JP2006317870A - Uv-exposing method and device, fine structure manufacturing method, and fine structure manufactured with method - Google Patents
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Description
本発明は、紫外線をレジスト等の材料に露光する紫外線露光方法及び紫外線露光装置、紫外線を露光した材料を現像することにより得られる微細構造体の製造方法、これによって製造された微細構造体、該微細構造体を母型として電鋳加工を行うことにより得られる微細金属構造体の製造方法、これによって製造された微細金属構造体、該微細金属構造体を微細金型として成形加工を行うことにより得られる微細樹脂部品の製造方法、並びにこれによって製造された微細樹脂部品に関する。 The present invention relates to an ultraviolet exposure method and an ultraviolet exposure apparatus for exposing ultraviolet rays to a material such as a resist, a method for producing a microstructure obtained by developing a material exposed to ultraviolet rays, a microstructure produced thereby, A method for producing a fine metal structure obtained by performing electroforming using a fine structure as a matrix, a fine metal structure produced by the method, and a forming process using the fine metal structure as a fine mold The present invention relates to a method for producing a fine resin part to be obtained and a fine resin part produced thereby.
近年、情報通信機器やマイクロマシン等の発達に伴い、光学部品や機械部品等の小型化が進行しており、様々な形状の3次元微細構造体が要求されている。また、この3次元微細構造体を安価に大量生産するための3次元微細金型が必要とされている。微細構造体を高アスペクト比(開口幅に対する高さの比)でも生産できる技術として、フォトリソグラフィやX線リソグラフィがある。以下、フォトリソグラフィやX線リソグラフィを用いた微細構造体の製造工程について説明する。 In recent years, with the development of information communication equipment and micromachines, etc., miniaturization of optical components and mechanical components has progressed, and three-dimensional microstructures having various shapes are required. There is also a need for a three-dimensional fine mold for mass-producing this three-dimensional fine structure at low cost. Photolithography and X-ray lithography are techniques that can produce a microstructure with a high aspect ratio (ratio of height to opening width). Hereinafter, a manufacturing process of a fine structure using photolithography or X-ray lithography will be described.
まず、図11(a)に示すように、基板201の上に、紫外線又はX線に感光する性質を有するレジスト202を塗布したものに対し、所定のマスク203を介して紫外線又はX線を露光することにより、マスク203に形成された孔(パターン)に対応する部分のレジスト202を露光させて当該部分の分子鎖を切断する。その後、図11(b)に示すように、レジスト202を現像液に浸し、当該露光した部分を溶融させて除去することにより現像し、高アスペクト比の3次元的形状を有するレジスト202からなる微細構造体が形成される。該微細構造体を母型に、図11(c)に示すように、電鋳加工を行い、3次元的形状を有する微細金属構造体204を形成する。そして、この微細金属構造体204をレジスト202から取り外し、これを金型として合成樹脂等のモールド鋳型として用いることにより、微細樹脂部品を低コストで生産することが可能となる。
First, as shown in FIG. 11A, a
ところで、紫外線をレジスト202に露光する場合には、紫外線の波長が長いため、マスク203に形成された孔の外周部で回折現象が生じ、この回折現象により、レジスト202に露光される紫外線のエネルギー分布が一定とならないので、高精度な微細構造体を得ることができないという問題点がある。これに対し、X線は、波長が短いため、上記のような回折現象が生じることがない。また、X線は、物質に対する透過能力が高いため、微細構造体において高アスペクト比の3次元的形状を得ることが可能である。これらの理由により、図11(a)に示した紫外線又はX線をレジスト202に露光する工程においては、X線が用いられることが多い。特に、X線を用いて図11に示した工程を行う技術は、LIGA(Lishographie Galvanofomung Abformung:独語)プロセスと呼ばれている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、上記のようにX線は微細構造体の製造には適しているが、X線を含む光を放射するシンクロトロン放射光源の価格は約100億円と高価であるため、経済力の乏しい企業等においては、シンクロトロン放射光源を購入できないという問題点があった。 However, as described above, X-rays are suitable for the manufacture of fine structures, but the price of a synchrotron radiation light source that emits light containing X-rays is as high as about 10 billion yen, so it is not economical. Companies have a problem that synchrotron radiation sources cannot be purchased.
また、紫外線をレジスト202に露光して微細構造体を製造する場合は、上記の回折現象により、高精度な微細構造体を得ることができないという問題点があった。
Further, when a fine structure is manufactured by exposing the
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、低コストで、高精度な微細構造体を得ることができる方法及び装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a method and an apparatus capable of obtaining a highly accurate fine structure at low cost.
上記目的を達成するために、請求項1記載の紫外線露光方法は、紫外線源が放射する紫外線を1又は複数枚のフォトマスクを介して材料に露光する紫外線露光方法であって、前記紫外線源は、複数波長又は連続波長の紫外線を放射するものであることを特徴としている。
In order to achieve the above object, an ultraviolet exposure method according to
請求項2記載の紫外線露光方法は、紫外線源が放射する紫外線を1又は複数枚のフォトマスクを介して材料に露光する紫外線露光方法であって、前記紫外線源と前記材料との間に配置される前記フォトマスクと前記材料との距離を複数の異なる距離に変更して紫外線を前記材料に露光することを特徴としている。
The ultraviolet exposure method according to
請求項3記載の紫外線露光方法は、請求項1又は2記載の紫外線露光方法において、前記材料の露光中に、前記材料の表面と平行な平面内における紫外線のエネルギー分布が連続的に変化するように、前記フォトマスクを前記材料の表面に対して平行方向に相対的に移動させることを特徴としている。
The ultraviolet exposure method according to
請求項4記載の微細構造体の製造方法は、請求項1乃至3のいずれか1に記載の紫外線露光方法によって紫外線を吸収し現像により除去可能となった前記材料の一部を、現像により除去して微細構造体を得ることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a microstructure, wherein a part of the material that has been absorbed by the ultraviolet ray exposure method according to any one of the first to third aspects and that can be removed by development is removed by development. Thus, a fine structure is obtained.
