(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトレジストまたは金属で形成された微小構造物層を含む加工物をラッピングする方法であって、
（ａ）軟らかい金属で作られたラッピング表面を有するラッピングプレートを備えたラッピング機を供給し、
（ｂ）ラッピングプレート表面に粗いうね付き表面を与えるようにラッピングプレートを調整し、
（ｃ）ダイアモンドラッピングスラリからラッピング表面にダイアモンドを埋込むことによって、前記ラッピングプレートを調整し、
（ｄ）ラッピングされる前記加工物をラッピングプレートに載せ、
（ｅ）ダイアモンドラッピングスラリをラッピングプレートに周期的に供給し且つダイアモンドをラッピングスラリからラッピング表面に連続的に埋込むように調整装置をラッピングプレート上に配置しながら、前記ラッピングプレート表面を前記加工物に接して回転させることによって、前記加工物をラッピングして材料を取除く、ラッピング方法。
【請求項２】
前記ラッピングプレートが銅複合材料で作られている請求の範囲第１項の方法。
【請求項３】
前記ラッピングプレートの表面が、前記ラッピングプレートの中央で、前記ラッピングプレートの外縁に対して凹状である請求の範囲第１項の方法。
【請求項４】
ラッピングプレート表面にうねを与えるようにラッピングプレートを調整する前記工程が、粗いラッピング表面仕上げを提供するために前記ラッピングプレート上に配置されたダイアモンド埋込み調整リングを使用する工程を含んでいる請求の範囲第１項の方法。
【請求項５】
ダイアモンドをダイアモンドスラリからラッピングプレートに埋込むことによってラッピングプレートを調整する前記工程が、ダイアモンドをスラリからラッピング表面に埋込むようにラッピングプレート上でダイアモンドスラリスプレの前に配置されたセラミック調整リングを使用して、工程を含んでいる請求の範囲第１項の方法。
【請求項６】
前記加工物が、厚さモニタゲージを有する真空押さえつけ取付用取付具を使用して、ラッピングプレートに取付けられており、さらに、前記加工物をラッピングしている工程の間に、該厚さゲージを使用して加工物から取除かれた材料の量をモニタする追加の工程を有する請求の範囲第１項の方法。
【請求項７】
前記加工物が、該加工物を鋼およびガラスからなる材料群から選択された材料で作られた取付けプレートに取付けること、ガラス支持片を前記加工物の回りで前記取付けプレートに取付けること、および、重しを取付けプレートに配置して前記加工物と前記ガラス支持片と前記ラッピングプレート表面との間に接触圧を与えることによって、前記ラッピングプレートに取付けられている請求の範囲第１項の方法。
【請求項８】
ラッピング工程の間に、ガラス支持片の厚さを周期的に測定する追加の工程と、取付けプレート上での重し位置を調整してガラス支持片の厚さを均一にする追加の工程とを備えている請求の範囲第７項の方法。
【請求項９】
前記加工物をラッピングする工程により、ラッピングプレートの粗くされたポリシング表面上のうねが摩耗させられた後、前記調整工程（ｂ）、（ｃ）が周期的に繰返される請求の範囲第１項の方法。
【請求項１０】
前記加工物が、フォトレジストおよび金属微小構造物を含む層がその上につけられている基板を含む請求の範囲第１項の方法。
【請求項１１】
前記加工物が、照射でパターンに露光され現像液を使用して取除き可能なフォトレジストシート部分を与える予備形成フォトレジストシートを含んでいる請求の範囲第１項の方法。
【請求項１２】
前記加工物をラッピングプレートから取外す追加の工程と、ダイアモンドスラリをしみ込ませたポリシング布によって覆われた硬いポリシングプレートを有するポリシング機を使用して加工物を仕上げポリシングする追加の工程とを含んでいる請求の範囲第１項の方法。
【請求項１３】
前記ダイアモンドラッピングスラリが、直径が約０．５μｍと３０μｍの間のサイズのダイアモンド粒子を含む請求の範囲第１項の方法。
【請求項１４】
フォトレジストまたは金属で形成された微小構造物層を含む加工物をラッピングする装置であって、
（ａ）軟らかい金属で作られたラッピング表面を有するラッピングプレートを備えたラッピング機を備え、前記ラッピングプレートは、該ラッピングプレート表面が粗いうね付き表面を有するように且つダイアモンドラッピングスラリからのダイアモンドが粗いうね付き表面に埋込まれるように、調整され、
（ｂ）ラッピングされる前記加工物を、加工物をラッピングするラッピングプレートに取付ける取付け手段と、
（ｃ）前記加工物を供給して加工物から材料を取除きながら、ダイアモンドラッピングスラリをラッピングプレート上の或る位置に周期的に供給する手段と、
（ｄ）加工物をラッピングしながら、ダイアモンドをラッピングスラリからラッピング表面に埋込む調整手段とを備え、該調整手段が、ラッピングプレート上のダイアモンドスラリが供給される前記位置と前記加工物との間に配置されている装置。
【請求項１５】
前記ラッピングプレートが銅複合材料で作られている請求の範囲第１４項の装置。
【請求項１６】
前記ラッピングプレートの表面が、前記ラッピングプレートの中央で、前記ラッピングプレートの外縁に対して凹状である請求の範囲第１４項の装置。
【請求項１７】
前記取付け手段が、前記加工物のラッピング中に前記加工物から取除かれた材料の量をモニタする厚さモニタゲージを有する真空押さえつけ取付用取付具含んでいる請求の範囲第１４項の装置。
【請求項１８】
前記取付け手段が、鋼およびガラスからなる材料の群から選択された材料で作られた取付けプレートを含み、前記加工物は、前記加工物の回りで前記取付けプレートに取付けられた同じ厚さの複数のガラス支持片に沿って取付けられており、取付けプレートへの重しが前記加工物と前記ガラス支持片と前記ラッピングプレート表面との間に接触圧を与える請求の範囲第１４項の装置。
【請求項１９】
ダイアモンドをラッピングスラリからラッピングプレート表面に連続的に埋込む手段が、ラッピングプレート上で、前記ラッピングスラリスプレとラッピングされる加工物との間に配置されたセラミック調整リングを含んでいる請求の範囲第１４項の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、概略的には、半導体およびマイクロメカニカル装置およびこれらのためのプロセス技術の分野に関連し、詳細には、フォトレジスト層および金属微小構造物層から材料を取除き、多段でかつ精密な工学的に製造された超小型構造物を形成するために、これらの層を平坦化およびポリシングする方法および装置に関する。
発明の背景
遠Ｘ線（ディープＸ線即ち短波長Ｘ線）リソグラフィは、典型的には厚さ数百μの厚いフォトレジストに覆われた基板を必要とし、この基板が、マスクを通して、遠Ｘ線で露光される。遠Ｘ線のフォトンは、光子よりはるかにエネルギが高く、厚いフォトレジスト層の完全な露光を、実行可能且つ実用的にする。さらに、遠Ｘ線のフォトンは、短波長の粒子であるから、デバイスの寸法を典型的には露光照射の２または３波長に制限する回折作用が、０．１μｍより大きいマスク寸法に対しては無い。加えて、Ｘ線フォトンは、原子処理によって吸収され、したがって、典型的には光学的な手段による厚いフォトレジストの露光を制限する定常波問題（standing wave problem）が、Ｘ線露光に対しては問題にならない。Ｘ線源のためのシンクロトロンの使用は、１平方センチ当たり数ワットの高い束密度をもたらし、優れた平行化と組み合わせられて水平方向の逃げ無しで、厚いフォトレジストの露光を行う。したがって、もし露光フォトレジストと非露光フォトレジストとの間に高い選択性を備えた現像システムを使用するなら、局部的に露光されたパターンは、垂直なフォトレジスト壁を作ることになる。この要求は、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）と水性現像システムとによって満たされる。ヒルトンヘッドのテクニカルダイジェスト，ソリッドステートセンサ  アンド  アクチュエータワークショップの１９９０年６月４−７、１１８−１２２ページのグッケル等の「マイクロメカニクス用遠Ｘ線および紫外線リソグラフィ（H.Guckel et al.，“Deep X-Ray and UV Lithographies for Micromechanics"，Technical Digest,Solid State Sensor and Actuator Workshop Hilton Head，S.C.，June 4-7，1990,pp.118-122.）参照のこと。
