JP6010580B2 - 隣接する層が完全には重なり合わない多層金属構造のｌｉｇａ−ｕｖによる製造方法及びそれにより得られる構造 - Google Patents

Description

本発明は、隣接する層が完全には重なり合わない多層金属構造のＬＩＧＡ−ＵＶによる新規な製造方法、及びこの方法によって得ることができる、隣接する層が完全には重なり合わない新規な多層金属構造に関する。

非特許文献１は、例えばアンクル又はガンギ車等の時計用高精度金属部品の製造のためのＬＩＧＡ技術（ＬＩｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ Ｇａｌｖａｎｉｋ Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ（リソグラフィ・電気鋳造・型成形）、ドイツのカールスルーエ原子力研究センター（Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ）のエールフェルト（Ｗ．Ｅｈｒｆｅｌｄ）によって考案された方法）の使用について言及している。この方法は、Ｘ線照射を発生させるために、重設備であるシンクロトロンを必要とするという欠点を有する。したがって、この方法は時計製造業界で容易に使用できるものではない。

非特許文献２は、ＬＩＧＡ技術と類似しているが、Ｘ線照射の代わりにＵＶ照射を利用する、ＬＩＧＡ−ＵＶと呼ばれる技術を用いた方法を利用して作製された、ポリイミドを主成分とするフォトレジストのモールドに金属を電着させることによる金属構造の製造について記載している。

この金属構造の製造に使用される方法は、
− 支持体のシリコンウエハ上に、電着のための犠牲金属層及びシード層を作製するステップと、
− スピンコートによって感光性ポリイミド層を塗着するステップと、
− 所望のインプレッション（ｅｍｐｒｅｉｎｔｅ）に対応するマスクを通して紫外線照射を行うステップと、
− 未照射部分を溶解させることによって現像して、ポリイミドのモールドを得るステップと、
− モールドの開口部分内にその上端の高さまでニッケルを電着させて、ほぼ平坦な上側表面を得るステップと、
− クロムの薄層を真空蒸着させるステップと、
− このクロムの薄層上にスピンコートによって感光性ポリイミド層を堆積させるステップと、
− 所望のインプレッションに対応する新たなマスクを通してＵＶ照射を行い、照射されなかった部分を溶解させることによって現像して、ポリイミドの新たなモールドを得、モールドの開口部分内のクロムの薄層を塩酸溶液で除去し、モールドの開口部分内にニッケルを電着させるステップと、
− 犠牲層を除去し、電着によって得られた金属構造をポリイミドのモールドから分離するステップと
を含む。

この方法は、全体的に平行六面体の形状の隆起部が上に載っている金属プレートを製造するために使用されており（Ｖ項及び図９、９２ページ）、第２の層は面積がより大きい第１の層の上に完全に重なっている。文献（Ｖ項の最終段、９３ページ）には、プレートの下に全体的に平行六面体の形状の隆起部を有する反転形の同一構造も同じ技法で製造されたと記載されているが、実際に得られた構造については、図示も、説明もなされていない。

出願人は、電着によって堆積させた第２の層が第１の層に完全には重なり合わないときにこのような方法を利用した場合、垂直でない堆積金属の成長及び樹脂上部での気泡の生成をまねくことを確認した。

特許文献１は、非特許文献２によって教示されている方法に近いＬＩＧＡ−ＵＶによる多層金属構造の別の製造方法であって、各層が完全に重なり合う２層のピニオンが上に載っている歯車（実施例１）、又は各層が完全に重なり合う３層の熱流束マイクロセンサ（実施例３）の製造に適用される方法を開示している。この方法を、完全には重なり合わない隣接する２つの層を有する構造の製造に利用した場合には、やはり上述の欠点を生じる。

また、特許文献２には、セラミックガラス又は半導体のウエハからなる基板上に微小構造を製造する方法が提案されている。この微小構造は、ベース機構を有し、その上にマイクロプラットフォームを支える支持機構が電気鋳造によって選択的に形成される。この方法はまた、マイクロプラットフォームの選択的な電気鋳造にも、さらに、マイクロプラットフォームを支持体と連結し、互いの相対運動を可能にする柔軟な関節機構の形成にも関係する。

この微小構造を作製するのに使用される基板の性質は、機械加工によって各層の厚さ出しを行うには脆すぎる。しかし、ベース層が完璧に平坦かつ平滑でなければ、それ以降の堆積層の品質はあまりよいものとならないことがわかっている。

一方、得られる金属構造は、それぞれが分離されることなしに基板から切り離すことはできないことがわかっている。しかるに、とりわけ構造の表側にある盲穴又はアクセス困難なその他の部分から樹脂を除去しなければならない場合は、溶媒浴中でしかその除去を行うことができず、この方法も、盲穴から完全に樹脂を取り去ることを保証するものではない。

欧州特許第０８５１２９５号 米国特許出願公開第２００４／０１４４６５３号 米国特許第４０５８４０１号 米国特許第４８８２２４５号

ＤＧＣ Ｍｉｔｔｅｉｌｕｎｇｅｎ、Ｎｏ．１０４（２００５年） Ａ．Ｂ． Ｆｒａｚｉｅｒ他、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ、 ２（１９９３年６月２日） Ｇ．Ａ．Ｄｉ Ｂａｒｉ、"ｅｌｅｃｔｒｏｆｏｒｍｉｎｇ"、Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｈａｎｄｂｏｏｋ、４ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ、Ｌ．Ｊ．Ｄｕｒｎｅｙ編、Ｖａｎ Ｎｏｓｔｒａｎｄ Ｒｅｉｎｈｏｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．発行、米国ニューヨーク（１９８４年） Ｄｏｎａｌｄ Ｍ． Ｍａｔｔｏｘ、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ （ＰＶＤ） Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、Ｗｉｌｌｉａｍ Ａｎｄｒｅｗ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ発行（１９９８年）

