(57)【要約】【課題】　内部歪みがなくかつ壁の垂直性に優れたＰＭＭＡ薄層を有するマイクロメカニカル構造体又は積層体を提供する。【解決手段】　マイクロメカニカルは、上面と下面の少なくとも一方が機械的にロール掛けされており、該上面と下面との間の厚みが約１mm未満であるPMMA製の独立した本体を含む。該本体は実質的に内部応力をもたない予備成形したPMMAから作成されている。また、積層体は、基板の表面上の低分子量ＰＭＭＡ製の薄層と、厚み約３ｍｍ未満で、該低分子量ＰＭＭＡ製の層に溶媒の作用で結合されるＰＭＭＡの予備成形シートと含む。積層体は、基板上に低分子量ＰＭＭＡの薄層をスピン塗布し、該層を硬化し、該低分子量ＰＭＭＡ層をＭＭＡモノマーで湿潤させ、該湿潤した層にＰＭＭＡの予備成形シートを適用して、該予備成形シートを該湿潤した層に接着し、かつ該基板に接着することによって調製される。【選択図】　図１４
2004066451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　上面と下面とを有し、該上面及び下面の少なくとも一方が機械的にロール掛けされており、該上面と下面との間の厚みが約１mm未満であるPMMA製の独立した本体を含み、該本体は実質的に内部応力をもたない予備成形したPMMAから作成され、かつ該本体の側壁は該本体の該上面及び下面に対して実質的に垂直であることを特徴とするマイクロメカニカル構造体。
【請求項２】
　表面をもつ基板と、
　該基板の表面上の低分子量ＰＭＭＡ製の薄層と、
　厚み約３ｍｍ未満で、該低分子量ＰＭＭＡ製の層に溶媒の作用で結合されるＰＭＭＡの予備成形シートと、
を含む積層構造体。
【請求項３】
　基板上に低分子量ＰＭＭＡの薄層をスピン塗布し、該層を硬化する工程、
　該低分子量ＰＭＭＡ層をＭＭＡモノマーで湿潤する工程、及び
　該湿潤した層にＰＭＭＡの予備成形シートを適用して、該予備成形シートを該湿潤した層に接着し、かつ該基板に接着する工程、
を含む積層構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、一般的に、半導体及びマイクロメカニカルデバイス並びにその加工技術に関連し、より詳細には、金属で作成されるような超小型構造体の製造において使用するフォトレジストに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　ディープ(Deep)X-線リトグラフィーは厚い、典型的には厚み数百ミクロンのマスクを介してX-線で露光されるフォトレジストで覆われた基板を含む。X-線フォトンは光学的フォトンよりも一層高いエネルギーをもつものであり、これは厚いフォトレジストフィルムの完全な露光を実施並びに実行可能とする。更に、X-線フォトンは、短波長粒子であるので、デバイスの寸法を典型的に露光放射線の２〜３波長に制限する回折効果は、0.1 μを越える寸法のマスクについては見られない。このことと共に、X-線フォトンが原子過程により吸収されるという事実を考慮した場合には、光学的手段による厚いフォトレジストの露光をかなり制限する未解決の波長に係わる問題がX-線露光については問題とはならない。X-線源としてシンクロトロンを使用すると、数ワット/cm2程度の光束密度と良好な視準とが得られ、結果として水平方向の逃げなしに厚いフォトレジストの露光をもたらす。
【０００３】
　従って、局所的に露光したパターンは、露光された及び未露光のフォトレジスト間の極めて高い選択性をもつ現像系が利用できる場合には垂直なフォトレジスト壁を生成するはずである。この要件は該X-線フォトレジストとしてのポリメチルメタクリレート(PMMA)及び水性現像系を使用することにより満たされている。H.グッケル(Guckel)等の「マイクロメカニックスのためのディープX-線及びUVリトグラフィー(Deep X-ray and UV Lithographies for Micromechanics)、テクニカル・ダイジェスト(Technical Digest)、ソリッド・ステート・センサー＆アクチュエータ・ワークショップ(Solid State Sensor and Actuator Workshop)、ヒルトンヘッド(Hilton Head)、 S.C.、６月４〜７日、1990、pp. 118-122 を参照のこと。
【０００４】
　ディープX-線リトグラフィーを電気メッキ法と組み合わせて、高アスペクト比の構造体を形成できる。そのためには、フォトレジストを適用する前に該基板に適当なメッキ基材を供給する必要がある。通常、この適用されたメッキ基材は、接着性金属、例えばクロム又はチタンのスパッタフィルムを含み、引き続きメッキすべき該金属を電気メッキするのに適した金属の薄層が適用される。適当な場合においては、接着性金属の初期層の使用は不要である。この電気メッキ後に、適当なマスクを介する露光及び現像を行う。この方法は、清浄化後に極めて高いアスペクト比をもつ十分に接着された金属構造体を与える。かかる構造体は西独カールスルーエ(Karlsruhe) のザ・インスティチュート・フォー・ニュークリアー・フィジックス(the Institute for Nuclear Physics)(KFK)のW.エーアフェルド(Ehrfeld)及びその共同研究者等により報告されている。
【０００５】
　エーアフェルドは、リトグラフィー及び電気メッキに関するドイツ語の最初の手紙に基づいて、この方法を「LIGA」と命名した。このLIGA法の一般的な説明は、W.エーアフェルド等の文献、「LIGA法：X-線リトグラフィーによるセンサー構築技術(LIGA Process: Sensor Construction Techniques Via X-ray Lithography)」、テクニカル・ダイジェスト(Technical Digest)、IEEEソリッド・ステート・センサー＆アクチュエータ・ワークショップ(IEEE Solid State Sensor and Actuator Workshop)、1988、PP. 1-4に与えられている。
【０００６】
　超小型デバイス、例えば、該LIGA法により作成されたデバイスの製造における一つの決定的な因子は、利用されるフォトレジストである。既に述べた如く、PMMAがLIGA構造体を形成するためのフォトレジストとして首尾よく利用されている。このPMMAフィルムは液状MMA を直接基板上で注型することにより製造され、該フィルムは注型ジグによって所定の厚み、一般的には200-300 μ以下に減じられる。次いで、この注型フィルムを、典型的には硬化の際に架橋を生ずる該注型溶液中に重合剤又は開始剤と架橋剤とを使用して固化される。このようにして形成されたPMMAフィルムには幾つかの欠点並びに制限がある。この注型法は特殊な機器及び取付け具を必要とし、これらは該方法の所要時間を増大し、かつ該方法をコスト高とする。殆ど全ての注型操作に見られるように、該固化したフィルムを生成するのにヒートサイクルが必要である。
【０００７】
　典型的には、110 ℃までのアニールサイクルが必要とされる。これらのヒートサイクルは、該PMMAフォトレジストと該基板との間の熱膨脹係数における大きな差異により、該フィルム内に歪を発生させる。このフォトレジスト中の内部歪は、同様に硬化中の該フィルムの収縮によっても生じ、これは該フィルムの注型されたままの状態から20% までの該フィルムの収縮をもたらすことが観測されている。結果として、該注型フィルムはその硬化後に、しばしば該基板に対する貧弱な接着性を呈し、しかも該基板を座屈させる可能性がある。該基板に対する接着性が維持されている場合においてさえ、該フィルム内に生じる内部歪は、該フォトレジストのパターン化後にX-線露光及び現像により該フィルム内に形成される壁の変形を生ずる恐れがある。
【０００８】
　PMMAフォトレジストフィルムを、典型的には該注型溶液に架橋剤を添加することにより架橋して、該フィルムのクレージングを最小化する。この架橋のために、追加のX-線露光工程、該フォトレジストフィルム全体のブランケット露光及び該レジストの使用が完了した場合に引き続き行われる該レジストを除去するための該フィルムの現像工程を含む必要がある。架橋剤を使用した場合でさえ、首尾よく注型し、露光し、かつ現像されたレジストの最大の厚みは約300 μの範囲にあった。200 μを越える厚みを有するPMMAフォトレジストフィルムの多くの試料は許容し得ない程度のクレージング及び接着性の喪失を示す。典型的には、この注型したPMMAフィルムは、該LIGA法の電気メッキ工程中に該フィルム中のパターン化された開口内に金属をマイクロプレーティング(microplating)した後に該フィルムが著しいクレージングを呈することから、かつて一時的に使用されたに過ぎない。
