JPH10140399A - Pattern forming method - Google Patents

Pattern forming method

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JPH10140399A
JPH10140399A JP8293670A JP29367096A JPH10140399A JP H10140399 A JPH10140399 A JP H10140399A JP 8293670 A JP8293670 A JP 8293670A JP 29367096 A JP29367096 A JP 29367096A JP H10140399 A JPH10140399 A JP H10140399A
Authority
JP
Japan
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pattern
several
forming method
thickness
conductive material
Prior art date
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Application number
JP8293670A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sumuto Shimizu
澄人 清水
Wakana Wasa
若菜 和佐
Kiyoshi Kadomatsu
潔 門松
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP8293670A priority Critical patent/JPH10140399A/en
Publication of JPH10140399A publication Critical patent/JPH10140399A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inexpensively, conveniently and minutely form a thick pattern with high precision by using a conductive material provided with a stencil mask as an anode and applying a current between the anode and a cathode in an electrolyte soln. to electrolytically etch the surface. SOLUTION: A body 41 to be worked as an anode and gold, etc., as a cathode 43 are arranged in an electrolyte soln. 42. The body 41 is formed by arranging a stencil mask consisting of a patterned resist on a conductive material made of a metal such as Pb, Sn, Mo, Ni, Co, In, Cd, Fe, Ga, Zn, Cr, Ta, V, Mn, Ti, Al and Cu having 0.34V standard electrode potential. Besides, an aq. electrolyte soln. such as an electroplating bath and an electropolishing bath is appropriately used as the electrolyte soln. 42. A constant current is applied to both electrodes from a constant-current power source 44. The metal surface is electrolytically etched in this way to form a pattern having several nm to several mm size and several Å to several ten mm thickness.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はマイクロマシン等の
作製に応用できる、導電性物質から構成される被加工体
への微細パターン形成方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a fine pattern on a workpiece made of a conductive material, which method can be applied to manufacture of a micromachine or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体集積回路素子の微細化技術
の進歩と相まって、マイクロマシンなどの作製を目的と
した微細加工に関する研究開発が精力的に進められてい
る。パターンサイズが数μm 以上であり、厚みが数Å以
上数mm以下のパターンに対して、マイクロマシンへの
応用が有望視されているパターン形成方法として、「L
IGAプロセス」が開発されている。「LIGA」と
は、ドイツ語のLithographie Galva
noformung Abformungの頭文字をと
った造語である。「LIGAプロセス」は形成物のパタ
ーンの元になるマスク(ステンシルマスク)を形成する
ために転写用光源としてシンクロトロン放射光を用い、
またパターンを深さ方向に形成するために電解メッキ法
を用いたところにひとつの特徴がある。
2. Description of the Related Art In recent years, research and development on microfabrication for the purpose of manufacturing micromachines and the like have been vigorously pursued in conjunction with the progress of miniaturization technology of semiconductor integrated circuit elements. For a pattern having a pattern size of several μm or more and a thickness of several mm to several mm, “L
An "IGA process" has been developed. "LIGA" is the German word for Lithographie Galva
noformung It is a coined word that took the initials of Abformung. The "LIGA process" uses synchrotron radiation as a light source for transfer to form a mask (stencil mask) that is the basis of the pattern of the product.
Another feature is that an electrolytic plating method is used to form a pattern in the depth direction.

【0003】ここで言うパターンサイズは一般に、図
1、図2で示した周期性パターンでは、パターンピッチ
を意味するが、非周期性パターンでは、円形パターンに
対しては直径の寸法、楕円形パターンに対しては長径と
短径のそれぞれの寸法、、正方形パターンに対しては辺
の寸法、長方形パターンに対しては長辺と短辺のそれぞ
れの寸法、他の形状のパターンに対してはこれらに類似
した方法で定義された寸法を意味する。
In general, the pattern size referred to here means the pattern pitch in the periodic pattern shown in FIGS. 1 and 2, but in the non-periodic pattern, the size of the diameter and the elliptical pattern are used for the circular pattern. For the major and minor diameters, for the square pattern, the dimensions of the sides, for the rectangular pattern, the dimensions of the long and short sides, and for the patterns of other shapes, these Means a dimension defined in a manner similar to.

