(57)【要約】【課題】精度の高い微細加工方法を提供する。また、かかる微細加工方法を応用して、精度の高い微細構造体の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の微細加工方法は、リソグラフィのための樹脂層を基板上に形成する工程と、露光する光を透過しない材料からなる膜を樹脂層上に形成する工程と、かかる膜を介して露光する工程とを含み、かかる膜が所定の形状パターンを有していることを特徴とする。また、本発明の微細構造体の製造方法は、リソグラフィのための樹脂層を基板上に形成する工程と、露光する光を透過しない材料からなる膜を樹脂層上に形成する工程と、かかる膜を介して露光する工程と、現像により樹脂型を形成する工程と、電鋳またはスパッタリングまたは蒸着により金属材料からなる層を樹脂型に形成する工程とを含み、露光する光を透過しない材料からなる膜が所定の形状パターンを有していることを特徴とする。本発明の製造方法により得られる微細構造体は金型として好適である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、リソグラフィのための樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層上に、露光する光を透過しない材料からなる膜を形成する工程と、
前記膜を介して露光する工程とを含み、
前記膜が形状パターンを有していることを特徴とする微細加工方法。
【請求項２】
基板上に、リソグラフィのための樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層上に、露光する光を透過しない材料からなる膜を形成する工程と、
前記膜を介して露光する工程と、
現像により樹脂型を形成する工程と、
前記樹脂型に、電鋳またはスパッタリングまたは蒸着により金属材料からなる層を形成する工程とを含み、
前記膜が形状パターンを有していることを特徴とする微細構造体の製造方法。
【請求項３】
前記微細構造体を金型とすることを特徴とする請求項２記載の微細構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィを利用した微細加工方法に関し、特に、シンクロトロン放射によるＸ線（以下、「ＳＲ光」という。）を用いるＬＩＧＡ（ＬｉｔｈｏｇｒａｐｈＧａｌｖａｎｆｏｒｍｕｎｇ  ｕｎｄ  Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）法による微細加工方法および微細構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細構造体を製造するための加工技術が活発に研究されている。特に、ＬＩＧＡ法は、高いアスペクト比を有する微細構造体の製造およびミクロン領域の精度の加工が可能であり、注目されている。ＬＩＧＡ法の典型的な工程を図２に示す。まず、図２（ａ）に示すように、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などからなる樹脂層２２を導電性基板２１上に形成した後、樹脂層２２上に、Ｘ線マスク２８をセットする。Ｘ線マスク２８には、所定の形状パターンを有し、照射するＳＲ光を吸収する層（吸収体）２８ｂが、ＳＲ光２０を透過する層２８ａ上に形成されている。このＸ線マスク２８を介してＳＲ光２０を照射し、樹脂層２２を露光する。
【０００３】
露光後、現像を行ない、露光により変質した樹脂層２２ａを除去すると、図２（ｂ）に示すような、高いアスペクト比を有する樹脂型２２ｂが得られる。つぎに、図２（ｃ）に示すように、電鋳により、樹脂型２２ｂにニッケルなどの金属層２７を堆積した後、基板２１および樹脂型２２ｂを除去すれば、図２（ｄ）に示すような金属構造体２７を得ることができる。このようにして、ＬＩＧＡ法により、コンタクトプローブ、光学素子、センサおよびアクチュエータなどの微細金属構造体を製造することができ、その応用範囲は広い。
【０００４】
