DE3937308C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung metalli­ scher Mikrostrukturkörper gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Verfahren dieser Art sind aus der DE-PS 37 12 268 bzw. der DE- PS 32 06 820 bekannt. Gemäß der DE-PS 37 12 268 wird auf eine metallische Trägerschicht, z.B. aus Chrom-Nickel-Stahl, eine für Röntgenstrahlen empfindliche Resistschicht aufgebracht, die über eine Röntgenmaske partiell mit Synchrotronstrahlung belichtet wird. Die belichteten Bereiche werden mit einem flüssigen Entwickler herausgelöst, wodurch den Mikrostrukturen entsprechende Hohlräume entstehen, die galvanisch unter Ver­ wendung der metallischen Trägerschicht als Elektrode mit einem Metall aufgefüllt werden. Anschließend kann die restliche Re­ sistschicht und je nach Verwendungszweck des Mikrostruk­ turkörpers auch die Trägerschicht entfernt werden. Mit diesem röntgentiefenlithographisch-galvanoplastischen Verfahren, ab­ gekürzt auch als LIGA-Verfahren bezeichnet, können Mikrostruk­ turen mit sehr hohen Aspektverhältnissen bei kleinsten, late­ ralen Abmessungen im µm-Bereich erzeugt werden. Entsprechendes gilt auch für die Elektronenstrahllithographie. Bei der Her­ stellung von Negativformen aus diesen elektronen- bzw. rönt­ genstrahlenempfindlichen Kunststoffen in Gestalt von Säulen oder Zapfen mit sehr kleiner Grundfläche tritt das Problem auf, daß einzelne Säulen oder Zapfen keine ausreichende Haf­ tung auf der Trägerplatte haben und deshalb von der Entwick­ lerflüssigkeit weggespült werden können.

Bei der in der DE-PS 32 06 820 beschriebenen Mikroabformtech­ nik müssen die Stirnflächen der Mikrostrukuren des Abformwerk­ zeugs und die hiermit korrespondierende Oberfläche der Träger­ platte extrem plan sein und mit hohem Druck gegeneinander ge­ preßt werden, damit der flüssig eingebrachte Kunststoff nicht zwischen diese Flächen kriecht und die galvanische Abformung beeinträchtigt, was ebenfalls zu Strukturverlusten führt.

Aus der DE-33 35 171 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen bekannt, bei welchem nach erfolgter Erzeugung einer Kunststoffabformung einer Positiv- oder Urform zunächst ein Fotolackfilm, der zuvor auf die Oberfläche der elektrisch leitfähigen Grundplatte des Abformwerkzeuges aufgebracht wurde und der mit der abgeformten Kunststoffmasse beim Abformvorgang eine innige Verbindung eingehen soll, auf dem Boden der Kunst­ stoffnegativform verbleibt und vor der galvanischen Ausbildung der Positivabformung entfernt wird. Für die Entfernung des Fo­ tolackfilms am Boden der Kunststoffnegativform wird eine Be­ strahlung mit UV-Licht und anschließendes Ablösen mittels ei­ ner Entwicklerlösung vorgeschlagen. Solche Fotolackfilme haben jedoch keine optimalen Haftvermittlungseigenschaften, weshalb sich diese Methode in der Praxis nicht durchsetzen konnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Verfahren hinsichtlich der Erzeugung der Negativformen so zu verbessern, daß bei der galvanischen Abformung keine Mi­ krostrukturverluste oder -fehler auftreten.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichen von Pa­ tentanspruch 1 genannten Maßnahmen vorgeschlagen. Die hierauf bezogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiter­ bildungen und Ausgestaltungen dieser Maßnahmen.

Damit wird erreicht, daß die feinen Strukturen der Negativfor­ men, z.B. die erwähnten dünnen Säulen oder Zapfen, zunächst durch einen gemeinsamen Boden miteinander verbunden bleiben. Erst durch das reaktive Ionenätzen, das auf die Strukturen der Negativformen keine hydraulischen oder mechanischen Querkräfte ausübt, werden die Hohlräume zwischen diesen Strukturen bis zur Oberfläche der metallischen Grundplatte freigelegt. Durch dieses anisotrope Trockenätzen ("Fluten"), z.B. mit gegen die Grundplatte beschleunigten Sauerstoff-Ionen, wird zwar auch die oberste Schicht der Kunststoffstrukturen abgetragen; die­ ser Verlust kann jedoch durch eine entsprechende Erhöhung der auf die Grundplatte aufzubringenden Kunststoffschicht vor de­ ren Bestrahlung kompensiert werden. In jedem Falle werden mit der Erfindung Strukturverluste oder -fehler im entscheidenden lateralen Bereich vermieden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen 1 bis 4 erläutert.

Die Fig. 1 zeigt schematisch eine elektrisch leitfähige Grundplatte 1, auf die eine Schicht 2 aus einem elektronen- oder röntgenstrahlenempfindlichen Kunststoff (Resist) aufge­ bracht ist. Zwischen Grundplatte 1 und Schicht 2 ist eine dünne, als Haftvermittler dienende Zwischenschicht 3 aus einem Kunststoff angeordnet, der nicht elektronen- oder röntgen­ strahlenempfindlich ist. Die Schicht 2 wird über eine Maske 4 mit Elektronen- oder Röntgenstrahlung 5 belichtet, so daß in der Schicht 2 abwechselnd bestrahlte und unbestrahlte Bereiche 2a, 2b entstehen. Die bestrahlten Bereiche 2a entsprechen der Struktur des herzustellenden, metallischen Mikrostrukturkör­ pers.

