JPH09501801A - 微細構造体の製造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、高さが高くなるにつれて漸小し、その結果、電気鋳造（galvanische Abformung）によつて、例えば、片側の開口部が別の側の開口部より大きい篩状物もしくは網状物に製造することができる微細構造体の製法に関する。本発明による方法は、Ｘ線レジストのＸ線凹板リトグラフイー（Roentgentiefenlithographie）の常用の処理段階を包含し；付加的にＸ線レジストは、Ｘ線レジストにおける特有の限界線量が達成されない第２の全面的な照射が行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】 微細構造体の製法 本発明は、特許請求項の上位概念に相応する微細構造体の製法に関する。 このような方法は、例えばKfk-Nachrichten、第２３巻、2-3/91、殊に次の記 事、即ちブレイ（P．Bley）及びメンツ（W．Menz）による"Standund Entwicklun gsziele des LIGA-Verfahrens zur Herstellung vonMikrostrukturen"（69〜75 頁）及びバッハー（W.Bacher）他による"Herstellung von Roentgenmasken fuer das LIGA-Verfahren"（76〜83頁）から公知である。 Ｘ線マスクとしてチタンもしくは、金もしくはクロムからの吸収体を有するベ リリウムを含有するチタンからの膜は、使用され、このＸ線マスクによって、透 過性及び不透過性の部分領域からなる所望のマスタが形成される。この金属Ｘ線 マスクは、Ｘ線感受性材料からなる層に対して平行してかつ間隔をおいて適合さ れる。 Ｘ線感受性材料は、微細構造体技術の場合にはＸ線レジストと呼称される。殆 どの場合には、Ｘ線レジスト層としてポリメチルメタクリレート（PMMA）は、使 用される。 各Ｘ線レジストは、特有の限界線量を示し；該Ｘ線 レジストは、限界線量を超えてＸ線で照射され、照射された箇所は、例えばドイ ツ国特許出願公開第3039110号明細書（A１）から公知である現像液を用いて溶解 除去することができる。照射されていない箇所又は、限界線量が超えられていな い箇所は、常用の現像方法で通常溶解除去されず、少なくとも現像条件が入念に 制御される場合には、溶解除去されない。限界線量は、PMMAに対して３．５kJ/c m²である。Ｘ線感光材料、例えば、限界線量を超える照射の場合には可溶性とな るPMMAは、ポジティブ・レジスト材料と呼称される。 プラスチック層が常法でマスクを通して照射される場合には、照射された箇所 は、現像液によって溶解除去することができ、その一方で、該マスクの陰になっ ていた箇所は、攻撃されない。このようにしてマスクのマスタは、プラスチック 層に転写される。照射すべきプラスチック層は、２０〜５００μｍの厚さである ことができ；この場合には、適当な選択された照射の強度によって、プラスチッ ク層の深部、例えばその表面下５００μｍまでにおいても限界線量が超えられて いることが確定される。従って現像後に平滑な垂直の壁を有する鋭い端部の微細 構造体は、製造することができ、この微細構造体は、照射されたプラスチック層 の厚さに相応する高さ約２０〜５００μｍを有している。 照射条件は、プラスチック層の厚さの他に、使用さ れたマスクの種類に依存する。透化範囲が２．３μｍの厚さであるチタンからな る膜を有するマスクの場合には、通常、電流３３mA／分での２．３GeVの範囲内 のエネルギーのＸ線は使用され、かつ、照射すべきＸ線レジストが60・10mm（照 射面積に相応する）の面積で２００μｍの厚さである場合には、約２７分間維持 される。 通常、微細構造体が備えられたプラスチック層は、直接使用されるのではなく 、該プラスチック層は、金属で電気鋳造（galvanischmit abgeformt）される。 この電気鋳造（galvanische Abformung）には、導電性の結合層が微細構造体の 底部に必要であり、この層は、電気鋳造の場合には電極として接続される。この ような導電性の結合層を微細構造体の底部に得る最も簡単な方法は、プラスチッ ク層を所望の厚さで金属板に塗布し、かつ上記の方法で照射することであり、そ の結果、照射された箇所で、現像後に金属板が露出する。