JP2007276046A - 構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工に要する時間を短縮することが可能な構造体の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の構造体の製造方法は、基板(10)上にレジスト膜を形成する第１工程と、上記レジスト膜を露光及び現像することにより、上記基板を部分的に露出させる第１のマスクを形成する第２工程と、上記第１のマスクを介して上記基板をエッチングすることにより、第１の凹凸構造(22)を形成する第３工程と、上記第１のマスクを除去する第４工程と、上記第１の凹凸構造の表面に沿って密着する電着レジスト膜(24)を形成する第５工程と、上記電着レジスト膜を露光及び現像することにより、上記第１の凹凸構造を部分的に露出させる第２のマスク(26)を形成する第６工程と、上記第２のマスクを介してエッチングを行うことにより、第２の凹凸構造(34)を形成する第７工程と、を含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シリコン基板等の各種基板を加工することによって構造体を製造する技術に関する。

他の技術分野と同様に、マイクロマシン技術の分野においても微細化加工技術が進展しており、ドライエッチング技術を使用してシリコン基板等の基板を加工する機会が増加している（例えば、特許文献１参照）。このような加工の際には、基板上にエッチングマスクを設け、このエッチングマスクを介してエッチングを行う、という工程を複数回繰り返す必要が生じる。このとき、２回目又はそれ以降の形状加工の際には、１回目の加工により形成される溝や孔などの凹部にもエッチングマスクの一部が充填される。このため、エッチングが完了した後にエッチングマスクを除去する際には、当該エッチングマスクの凹部に深く埋めこまれた部分が除去されるまでに長い時間を要してしまうという不都合が生じる。この不都合は、加工の回数が多くなるほど顕著となる。

特開２００２−９３７７６号公報

そこで本発明は、加工に要する時間を短縮することが可能な構造体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる第１の態様の構造体の製造方法は、基板上にレジスト膜を形成する第１工程と、上記レジスト膜を露光及び現像することにより、上記基板を部分的に露出させる第１のマスクを形成する第２工程と、上記第１のマスクを介して上記基板をエッチングすることにより、第１の凹凸構造を形成する第３工程と、上記第１のマスクを除去する第４工程と、上記第１の凹凸構造の表面に沿って密着する電着レジスト膜を形成する第５工程と、上記電着レジスト膜を露光及び現像することにより、上記第１の凹凸構造を部分的に露出させる第２のマスクを形成する第６工程と、上記第２のマスクを介してエッチングを行うことにより、第２の凹凸構造を形成する第７工程と、を含む。

上記製造方法によれば、第１の凹凸構造の形成後、更に加工を続ける際に、第１の凹凸構造（段差）に沿って均一に形成されたエッチングマスク（第２のマスク）が得られる。この第２のマスクは、膜厚を必要最小限に抑えることが可能となる。これにより、第２のマスクを使用したエッチングが終了した後に、この第２のマスクを除去するために要する時間を大幅に短縮することが可能となる。したがって、構造体を得るための加工に要する時間を短縮することができる。

上述した基板は、導電性基板であることが好ましい。導電性基板とは、例えば、金属基板や半導体基板などの導電性を有する基板をいう。

これにより、電着レジスト膜の形成が容易になる。

また、上記基板は、絶縁性基板であってもよい。その場合には、上記第５工程に先立って、上記第１の凹凸構造の表面に沿って密着する導電膜を形成する第８工程、を更に追加するとよい。

これにより、導電性を有しない基板であっても加工対象とすることができる。

本発明にかかる第２の態様の構造体の製造方法は、基板上にレジスト膜を形成する第１工程と、上記レジスト膜を露光及び現像することにより、上記基板を部分的に露出させる第１のマスクを形成する第２工程と、上記第１のマスクを介して上記基板をエッチングすることにより、第１の凹凸構造を形成する第３工程と、上記第１のマスクを除去する第４工程と、上記第１の凹凸構造の上側を覆う感光性フィルムを形成する第５工程と、上記感光性フィルムを露光及び現像することにより、上記第１の凹凸構造を部分的に露出させる第２のマスクを形成する第６工程と、上記第２のマスクを介してエッチングを行うことにより、第２の凹凸構造を形成する第７工程と、を含む。より詳細には、上記感光性フィルムは、上記第１の凹凸構造の凸部と接し、凹部を塞ぐように形成される。

