DE69707634T2 - Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen durch Mehrschicht-Strukturierung eines Photolackes und damit hergestellte Mikrostrukturen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen durch Mehrschicht-Strukturierung eines Photolackes und damit hergestellte Mikrostrukturen

Info

Publication number
DE69707634T2
DE69707634T2 DE69707634T DE69707634T DE69707634T2 DE 69707634 T2 DE69707634 T2 DE 69707634T2 DE 69707634 T DE69707634 T DE 69707634T DE 69707634 T DE69707634 T DE 69707634T DE 69707634 T2 DE69707634 T2 DE 69707634T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
photoresist
layer
microstructure
microstructures
process according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69707634T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69707634D1 (de
Inventor
Louis Guerin
Hubert Lorenz
Philippe Renaud
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mimotec SA
Original Assignee
Mimotec SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mimotec SA filed Critical Mimotec SA
Application granted granted Critical
Publication of DE69707634D1 publication Critical patent/DE69707634D1/de
Publication of DE69707634T2 publication Critical patent/DE69707634T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B81C99/0075—Manufacture of substrate-free structures
    • B81C99/008—Manufacture of substrate-free structures separating the processed structure from a mother substrate
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B13/00—Gearwork
    • G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots
    • G04B13/021—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots elastic fitting with a spindle, axis or shaft
    • G04B13/022—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots elastic fitting with a spindle, axis or shaft with parts made of hard material, e.g. silicon, diamond, sapphire, quartz and the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/03—Microengines and actuators
    • B81B2201/035—Microgears

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Mikrostrukturen durch Bilden wenigstens zweier dicker Schichten aus einem gegenüber ultravioletter Strahlung empfindlichen Harz zum Gegenstand. Die Erfindung betrifft außerdem die so mit einer sehr hohen Auflösung bei vorteilhaften Stückkosten reproduzierbar erhaltenen Mikrostrukturen, die eine hinreichende Dicke in der Größenordnung eines Millimeters aufweisen, um die mechanischen Beanspruchungen auszuhalten, wenn sie entweder direkt, beispielsweise als mikromechanische Bauelemente, oder indirekt als positive Opferstrukturen für die Herstellung von metallischen Mikroformen verwendet werden.
  • Die Herstellung von dreidimensionalen Mikrostrukturen hat in den 80er Jahren mit der von W. Ehrfeld vom Kernforschungszentrum Karlsruhe (Deutschland) entwickelten Methode, die unter dem Akronym LIGA (Lithographie, Galvanisierung, Abformung) bekannt ist, ihren Aufschwung genommen. Prinzipiell besteht die LIGA-Technik darin,
  • 1) auf einem Substrat eine Schicht von 10 bis 1000 um eines positiven Photoresists (im allgemeinen Polymethylmetacrylat, PMMA) abzulagern;
  • 2) durch eine Maske hindurch mit Hilfe eines Synchrotrons eine Röntgenbestrahlung durchzuführen;
  • 3) zu entwickeln, d. h. die depolymerisierten Teile des Photoresists mit physikalischen oder chemischen Mitteln zu entfernen. Das LIGA-Verfahren sowie abgeleitete Verfahren, die sämtliche eine Röntgenstrahlung in Anspruch nehmen, ermöglichen Mikrostrukturen zu erhalten, die ein großes Aspektverhältnis aufweisen, dessen Wert, der als Quotient aus der Höhe und der Breite der feinsten Linie oder des feinsten Grabens definiert ist, ein Bewertungskriterium für den senkrechten Verlauf von Wänden bildet. Nicht die Qualität der erhaltenen Mikrostrukturen fordert die Kritik heraus, sondern die Tatsache, eine teure Ausrüstung (Synchrotron) einsetzen zu müssen, macht diese Technik mit einer Massenfertigung von Mikrostrukturen, die geringe Stückkosten haben sollen, wenig verträglich.
  • Um die Kosten zu verringern, wurden die Forschungen auf das "LIGA- Sparvariante" genannte Verfahren gelenkt, in dem die Sensibilisierung einer Photoresistschicht durch Bestrahlen einer herkömmlichen Maskierungsvorrichtung mit ultraviolettem Licht erzielt wird. Die maximale Dicke von Mikrostrukturen, die derzeit mit diesem Verfahren erhalten werden, liegt im Bereich zwischen 80 um und 200 um. Um diese Dicke zu erhöhen, ist in dem Patent DE 4 400 315 vorgeschlagen worden, das Verfahren mehrmals zu wiederholen und zwischen den einzelnen Photoresistschichten jeweils eine metallische Haft-Zwischengalvanisierungsschicht einzufügen, um eine Gesamtdicke zu erreichen, die immer noch auf 400 um begrenzt ist, wobei außerdem aufgrund der metallischen Ablagerungen ein komplizierterer Entwicklungsschritt vorgesehen ist. Außerdem wird ersichtlich, daß die Anzahl der Schritte und das Vorhandensein von metallischen Zwischengalvanisierungsschichten zu einer deutlichen Kostenerhöhung beitragen und sich negativ auf die Qualität der Wände auswirken.
