通过光刻胶生产三维结构
阅读说明：本技术 通过光刻胶生产三维结构 (Production of three-dimensional structures by means of photoresists ) 是由 詹斯·泰斯 法兰克·贝劳 于 2021-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于通过光刻胶生产三维结构,具体地用于产生处于微米到毫米范围内的台阶式结构的方法。寻找一种实现微机械和高性能电子结构的允许台阶式结构的基本上自由成型和高产出量生产的微结构的新的可能性的目的根据本发明通过以下得以实现：用第一光刻胶涂覆(3)铜包覆的衬底(1)至少一次,以产生限定高度的至少一个结构台阶,并且用第二光刻胶涂覆(3)所述第一光刻胶至少一次,以产生限定高度的至少一个另外的结构台阶,其中所述第一光刻胶和所述第二光刻胶具有不同光敏性和透射特性,通过用不同波长和辐射剂量进行曝光(4)并且在显影(5)之后,所述不同光敏性和透射特性使至少所述第一光刻胶和所述第二光刻胶的结构形成性区域(35；36)得以产生。所述结构形成性区域(35；36)彼此至少部分地重叠并且形成台阶式三维结构。(The invention relates to a method for producing three-dimensional structures by means of photoresists, in particular for producing stepped structures in the micrometer to millimeter range. The object of finding a new possibility to achieve a microstructure of a micromechanical and high-performance electronic structure that allows for a substantially free-form and high-throughput production of stepped structures is achieved according to the present invention by: a copper clad substrate (1) is coated (3) at least once with a first photoresist to produce at least one structural step of defined height and the first photoresist is coated (3) at least once with a second photoresist to produce at least one further structural step of defined height, wherein the first and second photoresists have different photosensitivity and transmission characteristics that enable structure forming regions (35; 36) of at least the first and second photoresists to be produced by exposure (4) with different wavelengths and radiation doses and after development (5). The structure-forming regions (35; 36) at least partially overlap each other and form a stepped three-dimensional structure.)
技术领域
