制造树脂的微型机器部件的方法

专利名称：制造树脂的微型机器部件的方法
技术领域：
本发明涉及制造树脂构成的微型机器部件的方法。具体地，本发明涉及制 造树脂构成的具有遮蔽物的微型机器部件的低成本高精度的简便方法。
背景技术：
通过将精细机械元件、电子线路、光学元件等整合获得的器件被称作微电 子机械系统(MEMS)或者微型机器；已经对它们的许多应用进行了研究；其中 一部分处于实际应用中。这些器件是具有复杂和先进功能，同时是基于半导体 制造技术的小型部件的通用名称，是持有微型系统的关键如各种传感器、打印 机头、磁盘头、用于通讯和生物芯片的光学开关的重要部件。本领域的技术不 同于半导体制造技术，在半导体制造技术中主要形成平面微结构，而本领域的 技术需要加工高的高宽比(结构体的高度/宽度的比值)，因为产品需要一定机械 强度和三维内部结构。
作为制造具有高的高宽比的结构体的方法，已经使用光敏树脂组合物的x-射线平板印刷法(称作"LIGA"法)(参见非专利文献1)，通过在硅基片上深度 反应离子蚀刻(DeepRIE)的图案形成法(参见非专利文献2)等。在此，LIGA法 需要昂贵的X-射线设备，其缺点是需要长时间的X-射线辐照。对于这一点， 如果可以采用紫外线(UV)平板印刷系统，可预期具有诸如资源节约、能源节省、 加工性提高和生产率提高的优点。然而，尽管UV平板印刷系统在上述使用光 敏树脂组合物作为光致抗蚀剂形成平面微结构的半导体制造技术的应用中取 得进展，但还未能在需要机械强度和三维内部结构的微型机器部件的制造技术 的应用取得进展。
另一方面，报道了通过由光刻法处理光敏树脂组合物层的多层结构来形成 微流体通道。所获得的微流体通道是固定在玻璃基片上的(参见非专利文献3)。
专利文献1和2中揭示了由环氧树脂和光阳离子聚合引发剂组成的光敏树 脂组合物作为能用于UV平板印刷法的光敏树脂组合物。
另一方面，由马塞诸其万技术学院(Massachusetts Institute of Technology(MIT))的研究人员报道了用硅通过Deep RIE制造用于MEMS的微型叶轮的技 术。微型叶轮例如可用于硬币尺寸的燃气涡轮发电机。燃气涡轮发电机主要由 涡轮、压縮机、燃烧器和发电机组成，但是如果将压缩机和发电机(马达)合并， 就可以制造超小型空气泵。超小型空气泵可以用作例如向小型燃料电池供给空 气的装置。因为上述硅制成的微型叶轮尽管其耐热性优良，但是昂贵，因此在 不需要上述的高耐热性的领域并不要求用硅制成的微型叶轮，而是希望用较低 廉的材料制造微型叶轮。
专利文献l:美国专利No. 4882245
专利文献2:美国专利No. 5026624
非专利文献1: "Kobunshi(聚合物)"，第43巻，第564页(1994)
非专利文献2: Journal of the Surface Finishing Society of Japan,第55巻,第 3期，第12页(2004)
非专利文献3: Sensors and Actuators, B48(1998),第356页

发明内容
本发明要解决的问题
如上面所述，虽然己知通过Deep RIE来处理硅基片的方法可以用作制造 用于MEMS的微型叶轮的方法，但是这种方法存在的问题是高成本和硅本身容 易破碎。另一方面，采用塑料注塑制造树脂构成的微型叶轮的常规方法无法达 到微型叶轮所需的精度。此外，这些方法都不适宜作为制造具有三维内部结构， 例如具有遮蔽物(侧板)和芯体的结构的微型叶轮的方法。因此，需要建立简便 和低成本地制造高精度的微型叶轮的方法。
解决这些问题的方法
技术领域：
本发明人经过深入研究后解决了上述问题，他们发现，上述问题可以通过 应用光刻法得到解决，并完成了本发明，所述光刻法包括使用干膜抗蚀剂作为 遮蔽层(shroud layer)。
即，本发明涉及
(l)一种制造树脂构成的微型机器部件的方法，其特征在于该方法包括以下 步骤-.
