JPH08501905A - 基板上にマイクロ構造素子を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、マイクロ構造素子と機能的に協働する電子回路を有する基板上でマイクロ構造素子を製造する方法に関する。マイクロ構造素子は、プラスチックまたは金属から製造することができる。本発明によれば、基板上に、基板と強固に結合するプラスチックの第１層を塗布する。この層上へ、あらかじめ内部分離剤が混合されているプラスチックの代２層を塗布する。引き続き、第２層マイクロ構造を有する工具で型押しする。金属からなるマイクロ構造素子が所望の場合には、型押しされた層を引き続きめっきにより型取り成形する。

Description

【発明の詳細な説明】 基板上にマイクロ構造素子を製造する方法 本発明は、請求項１または３の上位概念部による、基板上にマイクロ構造素子 を製造する方法に関する。 請求項１の上位概念部による方法を用いると、基板上に、電気機械的または光 学的結合装置を介して集積回路と機能的に共働する、プラスチックからなるマイ クロ構造素子が構成される。請求項３の上位概念部による方法を用いると、基板 上に、集積回路と電気的に機能的に共働する、金属からなるマイクロ構造素子が 構成される。 かかる方法は、ヨーロッパ特許（ＥＰ）０３７１０６９号から公知である。こ の印刷物によれば、集中信号処理を有するマイクロセンサを製造することができ その際信号処理用電子回路およびこれと結合している金属のセンサ構造は共通の 基板上に直接に隣接して製造される。 このため、まず基板上に電子回路が製造される。基板上に導電性層を設け、該 層を、製造すべきセンサ構造の平面図ならびに必要な導体路および回路用接続に 応じて平面的に構造化された電極が生じるように構造化する。その後、電極を備 える基板上にＸ線レジストの層を設け、その際層の厚さはセンサ構造の特徴的な 高さに一致する。この層中に、Ｘ線リソグラフィーでセンサ構造のネガチブを製 造し、その後センサ構造のネガチブ中へ金属または金属合金を電極の使用下にめ っきにより析出させる。最後に、基板をその上に設けられたセンサ構造とともに 個々の機能単位体（チップ）に分割する。 この方法においては、センサ構造のネガチブをＸ線リソグラフィーで製造する ために必要なＸ線の照射によってマイクロエレクトロニクス回路が損傷すること が出現しうる。センサ構造は電子回路の側に構成されるので、基板上にセンサ構 造のためのスペースを空けねばならない。 ドイツ国特許（ＤＥ）第３９３７３０８Ｃ１号から、金属のマイクロ構造体の 製造方法が公知であり、この方法では導電性基板上にマイクロ成形技術を用いて プラスチックからなるマイクロ構造体の雌型を製造し、雌型のキャビテーを電極 として導電性基板の使用下にめっきにより填充する。この方法は、雌型の製造中 に導電性基板上に、雌型のキャビテーの底としてプラスチックの残存層をとどめ 、雌型のキャビテーをめっきにより金属で填充する前にキャビテーの底のプラス チックの残存層を、基板の表面に対して垂直に加速されるイオンを用いる反応性 イオンエッチングによって除去することを特徴とする。 さらに、この特許明細書から、プラスチックを接着 媒体として使用される中間層を用いて基板上に設けることができることも公知で ある。 しかし、この方法は、あらかじめ電子回路（あとでマイクロ構造素子と機能的 に協働する）が実装されている基板上にマイクロ構造素子を製造するためには使 用されない。 かかる基板、たとえば処理を施したウエーハを被覆するためには、種々の条件 を維持しなければならない。 マイクロ構造素子が処理を施したしたウエーハ上に確実に付着していることが 前提である。しかし、マイクロ構造素子を構成するプラスチックの付着力はさほ ど大きくないので、プラスチック層の構造化の際、上記ドイツ国特許（ＤＥ）第 ３９３７３０８Ｃ１号により成形工具を使用する場合に問題が生じる。かかる成 形工具は、マイクロ構造素子を損傷せずかつ該素子が基板から剥離するかまたは 基板との結合が弱くなることなしに、マイクロ構造素子から取り除くことができ ねばならない。このことは、マイクロ構造素子が基板と結合している面は成形さ れたマイクロ構造素子が工具に接触する面よりも原則的に小さいため問題となる 。 