JP2008126375A - ３次元微細構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定形状の複雑な３次元微細構造体を再現性よく製造する。
【解決手段】本発明の３次元微細構造体の製造方法は、リソグラフィにより樹脂型を形成する工程と、導電性基板上で樹脂型に金属製の構成部品層を電鋳により形成する工程と、研磨または研削により平坦化する工程とを備える構成部品層を形成する第１の工程と、金属製の構成部品層上に電解メッキにより犠牲層を形成する第２の工程と、リソグラフィにより樹脂型を形成する第３の工程と、樹脂型の空孔内にある犠牲層をエッチングにより除去する第４の工程と、金属製の構成部品層上で樹脂型に金属製の構成部品層を電鋳により形成する第５の工程と、研磨または研削により平坦化する第６の工程とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、３次元微細構造体の製造方法に関し、たとえば、３次元微細構造を有するコンタクトプローブなどの新規な製造方法に関する。

半導体ＩＣチップまたは液晶デバイスなどの電子部品の電極に接触させて電気的な検査を行なうために、コンタクトプローブが使用されているが、今日、ＩＣおよびＬＳＩの高集積化が進行し、被検査対象である電極の配置密度が高くなるにつれて、コンタクトプローブの集積化および微細化が要求されている。このような微細な構造を有するコンタクトプローブは従来、リソグラフィおよび電鋳を利用し、図４に示すような方法により製造されている（特許文献１と２参照）。この方法は、まず、図４（ａ）に示すように、ステンレス製基板などの導電性基板４１上に、ポリメタクリル酸メチルなどの樹脂層４２を形成する。

つぎに、樹脂層４２上にマスク４３を配置し、マスク４３を介してＵＶまたはＸ線４４などを照射する。マスク４３は、金属構造体のパターンに応じて形成するＵＶまたはＸ線４４などの吸収層４３ａと、透光性基材４３ｂとからなり、Ｘ線４４の照射により、樹脂層４２のうち樹脂層４２ａは露光されるが、樹脂層４２ｂは吸収層４３ａにより露光されない。このため、ポジ型樹脂の場合、露光により変質（分子鎖が切断）した部分のみが現像で除去され、図４（ｂ）に示すような樹脂層４２ｂからなる樹脂型が得られる。

つぎに、電鋳を行ない、図４（ｃ）に示すように、樹脂型に金属材料層４５ａを堆積する。電鋳とは、金属イオン溶液を用いて導電性基板上に金属材料層を形成することをいう。導電性基板４１をめっき電極として電鋳を行なうことにより、樹脂型に金属材料層４５ａを堆積することができる。電鋳後、研磨または研削により所定の厚さに揃えると、図４（ｄ）に示すような金属構造体４５が得られる。その後、図４（ｅ）に示すように、エッチングなどにより樹脂型を除去する。つづいて、ウェットエッチングなどにより導電性基板４１を除去すると、図４（ｆ）に示すような微細金属構造体４５を得ることができる。しかし、この方法では、多層構造を有する複雑な形状の３次元微細構造体を得ることはできない。

複雑な形状を有する３次元微細構造体は、パターン化したマスクを用いて図２に示すように、電鋳により製造することができる（特許文献３と４参照）。まず、図２（ａ）に示すように、導電性基板２９上に、マスク２６ａと支持体２８ａからなるマスク構造体２４ａをセットし、電鋳を行ない、Ｃｕなどの犠牲金属層２２ａを堆積し、マスク構造体２４ａを除去する（図２（ｂ））。つぎに、図２（ｃ）に示すように、マスク２６ｂと支持体２８ｂからなるマスク構造体２４ｂをセットし、電鋳を行ない、Ｔｉなどの構成部品層２１ｂを堆積し、マスク構造体２４ｂを除去する（図２（ｄ））。

同様にして、図２（ｅ）に示すように、マスク２６ｃと支持体２８ｃからなるマスク構造体２４ｃをセットし、電鋳を行ない、犠牲金属層２２ｃを堆積し、マスク構造体２４ｃを除去する（図２（ｆ））。つぎに、図２（ｇ）に示すように、マスク２６ｄと支持体２８ｄからなるマスク構造体２４ｄをセットし、電鋳を行ない、構成部品層２１ｄを堆積し、マスク構造体２４ｄを除去する。その後も、同様に、マスク２６ｅと支持体２８ｅからなるマスク構造体２４ｅにより、犠牲金属層２２ｅを堆積し（図２（ｈ））、マスク２６ｆと支持体２８ｆからなるマスク構造体２４ｆにより、構成部品層２１ｆを堆積する（図２（ｉ））。