【0004】他の形成方法として、RIE法、イオンビ
ームエッチング法、湿式エッチング法、及び電解メッキ
法、等が知られている。電解メッキ法によるパターン形
成法は安価且つ簡便な設備で可能であるので、製造コス
ト的に非常に有効である。電解メッキ法によるパターン
形成は、厚みの大きなパターンが形成し易いほか、転写
特性に優れるため、以前よりゾーンプレートパターン、
回折格子、等の微細加工パターンの作製への応用が研究
されている。電解および無電解メッキ法によるパターン
形成方法とX線反射型マスクの製造方法は各々特願平7
ー11968と特願平7ー171982とに開示されて
いる。電解あるいは無電解メッキ法で微細パターンを形
成する場合、一般に大気圧のもとで行われるため、乾式
エッチング法のように真空系を用いる必要はなく、乾式
エッチング法と比較すると低コストであり、且つ線幅制
御および断面形状等の制御が極めて容易に行えることが
特徴である。
As other forming methods, RIE, ion beam etching, wet etching, electrolytic plating and the like are known. Since the pattern forming method by the electrolytic plating method can be performed with inexpensive and simple equipment, it is very effective in terms of manufacturing cost. The pattern formation by the electrolytic plating method is easy to form a thick pattern and has excellent transfer characteristics.
Applications to the production of fine processing patterns such as diffraction gratings are being studied. A method for forming a pattern by electrolytic and electroless plating methods and a method for manufacturing an X-ray reflection type mask are disclosed in Japanese Patent Application No. Hei.
-11968 and Japanese Patent Application No. 7-171982. When a fine pattern is formed by electrolytic or electroless plating, it is generally performed under atmospheric pressure, so there is no need to use a vacuum system as in dry etching, and the cost is low compared to dry etching, In addition, the feature is that the line width control and the control of the cross-sectional shape and the like can be performed very easily.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】マイクロマシンなどの
作製を目的とした微細加工方法に要請されることは、微
細で、高精度で、且つ厚みの大きなパターンを安価に形
成することである。この要請に対して、湿式エッチング
法やRIE法は答えられない。その理由は、湿式エッチ
ング法やRIE法は、厚みが大きなパターンの線幅制御
を正確に行なうために、工業的に殆ど実現不可能と言っ
ていいほどの高精度のプロセス条件制御が必要であるか
らである。
What is demanded of a microfabrication method for manufacturing a micromachine or the like is to form a fine, high-accuracy, and thick pattern at a low cost. The wet etching method and the RIE method cannot respond to this request. The reason is that the wet etching method and the RIE method require highly accurate process condition control that is almost impossible to realize industrially in order to accurately control the line width of a pattern having a large thickness. Because.

【0006】また、RIE法やイオンビームエッチング
法はその処理が真空中で行われるため、排気系、真空
槽、等の真空系が必要不可欠であり、設備に多大の費用
を必要とするので、製造コスト上有利な方法でない。こ
れに対して、電解あるいは無電解メッキ法は、一般に大
気圧で行うことができるため、RIE法やイオンビーム
エッチング法と比べると低コストな方法であり、且つパ
ターンの線幅制御及び断面形状、等の制御が容易であ
る。しかし、この方法をマイクロマシンの作製に応用す
るには限界がある。というのはマイクロマシンへの応用
には形成体のパターンの厚みを、しばしば数百μm 以上
(数mm以下)にすることが必要であり、これだけ厚
く、且つ高精度なパターンをメッキ法で作成することは
不可能だからである。
In addition, since the RIE method and the ion beam etching method are performed in a vacuum, a vacuum system such as an exhaust system and a vacuum tank is indispensable, and a large amount of equipment is required. It is not an advantageous method in terms of manufacturing cost. On the other hand, the electrolytic or electroless plating method can be generally performed at atmospheric pressure, and therefore is a low cost method as compared with the RIE method or the ion beam etching method. Is easy to control. However, there is a limit in applying this method to fabrication of a micromachine. This is because application to micromachines often requires the thickness of the pattern of the formed body to be several hundred μm or more (several mm or less), and it is necessary to create such a thick and highly accurate pattern by plating. Is impossible.

【0007】というのは、一般に、パターン形成の際の
マスクパターン(例えば、レジストパターン)の厚さ
は、被加工パターンの厚さと同等か、あるいはそれ以上
の膜厚(通常は約1.0〜10倍の膜厚)にする必要が
あるため、数百ミクロンから数ミリ厚のパターンを形成
するためには、マスクパターンの厚みを最低でも1mm
以上にしなければならない。そして、一般にパターンサ
イズが数μm 以下の微細パターンを形成する場合、マス
クを形成するために描画時に用いるレジスト厚は薄けれ
ば薄いほど好ましく、単層レジストパターンをマスクと
して数μm 以下のパターンを形成する場合、マスクの厚
みは、数μm厚からせいぜい数十μm厚が限度である。
これはレジスト内での紫外光の光吸収率が高く、数十μ
m以上のレジスト層の下部では光化学反応を励起させる
だけの光量が得られないからである。従って、単層レジ
スト法では、数百μm から数mmの厚みのパターンをメ
ッキ法で作成することは不可能である。
In general, the thickness of a mask pattern (eg, a resist pattern) at the time of pattern formation is equal to or greater than the thickness of a pattern to be processed (generally, about 1.0 to 1.0). In order to form a pattern having a thickness of several hundred microns to several millimeters, the thickness of the mask pattern must be at least 1 mm.
You have to do more. In general, when forming a fine pattern having a pattern size of several μm or less, the thinner the resist thickness used at the time of drawing to form a mask is, the more preferable it is. In this case, the thickness of the mask is limited to several μm to several tens μm at most.
This is because the light absorption of ultraviolet light in the resist is high, and
This is because an amount of light sufficient to excite the photochemical reaction cannot be obtained below the resist layer of m or more. Therefore, it is impossible to form a pattern having a thickness of several hundreds of μm to several mm by the plating method using the single-layer resist method.

【0008】電子デバイス作製プロセスで用いられる多
層プロセス法を用いれば、数十から100μm厚程度の
ステンシルマスクの形成は可能であり、従って100〜
300μm 程度の厚みのパターンの形成が可能ではある
が、厚みが尚不十分な他、プロセスが繁雑になり、さら
にステンシルマスクの線幅を高精度に制御するため極め
て高精度なプロセス制御を必要とするので、生産コスト
が嵩んでしまう。
If a multilayer process used in an electronic device manufacturing process is used, a stencil mask having a thickness of several tens to 100 μm can be formed.
Although it is possible to form a pattern with a thickness of about 300 μm, the thickness is still insufficient, and the process becomes complicated. In addition, extremely precise process control is required to control the line width of the stencil mask with high precision. Therefore, the production cost increases.

