(57)【要約】【課題】微細且超精密な部分を有する成形品を確実に成形可能な微細且超精密構造を有する金型であって、製造容易且廉価に製造可能な金型を提供すること、ひいては誤差がない微細且超精密な成形品を提供すること。【解決手段】リソグラフィー技術を用いたエッチングにより形状加工したシリコンダイを備えることを特徴とする金型用入れ子。或いは型板のキャビティ部面に嵌合孔を穿孔し、リソグラフィー技術を用いたエッチングにより形状加工したシリコンダイをダイベースに固着して形成した精密部ブロックを該嵌合孔に嵌合し、精密部ブロックを型板にねじにより固定して形成したことを特徴とする金型。【選択図】  図１
2005053121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィー技術を用いたエッチングにより形状加工したシリコンダイを備えることを特徴とする金型用入れ子。
【請求項２】
リソグラフィー技術を用いたエッチングにより形状加工したシリコンダイを型板のキャビティ部面に固定して形成したことを特徴とする金型。
【請求項３】
型板のキャビティ部面に嵌合孔を穿孔し、リソグラフィー技術を用いたエッチングにより形状加工したシリコンダイを該嵌合孔に嵌合して形成したことを特徴とする金型。
【請求項４】
ダイベースにシリコンダイを固着して形成した精密部ブロックを嵌合孔に嵌合させて形成したことを特徴とする請求項３記載の金型。
【請求項５】
精密部ブロックは型板にねじにより固定されていることを特徴とする請求項４記載の金型。
【請求項６】
リソグラフィー技術を用いてエッチングにより形状加工してシリコンダイを形成し、該シリコンダイを型板のキャビティ部面に固定することを特徴とする金型製造方法。
【請求項７】
型板のキャビティ部面に嵌合孔を穿孔し、リソグラフィー技術を用いてエッチングにより形状加工してシリコンダイを成形し、該嵌合孔にシリコンダイを嵌合することを特徴とする金型製造方法。
【請求項８】
ダイベースにシリコンダイを固着して精密部ブロックを形成し、嵌合孔に該精密部ブロックを嵌合することを特徴とする請求項７記載の金型製造方法。
【請求項９】
型板及びダイベースにねじ孔を穿孔し、該ねじ孔にねじを螺入して型板と精密部ブロックを固定することを特徴とする請求項８記載の金型製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金型用入れ子、金型及び金型の製造方法に関する。詳しくは、微細且超精密な形状を有する成形品を製造するための金型用入れ子、金型及び金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成樹脂、セラミック金属粉末等を成形加工する射出成形法、圧縮成形法などに使用される金型は機械加工により切削、研磨されて成形されたいたが、機械加工では１．０μｍオーダーの加工しかできないため１．０μｍ未満のμm単位以下の加工ができず、μm以下の微細な形状を有する成形品を製造するための金型が製造できず、従って金型を用いてμm以下の微細且超精密な形状を有する成形品を製造することは困難であった。しかし、現在各種デバイスの小型化、精密化によりμm以下の微細且超精密な形状を有する成形品の製造が必要不可欠であり、そのための金型が必要とされていた。
【０００３】
このような微細且超精密な形状を有する成形品の製造を可能とする金型として、ポリマ上にレジストを塗布し、リソグラフィにより所望のレジストパターンを形成後、レジストパターンをマスクとして下層ポリマをエッチングしマスタパターンを作製し、マスタパターンにニッケルメッキをして該メッキ層をマスタパターンから剥離して金型として使用するもの（例えば、特許文献１参照。）、単結晶シリコン基板をフォトリソグラフィー技術を用いてエッチングすることにより該基板に窪みを形成し、該窪みに電鋳等によりニッケルを付着させてレプリカをとり、該レプリカを金型とするもの（例えば、特許文献２参照。）、又は、母材に保護層としてのシリコン、更にその上にクロム窒化物をコートし、その上にレジストを塗布し、レジストパターンを形成し、現像し、クロム窒化物をドライエッチングして成形した金型がある（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
