JPH05273758A - ミクロ構造素子の製造方法 - Google Patents

ミクロ構造素子の製造方法

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JPH05273758A
JPH05273758A JP4319889A JP31988992A JPH05273758A JP H05273758 A JPH05273758 A JP H05273758A JP 4319889 A JP4319889 A JP 4319889A JP 31988992 A JP31988992 A JP 31988992A JP H05273758 A JPH05273758 A JP H05273758A
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ペーター、ヘセル
Gerhard Dr Hoffmann
ゲールハルト、ホフマン
Juergen Langen
ユルゲン、ランゲン
Holger Reinecke
ホルガー、ライネケ
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ポリマーを画像に基づきＸ線で照射すること
により、数μｍないしミリメートル範囲の構造深さを有
するミクロ構造素子を製造する新規方法を提供する。 【構成】 該方法は、ポリマーとして脂肪族ポリエステ
ル使用することよりなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリマーを画像に基づ
きＸ線で照射し、引き続き適当な現像剤媒体で現像する
ことにより、数μｍないしミリメートル範囲の構造深さ
及びミクロン範囲の横方向寸法を有するミクロ構造素子
を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロエレクトロニクスの開発は、当
然の小型化及び集積が、相応する技術を伴う多種多様な
新しい製品を生じることが判明した。ここ数年間で、マ
イクロエレクトロニクスは他の分野の産業を制して小型
化における著しい先導役を達成した。他方では、他のマ
イクロ技術は将来著しい重要性を達成することが判明し
た。特に、マイクロメカニック及び集積光学装置が挙げ
られる。マイクロエレクトロニクスと組み合わせると、
このタイプの技術は、膨大な数の新たな電子、光学、生
物学及び機械的機能素子を開発する。
【０００３】非エレクトロニックアッセンブリ、システ
ム部品及びマイクロ技術のサブシステムの大量生産にお
いて、半導体技術の著しく高性能の製造方法は、もちろ
ん極めて広い範囲で利用される。同時に、マイクロメカ
ニックのための精密工学の古典的方法を時代に即応させ
かつ該工学を適当に変更された半導体製造法と組み合わ
せて、シリコンプラナー技術の狭い制限を排除しかつ広
範囲の形状及び材料をベースとする新たな設計可能性を
開発されねばならない。この要求は、かなりの範囲ま
で、リソグラフィー、電鋳及び注型をベースとし、ケル
ンフォルッシュングツエントルム・カールスルーエ(Ker
nforschungszentrum Karlsruhe：ＫｆＫ）で開発された
ＬＩＧＡによって満足される。
【０００４】重要なミクロ構造製品は、加速度、流量、
超音波、湿度及び同種のものを測定するためのセンサ、
マイクロモータ、マイクロニューマチック部品、マイク
ロエレクトニクスのためのマイクロコネクタ、マイクロ
光学部品、光ファイバー部品、マイクロ電極、スピナ、
マイクロフィルタ、滑りベアリング、膜及びその他の多
くのものである。
【０００５】ＬＩＧＡ法の必須製造工程は、使用ポリマ
ーの構造に正確な照射である。ＬＩＧＡ法の利用可能性
は、特殊に製造されたポリメチルメタクリレート（以下
には、ＰＭＭＡと記載）を使用した簡単なミクロ構造に
よって立証された。
【０００６】前記のＬＩＧＡによる数μｍないしミリメ
ートル範囲の構造深さを有するミクロ構造を有する複雑
な立体構造を製造する際には、ＰＭＭＡは大量の照射量
が必要であることが判明した。
【０００７】更に、適当な現像剤媒体を用いた照射した
ポリマー領域の現像中に、照射されなかった領域が膨潤
し、それにより微細なミクロ構造が破壊されることが判
明した。他方では、膨潤したポリマー領域は、乾燥の際
に応力亀裂を生じ、ひいては電鋳の際に使用不可能なミ
