特開 2022-56233 ワークの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022056233

(43)【公開日】2022-04-08

(54)【発明の名称】ワークの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 33/38 20060101AFI20220401BHJP

   B29C 33/42 20060101ALI20220401BHJP

【ＦＩ】

B29C33/38

B29C33/42

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020164141

(22)【出願日】2020-09-29

(71)【出願人】

【識別番号】000166948

【氏名又は名称】シチズンファインデバイス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(72)【発明者】

【氏名】鳥海 和宏

(72)【発明者】

【氏名】中村 剛志

(72)【発明者】

【氏名】関 弘子

【テーマコード（参考）】

4F202

【Ｆターム（参考）】

4F202AF01

4F202AG01

4F202AH63

4F202AJ02

4F202AR13

4F202CA30

4F202CB01

4F202CD05

4F202CD24

4F202CK12

(57)【要約】      （修正有）

【課題】錐体の突起部を備えた基板等のワークを製造するにあたって、ワークの製造過程で利用するエッチングマスクがワークへと付着しない製造方法を提供する。
【解決手段】表面に錐体を備えたワークの製造方法であって、基板１１１表面に所定形状のエッチッグマスク１１２を形成する工程と、エッチングマスク１１２を用いて基板１１１をエッチングし、エッチングマスク１１２の裏面に錐台状突起部１１１ａを形成する工程と、エッチングマスク１１２を除去する工程と、エッチングマスクを除去した錐台状突起部１１１ａをエッチングし、錐体状突起部を形成する工程と、を備えたワークの製造方法。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に錐体を備えたワークの製造方法であって、
基板表面に所定形状のエッチッグマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを用いて前記基板をエッチングし、前記エッチングマスクの裏面に錐台状突起部を形成する工程と、
前記エッチングマスクを除去する工程と、
前記エッチングマスクを除去した前記錐台状突起部をエッチングし、錐体状突起部を形成する工程と、を備えたことを特徴とするワークの製造方法。

【請求項2】

前記エッチングマスクを除去する工程は、前記エッチングマスクをドライエッチングにより除去する工程であることを特徴とする請求項１に記載のワークの製造方法。

【請求項3】

前記エッチングマスクを除去する工程は、前記エッチングマスクをウェットエッチングにより除去する工程であることを特徴とする請求項１に記載のワークの製造方法。

【請求項4】

前記基板を等方性エッチングすることで前記錐台状突起部及び錐体状突起部を形成することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のワークの製造方法。

【請求項5】

前記基板を異方性エッチングすることで前記錐台状突起部及び錐体状突起部を形成することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のワークの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表面に錐体を備えたワークの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

医療や化粧品等の分野において、フィルム等の表面に形成された錐体状の突起部であるマイクロニードルを用いて皮膚を穿孔し、皮膚内に直接薬剤や化粧品成分を投与する方法が知られている。このマイクロニードルを備えたフィルムは、マイクロニードルの反転形状、つまりマイクロニードルの突起部に対応する凹部を備えた金型を作製し、射出やインプリント等により成形し製造する方法があり、さらにこの金型を製造するためにマイクロニードルの突起部に対応する形状を備えたマスター金型を利用する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

マスター金型の作製は、例えば次のような製造方法にて製造されている。まず、マスター金型の母材となる基板上に感光性のレジスト膜を積層する。次に、該レジスト膜の表面に所定のパターン、ここではマイクロニードルの底面部の形状に対応したパターンを持つ露光マスクを配置し、この露光マスクを介してレジスト膜に紫外線等の光を照射する。次に、光が照射されたレジスト膜の未感光部分または感光部分を現像にて除去し、所定のレジストパターンを得る。次に、レジストパターンをマスクとし基板を等方性ドライエッチングすることで、基板表面にマイクロニードルに対応する錐体状の突起部を得ることができる。この後、金型から基板及び感光性レジストを除去することでマスター金型を製造することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１１８４６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来のマスター金型を製造する方法では、基板上に積層したレジスト膜をエッチングマスクとして用い、錐体状の突起部ができるまで基板を等方性エッチングする。ここで、基板のエッチングは等方性エッチングにより行われるが、等方性エッチングはレジスト膜の裏面（レジスト膜の基板との接触面）における部分の基板もエッチング（アンダーカット）されるため、エッチングが進行するにしたがいレジスト膜と基板との接触面が小さくなり、それにより基板とレジスト膜との密着力が低下してレジスト膜がエッチング途中で剥離、飛散してしまうことがある。その結果、飛散したレジスト膜が基板上に付着し、マスター金型表面に異物（レジスト膜）が存在してしまうという課題があった。

