JPH06177015A - 微小構造素子の製造方法 - Google Patents

微小構造素子の製造方法

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JPH06177015A
JPH06177015A JP5218787A JP21878793A JPH06177015A JP H06177015 A JPH06177015 A JP H06177015A JP 5218787 A JP5218787 A JP 5218787A JP 21878793 A JP21878793 A JP 21878793A JP H06177015 A JPH06177015 A JP H06177015A
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radiation
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imaging radiation
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ペーター、ヘセル
Oskar Stephan
オスカル、シュテファン
Gerhard Dr Hoffmann
ゲールハルト、ホフマン
Juergen Dr Langen
ユルゲン、ランゲン
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 好ましい重合体がすべて耐久性のある重合体
／基板複合体をもたらすように処理され得る方法を提供
し、さらにこの複合体を、正確かつ再現可能に、極めて
短時間で、全面積にわたり高度に正確な層厚さに、しか
も亀裂が生起しないように形成すること。 【構成】 重合体のＸ線による画像形成放射と画像形成
放射された重合体帯域の除去による数μｍからｍｍ範囲
に至る構造深さを有する微小構造素子の製造方法であっ
て、画像形成放射の前に、枠２内において押圧部材１に
より圧力溶融により数μｍからｍｍ範囲に至る厚さの層
に、重合体６を導電性基板５上に施し、重合体を確実に
固定することを特徴とする方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は、重合体のＸ線による画像形成放
射と画像形成放射された重合体帯域の除去による数μｍ
からｍｍ範囲に至る構造深さを有する微小構造素子の製
造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】マイクロエレクトロニクスの発達によ
り、相次ぐ微小化と集積化の結果、当惑する程の多様な
新製品が対応する技術と共にもたらされている。ここ数
年の間にマイクロエレクトロニクスは、他の産業分野を
超えて微小化における著しい進歩をとげている。他方に
おいて、他のマイクロテクノロジーも将来著しく重要な
位置を占めるものと思われる。ことにマイクロメカニク
スおよび集積光学素子が注目されるべきである。この種
の技術がマイクロエレクトロニクスと結合することによ
り、想像もつかない多数の新規な電子工学的、光学的、
生物学的および機械的な機能素子を開発するに至るであ
ろう。
【０００３】マイクロテクノロジーにおける非エレクト
ロニクス集積体、システム構成単位およびサブシステム
の大量生産において、当然のことながら半導体技術の極
めて効率的な生産方法が広範囲にわたり利用される。同
時にシリコン基板技術の狭い制約から脱皮し、広範な形
態、材料にもとずく新規な設計可能性を発展させるため
には、マイクロメカニクスの精密工学における古典的方
法を近代化し、適当に修正された半導体製造方法と融合
させることが試みられねばならない。この必要性は、例
えばカルルスルーエ原子核中央研究所（Ｋｅｒｎｆｏｒ
ｓｃｈｕｎｇｓｚｅｎｔｒｕｍ Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ，
ＫｆＫ）で開発されたリトグラフィー、電鋳および成形
の各工程にもとずく、いわゆるＬＩＧＡ法により、相当
程度まで充足された。
【０００４】興味ある微小構造体は、加速度、流速、超
音波、湿度などを計測するセンサ、マイクロモータ、微
小空気圧素子、マイクロエレクトロニクス用マイクロコ
ネクタ、微小光学素子、光ファイバ素子、マイクロ電
極、微小紡糸口金、マイクロフィルタ、微小滑り軸受
け、薄膜などである。
【０００５】ＬＩＧＡ法の本質的な製造工程は、使用さ
れる重合体の構造的に精密な放射処理である。ＬＩＧＡ
法の実施可能性は、特別に準備されたポリメチルメタク
リレート（ＰＭＭＡ）を使用した微小構造体により実証
された。
【０００６】数μｍからｍｍ範囲に至る構造深さを有す
る複雑な三次元構造体を上述ＬＩＧＡ法により製造する
ためには、ＰＭＭＡは導電性基板上に置かれねばならな
い。この目的から、従来、特殊な成形方法が採用されて
いる。すなわち成形樹脂としてメチルメタクリレートに
溶解されたＰＭＭＡを使用し、この液状体を特殊な開始