遠Ｘ線リソグラフィは、高いアスペクト比の構造物を形成するために、電気メッキと組み合わせられる。これは、フォトレジスト塗布に先立って、基板が適当なメッキベース(plating base)を与えられることを必要とする。典型的には、これは、メッキされる金属の薄いフィルムが付けられるクロムまたはチタンのような接着性金属のスパッタフィルムを必要とする。次いで、フォトレジスト層が、メッキベースに付けられる。適当なマスクを通した露光および現像に続いて電気メッキが行われる。これによって清掃後に、大変大きなアスペクト比を有する完全にくっついた金属構造物が得られる。このような構造物が、西ドイツのカールスルーへ大学の核物理研究所のＷ．エーフェルド(W.Ehrfeld）と同僚たちによって報告された。エーフェルドは、このプロセスを、リソグラフィと電気メッキという意味のドイツ語の単語の最初の文字に基づいて、“ＬＩＧＡ”を名付けた。ＬＩＧＡ法の概略的な論評は、Ｗ．エーフェルド(W.Ehrfeld）等による論文、“ＬＩＧＡ法：Ｘ線リソグラフィによるセンサ構造技術”，テクニカルダイジェスト，ＩＥＥＥ  ソリッドステートセンサ  アンド  アクチュエータワークショップ、１９８８年、１−４ページ（“LIGA Process：Sensor Construction Techniques Via X-Ray Lithography" Technical Digest，Solid State Sensor and Actuator Workshop，1988，pp.1-4.）によって紹介されている。
ＬＩＧＡ法に犠牲層を加えると、完全にくっついた、部分的にくっついた、あるいは、完全に自由な金属構造物の製造が容易になる。これは、ほとんど自由な３次元構造物および機械の微小構造物に組み立てるのを可能する。Ｈ．グッケル等（H.Guckel et al）のＩＥＥＥ  マイクロ  エレクトロ  メカニカル  システム会報、１月３０日−２月２日、１９９１年、７４−７９ページの“遠Ｘ線リソグラフィによる組立てられたマイクロメカニカル要素の製造”（“Fabrication of Assembled Micromechanical Components Via Deep X-Ray Lithography"，Proceedings of IEEE Micro Electro Mechanical Systems，January 30-February 2，1991，pp 74-79)を参照のこと。また、マイクロメカニカルデバイス及びこれを製造する方法について述べるグッケル等（Guckel et al）の米国特許第５，２０６，９８３号明細書および第５，３２７，０３３号明細書を参照のこと。
犠牲層有り又は無しで、複数のフォトレジスト層の数度のＸ線露光を行うことにより且つ各露光の後に複数の追加の金属層を電気メッキすることにより、ＬＩＧＡ法を拡張することが可能である。このような、多段プロセスにより、複雑な金属構造物を、超小型寸法で形成することが可能になる。多面プロセスを用いて形成される構造物は、オーバハング部分、および、液圧並びに空気圧用途に用いることができる筒状構造を有する構造物を含む。このような構造物は、犠牲層上に形成され、引き続く組立てにより複雑な構造物にできるように基板から完全に取り外せるのがよい。
ＬＩＧＡ法では、フォトレジスト層が、電気メッキ金属で満たされる凹部を有するように形成される。しかしながら、そのような層を電気メッキするさいには、メッキ速度は、満たされることになるフォトレジスト凹部のパターンに依存する。金属の均一な堆積を達成するのは難しく、したがって、堆積した金属の、直接的な高さ制御すなわちｚ軸の寸法制御が大変難しい。しかしながら、精密な工学的に製造された一段構造物および多段構造物を処理するために、正確な高さ制御が必要である。たとえば、スプリングのような正確な工学的に製造されたマイクロメカニカルデバイスを一段プロセスで製造するためには、正確な高さ制御が必要である。電気メッキ金属は、また、平坦でない表面を有している。多段プロセスでは、実質的に平らな、均一な、そして、滑らかな表面を提供するために、電気メッキされた金属を再平坦化する必要がある。このような表面は、電気メッキされたままの粗い表面より、その上に第２の電気メッキ層を設けるのにより適している。追加のフォトレジスト層の適当な接着のためにも、平坦化は必要である。多段プロセス、および、精密な工学製造された部品を製造する際のｚ軸（垂直）方向の正確な寸法制御は、平坦化なしでは、本質的に不可能である。
電気メッキ金属層を再平坦化する１つの方法は、実質的に平ら且つ滑らかな表面を得るために、ダイヤモンドフライカッタのような市場で入手可能なマイクロミーリング装置を使った、電気メッキ金属層の機械加工、例えば、機械的な磨き（グラインディング：grinding）すなわち削り（ミーリング：millimg）を必要とする。しかしながら、そのような機械加工は、電気メッキ金属構造体に隣接して、ポリマーのフォトレジストが残っている場合には、困難あるいは不可能である。一般的に、フォトレジストと金属の両方にわたって機械加工を行うことは出来ない。フォトレジストは、比較的、機械的に弱くて、削られるにつれて、千切れ且つ裂けることになる。又、フォトレジストは、比較的小さく壊れ易い金属の微小構造物を水平方向に支えるのに十分強くない。もし、フォトレジストが外れてしまい、そして、孤立してしまった金属構造物の機械加工を行われると、このような機械加工は極めて難しく、金属構造物の部分を基板から剥いでしまうといった、金属構造物の本質的な損傷の危険が生じることになる。
この問題の１つの解決法が、「犠牲金属層を用いた多段層Ｘ線リソグラフィによる微小構造物の形成(Formation of Microstructure by Multiple Level Deep X-Ray Lithography with Sacrificial Metal Layers)という名称のヘンリ  グッケル(Henry Guckel)の米国特許第５，１９０，６３７号明細書に提示されている。この発明のプロセスを実行する際には、フォトレジスト層の凹部に金属を電気メッキする通常のＬＩＧＡプロセスを使用して第１金属層が作られる。次いで、フォトレジスト層が、そっくり、取除かれる。次いで、犠牲金属で構成される第２金属が、前に堆積されていた第１金属の第１層の上に電気メッキされる。第２金属は、第１金属に実質的に影響を及ぼさない選択されたエッチング液によって、差別的にエッチングされるように選択される。次いで、堆積された第２金属の露出面が、第１金属を露出させ、且つ、第１および第２の金属にわたって延びる実質的に平ら且つ均一な面を達成する高さまで、機械加工される。機械加工により、第１金属の第１層の厚さを、厳密に制御することが可能になる。第１および第２の金属の第１層が所望の高さまで機械加工された後、第１および第２の金属を採用する同じ手順で、追加の層を第１層の上に形成してもよい。これによって、微小構造物が、複数の第１の金属層で形成される。選択的なエッチング液を使用して、第２の即ち犠牲金属を第１金属の構造物の周囲から取除いてもよい。第１金属の各層を完全に覆うための第２の即ち犠牲金属の利用は、第２金属が囲み且つ支持している第１金属に第２金属が与える機械的安定性によって、第１および第２の金属の両方の機械加工を容易にする。しかしながら、この方法を使用する微小構造物の形成は、各段で実施される別の電気メッキ工程と、犠牲金属を取除くために実施される最終エッチング工程とを必要とし、これによって、金属微小構造物プロセスが複雑になる。