【0006】

本発明は、錐体の突起部を備えた基板等のワークを製造するにあたって、ワークの製造過程で利用したエッチングマスクがワークへと付着しない製造方法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】

【0007】

表面に錐体を備えたワークの製造方法であって、基板表面に所定形状のエッチッグマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを用いて前記基板をエッチングし、前記エッチングマスクの裏面に錐台状突起部を形成する工程と、前記エッチングマスクを除去する工程と、前記エッチングマスクを除去した前記錐台状突起部をエッチングし、錐体状突起部を形成する工程とを備えたワークの製造方法とする。
前記エッチングマスクを除去する工程は、前記エッチングマスクをドライエッチングにより除去する工程としてもよい。
また、前記エッチングマスクを除去する工程は、前記エッチングマスクをウェットエッチングにより除去する工程としてもよい。
さらにまた、前記基板を等方性エッチングすることで前記錐台状突起部及び錐体状突起部を形成するワークの製造方法としてもよく、前記基板を異方性エッチングすることで前記錐台状突起部及び錐体状突起部を形成するワークの製造方法としてもよい。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、錐体の突起部を備えた基板等のワークを製造するにあたって、ワークの製造過程で利用したエッチングマスクがワークへと付着することなく製造することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施例を説明するための図であり、表面に円錐体を備えたマスター金型の図である。

【図2】本発明の一実施例を説明するための図であり、マスター金型の製造方法を示す部分断面図である。

【図3】本発明の一実施例を説明するための図であり、マスター金型の製造方法を示す部分断面図である。

【図4】本発明の別の実施例を説明するための図であり、表面に四角錐体を備えたマスター金型の図である。

【図5】本発明の別の実施例を説明するための図であり、マスター金型の製造方法を示す部分断面図である。

【図6】本発明の別の実施例を説明するための図であり、マスター金型の製造方法を示す部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明のワークの製造方法について図面を参照して説明する。本実施例では、ワークとして基板上に微細突起部を複数備えたマスター金型を例とし、その製造方法を説明する。図１は、本発明の実施例を説明するための図であり、表面に円錐体を備えたマスター金型の図である。マスター金型１０は、Ｓｉ基板１１の表面に複数の微細な突起１２が配列されている。突起１２は略円錐状であり、円錐底面の直径が２００μｍ、高さが１７０μｍである。

【0011】

図２および図３は、本発明の一実施例を説明するための図であり、マスター金型１０の製造方法を示す部分断面図である。マスター金型１０の製造は、先ずマスター金型１０の母材となる基板１１１を準備する。本実施例において、基板１１１は１２ｍｍ角、厚さ６００μｍであり、表面の方位が（１００）面であるＳｉ基板である。次に、基板１１１の表面にネガ型の感光性レジスト膜１１２を塗布する（図２（ａ））。レジスト膜１１２は、後工程の基板１１１のエッチング工程におけるエッチングマスクとして機能するものであり、その膜厚は、後工程における基板１１１のエッチング時間等を考慮して決定され、本実施例では膜厚が６～７μｍとなるよう形成する。

【0012】

次に、レジスト膜１１２の表面に、突起１２に対応した開口を有する露光マスク１１３を配置し、この露光マスク１１３を介してレジスト膜１１２を露光、感光する（図２（ｂ））。次いで、露光、感光されていないレジスト膜１１２を現像にて除去し、基板１１１上にレジスト膜１１２による所定のレジストパターンを得る（図２（ｃ））。このレジストパターンは、基板１１１上における突起１２に対応した位置、より具体的には突起１２の底面に対応する位置にφ２００μｍのレジスト膜１１２が残存したものである。

【0013】

次に、レジスト膜１１２をエッチングマスクとして、基板１１１をＳＦ_６（フッ化硫黄）蒸気によるドライエッチング法によりエッチングする（図２（ｄ））。このエッチングは等方性エッチングであり、基板１１１のエッチングはレジスト膜１１２に被覆されていない表面およびレジスト膜１１２の裏面にまで及ぶ。この工程では、レジスト膜１１２の裏面に円錐台状突起１１１ａが形成されるまで基板１１１のエッチングを行う。本実施例では、円錐台状突起１１１ａの上面（レジスト膜１１２の裏面と接する面）の直径が３２μｍ、高さ１４５μｍとなるまで基板１１１のエッチングを行う。