本发明涉及一种用于通过光刻胶生产三维结构，具体地用于由光刻胶产生台阶式结构或用于通过处于微米到毫米范围内的台阶式结构模制模制体的方法。本发明的使用领域具体地是电子工业、印刷电路板封装和芯片封装、半导体工业和微技术，特别是用于生产微机械结构的微技术。
背景技术
现有技术中使用光刻胶来光刻图案化，以便产生微电子学和微系统技术中处于微米和亚微米范围内的结构。所述程序经常通过将光刻胶层施涂到衬底或已经存在的电路结构层，并且随后将它曝光于具有负性抗蚀剂且将被保留为结构表面的区域，或者将它曝光于具有正性抗蚀剂且将被烧蚀的区域来执行。光刻胶结构的后续显影过程中的非抗蚀区域作为未固化层组件被移除，并且随后可以用电子导体结构和半导体结构填充或者由栅极结构局部占据。
这种程序由V.Papageorgiou等人在技术论文“在InP衬底上共同制造平面耿氏二极管和HEMT(Cofabrication of Planar Gunn Diode and HEMT on InP Substrate)”(《IEEE电子装置汇刊(IEEE Transactions on Electron Devices)》,第61卷,第8[2014]2779-82784期)中进行了描述。在此上下文中宽度为1.5μm到2μm的耿氏二极管或HEMT(高电子迁移率晶体管)结构所需的源极与漏极之间的栅极间隙通过烧蚀的光刻胶结构产生。因为源极层和漏极层的厚度小，所以仅需要厚度为约0.1μm的光刻胶层。用于二极管结构的光刻胶需要由不同百分比的PMMA(聚[甲基丙烯酸甲酯])组分引起的不同的光刻胶敏感性，以便达到不同烧蚀深度。关于生产其中层厚度为结构宽度的数量级或以上的结构的可能性，上述引用的技术论文中并未公开对在投入其所需的能量和时间下的可行的更大烧蚀深度的建议或见解。
发明内容
本发明的目的是寻找一种实现微机械和高性能电子结构的微结构的新的可能性，所述微结构允许台阶式，特别是悬伸的结构基本上自由成型，并且允许用于形成金属微结构和导电迹线的复杂形状灵活、高产出量生产。
根据本发明，上述目的在一种用于通过光刻胶生产三维结构的方法中得以实现，所述方法具有以下步骤：
-提供金属包覆的衬底(1)以改善针对随后的金属沉积和结构(6；71)与所述衬底(1)的分离的表面粘附力或适应性；
-用第一光刻胶涂覆(3)铜包覆的衬底(1)至少一次，以产生限定高度的至少一个结构台阶，并且用第二光刻胶涂覆(3)所述第一光刻胶至少一次，以产生限定高度的至少一个另外的结构台阶，其中所述第一光刻胶和所述第二光刻胶针对图案化具有不同光敏性和透射特性；
-在所述第一光刻胶的至少一个结构形成性区域(35)中，用具有第一波长范围和第一辐射剂量的曝光辐射(41)使所述第一光刻胶曝光(4)；
-在所述第二光刻胶的至少一个结构形成性区域(36)中，用具有第二波长范围和第二辐射剂量的曝光辐射(42)使至少所述第二光刻胶曝光，其中至少所述第一光刻胶和所述第二光刻胶的所述结构形成性区域(35；36)彼此至少部分地重叠；
-通过使至少所述第一光刻胶和所述第二光刻胶的涂层(31；32；33；34)的非结构形成性曝光区域显影来使至少一个多层光刻胶结构(6)从至少所述第一光刻胶和所述第二光刻胶的重叠的结构形成性区域(35；36；37)显影(5)。
有利地，所述用所述第二光刻胶涂覆所述第一光刻胶在所述第一光刻胶的所述第一结构产生性曝光和所述第二光刻胶的所述结构产生性曝光之前执行。
可替代地，所述用所述第二光刻胶涂覆所述第一光刻胶仅在所述第一光刻胶的所述结构产生性曝光之后执行，并且所述第二光刻胶的所述结构产生性曝光在用所述第二光刻胶进行涂覆之后执行。
在进一步有利的变型中，用第三光刻胶涂覆所述第二光刻胶仅在所述第二光刻胶的所述结构产生性曝光之后执行，并且用第四光刻胶或任何另外的光刻胶进行涂覆在所述第三光刻胶或任何另外的先前施涂的光刻胶的结构产生性曝光之后发生。
在所述方法的优选执行中，至少所述第一光刻胶或所述第二光刻胶或具有多于一个光刻胶层的另外的光刻胶彼此堆叠施涂，以便产生所述光刻胶结构的期望限定高度的结构台阶。
进一步地，可取的是，所述第一光刻胶和所述第二光刻胶在每种情况下被选择为具有不同的敏感性，使得所述第一光刻胶和所述第二光刻胶可以通过另一相应光刻胶不反应的不同曝光辐射进行固化。