【0009】以上の理由により、電解あるいは無電解メ
ッキ法でパターンの厚みを数百μm以上にすることがで
きない。この問題に対して開発されたのが「LIGAプ
ロセス」である。この方法は、レジストパターン形成の
際にレジスト内の透過性が高く、また回折の影響が極め
て少ないシンクロトロン放射光を露光光源とするため、
厚いパターンを形成しやすい。放射光の波長域は数Åで
あり、レジスト内の透過率は極めて高いので、高アスペ
クト比のレジストパターンの形成が可能になる。LIG
Aプロセスにより、PMMAからなる400μmから1
mm程度の膜厚のステンシルマスクパターンを形成した
という報告がある。最近では、LIGAプロセスで10
mm程度の膜厚のパターン形成も可能であるという報告
もされ始めている。しかし本技術の欠点はシンクロトロ
ン放射光を発生させるには莫大な設備投資が必要であ
り、現在利用できる設備は世界中に数えるほどしかない
点である。LIGAプロセスは多くの人が手軽に応用す
ることができないので、今後大きく発展する可能性を秘
めたマイクロマシンの好ましい製造技術とはなり得な
い。新規技術の発展の足かせとなってしまうことは必至
である。
For the above reasons, the thickness of the pattern cannot be made several hundred μm or more by the electrolytic or electroless plating method. The "LIGA process" was developed for this problem. This method has a high transmittance in the resist when forming a resist pattern, and also uses synchrotron radiation light, which has very little influence of diffraction, as an exposure light source.
It is easy to form a thick pattern. Since the wavelength range of the emitted light is several Å and the transmittance in the resist is extremely high, a resist pattern having a high aspect ratio can be formed. LIG
By the A process, from 400 μm of PMMA to 1
There is a report that a stencil mask pattern having a thickness of about mm was formed. Recently, the LIGA process has
It has been reported that a pattern having a thickness of about mm can be formed. However, a disadvantage of this technology is that generating synchrotron radiation requires enormous capital investment, and only a few facilities are currently available worldwide. Since the LIGA process cannot be easily applied to many people, it cannot be a preferable manufacturing technique of a micromachine having great potential for future development. It is inevitable that it will hinder the development of new technologies.

【0010】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、パターンサイズが微細で、パターン厚が大
きいパターンを、簡便な設備を用いて簡単に形成するこ
とができる、新規のパターン形成方法を提供することを
目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has been made in consideration of the above circumstances, and provides a novel pattern capable of easily forming a pattern having a fine pattern size and a large pattern thickness using simple equipment. It is an object to provide a forming method.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、新規なパターン形成方法を探索する過程で、我々は
偶然、電解質溶液中の導電性物質の表面が、導電性物質
を陽極として電流を流したときに、電気分解される現象
に気が付いた。この現象は古くから知られているが、マ
イクロマシンへの応用に向けて研究されたという報告は
聞かない。この現象に着目し、これがマイクロマシンへ
応用できるのではないかと、鋭意研究の結果、表面にス
テンシルマスクパターンを配置した該導電性物質からな
る固体を陽極とし、導電性物質からなる対電極を陰極と
して両電極間に定電流電源を接続すると、陽極側の導電
性物質の表面が電気分解され、結果的にパターン形成が
可能であり、数百μmから数mmの厚みのパターンの形
成も可能であることを見いだした。
In order to solve the above problems, in the process of searching for a new pattern forming method, we happened to find that the surface of the conductive material in the electrolyte solution caused the current to flow using the conductive material as the anode. I noticed the phenomenon of electrolysis when she was flowing. Although this phenomenon has been known for a long time, there is no report that it was studied for its application to micromachines. Focusing on this phenomenon, as a result of earnest research that this may be applied to micromachines, a solid consisting of the conductive material with a stencil mask pattern arranged on the surface is used as an anode, and a counter electrode made of a conductive material is used as a cathode. When a constant current power supply is connected between both electrodes, the surface of the conductive material on the anode side is electrolyzed, and as a result, a pattern can be formed, and a pattern with a thickness of several hundred μm to several mm can be formed. I found something.

【0012】本発明は、電解エッチングにより厚膜パタ
ーン形成を行い、微細構造物を手軽に作製する、まった
く新しい微細加工方法を提案する。即ち、本発明は第一
に「少なくとも第一の導電性物質から構成され、且つパ
ターン形成されたレジストからなるステンシルマスクが
配置された被加工体と、第二の導電性物質からなる陰極
とを電解質溶液中に配置し、前記第一の導電性物質を陽
極とし、前記陽極と前記陰極との間に電流を流し、前記
第一の導電性物質の表面を電気分解することによりエッ
チングすること(以下、電解エッチング法とする)を特
徴とするパターン形成方法(請求項1)」を提供する。
The present invention proposes a completely new micromachining method for easily forming a microstructure by forming a thick film pattern by electrolytic etching. That is, the present invention firstly provides a `` workpiece on which a stencil mask composed of at least a first conductive substance and formed of a patterned resist is arranged, and a cathode composed of a second conductive substance. Placing in an electrolyte solution, using the first conductive material as an anode, passing a current between the anode and the cathode, and etching the surface of the first conductive material by electrolysis ( Hereinafter, a pattern forming method (claim 1), which is characterized by an electrolytic etching method, is provided.