このような工程を繰り返して、図２（ｊ）に示すような、基板２９上に、３次元微細構造体２１と犠牲金属層２２とを有する構造体を形成した後、電鋳により形成した犠牲金属層２２をエッチングにより除去すると、図２（ｋ）に示すような、基板２９を有する３次元微細構造体２１を得ることができる。その後、必要に応じて基板２９を除去すると、図２（ｌ）に示すような３次元微細構造体２１が得られる。

しかし、電鋳により形成した犠牲金属層２２は大量であり、エッチングには長時間を必要とし、大量のエッチング液が必要である。また、エッチング液は環境負荷が大きいため、環境汚染を防止する設備が必要であり、エッチング液の処理コストが高い。さらに、構成部品と犠牲金属との間でエッチングレートが大きく異なる場合にしか適用できないため、選択できる金属の種類が狭い。また、Ｃｕなどからなる犠牲層を電鋳により形成した後、犠牲層をエッチングにより除去するため、製造コストが高い。

複雑な３次元微細構造体を製造するための他の方法を図３に示す。この方法は、まず、リソグラフィを行なうために、図３（ａ）に示すように、導電性基板３６上に、ポリメタクリル酸メチルなどの樹脂層３３ａを形成し、樹脂層３３ａ上にマスク３４を配置した後、Ｘ線３５などを照射し、現像し、図３（ｂ）に示すような樹脂型３３ｂを形成する。つぎに、電鋳を行ない、研磨または研削をし、図３（ｃ）に示すような金属材料層３１ａを有する構造体が得られる。その後、図３（ｄ）に示すように、再度、樹脂層３３ｃを形成した後、リソグラフィを行ない、図３（ｅ）に示すような樹脂型３３ｄを形成する。つぎに、図３（ｆ）に示すように、電鋳を行ない、研磨すると、金属材料層３１ｂを有する構造体が得られる。その後、樹脂型を３３ｂ，３３ｄを除去し、基板３６を有する３次元微細構造体を製造する。

しかし、この方法は、図３（ｄ）において、樹脂層３３ｃを形成するために、樹脂液を塗布し、加熱して乾燥するときに、金属材料層３１ａは熱伝導度が高いのに対して、樹脂型３３ｂは熱伝導度が低いため、金属材料層３１ａ上の樹脂は速く乾燥するが、樹脂型３３ｂ上の樹脂は遅く乾燥する。このため、樹脂型３３ｄ形成後の加熱により、樹脂型３３ｄからレジストが沁みだし、図３（ｅ）に示すように、レジスト残渣３３ｅが生じやすい。また、レジスト残渣３３ｅは、現像工程においても生じる。レジスト残渣３３ｅが存在すると、金属材料層３１ａと、その上の金属材料層３１ｂとの密着性が低下し、図３（ｇ）に示すように、界面が剥離しやすくなる。このレジスト残渣３３ｅは、アッシングにより除去できるが、アッシングを行なうと、図３（ｅ’）に示すように、樹脂型３３ｄの側壁が変形するため、図３（ｆ’）に示すように、電鋳により形成される金属材料層３１ｃの形状が変形し、３次元微細構造体は所定の形状と異なったものとなる（図３（ｇ’））。
特開２００１−２５４１９３号公報 特開２００１−３１６８６２号公報 特開２００１−３５５０９５号公報 特開２００２−１１７００号公報

本発明の課題は、リソグラフィにより形成した樹脂型の空孔部内にレジスト残渣が生じても、所定形状の３次元微細構造体を再現性よく製造することができる３次元微細構造体の製造方法を提供することにある。

本発明の３次元微細構造体の製造方法は、リソグラフィにより樹脂型を形成する工程と、導電性基板上で、樹脂型に金属製の構成部品層を電鋳により形成する工程と、研磨または研削により平坦化する工程とを備える構成部品層を形成する第１の工程と、金属製の構成部品層上に電解メッキにより犠牲層を形成する第２の工程と、リソグラフィにより樹脂型を形成する第３の工程と、樹脂型の空孔内にある犠牲層をエッチングにより除去する第４の工程と、樹脂型に金属製の構成部品層を電鋳により形成する第５の工程と、研磨または研削により平坦化する第６の工程とを備えることを特徴とする。

