專利名稱：模具的制造方法及利用該模具得到的成型品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模具的制造方法及利用該模具得到的成型品，尤其涉及釆 用光刻法及機(jī)械加工的模具的制造方法及利用該模具得到的成型品。
背景技術(shù)：
隨著近年的電子設(shè)備的小型化、薄型化、輕量化，希望實(shí)現(xiàn)特殊的形
狀，例如具有高形狀比(aspect ratio)的部分的形狀。具體講，希望在底 部形成具有任意形狀的突出部的深槽等。都清楚，今后電子設(shè)備還要向更 加小型化、薄型化、輕量化發(fā)展，因此可預(yù)想對這些特殊的形狀的要求將 更加強(qiáng)列。針對如此的需要，通過使用X射線的光刻法制作微細(xì)結(jié)構(gòu)體、 或提高機(jī)械加工的精度等，實(shí)現(xiàn)所述特殊形狀的研究活躍。
但是，在通過機(jī)械加工形成上述特殊的形狀的時候，加工機(jī)的刀具尺 寸成為問題，寬100pm以下的圖案加工困難。此外，在機(jī)械加工中，難按 pm級加工形狀比在1以上的形狀。另一方面，在利用光刻法形成上述特 殊的形狀的時候，有時深度方向的加工精度產(chǎn)生幾％左右的偏差。此外， 采用光刻法，還存在加工錐形狀或曲面形狀等任意形狀時的控制性差的問 題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述實(shí)情而完成的，其目的在于提供一種模具的制造方 法及利用該模具得到的成型品，利用該模具容易形成特殊的形狀，例如具 有高形狀比的部分的形狀。
本發(fā)明的模具的制造方法，其特征是，包括利用光刻法對基體進(jìn)行 圖案加工，制作第一原版的工序；轉(zhuǎn)寫所述第一原版的圖案，制作第二原 版的工序；和對所述第二原版實(shí)施機(jī)械加工，制作模具的工序。 根據(jù)此方法，例如在微細(xì)結(jié)構(gòu)中的具有高形狀比的部分的形成中可采 用光刻法，在該微細(xì)結(jié)構(gòu)中的任意形狀的高精度加工中可采用機(jī)械加工。 因此，容易形成特殊的形狀，例如具有高形狀比的部分的形狀。
本發(fā)明的模具的制造方法，其特征是，包括在基體上形成凹部，制 作第一原版的工序；轉(zhuǎn)寫所述第一原版的圖案，制作具有與所述凹部對應(yīng) 的凸部的第二原版的工序；對所述第二原版的凸部實(shí)施機(jī)械加工，制作模 具的工序。
根據(jù)此方法，由于對與第一原版的凹部對應(yīng)的第二原版的凸部實(shí)施機(jī) 械加工，因此能夠?qū)Τ叽缧∮跈C(jī)械加工時的刀具尺寸的微細(xì)形狀的凹部的 側(cè)面或底面，實(shí)施更加復(fù)雜的微細(xì)加工。
在本發(fā)明的模具的制造方法中，優(yōu)選包括轉(zhuǎn)寫所述模具具有的圖案， 制作第三原版的工序，以該第三原版作為模具或模具的母模。根據(jù)此方法， 通過將第三原版作為母模，能夠得到機(jī)械加工不能加工的，例如能夠在尺 寸小于機(jī)械加工所用刀具的尺寸的微細(xì)結(jié)構(gòu)的錐面或底面，以機(jī)械加工的 精度，形成例如帶槽或微細(xì)凹凸等的模具。結(jié)果，可大幅度擴(kuò)大模具的加 工界限。
本發(fā)明的成型品，其特征是，采用從所述模具或所述母模得到的模具 進(jìn)行成型。此外，在本發(fā)明的成型品中，優(yōu)選含有形狀比相對高的部分。
根據(jù)本發(fā)明的方法，由于通過在基體上形成凹部，制作第一原版，轉(zhuǎn) 寫該第一原版的圖案，制作與凹部對應(yīng)的具有凸部的第二原版，對該第二 原版的凸部實(shí)施機(jī)械加工，來制作模具，因此容易形成特殊的形狀，例如 具有高形狀比的部分的形狀、或在尺寸小于機(jī)械加工所用刀具的尺寸的微 細(xì)結(jié)構(gòu)的錐面或底面上通過機(jī)械加工進(jìn)行的高精度的微細(xì)凹凸等。