クロ構造素子を生じる。これらの問題の原因は、ＰＭＭ
Ａの高い溶剤感受性である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、少な
いシンクロトロン放射を必要とし、Ｘ線にさらすと解重
合し、選択的に特殊な現像剤を使用して除去することが
できるポリマーを見出すことであった。更に、該ポリマ
ーは、例えば射出成形、圧縮成形、押出成形又は注型に
より簡単な試料製造を容易にし、かつ如何なる膨潤、応
力亀裂又は欠陥を有するべきでない。
【０００９】また、ポリマーをミクロ構造化することが
可能であるべきである、すなわち、該ポリマーは、５〜
１０μｍのミクロ構造寸法であっても、同時に５：１〜
１０００：１、有利には２０：１〜５０：１の高いアス
ペクト比（＝構造深さ：構造幅）で、熱機械的強度を有
するべきである。電鋳法を困難無く実施するために、該
ポリマーは６０℃まで機械的に安定でありかつ同時に、
例えば硫酸及びアミドスルホン酸に対して耐性であるべ
きである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】ところで、驚異的にも、
前記課題は、脂肪族ポリエステル、特にポリグリコリド
及びポリアクチドホモポリマー及びコポリマー、３−及
び４−ヒドロキシ酪酸のホモポリマー及びコポリマーに
よって解決されることが判明した。
【００１１】ポリグリコリド及びポリアクチドホモポリ
マー及びコポリマーが、例えばＬＩＧＡ法のために必要
とされるような、高いアスペクト比が重要であるミクロ
構造素子を製造するために適当であること、並びにそれ
によってもたらされる利点は、驚異的なことであり、か
つ従来刊行された刊行文献から予測され得なかったこと
である。
【００１２】従って、本発明は、ポリマーを画像に基づ
きＸ線で照射することにより、数μｍないしミリメート
ル範囲の構造深さを有するマイクロ素子を製造する方法
を提供し、該方法は、使用するポリマーが脂肪族ポリエ
ステルであることを特徴とする。
【００１３】この目的のための有利な脂肪族ポリエステ
ルは、ポリグリコリド、ポリラクチド又はグロコリド／
ラクチドコポリマーである。
【００１４】使用するＸ線は、有利にはシンクロトロン
放射線である。
【００１５】本発明による方法を実施するためには、脂
肪族ポリエステルを射出成形、押出成形及び／又は圧縮
成形によって支持体に施すことができる。
【００１６】本発明による方法は、３μｍ〜２０００μ
ｍの構造深さを有するミクロ構造素子を製造することを
可能にするので、該ポリマーは、構造深さ１０μｍ〜２
０００μｍ及び横方向寸法１０μｍ未満を有するミクロ
構造素子を、シンクロトロン放射線で照射し、かつ選択
的現像剤で処理することができる。
【００１７】適当な選択的現像剤の例は、有利には水性
又はアルコール性水酸化ナトリウム溶液又はアミン含有
現像剤溶液である。
【００１８】本発明による方法では、照射は、Ｘ線ソー
スから高エネルギの平行照射を使用して実施することが
できる。この放射線の波長は、０．１〜１０ｎｍ、有利
には０．１〜１ｎｍの範囲内にある。
【００１９】このタイプの放射線は、例えば特殊なプレ
アブゾーバ、例えばベリリウム及び／又はポリイミドフ
ィルムからなるプレアブゾーバ（例えばDu Pont de Nem
oursからのKapton(登録商標)）を使用したシンクロトロ
ンで、２５ｍＡの平均リング電流で１〜３００分間発生
させることができる。
【００２０】放射出力は、シンクロトロンから分岐する
電子貯蔵リング内の電子エネルギに依存する。一般に、
電子エネルギは１．６〜２．３ＧｅＶである。
【００２１】画像に基づく照射は、一般に特殊なＸ線マ
スク、例えば金アブゾーバ構造を有するチアタニウムベ
ースフォイルを使用して実施する。
【００２２】本発明に基づき使用されるポリマーは、脂
肪族ポリエステル、特にポリグリコチド及びポリアクチ
ドホモポリマー及びコポリマーである。
【００２３】ポリグリコチド及びポリアクチドホモポリ
マー及びコポリマーは公知でありかつ例えば米国特許第
４７３３３６５号明細書、フランス国特許第３１４２４
５号明細書、特開昭６０−１４８６１号公報、フランス
国特許第２６４９２６号明細書、G. Rafler, L. Dahlma
nn, I. Ruhnau, Acta Polymerica 41 (1990) 628, Ph.
