JP5426333B2 - 中空の構造体製造方法 - Google Patents
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Description
一般に埋め込み剤は、基材上の凹凸を埋め込む為の材料であり、中空の構造を製造するためには、その表面を基材上の構造体の最表面が出るまで削る必要があるが、その機能を含む場合には、しばしば犠牲材料と呼称される。
特に、犠牲層は、その埋め込み工程において、埋め込み部分以外を除去し、構造材表面を露出する必要がある。このため、レジストモールディング法にある、レジスト材料によって先に埋め込み部分をパターンニング、レジスト材料が犠牲層となる方法はより簡便であるが、最終的に犠牲層となっているレジスト材料の除去のための、構造材開口部の形成方法には、解決手段にはなっていない。
(a)基板上に構造材料層を形成する工程と、
(b)前記構造材料層にパターンを形成する工程と、
(c)前記パターンの間を埋め込む犠牲材料として水溶性又はアルカリ可溶性のポリマーを用いて、前記パターンの間を埋め込み犠牲材料層を形成する工程と、
(d)更に構造材料層を積層してパターンを形成する工程と、
(e)積層を全て終えた後に前記犠牲材料を最終的に除去する工程、
を含むことを特徴とする中空の構造体製造方法を提供する。
このように、(c)工程及び(d)工程を繰り返し行うことで、目的の埋め込み深さを有する中空の構造体を容易に得ることができる。
このように、犠牲材料層を形成する前に、水又は犠牲材料に含まれる溶剤によるプリウエット処理を行えば、犠牲材料と基板表面との親和性を持たせることができ、犠牲材料の塗布性を向上させることができる。
このように、ポリビニルアルコールを犠牲材料として用いれば、結晶化が容易なため犠牲材料が他の工程の影響を受けにくく、最後に一括して犠牲材料を取り除くことがより容易に行えるので、中空構造が多層にわたる構造物を製造できる。
このように、85℃以上の熱水を用いることにより、容易に犠牲材料層を除去できる。
このように、最終的にフォトレジストからなる犠牲材料層を除去する際に露光、加熱及び現像を行えば、ポジ型のフォトレジストからなる犠牲材料を容易に除去することができる。
上述したように、中空の構造体を製造する際の最終的な犠牲層の除去方法は、製造プロセスの中でも複雑であり、また、2層目以降の構造を作製するに当っては、中空の構造がそのプロセス中にそのまま残ってしまうことによる構造の耐性劣化が多層になるにつれ問題となっていた。
(a)基板上に構造材料層を形成する工程と、
(b)前記構造材料層にパターンを形成する工程と、
(c)前記パターンの間を埋め込む犠牲材料として水溶性又はアルカリ可溶性のポリマーを用いて、前記パターンの間を埋め込み犠牲材料層を形成する工程と、
(d)更に構造材料層を積層してパターンを形成する工程と、
(e)積層を全て終えた後に前記犠牲材料を最終的に除去する工程、
を含むことを特徴とするものである。
図1は、本発明に係る中空の構造体製造方法の一例を示す説明図である。
例えば本発明では、基板1上に構造材料を塗布して、構造材料層21を形成し(図1(1))、構造材料層21にパターン21’を形成する(図1(2))。次いで、パターン21’の間に犠牲材料を埋め込み、犠牲材料層3を形成する(図1(3))。そして、犠牲材料層3を構造材料層21と同じ高さまで減らした後(図1(4))、さらに構造材料を塗布して構造材料層22を積層してパターン22’を形成し(図1(5)、(6))、最終的に犠牲材料層を除去することにより、中空の構造体4を製造する(図1(7))。
最も特徴的なのが、構造材料にネガレジストを用いてパターンニングを行った場合、プロセスで用いる材料が全て液状のものであり、既存の半導体プロセスのうちでもリソグラフィーに用いる装置、露光機およびコーターデベロッパーと呼ばれる装置によってのみでも可能となる点がある。
基板の材料は、紙や布、プラスチックなど、印刷が可能な材料から、シリコンウエーハおよびその表面を各種の膜で被覆した材料、石英などあるが、制限はない。
