JP2924664B2 - 微細セラミックス構造体の形成方法 - Google Patents

微細セラミックス構造体の形成方法

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JP2924664B2 JP6232825A JP23282594A JP2924664B2 JP 2924664 B2 JP2924664 B2 JP 2924664B2 JP 6232825 A JP6232825 A JP 6232825A JP 23282594 A JP23282594 A JP 23282594A JP 2924664 B2 JP2924664 B2 JP 2924664B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、微細セラミックス構
造体の形成方法に関するものであり、特に、医療用超音
波発振子やソナーに必要な微細圧電セラミックス柱など
の微細セラミックス構造体の形成方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、微細なセラミックス構造体を形成
するための方法の1つとして、ロストワックス法が用い
られてきた。以下、図面を参照して説明する。
【0003】図6は、従来の微細セラミックス構造体の
形成方法の一例を示す断面図である。
【0004】図6を参照して、まず、X線に感度のある
レジスト1を塗布した基板2に、マスク3を介してシン
クロトロン放射光(SR)を照射してディープX線リソ
グラフィを行なった後、現像してレジスト構造体4を作
製する(図6(1)参照)。
【0005】次に、このレジスト構造体4にめっきをし
て金型5を形成した後、レジスト構造体4を除去する
(図6(2)参照)。
【0006】続いて、このようにして形成された金型5
を用いて樹脂モールドを行ない、樹脂型6を作製する
(図6(3)参照)。この樹脂型6は、所望とする微細
セラミックス構造体を反転させた形状を有している。
【0007】次に、この樹脂型6にセラミックススラリ
ー7を充填した後、乾燥させて固化させる(図6(4)
参照)。
【0008】最後に、樹脂型6を熱によって焼き飛ばし
てセラミックスのみの構造とした後、焼成することによ
り、微細セラミックス構造体8を作製していた(図6
(5)参照)。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の方法
により、たとえば、幅が100μm以上の穴、溝等の窪
み形状を有する微細セラミックス構造体を形成すること
ができた。
【0010】しかしながら、従来の方法では、幅が10
0μm以下の微細なパターンで、かつ、アスペクト比
(縦/横比)の高い柱状の形状を有する微細セラミック
ス構造体を形成することは、極めて困難であった。
【0011】この発明の目的は、上述の問題点を解決
し、幅が微細なパターンで、かつ、アスペクト比の高い
柱状の形状を有する微細セラミックス構造体を形成する
方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明による微
細セラミックス構造体の形成方法は、樹脂型にセラミッ
クススラリーを充填して固化させた後、樹脂型を除去す
ることにより微細セラミックス構造体を形成する方法で
あって、樹脂型を除去する際、真空中で加熱することを
特徴としている。
【0013】請求項2の発明による微細セラミックス構
造体の形成方法は、樹脂型にセラミックススラリーを充
填して固化させた後、樹脂型を除去することにより微細
セラミックス構造体を形成する方法であって、樹脂型を
除去する際、レーザアブレーション法を用いることを特
徴としている。
【0014】請求項3の発明による微細セラミックス構
造体の形成方法は、樹脂型にセラミックススラリーを充
填して固化させた後、樹脂型を除去することにより微細
セラミックス構造体を形成する方法であって、樹脂型を
除去する際、プラズマエッチングを用いることを特徴と
している。
【0015】請求項4の発明による微細セラミックス構
造体の形成方法は、樹脂型にセラミックススラリーを充
填して固化させた後、樹脂型を除去することにより微細
セラミックス構造体を形成する方法であって、樹脂型を
除去する際、樹脂型を溶解するとともに微細セラミック
スを壊さない程度に低粘度の溶媒を用いることを特徴と
している。
【0016】
【作用】本願発明者らは、前述の課題を解決するため鋭
意検討した結果、従来微細かつアスペクト比の高い柱状
の微細セラミックス構造体の形成が困難であった原因
は、樹脂型の除去方法として熱分解を用いることに起因
していることを見出した。
【0017】すなわち、熱分解の際、樹脂は溶融して高
粘度の液体となって流動するため、微細セラミックス構
造体の柱状の突起部等を倒してしまうものと考えられ
る。たとえば、正方形の断面を有する柱をある流速で流
動する流体中に置いた場合、その粘性抵抗力は、μv
(h/L)/Lに比例する。ここで、vは流速、μは粘
性率、Lは正方形の一辺の長さ、hは高さである。つま
り、粘性力は、粘性率(μ)およびアスペクト比(h/
L)に比例し、一辺の長さ(L)に反比例する。したが
って、パターン幅が微細でアスペクト比(h/L)が大
きくなるにつれて、微細セラミックス構造体の柱状突起
部等は倒れやすくなる。
【0018】そこで、この発明によれば、樹脂型を除去