圖1是表示機(jī)械加工所用的刀具的概略圖。
圖2是用于說明用本發(fā)明的模具的制造方法得到的形狀的圖示。 圖3 (a) (c)是用于說明本發(fā)明的一實(shí)施方式的模具的制造方法 的圖示。
圖4 (a) (d)是用于說明本發(fā)明的一實(shí)施方式的模具的制造方法
的圖示。
圖5 (a)是用于說明利用本發(fā)明的一實(shí)施方式的模具制造方法得到的 微小流路的圖示，(b)是表示(a)上的突出部的放大圖。
圖中l(wèi)一刀具，2、 ll一基體(第一原版)，3、 4 —凹部，3a、 5b、 13b、 22c—錐面，3b、 13c、 22b—底面，5、 12—第二原版，5a—凸部，5c 一頂面，lla、 12b、 13a—圖案，13 —第三原版，21 —原版，22 —微小流 路，22a—突出部。
具體實(shí)施例方式
在光刻法和機(jī)械加工中，各自具有有利點(diǎn)和不利點(diǎn)。即，采用光刻法， 在進(jìn)行微細(xì)的圖案或大面積的分批加工、特殊形狀的加工時有利?，F(xiàn)在， 可形成圖案寬幾十nm的微細(xì)圖案。此外，在光刻法中，能夠一次加工大 的范圍，同時如果是按格子形狀機(jī)械加工，還能夠與需要2次以上加工相 同部分的特殊形狀、或形狀比超過10這樣的形狀對應(yīng)。相反，在機(jī)械加 工中，在進(jìn)行尺寸精度高的加工、表面粗糙度小的加工等時有利，能夠進(jìn) 行尺寸偏差非常小的加工。
本發(fā)明人們，就上述問題發(fā)現(xiàn)，通過融合光刻法的微細(xì)圖案加工和機(jī) 械加工的高精度加工，用機(jī)械加工彌補(bǔ)光刻法的缺陷，用光刻法彌補(bǔ)機(jī)械 加工的缺陷，能夠容易形成特殊的形狀、例如具有高形狀比的部分的形狀， 從而完成本發(fā)明。
艮口，本發(fā)明的要點(diǎn)是，通過在基體上形成凹部，制作第一原版，轉(zhuǎn)寫 該第一原版的圖案，制作與凹部對應(yīng)的凸部的第二原版，對該第二原版的 凸部實(shí)施機(jī)械加工，制作模具，容易形成特殊的形狀，例如具有高形狀比 的部分的形狀。
以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
本發(fā)明的模具的制造方法，其特征是，包括利用光刻法對基體進(jìn)行 圖案加工，制作第一原版的工序；轉(zhuǎn)寫所述第一原版的圖案，制作第二原 版的工序；和對所述第二原版實(shí)施機(jī)械加工，制作模具的工序。
本發(fā)明的方法，對于采用圖1所示的機(jī)械加工所用的通常的刀具K頂
端寬通常在10(Him以上)不能加工的微細(xì)結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行機(jī)械加工。即，在 對圖2所示的、形成于基體2上的凹部3的錐面3a或底面3b進(jìn)行微細(xì)加 工(例如形成微細(xì)的凹凸)的情況下，如果是釆用圖1所示刀具1的機(jī)械 加工不能對應(yīng)，但根據(jù)本發(fā)明的方法，可制作對凹部3的錐面3a或底面 3b實(shí)施了微細(xì)加工的基體2。
在本發(fā)明的方法中，如圖3 (a)所示，通過在基體2上形成凹部4制 作第一原版，如圖3 (b)所示，通過轉(zhuǎn)寫該第一原版的圖案(凹部4)， 制作具有與凹部4對應(yīng)的凸部5a的第二原版5，如圖3 (c)所示，通過 對該第二原版5的凸部5a實(shí)施機(jī)械加工，在凸部5a上形成錐面5b或頂 面5c。再有，對該錐面5b或頂面5c實(shí)施微細(xì)加工。由于這些機(jī)械加工相 對于第二原版5的凸部5a進(jìn)行，因此可與刀具1的尺寸無關(guān)系地進(jìn)行。 其后，通過轉(zhuǎn)寫實(shí)施了機(jī)械加工的第二原版5的圖案(凸部5a)，制作第 三原版，可得到圖2所示的具有所希望形狀的基體2。