【0013】また、本発明は第二に「前記被加工体が基
板であることを特徴とする請求項1に記載のパターン形
成方法(請求項2)」を提供する。また、本発明は第三
に「前記被加工体が前記第一の導電性物質からなる被膜
を配置した基板であることを特徴とする請求項1に記載
のパターン形成方法」を提供する。
The present invention secondly provides a "pattern forming method according to claim 1, wherein the object to be processed is a substrate". Thirdly, the present invention provides "a pattern forming method according to claim 1, wherein the workpiece is a substrate on which a coating made of the first conductive substance is disposed."

【0014】また、本発明は第四に「前記第一の導電性
物質が金属からなり、且つその標準電極電位が0.34
V以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか
1項に記載のパターン形成方法(請求項4)」を提供す
る。また、本発明は第五に「前記金属がPb、Sn、M
o、Ni、Co、In、Cd、Fe、Ga、Zn、C
r、Ta、V、Mn、Ti、Al、Cuの金属群から選
んだ1種類あるいは2種類以上の金属であることを特徴
とする請求項4に記載のパターン形成方法(請求項
5)」を提供する。
[0014] The present invention is also directed to a fourth aspect in which "the first conductive substance is made of a metal, and its standard electrode potential is 0.34.
V or less, and the pattern forming method according to any one of claims 1 to 3 (claim 4) is provided. Further, the present invention provides a fifth aspect in which “the metal is Pb, Sn, M
o, Ni, Co, In, Cd, Fe, Ga, Zn, C
5. The pattern forming method according to claim 4, wherein the metal is one or more metals selected from the group consisting of r, Ta, V, Mn, Ti, Al, and Cu. provide.

【0015】また、本発明は第六に「前記電流が前記エ
ッチングの間、一定に保たれ、且つ前記電解質溶液が電
解質水溶液であることを特徴とする請求項1〜5のいず
れか1項に記載のパターン形成方法(請求項6)」を提
供する。また、本発明は第七に「前記被加工体上に形成
されるパターンのサイズが数nm以上数mm以下であ
る、請求項1〜6のいずれか1項に記載のパターン形成
方法(請求項7)」を提供する。
Further, the present invention provides a method according to any one of claims 1 to 5, wherein the current is kept constant during the etching, and the electrolyte solution is an aqueous electrolyte solution. The present invention also provides a pattern forming method according to the present invention (claim 6). In a seventh aspect of the present invention, the pattern forming method according to any one of claims 1 to 6, wherein a pattern formed on the workpiece has a size of several nm or more and several mm or less. 7) ”is provided.

【0016】また、本発明は第八に「前記被加工体上に
形成されるパターンの厚さが数オングストローム以上数
十mm以下であることを特徴とする、請求項1〜7のい
ずれか1項に記載のパターン形成方法(請求項8)」を
提供する。なお、ここにおける電解質水溶液は、電解メ
ッキ浴でも電解研磨浴でもどちらでもよい。
The present invention eighthly provides that "the thickness of the pattern formed on the workpiece is not less than several angstroms and not more than several tens mm". The present invention also provides a pattern forming method according to the present invention (claim 8). Here, the aqueous electrolyte solution may be either an electrolytic plating bath or an electrolytic polishing bath.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明のパターン形成方法の実施
の形態を以下に簡単に述べる。先ず、金属基板或いは金
属被膜を配置した基板にステンシルマスクとしてレジス
トを塗布する。次に、レジスト面上に、必要なパターン
のネガ像か、ポジ像を露光する。次に、現像を行ない、
レジストパターンを形成する。次に、これらの基板を図
3に示した電解エッチングシステムに設置し、所定の条
件でエッチングを行ない、目的のパターンを形成する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the pattern forming method of the present invention will be briefly described below. First, a resist is applied as a stencil mask to a metal substrate or a substrate on which a metal film is arranged. Next, a negative image or a positive image of a required pattern is exposed on the resist surface. Next, perform development,
A resist pattern is formed. Next, these substrates are set in the electrolytic etching system shown in FIG. 3 and are etched under predetermined conditions to form a target pattern.

【0018】さらに複雑な形状をもつパターンを形成す
るために、何らかの他の方法で微細加工した導電性物質
からなるパターンの一部を、前段に示したパターン形成
方法で部分的に食刻し、あるいは前段に示したパターン
形成方法を複数回繰り返すことにより、より複雑なパタ
ーンを形成する。本発明によるパターン形成方法を用い
れば、ステンシルマスクの厚みがちいさくても、原理的
には厚みが無制限に大きいパターンの形成が可能であ
る。つまり、導電性物質から構成される基板、あるいは
絶縁性基板上に導電性物質からなる層を配置し、約1μ
m厚のレジストパターンを形成しておきさえすれば、数
十mmのパターン厚の、所望のパターンサイズからなる
微細パターンを容易に形成することができる。
In order to form a pattern having a more complicated shape, a part of a pattern made of a conductive material finely processed by some other method is partially etched by the pattern forming method shown in the preceding paragraph, Alternatively, a more complicated pattern is formed by repeating the pattern forming method shown in the preceding paragraph a plurality of times. By using the pattern forming method according to the present invention, it is possible in principle to form a pattern having an unlimitedly large thickness even if the thickness of the stencil mask is small. That is, a layer made of a conductive material is placed on a substrate made of a conductive material or an insulating substrate, and the
As long as a resist pattern having a thickness of m is formed, a fine pattern having a desired pattern size and a pattern thickness of several tens of mm can be easily formed.

