DE10005850B4 - Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen, bei dem man
a) eine elektrisch leitfähige Oberfläche eines Substrats mit einem durch Bestrahlen mit Synchrotron- oder UV-Strahlung vernetzbaren Kunststoff überzieht,
b) den Kunststoff über eine Maske partiell bestrahlt, so daß sich bestrahlte und nicht bestrahlte Bereiche ergeben,
c) die nicht bestrahlten Bereiche selektiv herauslöst, wobei sich Vertiefungen ergeben, an deren Grund die elektrisch leitfähige Oberfläche freiliegt,
d) die Vertiefungen elektrochemisch mit Aluminium ausfüllt, wonach
e) die bestrahlten Bereiche des Kunststoffs entfernt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Kunststoff ein Polyepoxid eingesetzt wird und die bestrahlten Bereiche des Kunststoffs mit rauchender Salpetersäure entfernt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
  • Ein solches Verfahren ist aus der Veröffentlichung von A. Bruno Frazier: „DEVELOPMENT OF MICROMACHINING TECHNOLOGIES USING ELECTROPLATED METALS", The Electrochemical Society Proceedings Volume 94–32, pp. 112–121 bekannt. Bei diesem Verfahren wird die elektrisch leitfähige Oberfläche eines Substrats mit einem sogenannten UV-Resist überzogen, wobei als UV-Resist Polyimid verwendet wird. Danach wird das Polyimid über eine Maske in einem gewünschten Muster mit UV-Licht bestrahlt, wonach das Polyimid in den unbestrahlten Bereichen mit einem Lösungsmittel selektiv entfernt wird, so daß sich Vertiefungen ergeben, an deren Grund die elektrisch leitfähige Oberfläche des Substrats freigelegt ist. Die Vertiefungen werden anschließend elektrochemisch mit Aluminium aufgefüllt, wonach auch das Polyimid in den bestrahlten Bereichen durch Trocken-Ätzen mit einem Sauerstoffplasma entfernt wird, so daß auf dem Substrat Aluminium-Strukturen bestehen bleiben. Wie jedoch Versuche gezeigt haben, kann durch Trockenätzen der bestrahlte Resist nicht vollständig entfernt werden. Alternativ zu der Entfernung des bestrahlten Polyimids durch Trockenätzen wird auch eine 20 Gew.-%ige, 56°C heiße Kalilauge-Lösung vorgeschlagen; eine solche Lösung greift jedoch die Aluminium-Strukturen massiv an. Auch das vom Hersteller des Polyimid-Resists empfohlene Lösungsmittel, das in der Hauptsache Ethanolamin enthält, vermag mit UV bestrahltes Polyimid nicht vollständig zu entfernen.
  • Aus der US-A 5,102,772 ist die Verwendung von Epoxid-haltigen Kunststoffen als Photoresist bekannt.
  • Die DE 24 46 848 A1 beschreibt ein Photolithographieverfahren, bei dem ein Substrat, beispielsweise aus Aluminium, mit einem Photoresist beschichtet wird. Der Photoresist wird partiell über eine Maske bestrahlt und die unbestrahlten Teile werden anschließend selektiv gegenüber den belichteten Teilen entfernt. Zur Entfernung der unbestrahlten Teile werden u. a. wässrige Lösungen von Salpetersäure vorgeschlagen. Allerdings werden bei dem Verfahren die Vertiefungen, die sich durch das Entfernen der nicht bestrahlten Teile ergeben, nicht elektrochemisch mit einem Metall aufgefüllt; vielmehr wird der Kontakt der wässrigen Lösungen mit dem freigelegten Aluminiumsubstrat solange aufrechterhalten, bis auch das Aluminiumsubstrat geätzt ist. Danach wird der Photoresist völlig entfernt. Mit diesem Verfahren erhält man daher ein Metallsubstrat, das partiell geätzt ist.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art in der Weise zu modifizieren, daß exaktere Aluminiumstrukturen erhältlich sind. Insbesondere soll die Entfernung des bestrahlten UV-Resist vollständig erfolgen, ohne daß die Aluminiumstrukturen angegriffen werden.
  • Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs genannten Maßnahmen gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird als UV-Resist ein Polyepoxid eingesetzt. Besonders geeignet ist das kommerziell erhältliche Epoxid-Harz EPON SU-8, das ein Triarylsulfoniumsalz als Photoinitiator enthält.
  • Dieser UV-Resist besitzt eine Reihe von Vorteilen, unter anderem eine hohe Vernetzungsdichte, hohe Haftfestigkeit, gute chemische und thermische Resistenz, hohes Auflösungsvermögen und hohe UV-Durchlässigkeit, weshalb sich Schichten von 5 μm bis zu 500 μm vollständig bestrahlten lassen. Sein Nachteil besteht jedoch in der hohen chemischen Resistenz der mit UV-Licht bestrahlten Bereiche.
