JPH0559199A - 寸法比の大きい微小パターン成形体の製造方法 - Google Patents

寸法比の大きい微小パターン成形体の製造方法

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JPH0559199A
JPH0559199A JP4036309A JP3630992A JPH0559199A JP H0559199 A JPH0559199 A JP H0559199A JP 4036309 A JP4036309 A JP 4036309A JP 3630992 A JP3630992 A JP 3630992A JP H0559199 A JPH0559199 A JP H0559199A
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ペーター、ヘセル
Gerhard Dr Hoffmann
ゲールハルト、ホフマン
Thomas Dr Wuensch
トーマス、ヴユンシユ
Juergen Dr Langen
ユルゲン、ランゲン
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高度の感Ｘ線性を有し、Ｘ線の作用により解
重合され、場合により特別の現像剤により選択的に洗
除、現像されることができ、射出成形、プレス成形、押
出成形、ないし注下成形により簡単にパターン構造体の
作製を可能ならしめ、膨潤、亀裂、欠損をもたらさない
重合体を見出すこと。 【構成】 重合体をＸ線放射線源からの高エネルギー平
行放射線に対し画像形成露出することにより寸法比の大
きい微小パターン成形体を製造する寸法であって、この
重合体としてＳＯ2 と１種類もしくは複数種類のエチレ
ン性不飽和有機化合物との共重合体を使用することを特
徴とする方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来技術】本発明は重合体ないし重合体混合物を放射
線に対し画像形成露出し、次いで適当な現像剤で現像す
ることにより高い寸法比を有する、すなわちミクロン範
囲の横方向寸法に対し、著しく大きいパターン高さ（深
さ）寸法を有する微小パターン成形体の製造に関するも
のである。
【０００２】
【技術的背景および従来技術】マイクロエレクトロニク
スの発展は、相次ぐ微小化、集積化により展望し難い多
種多様な新規製品およびこれに対応する技術をもたらす
ことを示している。マイクロエレクトロニクスは、ここ
何年かにわたり他の産業分野に比し、微小化について突
出した優位性を獲得するに至っており、これはことに微
小機械工学、集積光学的分野において顕著である。これ
らの技術はマイクロエレクトロニクスと結合して、予想
もできない多数のエレクトロニクス的、光学的、生物学
的、機械工学的作用素子を開発するものと考えられる。
【０００３】微小技術の非エレクトロニクス部品、シス
テム構成要素、下位システムにおいては、当然のことな
がら半導体技術の極めて有効な大量生産方式が広範囲に
とり入れられている。同時にまた機械工学的分野におけ
る精密技術の古典的手法に習熟して、対応して変形され
た半導体大量生産方法と合体させる研究をし、これによ
り珪素基板技術の挾隘な範囲を脱却して、形態および材
料の多様性に立脚した新しい開発可能性を検討する必要
がある。この必要性は、例えば リトグラフィー（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ）、 電気鋳造（Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ）および 型成形（Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ） の製造工程から構成され、ケルンフォルシュングスツェ
ントルム、カルルスルーエ（ｋｆｋ）において開発され
た、いわゆるＬＩＧＡ法により充足された。これは合成
樹脂、金属およびセラミック材料から成る、大きい寸法
比を有する、すなわちミクロン範囲の横方向寸法に対し
数百ミクロンに達するパターン高さ（深さ）を有する微