Durch Entwickeln und Herauslösen der bestrahlten Bereiche 2a mit einer Entwicklerflüssigkeit entsteht auf der verbliebenen Zwischenschicht 3 eine Negativform aus hohen, dünnen Säulen oder Zapfen 6, die durch die Haftkräfte der Schicht 3 fest mit dieser und hierüber auch mit der Grundplatte 1 verbunden blei­ ben (Fig. 2a).

Eine ähnliche Konfiguration zeigt Fig. 2b. In diesem Beispiel wurden die Säulen oder Zapfen 6a der Kunststoff-Negativform mittels der eingangs genannten Mikroabformtechnik hergestellt. Dabei wurde bewußt in Kauf genommen, daß beim Abformen eine dünne Restschicht 3a des Kunststoffs als Boden der Hohlräume 7 zwischen den Zapfen 6a auf der Grundplatte 1 belassen wurde.

Die Restschicht 3a bzw. die Zwischenschicht 3 (Fig. 2a) am Boden der Hohlräume 7 werden durch reaktives Ionenätzen in der Weise entfernt, daß Sauerstoff-Ionen 8 eines Sauerstoffplasmas senkrecht zur Oberfläche 1a der Grundplatte 1 beschleunigt werden und diese Böden wegätzen (Fig. 3). Die Reaktionspro­ dukte von Kunststoff und Sauerstoff sind gasförmig und können daher leicht auch aus engen, spaltförmigen Hohlräumen entwei­ chen. Für die Grundplatte 1 ist ein Material, z.B. Chrom- Nickel-Stahl, zu verwenden, das nicht in einer die Galvanik störenden Weise von den Sauerstoff-Ionen 8 angegriffen wird. Da die Sauerstoff-Ionen 8 senkrecht zur Oberfläche 1a der Grundplatte 1 hin beschleunigt werden, erfolgt kein Mate­ rialabtrag an den seitlichen Wänden 6b der Säulen 6, 6a. Hin­ gegen erfolgt durch dieses anisotrope Trockenätzen mit Sauer­ stoff ein gewisser Materialabtrag an den freien Stirnflächen 6c der Säulen 6, der jedoch durch eine entsprechende Erhöhung der Schichtdicke der zu behandelnden Kunststoffschicht 2 be­ rücksichtigt werden kann. Da bei dieser Art des Ionenätzens auf die Säulen 6, 6a der Negativformen keine lateralen Kräfte ausgeübt werden, bleiben die Säulen auch bei kleinen Quer­ schnitts- bzw. -grundflächen fest und formbeständig auf der Oberfläche 1a der Grundplatte 1 stehen. Das galvanische Auf­ füllen der Hohlräume 7 mit einem Metall 9 unter Verwendung der Grundplatte 1 als Elektrode erfolgt sodann in bekannter Weise (Fig. 4). Anschließend können die Kunststoffsäulen 6, 6a zur Freilegung des metallischen Mikrostrukturkörpers 1, 9 mit ei­ nem Lösungsmittel entfernt werden.

Die Praxis hat gezeigt, daß bereits sehr dünne Restschichten am Boden der Hohlräume ausreichen, um den erfindungsgemäßen Erfolg sicherzustellen. Bei mit der Elektronenstrahllithogra­ phie hergestellten Säulen mit 1 µm Durchmesser und mehreren µm Höhe genügt es, beim Arbeiten ohne Haftvermittler die Naßent­ wicklung zu stoppen, wenn am Boden zwischen den Säulen noch eine Restschichtdicke von 0,1 bis 0,2 µm vorhanden ist. Auch erfolgt nach dem reaktiven Sauerstoff-Ionenätzen ein sehr guter Start der Galvanik auf den so freigelegten Flächen der Metallgrundplatte.

Auch bei der Herstellung von Negativformen mit der Röntgentie­ fenlithographie bzw. der hiervon abgeleiteten Mikroabformtech­ nik kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Behandlung die Aus­ schußrate gegen null gesenkt werden. Bei einer Strukturhöhe der Negativformen von 300 µm und Spaltweiten der Hohlräume von 10 µm wurden durch das Ionenätzen alle Resistreste aus den Spalten entfernt. Durch das Vermeiden einer Durchentwicklung bis zur Grundplatte aufgrund der erfindungsgemäßen Nachbehand­ lung, die quasi das "Durchentwickeln" übernimmt, werden auch von daherrührende Strukturfehler vermieden.

Eine Vermessung einer derartigen Negativform ergab, daß durch die Behandlung mit den Sauerstoff-Ionen kein meßbarer Abtrag an den Seitenwänden der Negativform erfolgte. Der Abtrag an der freien Oberfläche betrug etwa 5 µm.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von metallischen Mikrostruktur­ körpern, bei dem auf einer elektrisch leitfähigen Grund­ platte mittels Elektronenstrahllithographie, Röntgenlitho­ graphie oder Mikroabformtechnik Negativformen der Mi­ krostrukturen aus Kunststoff erzeugt und die Hohlräume der Negativformen galvanisch unter Verwendung der elektrisch leitfähigen Grundplatte als Elektrode mit Metall aufgefüllt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) im Zuge der Erzeugung der Negativformen (6, 6a) eine Restschicht (3, 3a) des Kunststoffes als Boden der Hohl­ räume (7) der Negativformen auf der elektrisch leitfähi­ gen Grundplatte (1) belassen wird, und daß
• b) vor dem galvanischen Auffüllen der Hohlräume (7) der Ne­ gativformen (6, 6a) mit Metall (9) die Restschicht (3, 3a) des Kunststoffes am Boden der Hohlräume (7) durch reaktives Ionenätzen mittels senkrecht gegen die Ober­ fläche (1a) der Grundplatte (1) beschleunigter Ionen (8) entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum reaktiven Ionenätzen ein Sauerstoffplasma verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Restschicht des Kunststoffes auf die Grundplatte (1) ein Haftvermittler (3) aufgebracht wird.