【０００９】
　マイクロメカニカル加工で利用されるフォトレジストの厚みは、典型的には数百ミクロン以下であり、これは典型的な予備成形されたフォトレジストシートの厚みよりも小さい。エーアフェルド及びその共同研究者等は、予備成形したPMMAフォトレジストシートを基板に接着する試みを報告し、そこでは該フォトレジストを該基板に接着する前にカレンダー掛けすることにより、該LIGA法を実施するのに望ましい厚みにまで該シートの厚みを減じている。しかし、見掛け上該カレンダー掛けしたフォトレジスト内の歪場が過度であったことから、このような試みは不都合であることが報告された。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
　本発明の目的は、一般的には新規な半導体及びマイクロメカニカルデバイス並びにその加工技術を提供することにあり、より詳細には金属で作成されるような超小型構造体の製造法並びにそこにおいて使用するフォトレジストを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
　本発明は、以下の発明に関するものである。
第１の態様
　本発明は、上面と下面とを有し、該上面及び下面の少なくとも一方が機械的にロール掛けされており、該上面と下面との間の厚みが約１mm未満であるPMMA製の独立した本体を含み、該本体は実質的に内部応力をもたない予備成形したPMMAから作成され、かつ該本体の側壁は該本体の該上面及び下面に対して実質的に垂直であることを特徴とするマイクロメカニカル構造体に関するものである。
第２の態様
　また、本発明は、表面をもつ基板と、
　該基板の表面上の低分子量ＰＭＭＡ製の薄層と、
　厚み約３ｍｍ未満で、該低分子量ＰＭＭＡ製の層に溶媒の作用で結合されるＰＭＭＡの予備成形シートと、
を含む積層構造体に関するものである。
第３の態様
　更に、本発明は、基板上に低分子量ＰＭＭＡの薄層をスピン塗布し、該層を硬化する工程、
　該低分子量ＰＭＭＡ層をＭＭＡモノマーで湿潤する工程、及び
　該湿潤した層にＰＭＭＡの予備成形シートを適用して、該予備成形シートを該湿潤した層に接着し、かつ該基板に接着する工程、
を含む積層構造体の製造方法に関するものである。
【発明の効果】
【００１２】
　本発明によれば、フォトレジスト内に本質的に零もしくは極めて小さな歪のみが生成されるように、更に加工する前に基板に接着することのできる予備成形したシートを含むフォトレジストを使用することにより、超小型構造体の製造が簡単化される。該予備成形したシートは、これが該基板に接着された場合に該シートを有利に取り扱うことを可能とする公知の厚みを有するものであり、該シートの厚みは、マイクロミルによる研磨等によって該シートの一部を機械的除去し、かくして超小型構造体の形成に望ましい厚みにまで減じられる。好ましいフォトレジストシートは実質的に架橋されていない線状ポリメチルメタクリレートから生成され、該線状ポリマーは極めて高い平均分子量を有し、かつ本質的に歪をもたないものである。
【００１３】
　該フォトレジストシートを所定の厚みにまで減じる前又はその後の何れかにおいて、該フォトレジストをマスクを介して放射線で露光することによりパターン化して、該露光されたフォトレジスト材料を現像剤に対して感受性のものとすることができる。使用したフォトレジストに依存して、該放射線はX-放射線、例えば、シンクロトロンからのX-線、あるいは適当な場合にはディープUV光であり得る。該フォトレジストの該露光された部分（又はフォトレジストの型に応じて、未露光部分）を、次いで適当な現像剤で除去することができる。
　本発明を利用して、電気メッキした超小型構造体の形成を実施するためには、該フォトレジストを適用する前に基板にメッキ基材(plating base)を適用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
　未露光のフォトレジストを、次に該メッキ基材に接着し、次いで該フォトレジストを露光する。次に、該露光された部分を現像剤を使用して除去し、次いで該露出したメッキ基材上に金属を電気メッキして、該フォトレジスト中の空隙により画成される領域を満たす。次に、残留するフォトレジストを除去することができる。該フォトレジストが架橋されていないPMMAから形成されている場合には、その除去は該架橋されていないPMMAを溶解する溶媒を使用して実施できる。架橋したPMMAシートを使用した場合には、該フォトレジストを除去する前に、シンクロトロンからのX-線による追加のブランケット露光が必要とされる。好ましい架橋されていないPMMAフォトレジストシートを使用することにより、この追加の露光工程を排除でき、これによりブランケット露光を必要とする手順に比して大幅な時間及び経費の節減が可能となる。
【００１５】
　基板上に形成された既存の構造上に該フォトレジストを適用する場合、比較的薄い公知のフォトレジスト、例えば、PMMAの被膜を該基板上にスピン塗布して、該構造体を被覆することができる。次いで、このフォトレジストシートを該スピン塗布したフォトレジストの上部に配置し、これら両者間の界面をモノマーで湿潤させる。例えば、該フォトレジストシート材料として高分子量のPMMAを使用した場合には、溶媒に溶解した低分子量のPMMAを該基板上にスピン塗布して、該メカニカル構造体を被覆し、該モノマー即ち液状メチルメタクリレートを次にこれら両者間の界面に適用して、該界面において該材料を溶媒により結合する。該予備成形したフォトレジストシートは、一般的に該スピン塗布したフォトレジストよりもかなり厚く、該厚みは該既存の構造体を被覆するのに十分な厚みであることのみが要求され、典型的には高さ数ミクロン又は数十ミクロンである。
【００１６】
　予備成形したフォトレジスト層と該基板との接着及び所定の厚みにまで該フォトレジストシートを機械的に研磨する工程は、該機械的研磨工程の利用により正確に制御できる任意の所定の厚みのフォトレジストを与える。該フォトレジストシートと該基板との良好な接着が達成され、しかも該フォトレジストの内部歪は極めて低い。結局、公知のフォトレジスト材料を使用して、該フォトレジストの露光工程及び現像剤による該露光されたレジストの除去工程中における該フォトレジストの壁の実質的な変形を生ずることなしに、従来可能であったよりもかなり厚いフォトレジスト構造体を形成できる。公知の注型PMMAフォトレジスト層において観測されるよりも、かなり低いクレージング及び他の欠陥を呈する限りにおいて、本発明のフォトレジストは１以上の電着工程中に利用することができる。
【００１７】
　本発明は、更に該基板から剥離し得るフォトレジスト構造体を形成するのに使用できる。架橋されたもしくは架橋されていない、この歪をもたないフォトレジストシート、例えばPMMAシートを基板上の剥離層上に接着する。このフォトレジストシートをパターン化した後、該剥離層をリムーバにより除去することができ、該リムーバは残りのフォトレジストに実質的に影響を与えることなしに、該剥離層をエッチング又は溶解する。このフォトレジストシートは歪をもたないので、該基板から剥離される該フォトレジスト部分は寸法安定性をもち、かつ変形したり、カールしたりすることはない。
【００１８】
　本発明はまた、パターン化したフォトレジストの多重層を構築することを可能とし、この多重層は基板に適用することができ、あるいは独立した製品として利用することを可能とする。このような多層構造体は、三次元全てにおいて変えられる種々の形状をもつことのできる金属構造体の電着による形成を可能とする。例えば、該金属構造体はより幅の広い、あるいは下方部分から上方に伸びた、かつ該構造体の上部から底部への幾何における幾つかの変化を示すような上部部分を有するように形成できる。かかる多層フォトレジスト構造体は本発明に従って種々の方法で形成できる。例示的な多層形成法においては、フォトレジストの第二層を、第一のフォトレジスト層を露光した後において、かつこれを現像する前に、該第一層の上部表面に結合する。
【００１９】
　次いで、該第二層を所定の厚みまで研磨し、該第二層のX-線による露光を行う。次に、この露光したフォトレジストを現像（除去）し、該露光されたフォトレジストにより空にされた空隙中に金属構造を電着することができる。２層以上を含む構造体はこのようにして作成できる。一般的に、この方法を利用する場合には、該第二の層（又はそれ以下の層）の露光部は該第一層（又は下部の全ての層）中の該露光された領域内にあるか、あるいは該入射X-線がフォトレジストの全層に完全に侵入し、かつ露光するのに十分な強度である必要がある。
【００２０】