請求項5記載の微細構造体は、請求項4記載の微細構造体の製造方法によって製造されたことを特徴としている。
The microstructure according to
請求項6記載の微細金属構造体の製造方法は、請求項5記載の微細構造体を母型として電鋳加工を行い微細金属構造体を得ることを特徴としている。
The method for producing a fine metal structure according to
請求項7記載の微細金属構造体は、請求項6記載の微細金属構造体の製造方法によって製造されたことを特徴としている。
The fine metal structure according to
請求項8記載の微細樹脂部品の製造方法は、請求項7記載の微細金属構造体を微細金型として成形加工を行い微細樹脂部品を得ることを特徴としている。 A method for producing a fine resin part according to an eighth aspect is characterized in that a fine resin part is obtained by performing molding using the fine metal structure according to the seventh aspect as a fine mold.
請求項9記載の微細樹脂部品は、請求項8記載の微細樹脂部品の製造方法によって製造されたことを特徴としている。
The fine resin component described in
請求項10記載の紫外線露光装置は、紫外線源が放射する紫外線を1又は複数枚のフォトマスクを介して材料に露光する紫外線露光装置であって、前記紫外線源は、複数波長又は連続波長の紫外線を放射するものであることを特徴としている。
11. The ultraviolet exposure apparatus according to
請求項11記載の紫外線露光装置は、請求項10記載の紫外線露光装置において、前記フォトマスクを前記材料の表面に対して平行方向に相対的に移動させる移動手段と、前記材料の露光中に、前記材料の表面と平行な平面内における紫外線のエネルギー分布が連続的に変化するように、前記フォトマスクの移動を前記移動手段により制御する制御手段と、を備えることを特徴としている。
The ultraviolet exposure apparatus according to
請求項12記載の紫外線露光装置は、紫外線源が放射する紫外線を1又は複数枚のフォトマスクを介して材料に露光する紫外線露光装置であって、前記紫外線源と前記材料との間に配置される前記フォトマスクと前記材料との距離を変更する変更手段と、前記距離を前記変更手段により制御する制御手段と、を備えることを特徴としている。
The ultraviolet exposure apparatus according to
請求項13記載の紫外線露光装置は、請求項12記載の紫外線露光装置において、前記フォトマスクを前記材料の表面に対して平行方向に相対的に移動させる移動手段を更に備え、前記制御手段は、前記材料の露光中に、前記材料の表面と平行な平面内における紫外線のエネルギー分布が連続的に変化するように、前記フォトマスクの移動を前記移動手段により制御することを特徴としている。
The ultraviolet exposure apparatus according to
請求項1記載の紫外線露光方法によれば、材料の表面と平行な平面内における紫外線のエネルギー分布を平均化することができる。また、紫外線源は、X線を含む光を放射するシンクロトロン放射光源等によって構成されるX線源に比べて安価である。したがって、紫外線が露光された材料を現像することにより、低コストで、高精度な微細構造体を得ることができる。
According to the ultraviolet exposure method of
請求項2記載の紫外線露光方法によれば、材料の表面と平行な平面内における紫外線のエネルギー分布を平均化することができる。また、紫外線源は、X線を含む光を放射するシンクロトロン放射光源等によって構成されるX線源に比べて安価である。したがって、紫外線が露光された材料を現像することにより、低コストで、高精度な微細構造体を得ることができる。
According to the ultraviolet exposure method of
請求項3記載の紫外線露光方法によれば、材料の表面と平行な平面内における紫外線のエネルギー分布は連続的に変化しているので、紫外線が露光された材料を現像することにより、傾斜方向が連続的又は段階的に変化する形状を有する微細構造体を得ることができる。例えば、傾斜方向が連続的又は段階的に変化する円錐形や角錐形の孔等を有する微細構造体を得ることができる。
According to the ultraviolet exposure method of
請求項4記載の微細構造体の製造方法によれば、請求項1乃至3のいずれか1に記載の紫外線露光方法によって紫外線を吸収した材料を現像して微細構造体が得られるので、低コストで、高精度な微細構造体を製造することができる。
According to the method for manufacturing a fine structure according to
請求項5記載の微細構造体によれば、請求項4記載の微細構造体の製造方法によって、微細構造体が製造されるので、微細構造体は安価であるとともに、高精度な部品として好適に用いることができる。
According to the microstructure described in
請求項6記載の微細金属構造体の製造方法によれば、請求項5記載の微細構造体を母型として電鋳加工を行い微細金属構造体を得るので、微細構造体を反転させた形状の高精度な微細金属構造体を製造することができる。また、例えば、同じ形状がアレイ状に配列した微細金属構造体を製造することができるので、個々を分断することにより、高精度な微細金属構造部品を低コストで大量生産することができる。
According to the method for producing a fine metal structure according to
請求項7記載の微細金属構造体によれば、請求項6記載の微細金属構造体の製造方法によって微細金属構造体が製造されるので、微細金属構造体は安価であるとともに、高精度な微細金属構造体又は高精度な微細金型として好適に用いることができる。
According to the fine metal structure of
請求項8記載の微細樹脂部品の製造方法によれば、請求項7記載の微細金属構造体を微細金型として射出成形やホットエンボス加工等の成形加工を行い微細樹脂部品を製造するので、高精度な微細樹脂部品を低コストで大量生産することができる。また、例えば、同じ形状をアレイ状に配列した微細金型を用いれば、成形加工を行うことにより得られた微細樹脂部品を個々に分断して、個々に分断された高精度な微細樹脂部品を低コストで大量生産することができる。
According to the method for manufacturing a fine resin part according to
請求項9記載の微細樹脂部品によれば、請求項8記載の微細樹脂部品の製造方法によって微細樹脂部品が製造されるので、微細樹脂部品は安価であるとともに、高精度な部品として好適に用いることができる。 According to the fine resin component of the ninth aspect, since the fine resin component is manufactured by the method of manufacturing the fine resin component according to the eighth aspect, the fine resin component is inexpensive and is preferably used as a high-precision component. be able to.