(a) 在基片上形成一层牺牲层；
(b) 在所述牺牲层上顺序形成至少两层光敏树脂组合物层，并对形成的各
光敏树脂组合物层进行相应于预定微型机器部件的内部结构的光刻，形成限定 微型机器部件的周边部分的气隙部分和构成微型机器部件的内部结构的气隙 部分，因而形成固化的光敏树脂组合物层的多层结构；
(C)在固化的光敏树脂组合物层的多层结构上层叠干膜抗蚀剂，对所述干 膜抗蚀剂层进行相应于遮蔽层结构的光刻，形成固化的干膜抗蚀剂层，其中， 形成限定遮蔽层的周边部分的气隙部分和构成遮蔽层结构的气隙部分；和
(d)通过去除所述牺牲层将所述微型机器部件与所述基片分开，所述微型 机器部件具有固化光敏树脂组合物层和固化的干膜抗蚀剂层的多层结构，并由 限定周边部分的多层体组成。
(2)在上面(1)中所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法，其中，用于除 遮蔽层外的各层的光敏树脂组合物是液体光敏树脂组合物。
3)在上面(1)中所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法，其中，用于除 遮蔽层外的各层的光敏树脂组合物是干膜抗蚀剂；
(4) 在上面(1)至(3)中任一项所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法， 其中，各层的光敏树脂组合物是可光固化的树脂组合物。
(5) 在上面(4)中所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法，其中，所述可光固化的树脂组合物的交联组分是环氧树脂、氨基化合物、丙烯酸类树脂或聚 酰亚胺前体。
(6) 在上面(5)中所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法，其中，各层的 光敏树脂组合物是包含环氧树脂和光阳离子聚合引发剂的光敏树脂组合物。
(7) 在上面(1)至(6)中任一项所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法， 其中，牺牲层是碱溶性树脂组合物，使用碱水溶液去除牺牲层，以将微型机器 部件与基片分离；
(8) 在上面(1)至(7)中任一项所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法， 其中，还在固化的干膜抗蚀剂层上形成结构体；
(9) 在上面(1)至(7)中任一项所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法， 其中，微型机器部件是由两层固化的光敏树脂组合物层和一层固化的干膜抗蚀 剂层的多层结构组成；
(10) 在上面(1)至(9)中任一项所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法， 其中，微型机器部件是微型叶轮；
(11) 在上面(1)至(10)中任一项所述的制造树脂构成的微型机器部件的方
法，其中，在形成为可活动部件的微型机器部件的同时，为固定部件的微型机 器部件在限定为可活动部件的微型机器部件的周边部分的气隙部分外面形成， 因而形成具有芯体结构的微型机器部件，其中为可活动部件的微型机器部件容 纳在为固定部件的微型机器部件内；和
(12)在上面(11)中所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法，其中，可活 动部件是微型叶轮，固定部件是定子。
本发明中"气隙部分"不仅指介于两个壁之间的部分，即"间隔部分"， 而且指由一个壁限定的"阶式部分"。
本发明效果
根据本发明，提供一种以简便方式低成本地制造树脂构成的高精度的微型 机器部件的方法，所述微型机器部件例如是树脂构成的微型叶轮。


图l(l)是没有遮蔽物的开放式微型叶轮的示意图1(2)是有遮蔽物的遮蔽式微型叶轮的示意图；和
图2(1)至图2(9)是按照本发明方法制造具有三层结构的树脂构成的微型叶轮步骤的截面示意图。
附图标记的说明
图1中，附图标记l指叶片；附图标记2指毂；附图标记3指遮蔽物。
在图2中，附图标记(a)指碱溶性树脂组合物；(b)指基片；(C)指光敏树脂组 合物(第一层)；(d)指光刻掩模；(e-l)和(e-2)指光敏树脂组合物(第二层);(e-3) 和(e-4)指气隙部分；(f)指干膜抗蚀剂(第三层)；(g-l)指可活动部件；和(g-2)指固定部件。
具体实施例方式
下面，详细描述本发明。
采用本发明的制造方法制造的树脂构成的微型机器部件具有三维内部结 构和遮蔽物，具有三层或更多层的层结构，每层都是由固化的树脂组合物构成。