优选变型在于，所述第一光刻胶对相对于所述第二光刻胶的有效波长和曝光剂量的具有较高曝光剂量的较长波长曝光辐射敏感并且对所述第二光刻胶反应的具有较低曝光剂量的较短波长曝光辐射不敏感，并且所述第二光刻胶相对于所述第一光刻胶的所述较长波曝光辐射和较高曝光剂量透明且不敏感并且对相对于所述第一光刻胶的有效波长和曝光剂量的具有较短波长的曝光辐射敏感。
所述第一光刻胶和所述第二光刻胶在介于375nm与436nm之间的波长范围内的所述不同敏感性适宜地相差多于20nm，优选地多于30nm，并且在适用剂量方面相差介于10mJ/cm2与2200mJ/cm2之间的范围，优选地相差大于4倍。
第三光刻胶或另外的光刻胶被有利地选择为具有以下的敏感性，所述敏感性使得所述敏感性在介于248nm与436nm之间的波长范围内，在波长方面与所述第一光刻胶和所述第二光刻胶的波长相差多于20nm，优选地多于30nm，并且在介于10mJ/cm2与2200mJ/cm2之间的范围内，在适用剂量方面与所述第一光刻胶和所述第二光刻胶的所施加曝光剂量优选地相差大于4倍。
已经证明有利的是，在所述使至少所述第一光刻胶和所述第二光刻胶显影期间，至少所述第一光刻胶和所述第二光刻胶的重叠的结构形成性区域的三维光刻胶结构保留在所述衬底上并且在相邻光刻胶结构之间形成光刻胶间隙，所述光刻胶间隙能用作空腔以便用可模制材料进行填充。
在此方面，可以将金属或金属合金沉积到相邻或周围光刻胶结构之间的所述光刻胶间隙中。
来自包含以下的组的金属中的至少一种金属或其合金适宜地用作所述空腔的填充材料：铜、镍、钛、铬、铝、钯、锡、银和金。
所述光刻胶结构优选地以由间隙间隔开的细长层堆叠或由间隙包围的层堆叠的形式产生，以便在所述间隙中模制不同的模制体。
在通过至少所述第一光刻胶和所述第二光刻胶的显影而在所述光刻胶结构之间产生的所述间隙中进行的金属沉积之后，可以通过抗蚀剂显影剂适宜地执行所述光刻胶结构的去除，其中成型的金属模制体保留在所述金属包覆的衬底的金属层上。
可以至少在通过所述金属沉积形成的所述金属结构之间的中间空间中通过金属蚀刻剂有利地执行所述衬底上的金属层的金属回蚀方法。
在特别有利的应用中，可以继续进行用适于金属化衬底的金属层的蚀刻剂进行的所述金属回蚀方法，直到所述衬底的金属层被完全烧蚀，使得所述金属结构被单切为金属模制体。
本发明示出了实现微机械或高性能微电子结构的微结构的可能性，所述微结构允许台阶式，特别是悬伸的结构基本上自由成型，并且允许用于形成金属微模制制品的复杂形状灵活、高产出量生产。
附图说明
在下文中，将参考实施例实例和图标来更全面地描述本发明。附图示出了：
图1示出了根据本发明的用于产生具有不同光刻胶层的有利的台阶式结构的方法的示意图；
图2示出了根据本发明的用于产生具有不同光刻胶层的另外的有利的台阶式结构的方法的示意图；
图3示出了根据本发明的用于产生具有至少两种不同光刻胶的三层结构的方法的另外的实施例的示意图；
图4根据本发明的用于根据图3继续执行以产生总共具有至少三种不同光刻胶的六层结构的方法的示意图；
图5根据图3和4继续执行根据本发明的方法，其中多次产生的光刻胶结构用于生产金属模制体，并且执行模制体的单切(与衬底脱离)；
图6根据本发明的用于产生具有至少两种不同光刻胶的结构的方法的进一步执行的示意图，其中在每个实例中，在用下一种光刻胶曝光之前，对不同光刻胶中的每种光刻胶执行曝光；
图7根据本发明的方法从图6的有利的继续，其中多次产生的抗蚀剂结构用于生产金属结构，其中衬底的铜涂层的回蚀可以仅针对电气隔离单独金属结构而执行或者可以在可以单切金属模制体(与衬底脱离)之前执行；
图8示出了根据本发明的用于产生厚光刻胶层的方法的进一步执行的示意图，其中对不同光刻胶执行单独曝光，并且在抗蚀剂结构显影之后用铜填充结构的间隙，以便在衬底的金属化(或衬底本身)的回蚀之后在衬底上获得分离的铜结构；
图9用于使用有限数量的利用单独联合显影步骤可产生的不同光刻胶层多重生产微结构的优选光刻胶结构的易于实现的横截面的选择。
符号说明：