本発明の課題又は目的は、完全には重なり合わない少なくとも２つの隣接する層を有する多層金属構造の製造方法であって、上述の欠点を少なくとも部分的に改善する方法を見つけることにある。

この課題は、特許請求の範囲によって定義される本発明によって解決される。

したがって、本発明は、第１の層に隣接し、その第１の層に完全には重なり合わない少なくとも１つの第２の層を有する多層金属構造のＬＩＧＡ−ＵＶによる製造方法であって、
ａ）バルク金属（metal massif）の平坦な基板上にフォトレジスト層を塗着するステップと、
ｂ）フォトレジスト層の主成分に応じてこのフォトレジスト層を加熱するか又は加熱なしにより溶媒を除去するステップと、
ｃ）所望のパターンに対応するマスクを通して、フォトレジスト層を３６５ｎｍの波長で１００〜２０００ｍＪ／ｃｍ２のＵＶ照射に曝すステップと、
ｄ）ステップｃ）の終了後に、前記フォトレジスト層の主成分に応じて当該フォトレジスト層のアニールを行うか又は行うことなしに、前記ＵＶ照射部分の光硬化（photopolymerisation）又は光分解を完了させるステップと
ｅ）光硬化しなかった部分又は光分解した部分を溶解させることによって現像を行って、硬化フォトレジストのモールドを得るステップと、
ｆ）モールドの開口部分内に金属又は合金の第１の層を電着させ、機械加工によって金属構造及びモールドの平面出しを行って平坦な上側表面を得るステップと、
ｇ）平坦な上側表面の全体に下地金属層を真空蒸着させ、次いで、その下地金属層を基板とするステップａ）、続いてステップｂ）、ｃ）、ｄ）、及びｅ）を繰り返すステップと、
ｈ）下地金属層がある状態で前記モールドの開口部分内に金属又は合金の第２の層を電着させ、機械加工によって金属構造及びモールドの平面出しを行って平坦な上側表面を得るステップと、
ｉ）所望する多層化が三層以上の場合にはそれに応じてステップｇ）及びｈ）を繰り返して、所望の多層金属構造を形成するステップと、
ｊ）得られた多層金属構造及び硬化フォトレジストを層間剥離によってバルク金属基板からはがし、硬化フォトレジストを分離して多層金属構造を切り離し、次いで、下地金属層の、電着させた金属又は合金の２つの層の間に挟まれていない部分を取り除くステップとを含む方法に関する。

「第１の層に隣接し、それに完全には重なり合わない第２の層」という表現は、第２の層の輪郭が第１の層の輪郭の垂直立面内に完全には収まりきらないことを意味する。

Ａ〜Ｃはそれぞれ、完全には重なり合わない層及び盲穴を有する二層構造を下から見た斜視図、上から見た斜視図、及び下から見た斜視図の線ＡＢに沿った断面図である。 Ａ〜Ｉは図１Ａ〜Ｃの二層構造の製造の各ステップを表す断面図である。 Ａ及びＢはそれぞれ、完全には重なり合わない層を有する二層構造の日回しつめの断面図及び上面図である。 Ａ及びＢはそれぞれ、第１の層の上に完全には重なり合わない第２の層と、第２の層の上に完全に重なり合う第３の層を有する三層構造のスペーサの断面図及び上面図である。

基板を形成するバルク金属ウエハは、陰極の役割を果たすことで電気鋳造反応にシードを与える（反応を開始させる）ことができる導電性の金属及び／又は合金によって形成され、一般に１〜５ｍｍの厚さを有する。このウエハは、例えば、銅、真鍮又はステンレス鋼からなるものでよい。好ましくは、このウエハはステンレス鋼からなる。

電解浴に接することになるバルク金属ウエハの上側表面は、例えばマイクロピーニング、化学エッチング又はレーザーエッチングによって研磨し、又はテクスチャ付けすることができる。

バルク金属ウエハは適切な処理によって脱脂され、電気鋳造の準備をされる。金属ウエハがステンレス鋼からなるときは、適切な処理は、例えば、アルカリ溶液による脱脂を行ってから、酸性環境で中和してその表面を不動態化し、蒸留水で洗浄し、乾燥させるというものである。

フォトレジストは、光開始剤の存在下で紫外線の作用を受けて硬化し得る樹脂を主成分とするネガ型フォトレジストであるか、或いは、光開始剤の存在下で紫外線の作用を受けて分解し得る樹脂を主成分とするポジ型フォトレジストである。ネガ型フォトレジストは、例えば、エポキシ樹脂、イソシアネート樹脂又はアクリル樹脂を主成分とする。有利なエポキシ樹脂は八官能性エポキシ樹脂ＳＵ−８（Ｓｈｅｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社）である。このエポキシ樹脂は、一般に、例えば特許文献３及び特許文献４に記載されているものなど、トリアリールスルホニウム塩のうちから選ばれた光開始剤の存在下で使用される。ポジ型フォトレジストは、例えばノボラック型フェノールホルムアルデヒド樹脂を主成分とし、ＤＮＱ（ジアゾナフトキノン）光開始剤の存在下で使用される。