在本发明制造树脂构成的微型机器部件的方法中，首先描述用于除遮蔽层 外的各层的树脂组合物。作为用于除遮蔽层外的各层的树脂组合物，可以使用 具有光敏性并能通过显影法形成图形的树脂组合物。这种组合物的固化树脂优选具有优良的强度、耐化学性、耐热性等。这种树脂组合物优选是可光固化的 树脂组合物，包括UV粘合剂和负型抗蚀剂。这种组合物优选是包含以下组分 的光敏树脂组合物，S卩，含有环氧树脂、氨基化合物、丙烯酸类树脂、聚酰亚 胺前体等作为交联组分，以及为交联组分所需的硬化剂或聚合引发剂等，其本 身是众所周知的。该树脂组合物任选含有其他树脂组分、增塑剂等。用于各层 的树脂组合物相互可以相同或不同。
环氧树脂包括双酚A环氧树脂、苯酚可溶可熔酚醛环氧树脂、甲酚可溶可熔酚醛环氧树脂、三苯酚甲烷环氧树脂、脂环族的环氧树脂等。氨基化合物包括三聚氰胺树脂、脲醛树脂、胍胺树脂、甘脲(glycoluryl)-甲醛树脂、琥珀 酰胺(succinylamide)-甲醛树脂、亚乙基脲-甲醛树脂等，尤其适用的是烷氧基甲 基化氨基树脂等，如烷氧基甲基化三聚氰胺树脂和垸氧基甲基化脲醛树脂。丙 烯酸类树脂包括丙烯酸酯树脂和丙烯酸酯与乙烯基苯酚的共聚物等。聚酰亚胺 前体包括通过将光敏基团用酯键合到聚酰胺酸(polyamicacid)分子的羧基上获得的用酯键合的光敏聚酰亚胺前体以及通过将光敏基团用离子键合到聚酰胺 酸分子的羧基或其盐基团上获得的用离子键合的光敏聚酰亚胺前体。
含这些树脂以及为这些树脂所需的硬化剂或聚合引发剂的树脂组合物可 以采用熟知的方法制备，但是这些树脂组合物的形式优选是用溶剂等稀释后的 液体组合物。
作为环氧树脂的硬化剂或聚合引发剂，可以使用能通过光直接或间接产生 酸的化合物，或者能引起阳离子聚合反应的化合物(阳离子聚合引发剂)，它们 没有特别的限制，但可包括例如，芳香族碘鎿的配盐以及芳香族锍配盐。芳香 族碘鏺配盐包括，例如，四(五氟苯基)硼酸二苯基碘鎗、六氟磷酸二苯基碘鎿、 六氟锑酸二苯基碘鎿和六氟磷酸二(4-壬基苯基)碘鎗。芳香族锍配盐包括，三 芳基锍配盐，例如，六氟磷酸三苯基锍、六氟锑酸三苯基锍、六氟锑酸三芳基 锍、四(五氟苯基)硼酸三苯基锍、4，4'-二[二苯基锍基(sulfonio)]二苯基硫醚-二(六 氟磷酸)盐、4,4'-二[二(卩-羟基乙氧基)苯基锍基]二苯基硫醚-二(六氟锑酸)盐、 4，4'-二[二((3-羟基乙氧基)苯基锍基]二苯基硫醚-二(六氟磷酸)盐、六氟磷酸7-[二 (对甲苯甲酰基)锍基]-2-异丙基噻吨酮、六氟锑酸7-[二(对甲苯甲酰基)锍基]-2-异丙基噻吨酮、7-[二(对甲苯甲酰基)锍基]-2-异丙基四(五氟苯基)硼酸盐、苯基 羰基-4'_二苯基锍基_二苯基硫醚_六氟磷酸盐、苯基羰基-4'-二苯基锍基-二苯基 硫醚-六氟锑酸盐、4-叔丁基苯基羰基-4'-二苯基锍基-二苯基硫醚-六氟磷酸盐、 4-叔丁基苯基羰基-4'-二苯基锍基-二苯基醚-六氟锑酸盐和4-叔丁基苯基羰基 -4'-二苯基锍基-二苯基硫醚-四(五氟苯基)硼酸盐。
下面，作为氨基化合物的硬化剂或聚合引发剂，对能直接或间接通过光产 酸的化合物没有特别的限制，但是具体包括含卣素的三嗪化合物，如，2,4-二(三氯甲基)-6-[2-(2-呋喃基)乙烯基-s-三嗪、2,4-二(三氯甲基)-6-[2-(5-甲基-2-呋喃基)乙烯基]-s-三嗪、2,4-二(三氯甲基)-6-[2-(5-乙基-2-呋喃基)乙烯基]-s-三 嗪、2,4-二(三氯甲基)-6-[2-(5-丙基-2-呋喃基)乙烯基]-s-三嗪、2,4-二(三氯甲 基)-6-[2-(3,5-二甲氧基苯基)乙烯基]-s-三嗪、2,4-二(三氯甲基)-6-[2-(3,5-二乙氧 基苯基)乙烯基]-s-三嗪、2，4-二(三氯甲基)-6-[2-(3,5-二丙氧基苯基)乙烯基]-s-三 嗪、2,4-二(三氯甲基)-6-[2-(3-甲氧基-5-乙氧基苯基)乙烯基]-s-三嗪、2,4-二(三 氯甲基)-6-[2-(3-甲氧基-5-丙氧基苯基)乙烯基]-s-三嗪、2，4-二(三氯甲 基)-6-[2-(3，4-亚甲二氧基苯基)乙烯基]-s-三嗪、2,4-二(三氯甲基)-6-(3，4-亚甲二 氧基苯基)-s-三嗪、2,4-二-三氯甲基-6-(3-溴-4-甲氧基)苯基-s-三嗪、2,4-二-三氯 甲基-6-(2-溴-4-甲氧基)苯基-s-三嗪、2,4-二-三氯甲基-6-(2-溴-4-甲氧基)苯乙烯 基苯基-s-三嗪、2，4-二-三氯甲基-6-(3-溴-4-甲氧基)苯乙烯基苯基-s-三嗪、2-(4-甲氧基苯基)-4,6-二(三氯甲基)-l，3，5-三嗪、2-(4-甲氧基萘基)-4,6-二(三氯甲 基)-l,3,5-三嗪、2-[2-(2-呋喃基)乙烯基]-4,6-二(三氯甲基)-l，3,5-三嗪、2-[2-(5-甲基-2-呋喃基)乙烯基]-4,6-二(三氯甲基)-l,3,5-三嗪、2-[2-(3,5-二甲氧基苯基) 乙烯基]-4，6-二(三氯甲基)-l,3，5-三嗪、2-[2-(3,4-二甲氧基苯基)乙烯基]-4,6-二 (三氯甲基)-l,3,5-三嗪、2-(3,4-亚甲二氧基苯基)-4，6-二(三氯甲基)-l,3，5-三嗪、 