1:(金属包覆的)衬底
2:金属层
3:涂覆
31、32、33:光刻胶层
34:最终光刻胶层
35、36、37、38:结构形成性区域
4:曝光
41:(光刻胶层31的)曝光辐射
42:(光刻胶层32的)曝光辐射
43:(光刻胶层33的)曝光辐射
44:(光刻胶层34的)曝光辐射
5:显影
51:显影剂
6:光刻胶结构
61:(光刻胶)间隙
7:金属沉积
71:金属结构
72:(金属)模制体
8:抗蚀剂去除
81:抗蚀剂显影剂(抗蚀剂剥离液)
9:金属回蚀
91:(用于金属层2的)金属蚀刻剂
92:用于部分金属层回蚀的蚀刻剂
具体实施方式
根据本发明的用于在根据图1的基本变型中产生结构高度(层厚度)在较低到较高微米范围(1μm到几百μm)内的微结构的方法包括以下步骤：
-提供金属化衬底1(通常：金属包覆层、PVD金属化或金属沉积)；
-用第一光刻胶涂覆3金属包覆的衬底1至少一次，以产生至少一个限定台阶高度的结构台阶，并且用第二光刻胶涂覆3第一光刻胶至少一次，以产生至少一个另外的结构台阶，其中第一光刻胶和第二光刻胶具有针对图案化的不同的光敏性和透射特性；
-用第一波长范围和第一辐射剂量对第一光刻胶进行第一结构产生性曝光4；
-用第二波长范围和第二辐射剂量对第二光刻胶进行第二结构产生性曝光4；
-通过烧蚀第一光刻胶和第二光刻胶的非结构形成性曝光区域来显影5多台阶光刻胶结构6。
在此方面，在边缘的数量、高度和宽度方面，对结构配置的种类几乎没有任何限制。然而，为了在光刻胶结构的显影过程结束时可实现的边缘质量(其取决于结构台阶的期望高度)，光刻胶的材料应基于其材料的光谱敏感性和所利用的光刻胶对加工射束的吸收/透射特性来进行选择。另外，还有为在所利用的光刻胶的敏感性范围内，在尽可能短的曝光时间内达到结构产生性曝光的可用辐射输出和辐射剂量。
图1以在衬底1上产生的层堆叠的示意剖面图示出了各个步骤。衬底1在子图1中设置有金属层2(金属包覆层)作为所需微结构产生的起始点。金属层2主要用于针对另外的涂层、后续金属沉积过程和用于使结构从衬底1脱离的过程改善表面粘附性。
图1的子图2示出了在涂覆有第一光刻胶31(例如，光敏聚合物A)之后的衬底1，所述第一光刻胶的层厚度适于要产生的结构的期望高度。如果在一个步骤中不能完成限定的均匀层施涂，则所需的层厚度也可以通过用相同的光刻胶31进行多次涂覆来执行，如稍后将更充分地示出的(例如，图3和图4)。
光刻胶的选择基本上适应于要产生的结构的最终形状。用于加工的光刻胶的特性是波长相关吸收/透明性和敏感性(曝光剂量)。这些特性必须针对相应的结构彼此适当地适配。
如图1所采取和示出的，出于后续金属成型的目的，例如由聚合物产生T型结构需要将第一光刻胶(例如，日立(Hitachi)HM-40112)作为下部光刻胶层31，所述第一光刻胶对相对较大的波长(例如402nm)发生反应并且需要高曝光剂量(例如，在405nm下，250到400mJ/cm2)以固化到光刻胶层31的整个深度。例如，具有适合固化的曝光波长的日立RY系列、日立HM系列和杜邦(DuPont)WBR系列也适合作为上述种类的不敏感光刻胶。
相比之下，当针对结构的最终形状要产生不同横截面尺寸和/或高度尺寸时，上覆的光刻胶层32需要明显不同的特性。对于图1中选择的以T型方式突出的形状，为上部光刻胶层32选择一种光刻胶(例如，科隆工业(Kolon Industries)LS-8025)，所述光刻胶对短波长(例如，375nm)具有高吸收并且对用于第一光刻胶层31的曝光的长波长具有高透明性，并且具有尽可能低的曝光剂量(例如，科隆工业LS-8025：在375nm下，35到50mJ/cm2)以进行固化。例如，日立RD系列、日立SL系列、旭化成(Asahi Kasei)AQ系列和科隆工业LS系列适合用作此种高度敏感的光刻胶。
