(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超小型機械的構成要素の製法において、次の工程を有する：
ａ）基板上に支持体層を設け、その際支持体層は導電性範囲および少なくとも１つの非導電性範囲を有し；
ｂ）支持体層上にスパッタリングされた中間層を設け、その際スパッタリングされた中間層は多孔質であり；
ｃ）スパッタリングされた中間層を通して支持体層の導電性範囲内でエッチングし；
ｄ）工程（ｃ）の後に、スパッタリングされた中間層の少なくとも１つの第一部分を導電性範囲から除去し、その際スパッタリングされた中間層の第二部分は支持体層上に残留し；
ｅ）第二部分の所定帯域および支持体層の導電性範囲にレジスト材料を設け；
ｆ）レジスト材料の間の特定範囲上へ金属層を電気メッキし；および
ｇ）工程（ｆ）の後に、基板およびレジスト材料を除去する
ことを特徴とする、超小型機械的構成要素の製造方法。
【請求項２】
スパッタリングされた中間層が５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
スパッタリングされた中間層が５ｎｍ〜１０ｎｍの厚さを有し、およびさらに次の工程を有する：
ｈ）スパッタリングされた中間層が金属材料を受け入れることができるようにスパッタリングされた中間層をレドックス反応で化学的に活性化し；
Ｉ）支持体層の導電性範囲を、陽極浸食法を用いて化学的に活性化し；および
ｊ）工程ｈ）の後に、スパッタリングされた中間層上に電気メッキした金属層を設ける、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
スパッタリングされた中間層がパラジウムからなる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
次の工程を有する：
ａ）基板上に支持体層を施し、その際支持体層は導電性範囲および非導電性範囲を有し；
ｂ）支持体層にスパッタリングされた中間層を施し、その際スパッタリングされた中間層はチタンからなり；
ｃ）スパッタリングされた中間層の第一範囲をレジスト材料でマスキングし；
ｄ）スパッタリングされた中間層をスパッタリングされた中間層の第二の非マスキング範囲内でエッチング除去し；
ｅ）工程（ｄ）の後に、レジスト材料を除去し；
ｆ）スパッタリングされた中間層のマスクした範囲にさらなるレジスト材料を設け；
ｇ）さらなるレジスト材料の間の特定範囲上へ上方メッキ層を電気メッキし；
ｈ）工程（ｇ）の後に、基板およびさらなるレジスト材料を除去し；および
Ｉ）工程（ｇ）の後に、上方メッキ層を支持体層の導電性範囲から分離し、その際上方メッキ層はスパッタリングされた中間層上に設けられている
ことを特徴とする、超小型機械的構成要素の製造方法。
【請求項６】
レジスト材料が、剥離剤を用いて処理された感光性ラッカーを有し、およびさらに次の工程を有する：
ｊ）感光性ラッカーをフッ化水素酸溶液中でエッチングし；および
ｋ）水性のアルカリ性媒体中で支持体層の非導電性範囲を処理し、その際非導電性範囲はプラスチック材料からなる、
請求項５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
技術水準
本発明は、幾つかの層、たとえば導電性および非導電性の層または範囲からまたは金属材料および非金属材料からなる層または範囲から構成されている、請求項１の前文による超小型機械的構成要素（mikromechanisches Bauelement）およびその製造方法に関する。
ＤＥ−ＯＳ３９１９８７６号に記載された、超小型弁として使用される構成要素は、超小型弁の構造中の個々の層が超小型機械製造方法で加工されている。その際、たとえばシリコンウエーハの表面が写真平版（fotolithographisch）により構造化され、引き続くエッチングにより所定の範囲が部分的に除去され、それで所望の機械的要素はこれらの層の構造化三次元加工によって構成される。
製造方法としては、たとえば非導電性範囲の構造化のためのＵＶ凹刻平版印刷（Tiefenlithographie）および金属の導電性範囲を製造するための多層メッキ（Mehrlagengalvanik）が自体公知である。その際、非導電性支持体層上にも、その都度の範囲内に後での外部電流供給メッキによる金属析出（aussenstrombehaftete galvanische Metallabscheidung）のための導電性出発層（Startschicht）が必要である。