三(l,3-二溴丙基)-l，3，5-三嗪和三(2,3-二溴丙基)-l,3,5-三嗪，以及含卤素的三嗪 化合物，如三(2,3-二溴丙基)异氰脲酸酯；二磺酰基重氮甲垸，如a-(对甲苯磺 酰氧基亚氨基)-苯基乙腈、a-(苯磺酰氧基亚氨基)-2,4-二氯苯基乙腈、a-(苯磺 酰氧基亚氨基)-2，6-二氯苯基乙腈、a-(2-氯苯磺酰氧基亚氨基)-4-甲氧基苯基乙 腈、a-(乙基磺酰氧基亚氨基)-l-环戊烯基乙腈、二(对甲苯磺酰基)重氮甲烷、 二(l，l-二甲基乙基磺酰基)重氮甲垸、二(环己基磺酰基)重氮甲垸和二(2,4-二甲 基苯基磺酰基)重氮甲垸；硝基苄基衍生物，如对甲苯磺酸2-硝基苄基酯、对甲 苯磺酸2,6-二硝基节基酯、甲苯磺酸硝基苄基酯、甲苯磺酸二硝基苄基酯、磺 酸硝基苄基酯、碳酸硝基苄基酯和碳酸二硝基苄基酯；磺酸酯类，如，焦格酚 三甲磺酸酯、焦格酚(pirogallol)三甲苯磺酸酯、甲苯磺酸苄基酯、磺酸苄基酯、 N-甲基磺酰氧基琥珀酰亚胺、N-三氯甲基磺酰氧基琥珀酰亚胺、N-苯基磺酰氧
基马来酰亚胺和N-甲基磺酰氧基邻苯二甲酰亚胺；鎗盐，如六氟磷酸二苯基碘
鎿、三氟甲磺酸(4-甲氧基苯基)苯基碘鎗、三氟甲磺酸二(对-叔丁基苯基)碘鑰、 六氟磷酸三苯基锍、三氟甲磺酸(4-甲氧基苯基)二苯基锍和三氟甲磺酸(对-叔丁
基苯基)二苯基锍；苯偶姻甲苯磺酸酯，如，苯偶姻甲苯磺酸酯和a-甲基苯偶姻
甲苯磺酸酯；其他的如二苯基碘鎿盐，三苯基锍盐，苯基重氮盐和碳酸节基酯。
尤其是，优选使用三嗪化合物，因为这些化合物作为通过光的产酸剂具有高性 能，并且在使用溶剂时具有良好的溶解度。这些化合物中，适合使用的是含溴
-三嗪化合物，尤其是2,4-二(三氯甲基)-6-(3-溴-4-甲氧基)苯基+三嗪、2,4-二(三 氯甲基)-6-(3-溴-4-甲氧基)苯乙烯基-s-三嗪和三(2,3-二溴丙基)异氰脲酸酯。
此外，作为丙烯酸类树脂和光敏聚酰亚胺前体的硬化剂或者聚合引发剂， 可使用能使烯键式化合物反应的光自由基聚合引发剂，对硬化剂或者聚合引发 剂没有特别的限制，但包括例如，a-二酮，如，苯偶酰和联乙酰；偶姻，如苯 偶姻；偶姻醚，如苯偶姻甲基醚、苯偶姻乙基醚和苯偶姻异丙基醚；二苯酮， 如噻吨酮、2,4-二乙基噻吨酮、噻吨酮-4-磺酸、二苯酮、4,4'-二(二甲基氨基) 二苯酮和4,4'-二(二乙基氨基)二苯酮；苯乙酮，如苯乙酮、对-二甲基氨基苯乙 酮、a,a'-二甲氧基乙酰氧基二苯酮、2,2'-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、对-甲氧基苯 乙酮、2-甲基[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉代-l-丙酮和2-苄基-2-二甲基氨基-l-(4-吗 啉代苯基)-丁-l-酮；醌，如蒽醌和1，4-萘醌；卤素化合物，如苯甲酰甲基氯、 三溴甲基苯基砜和三(三氯甲基)-s-三嗪；过氧化物，如过氧化二叔丁基；以及 酰基氧化膦，如2,4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦。上述光聚合引发剂中合 适的化合物的例子有，苯乙酮，如2-甲基-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉代-l-丙烷和 2-节基_2_二甲基氨基_1_(4-吗啉代苯基)-丁-1-酮，以及卤素化合物，如苯甲酰甲 基氯、三溴甲基苯基砜、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦和三(三氯甲基"-三嗪。
本发明中，在上述光敏树脂组合物中，特别优选含环氧树脂和光阳离子聚 合引发剂的光敏树脂组合物，优选通过将光敏树脂组合物溶解在沸点为40-150℃的有机溶剂(例如，环戊酮、Y-丁内酯和丙二醇单甲基醚乙酸酯)中使其成为液 体而得到的树脂组合物作为制备除遮蔽层外的各层的树脂组合物。在此，作为 环氧树脂，可以使用任何环氧树脂，只要环氧树脂在一个分子中具有足够的环 氧基团来形成图形即可。这种环氧树脂包括双酚A环氧树脂、苯酚可溶可熔酚 醛环氧树脂、甲酚可溶可熔酚醛环氧树脂以及三苯酚甲烷环氧树脂。这些树脂中优选双酚A环氧树脂。双酚A环氧树脂能以爱批扣特157S70(Epikote 157S70) (日本环氧树脂有限公司(Japan Epoxy Resins Co., Ltd.))等方便地购得。
作为光阳离子聚合引发剂，优选通过辐照活性射线如紫外线产生质子酸的 化合物，包括例如，芳香族碘鎿配盐和芳香族锍配盐，尤其优选芳香族锍配盐。 芳香族锍配盐优选包括六氟锑酸[4-{4-(2-氯苯甲酰基)苯硫基}苯基二(4-氟苯基) 锍、六氟锑酸三芳基锍等，它们可以分别以SP-172(旭电化株式会社(Asahi Denka Co., Ltd.)), UVI-6974 (道尔化学公司(Dow Chemical Co.))等方便地购得。 含有这种环氧树脂和这种光阳离子聚合引发剂的环氧树脂组合物可以例如以 SU-8 3050N-02(商品名，环氧树脂基负型抗蚀剂，微化学株式会社(KAYAKU MICROCHEM CORPORATION))方便地购得。