フォトレジストの塗着は、スピンコーティングによって、又は、例えば、ディップコーティング、ロールコーティング、押出しコーティング、スプレーコーティング、さらにはラミネーション（例えばアクリル樹脂を主成分とするドライフィルムの場合）など、その他の技法によって行うことができる。好ましい塗着技法はスピンコーティングである。

ステップｃ）の照射条件で所期の効果（光硬化又は光分解）を引き出すためのフォトレジストの最大厚さは１ｍｍである。１回に塗着することができるフォトレジスト層の最大厚さは、スピンコーティング法では通常は１５０μｍである。フォトレジストの所望の厚さに応じて、フォトレジストは１回で、又は複数回に分けてバルク金属基板上に塗布される。

ステップｂ）で溶媒を除去するためにフォトレジストを加熱する場合の条件は、フォトレジスト製造業者の指示に従って、フォトレジストの種類及び厚さに応じて選択される。ＳＵ−８エポキシ樹脂を主成分とする厚さ１４０μｍのフォトレジストの場合、ステップｂ）は、例えば、６５℃で５〜１０分間加熱し、次いで９５℃で３０〜６０分間加熱するというものである。ドライアクリルフィルムを主成分とするフォトレジストの場合には、溶媒を蒸発させるためのこの加熱ステップは不要である。

フォトレジストを複数回に分けて塗布する必要があり、かつ溶媒を蒸発させるためにフォトレジストを加熱する必要がある場合には、フォトレジストの１回目の塗着を行ったステップａ）の終了後にステップｂ）を実施し、ステップａ）及びｂ）を必要な回数だけ繰り返す。

ステップｃ）は、所望のインプレッションに対応するマスクを通して、フォトレジスト層を３６５ｎｍの波長で測定して１００〜２０００ｍＪ／ｃｍ^２のＵＶ照射に曝すというものである。この照射は、樹脂の光硬化（ネガ型フォトレジスト）又は樹脂の光分解（ポジ型フォトレジスト）を引き起こす。

ステップｄ）は、ステップｃ）の光硬化又は光分解を完了させるために、必要に応じて、ステップｃ）の終了後に得られる層のアニールを行うというものである。ドライアクリルフィルムを主成分とするフォトレジストなど、一部のフォトレジストでは、光硬化を完了させるためのこの加熱ステップは不要である。

ステップｅ）は、フォトレジストの製造業者の指示に従ってフォトレジストの種類に応じて選択される適切な水溶液又は溶媒を用いて、照射されなかった部分（ネガ型フォトレジスト）又は照射された部分（ポジ型フォトレジスト）を溶解させることによって現像を行うというものである。適切な水溶液の例は、炭酸ナトリウムなどの弱塩基のアルカリ溶液であり、適切な溶媒の例は、ＧＢＬ（γ−ブチロラクトン）、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールメチルエーテルアセテート）及びイソプロパノールである。有利には、現像用の溶媒又は溶液として、ＳＵ−８エポキシ樹脂にはＰＧＭＥＡが、アクリル樹脂には１％炭酸ナトリウム溶液又はイソプロパノールが使用される。

ステップｆ）は、フォトレジストのモールドの開口部分内に金属又は合金の第１の層を電着させ、上側表面をほぼ平坦に機械加工するというものである。

バルク金属ウエハからなる基板を用いることで、基板上の金属構造及びモールドを機械加工し、それにより所望の高さで平坦な上側表面が得られるように金属構造及びモールドの平面出しを行うことが可能となる。そのため、モールド内に電気鋳造される金属の高さを高精度で監視する必要がなくなる。その高さは目標厚さよりもやや（１０〜３０μｍ）上になるように選び、次いで機械加工によって、とりわけ研削及び研磨によって、表面の凹凸が約１μｍ以下の平坦な上側表面が得られるように金属構造及びモールドの平面出しを行う。この解決策は、この方法の利用において、よりよい厚さ管理を可能にし、得られる構造の品質を向上させるという利点を有する。というのは、凹凸のある表面上よりも、研磨された平坦な表面上の方が、その後の電着がより規則的に行われるからである。

電気鋳造用の金属としては、ニッケル、銅、金又は銀が、また、合金としては、金−銅合金、ニッケル−コバルト合金、ニッケル−鉄合金、ニッケル−マンガン合金、ニッケル−リン合金がよく用いられる。電気鋳造の条件、とりわけ浴の組成、システムの幾何形状、電圧及び電流密度は、電着される各々の金属又は合金ごとに、電気鋳造技術における周知の技法に従って選択される（例えば、非特許文献３参照）。

ステップｇ）は、平坦な上側表面全体に、ここでは下地金属層と呼ぶ金属層を真空蒸着させ、次いで、ステップａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）、及びｅ）を繰り返すというものである。

この真空蒸着（ＰＶＤ）は、従来技術における周知の通常の条件のもとで行うことができる（例えば、非特許文献４参照）。

下地金属層の厚さは、一般に５０〜５００ｎｍであり、好ましくは１００〜３００ｎｍであり、とりわけ１２０〜２５０ｎｍである。

蒸着金属は、電鋳金属に応じて、電鋳金属及びフォトレジストに対するその結合能力と、電着反応に対するそのシード能力とによって選ばれる。蒸着金属は、例えば、ニッケル、銅、金、金に重ねたクロム、又はチタンに重ねたニッケルでよい。