する際、真空中での加熱、レーザアブレーション、プラ
ズマエッチングまたは溶媒による溶解のうちのいずれか
の方法が用いられる。
【0019】そのため、樹脂型除去の際に、樹脂が溶融
して流動することがないので、セラミックス構造体の柱
状の突起部等が壊れることがなくなる。
【0020】
【実施例】まず、図6(1)〜(4)に示す従来の方法
と同様にして、以下のように樹脂型にセラミックススラ
リーを充填して固化させた。
【0021】すなわち、図6(1)に示すように、ま
ず、たとえば支持膜に2μm厚さの窒化シリコンを用
い、5μm厚さのタングステンが吸収体パターンであ
る、吸収体が比較的厚いX線リソグラフィ用マスク3を
介して、X線に感度のあるレジスト1を塗布した導電性
基板2に、シンクロトロン放射光(SR)を用いてリソ
グラフィを行なった。その後、これを現像して、レジス
ト構造体4を作製した。
【0022】次に、図6(2)に示すように、作製され
たレジスト構造体4にニッケルめっきをして、ニッケル
金型5を作製した後、レジスト構造体4を除去した。
【0023】続いて、図6(3)に示すように、形成さ
れたニッケル金型5を用いて樹脂モールドを行ない、樹
脂型6を作製した。この樹脂型6は、10μmφで高さ
100μmの柱状の突起形状を有する微細セラミックス
構造体を反転させた形状を有していた。なお、基板とし
て板状のレジストあるいはアクリル樹脂板を用い、その
上にレジストを塗布したものにSRを用いてリソグラフ
ィを行ない、現像したものを樹脂型とする場合もある。
【0024】次に、図6(4)に示すように、この樹脂
型6にセラミックススラリー7を充填した後、乾燥させ
て固化させた。
【0025】最後に、樹脂型6を、本願発明に従う以下
の4つの方法により除去し、引き続いて焼成することに
より、微細セラミックス構造体8を形成した。
【0026】(1) 真空中での加熱による方法 図1は、本発明に従い、真空中での加熱により樹脂型を
除去する装置の一例を示す概略図である。
【0027】図1を参照して、この装置は、真空容器1
0と、真空容器10内を真空に引くためのポンプ11
と、真空容器10内に配置されたヒータ12と、ヒータ
12に接続された電源13とから構成される。
【0028】このように構成される装置を用いて、以下
のように樹脂型を除去した。まず、セラミックススラリ
ーを充填して固化させた樹脂型6を、真空容器10内に
配置した。次に、温度500℃以下、真空度10-4To
rr以下の条件の下で、熱分解を行なった。
【0029】このとき、樹脂の分解、蒸発速度は大気中
と比べて著しく速く、また、樹脂型6の分子量が小さけ
れば昇華が起こるため、微細セラミックス構造体8には
力を及ぼすことなく、樹脂型6を除去することができ
た。その結果、10μmφで高さ100μmの柱状の突
起形状を有する微細セラミックス構造体を形成すること
ができた。
【0030】(2) レーザアブレーションによる方法 微細セラミックス構造体と樹脂型とのアブレーションに
おけるしきい値の違いを利用して、樹脂型を除去するこ
とができる。すなわち、レーザアブレーションの際、両
者のしきい値エネルギ密度の中間の値をとることによ
り、樹脂型のみを蒸散させ、微細セラミックス構造体を
残すことができる。以下、具体例を示す。
【0031】たとえば、樹脂型がアクリルからなり、微
細セラミックス構造体がチタン酸ジルコン酸鉛からなる
場合に、ArFエキシマレーザを用いてレーザアブレー
ションを行なったところ、1ショットのレーザパワー密
度(mJ/cm3 )とアブレーション量(μm)との間
の関係は、図2に示すとおりであった。
【0032】ここで、セラミックスのしきい値である、
350mJ/cm3 以下のエネルギ密度にてレーザを照
射することにより、セラミックス構造体に影響を及ぼす
ことなく、樹脂型のみをアブレーションにより除去する
ことができた。その結果、10μmφで高さ100μm
の柱状の突起形状を有する微細セラミックス構造体を形
成することができた。
【0033】また、図3は、本発明に従い、レーザアブ
レーション法により樹脂型を除去する装置の一例を示す
概略図である。
【0034】図3を参照して、この装置は、レーザ光源
20と、ミラー21と、樹脂型6を載せて移動させるた
めのスキャンニングステージ22とから構成される。た
とえば、広い面積で樹脂型6を除去する必要がある場合
には、このような装置を用いることにより、レーザ23
を、必要なエリアにのみ照射することができる。
【0035】(3) プラズマエッチングによる方法 たとえば、酸素とフレオンのプラズマによるエッチング
を行なうと、樹脂の分解速度は速いが、セラミックスの
エッチング速度は遅い。このような微細セラミックス構
造体と樹脂型の、ドライエッチング耐性の差を利用する
ことにより、樹脂型を除去することができる。以下、具
体例を示す。
【0036】図4は、本発明に従い、プラズマエッチン
グにより樹脂型を除去する装置の一例を示す概略図であ
る。
【0037】図4を参照して、この装置は、真空容器3
0と、真空容器30内を真空に引くためのポンプ31
と、真空容器30内にエッチングガスを供給するための
エッチングガス供給源32と、プラズマ33を発生させ
るための電源34とから構成される。
【0038】たとえば、樹脂型がアクリルからなり、微
細セラミックス構造体がチタン酸ジルコン酸鉛からなる
場合に、プラズマのパワーを50W、反応ガス圧を0.