选择参数互相不同的光刻胶，使得利用曝光辐射41对为固化而提供的光刻胶层31的第一结构形成性区域33进行的曝光过程(如子图4中所示)和利用曝光辐射42对为固化而选择的光刻胶层32的第二结构形成性区域34进行的曝光过程(如子图5中所示)尽可能地仅限于所述曝光过程所确定针对的层。这是重要的，因为尤其是两个曝光辐射41和42所针对的光刻胶层31和32的结构形成性区域33和34的那些部分仅受到预期用于它们的曝光辐射41或42的影响，使得可以在第一光刻胶层31和第二光刻胶层32的相应结构形成性区域33和34内分别实现一致的固化度，该一致的固化度允许在根据图1的子图6的后续显影过程中对光刻胶层31和32的未固化残留部分进行边缘特定的精确烧蚀。
对于如图2所示的倒T型结构，需要反转先前参考图1描述的第一光刻胶层31和第二光刻胶层32的特性。下部光刻胶层31需要具有低曝光剂量和对长波长更高的敏感性的第一光刻胶(例如，具有在405nm下，30到50mJ/cm2的日立SL-1338)。另一方面，上部光刻胶层32应具有用于高曝光剂量并且对长波长具有高透明性的第二光刻胶(例如，具有在375nm下，180到300mJ/cm2的日立RY-5125)。
用于执行根据图2的方法的所有其余序列均与图1保持不变。仅针对结构形状而选择的第一光刻胶、符合后者的第二光刻胶和经选择适于后者的曝光辐射41和42被改变。原则上，如果第二光刻胶层32在用于第一光刻胶层31的曝光辐射41的波长范围内的透明性允许，则图1中选择的光刻胶层31和32的材料配对也可以以相反的方式施涂并且可以用曝光辐射41和42的适应模型来固化。
图1和图2中的实施例(以及所有以下实施例实例)反映了根据本发明的方法的实质性优点和核心，因为涂覆和曝光过程以及显影过程可以以统一(即，非交替执行的)周期进行，使得经涂覆的衬底1无需重复改变其所需的特定加工腔室，并且由于这种方法的经济性，可以利用芯片生产中已知的方法以高的工艺产出量来生产大量的期望三维微结构。
图3示出了根据本发明的使用第一光刻胶和不同于第一光刻胶的第二光刻胶的方法的另外的实施例。在这种情况下，由于第二光刻胶的期望结构高度，在衬底1上的金属涂层2(例如，铜包覆层)涂覆有下部光刻胶层31之后，如子图1到4的步骤所示，施涂光刻胶层32两次。通常仅在以下条件下才可能在以连续曝光周期对第一光刻胶和第二光刻胶进行曝光辐射41和42之前进行这种多次涂覆：两个光刻胶层32(例如，包括日立RY-5125)在用于第一光刻胶(例如，日立SL-1338)的曝光辐射41(例如，405nm)的波长内具有足够的透明性，并且后者可在低曝光剂量下(例如，在30到50mJ/cm2下)固化，如子图5示意性示出的。在根据图3的子图6的利用第二曝光辐射42(例如，在375nm下具有200到300mJ/cm2)对两个上部光刻胶层32的第二光刻胶(例如，日立RY-5125)进行曝光过程之后，结构产生过程与显影过程(对应于图2中的子图6)可以结束，或者如文中所预期的，可以用另外的光刻胶涂层产生形状更复杂的结构。
图4示出了用于产生期望结构的两个另外的结构台阶的图3的方法变型的有利继续。当期望结构仅具有更大的高度时，要求可能相同。在图4的参考图3连续编号的子图7中，以双重方式施涂另外的光刻胶层33，以便在先前未对截止目前已经被施涂且曝光并且包括下部光刻胶层31和位于其上的两个上部光刻胶层32的层堆叠进行显影过程的情况下产生另外的边缘结构(结构台阶)。由于要选择具有低曝光剂量的第三光刻胶(例如，JSR THB-111N，在355nm下具有25mJ/cm2)，所以多层施涂不视期望(相当低)的结构高度而定，而是防止对位于其以下的光刻胶层31和32的影响所需要的。与第一光刻胶和第二光刻胶相比，同样必须不同地选择用于固化第三光刻胶的波长。然而，如果层33的曝光剂量足够低并且吸收足够高，则可以使用与用于层31的波长相同的波长。在已经施涂两个光刻胶层33之后，如子图9中以某一样式方式示出的，通过具有用于第三光刻胶的短波长和低曝光剂量(例如，355nm，在25mJ/cm2(如上所述))或可替代地，用于科隆工业LS-8025的375nm，在35mJ/cm2下的曝光辐射43在结构形成性区域35内固化所述两个光刻胶层。
进一步地，对于图4中示出的实例，假设当结构形成性区域38小于光刻胶层33的结构形成性区域37，以使得用与第三光刻胶(例如，JSR-THB-111N：[例如，在355nm下，25mJ/cm2])相同的另外的光刻胶施涂最终光刻胶层34的方式提供根据子图10的期望结构轮廓的进一步渐变。
