JP2004200577A - Method for forming microstructure - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細構造体の形成方法に関し、特に、3次元状の微細なパターンを形成する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
リソグラフィ技術は、高精度高スループットの微細加工技術として半導体製造のみならず、マイクロマシン等の高アスペクト比パターンの形成手法として広く利用されている。マイクロマシンの分野では、光制御のためのミラーやレンズ、あるいはマイクロ流体制御デバイスの流路やバルブなど、3次元形状を要求されるものが多い。しかし、従来のリソグラフィでは、基板に塗布されたレジストにマスクを通してエネルギービームを基板に対して垂直に照射し、その部分のレジストの現像液に対する溶解性を変化させることによりパターンを形成するため、平面方向には任意形状を形成することができるが、垂直方向にはレジストがあるいか無いかの選択しかできない。すなわち2次元のパターンしか形成することができない。
【0003】
このような問題を解決するため、ビーム入射方向を基板に対して傾斜させることによりレジストパターンの側面にテーパー形状を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献1、2および3参照)。これらの方法によれば、傾斜方向を変化させて露光することにより、V溝状のレジストパターンや円錐形状の3次元のパターンを形成することができることが記載されている。
【0004】
また、基板上に囲いとなるパターンを形成して、その中にレジストを充填し、その後、基板を傾斜させることでレジストの水平面が基板に対して角度を有するようにして、その状態で硬化させることで、3次元形状を形成する方法が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。この方法では、基板内で、レジストを充填および硬化させる部分を任意に選択することができ、また、傾斜角度も任意に変化させることが可能であるが、その都度工程を繰り返す必要があり、スループットの向上という点については問題がある。
【0005】
また、露光の入射エネルギービームの強度をマスクにより変調することで、レジストパターンに入射ビーム強度に応じた膜厚を残すことにより、3次元形状を形成する方法が提案されている(例えば特許文献4参照)。しかし、この方法では、ミラーのような形状を作製する場合、高い階調で濃度制御されたマスクを使用しないとグレーティングとなってしまうためにミラーとしての性能が出なくなるという問題がある。そのため、高階調のマスクが必要となるが、そのようなマスクを作製するには、煩雑な条件出しが必要となるために、マスク自体のコストが高くなるという問題がある。
【0006】
一方、型押し工程のみで高アスペクト比のパターンを形成しようとすると、型を離す場合に、その被成形材料が型と一緒に剥離されてしまうという問題がある。さらには、パターンによっては型押しが不可能であるという問題がある。
【0007】
【特許文献1】
特開平6-188175号公報
【0008】
【特許文献2】
特開平6-202341号公報
【0009】
【特許文献3】
特開平7-135142号公報
【0010】
【特許文献4】
特開2000-235873号公報
【0011】
【非特許文献1】
Yoonsu choi,et al,IEEE MEMS,2002,Proc.,p176-179
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来技術では、3次元状の微細な形状を形成するには、スループットおよび製造コストの点で問題があった。
【0013】
本発明は上記事情に鑑み、3次元状の微細な形状を低コストで容易に作製することを可能とする微細構造体の形成方法を提供することを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の微細構造体の形成方法は、基板上にレジスト層を形成する工程と、
レジスト層を型により成形する工程と、
成形されたレジスト層の一部を選択的に露光する工程と、
露光されたレジスト層を現像して、露光された領域および該露光された領域以外の領域の一方を残し、他方を除去する工程とからなることを特徴とするものである。
【0015】
型は、型の型押し方向と異なる方向の成形面を有するものであってもよい。
【0016】
また、レジスト層を型により成形する工程において、スペーサを用いて、型を基板上の所望の高さ位置で停止させてもよい。
また、基板が露光光を透過する材質からなるものであり、基板上に所定のパターンを有する遮光膜を設けてからレジスト層を形成し、基板の裏面から露光することにより、レジスト層の一部を選択的に露光してもよい。
【0017】
【発明の効果】
本発明の微細構造体の形成方法によれば、型成形工程とリソグラフィ工程との2種類の工程で微細な形状を形成する方法であるので、従来技術のように、遮光材が濃度制御された高価なマスクを用いる必要も無く、また、複雑なリソグラフィ工程を繰り返す必要も無い。従って、3次元状の微細構造体を容易に低コストで形成することが可能である。
【0018】
さらには、型の形状とリソグラフィのマスクパターンとの組み合わせによっては、高アスペクト比の3次元形状を容易に低コストで形成することが可能であり、また、同一基板内に複数の異なる形状の微細構造体を形成することも可能である。
【0019】