さらに、マイクロ構造素子の製造の際に基板上の敏感な電子回路が損傷されな いことが確保されていなければならない。 これらの条件は冒頭に挙げた形式の方法において、請求項１および３に記載さ れた工程を実施する場合に 満足される。この方法の望ましい構成は従属請求項に記載されている。 本発明によれば、マイクロエレクトロニクスの規格により被覆層として二酸化 ケイ素または窒化ケイ素からなる層を有する、処理を施したウエーハ上にプラス チックの第１層が設けられる。第１層のプラスチックとしては、殊にポリメチル メタクリレート（ＰＭＭＡ）、しかも注型樹脂系の形のものが適当であるが、他 のプラスチック、たとえばポリアミド（ＰＡ），ポリカーボネート（ＰＣ）また はポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）を使用することもできる。この第１層は、処 理を施したウエーハならびに次に設けるべきプラスチックの第２層への強固な結 合を惹起する。 表面が十分に微小あらさでない場合には、プラスチックの第１層に内部接着助 剤が混合される。プラスチックとしてＰＭＭＡを使用する場合、望ましくは分子 が末端基としてメタアクリレート基を有する接着助剤が混合される。 接着助剤としては、物質ヒドロエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）、ヒドロキ シルエチルメタクリルホスフェート（ＨＥＭＡ−Ｐ），クロルプロピルトリメト シラン（ＣＭＯ）またはメタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン（ＭＥＭ Ｏ）を使用することができる。第１層のプラスチック中の接着助剤の濃度は、と くに０，５〜２重量部の範囲内にあるべきである。 第１層の厚さはとくに数μｍであるべきであり；０，５μｍ〜５０μｍの範囲 内にあってもよい。層厚は、基板の表面あらさがカバーされる程度の大きさであ るベきである。 プラスチックの第１層の強度は、処理を施したウエーハないしは導電性表面の 微小あらさ、基板と協働する接着助剤の濃度およびタイプ、塗布の形式に依存す る。 第１層をウエーハ上で重合させる場合には、重合の間の層の圧力および温度が 強度に影響を及ぼす。ウエーハ上へ流延された層は、たとえば重合の間プレート を押圧することによって加圧下に保持することができる。この場合、過剰のプラ スチックがプレートによって排除されるときに、最低層厚を下回らないように注 意すべきである。 第１層の重合後、基板を第１層のプラスチックと共に冷間硬化性系の場合でも 熱処理することができる。これにより、残存モノマー濃度は１％以下に減少し、 層に高い強度が付与される。ＰＭＭＡには、８０℃〜１２０℃の範囲内の熱処理 温度が適当である。さらに、層をガラス転移温度以下で１〜７２時間熱処理し、 次に徐々に冷却することによって内部応力をリラクゼーションにより減少させる 。 記述したように、第１層上にプラスチックの第２層が塗布される。しかし、第 ２層のプラスチックにはあ らかじめ内部分離剤が混合される。適当な分離剤は、たとえばステアリン酸亜鉛 である。良好な結果は、ビンゲン在ビュルツ（Ｗｕｅｒｚ）社から商品名ＰＡＴ で販売される分離剤を用いて得られる。 分離剤は、プラスチックに少なくとも１重量％の濃度で混合すべきである。し かし、分離剤濃度が増加するにつれてプラスチックの付着作用は低下するので、 プラスチック中に細孔が次第に多く形成するので、プラスチック中の分離剤分量 は４％に制限される。 第２層の厚さは、なかんずくマイクロ構造素子の面隠蔽率が、工具が成形力で当 たる、処理を施したウエーハの面に比して５０％以上である場合、製造すべきマ イクロ構造素子よりも数１０μｍ大きくなければならない。第２層は、第１層と 同様に塗布することができる。 次の工程として、第２層を成形工具を用いて構造化する。工具は、マイクロ構 造素子がプラスチックからなる場合、とくにマイクロ構造素子に対して相補的で あるマイクロ構造を有する。マイクロ構造素子を金属から構成する場合には、工 具はとくに、マイクロ構造素子に一致するマイクロ構造を有する。マイクロ構造 の高さはとくに、製造すべきマイクロ構造素子の高さに一致する。工具は、専ら 第２層がマイクロ構造素子を備えるように成形する。