ステップｇ）では、ステップａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）及びｅ）は、そのそれぞれのステップについて上述したのとほぼ同様に行われるが、ステップａ）の基板となるのは下地金属層であり、新たな層に所望のインプレッションに対応する新たなマスクが使用される。それにより、硬化フォトレジストの第２のモールドが得られる。

ステップｈ）は、下地金属層の存在下で、第２のモールドの開口部分内に金属又は合金の第２の層を電着させ、上面をほぼ平坦に機械加工するというものである。下地金属層が存在することにより、たとえ第２の層が第１の層に完全に重なり合っていなくても、堆積金属の垂直な成長を保証し、気泡の形成を防ぐことができる。第２の層の金属又は合金は、第１の層のものと同じでも、異なっていてもよい。一般には、同じ金属又は合金である。

ステップｉ）は、必要に応じて、ステップｇ）及びｈ）を繰り返し、所望の多層金属構造を得るというものである。二層金属構造を製造する場合は、この繰り返しは必要ない。

ステップｊ）は、得られた多層金属構造及び硬化したフォトレジストを層間剥離によってバルク金属基板からはがし、フォトレジストを分離して多層金属構造を切り離し、次いで、下地金属層の、電着させた金属又は合金の２つの層の間に挟まれていない部分を取り除くというものである。

バルク金属基板の上面から層間剥離によってはがされた金属構造の下面は、その上面の表面性状を複製する。そのため、その下面は、テクスチャ付けされている場合（金属基板の上面が、例えばエッチング又はマイクロピーニングによってテクスチャ付けされているとき）もあれば、研磨された見かけを有する場合（金属基板の上面が研磨されているとき）もある。後者の場合、構造下面の表面の研磨された見かけは、ここでは研磨によって上面の表面に得られる研磨された見かけと肉眼では見分けがつかない。それでも、適合された照明及び特定の向きと組み合わせた倍率５０倍の光学顕微鏡によって、又は走査型電子顕微鏡によって、又は表面解析トポグラフィシステムを使って、観察すれば、２つの表面を見分けることができる。

フォトレジストの分離又はストリッピングは、一般に化学的腐食又はプラズマ処理によって行われる。プラズマ処理は指向性のある作用を有することができ、そのため、とりわけ、化学的腐食では保証されない例えば盲穴から樹脂をうまく除去することが可能になる。さらに、この処理は、層間剥離後、互いに結合した構造全体に加えられることから、構造全体をプラズマ発生源に対して同じ向きに保ち、それによって構造の優先部分を処理することが可能となる。

フォトレジストのストリッピング後、下地金属層の一部は電鋳金属の２つの層の間に挟まれておらず、したがって除去されなければならない。一般に、この除去は、電鋳金属を腐食させない適切な浴中で下地金属を腐食させることによって行われる。例えば、下地金属層が金である場合は、この除去は、シアン化物溶液を主成分とする金溶解浴中で行われる。

本発明の方法は、前記第２の層の上に完全に重なり合う金属もしくは合金の層、及び／又は前記第１の層がその上に完全に重ね合わされる金属もしくは合金の層を有する多層金属構造の製造にも用いることができる。前記第２の層の上に完全に重なり合う層の金属又は合金は、前記第２の層のものと同じでも、或いはそれと異なっていてもよく、前記第１の層がその上に完全に重なり合う層の金属又は合金は、前記第１の層のものと同じでも、或いはそれと異なっていてもよい。一般に、いずれの場合も、同じ金属又は合金である。

本発明の方法の一実施形態によれば、ステップｈ）又はステップｉ）の終了後、ステップｊ）の前に、ｈ）又はｉ）で堆積させた金属又は合金の層の上に完全に重なり合う金属又は合金の層をＬＩＧＡ−ＵＶによって作製する。当業者であれば、金属層の上に完全に重なり合う金属層の堆積条件を、従来技術中に、とりわけ前出の非特許文献２に見出すであろう。その条件は、例えば、ステップａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）及びｅ）を繰り返し、次いで、電鋳金属の、硬化フォトレジストで覆われていない表面を電気化学的処理によって活性化させ、その上でステップｆ）を繰り返すというものでよい。この活性化は、表面処理技術の分野における周知の技法に従って、電鋳金属に陽極の役割をさせて逆電流を加えることによって行われる。それにより、第１の層に隣接し、それに完全には重なり合わない少なくとも１つの第２の層と、その第２の層に完全に重なり合うもう１つの層とを有する多層金属構造が得られる。

本発明の方法のもう１つの実施形態によれば、ステップａ）に先立って、金属又は合金の層をＬＩＧＡ−ＵＶによってあらかじめ作製しておき、その上に金属又は合金の前記第１の層を完全に重ね合わせる。当業者であれば、金属層の上に完全に重なり合う金属層の堆積条件を、従来技術中に、とりわけ前出の非特許文献２に見出すであろう。その堆積条件は、例えば、ステップａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）及びｅ）を行い、次いで、電鋳金属の、硬化フォトレジストで覆われていない表面を電気化学的処理によって活性化させ、その上でステップｆ）を実施するというものでよい。それにより、第１の層に隣接し、その第１の層に完全には重なり合わない少なくとも１つの第２の層と、前記第１の層がその上に完全に重なり合うもう１つの層とを有する多層金属構造が得られる。