Dubois, C. Jacobs, R. Jerome, Ph. Teyssie, Macrmol
ecules 24 (1991) 2266, R. Rafler, J. Dahlmann, Act
a Polymerica 41 (1990) 611, 及びT. マスダ,A. マツ
ダ, S. ヤマザキ, I. タカハシ, K. Sato, Polymer Pre
prints, 日本 39 (1990) 5に記載されている。
【００２４】本発明に基づく方法にために特に好適であ
るのは、ポリグリコリド、Ｄ，Ｌ−ポリアクチド、Ｄ−
及びＬ−ポリアクチド及びコポリマー、即ちグリコリド
−Ｄ，Ｌ−ラクチド、グリコリド−Ｄ−ラクチド、グリ
コリド−Ｌ−ラクチド、Ｌ−ラクチド−Ｄ，Ｌ−ラクチ
ド及びＤ−ラクチド−Ｄ，Ｌ−ラクチドコポリマーであ
る。
【００２５】更に、ε−カプロラクトン及び／又はトリ
メチレンカーボネート５０％までを含有するコポリマ
ー、例えばＬ−ラクチド−ε−カプロラクトン、Ｌ−ラ
クチド−トリメチレンカーボネート、グリコリド−ε−
カプロラクトン及びグリコリド−トリメチレンカーボネ
ートコポリマーも出発物質として適当である。また、３
−及び４−ヒドロキシ酪酸のホモポリマー、例えば３−
及び４−ヒドロキシ酪酸とヒドロキシバレリアン酸との
コポリマー（該コポリマーの比１００：５〜１００：５
０、有利には９：１〜７：３）、例えばＩＣＩ社からの
Biopol(登録商標)ポリマーも好適である。
【００２６】一般に、使用される脂肪族ポリエステル
は、平均分子量１００００〜１００００００、有利には
２０００００〜３０００００及び固有粘度２．５〜９ｄ
ｌ／ｇ、有利には７〜９ｄｌ／ｇを有する。
【００２７】本発明の方法は、有利には、融点１４０〜
２３０℃を有する部分結晶質誘導体、例えばポリグリコ
リド、Ｌ−又はＤ−ポリアクチド及びグリコリド−Ｌ，
Ｄ−ラクチド及びＬ−ラクチド−Ｌ，Ｄ−ラクチドコポ
リマーのようなコポリマーを使用して実施するのが有利
である。
【００２８】このタイプの特に有利な脂肪族ポリエステ
ルの例は、ポリ−Ｌ−ラクチド（例えばBoehringer, In
gelheimからのResomer(登録商標)L 214）及びＬ−ラク
チド（９０）−Ｄ，Ｌ−ラクチド（１０）コポリマー
（例えばResomer LR 909）である。
【００２９】適当な脂肪族ポリエステルは、有利には
【００３０】
【化１】 （R. Rafler, J. Dahlmann, Acta Polymerica 41 (199
0) 611参照）の開環重合により製造することができる。
【００３１】しかしながら、ポリグリコリドは一酸化炭
素とホルムアルデヒドから製造することもできる（T.
