JP5744407B2 - マイクロ構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ構造体の製造方法に関する。

従来、周期構造を有するマイクロ構造体からなる回折格子は分光素子として様々な機器に利用されている。
また、Ｘ線の吸収特性を利用した金からなるマイクロ構造体は、工業的利用として物体の非破壊検査、医療的利用としてレントゲン撮影、等に用いられている。これらは、物体や生体内の構成元素や密度差によりＸ線透過時の吸収の違いを利用してコントラスト画像を形成するものであり、Ｘ線吸収コントラスト法と言われる。

また、Ｘ線の位相差を用いた位相イメージングの一つであるタルボ干渉法でもＸ線吸収の大きな周期構造の金からなる吸収格子が使用される。周期構造の金からなる吸収格子の作製方法としてはモールドにメッキにて金を充填していくことが好適な方法である。

例えば、モールドの形状は、イメージングの求める分解能により２μｍ程度のピッチで作製することが求められることがある。このとき、開口幅と高さのアスペクト比が３０程度となり、このような微細なモールドを大面積で作製することは困難である。

特許文献１には、導電性基板上にフォトリソグラフィで感光性樹脂層をパターニングしたモールドに対して、電解めっき法により金属層を成長させる方法が開示されている。この方法は、導電性基板上の感光性樹脂層に対してフォトリソグラフィによってパターニングを行うことで、導電性基板上に感光性樹脂の硬化物からなる柱状体を作製する。続いて電解めっきを行い、ニッケルを析出させる。その後、導電性基板を溶解することによりニッケルの構造体を取り出し、精密ふるいを作製する方法である。

特開２００３−２２０３６４号公報

しかしながら、特許文献１においては、１個のモールドから１個の精密ふるいが得られ、モールドから作製可能な精密ふるいのパターン面積は、モールドの面積と同等またはそれ以下の大きさに限定されるという問題がある。
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、１個のモールドからモールドの面積の複数倍の大きな面積のマイクロ構造体を得ることができ、またモールドより大きな面積で複数の異なる金属からなるマイクロ構造体を得ることができるマイクロ構造体の製造方法を提供するものである。

上記の課題を解決するマイクロ構造体の製造方法は、柱状の凸部と、前記凸部を囲む連続した凹部を有する微細構造体を有し、前記微細構造の凹部の底部に導電性が付与されたモールドを用意する工程と、微細構造体の凹部の底部からめっきして前記微細構造体の凹部に第１のめっき層を形成する工程と、前記第１のめっき層上の全部または少なくとも一部に中間めっき層を形成する工程と、前記中間めっき層上に第２のめっき層を形成する工程と、前記モールドと前記中間めっき層をエッチングにより除去して、前記第１のめっき層と前記第２のめっき層の全部または少なくとも一部分が分離されたマイクロ構造体を得る工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、１個のモールドからモールドの面積の複数倍の大きな面積のマイクロ構造体を得ることができ、またモールドより大きな面積で複数の異なる金属からなるマイクロ構造体を得ることができるマイクロ構造体の製造方法を提供することができる。

本発明のマイクロ構造体の製造方法の一実施態様を示す工程図である。 本発明における、めっき層と中間めっき層の堆積を４回繰り返したマイクロ構造体の製造方法を示す工程図である。 本発明における、２つのめっき構造体が直接繋がったマイクロ構造体の製造方法を示す工程図である。 本発明における、２つのめっき構造体が蝶番構造を介して繋がったマイクロ構造体の製造方法を示す工程図である。

本発明に係るマイクロ構造体の製造方法は、柱状の凸部と、前記凸部を囲む連続した凹部を有する微細構造体を有し、前記微細構造の凹部の底部に導電性が付与されたモールドを用意する工程と、微細構造体の凹部の底部からめっきして前記微細構造体の凹部に第１のめっき層を形成する工程と、前記第１のめっき層上の全部または少なくとも一部に中間めっき層を形成する工程と、前記中間めっき層上に第２のめっき層を形成する工程と、前記モールドと前記中間めっき層をエッチングにより除去して、前記第１のめっき層と前記第２のめっき層の全部または少なくとも一部分が分離されたマイクロ構造体を得る工程と、を有することを特徴とする。