小パターン成形体の製造を可能にした。
【０００４】このリガ（ＬＩＧＡ）法はリトグラフ法に
より、さらに大きいパターン高さ（深さ）を有する精密
な第１次パターン構造体を作製し、このパターンを１回
もしくは多数回の型成形法により大量複製するという構
想を基礎とするものである。この作製構想は、ことに形
態、使用材料あるいはさらに個数と関係し、個々の作製
工程の種類および順序を拘束する、それぞれの微小パタ
ーン構造体により与えられるパターン稜縁状態に弾力的
に適合され得る。
【０００５】リガ法による金属性微小パターン構造体の
典型的作製方法は、多数の工程を有する。
【０００６】第１工程においては、導電性基板上の１ミ
クロンから数百ミクロンの厚さの重合体層を、Ｘ線マス
クを介して高さエネルギーの平行Ｘ線に露出する。この
Ｘ線はいわゆるシンクロトロン放射線であって、エレク
トロンシンクロトロンないし電子貯蔵リングにおいて生
起せしめられる。
【０００７】この放射線露出により重合体ないしその混
合物の選択された現像剤に対する溶解性が高められ、露
出帯域は現像剤により洗除され、導電性基板上にレリー
フ様の重合体パターンが形成される。
【０００８】次工程において基板とその上の重合体パタ
ーンとの間の金属板が電気的に腐蝕され、重合体レリー
フに対して補足的な金属パターンが形成される。この金
属腐蝕処理は厚い金属層が重合体パターンに達するまで
行われ、これにより一体的材料から安定した微小パター
ン構造体が得られ、これは次工程において合成樹脂によ
る塑造成形のための型として使用され得る。
【０００９】このようにして得られる合成樹脂パターン
構造体は、そのまま最終製品として使用されるか、ある
いは金属鋳造法によりさらに電気鋳造法のための原型と
して使用され得る。このような原型も多数製造可能であ
る。
【００１０】上述した製造方法は、必要に応じ特殊な微
小パターンに適用され、各種各様の微小パターンが形成
され得る。重要な微小パターン製品は加速、排出、超可
聴音、湿分測定用センサ、マイクロエレクトロニクス用
マイクロモータ、空気圧マイクロ素子、マイクロステッ
カー、光学的マイクロ素子、グラスファバ光学素子、マ
イクロ電極、紡糸ノズル、マイクロフィルタ、プレーン
ベアリング、薄膜などである。
【００１１】リガ法の本質的工程は使用される重合体の
放射線による正確なパターン形成である。リガ法の主な
実施可能性は簡単な微小パターンに関し、特別に製造さ
れるポリメチルメタクリレート（以下においてＰＭＭＡ
と称する）で検証され得る。
【００１２】寸法比の大きい複雑な３次元パターンの変
換の場合には、ＰＭＭＡの弱い感Ｘ線性は、高額のＸ線
放射コストを必要とする。
【００１３】さらに放射線に露出された重合体の現像に
際し、非露出領域は現像剤により膨潤し、微細なパター
ンは破壊される可能性がある。また重合体の膨潤領域は
乾燥により亀裂をもたらすおそれがあり、電気鋳造によ
り使用不能の微小パターン構造体がもたらされる。この
問題の原因はＰＭＭＡの高度の感溶媒性に在る。
【００１４】そこで本発明の課題は、高度の感Ｘ線性を
有し、Ｘ線の影響により解重合され、場合により特別の
現像剤により選択的に洗除、現像されることができ、例
えば射出成形、プレス成形、押出成形ないし注下成形に
より簡単にパターン構造体の材料の製造が可能であり、
膨潤、亀裂、欠損をもたらさない重合体を見出すことで
ある。
【００１５】
【発明の要約】しかるに上述の課題は、ポリアルケンス
ルホン、すなわちＳＯ2 とエチレン性不飽和有機化合物
との共重合体により解決されることが見出された。
【００１６】脂肪族ポリスルホンおよびその製造法は公
知であり、例えば１９８７年、シュツットガルトのゲオ
ルク、チーメ、フェルラーク社刊（第４版）ハウベンワ
イル、メトーデン、デル、オルガニッシェン、ヘミーＥ
２０巻マクロモレキュラーレ、シュトフ２部、１４６８
頁以降に記載されている。
【００１７】またポリアルケンスルホンをノボラックマ
トリクスの溶解禁止剤として使用することは米国特許４
４０９３１７号明細書に、Ｘ線レジスト、電子ビームレ