【0019】以下、実施例により本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

【0020】[0020]

【実施例1】図1(d)は実施例1により形成した微細
パターンの断面図である。図1を用いて実施例1の電解
エッチング法による微細加工方法について説明する。ま
ず、面積が100mm×100mmで、厚さが2mmの
Cuからなる基板(図1(a)1)上に電子線用レジス
ト(東京応化OEBR1000、図1(b))を膜厚約
0.5μm塗布した。次に、上記レジスト面を電子線描
画装置を用いて描画して露光を行ない、現像およびベー
クを行ってレジストパターンを形成した(図1(b)
2)。本レジストの場合、レジストの露光部分が現像に
て溶解した。
Embodiment 1 FIG. 1D is a cross-sectional view of a fine pattern formed according to Embodiment 1. A microfabrication method by the electrolytic etching method according to the first embodiment will be described with reference to FIG. First, a resist for electron beam (Tokyo Oka OEBR1000, FIG. 1B) is formed on a Cu substrate (FIG. 1A) 1 having an area of 100 mm × 100 mm and a thickness of 2 mm with a thickness of about 0.5 μm. Applied. Next, the resist surface was drawn by using an electron beam drawing apparatus, exposed, and developed and baked to form a resist pattern (FIG. 1B).
2). In the case of the present resist, the exposed portion of the resist was dissolved by development.

【0021】ここで形成されるレジストパターンは、電
解エッチングするときのステンシルマスクとして機能
し、基板上のレジストの部分が電解エッチングされない
で残る。陰極として、面積が20mm×20mmで、両
面にAuをマグネトロンスパッタ法にて0.1ミクロン
の厚さに成膜したCu基板を用いた。被加工体としての
Cu基板と、陰極とをそれぞれ電解質水溶液中に設置
し、それぞれを定電流電源に接続し、定電流を流した。
なお、電解質水溶液にはピロリン酸銅浴を用いた。ピロ
リン酸銅浴の組成は、ピロリン酸銅100g/l、金属
銅30g/l、ピロリン酸カリウム300g/l、アン
モニア水1mol/lの水溶液とした。
The resist pattern formed here functions as a stencil mask at the time of electrolytic etching, and the resist portion on the substrate remains without being electrolytically etched. As the cathode, a Cu substrate having an area of 20 mm × 20 mm and having Au deposited on both sides to a thickness of 0.1 μm by magnetron sputtering was used. A Cu substrate as a workpiece and a cathode were each placed in an aqueous electrolyte solution, each was connected to a constant current power supply, and a constant current was passed.
Note that a copper pyrophosphate bath was used for the aqueous electrolyte solution. The composition of the copper pyrophosphate bath was an aqueous solution of copper pyrophosphate 100 g / l, metallic copper 30 g / l, potassium pyrophosphate 300 g / l, and ammonia water 1 mol / l.

【0022】電解エッチング条件として、電流密度を1
0mA/cm2、pHを3〜4、そして浴温度を50℃
とした。このとき、電解エッチング速度は約1.7μm
/分だったが、電解エッチング速度は、電流密度を変化
させることにより、1μm/分から100μm /分まで
容易に変化させることができた。本実施例では、500
μm の深さのパターンを必要としたため、約5時間の
間、連続的に電解エッチングを行った。
As the conditions for electrolytic etching, a current density of 1
0 mA / cm 2 , pH 3-4, and bath temperature 50 ° C.
And At this time, the electrolytic etching rate was about 1.7 μm.
However, the electrolytic etching rate could be easily changed from 1 μm / min to 100 μm / min by changing the current density. In this embodiment, 500
Since a pattern having a depth of μm was required, the electrolytic etching was continuously performed for about 5 hours.

【0023】電解エッチングの後、定電流電源より接続
をはずし、試料および対電極を純水を用いて洗浄、乾燥
させた(図1(c))。その後、試料基板上のステンシ
ルマスクとして用いたレジストパターンを除去した(図
1(d))。レジストパターンの除去には、例えばアセ
トンなどの有機溶媒による洗浄、または酸素アッシング
法などにより除去することができた。
After the electrolytic etching, the connection was disconnected from the constant current power supply, and the sample and the counter electrode were washed with pure water and dried (FIG. 1 (c)). Thereafter, the resist pattern used as a stencil mask on the sample substrate was removed (FIG. 1D). The resist pattern could be removed by, for example, washing with an organic solvent such as acetone, or oxygen ashing.

【0024】以上の工程により、基板に500μm の厚
みのパターンを形成することができた。
Through the above steps, a pattern having a thickness of 500 μm was formed on the substrate.