如上所述，用于除遮蔽层外的各层的树脂组合物通常优选是用溶剂等稀释 的液体光敏树脂组合物，但是也可以是下面描述的干膜抗蚀剂，它们是固体的 光敏树脂合物。
下面，描述在本发明制造树脂构成的微型机器部件中使用的为固体光敏树 脂组合物的干膜抗蚀剂。在本发明中作为用于形成遮蔽层的干膜抗蚀剂，可以 使用任何干膜抗蚀剂，只要它能方便地层叠到一结构体上，该结构体具有粗糙 度(asperities)，其厚度至少约为10 [im，可以进行光刻法。这种干膜抗蚀剂 是通过以下方式获得的，将含有上述环氧树脂、氨基化合物、丙烯酸类树脂、 聚酰亚胺前体等，以及为前述组分所需的硬化剂、聚合引发剂等的树脂组合物 溶解在溶剂(例如，甲基乙基酮)中，将该溶液施涂在一载体如聚对苯二甲酸乙 二酯膜、聚酯膜或聚乙烯膜上，并对涂膜进行干燥。所述树脂优选是含环氧树 脂和用于除遮蔽物的各层的上述树脂所需的光阳离子聚合引发剂等的环氧树 脂组合物。载体优选是聚对苯二甲酸乙二酯膜。这种干膜抗蚀剂可以通过以下 方式转变为干膜，任选用溶剂稀释上述树脂组合物，然后通过辊涂机、刮片、 绕线棒涂布器、浸涂器、旋涂机、凹槽辊涂布机、刮涂器等将所述组合物施涂 在载体上，然后在温度设定在约50-150。c的干燥炉内对该组合物进行干燥，去 除预定量的溶剂，并任选在该组合物上粘贴剥离膜。本发明中，当使用干膜时， 通过重叠干膜可形成任意的膜厚度。
上述中，作为使各光敏树脂组合物层显影的显影剂，可使用丙二醇单甲基 醚乙酸酯、y-丁内酷等，显影可以使用这些显影剂，在如15-4(tc条件下进行2-50分钟。
作为本发明方法的目标的微型机器部件具有遮蔽物(侧板)和三维内部结 构，包括例如，微型叶轮和微型齿轮。图1是微型叶轮的原型的示意图。图1(1) 示出没有遮蔽物的开放式微型叶轮；该图中，附图标记l指叶片，附图标记2 指毂。图1(2)示出具有遮蔽物的遮蔽式微型叶轮；该图中，附图标记3指遮蔽 物。作为本发明方法的目标的微型叶轮是后一类型的微型叶轮。
本发明树脂构成的微型机器部件的制造方法主要包括以下四个步骤
(a) 在基片上形成一层牺牲层；
(b) 形成至少两层固化的光敏树脂组合物层的多层结构，其中，采用光刻 法形成相应于微型机器部件内部结构的周边部分和气隙部分；
(C)形成固化的干膜抗蚀剂层，其中，采用光刻法形成相应于遮蔽层结构
的周边部分和气隙部分；和
(d)通过去除所述牺牲层将所述微型机器部件与所述基片分离。
下面，以树脂构成的微型叶轮为例子，描述本发明制造树脂构成的微型机
器部件的方法。
首先，描述用于本发明制造树脂构成的微型叶轮的方法中的基片。对所述 基片没有特别的限制，只要基片的强度能达到在进行光刻法时不会使基片发生 形变的程度。优选的基片包括厚度为300-1,000 pm的硅片、玻璃基片、塑料基 片、陶瓷基片、金属板和塑料膜。这类基片可以方便地购得。
本发明中，为达到将树脂构成的微型叶轮从基片上分离，在基片和微型叶 轮之间提供一牺牲层。本文中"牺牲层"表示由能被一种介质溶解和去除的材 料形成的层，所述介质不会溶解基片，也不会溶解微型机器部件。
用于牺牲层的材料可以是无机材料或者是有机材料，只要所述牺牲层可以 被溶解，但不会腐蚀微型叶轮，对牺牲层的材料没有特别的限制，但是从安全 性和通用性考虑，特别优选碱溶性树脂组合物。这类碱溶性树脂组合物优选是 易于溶解在碱水溶液，优选是约0.5-5.0重量％的氢氧化四甲铵的水溶液中的树 脂组合物。这种碱溶性树脂组合物的例子包括碱溶性聚酰亚胺、碱溶性丙烯 酸类树脂和碱溶性环氧树脂，特别优选耐有机溶剂性优良的碱溶性聚酰亚胺。 这种碱溶性聚酰亚胺树脂组合物可以从市场购得，例如以帕马吉斯富吉19 (PMGISFG19)(商品名，酰亚胺树脂组合物，微化学株式会社(KAYAKU MICROCHEM CORPORATION))购得。
下面，参见图2描述本发明的制造方法，图2示出本发明制造方法的每个步骤的截面示意图，以制造^有三层的多层结构的树脂构成的微型叶轮的方法 为例子。
