(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に高分子材料からなる膜を形成し、この膜をドライエッチングすることによって所望形状の微小部品を製造する方法において、
前記高分子材料としてフッ素を１０〜３５ｗｔ％含有して高分子の主鎖にエポキシ基を２個以上含んだ樹脂からなる材料を用い、
前記ドライエッチングを、少なくとも酸素を含みかつフッ素を含まないガスを用いて実施することを特徴とする微小部品の製造方法。
【請求項２】
半導体基板上に高分子材料からなる膜を形成し、この膜をドライエッチングすることによって所望形状の微小部品を製造する方法において、
前記高分子材料としてフッ素を１０〜３５ｗｔ％含有したビスフェノール系エポキシ樹脂、ベンゼン系エポキシ樹脂、ジフェニル系エポキシ樹脂、シクロヘキサン系エポキシ樹脂、グリコール系エポキシ樹脂、ノボラック系エポキシ樹脂、グリシジルアミン系エポキシ樹脂、グリシジルエーテル系エポキシ樹脂、又はエポキシ系熱硬化性樹脂の少なくとも何れか一つを用い、
前記ドライエッチングを、少なくとも酸素を含みかつフッ素を含まないガスを用いて実施することを特徴とする微小部品の製造方法。
【請求項３】
半導体基板上に高分子材料からなる膜を形成し、この膜をドライエッチングすることによって所望形状の微小部品を製造する方法において、
前記高分子材料としてフッ素を１０〜３５ｗｔ％含有したフッ素化シクロヘキサン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、１，４−ブタンジオール、および、スルホニウム塩系カチオン光重合開始剤を混合したものを用い、
前記ドライエッチングを、少なくとも酸素を含みかつフッ素を含まないガスを用いて実施することを特徴とする微小部品の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の微小部品の製造方法において、
前記ドライエッチングは、反応性イオンエッチングであることを特徴とする微小部品の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の微小部品の製造方法において、
前記微小部品は、光部品またはマイクロマシンの部品であることを特徴とする微小部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小部品の製造方法に関し、特に光通信技術ならびにマイクロマシン技術等に用いられかつ高分子材料で形成された微小部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高分子材料は著しい発展を遂げており、その柔軟な加工性や優れた経済性を利用して、光エレクトロニクスの分野へも盛んに導入されている。
このような高分子材料は、インジェクションモールドなどの比較的単純な工程によって容易に大量生産が可能である。そのため、高分子材料からなる部品は、一般に成型加工品が主流となっている。
その一方で、例えば光通信における光導波路や、マイクロマシンにおけるマイクロ物体（微小な機械部品、モータ、アクチュエータ等）等のμｍ単位の微細加工が要求される微小部品の作製においては、半導体プロセス技術が、通常用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体プロセス技術を用いて高分子材料を加工する場合、特にドライエッチング工程においては、高分子材料やレジストマスクから生じるエッチング生成物の再付着あるいは凝縮などの現象により、被加工物の底面あるいは壁面に残渣が生じ、表面に凹凸が形成されることがある。
このような凹凸は、光部品（例えば光導波路，レンズ，ミラー等）においては光の散乱損失の原因となるなど、微小部品の特性に悪影響を与える。
【０００４】
一方、ドライエッチングにおいては、使用ガス圧力域が１０-2〜１０-7Ｐａといった希薄な気相状態のプラズマを用いられるが、エッチング生成物の再付着等を防ぐためには、プラズマ中で被エッチング材料と化学反応しかつ蒸気圧の高い反応生成物を生成するエッチングガス（すなわち、材料表面から離脱しやすい反応生成物を生じるエッチングガス）を選択することが重要である。
【０００５】
例えば、被エッチング材料が有機物の場合は、反応生成物として蒸気圧の高いＣＯ，ＣＯ2，Ｈ2Ｏ等を生成するように酸素ガスプラズマが用いられる。しかし、このようなガスを用いると残渣が発生しやすいことが知られている。
そこで、近年においては、Ｏ2とＣＦ4、あるいはＨ2ＯとＮＦ3などの、酸素とフッ素を含む混合ガスプラズマを利用することによって、残渣の少ないエッチングを実現できることが見出されている。
【０００６】
しかしながら、１つの処理装置で混合ガスを用いる場合、被エッチング材料の種類を変えると最適なエッチングガスの種類や混合比も変わるため、以前の処理に使用されたエッチングガスが反応チャンバ内に吸着および残留する等して履歴が残り、後工程のエッチングの再現性が著しく損なわれるという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するものであり、高分子材料からなる微小部品の加工表面を再現性良く平滑にすることができる微小部品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１に係る本発明の微小部品の製造方法は、半導体基板上に高分子材料からなる膜を形成し、この膜をドライエッチングすることによって所望形状の微小部品を製造する方法において、前記高分子材料としてフッ素を１０〜３５ｗｔ％含有した材料を用い、前記ドライエッチングを、少なくとも酸素を含みかつフッ素を含まないガスを用いて実施するものである。
