知られている）か又は蒸着により物理的に適用する。
【００３０】
次に、図４に例示したように、マスター１９を伝導性出発層により電気的に接触させ、厚い金属層２１、好ましくはニッケル層を電気化学的に堆積して、例えば１ｍｍの厚さを有する機械的に安定な支持板を形成する。上述の堆積、例えば、ニッケルシム（shim）とも呼ばれているニッケル層２１の堆積に続き、そのニッケルシム２１の後側２２を先ず平らにする。適当な方法は腐食及び研磨である。次に、微細構造化ニッケル工具挿入体２１（今後「シム」として言及する）を、マスター１９から分離しなければならない。この目的のため、マスター１９をシム２１から機械的に分離するか、又は適当な湿式化学的エッチング法で溶解するか、又は乾式エッチング法により除去する。
【００３１】
分離した金属層２１は、本発明に従い製造された工具挿入体の成形用部品として用いることができ、横外側表面２６、２７を有し、それらの表面は成形工具からの部品の取り出しを可能にする傾斜表面で、例えば、２°より大きな角度を有する傾斜表面を生ずることを可能にする。
【００３２】
合成材料部品を射出成形する方法を、図５〜７を参照して下に記述する。
【００３３】
合成材料部品を射出成形する目的で、ニッケルシム２１を工具半面体２３中に配備する。その半面体は、射出成形工具の第二の工具半面体２４に相対して配置する。射出成形工具を閉じ、合成材料溶融物２５を、射出成形工具の内部空洞中に注入する。
【００３４】
合成材料溶融物２５が堅く固化したならば、射出成形工具を開き、合成材料部品３１をシムからほんの僅かな大きさの力で取り出すことができる。２段形微細構造物の品質が損なわれることがなく、ウエーハが多くの微細構造物を有する場合でも、合成材料部品を取り出すのにほんの僅かな大きさの力がありさえすればよいことは有利な点である。上述の方法の更に別の利点は、その結果、極めて良好な深さ均一度を有する２段形微細構造物を製造することができることである。
【００３５】
合成材料部品３１は、横内側表面３２、３３を有する微細構造物を有し、それらの表面は、成形工具からの部品の取り出しを可能にし、例えば、２°より大きな角度を有する傾斜表面を構成している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】微細構造物の配列体を形成するため、プラズマエッチングを用いてトレンチエッチングすることにより行われた、第一ウエーハの前側の微細構造化を示す図である。
【図２】貫通エッチングにより生ずる空洞の配列体を形成するため、プラズマエッチングによる、図１の第一ウエーハの後側の微細構造化を示す図である。
【図３】ガルバノマスター（Galvano master）を形成するため、キャリヤー基体への第一ウエーハ後側の結合を示す図である。
【図４】第一ウエーハの前側の上、及びその中に与えられた、貫通微細構造物により形成された空洞中に金属層を電気化学的に堆積したものを示す図である。  第一ウエーハ及びそれに結合されたキャリヤー基体から分離された金属層を示す図である。
【図５】第一ウエーハ及びそれに結合されたキャリヤー基体から分離された金属層を、工具挿入体の成形用部品として用い、然も、その工具挿入体は本発明に従って製造されたものであり、部品を射出成形するための工具の一つの工具半面体として用い、合成材料溶融物を射出成形工具の内部空洞中へ注入したものを例示した図である。
【図６】上で言及した金属層から部品を取り外したところを例示する図である。
【図７】射出成形のための成形工具から放出した部品を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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