ジストとして使用することは米国特許４８８８３９２号
明細書、ヨーロッパ特許出願公開２１１１６１号公報、
米国特許３８９３１２７号、同４２６７２５７号、同４
２８９８４５号、同４３９８００１号各明細書に記載さ
れている。
【００１８】しかしながらこれら特許文献に記載され、
そのために使用される層の厚さは、わずかに数１０分の
１ミクロンから数ミクロンである。しかもポリアルケン
スルホンを微小版体製造のために使用すること、リガ法
に必要である大きい寸法比、これによりもたらされる利
点などについては、これら特許文献は全く示唆するとこ
ろがない。
【００１９】本発明の対象は重合体をＸ線放射線源から
の高エネルギー平行放射線に対し画像形成露出すること
により寸法比の大きい微小パターン成形体を製造する方
法であって、この重合体としてＳＯ2 と１種類もしくは
複数種類のエチレン性不飽和有機化合物との共重合体を
使用することを特徴とする方法である。
【００２０】ここで高エネルギー平行放射線としてはシ
ンクロトロン放射線を使用するのが好ましい。
【００２１】ＳＯ2 と１種類もしくは複数種類のエチレ
ン性不飽和有機化合物との共重合体は、射出成形、押出
成形、型成形および／あるいはプレス成形により、好ま
しくは２０００μｍまでの厚さで担体上に層形成され
る。
【００２２】本発明のさらに他の対象は、ＳＯ2 と１種
類もしくは複数種類のエチレン性不飽和有機化合物との
共重合体をシンクロトロン放射線に露出し、選択的現像
剤により横方向寸法１０μｍ以下に対し深さ５０から２
０００μｍのパターンを形成することを特徴とする微小
パターン成形方法である。
【００２３】
【発明の構成】意外にも、ポリアルケンスルホンは、特
殊のマスクを介してシンクロトロン放射線に露出し、選
択的現像剤、例えばイソプロパノールもしくはイソプロ
パノール／キシレン混合液（６５：３５）もしくはメチ
ルエチルケトン／水混合液（４０：６０）で現像するこ
とにより、横方向寸法１０μｍ以下、パターン高さ数百
ミクロンの微小パターンの形成を可能ならしめることが
見出された。ＰＭＭＡと異なりシンクロトロン放射線に
露出している間に現像剤を使用することなく現像（乾燥
現像）が行われた。しかるにもかかわらずこの微小パタ
ーンは大きい層深さを有し、放射線露出に際し生起すべ
き気体現像による障害を示さない。シンクロトロンにお
ける放射線露出時間はＰＭＭＡの場合より著しく短い。
ＰＭＭＡの場合パターン深さはわずかに５０μｍであっ
たのに対して実に６００μｍに達する。
【００２４】本明細書において寸法比と称するのは、パ
ターンないしレリーフの高さ（深さ）対横方向寸法の割
合、あるいは最大限パターン高さ対最小限横方向寸法の
割合を意味する。本発明方法においてこの寸法比は広い
範囲、例えば１０：１から１０００：１、ことに５０：
１から１００：１の範囲で変えられることができる。
【００２５】本発明方法における放射線としては、Ｘ線
源からの高エネルギー平行放射線が使用される。この放
射線の波長は０．０５から１０ｎｍの範囲、好ましくは
０．１から１ｎｍ、ことに０．１から０．４ｎｍの範囲
である。
【００２６】このような放射線による処理は、特殊の吸
収材、例えばベリリウムおよび／あるいはポリイミドシ
ート（例えばデュポン社のＫａｐｔｏｎ（商標登録））
を設けたシンクロトロンによって２００から２０００ｍ
Ａ／分の電力消費で行われる。
【００２７】放射線量はシンクロトロンから分岐された
エレクトロン貯蔵リングにおけるエレクトロンエネルギ
ーにより異なるが、一般的には１．６から２．３Ｇｅｖ
である。
【００２８】画像形成放射線露出には慣用の特殊なレン
トゲン線マスク、例えばチタン担体シートに金吸収組織
を設けたものを使用する。
【００２９】重合体としては本発明によるＳＯ2 と１種
類もしくは複数種類のエチレン性不飽和有機化合物との
共重合体を使用する。
【００３０】この種の共重合体は、ポリアルケンスルホ
ンとも称され、上述したようにその製造方法は公知であ
って、〔ＳＯ2 〕m −〔Ｍ〕n により表わされる。式中
のＭは共重合体の構成単位としてのエチレン性不飽和有
機化合物を意味し、互いに同じであっても異なってもよ