如果更詳細(xì)地說明本發(fā)明的方法，首先，在制作第一原版的工序中， 如圖4 (a)所示，利用光刻法對基體進(jìn)行圖案加工。即，在基體ll上形 成抗蝕劑層(未圖示)，通過經(jīng)由具有規(guī)定圖案的掩模，對該抗蝕劑層照 射光，使抗蝕劑層固化，其后顯影抗蝕劑層，在基體11上形成與所定圖 案對應(yīng)的抗蝕劑層，以圖案加工的抗蝕劑層作為掩模，刻蝕基體11。其后， 除去殘存在基體11上的抗蝕劑層，在基體11上形成圖案lla (此處為凹 圖案)。而且，光刻法，不僅可應(yīng)用以2維加工為主的半導(dǎo)體技術(shù)，也可 應(yīng)用進(jìn)行3維加工的MEMS (Micro Eectro Mechanical System)技術(shù)。
作為基體ll，可采用硅原版、抗蝕劑層或丙烯樹脂板等塑料原版。此 外，作為刻蝕，可采用濕法刻蝕、干法刻蝕、各向同性刻蝕、各向異性刻 蝕等。此外，作為構(gòu)成抗蝕劑層的抗蝕劑，可采用負(fù)型抗蝕劑、正型抗蝕 劑等多種抗蝕劑。
通過如此利用光刻法在基體11上形成圖案lla，制作第一原版11， 可容易在第一原版上形成微細(xì)的形狀或具有高形狀比的形狀(相對高的， 例如按pm級具有1以上的形狀比的形狀)。
接著，在制作第二原版的工序中，如圖4 (b)所示，轉(zhuǎn)寫第一原版的 圖案lla。作為轉(zhuǎn)寫第一原版的圖案的方法，可采用利用金屬的電鑄或塑 料的成型等，在金屬層或塑料層上轉(zhuǎn)寫圖案的方法等。例如，在如上所述
形成了圖案lla的基體11即硅原版或塑料原版上電鑄鎳，通過從通過電 鑄形成的鎳板剝離硅原版，能夠在轉(zhuǎn)寫層即鎳板上轉(zhuǎn)寫圖案?；蛘?，在如 上所述進(jìn)行了圖案形成的硅原版上形成硅碳化物板，其后通過溶解硅原 版，也能在硅碳化物板上轉(zhuǎn)寫圖案。另外，關(guān)于該方法的詳細(xì)情況，已在 Technical Digest of Transducers 2003， 2A2.4, pp.254-257中的Toru Itoh們的 "SILICON CARBIDE MICROFABRICATION BY SILICON LOST MOLDING FOR GLASS PRESS MOLDS"中公開。其內(nèi)容為了參照此處都 包含。
如此通過轉(zhuǎn)寫第一原版的圖案lla，制作第二原版12，能夠無刀具尺 寸等的限制地進(jìn)行后述的機(jī)械加工。即，即使在第一原版上形成例如具有 高形狀比的凹形狀，通過在第二原版12上轉(zhuǎn)寫圖案lla，圖案lla反轉(zhuǎn)， 以凸形狀現(xiàn)出。因此，即使凹部的尺寸減小，也能對反轉(zhuǎn)的凸形狀的圖案 lla實(shí)施機(jī)械加工。
接著，在制作模具的工序中，如圖4 (c)所示，對第二原版12實(shí)施 機(jī)械加工。如上所述，由于即使在第一原版形成例如具有高形狀比的凹形 狀，也在第二原版12上成為凸形狀的圖案12b地現(xiàn)出，因此能夠容易對 該凸形狀的圖案12b實(shí)施機(jī)械加工。由此，相對于第二原版12的圖案12b， 能夠以高精度，例如作為錐角士l /100。以上的高精度形成錐形狀或曲面 形狀等。S卩，能夠高精度地除去圖案12b的一部12a。另外，所謂此處所 說的機(jī)械加工，指的是采用刀具進(jìn)行的通常的機(jī)械加工。
如此，能夠作為模具采用實(shí)施了機(jī)械加工后的第二原版12，通過采用 該模具進(jìn)行成型，可得到特殊形狀的，例如具有高形狀比的部分的成型品。 此外，實(shí)施了該機(jī)械加工的第二原版12本身，也能用作加工品(此處是 具有高形狀比的帶有凸部的加工品)。如此，根據(jù)上述的方法，例如微細(xì) 結(jié)構(gòu)中的具有高形狀比的部分的形成采用了光刻法，其微細(xì)結(jié)構(gòu)中的任意 形狀的高精度加工采用了機(jī)械加工。因此，能夠容易形成特殊的形狀，例 如具有高形狀比的部分的形狀。此外，根據(jù)此方法，由于對需要進(jìn)行高精 度加工的部分實(shí)施機(jī)械加工，不對整體進(jìn)行機(jī)械加工，所以在制造工序中， 可縮短相關(guān)的時間。