この場合には、プラス チック層の厚さは、得られた微細構造体の高さを決定する。 側壁が上記方法の場合のようにマスクの水平面に対して垂直ではなく、傾斜し ており、その結果、側壁がマスクの水平面と直角をつくらない微細構造体を製造 する種々の試みが行なわれてきた。 このような傾斜した側壁を有する微細構造体を製造する最も正確な方法は、ド イツ国特許明細書（DE 38 42 354 C2）に記載されている。この方法の場合には、プラスチック層は、Ｘ線 で２回照射され、このＸ線は、毎回マスクを垂直に透過する。しかしながら、プ ラスチック層は、マスク水平面に対して平行ではなく、マスク水平面に対して、 第１の照射の場合には角度＋α、第２の照射の場合には角度−α回転する。この ドイツ国特許明細書（DE 38 42 354 C2）には、別の刊行物が引用されており、 この刊行物は、同様に、傾斜した側壁を有する微細構造体の製造に関する。 モール（J．Mohr）、エーフェルト（W．Ehrfeld）及びミュンヒマイヤー（D.M uenchmeyer），Kernforschungszentrum Karlsruhe，Bericht KfK-4414,第２章の 開示によれば、入射する放射線に対して傾斜しているマスクの作用が記載されて いる。この参考文献によれば、マスクの傾斜して位置づけることによって微細構 造体は、傾斜した側壁、例えば三角形もしくは台形の横断面を有するマスクを製 造することができる。傾斜して位置しているマスクの場合には、構造体の品質に 不利に影響を及ぼす反射作用及び屈折作用が観察されることが記載されている。 横断面が円錐形である微細構造体は、通常の配置で、それ自体が傾斜した側壁を 有する透過領域を有するマスクを使用することによって製造することができる。 米国特許第4,264,714号明細書には、傾斜した側壁を有する微細構造体の製法 が記載されており、この方 法の場合にはガラス支持体の片側は、マスクで被覆される。該マスク上にネガテ ィブ・フォトレジストは、塗布される。該フォトレジストは、ガラス支持体を通 して、該支持体に垂直に命中する放射線で照射される。ネガティブ・フォトレジ ストが使用されるため、後からの現像の際にはフォトレジストの照射されていな い箇所のみが除去され、一方で、照射された箇所は、残留する。この方法は、ネ ガティブ・フォトレジストに限定されている。 ドイツ国特許出願公開第30 28 308号明細書（A１）から、支持体上の放射線感 受性ラッカーからなるレリーフ構造体を得るための方法は、公知である。この方 法の実施態様の場合には、金属化支持体は、放射線感受性ラッカー層が備えられ る。ラッカー層中に、真空中で電子ビーム描画装置を用いて、放射線量が沈積（ abgelagert）され、この放射線量によって、ラッカーの光活性成分は破壊される 。 引き続き、ラッカー層は、湿った雰囲気下で全面的なＵＷ照射に暴露される。 引き続いての現像の場合には、電子ビームが命中していないラッカー層の領域の みが溶解される。この方法は、Ｘ線感受性材料には転用することはできず、それ というのも、照射された領域がいずれの場合にも現像によって溶解されるからで ある。 ドイツ国特許明細書（DE 33 37 315 C2）から、フォ トレジスト材料及び支持体上のフォトレジスト材料からなるネガティブ描画マス タ（Bildmustern）の製法は、公知である。この方法の場合には、２倍の感光性 のフォトレジスト材料からなるレジスト層が支持体上に得られ、該レジスト層は 、描画に従って遠紫外線の範囲内の放射線で露光され、全面的に露光されかつ現 像される。レジスト層の２倍に露光された領域は、現像の際に残留保持される。 この方法は、同じ理由からＸ線レジストのＸ線照射に転用することはできない。 本発明の課題は、傾斜した側壁を有する微細構造体を得ることができる別の方 法を提供することである。この方法にはポジティブＸ線レジストは、使用可能で なければならない。この方法の結果として、露出した正面に向かって漸小し、そ の結果、電気鋳造によって、例えば、片側の開口部が別の側の開口部より大きい 網状物もしくは篩状物が製造可能である微細構造体が生じなければならない。 上記課題は、冒頭に記載された種類の方法の場合にはその特徴部によって解決 される。 