第２層中の内部分離剤の含 量のため、工具は、ウエーハまたはプラスチックから なるマイクロ構造体を損傷することなく容易に取り去ることができる。 ウエーハがプラスチックからなるマイクロ構造素子ではなく、金属からなるマ イクロ構造素子を有するべき場合には、処理を施したウエーハの二酸化ケイ素ま たは窒化ケイ素表面は、マイクロエレクトロニクスの導体路が、あとで金属から なるマイクロ構造素子がマイクロエレクトロニクスと機能的に結合する箇所で除 かれるように構造化される。次の工程で、製造されたプラスチックからなるマイ クロ構造を、めっきにより金属、たとえばニッケルで型取り成形し、その後プラ スチックを除去すると、ウエーハ上に工具のものに一致するマイクロ構造素子が 存続する。 このためには、めっきにより被覆すべき表面が少なくとも部分的に導電性であ る基板を使用しなければならない。とくに、あらかじめたとえば冒頭に引用した ヨーロッパ特許（ＥＰ）第３７１０６９Ｂ１号によりブスラスチング（吹き付け ）または蒸着により金属の厚さ２〜１０μｍの層を備えている処理ウエーハが基 板として使用される。この金属層は、たとえばチタン、タングステンまたはアル ミニウムからなっていてもよい。スパッタリングされたチタンは、湿式化学的に 酸化し、内部接着助剤としてたとえばＭＥＭＯ２％を有するプラスチックの第１ 層を設ける。金属層として酸化タングステンまたは陽極酸化された酸化アルミニ ウ ム（Ｈ₃ＰＯ₄約１０％、１Ａ／ｄｍ² ５ｍｉｎ．，２４℃）を使用する際、第 １層中のプラスチックがＰＭＭＡの場合には接着助剤を断念することができる。 内部接着助剤を有しないプラスチックの第１層は、工具が第２層を構造化する だけでなく、工具の端面を、成形後にプラスチックの僅かな残存層厚を得るため に第１層中へ押し込む場合に有利である。それと共に、プラスチックを成形した 後次の、金属層を露出するためのプラスチックの第１層の時間のかかる加工を減 らすことができる。多くの場合、この金属層がリソグラフィーおよびエッチング 法で構造化されていて、導電性層がたとえばめっきによる析出のためまたは導体 路として必要な箇所だけに存在するときには有利でありうる。 この場合、基板の導電性表面はめっきによる金属の析出前に露出させる、つま りめっきすべき箇所で第１層および場合により邪魔な第２層の残部を除去する。 除去は、冒頭に引用したドイツ国特許第３９３７３０８Ｃ１号により表面に対し て垂直に向けられた酸素イオンによって行なわれる。プラスチックの第１層が除 去された場合には、めっきによる金属の析出を続行することができる。 選択的に、めっきによる金属の析出のために使用できる導電性層は、ドイツ国 特許第３５３７４８３Ｃ１号により工具の端面を剥離可能で、第２層の構造化の 際に基板上に転写される導電性層で被覆することにより製造することができる。 冒頭に記載した部類の方法におけるように、引き続き基板を機械的に分割する ことによって個々のチップに分割することができる。その際、金属のマイクロ構 造素子の間の導電性層により形成される短絡は排除される。基板がチップに分割 されていない場合には、めっきにより金属で覆われていない箇所の導電性層を、 金属のマイクロ構造素子間の短絡を無くするために除去することができる。 本発明による方法の重要な利点は、マイクロ構造素子を直接電子回路上に構成 することができるので、高い集積−および充填密度が達成されることである。 本方法は、処理を施したウエーハ上に、Ｃ−ＭＯＳ回路の機能を損なうＸ線照 射なしに、マイクロ構造素子を製造するために有用である。

【手続補正書】 【提出日】１９９５年８月８日 【補正内容】 （１）明細書第１頁第１２行〜第１３行の「ヨーロッパ特許（ＥＰ）０３７１０ ６９号」を「ＰＣＴ出願（ＷＯ）８９／０１６３２Ａ１号」と補正する。 （２）同第２頁第６行と第７行の間に次の文章を加入する。 「ドイツ国特許（ＤＥ）第４００１３９９Ｃ１号には、機械的に敏感な基板また は平坦でない基板表面上にマイクロ成形技術を用いて金属のマイクロ構造を製造 する方法が記載されており、該方法においては電気絶縁性成形材料からなる層を 、導電性基板表面に結合し、マイクロ構造を有する工具で基板表面上の電気絶縁 性成形材料を型取りしてマイクロ構造の雌型を製造し、該雌型を、電極として導 電性基板表面を使用してめっきにより金属で填充する。