また、レジスト層を型により成形する工程において、スペーサを用いて、型を基板上の所望の高さ位置で停止させた場合は、高い精度でレジスト層を所望の厚さにすることができる。
また、基板が露光光を透過する材質からなるものであり、基板上に所定のパターンを有する遮光膜を設けてからレジスト層を形成し、基板の裏面から露光することにより、レジスト層の一部を選択的に露光するようにした場合は、マッチングオイル等を用いなくても反射光の影響を受けること無く良好なパターンを形成することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【0021】
本発明の第1の実施の形態による微細構造体の形成方法について説明する。その形成過程の断面図を図1に示す。
【0022】
図1(a)に示すように、基板11上に、エポキシ樹脂系フォトレジスト(NANO SU−8:MicroChem Inc.社製)を塗布し、50〜90℃でホットプレートあるいはクリーンオーブンで加熱し、溶媒を除去してレジスト層12を形成する。次に、Si(シリコン)結晶の異方性エッチングを利用して作製した、ストライプ状に紙面に垂直に延びるV溝が形成されたSiからなる型13を、レジスト層12が形成された基板11上にスペーサを介して設置し、基板11と型13とを両面アライナーなどの位置合わせ手段によりアライメントする。型13は、基板11表面に対して垂直方向である型押し方向17と、異なる方向の成形面18を有し、この成形面18によって構成されるV溝が2本平行に紙面に垂直に延びるように形成されたものである。
【0023】
なお、上記型13の型押し方向と垂直な面の端部に、型による成形後のレジスト層12の厚さを所定の値にするために、前記面からの高さが前記所定の厚さに対応した、基板11との間で厚さを規定するスペーサ13aが設けられている。スペーサは、上記のような型13に設けられて基板との間でレジスト層の厚さを規定するものに限らず、基板11を載置する載置台に設けられて型の高さ位置を調整するもの、あるいは型の載置台の両方に設けられて型の高さ位置を調整するものであってもよい。
次に、図1(b)に示すように、真空容器内に設置された加圧、加熱手段を有するステージ上に型13と基板11とをセットし、真空容器を減圧しながらガラス転移点近傍の60℃まで加熱し、型13をレジスト層12に、型押し方向17に沿って押し付ける。その後、常圧に戻し、冷却する。
【0024】
次に、図1(c)に示すように、レジスト層12が形成された基板11から型13を剥がす。この時、型13を基板11からの剥離を容易にするため、型13の表面に予めフッ素系コーティング剤等の離型剤を塗布しておくことが望ましい。
【0025】
次に、図1(d)に示すように、レジスト層12に、ガラス基板14a表面にCr膜14bによるパターンを有するフォトマスク14を通して、350〜400nmの紫外光15を基板に対して垂直方向に照射する。これにより、斜線部分16のみが露光される。この際、レジスト層12とエアギャップの屈折率差による反射の影響を低減するため、レジスト層12の上にマッチングオイルを塗布した後、マッチングオイルにマスク14を接触させて露光することが望ましい。あるいは、型により成形されたレジスト層12の表面に露光光を透過する非感光性の樹脂をコーティングしておくことが望ましい。これにより高精度なパターン形成が可能となる。
【0026】
次に、50〜90℃でPEB(post exposure bake)を行う。これにより、露光された領域では、露光により感光剤から発生した酸により樹脂が架橋されて硬化する。
【0027】
その後、図1(e)に示すように、レジスト層12をSU−8レジスト専用の現像液で現像およびリンスを行った後、現像されて残った領域16をさらに100〜200℃で硬化させてパターンを完成させる。
【0028】
次に、本発明の第2の実施の形態による微細構造体の形成方法について説明する。その形成過程の断面図を図2に示す。
【0029】
図2(a)に示すように、350nm以上の紫外光に透明性のあるガラス基板21上に、遮光膜としてのCr膜22を成膜し、Cr膜22に所望のパターンを形成する。そして、Cr膜22が形成されたガラス基板21上にエポキシ樹脂系フォトレジスト(NANO SU−8)を塗布し、50〜90℃でホットプレートあるいはクリーンオーブンで加熱し、溶媒を除去してレジスト層23を形成する。次に、Siの異方性エッチングにより作製した、ストライプ状に紙面に垂直に延びるV溝が形成されたSiからなる型24を、レジスト層23が形成されたガラス基板21上にスペーサを介して設置し、ガラス基板21と型24とを両面アライナーなどの位置合わせ手段によりアライメントする。型24は、基板21表面に対して垂直方向である型押し方向27と、異なる方向の成形面28を有し、この成形面28によって構成されるV溝が2本平行に紙面に垂直に延びるように形成されたものである。
【0030】
次に、図2(b)に示すように、真空容器内に設置された加圧、加熱手段を有するステージ上に型24とガラス基板21とをセットし、真空容器を減圧しながらガラス転移点近傍の60℃まで加熱し、型24をレジスト層23に型押し方向27に沿って押し付ける。その後、常圧に戻し、冷却する。
【0031】
次に、図2(c)に示すように、ガラス基板21から型24を剥がす。この時、型24の表面に予めフッ素系コーティング剤等の離型剤を塗布しておくと剥離し易い。
【0032】
次に、図2(d)に示すように、ガラス基板21の裏面から350〜400nmの紫外線25を照射し、レジスト層23を露光する。これにより斜線部分26のみが露光される。その後、50〜90℃でPEB(post exposure bake)を行い、露光された領域26のレジストを硬化させる。