また、ＬＩＧＡ法により製造した金属構造体を金型として利用し、多数の微細構造体を複製することもできるが、金属構造体を金型として使用する場合、微細構造体を量産するために金型が繰り返し使用されるため、金型には十分な強度が要求される。特に、金型のパターンが微細になると、また、アスペクト比が大きくなると、金型の強度が低下する。このため、図３（ａ）に示すように、基板３１上の樹脂層３２と、Ｘ線マスク３８との間隔ｄを通常より顕著に大きくすることにより、光透過層３８ａ上の吸収体３８ｂによる回折光３０ｂを樹脂層３２に十分に照射する方法がある。この方法によれば、図３（ｂ）に示すように、基板３１から遠ざかるにつれて、隣り合う樹脂型３２ｂ同士の間隔Ｗが大きくなり、耐久性を向上させることができる（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−５０５７６号公報（第２頁−第３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したいずれの方法においても、露光時に、樹脂層とＸ線マスクとが一定の間隔を有するため、吸収体マスクによる回折光が樹脂層に照射される結果、ピントがボケてしまい、得られる樹脂型の精度が低下する傾向がある。一方、Ｘ線マスクにおける透過層３８ａの厚さは数μｍであり、Ｘ線マスクを樹脂層に接触させて配置すると、Ｘ線マスクは容易に破損するため、Ｘ線マスクと樹脂層とは数１０μｍ〜１００μｍの間隔を開けておく必要がある。
【０００７】
本発明の課題は、露光する光を吸収する層と樹脂層との間隔を短くすることにより、精度の高い微細加工方法を提供することにある。また、かかる微細加工方法を応用して、精度の高い微細構造体の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の微細加工方法は、リソグラフィのための樹脂層を基板上に形成する工程と、露光する光を透過しない材料からなる膜を樹脂層上に形成する工程と、かかる膜を介して露光する工程とを含み、かかる膜が所定の形状パターンを有していることを特徴とする。また、本発明の微細構造体の製造方法は、リソグラフィのための樹脂層を基板上に形成する工程と、露光する光を透過しない材料からなる膜を樹脂層上に形成する工程と、かかる膜を介して露光する工程と、現像により樹脂型を形成する工程と、電鋳またはスパッタリングまたは蒸着により金属材料からなる層を樹脂型に形成する工程とを含み、露光する光を透過しない材料からなる膜が所定の形状パターンを有していることを特徴とする。本発明の製造方法により得られる微細構造体は金型として好適である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の微細加工方法は、基板上に樹脂層を形成する工程と、露光する光を透過しない材料からなる膜（以下、「吸収体膜」という。）を樹脂層上に形成する工程と、露光する工程とを含み、吸収体膜が所定の形状パターンを有している。本発明の吸収体膜は、所定の形状パターンを有しているため、露光に際して、照射する光を透過する領域と、透過しない領域とを有し、従来のＸ線マスクと同様の機能を発揮する。しかし、従来のＸ線マスクは、樹脂層に接触させて配置すると容易に破損するため、樹脂層から数１０μｍ〜１００μｍ離して配置する結果、吸収体による回折光のため、精度の高い微細加工が困難である。これに対して、本発明の吸収体膜は、樹脂層の直上、または、樹脂層に近接した位置に造膜されているため、従来のＸ線マスクと異なり、露光時の回折光を低く抑えることができる結果、精度の高い微細加工が可能である。また、本発明の吸収体膜は、樹脂層上に造膜され、造膜後は、樹脂層と一体化するため、従来のＸ線マスクと異なり、樹脂層と接触することによる破損がない。
【００１０】
本発明の微細加工方法の典型的な工程を図１に例示する。まず、図１（ａ）に示すように、基板１１上に、リソグラフィのための樹脂層１２を形成する。後の工程において、電鋳などにより金属材料からなる層を樹脂型に形成するときは、基板として導電性基板を用いる。導電性基板としては、たとえば、銅、ニッケル、ステンレス綱などの金属基板を用いることができる。また、シリコン、ガラス、セラミックス、プラスチックなどの非導電性基板上に、チタン、クロムなどの金属からなる導電性層をスパッタ蒸着した基板も用いることができる。基板の厚さは、用途により異なるが、数１０μｍの薄いものから数ｍｍの厚いものまで使用することができる。
【００１１】
樹脂層は、リソグラフィのために形成され、Ｘ線などの光により感光する材料を用いる。このような材料としては、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのポリメタクリル酸エステルを主成分とする材料、Ｘ線に感受性を有する化学増幅型材料などがある。樹脂層の厚みは、用途に応じて任意に選ぶことができ、通常は５０μｍ〜５００μｍである。
【００１２】