本発明のマイクロ構造体の製造方法は、高アスペクト比を有する微細構造体で、柱状の凸部と、前記凸部を囲む連続した凹部を有する高アスペクト比の微細構造体を有し、前記微細構造の凹部の底部に導電性が付与されたモールドを用意する。

微細構造体の凹部は連続していることが好ましい。これはのちの工程で凹部に充填しためっき層を取り出す際に、めっき層が必要以上に分割されて扱いが困難にならないためである。

本発明において、高アスペクト比を有する微細構造体の凹部の底部に導電性をもつモールドに対して、電解めっき法によりめっき層と中間めっき層を堆積させる。めっき層と中間めっき層の堆積を繰り返し行ったのちに、エッチングによってモールドと中間めっき層を除去し、めっき層は除去せずに残す。めっき層は繰り返し積層しているので、モールドのパターン面積よりも複数倍の大きい面積のめっき層を取り出すことが可能となる。

本発明において、高アスペクト比を有する微細構造体とは、微細構造体の柱状の凸部と、前記凸部を囲む連続した凹部の中の、凸部または凹部のアスペクト比（長さ／幅）の大きさが、２以上、好ましくは１０以上３００以下である。
また、微細構造体の大きさは、凸部または凹部の長さが２００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１５０μｍ以下で、幅が５μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上４μｍ以下である。

以下、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のマイクロ構造体の製造方法の一実施態様を示す工程図である。図１において、右側の図は平面図、左側の図は、右側の図のＸＸ線断面図を示す。また、図２から図４においても同様である。

本発明では、図１（ａ）に示す様に、柱状の凸部２１と、前記凸部２１を囲む連続した凹部２２を有する高アスペクト比の微細構造体２３を有し、前記微細構造の凹部の底部２４に導電層２を設けて導電性が付与されたモールド１を用意する。モールド１は、Ｓｉ、石英などの基板上にフォトレジスト、Ｓｉなどで構成された高アスペクトの微細構造体を有するものでよい。微細構造体の作製方法は、モールドの材料がフォトレジストであればリソグラフィ、ＳｉであればＩＣＰ−ＲＩＥにより作製すればよい。

導電層２は凹部の底部２４に設けられ、後の工程で電解めっきを行う際に用いる。微細構造体の底部の導電性をもつ導電層２の付与は微細構造体を作製する前後のどちらでもよい。微細構造体を作製する前に導電層２を付与するのであれば、Ｓｉの表面にＡｕ薄膜を堆積させ、その上にフォトレジスト塗布し、リソグラフィによって微細構造体を作製すればよい。微細構造体を作製した後に導電層２を付与するのであれば、微細構造体の作製後に指向性のある蒸着法を用いればよい。導電層の材料は金属であればＣｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｔｉなどが考えられる。

次に、図１（ｂ）に示す様に、微細構造体の凹部２２の底部２４からめっきして前記微細構造体の凹部２２に第１のめっき層３を形成する。第１のめっき層３は最終的にマイクロ構造体として残る部分である。第１のめっき層３の堆積は電解めっき法により行う。この手法により導電層を起点としてめっきを成長させ、微細構造体の凹部２２にめっきを充填することができる。第１のめっき層３の材料は、後の工程でモールドをエッチングする際に、エッチングされにくい材料が好ましく、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔなどが挙げられる。

次に、図１（ｃ）に示す様に、第１のめっき層上の全部または少なくとも一部に中間めっき層４を形成する。中間めっき層４は後の工程でエッチングにより除去し、第１のめっき層３と第２のめっき層５を分離させるために必要である。中間めっき層４の堆積は電解めっき法により行う。この手法により導電層２を起点としてめっきを成長させ、微細構造体の凹部にめっきを充填することができる。
中間めっき層４の材料は、第１のめっき層３に用いた材料に対して選択的にエッチングが可能な材料が好ましく、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ａｌなどが挙げられる。