金属微小構造物を形成する多段プロセスを、電気メッキ工程を行う前に、互いに接着され、かつ、基板に接着した予備形成フォトレジストシートを使用して達成してもよい。このプロセスは、「予備形成されたフォトレジストシートを使用する微小構造物の形成(Formation of Microstructures Using a Preformed Photoresist Sheet)という名称のヘンリ  グッケル(Henry Guckel)の米国特許第５，３７８，５８３号明細書に説明されている。予備形成フォトレジストシートの使用により、液体の形態で基板に直接つけられ次いでアニール処理される伝統的なフォトレジスト層で可能であるより厚いフォトレジスト層を使用することが可能となる。予備形成フォトレジストシート層は、パターンに露光され、必ずしも必要ではないが、一緒にまたは基板に接着される前に現像されるのがよい。商業的に入手可能なミーリング装置（millimg equipment）を使用して、各層を、所望の厚さまで機械的に削ってもよい。例えば、予備形成フォトレジストシートを、フォトレジストシートを部分的にだけ通る深さまでＸ線照射で露光し、基板または第２のフォトレジストシートに接着し、次いで、削ってシートのＸ線露光部分を露出させるのがよい。露光され、現像され、そして、削られたフォトレジストシートを、単独でまたは複数層組み合わせて使用し、フォトレジスト微小構造物を形成してもよい。多段フォトレジスト構造物は電気メッキ金属構造物を形成するための型として基板に接着されても、または、それ自身で独立した利用形態を有してもよい。しかしながら、従来の方法でフォトレジストを削ることは、上述したように、フォトレジストシートを、千切り、裂き、さもなければ、損傷する剪断力を導く。
発明の概要
本発明によれば、フォトレジストおよび金属微小構造物層の平坦化が、制御された条件下でのラッピングおよびポリシングによって達成される。層から材料を取除いて層を平坦化するためにラッピングが行われる。次いで、層表面に所望の滑らかな仕上げを与えるためにポリシングが行われる。本発明は、金属微小構造物のｚ軸方向の高さを制御し、この高さ制御が単段プロセスでスプリングのような精密な微小構造物を製造するために必要である。本発明は、また、フォトレジストおよび堆積金属層の再平坦化を提供し、次のフォトレジストおよび金属層をつけるための準備中に、この層を所望の厚さにし且つこの層の表面を滑らかにする。これによって、本発明は、正確なｚ軸方向の制御および単段プロセスの安定性に加えて、多段微小構造物プロセスを容易にする。本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置は、設計された高さより上の全ての過剰な金属およびフォトレジストをフォトレジスト−金属層から除去する。本発明による平坦化の後、フォトレジストと金属の高さは同じになる。平坦化されたフォトレジストと金属の表面は、滑らかで殆ど光学的な仕上げを呈することになる。本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置は、比較的小さな剪断力を導き、これによって、千切れ或いは裂け、又は、基板へのフォトレジストまたは金属層の付着の低下によるフォトレジストの損傷を防止し、構造物がより巾広である場合よりはるかに高く、ｚ軸方向に制御され垂直方向に向いた構造物の製造を容易にする。
本発明のラッピングおよびポリシング方法は、銅複合材料のような軟らかい材料で作られたラッピング面を有するラッピングプレートを備えているラッピング機（ラッピングマシン）を用いる。ラッピングプレートは、好ましくは僅かに凹状形状であるラッピング面を有するように調整されている。ラッピングプレートの表面は、ラッピング面にうねを形成するダイアモンド調整リングを使用して、調整されるのが好ましい。ダイアモンド調整リングの粒度すなわちグリットは、ポリシングの間に使用されることになるダイアモンドスラリ内の粒のサイズに基づいて選択される。ダイアモンド調整リングを使った調整の後、ラッピングプレート面を入念に掃除する。次いで、液体スラリ内の固定しないダイアモンドをプレートにスプレする。好ましくはセラミックで作られている第２の調整リングが、細かい寸法のダイアモンドを、スラリからラッピングプレートの粗いうね付き面に埋込むのを促進するために使用される。これによって、ラッピングプレートは、平坦化する必要があるフォトレジスト層または金属層を有する加工物から材料を取り除く準備ができる。
種々の取付具および技術を使用して、平坦化すべき加工物をラッピングプレートに取付けるのがよい。例えば、厚さモニタゲージを有する市販の真空チャック押さえつけ取付具、または、平らな鋼あるいはガラス取付け板へのワックス取付けを、ラッピングプレートに加工物を取付けるために使用するのがよい。ラッピングプレートと加工物との間の接触圧を所望レベルまで増加させるために、取付具に重しをつけるのが好ましい。ラッピングプロセス中に、ダイアモンドスラリを、ラッピングプレート上に周期的にスプレし、そして、平坦化すべき表面に接触させてラッピングプレートを回転させながら、セラミックの調整リングによって、ラッピングプレートの表面に埋込む。剪断力および平坦化された表面の最終仕上げは、スラリ内のダイアモンドの寸法形状によって、部分的に、決定される。加工物から取除かれる材料の量は、ラッピングプロセス中にモニタされている。延長したラッピング持続時間の後、ラッピングプレートの表面に形成されたうねが摩耗するにつれて、切削速度は低下することになる。この時点で、ラッピングプレートの表面を掃除し、且つ、ダイアモンド調整リングおよびセラミック調整リングを使用して再調整するのがよい。
幾つかの金属では、本発明のラッピングプロセスによって、基板上に形成された微小構造物からの金属が、隣接するフォトレジスト領域に入込む。このような場合には、ダイアモンドスラリを使用して、存在している汚れを取除くために延長した時間の間、中間の重さでラッピングをしながら、最後のラッピング工程を行うのがよい。この最終ラッピング工程は、フォトレジスト−金属層が、微小部分の最終所望厚さから１０−１５μｍ以内まで減少した後のみに使用される。
ラッピング、および、もし必要であるなら最終ラッピングの後に、ポリシング工程を行う。ポリシング工程は、ダイアモンドスラリをしみ込ませたポリシング布で覆われた硬い（ステンレス鋼の）ポリシングプレートを備えたポリシング機（ポリッシャ）を使用する。ポリシング工程は、ポリシングされる層から３−４μｍの追加の材料を削って、加工物に特定のフォトレジスト−金属高さで、鏡面仕上げを作る。
予備形成したフォトレジストシートから材料を取除いて、シートの表面を平坦化し、シートに所望の鏡面仕上げをするために、本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置を使用してもよい。本発明の方法および装置を使用するフォトレジスト層のラッピングおよびポリシングは、溶剤結合によってフォトレジストシートが一緒に接着する能力を高める。フォトレジストシートのラッピングおよびポリシングは、フォトレジストシートがＸ線に露光される前および後のいずれでも、フォトレジストの露光部分が現像される前および後のいずれでも、また、フォトレジストシートが他のフォトレジストシートに接着される或いは基板につけられる前および後のいずれに、行われてもよい。本発明のラッピングおよびポリシング方法にしたがって平坦化されるフォトレジストシートは、同様に処理された他のフォトレジストシートと組み合わせて使用されて、独立した用途を有するフォトレジスト積層構造物を形成してもよく、また、基板に接着されたときには、多段電気メッキ金属微小構造物を製造するために使用されてもよい。