つぎに、図１（ｂ）に示すように、樹脂層１２上にマスクエッチングストップ層１３、吸収体層１４、エッチングマスク層１５を、この順に形成する。マスクエッチングストップ層１３は、Ａｌ２Ｏ３、Ｒｕ、Ｃｒ２Ｏ３などからなり、厚さは、０．０２μｍ〜０．３μｍが好ましい。吸収体層１４は、タングステン、金、タンタルなどの重金属またはその化合物などからなり、厚さは、１μｍ〜５μｍが好ましい。また、エッチングマスク層１５は、Ａｌ、ＳｉＯ２などからなり、厚さは、０．０５μｍ〜０．３μｍが好ましい。
【００１３】
つづいて、エッチングマスク層１５上に、たとえば、フォトリソグラフィにより樹脂構造体１６ｂを形成する。フォトリソグラフィによるときは、図１（ｃ）に示すように、エッチングマスク層１５上に、感光性の樹脂１６を塗布した後、フォトマスク１８を樹脂１６に密着させて配置し、フォトマスク１８を介して、たとえば、紫外光１０’を照射する。得られる樹脂構造体の精度が向上する点で、電子線を照射する態様が好ましい。露光された樹脂層１６ａを現像して除去すると、図１（ｄ）に示すような樹脂構造体１６ｂが得られる。
【００１４】
つぎに、、エッチングマスク層１５に対して、Ｃｌ２、ＣＦ４、Ｆ２などを用い、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ）またはＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  ｒｅａｓｏｎａｎｃｅ）励起により発生したプラズマによるエッチングを行ない、図１（ｅ）に示すようにエッチングマスク１５ｂを形成する。図１（ｄ）に示すように、エッチングマスク層１５上には、部分的に樹脂構造体１６ｂが形成されているから、ＲＩＥなどのエッチングに際して、樹脂構造体１６ｂがマスクとして機能し、樹脂構造体１６ｂが形成されていない領域が選択的にエッチングされる。
【００１５】
エッチングマスク１５ｂの形成後、吸収体層１４に対して、ＳＦ６、Ｆ２、ＣＦ４、Ｃｌ２、ＢＣｌ３などを用い、エッチングを行ない、図１（ｆ）に示すような、吸収体膜１４ｂを形成する。エッチングに際しては、図１（ｅ）に示すように、エッチングマスク１５ｂがマスクとして機能し、エッチングマスク１５ｂの形成されていない領域にある吸収体層１４がエッチングされる。また、吸収体層１４の直下には、Ａｌ２Ｏ３などからなるマスクエッチングストップ層１３が形成されている。マスクエッチングストップ層１３は、エッチングレートが低いためエッチングされない。
【００１６】
つぎに、図１（ｆ）に示すように、ＳＲ光１０などで露光する。樹脂層１２の上には、露光するＳＲ光１０などを透過しないタングステンなどからなる吸収体膜１４ｂが形成されており、吸収体膜１４ｂは形状パターンを有している。この吸収体膜１４ｂを介して露光することにより、吸収体膜１４ｂの形成されている領域にある樹脂層１２ａは露光されず、吸収体膜１４ｂの形成されていない領域にある樹脂層１２ｂのみが露光される。なお、吸収体膜１４ｂと樹脂層１２とは、マスクエッチングストップ層１３により隔てられているが、マスクエッチングストップ層１３は０．２μｍ程度の簿層であるので、マスクエッチングストップ層１３でのＳＲ光の吸収は小さく、また、樹脂層１２ｂの除去も容易である。したがって、従来の加工方法のように、Ｘ線マスクと樹脂層とを数１０μｍ〜１００μｍ程度離して設置する場合と比較して、本発明の加工方法では、吸収体膜１４ｂによる回折光が低く抑えられ、高い精度で微細加工をすることができる。本発明においては、吸収体膜１４ｂによる回折光を十分に低く抑えるために、図１（ｆ）における樹脂層１２と吸収体膜１４ｂとの間隔Ｄは、１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下が特に好ましい。
【００１７】
照射するＳＲ光の波長は、たとえば１〜１０Åとすることができ、そのエネルギは、１〜１０ＫｅＶとすることができる。また、ＳＲ光の光源としては、たとえば産業用小形ＳＲ装置または中型ＳＲ装置を利用することができる。つぎに、ＭｉＢＫ（メチルイソブチルケトン）などで現像し、露光により変質した部分を除去すると、図１（ｇ）に示すような樹脂型１が得られる。
【００１８】
本発明の微細構造体の製造方法は、リソグラフィのための樹脂層を基板上に形成する工程と、露光する光を透過しない材料からなり、所定の形状パターンを有する膜を樹脂層上に形成する工程と、露光する工程と、現像により樹脂型を形成する工程と、電鋳またはスパッタリングまたは蒸着により金属材料からなる層を樹脂型に形成する工程とを含むことを特徴とする。本発明の製造方法によれば、露光する光を透過しない材料からなる吸収体膜と、露光される樹脂層とが接するか、または、近接しているため、吸収体膜による回折光を低く抑えることができ、ピントボケが少なくなり、精度の高い微細構造体を得ることができる。