上記製造方法によれば、第１の凹凸構造の形成後、更に加工を続ける際に、第１の凹凸構造（段差）を覆う感光性フィルムを用いてエッチングマスク（第２のマスク）を形成している。この第２のマスクは、フィルムを利用しているので、先に形成された段差内にエッチングマスクが埋め込まれることがない。これにより、第２のマスクを使用したエッチングが終了した後に、この第２のマスクを除去するために要する時間を大幅に短縮することが可能となる。したがって、構造体を得るための加工に要する時間を短縮することができる。

好ましくは、上記第３工程は、反応性ガスを用いたドライエッチングと、材料ガスを用いた成膜と、を少なくとも１回以上行う。

これにより、第１の凹凸構造の壁面に保護膜が得られるので、その後のエッチングにおいてサイドエッチを防ぐことが可能となる。

好ましくは、上記第５工程は、減圧雰囲気中において行われる。

感光性フィルムによって覆われることにより、第１の凹凸構造の凹部が感光性フィルムに覆われ、その内側が中空になってしまうので、以後の工程において、基板を真空チャンバ内に置いた場合に、感光性フィルムが膨らみ、基板から剥離する可能性がある。しかし、本工程を減圧下で行うことにより、このような不都合をより確実に回避することができる。

以下、本発明にかかる構造体の製造方法についての実施形態を説明する。ここで、構造体（微細構造体）とは、凹凸構造を有する物体一般をいい、その用途に限定はない。

図１及び図２は、第１の実施形態にかかる構造体の製造方法を説明する工程断面図である。

まず、基板１０を用意し、この基板１０上（基板１０の一方面上）にレジスト膜１２を形成する（図１（Ａ））。ここで、基板１０とは、半導体基板や金属基板などの導電性を有する基板（導電性基板）である。本例では、基板１０としてシリコン基板を考える。

次に、レジスト膜１２を露光及び現像することにより、基板１０を部分的に露出させるエッチングマスク（第１のマスク）１４を形成する（図１（Ｂ））。図示の例のエッチングマスク１４は３つの開口１６を有する。これらの開口１６により、基板１０の一方面が部分的に露出する。

次に、エッチングマスク１４を介して基板１０がエッチングされる。エッチングは公知の種々の方法を利用して行うことができる。例えば、高速エッチング法（例えば、特開２００２−９３７７６号公報参照）や、いわゆるボッシュプロセス法（例えば、米国特許５５０１８９３号参照）を利用することは好ましいが、これらに限定されることなく、一般的なウェットエッチング、ドライエッチングを利用できる。これにより、エッチングマスク１４の各開口１６を介して基板１０が削られ、図示のように、基板１０に凹部１８が形成される（図１（Ｃ））。これにより、各凹部１８と、これらに挟まれた凸部２０と、を含む凹凸構造（第１の凹凸構造）２２が形成される。

次に、エッチングマスク１４が除去される（図１（Ｄ））。エッチングマスク１４の除去は、例えば、有機溶剤などの溶解液を用いて行われる。

次に、凹凸構造２２の表面に沿って密着する電着レジスト膜２４を形成する（図２（Ａ））。これにより、図示のように、凹凸構造２２の有する段差に沿って均一に成膜された電着レジスト膜２４が得られる。ここで、電着レジスト膜２４は、例えば、イオン形成基を有するアクリル樹脂などの基体樹脂にヒドロキシルアミンとキノンジアジドスルホン酸とをウレタン結合及びスルホンアミド結合を介して結合させた樹脂を主成分とする組成物、カルボキシル基を有する樹脂組成物分子量６０００までの感光性樹脂と塩形成基を有する水溶解性または水分散性樹脂組成物、アルキレン基である光感光基の濃度が樹脂１Ｋｇ当たり０．１〜１．０ｍｏｌを有する数平均分子量６０００〜１０００００の感光性アクリル樹脂及び塩形成基を有する水溶性または水分散性アクリル樹脂組成物を含有するポジ型感光性樹脂組成物、などを用いて形成できる。なお、電着レジストの詳細は、例えば特開２００４−１５５０８３号公報、特開２００３−１３３６９５号公報などの公知文献に開示がある。