第２の工程から第６の工程までを複数回実施し、他の態様の微細構造体を製造することができる。また、第６の工程の後、樹脂型および／または導電性基板を除去することができる。導電性基板には、チタンまたは銅またはアルミニウム製のコート層を有する金属製の基板を使用する態様が好ましく、導電性基板上のコート層をエッチングすることにより基板を除去することができ、また導電性基板上のコート層を境にして機械的に引き剥がすことにより基板を除去することができる。

構成部品層がＮｉまたはＮｉ系合金からなり、犠牲層がＣｕからなる態様が好ましい。また、第４の工程の後、樹脂型の空孔内の構成部品層上に電解メッキによりＡｕ−Ｓｎ層を形成し、第５の工程により構成部品層を形成した後、加熱によりＡｕ−Ｓｎ層を溶融する態様が好ましい。

本発明の製造方法によれば、所定形状の３次元微細構造体を再現性よく製造することができる。また、環境負荷の大きいエッチング液を大量に消費することがないため、環境負荷が小さく、製造コストの安い３次元微細構造体の製造方法を提供することができる。

本発明の３次元微細構造体の製造方法は、完成品を構成する部品層を形成する第１の工程と、犠牲層を形成する第２の工程と、樹脂型を形成する第３の工程と、樹脂型の空孔内にある犠牲層をエッチングにより除去する第４の工程と、樹脂型に金属製の構成部品層を電鋳により形成する第５の工程と、研磨または研削により平坦化する第６の工程とを備えることを特徴とする。

完成品を構成する部品層を形成（第１の工程）した後、構成部品層上に犠牲層を形成（第２の工程）し、樹脂型を形成（第３の工程）してから、樹脂型の空孔内にある犠牲層をエッチングにより除去（第４の工程）する。したがって、樹脂型の空孔部内には予め犠牲層が形成されているから、犠牲層上にレジスト残渣が生じても、犠牲層とともに除去される。したがって、空孔内のレジスト残渣の影響を受けることなく、所定形状の３次元微細構造体を再現性よく製造することができる。また、犠牲層を電鋳により形成した後、エッチング除去する方法（特許文献３と４参照）と異なり、多量のエッチング液を使用しないため、環境負荷が小さい。さらに、エッチング廃液および有毒ガスの処理が不要であるため、製造コストが低廉である。

本発明の３次元微細構造体の製造方法を図１に例示する。この方法は、完成品を構成する部品層を形成する第１の工程を備える。第１の工程は、リソグラフィにより樹脂型を形成する工程と、導電性基板上で、樹脂型に金属製の構成部品層を電鋳により形成する工程と、研磨または研削により平坦化する工程とを備える。リソグラフィにより樹脂型を形成する工程は、図１（ａ）に示すように、導電性基板６上にレジスト３を形成する。導電性基板として、たとえば、Ｃｕ、Ｎｉ、ステンレス鋼などからなる金属製基板を使用することができる。また、Ｔｉ、Ｃｒなどの金属をスパッタリングしたＳｉ基板などを用いることもできる。レジストには、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樹脂、または紫外線（ＵＶ）もしくはＸ線に感受性を有する化学増幅型樹脂などを用いる。レジストの厚さは、形成しようとする構造体の大きさに合せて任意に設定することができ、たとえば、４０μｍ〜５００μｍとすることができる。

つぎに、レジスト３上にマスク４を配置し、マスク４を介してＵＶまたはＸ線５などを照射する。厚さが１００μｍを超え、高いアスペクト比を有する構造体が必要な場合、または±２μｍ程度の高精度の構造体が必要な場合は、ＵＶ（波長２００ｎｍ）より短波長であるＸ線（波長０．４ｎｍ）を使用するのが好ましい。また、Ｘ線の中でも指向性の高いシンクロトロン放射のＸ線（以下、「ＳＲ」という。）を使用する態様がより好ましい。ＳＲを用いるＬＩＧＡ法は、ディープなリソグラフィが可能であり、厚さ数１００μｍの構造体をミクロンオーダの高精度で大量に製造することができる。一方、ＵＶを用いると、コスト面でメリットを追求することができる。