【0014】

次に、円錐台状突起１１１ａの上面に残存したレジスト膜１１２をプラズマアッシング等の手段により剥離する（図３（ｅ））。

【0015】

最後に、基板１１１をＳＦ_６（フッ化硫黄）蒸気により再度エッチングする（図３（ｆ））。この工程におけるエッチングでは、円錐台状突起１１１ａを含む基板１１１の表面全体をエッチングする。本実施例においては、エッチング後の円錐状突起１１１ｂの高さが１７０μｍとなるまでエッチングを行う。基板１１１の円錐台状突起１１１ａは、エッチングが進行するにしたがいその外周が除去され全体が小さくなるが、高さ１７０μｍとなるまでエッチングを行うと、円錐台状突起１１１ａの上面が針状、つまり円錐台状突起１１１ａが円錐状突起１１１ｂとなる。また、ここで形成される円錐状突起１１１ｂは、その側面が若干括れた略円錐状の突起１２となる。

【0016】

以上のように、本実施例では、円錐状突起１１１ｂを形成する工程において、突起が円錐台状である状態でエッチングを一度停止し、レジスト膜１１２を剥離した後に円錐台状突起１１１ａが円錐状となるまで再度エッチングした。レジスト膜１１２（エッチングマスク）の剥離工程は、レジスト膜１１２と基板１１１との密着力が十分に確保できている状態、換言すればレジスト膜１１２と基板１１１との接触面積が、レジスト膜１１２がエッチング工程中に剥離しない程度に残った状態にて行う。このような工程とすることで、エッチング途中でレジスト膜１１２が剥離し、それが基板１１１に付着することなく円錐状突起１２を形成することが可能となる。

【0017】

次に、本発明におけるワークの製造方法の別の実施例について図面を参照して説明する。本実施例においてもワークとして基板上に微細突起部を複数備えたマスター金型の製造方法を例に説明する。図４は、本発明の別の実施例を説明するための図であり、表面に四角錐体を備えたマスター金型の図である。マスター金型２０は、Ｓｉ基板２１の表面に複数の微細な突起２２が配列されている。突起２２は底面がおよそ１４０μｍ角、高さが１００μｍの四角錐状である。

【0018】

図５および図６は、本発明の別の実施例を説明するための図であり、マスター金型２０の製造方法を示す部分断面図である。マスター金型２０の製造は、先ずマスター金型２０の母材となる基板２１１を準備する。本実施例において基板２１１は、表面の方位が（１００）面であり、１２ｍｍ角、厚さ６００μｍのＳｉ基板である。次に、酸素を含んだ雰囲気中で基板２１１を１０００～１２００度に加熱し、その表面に厚さ２μｍの酸化膜２１１ｃを形成する（図５（ａ））。酸化膜２１１ｃは、後工程の基板２１１のエッチング工程におけるエッチングマスクとして機能するものであり、その膜厚は、後工程における基板１１１のエッチング時間等を考慮して決定される。

【0019】

次に、酸化膜２１１ｃの表面にネガ型の感光性レジスト膜２１２を塗布し、レジスト膜２１２上に突起２２に対応して開口した露光マスク２１３を配置してレジスト膜２１２を露光、感光する（図５（ｂ））。

【0020】

次いで、露光、感光されていないレジスト膜２１２を現像して除去し、基板２１１上にレジスト膜２１２による所定のレジストパターンを得る（図５（ｃ））。レジストパターンは、基板２１１上における突起２２に対応した位置、より具体的には突起２２の底面に対応する位置に１４０μｍ角のレジスト膜２１２が残存したものである。

【0021】

次に、レジスト膜２１２をエッチングマスクとして、酸化膜２１１ｃをＨＦ（フッ化水素酸）溶液によりエッチングする（図５（ｄ））。この工程により、基板２１１の表面に、酸化膜２１１ｃからなり、突起２２の位置、形状に対応したマスクパターンを形成し、基板２１１をエッチングするためのエッチングマスクを得る。