次に、電着レジスト膜２４を露光及び現像することにより、凹凸構造２２を部分的に露出させるエッチングマスク（第２のマスク）２６を形成する（図２（Ｂ））。図示の例のエッチングマスク２６は１つの開口２８を有する。この開口２８により、凹凸構造２２の一部（換言すれば基板１０の一部）が部分的に露出する。

次に、エッチングマスク２６を介して基板１０をエッチングする。エッチングに利用できる方法は上述したものと同様である。これにより、エッチングマスク２６の開口２８を介して基板１０が削られ、図示のように、凹凸構造２２の一部に、更に凹部３０が形成される（図２（Ｃ））。これにより、各凹部３０と、その周辺の凸部３２と、を含む凹凸構造（第２の凹凸構造）３４が形成される。

その後、エッチングマスク２６が除去される（図２（Ｄ））。エッチングマスク２６の除去は、例えば、有機溶剤などの溶解液を用いて行われる。

ところで、上述の説明では、基板１０が導電性基板である場合を考えていたが、導電性を有しない基板（絶縁性基板）を用いることも可能である。以下、その場合の実施態様について図３を参照しながら説明する。

まず、上記と同様にして絶縁性の基板１０ａに凹凸構造２２を形成する（図１参照）。次に、この基板１０ａの凹凸構造２２の表面に沿って密着する導電膜２３を形成する（図３（Ａ））。導電膜２３としては、例えばアルミニウム、金、銀、などの金属膜が挙げられる。この導電膜２３は、例えばスパッタリング法や蒸着法などの物理気相堆積法、あるいは化学気相堆積法（ＣＶＤ法）を用いて形成される。導電膜２３の厚さは、例えば５００Å〜２０００Å程度でよい。

次に、この導電膜２３上に、凹凸構造２２の表面に沿って密着する電着レジスト膜２４ａを形成する（図３（Ｂ））。これにより、図示のように、凹凸構造２２の有する段差に沿って均一に成膜された電着レジスト膜２４ａが得られる。

次に、電着レジスト膜２４ａを露光及び現像することにより、凹凸構造２２を部分的に露出させるエッチングマスク（第２のマスク）２６ａを形成する（図３（Ｃ））。そして、このエッチングマスク２６ａを介して基板１０をエッチングする。これにより、各凹部３０と、その周辺の凸部３２と、を含む凹凸構造（第２の凹凸構造）３４が形成される。その後、エッチングマスク２６ａ及び導電膜２３がそれぞれ除去される（図３（Ｄ））。

以上のように、第１の実施形態によれば、第１の凹凸構造の形成後、更に加工を続ける際に、第１の凹凸構造（段差）に沿って均一に形成されたエッチングマスクが得られる。このエッチングマスクは、膜厚を必要最小限に抑えることが可能となる。これにより、エッチングマスクを使用したエッチングが終了した後に、このエッチングマスクを除去するために要する時間を大幅に短縮することが可能となる。したがって、構造体を得るための加工に要する時間を短縮することができる。

次に、第２の実施形態について説明する。

図４及び図５は、第２の実施形態にかかる構造体の製造方法を説明する工程断面図である。

まず、基板１０を用意し、この基板１０上（基板１０の一方面上）にレジスト膜１２を形成する（図４（Ａ））。次に、レジスト膜１２を露光及び現像することにより、基板１０を部分的に露出させるエッチングマスク（第１のマスク）１４を形成する（図４（Ｂ））。図示の例のエッチングマスク１４は３つの開口１６を有する。これらの工程の詳細については第１の実施形態と同様である。