然而，如果最终光刻胶层34的结构形成性区域38的尺寸较大，即，相对于结构形成性区域37(图4中未示出)具有悬伸部，则必须选择第四光刻胶(例如，JSR ARX系列，在248nm下，15mJ/cm2)，所述第四光刻胶同样具有不同波长(至少相对于层33的第三光刻胶而言)，并且需要小辐射剂量用于固化，以便防止结构形成性区域35、36和37之外的下面的光刻胶层31、32和33受损。
在通过在上述第一实例中可以与较小结构形成性区域38的曝光辐射43相对应的曝光辐射44固化(如图4的子图11所示)最终光刻胶层34之后，所有光刻胶层31到34的联合显影过程根据子图12通过普通显影剂51(例如，碱性显影剂(碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钾、氢氧化四甲铵等)或有机显影剂(1-甲氧基-2-乙酸丙酯、环戊酮等))进行，其后余下期望的结构6。
图5示出了在根据图3和4中的方法中生产的结构6的优选应用，其中假设结构6的多重生产是在金属层2占据的衬底1上执行的。图5的子图13示出了衬底1的此类截面，其中(例如，铜、镍、铬、锡、钯、银、金或其合金的)金属沉积7在每种情况下在两个相邻结构6之间执行，直到光刻胶间隙61被完全填充。为了在后续回蚀过程期间保护金属沉积7，选择在有机溶剂中溶解并且因此对金属沉积7的金属没有腐蚀性的衬底1可能是有利的。出于此目的，在衬底1与金属层2之间并入由聚合物制成的另外的薄分隔层(此处未示出)是有用的。
图5的子图14示出了揭露光刻胶层31到34(仅在图4和图5中指定)的结构6之间的模制金属沉积7的下一步骤。在这种情况下作为用于使金属沉积7成型的阴模利用的结构6出于此目的而被溶解掉，因为抗蚀剂显影剂81在抗蚀剂去除8的方法步骤中作用在光刻胶层31到34的结构形成性区域35到38上，并且同时用金属填充的光刻胶间隙61之间的光刻胶结构6被溶解。其后，模制到光刻胶间隙61中并且经由衬底1的金属层2仍然固定地连接到衬底1的金属沉积7保留在金属包覆的衬底1上。
如果作为金属结构71(仅在子图16中指定)的金属沉积7保持固定地结合到衬底1上但彼此电隔离，则在有限的程度上执行金属回蚀9，使得仅衬底1的金属包覆层被抗蚀剂显影剂81(例如，氯化铁(III)或氯化铜(II)与过氧化氢一起用于铜，氯化铁(III)或硝酸与盐酸一起用于镍，氢氧化铵与过氧化氢和甲醇一起用于银，稀硝酸用于锡等)烧蚀。图5的子图15示意性地示出了结果。
如果期望单切金属结构71，则金属回蚀9的过程更长和/或用专门适于衬底1的金属层2的材料的蚀刻剂(如上所述)来继续，直到金属结构71作为单个金属模制体72从衬底1上脱离，如子图16所示。
在六个子图中，图6示出了用于生产简单光刻胶结构6的另外的实例，其中仅需要两个光刻胶层31和32来产生T型结构6，所述T型结构具有以下尺寸：宽度b：100μm，高度h：83μm，支撑宽度s：50μm，支撑高度(h-t)：45μm。
所述程序与根据图1和图2的实施例的不同之处在于，根据子图2，在用第一光刻胶(例如，针对365nm的相对较短波长[汞蒸气灯的i线]优化的杜邦日立RY-5545)进行涂覆3之后，在用对相对较大波长敏感的第二光刻胶(例如，日立SL-1333，在405nm下)执行根据子图4的涂覆3之前，在对应于子图3的结构形成性区域35中对所得的光刻胶层31进行曝光(例如，首先用与其适应的曝光辐射41[例如，在375nm下，240mJ/cm2])。
如果施涂光刻胶层32，则根据子图5，其随后在结构形成性区域36中用曝光辐射42(例如，在405nm下，30mJ/cm2)曝光。随后，用所选的抗蚀剂显影剂81(例如，基于碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钾或氢氧化钾的碱性溶液)执行联合显影过程5。