しかし、前二者はポリマ或いは単結晶シリコン基板にリソグラフィー技術を用いてエッチングを行いマスタパターン或いは母型を形成し、該マスタパターン等に金属メッキをし、メッキ層を形成し、該メッキ層を金型として用いるものであり、リソグラフィー技術を用いてエッチングを行い形成したマスタパターンを金型として使用するのではなく、その形状を母型としてメッキによって金型を製造しているので、メッキ、電鋳、やニッケルメッキ層の剥離等金型を製造する工程が煩雑であり、メッキ工程やメッキ層の剥離工程において微細且超精密な形状が変形してしまうという欠点もあった。
【０００５】
又、後者は金型そのものをリソグラフィー技術を用いてエッチングを行うものであり、レジストの均一な塗布が困難であり、又、重量や嵩のある金型に微細且超精密な加工することはシリコンやクロム窒化物のコートのための機械やエッチングのための機械の大型化が要求されるのでコストが嵩むと共に容易ではない。又、成形品の一部を微細且超精密に加工したい場合にも金型のキャビティ面を総てコートする必要があり効率がよくないという欠点を有していた。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２３８６３１
【特許文献２】特開２００１−１３３７７２
【特許文献３】特開２００２−３３８２７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は上記従来の欠点を解消し、微細且超精密な部分を有する成形品を確実に成形可能な微細且超精密構造を有する金型であって、製造容易且廉価に製造可能な金型を提供すること、ひいては誤差がない微細且超精密な成形品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための第一の手段は、リソグラフィー技術を用いたエッチングにより形状加工したシリコンダイを備えることを特徴とする金型用入れ子である。
【０００９】
又、第二の手段は、リソグラフィー技術を用いたエッチングにより形状加工したシリコンダイを型板のキャビティ部面に固定して形成したことを特徴とする金型である。
【００１０】
又、第三の手段は、型板のキャビティ部面に嵌合孔を穿孔し、リソグラフィー技術を用いたエッチングにより形状加工したシリコンダイを該嵌合孔に嵌合して形成したことを特徴とする金型である。
【００１１】
又、第四の手段は、第三の手段において、ダイベースにシリコンダイを固着して形成した精密部ブロックを嵌合孔に嵌合させて形成したことを特徴とする金型である。
【００１２】
又、第五の手段は、第四の手段において、精密部ブロックは型板にねじにより固定されていることを特徴とする金型である。
【００１３】
又、第六の手段は、リソグラフィー技術を用いてエッチングにより形状加工してシリコンダイを形成し、該シリコンダイを型板のキャビティ部面に固定することを特徴とする金型製造方法である。
【００１４】
又、第七の手段は、型板のキャビティ部面に嵌合孔を穿孔し、リソグラフィー技術を用いてエッチングにより形状加工してシリコンダイを成形し、該嵌合孔にシリコンダイを嵌合することを特徴とする金型製造方法である。
【００１５】
又、第八の手段は、第七の手段において、ダイベースにシリコンダイを固着して精密部ブロックを形成し、嵌合孔に該精密部ブロックを嵌合することを特徴とする金型製造方法である。
【００１６】