本発明の方法により、第１の層に隣接し、その第１の層に完全には重なり合わない少なくとも１つの第２の層を有する金属構造であって、気泡の形成及び電鋳金属の垂直でない成長による欠陥を有さない金属構造をＬＩＧＡ−ＵＶによって製造することが可能となる。このような品質の構造は、既知の方法では得られなかったものである。

したがって、本発明は、第１の層に隣接し、その第１の層に完全には重なり合わない少なくとも１つの第２の層を有し、上に定義する方法によって得ることができる新規な多層金属構造にも関する。

本発明のその他の特徴及び利点は、本発明の方法のいくつかの実施形態を模式的かつ例示的に示す添付の図面を参照しながら以下に行う詳細な説明を読むことで明らかになるであろう。

以下の実施例では、それらの図を参照しながら、その二層構造、その日回しつめ、及びそのスペーサの本発明の方法による製造について説明する。

盲穴付き二層構造の製造
図１Ａ、Ｂ及びＣは、下面１、上面２、上面の２つの盲穴３、下面の盲穴４、形穴５、逃げ溝６及び面取り部７を有する二層構造を示す。

図２Ａに、ステップｂ）終了後に得られ、基板８を覆うフォトレジスト層９を有する構造を示した。この構造は以下に説明する要領で得られたものである。

厚さ１ｍｍ、直径１５０ｍｍのステンレス鋼製ウエハからなる基板８を、アルカリ溶液で脱脂し、続いて酸性環境で中和してその表面を不動態化し、次いで蒸留水で洗浄し、乾燥することによって、脱脂し、電気鋳造の準備をした。続いて、八官能性エポキシ樹脂ＳＵ−８−２１００（Ｓｈｅｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社）を主成分とする厚さ１４０μｍのネガ型フォトレジストの第１の層をスピンコートによって基板８上に塗着し、次いで、６５℃で５分間、さらに９５℃で３５分間加熱して、溶媒を蒸発させた。続いて、厚さ１４０μｍの同じフォトレジストの第２の層をスピンコートによってフォトレジストの第１の層の上に塗着し、次いで、６５℃で７分間、さらに９５℃で６０分間加熱して、溶媒を蒸発させた。

図２Ｂは、所望のインプレッションに対応するマスクを通して、フォトレジスト層を中心波長３６５ｎｍの約６００ｍＪ／ｃｍ^２のＵＶ照射に曝すステップｃ）に対応するものである。この図では、ＵＶ１１透過性の支持体１０と、堆積させたクロムによって形成される不透過性ゾーン１０ａとを有するマスクが見て取れる。マスクを形成するその支持体は、ただ１回のバッチで製造できる限りの構造に相当する多数のゾーンを有することができ、そのすべてのゾーンは、マイクロエレクトロニクス業界における周知の技法であるフォトリソグラフィによって極めて高い解像度の輪郭で得られる。

この照射は、照射されたゾーン９ｂ内の樹脂の光硬化を引き起こすが、照射されなかったゾーン９ａは硬化しないままに残る。

図２Ｃは、ステップｅ）終了後に得られる構造を示す。

ステップｃ）終了後に得られる層に対して、硬化を完了させるために、６５℃で２分間、さらに９５℃で２０分間のアニールを行い、次いで、照射されなかったフォトレジストを連続する３つのＰＧＭＥＡ浴（純度の昇順に）に２０分間浸けて溶解させ、イソプロピルアルコール浴で洗浄し、乾燥させた。図２Ｃでは、硬化フォトレジストのモールド９ｂが基板８の上に重なり合っているのが見て取れる。

図２Ｄは、ステップｆ）を実施し、ステップｇ）に従ってステップａ）及びｂ）を繰り返した後に得られる構造を示す。

ステップｆ）で、硬化フォトレジストのモールドの開口部分内にニッケルを電着させ、研削及び研磨によって平面出しを行って平坦な上側表面を得、次いで厚さ約２００ｎｍの金の下地層を真空蒸着させ、ＳＵ−８−２１００エポキシ樹脂を主成分とする同一のフォトレジストの１２５μｍの連続した２つの層に対してステップａ）及びｂ）を繰り返し、ここでのステップｂ）の加熱は、第１の層に対しては、６５℃で５分間、次いで９５℃で３５分間、第２の層に対しては、６５℃で７分間、次いで９５℃で６０分間とした。

図２Ｄでは、硬化フォトレジスト９ｂを覆う金層１３の上のフォトレジスト層１４、及び基板８の上の電鋳層１２が見て取れる。

図２Ｅは、所望のインプレッションに対応する新たなマスクを通して、フォトレジストを中心波長３６５ｎｍの約５５０ｍＪ／ｃｍ^２のＵＶ照射に曝すことでステップｃ）を繰り返したものに相当する。この図では、ＵＶ透過性の支持体１５と、堆積させたクロムによって形成される不透過性ゾーン１５ａとを有するマスクが見て取れる。紫外線１１のこの照射は、照射されたゾーン１４ｂの樹脂の光硬化を引き起こすが、照射されなかったゾーン１４ａは硬化しないままに残る。