次に、図１（ｄ）に示す様に、中間めっき層上に第２のめっき層５を形成する。第２のめっき層５は最終的にマイクロ構造体として残る部分である。第２のめっき層５の堆積は電解めっき法により行う。この手法により導電層２を起点としてめっきを成長させ、微細構造体の凹部にめっきを充填することができる。第２のめっき層５の材料は、後の工程でモールド１をエッチングする際に、エッチングされにくい材料が好ましく、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔなどが挙げられる。前記第１のめっき層および第２のめっき層の材料は、同一でもまたは異なるものでもよい。

次に、図１（ｅ）に示す様に、モールド１と中間めっき層４をエッチングにより除去して、第１のめっき層３と第２のめっき層５が分離されたマイクロ構造体を得る。モールド１と中間めっき層４の除去をエッチングにより行う。不要な部分を除去し、第１のめっき層３と第２のめっき層５をマイクロ構造体として取り出す。

モールド１のＳｉの部分と中間めっき層４を除去するためにフッ酸と硝酸の混合液を用いる。フッ酸と硝酸を混合する割合は、Ｓｉが溶解する範囲であればよい。微細構造体の作製にフォトレジストを用いた場合は、フッ酸と硝酸の混合液によるエッチング工程に加えて、硫酸と過酸化水素水の混合液によるエッチングによってフォトレジストの除去工程を行う。第１のめっき層３と第２のめっき層５がエッチングにより除去されずに残るため、これらを取り出しマイクロ構造体として用いる。

本発明において、前記中間めっき層と前記モールドをエッチングによって除去する際に、選択的に前記第１および第２のめっき層を残すことができる材料の組み合わせにより、前記第１および第２のめっき層、前記中間めっき層および前記モールドの材料が構成されていることが好ましい。このマイクロ構造体の製造方法によれば、モールドと中間めっき層をエッチングにより除去する際に、マイクロ構造体に損傷を与えず形状を保ったままに取り出すことができる。

例えば、めっき層がＡｕであった場合、中間めっき層４はＣｕ、Ｎｉ、Ａｌを用いることができ、モールド１にはＳｉを用いることができる。モールド１と中間めっき層４のエッチングにはフッ酸と硝酸の混合液を用いることができる。モールド１と中間めっき層４をエッチングにより除去する際に、第１のめっき層３と第２のめっき層５がエッチングされないことにより、第１のめっき層３と第２のめっき層５の形状はモールド１の形状を反映したままに取り出すことができる。

本発明において、前記第１のめっき層を形成する工程と、前記第１のめっき層上の全部または少なくとも一部に中間めっき層を形成する工程と、前記中間めっき層上に第２のめっき層を形成する工程と、を複数回繰り返し行うことが好ましい。このマイクロ構造体の製造方法によれば、繰り返した回数に応じて面積の大きなマイクロ構造体を作製することができる。

図２は、本発明における、めっき層と中間めっき層の堆積を４回繰り返したマイクロ構造体の製造方法を示す工程図である。めっき層と中間めっき層の堆積を４回行った例を図２に示す。各めっき層３、５、７、９と各中間めっき層４、６、８の厚みの合計は、微細構造体の凹部の深さ以下であればよい。めっき層を堆積した回数を増やすことにより、各中間めっき層とモールドを除去した後に残るめっき層の総面積を増加させることができる。

本発明において、前記第１のめっき層上の少なくとも一部に中間めっき層を形成し、前記中間めっき層及び前記中間めっき層が形成されていない第１のめっき層上に第２のめっき層を形成し、前記中間めっき層と前記モールドをエッチングによって除去する際に、第１のめっき層と第２のめっき層が連結した部分を形成することが好ましい。このマイクロ構造体の製造方法によれば、モールドの形状を反映した２つ以上のマイクロ構造体が１つに繋がったマイクロ構造体を作製することができる。