い。ｍおよびｎは可変数値を意味し、ｍ＋ｎは５０から
１００００でありｍはこのｍ＋ｎの５から５０％であっ
て、共重合体は５から５０モル％のＳＯ2 を重合含有す
る。
【００３１】Ｍは上述したように互いに同じでも異なっ
てもよいモノマー単位であって、
【００３２】
【化１】 により表わされる。Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 は互いに同
じでも異なってもよく、それぞれＨ、炭素原子１から１
０個のアルキル、炭素原子３から１０個のイソアルキル
を意味するが、Ｒ2 とＲ4 は合体して５から７員の環を
構成することもできる。
【００３３】Ｍはまた互いにおなじでも異なってもよい
モノマー単位であって、
【００３４】
【化２】 により表わされるものでもよい。Ｒ5 はフェニルもしく
はＣ1 −Ｃ4 アルキルに置換フェニルを、Ｒ6 はＨもし
くはＣＨ3 を意味する。
【００３５】さらにＭは
【００３６】
【化３】 原子１から１０個のアルキルあるいは炭素原子５から７
個のシクロアルキルである）を意味する、互いに同じで
も異なってもよいモノマー単位であってもよい。
【００３７】このＳＯ2 と共重合可能のエチレン性不飽
和有機化合物の具体例としては、エチレン、プロピレ
ン、１−ヘキセン、２−メチル−１−ペンテンのような
オレフィン、シクロペンテン、シクロヘキセン、ノルボ
ルンのような環式オレフィン、ブタジエン、イソプレ
ン、ヘキサジエンのようなジエン、スチレン、メチルス
チレン、α−メチルスチレンのようなビニル芳香族化合
物、アクリル酸誘導体（例えばアクリル酸エステル、ア
クリロニトリル）のようなビニル化合物、アクロレイ
ン、ビニルクロライド、モノカルボン酸のビニルエステ
ル、例えばビニルアセテートが挙げられる。
【００３８】ＳＯ2 と上述した種類のエチレン性不飽和
有機化合物との共重合体でも、またＳＯ2 と上述したエ
チレン性不飽和有機化合物の２種類、３種類もしくはそ
れ以上の種類の混合物との共重合体でも使用され得る。
エチレン性不飽和有機化合物の量割合は、例えば１：１
００から１００：１のような広い範囲で使用される。こ
とに好ましいのはＭが
【００３９】
【化４】 で表わされ、Ｒ1 、Ｒ3 がＨを、Ｒ2 、Ｒ4 が炭素原子
１から５個のアルキルを意味し、ｍ＋ｎが１００から１
０００、ｍが４５から５０％の共重合体およびターポリ
マー、ならびに で表わされ、ｍ＋ｎが１００から１０００、ｍが１０か
ら５０％の共重合体およびターポリマーである。
【００４０】
【化５】 で表わされる共重合体ならびに下式
【００４１】
【化６】 で表わされるターポリマーである。
【００４２】微小版体製造のためには、ＳＯ2 とエチレ
ン性不飽和有機化合物との共重合体の顆粒もしくは粉末
を２０から１８０℃の温度で常法、例えばプレス形成、
射出成形および／あるいは押出成形により、あるいは共
重合体溶液を注下することにより金属、例えばスチー
ル、銅、アルミニウムの担体上に、場合により特殊な接
着ラッカーもしくは接着助剤を使用して、層形成し、固
着させる。金属担体上の共重合体層の厚さは一般的に２
０から２０００μｍ、好ましくは５０から１０００μ
ｍ、ことに１００から５００μｍとする。共重合体層の
表面はできる限り平滑にするのが望ましい。
【００４３】画像形成放射線露出後、適当な現像剤、す
なわちイソプロパノールのような有機溶媒あるいはイソ
プロパノール／キシレン（６５：３５）、メチルエチル
ケトン／水（４０：６０）のような混合溶媒、あるいは
ヨーロッパ特許出願公開２１１１６１号、米国特許３８
９３１２７号に開示されている現像剤で現像する。これ
により洗除深さは６００μｍに達し、微小パターンは尖
鋭、急勾配の稜縁を示し、しかも電鍍浴、例えば銅ない
しアルミニウム電鍍浴に対し安定である。この微小パタ
ーンは２０から６０℃の電鍍浴に２４時間以上浸漬して
も不変である。
【００４４】以下の実施例、対比例で本発明をさらに具
体的に説明し、従来技術と対比するが、ここで使用され
る部およびハーセントは特に明示しない限り重量部、重
量％である。