剤、触媒、接着増強剤と共に電導性基板の枠内に注下
し、光もしくは熱により重合させる。
【０００７】しかしながら、この成形樹脂処理は以下の
問題をもたらす。
【０００８】（ａ）基板上の成形樹脂の重合によりもた
らされる重合収縮は、層中に歪みを生起させる。
【０００９】（ｂ）この歪みを本質的に回避するために
は重合の間の長時間の条件調整および２４時間にも及ぶ
冷却時間が不可避である。
【００１０】（ｃ）重合体の選定は制約される。成形樹
脂として重合され得る重合体あるいは層形成処理の間対
応する単量体状態にある重合体のみが使用され得るに過
ぎない。
【００１１】（ｄ）固体状態、例えば顆粒、粉末の市販
熱可塑性樹脂はすべて使用不可能である。
【００１２】（ｅ）これまでのところ、ＬＩＧＡ法では
ＰＭＭＡのみが使用可能である。
【００１３】数μｍからｍｍ範囲に至る構造深さを有す
る複雑な三次元構造体のＬＩＧＡ法による製造におい
て、ＰＭＭＡは大量の放射線量を必要とすることが見出
されている。
【００１４】さらにまた、単一放射された重合体帯域は
適当な現像液により現像されている間に澎潤し、このた
め微小構造が破壊されるおそれがあることも見出されて
いる。他方において、重合体の澎潤帯域は乾燥の間に歪
み亀裂をもたらし、電鋳処理で使用不能の微小構造体が
形成される。これらの問題は、ＰＭＭＡの対溶媒高感受
性により惹起される。
【００１５】
【発明が解決すべき課題】そこで本発明の目的は、上述
した問題を解決し得る方法を提供することである。この
新規方法は、好ましい重合体、ことに独国特許出願公開
４１０７６６２号、４１０７８５１号、４１４１３５２
号各公報に記載されている重合体が、すべて耐久性のあ
る重合体／基板複合体をもたらすように処理され得るこ
とを可能とするものでなければならない。本発明のさら
に他の目的は、この重合体／基板複合体を、正確かつ再
現可能に、極めて短時間で、例えば数時間あるいは分の
オーダで、しかもレジストの全面積にわたり高度に正確
な層厚さに、しかも重合体層内部においても亀裂が生起
しないように形成することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】しかるに上述した諸目的
は、押圧部材を使用して、重合体層の寸法を決定する枠
内において重合体を押圧することにより解決され得るこ
とが本発明者らにより見出された。
【００１７】すなわち本発明は、重合体のＸ線による画
像形成放射と画像形成放射された重合体帯域の除去によ
る数μｍからｍｍ範囲に至る構造深さを有する微小構造
素子の製造方法であって、画像形成放射の前に、重合体
を導電性基板上に置き、枠内において押圧部材により圧
力溶融により数μｍからｍｍ範囲に至る厚さの層にな
し、重合体を確実に固定することを特徴とする方法を提
供する。
【００１８】本発明方法に使用され得る重合体は、押圧
処理により溶融し得る、無定形の、もしくは部分的結晶
性の熱可塑性樹脂であるのが好ましい。
【００１９】画像形成放射に使用されるＸ線は、シンク
ロトロン放射線であるのが好ましい。
【００２０】本発明方法は、ことに３から２０００μｍ
の構造深さ、および１０μｍより小さい最小横方向寸法
を有する微小構造素子を製造するのに適する。
【００２１】一般的に層厚さは、３から２０００μｍ、
ことに５０から６５０μｍであることが必要である。
【００２２】使用される押圧成形型は、図１（型が開放
状態で示されている）および図２（型が閉鎖状態で示さ
れている）に示されるように押圧部材（１）と枠部材
（２）から成る。この成形型に使用される材料は金属、
ことにスチールが好ましい。押圧成形型は、プレス上方
部材（７）とプレス下方部材（８）の間に設けられる。
押圧部材（１）はねじで中央金属ブロック（３）に固定
されているのが好ましく、このブロックは複数本の、一
般に最低限４本のボルト（４）を内包し、実際の押圧処
理前、発条作用で枠部材（２）を基板（５）上に押圧す
る。
【００２３】押圧部材（１）の底面は、研磨され、２０
０ｎｍ以下の表面粗さを示すのが好ましい。
【００２４】枠部材（２）と押圧部材（１）の高さの差
が、導電性基板（５）上の重合体（６）の層厚さを決定
する。層厚さは一般的に２０００μｍまでであって、こ
とに５０から６５０μｍの範囲が好ましい。
【００２５】枠部材（２）は同じ寸法の基板（５）周辺
に保持部材で固定され、あるいはねじなどで結合され得
る。押圧処理の間に重合体が枠部材と基板の間から漏洩
するのを阻止するため、枠部材底面を研磨して表面粗さ
２００ｎｍ以下として置くのが好ましい。
【００２６】枠部材は、押圧処理の間に過剰量の重合体
が隘流しないように、側方樋溝を具備することができ
る。
【００２７】押圧部材（１）は例えば５０から１５０ｍ
ｍ、ことに８０から１２５ｍｍの長さ、２０から１５０
ｍｍ、ことに３０から１２５ｍｍの幅を有する。
【００２８】枠部材（２）の内方寸法は、押圧部材
（１）の寸法とほぼ一致するが、両者を簡単に組立て、
分解し得るように前者を１０から１００μｍ大きくする