出発金属化層として、支持体層としての非導電性基板上に全面的に設けられた導電性金属層は公知である。この出発層は、塗装（吹付、浸漬、遠心塗布等）によるかまたは種々の湿式化学的方法を用いるかまたはＰＶＤ法（蒸着、スパッタリング等）（ＰＶＤ＝Physical Vapor Deposition）によって設けることができる。該層は外部電流供給メッキに十分な固有の導電率を有するか、または外部電流なしに析出される金属層の成長層（Bekeimungsschicht）として使用され、この層は次に再び後続の外部電流供給多層メッキのための出発層として使用される。
さらに、表面の構造化加工のための湿式化学的方法（ＤＭＳ−Ｅ−Verfahren）は、導体板技術から、たとえば導体板中のスルーホールを導電性にするために公知である（ＥＰ０２０６１３３  Ａ１号）。ここで、出発層は構造化されるかないしは選択的に導体板表面の非導電性範囲に設けられるので、再び全表面は導電性になる。しかしこの加工法は、ＵＶ凹刻平板印刷および多層メッキのプロセスに対してコンパチブルでない、それというのもこの方法は粗すぎるからである。
２つの金属層を中間層で分離可能にすることを許容する方法も公知である。その際、中間層は他の材料に対し選択的にエッチングまたは分離により犠牲層として除去される。これらの方法は、分離すべき層の間に厚さ数μｍのギャップを残し、これは殊に、密着面としても利用される良好に相互に適合する表面を完成すべき時に不利である。
発明の利点
最初に挙げた種類の本発明による超小型機械的構成要素は、請求項１に記載された特徴を有する実施形において、多層メッキのための、ＵＶ凹刻平版印刷および多層メッキのプロセスおよび材料に対しコンパチブルな出発金属化層（Startmetallisierungen）を設けることにより有利である。本発明による出発金属化層は、新しいメッキ層を付着強固にその都度下方にある基板上に析出させ、それにより三次元構造化構成要素を成層組立方式で可能にすることを容易にする。
殊に本発明による超小型機械的構成要素の製造方法は、殊に導電性範囲および非導電性範囲を有する基板の出発金属化層のための従来公知の方法に比べて次ぎの理由から有利である：
１：１００℃以下の基板温度でのスパッタリングプロセスまたはｐＨ８．５以下のｐＨ範囲（完全に弱アルカリ性または酸性）における湿式化学的プロセスは、ＵＶ凹刻平版印刷の材料および製造プロセスとコンパチブルなものが使用される。非導電性範囲のレジストは、製造工程の間も基板上に付着したままであり、必要な場合プロセス列の終わりに通常の方法で除去できる。
２：導電性範囲の金属表面は、個々の工程により、それぞれの新規被覆前に必要な場合に、他の金属層を収容するために再び標準方法で活性化することができる程度だけ化学的に不導体化される。ただ、順次に析出した金属メッキ層が互いに良好な付着を有することを保証することができる。
３：スパッタリング層の構造化は、下方メッキ層のエッチングプロセスにより実施される。それにより、成長層ないしは出発層は非導電性範囲を高い精度で覆い、基板の金属層は不変のままであることが確保されている。従って、メッキ層相互の付着は、不構造化で順次に析出される２つのメッキ層と同程度に良好でありうる。
他の実施形により出発金属化は、基板の特定の範囲に出発層として僅かな付着を有する層が存在するように構成される。次に、この範囲に上方メッキ層を下方層から除去することができ、可動成分をその接触面の間に任意に狭いギャップを有して形成することができる。例は、流体適用のための密着要素または不作動状態で閉じているスイッチ素子である。
本発明による製造方法は、殊に三次元構造およびアンダーカットを有する構成要素を製造するためのＵＶ凹刻平版印刷および多層メッキを用いる製造法のさらなる発展を可能にする。これは、金属を電解により、つまり外部電流供給によって、金属ならびに電気絶縁性プラスチックからなる構造を有する表面上に析出させるのを可能にする導電性中間層により可能になる。層のそれぞれの表面の金属範囲は、通例下方メッキ層からなり、絶縁範囲は感光構造化されたレジスト（photostrukutuierten Resist）（たとえばポリイミド、ＡＺラッカー（Fotolack）または固体レジスト）からなる。
本発明による構成要素の適用形は、アンダーカットを有する金属製の三次元超小型構成要素、たとえばガソリンエンジンにおける混合調製のための乱流ノズルまたはマイクロセンサーまたは付加的に可動構造を有する、超小型弁、マイクロリレー、マイクロスイッチまたはマイクロモーターのような構成要素である。