構造材料は、例えば、ネガレジスト、熱硬化性樹脂、石英を含むシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、SiC、GaAs、InPなどのCVD積層膜、これら半導体、LED、液晶と言った分野で使用されるものなどあるが、現像やエッチングなどの工程によってパターン形成が可能な材料であればより望ましい。
水溶性ポリマー材料は、セルロース、プルラン、ポリビニルピロリドンのホモポリマーおよび共重合体、ポリビニルアルコール(ポバール)と言った材料であって、部分置換してあっても良い。
例えば、セルロースを部分置換したものとしては、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート、ヒドロキシプロピルメチルセルロースアセテートサクシネート、セルロースアセテートヘキサヒドロフタレート、ヒドロキシプロピルメチルセルロースアセテートフタレート、ヒドロキシプロピルメチルセルロースヘキサヒドロフタレートが挙げられる。
また、ポリイミドを部分置換したもの等、ポジ型のフォトレジストを用いることも可能であり、具体的には、半導体製造工程で用いられる「Developable BARC」が挙げられる。
さらに、犠牲材料の塗布性向上のために、界面活性剤を犠牲材料の添加剤としても良い。
このようなプリウエット処理の方法としては、例えば、犠牲材料として水溶性のポリマーを用いる場合は、犠牲材料の塗布前に水リンスを行っても良いし、ただ単に水を盛り付けてスピンオフするだけでも良い。また、犠牲材料に含まれる溶剤により処理しても良い。
特に犠牲材料がポリビニルアルコールであれば、85℃以上の熱水を用いることにより、犠牲材料であるポリビニルアルコールを除去することができるし、また、ポジ型のフォトレジストであれば、前述の露光及び現像による高さの調節の後の再露光、加熱及び現像により、犠牲材料であるポジ型のフォトレジストを除去することが可能である。
(製造例1)ネガレジスト(構造材料用)の製造
ポリマー成分として、p−ヒドロキシスチレンとスチレンの共重合体(共重合比、スチレン15%、平均分子量10,000、分散度1.10)を100重量部、光酸発生剤としてp−トルエンスルホン酸トリフェニルスルホニウムを5重量部、架橋剤として1,3,4,6−テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリルを10重量部、塩基として、トリス(2−メトキシメトキシエチル)アミンを0.5重量部、界面活性剤を、乳酸エチル670重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)270重量部を混合した溶剤に溶解させ、0.1ミクロンメートルのテフロン(登録商標)フィルターでろ過を行い、ネガレジスト溶液を得た。
中間ケン化度(ケン化度95−97%)のポリビニルアルコール(日本酢ビポバール社製VM−17)を水に入れ、攪拌しながら95℃の水浴中で溶解し、6重量%水溶液を得た。
エタノールと水を体積比2:1で混合し、エタノール水溶液を得た。
(犠牲層の溶解速度操作例1)
製造例2で得たポリビニルアルコール水溶液を、ウエーハ上にスピンコートすることにより膜厚500nmのポリビニルアルコール層を得て、続けて各温度で60秒間加熱、5秒間100回転/秒で水によるリンスを行った際の、膜厚変化を測定したところ、次の通り、溶解速度を操作することが可能であった。
製造例2で得たポリビニルアルコール水溶液を、ウエーハ上にスピンコートすることにより膜厚500nmのポリビニルアルコール層を得て、続けて各温度で60秒間加熱、2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて60秒間パドルを行った際の、膜厚変化を測定したところ、次の通り、溶解速度を操作することが可能であった。
部分ケン化度(ケン化度86−90%)のポリビニルアルコール(日本酢ビポバール社製VP−18)を水に入れ、攪拌しながら95℃の水浴中で溶解し、6重量%水溶液を得た。
(犠牲層の溶解速度操作例3)
製造例4で得たポリビニルアルコール水溶液をウエーハ上にスピンコートすることにより膜厚560nmのポリビニルアルコール層を得た。その後、製造例3で挙げたエタノール水溶液の水とエタノールの混合比を変えた溶液を用いて、10秒間パドルを行った際の、膜厚変化を測定したところ、次の通り、溶解速度を操作することが可能であった。