此外，如圖4 (d)所示，轉(zhuǎn)寫第二原版12的圖案12b，制作第三原 版13，也可以將該第三原版13作為模具或模具的母模。即，通過以該第 三原版13作為母模，在其它材料上轉(zhuǎn)寫圖案13a，也可以得到模具，也可 以直接將第三原版13用作模具。該第三原版13，由于轉(zhuǎn)寫有實(shí)施了高精 度的機(jī)械加工的第二原版12的圖案12b，所以在微細(xì)結(jié)構(gòu)中，能夠具有圖 4 (d)中的X部這樣的任意形狀的部分。g卩，第三原版13，具有以往不 能實(shí)現(xiàn)的、對錐面13b或底面13c實(shí)施了高精度微細(xì)加工的圖案13a。所 以，通過以這樣的第三原版13作為母模，制造模具，采用該模具進(jìn)行成 型，能夠得到特殊的形狀，例如具有高形狀比的部分的成型品。
作為將第二原版12的圖案12b轉(zhuǎn)寫在第三原版13上的方法，例如， 在第二原版12是鎳板的情況下，可列舉出在鎳板上直接或經(jīng)由脫模層電 鑄鎳，形成鎳板，其后剝離鎳板相互間，在第三原版即鎳板上轉(zhuǎn)寫圖案的 方法。在此種情況下，也可以通過適宜變化電鑄鎳時的液組成，改變鎳板 的硬度，以不在第三原版上產(chǎn)生毛刺。此外，在第二原版12是硅碳化物 板的情況下，可列舉出在硅碳化物板上經(jīng)由脫模層形成硅碳化物板，有選 擇地溶解脫模層，在第三原版即硅碳化物板上轉(zhuǎn)寫圖案的方法。
如此，即使在將第三原版13形成母模的情況下，由于采用第二原版 12，所以能夠得到不能利用機(jī)械加工進(jìn)行加工的、可在具有機(jī)械加工所用 刀具的尺寸以下的尺寸的微細(xì)結(jié)構(gòu)的錐面Ub或底面13c上，以機(jī)械加工 的精度形成例如帶槽或微細(xì)凹凸等的模具。其結(jié)果，可大幅度擴(kuò)大模具的 加工界限。
本發(fā)明的模具的制造方法，例如能夠用于微小流路或微小透鏡陣列的 模具的制造。圖5 (a)是用于說明通過本發(fā)明的一實(shí)施方式的模具制造方 法得到的微小流路的圖示，圖5 (b)是表示(a)上的突出部的放大圖。
圖5 (a)所示的微小流路22，寬大約10pm，深大約20iinn，形成于 原版21上。在該微小流路22上設(shè)有多個突出部22a。此外，在該微小流 路22上形成有淺的底面22b或錐面22c。不能用機(jī)械加工形成具有如此的 突出部22a、淺的底面22b、錐面22c的微小流路22。此外，在光刻法中， 不能自由地設(shè)定圖5 (b)所示的錐角6。在用本發(fā)明的方法，在原版21 上得到圖5所示的微小流路22的時候，在第一原版即基體上利用光刻法形成與微小流路22對應(yīng)的槽，然后將其圖案轉(zhuǎn)寫在第二原版上。此時， 與微小流路22對應(yīng)的槽部分以凸部現(xiàn)出。在該凸部上，通過機(jī)械加工形 成與突出部22a對應(yīng)的凹部。通過以如此機(jī)械加工過的第二原版作為模具， 采用原版21的材料進(jìn)行成型，能夠得到具有微小流路22的原版21。
此外，在利用本發(fā)明的方法得到微小透鏡，陣列的時候，在第一原版 即基體上利用光刻法形成與多個透鏡對應(yīng)的凹部，將該圖案轉(zhuǎn)寫在第二原
版上。此時，與透鏡對應(yīng)的凹部以凸部現(xiàn)出。通過機(jī)械加工對該凸部進(jìn)行 精加工(鏡面加工)。通過以如此機(jī)械加工過的第二原版作為模具，采用 透鏡 陣列的材料進(jìn)行成型，可得到微小透鏡*陣列。另外，在利用光刻 法形成與透鏡對應(yīng)的凹部的時候，可根據(jù)部位變化照射在使用的感光性樹 脂(抗蝕劑)上的光的光量(曝光量)。由此，顯影后的感光性樹脂的厚 度，可根據(jù)露光量因部位而異，能夠在與透鏡對應(yīng)的凹部上形成曲面。