本発明による実施形の有利な構成は、請求項２以降に記載されている。
図面
本発明により製造される構成要素の１実施例を、図面につき説明する。
図１は、導電性範囲および非導電性範囲を有する第１層を有する支持体層としての基板の平面図；
図２は、図１による基板の部分範囲の断面図：
図３は、第１実施形による連続する製造工程における基板上の幾つかの層の断面図および
図４は、第２実施形による連続する製造工程における基板上の幾つかの層の断面図を示す。
実施例の記述
図１から、超小型機械的構成要素の基礎、即ち設けるべき他の層のための支持体層としての基板１が認められる。基板は金属、シリコン、セラミックまたはガラスであってもよく；ここに記述した実施例ではガラス製である。この基板の通常の厚さは５００μｍおよび２ｍｍの間であり、殊に外部電流供給のメッキプロセスを可能にするためには、良好に付着する金属出発層を設けなければならない。
基板１は出発層中に、公知方法で導電性範囲２および非導電性範囲３を備える。このために、基板をレジスト（たとえばポリイミド、ＡＺラッカーまたは固体レジスト）で、遠心塗布、吹付またはラミネーションにより被覆する。レジストは、所望構造で露光および現像される。次に、ラッカー（レジスト）の開放個所に、金属をメッキにより析出させる。下方メッキ層の導電性範囲２は金属材料（たとえば銅またはニッケル）からなり、非導電性範囲３はレジストからなる。図２には、これらの範囲が断面図で認められる。
図３による断面図につき、後続の製造工程を説明する。第１製造工程（ａ図））において、基板１の全表面が範囲２および３と共に、銀、パラジウムまたは白金からなる層４でスパッタリングされ；記述した実施例ではこの層はパラジウムからなっていた。
スパッタリングのプロセスは自体公知であり；ここではいわゆるターゲットがイオン化ガス（たとえばアルゴン）からの高エネルギーイオンで衝撃される。ターゲットからは、イオン衝撃により原子および／または分子がたたき出され、イオンの運動エネルギーの１／１００で基板１に向かって加速される。それで、基板１上に薄い非常に均一な新しい表面層が生じる。層４の厚さは、このスパッタリング層４が、接続する外部電流なしに（いわゆる金属析出により）設けられる金属出発層のための成長層として働くべき場合には、数ナノメーターであり、スパッタリング層４自体が次の外部電流供給のメッキプロセスのための出発層として使用されるべき場合には、５ｎｍ〜１００ｎｍである。
図ｂ）による第２製造工程において、下方金属層が導電性範囲２において比較的多孔性のスパッタリング層を通してエッチングされる。この工程は、有利にいわゆる多層メッキにおいてそれ自体公知の標準プロセス（電解活性化）で実施され、該プロセスにおいてこれまでに生じた配置は非不動態化電解液（たとえばＣｌイオン含有Ｎｉストライク浴（Strike−Bad））で処理され、その際導電性範囲２はスパッタリング層４の下方数マイクロメーターだけ陽極アブレーションされる。
この製造工程において、スパッタリング層４は除去されないが、該層は範囲２の下方金属層に対する付着を失い、洗浄工程でこの金属層から分離し、除去することができる。それで、非導電性範囲３は、新しい横方向許容差を伴う写真平版での構造化が必要であることなしに、適合正確に被覆されている（図３のｃ）図）。
他の構造化層を設けるためには、再び感光性の構造化可能レジストが塗布、露光および現像されるので、レジストの非導電性範囲５はそのままである（図３のｄ）図）。
その次の、同様に図３のｄ）図から明らかな製造工程において、スパッタリング層４の露出範囲ならびに下方メッキ層３の露出範囲は化学的に、つまりレドックス反応において外部電流なしに金属（たとえばニッケル）で補強ないしは被覆される（明らかにｄ）図の左側部分だけ）。しかし、予め下方メッキ層（範囲２）は陽極アブレーションによりもう一度活性化され、スパッタリング層４は還元浴（たとえばホウ水素化ナトリウム含有）中で同様に活性化される。こうして活性化された面上に、外部電流なしに、金属をスパッタリング層４の補強のために析出させることができる。ここでは、メッキ層および化学的析出層のために非常に類似の材料を使用する場合、同時に下方メッキ層上に同様に析出させることを妨げない。
そこで、化学的に析出される層６上に、多層メッキにおける通常の方法を用い外部電流供給により上方金属メッキ層７を設けることができるので、図３のｅ）図による配置が生じる。
それで、金属メッキ層２および７は化学的析出層６を介して一緒に付着し、基板１から分離しおよびレジスト層３および５を除去した後に、図３のｆ図により、アンダーカットを含め複雑な構造を有する超小型機械的構成要素が形成しうる。
