JP2006145767A - 微細構造体の製造方法、微細構造体を用いた樹脂成型方法および微細構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】 マスクと基板との相対的な移動をすることなく、三次元の微細構造体を容易に形成することが可能な微細構造体の製造方法、微細構造体を用いた樹脂成型方法および微細構造体を提供する。
【解決手段】 Ｘ線光源１から露光マスク１１を介してＸ線を照射してレジスト層３１を露光し、露光により露光領域４１，４２が形成されたレジスト層３１を用いて微細構造体を形成する微細構造体の製造方法において、Ｘ線光源１と露光マスク１１との間にフィルタ２１を挿入してレジスト層３１を露光する露光工程を有している。フィルタ２１の有無、フィルタ２１の種類等を変更することで露光光の広がりを制御することができる。このレジスト層を用いることで、三次元の微細構造体を容易に形成することができる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、微細構造体の製造方法に関し、より特定的には、露光マスクを介して露光したレジスト層を用いて、三次元の微細構造体を製造する方法、微細構造体を用いた樹脂成型方法および微細構造体に関する。

半導体集積回路装置の製造技術を応用して、極めて微細な構造体を形成する微細加工技術の研究が近年活発になってきている。その中で、Ｘ線を使った深いリソグラフィと電解メッキで高アスペクト比の微細構造体を形成するＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ Ｇａｌｖａｎｆｏｒｍｕｎｇ ｕｎｄ Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）法は、特に注目されているところである。下記特許文献１および２には、このＬＩＧＡ法に基づいた微細構造体の形成方法の一例が開示されている。

具体的には、三次元構造を有する微細構造体を基板上に形成する場合には、微細構造体の形状に対応した鋳型を、基板上に成膜された被露光材料に対してリソグラフィ技術を用いて形成する。被露光材料からなる鋳型内に電解メッキ技術によりメッキ処理を施す。そして、鋳型を除去することにより、メッキ材料からなる三次元構造を有する微細構造体を基板上に形成するものである。

下記の特許文献１および２に開示された加工方法においては、Ｘ線マスクを基板に対して相対的に移動させることにより、被露光材料の平面と平行な平面内におけるＸ線のエネルギ分布が連続的に変化するように制御している。これにより、被露光材料の各部でのＸ線のエネルギ分布に応じた深さの加工を可能としている。
特開２０００−３５５００号公報 特開２０００−３４７１０３号公報

上記特許文献に記載の方法によると、Ｘ線マスクを基板に対して相対的に移動させるための機構が必要となる。そのため、装置構成の複雑化、およびＸ線マスクと基板との位置決め制御の煩雑さがともない、微細構造体の形成におけるコスト上昇を避けることができない。

したがって、この発明は、マスクと基板との相対的な移動をすることなく、三次元の微細構造体を容易に形成することが可能な微細構造体の製造方法、微細構造体を用いた樹脂成型方法および微細構造体を提供することを目的とする。

この発明に基づいた微細構造体の製造方法に従えば、Ｘ線光源から露光マスクを介してＸ線を照射してレジスト層を露光し、該露光により露光領域が形成された上記レジスト層を用いて微細構造体を形成する微細構造体の製造方法であって、上記Ｘ線光源と上記露光マスクとの間にフィルタを挿入して上記レジスト層を露光する露光工程を有している。

上記微小構造体の製造方法によると、Ｘ線光源と露光マスクとの間にフィルタを挿入し、フィルタを介してＸ線光源から露光マスクに露光光を照射する。このとき、Ｘ線光源から出射される露光光の波長がフィルタにより変化する。これにより、露光光の広がりを制御することができるので、露光マスクの表面に垂直な断面における、露光領域の広がりを制御することができる。たとえば、露光領域の広がりを最小限にすることで、側面の傾斜を必要としない複合圧電材料に好適な、精密な金型を製造することができる。逆に、露光領域が積極的に広がるように制御することで、露光マスクを移動させることなく、側面の傾斜が必要なネブライザなどを好適に製造することができる。

上記微小構造体の製造方法において、上記Ｘ線光源と上記露光マスクとの間に上記フィルタを挿入せずに露光を行なう露光工程さらに有するようにしてもよい。フィルタを挿入せずに行なう露光工程においては、露光光が広がるので、フィルタを介して行なう露光工程と使い分けることで、複雑な三次元形状の微小構造体を構成することができる。