マスク４は、製造する構造体の形状に応じて形成した、ＵＶまたはＸ線５などの吸収層４ａと、透光性基材４ｂとからなる。透光性基材４ｂには、Ｘ線用マスクでは、窒化シリコン、シリコン、ダイヤモンド、チタンなどを用い、ＵＶ用マスクでは、石英ガラスなどを用いる。また、吸収層４ａには、Ｘ線用マスクの場合は、金、タングステン、タンタルなどの重金属またはその化合物などを用い、ＵＶ用マスクの場合は、クロムなどを用いる。ポジレジストを用いた場合、Ｘ線５またはＵＶの照射により、レジスト３のうち、レジスト３ａは露光され変質するが、レジスト３ｂは吸収層４ａにより露光されない。このため、現像により、変質（分子鎖が切断）した部分３ａのみが除去され、図１（ｂ）に示すように、レジスト３ｂからなる樹脂型が得られる。一方、ネガ型レジストを使用した場合は、逆に露光部が残り、非露光部が除去されるので、ポジ型レジストの場合とは逆のマスクパターンを使用する。

つぎに、図１（ｃ）に示すように、導電性基板６上で、樹脂型に金属製の構成部品層１ａを電鋳により形成し、研磨または研削により平坦化し、たとえば、３０μｍ〜２００μｍの厚さに調製する。構成部品層の材質は、製造する３次元微細構造体に高い靭性および硬度が要求される場合には、ＮｉまたはＮｉ系合金が好ましく、ＮｉまたはＮｉ系合金は、ＬＩＧＡ法による製造に適している点でも好ましい。Ｎｉ系合金としては、ＮｉＭｎ，ＮｉＦｅ，ＮｉＣｏ，ＮｉＷ，ＮｉＰｄが好ましく、Ｎｉ系合金の中でも、製造する３次元微細構造体に高い耐熱性が要求される場合には、Ｎｉ−Ｍｎが好適であり、Ｍｎの含有量は３質量％以下がより好ましい。一方、電気的な特性が求められる場合には、ＣｕまたはＣｕ系合金が好ましく、ＣｕおよびＣｕ系合金もＬＩＧＡ法による製造に適している。Ｃｕ系合金としては、Ｃｕ−ＳｎまたはＣｕ−Ｚｎなどがある。なお、本明細書において、Ｍ系合金とは、金属元素Ｍを４０質量％以上含有する合金をいう。

構成部品層１ａを形成した後、図１（ｄ）に示すように、金属製の構成部品層１ａ上に電解メッキにより犠牲層７ａを形成する（第２の工程）。犠牲層の材質は、電解メッキが可能であり、構成部品層の材質に対して選択的なエッチングが可能であることが必要である。したがって、犠牲層は、構成部品層の材質との関係において好ましい材質を選択する。また、犠牲層の被膜に欠陥があると、犠牲層の効果が薄れるため、被膜の緻密性が要求される。さらに、被膜の凹凸が大きいと、リソグラフィにおいて乱反射の原因となって、悪影響があるため、犠牲層は凹凸の小さいものが好ましい。このような観点から、構成部品層の材質に対して相性のよい犠牲層の材質を表１に示す。表１に示すとおり、犠牲層の材質としては、Ｃｕがより好ましい。犠牲層の厚さは、犠牲層の効果を確保する点で、０．１μｍ以上が好ましく、０．３μｍ以上がより好ましい。一方、犠牲層形成後、容易に不要となった犠牲層をエッチングにより容易に除去できるように、５μｍ以下が好ましく、２μｍ以下がより好ましい。

つづいて、図１（ａ）と同様にして、リソグラフィによりＸ線などを照射し（図１（ｅ））、現像して樹脂型３ｃを形成する（図１（ｆ））（第３の工程）。その後、図１（ｇ）に示すように、樹脂型３ｃの空孔内にある犠牲層７ａをエッチングにより除去（第４の工程）することにより、犠牲層７ａ上のレジスト残渣３ｄを除去する。つぎに、図１（ｈ）に示すように、金属製の構成部品層１ａ上で、樹脂型３ｃに金属製の構成部品層１ｂを電鋳により形成（第５の工程）し、研磨または研削により平坦化（第６の工程）すると、Ｃｕなどからなる犠牲層７ｂと基板６と樹脂型３ｂ，３ｃとを有する３次元微細構造体１ａ，１ｂが得られる。この構造体は、たとえば、電気回路および半導体回路などとして有効に利用することができる。

第４の工程により、樹脂型３ｃの空孔内にある犠牲層７ａを除去した後、樹脂型３ｃの空孔内の構成部品層１ａ上に電解メッキによりＡｕ−Ｓｎ層を形成し、第５の工程により構成部品層１ｂを形成した後、加熱によりＡｕ−Ｓｎ層を溶融すると、構成部品層１ａと構成部品層１ｂが溶着し、密着性を高めることができる点で好ましい。Ａｕ−Ｓｎメッキ層の厚さは、１μｍ〜２μｍが好ましい。また、Ａｕ−Ｓｎとしては、Ａｕを６０質量％〜７０質量％含有する合金が好適であり、共晶温度である２８０℃以上に加熱する態様が好ましい。