【0025】[0025]

【実施例2】図2(d)は実施例2により形成した微細
パターンの断面概略図である。図2を用いて本実施例の
電解エッチングによるパターン形成方法を説明する。面
積が4インチ×4インチの石英基板(図2(a)-1)上に
Niを電解メッキ法で約100μmの厚みに成膜した
(図2(a)-3)。この時の電解メッキは、硫酸ニッケ
ル水溶液をメッキ浴とし、浴温は約50℃、電流密度を
約0.03A/cm 2 とした。メッキ浴から石英基板を
取り出し、水洗、乾燥後、Ni層上に電子線用レジスト
(東京応化OEBR1000)を約0.3μmの膜厚に
スピンコート法で塗布し、続いてプリベーク処理を行っ
た。このレジストに電子線描画装置にてパターン描画
後、ポストベーク処理、現像処理を施し、純水にてリン
ス及び洗浄し、ステンシルマスクパターンを得た(図2
(b)-20)。描画はレジストを現像後に電解エッチン
グしたい部分が露出するように描画を行った。
[Embodiment 2] FIG. 2 (d) shows a fine pattern formed by the embodiment 2.
It is a cross section schematic diagram of a pattern. Referring to FIG.
A method for forming a pattern by electrolytic etching will be described. surface
On a 4 inch x 4 inch quartz substrate (Fig. 2 (a) -1)
Ni was deposited to a thickness of about 100 μm by electrolytic plating.
(FIG. 2 (a) -3). Electrolytic plating at this time is nickel sulfate
Solution as a plating bath, the bath temperature is about 50 ° C, and the current density is
About 0.03A / cm TwoAnd Quartz substrate from plating bath
After taking out, washing and drying, the resist for electron beam is put on the Ni layer.
(Tokyo Oka OEBR1000) to a film thickness of about 0.3μm
Coating by spin coating method, followed by pre-bake treatment
Was. Pattern writing on this resist using an electron beam writer
After that, post-baking and developing are performed, and
Then, stencil mask pattern was obtained (FIG. 2)
(b) -20). After drawing the resist, develop the electrolytic etch
The drawing was performed so that the part to be brushed was exposed.

【0026】ステンシルマスクが配置されたNi層を設
けた石英基板(即ち被加工体)と陰極とをそれぞれ電解
質水溶液中に設置し、それぞれを定電流電源に接続し、
定電流を流した。陰極としては、15mm×15mmの
面積の白金基板を用いた。電解質水溶液としてはスルフ
ァミン酸ニッケル450g/l、ほう酸30g/l、ラウ
リル硫酸ナトリウム0.5g/lの水溶液を用い、電解エ
ッチング条件は、電流密度を約0.1A/cm2 、pH
を3〜4、そして浴温を50℃とした。
A quartz substrate (namely, a workpiece) provided with a Ni layer on which a stencil mask is disposed and a cathode are each placed in an aqueous electrolyte solution, and each is connected to a constant current power supply.
A constant current was applied. As the cathode, a platinum substrate having an area of 15 mm × 15 mm was used. As the electrolyte aqueous solution, an aqueous solution of 450 g / l of nickel sulfamate, 30 g / l of boric acid, and 0.5 g / l of sodium lauryl sulfate was used. The electrolytic etching conditions were a current density of about 0.1 A / cm 2 , pH
And the bath temperature was 50 ° C.

【0027】膜厚100μmのNiをパターン加工する
場合、電解エッチング時間は約50分を要した。この電
解エッチング速度は電流密度に大きく依存し、電流密度
が大きければ速く、電流密度が低ければ遅くなる。つま
り、エッチングしたい厚さによって、制御しやすい電流
密度を設定することが可能であった。なお、本実施例の
場合、Niを電解エッチングして石英基板が露出すると
電圧が急激に上昇するので、電圧が急激に上昇し始めた
時点をエッチング工程の終点とした。
When patterning Ni having a thickness of 100 μm, the electrolytic etching time required about 50 minutes. The electrolytic etching rate largely depends on the current density, and is higher when the current density is higher and is lower when the current density is lower. That is, it is possible to set a current density that can be easily controlled by the thickness to be etched. In the case of the present embodiment, the voltage sharply increases when Ni is electrolytically etched to expose the quartz substrate. Therefore, the time when the voltage suddenly starts increasing is defined as the end point of the etching step.