　もう一つの例示的な多層形成法においては、基板に接着されない予備成形したフォトレジスト（例えば、線状又は架橋されたPMMA）の層の一方の側を露光する。このフォトレジストシートはかなり厚い、例えば１mm〜３mmの厚みのものであり得、この場合該入射X-線は、該フォトレジストシートをその全体に渡る完全な露光を可能とするように、全露光領域の該フォトレジストの十分な露光を生ずるものである必要はない。次いで、該露光したフォトレジストを現像剤で現像して、これを除去し、更に該予備成形シートを基板の露光されかつ現像された側に結合することができる。該フォトレジストの自由な側を、次に所定の厚みまで研磨する。該所定の厚みはX-線で露光した領域全てが、該フォトレジストによって完全に除去され、その中に空隙のパターンを残すのに十分に露出されるレベルよりも小さい。これは、初期単一構造を与え、該構造は先ず基板にフォトレジストを結合し、次いで所定の厚みまで研磨し、更にX-線で露光し、該露光したフォトレジストを現像することにより形成される構造と等価である。
【００２１】
　しかしながら、多重フォトレジスト層は、フォトレジストの自由なシート（即ち、基板に結合されていないシート）をこのように処理することにより形成でき、該初期層はこのようにして形成されるか、あるいは該基板に接着された後に形成される。例えば、フォトレジストの第二のシートの一方の側を所定のパターンのX-線で露光し、該露光したフォトレジストを現像して、これを除去し、次いで露出された該フォトレジストの表面を該第一層の自由表面に結合することができ、該第二の層の自由表面は研磨され、該第二層の厚みが所定のレベル以下に減じられる。該所定の厚みは、該露光されたフォトレジストが現像され、かつ十分に除去されて、空隙のパターンを残した際のレベルである。第三の及び追加の層を同様な方法で形成できる。
【００２２】
　また、この予備成形したフォトレジストシートの一方の側、及び基板（あるいは前に塗布されたフォトレジスト層）に結合された第一の層の、X-線で露光しかつ該露光したフォトレジストを現像してない表面を露光することができる。次いで、このシートを研磨して、該露光したフォトレジストが該現像剤により十分に除去されるであろうレベル以下にまで厚みを薄くする。次に、このフォトレジストを即座に除去することができる。しかしながら、必ずしもこの即座の除去を実施する必要はなく、第二の予備成形したフォトレジストシートを同様にして処理し、部分的にX-線で一方の側を露光し、該露光した側を該前の層と結合し、次いで該第二の層を研磨して、X-線で露光した該フォトレジストの全領域が十分に露出して、十分に現像されるであろうような厚みにまでその厚みを減ずることができる。所定の数の層を作成したら、該積層構造体全体を液状フォトレジスト現像剤で現像して、該露光されたフォトレジスト全てを除去することができる。この方法においては、該現像剤が該露光されたフォトレジスト全てを除去すべく該層全体に渡り作用し得るように、各層における該フォトレジストの露光された領域が相互に重なりあっていることが必要とされる。また、該露光領域は該積層体の側端部において該現像剤が到達可能である必要がある。
【００２３】
　上記方法の何れにおいても、該基板は金属基板である必要はない。例えば、該基板は厚いフォトレジストシート、あるいは種々の他の材料例えば半導体ウエハ（その上に電子回路があってもなくてもよい）等を含むことができる。また、この厚い初期フォトレジストシートを予め加工して、現像された構造又は未現像のX-線露光領域を含むようにしてもよい。次いで、付随的なフォトレジスト層を該第一の層に結合し、引き続き研磨して積層体を形成し、該種々の層はこれらを一緒に結合した後又はその前に現像される。基板として機能する該厚い初期フォトレジストシートを、次いでその露光された側において研磨して、該シート中の該現像されたフォトレジスト又は完全に現像された構造体を露出するような所定の厚みにまで減じる。次に、この多層積層体全体を電着用の金属基板に結合でき、あるいは該積層体自体を構造要素として使用できる。例えば、該未現像のフォトレジスト構造体は所定の三次元形状で形成し、これを種々の目的、例えば鋳型又は構造要素として利用できる。
【００２４】
　多層積層体は、例えば液体又はガス用の導管又は電導路として使用できる多数のチャンネルを含むことができる。このフォトレジストシート又は積層体を超小型回路を担持する半導体（例えば、単結晶シリコン）基板に応用する場合、該シート又は積層体は該基板に接着する前に、上記の如く十分に露光し、かつ必要ならば現像することができる。このように、該基板上の超小型回路を損傷する恐れのある基板上にフォトレジストが存在する場合には、該フォトレジストには放射線を照射すべきではない。本発明の他の目的、特徴並びに利点は、添付図を参照しつつ以下の記載を勘案することにより明らかとなろう。
【００２５】
　本発明は、LIGA法及びその拡張法において実施されているような超小型構造体の製造において利用できる。マイクロメカニカル金属構造体の製造を実施するための方法の例は、犠牲金属層を使用した多重レベルディープX-線リトグラフィーによる超小型構造体の形成(Formation of Microstructures by Multiple Level Deep X-ray Lithography With Sacrificial Metal Layers) と題する米国特許第5,190,637 号明細書に記載されている。本発明は、またパターン化されたフォトレジストの形成のためにも利用でき、該パターン化されたフォトレジストは他の用途、例えば該フォトレジストが金属の電着のための鋳型を与えることとは無関係の目的に直接利用されるような場合に使用できる。
【００２６】
　この方法は基板に接着した後に内部歪を実質的に示さず、該基板に良好に接着され、かつ一般的に実質上追加の加工を実施することなく該基板から容易に除去できる、厚いフォトレジスト構造の形成を可能とし、1,000 μまでの厚みのフォトレジストが容易に形成できる。フィルムを基板上で直接注型でき、その際の厚みは、該フィルムの保全性を損ない、該基板に対する接着性の低下の可能性を高め、かつ該フィルムのクレージングに導く不可避的な内部歪を生ずる厚みに匹敵する。本発明は、また以下に記載するように多層構造体の一部としてスピン塗布したフィルム製の比較的薄い層及び２種以上の予備成形フォトレジストシートから作成した多層構造体においても利用できる。該スピン塗布したフィルムの厚みは、典型的には５μｍ以下である。
【００２７】
　本発明においては、予備成形フォトレジストシート、好ましくは線状の（架橋されていない）、高分子量（>2,000,000）をもつポリメチルメタクリレート(PMMA)から形成したシートを基板に接着することができ、該接着は該予備成形シートを該基板に内部歪を導入することなしに該基板に堅固に結合するようにパターン化する前又はその後に実施される。この予備成形シートは市販品として入手でき、一般的にはその自由な形状において内部歪を殆ど又は全くもたない。本明細書で使用するような歪をもたない予備成形フォトレジストは、該フォトレジストの一部が露光され、かつ除去された後、あるいは残留するフォトレジストを該基板から剥離する際に、機械的に歪を受けることは実質上ない。この予備成形シートを、適当な接着剤を使用して、該選択された基板表面上に接着する。
【００２８】
　本発明においては、予備成形したPMMAシートと共に使用する好ましい接着剤層は、比較的薄いスピン塗布したPMMAフィルムであり、該フィルムは公知の様式で該基板に適用され、かつ硬化されて、該基板に対する強力な結合を形成する。PMMAの該初期スピン塗布フィルムは比較的薄い（１μｍ〜５μｍ又はそれ以下）ので、該初期スピン塗布フィルムは接着の問題、内部歪の問題及び一般的にはLIGA法において利用されているより厚い（25μｍ〜200 μｍ）フィルムに関連する問題であるクレージングの問題を生じない。該初期PMMAフィルム層は該予備成形PMMAシートにより覆われ、かつ比較的薄いであろうから、該初期PMMA層は電着工程中にクレージングの問題を生じず、かつこれに架橋剤を添加して該フィルムの保全性を維持する必要がない。結局、高分子量PMMAの架橋されていない予備成形PMMAシートを使用することにより、パターン化及び金属の堆積を実施した後に、該フォトレジストフィルムを形成した基板全表面をX-線又はUVでブランケット露光する必要性なしに、適当な溶媒を使用することにより、該フォトレジスト全体を容易に除去することができる。
【００２９】
