TW515932B - Method of manufacturing microstructure bodies - Google Patents

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W5932 A7 五 經满部中决標準局貝_τ消費告作社印繁 、發明説明（1) 本發明關於-種以^射線照射聚合物 展開媒介展開以製造結構深度範圍為從數微米 側邊長在微米範圍之微結構體的方法。 J、 在微電子t，增加小型化和積體技術的進步造成益數種 新產品。與其他部份比較，只在最近幾年在微電子方面小 型化的進步已非常顯著。指出未來其他微技術也將變得重 要。可能提及的領域是微機械、積體光學和微流體學。此 技術與微電子結合可提供許多新穎的電子、光學、生物和 革命性種類之機械功能性元件的可能性。半導體技術的高 生產製造方法可廣泛地應用在小型化非電子組件'組成單 位和次系統的質量生產上。已加強微機械之精細製造的傳 統方法和適當地與獲自半導體製造的改良方法相結合，以 突破平面矽技術的限制並在材料的形成'許多形狀^組態 的應用和許多材料上有新穎的選擇。此性質的進步是uga 方法[(德國頭字語）]，其結合包含的石印術、電形成（電化 學形成）和模製等製造步驟。此方法是在

Kernforschungszentrum Karlsruhe(Karisruhe，德國核子研究 中心）被發展出來的。原LIGA方法的基本製造步驟是結構 正確地知射聚合物材料。LIGA方法的基本實用性可以在特 殊製得的聚曱基甲基丙烯酸酯（PMMA)中所製成的微結構來 祖明。以適合使用χ_射線照射的形成技術為目標以發展出 弁多其他塑膠。在這些塑膠中，可能提及翠氧基亞曱基(ρ〇Μ) 和聚酯’特別是聚乙交酯和聚丙交_[sic](德國41 41 352 A1) 〇 本紙張尺錢财目目家縣(5s〉A4規格（210X297公釐） 515932 A7 B7 五、發明説明（2 ) “SU8”環氧基光阻用於利用UV石印術的微結構曾描述 在許多刊物中（Despon，M· Lorenz, H.，Fahrm，N.，Brtigger，J. Renai^d，P·，和 Vettiger，Ρ·5 1997,，，高尺寸比例，超厚，負 -調近UV光阻於微電子機械系統（MEMS)之應用，，[英文])， 在’’第十屆IREE國際微電子機械系統研習營（MrmS，97)的 成果”，一月 26/30，1997，Nagoya，日本；和 Lee，La Bianca, 等人，1995，”高解析度超厚光阻的微機械應用，，，j vac XechnoL BT3(6)，十一月/十二月。而且，環氧化物混合物 用於如微電子、電子或光學組件的包膠（見pR〇TAVIC的 小冊子）。 在利用LIGA方法之結構深度範圍從數微米至數毫米的 複雜二維結構製造中，曾發現已存在的塑膠需要一實質量 的照射。也發現以適當的展開媒介展開經照射聚合物物品 的過私中，未經妝射的聚合物區域造成膨脹，以其所形成 的細尨構可成被扭曲或者有缺點。另外，當已膨脹的聚合 物乾餘後，此材料可能產生應力破#，因此使此微結構體 不適合電化學加工。對於某些所用的塑膠，另一個問題是 t工是Ϊ雜且價昂的。此對聚丙交酯和聚乙交酯為真，在 經满部中决標準局員工消費告作私印f --------Φ衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) …、光之月ij，其必須使用價昂的模衝步驟以應用此材料於基 材上。 UV-硬化塗㈣統可用於製造微結構。以這㈣統，以 手邊衣置不可忐達到次微米精確度和正斧度的程度，而精 確度和正確度經常是光學和流體組件必需的；若塗料厚度 疋在微米和毫米的範圍時，此困難歸因於在輻射光（波長300 -4- 本紙張尺細财® - ^15932 五 ΑΊ 發明説明（3 ) ~ " 毛U米至460笔彳政米）上的繞射、散射和干擾效應。 本發明目標是找出一種聚合物，其： -當p同步加速輻射照射時，需要相當少的輻射， -在X-射線影響下經過去聚合反應或交聯，和 —以特殊展開劑的使用可選擇性地被移除。 而且，聚合物應容易地被製造成測試體，其不會遭遇應力 破^和應不含缺點。較佳係其應極度地適合半導體製造。 <本备明主要申請專利範圍的内容是以X—射線依式樣照 。又I 口物以製造結構深度範圍從數微米至數毫米之微結構 體的方法；其特徵為所用聚合物包含uv-硬化和光硬化環 氧樹脂塗料。所用的X_射線最好是由同步加速輻射所供 應。錢行本發明方法中，環氧塗料可以輾壓、壓擠、模 衝、壓花、射出模製或旋轉塗敷的方式塗敷在載體上。此 方法可以許多步驟來進行。 出乎意料之外地，已發現可利用x_射線微結構化從半 導體製造技術已知的光硬化環氧塗料和塑膠黏合劑，和此 種塗料可滿足上面所示之標準。令人意外的是x—射線可硬 化的環氧化物塗層可用於製造微結構體，其中高尺寸 是-個重要的因素，如是如LIGA方法必需的。另外，以 ::塗料可達到的優點是令人驚訝的和不被已知刊物所建議 根據本發明方法，如以同步加速輻 =⑽«之選擇性展開劑的作用下，可二== 犯圍從i微米至H)毫米的微結構體，側邊長在微米至次ς --------衣IT (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經漳部中决標準局員_τ消費告作社印f 515932 A7 ' --—_—___Β7 五、發明説明（4 ) ~~ —~~~'- 米範圍内之主體或特色可被結構化。適合的選擇性展開劑 是有機溶劑和驗金屬媒介，較佳係如丙二醇單甲基鍵醋酸 酉旨（PQMEA)，含乙二醇成份的氫氧化物溶液或醇化的驗金 屬氫氧化物溶液。 —本發明方法中的照射是以來自χ_射線光源之高能量平 行輻射完成。這些光源的波長是在O.i毫微米至1〇毫微米， 較佳係O.H毫微米的範圍内。此照光可能包括以如包：鈹 或聚亞醯胺薄膜（如“Kaptcm，，，由Du P〇m de Nem〇urs公司 所提供）之特殊預吸收體在同步加速器中以平均環電流 毫安培照光1至300分鐘。 照光的成本視從同步加速器分開的電子儲存環中的電能 而定。一般而言，電能範圍是在l.〇_2.7GeV之間。 對於依式樣照射，一般使用特殊的乂_射線面罩，如由 帶有包含金或鎢的吸收體結構之鈦、鈹或鑽石載體镇所組 成的。 特別適合本發明方法的是： —“SU8”環氧塗料（由Mlcro Resist技術公司市場上供應 的），或 經濟部中决標準局員_T消費告竹社印製 ---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) __由Lackwerke Peters GmbH所供應之液體光阻以藉蝕 刻技術方法製造壓紋電路板，其光阻以商標名elpemer 為人所熟知。 其他可使用之材料實例是由Protq供司以商標名 PROTAVIC PU和PROTAVIC UV在市場上供應之保^性 塗層。 -6- 本紙張尺度遺用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2Ι0Χ 297公釐） 515932 經满部中央標率局員工消費合作社印f Μ Β7 五、發明説明（5 ) 在微結構體的製造上所用的環氧塗料可以輾壓、射出模 製、壓擠或旋轉塗敷的方式在20-100°C的溫度範圍下被塗 敷在，體載體上’較佳係導電性金屬載體如鎳、銅、鋼或 欽。在此相關的，可使用黏合層、黏合塗料或特殊黏合促 進劑。環氧化物塗料在載體上的厚度範圍一般是在 微米，較佳係10-1000微米，特別是以1〇〇_8〇〇微米為佳。 在依式樣照射之後，利用適當的展開媒介進行展開。可 使用的展開劑系統可以下列通式之伸烷基乙二醇烷基醚烷 基單羧酸酯化合物為基料 〜