本発明の他の目的、特徴、および、利点は、添付図面と関連させたとき、以下の詳細な説明から、明らかになる。
【図面の簡単な説明】
添付図面において、
図１は、メッキベース層とその上に形成されたフォトレジスト層とを備えた基板の簡略化された例示的な側面図である。
図２は、Ｘ線マスクを通してＸ線照射で露光された図１のフォトレジストおよび基板を示す例示的な図面である。
図３は、露光されたフォトレジストを現像した後の、図２の基板およびフォトレジストを示す例示的な図面である。
図４は、金属微小構造物が、露光されたフォトレジストを取除いた領域でメッキベース上に電気メッキされた後の、図３の基板およびフォトレジストを示す例示的な図面である。
図５は、本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置を使用してフォトレジスト−金属層を再平坦化した後の、図４の基板、フォトレジストおよび金属微小構造物の例示的な図面である。
図６は、フォトレジストの第２層がその上に形成された、図５の基板と平坦化したフォトレジスト−金属層の例示的な図面である。
図７は、フォトレジストの第２層をＸ線マスクを通してＸ線照射で露光され、かつ、フォトレジストの第２層の露光部分を現像した後の、図６の多段構造物を示す例示的な図面である。
図８は、第２金属層が、取除かれたフォトレジストの第２層の部分内であり且つ第１電気メッキ金属層上に電気メッキされている図７の多段構造物を示す例示的な図面である。
図９は、本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置を使用して、第２のフォトレジスト−金属層を再平坦化した後の図８の多段構造物を示している。
図１０は、本発明にしたがって使用される凹状ラッピングプレートの平面度を測定する平面度ゲージの使用を示している。
図１１は、本発明にしたがってラッピングプレートを調整するための、図１０の凹状ラッピングプレートへのダイアモンド調整リングの位置決めを示している。
図１２は、本発明にしたがって使用される凸状ラッピングプレートの平面度を測定する平面度ゲージの使用を示している。
図１３は、本発明にしたがってラッピングプレートを調整するための、図１２の凸状ラッピングプレートへのダイアモンド調整リングの位置決めを示している。
図１４は、本発明にしたがって使用されるラッピングプレートの中心と外縁との間が凹状であるポリシング面を有するラッピングプレートの平面度を測定するための平面度ゲージの使用を示している。
図１５は、本発明にしたがってラッピングプレートを調整するために図１４のラッピングプレートへのダイアモンド調整リングの位置決めを示している。
図１６は、ダイアモンドスラリのスプレおよびセラミック調整リングを使用して本発明にしたがってラッピングプレートをさらに調整することを示している。
図１７は、本発明のラッピングおよびポリシングの方法にしたがった加工物の平坦化の間の、ラッピングプレート上での、ダイアモンドスラリスプレ、セラミック調整力および加工物の相対位置を示している。
図１８は、結果として生ずるかもしれない電気メッキ金属の入込みを示す、最初に本発明にしたがって平坦化されたフォトレジスト−金属層を有する基板の例示的な図面である。
図１９は、ガラス支持片と一緒にラッピングされる加工物が取付けられる取付けプレートの例示的な平面図である。
図２０は、図１９の２０−２０線における例示的な断面図である。
図２１は、Ｘ線マスクを通してＸ線照射で露光される比較的厚い予備形成フォトレジストシートの例示的な側面図である。
図２２は、図２１に示される方法でＸ線マスクを通してＸ線照射で露光され、かつ、露光されたフォトレジストを取除くために現像された２枚の比較的厚い予備形成フォトレジストシートの例示的な側面図である。
図２３は、図２２の予備形成され、露光され且つ現像され、露光表面で一緒に結合されたフォトレジストシートの２層を示す例示的な図面である。
図２４は、本発明のラッピングおよびポリシング方法および装置を使用して、最上層を平坦化し、最上層の現像された領域を完全に露出させた後の、図２３のフォトレジスト層の例示的な図面である。
図２５は、図２１−図２４に関連して図示された方法で形成されたもう一つのフォトレジスト層が追加された、図２４のフォトレジスト層の例示的な図面である。
図２６は、本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置にしたがって厚いフォトレジスト層のラッピングおよびポリシングを行う前の最上層の自由面が基板に結合された、図２５の多層フォトレジスト積層体の例示的な図面である。
発明の詳細な説明
本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置は、ＬＩＧＡプロセスおよびその延長で実施される単段（単層）または多段（多層）の微小構造物の製造に利用することができる。本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置を利用した金属微小構造物の形成を行うための例示的プロセスを概略的に後述する。ＬＩＧＡプロセスそれ自身の詳細は、当業者にとって公知である。マイクロメカニカル構造物の製造を実施するための例示的なプロセスの詳細な説明は、例えば、ヘンリ  グッケル(Henry Guckel)の「犠牲金属層を用いる多段遠Ｘ線リソグラフィによる微小構造物の製造」という名称の米国特許第５，１９０，６３７号明細書に述べられており、この特許明細書の開示を本件出願に援用する。
多段金属微小構造物を形成するために本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置を利用する基本的なプロセスを、図１−図９を参照して、例示する。図１を参照すると、半導体および絶縁体などを含む種々の金属を備えているのがよい基板３０が設けられている。金属メッキベース３１が、たとえば、スパッタリングによって、基板３０の最上面に堆積させられる。基板３０は、導電性金属で構成することができ、この場合には、メッキベースは不要である。基板３０から外される部品を製造するためには、犠牲解放層（図示せず）を、メッキベース層３１の下に使用するのがよい。次いで、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のフォトレジスト層３３を、基板につける。使用される照射のタイプ、所望の露光深さおよび利用可能なフォトレジストの性質に応じて、ポジ型またはネガ型フォトレジストを使用できることが明らかである。フォトレジスト層３は、所望の厚さまでつけられ即ちキャストオン(cast-on）されても、又は、予備形成フォトレジストシートとしてつけられてもよい。金属微小構造物の製造における予備形成フォトレジストシートの使用は、ヘンリ  グッケル等（Henry Guckel et al）の「予備形成フォトレジストシートを使用する微小構造物の製造」という名称の米国特許第５，３７８，５８３号明細書に述べられており、この特許明細書の開示を本件出願に援用する。もし、予備形成フォトレジストシートを使用するならば、予備形成フォトレジストシートを、基板３０に接着される前に照射で露光し且つ現像するのがよい。