　これにより、従来LIGA加工において必須の工程であった時間の掛かるかつ比較的経費のかさむ最終工程を排除することができる。該予備成形したPMMAシートと該初期PMMA層との間の接着は、メチルメタクリレート(MMA) モノマー液体を該予備成形シートと該初期層との間に塗布することにより容易に達成できる。該モノマーは毛管作用により該２種の層間の界面を介して吸上され、該予備成形シートと該初期層との間に結合を形成し、十分な時間の経過後に該予備成形シートを介する拡散により放出される。該基板に接着された該予備成形シートを、研磨等、例えば市販品として入手可能なマイクロミル装置を使用して機械的に加工して、該層を厚みを該基板表面上での正確な高さにまで減ずる。このフォトレジストを適用し、かつ所定の厚みまで研磨した後、これを公知の方法、例えばシンクロトロンからのX-線とX-線マスクとを使用してパターン化して、現像液による該フォトレジスト領域の除去を容易にすることができる。高分子量の線状PMMAは公知の現像剤に対して良好な選択性を示すので、該未露光のPMMAは実質上該現像剤による影響を受けず、一方で放射線で露光することにより分子鎖が切断された結果として実質的に短い長さをもつPMMA分子からなる該露光されたPMMAは該現像剤に容易に溶解する。
【００３０】
　この方法は、更に比較的薄い超小型構造が既に形成されている基板上に追加の超小型構造を形成するように拡張できる。この基本的方法及び該拡張された方法は、何れも図１〜図９との関連で説明できる。図１を参照すると、基板11、例えば単結晶シリコン、ガラス、石英等は、その上に予め形成された超小型構造12をもつことができる。これらの超小型構造は、典型的には厚さ数μｍ（例えば、2.5 μm)の範囲内にある。典型的なLIGA加工法においては、金属メッキ基材13を該基板11の上部表面上に形成して、該構造12に対するベースを与え、該構造12は該メッキ基材13上に電気メッキにより堆積する。図２に示されたように、次工程では液状の線状PMMA、例えば分子量496KのPMMAの層をスピン塗布して、該基板11の表面上（メッキ基材13上）及び該超小型構造12上の層15として形成する。
【００３１】
　図３に示した如く、線状PMMAの予備成形したフォトレジストシート17をPMMAのスピン塗布した該層15の上部に配置する。該層15と該予備成形シート17との間の露出した界面を次にモノマー（この場合にはMMA)で湿潤させ、かつ該シート17を適当な方法、例えばアルミニウム箔20の片、スチールウールの層21及び荷重22を使用して該層15に押し付けて、制御され均等に分配された圧力を該予備成形したシート17に印加する。適当な期間の経過後、重り21及び22並びに該箔20を取り除き、該モノマーを該予備成形したシート17全体に拡散させる。その後、該基板をマイクロミルに入れ、該層17を研磨して、その厚みを該基板11の上部表面上の選択された高さの所定の厚みにまで減じる。
【００３２】
　図６を参照すると、該シート17及び該層15が、所定のパターンをもつX-線吸収剤26を上部に有するX-線マスク25を介してX-線24により或るパターンに露光される。X-線又は適当な場合にはUV輻射線は、該マスクを通過して該フォトレジスト層17及び下層15内の領域27に入射する。これらの領域27では、その中の該高分子量物質の鎖の切断が生じ、かくして該領域は現像剤で除去することが可能となる。かくして得られる構造を図７に示したが、ここで該露光領域は現像剤で除去され、該層17中には開口29が残され、該開口の幾つかは該基板11の表面上の該メッキ基材13まで貫通しており、また該開口の他のものは該基板上に形成されたもとの超小型構造12の全部又は一部を露出している。
【００３３】
　図８に示した如く、次に金属を公知の方法で該開口29中に電気メッキして、該元の金属構造12に加えて該基板上に金属構造30を形成する。最終工程は残留するフォトレジストの全て、即ち該初期PMMA層15並びに該予備成形シート17の残部両者を除去して、該基板11の表面上に自由状態の金属構造12及び30を残す。この自由状態の構造30は非常に高いものであり得る。というのは、これらは該研磨したフォトレジストシート17の厚みと同程度の高さであってもかまわないからである。例示的構造は高さ200 μｍ〜300 μｍもしくはそれ以上として形成でき、即ち公知のLIGA加工技術では容易に達成し得なかった厚みで構造を形成することができる。
【００３４】
　50μｍ〜1000μｍ又はそれ以上のX-線感受性予備成形フォトレジスト層を様様な基板上に調製できる。本発明は一旦該レジストが付着されてしまえば、加熱サイクルを全く必要としないので、該厚いレジスト層と該基板との間の熱膨脹に関連する不適合の問題を無視できる。かくして得られたレジスト層は極めて良好な接着性と、極めて低い内部歪とを有する。本発明による例示的な加工手順を以下に説明する。これらの手順は以下の物質、即ちブリューワーサイエンス社(Brewer Science, Inc.)(P.O. ボックスGG, ローラ(Rolla), MO 65401)から入手できる接着促進剤APX-K1、オリンハント(OLINHUNT)/OCG、３ギャレットマウンテンプラザ(Garret Mountain Plaza)、ウエストパターソン、NJ 07424から入手可能な、クロロベンゼンに溶解した（９重量％）分子量496,000 をもつポリメチルメタクリレートを含有する液状フォトレジスト、即ち496KPNMAフォトレジスト、スート(Suite) 140, 301リンデンウッドドライブ(Lindenwood Drive)、マルバーン(Malvern), PA 19355-1758のグッドフェロー社(Goodfellow)から入手可能であり、2,000,000 を越える重量平均分子量(Mw/Mn=約２〜３）をもち、殆ど架橋されていないポリメチルメタクリレートを含有する予備成形ポリメチルメタクリレートシート、及び1001ウエストセントポールアベニュ(West Saint Paul Avenue)、ミルウォーキー(Milwaukee)、 WI 53233 のアルドリッチケミカル社(Aldrich Chemical Company Inc.) から入手可能なメチルメタクリレートモノマーを使用する。
（実施例）
【００３５】
　平滑な金属化表面上に厚いPMMAレジスト層を形成するための手順最初の工程は、マイクロメカニカル構造を形成するための基板の調製を包含する。典型的な基板は約１μｍのSiO2で被覆されたSiウエハである。次に、金属メッキ基材を適用した。典型的な基材はDCスパッタリングによるTiの厚さ200 Åの第一層とDCスパッタリングによるNiの厚さ200 Åの第二層とを含む。該基板を、次いで該スパッタリング装置から取り出し、上記接着促進剤APX-K1を3000 rpmにて30分間スピン塗布し、次いで145 ℃での30秒間のホットプレート焼付けを行った。該接着促進剤の使用は任意であり、多くの用途においては省略することができる。次いで、496KPMMA(9重量%)の層を2000 rpmにて60秒間スピン塗布した。該ウエハを、次に焼付け／アニールサイクル、即ち60℃/時なる速度で180 ℃まで昇温し、180 ℃にて１時間維持し、次いで60℃/時にて室温まで温度をさげることからなる焼付け／アニールサイクルに付した。この予備成形したPMMAシート（例えば、1.27cm(1/2インチ）×1.91cm(3/4インチ))を、次に基板の中心部近傍に配置した。マイクロピペットを使用して、10μｌのメチルメタクリレートを接着すべき該シートの端部に導入した。毛管作用の結果として、該界面は該メチルメタクリレートで湿潤した。
【００３６】
　次に、この試料をアルミニウム箔で覆い、1.27cm(1/2インチ）の厚さのスチールウール（アルミニウム箔で包まれた）と１kgの重りを使用して軽く荷重を加えた。この試料は少なくとも１時間覆ったままに維持すべきであり、その後該重り及びアルミニウム箔を取り外し、該試料を通気したウエハボックス（好ましくはN2でパージングした）内に保存した。研磨中又はその後の短期間の間に該フィルムが亀裂を形成するのを防止するために、最低８時間該フィルムから上記モノマーを拡散かつ蒸発させるべきである。この８時間の乾燥期間の経過後、該試料を所定の厚みにまで研磨することができた。上記のようにして形成された該PMMAフォトレジストはディープUV及びX-線両者に対して感受性であり、公知のLIGA法の残りの諸工程に対して相容性であった。この厚いレジスト層は、塩化メチレン中に浸漬することにより除去することができた。
【００３７】