本發(fā)明并不限定于所述實(shí)施方式，可多種變更地實(shí)施。例如，對于所 述實(shí)施方式中說明的尺寸、數(shù)值、材質(zhì)，不特別限制。此外，在所述實(shí)施 方式中，說明了將本發(fā)明的方法用于微小流路及微小透鏡*陣列時的情況， 但本發(fā)明并不限定于此，能夠用于形成用單獨(dú)光刻法、單獨(dú)機(jī)械加工不能 形成的多種形狀，例如透鏡、菲涅爾透鏡、反射鏡、或光導(dǎo)纖維用溝槽、 及它們的組合、以及它們與微小流路及/或微小透鏡，陣列的組合等。此 外，只要不脫離本發(fā)明的目的范圍，可進(jìn)行適宜變更。
權(quán)利要求
1.一種模具的制造方法，其特征是，包括利用光刻法對基體進(jìn)行圖案形成，制作第一原版的工序；轉(zhuǎn)寫所述第一原版的圖案，制作第二原版的工序；和對所述第二原版實(shí)施機(jī)械加工，制作模具的工序。
2. —種模具的制造方法，其特征是，包括在基體上形成凹部，制作 第一原版的工序；轉(zhuǎn)寫所述第一原版的圖案，制作具有與所述凹部對應(yīng)的 凸部的第二原版的工序；對所述第二原版的凸部實(shí)施機(jī)械加工，制作模具 的工序。
3. 如權(quán)利要求1所述的模具的制造方法，其特征是包括轉(zhuǎn)寫所述模 具具有的圖案，制作第三原版的工序，以該第三原版作為模具或模具的母模。
4. 如權(quán)利要求2所述的模具的制造方法，其特征是包括轉(zhuǎn)寫所述模 具具有的圖案，制作第三原版的工序；以該第三原版作為模具或模具的母 模。
5. —種成型品，是采用模具成型的成型品，其特征是，所述模具是通過以下工序得到的，即利用光刻法對基體進(jìn)行圖案形成，制作第一原版 的工序；轉(zhuǎn)寫所述第一原版的圖案，制作第二原版的工序；和對所述第二 原版實(shí)施機(jī)械加工，制作模具的工序。
6. —種成型品，是采用模具成型的成型品，其特征是，所述模具是通 過以下工序得到的，即在基體上形成凹部，制作第一原版的工序；轉(zhuǎn)寫 所述第一原版的圖案，制作具有與所述凹部對應(yīng)的凸部的第二原版的工 序；對所述第二原版的凸部實(shí)施機(jī)械加工，制作模具的工序。
7. 如權(quán)利要求5所述的成型品，其特征是:包含形狀比相對高的部分。
8. 如權(quán)利要求6所述的成型品，其特征是:包含形狀比相對高的部分。
9. 如權(quán)利要求5所述的成型品，其特征是所述成型品包含選自由微小流路、微小透鏡陣列、透鏡、菲涅爾透鏡、反射鏡、及光導(dǎo)纖維用溝槽 構(gòu)成的組中的至少一種。
10. 如權(quán)利要求6所述的成型品，其特征是所述成型品包含選自由 微小流路、微小透鏡陣列、透鏡、菲涅爾透鏡、反射鏡、及光導(dǎo)纖維用溝 槽構(gòu)成的組中的至少一種。
全文摘要
利用光刻法對基體(11)進(jìn)行圖案形成，制作第一原版。接著，轉(zhuǎn)寫第一原版的圖案(11a)，制作第二原版(12)。接著，對第二原版(12)實(shí)施機(jī)械加工，制作模具。然后，轉(zhuǎn)寫第二原版(12)的圖案(12b)，制作第三原版(13)，將該第三原版(13)作為模具。由此，提供一種能夠容易形成特殊形狀，例如具有高形狀比部分的形狀的模具的制造方法及利用該模具得到的成型品。
文檔編號B29C33/38GK101189110SQ20068001963
公開日2008年5月28日 申請日期2006年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者清水悟, 筱原英司, 阿部宗光, 高村章三 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社