为了在具有小支撑宽度s的同时产生特别高的宽度b，可能需要使用具有特别高敏感性的光刻胶层31。此光刻胶的实例是AZ 125nXT，对于从70μm开始的较厚层，其需要1500mJ/cm2到2200mJ/cm2的剂量进行固化。因此，可以用小四倍但比通常明显更高的剂量曝光上部光刻胶层32，以便增强此上部光刻胶层32的稳定性，并能够实现比下部光刻胶31更大的悬伸。在此实例中，结构形成性区域36(由日立SL-1333抗蚀剂形成)可以以约150mJ/cm2而不是30mJ/cm2曝光。相比之下，用于曝光下部光刻胶层31的剂量是其量的十倍到几乎十五倍，使得小于用于上部光刻胶层32的剂量的十分之一的剂量对下部光刻胶层31的未曝光区域(结构形成性区域35之外)没有明显的影响。
在每种情况下，下部到上部光刻胶层31、33和32、34的曝光剂量应分别相差四倍或更多倍。这防止了相应的其它光刻胶层32、34和31、33分别在已经被曝光的结构形成性区域35、36之外的不期望的曝光。由于曝光剂量基本上是由所选抗蚀剂的敏感性决定的，因此可以将剂量差异的因子选择得越小，相应抗蚀剂所敏感的波长相距越远。
图7示出了图6的方法的继续，所述方法用于在衬底1上生产金属结构72，用于生产用于电力电子设备的坚固的导电迹线或具有增强的机械稳定性的精致的导电迹线。但是衬底上的相交的光刻胶结构6也可以通过曝光来固化，使得间隙61被相交结构形成性区域35和36释放，以用于具有正方形、矩形、平行四边形、长菱形、六边形或在椭圆形到圆形的范围内的底面积的金属沉积71。
为了阐明此方法实施例，子图7示出了具有金属层2(例如，铜)的金属包覆的衬底1的截面。金属(作为例如铜、镍、铬、锡、钯、银、金或其合金的层)沉积在间隙61中，根据图6的子图6，所述间隙在光刻胶结构6之间产生。因此，间隙61被完全填充，并且因此通过利用间隙61的结构作为预成型件对应地模制金属沉积7。根据子图8，在抗蚀剂去除8期间，通过抗蚀剂显影剂81(例如，碳酸钾)将光刻胶结构6完全溶解掉，并且随后通过施涂蚀刻剂92(如上所述)对金属层2执行金属蚀刻9，所述蚀刻剂适当地适于金属结构71之间的金属层2的部分金属回蚀。因此，衬底1保留有特定形状的金属结构71、用作粘附促进剂的金属层2的其余部分。
在图8所示的方法变型中，结构产生的显著特征在于产生特别高的T型光刻胶结构6，其中支撑高度(h-t)与总高度h的比率约为一，并且因此在第一光刻胶的结构形成性区域35之上形成第二光刻胶的结构形成性区域36的悬伸部，并且为了节省时间，将由尽可能少的光刻胶层31和32产生光刻胶结构6。在此实例中，台阶式T形光刻胶结构6的尺寸被假定为h＝155μm，b＝90μm，s＝60μm，并且(h-t)＝75μm。
出于此目的，将由第一光敏聚合物(例如，杜邦WBR-2075或日立HM-40112)产生的光刻胶层31(相对较大波长(例如405nm)以及高曝光剂量(例如350mJ/cm2，在405nm下))施涂到金属包覆的衬底1的金属层2上。对于第二悬伸结构台阶，需要用两个相同的光刻胶层32进行涂覆3，并且使用第二光刻胶(例如，旭化成AQ-4088)，所述第二光刻胶对短波长(例如365nm)具有高吸收并且对用于第一光刻胶层31的曝光的长波长具有高透明性并且具有最低可能的曝光剂量(例如，80mJ/cm2，在375nm下)。只要在曝光装置(未示出)中有合适的光源可用，就还可以使用405nm和355nm的波长配对，在这种情况下，例如JSR THB-111N(在355nm下具有25mJ/cm2的小曝光剂量)可以用作第二抗蚀剂。
如子图1所示，在用下部光刻胶层31涂覆3之后，在这种情况下，在执行用两个类似的光刻胶层32(根据子图3和4，包括第二光刻胶)进行第二和第三涂覆3之前，适宜用为第一光刻胶选择的曝光辐射41在期望的结构形成性区域35(子图2)中类似地执行曝光4。根据图8的子图5，然后用适于第二光刻胶的曝光辐射42在提供的结构形成性区域36中执行曝光4。接下来是所有光刻胶层31和32的联合显影5(子图6)。如在前面的实例中参考图5和7所描述的，在光刻胶结构6之间的间隙61中执行金属沉积7，由此在光刻胶结构6处模制金属结构71(例如，包括铜、镍、铬、锡、钯、银、金或其合金的层)。在通过抗蚀剂剥离液81(例如，通过10％的氢氧化钾溶液)进行抗蚀剂去除8之后，在金属结构71之间保留了由衬底1的金属层2形成的导电连接(根据子图8)。为了去除后者并在衬底1上获得作为固定结构的金属结构71，用专门适于金属层2的蚀刻剂92(例如：氯化铜(II)与过氧化氢一起用于Cu；5％硝酸/65％磷酸/5％乙酸和水的混合物用于Al；稀硝酸用于Sn)执行金属回蚀9(子图9)，以用于仅在期望的金属结构71之间部分烧蚀金属层2。