　平坦でない基板上での厚いPMMAレジスト層の調製手順既存の構造を上部に有する基板に対する例示的方法は以下の通りであった。典型的な基板として、段差約2.5 μｍの金属構造を有する7.62cm(3インチ）のSiウエハを使用した。先ず、必要により接着促進剤APX-K1を、例えば3000 rpmにて30秒間スピン塗布し、次いで145 ℃にて30秒間ホットプレートにより焼付けた。次に、496KPMMA(9重量%)を、スピン塗布前に10秒間の遅延時間を置いて、2000 rpmにて30秒間スピン塗布した。次に、焼付け／アニールサイクル、即ち60℃/時にて180 ℃まで昇温し、180 ℃にて１時間維持し、次いで60℃/時にて室温まで温度をさげることからなる焼付け／アニールサイクルに付した。もう一つの496KPMMA(9重量%)層を、スピン塗布前に10秒間の遅延時間を置いて、2000 rpmにて30秒間スピン塗布した。次いで、上記のような焼付け／アニールサイクルに付した。
【００３８】
　次に、この予備成形したフォトレジストシートを上記の如く496KPMMA層に接着した。１mmの厚さの予備成形フォトレジストシートが市販品として入手でき、容易に取り扱うことができる。上記の如く基板に接着した後、ダイヤモンド又はCBN(立方晶形窒化ホウ素）工具を備えたフライカッターを使用して、±0.1 μｍ未満の仕上げ表面を有する所定の厚み（±2.5 μm)にまで、該予備成形層を研磨することができた。適当な研磨機の１例はユング／ライヒェルトポリカットＥウルトラミラー(Jung/Reichert polycut E ultramiller) である。かくして得られたレジスト層は極めて良好な接着性をもち、かつ極めて低い内部歪をもつものと思われる。この厚いレジストの除去はブランケット露光を必要としなかった。このレジストは線状ポリメチルメタクリレートから作成されているので、その除去は適当な溶媒に溶解することにより達成できた。隣接する繊細な金属構造に損傷を与える可能性のある該レジストの過度の膨潤並びに亀裂形成を防止するために、一般的には該溶媒として塩化メチレンの使用が適当である。200 μｍ〜300 μｍのレジストを鮮明化するために、該試料を200 mlのCH2Cl2に20〜30分間浸漬し、次いで更に100 mlのCH2Cl2で清浄化した。最終的な清浄化のために酸素プラズマを使用することも可能である。
【００３９】
　剥離型フォトレジスト構造の調製手順フォトレジスト、例えばPMMAで作成した自由構造体も本発明に従って製造できる。このような構造体の製造方法を図10〜図14に関連して説明する。先ず、図10に示したように、この方法を基板41上に薄い犠牲層40を適用することから始めた。この基板は、典型的には平坦な表面をもち、その上に該犠牲層40が形成され、該犠牲層は種々の材料、例えばシリコンウエハ、ガラス、金属又は種々のプラスチック材料から作ることができた。この犠牲層用の材料はフォトレジスト用の現像剤の攻撃に対して耐性の任意の様々な材料であり得る。例えば、該フォトレジストがPMMAである場合、該材料でできた犠牲層は典型的なPMMA用の現像剤、例えばモルホリン、2-(2- ブトキシエトキシ）エタノール、エタノールアミン、及び水に対して耐性である必要があった。
該材料の犠牲層は、またPMMA等の該フォトレジストを侵食しないリムーバにより選択的に除去されるものである必要があった。
【００４０】
　PMMAフォトレジストについては、適当な犠牲層の例は希薄なフッ化水素酸により除去できるチタン（該基板にスパッタリングされる）、及び部分的にイミド化したポリイミド（これは該基板上にスピン塗布され、このポリイミドに対して適したリムーバは水酸化アンモニウムである）であった。ブリューワーサイエンス(Brewer Science)から入手できる軟質のPIRLポリイミド材料が、上記米国特許第5,190,637 号明細書に記載されているように、該犠牲層として利用できた。図10に示した如く、該予備成形した歪をもたないフォトレジストシート、例えば上記の好ましいPMMAシートを、次に層42として上記の方法で該犠牲層40に接着した。この層を上記の如く研磨して、該初期シートの厚み未満の所定の厚みとした。
【００４１】
　図12に示した如く、X-線マスク44はその上に形成されたX-線吸収剤パターン45を有し、シンクロトロン放射X-線46からの露光用のパターンを有し、これは該フォトレジストシート42内に露光パターン47を与えた。該露光されたフォトレジストを、次に上記の如く高い選択性をもつ現像剤を使用して現像して、該露光されたフォトレジスト47を除去し、かつ図13に示した例示的構造におけるように、該犠牲層40に接着され、孤立したフォトレジスト構造48を残した。次に、該犠牲層用のリムーバを該基板中の該犠牲層に適用して、該犠牲層40を選択的にエッチングして除去し、かくして該構造48を基板41から自由にした。図14に示された自由部分の例はレンズ状の形状を有し、図14に示した如く、これは本体を有し、該本体はその上部面及び底部面に対して実質上垂直な側壁を備えていた。
【００４２】
　上記方法を利用することにより、これら構造は該本体の上部面及び底部面の少なくとも一方が研磨されており、該上部面と底部面との間の該本体の厚みが典型的には約１mm未満であるように作成できた。該フォトレジストとしてPMMAを使用した場合、この方法により形成される構造は、該PMMAが実質上透明な材料である限りにおいて、有用な光学特性をもつことができ、従ってレンズとして使用するのに適していた。勿論、基板から分離することのできる多くの他の型の構造をこの方法で形成することが可能であった。更に、該犠牲層上に残されている該PMMA構造48は相互に接続でき、その中にパターン化された開口を有し、該犠牲層から取り出された場合には他の部品を成形するための鋳型として利用できた。
【００４３】
　分離されたPMMAシートはその中に形成された所定の寸法の孔を有し、該シートはまたこのうよにして形成された該開口を介する所定の流動特性をもつフィルタ又は篩として使用することも可能であった。必要ならば、該初期PMMAシートを架橋して、完成された部品をも架橋されたPMMA製のものとすることもできた。該予備成形したフォトレジストシートは歪をもたないものであるから、該部品48が該犠牲層の除去の際に該基板から自由にされた場合にも、該部品はその内部に実質上内部歪をもたず、かつ液体状態で基板に適用され硬化により固化されるフォトレジスト材料、例えばPMMAの場合に一般的に見られるような、実質的な機械的変形又はカーリングを生ずることはなかった。
【００４４】
　多層フォトレジスト構造の製造本発明によれば、２種以上の予備成形フォトレジストシート、もしくは１層の注型層と１種以上の予備成形フォトレジストシートとを含む多層フォトレジスト構造を生成して、所定の幾何形状の三次元金属部品製造用の型として、あるいはそれ自体構造要素として使用することができた。
このような構造は本発明に従う上記の手順を利用することにより得られた。かかる多層構造体を得るには、種々の工程順序が可能であった。第一の例示的工程順序においては、図15〜図18に示した如く、基板50はその上に形成された露光領域52を有するフォトレジストの層51を有していた。このフォトレジスト層51は上記のように露光しかつ機械加工した予備成形フォトレジストシートで作成できた。
しかしながら、必要ならば該初期層51は、例えばPMMAの注型層として公知の様式で形成でき、これを硬化し、架橋し、かつ或るパターンでX-線で露光した。次いで、図15に示された如く、予備成形フォトレジストシート54（例えば、上記のような線状PMMA）を該第一層51に結合し、かつ所定の厚みにまで機械加工した。
【００４５】
　図17に示した如く、X-線55をあるパターンのX-線吸収物質57を有するX-線マスク56を介して照射して、該第二層54上の領域58を露光した。該領域58は完全に下部領域52内に存在し、従ってこれらの前に露光した領域52のみが該第二層54の露光中にX-線を受けた。また、層51及び54の厚み、並びにX-線55の暴露時間の長さ及びその強度は、該マスク56を透過したX-線が完全に該層51及び54両者を透過して、該層51及び54両者における該マスク56の開口領域下部にある領域を十分に露光するように選択できた。後者の場合は図17に図示されており、そこでは該X-線55は元の露光された領域52を越える該第一層51の付随的領域を露光した。勿論、該マスク56が二次元であることを理解すべきであり、かつ該X-線55から何等X-線露光を受けない該領域52の幾分かの領域が存在する可能せいがあり、またX-線55が該前に露光された領域52を越えて拡がらない該第一の領域51の幾分かの領域が存在する可能性がある。
【００４６】