必要に応じて、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３ｂ，３ｃを除去し、エッチングにより犠牲層７ｂを除去し、さらに、基板６を除去する。基板の除去は、酸もしくはアルカリを用いたウェットエッチングにより、または機械的に引き剥がすことにより行なうことができる。さらに、ＴｉまたはＣｕまたはＡｌ製のコート層を有する金属製の基板を用いると、基板上のコート層をエッチングして基板を除去でき、また、基板上のコート層を境にして機械的に引き剥がして基板を除去することができ、基板の除去が容易となる。コート層の厚さは、０．１μｍ〜２μｍが好適である。

本発明の製造方法における第２の工程から第６の工程までの各工程を複数回実施することにより、より複雑な３次元微細構成体を製造することができる。すなわち、図１（ｉ）に示すように、金属製の構成部品層１ｂ上に、電解メッキにより犠牲層７ｃを形成（第２の工程）し、図１（ｊ）と図１（ｋ）に示すように、リソグラフィにより樹脂型３ｄを形成（第３の工程）する。その後、図１（ｌ）に示すように、樹脂型３ｄの空孔内にある犠牲層７ｃをエッチングにより除去（第４の工程）し、樹脂型３ｄに構成部品層１ｃを電鋳により形成（第５の工程）し、研磨または研削により平坦化（第６の工程）することにより、さらに複雑な３次元微細構造体を製造することができる。また、前述と同様に、図１（ｍ）に示すように、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３ｂ，３ｃ，３ｄを除去し、図１（ｎ）に示すように、エッチングにより犠牲層７を除去し、さらに、必要に応じて、基板６を除去し、３次元微細構造体１を得ることができる。第２〜第６の工程の実施回数は、目的とする３次元微細構造体の形状に応じて任意に設定することができる。

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。

複雑な３次元微細構造を有するコンタクトプローブまたは回路基板などを製造することができる。

本発明の３次元微細構造体の製造方法を示す工程図である。 従来の３次元微細構造体の製造方法を示す工程図である。 従来の３次元微細構造体の製造方法を示す工程図である。 従来の３次元微細構造体の製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ 構成部品層、３ｂ，３ｃ，３ｄ 樹脂型、４ マスク、５ Ｘ線、６ 基板、７，７ａ，７ｂ，７ｃ 犠牲層。

Claims (9)

1. リソグラフィにより樹脂型を形成する工程と、
   導電性基板上で、前記樹脂型に金属製の構成部品層を電鋳により形成する工程と、
   研磨または研削により平坦化する工程と
   を備える構成部品層を形成する第１の工程と、
   金属製の前記構成部品層上に電解メッキにより犠牲層を形成する第２の工程と、
   リソグラフィにより樹脂型を形成する第３の工程と、
   前記樹脂型の空孔内の犠牲層をエッチングにより除去する第４の工程と、
   前記樹脂型に金属製の構成部品層を電鋳により形成する第５の工程と、
   研磨または研削により平坦化する第６の工程と
   を備える３次元微細構造体の製造方法。
2. 第２から第６までの前記工程を複数回実施する請求項１に記載の３次元微細構造体の製造方法。
3. 前記第６の工程の後、前記樹脂型を除去する請求項１に記載の３次元微細構造体の製造方法。
4. 前記第６の工程の後、前記導電性基板を除去する請求項１に記載の３次元微細構造体の製造方法。
5. 前記導電性基板は、チタンまたは銅またはアルミニウム製のコート層を有する金属製の基板である請求項４に記載の３次元微細構造体の製造方法。
6. 前記導電性基板上のコート層をエッチングすることにより基板を除去する請求項５に記載の３次元微細構造体の製造方法。
7. 前記導電性基板上のコート層を境にして機械的に引き剥がすことにより基板を除去する請求項５に記載の３次元微細構造体の製造方法。
8. 前記構成部品層がＮｉまたはＮｉ系合金からなり、前記犠牲層がＣｕからなる請求項１に記載の３次元微細構造体の製造方法。
9. 前記第４の工程の後、前記樹脂型の空孔内の構成部品層上に電解メッキによりＡｕ−Ｓｎ層を形成し、前記第５の工程により構成部品層を形成した後、加熱により前記Ａｕ−Ｓｎ層を溶融する請求項１に記載の３次元微細構造体の製造方法。

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