将碱溶性树脂组合物(a)在膜厚度为1-50 pm的条件下旋涂在基片(b)上，然 后，在120-250℃的热板或烘箱内加热该组合物约l-30分钟，形成碱溶性牺牲 层(图2(1))。然后，在牺牲层空气冷却至室温后，将光敏树脂组合物旋涂或浇 铸成厚度为50-1,000 )im的膜，作为该牺牲层上的第一层(c-l)，然后，在40-120 ℃的热板或烘箱内加热约2-60分钟，形成第一光敏树脂组合物层(图2(2))。然 后，第一光敏树脂组合物层通过预定的光刻掩模(d)进行曝光，曝光条件是由 UV校准器提供在350-420 nm的100-5,000 mJ/cm2曝光量，并在50-140℃的热 板或烘箱内加热约3-20分钟，形成第一固化的光敏树脂组合物层(固化 膜)(c-2)(图2(3))。将光敏树脂组合物旋涂或浇铸成厚度为50pm-5 mm的膜，作 为在这样获得的第一层上的第二光敏树脂组合物层(e-l)，然后在40-12(TC的热 板或烘箱内加热约2-60分钟(图2(4))。然后，第二光敏树脂组合物层通过预定 的光刻掩模进行曝光，曝光条件是由UV校准器提供在365 nm的100-10,000 mJ/cm2曝光量，并在50-14(TC的热板或烘箱内加热约3-20分钟进行固化，形 成第二固化的光敏树脂组合物层(固化膜)(e-2)(图2(5))。在此，当形成第一层和 第二层时，可采用的方法是，通过重复进行涂布和加热提供具有所需厚度的各 层，直到在各层上达到目标膜厚度。
完成形成第一和第二固化膜后，所述固化膜用显影液进行显影，溶解未曝 光的部分，显影液例如是丙二醇单甲基醚乙酸酯、Y-丁内酯、环戊酮和丙酮， 优选是丙二醇单甲基醚乙酸酯，在15-50℃进行显影5-60分钟，获得各自形成 了所需的气隙部分的第一和第二固化膜。显影之后，固化后的膜优选用异丙醇 (IPA)、乙醇等进行漂洗和干燥处理。附图标记(e-3)和(e-4)分别指在微型叶轮的 第二层内的气隙部分(可活动部件)和限定微型叶轮的周边部分的气隙部分(图 2(6))。然后，通过以下方式形成第三层作为遮蔽物，将干膜抗蚀剂(f-l)粘合在 第二层的上表面上，在0.01-1.0 kg/c门压力条件下于40-8(TC加热并将它们层叠 (图2(7))。第三层通过预定的光刻掩模进行曝光，曝光条件是由UV校准器提 供在350-420 nm的100-5,000 mJ/cm2曝光量，并在50-140°C的热板或烘箱内 加热约l-30分钟，获得固化的第三层，其曝光的部分已被固化。然后，获得遮 蔽物，作为固化的第三层(f-2)，其中，通过用上述显影液在15-50℃条件下对未 曝光的部分进行显影5-20分钟，形成所需的气隙部分(图2(8))。固化的第三层优选进行如上所述的漂洗和干燥处理。为促进固化和完全去除显影液，在各显
影步骤后进行干燥处理之后，该层可以在90-20(TC硬烘烤(hard-baked)l-60分 钟。然后，通过将牺牲层浸在例如0-10(TC的碱水溶液中l-24小时，溶解该牺 牲层，将基片与微型叶轮分离，微型叶轮用纯水洗涤，并进行干燥，获得树脂 构成的微型叶轮。在上述各步骤中，在形成为可活动部件的微型叶轮的同时， 为固定部件的定子结果在限定微型叶轮的周边部分的气隙部分外面形成，达到 形成具有芯体结构的微型机器部件，其中，为可活动部件的微型叶轮容纳在为 固定部件的定子中。在该图中，附图标记(g-l)和(g-2)分别指微型叶轮和定子(图 2(9))。
至此，已经描述了具有三层的多层结构的树脂构成的微型叶轮的制造方 法，但是，按照上面所述通过在第一层和遮蔽层之间增加层也可以制造具有四 层或更多层的多层结构的树脂构成的微型叶轮。但是，本发明的制造方法最优 选应用于制造具有三层结构的树脂构成的微型叶轮，该三层结构由两层固化的 光敏树脂组合物层和一层固化的干膜抗蚀剂层的多层结构组成。如果需要，还 可以在遮蔽层上形成某些结构。在此情况下，使用干膜抗蚀剂是优选的。
本发明制造树脂构成的微型叶轮的方法具有简便的步骤。因此，该方法具 有成本低和获得的树脂构成的微型叶轮精度高的极好特征。
实施例
下面，由实施例方式进一步详细描述本发明。
(参考例1)
将基于环氧树脂的负型抗蚀剂(商品名SU-8 3050N-02，微化学株式会社) 均匀施涂在聚对苯二甲酸乙二酯膜上，在热风对流干燥器中，于65r干燥10 分钟，于90。C干燥30分钟，获得具有30pm厚的树脂组合物层的干膜抗蚀剂。
实施例1
在3,000 rpm下，在厚525 pm，直径4英寸的硅基片上旋涂酰亚胺树脂组 合物(商品名帕马吉斯富吉19(PMGISFG19),微化学株式会社)，持续30秒， 然后，在17(TC的热板上加热IO分钟，形成碱溶性牺牲层。
将该牺牲层空气冷却至室温；之后，在l,000 rpm下，在该牺牲层上旋涂 基于环氧树脂的负型抗蚀剂(商品名SU-8 3050N-02,微化学株式会社)，持续
20秒，然后在95。C的热板上加热30分钟；在1,000 rpm下在上面的旋涂层上 再次旋涂该抗蚀剂20秒(即，"两次涂布")，然后，在95。C热板上加热4小时， 制得第一层。第一层进行400 mJ/cm2量曝光，其中，微型叶轮的周边部分设 定为不曝光部分，使用掩模校准器(商品名MA6,苏斯微技术公司(SUSS MicroTec))，使用超高压汞灯作为光源，并通过光刻掩模进行曝光。然后，曝 光层在65T:的热板上加热15分钟，并如下施涂第二层。将以下操作重复四次， 该操作中，在1,000 rpm下将上述SU-8 3050N-02旋涂在第一层上持续20秒， 并在95t:热板上加热30分钟。之后，旋涂层在95T:热板上加热9.5小时。这 样得到的第二层进行1，000 mJ/cm2量的曝光，其中，微型叶轮的第二层的气隙 部分和周边部分设定为不曝光部分，施用掩模校准器并通过光刻掩模进行曝 光，之后，于65。C加热15分钟，然后于23。C浸在丙二醇单甲基醚乙酸酯中30 分钟，进行显影(去除未曝光的部分)，之后，用IPA进行漂洗和干燥。