  • Die vorliegende Erfindung hat folglich zum Ziel, die Nachteile dieses Standes der Technik zu beseitigen, indem sie ein Verfahren zum Strukturieren eines negativen Photoresists mit Hilfe ultravioletter Strahlung schafft, bei dem die besondere Wahl des Photoresists überraschenderweise ermöglicht, wenigstens zwei aufeinanderfolgende Dickschichten ohne metallische Zwischenablagerung zu strukturieren und so zu geringen Stückkosten komplizierte dreidimensionale Mikrostrukturen mit einer Dicke zu erzielen, die wenigstens bis zu einem Millimeter geht, wobei sie ein höheres Aspektverhältnis als diejenigen aufweisen, die bisher mittels UV-Strukturierung erhalten worden sind.
  • Dazu hat die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer dreidimensionalen Mikrostruktur zum Gegenstand, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es die Schritte umfaßt, die darin bestehen:
  • a) auf einem Trägerplättchen eine Opferbeschichtung zu erzeugen;
  • b) ein einziges Mal eine Schicht eines negativen Photoresists, der gegenüber ultravioletter Strahlung empfindlich ist, mit einer Dicke im Bereich von 150 um bis 700 um aufzutragen, wobei der Photoresist durch einen Lack gebildet ist, der eine polyfunktionale Epoxid-Verbindung sowie einen Photoinitiator, der unter den Triarylsulfon-Salzen ausgewählt ist, enthält;
  • c) die Schicht während einer von der aufgebrachten Dicke abhängenden Dauer zwischen 90 und 95ºC zu erhitzen;
  • d) je nach Dicke der Schicht eine UV-Belichtung mit 200 bis 1000 mJ/cm², die bei einer Wellenlänge von 365 nm gemessen wird, durch eine Maske hindurch, die dem gewünschten Abdruck entspricht, durchzuführen;
  • e) eine Wärmebehandlung der Schicht auszuführen, um die Polymerisation hervorzurufen;
  • f) wenigstens einmal die Schritte b) bis e) unter Verwendung einer Maske, die von derjenigen vom Schritt d) verschieden ist, gegebenenfalls in Abhängigkeit von der gewünschten Kontur für die Strukturierung der neuen Schicht des Photoresists zu wiederholen;
  • g) ein- oder mehrmals die Entwicklung durch Auflösen des nicht belichteten Photoresists mittels eines Lösungsmittels, das aus GBL (Gammabutyrolacton) und PGMEA (Propylenglycolmethylenethylacetat) gewählt ist, auszuführen; und
  • h) die im Schritt g) erhaltene Mikrostruktur vom Trägerplättchen durch Auflösen der Opferbeschichtung zu trennen.
  • Die Wärmebehandlung, die im Schritt e) erfolgt, um die Polymerisation der mit UV-Strahlung belichteten Zonen hervorzurufen, wird vorzugsweise zwischen 90ºC und 95ºC während 15 bis 30 min ausgeführt.
  • In dem Fall, in dem die neue Schicht des Photoresists, die belichtet werden soll (Schritt f), eine Kontur aufweist, die nicht vollständig in die Kontur der tiefer liegenden Schicht eingeschrieben ist, geht der Ablagerung der neuen Schicht Photoresist ein Schritt i) voraus, der darin besteht, eine metallische Ablagerung (beispielsweise Cr/Cu) vorzunehmen, die für den Teil der tiefer liegenden Schicht, deren Polymerisation nicht gewünscht ist, ein Hindernis für die UV-Strahlen bildet. Der zusätzliche Schritt i) ist insbesondere notwendig, wenn die Mikrostruktur, die erzielt werden soll, einen Hohlraum aufweist. In diesem Fall wird es außerdem erforderlich sein, den Schritt g) der Entwicklung nach dem Schritt h) der Auslösung der Struktur zu wiederholen.
  • In dem Fall, in dem die am Ende des Schritts g) erhaltene Mikrostruktur als Schablone für die Herstellung einer metallischen Mikroform dienen soll, wird vor dem Schritt h) ein zusätzlicher Schritt ii) ausgeführt, der aus einer primären Metallisierung der gesamten Oberfläche dieser Schablone besteht, worauf ein vollständiges Überdecken der Gesamtheit durch aufeinanderfolgende galvanische Niederschläge erfolgt, so daß ein Block gebildet wird, der später bearbeitet wird, damit er an eine Spritzgußmaschine für geschmolzene Kunststoffmaterialien paßt. Nachdem der Block vom Substrat abgelöst worden ist (Schritt h), ist es in einem zusätzlichen Schritt iii) noch notwendig, die Schablone durch physikalische oder chemische Mittel zu entfernen.
  • Das im ersten Schritt verwendete Trägerplättchen ist beispielsweise aus einem Silicium-, Glas- oder Keramikplättchen gebildet, auf welches durch Aufdampfen eine dünne Aluminium-Opferschicht von ungefähr 100 nm aufgebracht worden ist. In diesem Fall wird zum Auslösen der Struktur im fetzten Schritt ein Ätzen mit Alkalien vorgenommen. In gleicher Weise kann ein Verbund-Kunststoff verwendet werden, der sowohl eine gute Adhäsion zwischen dem Trägerplättchen und den Ablagerungen des Photoresists als auch ein leichtes Auslösen der Mikrostruktur am Ende des Verfahrens sicherstellt.