請求項10記載の紫外線露光装置によれば、材料の表面と平行な平面内における紫外線のエネルギー分布を平均化することができる。また、紫外線源は、X線を含む光を放射するシンクロトロン放射光源等によって構成されるX線源に比べて安価である。したがって、紫外線が露光された材料を現像することにより、低コストで、高精度な微細構造体を得ることができる。 According to the ultraviolet exposure apparatus of the tenth aspect, the energy distribution of the ultraviolet rays in a plane parallel to the surface of the material can be averaged. Further, the ultraviolet ray source is less expensive than an X-ray source constituted by a synchrotron radiation light source that emits light including X-rays. Therefore, by developing the material exposed to ultraviolet rays, a highly accurate microstructure can be obtained at low cost.
請求項11記載の紫外線露光装置によれば、材料の表面と平行な平面内における紫外線のエネルギー分布は連続的に変化しているので、紫外線が露光された材料を現像することにより、傾斜方向が連続的又は段階的に変化する形状を有する微細構造体を得ることができる。例えば、傾斜方向が連続的又は段階的に変化する円錐形や角錐形の孔等を有する微細構造体を得ることができる。 According to the ultraviolet exposure apparatus of the eleventh aspect, since the energy distribution of the ultraviolet rays in the plane parallel to the surface of the material continuously changes, the inclination direction is changed by developing the material exposed to the ultraviolet rays. A microstructure having a shape that changes continuously or stepwise can be obtained. For example, a microstructure having a conical or pyramidal hole whose inclination direction changes continuously or stepwise can be obtained.
請求項12記載の紫外線露光装置によれば、材料の表面と平行な平面内における紫外線のエネルギー分布を平均化することができる。また、紫外線源は、X線を含む光を放射するシンクロトロン放射光源等によって構成されるX線源に比べて安価である。したがって、紫外線が露光された材料を現像することにより、低コストで、高精度な微細構造体を得ることができる。 According to the ultraviolet exposure apparatus of the twelfth aspect, the energy distribution of the ultraviolet rays in a plane parallel to the surface of the material can be averaged. Further, the ultraviolet ray source is less expensive than an X-ray source constituted by a synchrotron radiation light source that emits light including X-rays. Therefore, by developing the material exposed to ultraviolet rays, a highly accurate microstructure can be obtained at low cost.