然后，遮蔽层(第三层)通过以下方式层叠在第二层上，将参考例I中制成 的干膜抗蚀剂以该干膜抗蚀剂的树脂组合物层向下的方式在第二层的上表面 上层叠六次，在0.2kg/cr^压力条件下，于45X:加热该干膜抗蚀剂叠层。将该 第三层进行400 mJ/cn^量的曝光，其中，微型叶轮(遮蔽物)周边部分设定为不 曝光部分，使用掩模校准器，使用超高压汞灯，并通过光刻掩模进行曝光，之 后，于95。C加热15分钟，然后于23。C浸在丙二醇单甲基醚乙酸酯中15分钟 进行显影，之后用IPA漂洗，干燥后获得具有内部结构的多层结构体，该结构 体由通过牺牲层在硅基片上的第一和第二层以及遮蔽物(第三层)组成。这种多 层结构体中，结果形成芯体结构，其中，为可活动部件的微型叶轮作为芯体结 合在为固定部件的定子内。然后，于23"将该多层结构体浸在2.38重量％的氢 氧化四甲铵的水溶液中12小时，溶解牺牲层，分离并去除硅基片，之后，目 标多层结构体用纯水洗涤，干燥后获得树脂构成的微型叶轮。
实施例2
在3,000 rpm下，在厚525 pm，直径4英寸的硅基片上旋涂酰亚胺树脂组 合物(商品名帕马吉斯富吉19(PMGISFG19),微化学株式会社)，持续30秒， 然后，在170。C的热板上加热IO分钟，形成碱溶性牺牲层。
将该牺牲层空气冷却至室温；之后，在l，000 rpm下，在该牺牲层上旋涂 基于环氧树脂的负型抗蚀剂(商品名SU-8 3050N-02,微化学株式会社)，持续20秒，然后在95。C的热板上加热40分钟(E卩，"一次涂布")，制得第一层。 第一层进行400 mJ/cm2量曝光，其中，微型叶轮的周边部分设定为不曝光部 分，使用掩模校准器(商品名MA6,苏斯微技术公司)，使用超高压汞灯作为 光源，并通过光刻掩模进行曝光。然后，曝光层在65。C的热板上加热15分钟， 并如下施涂第二层。将以下操作重复两次，该操作中，在l，OOOrpm下将上述 SU-8 3050N-02旋涂在第一层上持续20秒，并在95°C热板上加热30分钟。之 后，旋涂层在95'C热板上再加热3小时。这样得到的第二层进行800 mJ/cm2量 的曝光，其中，微型叶轮的第二层的气隙部分和周边部分设定为不曝光部分， 施用掩模校准器并通过光刻掩模进行曝光，之后，于65"C加热15分钟，然后 于23t:浸在丙二醇单甲基醚乙酸酯中30分钟进行显影，之后，用IPA进行漂 洗和干燥。
然后，遮蔽层(第三层)通过以下方式层叠在第二层上，将参考例1中制成 的干膜抗蚀剂以该干膜抗蚀剂的树脂组合物层向下的方式在第二层的上表面 上层叠三次，在0.2kg/cn^压力条件下，于45'C加热该干膜抗蚀剂叠层。将该 第三层进行400 mJ/cn^量的曝光，其中，微型叶轮(遮蔽物)的周边部分设定为 不曝光部分，使用掩模校准器，使用高压汞灯作为光源，并通过光刻掩模进行 曝光，之后，于95。C加热15分钟，然后于23。C浸在丙二醇单甲基醚乙酸酯中 5分钟进行显影，之后用IPA漂洗，干燥后获得具有内部结构的多层结构体， 该结构体由通过牺牲层在硅基片上的第一和第二层以及遮蔽物(第三层)组成。 这种多层结构体中，结果形成芯体结构，其中，为可活动部件的微型叶轮作为 芯体结合在为固定部件的定子内。然后，于23。C将该多层结构体浸在2.38重 量％的氢氧化四甲铵的水溶液中12小时，溶解牺牲层，分离并去除硅基片，之 后，目标多层结构体用纯水洗涤，干燥后获得树脂构成的微型叶轮。
实施例3
如实施例2制得具有内部结构的多层结构体(芯体结构，其中微型叶轮结合 在定子内)后，该结构体由通过牺牲层在硅基片上的第一和第二层以及遮蔽物 (第三层)组成，通过以下方式还可以层叠第四层，将两片参考例1中制成的干膜抗蚀剂以该干膜抗蚀剂的树脂组合物层向下的方式粘合在第二层的上表面 上，在0.2kg/cm2压力条件下于45'C加热第四层。这样获得的第四层进行400 mJ/cm2量的曝光，使用掩模校准器，用超高压汞灯作为光源，并通过光刻掩模进行曝光，之后，于95。C加热15分钟，然后于23。C浸在丙二醇单甲基醚乙酸 酯中15分钟进行显影，之后用IPA漂洗，干燥后获得具有内部结构的多层结 构体，该结构体由通过牺牲层在硅基片上的第一和第二层、遮蔽物(第三层)以 及特定结构体(第四层)组成。然后，于23'C将该多层结构体浸在2.38重量y。的 氢氧化四甲铵的水溶液中12小时，溶解牺牲层，分离并去除硅基片，之后， 目标多层结构体用纯水洗涤，干燥后获得树脂构成的微型叶轮。
工业应用