¥ 叫 _ 仲外-〇 · s H 0 其中a=〇至5 ’ 至4和£=0至5，或這些的異構物；如 丙二醇單甲基醚醋酸酯、丙二醇單乙基醚醋酸酿、乙二醇 丁基醚醋酸酯、丁二醇異丙基醚丙酸酯； 或鹼性展開劑，如：與乙二醇混合之鹼金屬氫氧化物溶液 或醇化的驗金屬氫氧化物溶液。 本發明方法具有下列優點： —所用聚合物是適合微結構化。此聚合物可製造如數微米 般小之結構深度的微結構，和其具有範圍在5 : 1至1〇〇〇 ·' 1(較佳係範圍在10: 1至100: υ之高尽寸比例（結構的高 對寬的比例）。 Ν —對於一定的照射成本可製造已描述過的環氧塗料使微結 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（2】〇χ297公襲） --------— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、\各 1· 515932 A7 --—~~-__ B7 五、發明説明（6 ) ~~- 構，其具有實質上比技術上已知塑膠材料大之結構深度。 該塗料的靈敏度是比卩““八大1〇〇至1〇〇〇倍。 又 此广法可製造如結構高為則微米和側邊長在次微米範 圍且無缺點之結構。 —可達到次微米範圍之結構精確度。 —此微結構具有尖銳陡峭的邊緣和平滑的牆壁。 --此聚合物是機械安定性高至8Gt和具有適#的熱機械強 度。 --聚合物可抵抗電流程序而無問題，和其可抵抗如銅和錄 酸槽、硫酸、氨基續酸和錯合物形成劑的作用。在2〇_8代 的溫度範圍下，微結構在電流槽中24小時後不受影響。 --塑膠的表面是光滑的。此塑膠可在載體上塗上厚度均 的塗料。 —已描述過的展開劑具有非常好的選擇性。 ―已描述過的環氧塗料是非常適合LIGA方法，和其在半 導體技術中所用裝置裏是非常容易操作的。 ^ 參考下列不限制本發明範圍之實例，本發明方法將更詳 細地描述於下文中： 實例1 : 經满部中决標準局員_x消費含作社印來 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 厚度為505:1:5微米之“SU8”環氧塗層材料的塗料被塗敷 在載體上’其中載體是由尺寸為1〇〇羞米直徑χ〇 5着米厚 之石夕膠片所組成的。此光阻在加熱板上碎9〇。〇下乾燥，之 後，在電能為2.3GeV和平均環電流為2〇毫安培之模型同 步加速輻射下35分鐘；掃描器一擊是2〇釐米和掃描器的 ί、紙張尺度適财®目家料（CNS ) A4^m ( 2Τ〇7297^Τ 515932 A7