【００４５】実施例１ ＳＯ2 単位（５０モル％）と２−メチル−１−ペンテン
単位（５０モル％）とから成る共重合体（ＭW ５０００
００）を、プレス成形により１００℃において金属シー
ト上に６００μｍの厚さに層形成した。
【００４６】慣用のＸ線マイクを介して、１６００ｍＡ
の消費量でシンクロトロンにおいて画像形成放射線露出
した。放射線照射の段階ですでに共重合体露出領域の除
去が行われたが、これをさらに２３℃においてイソプロ
パノールで洗除して６００μｍの深さとした。形成され
た微小パターンは必要な正確性、形状安定性、稜縁尖鋭
性を示した。
【００４７】実施例２ ＳＯ2 （５０モル％）、１−ヘキセン（２５モル％）お
よび２−メチル−１−ペンテン（２５モル％）から成る
ターポリマーを、１２０℃におけるプレス成形により金
属担体上において６００μｍ厚さに層形成した。
【００４８】慣用のＸ線マスクを使用してシンクロトロ
ン放射線に１６００ｍＡで画像形成露出し、６５容量％
の１−プロパノールと３５容量％のキシレンの混合溶媒
により２３℃で１０分間現像して５２０μｍ深さに洗除
した。この微小パターンは必要な正確性、形状安定性、
稜縁安定性を示した。
【００４９】実施例３ ＳＯ2 （１０モル％）とスチレン（９０モル％）から成
る共重合体を、２２０℃で射出成形して金属担体上に層
形成して、その厚さを６００μｍとした。
【００５０】慣用のＸ線マスクを介して、１６００ｍＡ
でシンクロトロン放射線に画像形成露出した。４０容量
％のメチルエチルケトンと６０容量％のキシレンから成
る混合溶媒で、２３℃において１０分間現像して２００
μｍの洗除がもたらされた。この微小パターンは必要な
正確性、形状安定性、稜縁尖鋭性を示した。
【００５１】対比例 本発明による共重合体の代りにポリメチルメタクリレー
ト（ＰＭＭＡ）を使用して、実施例におけると同様に画
像形成露出した。１６００ｍＡで放射線処理し、６０容
量％のブチルジグリコール、２０容量％のモルホリン、
１５容量％の水および５容量％の２−アミノエタノール
から成る現像剤で、３５℃において１０分間現像した
が、洗除深さは５０μｍに止まった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス、ヴユンシユ ドイツ連邦共和国、6702、バート、デユル クハイム、ドクトル−ダーレム−シユトラ ーセ、８ (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】 重合体をＸ線放射線源からの高エネルギ
    ー平行放射線に対し画像形成露出することにより寸法比
    の大きい微小パターン成形体を製造する方法であって、
    この重合体としてＳＯ2 と１種類もしくは複数種類のエ
    チレン性不飽和有機化合物との共重合体を使用すること
    を特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 請求項（１）による製造方法であって、
    高エネルギー平行放射線としてシンクロトロン放射線を
    使用す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）による製造
    方法であって、ＳＯ2 と１種類もしくは複数種類のエチ
    レン性不飽和有機化合物との共重合体を、射出成形、押
    出成形、型成形および／あるいはプレス成形により、厚
    さ２０００μｍまでの層を担体上に形成することを特徴
    とする方法。
  4. 【請求項４】 ＳＯ2 と１種類もしくは複数種類のエチ
    レン性不飽和有機化合物との共重合体をシンクロトロン
    放射線に露出し、選択的現像剤により横方向寸法１０μ
    ｍ以下に対し深さ５０から２０００μｍのパターンを形
    成することを特徴とする微小パターン成形方法。
JP4036309A 1991-03-09 1992-02-24 寸法比の大きい微小パターン成形体の製造方法 Withdrawn JPH0559199A (ja)

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