ことができる。
【００２９】導電性基板（５）は、例えば銅、アルミニ
ウム、スチールのような金属により、（７０ないし５
０）×（５０ないし１５０）×（２ないし１５）ｍｍ、
ことに（１００ないし１２５）×（７０ないし１２５）
×８ｍｍの寸法に構成される。厚さ１から１０μｍ、こ
とに３．５から６μｍの導電性接着層を有する銅製板体
がことに好ましく、これは特定重合体用として適する。
電導性接着層を有する表面酸化チタニウム板体は特に好
ましい。
【００３０】使用され得る重合体としては、原則的にす
べての無定形もしくは部分的結晶性熱可塑性樹脂、こと
に５０から２００℃のガラス転移点を有するもの、例え
ば軟化点１２０℃以上の無定形熱可塑性合成樹脂あるい
は軟化点１２０℃以上の部分結晶性熱可塑性合成樹脂が
使用され得る。
【００３１】ことに好ましいのは、平均分子量（Ｍｗ）
１００，０００から４００，０００の顆粒状ポリメチル
メタクリレート、軟化点１４０から２４０℃の部分結晶
性重合体、例えば上述独国特許出願公開４１０７６６２
号、４１０７８５１号、４１４１３５２号公報に記載さ
れているような脂肪族ポリエステル、ポリオキシメチレ
ン、ポリアルケンスルホンである。
【００３２】押圧処理は１００から３５０℃、ことに１
８０から２４０℃の温度で行なわれる。
【００３３】（ａ）押圧する前に固体状重合体を基板上
に置かれた枠部材内に入れる。この場合過剰量の重合体
を使用するのが好ましい。この過剰量は押圧部材および
枠部材の形状、使用される重合体の種類により相違す
る。
【００３４】（ｂ）押圧部材（１）を有する中空金属ブ
ロックが、基板（５）に固定された枠部材上に置かれ、
この集合体をあらかじめ１５０から３５０℃に予熱され
たプレス内に導入する。次いで、ブロック（３）のボル
ト（４）が枠部材を基板に対して押圧するまでプレスが
閉じられる。この時点で、押圧部材は未だ重合体と接触
していない。
【００３５】（ｃ）約１から１０分間この状態を維持し
た後、２０から４００バールの圧力が約１から１０分間
押圧部材（１）を介して重合体にかけられる。
【００３６】（ｄ）２０から３０℃への冷却が１０から
４０分間にわたり行なわれる。
【００３７】上述のように処理された重合体（レジス
ト）は、４０から６５０μｍの層厚さ、２００μｍ以下
の表面粗さを示し、レジスト前面にわたる層厚さの偏差
は１０μｍ以下である。
【００３８】シンクロトロン放射線によるＸ線マスクを
介しての画像形成放射後、重合体／基板複合体の形態に
おいて、上述したように重合体を現像することにより、
満足すべき正確度をもって微小構造が形成される。
【００３９】構造形成ないしパターン形成された重合体
は、電導性基板上に置かれているから、その後のＬＩＧ
Ａ法において慣用の電鋳および成形処理が行なわれ得
る。
【００４０】実施例 平均分子量Ｍｗ３００，０００のポリメチルメタクリレ
ート顆粒１，０４１ｇを、過酸化水素および水酸化ナト
リウム溶液混合物で酸化処理された表面を有する、約６
μｍ厚さのチタンで被覆された、８ｍｍ厚さの銅板上
の、内部寸法８０，０３０×３０，０３ｍｍ、高さ１
０，３５０ｍｍの枠部材（２）を有する押圧型（図１お
よび図２参照）に導入した。この場合押圧部材（１）は
８０，０００×３０，０００×１０，０００ｍｍの寸法
のものを使用した。
【００４１】押圧部材を有する中空金属ブロックを、基
板上に固定された枠部材上に置き、この集合体を１５０
から３５０℃に予熱したプレス中に導入した。次いでブ
ロックのボルトが枠部材を基板に対して押圧するまでプ
レスを閉じた。ただしこの時点で押圧部材は未だ重合体
と接触していない。
【００４２】１分間その状態を保持し、次いで押圧部材
を、２１０℃において１００バールの圧力で４分間重合
体に作用させ、次いで重合体を３０分間にわたり２５℃
まで冷却した。
【００４３】枠部材を除去した後の重合体層厚さは３５
０±１０μｍであり、表面粗さは２００ｎｍ以下であっ
た。
【００４４】特別のＸ線マスクを経てシンクロトロン放
射線により画像形成放射し、現像剤（西独特許出願公告
３０１９１１０号公報、ＧＧ現像剤）で現像し、チタン
導電性層上に置かれたポリメチルメタクリレートに微小
構造ないしパターン、すなわち直径４５μｍ柱体を得
た。
【００４５】次いでＬＩＧＡ法で慣用のその後の電鋳お
よび成形処理が行われ得た。
【図面の簡単な説明】
【図１】開かれた状態に在る押圧型装置の一部断面側面
図である。
【図２】閉じられた状態で示される装置の同上図面であ
る。
【符号の説明】
１…押圧部材 ２…枠部材 ３…中空金属ブロック ４…ボルト ５…基板 ６…合成樹脂（顆粒） ７…プレス上方部材 ８…プレス下方部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲールハルト、ホフマン ドイツ連邦共和国、6701、オターシュタッ ト、パペルシュトラーセ、22 (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