図２に示されているように、Ｘ線吸収パターン３５が形成されたＸ線マスク２４が、シンクロトン照射Ｘ線３６からのパターン露光を作り、フォトレジストシート３３に露光パターン３７を作る。最大の深さと最小の逃げ（run-out）の構造物を得るために、シンクロトロンＸ線３６からなる照射でフォトレジスト３３を露光するのが好ましいが、より薄い構造体の場合には、例えば、紫外線（ＵＶ）または非シンクロトロン源Ｘ線のような他の照射を使用してもよいことが明らかである。次いで、露光されたメッキベース３１のパターン化された部分３８を、図３に示されるように残して、露光したフォトレジスト３７を取除くため、高選択性現像液を使用し、露光したフォトレジスト３７を現像する。
図４に示されているように、次いで、金属微小構造物３９を、メッキベース３１の露光部分３８上に電気メッキする。金属構造物は、電気メッキされているのではなく、フォトレジストの中に形成された空隙の中に詰込まれるのがよいことに留意されたい。典型的な金属構造物３９はニッケルで作られているのがよいが、この業界で知られているように、他の種々の金属を使用して微小構造物３９を形成してもよい。電気メッキプロセスでは、メッキ速度は、微小構造物を形成するのに使用されるフォトレジスト３３のパターンに部分的に依存する。電気メッキ金属３９の均一な堆積を、達成するのは大変難しい。したがって、電気メッキ金属構造物３９の直接的な高さ制御は大変難しく、その結果、平坦ではない上面を有する微小構造物３９になる。図４に図示されているように、電気メッキ構造物３９のｚ軸方向の変動は、極端である。これは、フォトレジスト層３３によって形成される井戸の壁の近傍で特に明らかであり、そこでは、追加の材料が堆積し、最終的な所望の微小構造物高さほどのｚ軸方向の厚さになることもある。
スプリングのような精密な微小構造物を、単段プロセスで製造するためには、金属微小構造物３９のｚ軸方向高さの厳重な制御が必要である。さらに、多段プロセスを使用する微小構造物の形成では、第１フォトレジスト−金属層を、その後のフォトレジスト−金属層を取付ける前に、平坦化することが必要である。下の第１フォトレジスト−金属層にその後のフォトレジスト層を適当に接着するために、そして、第２電気メッキ金属層の第１層への適当な接着のために、再平坦化が必要である。再平坦化なしでは、正確な工作処理すなわちエンジニアリングと多段プロセスとは、典型的には不可能である。
このように、金属微小構造物の製造の次の工程は、単段プロセスまたは多段プロセスのいずれであっても、本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置を使用するフォトレジスト−金属層の再平坦化である。再平坦化された表面４０を有する構造物が、図５に示されている。本発明のラッピングの方法および装置は、設計高さから上で、微小構造物３９から全ての過剰な金属を取除く。フォトレジスト３３の幾らが、本質的に同じ割合で、取除かれ、再平坦化の後には、同じ厚さを有するフォトレジスト層３３および金属微小構造物３９になる。本発明のポリシングの方法および装置は、ほぼ光学的な仕上げ面を呈する平坦化されたフォトレジスト−金属表面構造４０を提供する。ラッピングおよびポリシングプロセスの間、フォトレジスト３３および微小構造物３９にかかる剪断力は小さく保たれ、金属構造物３９またはフォトレジスト３３と、メッキベース３１またはこれらの下の基板３０との間の接着の低下を防止する。これが、巾広より著しく高さが大きい、垂直（上下）方向に寸法決めされた微小構造物の製造を容易にする。例えば、本発明のラッピングおよびポリシング方法は、直径１００μｍで、高さ３５０μｍの柱を含む静電アクチベータ（activator）の製造で使用される。小さくなった剪断力は、また、フォトレジスト３３の表面の裂け、千切れ、または、他の損傷を防止する。本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置を以下に詳述する。
本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置を使用してフォトレジスト−金属表面４０を再平坦化した後、過剰なフォトレジスト３３およびメッキベース３１を取除いても、（犠牲解放層を使用して）微小構造物３９を基板から取除いても、または、多面微小構造物を形成するために微小構造物製造プロセスを続行してもよい。図６に示されているように、フォトレジストの第２層４１が、平坦化されたフォトレジスト−金属面表面４０につけられる。本発明の方法および装置でラッピングされ且つポリシングされた滑らかな表面４０により、フォトレジスト層３３、４１間のより良い接着が可能になる。上述したように、第２フォトレジスト層４１を、在来の方法でキャストオン、または、予備成形したフォトレジストシートとして、再平坦化した表面４０につけるのがよい。上述したように、もし第２フォトレジスト層４１を形成するために、予備形成フォトレジストシートを使用するなら、平坦化したフォトレジスト−金属表面４０につけるまえに、フォトレジストシートを照射で露光しかつ現像するのよい。次いで、第２フォトレジスト層４１を、Ｘ線マスクを使用してＸ線でパターンに露光し、そして、現像し、図７に示されているような構造体を形成し、ここでは、第２フォトレジスト層４１の一部分が取除かれ、第１金属微小構造物層３９の平坦化された表面を露出させている。次いで、金属４２の第２層を第１金属層３９の上に電気メッキし、図８に示されているような多段微小構造物を形成する。上述したように、電気メッキプロセスによって、堆積金属４２のｚ軸線方向の高さ制御を行うことはできない。堆積構造物４２の高さの変動は、極端である。したがって、フォトレジストと金属の厚さを同じにし且つフォトレジストと金属の表面がほとんど光学的な仕上げ面を呈するように、第２金属層４２から過剰な金属を取り除き、第２金属層４２を所望の厚さまで縮少させ、かつ、フォトレジスト−金属層を再平坦化させるように、本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置を使用して、第２フォトレジスト−金属層を再平坦化するのが好ましい。第２フォトレジスト−金属層の再平坦化した表面４４を有する結果物の構造物を図９に示す。このようにして、第２表面４４が、追加のフォトレジストおよび金属層を上述した方法でつけてもっと多くの金属層を有する微小構造物を形成するために、準備される。この時点でプロセスを止めて、残っているフォトレジスト層３３、４１を取除き、２つの金属層３９、４２を備えた自立する多面金属微小構造物をつくってもよい。また、犠牲解放層（図示せず）を使用して、金属微小構造物を基板３０から取外して、自由な金属微小構造物を形成してもよい。
本発明は、ダイアモンドラッピングおよびポリシングの技術を使用しており、この技術において、剪断力を最小にしつつ、フォトレジスト表面および金属表面の再平坦化と、ほぼ光学的な仕上げまでのポリシングとが達成される。以下の説明において、用語「ラッピング」は、ラッピングプレートに埋込まれたダイアモンドを使用した、比較的高い速度の、表面からの材料取除きを指すのに使用される。「ポリシング」は、典型的にはポリシング布に埋込まれた、自由な非埋込みダイアモンドスラリを使用して、表面に滑らかな光学的仕上げを与えることを指す。ポリシングは、ラッピングに続いて使用され、ポリシングされた表面から少しの追加の材料を取除く。