  • Die Masken, die (in den Schritten d und f) verwendet werden, um auf der Photoresistschicht die Oberfläche abzugrenzen, die die UV-Strahlung erhalten soll, sind mit einer sehr hohen Auflösung mit Verfahren hergestellt, die in der Mikroelektronik Anwendung finden. Die Bereiche, die für UV-Strahlung undurchlässig sein sollen, haben beispielsweise einen Metallüberzug aus Chrom.
  • Der Photoresist, der in dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird, um eine Mehrlagenstrukturierung durchzuführen, ist ein preiswertes Produkt, das vorzugsweise aus einem polyfunktionalen Epoxidharz, das von Shell Chemical unter der Produktnummer SU-8 erhältlich ist, und aus einem Photoinitiator, der unter den Triarylsulfon-Salzen, wie etwa denjenigen, die in dem Patent US 4 058 401 beschrieben sind, ausgewählt ist, hergestellt ist. Als geeignetstes Lösungsmittel hat sich Gammabutyrolacton (GBL) erwiesen.
  • Die vorliegende Erfindung hat außerdem die erhaltenen dreidimensionalen Mikrostrukturen zum Gegenstand, die im Vergleich zu den Strukturen, die bisher mittels UV-Bestrahlung erzielt worden sind, durch ein erheblich größeres Aspektverhältnis gekennzeichnet sind, wobei insbesondere die Dicke dieser Strukturen Berücksichtigung findet. Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, daß dieses Verhältnis für Linienstrukturen in der Größenordnung von 20 und für Grabenstrukturen in der Größenordnung von 15 sein kann.
  • Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser verständlich beim Lesen der ausführlichen Beschreibung, die Ausführungsbeispielen von Mikrostrukturen folgen wird, wobei sie auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt, worin
  • - Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform ist, die durch ein Zahnrad veranschaulicht ist, das von einem Ritzel überragt wird;
  • - die Fig. 2 bis 5 Diametralschnittansichten der verschiedenen Herstellungsschritte der in Fig. 1 gezeigten Mikrostruktur sind;
  • - die Fig. 6 und 7 die zusätzlichen Schritte zeigen, die ermöglichen, ausgehend von der Schablone von Fig. 5 eine metallische Mikroform zu erhalten;
  • - Fig. 8 eine teilweise ausgebrochene perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform ist, die durch einen Wärmeflußsensor veranschaulicht ist; und
  • - die Fig. 9 bis 15 schematische Ansichten im Schnitt entlang der Linie X-X von Fig. 8 verschiedener Herstellungsschritte der in Fig. 8 gezeigten Mikrostruktur sind.
  • Die nachstehend angeführten Beispiele entsprechen drei Mikrostrukturen, die mittels des Verfahrens gemäß der Erfindung erhalten worden sind:
    • Beispiel 1: Herstellung eines Zahnrads 1, das von einem Ritzel überragt wird:
  • Fig. 1 zeigt ein Zahnrad 1, das von einem Ritzel 2 überragt wird, wobei die Gesamtheit von einem Achsloch 3 durchquert wird. Die Höhe des Rads beträgt 0,23 mm und diejenige des Ritzels 0,45 mm, so daß sie eine Gesamthöhe von 0,68 mm mit einer Toleranz von 10 um aufweisen. Die jeweiligen Durchmesser betragen 3,037 mm und 0,85 mm mit Toleranzen von ±1 um. So kann das Getriebemodul bis zu 0,016 mm gehen, d. h. weit unterhalb des Minimums sein, das die Uhrenhersteller gegenwärtig nutzen können, wenn die Teile durch Gießen in mittels der wohlbekannten Technik der Drahterosion in einem metallischen Bereich mikro-gefertigte Formen erhalten werden.
  • In Fig. 2 ist der Zustand des Produkts dargestellt, der nach Abschluß der ersten drei Schritte des Verfahrens erhalten wird. Ein nicht oxidiertes, sorgfältig gereinigtes und dehydratisiertes Trägerplättchen aus Silicium 4 mit einer Dicke von etwa 0,38 mm und einem Durchmesser von 7,5 cm wird zunächst durch Verdampfen von Aluminium mit einer Opferbeschichtung 5 bedeckt. Diese Opferbeschichtung hat typisch eine Dicke in der Größenordnung von 100 nm. Dann wird zum Aufbringen einer dicken Schicht 6 Photoresist übergegangen. Die dynamische Viskosität der gewählten Verbindung liegt in der Größenordnung von 15 Pa·s und ermöglicht ein herkömmliches Aufbringen mit der Schleuder, beispielsweise mit Hilfe eines Gyrset®-Apparats von Karl Süss, bis zur gewünschten Dicke, seien es 230 um. Die abgelagerte Schicht wird anschließend auf 95ºC erwärmt, um das Lösungsmittel abzuziehen, das den Resist auf der gewünschten Viskosität gehalten hat.