次に、エッチングマスク１４を介して基板１０がエッチングされる。エッチングは公知の種々の方法を利用して行うことができる。例えば、高速エッチング法（例えば、特開２００２−９３７７６号公報参照）や、いわゆるボッシュプロセス法（例えば、米国特許５５０１８９３号参照）を利用することは好ましいが、これらに限定されることなく、一般的なウェットエッチング、ドライエッチングを利用できる。これにより、エッチングマスク１４の各開口１６を介して基板１０が削られ、図示のように、基板１０に凹部１８が形成される（図４（Ｃ））。これにより、各凹部１８と、これらに挟まれた凸部２０と、を含む凹凸構造（第１の凹凸構造）２２が形成される。本工程では上記のボッシュプロセス法が用いられることが特に好ましい。ボッシュプロセス法とは、反応性ガスを用いたドライエッチングと、材料ガスを用いた成膜と、を短い周期で繰り返す（少なくとも１回以上行う）エッチング手法である。これにより、各凹部１８の内壁には保護膜２１が形成される。

次に、エッチングマスク１４が除去される（図４（Ｄ））。ここでは、先の工程において凹部１８に形成された保護膜２１は除去されずに残存し、基板１０表面のエッチングマスク１４だけが除去されることが望ましい。このため、エッチングマスク１４の除去は、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの異方性エッチングを利用して行われる。

次に、凹凸構造２２の上側を覆う感光性フィルム２５を形成する（図５（Ａ））。図示のように、この感光性フィルム２５は、凹凸構造２２の凸部２０と接し、凹部１８を塞ぐようにして、基板１０の一方面側に貼り付けられる。本工程は、減圧雰囲気中において行われることが望ましい。その理由は以下の通りである。感光性フィルム２５によって覆われることにより、各凹部１８の内側が中空になってしまうので、以後の工程において、基板１０を真空チャンバ内に置いた場合に、感光性フィルム２５が膨らみ、基板１０から剥離する可能性がある。しかし、本工程を減圧下で行うことにより、このような不都合を回避することができる。ここで、感光性フィルム２５は、例えば、少なくとも２個以上の（メタ）アクリロイル基を有し、酸価が２０〜７０ｍｇ／ＫＯＨ、硬化後のガラス転移点が５℃以上９５℃以下であるカルボキシル変性ウレタン（メタ）アクリレート化合物と、酸価が５０〜２５０ｍｇ／ＫＯＨであるアルカリ可溶高分子化合物と、光重合開始剤と、を含有する感光性樹脂組成物を、可撓性フィルムと離型フィルムとの間に挟んで構成されたものを用いることができる。なお、感光性フィルムの詳細は、例えば特開平８−５４７３４号公報、特開平７−１９９４５７号公報、などの公知文献に開示がある。

次に、感光性フィルム２５を露光及び現像することにより、凹凸構造２２を部分的に露出させるエッチングマスク（第２のマスク）２７を形成する（図５（Ｂ））。図示の例のエッチングマスク２７は１つの開口２９を有する。この開口２９により、凹凸構造２２の一部（換言すれば基板１０の一部）が部分的に露出する。

次に、エッチングマスク２７を介して基板１０をエッチングする。エッチングに利用できる方法は上述したものと同様である。これにより、エッチングマスク２７の開口２９を介して基板１０が削られ、図示のように、凹凸構造２２の一部に、更に凹部３１が形成される（図５（Ｃ））。これにより、各凹部３１と、その周辺の凸部３３と、を含む凹凸構造（第２の凹凸構造）３５が形成される。ここで、凹部１８の内壁に保護膜２１が存在することにより、凹部１８の内壁（側壁、底壁）はエッチングが進行することがない。

その後、エッチングマスク２７が除去される（図５（Ｄ））。エッチングマスク２７の除去は、例えば、酸素プラズマを用いたアッシング処理（Ｏ₂クリーニング）を利用して行われる。これにより、エッチング残渣、フィルム残渣が取り除かれる。