請求項13記載の紫外線露光装置によれば、材料の表面と平行な平面内における紫外線のエネルギー分布は連続的に変化しているので、紫外線が露光された材料を現像することにより、傾斜方向が連続的又は段階的に変化する形状を有する微細構造体を得ることができる。例えば、傾斜方向が連続的又は段階的に変化する円錐形や角錐形の孔等を有する微細構造体を得ることができる。
According to the ultraviolet exposure apparatus of
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。ここでは、まず、本発明に係る紫外線露光方法及び紫外線露光装置について説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る紫外線露光装置1を概略的に示した図である。図示するように、紫外線露光装置1は、紫外線源2及び露光室3を備え、フォトマスク4とレジスト(材料)5bとがプロキシミティ(近接)状態で紫外線をレジスト5bに露光する装置である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, first, an ultraviolet exposure method and an ultraviolet exposure apparatus according to the present invention will be described. FIG. 1 is a view schematically showing an
紫外線源2は、紫外線を放射するものであり、水銀ランプ6、レンズ7、及びフィルタ8によって構成されている。水銀ランプ6は、水銀(Hg)蒸気中の放電による発光を利用したランプである。図2は、水銀ランプ6が放射する光のスペクトルを示した図である。図示するように、水銀ランプ6は、特に強いスペクトルの光として、i線(波長約365nm)、h線(波長約405nm)、g線(波長約436nm)を放射する。レンズ7は、水銀ランプ6が放射した光を平行光にするためのものであり、レンズ7を通過した光は、平行光となってフィルタ8に入射する。フィルタ8は、水銀ランプ6が放射するh線を除去するものである。水銀ランプ6が放射した光は、フィルタ8によってh線が除去され、露光室3には、紫外線であるi線とg線が主に入射する。このように、紫外線源2は、複数波長(ここでは、2波長)の紫外線を放射する。
The
露光室3は、紫外線源2から放射された紫外線にレジスト5bを露光させるための室であり、サンプルホルダ9、第1移動機構(移動手段)10、及びマスクホルダ11を備える。サンプルホルダ9は、サンプル5を支持するためのものであり、該サンプルホルダ9上に、サンプル5が配置される。サンプル5は、基板5aと、該基板5a上に積層されたレジスト5bと、からなる。レジスト5bは、紫外線に感光する紫外線用レジストであり、厚さ数100μmの厚膜のレジストである。本実施の形態においては、レジスト5bとして、日本マイクロケム社製のSU−8(商品名)を使用するが、紫外線に感光する紫外線用レジストであれば、これに限定されるものではない。
The
第1移動機構10は、前記サンプルホルダ9上のサンプル5の側方に設けられており、該第1移動機構10にマスクホルダ11が取り付けられている。また、第1移動機構10は、サンプルホルダ9に対してマスクホルダ11をX軸方向(図1の左右方向)に移動させるX軸方向移動部材10aと、サンプルホルダ9に対してマスクホルダ11をY軸方向(図1の紙面と直行方向)に移動させるY軸方向移動部材10bとを備えており、マスクホルダ11によって支持されるフォトマスク4をレジスト5bの表面に対して平行方向に相対的に移動させる。第1移動機構10の動作は、図示しない制御手段により制御される。
The first moving
マスクホルダ11は、上記のように、フォトマスク4を支持するためのものであり、マスクホルダ11上には、フォトマスク4が基板5aと対向させて配置される。フォトマスク4は、平面図である図4(a)及び垂直断面図である図4(c)に示すように、紫外線透過膜4a上に紫外線吸収膜4bを積層してなり、紫外線吸収膜4bの中央部には、例えば円形孔4cが形成されて、この円形孔4cの部位を紫外線が透過できるようになっている。なお、マスクホルダ11には、紫外線を透過させるための孔11aが設けられている。
The
図3は、レジスト5bに露光される紫外線のエネルギー分布を概略的に示した図である。図中の実線で示す折れ線は、フォトマスク4とレジスト5bの表面との距離(以下、「ギャップ」という。)Lを10μmとした場合のg線のエネルギー分布を示しており、図中の一点鎖線で示す折れ線は、同じくギャップLを10μmとした場合のi線のエネルギー分布を示している。なお、図3においては、フォトマスク4の円形孔4cの半径を50μmとし、円形孔4cの図4(a)におけるX軸方向の直径と対応する部分の紫外線のエネルギー分布を示しており、直径の中点(円形孔4cの中心)に対応する部分をx=0μm、直径の両端(円形孔4cの外周と直径の交点)に対応する部分をそれぞれx=±50μmで表している。紫外線の波長は長いため、円形孔4cの外周部で回折現象が生じる。これにより、図示するように、x=0μmからそれぞれx=±50μmに近づくにつれて、i線及びg線のエネルギーの値が大きくなっている。また、エネルギーのピークが生じる位置は、i線とg線とで異なっている。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the energy distribution of the ultraviolet rays exposed to the resist 5b. The broken line shown by the solid line in the figure shows the energy distribution of the g line when the distance between the
フォトマスク4とレジスト5bがプロキシミティ状態で紫外線をレジスト5bに露光した場合、フォトマスク4の円形孔4cの外周部における回折現象のため、図3に示したように、レジスト5bに露光される紫外線のエネルギー分布が一定とならない。この紫外線のエネルギー分布を一定とするため、第1の実施の形態では、i線とg線の2波長の紫外線をレジスト5bに露光する。上記のように、i線とg線のエネルギーのピークが生じる位置は異なっているので、紫外線源2が放射するi線とg線をレジスト5bに露光することにより、レジスト5bに露光される紫外線(i線とg線)のエネルギーのピークが相殺される。
When the
レジスト5bに露光される紫外線のエネルギーのピークが相殺されると、レジスト5bの表面と平行な平面内における紫外線のエネルギー分布が平均化されて一定となる。例えばi線とg線をレジスト5bに露光した場合、図3に二点鎖線で示すように、紫外線のエネルギー分布が平均化される。これにより、レジスト5bを現像すれば、高精度な微細構造体を得ることができる。また、紫外線源2を構成する水銀ランプ6は、X線を含む光を放射するシンクロトロン放射光源に比べて安価であるので、低コストで、高精度な微細構造体を得ることができる。