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 重合体のＸ線による画像形成放射と画像
    形成放射された重合体帯域の除去による数μｍからｍｍ
    範囲に至る構造深さを有する微小構造素子の製造方法で
    あって、画像形成放射の前に、枠内において押圧部材に
    より圧力溶融により数μｍからｍｍ範囲に至る厚さの層
    に、重合体を導電性基板上に施し、重合体を確実に固定
    することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 請求項（１）による方法であって、使用
    される重合体が無定形もしくは部分結晶性の、押圧処理
    の間に溶融する熱可塑性樹脂であることを特徴とする方
    法。
  3. 【請求項３】 請求項（１）あるいは（２）による方法
    であって、画像形成放射に使用されるＸ線が、シンクロ
    トロン放射線であることを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 請求項（１）から（３）のいずれかによ
    る方法であって、製造される微小構造素子が３から２０
    ００μｍの構造深さと、１０μｍより短かい最小横方向
    寸法を有することを特徴とする方法。
JP5218787A 1992-09-02 1993-09-02 微小構造素子の製造方法 Withdrawn JPH06177015A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4229244.1 1992-09-02
DE4229244A DE4229244A1 (de) 1992-09-02 1992-09-02 Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturkörpern

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JPH06177015A true JPH06177015A (ja) 1994-06-24

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ID=6467025

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5218787A Withdrawn JPH06177015A (ja) 1992-09-02 1993-09-02 微小構造素子の製造方法

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EP (1) EP0585836A3 (ja)
JP (1) JPH06177015A (ja)
KR (1) KR940007605A (ja)
DE (1) DE4229244A1 (ja)
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