【００１０】
また、請求項１において、上記高分子材料は、高分子の主鎖にエポキシ基を２個以上含む樹脂である。
【００１１】
また、請求項２に係る本発明の微小部品の製造方法は、半導体基板上に高分子材料からなる膜を形成し、この膜をドライエッチングすることによって所望形状の微小部品を製造する方法において、高分子材料としてフッ素を１０〜３５ｗｔ％含有したビスフェノール系エポキシ樹脂、ベンゼン系エポキシ樹脂、ジフェニル系エポキシ樹脂、シクロヘキサン系エポキシ樹脂、グリコール系エポキシ樹脂、ノボラック系エポキシ樹脂、グリシジルアミン系エポキシ樹脂、グリシジルエーテル系エポキシ樹脂、又はエポキシ系熱硬化性樹脂の少なくとも何れか一つを用い、ドライエッチングを、少なくとも酸素を含みかつフッ素を含まないガスを用いて実施するものである。
【００１２】
また、請求項３に係る本発明の微小部品の製造方法は、半導体基板上に高分子材料からなる膜を形成し、この膜をドライエッチングすることによって所望形状の微小部品を製造する方法において、高分子材料としてフッ素を１０〜３５ｗｔ％含有したフッ素化シクロヘキサン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、１，４−ブタンジオール、および、スルホニウム塩系カチオン光重合開始剤を混合したものを用い、ドライエッチングを、少なくとも酸素を含みかつフッ素を含まないガスを用いて実施するものである。
【００１３】
また、請求項４に係る本発明の微小部品の製造方法は、請求項１〜３において、上記ドライエッチングは、反応性イオンエッチングである。また、請求項５に係る本発明の微小部品の製造方法は、請求項１〜３において、上記微小部品は、光部品またはマイクロマシンの部品である。
【００１４】
このように構成することによって本発明は、高分子材料からなる微小部品の製造にあたって、残渣が生じることが少なくなり、加工表面を再現性よく平滑にすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一つの実施の形態について図を用いて説明する。但し、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１６】
さて、本実施の形態に係る微小部品の製造方法は、高分子材料にフッ素化合物を配合し、この高分子材料中のフッ素含有量を１０〜３５ｗｔ％としている。その結果、ドライエッチング工程において、エッチングガスにＣＦ4 等のフッ素系ガスを用いることなく、かつ高分子材料の加工性を概ね損なうことなしに、フッ素系ガスを用いた場合と同等の反応を進行させながら、その加工表面の凹凸を改善することができる。
【００１７】
また、プラズマ中に存在するフッ素系の化学種は、高分子材料から発生するもののみであることから、反応チャンバ内に残留するフッ素系の物質は微量であり、後工程におけるエッチングの再現性を損なうことはない。エッチング速度についても、フッ素を含まない高分子材料の場合と比較して概ね２倍前後速くなるため、エッチング時間をおよそ半分に短縮することができる。
さらに、フッ素化合物が有する耐熱性、および耐薬品性を高分子材料に付与することにより、微小部品の耐環境性を向上させる効果も有する。
【００１８】
なお、フッ素含有量が概ね１０ｗｔ％未満では、本発明における効果を十分に発揮することはできない。また、概ね３５ｗｔ％以上では、高分子材料とこの材料に添加される希釈剤等との相溶性を低下させ、あるいは基板と高分子材料との接着性を低下させるため実用的ではない。したがって、フッ素含有量の範囲をおよそ１０〜３５ｗｔ％程度にするとよいといえる。
ここで、本実施の形態における高分子材料中のフッ素の含有量と、ドライエッチング加工表面の凹凸の関係を図１に示す。
【００１９】
図１は、本実施の形態に係る高分子材料のフッ素含有量と凹凸との関係を示すグラフである。本実施の形態では、加工する高分子材料に、紫外線硬化型のエポキシ系樹脂（以下、ＵＶ硬化型エポキシ系樹脂という）を選択した。また、加工すべき形状として、厚み３μｍ、外径１２μｍ、内径８μｍのリング形マイクロ物体を選択した。このようなマイクロ物体は、例えばマイクロ光アクチュエータとして使用されるものである。
【００２０】
ここで用いたＵＶ硬化型エポキシ系樹脂は、その構成成分として、一般式（１）の置換基Ｒｆを表１に示す置換基で置換したシクロヘキサン系の含フッ素エポキシ樹脂、ならびに一般式（１）の置換基Ｒｆを表１に示す置換基で置換したフッ素を含まないビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を混合している。
【００２１】
さらに、希釈剤として１，４−ブタンジオールを１０ｗｔ％、光重合開始剤としてスルホニウム塩系カチオン光重合開始剤をおよそ２ｗｔ％添加し、高分子材料中のフッ素含有量が１０ｗｔ％、２０ｗｔ％、３０ｗｔ％、３５ｗｔ％となるように調整している。
【００２２】