When the ultraviolet energy peak exposed to the resist 5b cancels out, the ultraviolet energy distribution in a plane parallel to the surface of the resist 5b is averaged and becomes constant. For example, when i-line and g-line are exposed on the resist 5b, the energy distribution of ultraviolet rays is averaged as shown by a two-dot chain line in FIG. Thereby, if the resist 5b is developed, a highly accurate fine structure can be obtained. Further, since the
なお、ここでは、複数波長の紫外線をレジスト5bに露光する場合について説明したが、連続波長の紫外線をレジスト5bに露光するようにしてもよい。この場合、水銀ランプ6に代えて、約200nm〜1000nmの連続波長の光を放射するクセノンショートアークランプを用い、h線を除去するフィルタ8に代えて、一定波長以下の光を除去するフィルタと、一定波長以上の光を除去するフィルタを用いる。例えば、クセノンショートアークランプが放射する波長が350nm未満の光と、波長が450nmを超える光をフィルタにより除去し、350nm〜450nmの連続波長の紫外線をレジスト5bに露光する。このように、連続波長の紫外線をレジスト5bに露光しても、レジスト5bに露光される紫外線のエネルギーのピークが相殺され、レジスト5bの表面と平行な平面内における紫外線のエネルギー分布が平均化されて一定となる。
Although the case where the resist 5b is exposed to ultraviolet rays having a plurality of wavelengths has been described here, the resist 5b may be exposed to ultraviolet rays having a continuous wavelength. In this case, a xenon short arc lamp that emits light having a continuous wavelength of about 200 nm to 1000 nm is used in place of the
次に、傾斜した側壁を有する微細構造体を製造する場合の露光手順を図4に基づいて説明する。例えば、サンプル5の垂直断面図である図4(e)及びレジスト5bに形成すべき孔5cのみの概略斜視図である図4(f)に示すように、レジスト5bに下方へ向かうにつれて縮径する逆円錐台形状の孔5cを設ける場合、レジスト5bの各部に露光される紫外線のエネルギー分布が図4(d)中の折れ線Aに示すように、孔5cの形状に対応して孔5cの中央部で高く、外周部に向かうにつれて次第に低くなるエネルギー分布とする必要がある。なお、図4(d)にはX軸方向における紫外線のエネルギー分布を示したが、Y軸方向における紫外線のエネルギー分布も折れ線Aと同様とする必要がある。
Next, an exposure procedure in the case of manufacturing a fine structure having inclined side walls will be described with reference to FIG. For example, as shown in FIG. 4 (e), which is a vertical sectional view of the
例えば、孔5cの上端部における円5dの半径を37.5μm、孔5cの下端部における円5eの半径を12.5μmとする場合、紫外線のエネルギー分布は、フォトマスク4の中心における半径12.5μmの領域内で最も強くなり、半径12.5μmから半径37.5μmの領域までは徐々に紫外線のエネルギーが減少するように制御する。このような制御を実現するためには、円形孔4cの半径を25μmとし、紫外線源2から紫外線を連続的に露光しながら、図4(a)に平面図を示すフォトマスク4をレジスト5bの表面5fと平行な平面内において半径12.5μmの円周上で円運動させればよい。
For example, when the radius of the
すなわち、図4(a)では、フォトマスク4の中心B、つまり、円形孔4cの中心が図4(e)におけるレジスト5bの中心Cと合致しているが、実際のレジスト5bの露光に際しては、図4(b)に示すように、フォトマスク4の中心BがX軸及びY軸を含む平面、つまり、レジスト5bの表面5fと平行な平面内でレジスト5bの中心Cを中心とする半径12.5μmの円周D上を移動するようにフォトマスク4全体を連続的に回転させながら、フォトマスク4を通してレジスト5bに紫外線を露光する。これにより、レジスト5bの中心Cを中心とする半径12.5μmの範囲内には紫外線が常時露光されるが、半径12.5乃至37.5μmの範囲では外周側に向かうにつれて紫外線の露光時間、つまり、紫外線の露光エネルギーが少なくなるように紫外線のエネルギー分布を制御することができる。
That is, in FIG. 4A, the center B of the
上記のような円周D上でのフォトマスク4の回転運動は、第1移動機構10のX軸方向移動部材10a及びY軸方向移動部材10bを同時に駆動し、前記円周D上でフォトマスク4の中心Bが移動するようにフォトマスク4のX軸方向及びY軸方向における移動の向き及び速度を各々連続的に制御することにより実現できる。
The rotational movement of the
紫外線が露光されたレジスト5bは、紫外線を吸収して分子鎖が切断され、その一部が現像により除去可能となっているので、レジスト5bを現像することにより微細構造体を製造することができる。現像されたレジスト5bにはエネルギー分布に対応して、下底部(孔5e)の半径12.5μm、上底部(孔5d)の半径37.5μmの逆円錐台形状の微細構造(孔5c)が形成される。このように、紫外線を吸収し現像により除去可能となったレジスト5bの一部を、現像により除去して3次元形状を有する微細構造体を得ることができる。なお、半径25μmの円形の円形孔5cを、例えばピッチ200μmでフォトマスク4上に多数個アレイ状に形成しておけば、レジスト5b上の逆円錐台状の微細構造(孔5c)もピッチ200μmのアレイ状で多数形成され、一括加工に対応可能である。
Since the resist 5b exposed to ultraviolet rays absorbs the ultraviolet rays and the molecular chain is cut, and a part of the resist 5b can be removed by development, a fine structure can be produced by developing the resist 5b. . The developed resist 5b has an inverted frustoconical microstructure (