【0033】
その後、図2(e)に示すように、レジスト層23を、NANO SU−8専用現像液で現像およびリンスを行った後、残った領域26をさらに100〜200℃で硬化させてパターンを完成させる。
【0034】
本第2の実施の形態においては、露光光を基板21の裏面から露光するため、マッチングオイル等の反射防止手段を用いなくても、反射光の影響を受けること無く良好なパターンを形成することが可能である。
【0035】
従来の型押し法では、高アスペクト比を有する形状の場合、型と樹脂とを剥離する際、樹脂が基板から剥がれてしまい良好な形状を得ることができず、また、リソグラフィ技術では、3次元状のパターンの形成は工程が煩雑である等の問題があったが、本発明によれば、型により基板に対して斜め側面を形成し、さらにリソグラフィにより基板に対して垂直側面を形成することにより、図2(e)に示すように、高アスペクト比を有する3次元形状を容易に作製することが可能である。
【0036】
またさらに、NANO SU−8のような厚膜レジストを用いることは高アスペクト比のパターン形成に効果的である。なお、本実施の形態では、NANO SU−8に限られず、感光剤の失活温度以下に軟化点を有するネガ型レジストあるいはポジ型レジストでもよい。
【0037】
また、本実施の形態では、型成形の際、加熱を要するレジストを用いたが、加熱が不要で加圧のみにより型成形が可能なレジストであってもよい。
【0038】
実施の形態の型は、Si基板に、Siの異方性エッチングを利用してパターン加工したものを用いたが、その他の微細加工技術を用いて作製した型を使用することも可能である。
【0039】
また、型の形状は、平面形状においては、ストライプ状および離散形状のいずれであってもよく、断面形状においては、本実施の形態のようなテーパー形状のみならず、段差形状、曲面形状あるいはそれらの形状の組合せ等であってもよく、型によって成形が可能な種々の形状を採用することができる。特に、上記組合せ形状が設けられた型を用いれば、MEMS等の複数の異なる機能を持つ構造体を容易に作製することが可能である。
【0040】
また、上記実施の形態では、光照射方向は、基板に対して垂直方向としているが、垂直方向以外の方向から照射してもよい。
【0041】
また、1つの現像工程の前に、異なるマスクによる露光工程が複数回あってもよい。
【0042】
また、1つの基板に対して、レジスト塗布工程、型による成形工程、露光工程およびPEB工程からなる本発明の工程を複数回繰り返すことにより、より複雑な形状を作製することができる。
【0043】
また、レジストのエッチング耐性等を適宜調整することにより、本発明により形成された微細構造体をマスクとして基板を加工することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による微細構造体の形成過程の断面図
【図2】本発明の第2の実施の形態による微細構造体の形成過程の断面図
【符号の説明】
11 基板
12 レジスト層
13 型
13a スペーサ
14a ガラス基板
14b Cr膜
14 マスク
15 露光光
17 型押し方向
18 成形面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a fine structure, and more particularly to a method for forming a three-dimensional fine pattern.
[0002]
[Prior art]
Lithography technology is widely used as a technique for forming high aspect ratio patterns such as micromachines as well as semiconductor manufacturing as high-precision, high-throughput microfabrication technology. In the field of micromachines, there are many cases where a three-dimensional shape is required such as a mirror or lens for light control, or a flow path or a valve of a microfluidic control device. However, in conventional lithography, a resist is applied to the resist applied to the substrate through a mask and an energy beam is irradiated perpendicularly to the substrate, and the pattern is formed by changing the solubility of the resist in the developing solution. An arbitrary shape can be formed in the direction, but only whether or not there is a resist in the vertical direction can be selected. That is, only a two-dimensional pattern can be formed.