図２Ｆは、ステップｇ）終了後に得られる構造を示す。ステップｃ）終了後に得られる層に対して、硬化を完了させるために、６５℃で１分間、さらに９５℃で１５分間のアニールを行い、次いで、照射されなかったフォトレジストを、連続する３つのＰＧＭＥＡ浴（純度の昇順に）に１５分間浸けて溶解させ、イソプロピルアルコール浴で洗浄し、乾燥させた。この図では、硬化フォトレジストの第１のモールド９ｂの上の、下地金属層１３の上の硬化フォトレジストの第２のモールド１４ｂ、及び基板８の上の、電鋳ニッケル層１２が見て取れる。

図２Ｇは、ステップｈ）終了後に得られる構造を示す。目標厚さをわずかに（１０〜３０μｍ）上回る高さまで２回目のニッケル電着を行い、次いで、研削及び研磨によって平面出しを行って平坦な上側表面を得る。この図では、基板８の上の、第１の硬化モールド９ｂ及び第１の電鋳層１２の上の、下地金属層１３の上の、硬化樹脂の第２のモールド１４ｂ及び第２の電鋳層１６が見て取れる。

図２Ｈは、ステップｈ）終了後に得られる構造に対して行う面取り作業を示す。この図では（図２Ｇと比較するとより一層）、フライス１７及び面取り穴３ａが見て取れる。

図２Ｉは、図１Ｃの断面図に対応するもので、ステップｊ）終了後、層間剥離によって金属基板を引きはがし、プラズマ処理によって硬化フォトレジストを除去し、金溶解によって、金層の、電着ニッケルの２つの層の間に挟まれていない部分をストリッピングした後に得られる盲穴付きの二層構造を示す。この図では、第１のニッケル層１２、金層１３、第２のニッケル層１６、及び面取り３ａ、５ａ及び７が見て取れる。

電着金属構造の層間剥離により、金属構造を、それを樹脂で互いに結合させた状態で一体で保持することが可能になる。この構造分離方式により、構造全体を裏返し、それをプラズマ処理にかけることが可能である。プラズマ処理は、その指向性により、プラズマ発生源の正面にあるすべての樹脂を取り去ることができる。この樹脂除去方式により、とりわけ、構造を単にばらの状態で浴に浸けるだけでは届きにくい金属構造の盲穴及びその他の部分を、特に図１Ｃの穴４の場合のように盲穴の直径が極めて小さいときでも、完全にさらうことが可能となる。

上述した内容を考慮し、金下地層を除去する際に構造をばらの状態で処理するのを避けるために、以下の一連の作業を採用することができる。
１）フライス１７を使った面取り作業（図２Ｈ）、
２）プラズマ処理によるフォトレジスト１４ｂの除去、
３）層１３の、層１２と層１６に挟まれていない部分の金溶解によるストリッピング、
４）層間剥離による基板からの多層金属構造の引きはがし、
５）プラズマ処理によるフォトレジスト９ｂの分離。

日回しつめの製造
図３Ａ及びＢに示す日回しつめを、以下に説明するようにして作製した。

厚さ１ｍｍ、直径１５０ｍｍのステンレス鋼製ウエハからなる基板を、アルカリ溶液によって脱脂し、続いて酸性環境での中和によってその表面を不動態化し、蒸留水で洗浄し、乾燥することによって、脱脂し、電気鋳造の準備をした。続いて、八官能性エポキシ樹脂ＳＵ−８−２１００（Ｓｈｅｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社）を主成分とする厚さ１４０μｍのネガ型フォトレジストの第１の層をスピンコートによって基板上に塗着し、次いで、６５℃で５分間、さらに９５℃で３５分間加熱して、溶媒を蒸発させた。続いて、厚さ１４０μｍの同じフォトレジストの第２の層をスピンコートによってフォトレジストの第１の層上に塗着し、次いで、６５℃で７分間、さらに９５℃で６０分間加熱して、溶媒を蒸発させた。

続いて、所望のインプレッションに対応するマスクを通して、フォトレジストを中心波長３６５ｎｍの約７５０ｍＪ／ｃｍ^２のＵＶ照射に曝すことで、ステップｃ）を実施した。この照射は、照射されたゾーンの樹脂の光硬化を引き起こすが、照射されなかったゾーンは硬化しないままに残る。

続いて、得られた層に対して、硬化を完了させるために、６５℃で２分間、さらに９５℃で２０分間のアニールを行い、次いで、照射されなかったフォトレジストを、連続する３つのＰＧＭＥＡ浴（純度の昇順に）に２０分間浸けて溶解させ、イソプロピルアルコール浴で洗浄し、乾燥させた。それにより、ステンレス鋼製基板の上に硬化フォトレジストのモールドを得た。

続いて、硬化フォトレジストのモールドの開口部分内にニッケルを電着させ、研削及び研磨によって平面出しを行って平坦な上側表面を得、厚さ約２００ｎｍの金層を真空蒸着させ、ＳＵ−８−２１００エポキシ樹脂を主成分とする同一のフォトレジストの１２０μｍの連続した２つの層に対してステップａ）及びｂ）を繰り返し、ここでのステップｂ）の加熱は、第１の層に対しては、６５℃で５分間、次いで９５℃で３５分間、第２の層に対しては、６５℃で７分間、次いで９５℃で６０分間とした。