図３は、本発明における、２つのめっき構造体が直接繋がったマイクロ構造体の製造方法を示す工程図である。中間めっき層４を堆積する前に第１のめっき層３の一部をマスキング１０により被う。これにより下層の第１のめっき層３よりも狭い領域に中間めっき層４を堆積する。マスキング１０は堆積した第１のめっき層３が中間めっき層４の堆積時にめっき液に触れないために行う。マスキング１０はフォトレジスト、カプトンテープなどの容易に除去できるものでよい。マスキング１０を設ける代わりに、中間めっき層４を堆積させない部分はめっき液に触れないようにめっき液の液面を調整してもよい。中間めっき層４の堆積後にマスキング１０を除去する。第２のめっき層５を堆積させる。第２のめっき層５は、第１のめっき層３の一部と中間めっき層４の上から成長する。モールド１と中間めっき層４を除去する。第１のめっき層３と第２のめっき層５の一部分が連結部１１により繋がったマイクロ構造体を作製できる。

本発明において、前記中間めっき層と前記モールドを除去した後に、前記第１のめっき層と前記第２のめっき層の一部が蝶番構造を介して連結していることが好ましい。図４は、本発明における、２つのめっき構造体が蝶番構造を介して繋がったマイクロ構造体の製造方法を示す工程図である。

図４（ａ２）で示すように高アスペクト比を有する微細構造体を用意する際に、後に蝶番部１５となる２つの蝶番パターン１２を準備しておく。蝶番パターン１２の上にはマスキング１０を設けておく。蝶番パターン１２以外の微細構造体に、各第１のめっき層３，第２のめっき層５と中間めっき層４を繰り返し堆積する。蝶番パターン１２上のマスキング１０を除去する。蝶番パターン１２以外の微細構造体にマスキング１３、１４を行う。この際、２つの蝶番パターン間のマスキング１３は他の部位のマスキング１４よりも厚みを薄くしておく。これは蝶番パターン１２に第３のめっき層１７を堆積した際に、各蝶番パターン１２から発生しためっき同士が繋がりやすくするためである。

蝶番パターン１２に電解めっきを行う。蝶番パターン１２に充填する材料はめっき層と同じ材料でよい。これはモールド１を除去する際に蝶番部１６が除去されないようにするためである。マスキング１３を除去し、モールド１の背面にマスキング１５を行う。これはモールド１を除去する際にモールド１の背面側からはエッチングが進まず、表側からのみエッチングが進むようにするためである。

エッチングによってモールド１と中間めっき層４の除去を行う。モールド１は完全には除去せず、第１のめっき層３と第２のめっき層５が分離した時点でエッチングを停止する。これはモールド１の一部を蝶番部１６の一部として利用するためである。第２のめっき層５を蝶番部１６を中心に展開し、マイクロ構造体とする。

本発明のマイクロ構造体の製造方法は、Ｘ線のタルボ干渉計に用いる吸収格子のみならず、他の光学素子にも適用可能な製造方法である。

１００ｍｍ（４インチ）径で片面研磨５２５μｍ厚のシリコンウェハー表面の６０ｍｍ角のエリアに、線幅４μｍ、間隙４μｍ、深さ７０μｍの凹部構造があり、凹部構造の底部に導電層を付与したモールドを用意する。導電層を電極として、電解めっき法により凹部構造内にＡｕめっきを２０μｍ析出させる。

電解めっき法により凹部構造内のＡｕめっき層上にＮｉめっきを５μｍ堆積させる。電解めき法により凹部構造内のＮｉめっき層上にＡｕめっきを２０μｍ堆積させる。フッ酸と硝酸の混合液に浸漬し、ＳｉとＮｉとＣｕをエッチングによって除去する。残った２つのＡｕの薄膜をマイクロ構造体とする。