この方法は下記手段を特 徴とする： 電気絶縁性成形材料としては同時に放射線に敏感な材料が使用され；成形材料 からなる雌型の製造中に、成形材料の残存層を基板表面上に雌型のキャビティー の底としてとどめ；めっきにより金属を填充する前に、雌型をその底を貫通する 溢光照射にさらし、現像し、その際溢光照射の入射方向を雌型の構造の、底に隣 接する側壁に対して平行に調整する。別の成形方法は本明細書に記述する。」 （３）同第２頁第１２行と第１３行の間に次の文章を加入する。 「集積化センサ、たとえばマイクロ機械的センサの原理は、レム（Ｈ．Ｌｅｍｍ ｅ）の論文“９０年代のセンサ”（Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ ７／１９９１年、第 １４２頁〜第１５０頁）に記載されている。」 （４）同第３頁第２１行〜第２３行の記載を次のように補正する。 「従って、本発明の課題は、マイクロ構造素子の製造の際に基板上の敏感な電子 回路が損傷されない、マイクロ構造素子の製造方法を提供することである。」 （５）同第６頁第２行〜第４行の「良好な結果は、ビンゲン在……分離剤を用い て得られる。」を削除する。 （６）同第７頁第１７行の「ヨーロッパ特許（ＥＰ）３７１０６９Ｂ１号」を「 ＰＣＴ出願３９／０１６３２Ａ１号」と補正する。」

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バッヒャー，ヴァルター ドイツ連邦共和国 Ｄ―76297 シュトゥ ーテンゼー ハンス―トーマ―シュトラー セ ３エフ (72)発明者 ブライ，ペーター ドイツ連邦共和国 Ｄ―76344 エッゲン シュタイン―レオポルツハーフェン マイ ンシュトラーセ 10ベー (72)発明者 ルプレヒト，ロベルト ドイツ連邦共和国 Ｄ―75045 ヴァルツ バッハタール ヤーンシュトラーセ 22 (72)発明者 ボート，アレクサンダー ドイツ連邦共和国 Ｄ―76185 カールス ルーエ カノニーアシュトラーセ 19

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．マイクロ構造素子と機能的に協働する電子回路を有する基板上にマイクロ構 造素子を製造し、その際、 ａ）基板上にプラスチックからなり、厚さが少なくとも製造すべきマイクロ構 造素子の高さに一致する層を設け、 ｂ）層を構造化する方法において、 ｃ）基板上へ、基板と強固に結合するプラスチックの第１層を塗布し、 ｄ）第１層上へプラスチックの第２層を塗布し、その際プラスチックにあらか じめ内部分離剤が混合されており、 ｅ）第２層をマイクロ構造を備える工具を用いて構造化し、その後 ｆ）工具を取り除くことを特徴とする基板上にマイクロ構造素子を製造する方 法。 ２．工具がマイクロ構造素子に対して相補的なマイクロ構造を有することを特徴 とする請求項１記載の方法。 ３．マイクロ構造素子と機能的に協働する電子回路を有する基板上にマイクロ構 造素子を製造し、その際 ａ）基板上にプラスチックからなり、厚さが少なくとも製造すべきマイクロ構 造素子の高さに一致する 層を設け、 ｂ）層を構造化し、 ｃ）構造化された層に金属を填充し、その後 ｄ）プラスチックからなる層を金属に対して選択的に除去する方法において、 ｅ）基板上に、基板と強固に結合する、プラスチックの第１層を塗布し、 ｆ）第１層上にプラスチックの第２層を塗布し、その際プラスチックにはあら かじめ内部分離剤が混合されており、 ｇ）第２層をマイクロ構造を備える工具を用いて構造化し、その後 ｈ）工具を取り除く工程を有することを特徴とする基板上にマイクロ構造素子 を製造する方法。 ４．第１層のプラスチックにあらかじめ内部接着助剤が混合されていることを特 徴とする請求項３記載の方法。 ５．工具がマイクロ構造素子に一致するマイクロ構造を有することを特徴とする 請求項３記載の方法。 ６．あとでプラスチックの層に向けられる側が少なくとも部分的に導電性表面で 覆われている基板を使用することを特徴とする請求項３記載の方法。 ７．第２層を構造化した後、第１層を構造化された範囲内で反応性イオンエッチ ングを用いるかまたはブラスチングによって完全に除去して、基板の導電性 表面を露出させることを特徴とする請求項６記載の方法。