　図17には僅かに２層のみが示されているにすぎないが、上記の工程を所定の層の数だけ繰り返すことができる。即ち、最後の層の露光が完了したら、該露光領域における該フォトレジストを、液状現像剤を適用することにより除去して、空隙領域60を残し、その中に上記の方法に従って金属を電気メッキすることができる。基板50上に積層体を形成する多重層51及び54を、次に必要に応じて上記のような方法に従って除去することができる。一般的に、該第二層（又は後の層）内の領域58が該第一層51内の下部の全ての空隙領域52と少なくとも部分的に重なりあって、結果として該現像液が該第一層内の該領域52に到達できるようにすべきである。該露光されたフォトレジスト全体が除去された場合、空隙60は該多重積層体中に残される。
【００４７】
　該層51及び54（並びに付随的な層）の各々は典型的な市販品として入手可能なフォトレジストシートから作成でき、該シートは通常１mm〜３mmの範囲内の厚みをもつ、高分子量のX-線感受性材料、例えば上記の如きPMMAから形成されたものであった。予備成形シートとフォトレジストシートの下部層との結合は、これら２種の隣接層間の界面を湿潤するメチルメタクリレートを使用した上記のような溶媒による結合により達成できた。しかし、該フォトレジストシートの構造上の保全性を実質的に損なわない他の結合技術も利用可能である。該フォトレジストシートが線状又は比較的低分子量のPMMA製である場合、このPMMAモノマーは一般にこれら２種のシートの十分な溶媒結合性を与えた。高度に架橋されたPMMAシートを下部の架橋されたPMMAシートに接着する場合、上記のPMMAシートを一般的な基板に接着する方法を利用できた。例えば、溶媒に溶解した比較的低分子量のPMMA（例えば、496K PMMA)を薄層状にスピン塗布し、かつ硬化することができた。このPMMAモノマーを該低分子量PMMA層に作用させて、該層と高度に架橋されたPMMAシートとの間の溶媒結合を達成することができた。該低分子量PMMA層もX-線露光に対して感受性であり、該予備成形PMMAシートと同様にしてパターン化した。
【００４８】
　もう一つの多重層法の順序は図19〜図23に示されている。図19に示した如く、予備成形フォトレジストのかなり厚いシート62（例えば、１mm〜３mmのPMMAシート）を、X-線マスク64上にあるパターンで形成したX-線吸収剤65を有する該マスク64を介してX-線63で露光した。該マスク64を透過するX-線63で露光した領域66は十分なX-線で暴露され、結果としてこれらの領域はフォトレジスト用の現像剤に対して感受性となった。しかし、この場合において、該フォトレジストシート62は十分に厚く、そのために該X-線で十分に露光されて現像剤に対して感受性となった該領域66は該フォトレジストシート62の全厚みの僅かに部分的にのみ拡がっていた。例えば、該領域66の厚さは僅かに数百μ以下であるが、ここで該シート62全体は1,000 μ(1 mm)以上の厚みをもつことができた。該予備成形フォトレジストシート62をX-線で露光した後、該シートには液状現像剤が適用され、図20に示した如く、該現像剤により該領域66のフォトレジストが除去され、かつ開放領域67が残された。
【００４９】
　該予備成形シート62を、次に現像された領域70をもつ前に形成されたフォトレジスト層69と接合し、ここで該層69を基板71上に設けた。この層69は上記の種々の方法（例えば、液状PMMAの注型又は予備成形フォトレジストの使用）の何れかにより該基板71上に形成できた。この予備成形フォトレジストシート62を、次いで下部のフォトレジスト層69と整合させ、かつ該層の表面に結合して、該第二の予備成形シート層62中の空隙領域67を該第一層69の空隙領域70と整合させた。
その後、図22に記載の如く、該フォトレジストシート62を所定の厚みにまで機械加工した。該所定の厚みは、該シート62の表面上の領域67の高さよりも小さく、該領域67を十分に開き、かつ該第一フォトレジスト層69内の下部領域70との連絡を可能とした。図23に記載の如く、多層積層体を構築するのに必要な回数上記方法を繰り返すことができ、この場合には開放領域74をもつ第三フォトレジスト層73は該第二フォトレジスト層62に結合させた。これら３つの層内の開放領域70、67及び74により画成されるこの積層体中の該開口の幾何形状は比較的任意的なものである。これら領域を、次に上記のように電着により金属で満たすことができた。該多重層73、62及び69を（例えば、上記のブランケット現像剤で）除去した場合、実質上任意の種々の三次元幾何形状をもち得る該構造71上には金属構造が残された。
【００５０】
　また、図19〜図23に記載された工程において、予備成形しかつ現像したシート62は上記の如く任意の他の適当な基板に接着できるものと理解すべきである。即ち、該基板71と第一層69とは、事実上後のフォトレジスト層を接着することの可能な「基板」を含んでいた。この方法は一般的である。例えば、該基板はシリコンウエハ（その上に超小型回路を公知の半導体加工技術で形成した）を含むことができた。この現像されたフォトレジストシート62を該シリコン基板に接着して、その上の回路を覆うことができた。該フォトレジストシート62が、該基板に接着する前に別途X-線で露光されているので、該基板のX-線露光は不要であり、かつ該基板上の回路の損傷は回避された。この層62は該空隙67を露出するように機械加工され、その下部の該回路の部分へのアクセスを可能とした。例えば、該空隙67は該基板上の集積回路の電気接続パッドと整合するように選択でき、ここで導電性金属は該空隙内に電気メッキされ、これらの導電性パッドとの直立した接続を与えた。必要ならば、該フォトレジストを次に上記のように除去し、あるいは該集積回路上に残して、これを保護することも可能であった。PMMAはこのような目的に対して有利な材料であった。というのは、これが一般に透明であり、かつ該基板上の光学的に活性なデバイスを覆うのに利用できるからである。
【００５１】
　上記工程順の変法において、図24に示した如く、比較的厚いフォトレジストシート80を、X-線マスク82上にパターン状に形成されたX-線吸収剤83をもつ該X-線マスク82を介してX-線81で露光して、該フォトレジストシート80のX-線で露光され、かつ現像剤で除去することのできる側に領域85を画成した。しかし、該領域85のフォトレジストを即座に現像剤を適用することにより除去するよりも、該フォトレジストシートをその露光された側において、X-線で露光されかつ現像剤に対して感受性の領域88を内部にもつ第一のフォトレジスト層87に接着した。該第一層87は図25に示されているように基板89に接着された。かくして図26に示した如く、該第二層80を、そのX-性露光領域85が該層80の自由表面に達し、かつ十分に露出されるような厚さにまで機械的に加工した。所定の層数をもつフォトレジスト積層体を形成するようにこの工程を繰り返すことができた。該所定数の層が得られたら、この全構造を該露光されたフォトレジストの全てを除去する現像剤に暴露した。
【００５２】
　これを２層構造に対して図27に示したが、ここで該フォトレジストは該第一層87内の領域88から除去され、かつ開放領域90が残され、また該第二層80内の領域85からも該フォトレジストが除去されて、開放領域91が残された。該領域85及び88は一般的に相互に接触して、該現像液が該領域88に到達することを可能とする必要があり、あるいはまた該領域88は該積層構造の側端部において露出していて、結果として該現像剤がこの側端部からこれら領域に到達し得る必要があった。一般に、該領域85及び88は相互に重なり合って、該現像剤により該露光されたフォトレジストが良好に除去されることが好ましい。図27に示された構造が所定の最終製品ではないが、寧ろ金属構造を生成するための鋳型として使用することが望ましい場合には、該金属を上記の方法で該開放領域90及び91内に電気メッキすることができ、また該フォトレジストの層80及び87を次に除去して、該基板上に該金属構造を残すことも可能であった。
【００５３】
　上記２通りの工程順の何れかを、基板としてX-線露光領域をもつ予備成形フォトレジストシートを使用して実施することができた。通常の厚み（１〜３mm、あるいは必要ならばこれよりも大きくてもよい）の該予備成形フォトレジストシートは十分な強度をもち、かつ十分な構造上の保全性を有しているので、かかるシートを基板として使用し、その上で１以上のフォトレジスト層を形成し、かつこれらを加工することが可能であった。例示的工程順（図19〜図23の順序と類似）を図28〜図33に示す。しかし、図24〜図27の工程順を利用して本質的に同等な方法を実施できることを理解すべきである。該工程順においては、露光されたフォトレジストを、該フォトレジスト層の全てを一緒に接着して積層体とした後に除去した。図28に示したように、比較的厚い予備成形フォトレジストシート100 を、X-線マスク102 上に或るパターンで形成されたX-線吸収剤103 を有する該マスク102 を透過するX-線101 で露光して、該予備成形シート100 中に領域105 を形成した。該領域105 は現像剤で除去されるように十分にX-線で露光されるが、該領域105 は該フォトレジストシート100 の厚み全体の僅かに一部分のみに拡がっているに過ぎなかった。