[0003]
In order to solve such a problem, a method of forming a tapered shape on the side surface of the resist pattern by tilting the beam incident direction with respect to the substrate has been proposed (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3). According to these methods, it is described that a V-groove resist pattern and a conical three-dimensional pattern can be formed by changing the inclination direction and performing exposure.
[0004]
Also, a pattern to be enclosed is formed on the substrate, and the resist is filled therein, and then the substrate is tilted so that the horizontal plane of the resist has an angle with respect to the substrate, and is cured in that state. Thus, a method of forming a three-dimensional shape has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1). In this method, the portion of the substrate where the resist is filled and hardened can be arbitrarily selected, and the tilt angle can be arbitrarily changed. However, it is necessary to repeat the process each time, and the throughput is increased. There is a problem in terms of improvement.
[0005]
Further, a method has been proposed in which a three-dimensional shape is formed by leaving the film thickness corresponding to the incident beam intensity on the resist pattern by modulating the intensity of the incident incident energy beam with a mask (for example, Patent Document 4). reference). However, in this method, when a mirror-like shape is produced, there is a problem that the performance as a mirror cannot be obtained because a grating is formed unless a mask whose density is controlled with high gradation is used. Therefore, a high-tone mask is required. However, in order to manufacture such a mask, since complicated conditions are required, there is a problem that the cost of the mask itself increases.
[0006]
On the other hand, if an attempt is made to form a pattern with a high aspect ratio only by the stamping process, there is a problem that when the mold is released, the molding material is peeled off together with the mold. Furthermore, there is a problem that the embossing is impossible depending on the pattern.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-6-188175 [0008]
[Patent Document 2]
JP-A-6-220341 [0009]
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-135142 [0010]
[Patent Document 4]
JP 2000-235873 A [0011]
[Non-Patent Document 1]
Yoonsu choi, et al, IEEE MEMS, 2002, Proc., P176-179
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the prior art, there is a problem in terms of throughput and manufacturing cost in forming a three-dimensional fine shape.
[0013]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a method for forming a fine structure that enables a three-dimensional fine shape to be easily produced at low cost.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The fine structure forming method of the present invention includes a step of forming a resist layer on a substrate,
Forming a resist layer with a mold;
Selectively exposing a part of the formed resist layer;
And developing the exposed resist layer to leave one of the exposed region and the region other than the exposed region, and removing the other.
[0015]
The mold may have a molding surface in a direction different from the pressing direction of the mold.
[0016]
Further, in the step of forming the resist layer with a mold, the mold may be stopped at a desired height position on the substrate using a spacer.
Further, the substrate is made of a material that transmits exposure light, and a resist layer is formed after providing a light-shielding film having a predetermined pattern on the substrate, and a part of the resist layer is exposed by exposing from the back surface of the substrate. May be selectively exposed.
[0017]
【The invention's effect】
According to the fine structure forming method of the present invention, since the fine shape is formed by two types of processes, that is, a molding process and a lithography process, the concentration of the light shielding material is controlled as in the prior art. There is no need to use an expensive mask, and there is no need to repeat complicated lithography processes. Therefore, a three-dimensional microstructure can be easily formed at low cost.
[0018]
Furthermore, depending on the combination of the shape of the mold and the mask pattern of lithography, a three-dimensional shape having a high aspect ratio can be easily formed at low cost, and a plurality of fine shapes having different shapes can be formed on the same substrate. It is also possible to form a structure.
[0019]
Further, in the step of forming the resist layer with a mold, when the mold is stopped at a desired height position on the substrate using a spacer, the resist layer can be made to have a desired thickness with high accuracy.
Further, the substrate is made of a material that transmits exposure light, and a resist layer is formed after providing a light-shielding film having a predetermined pattern on the substrate, and a part of the resist layer is exposed by exposing from the back surface of the substrate. Is selectively exposed, it is possible to form a good pattern without being affected by reflected light without using matching oil or the like.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0021]
A method for forming a fine structure according to the first embodiment of the present invention will be described. A cross-sectional view of the formation process is shown in FIG.