5Torrとしてプラズマエッチングを行なったとこ
ろ、アクリルからなる樹脂型は約3μm/分でエッチン
グされたのに対して、微細セラミックス構造体はエッチ
ングされなかった。その結果、10μmφで高さ100
μmの柱状の突起形状を有する微細セラミックス構造体
を形成することができた。
【0039】なお、プラズマの条件は、形成する微細セ
ラミックス構造体の形状、たとえば柱状の突起形状の幅
やアスペクト比によって最適化していくことが重要であ
る。
【0040】(4) 溶媒を用いた溶解による方法 図5は、本発明に従い、溶媒を用いた溶解により樹脂型
を除去する状態の一例を示す概略図である。
【0041】図5を参照して、セラミックススラリーを
充填して固化させた樹脂型6を、樹脂を溶解する低粘度
の溶媒40に浸漬することにより、微細セラミックス構
造体8には影響を及ぼすことなく、樹脂型6のみを除去
することができる。
【0042】たとえば、樹脂型6がアクリルからなる場
合に、溶媒40としてアセトンを用いることにより、樹
脂型6のみが溶解し、微細セラミックス構造体8は溶解
しなかった。その結果、10μmφで高さ100μmの
柱状の突起形状を有する微細セラミックス構造体を形成
することができた。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、樹脂型を除去する際、真空中での加熱、レーザアブ
レーション、プラズマエッチングまたは溶媒による溶解
のうちのいずれかの方法を用いることにより、幅が微細
なパターンで、かつ、アスペクト比の高い柱状の形状を
有する微細セラミックス構造体を形成することができ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従い真空中での加熱により樹脂型を除
去する装置の一例を示す概略図である。
【図2】1ショットのレーザパワー密度と1ショット当
りのアブレーション量との関係を示す図である。
【図3】本発明に従いレーザアブレーション法により樹
脂型を除去する装置の一例を示す概略図である。
【図4】本発明に従いプラズマエッチングにより樹脂型
を除去する装置の一例を示す概略図である。
【図5】本発明に従い溶媒を用いた溶解により樹脂型を
除去する状態の一例を示す概略図である。
【図6】従来のセラミックス構造体の形成方法の一例を
示す断面図である。
【符号の説明】
6 樹脂型 7 セラミックススラリー 8 微細セラミックス構造体 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 41/24 B28B 13/06 JICSTファイル(JOIS)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 樹脂型にセラミックススラリーを充填し
    て固化させた後、前記樹脂型を除去することにより微細
    セラミックス構造体を形成する方法であって、 前記樹脂型を除去する際、真空中で加熱することを特徴
    とする、微細セラミックス構造体の形成方法。
  2. 【請求項2】 樹脂型にセラミックススラリーを充填し
    て固化させた後、前記樹脂型を除去することにより微細
    セラミックス構造体を形成する方法であって、 前記樹脂型を除去する際、レーザアブレーション法を用
    いることを特徴とする、微細セラミックス構造体の形成
    方法。
  3. 【請求項3】 樹脂型にセラミックススラリーを充填し
    て固化させた後、前記樹脂型を除去することにより微細
    セラミックス構造体を形成する方法であって、 前記樹脂型を除去する際、プラズマエッチングを用いる
    ことを特徴とする、微細セラミックス構造体の形成方
    法。
  4. 【請求項4】 樹脂型にセラミックススラリーを充填し
    て固化させた後、前記樹脂型を除去することにより微細
    セラミックス構造体を形成する方法であって、 前記樹脂型を除去する際、前記樹脂型を溶解するととも
    に前記微細セラミックスを壊さない程度に低粘度の溶媒
    を用いることを特徴とする、微細セラミックス構造体の
    形成方法。
JP6232825A 1994-09-28 1994-09-28 微細セラミックス構造体の形成方法 Expired - Lifetime JP2924664B2 (ja)

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