  • Fig. 3 entspricht dem Schritt der Belichtung des Photoresists. Dazu wird über der Oberfläche des Photoresists eine Maske 7 angeordnet, die für UV- Strahlen durchlässige Bereiche sowie undurchlässige Bereiche besitzt, die durch Chromablagerungen gebildet worden sind. Diese Chromablagerungen folgen einerseits der äußeren Kontur der Zahnung des Rads 1, andererseits der inneren Kontur 3a des Achslochs 3. Der gleiche Träger, der die Maske bildet, kann eine große Anzahl von Bereichen umfassen, die ebenso vielen Mikrostrukturen entsprechen, die in einem einzigen Los hergestellt werden können, wobei alle Bereiche mittels Photolithographie, einer in der Mikroelektronik wohlbekannten Technik, mit einer sehr hohen Konturauflösung erhalten werden. Anschließend wird die Schicht 6 des Photoresists unter Verwendung einer Maskierungsvorrichtung durch Bestrahlen mit UV-Licht, das seine maximalen Intensitäten bei 365 nm und 410 nm hat, sensibilisiert. Schließlich wird über 25 min eine Wärmebehandlung bei 95ºC ausgeführt, die die Polymerisation des Photoresists in den Bereichen 6b, die die UV-Strahlung erhalten haben, hervorrufen soll. Dieser polymerisierte Teil wird für die Mehrzahl der Lösungsmittel unempfindlich. Hingegen können die nicht belichteten Bereiche 6a später von einem Lösungsmittel aufgelöst werden.
  • In Fig. 4 ist die Strukturierung einer zweiten Photoresistschicht 8 mit einer Dicke von ungefähr 450 um mittels einer zweiten Maske 9 gezeigt, deren metallische Ablagerungen von Chrom 2a, 3a die Kontur der für UV-Strahlen durchlässigen Bereiche, die dem Ritzel 2 und seinem Achsloch 3 entsprechen, begrenzen.
  • Nach der Wärmebehandlung wird diese zweite Photoresistschicht in Bereiche 8a, die in dem Lösungsmittel löslich sind, und in polymerisierte Bereiche 8b, die das Ritzel 2 und sein Achsloch 3 bilden, strukturiert.
  • Schließlich wird zum Entfernen der Abschnitte 6a, 8a des nicht polymerisierten Photoresists übergegangen, um die in Fig. 5 gezeigte Mikrostruktur zu erhalten, die noch immer fest mit dem Trägerplättchen 4 verbunden ist und aus zwei strukturierten Niveaus 6b, 8b gebildet ist. Dazu wird Propylenglycolmethyletheracetat (PGMEA) als Lösungsmittel verwendet.
  • In einem (nicht gezeigten) letzten Schritt wird die Mikrostruktur herausgelöst, indem die Haftschicht aus Aluminium mit KOH (40%) geätzt wird.
    • Beispiel 2: Herstellung einer metallischen Mikroform
  • Ausgehend von der im Beispiel 1 erhaltenen Mikrostruktur, jedoch vor ihrer Auslösung aus dem Trägerplättchen 4, wird, wie in Fig. 6 gezeigt ist, die gesamte äußere Umhüllung mit einem Metallüberzug 10 versehen, der dazu bestimmt ist, den Metallblock 11, der durch aufeinanderfolgende galvanische Abscheidungen gebildet wird, zu befestigen. Zu Beginn erfolgt das Aufbringen des Metallbelags beispielsweise durch Aufdampfen von Nickel, um einen Überzug 10 von 30 bis 100 nm zu erhalten. Die Galvanisierungsschritte werden mit Hilfe eines Bades durchgeführt, das gemäß den in diesem Bereich bekannten Techniken ebenfalls Nickel oder eine Legierung enthält, der Nickel beigemengt ist.
  • Wenn der Block 11 gebildet ist, wird er wie im Beispiel 1 (Fig. 7) angegeben aus dem Substrat herausgelöst, danach wird die positive Struktur entfernt, die in Wirklichkeit der in Fig. 1 gezeigten Mikrostruktur entspricht. Dazu kann der polymerisierte Photoresist mittels N-Metylpyrrolidon (NMP) aufgelöst werden oder durch Plasmaätzen beseitigt werden.
  • Der Block 11 wird schließlich allein oder mit dem Los, das auf dem Trägerplättchen gebildet worden ist, so bearbeitet, daß er an eine Spritzgußmaschine für geschmolzene Kunststoffmaterialien paßt. Gemäß den in diesem Bereich bekannten Techniken werden die Öffnungen 12, die zu Beginn in Richtung des Trägerplättchens orientiert waren, durch einen Einspritzaufsatz verschlossen, der von Kanälen für die Zuführung der Kunststoffmaterialien durchquert wird. Dieser Aufsatz kann außerdem einen zweiten Formhohlraum umfassen, der ebenfalls gemäß dem obenbeschriebenen Verfahren erhalten worden ist.