【0028】こうして、約0.3μm厚のレジストパタ
ーンをステンシルマスクとして、Ni層からなる約10
0μm厚のパターンを加工することができた(図2
(c))。電解エッチングの後は、試料表面を純水で十分
に洗浄し、乾燥させた後、ステンシルマスクとして用い
たレジスとパターンを除去した(図2(d))。レジスト
パターンの除去には、例えば、市販のレジスト専用剥離
液やアセトンなどの有機溶媒による洗浄、または酸素ア
ッシング法などにより除去することができた。以上の工
程により、約100μm厚のNiパターンを形成するこ
とができた。以上、実施例1、実施例2では電解エッチ
ング対象の導電性物質として、各Cu、Niを用いた
が、一般に導電性物質として金属を用いる場合、その選
定に当たっては、その金属の標準電極電位の値を考慮し
なければならないことが分かった。標準電極電位はイオ
ン化傾向を示す値であり、標準電極電位の値が小さいほ
ど(標準電極電位の値が負の場合、絶対値が大きい程)
イオン化傾向も大きくなる。イオン化傾向の大きい物質
の場合、水溶液中で陽極に用いるとイオン化して溶け出
すこととなる。つまり、イオン化傾向が大きい物質ほど
電解エッチングはし易くなり、逆にイオン化傾向が小さ
い物質ほど電解エッチングはしにくくなる訳である。
Thus, a resist pattern having a thickness of about 0.3 μm is used as a stencil mask to form an about 10 μm thick Ni layer.
It was possible to process a pattern having a thickness of 0 μm (FIG. 2).
(c)). After the electrolytic etching, the sample surface was sufficiently washed with pure water and dried, and then the resist and the pattern used as the stencil mask were removed (FIG. 2D). For the removal of the resist pattern, for example, the resist pattern could be removed by washing with a commercially available stripping solution exclusively for resist, an organic solvent such as acetone, or an oxygen ashing method. Through the above steps, a Ni pattern having a thickness of about 100 μm could be formed. As described above, in Examples 1 and 2, each of Cu and Ni was used as a conductive material to be subjected to electrolytic etching. However, in general, when a metal is used as a conductive material, when selecting a metal, the standard electrode potential of the metal is used. It turns out that the values have to be taken into account. The standard electrode potential is a value indicating the tendency to ionize, and the smaller the value of the standard electrode potential is, the larger the absolute value is when the value of the standard electrode potential is negative.
The ionization tendency also increases. When a substance having a high ionization tendency is used as an anode in an aqueous solution, it is ionized and dissolved. In other words, a substance having a higher ionization tendency is more likely to perform electrolytic etching, and a substance having a lower ionization tendency is more difficult to perform electrolytic etching.

【0029】研究の過程で、我々は様々な物質を陽極と
して、それぞれの電解エッチング特性を調べた。その結
果、電解エッチングの可否がそのイオン化傾向に深く依
存していることを発見した。即ち、Au、Pt、Agで
は電解エッチングが不可能であるが、Cu、Sn、M
o、Crなどでは電解エッチングが可能であった。この
現象を突き詰めて調べた結果、標準電極電位が0.34
V以下の物質は電解エッチングが可能であるが、標準電
極電位が0.7V以上の物質では電解エッチングが不可
能であることを発見した。パターン形成に用いる金属材
料として好ましく選定されたのは、標準電極電位が0.
34V以下のPb、Sn、Mo、Ni、Co、In、C
d、Fe、Ga、Zn、Cr、Ta、V、Mn、Ti、
Al、Cuの金属群から選ばれた1種類あるいは2種類
以上の金属であった。
During the course of the study, we investigated the electrolytic etching characteristics of various materials as anodes. As a result, they have found that the possibility of electrolytic etching depends heavily on its ionization tendency. That is, although Au, Pt, and Ag cannot perform electrolytic etching, Cu, Sn, M
With o, Cr, etc., electrolytic etching was possible. As a result of investigating this phenomenon, the standard electrode potential was 0.34.
It has been found that electrolytic etching is possible for substances having a voltage of V or less, but electrolytic etching is not possible for substances having a standard electrode potential of 0.7 V or more. The metal material preferably used for pattern formation is such that the standard electrode potential is 0.1.
Pb, Sn, Mo, Ni, Co, In, C of 34 V or less
d, Fe, Ga, Zn, Cr, Ta, V, Mn, Ti,
One or more metals selected from the group consisting of Al and Cu.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上のように、本発明の電解エッチング
法によるパターン形成方法は、予め適当な厚さのレジス
トパターンを形成しておくだけで、電解質水溶液中で試
料表面に定電流を流すという極めて簡便な方法でパター
ン形成が可能である。主な設備としては、恒温水槽、定
電流電源、エッチング条件記録用機器等があればよい。
As described above, according to the pattern forming method by the electrolytic etching method of the present invention, a constant current is applied to the sample surface in an aqueous electrolyte solution only by forming a resist pattern having an appropriate thickness in advance. A pattern can be formed by an extremely simple method. The main equipment may be a constant temperature water bath, a constant current power supply, a device for recording etching conditions, and the like.

【0031】反応性イオンエッチング法(RIE)やイ
オンビームエッチング法のように真空系を用いる必要が
ないため、非常に廉価な装置構成で同等かそれ以上の微
細パターンの形成、および非常に厚いパターンの形成を
行うことができる。なお、電解質水溶液は一般的な電解
メッキ液と組成上大差がなく、液の組成、等の管理は使
用時間などによって大まかな管理をすることができるた
め、管理が容易である。また、1μm厚前後のステンシ
ルマスク(例えば、レジストパターン)で、100μm
以上の厚みのパターンの形成が可能である。さらに、パ
ターンサイズの微細化のためには、パターン形成がマス
クパターンに忠実に行われるため、マスクパターンを微
細にしさえすれば良い。さらにまた、パターン形成のプ
ロセスの工程数が反応性イオンエッチング法等を用いた
場合に比べて少ないこととも合わせて生産性に非常に優
れた微細加工方法である。
Since it is not necessary to use a vacuum system unlike the reactive ion etching method (RIE) or the ion beam etching method, it is possible to form an equivalent or larger fine pattern with a very inexpensive apparatus configuration, and to form a very thick pattern. Can be formed. The aqueous electrolyte solution does not differ in composition from a general electrolytic plating solution, and the composition of the solution can be roughly controlled by the use time and the like, so that the management is easy. A stencil mask (for example, a resist pattern) having a thickness of about 1 μm
A pattern having the above thickness can be formed. Further, in order to miniaturize the pattern size, since the pattern formation is performed faithfully to the mask pattern, it is only necessary to make the mask pattern fine. Furthermore, the number of steps in the pattern formation process is smaller than that in the case where the reactive ion etching method or the like is used, and the microfabrication method is extremely excellent in productivity.