マスダ, Polymer Preprints, 日本 39 (1990) 5）。
【００３２】既述の通り、ミクロ構造素子を製造するに
は、脂肪族ポリエステル、特にポリグリコリド及びポリ
アクチドホモポリマー及びコポリマーを、ペレットとし
て又は粉末形で、導電性金属支持体、例えばニッケル、
銅又は鋼からなる支持体（該支持体には、別の金属又は
金属酸化物、例えばチタニウムが被覆されていてもい）
に、通常の方法で、例えば圧縮成形、射出成形及び押出
成形により、２０〜４０℃で、必要に応じて、付加的に
特殊な接着性コーチング又は付着促進剤を使用して、塗
布しかつ固定することができる。金属支持体上のホモポ
リマー又はコポリマーの厚さは、一般に２０〜２０００
μｍ、有利には５０〜８００μｍ、特に１００〜５００
μｍである。ホモポリマー又はコポリマーの表面は、好
ましくは極めて平滑であるべきである。
【００３３】画像に基づき照射した後に、現像を適当な
現像剤媒体を使用して実施する。
【００３４】使用することができる現像剤は、塩基性現
像剤、例えば水中又は水／イソプロパノール中の０．１
〜２０％濃度の水酸化ナトリウムである。照射されなか
った領域は、侵食されない。
【００３５】また、該ポリマーを構造化するために、有
機酸（ギ酸又は酢酸）又はアミン系現像剤を使用するこ
とも可能であるが、構造深さは水酸化ナトリウム溶液で
達成されるよりも小さい。
【００３６】このようにして得られたミクロ構造は、同
じ放射線量に関して、ＰＭＭＡ用のドイツ国特許第３０
３９１１０号明細書に記載されているような、ＧＧ現像
剤に比較して著しく深い構造深さを有する。従って、数
百μｍの深さで１０μｍ未満の横方向寸法を有しかつ欠
陥を有しない構造を製造することができる。
【００３７】このようにして得られたミクロ構造は、先
鋭な、急峻なエッジ及び平滑な壁を有し、かつＬＩＧＡ
法で使用される電鋳浴、酸性銅又はニッケル浴に対して
耐性を有する。ミクロ構造は、電鋳浴中で２０〜６０℃
で２４時間後にそのまま維持される。
【００３８】ＬＩＧＡ法のためのレジストとしてのＰＭ
ＭＡと比較して、本発明に基づき使用する脂肪族ポリエ
ステルの最大の利点は、構造深さとは別に、そのミクロ
構造内の優れた耐応力亀裂性にある。
【００３９】
【実施例】次に実施例により本発明を詳細に説明する。
なお、以下の実施例中部及び％は、他に断りの無い限り
重量部及び重量％である。
【００４０】実施例１ 固有粘度７〜９ｄｌ／ｇを有するＬ−ポリアクチド（例
えばBoehringer KG からのResomer(登録商標)L 214）を
寸法３０×１０×２ｍｍを有する試料として、電子エネ
ルギ２．３ＧｅＶを有するシンクロトロンで平均リング
電流２５ｍＡ及びスキャナートラバース１０ｍｍで試験
構造を有するＸ線マスクを透過して画像に基づき１３．
５分間照射した。引き続き、水／イソプロパノール
（１：１）中の１％の濃度の水酸化ナトリウムで２５℃
で３０分間現像することにより構造化した。構造深さは
３５０μｍであった。構造化したＬ−ポリアクチドは、
典型的“ノッチ応力”試験構造において全く応力亀裂を
有していなかった。幅５μｍの溝、幅２５μｍの微細歯
車、微細螺旋、リッジ、及び直径２５μｍを有するカラ
ムのような、試験マスクの微細構造は、個別のかつ統計
的欠陥を有していなかった。
【００４１】比較例１ ＰＭＭＡから製造した試験を、同じ条件下で１３．５分
間照射しかつＰＭＭＡのために最適な現像剤（ＧＧ現像
剤）を使用して構造化した。構造深さは８０μｍにすぎ
なかった。ノッチ応力構造、微細歯車リム及び微細螺旋
において、応力亀裂が生じた。幅５μｍの溝、幅２５μ
ｍの微細歯車、微細螺旋、リッジ、及び直径２５μｍを
有するカラムのような、試験マスクの別の微細構造は、
個別のかつ統計的欠陥を有していなかった。
【００４２】実施例２ 固有粘度２．９ｄｌ／ｇを有するＬ−ポリアクチド（例
えばBoehringer KG からのResomer(登録商標)L 214）を
寸法３０×１０×２ｍｍを有する試料として、電子エネ