【0022】

次に、酸化膜２１２上に残存するレジスト膜２１２をアセトン等により除去した後（図６（ｅ））、酸化膜２１１ｃをエッチングマスクとして、基板２１１をＫＯＨ（水酸化カリウム）やＮａＯＨ(水酸化ナトリウム)等のアルカリ性の溶液によってウェットエッチングする（図６（ｆ））。このエッチングは、基板２１１の結晶異方性を利用した異方性エッチングであり、エッチングにより基板２１１には酸化膜２１１ｃの裏面に残る基板２１１の部位を上面とした四角錐台状突起２１１ａが形成される。また、酸化膜２１１ｃの裏面においては、基板２１１のエッチング時間に応じてエッチングが酸化膜２１１ｃの裏面にまで及び、酸化膜２１１ｃの裏面下の基板２１１がアンダーカットされる。本実施例では、四角錐台状突起２１１ａの上面（酸化膜２１１ｃの裏面と接する面）がおよそ４０μｍ、高さ７０μｍとなるまで基板１１１のエッチングを行う。

【0023】

次に、円錐台状突起１１１ａの上面に残存した酸化膜２１１ｃをＨＦ（フッ化水素酸）溶液により除去する（図６（ｇ））。

【0024】

最後に、基板２１１をＫＯＨ（水酸化カリウム）やＮａＯＨ(水酸化ナトリウム)等のアルカリ性の溶液により再度エッチングし、四角錐状突起２１１ｂを形成する（図６（ｈ））。この工程におけるエッチングでは、四角錐台状突起２１１ａを含む基板２１１の表面全体をエッチングされ、本実施例では、エッチング後の四角錐状突起２１１ｂの高さが１００μｍとなるまでエッチングを行う。基板２１１の四角錐台状突起２１１ａは、エッチングが進行するにしたがいその外周が除去され全体が小さくなり、高さ１００μｍとなるまでエッチングをすると、四角錐台状突起２１１ａの上面が針状、つまり四角錐台状突起２１１ａが四角錐状突起２１１ｂ（四角錐状の突起２２）となる。

【0025】

以上のように、本実施例では、四角錐状突起２１１ｂを形成する工程において、突起が四角錐台状である状態で一度エッチングを停止してエッチングマスク（ここでは酸化膜２１１ｃ）を除去し、その後、突起が四角錐状となるまで四角錐台状突起２１１ａ全体を再度エッチングして四角錐状の突起２２を形成した。ここで、四角錐台状突起２１１ａを形成する工程において、四角錐台状突起２１１ａが形成された後もエッチングを継続してアンダーカットを進行させ、四角錐台状突起２１１ａを四角錐状とすることも可能であるが、四角錐台状突起２１１ａが四角錐状に近づくほど酸化膜２１１ｃは剥離しやすくなり、突起が四角錐状となったときには酸化膜２１１ｃは完全に剥離することとなる。そのため、本実施例では、エッチングマスク（酸化膜２１１ｃ）の除去を基板２１１のエッチング途中で行い、基板２１１のエッチングを２回に分割したことで、エッチングマスクの基板２１１への付着を防止した。

【0026】

以上、実施例に基づき本発明のワークの製造方法を説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。例えば、ワークは金型マスターに限定されず、錐体状の突起を持つ各種部品、製品、ジグ等の製造方法に適用できる。ワークの他の例としては、液体の流路に円錐状ピラーを備えたマイクロ流路等が挙げられる。また、実施例では、エッチング方法として等方性ドライエッチング、異方性ウェットエッチングにより本発明を説明したが、それらの方法の他に、異方性ドライエッチングや等方性ウェットエッチングでエッチングを行ってもよく、それらを組み合わせた方法としてもよい。さらにワークの基材、エッチャント、エッチングマスクの材料や、エッチングマスクの除去手段等についても周知の方法を適宜選択、利用することが可能である。また、錐体状突起の形状についても円錐、四角錐に限定されるものではなく、三角錐等の他の錐体においても本発明を適用可能である。

【符号の説明】

【0027】

１０、２０ 金型マスター
１１、２１ Ｓｉ基板
１２、２２ 突起
１１１ 基板
１１１ａ 円錐台状突起
１１１ｂ 円錐状突起
１１２ レジスト膜
１１３ 露光マスク
２１１ 基板
２１１ａ 四角錐台状突起
２１１ｂ 四角錐状突起
２１１ｃ 酸化膜
２１２レジスト膜
２１３ 露光マスク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】