続いて、所望のインプレッションに対応する新たなマスクを通して、フォトレジストを中心波長３６５ｎｍの約７００ｍＪ／ｃｍ^２のＵＶ照射に曝すことで、ステップｃ）を繰り返した。紫外線のこの照射は、照射されたゾーンの樹脂の光硬化を引き起こすが、照射されなかったゾーンは硬化しないままに残る。

続いて、硬化を完了させるために、６５℃で１分間、さらに９５℃で１５分間のアニールを行い、次いで、照射されなかったフォトレジストを、連続する３つのＰＧＭＥＡ浴（純度の昇順に）に１５分間浸けて溶解させ、イソプロピルアルコール浴で洗浄し、乾燥させた。これにより、基板の上の、硬化フォトレジストの第１のモールド及び電鋳ニッケル層の上の、金下地層の上に、硬化フォトレジストの第２のモールドを得た。

続いて、目標厚さをわずかに（１０〜３０μｍ）上回る高さまで２回目のニッケル電着を行い、次いで、研削及び研磨によって平面出しを行って平坦な上側表面を得た。

続いて、層間剥離によって金属構造から基板をはがし、プラズマ処理によって硬化フォトレジストを除去し、外部と接する金層を金溶解によって除去した。こうして、図３Ａ及び３Ｂに示す日回しつめを得た。

スペーサの製造
図４Ａ及びＢに示すスペーサを製造するには、厚さ１ｍｍ、直径１５０ｍｍのステンレス鋼製ウエハからなる基板を用意し、アルカリ溶液で脱脂し、酸性溶液中で中和してその表面を不動態化し、続いて蒸留水で洗浄し、乾燥させて、電気鋳造の準備をした。次に、八官能性エポキシ樹脂ＳＵ−８−２１００（Ｓｈｅｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社）を主成とする厚さ１４０μｍのネガ型フォトレジストの第１の層をスピンコートによって基板上に塗着し、次いで、６５℃で５分間、さらに９５℃で３５分間加熱して、溶媒を蒸発させた。続いて、厚さ１４０μｍの同じフォトレジストの第２の層をスピンコートによってフォトレジストの第１の層の上に塗着し、次いで、６５℃で７分間、さらに９５℃で６０分間加熱して、溶媒を蒸発させた。

続いて、所望のインプレッションに対応するマスクを通して、フォトレジストを中心波長３６５ｎｍの約６００ｍＪ／ｃｍ^２のＵＶ照射に曝すことで、ステップｃ）を実施した。この照射は、照射されたゾーンの樹脂の光硬化を引き起こすが、照射されなかったゾーンは硬化しないままに残る。

続いて、得られた層に対して、硬化を完了させるために、６５℃で１分間、さらに９５℃で１５分間のアニールを行い、次いで、照射されなかったフォトレジストを、連続する３つのＰＧＭＥＡ浴（純度の昇順に）に２０分間浸けて溶解させ、イソプロピルアルコール浴で洗浄し、乾燥させた。それにより、ステンレス鋼製基板の上に硬化フォトレジストのモールドを得た。

続いて、硬化フォトレジストのモールドの開口部分内にニッケルを電着させ、研削及び研磨によって平面出しを行って平坦な上側表面を得、約１５０ｎｍの金層を真空蒸着させ、ＳＵ−８−２１００エポキシ樹脂を主成分とする同一のフォトレジストの９０μｍの連続する２つの層に対してステップａ）及びｂ）を繰り返し、ここでのステップｂ）の加熱は、第１の層に対しては、６５℃で５分間、次いで９５℃で２０分間、第２の層に対しては、４５℃で６０分間、次いで９５℃で６０分間とした。

続いて、所望のインプレッションに対応する新たなマスクを通して、フォトレジストを中心波長３６５ｎｍの約５００ｍＪ／ｃｍ^２のＵＶ照射に曝すことで、ステップｃ）を繰り返した。紫外線のこの照射は、照射されたゾーンの樹脂の光硬化を引き起こすが、照射されなかったゾーンは硬化しないままに残る。

続いて、硬化を完了させるために、６５℃で１分間、さらに９５℃で１５分間のアニールを行い、次いで、照射されなかったフォトレジストを、連続する３つのＰＧＭＥＡ浴（純度の昇順に）に１５分間浸け、イソプロピルアルコール浴で洗浄し、乾燥させることによって、溶解させた。これにより、基板の上の、硬化フォトレジストの第１のモールド及び電鋳ニッケル層の上の、金下地層の上に、硬化フォトレジストの第２のモールドを得た。

続いて、目標高さをわずかに（１０〜３０μｍ）上回る高さまで２回目のニッケル電着を行い、次いで、研削及び研磨によって平面出しを行って平坦な上側表面を得た。

ＳＵ−８−２１００エポキシ樹脂を主成分とする同一のフォトレジストの１４０μｍの連続した２つの層に対してステップａ）及びｂ）を繰り返し、ここでのステップｂ）の加熱は、第１の層に対しては、６５℃で５分間、次いで９５℃で３５分間、第２の層に対しては、４５℃で７分間、次いで９５℃で６０分間とした。

続いて、所望のインプレッションに対応する新たなマスクを通して、フォトレジストを中心波長３６５ｎｍの約６００ｍＪ／ｃｍ^２のＵＶ照射に曝すことで、ステップｃ）を繰り返した。紫外線のこの照射は、照射されたゾーンの樹脂の光硬化を引き起こすが、照射されなかったゾーンは硬化しないままに残る。