金属マスクに命中するＸ線によって蛍光光子（Fluorenzphotonen）及びほぼ等 位の分布を有する電子が遊離されることが見いだされた。Ｘ線は、マスクの金属 への命中によって、その電子がより高いエネルギー状態にされ、該金属原子は、 再度標準状態になることを生じさせ、このようにして蛍光が放出される。その上 、Ｘ線は、通常の照射条件の場合には、金属原子から電子を完全にたたき出すこ とができる。 当然のことながら、この二次放射線は、プラスチック層上のＸ線で照射された 箇所の隣の場合には特に顕著となり、それというのも、この箇所は、この二次放 射線源から僅かな間隔で存在しているからである。Ｘ線で照射された箇所が、例 えばハネカム状の六角形の格子を形成する場合には、現像後に正面としての六角 形を有する六角形の柱状物が生じ、この場合、該正面は、その辺に沿って二次放 射線の一部を吸収する。その上、二次放射線は、その強度に依存して該柱状物中 に浸透する。 二次放射線は、プラスチックによって吸収される。 従ってプラスチック層の、上記の源に隣接する領域及び表面の領域は、より深 い領域及びより離れた領域より高い放射線量が命中する。 通常の条件で、即ち通常の厚さのレジスト層及び通常の照射条件で、二次放射 線は、プラスチック層の照射された箇所が現像の際に溶解除去される程度には十 分ではないこの二次放射線は、現像の際に顕著な作用を生じさせない。 図には、マスクを通る通常の照射と現像の後との関係が示されている。 示されている例の場合にはプラスチック層は、厚さ２００μｍの金属板１に施 与された。 マスク２を通してプラスチック層は、常法で照射された。マスク２の透過領域 ３に対向する プラスチック層の箇所４を現像によって除去し、その結果、不透 過部分領域５に対向するプラスチック層の箇所６のみがなお残留する。この場合 には該箇所６は、金属板上に独立した柱状物を形成する。柱状物の正面から出発 して減少する強度の二次放射線によって漸次薄くなっていく環状領域７は、二次 放射線によって捕捉される。放射線量の経過は、図には示されていない。二次放 射線の放射線量は、正面の端部において最も高く、かつ正面の中心に向かって、 金属板に向かって減少する。同じ二次放射線量の場所が相互に結合される場合に は、図中で領域７を限定している曲線が横断面で得られる。 前述のとおり、二次放射線によってＸ線レジストの限界線量は、達成されず、 その結果、冒頭に記載された方法の場合には二次放射線にもかかわらず、現像後 に、平滑かつ垂直な側壁を有する微細構造体が得られる。従って柱状物の横断面 は、それぞれの高さで同じである。本発明によれば、二次放射線は、二次放射線 によって照射された領域７が現像の際に同様に溶解される微細構造体を得るため に使用される。このために現像前に、プラスチック層の全体の表面、従って既に 照射された箇所ならびにＸ線が命中しない箇所は、第２のＸ線照射に暴露される 。第２のＸ線照射は、Ｘ線 レジスト材料の限界線量が達成されない程度に実施される。従って、参照番号７ が付されたＸ線レジストの箇所は、二次放射線ならびに付加的なＸ線照射によっ て照射される。このことによってＸ線レジストの限界線量は、超えられ、かつ照 射された箇所は、現像の際に可溶性になる。第２の全面的なＸ線の強度及び所要 時間は、Ｘ線レジスト材料の限界線量が達成されない程度に選択されなければな らず、それというのもそうでなければ、マスクによって陰になった箇所もが現像 の際に溶解除去されるからである。しかしながら、付加的なＸ線の線量は、二次 放射線によって生じた線量に付加され、その結果、この箇所でレジスト材料の限 界線量が超えられかつ照射された箇所は、現像の際に溶解される。プラスチック 層が第２の照射の際に、レジスト材料の限界線量を僅かにのみ下回るＸ線の線量 によって照射される場合には、プラスチックの二次放射線によって捕捉された箇 所の相対的に大きな領域は、現像の際に溶解され、それというのも、この場合に は、Ｘ線レジストの限界線量を超える二次放射線の僅かな線量で十分であるから である。第２のＸ線照射の場合にプラスチック層中で限界線量より本質的に僅か な線量が沈積される場合には、Ｘ線レジスの限界線量は、二次照射線によって捕 捉された箇所の領域のみで超えられ、この箇所は、二次放射線の高い線量が得ら れる。