以上のように、第２の実施形態によれば、第１の凹凸構造の形成後、更に加工を続ける際に、第１の凹凸構造（段差）を覆う感光性フィルムを用いてエッチングマスクを形成している。このエッチングマスクは、フィルムを利用しているので、先に形成された段差内にエッチングマスクが埋め込まれることがない。これにより、エッチングマスクを使用したエッチングが終了した後に、この第２のマスクを除去するために要する時間を大幅に短縮することが可能となる。したがって、構造体を得るための加工に要する時間を短縮することができる。

なお、本発明は上述した各実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施することができる。例えば、上述した第１の実施形態において、第２の凹凸構造を得るための一連のプロセス（電着レジストを用いたプロセス）を更に複数回繰り返しても良い。同様に、上述した第２の実施形態において、第２の凹凸構造を得るための一連のプロセス（感光性フィルムを用いたプロセス）を更に複数回繰り返しても良い。それらによれば、より多段階の複雑な形状を有する構造体を形成する場合における加工時間を大幅に短縮することができる。

第１の実施形態にかかる構造体の製造方法を説明する工程断面図である。 第１の実施形態にかかる構造体の製造方法を説明する工程断面図である。 第１の実施形態の変形実施例を説明する工程断面図である。 第２の実施形態にかかる構造体の製造方法を説明する工程断面図である。 第２の実施形態にかかる構造体の製造方法を説明する工程断面図である。

符号の説明

１０…基板、１２…レジスト膜、１４…エッチングマスク、１６…開口、１８…凹部、２０…凸部、２２…凹凸構造、２４…電着レジスト膜、２６…エッチングマスク、２８…開口、３０…凹部、３２…凸部

Claims (7)

1. 基板上にレジスト膜を形成する第１工程と、
   前記レジスト膜を露光及び現像することにより、前記基板を部分的に露出させる第１のマスクを形成する第２工程と、
   前記第１のマスクを介して前記基板をエッチングすることにより、第１の凹凸構造を形成する第３工程と、
   前記第１のマスクを除去する第４工程と、
   前記第１の凹凸構造の表面に沿って密着する電着レジスト膜を形成する第５工程と、
   前記電着レジスト膜を露光及び現像することにより、前記第１の凹凸構造を部分的に露出させる第２のマスクを形成する第６工程と、
   前記第２のマスクを介してエッチングを行うことにより、第２の凹凸構造を形成する第７工程と、
   を含む、構造体の製造方法。
2. 前記基板は、導電性基板である、請求項１に記載の構造体の製造方法。
3. 前記基板は、絶縁性基板であり、
   前記第５工程に先立って、前記第１の凹凸構造の表面に沿って密着する導電膜を形成する第８工程、を更に含む、請求項１に記載の構造体の製造方法。
4. 基板上にレジスト膜を形成する第１工程と、
   前記レジスト膜を露光及び現像することにより、前記基板を部分的に露出させる第１のマスクを形成する第２工程と、
   前記第１のマスクを介して前記基板をエッチングすることにより、第１の凹凸構造を形成する第３工程と、
   前記第１のマスクを除去する第４工程と、
   前記第１の凹凸構造の上側を覆う感光性フィルムを形成する第５工程と、
   前記感光性フィルムを露光及び現像することにより、前記第１の凹凸構造を部分的に露出させる第２のマスクを形成する第６工程と、
   前記第２のマスクを介してエッチングを行うことにより、第２の凹凸構造を形成する第７工程と、
   を含む、構造体の製造方法。
5. 前記感光性フィルムは、前記第１の凹凸構造の凸部と接し、凹部を塞ぐ、請求項４に記載の構造体の製造方法。
6. 前記第３工程は、反応性ガスを用いたドライエッチングと、材料ガスを用いた成膜と、を少なくとも１回以上行う、請求項４に記載の構造体の製造方法。
7. 前記第５工程は、減圧雰囲気中において行われる、請求項４に記載の構造体の製造方法。

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