根据本发明的方法，能以低成本、简便的方式制造树脂构成的微型机器部 件，如高精度的树脂构成的微型叶轮，这些微型机器部件能用于例如超小型空 气泵，可用作向小型燃料电池等供给空气的装置。
权利要求
1.一种制造树脂构成的微型机器部件的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(a)在基片上形成一层牺牲层；(b)在所述牺牲层上顺序形成至少两层光敏树脂组合物层，并对形成的各光敏树脂组合物层进行相应于预定微型机器部件的内部结构的光刻，形成限定微型机器部件的周边部分的气隙部分和构成微型机器部件的内部结构的气隙部分，因而形成固化的光敏树脂组合物层的多层结构；(c)在固化的光敏树脂组合物层的多层结构上层叠干膜抗蚀剂，对所述干膜抗蚀剂层进行相应于遮蔽层结构的光刻，形成固化的干膜抗蚀剂层，其中，形成限定遮蔽层的周边部分的气隙部分和构成遮蔽层结构的气隙部分；和(d)通过去除所述牺牲层将所述微型机器部件与所述基片分离，所述微型机器部件具有固化光敏树脂组合物层和固化的干膜抗蚀剂层的多层结构，并由限定周边部分的多层体组成。
2. 如权利要求1所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法，其特征在于， 用于除遮蔽层外的各层的光敏树脂组合物是液体光敏树脂组合物。
3. 如权利要求1所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法，其特征在于， 用于除遮蔽层外的各层的光敏树脂组合物是干膜抗蚀剂。
4. 如权利要求1-3中任一项所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法， 其特征在于，各层的光敏树脂组合物是可光固化的树脂组合物。
5. 如权利要求4所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法，其特征在于， 可光固化的树脂组合物的交联组分是环氧树脂、氨基化合物、丙烯酸类树脂或 者聚酰亚胺前体。
6. 如权利要求5所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法，其特征在于， 各层的光敏树脂组合物是包含环氧树脂和光阳离子聚合引发剂的光敏树脂组 合物。
7. 如权利要求1-6中任一项所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法， 其特征在于，牺牲层是碱溶性树脂组合物，使用碱水溶液去除牺牲层，以将微 型机器部件与基片分离。
8. 如权利要求1-7中任一项所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法，其特征在于，在固化的干膜抗蚀剂层上还形成结构体。
9. 如权利要求1-7中任一项所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法， 其特征在于，微型机器部件由两层的固化光敏树脂组合物层和一层固化的干膜 抗蚀剂层的多层结构组成。
10. 如权利要求1-9中任一项所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法， 其特征在于，微型机器部件是微型叶轮。
11. 如权利要求l-10中任一项所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法， 其特征在于，在形成为可活动部件的微型机器部件的同时，为固定部件的微型 机器部件在限定为可活动部件的微型机器部件的周边部分的气隙部分外面形 成，因而形成具有芯体结构的微型机器部件，其中为可活动部件的微型机器部 件容纳在为固定部件的微型机器部件内。
12. 如权利要求11所述的制造树脂构成的微型机器部件的方法，其特征在 于，可活动部件是微型叶轮，固定部件是定子。
全文摘要
一种制造树脂的微型机器部件的方法，该方法包括以下步骤(a)在基片上形成一层牺牲层；(b)在所述牺牲层上顺序形成至少两层光敏树脂组合物层，并对形成的各光敏树脂组合物层进行光刻，形成限定微型机器部件的周边部分的气隙部分和构成微型机器部件的内部结构的气隙部分，因而形成多层结构；(c)在固化的光敏树脂组合物层的多层结构上沉积干膜抗蚀剂，对所述干膜抗蚀剂层进行光刻，形成固化的干膜蚀刻层，其中，形成限定遮蔽层的周边部分的气隙部分和构成遮蔽层结构的气隙；和(d)通过去除所述牺牲层将所述微型机器部件与所述基片分离，所述微型机器部件具有固化光敏树脂组合物层和固化的干膜抗蚀剂层的多层结构。
文档编号B81C1/00GK101208260SQ20068002286
公开日2008年6月25日 申请日期2006年6月15日 优先权日2005年6月23日
发明者本田那央, 哲 森, 江刺正喜, 田中秀治 申请人:国立大学法人东北大学;日本化药株式会社