【００１９】
電鋳またはスパッタリングまたは蒸着により金属材料からなる層を樹脂型に形成する工程では、図１（ｈ）に示すように、樹脂型１上に金属層１７を堆積する。金属層１７は、たとえば、樹脂型１７の厚さを越えて、０．５ｍｍ〜１ｍｍの厚さまで堆積することもできる。また、たとえば、基板１１として導電性基板を用い、これをめっき電極として電鋳を行なえば、樹脂型１上に容易に金属を堆積することができる。金属材料としては、ニッケル、銅、金、または、これらの合金、パーマロイなどを用いることができる。金属層１７を金型として用いる場合は、摩耗性が少なく、強度も大きい点で、ニッケルを材料とするのが好ましい。
【００２０】
つぎに、ウェットエッチングなどによって基板１１を除去し、ウェットエッチングまたはプラズマエッチングにより樹脂型１を除去すれば、図１（ｉ）に示すような金属製の微細構造体が得られる。得られた微細構造体は、精密な構造体であるため、金型として好適であり、精度の高い複製品を安価に量産することができる。
【００２１】
【実施例】
実施例１
まず、図１（ａ）に示すように、厚さ２ｍｍのステンレス基板１１上に、リソグラフィのための樹脂層１２を形成した。樹脂層は、ＰＭＭＡからなり、１００μｍの厚さとなるように形成した。つぎに、図１（ｂ）に示すように、樹脂層１２上に、マスクエッチングストップ層１３、吸収体層１４およびエッチングマスク層１５を、この順に形成した。マスクエッチングストップ層１３は、Ａｌ２Ｏ３からなり、厚さは０．２μｍであった。吸収体層１４は、タングステンからなり、厚さは３μｍであった。また、エッチングマスク層１５は、Ａｌからなり、厚さは０．２μｍであった。
【００２２】
つづいて、図１（ｃ）に示すように、エッチングマスク層１５上に、感光性の樹脂１６としてフォトレジストを塗布した後、フォトマスク１８を配置し、フォトマスク１８を介して、フォトリソグラフィを行なった。フォトリソグラフィをした樹脂層１６ａを現像して除去すると、図１（ｄ）に示すような樹脂構造体１６ｂが得られた。つぎに、エッチングマスク層１５に対して、Ｃｌ２を用いてＲＩＥを行ない、図１（ｅ）に示すようにエッチングマスク１５ｂを形成した。エッチングマスク１５ｂの形成後、フォトリソグラフィ技術で形成した樹脂層１６ｂを酸素プラズマで取除いた後、吸収体層１４に対して、ＳＦ６を用いてエッチングを行ない、図１（ｆ）に示すような、吸収体膜１４ｂを形成した。
【００２３】
つぎに、図１（ｆ）に示すように、ＳＲ光１０で露光した。樹脂層１２の上には、露光するＳＲ光１０を透過しないタングステンなどからなる吸収体膜１４ｂが形成されており、吸収体膜１４ｂは形状パターンを有していた。つぎに、ＭｉＢＫ（メチルイソブチルケトン）で現像し、露光により変質した部分を除去すると、図１（ｇ）に示すような厚さ１００μｍの樹脂型１を得た。得られた樹脂型１は、従来の加工方法による場合と比較して、高い精度を有するものであった。したがって、本発明の微細加工方法は、精度の高い有用な加工方法であることがわかった。
【００２４】
つづいて、図１（ｈ）に示すように、電鋳により金属層１７を樹脂型１に形成した。金属材料としては、ニッケルを使用した。つぎに、水酸化カリウム水溶液によりウェットエッチングし、基板１１を除去した後、樹脂型１をプラズマエッチングにより除去すると、図１（ｉ）に示すような金属製の微細構造体を得た。得られた微細構造体は、エッジが鋭く、精度の高いものであった。このため、金型として好適に使用することができた。
【００２５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、精度の高い微細加工方法を提供することができ、また、精度の高い微細構造体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微細加工方法の典型的な例を示す工程図である。
【図２】従来より実施されているＬＩＧＡ法の手順を示す工程図である。
【図３】従来より実施されているＬＩＧＡ法の手順を示す工程図である。
【符号の説明】
１  樹脂型、１０  ＳＲ光、１１  基板、１２  樹脂層、１３  マスクエッチングストップ層、１４  吸収体層、１５  エッチングマスク層、１６  樹脂、１７金属層、１８  フォトマスク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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