【００５４】
　このフォトレジストシート100 を次に該領域105 内の露光されたフォトレジストを除去する液状現像剤に暴露した。もう一つのフォトレジストシート108 を同様な方法でその中に空隙領域109 をもつように形成した。これら２種の比較的厚いフォトレジストシート100 及び108 を、次に適当に整合するような方法でその露光された表面にて相互に結合して、結果として該空隙領域106 及び109 が図30に示したように相互に適当に整合させた。この層100を、次いで該領域106 が図31に示した如く十分に露出されるような厚みにまで機械的に加工することができた。開放領域111 をもつ更なるフォトレジストシート110 を全く同様な方法で上記２層100 及び108 上に形成できた。所定数の層を積層体状に形成した後、必要ならば該積層体を次に基板113 に結合でき、該基板は図33に記載の如く金属を電着するのに適した表面を有していた。この頂部層としてのフォトレジストシート108 を次に該開放領域109 を露出して、該領域109、106 及び111 の全てに金属の電着を可能とする厚みにまで機械的に加工できた。
【００５５】
　しかし、フォトレジストの層108 、100 及び110 を含む該積層体自体は、電着用鋳型として基板に結合する必要性なしに独立の利用性をもち得る。例えば、該開放領域109 、106 及び111 は、圧力センサー、アラームデバイス、水圧又は空気圧アクチュエータ等において使用するために該積層体を通して液体又はガスの通過を可能とする多重流体チャンネルを含むことができた。かかる開放領域により形成された該チャンネルは、単に該積層体の露出表面にもう一つのフォトレジスト層を接着することにより、図32の積層構造内で密閉することができた。
【００５６】
　基本的にはかかる構造は図33に記載されており、そこで該基板113 は単に該開放領域111 を閉じる目的でのみ機能し得、また必要に応じて予備成形フォトレジストシート、又は金属もしくはセラミック材料を包含する種々の材料で作成できた。更に、該開放領域106 及び109 が相互に適当に配置するように適宜接合されかつ整合された場合には、図30の構造が僅かに２種の層で、何れの層を機械加工することなしに多重チャンネル構造を形成することを可能とすることが分かった。以上本発明をPMMAシート、即ちポジ型フォトレジストを使用して上に例示したが、本発明は同様にネガ型フォトレジストを使用して実施することができるものと理解すべきである。該ネガ型フォトレジストにおいて、放射線による露光は該材料を現像剤に対する感受性を低下させる。
【００５７】
　空隙領域又はX-線で露光した領域の何れかをもつ２種以上の別々に形成したフォトレジスト層を該領域が相互に適当に整合されるように結合することは、該各層の適当に正確な整合性を必要とする。一般的に、１μ以下の許容度を維持し得ることが望ましい。比較的厚いフォトレジストの使用は整合用のギャップを大きくするように寄与する。比較的正確な整合及び把持手順が必要とされる。市販品として入手可能な、X-線マスクを光学的に整合させるための装置を用いて、該多重層を整合させることができるが、かかる装置は比較的高価である。種々の露光したフォトレジスト層の整合は、各層の露光中に機械的整合構造を形成し、次いでこれら整合構造を各層と後の層との間の機械的な位置合わせを行うのに利用することにより達成できた。例示的整合構造は、該露光領域の対向する側部に比較的大きな（例えば、径１mm）孔（これはフォトレジスト材料自体（例えば、PMMA）又は金属から作成し得るペグを受容できる）で形成できた。整合は、該後の層を該ペグ上に組み込み、該フォトレジスト層を下部の層に接着することにより達成した。かくして、自己整合が達成された。というのは、該整合用の孔が該層の所定のパターンとして当時に露光され、その結果該整合許容度がアセンブリの許容度により支配されるからである。
【００５８】
　この整合手順は図34〜図41に記載されている。図34を参照すると、基板120 は（任意の方法で）その上に形成されたフォトレジスト第一層121 をもつように図示されており、該第一層121 には整合用の開口122(例えば、円筒状の開口）及び所定の構造の開口を構成する空隙領域123 を形成した。該開口122 及び123を形成するために実施する露光並びにマスキング工程は上記した通りであり、従って該開口122 及び123 は同時に形成され、かくして該開口123 に対する該開口122 の相対的位置が正確に制御できた。該構造120 は必要に応じて金属メッキ基材をもつことができる。次いで、整合用ペグ125 を図35に示した如く該開口122 に挿入した。これらのペグは種々の技術により金属から形成でき（これらは比較的大きな径、例えば１mmをもつ）、あるいは該ペグは図12〜図14に関連して上記したような方法で自由構造として形成できるフォトレジスト材料、例えばPMMAから作成することができた。予備成形シートの第二層131 を次に図36に示した如く形成した。これは整合用の開口132 及び構造空隙領域133 を有し、該空隙領域は比較的厚いフォトレジストシート（例えば、厚み１mmのPMMAフィルム）内に部分的に伸びているが、完全にこれを貫通する必要はない。該第一層122 の露出表面上に突出している該ペグ125 部分を該第二層131 の該整合用開口132 内に挿入することにより、この第二のフォトレジストシート層131 を該第一シートに対して整合させた。再度、該構造空隙領域133 に対する該整合用の開口132 の相対的な位置の調節により、該構造領域133 と該第一層121 中の該構造空隙領域とを適当な整合状態とすることが保証された。
【００５９】
　図38に示した如く、該フォトレジストシート131 を次に、該空隙領域133 及び該整合用の開口132 が十分に露出されるような厚みにまで機械的に加工することができた。しかし、該第二層131 の厚みの低下は、好ましくは該ペグ125 が露出されるような厚みにまで減じるべきではない。寧ろ、図38に示されたように、各整合用の開口132 の部分は開放状態に維持された。これらの整合用の開口132の残りの部分には、図39に示した如く第二の組のペグ135 を挿入した。次に、図40に示した如く、フォトレジストシートの第三層を整合し、搭載し、かつ該第二層131 と同様に機械加工により厚みを減じて、３層をもつ積層体を形成することができた。これにより、該第三層内の構造空隙領域143 は該第二層131 内の構造空隙領域133 並びに該第一層121 内の構造空隙領域123 と適当な整合状態とされた。
【００６０】
　次いで、第三の組のペグ145 を上記と同様な方法で該第三層141 中に形成された整合用の開放孔に挿入し、更なる層を同様な方法で付加できた。所定数の層を積層体状に作成した後、必要に応じて金属を該構造空隙領域に電着できた。これは図41に記載されており、そこでは電気メッキされた金属片150が形成され、該片は３つの部分151 、152 及び153 を有し、これらはそれぞれ上記層121 、131 及び141 の構造空隙領域に対応する。該積層体に残された該整合用のペグ125 及び135 がフォトレジストから作成される場合、これらも上記フォトレジスト材料121 、131 及び141 と同様な方法で除去できる。これらのペグが金属製である場合、これらは一般的に該周辺のフォトレジスト層が除去される場合に該基板から剥離される。
【００６１】
　また、該第一段階の該整合用ペグ125 を金属から作成し、永続的に該基板に接着することができた。次いで、完全に自由な金属あるいはフォトレジスト（例えば、PMMA）構造が必要な場合に、この基板は多数回に渡り使用できた。かかる金属ペグを使用する場合、該第一のPMMA層を露光し、かつ別々に現像し、次いで該ペグ125 を該層内に形成した整合用孔に挿入することにより、適当な整合状態となるように該基板表面に接着することができた。同様に、該積層体の形成後に該フォトレジスト層内の露光領域の現像を実施する上記方法の変法を利用することも可能である。この方法は部分的に現像して、該整合用孔の位置における露光された該PMMAのみを、例えば注意して該PMMA層をマスキングすることにより除去することができる。また、該フォトレジストシートはその中に整合用孔を機械加工により形成し、次いで該フォトレジストシート中に機械加工により形成された該孔に整合されるX-線マスクを介してX-線で露光することもできる。上記手順を利用して、±１μ以下の整合許容度を達成し、一方でこれら種々の層の整合に要する時間を節減する。本発明は例示の目的で本明細書に記載した特定の態様により制限されず、上記の特許請求の範囲に入るような全ての改良をも包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