また、スパッタリング層４のより厚い構成の場合（５ｎｍ〜１００ｎｍ）、活性化工程後直ちにメッキ層７を析出させることができる（図３ｄ）および図３ｅ）の右側）。
実施例につき記述した製造方法において、上記に記述した部分プロセスはウエット−イン−ウエット（nass in nass）で行われることに留意すべきである、それというのも範囲２およびスパッタリング層４（ないしは層６）の金属表面は、個々の製造工程の間遊離酸素と接触しないからである。該表面は次いで再び酸化され、それで不動態化され、他の金属層を収容するためには適当でなくなる。
外部電流なしに析出される金属層６の材料は、所望の化学的均質性および層２、６および７相互の良好な付着のためには、電解により析出される層２および７の金属に化学的にできるだけ類似であるべきである。しかし、より厚いスパッタリング層４の場合、外部電流なしに設けられる金属補強は省略することができる（上記に記述したように）。
上方メッキ層７の構造化のための範囲５の感光性レジスト（Photoresist）は、とくに範囲２の下方金属層およびスパッタリング層４の活性化前に設けられる。利点は、活性化工程は一度だけ実施すればよいことである。欠点は、範囲５における感光性レジストのラッカー構造が、場合により下部エッチングされうることである。
図４による実施例につき、電気メッキプロセスのための出発層金属化を有する製造方法を記述し、出発層金属化は上方金属メッキ層の個々の範囲を下方金属メッキ層から分離するが、他のすべての範囲内では下方メッキ層上に付着強固に成層させることを可能にする。
基板１は、図３、ａ）図による実施例におけるように、再び非導電性範囲３のほかに金属導電性範囲２を有する。金属範囲２はたとえば下方メッキ層から、非導電性範囲はＵＶ凹刻平版印刷で構造化された公知レジストから形成することができる。
第１製造工程において基板１は全面に、上記に記述したように、しかしこの場合にはチタンでスパッタリングされる。このスパッタリング層１０の厚さは、２００ｎｍ〜４００ｎｍである。この製造工程は、チタンのスパッタリング層１０ができるだけ僅かに酸素を含有し、それで安定な酸化物ができるだけわずかに形成するように実施すべきである、それというのもこのような場合のみ、スパッタリング層は次の工程でエッチングにより構造化することができるからである（ｂ）図）。従って、基板１の周りにスパッタリング前に良好な真空を形成し、基板１をまずエッチング工程（スパッタリング技術におけると同様）により清浄にすることが必要である。これにより、下方メッキ層２は僅かな酸素の表面被覆を有する平滑な表面を有する。
蒸着されたチタン層１０は、工程ｂ）により感光構造化性ラッカーでマスキングされ、水素−フッ素含有溶液（フッ化水素酸）中でエッチングされる。マスキングのためには、基板１上のプラスチックないしはレジスト３に作用しない媒体中で加工することのできるレジスト１１が使用される。このエッチングマスク（範囲１１）を除去した後、図３のｃ）図による配置が生じ、多層電気メッキの爾後の工程を実施することができる。
次のｄ）図に示した外部電流供給の金属析出および上方メッキ層１２の製造は、下方メッキ層２の電解活性化後に実施される。チタンからなるスパッタリング層１０は不動態化され、このプロセスにより作用されない。従って、電解液および対向電極は、チタンで汚染されない。
爾後の工程において、構造化されたレジスト範囲の間に幾つかのメッキ層を形成することができる。プロセス列の終わりに、レジストが除去される。２つの金属メッキ層２、１２がチタンのスパッタリング層１０により分離されている所ではどこでも、２つの層２および１２は機械的力または差圧を加えることにより互いに分離することができる。
チタンのスパッタリング層１０により覆われていない基板１上の範囲２においては、ＵＶ凹刻平版印刷および多層メッキの特性は、メッキ層２および１２相互の付着と同様に維持される。
スパッタリング層１０の範囲内で双方のメッキ層２および１２を分離するためには、犠牲層を分離すべきメッキ層２および１２の間で長い横エッチングまたは分離により除去する必要はない。下方メッキ層２の表面形態は、上方メッキ層１２に複写されるので、密着して存在する可動部分を有する超小型機械的構成要素（ｅ）図）を製造することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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