[0022]
As shown in FIG. 1 (a), an epoxy resin photoresist (NANO SU-8: manufactured by MicroChem Inc.) is applied on the
[0023]
In order to make the thickness of the resist
Next, as shown in FIG. 1B, the
[0024]
Next, as shown in FIG. 1C, the
[0025]
Next, as shown in FIG. 1 (d), through the
[0026]
Next, PEB (post exposure bake) is performed at 50 to 90 ° C. Thereby, in the exposed area | region, resin is bridge | crosslinked with the acid generate | occur | produced from the photosensitive agent by exposure, and it hardens | cures.
[0027]
Thereafter, as shown in FIG. 1 (e), the resist
[0028]
Next, a method for forming a fine structure according to the second embodiment of the present invention will be described. A sectional view of the formation process is shown in FIG.
[0029]
As shown in FIG. 2A, a
[0030]
Next, as shown in FIG. 2 (b), a
[0031]
Next, as shown in FIG. 2 (c), the
[0032]
Next, as shown in FIG. 2D, the resist
[0033]
Thereafter, as shown in FIG. 2 (e), the resist
[0034]
In the second embodiment, since the exposure light is exposed from the back surface of the
[0035]
In the case of a shape having a high aspect ratio in the conventional embossing method, when the mold and the resin are peeled off, the resin is peeled off from the substrate and a good shape cannot be obtained. However, according to the present invention, an oblique side surface is formed with respect to the substrate by a mold, and a vertical side surface is formed with respect to the substrate by lithography. Thus, as shown in FIG. 2E, a three-dimensional shape having a high aspect ratio can be easily produced.
[0036]
Furthermore, using a thick film resist such as NANO SU-8 is effective for forming a pattern with a high aspect ratio. In the present embodiment, the resist is not limited to NANO SU-8, and may be a negative resist or a positive resist having a softening point below the deactivation temperature of the photosensitive agent.
[0037]
Further, in the present embodiment, a resist that requires heating is used at the time of molding, but a resist that does not require heating and can be molded only by pressurization may be used.
[0038]
The mold of the embodiment uses a Si substrate that has been patterned by utilizing anisotropic etching of Si, but a mold fabricated by using other microfabrication techniques can also be used.
[0039]
In addition, the shape of the mold may be any of a stripe shape and a discrete shape in the planar shape, and the cross-sectional shape is not limited to the taper shape as in the present embodiment, but the step shape, the curved surface shape or those. Combinations of these shapes may be used, and various shapes that can be molded depending on the mold can be adopted. In particular, if a mold provided with the above combination shape is used, a structure having a plurality of different functions such as MEMS can be easily manufactured.
[0040]
Moreover, in the said embodiment, although the light irradiation direction is made into the perpendicular | vertical direction with respect to a board | substrate, you may irradiate from directions other than a perpendicular direction.
[0041]
Further, an exposure process using different masks may be performed a plurality of times before one development process.
[0042]
Further, a more complicated shape can be produced by repeating the process of the present invention consisting of a resist coating process, a molding process using a mold, an exposure process, and a PEB process a plurality of times.
[0043]
In addition, the substrate can be processed using the fine structure formed according to the present invention as a mask by appropriately adjusting the etching resistance or the like of the resist.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fine structure forming process according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a fine structure forming process according to a second embodiment of the present invention. ]
11 Board
12 Resist layer
13a Spacer
14a glass substrate
14b Cr film
14 Mask
15 Exposure light
17 Pushing direction
18 Molded surface
Claims (4)
前記レジスト層を型により成形する工程と、
該成形されたレジスト層の一部を選択的に露光する工程と、
該露光されたレジスト層を現像して、前記露光された領域および該露光された領域以外の領域の一方を残し、他方を除去する工程とからなることを特徴とする微細構造体の形成方法。Forming a resist layer on the substrate;
Forming the resist layer with a mold;
Selectively exposing a part of the shaped resist layer;
And developing the exposed resist layer to leave one of the exposed region and the region other than the exposed region, and removing the other.
該基板上に所定のパターンを有する遮光膜を設けてから前記レジスト層を形成し、該基板の裏面から露光することにより、前記レジスト層の一部を選択的に露光することを特徴とする請求項1、2または3記載の微細構造体の形成方法。The substrate is made of a material that transmits exposure light,
The resist layer is formed after providing a light-shielding film having a predetermined pattern on the substrate, and a portion of the resist layer is selectively exposed by exposing from the back surface of the substrate. Item 4. The method for forming a microstructure according to Item 1, 2 or 3.
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2002
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