続いて、硬化を完了させるために、６５℃で１分間、さらに９５℃で１５分間のアニールを行い、次いで、照射されなかったフォトレジストを、連続する３つのＰＧＭＥＡ浴（純度の昇順に）に１５分間浸けて溶解させ、イソプロピルアルコール浴で洗浄し、乾燥させた。これにより、硬化フォトレジストの第３のモールドを電鋳ニッケルの第１および第２の層の上に得た。

硬化フォトレジストで覆われていない電鋳ニッケルのその第２の層の上側表面を電気化学的処理によって活性化させた。

続いて、目標高さをわずかに（１０〜３０μｍ）上回る高さまで３回目のニッケル電着を行い、次いで、研削及び研磨によって平面出しを行って平坦な上側表面を得た。

第３の電鋳ニッケル層が第２の電鋳ニッケル層の上に完全に重なり合う場合には、中間の下地層はなくすことができる。

続いて、層間剥離によって金属構造から基板をはがし、プラズマ処理によって硬化フォトレジストを除去し、外部と接する金層を金溶解によって除去した。こうして、図４Ａ及び４Ｂに示すスペーサを得た。

Claims (7)

1. 第１の層に隣接し、前記第１の層に完全には重なり合わない少なくとも１つの第２の層を有する多層金属構造のＬＩＧＡ−ＵＶによる製造方法であって、
   ａ）バルク金属の平坦な基板上にフォトレジスト層を塗着するステップと、
   ｂ）前記フォトレジスト層の主成分に応じて当該フォトレジスト層を加熱するか又は加熱なしにより溶媒を除去するステップと、
   ｃ）所望のパターンに対応するマスクを通して、前記フォトレジスト層を３６５ｎｍの波長で１００〜２０００ｍＪ／ｃｍ^２のＵＶ照射に曝すステップと、
   ｄ）前記ステップｃ）の終了後に、前記フォトレジスト層の主成分に応じて当該フォトレジスト層のアニールを行うか又は行うことなしに、前記ＵＶ照射部分の光硬化又は光分解を完了させるステップと
   ｅ）光硬化しなかった部分又は光分解した部分を溶解させることによって現像を行って、硬化フォトレジストのモールドを得るステップと、
   ｆ）前記モールドの開口部分内に金属又は合金の第１の層を電着させ、機械加工によって前記金属構造及び前記モールドの平面出しを行って平坦な上側表面を得るステップと、
   ｇ）平坦な前記上側表面の全体に下地金属層を真空蒸着させ、次いで、該下地金属層を基板とする前記ステップａ）、続いて前記ステップｂ）、ｃ）、ｄ）、及びｅ）を繰り返すステップと、
   ｈ）前記下地金属層がある状態で前記モールドの前記開口部分内に金属又は合金の第２の層を電着させ、機械加工によって金属構造及び前記モールドの平面出しを行って平坦な上側表面を得るステップと、
   ｉ）所望する多層化が三層以上の場合にはそれに応じて前記ステップｇ）及びｈ）を繰り返して、所望の多層金属構造を形成するステップと、
   ｊ）前記バルク金属基板上に得られた前記多層金属構造及び前記硬化フォトレジストを層間剥離によって前記バルク金属基板からはがし、残った前記多層金属構造及び前記硬化フォトレジストから前記硬化フォトレジストを分離して前記多層金属構造を切り離し、次いで、前記下地金属層の、電着させた金属又は合金の２つの層の間に挟まれていない部分を取り除くステップと
   を含む方法。
2. 前記ステップｈ）又は前記ステップｉ）の終了後、前記ステップｊ）の前に、前記ステップｈ）又はｉ）で堆積させた金属又は合金の前記層の上に完全に重なり合う金属又は合金の層を、前記ＬＩＧＡ−ＵＶを用いて前記ステップａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）及びｅ）を繰り返し、続いて前記硬化フォトレジストで覆われていない前記電着させた金属の表面を電気化学的処理によって活性化させて前記ステップｆ）を繰り返すことによって作製することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ＬＩＧＡ−ＵＶを用いて前記ステップａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）及びｅ）を行い、続いて前記硬化フォトレジストで覆われていない前記電着させた金属の表面を電気化学的処理によって活性化させて前記ステップｆ）を実行することによって、金属又は合金の層をあらかじめ前記ステップａ）で用いるバルク金属の平坦な基板上に作製しておき、次いで前記ステップａ）を、バルク金属の平坦な基板上に作製した前記金属又は合金の層の上にフォトレジスト層を塗着するステップとして実行し、続いて前記ステップｂ）から前記ステップｊ）までの処理を実行することで、前記金属又は合金の層に前記第１の層を完全に重ね合わせることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の方法。
4. 前記基板がステンレス鋼製ウエハであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記基板が、マイクロピーニング、化学エッチング又はレーザーエッチングによって微細な凹凸を形成するテクスチャ付けされた上側表面を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記基板が研磨された上側表面を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記バルク金属の平坦な同一基板上に複数の前記多層金属構造を同時に形成し、前記ステップｉ）後に、少なくとも前記複数の構造の表側からアクセス可能な硬化フォトレジストをプラズマ処理によって指向性をもって除去し、前記下地金属層によって覆われていない部分を除去することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。

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