現像して得られる微細構造体は、そのまま利用してもよいが、微細構造体を母型として、さらに電鋳加工を行い微細金属構造体を得ることもできる。微細構造体を母型として微細金属構造体を電鋳加工により製造する方法を、図面を参照しながら説明する。図5(a)に示す微細構造体12の表面上に、例えばニッケルからなるめっき被膜を形成する。続いて、該めっき被膜を導電層膜として電鋳加工を行い、図5(b)に示すように、ニッケルやニッケル合金等からなる金属層13を形成する。電鋳加工とは母型となる陰極電極と陽極電極とを電鋳浴で満たされた電気めっき槽内に配置し、めっきの原理により陰極上に金属層を電着させることにより、所定の厚さの複製版を得る加工方法である。その後、微細構造体12を溶剤により除去すると、図5(c)に示すように、微細金属構造体14が得られる。微細金属構造体14は、微細樹脂成形部品等の微細金型、あるいはそのまま微細金属部品として用いる。
The fine structure obtained by development may be used as it is, but a fine metal structure can also be obtained by performing electroforming using the fine structure as a matrix. A method for producing a fine metal structure by electroforming using the fine structure as a matrix will be described with reference to the drawings. A plating film made of, for example, nickel is formed on the surface of the
更に、微細金属構造体を微細金型として用い、ホットエンボス加工、射出成形等の成形加工により微細樹脂部品を得ることができる。微細樹脂部品をホットエンボス加工により製造する方法を、図面を参照しながら説明する。まず、図6(a)に示すように、ステンレス鋼等からなる金属板15上に、微細金型14における金属パターン層の厚み以上の板状のアクリル樹脂からなる樹脂層16が形成された樹脂板17を加熱した状態で、離型剤処理をした微細金型14に押し付ける。図6(b)に示すように、樹脂層17のアクリル樹脂が凝固するまで待機する。アクリル樹脂の凝固後に微細金型14と金属板15をアクリル樹脂から取り外すと、図6(c)に示すように、アクリル樹脂からなる微細樹脂部品18が完成する。また、例えば、図6(d)に示すように、微細樹脂部品18を個別に切り離して、微細樹脂部品19を得ることも可能である。なお、樹脂層16としては、アクリル樹脂の他に、ポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリカーボネイド樹脂等の樹脂を用いてもよい。また、上記した微細構造体の製造方法、微細金属構造体の製造方法、微細樹脂部品の製造方法は、以下に説明する第1の実施の形態の変形例及び第2の実施の形態においても同様であるため説明を省略し、紫外線露光方法及び紫外線露光装置について主に説明する。
Furthermore, by using the fine metal structure as a fine mold, a fine resin part can be obtained by molding such as hot embossing and injection molding. A method for manufacturing a fine resin part by hot embossing will be described with reference to the drawings. First, as shown in FIG. 6A, a resin in which a
本発明の第1の実施の形態の変形例について説明する。第1の実施の形態に係る紫外線露光装置1においては、1枚のフォトマスク4を使用するようになっていたが、図7に示す変形例に係る紫外線露光装置51においては、2枚のフォトマスク52、53を使用する点が主に相違する。以下、第1の実施の形態に係る紫外線露光装置1と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略し、主に相違点を説明する。
A modification of the first embodiment of the present invention will be described. In the
紫外線露光装置51では、上下2枚のフォトマスク52、53が使用され、各フォトマスク52、53を保持する2つのマスクホルダ54、55が設けられている。これらマスクホルダ54、55には、各々紫外線を透過させるための孔54a、55aが設けられている。第1移動機構56は、各マスクホルダ54、55を各々X軸方向(図7の左右方向)へ移動させる2つのX軸方向移動部材56a、56bから構成されている。サンプルホルダ9には、紫外線露光装置1と同様、基板57a及びレジスト57bからなるサンプル57が配置される。
In the
図8(a)乃至(c)に示すように、フォトマスク52、53は各々紫外線透過膜52a、53aと紫外線吸収膜52b、53bとを積層してなる。紫外線吸収膜52b、53bには対角線長50μmの正方形の孔52c、53cが形成され、2枚のフォトマスク52、53の孔52c、53cの重複部分を紫外線が透過するようにしている。
As shown in FIGS. 8A to 8C, the
レジスト57bへの紫外線の露光に際して、最初は2枚のフォトマスク52、53を図8(a)に示す互いの1頂点E、F同士が重なる位置からスタートし、紫外線の露光を継続しながらフォトマスク52をX軸方向に沿って図8(a)及び(b)の左側へ25μm移動させる一方、フォトマスク53はX軸方向に沿って図8(a)及び(c)の右側へフォトマスク52と同一速度で25μm移動させ、最終的には、図8(a)に二点鎖線で示す位置で互いのフォトマスク52、53が重なるようにする。
When the resist 57b is exposed to ultraviolet rays, the two
このような露光により得られるレジスト57b上のX軸方向における紫外線のエネルギー分布は、図8(d)に折れ線Gで示すように、最終的な位置におけるフォトマスク52、53の中心Hで最も強くなり、周辺領域まで徐々に露光エネルギーが減少することとなる。また、Y軸方向における紫外線のエネルギー分布も折れ線Gと同様となる。
The ultraviolet ray energy distribution in the X-axis direction on the resist 57b obtained by such exposure is strongest at the center H of the
したがって、上記レジスト57bを現像すると、加工深さは露光エネルギーの増加と共に深くなるので、レジスト57bには露光エネルギー分布に対応して、図8(e)及び(f)に示すように、底部の対角線長50μmの逆四角錐状の微細構造(孔57c)が形成される。なお、2枚のフォトマスク52、53の孔52c、53cのサイズは、対角線長が50μm以上であれば同一サイズでなくてもよく、互いに交差した部分の長さが50μmになるまでフォトマスク52、53を移動させればよいことはいうまでもない。また、孔52c、53cを、フォトマスク52、53上に例えば、ピッチ200μmのアレイ状に形成しておけば、レジスト57b上にも複数の逆四角錐状の微細構造(孔57c)がピッチ200μmのアレイ状に形成され、一括加工に対応可能である。