又、第九の手段は、第八の手段において、型板及びダイベースにねじ孔を穿孔し、該ねじ孔にねじを螺入して型板と精密部ブロックを固定することを特徴とする金型製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、微細且超精密な部分を有する成形品を確実に成形可能な微細且超精密構造を有する金型を容易且廉価に製造可能となった。又、誤差がない微細且超精密な部分を有する成形品を製造可能となった。更に、精密部ブロックは型板にねじにより固定されているので、精密部ブロックが容易に取り外し可能なため、精密部ブロックの取替えが容易で金型の精密加工された部分の磨耗等により金型全体を交換する必要がなく金型を容易且廉価に製造可能となり、又、精密部分のみの形状が異なる成形品も精密部ブロックの取替えにより対応でき、金型全体を交換する必要がなく金型を容易且廉価に製造可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施の形態を図に従って説明する。金型１は固定側金型２と可動側金型３から構成され、可動側金型３は型板３１に嵌合孔４が穿孔され、該嵌合孔４には精密形状に加工されたシリコンダイ５を接着したダイベース６から構成される精密部ブロック５６が埋め込まれて構成されている。
【００１９】
固定側金型２及び可動側金型３言い換えれば型板２１及び型板３１は従来の機械加工により成形品の精密部分以外の形状を成形し、成形材料を充填して成形品を形成する部分であるキャビティ部１１を構成する可動側金型３の型板３１表面、即ち型板３１のキャビティ部面３１１の成形品を精密加工する部分に対応する箇所に嵌合孔４を穿孔する。嵌合孔４の形状は精密部ブロック５６の形状に対応して精密部ブロック５６を嵌合可能な形状に成形する。
【００２０】
嵌合孔４に挿入し嵌合されるダイベース６は型板２１及び型板３１と同一の材質、例えばダイス鋼、超鋼、その他金型に使用される鋼等を用いて製造したブロック体である。ダイベース６を用いるのは、シリコンダイ５は薄く、脆く壊れやすいためにダイベース６と一体化することによりシリコンダイ５の強度を高めるためである。
【００２１】
シリコンダイ５は単結晶のシリコンウエハー８０を用いて成形する。シリコンダイ５を成形するために用いるシリコンウエハー８０のシリコン純度は特に限定されず、ＩＣの製造用シリコンに要求される高純度である必要はない。
【００２２】
シリコンダイ５は以下のように半導体製造方法、リソグラフィー及びエッチング等の工程を応用して製造される。図２はシリコンダイ５の製造工程図である。先ず単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー方式等により切断し、表面を研磨して厚さ約０．３〜１．０ｍｍ程度のシリコンウエハー８０を製造する（ａ）。コーターを用いてシリコンウエハー８０の上面にフォトレジスト９０を滴下し、ウエハーを高速回転させてレジスト薄膜を塗布し（ｂ）、シリコンウエハー８０をステッパーにセットして精密形状が焼き付けられているマスクを通してレーザー光９１をフォトレジスト９０上に照射して露光し（ｃ）、現像してフォトレジストパターンをつくり（ｄ）、フォトレジスト９０を１５０℃程度の温度で焼き固めた後に、プラズマガス９２中でフォトレジスト９０をマスクにしてシリコンウエハー８０をドライエッチングして（ｅ）精密形状５５を形成する（ｆ）。その後に酸素プラズマを用いて残っているフォトレジスト９０をアッシングし、酸洗浄する（ｇ）。そして、シリコンウエハー８０をダイヤモンド刃９３を用いてダイシングして（ｈ）、精密形状５５が形成されたシリコンダイ５を製造する（ｉ）。尚、精密形状に応じて上記（ｂ）から（ｆ）の工程を繰り返してシリコンダイ５を製造する。
【００２３】
以上はシリコンダイ５の製造工程の一実施例概要であり、この工程において、フォトレジスト９０はポジ型でもネガ型でもよく、露光時の光源として他のものを使用してもよく、露光はレーザービーム直接描画装置を用いてもよく、ドライエッチングに他の方法を用いてもよく、又、特定の工程の後にプリベークドを行うなど通常のリソグラフィー及びＩＣ製造の工程、手段、材料を適宜選択して行うことが可能である。
【００２４】
又、図２に示す工程は成形品の精密形状が凸形状の場合の凹形状５５を有するシリコンダイ５の製造工程であるが、レジストパターンを変化させること、ダイシングの位置を変更すること等により、シリコンダイ５の適宜箇所を突出形成し、即ち突出させたい箇所の周りをエッチングして凸形状を有するシリコンダイ５を製造し、凹形状の精密形状を有する成形品を製造すること、或いはシリコンダイ５の適宜箇所を凸形状とすると共に適宜箇所を凹形状に形成させて凸形状及び凹形状を有するシリコンダイ５を製造し、凹形状及び凸形状の精密形状を有する成形品を製造することが可能である。勿論シリコンダイ５の凹形状及び凸形状は階段状に形成することも可能である。