  • Eine selektive Entfernung der bestrahlten Bereiche des Epoxid-Harzes gegenüber Aluminium gelingt jedoch mit rauchender Salpetersäure. Aluminium wird von rauchender Salpetersäure in den für die Entfernung des bestrahlten Epoxid-Harzes benötigten Zeiten praktisch nicht angegriffen. Die Salpetersäure ist ein sehr wirksames Lösungsmittel für bestrahltes Epoxid-Harz: Für einen 50 μm hohen Resist benötigt man beispielsweise 2 Minuten bei Raumtemperatur und für einen 250 μm hohen Resist 2 Minuten bei 60°C. Dabei bleiben die Aluminium-Strukturen praktisch unbeeinträchtigt; insbesondere können auf diese Weise sehr exakte Aluminium-Strukturen mit glatten und senkrechten Wänden hergestellt werden.
    •
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Beispiel 1
  • Ein leitfähiges Substrat aus Au/Cr/Si wird mit dem UV-Negativ-Polyepoxidresist EPON SU-8 von 150 μm belackt. Prinzipiell kann man Schichtdicken von 5 bis 500 μm in einem einzigen „Spincoat"-Schritt erreichen. Die photoempfindliche Lackschicht wird im folgenden vorgetrocknet und durch eine optische Maske (Chromabsorberstrukturen auf Quarz) mit UV-Licht strukturiert. In den belichteten Bereichen wird hierdurch eine Vernetzungsreaktion ausgelöst. Das bestrahlte Substrat wird anschließend einer Wärmebehandlung (95°C, 25 min) unterzogen, die eine weitere Vernetzung des belichteten Resists bewirkt. Danach wird der unbelichtete Kunststoff durch ein organisches Lösungsmittel selektiv gelöst. Geeignete Lösungsmittel werden vom Hersteller des Resists angegeben. Die galvanische Auffüllung der Kunststoffmikrostrukturen mit Aluminium kann aus allen bekannten Aluminiumelektrolyten erfolgen, abgesehen von den Schmelzelektrolyten mit Badtemperaturen über ca. 150°C. Bevorzugt wird der K[Al2Et6F]/4 Toluol/1 Diisopropylether-Elektrolyt eingesetzt. Für die Galvanoformung mit diesem Elektrolyten wird eine Stromdichte von 2–6 mA/cm2 gewählt, die kleiner als 40 % der Grenzstromdichte ist, welche für einen Mikrogalvanikelektrolyten als optimal angesehen wird. Bei einer 100 %-igen kathodischen Stromausbeute ergibt das eine Abscheidegeschwindigkeit von 2,9–5,9 μm/h. Die Badtemperatur kann 80–100°C betragen.
  • Die Entfernung der bestrahlten Polyepoxidstrukturen wird mit rauchender Salpetersäure in der oben angegebenen Weise vorgenommen.
  • Beispiel 2
  • Das negativ arbeitende Resistsystem EPON SU-8-250 wird für die Herstellung von 250 μm hohen Polymermikrostrukturen verwendet. Nachfolgend ist der Herstellungsprozeß exemplarisch für Mikrostrukturen mit einer Höhe von 38 und 150 μm beschrieben, wobei die Werte für 150 μm in Klammern gesetzt werden. Der Resist wird mit der langsamsten Rampe auf eine Umdrehungszahl von 1000 (1550) U/min für 10 (10) s gebracht. Beim Abschleudern des Photolacks mit 1000 (1550) u/min für 30 (30) s wird eine Strukturhöhe von ca. 38 (150) μm erreicht. Das Lösungsmittel wird bei 95°C für 12 (360) min ausgetrieben. Die Belichtung durch die gereinigte Chrommaske erfolgt im Hartkontakt, d. h. die Maske wird durch Vakuum an das Substrat gesaugt. Die anzuwendende Strahlungsdosis beträgt 400 (1200) mJ/cm2 und die Wellenlänge 405 nm. Die Weitervernetzung erfolgt bei 95°C für 12 (25) min auf der Heizplatte. Für die Entwicklung wird das Substrat 400 (1200) s in Propylenglykolmonomethyletheracetat eingetaucht. Die 38 (150) m hohe Mikrostruktur wird trockengeschleudert ((bei 30°C für 48 h getrocknet).

Claims (1)

  1. Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen, bei dem man a) eine elektrisch leitfähige Oberfläche eines Substrats mit einem durch Bestrahlen mit Synchrotron- oder UV-Strahlung vernetzbaren Kunststoff überzieht, b) den Kunststoff über eine Maske partiell bestrahlt, so daß sich bestrahlte und nicht bestrahlte Bereiche ergeben, c) die nicht bestrahlten Bereiche selektiv herauslöst, wobei sich Vertiefungen ergeben, an deren Grund die elektrisch leitfähige Oberfläche freiliegt, d) die Vertiefungen elektrochemisch mit Aluminium ausfüllt, wonach e) die bestrahlten Bereiche des Kunststoffs entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff ein Polyepoxid eingesetzt wird und die bestrahlten Bereiche des Kunststoffs mit rauchender Salpetersäure entfernt werden.
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