【0032】さらに、最も重要な効果として、本発明に
よる電解エッチングによる微細パターンの形成方法を用
いると、何らかの方法で微細加工した導電性物質からな
るパターンの一部をさらに本発明の微細パターン形成方
法で部分的にエッチングすることによって、またはこの
微細パターンの形成方法を複数回繰り返すことにより、
さらに複雑な形状をもつパターンを形成することもでき
る。
Further, as the most important effect, when the method of forming a fine pattern by electrolytic etching according to the present invention is used, a part of a pattern made of a conductive material finely processed by any method is further reduced by the method of the present invention. By partially etching in, or by repeating the method of forming this fine pattern a plurality of times,
Further, a pattern having a more complicated shape can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1のパターン形成方法の形成工程を示す
概略断面図
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a forming process of a pattern forming method according to a first embodiment.

【図2】実施例2のパターン形成方法の形成工程を示す
概略断面図
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a forming process of a pattern forming method according to a second embodiment.

【図3】実施例1あるいは実施例2のパターン形成方法
に於ける電解エッチングシステムの概略断面図
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an electrolytic etching system in the pattern forming method according to the first or second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・基板 2、20・・・マスク(例えば、レジストパターン) 3・・・被エッチング層(電極層兼用) 4・・・パターン厚 5・・・パターンサイズ 41・・・試料(被加工体) 42・・・電解質溶液 43・・・陰極 44・・・定電流電源 45・・・サーモスタット 46・・・温度計 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2, 20 ... Mask (For example, resist pattern) 3 ... Layer to be etched (also used as an electrode layer) 4 ... Pattern thickness 5 ... Pattern size 41 ... Sample (processing) 42) Electrolyte solution 43 ... Cathode 44 ... Constant current power supply 45 ... Thermostat 46 ... Thermometer

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも第一の導電性物質から構成さ
れ、且つパターン形成されたレジストからなるステンシ
ルマスクが配置された被加工体と、第二の導電性物質か
らなる陰極とを電解質溶液中に配置し、前記第一の導電
性物質を陽極とし、前記陽極と前記陰極との間に電流を
流し、前記第一の導電性物質の表面を電気分解すること
によりエッチングすること(以下、電解エッチング法と
する)を特徴とするパターン形成方法。
1. A workpiece comprising at least a first conductive substance, on which a stencil mask made of a patterned resist is arranged, and a cathode made of a second conductive substance are placed in an electrolyte solution. Placed, using the first conductive material as an anode, passing a current between the anode and the cathode, and etching the surface of the first conductive material by electrolysis (hereinafter referred to as electrolytic etching). Method for forming a pattern.
【請求項2】 前記被加工体が基板であることを特徴と
する請求項1に記載のパターン形成方法。
2. The pattern forming method according to claim 1, wherein the workpiece is a substrate.
【請求項3】 前記被加工体が前記第一の導電性物質か
らなる被膜を配置した基板であることを特徴とする請求
項1に記載のパターン形成方法。
3. The pattern forming method according to claim 1, wherein the workpiece is a substrate on which a coating made of the first conductive material is disposed.
【請求項4】 前記第一の導電性物質が金属からなり、
且つその標準電極電位が0.34V以下であることを特
徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のパターン
形成方法。
4. The method according to claim 1, wherein the first conductive material comprises a metal,
4. The pattern forming method according to claim 1, wherein the standard electrode potential is 0.34 V or less.
【請求項5】 前記金属がPb、Sn、Mo、Ni、C
o、In、Cd、Fe、Ga、Zn、Cr、Ta、V、
Mn、Ti、Al、Cuの金属群から選んだ1種類ある
いは2種類以上の金属であることを特徴とする請求項4
に記載のパターン形成方法。
5. The method according to claim 1, wherein the metal is Pb, Sn, Mo, Ni, C
o, In, Cd, Fe, Ga, Zn, Cr, Ta, V,
5. A metal selected from the group consisting of Mn, Ti, Al, and Cu, or two or more metals.
4. The pattern forming method according to 1.
【請求項6】 前記電流がエッチングの間、一定に保た
れ、且つ前記電解質溶液が電解質水溶液であることを特
徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のパターン
形成方法。
6. The pattern forming method according to claim 1, wherein said current is kept constant during etching, and said electrolyte solution is an electrolyte solution.
【請求項7】 前記被加工体上に形成されるパターンの
サイズが数nm以上数mm以下である、請求項1〜6の
いずれか1項に記載のパターン形成方法。
7. The pattern forming method according to claim 1, wherein the size of the pattern formed on the workpiece is several nm or more and several mm or less.
【請求項8】 前記被加工体上に形成されるパターンの
厚さが数オングストローム以上数十mm以下であること
を特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載のパ
ターン形成方法。
8. The pattern forming method according to claim 1, wherein the thickness of the pattern formed on the workpiece is not less than several angstroms and not more than several tens of mm. .
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