Therefore, when the resist 57b is developed, the processing depth becomes deeper as the exposure energy increases, so that the resist 57b corresponds to the exposure energy distribution, as shown in FIGS. 8E and 8F. An inverted quadrangular pyramid-shaped microstructure (
次に、本発明の第2の実施の形態に係る紫外線露光方法及び紫外線露光装置について説明する。本発明の第1の実施の形態に係る紫外線露光装置1は、紫外線源2が放射する複数波長又は連続波長の紫外線をレジスト5bに露光する装置であったが、図9に示す第2の実施の形態に係る紫外線露光装置101は、ギャップLを複数の異なるギャップに変更して単一波長の紫外線をレジスト5bに露光する装置である点が相違する。以下、第1の実施の形態に係る紫外線露光装置1と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略し、主に相違点を説明する。
Next, an ultraviolet exposure method and an ultraviolet exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. The
紫外線露光装置101は、図9に示すように、紫外線源102及び露光室103を備える。紫外線源102は、水銀ランプ6、レンズ7、及びフィルタ104によって構成されている。フィルタ104は、水銀ランプ6が放射するh線を除去するh線カットフィルタ104aと、水銀ランプ6が放射するg線を除去するg線カットフィルタ104bと、からなる。水銀ランプ6が放射した光は、フィルタ104によってh線とg線が除去され、露光室103には、紫外線であるi線が主に入射する。
The
露光室103は、サンプルホルダ9、第1移動機構10、第2移動機構(変更手段)105、及びマスクホルダ11を備える。第2移動機構105は、サンプルホルダ9の下方に設けられており、サンプルホルダ9をZ軸方向(図1の上下方向)に移動させるものである。該第2移動機構105は、サンプルホルダ9をZ軸方向に移動させることにより、ギャップLを変更することができる。第2移動機構105の動作は、図示しない制御手段により制御される。なお、ここでは、第2移動機構105により、サンプルホルダ9をZ軸方向に移動させて、ギャップLを変更するが、マスクホルダ11をZ軸方向に移動させることにより、ギャップLを変更するようにしてもよい。
The
図10は、レジスト5bに露光される紫外線のエネルギー分布を概略的に示した図である。図中の実線で示す折れ線は、ギャップLを50μmとした場合の紫外線のエネルギー分布を示しており、図中の一点鎖線で示す折れ線は、ギャップLを100μmとした場合の紫外線のエネルギー分布を示している。なお、図10においては、フォトマスク4の円形孔4cの半径を50μmとし、円形孔4cの図4(a)におけるX軸方向の直径と対応する部分の紫外線のエネルギー分布を示しており、直径の中点(円形孔4cの中心)に対応する部分をx=0μm、直径の両端(円形孔4cの外周と直径の交点)に対応する部分をそれぞれx=±50μmで表している。紫外線の波長は長いため、円形孔4cの外周部で回折現象が生じる。これにより、図示するように、x=0μmからそれぞれx=±50μmに近づくにつれて、紫外線のエネルギーの値が大きくなっている。また、紫外線のエネルギーのピークが生じる位置は、ギャップLが50μmの場合とギャップLが100μmの場合とで異なっている。
FIG. 10 is a diagram schematically showing the energy distribution of ultraviolet rays exposed to the resist 5b. The broken line shown by the solid line in the figure shows the energy distribution of ultraviolet rays when the gap L is 50 μm, and the broken line shown by the one-dot chain line in the figure shows the energy distribution of ultraviolet rays when the gap L is 100 μm. ing. In FIG. 10, the radius of the
フォトマスク4とレジスト5bがプロキシミティ状態で紫外線をレジスト5bに露光した場合、フォトマスク4の円形孔4cの外周部における回折現象のため、図10に示したように、レジスト5bに露光される紫外線のエネルギー分布が一定とならない。この紫外線のエネルギー分布を一定とするため、第2の実施の形態では、前記制御手段により第2移動機構105を制御し、フォトマスク4とレジスト5bの表面とのギャップLを複数の異なるギャップに変更してレジスト5bを多重露光する。具体的には、ギャップLが変化すると、紫外線のエネルギーのピークが生じる位置も変化するので、これを利用し、紫外線のエネルギーのピークが相殺される複数の異なるギャップLでレジスト5bを多重露光する。
When the
レジスト5bに露光される紫外線のエネルギーのピークが相殺されると、レジスト5bの表面と平行な平面内における紫外線のエネルギー分布が平均化されて一定となる。例えば、ギャップL=50μmとギャップL=100μmで紫外線をレジスト5bに露光した場合、図10に二点鎖線で示すように、紫外線のエネルギー分布が平均化される。これにより、レジスト5bを現像すれば、高精度な微細構造体を得ることができる。 When the ultraviolet energy peak exposed to the resist 5b cancels out, the ultraviolet energy distribution in a plane parallel to the surface of the resist 5b is averaged and becomes constant. For example, when the resist 5b is exposed to ultraviolet rays with a gap L = 50 μm and a gap L = 100 μm, the energy distribution of the ultraviolet rays is averaged as shown by a two-dot chain line in FIG. Thereby, if the resist 5b is developed, a highly accurate fine structure can be obtained.