これは、柱状の微細構造体の場合には、正面 の辺部に直接隣接する領域である。 従って第２のＸ線照射の線量によって微細構造体の形状は、影響を及ぼされる 可能性がある。本発明による方法によって柱状の微細構造体の場合には、正面に 向かって漸小する柱状物が得られる。該漸小は、横断面で直線ではなく、図に示 されているとおり、曲線に相応する。正面は、正面に平行した微細構造体の底部 における横断面に近似した横断面を有しており；しかしながら、小さくなってい る。漸小の寸法、即ち、微細構造体の正面に平行な底部の横断面と比較した、漸 小が開始される正面の大きさ及び高さは、第２の放射線の線量に依存する。 第２の照射は、必ず、マスクを通して行なわれる第１の照射の後に実施されな ければならないわけではない。第２の照射が第１の照射の前に実施される場合に は、上記の比率に調整される。 次に、本発明を例につき詳説する。 不透過領域において厚さ２．３μｍであるチタンからなるマスクを通して、PM MA層を冒頭に記載した条件下で２．３GeVのＸ線を用いて、２７分間照射した。 放射線の方向は、マスク水平面に対して、かつPMMA層の水平面に対して垂直であ る。厚さ２００μｍのPMMA層を金属板によって支持した。マスクのマスタを、放 射線によって捕捉された領域がハネカム状の六角形の格子の形を示すように選択 した。該格子のウェブ幅は 、約４５μｍであり、かつ六角形の２辺に対して垂直である直径は、約８９μｍ であった。引き続き、マスクを除去し、かつPMMA層を全面的に再度Ｘ線で照射し た。Ｘ線のエネルギーは、再度２．３GeVであったが；しかしながら、照射時間 は、５分間であった。その後にPMMA層を常法で現像した。 １００μｍの高さから漸小している六角形の柱状物の形で高さ２００μｍの微 細構造体が得られた。六角形の正面の辺の長さは、該正面に平行である柱状物の 底部の横断面の辺の長さに対して、０．６の率小さい。柱状物の辺は、漸小する 範囲内で円錐形の、高くなるにつれて増加する曲線を形成していた。

【手続補正書】 【提出日】１９９６年３月２２日 【補正内容】 （１）明細書第６頁第７行の「転用することはできない。」を 「転用することはできない。 欧州特許出願公開第０２２７８５１号明細書（Ａ１）には、傾斜した側面 を有するフォトレジストからなる構造体の製法が記載されており、この方法の場 合には、その開口部の端部で散乱効果を生じさせる、紫外線のための投影マスク が、フォトレジスト層の描画パターンに従った照射に使用される。引き続き、こ のフォトレジスト層は、描画パターンに従って照射することができ、その後に現 像の際に、傾斜した側面を有する所望の構造体が得られる。 REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS，第６３巻、第１号、１９９２年１月 、米国 NEW YORK、７５７〜７６０頁、XP280861、クヌッペル(O．Knueppel)他 ：”Compact Synchrotron Ratiation Depth Lithography Facility”の開示には 、シンクロトロン放射線、従ってＸ線を使用することによる、高度な、微細な構 造体の製法が記載されている。この場合には、得られた構造体の達成しうる精密 さを制限する種々の作用が、確認される。これら作用の１つは、描画パターンに 従った照射のための投影マスクの端部における二次電子の形成である。」と補正 する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユルゲン モール ドイツ連邦共和国 Ｄ―75056 ズルツフ ェルト ハーゼンシュトラーセ 11 (72)発明者 エルヴィン レントル ドイツ連邦共和国 Ｄ―76149 カールス ルーエ キルヒホーフシュトラーセ 21

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特有の放射線量を超えて現像液中で可溶となるＸ線感受性材料を描画に従 って、Ｘ線リトグラフィーマスクを通してＸ線で、限界線量が超えられるまで照 射しかつ現像することによって、Ｘ線リトグラフィーによる微細構造体を製造す る方法において、該材料を描画に従った照射の前もしくは後に、しかしながら、 現像前に限界線量を下回るＸ線で全面的に照射することを特徴とする、微細構造 体の製法。