图9再次示出了根据显影5的方法步骤的特定有利的光刻胶结构6。为了阐明上面已经描述的实例，在子图1中指示了要调整的尺寸测量。
图9的子图1中所示的光刻胶结构6优选地被设计用于产生金属结构71或金属模制体72，并且通常具有h＝30-1000μm并且(h-t)＝10μm-900μm的尺寸，其中其宽度b和支撑宽度s实际上可以任选地选择，但是在每种情况下取决于结构的高度和间距并且取决于抗蚀剂的稳定性。当仅使用两种不同的光刻胶时，分别产生多个类似的层31和32允许各个结构台阶的结构高度增加到最大1000μm。各个光刻胶层31、32有时可以具有明显较小的高度(例如，日立SL系列至多76μm，日立HM-40112至多112μm，杜邦WBR系列至多240μm)，并且必须堆叠，但也有例外(例如，MicroChem SU-8至多1000μm)，其中仅通过一个光刻胶层31即可实现较大的结构台阶。由于仅以确定的层厚度生产了各种干膜抗蚀剂(例如，56μm、75μm和112μm的日立HM系列)，在某些情况下可能需要通过层压多个薄抗蚀剂层31、32来产生期望的层厚度。在这种情况下，如同在每种其它情况下一样，曝光剂量必须适应于相应的层厚度和层构造，以便在光刻胶结构6显影后获得最佳结果。
图9的子图2示出了此类光刻胶结构6，所述光刻胶结构优选地被设置用于当下部光刻胶层31的结构形成性区域36的结构台阶具有较大高度并且当上部光刻胶层32的结构形成性区域36具有较大的悬伸部时产生具有覆盖表面(未示出)的较大渐变或突出(悬伸部)的金属结构71或金属模制体72。
金属结构71可以用于使柔性衬底1上的导电迹线机械稳定。通过在高度、宽度和悬伸方面对结构6进行适当的选择，可以改善在反复载荷下的机械稳定性，并且同时减少了金属结构71的涂覆/沉积(电镀)所需的材料量。这延长了用于沉积金属层的金属浴的使用寿命。同时，通过改变金属结构71的尺寸比，可以选择性地使机械和电气性质适应相应的要求。
金属模制体72主要用作可以通过此处使用的技术大量生产的微机械元件或组成部件。
在尺寸上与子图1和2相似的情况下，图9的子图3示出了特定层构造，所述特定层构造具体地朝向为具有高宽度与支撑宽度比率。以这种方式，特别是在机械稳定性和对柔性衬底1的粘附力方面改善了金属结构71的产生。
利用本发明，可以实现由光刻胶或金属以可再现的精度以及在一个或几个周期中的有限数量的方法步骤来成本有效且高产出量地产生微结构。因此，在可再现的边缘质量和精度的情况下，用半导体工业和印刷电路板工业的常规技术进行的大规模生产(但其中产生的结构的高度尺寸明显大于常规电路和晶圆芯片制造周期中的高度尺寸)对于相对精细的锐缘台阶式主体是可能的。通过组合包括几种不同固化敏感性的不同光刻胶的光刻胶层31到34，可以组装可在连续曝光周期中以不同的曝光波长和/或曝光剂量部分地机加工的层堆叠，但是可以在联合显影过程中的每一种情况下形成光刻胶结构6。通过这种方式，可以在生产一位数到三位数的微米范围内的3D微结构中实现特别高的方法经济性。
当使根据本发明的方法适用于半导体工业中的台阶器时，可能使要产生的抗蚀剂结构的宽度进一步增加到约150nm，并且结构高度可能进入毫米范围，这是因为在半导体工业中常规的汞蒸气灯为此处利用的波长(365nm、405nm、436nm)设置了滤光片。另外，也可以使用波长为355nm、375nm或405nm的各种激光源(固态激光器或激光二极管)。此方法也可以应用于处于深UV范围内的抗蚀剂，所述抗蚀剂利用248nm(KrF*激光)和193nm(ArF*激光)的波长进行曝光。