ルギ２．３ＧｅＶを有するシンクロトロンで平均リング
電流２５ｍＡ及びスキャナートラバース１０ｍｍで試験
構造を含有するＸ線マスクを透過して画像に基づき１
３．５分間照射した。引き続き、水／イソプロパノール
（１：１）中の１％の濃度の水酸化ナトリウムで２５℃
で３０分間現像することにより構造化した。構造深さは
３８０μｍであった。構造化したＬ−ポリアクチドは、
典型的“ノッチ応力”試験構造において全く応力亀裂を
有していなかった。幅５μｍの溝、幅２５μｍの微細歯
車、微細螺旋、リッジ、及び直径２５μｍを有するカラ
ムのような、試験マスクの微細構造は、個別のかつ統計
的欠陥を有していなかった。
【００４３】比較例２ ＰＭＭＡから製造した試験を、同じ条件下で１３．５分
間照射した。構造深さは８０μｍにすぎなかった（ＧＧ
現像剤で現像）。ノッチ応力構造、微細歯車リム及び微
細螺旋において、応力亀裂が生じた。幅５μｍの溝、幅
２５μｍの微細歯車、微細螺旋、リッジ、及び直径２５
μｍを有するカラムのような、試験マスクの別の微細構
造は、個別のかつ統計的欠陥を有していなかった。
【００４４】実施例３ 実施例１で使用したと同じＬ−ポリアクチドを、電子エ
ネルギ２．３ＧｅＶを有するシンクロトロンで平均リン
グ電流２５ｍＡ及びスキャナートラバース１０ｍｍで試
験構造を有するＸ線マスクを透過して画像に基づき２
２．５分間照射した。引き続き、水／イソプロパノール
（１：１）中の１％の濃度の水酸化ナトリウムで２５℃
で３０分間現像することにより構造化した。構造深さは
４７５μｍであった。構造化したＬ−ポリアクチドは、
典型的“ノッチ応力”試験構造において全く応力亀裂を
有していなかった。幅１０μｍの溝、幅２５μｍの微細
歯車、微細螺旋、リッジ、及び直径２５μｍを有するカ
ラムのような、試験マスクの微細構造は、個別のかつ統
計的欠陥を有していなかった。
【００４５】比較例３ ＰＭＭＡから製造した試験を、同じ条件下で２２．５分
間照射した。構造深さは１５０μｍにすぎなかった（Ｇ
Ｇ現像剤で現像）。ノッチ応力構造、微細歯車リム及び
微細螺旋において、応力亀裂が生じた。幅１０μｍの
溝、幅２５μｍの微細歯車、微細螺旋、リッジ、及び直
径２５μｍを有するカラムのような、試験マスクの別の
微細構造は、個別のかつ統計的欠陥を有していなかっ
た。
【００４６】実施例４ 実施例２で使用したと同じＬ−ポリアクチドを、電子エ
ネルギ２．３ＧｅＶを有するシンクロトロンで平均リン
グ電流２５ｍＡ及びスキャナートラバース１０ｍｍで試
験構造を有するＸ線マスクを透過して画像に基づき２
２．５分間照射した。引き続き、水／イソプロパノール
（１：１）中の１％の濃度の水酸化ナトリウムで２５℃
で３０分間現像することにより構造化した。構造深さは
５００μｍであった。構造化したＬ−ポリアクチドは、
典型的“ノッチ応力”試験構造において全く応力亀裂を
有していなかった。幅１０μｍの溝、幅２５μｍの微細
歯車、微細螺旋、リッジ、及び直径２５μｍを有するカ
ラムのような、試験マスクの微細構造は、個別のかつ統
計的欠陥を有していなかった。
【００４７】比較例４ ＰＭＭＡから製造した試験を、同じ条件下で２２．５分
間照射した。構造深さは１５０μｍにすぎなかった（Ｇ
Ｇ現像剤で現像）。ノッチ応力構造、微細歯車リム及び
微細螺旋において、応力亀裂が生じた。幅１０μｍの
溝、幅２５μｍの微細歯車、微細螺旋、リッジ、及び直
径２５μｍを有するカラムのような、試験マスクの別の
微細構造は、個別のかつ統計的欠陥を有していなかっ
た。
【００４８】実施例５ 固有粘度７〜９ｄｌ／ｇを有するＬ−ポリアクチド（ペ
レット、例えばBoehringer KG から市販の製品Resomer
(登録商標)L 214）を、表面粗さ２００ｎｍを有する銅
支持体プレートに３０×８０ｍｍの金属フレーム内で２
００℃で２分間圧縮成形（２５０ｋｇ／ｃｍ2）により
施した。コーチング厚さは１２０μｍであった。
【００４９】該試料を、電子エネルギ２．３ＧｅＶを有
するシンクロトロンで平均リング電流２５ｍＡ及びスキ