上記微細構造体の製造方法において、上記Ｘ線光源と上記露光マスクとの間に、上記フィルタとは異なるフィルタを挿入して上記レジスト層を露光する露光工程をさらに有するようにしてもよい。これにより、露光光の広がり角を細かく制御して、複雑な三次元形状の微小構造体を製造することができる。

上記微細構造体の製造方法に用いるフィルタとしては、アルミニウム、シリコン、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ポリイミドおよびこれらの化合物から選択される材料を含んだ材料などで構成されたものを用いることができる。

上記微細構造体の製造方法において用いるフィルタの厚みは１００μｍ以下とすることが好ましい。フィルタの厚みが１００μｍを超えると、露光時間が長くなるという問題がある。

上記Ｘ線光源としては、シンクロトロン放射光を出射する光源を用いることが好ましい。シンクロトロン放射光を用いることで、フィルタの種類を変化させたりフィルタを介さずに露光することによる、露光光の広がりの制御を効果的に行なうことができる。

上記露光領域が形成されたレジスト層を用いて微細構造体を形成する工程は、上記レジスト層から露光領域または露光領域以外の領域を除去し、上記レジスト層にめっきを施して金属製の微細構造体を形成する工程を含むようにしてもよい。めっき処理を用いることで、高精度の金属製の微細構造体を製造することができる。また、この金属製の微細構造体を金型として、樹脂構造体を成型することで、安価に微細構造体を製造することができる。

本発明に係る微細構造体の製造方法、微細構造体を用いた樹脂成型方法および微細構造体によると、マスクと基板との相対的な移動をすることなく、三次元の微細構造体を容易に形成することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明に係る実施の形態１について、図１から図６を参照して説明する。本実施の形態に係る微細構造体の製造方法は、Ｘ線光源１から露光マスク１１を介してＸ線を照射してレジスト層３１を露光し、露光により露光領域４１，４２が形成されたレジスト層３１を用いて微細構造体を形成する微細構造体の製造方法であって、Ｘ線光源１と露光マスク１１との間にフィルタ２１を挿入してレジスト層３１を露光する露光工程を有している。

図１は、第１の露光工程を示す断面工程図である。第１の露光工程においては、Ｘ線光源１と露光マスク１１との間に、フィルタ２１を挿入することなく直接レジスト層３１を露光する。露光マスク１１には、所望のパターン（透光パターン１１ａ，遮光パターン１１ｂ）が形成されている。本実施の形態においては、一例として直径３０μｍの円の透光パターン１１ａをアレイ状に配列している。

露光工程においては、Ｘ線光源１として、高強度で透過性、指向性の良いシンクロトロン放射（ＳＲ）光を発生する光源を用いる。本実施の形態では、３００μｍの厚さのベリリウム窓を通過した後のピーク波長が３．４ÅのＳＲ光を露光した。また、本実施の形態では、Ｓｉ基板３６上にレジスト層３１を設けたレジスト基板を用いている。レジストとしては、たとえば化薬マイクロケム社製ＳＵ−８を用いることができる。このレジスト基板は、厚さ２ｍｍのＳｉ基板３６と、厚さ１００μｍのレジストからなるレジスト層３１とを有している。

第１の露光工程においては、第１の露光領域４１の最大深さがレジスト層３１の厚みの半分である、５０μｍ程度に達するように露光量を調整する。

露光工程においては、露光マスク１１をレジスト層３１と平行に保持し、露光マスク１１に対して直角に露光光が入射するように、Ｘ線光源１からＳＲ光を照射する。このとき、露光光は露光マスク１１の透光パターン１１ａを通過した後に広がる。図１に示すように、露光領域４１のレジスト層３１表面付近は、透光パターン１１ａの径より広い径となる。一方、レジスト層３１の深さ方向に進むに従って露光領域４１の径は狭くなる。その結果、逆円錐台形の露光領域４１が形成される。仮に１００μｍの深さを全て露光した場合、その側面が３〜４μｍ程度傾斜して露光される。言い換えると、レジスト層３１の表面における露光領域の端部に比べて、レジスト層３１の下面における露光領域の端部が３〜４μｍ程度内側に位置する。