    • Beispiel 3: Herstellung eines Wärmefluß-Mikrosensors
  • In Fig. 8 ist zu sehen, daß ein Wärmefluß-Mikrosensor aus einer Haube 20 gebildet ist, die auf einer Basis 16 ruht, die mit einer Einströmöffnung 17 und einer Ausströmöffnung 18 sowie mit einem Satz differentieller Widerstände 19a, 19b, 19c versehen ist, die in dem gezeigten Beispiel auf der Basis 16 zwischen den Öffnungen 17 und 18 angeordnet sind und äußere Abschnitte aufweisen, die an eine Meßvorrichtung angeschlossen werden können. Die Gesamtheit wird von der Haube 20 so abgedeckt, daß sich zwischen den Öffnungen 17, 18 ein Kanal ausbildet. Ein derartiger Mikrosensor hat sehr geringe Abmessungen in der Größenordnung von 2 · 1 · 1 mm, und seine übliche Herstellung besteht in der Durchführung einer Mikro-Materialbearbeitung von zwei Siliciumplättchen, die anschließend zusammenzufügen sind. Das derzeitige Verfahren hat folglich den Nachteil, daß es zu einem verhältnismäßig teuren Produkt führt, das aufgrund der zu großen thermischen Leitfähigkeit von Silicium (ungefähr 150 W/(m·K) jedoch nicht alle Eigenschaften aufweist, die für die vorgesehene Anwendung erforderlich sind.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht hingegen, einen preiswerten Wärmefluß-Mikrosensor zu erhalten, der keinen Zusammenbau erfordert und zudem aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit (ungefähr 0,1 W/(m·K)) des als Photoresist verwendeten Polymers geringe Wärmeverluste durch das Substrat hindurch aufweist. Dieser Mikrosensor wird durch Strukturieren von drei Lagen Photoresist hergestellt, die der Basis 16, den vertikalen Wänden 20a bzw. dem Boden des Verschlusses 20b der Haube 20 entsprechen.
  • Die verschiedenen Herstellungsphasen dieses Mikrosensors sind nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 9 bis 15 genauer erläutert.
  • Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist auf ein. Substrat aus Glas 14 mit einer Opferbeschichtung 15 mittels einer Schleuder eine Schicht 21 des gleichen Photoresists, der im Beispiel 1 verwendet worden ist, mit einer Dicke von etwa 150 um aufgebracht worden, während etwa 60 min ist ein Erhitzen auf 95ºC ausgeführt worden, und danach ist oberhalb seiner Oberfläche eine Maske 22 angeordnet worden, deren mit Chrom beschichtete Bereiche 22a, die für die ultraviolette Strahlung ein Hindernis bilden, sich außerhalb der äußeren Begrenzung der Basis 16 und oberhalb der Öffnungen 17, 18 befinden. Nach einer UV Belichtung mit ungefähr 300 mJ/cm² und einer Wärmebehandlung bei etwa 95ºC während ungefähr 15 Minuten wird eine Polymerisation der Bereiche 21b, d. h. der gesamten Basis 16 mit Ausnahme des Photoresists 21, der in den Öffnungen 17, 18 sowie am Umfang der Basis 16 vorliegt und der später entfernt wird, erhalten.
  • In Fig. 10 ist der Schritt der Abscheidung der Widerstände 19a, 19b und 19c gezeigt. Dieses Abscheiden erfolgt mit Hilfe wohlbekannter photolithographischer Techniken und wird deshalb nicht weiter beschrieben. Diese Widerstände sind beispielsweise aus einer Abscheidung von 100 nm Chrom und 50 nm Gold gebildet.
  • Fig. 11 entspricht der Strukturierung der Wände 20a der Haube 20 nach dem gleichen Verfahren wie für Fig. 9 beschrieben. Die abgelagerte Photoresistschicht 23 hat eine Dicke von 300 um, und die Maske 24 weist verchromte Bereiche 24a auf, die die äußere Begrenzung der Wände bilden. Nach der UV- Belichtung und der Wärmebehandlung polymerisieren die Bereiche 23b in Verlängerung der Bereiche 21b, und die Widerstände 19a, 19b, 19c sind in nicht polymerisierten Photoresist 23a eingebettet.
  • In Fig. 12 ist ein Zwischenschritt gezeigt, der darin besteht, den Bereich 23a mit einem metallischen Überzug 25 zu schützen, der alle Öffnungen der Haube 20 überdeckt. Wie für die Widerstände erfolgt diese Abscheidung mit Hilfe wohlbekannter photolithographischer Techniken und wird nicht weiter beschrieben. Er wird beispielsweise durch Abscheiden von 50 nm Chrom und 300 nm Kupfer gebildet.
  • Fig. 13 zeigt die Strukturierung einer dritten Schicht 27 von 150 um Photoresist mittels einer dritten Maske 28, deren chrombeschichtete Bereiche 28a eine rechteckige Kontur begrenzen, die dem Boden 20a der Haube 20 entspricht.
  • Fig. 14 zeigt die erste Entwicklungsphase, die den Mikrosensor, der mit dem Trägerplättchen 14 und der Opferbeschichtung 15 noch fest verbunden ist, und die Teile 21a und 23a des nicht polymerisierten Photoresists umschließt, sichtbar werden läßt.