五、發明説明（7 ) 速度是1釐米/秒。為了包含由直徑為L微米 所組成的區域之測試結構調整所用的 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) PG，A在加下騎25分鐘完成展開。將結構展;;成：： 全自由的形式。從展開中，在姓 凡 业剞么士諶3 —入妞、、、口構化％虱塗料中所製成的 元王無h留和其呈現降至直徑為5微米（六角形 k對邊父叉長度）之極佳的展開性。 對照實例1 : 包含PMMA的職主體在相當於這些實例丨的條件下 照光60分鐘，以對PMMA而言是適合的展開劑之㈤-展 開劑將其展開。被移除的材料深度只有1〇〇微米。利用相 同的稜鏡試驗結構，可有效地破製成之最小直徑稜鏡是直 徑為50微米；較小直徑的稜鏡有扭曲或其他嚴重的缺點。 如實例1和對照實例i的比較中所見，在PMMA中5〇〇 微米之結構高在相同條件下需要照射至少1 〇小時；高至仙 之尺寸比例是可達到的。相反地，”SU8，，以較短的照射時間 和較咼的尺寸比例、較少的成本和較高的品質可產生較深 的結構。 &濟部中泱#準局員T-消費合竹社印利不 f例2 : 厚度為300微米之“ELPEMER SD 2054，，環氧塗層材料的 塗料以旋轉塗敷方式塗敷在含鋼載體上、和其在同步加速 中以具有電能為2.3GeV和平均環電流為20毫安培之依式 樣輻射下15分鐘；掃描器一擊是20釐米。所用的X-射線 9- 本纸張尺度適用中國國家標準（[NS ) Λ4規格（21〇 ii97公釐） 515932 五 A7 B7 發明説明（8 ) 具有光度計組態。接下來的展開是在25t下利用5 化納於！ ： i水/乙二醇中之溶液進们5分鐘完成。將 展開率完全自由的形式。結構化環氧呈現出色定義之 計結構的典型柵極牙紅功純牙#邊緣。分 = 別或統計上的缺點。 ^疋…、個 ΜΛΨΜ2 ： 鋼上厚度為300微米之含ΡΜΜΑ的測試體在如實例2 相同條件下照光，直到達到一般ΡΜΜΑ中300微米釺構 之輻射劑量；照射時間是6小時。接著以GG_展開劑：開。 牙齒顯示不清楚的蝕刻和結構的整個牙齒高度是圓的。#所 產生的結構有個別和統計上的缺點。 實例2和對照實例2的比較中所見，只有在微結構的 =度是低於150微米時可利用pMMA實現具有典型栅極牙 齒之微分光計的前述柵極結構。相反的，”SD 2〇54，，容許較 厚的妝没層。除了較厚的薄層之外，所需照射時間是實質 上車父低和栅極的牙齒形結構無缺點。 — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經滴部中决摞準局員_τ消費告竹社印f -10- 本紙張尺度相巾_家麟」cnsTm^· (210x 297公釐）

Claims (1)

1. 515932 A8 B8 C8 D8 六、申請專 I --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 專利申請案第87115454號 ROC Patent Appln. No.87115454 修正之申請專利範圍中文本-附件㈠ Amended Claims in Chinese - Enel.(I) Γ民國90年8月6日送呈) (Submitted on August 6, 2001) 1. 一種製造結構深度範圍從十微米至一千微米之微結構 體的方法，其係藉由以X-射線依式樣照射聚合物和選擇 性的溶解變為（或仍為）可溶性之區域製得；其中所用聚 合物包含UV-硬化和光硬化環氧塗層材料。 2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中所用的X-射線輻 射是同步加速輕射。 3. 根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中係以旋轉塗 敷或注入塗敷方式將環氧塗料塗敷在載體上。 4. 根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中製成結構深 度範圍為100-800微米之微結構體。 5. 根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中製成側邊長 如10微米般小或更小的微結構。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6. 根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中製成尺寸比 例範圍為5 : 1至1000 : 1之微結構。 7. 根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中製成尺寸比 例範圍為10 : 1至100 : 1之微結構。 8. 根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中所用的選擇 性展開劑包括有機溶劑、含乙二醇的氫氧化物溶液或醇 性驗金屬氫氧化物溶液。 9. 根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中選擇性展開 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 515932 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 劑是使用以伸烷基乙二醇烷基醚烷基單羧酸酯化合物 為基料的展開劑，較佳係丙二醇單甲基醚醋酸酯 (PGMEA)、乙二醇丁基醚醋酸酯、丁二醇異丙基醚丙酸 ° 10·根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中使用黏合促 進劑。 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)