　本発明は、新規な半導体及びマイクロメカニカルデバイス並びにその加工技術を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】上部に形成された既存のマイクロメカニカル構造をもつ基板の簡略化した例示的な側面図である。
【図２】上部にフォトレジストの被膜を有する図１に示した基板を示す図である。
【図３】フォトレジストの該初期層の上部にフォトレジストの予備成形したシートを付加した、図２に記載の基板を示す図である。
【図４】フォトレジストの該予備成形シートと該初期層との間の界面へのモノマーの適用を、該予備成形したシートを下層に押圧する荷重のかけられた状態で示した、図３に記載の基板を示す図である。
【図５】該予備成形したシートを所定の厚みにまで研磨した後の図４に記載の基板を示した図である。
【図６】X-線マスクを介してX-線で露光した該フォトレジスト及び基板を示す模式的図である。
【図７】該露光したフォトレジストを現像した後の図６に記載の該フォトレジスト及び基板を示す模式的図である。
【図８】該フォトレジストを除去した領域に金属を電気メッキした後の、図７に記載の基板を模式的に示した図である。
【図９】上部に形成されたマイクロメカニカル部品を備えた基板の、残留フォトレジストを回基板から剥離した後の模式的な図である。
【図１０】上部に形成した犠牲層を有する基板の簡略化した模式的な側面図である。
【図１１】該犠牲層及び結果として該基板に接着された歪をもたないフォトレジストシートを備えた図１０に記載の基板を示す図である。
【図１２】X-線マスクを介してX-線で露光した図１１に記載の該フォトレジスト及び基板を示す模式的図である。
【図１３】該露光したフォトレジストを現像した後の図１２に記載の該フォトレジスト及び基板を示す模式的図である。
【図１４】本発明に従って形成することのできる、フォトレジスト材料製の例示的自由部分の斜視図である。
【図１５】露光され、かつ機械加工されているが、未だ現像されていない露光領域をもつ予備成形されたフォトレジストシートを有する基板の模式的側面図である。
【図１６】第二の予備成形フォトレジスト層を該第一層上に結合し、所定の厚みにまで機械加工した後の図１５に記載の該基板の模式的図である。
【図１７】X-線マスクを介してX-線で露光した図１６に記載の該フォトレジスト及び基板を示す模式的図である。
【図１８】該露光したフォトレジストを現像した後の図１７に記載の該フォトレジスト及び基板を示す模式的図である。
【図１９】X-線マスクを介してX-線で露光した比較的厚いフォトレジストの予備成形シートを示す模式的な側面図である。
【図２０】フォトレジストを露光し、該露光したフォトレジストを現像した後の、基板上の前に現像されたフォトレジストシートと露光表面とが結合されるように配置された、図１９に記載のフォトレジストシートを模式的に示す図である。
【図２１】該２種のフォトレジスト層中の現像された領域と整合するようにフォトレジストの下層に結合した自由なフォトレジストシートを模式的に示した図である。
【図２２】該第二のフォトレジストシート中の現像領域全てが露出するような厚みにまで上部層を機械加工した後の図２１に記載の基板及びフォトレジスト層を模式的に示した図である。
【図２３】図１９〜２２において既に例示したものと同様な方法で形成できるフォトレジストの第三層を付加した、図２２に記載の基板及びフォトレジスト層を模式的に示した図である。
【図２４】X-線マスクを介してX-線で露光した比較的厚い予備成形フォトレジストシートを示す模式的な側面図である。
【図２５】基板上の露光されたが現像されていないフォトレジスト層に結合された、図２４に記載の露光されたが現像されていないフォトレジストシートを模式的に示した側面図である。
【図２６】フォトレジストの上部層中の完全に露光されたフォトレジスト領域全てが露出されるような厚みにまで、該フォトレジストの上部層を機械加工した後の、図２５に記載の基板及びフォトレジスト層を模式的に示した側面図である。
【図２７】該露光したフォトレジストを現像し、かつ除去した後の、図２６に記載のフォトレジスト層をもつ基板を模式的に示した図である。
【図２８】X-線マスクを介してX-線で露光した比較的厚い予備成形フォトレジストシートを示す模式的な側面図である。
【図２９】図２８に示された方法でX-線で露光され、かつ該露光されたフォトレジストを除去すべく現像されている２種の比較的厚い予備成形フォトレジストシートを模式的に示した図である。
【図３０】露出した表面において一緒に結合された、図２９に記載の予備成形され、露光され、かつ現像されたフォトレジストシートの２種の層を模式的に示した図である。
【図３１】上部層を、該上部フォトレジスト層の現像された領域を完全に露出するような厚みにまで機械加工した後の、図３０に記載のフォトレジスト層を模式的に示した図である。
【図３２】図２８〜３１に関連して既に例示した方法で形成されるもう一つの追加のフォトレジスト層を備えた、図３１に記載のフォトレジスト層を模式的に示した図である。
【図３３】基板に結合された上部層の自由表面を有する、該厚いフォトレジスト層を機械加工する前の、図３２に記載の多層フォトレジスト積層体を模式的に示した図である。
【図３４】フォトレジスト層での整合用の孔の形成を説明するための、基板上の該フォトレジスト層の部分を模式的に示した図である。
【図３５】該整合用の孔に挿入された整合用ペグをもつ、図３４に記載のフォトレジスト構造を有する基板を模式的に示した図である。
【図３６】一方の表面をX-線で露光し、かつ現像して種々の領域における露光されたフォトレジストを除去し、整合用の孔を形成するように寸法調整し、かつ配置した領域を含む比較的厚い予備成形したフォトレジストシートを模式的に示した側面図である。
【図３７】該予備成形フォトレジストシートの該整合用孔に整合用ペグを挿入することにより、図３５に示された構造と整合された図３６に記載の予備成形フォトレジストシートを模式的に示した図である。
【図３８】上部層内の該整合用孔及び該他の露光された領域を露出するような厚みにまで該上部フォトレジスト層を機械加工した後の、図３７に記載の基板及びフォトレジスト層を模式的に示した図である。
【図３９】図３８の該フォトレジストシートの上部層内に残された該整合用孔への追加の整合用ペグの挿入を模式的に説明するための図である。
【図４０】フォトレジストシートの第三層及び上記のような方法により形成される第三の組の整合用ペグを付加した、図３９に示した構造体の模式的な図である。
【図４１】図４０に示した構造体の該多重フォトレジスト層内に残された開放領域に電気メッキした金属を有する、図４０に記載の該構造体を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００６４】
　　　１１、４１、５０、７１、８９、１１３、１２０・・・・基板
　　　１３・・・・金属メッキ基材
　　　１７、５４、１００・・・・予備成形フォトレジストシート
　　　２０・・・・アルミニウム箔
　　　２１・・・・スチールウール
　　　２２・・・・重り
　　　２４、４６、５５、６３、８１、１０１・・・・X-線
　　　２５、４４、５６、６４、８２、１０２・・・・X-線マスク
　　　２６、４５、５７、６５、８３、１０３・・・・X-線吸収剤
　　　２９・・・・開口
　　　３０・・・・金属構造
　　　４０・・・・犠牲層
　　　５１・・・・フォトレジスト層
　　　５２・・・・露出領域
　　　６０、１０６、１０９、１２３、１３３、１４３・・・・空隙領域
　　　６２・・・・予備成形フォトレジスト
　　　６７、７４、９０、９１、１１１・・・・開放領域
　　　７０・・・・現像領域
　　　７３、１４１・・・・第三フォトレジスト層
　　　８０、１０８、１１０、１３１・・・・フォトレジストシート
　　　８７、１２１・・・・第一フォトレジスト層
　　１２２、１３２・・・・整合用開口
　　１２５・・・・ペグ
　　１３５・・・・整合用ペグ
　　１４５・・・・第三の組のペグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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