製造例1で得たネガレジスト溶液を、HMDS処理したシリコンウエーハ上にスピンコートし、100℃のホットプレート上で90秒加熱し、膜厚430nmのレジスト膜付きウエーハを得た。これをエキシマレーザースキャナー(ニコン社、NSR−S203B、NA0.68、σ0.75、2/3輪帯照明、クロムマスク)を用いて露光量及びフォーカス深度を調節し、露光を行った。続けて120℃のホットプレート上で90秒加熱した後、2.38重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒、現像を行った。これにより、0.25マイクロメートルのラインアンドスペースパターンを基板上に作製した。場合により、レジストパターン内の架橋反応を進める為に、さらにKrF光にて全体を露光、120℃で加熱しても良い。
そしてその後、90℃の熱水に浸漬して、ポリビニルアルコールからなる犠牲材料層の最終的な除去を行った。
90℃の熱水に浸漬したあと、乾燥させたときに得られる中空構造を図2に示す。
3…犠牲材料層、 4…中空の構造体。
Claims (8)
- 基板上に中空の構造体を作製するための方法のうち、構造材料を積み重ねて作製する方法であって、少なくとも、
(a)基板上に構造材料層を形成する工程と、
(b)前記構造材料層にパターンを形成する工程と、
(c)前記パターンの間を埋め込む犠牲材料として水溶性のポリマーを用いて、前記パターンの間を埋め込み犠牲材料層を形成する工程と、
(d)更に構造材料層を積層してパターンを形成する工程と、
(e)積層を全て終えた後に前記犠牲材料を最終的に除去する工程、
を含み、
前記(c)の工程と(d)の工程の間に、前記水溶性のポリマーを用いて形成した犠牲材料層を、水、又は水と犠牲材料を溶解しない溶剤との混合溶液を用いて前記構造材料のパターンと同じ高さまで減らし、更に、前記犠牲材料層を前記構造材料のパターンと同じ高さまで減らした後に、得られた犠牲材料層を固定するための加熱工程を含むことを特徴とする中空の構造体製造方法。 - 目的とする深さを有する中空の構造体が得られるまで、前記(c)及び(d)の工程を繰り返すことを特徴とする請求項1に記載の中空の構造体製造方法。
- 前記犠牲材料層を前記構造材料のパターンと同じ高さまで減らす際に、前記犠牲材料層を加熱によって乾燥させることにより、溶解させる速度を調整することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の中空の構造体製造方法。
- 前記(c)の工程において、前記犠牲材料層を形成する前に、水又は犠牲材料に含まれる溶剤によるプリウエット処理を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の中空の構造体製造方法。
- 前記水溶性ポリマーとしてポリビニルアルコールを用いることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の中空の構造体製造方法。
- 前記ポリビニルアルコールからなる犠牲材料として、ポリビニルアルコールのケン化度、分子量、又は粘度の異なる2つ以上のポリマーを混合して用いることを特徴とする請求項5に記載の中空の構造体製造方法。
- 前記ポリビニルアルコールを用いて形成した犠牲材料層を前記構造材料のパターンと同じ高さまで減らす方法において、水、又は水と犠牲材料を溶解しない溶剤との混合溶液の温度が30−60℃であるものを用いて、前記構造材料のパターンと同じ高さまで減らすことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の中空の構造体製造方法。
- 前記ポリビニルアルコールを用いて形成した犠牲材料層を最終的に除去する方法として、85℃以上の熱水を用いることを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか1項に記載の中空の構造体製造方法。
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