ャナートラバース１０ｍｍで試験構造を有するＸ線マス
クを透過して画像に基づき１３．５分間照射した。引き
続き、水／イソプロパノール（１：１）中の１％の濃度
の水酸化ナトリウムで２５℃で３０分間現像することに
より構造化した。構造深さは１２０μｍであった。構造
化したＬ−ポリアクチドは、典型的“ノッチ応力”試験
構造において完全に応力亀裂を有していなかった。幅５
μｍの溝、幅４０μｍの微細歯車、微細螺旋、リッジ、
及び直径２５μｍを有するカラムのような、試験マスク
の微細構造は、個別のかつ統計的欠陥を有していなかっ
た。
【００５０】比較例５ ＰＭＭＡは、ＧＧ現像剤は銅と錯化しかつ銅を部分的に
溶解するために、相応して構造化することはできなかっ
た。
【００５１】実施例６ 固有粘度７〜９ｄｌ／ｇを有するＬ−ポリアクチド（ペ
レット、例えばBoehringer KG から市販の製品Resomer
(登録商標)L 214）を、表面で酸化したほぼ３μｍのチ
タニウムコーチングを有する銅支持体プレートに３０×
８０ｍｍの金属フレーム内で２００℃で２分間圧縮成形
（２５０ｋｇ／ｃｍ2）により施した。レジストコーチ
ング厚さは３５０μｍであった。
【００５２】該試料を、電子エネルギ２．３ＧｅＶを有
するシンクロトロンで平均リング電流２５ｍＡ及びスキ
ャナートラバース２８ｍｍで試験構造を含有するＸ線マ
スクを透過して画像に基づき３７．８分間照射した。引
き続き、水／イソプロパノール（１：１）中の１％の濃
度の水酸化ナトリウムで２５℃で３０分間現像すること
により構造化した。構造深さは３５０μｍであった、即
ち、導電性支持体プレートは被覆されていなかった。構
造化したＬ−ポリアクチドは、典型的“ノッチ応力”試
験構造において全く応力亀裂を有していなかった。幅５
μｍの溝、幅２５μｍの微細歯車、微細螺旋、リッジ、
及び直径４０μｍを有するカラムのような、試験マスク
の微細構造は、個別のかつ統計的欠陥を有していなかっ
た。該構造ラミネートは、ＬＩＧＡ法によって金属の電
鋳のために使用することができる。
【００５３】比較例６ ＰＭＭＡから製造したラミネート（３５０μｍ）と、実
施例６に記載の支持体を、同じ条件下で３７．８分間照
射した。構造深さは９０μｍにすぎなかった（ＧＧ現像
剤で現像）。該導電性支持体プレートは、剥離されなか
った。従って、該導電性ラミネートは、ＬＩＧＡ法によ
って金属の電鋳のために使用することができなかった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユルゲン、ランゲン ドイツ連邦共和国、5300、ボン、３、ア ム、ヘレンガルテン、65 (72)発明者 ホルガー、ライネケ ドイツ連邦共和国、6729、リュルツハイ ム、レーマーシュトラーセ、７

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ポリマーを画像に基づきＸ線で照射する
    ことにより、数μｍないしミリメートル範囲の構造深さ
    を有するミクロ構造素子を製造する方法において、使用
    するポリマーが脂肪族ポリエステルであることを特徴と
    する、ミクロ構造素子の製造方法。
  2. 【請求項２】 使用する脂肪族ポリエステルがポリグリ
    コリド、ポリラクチド又はグロコリド／ラクチドコポリ
    マーである、請求項１記載の製造方法。
  3. 【請求項３】 構造深さ１０μｍ〜２０００μｍ及び横
    方向寸法１０μｍ未満を有するミクロ構造素子を、シン
    クロトロン放射線で照射し、かつ選択的現像剤で処理す
    ることにより製造し、かつ使用する選択的現像剤が水性
    又はアルコール性水酸化ナトリウム溶液又はアミン含有
    現像剤溶液である、請求項１又は２記載の製造方法。
JP4319889A 1991-12-14 1992-11-30 ミクロ構造素子の製造方法 Withdrawn JPH05273758A (ja)

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