  • Wie in Fig. 15 gezeigt ist, ermöglicht eine zweite Entwicklungsphase nach dem vollständigen Auslösen der Struktur, die Teile 21a und 23a zu entfernen.
  • Das Entwickeln und Entfernen der Opferbeschichtung erfolgt wie im Beispiel 1 angegeben. Zum Entwickeln wird vorzugsweise ein PGMEA-Bad von 50ºC während 15 bis 30 min verwendet, dem ein Spülen mit Isopropanol folgt.
  • Das soeben beschriebene Verfahren ist nicht auf den Erhalt der beispielhaft gegebenen Mikrostrukturen beschränkt, und der Fachmann ist in der Lage, weitere Ausführungen zu entwickeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen einer dreidimensionalen Mikrostruktur, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte umfaßt, die darin bestehen,
a) auf einem Trägerplättchen (4) eine Opferbeschichtung (5) zu erzeugen;
b) ein einziges Mal eine Schicht (6, 21) eines negativen Photoresists, der gegenüber ultravioletter Strahlung empfindlich ist, mit einer Dicke im Bereich von 150 um bis 700 um aufzutragen, wobei der Photoresist durch einen Lack gebildet ist, der eine polyfunktionale Epoxid-Verbindung sowie einen Photoinitiator, der unter den Triarylsulfon-Salzen ausgewählt ist, enthält;
c) die Schicht (6, 21) während einer von der aufgebrachten Dicke abhängenden Dauer zwischen 90 und 95ºC zu erhitzen;
d) eine UV-Belichtung mit 200 bis 1000 mJ/cm², die bei einer Wellenlänge von 365 nm gemessen wird, je nach Dicke der Schicht durch eine Maske (7, 12) hindurch, die dem gewünschten Abdruck entspricht, aufzubringen;
e) eine Wärmebehandlung der Schicht (6, 21) auszuführen, um die Polymerisation hervorzurufen;
f) wenigstens einmal die Schritte b) bis e) unter Verwendung einer Maske (9, 24, 28), die vom Schritt d) verschieden ist, gegebenenfalls in Abhängigkeit von der gewünschten Kontur für die Strukturierung der neuen Schicht (8, 23, 27) des Photoresists zu wiederholen;
g) ein- oder mehrmals die Entwicklung durch Auflösung des nicht belichteten Photoresists mittels eines Lösungsmittels, das aus GBL (gamma- Butyrolacton) und PGMEA (Propylenglycolmethylethylacetat) gewählt ist, auszuführen, und
h) die im Schritt g) erhaltene Mikrostruktur vom Trägerplättchen (4) durch Auflösung der Opferbeschichtung (5) zu trennen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühen im Schritt e) vorzugsweise zwischen 90ºC und 95ºC während 15 bis 30 min ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerplättchen unter Plättchen aus Silicium, Glas oder Keramik ausgewählt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haft- Opferbeschichtung unter den Metallen wie etwa Aluminium und den Verbund- Kunststoffen ausgewählt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das chemische Agens, das die Ablösung der Mikrostruktur vom Substrat ermöglicht, für eine Opferbeschichtung aus Aluminium 40%ige KOH ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem vor einem der Schritte f) einen zusätzlichen Schritt i) umfaßt, der darin besteht, einen Metallniederschlag (25) auszuführen, der dazu bestimmt ist, eine bestimmte Zone der unteren Schicht des Photoresists vor der UV-Strahlung zu schützen.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem vor der Ablösung der Struktur vom Trägerplättchen einen zusätzlichen Schritt ii) umfaßt, der darin besteht, die am Ende des Schrittes g) erhaltene Mikrostruktur mit einer primären Metallisierung zu bedecken und dann durch aufeinanderfolgende elektrolytische Niederschläge einen Metallblock zu bilden und in einem Schritt iii) nach dem Schritt h) die Mikrostruktur durch physikalische oder chemische Mittel zu entfernen, um eine Mikroform zu bilden.
8. Mikrostruktur, die gemäß Anspruch 1 erhalten wurde, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht des Photoresists in Form eines Zahnrades (1) strukturiert ist und die zweite Schicht des Photoresists in Form eines Ritzels (2) strukturiert ist.
9. Mikrostruktur, die gemäß Anspruch 6 erhalten wurde, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierung der drei Schichten des Photoresists ermöglicht, eine hohle Mikrostruktur zu erhalten, die mit zwei Öffnungen (17, 18) versehen ist, die beiderseits dreier Widerstände (19a, 19b, 19c) angeordnet sind, um einen thermischen Mikrosensor zu bilden.