１００ｍｍ（４インチ）径で両面研磨５２５μｍ厚の石英ウェハー表面の６０ｍｍ角のエリアに、硬化したフォトレジストから成る線幅４μｍ、間隙４μｍ、高さ３０μｍの凹部構造があり、凹部構造の底部に導電層のＣｒを付与したモールドを用意する。導電層を電極として、電解めっき法により凹部構造内にＡｕめっきを１０μｍ析出させる。

電解めっき法により凹部構造内のＡｕめっき層上にＮｉめっきを５μｍ堆積させる。電解めき法により凹部構造内のＮｉめっき層上にＡｕめっきを１０μｍ堆積させる。フッ酸と硝酸の混合液に浸漬し、石英とＮｉとＣｒをエッチングによって除去する。残った２つのＡｕの薄膜をマイクロ構造体とする。

１００ｍｍ（４インチ）径で片面研磨５２５μｍ厚のシリコンウェハー表面の６０ｍｍ角のエリアに、線幅４μｍ、間隙４μｍ、深さ７０μｍの凹部構造があり、凹部構造の底部に導電層を付与したモールドを用意する。導電層を電極として、電解めっき法により凹部構造内にＡｕめっきを２０μｍ析出させる。

析出したＡｕめっきの端部以外を、中間めっき層のめっき液に漬けて電解めっきを行い、凹部構造内のＡｕめっき層上にＮｉめっきを５μｍ堆積させる。電解めっき法により凹部構造内のＮｉめっき層上と１回目のＡｕめっき上にＡｕめっきを２０μｍ堆積させる。中間めっきの際にめっき液に漬けなかった部分で、１回目と２回目のＡｕめっきが端部で繋がった構成となる。

フッ酸と硝酸の混合液に浸漬し、ＳｉとＮｉとＣｕをエッチングによって除去する。残ったＡｕの薄膜は、折りたたまれた形状になっているので、１回目と２回目のＡｕめっきが繋がっている部分を折り目にして展開し、マイクロ構造体とする。

１００ｍｍ（４インチ）径で片面研磨５２５μｍ厚のシリコンウェハー表面の６０ｍｍ角のエリアに、線幅４μｍ、間隙４μｍ、深さ７０μｍの凹部構造があり、凹部構造の底部に導電層を付与したモールドを用意する。凹部構造の横に、のちに蝶番となるパターンを作製しておく。蝶番部Ａは凹部構造をめっきで埋めた際に一続きになる領域の中に作成する。蝶番部Ｂは凹部構造をめっきで埋めた際に一続きにならない領域に作成する。蝶番部Ａ、蝶番部Ｂにマスキングを行う。マスキングの材料は硬化させたフォトレジスト、カプトンテープ、などでよい。マスキングは後の工程でめっき液が蝶番部に触れないように行う。

導電層を電極として、電解めっき法により凹部構造内にＡｕめっきを２０μｍ析出させる。電解めっき法により凹部構造内のＡｕめっき層上にＮｉめっきを５μｍ堆積させる。電解めっき法により凹部構造内にＡｕめっきを２０μｍ析出させる。蝶番部に施したマスキングの除去を行う。ＡｕめっきとＮｉめっきが析出した領域にマスキングを行う。この際には蝶番部にはマスキングを行わない。また、蝶番部Ａと蝶番部Ｂの間の領域のマスキングは、他の領域のマスキングよりも膜厚を薄くする。

電解めっき法により蝶番部にＡｕめっきを行う。この際、蝶番部Ａと蝶番部Ｂに堆積したＡｕめっきが一体化するまで行う。蝶番部Ａと蝶番部Ｂに堆積したＡｕが蝶番となる。フッ酸と硝酸の混合液に浸漬し、ＳｉとＮｉとＣｕをエッチングする。この際、Ｓｉは１回目のＡｕめっきと２回目のめっき層の間までを除去する。蝶番部を中心として２回目のＡｕのめっき層を展開してマイクロ構造体とする。