なお、第2の実施の形態において、傾斜した側壁を有する微細構造体を製造する場合、図4に基づいて説明した露光を、上記のように異なるギャップLで複数回行う。また、第1の実施の形態においては、複数波長又は連続波長の紫外線をレジスト5bに露光し、第2の実施の形態においては、ギャップLを複数の異なるギャップに変更して単一波長の紫外線をレジスト5bに露光するようにしたが、複数波長又は連続波長の紫外線を複数の異なるギャップLでレジスト5bに露光してもよい。この場合にも、紫外線のエネルギー分布が平均化されるので、紫外線が露光されたレジスト5bを現像すれば、高精度な微細構造体を得ることができる。 In the second embodiment, when manufacturing a microstructure having inclined sidewalls, the exposure described based on FIG. 4 is performed a plurality of times with different gaps L as described above. In the first embodiment, the resist 5b is exposed to a plurality of wavelengths or continuous wavelengths of ultraviolet rays, and in the second embodiment, the gap L is changed to a plurality of different gaps to change the single wavelength ultraviolet rays. Although the resist 5b is exposed to the resist 5b, a plurality of wavelengths or continuous wavelengths of ultraviolet light may be exposed to the resist 5b through a plurality of different gaps L. Also in this case, since the energy distribution of ultraviolet rays is averaged, a highly accurate fine structure can be obtained by developing the resist 5b exposed to ultraviolet rays.
紫外線を材料に露光する紫外線露光方法及び紫外線露光装置、紫外線を露光した材料を現像することにより得られる微細構造体の製造方法、これによって製造された微細構造体、該微細構造体を母型として電鋳加工を行うことにより得られる微細金属構造体の製造方法、これによって製造された微細金属構造体、該微細金属構造体を微細金型として成形加工を行うことにより得られる微細樹脂部品の製造方法、並びにこれによって製造された微細樹脂部品等に適用できる。 Ultraviolet exposure method and ultraviolet exposure apparatus for exposing ultraviolet ray to material, method for producing fine structure obtained by developing material exposed to ultraviolet ray, fine structure produced thereby, and using fine structure as matrix Production method of fine metal structure obtained by performing electroforming, fine metal structure produced by the method, and production of fine resin part obtained by molding using the fine metal structure as a fine mold The present invention can be applied to the method and fine resin parts produced thereby.
1、51、101 紫外線露光装置
2、102 紫外線源
3、103 露光室
4、52、53 フォトマスク
5b、57b レジスト(材料)
10、56 第1移動機構(移動手段)
12 微細構造体
14 微細金属構造体
18、19 微細樹脂部品
105 第2移動機構(変更手段)
1, 51, 101
10, 56 First moving mechanism (moving means)
12
Claims (13)
前記紫外線源は、複数波長又は連続波長の紫外線を放射するものであることを特徴とする紫外線露光方法。 An ultraviolet exposure method of exposing a material to ultraviolet light emitted from an ultraviolet light source through one or more photomasks,
The ultraviolet ray exposure method, wherein the ultraviolet ray source emits ultraviolet rays having a plurality of wavelengths or continuous wavelengths.
前記紫外線源と前記材料との間に配置される前記フォトマスクと前記材料との距離を複数の異なる距離に変更して紫外線を前記材料に露光することを特徴とする紫外線露光方法。 An ultraviolet exposure method of exposing a material to ultraviolet light emitted from an ultraviolet light source through one or more photomasks,
An ultraviolet exposure method comprising exposing the material to ultraviolet rays by changing a distance between the photomask and the material disposed between the ultraviolet source and the material to a plurality of different distances.
前記紫外線源は、複数波長又は連続波長の紫外線を放射するものであることを特徴とする紫外線露光装置。 An ultraviolet exposure apparatus for exposing a material to ultraviolet rays emitted from an ultraviolet ray source through one or more photomasks,
The ultraviolet exposure apparatus characterized in that the ultraviolet light source emits ultraviolet light having a plurality of wavelengths or continuous wavelengths.
前記紫外線源と前記材料との間に配置される前記フォトマスクと前記材料との距離を変更する変更手段と、前記距離を前記変更手段により制御する制御手段と、を備えることを特徴とする紫外線露光装置。 An ultraviolet exposure apparatus for exposing a material to ultraviolet rays emitted from an ultraviolet ray source through one or more photomasks,
An ultraviolet ray comprising: changing means for changing a distance between the photomask disposed between the ultraviolet ray source and the material; and a control means for controlling the distance by the changing means. Exposure device.
前記制御手段は、前記材料の露光中に、前記材料の表面と平行な平面内における紫外線のエネルギー分布が連続的に変化するように、前記フォトマスクの移動を前記移動手段により制御することを特徴とする請求項12記載の紫外線露光装置。 Moving means for moving the photomask relative to the surface of the material in a parallel direction;
The control means controls the movement of the photomask by the moving means so that the energy distribution of ultraviolet rays continuously changes in a plane parallel to the surface of the material during the exposure of the material. The ultraviolet exposure apparatus according to claim 12.
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