本発明による加工物のラッピングでは、イリノイ州ホイーリング(Wheeling，Illinois）のエンジス社(Engis Corp.）から入手可能であるＬＭ  １１５  ハイプレズ  ラッピング機(LM 115 Hyprez Lapping Mchine)のような在来のラッピング機が使用される。ラッピング機は、図１０に示されているように、ラッピングプレート５０を備えている。ラッピングプレート５０は、軟らかい金属材料で作られたラッピング面５１を有している。例えば、銅複合材料で作られた直径１５インチ（約３８ｃｍ）のラッピングプレート５０を使用するのが好ましい。そのような銅複合材料のラッピングプレートもまた、エンジス社(Engis Corp.）から入手可能である。ラッピングプレート５０の平面度は、エンジス社(Engis Corp.）から入手可能な平面度ゲージ５２を使用して決定されるのが好ましい。平面度ゲージ５２は、平らな御影石ブロックの上で較正されるのが好ましい。ラッピングプレート表面５１は、その外縁に対してその中央が僅かに凹状であるのが好ましい。したがって、図１０に示されているように、平面度ゲージ５２は、ラッピングプレートの中央の近傍の内側位置では、負の示数を示すことになる。ラッピングプレートの凹面は、ラッピングプレート５０の中央で、ラッピングプレート５０の外縁に対して、０．０００２インチ（約０．００５ｍｍ）乃至０．０００５インチ（約０．０１２７ｍｍ）の凹面であるのが好ましい。（図１０に示されている凹面は、例示目的のために、誇張されている。）ラッピングプレート５０がラッピングプロセス中にほぼ完全に平らな表面５１（ゼロミル平面度：zero mil faltness）を有するように、ラッピングプレート５０の凹面を維持するのが重要である。ラッピングプレート５０を形成する銅複合材料は、ある時間（over time)膨脹を受ける。ラッピングプレートが凸状位置にあるならば、ラッピングプレート５０をゼロミル平面度に維持することは困難である。これは、ラッピングプロセスのｚ軸方向の安定性に悪影響を及ぼすことになる。
ラッピングプレート５０は、ラッピング表面５１に制御された高さのうね小さなうね（隆起）を形成するように調整される。ラッピングプレート５０は、図１１に示されるように、ダイアモンド調整リング５４を使用して調整されるのが好ましい。ダイアモンド調整リング５４は、リング５４と接触しながらプレート５０が回転させられたときに、ラッピングプレート５０の表面５１にうねを形成するダイアモンドが埋込まれた表面５６を有している。種々の粒度のダイアモンド調整リング５４が、エンジス社(Engis Corp.）から入手可能である。ラッピングプロセスが１０μｍよる大きなサイズのダイアモンド粒子を有するダイアモンドスラリを利用するなら、コースグリッドダイアモンドリング（６０−８０粒度）を使用するのが好ましい。さもなければ、より細かい粒度のダイアモンド調整リング（１４０−１７０粒度）を使用してもよい。銅複合材料ラッピングプレート５０に対しては、ラッピングプレート５０を、ダイアモンド調整の前に、（エンジス社(Engis Corp.）から入手可能である）Ｗ−潤滑材（W-Lubricant)で、常に濡らすべきである。ダイアモンド調整に対する典型的な持続時間は、ラッピングプレート５０が毎分６０回転（６０ｒｐｍ）のとき、２分であるが、使用するスラリのサイズに依存することになる。
ダイアモンド調整は、ラッピングプレート５０に粗いうね付き表面５１を与え、また、ラッピングプレートの所望の凹面を得るに使用してもよい。調整プロセス中のダイアモンド調整リング５４の位置は、ラッピングプレート５０の初期平面度に応じて決定されるのが好ましい。凹状のラッピングプレート５０に対する調整リング５４の好ましい位置を、図１１に示す。凸状ラッピングプレート５０に対しては、図１２に示されるように、平面度ゲージ５２が、ラッピングプレート５０の中央に近いラッピングプレートの内側位置で、正の示数を示すことになる。凸状ラッピングプレート５０に対するダイアモンド調整リング５４の好ましい位置を、図１３に示す。図示されているように、調整リング５４の一つの縁が、ラッピングプレート５０の外縁と整列させられている。図１４は、ラッピングプレート表面５１がラッピングプレート５０の外縁と中央との間で、中空即ち凹状であるラッピングプレート５０を示している。このタイプのラッピングプレートに対して、ダイアモンド調整リング５４の好ましい位置を、図１５に示す。図示されているように、ダイアモンド調整リング５４は、ラッピングプレート表面５１で凹面をおおって、中央に配置されている。
ダイアモンド調整の後、きれいな布でのラッピングプレート表面の拭いがプレートに残っている銅粒子の跡を見えなくするように、ラッピングプレート５０を全体的に清掃する。次いで、平面度ゲージ５２を使用して、ラッピングプレート５０の平面度を再測定し、もし必要なら、所望の凹面を得るためにプレートを再調整するのが好ましい。
第２調整工程がダイアモンド調整に続く。この工程の間、図１６に示されるように、液体スラリ５８で自由なダイアモンド粒子が、ノズル６０からラッピングプレート５０の表面５１にスプレされる。ダイアモンドラッピング／ポリシングスラリは、鉱油に浮遊させらた種々のダイアモンド粒サイズ（０．５μｍ−３０μｍ）で、エンジス社(Engis Corp.）から入手可能である。使用されるダイアモンド粒サイズは、ポリシングされた表面の仕上げ、材料取り除き速度、および、望まれているポリシングに依存する。また、ダイアモンドサイズは、ラッピングされる表面にかかることになる剪断力に影響を及ぼす。この第２の調整工程において、ダイアモンドスラリ５８は、プレートが毎分約５０回転（５０ｒｐｍ）であるとき、約５秒間、ラッピングプレート５０の表面５１にスプレされるのが好ましい。次いで、きれいで且つ乾いたセラミック調整リング６２を、ポリシング機のローラアームの一つで、ラッピングプレート５０上でスプレ位置の前方に、配置する。セラミック調整リング６２は、図示されているように、ラッピングプレート５０のラッピング表面にわたって中央に配置されているのが好ましい。エンジス社(Engis Corp.）から入手可能であるセラミック調整リング６２は、また、細かいサイズのダイアモンドが、スラリ５８から、ラッピングプレート５０、特に、第１調整工程中にダイアモンド調整リング５４によって形成されたうねに、埋込まれるのを助ける。これは、ダイアモンドが、ラッピングプロセス中を、ラッピングプレート表面で転がるのを防止する。セラミック調整リング６２を適所において、ノズル６０がダイアモンドスラリ５８をラッピングプレート５０の表面５１に４０秒の間隔の後に３−４秒間、分配しながら、第２調整工程を約１分間続けるのが好ましい。調整されたラッピングプレート５０は、その上にフォトレジスト−金属層が堆積されている基板ウエハ又は同様の微小構造物部品のような加工物をラッピングするために準備される。
ラッピングされる加工物を、ラッピングのために、ラッピングプレート５０に載せる。ラッピングされる物は、例えば、ラプマスタ社(Lapmaster）のアキュポリ真空取付具(Accupol Vacuum Fixture)の真空押しつけを使用するプレートに載せられるのがよい。この装置は、組込みの厚さモニタ能力を有している。取付具の厚さモニタゲージを零設定するために、アキュポリ真空取付具を平らな御影石ブロック上に配置するのがよい。次いで、電気メッキされたウエハ基板またはラッピングする他の加工物を、取付具の真空チャックに載せ、取付け具を、セラミック調整リング６２の前でラッピングプレート５０に配置する。真空チャックとラッピングプレート表面５１との間の角度は、出来るだけ９０°に近いことが好ましい。ダイアモンドスラリスプレ５８、セラミック調整リング６２およびラッピングする加工物６４の、矢印６６で示されるラッピングプレート５０の回転に関するラッピングプレート表面５１上での相対位置が、図１７に示されている。加工物６４とプレート５０の表面５１との間に最大６ｐｓｉの接触圧をもたらすために、重しが取付け具につけられる。ラッピングされる微小部品に配置される重しは、この部品の幾何学形状と寸法に基づく。小さな寸法の構造物（例えば、１００μｍ×１００μｍ、高さ５０μｍ）は、剪断力による接着ロスを避けるため、開始重さが最小にされること必要とする。大きな寸法部品をラッピングするためには、大きな接触圧が必要とされる。使用されないときには、重し、調整リングなどはラッピングプレート５０上に放置されるべきでない。