なお、本実施の形態で使用し得るフッ素含有のエポキシ系樹脂としては、シクロヘキサン系のものに限られるものではなく、表１に示されるその他の系の樹脂を用いてもよい。
【００２３】
【化１】
0003831121.tif 000002
【００２４】
【表１】
0003831121.tif 000003
【００２５】
同様に、エポキシ以外の材料を用いてもよく、例えばフッ素含有のアクリレート樹脂およびメタクリレート樹脂を用いるとよい。これらの樹脂は、一般式（２）の置換基Ｒｆを表１に示される置換基で置換したものである。なお、ＸがＨのときはアクリレート樹脂を示し、ＸがＣＨ3 のときはメタクリレート樹脂を示す。
【００２６】
【化２】
0003831121.tif 000004
【００２７】
次に、本実施の形態に係る微小部品の製造工程について説明する。
図２は、微小部品の一連の製造工程を示す断面図である。
まず、図２（ａ）において、シリコン基板１上に下地層として銅薄膜２を、概ね０．２μｍの膜厚となるようにスパッタによって形成した。
【００２８】
図２（ｂ）において、上記鋼薄膜２の上面に、ＵＶ硬化型エポキシ系樹脂を、スピンコーティングによって３μｍの膜厚に積層した。そして、これに対して紫外線を照射して硬化させ、その後１５０℃で１時間熱処理を行い、ＵＶ硬化型エポキシ系樹脂硬化層３を形成した。
図２（ｃ）において、ＵＶ硬化型エポキシ系樹脂硬化層３の上面にポジ型フォトレジスト４を塗布した。
【００２９】
図２（ｄ）において、通常のフォトリソグラフィを行い、外径１２μｍ、内径８μｍのリング形のレジストマスク４ａを形成した。
図２（ｅ）において、Ｏ2 ガスを反応性ガスとして反応性イオンエッチングを行い、銅薄膜２の表面が露出した時点で停止した。その結果、ＵＶ硬化型エポキシ系樹脂硬化層３は、上記のリング形状に加工された。
【００３０】
図２（ｆ）において、レジストマスク４ａをアセトンを用いて除去した。
図２（ｇ）において、浴槽５中の剥離液６中で下地層である銅薄膜２を除去し、リング形状に加工されたＵＶ硬化型エポキシ系樹脂硬化層３からなるマイクロ物体３ａをシリコン基板１から剥離した。なお、本実施の形態では、剥離液６として希塩酸を採用した。
【００３１】
以上の結果、リング形状の微小部品を製造することができた。このとき、従来のフッ素原子を含有しないＵＶ硬化型エポキシ樹脂（ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂および２ｗｔ％の光重合開始剤からなる）においては、最大２μｍの高さの突起物（例えば、円錐状をしている）が形成されていたが、上記本実施の形態では、表面荒さ測定器の検出限界である０．０５μｍ以下に平滑に加工することができた（図１参照）。
【００３２】
なお、上記では高分子材料として、フッ素化シクロヘキサン型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂とからなるＵＶ硬化型エポキシ樹脂についての例を説明したが、本実施の形態の内容を逸脱しない範囲で、表１に示したエポキシ樹脂や、さらにその他のエポキシ系樹脂（例えば、他のビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂等）を用いてもよい。もちろん、これらの樹脂を単独で用いてもよいし、適宜複数種類のものを組み合わせて用いてもよい。
【００３３】
また、希釈剤についても、エポキシ基を有する低粘度な樹脂であれば、その他の樹脂を用いても良い。光重合開始剤についても、紫外線等の光によってエポキシ樹脂を硬化させるものであれば、他の化合物を用いても構わない。
【００３４】
また、エポキシ系以外の高分子材料についても、本実施の形態の内容を逸脱しない範囲で、フッ素原子を有する他の高分子材料（例えばアクリル系等の紫外線硬化型樹脂、エポキシ系の熱硬化性樹脂、アクリル系の熱硬化性樹脂、ウレタン系の熱硬化性樹脂、ポリエステル系の熱硬化性樹脂、シリコーン系等の熱硬化性樹脂、ポリオレフィン系等の熱可塑性樹脂、あるいは、ポリメチルメタクリレート等の溶媒希釈性樹脂）を用いてもよい。
【００３５】
また、基板としては、シリコン基板の他に、ガラス基板やセラミックス基板などを用いてもよいことはいうまでもない。エッチングガスとしては、純粋なＯ2だけでなく、分圧を調整するために窒素ガス等を酸素ガスに混合したものを用いてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明は、加工すべき高分子材料の組成物中のフッ素含有量を、１０〜３５ｗｔ％の範囲としている。そのため、ドライエッチング工程において、反応チャンバ内にフッ素系のガスを導入することなしに高分子材料からなる微小部品の加工表面を、再現性良く平滑にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る高分子材料のフッ素含有量と凹凸との関係を示したグラフである。
【図２】  本発明に係る微小部品の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１…シリコン基板、２…銅薄膜、３…ＵＶ硬化型エポキシ系樹脂硬化層、３ａ…マイクロ物体、４…ポジ型フォトレジスト、４ａ…レジストマスク、５…浴槽、６…剥離液。
【図１】
0003831121.tif 000005
【図２】
0003831121.tif 000006