図２は、第２の露光工程を示す断面工程図である。第２の露光工程においては、Ｘ線光源１と露光マスク１１との間に、フィルタ２１を挿入している。ここでは、フィルタ２１として厚さ４０μｍのアルミニウムフィルタを用いている。このフィルタ２１としては、アルミニウム、シリコン、チタン、カルシウム、スカンジウム、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ポリイミドおよびこれらの化合物から選択される材料を含んだ材料で構成されたものなどを用いることができる。フィルタ２１の材質や厚みを変化させることによって露光光の広がりを制御することができる。

フィルタ２１としては、１００μｍ以下の厚みのものを用いることが好ましい。フィルタの厚みが１００μｍを超えると露光時間が長くなり過ぎるという問題がある。また、その厚みは１０μｍ以上であることが好ましい。１０μｍ未満であると露光量が多すぎて調整が困難で、かつ、フィルタ有無でのスペクトルの差が小さく、フィルタ有無での形状変化が小さくなるという問題がある。

ここでは、アルミニウムからなるフィルタ２１を挿入して、露光領域４２がＳｉ基板３６の表面まで達するように露光する。このとき、露光光は、フィルタ２１を挿入したことにより、露光マスク１１の透光パターン１１ａに対して指向性が向上するのでほとんど広がることなくレジスト層３１を露光することができる。

この場合レジスト層３１の１００μｍの深さを全て露光した場合でも、その側面の傾斜は１〜２μｍ程度である。これにより略円柱状の露光領域４２が形成される。第１および第２の露光工程により、図２に示すような断面を有する露光領域４１，４２が形成される。

図３は、現像後のレジスト層を示す正面図である。次に、現像液を用いて、この露光領域４１，４２以外の部分をレジスト層３１から除去することで、露光領域４１，４２からなる図３に示すような三次元構造のレジスト構造体を形成することができる。

図４は、めっき処理工程を示す断面工程図である。続いて、図３に示した現像後のレジスト層３１の露光領域４１，４２からなるレジスト構造体を鋳型として電解めっき技術によりめっき処理を施し、金属膜８１を形成する。

図５は、金型の構造を示す断面図である。さらに、Ｓｉ基板３６をＫＯＨ水溶液により除去した後、レジスト層３１の露光領域４１，４２をアッシングにより除去して、図５に示す金属膜８１からなる金型が完成する。この金型を用いて樹脂成型を行なうことにより、安価に微細な樹脂構造体を製造することができる。

ここで、本実施の形態では、フィルタ２１を用いることで露光光の広がりを制御している。これは、波長が長い成分は広がり、波長が短い成分は指向性が良いというシンクロトロン放射光の特徴を利用したものである。

図６は、シンクロトロン放射光の角度依存性を示す図である。図６は、日本物理学会編「シンクロトロン放射」培風館，１９８６年，２４頁に記載されたグラフであるが、ＳＲ光の波長が１Åのときと１００Åのときを比較している。図６から、軌道面に平行な成分は、小さい角度において、波長が１Åのときの方が、波長が１００Åのときより大きくなることがわかる。また、波長が１Åのときには、軌道となす角が大きくなると、軌道面に平行な成分は急激に低下する。このように、波長が短いほど指向性が強いことが分かる。この原理により、フィルタ２１によりＳＲ光の波長を制御することで、露光光の広がり角を調節することができる。

本実施の形態では、フィルタ２１を用いない第１の露光工程と、フィルタ２１を用いる第２の露光工程とによりレジスト層３１を露光したが、フィルタ２１を用いない第１の露光工程に替えて、第２の露光工程とは異なる特性のフィルタ２１を用いて露光するようにしてもよい。これによりレジスト層３１における露光領域の広がり角をより細かく調整することが可能となる。

（実施の形態２）
次に実施の形態２について図７から図１０を参照して説明する。図７は、本実施の形態の露光工程を示す断面工程図である。本実施の形態においては、ニッケル基板３７上に２次電子防止用のチタンストッパ３８を設け、その上にスピンコート塗布したレジスト層３１を形成した基板を用いている。レジストとしては、たとえば化薬マイクロケム社製ＳＵ−８を用いる。レジスト層３１の厚みは、１００μｍである。露光工程においては、Ｘ線光源１と露光マスク１１との間にフィルタ２１を挿入してレジスト層３１を露光する。