例えば毎分２５回転（２５ｒｐｍ）のラッピングプレート５０の開始回転で、ラッピングプロセスを開始し、回転を毎分４０回転（４０ｒｐｍ）まで、ゆっくりと増加させる。ダイアモンドスラリ５８は、３０−４０秒の規則的な間隔で、２−３秒間、分配されるのが好ましい。ラッピングされる加工物にかかる剪断力、および、最終的に達成される表面仕上げの特性は、スラリのダイアモンドサイズによって部分的に制御される。大きなスラリサイズは、より大きな剪断力とより粗い最終仕上げとをもたらす。
本発明のラッピングの方法および装置は、軟らかい金属のラッピングプレート５０と組み合わせてダイアモンドスラリ５８を使用することによって、剪断力を減らす。ラッピングが続くにつれて、剪断力が増大するのでラッピングプレート５０のうねに埋込まれたダイアモンド粒が、除去されることになり、むしろラッピングされるフォトレジスト又は金属への損傷を引きおこす。
このようにして、高い剪断力によってフォトレジスト−金属層と下の基板の間の接着を損なうことなく、フォトレジスト−金属層のラッピングを達成できる。フォトレジスト層表面の千切れおよび裂けの危険性を同様に減少させる。
上述の方法でダイアモンド調整リングおよびセラミック調整リングを使用して、ラッピングプレート５０を周期的に再調整すべきである。再調整は、ラッピングを２０−３０分行う毎に、または、切削速度が著しく（５０％を越えるまで）低下したときに行うべきである。ダイアモンド調整リングとセラミック調整リングと、上述したプロセスとを使用して再調整する前に、ラッピングプレート５０を、脱イオン水と石鹸水で洗浄し、すっかり乾燥させるのが好ましい。ある期間後には、ラッピングプレート５０の表面に形成されたうねがダイアモンド調整リング５４を使用する初期調整中に摩耗するので、再調整は必要である。
ラッピングする加工物６４から切削された材料の量は、真空取付具の厚さゲージを使ってラッピングプロセス中にモニタされる。いくつか電気メッキ金属では、上述したラッピングプロセスにより微小構造物からの金属が隣接するフォトレジスト領域に入込む（にじむ）。この入込み６８を、上述した方法を使用した初期ラッピングの後の図４のフォトレジストおよび金属層を備えた基板を示す図１８に図示する。一般的に、この入込み（にじみ即ちスメア:sumearing）は、許容できるものではない。したがって、加工物６４の構造物高さが、最終的な所望の高さの１０−２０μｍ以内まで減少すると、最終ラッピング工程を利用するのが好ましい。ラッピングプレート５０を上述したように再調整し、そして１μｍのダイアモンドスラリと２−３ｐｓｉの中くらいの接触圧重しを使用して毎分４０回転（４０ｒｐｍ）の回転速度で、延長した時間の間、仕上げラッピングプロセスが続く。仕上げラッピング工程は、ラッピングされる表面から追加の１５−２５μｍの材料を取り除く。これは、加工物表面から全ての入込み（にじみ）を取り除く。仕上げラッピングは、高さが最終所望高さの１０μｍ以内になったとき、加工物表面を検査するために中断されるのが好ましい。もし、入込み（にじみ）が残っていたなら、ラッピングプレートへの重しを大きくして最終ラッピング工程中の接触圧を増大させるのがよい。この工程が完了すると、加工物６４の表面の全ての電気メッキ領域が、ラッピングプレート表面５１と接触しているべきである。所望の厚さ（構造物高さ）に達したとき、加工物６４を、ラッピングプレート５０から取外す。プレート５０から真空取付け具を取外すため、真空取付具は、ラッピングプレート５０から垂直方向に持ち上げられることはなく、半径方向外方にスライドさせられる。
ラッピングされた部品が最終所望高さの３−５μｍ以内まで縮少させられると、加工物表面に滑らかな最終仕上げを付与するためにポリシング工程を用いるのが好ましい。この追加のポリシング工程は、ポリシング布で覆われた硬いポリシングプレートを使用して行われる。例えば、ブーラ社(Beuhler Corp.）が供給する、自己接着性のまたはＰＳＡ裏打ちのナイロンポリシング布で覆われた表面平面度が０．０００２インチ（約０．００５ｍｍ）のステンレス鋼プレートを使用するのがよい。この布で覆われたポリシングプレートは、本発明の最初のラッピング工程を行うラッピング機とは別のポリシング機またはラッピング機で使用されるのが好ましい。ポリシング布は、最初、エンジス社(Engis Corp.）から入手可能である１μｍのダイアモンドポリシングスラリをしみ込まされている。加工物６４を、ポリシング機に載せる前に、加工物６４および加工物ホルダを綿密に清掃するのが好ましい。これにより、ラッピング機からの粒子がポリシング機に移るの防止できる。各々の別のラッピング機またはポリシング機に対して、別の真空取付具を使用することが好ましい。最終ポリシングは、毎分８０回転（８０ｒｐｍ）のポリシングプレート回転速度で、約１５分間続くのが好ましい。仕上げポリシングは、ポリシングする表面から３−４μｍの追加の材料を切削する。最終仕上げ工程は、特定の構造物高さにポリシングされた鏡面仕上げを備えた加工物を作る。
ここで説明したラッピングおよびポリシング方法は、ニッケル、ニッケル／鉄、銅で作られた金属微小構造物を含むフォトレジスト−金属層を再平坦化するために利用されてきた。ラッピングおよびポリシングした表面の輪郭測定法(surface profilometry)は、個々の微小構造物部品内では実質的に０．５μｍより小さい高さ変動を、５０×３０ｍｍの全体領域では１−２μｍの変動を示す。サンプルの走査電子顕微鏡写真は、ラッピングおよびポリシングされた部品に入り込み（にじみ）がないことを示す。
ここで述べた本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置の変形は、真空取付具の代わりに、ラッピングプレート５０上で加工物６４を支持するために、鋼またはガラスの取付けプレートを使用することによって達成される。図１９に示される取付けプレート７０は、ガラスまたは鋼で作られ、直径約６インチ（約１５ｃｍ）で、両面が５×１０-5インチ（約０．００１ｍｍ）より小さい公差で平行であり且つ平らであるのが好ましい。取付けプレート７０は、約５５−６０℃まで加熱される。ワックス、例えば、ハイプレッツ社(Hyprez)によって作られ、エンジス社(Engis Corp.）から入手可能である低温ワックスを、取付けプレート７０の上で溶かす。加工物６４を、取付けプレート７０の中央に配置し、ワックスの硬化によってそこに固定する。ガラス支持片７２を、ワックスを使用して、取付けプレート７０に固定する。ワックスが冷えている間、プレートに重しをかけ、ガラス支持片７２と取付けプレート７０との間に良好な接着を確保するのが好ましい。ガラス支持片７２は、１０ｍｍ×１０ｍｍ、または、直径１０ｍｍで、厚さ約１５００μｍであり、取付けプレート７０の縁の近傍で六角形配置に配置され、取付けプレート７０の中央に取付けられた加工物６４を囲んでいるのが好ましい。ガラス支持片７２は、ポリシングされる加工物６４上にメッキされたどの構造物の高さより厚い。これを、図２０の断面図に示す。
ダイアモンド調整リング５４とセラミック調整リング６２と上述した手順とを使用してラッピングプレート５０を調整した後、取付けプレート７０をラッピングプレートに位置決めしラッピングプロセスを開始する。ガラス支持片７２とラッピングプレート５０のポリシング表面５１との間に、１平方インチあたり最大５ポンド（５ｐｓｉ）までの接触圧をもたらすために、重しを取付けプレート７０の背面に配置する。次いで、ガラス支持片７２がポリシングされる加工物の最終所望高さより約４００μｍ高い高さに小さくするまで、毎分６０回転（６０ｒｐｍ）のプレート回転と、約４０秒間隔で３−４秒間分配される３０μｍのダイアモンドスラリとを使用して、ガラス支持片７２をラッピングする。ラッピングプレート中、ガラス支持片７２の高さを定期的に測定するのが好ましい。ガラス片７２の高さを再測定する前に、１０分より長く連続した１サイクルで、ラッピングを続けるべきではない。測定を行う毎に、各ガラス片７２とラッピングプレート５０との間の接触圧を調整するために、取付けプレート７０の背面に配置された重しの位置を調整し、これによって、ガラス支持片７２の厚さを一様にする。これは、加工物６４の全域での最終的な高さ変動を最小にするために行われる。