DE69707634T 1996-12-27 1997-12-17 Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen durch Mehrschicht-Strukturierung eines Photolackes und damit hergestellte Mikrostrukturen Expired - Lifetime DE69707634T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9616130A FR2757961B1 (fr) 1996-12-27 1996-12-27 Procede de fabrication de microstructures par conformation multicouche d'une resine photosensible et microstructures ainsi obtenues

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69707634D1 DE69707634D1 (de) 2001-11-29
DE69707634T2 true DE69707634T2 (de) 2002-08-08

Family

ID=9499232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69707634T Expired - Lifetime DE69707634T2 (de) 1996-12-27 1997-12-17 Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen durch Mehrschicht-Strukturierung eines Photolackes und damit hergestellte Mikrostrukturen

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0851295B1 (de)
DE (1) DE69707634T2 (de)
FR (1) FR2757961B1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010004269A1 (de) * 2010-01-09 2011-07-21 Micromotion GmbH, 55124 Verzahnungspaarung und Getriebe, insbesondere Exzentergetriebe, Umlaufrädergetriebe oder Spannungswellengetriebe
DE102011105679A1 (de) * 2011-06-22 2012-12-27 Nanoscribe Gmbh Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Mikrostrukturen
AT520718B1 (de) * 2018-01-30 2019-07-15 Joanneum Res Forschungsgmbh Verfahren zur herstellung eines formeinsatzes mit (sub-)mikrostrukturen sowie werkstück mit (sub-)mikrostrukturen

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19741492A1 (de) 1997-09-19 1999-03-25 Microparts Gmbh Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturkörpern
EP1123215A1 (de) * 1998-09-08 2001-08-16 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Dreidimensionale mikrostruktur
DE19955975A1 (de) 1999-11-19 2001-05-23 Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh Lithographisches Verfahren zur Herstellung von Mikrobauteilen
US6558868B2 (en) 2001-02-16 2003-05-06 Brookhaven Science Associates, Llc Method of fabricating a high aspect ratio microstructure
GB0213722D0 (en) * 2002-06-14 2002-07-24 Suisse Electronique Microtech Micro electrical mechanical systems
FR2849222B1 (fr) * 2002-12-20 2005-10-21 Commissariat Energie Atomique Microstructure comportant une couche d'adherence et procede de fabrication d'une telle microstructure
JP3990307B2 (ja) * 2003-03-24 2007-10-10 株式会社クラレ 樹脂成形品の製造方法、金属構造体の製造方法、チップ
DE10353767B4 (de) * 2003-11-17 2005-09-29 Infineon Technologies Ag Vorrichtung zur Häusung einer mikromechanischen Struktur und Verfahren zur Herstellung derselben
DE602005020416D1 (de) * 2005-03-22 2010-05-20 Patek Philippe Sa Geneve Zusammenbau eines Teils mit einer Achse
EP1780612A1 (de) 2005-10-25 2007-05-02 ETA SA Manufacture Horlogère Suisse Analogic display device including a planet gear drive
GR1005410B (el) * 2006-01-20 2007-01-31 Εκεφε "Δημοκριτος" Μεθοδος εναποθεσης πλειαδας πολυμερικων υλικων σεχημικα ευαισθητες συστοιχιες
EP1835050A1 (de) 2006-03-15 2007-09-19 Doniar S.A. Verfahren zur Herstellung einer LIGA-UV metallischen Mehrschichtstruktur, deren Schichten nebeneinanderliegend und nicht völlig überlagert sind.
EP1835339B1 (de) 2006-03-15 2012-05-16 Rolex S.A. LIGA Verfahren zur Herstellung einer einzel- oder mehrlagigen metallischen Struktur und damit hergestellte Struktur
EP1932804B1 (de) 2006-12-11 2017-03-22 Mimotec S.A. Silizium-Metall-Mischteile und damit verbundene Herstellungsverfahren
JP2008225417A (ja) * 2007-03-16 2008-09-25 Fujitsu Ltd 構造体の製造方法
EP2157476A1 (de) 2008-08-20 2010-02-24 Nivarox-FAR S.A. Herstellungsverfahren von mehrstufigen Metallteilen durch UV-LIGA-Technik
EP2405300A1 (de) 2010-07-09 2012-01-11 Mimotec S.A. Herstellungsverfahren von mehrschichtigen Metallteilen mit Hilfe eines Verfahrens vom Typ LIGA, und mit dieser Methode hergestellte Teile
EP2672319A1 (de) 2012-06-06 2013-12-11 Mimotec S.A. Herstellungsverfahren von dreidimensionalen Metallmikroteilen durch Wachstum in einem gemischten Hohlraum, und durch dieses Verfahren erhaltene Mikroteile
EP2913710A1 (de) 2014-02-28 2015-09-02 Mimotec S.A. Herstellungsmethode durch Fotolithographie, und Galvanoformung von Metallteilen, die Einsätze enthalten
EP3035125B1 (de) 2014-12-19 2018-01-10 Rolex Sa Herstellungsverfahren einer mehrstufigen Uhrenkomponente
EP3034461B1 (de) 2014-12-19 2020-07-01 Rolex Sa Herstellung einer mehrstufigen Uhrenkomponente
EP3602197B1 (de) 2017-03-24 2022-11-09 Richemont International SA Verfahren zur herstellung einer metall-keramik-uhrkomponente
WO2018172894A1 (fr) 2017-03-24 2018-09-27 Montblanc Montre Sa Procédé de fabrication d'un composant horloger et composant obtenu par le procédé
EP3508916B1 (de) 2018-01-05 2022-03-02 Mimotec S.A. Herstellungsmethode einer mehrstufigen mikroform für die galvanoformung