本実施の形態では、フィルタ２１として、厚さ４０μｍのアルミニウムフィルタを用い、Ｘ線光源１として、３００μｍの厚さのベリリウム窓を通過した後のピーク波長が３．４ÅのＳＲ光を放射する光源を用いた。露光マスク１１の構成は、実施の形態１と同一である。

アルミニウムからなるフィルタ２１を挿入してレジスト層３１を露光したので、露光光はほとんど広がらずにレジスト層３１を露光することができる。これにより、透光パターン１１ａの径、露光領域４３のレジスト層３１の表面における径、露光領域４３のレジスト層３１の裏面における径は、略同一となる。

図８は、現像後のレジスト層を示す正面図である。次に、レジスト層３１の露光領域４３以外の部分を除去する。

図９は、めっき処理工程を示す断面工程図である。続いて、図８に示したレジスト構造体を鋳型として電解めっき技術によりめっき処理を施し、ニッケル基板３７上に金属膜８２を形成する。

図１０は、金型の構造を示す断面図である。さらに、レジスト層３１の露光領域４３をアッシングにより除去して、図１０に示す金属膜８２からなる金型が完成する。このとき金型凹部の内側面における傾斜は基板に直角な線に対して０．１°以下となり、露光マスク１１の透光パターン１１ａの形状を正確に反映した、精密な金型を得ることができる。この金型を用いて樹脂成型を行なうことにより、安価に微細な樹脂構造体を形成することができる。

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、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、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。

この発明に基づいた実施の形態１における第１の露光工程を示す断面工程図である。 この発明に基づいた実施の形態１における第２の露光工程を示す断面工程図である。 この発明に基づいた実施の形態１における現像後のレジスト層を示す正面図である。 この発明に基づいた実施の形態１におけるめっき処理工程を示す断面工程図である。 この発明に基づいた実施の形態１における金型の構造を示す断面図である。 シンクロトロン放射光の角度依存性を示す図である。 この発明に基づいた実施の形態２における露光工程を示す断面工程図である。 この発明に基づいた実施の形態２における現像後のレジスト層を示す正面図である。 この発明に基づいた実施の形態２におけるめっき処理工程を示す断面工程図である。 この発明に基づいた実施の形態２における金型の構造を示す断面図である。

符号の説明

１１ 露光マスク、１１ａ 透光パターン、１１ｂ 遮光パターン、２１ フィルタ、３１ レジスト層、４１，４２，４３ 露光領域。

Claims (9)

1. Ｘ線光源から露光マスクを介してＸ線を照射してレジスト層を露光し、該露光により露光領域が形成された前記レジスト層を用いて微細構造体を形成する微細構造体の製造方法であって、
   前記Ｘ線光源と前記露光マスクとの間にフィルタを挿入して前記レジスト層を露光する露光工程を有する、微細構造体の製造方法。
2. 前記Ｘ線光源と前記露光マスクとの間に前記フィルタを挿入せずに露光を行なう露光工程さらに有する、請求項１に記載の微細構造体の製造方法。
3. 前記Ｘ線光源と前記露光マスクとの間に、前記フィルタとは異なるフィルタを挿入して前記レジスト層を露光する露光工程をさらに有する、請求項１または２に記載の微細構造体の製造方法。
4. 前記フィルタは、アルミニウム、シリコン、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ポリイミドおよびこれらの化合物から選択される材料を含む材料で構成されている、請求項１から３のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
5. 前記フィルタの厚みは１００μｍ以下である、請求項１から４のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
6. 前記Ｘ線光源は、シンクロトロン放射光を出射する光源である、請求項１から５のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
7. 前記露光領域が形成されたレジスト層を用いて微細構造体を形成する工程は、前記レジスト層から露光領域または露光領域以外の領域を除去し、前記レジスト層にめっきを施して金属製の微細構造体を形成する工程を含む、請求項１から６のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
8. 請求項７に記載の微細構造体の製造方法により得られた金属製の微細構造体を金型として用いて樹脂構造体を成型する、微細構造体を用いた樹脂成型方法。
9. 請求項１から７のいずれかの微細構造体の製造方法により製造された、微細構造体。

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