次いで、ダイアモンド調整リング５４とセラミック調整リング６２と上述した調整手順を使用して、ラッピングプレート５０を再調整する。ラッピングのために、より小さいダイアモンドスラリサイズを使用することになるので、より細かい粒度のダイアモンド調整リングを調整プロセス中に使用するのが好ましい。次いで、ラッピングする構造物が最終所望高さの１０−１５μｍ内になるまで、ガラス支持片７２と加工物６４とのラッピングが、１５μｍダイアモンドスラリを使用して続く。再び、ガラス支持片７２の高さを周期的に測定し、取付けプレート７０への重し位置を周期的に調整し、ガラス支持片の高さを一様にする。ラッピングプロセスのこの段階の完了したときには、ガラス支持片７２は、５μｍ以内の高さ寸法差を有するべきである。
ダイアモンド調整リング５４と、セラミック調整リング６２と、上述した調整手順とを使用して、再び、ラッピングプレート５０を再調整するのが好ましい。次のラッピング工程で、相対的に小さいダイアモンドスラリサイズが使用されることになるので、調整手順では、細かい粒度のダイアモンド調整リング５４を使用するのが好ましい。次いで、加工物６４の仕上ラッピングが、１μｍのダイアモンドスラリサイズを使用して、加工物６４から最後の１５−２０μｍの材料を取除くために続く。このラッピング工程の間、スラリ分配時間の持続時間は、約５秒まで延ばされるのが好ましく、分配間隔は、約２０秒まで減少させられる。加工物６４を所望高さまで小さくさせた後、取付けプレート７０をラッピングプレート５０から取外す。上述したようなダイアモンドスラリをしみ込まされたポリシング布で覆われた硬いポリシングプレートを使用する最終ポリシング工程を、ポリシングされる加工物に最終的な鏡面仕上げを与えるために使用してもよい。加工物６４を取付けプレート７０から取外すため、取付けプレート７０を再加熱し、加工物６４が緩やかに滑って外れる。加工物基板６４の背面から残留ワックスを溶かすために、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）を使用するのがよい。
真空抑制取付具の代わりに取付けプレート７０を使用する上述の代替のラッピングおよびポリシングの方法および装置は、前に説明したラッピングおよびポリシング手順と同様の所望の表面仕上げを作る。前に説明した手順と同様に、ラッピングのためにダイアモンドスラリを使用することによって、以前に知られていた切削(cutting）およびミーリング(milling)プロセスで存在していた大きな剪断力による、フォトレジストまたは金属の接着の損傷と、フォトレジストの千切れおよび裂けとの危険を最小にしつつ、フォトレジストおよび金属層の平坦化が可能となる。
先に述べたように、本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置は、精密な、単段構造物および多段構造物の製造に必要とされるフォトレジスト−金属層の再平坦化に、大変適している。しかしながら、本発明を、金属構造物の製造用、又は、独立用途を有するフォトレジスト構造物として使用される予備形成フォトレジストシートの平坦化および高さを小さくするために使用してもよい。フォトレジストシートの千切れ或いは裂けの危険性、または、フォトレジストシート間の或いはフォトレジストシートと他の材料の基板との間の接着の損傷を引き起こす危険性が最小にされるので、本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置によって可能にされた小さな剪断力が、本発明を、予備形成フォトレジストシートから材料を取り除くのに特に適するようにする。
本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置を使用できる予備形成フォトレジストシートを使用する例示的な微小構造物製造プロセスを図２１−２６を参照して説明する。図２１を参照すると、比較的厚い（例えば、１−３ｍｍ）の予備形成フォトレジストシート１００が、パターン状のＸ線吸収体１０３を有するＸ線マスク１０２を通過するＸ線１０１で露光され、Ｘ線で十分露光されて現像液により取除かれる予備形成シート１００の領域１０５を生じさせ、この領域１０５はフォトレジストシート１００の厚さを通して部分的な長さ延びている。次いで、フォトレジストシート１００を、露光されたフォトレジストを取除く液体現像液にさらし、図２２に示されるように、空隙（隙間）領域１０６を形成する。もう１枚のフォトレジストシート１０８を、同様のプロセスにより、空隙領域１０９を有するように形成する。次いで、相対的に厚い２枚のフォトレジストシート１００、１０８を、図２３に示されているように、空隙領域１０６、１０９が互いに適当に整列するようにして、適当に整列させ一緒に露光された表面で接着する。次いで、本発明のラッピングおよびポリシングの方法および装置を使用して、層１００を平坦化し、層１００からフォトレジスト材料を取除き、図２４に示されているように、層１００を領域１０６が完全に露出する厚さまで小さくさせる。フォトレジスト層１００を小さくさせる本発明のラッピングおよびポリシングの方法の使用は、層１００の高さを厳格な公差内に制御することを可能とし、フォトレジスト層１００に鏡面を作り、そして、フォトレジスト層１００の損傷の危険を最小にして達成される。図２５に示されているように、開領域１１１を有する、もう１枚のフォトレジストシート１１０を、本発明のラッピングおよびポリシング方法を採用しフォトレジストシート１１０の高さを小さくする全く同じ方法で、２つの層１００、１０８の上に形成してもよい。所望数の層を積層体に形成した後、所望なら、図２６に示されているように、この積層体を、多段金属微小構造物の電着に適した表面を有する基板１１３に接合してもよい。次いで、本発明のラッピングおよびポリシング方法を使用して、現在の最上層であるフォトレジストシート１０８の厚さを減少させ、開放領域１０９を露出させる厚さまでシート１０８の厚さを減少させて、領域１０９、１０６、１１１の全ての中に金属を電着できるようにしてもよい。しかしながら、フォトレジスト層１０８、１００、１１０の積層体は、電着用の型として基板に結合される以外に、それ自身が、独立した有用性を有してもよい。例えば、開放領域１０６、１０９、１１１が、圧力センサ、警報装置、流体圧あるいは気体圧アクチュエータ等で使用される積層体を貫通する液体または気体の経路を可能にする複数の流体チャネルを構成してもよい。このようにして形成されるチャネルのサイズの正確な制御は、積層体を構成するシートのフォトレジストシートの、所望の厚さへの制御された減小を可能にする本発明のラッピングおよびポリシングの方法によって達成される。本発明のポリシング方法によって達成される滑らかな鏡面は、（例えばＰＭＭＡの化学合成物を使用して）溶剤接着によって一緒にしっかりと接着させられる複数のフォトレジストシートの能力を増大させる。一緒に接着される表面が大変滑らかであるとき、溶剤接着技術を使用するときの表面張力は大変大きい。
本発明が、例示として本明細書で述べられた特定の実施例及び例示の用途に限定されるものではなく、以下の請求の範囲に含まれる全ての変更形態を包含することが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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