【００２５】
次に以上のように製造したシリコンダイ５をダイベース６上にポリイミドやシリコン樹脂等の接着剤７を用いて固着して精密部ブロック５６を製造し、型板３１の嵌合孔４に精密部ブロック５６を埋め込み設置し可動側金型３を構成する。嵌合孔４と精密ブロック部５６の結合はポリイミドやシリコン樹脂等の接着剤を用いて行うことも可能であるが、型板３１及びダイベース６に設けたねじ孔３２，６１にねじ８を螺入して行うことは推奨される。又、型板３１にはねじ８の頭部８８を収納する凹部５２を設けて頭部８８の突出を防止することすることは推奨される。ねじ８を用いて精密ブロック部５６を型板３１に固定することにより、精密ブロック部５６の着脱が容易に可能となり、シリコンダイ５の磨耗、欠損等の場合に新たなシリコンダイ５を設置することが容易に可能となる。又、形状が異なる精密部分を有するシリコンダイ５を設置することにより異なる形状の成形品を製造することが可能となる。
【００２６】
又、シリコンダイ５の横断面及び底面とダイベース６の上面及び横断面の形状は同一形状とすることが、シリコンダイ５の強度補強や精密部ブロック５６の型板３１への埋め込み、結合、取り外しの観点から望ましい。更に、精密部ブロック５６を嵌合孔４に嵌合する際に、シリコンダイ５の側面がキャビティ部面２１１，３１１を構成することがないように、精密部ブロック５６或いはシリコンダイ５が完全に嵌合孔４に埋め込まれ、シリコンダイ５と型板２１，３１との接合部に段差が生じず、型板２１或いは３１のキャビティ部面２１１，３１１とシリコンダイ５上面が面一となるように精密部ブロック５６及び嵌合孔４の形状を構成することが望ましい。
【００２７】
尚、嵌合孔４を型板２１のキャビティ部面２１１に穿孔し、型板２１にダイベース６上にシリコンダイ５を接着した精密部ブロック５６を埋め込むこと、或いは型板２１のキャビティ部面２１１及び型板３１のキャビティ部面３１１の双方に嵌合孔４，４を穿孔しダイベース６上にシリコンダイ５を接着した精密部ブロック５６を埋め込むこと、更には型板２１のキャビティ部面２１１及び型板３１のキャビティ部面３１１に関係なく成形品の精密加工を所望する任意の箇所に任意の数の嵌合孔４，４…を穿孔し夫々にダイベース６上にシリコンダイ５を接着した精密部ブロック５６を埋め込むこととしてもよい。
【００２８】
成形品の精密部分の大きさに応じてシリコンダイ５を製造することにより所望の精密部分を有する成形品の製造が可能となるが、シリコンウエハー８０の大きさ（面積）にも限界があり所望の精密部分の大きさを確保できない場合には精密部ブロック５６を隣接させて型板２１或いは型板３１に設置することにより所望の精密部分の製造をつかさどる金型部分の製造が可能となる。
【００２９】
このように製造されたシリコンダイ５或いは精密部ブロック５６は金型用入れ子として使用可能である。又、以上のように精密部ブロック５６を成形せずに、シリコンダイ５を型板２１のキャビティ部面２１１及び／又は型板３１のキャビティ部面３１１にポリイミドやシリコン樹脂等の接着剤を用いて固定して金型１を構成することもでき、或いは型板２１又は／及び型板３１に嵌合孔４を設けて、嵌合孔４にシリコンダイ５をダイベース６を用いずに型板２１及び／又は型板３１に直接埋め込み、接着剤等で固定する構成とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明一実施例金型断面図
【図２】本発明一実施例シリコンダイ製造工程図
【符号の説明】
【００３１】
１    金型
１１  キャビティ部
２    固定側金型
２１  型板
３    可動側金型
３１  型板
４    嵌合孔
５    シリコンダイ
６    ダイベース
５６  精密ブロック
７    接着剤
８    ねじ
８０  シリコンウエハー
９０  フォトレジスト
【図１】
2005053121.tif 000003
【図２】
2005053121.tif 000004