本発明の製造により得られた、マイクロ構造体はＸ線のタルボ干渉計に用いる吸収格子のみならず、他の光学素子に利用することができる。

１ モールド
２ 導電層
３ 第１のめっき層
４ 中間めっき層
５ 第２のめっき層
２１ 凸部
２２ 凹部
２３ 微細構造体
２４ 底部

Claims (8)

1. 柱状の凸部と、前記凸部を囲む連続した凹部とを有する微細構造体を有し、前記微細構造の凹部の底部に導電性が付与されたモールドを用意する工程と、
   微細構造体の凹部の底部からめっきして前記微細構造体の凹部に第１のめっき層を形成する工程と、
   前記第１のめっき層上の全部または少なくとも一部に中間めっき層を形成する工程と、
   前記中間めっき層上に第２のめっき層を形成する工程と、
   前記中間めっき層を、前記第１のめっき層と前記第２のめっき層とから分離し、且つ、前記モールドを前記第１のめっき層と前記第２のめっき層との少なくともいずれかから分離して、前記第１のめっき層と前記第２のめっき層の全部または少なくとも一部分が分離されたマイクロ構造体を得る工程と、を有し、
   前記マイクロ構造体において、前記第１のめっき層と前記第２のめっき層とが連結部により連結されていることを特徴とするマイクロ構造体の製造方法。
2. 前記マイクロ構造体を得る工程において、
   前記中間めっき層と前記モールドをエッチングによって除去することで、前記モールドと前記中間めっき層との少なくとも一部を、前記第１のめっき層と前記第２のめっき層とから分離し、
   前記エッチングの際に、選択的に前記第１および第２のめっき層を残すことができる材料の組み合わせで、前記第１のめっき層、前記第２のめっき層、前記中間めっき層および前記モールドが構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ構造体の製造方法。
3. 前記第２のめっき層上の全部または少なくとも一部に中間めっき層を形成する工程と、
   前記第２のめっき層上の中間めっき層上に第３のめっき層を形成する工程と、を有し、
   前記マイクロ構造体を得る工程において、
   前記モールドと前記第１のめっき層上の中間めっき層と前記第２のめっき層上の中間めっき層とを、前記第１のめっき層と前記第２のめっき層と第３のめっき層とから分離して、前記第１のめっき層と前記第２のめっき層と前記第３のめっき層との全部または少なくとも一部分が分離されたマイクロ構造体を得ることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ構造体の製造方法。
4. 前記第１のめっき層上の一部に中間めっき層を形成し、前記中間めっき層及び前記中間めっき層が形成されていない第１のめっき層上に第２のめっき層を形成することで、前記連結部を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロ構造体の製造方法。
5. 前記連結部は、蝶番構造を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロ構造体の製造方法。
6. 前記第２のめっき層と前記第１のめっき層とを前期連結部を中心として展開する工程を備えることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ構造体の製造方法。
7. 前記第１のめっき層および第２のめっき層の材料が同一または異なることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの項に記載のマイクロ構造体の製造方法。
8. 柱状の凸部と、前記凸部を囲む連続した凹部とを有する微細構造体を有し、前記微細構造の凹部の底部に導電性が付与されたモールドを用意する工程と、
   微細構造体の凹部の底部からめっきして前記微細構造体の凹部に第１のめっき層を形成する工程と、
   前記第１のめっき層上の全部または少なくとも一部に中間めっき層を形成する工程と、
   前記第１のめっき層上の中間めっき層上に第２のめっき層を形成する工程と、
   前記第２のめっき層上の全部または少なくとも一部に中間めっき層を形成する工程と、
   前記第２のめっき層上の中間めっき層上に第３のめっき層を形成する工程と、
   前記モールドと前記第１のめっき層上の中間めっき層と前記第２のめっき層上の中間めっき層とを、前記第１のめっき層と前記第２のめっき層と第３のめっき層とから分離して、前記第１のめっき層と前記第２のめっき層と前記第３のめっき層との全部または少なくとも一部分が分離されたマイクロ構造体を得る工程と、を有することを特徴とするマイクロ構造体の製造方法。

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