EP3547028A1 (de) 2018-03-28 2019-10-02 Mimotec S.A. Herstellungsmethode eines trockenen fotosensiblen harzes, und mit dieser methode erhaltenes fotosensibles harz
EP3547027B1 (de) * 2018-03-29 2022-01-05 Mimotec S.A. Herstellungsmethode einer mehrstufigen mikroform für die galvanoformung von mikromechanischen komponenten
EP3670440A1 (de) 2018-12-21 2020-06-24 Rolex Sa Verfahren zur herstellung einer uhrenkomponente
EP3670441A1 (de) 2018-12-21 2020-06-24 Rolex Sa Verfahren zur herstellung einer uhrenkomponente

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4058401A (en) * 1974-05-02 1977-11-15 General Electric Company Photocurable compositions containing group via aromatic onium salts
US5198402A (en) * 1991-10-18 1993-03-30 Hitachi Chemical Company Ltd. Aryl triflate compound, radiologically acid producing agent, radiologically acid producing agent system, and radiosensitive composition

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010004269A1 (de) * 2010-01-09 2011-07-21 Micromotion GmbH, 55124 Verzahnungspaarung und Getriebe, insbesondere Exzentergetriebe, Umlaufrädergetriebe oder Spannungswellengetriebe
DE102010004269B4 (de) 2010-01-09 2018-06-28 Micromotion Gmbh Verzahnungspaarung und Getriebe, insbesondere Exzentergetriebe, Umlaufrädergetriebe oder Spannungswellengetriebe
DE102011105679A1 (de) * 2011-06-22 2012-12-27 Nanoscribe Gmbh Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Mikrostrukturen
US8986563B2 (en) 2011-06-22 2015-03-24 Nanoscribe Gmbh Method for the production of three-dimensional microstructures
DE102011105679B4 (de) 2011-06-22 2019-03-28 Nanoscribe Gmbh Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Mikrostrukturen
AT520718B1 (de) * 2018-01-30 2019-07-15 Joanneum Res Forschungsgmbh Verfahren zur herstellung eines formeinsatzes mit (sub-)mikrostrukturen sowie werkstück mit (sub-)mikrostrukturen
AT520718A4 (de) * 2018-01-30 2019-07-15 Joanneum Res Forschungsgmbh Verfahren zur herstellung eines formeinsatzes mit (sub-)mikrostrukturen sowie werkstück mit (sub-)mikrostrukturen

Also Published As

Publication number Publication date
FR2757961B1 (fr) 1999-02-26
EP0851295B1 (de) 2001-10-24
FR2757961A1 (fr) 1998-07-03
EP0851295A1 (de) 1998-07-01
DE69707634D1 (de) 2001-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69707634T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen durch Mehrschicht-Strukturierung eines Photolackes und damit hergestellte Mikrostrukturen
DE69321932T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen unter Verwendung einer vorgefertigten Photolack-Schicht
DE2424338C2 (de) Verfahren zum Aufbringen von Mustern dünner Filme auf einem Substrat
EP1238312B1 (de) Verwendung von polyimid für haftschichten, lithographisches verfahren zur herstellung von mikrobauteilen sowie verfahren zur herstellung von verbundmaterial
DE69432824T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters und eines Flüssigkristall-Schirms
DE3222680C2 (de) Tintenstrahlkopf und Verfahren zu seiner Herstellung
DE4024275C2 (de)
EP0001429B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Dünnfilmmustern unter Anwendung der Abhebetechnologie
DE2460988C2 (de) Verfahren zum Niederschlagen eines Musters aus einem dünnen Film auf einem anorganischen Substrat
EP0903638B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturkörpern
DE2655455C2 (de) Verfahren zum Herstellen einer Maske und Lackstruktur zur Verwendung bei dem Verfahren
DE2624832A1 (de) Verfahren zum herstellen von lackmustern
DE3704546A1 (de) Verfahren zur herstellung eines filters und danach hergestelltes filter
EP0051166A1 (de) Verfahren für die spannungsfreie Entwicklung von bestrahlten Polymethylmethacrylatschichten
DE3541451A1 (de) Verfahren zum herstellen eines negativbildes
DE3541427C2 (de)
DE10219122B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Hartmasken
DE4234423C2 (de) Mit einem Resist beschichtete Metall- oder Halbleitersubstrate und Verfahren zur Erzielung einer stabilen Resist-Substrat-Haftung
DE102006050363B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Fotomaske, Verfahren zur Strukturierung einer Schicht oder eines Schichtstapels und Resiststapel auf einem Maskensubstrat
DE3236602A1 (de) Lichtempfindliches maskiermaterial zur herstellung einer platte
EP0253066A2 (de) Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen unterschiedlicher Strukturhöhe mittels Röntgentiefenlithographie
DE102020111895A1 (de) Herstellung von dreidimensionalen Strukturen mittels Photoresisten
DE2322012A1 (de) Verfahren zur herstellung dielektrischer wellenleitervorrichtungen
DE2626851C3 (de) Verfahren zur Herstellung von Masken für die Röntgenlithographie
DE3508764A1 (de) Tintenstrahl-aufzeichnungskopf und verfahren zu dessen herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition