JP2005153054A - 微細金属部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 リソグラフィによって、基板上に所望のレジストパターンを形成し、このレジストパターンの凹部を金属層で埋めた後、基板及びレジスト膜を除去することによる微細金属部材の製造方法であって、金属層上面の研磨の際に、レジスト膜が基板より引き剥がされるとの問題が発生しない微細金属部材の製造方法を提供することをその課題とする。
【解決手段】 レジスト膜を放射線露光し現像により所望のレジストパターンを基板上に形成するパターニング工程、レジストパターンの凹部を充填する金属層を形成する工程、レジストパターン及び記金属層の表層部を研磨する研磨工程、並びに研磨工程後に基板及びレジストパターンを除去する微細金属部材の製造方法であって、研磨工程前に、レジストパターンのビッカース硬度を１５以上とするためのポストキュア工程をさらに有することを特徴とする微細金属部材の製造方法。
【選択図】 図２

Description

本発明は、リソグラフィを用いた微細金属部材の製造方法に関する。より具体的には、レジストを用いたリソグラフィにより、目的とする部材に対応する形状の微細な型を形成し、この型内に目的とする部材を構成する金属をメッキ等により充填する工程を含む方法による、微細ばね等の微細金属部材の製造方法に関するものである。

電子器具の製造や検査に、微細金属部材が用いられる場合がある。例えば、半導体基板や液晶表示装置等の電気検査に使用されるコンタクトプローブでは、その触針を弾力的に支持するために、全長が５ｍｍ以下程度の微細ばねが用いられている。

このような微細金属部材の製造方法としては、リソグラフィを用いる方法が知られている。例えば、特開２００２−２０２７７０号公報（特許文献１）は、Ｘ線を用いたリソグラフィによって、基板上に所望のレジストパターンを形成し、このレジストパターンの凹部を電気メッキにより金属層で埋めた後、基板及びレジストを除去することによる微細ばねの製造方法を開示している（段落０００３〜０００６）。

この微細ばねの製造方法を、図５及び図６を用いてより具体的に説明する。
先ず図５（ａ）に示すように、導電性の基板１の表面にレジスト膜２を形成する。基板１としては、チタン、銅、クロム等をスパッタしたＳｉ基板やステンレス、銅等の導電性基板が用いられる。その後、図５（ｂ）に示すように、マスク７を用いて、レジスト膜２の表面にＸ線３（又は紫外線）を照射し、現像により露光部分４のレジストを除去して、図５（ｃ）に示すように、凹部５を形成する。

次に、図６（ａ）に示すようにメッキを行ない、凹部５をニッケルやニッケル系合金等のメッキ金属層６で埋める。その後、酸素プラズマによるアッシング又は再照射後の現像等によって基板１上に残っていたレジスト膜２を除去すると、図６（ｂ）に示す構造となる。最後に、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等によって基板１の部分を溶かしてメッキ金属層６の部分だけを取出すと、図６（ｃ）に示すように微細ばねが得られる

このようなリソグラフィを用いる微細金属部材の製造方法においては、レジストパターンの凹部を金属層で埋めた後に、金属層の厚みを所望の厚さに揃えるために、通常、金属層上面の、研削または研磨（以下、研削を含めて単に研磨と言う。）が行われる（特許文献１、段落００２２、図１０）。そして、この研磨はレジストの除去前に行われる。すなわち、前記の例で説明すると、研磨をレジスト膜２の除去後、すなわち図６（ｂ）の段階で行うと、メッキ金属層６の上部に研磨による横方向の突出部（いわゆるバリ）が生じる、メッキ金属層６が引倒される等の問題が生じるので、この研磨はレジスト膜２の除去前、すなわち図６（ａ）の段階で行う必要がある。

しかし、図６（ａ）の段階において、メッキ金属層６（及びレジスト２）上面の研磨を行うと、レジスト膜２が基板より引き剥がされるとの問題が発生しやすいことが見出された。レジスト膜２のみが基板より引き剥がされると、良好な研磨の達成が困難になるので、その解決が望まれる。
特開２００２−２０２７７０号公報（段落０００３〜０００６）

本発明は、リソグラフィによって、基板上に所望のレジストパターンを形成し、このレジストパターンの凹部を金属層で埋めた後、基板及びレジスト膜を除去することによる微細金属部材の製造方法であって、金属層上面の研磨の際に、レジスト膜が基板より引き剥がされるとの問題が発生しない微細金属部材の製造方法を提供することを、その課題とする。

本発明者は、鋭意検討の結果、レジスト膜が基板より引き剥がされる原因は、レジスト膜と基板との密着力の不足にあるのではなく（実際、レジスト膜と基板との密着力と金属層と基板との密着力は、通常同等である。）、レジスト膜の硬度が低いことにより研磨材の材質の一部をレジスト膜が噛み込むことによること、そしてレジスト膜の硬度を上げることにより、前記の問題が解決されることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成した。

すなわち、本発明は、基板上に形成されたレジスト膜を放射線露光した後、現像により所望のレジストパターンを前記基板上に形成するパターニング工程、前記レジストパターンの凹部を充填する金属層を前記基板上に形成する工程、前記レジストパターン及び前記金属層の表層部を研削又は研磨する研磨工程、並びに研磨工程後に前記基板及び前記レジストパターンを除去する工程、を有する微細金属部材の製造方法であって、パターニング工程後、研磨工程前に、前記レジストパターンのビッカース硬度を１５以上とするためのポストキュア工程をさらに有することを特徴とする微細金属部材の製造方法を提供するものである（請求項１）。

前記レジストパターンの凹部を充填する金属層を前記基板上に形成する方法としては、電気メッキ、蒸着等が挙げられるが、レジストパターンの凹部のアスペクト比が大きい場合でも、この凹部を容易にかつ確実に金属層で充填できる点で、電気メッキが好ましく用いられる。ただし、基板上に電気メッキを行う場合は、基板表面が導電性を有する必要がある。従って、Ｓｉ基板等の非導電性の基板の場合は、その表面にチタン等の金属の層をスパッタリング等により形成して表面に導電性を付与する必要がある。

本発明の請求項２は、この好ましい態様に該当するものであり、前記の微細金属部材の製造方法であって、さらに、前記基板の表面が導電性を有し、前記金属層が、電気メッキにより形成されることを特徴とする微細金属部材の製造方法を提供するものである。

パターニング工程において、露光に用いられる放射線としては、Ｘ線、電子線等も挙げることができるが、装置が比較的安価である、操作が比較的容易である、パターニング工程における生産性が高い、用いられるレジストの種類が多い等の観点から、紫外線又は可視光線が好ましく用いられる。

本発明の請求項３は、この好ましい態様に該当するものであり、前記の微細金属部材の製造方法であって、さらに、パターニング工程において、露光に用いられる放射線が、紫外線又は可視光線であることを特徴とする微細金属部材の製造方法を提供するものである。用いられる紫外線又は可視光線には、Ｆ２エキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー等の遠紫外線、Ｉ線、Ｇ線等の近紫外線や可視光線等が含まれる。

レジストとしては、パターニング工程に用いられる放射線の種類に応じて、選択され、ポジ型、ネガ型いずれも用いることができる。露光に用いられる放射線が紫外線又は可視光線である場合においても、ポジ型、ネガ型いずれも用いることができるが、ポジ型の場合は、ポストキュア工程において熱や放射線照射により硬化し硬度を向上させるための硬化剤の添加が必要になる等の問題があるのに対し、ネガ型の場合、露光に用いられる紫外線又は可視光線と同種の紫外線又は可視光線を用いて、後述するポストキュアを容易に行うことができるので、好ましい。

本発明の請求項４は、この好ましい態様に該当するものであり、露光に紫外線又は可視光線を用いる前記の微細金属部材の製造方法であって、さらに、レジストパターンの形成に、ネガ型フォトレジストを使用することを特徴とする請求項３に記載の微細金属部材の製造方法を提供するものである。

通常のレジスト、特に露光に紫外線又は可視光線を用いる場合に使用されるレジストにより形成されるレジストパターンの、ビッカース硬度は５〜１０程度である。本発明の微細金属部材の製造方法は、このビッカース硬度を、研磨工程前に１５以上とするためのポストキュア工程をさらに有することを特徴とする。ここで、ビッカース硬度とは、ダイヤモンドピラミッド硬度計を用いて、頂角１３６°の四角錐状の圧子を試験片の表面に押し込み、加えた加重を、生成したくぼみのピラミッド状をした部分の面積で割って得られる値である。

ビッカース硬度を、研磨工程前に１５以上とすることにより、研磨工程においてレジスト膜が基板より引き剥がされる問題を防ぐことができる。一方、１５未満の場合は、この問題を充分に防ぐことができない。ビッカース硬度を、１５以上とする方法としては、レジストパターンの加熱や、レジストパターンへの放射線の照射等が挙げられる。

中でも、放射線の照射によるポストキュアによれば、パターニング工程で用いた放射線と同種の放射線を照射することにより、ビッカース硬度を１５以上とすることが可能であるのでが好ましく採用される。
本発明の請求項５は、この好ましい態様に該当するものであり、前記の微細金属部材の製造方法であって、さらに、前記ポストキュア工程が、放射線を前記レジストパターンへ照射して行われることを特徴とする微細金属部材の製造方法を提供するものである。

放射線の照射によるポストキュアに用いられる放射線としては、パターニングに用いられる放射線と同じ理由により、すなわちコスト等の観点から紫外線又は可視光線が好ましい。
本発明の請求項６は、この好ましい態様に該当するものであり、前記請求項５の微細金属部材の製造方法であって、さらに、前記放射線として紫外線又は可視光線を用いることを特徴とする微細金属部材の製造方法を提供するものである。

なお、ネガ型フォトレジストを用いた場合、ポストキュア工程における放射線露光量は、好ましくは、パターニング工程における放射線露光量の１．５〜６倍量である。１．５倍量未満の場合、硬度の上昇が不十分でビッカース硬度１５以上が達成されない場合がある。一方、６倍量を越えるとレジストパターンのプロファイルが不良になる、すなわち、レジストパターンの凸部の壁が基板から垂直に立ち上がった形状にはならず、凸部の裾が広がった形状になりやすい場合がある。ここで露光量とは、露光部分の単位面積あたりの光エネルギー量を言い、通常ｍＪ／ｃｍ^２の単位で示される。

本発明の請求項７は、この好ましい態様に該当するものであり、ネガ型フォトレジストを用いる前記の微細金属部材の製造方法であって、さらに、前記ポストキュア工程が、前記パターニング工程における放射線露光量の１．５〜６倍の露光量の放射線を、前記レジストパターンへ照射して行われることを特徴とする微細金属部材の製造方法を提供するものである。

なお、レジストパターンの形成後、加熱や放射線照射を行うポストキュア（ポストベーク）は、リソグラフィにおいて一般的に行われており、例えば、特開２００２−２４１６１５号公報は、レジストパターンの耐酸性向上のためのポストベークを開示している（段落０００５）。しかし、従来のポストキュアは、放射線照射の場合であっても、露光量はパターニング工程の露光量以下で行われている。パターニング工程の露光量については、高アスペクト比で高精度のパターン形状を形成するために最適な光エネルギーが定まっている。しかし、レジストパターンの硬度を上昇させるためには高い光エネルギーを要し、パターニング工程についての最適な光エネルギー以下の露光量でポストキュアを行っても、レジストパターンの硬度を上昇させることはできない。従って、従来のポストキュアは、本発明の場合のようなレジストパターンの高い硬度を得るものではない。

ポストキュア工程における放射線の照射は、基板上に電気メッキ等により金属層が形成された後に行ってもよい。しかし、金属層の形成によりレジストパターンの上表面がメッキされた金属により覆われ、この金属により放射線の照射が遮られる場合があり、この場合はレジストパターンの放射線の照射が不十分となる。そこで、ポストキュア工程における放射線の照射は、基板上に電気メッキ等により金属層が形成される前に行うことが好ましい。

本発明の請求項８は、この好ましい態様に該当するものであり、前記請求項７の微細金属部材の製造方法であって、さらに、前記ポストキュア工程における放射線の照射が、前記基板上に金属層を形成する工程前に行われることを特徴とする微細金属部材の製造方法を提供するものである。

本発明の微細金属部材の製造方法では、ポストキュアによりレジストパターンの硬度が向上するため、レジストパターンの凹部を金属層で埋めた後に行う金属層上面の研磨の際において、レジスト膜が基板より引き剥がされるとの問題が発生せず、その結果微細な金属部材を所望の形状に確実に製造することができる。

さらに、本発明の微細金属部材の製造方法によれば、レジストパターンの硬度が向上する効果、レジストパターンと金属層との硬度の差違が小さくなり、研磨時におけるレジストパターン上面と金属層上面の高さのバラツキが減少し、レジストパターンと金属層の厚さの分布が均一になるとの効果も得られる。

次に、本発明の好ましい一実施形態（微細ばねの製造）の工程を、図１〜図４を用いて説明する。

先ず図１（ａ）に示すように、導電性の基板１１の表面にレジスト膜１２を形成する。レジスト膜１２の形成は、レジスト液を基板１１上に塗布し、加熱（プリべーク）等により乾燥して行われる。基板１１とレジスト膜１２の密着性の向上のためにさらに加熱（プリべーク）を行ってもよい。

レジスト液を基板１１上に塗布する方法は、特に限定されないが、本実施形態では、均一な塗膜の形成が容易なスピンコート法により行われている。塗膜の厚みは、製造目的の部材の大きさ（厚み）により変動し、通常、乾燥後の厚みとして約３０〜１００μｍの範囲内であるが、本実施形態の場合は、約７０μｍである。

レジスト液としては、ポリマー、モノマー及び光重合開始剤を含有するネガ型フォトレジストが用いられている。このようなネガ型フォトレジストに使用されるポリマーとしては、ＰＭＡやＰＭＭＡ等のアクリル系ポリマーやこれらの共重合体が例示され、モノマーとしてはＭＡ等のアクリル酸エステルやＭＭＡ等のメタクリル酸エステルが例示されるが、これらに限定されない。

基板１１としては、ＳＵＳ、銅、アルミニウム等の金属基板、Ｓｉ基板、ガラス基板等が使用可能である。ただし、金属層の形成を、電気メッキで行う場合は、基板１１の表面を導電性とする必要があるので、Ｓｉ基板、ガラス基板等の非導電性の基板の場合は、予め上面に、チタン、アルミニウム、銅またはこれらを組合せた金属の下地導電層を、スパッタリング等により形成したものが用いられる。

導電性の基板１１の表面にレジスト膜１２が形成された後は、図１（ｂ）に示すように、マスク２０を通して、レジスト膜１２の表面に紫外線３１が照射される。マスク２０としては、ガラス上に、クロムにより、形成される部材の形状に対応した形状に遮光部分が形成されたもの等が用いられる。ポリマー、モノマー及び光重合開始剤を含有するレジストに、紫外線等が照射されると、光重合開始剤の作用によりモノマーが重合し、溶剤に対して溶解しにくくなる。そこで、前記溶剤に照射後のレジスト膜が浸されると、光が照射されていない部分は溶解され、光が照射された部分（露光部分１４）は溶解されずに残り、レジストパターンが形成される（現像）。

図２（ａ）は、前記のようにして形成されたレジストパターンの断面図である。本実施形態では、レジストパターンの凸部間の間隔は約１０μｍである（この間隔は、製造される部材の太さに対応する）。このレジストパターンのレジスト膜１２には、図２（ｂ）に示すように、紫外線３２の照射が行われ、その結果レジスト膜１２の硬度がビッカース硬度で１５以上に上昇する（ポストキュア）。紫外線３２の光量は、紫外線３１の１．５〜６倍の範囲である。なお、紫外線３１と紫外線３２は異種の紫外線、例えば紫外線３１が近紫外線であり、紫外線３２が遠紫外線であってもよい。そして、レジスト内の感光性物質、例えば光重合開始剤として、近紫外線に感光するものと、遠紫外線に感光するものの２種類以上を用いることもできる。

ポストキュアの後、図３（ａ）に示すように、基板１１上に電気メッキにより金属層１６が形成され、レジストパターンの凹部１５が金属層１６で埋められる。メッキする金属としては、ニッケル、ニッケル系合金、コバルト、ニッケル−コバルト合金、銅等が使用可能であるが、これらに限定されない。メッキにより形成される金属層１６は凹部１５を埋めてさらに上側に台座を形成するまで成長させる。その結果、図３（ａ）に示すように、上部が平滑でない金属層１６、レジスト膜１２からなる層が形成される。又、電気メッキにおいては電流密度のバラツキが発生し、メッキの厚みが不均一になる。

そこで、金属層１６、レジスト膜１２の表面を平滑化する研磨が行われる。図３（ｂ）は、研磨後の金属層１６、レジスト膜１２の断面図を示す。研磨の方法は、金属層１６、レジスト膜１２の表面を平滑にするものであれば特に限定されないが、本実施形態では、研磨面にダイヤ粒子を有する研磨板を用い、金属層１６、レジスト膜１２の厚みが約５０μｍ（製造する部材の高さに対応する。）になるまで行われる。

研磨後、図４（ａ）に示すように、レジスト膜１２が除去される。除去の方法としては、酸素プラズマアッシング、溶剤による剥離等が挙げられる。その後、基板１１を剥離する、基板１１をエッチングして除去する等の方法により、図４（ｂ）にその断面図が示される微細ばねが得られる。エッチングとしては、ウエットエッチングも採用できるが、溶剤等の表面張力でばね同士がくっついて破損するという問題があるので、このような問題のないドライエッチングが好ましく採用される。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲とその均等の範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の一実施形態の工程を示す説明図である。 本発明の一実施形態の工程を示す説明図である。 本発明の一実施形態の工程を示す説明図である。 本発明の一実施形態の工程を示す説明図である。 従来技術の工程を示す説明図である。 従来技術の工程を示す説明図である。

符号の説明

１、１１ 基板
２、１２ レジスト膜
３ Ｘ線
３１、３２ 紫外線
４、１４ 露光部分
５、１５ 凹部
６、１６ 金属層
７、２０ マスク

Claims (8)

1. 基板上に形成されたレジスト膜を放射線露光した後、現像により所望のレジストパターンを前記基板上に形成するパターニング工程、前記レジストパターンの凹部を充填する金属層を前記基板上に形成する工程、前記レジストパターン及び前記金属層の表層部を研削又は研磨する研磨工程、並びに研磨工程後に前記基板及び前記レジストパターンを除去する工程、を有する微細金属部材の製造方法であって、パターニング工程後、研磨工程前に、前記レジストパターンのビッカース硬度を１５以上とするためのポストキュア工程をさらに有することを特徴とする微細金属部材の製造方法。
2. 前記基板の表面が導電性を有し、前記金属層が、電気メッキにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の微細金属部材の製造方法。
3. パターニング工程において、露光に用いられる放射線が、紫外線又は可視光線であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の微細金属部材の製造方法。
4. レジストパターンの形成に、ネガ型フォトレジストを使用することを特徴とする請求項３に記載の微細金属部材の製造方法。
5. 前記ポストキュア工程が、放射線を前記レジストパターンへ照射して行われることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の微細金属部材の製造方法。
6. 前記放射線として紫外線又は可視光線を用いることを特徴とする請求項５に記載の微細金属部材の製造方法。
7. 前記ポストキュア工程が、前記パターニング工程における放射線露光量の１．５〜６倍の露光量の放射線を、前記レジストパターンへ照射して行われることを特徴とする請求項４に記載の微細金属部材の製造方法。
8. 前記ポストキュア工程における放射線の照射が、前記基板上に金属層を形成する工程前に行われることを特徴とする請求項７に記載の微細金属部材の製造方法。
   
   

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