JP2006330080A - Method for controlling cross-sectional shape of photosensitive resin pattern, electroforming die using the same, microchemical chip, dna chip, and mems product - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、感光性樹脂のフォトマスクによる露光、現像により、感光性樹脂による溝パターンの形成を行い、この感光性樹脂溝パターンをマイクロ化学チップの流路や、DNA解析用チップ、ケミカルエッチングレジスト、ドライエッチングレジストなどに用いる、いわゆるフォトプロセスの技術分野に属するものである。 In the present invention, a groove pattern is formed with a photosensitive resin by exposure and development using a photomask of a photosensitive resin. It belongs to the technical field of so-called photoprocesses used for dry etching resists and the like.
現在のマイクロ化学チップは、基板の上に微細な溝パターンを形成し、その溝パターン内に化学反応に関与する複数の反応種を微量導入し、その溝パターン内での化学合成、分離、抽出、化学分析などを行うことのできる、基板内にμmサイズの微細な溝パターンを有するチップである。このマイクロ化学チップは、これらを連結させると、単独の化学合成、分離、抽出、化学分析のみでなく、多段の化学合成や分析のプロセスを、小さな連続したマイクロ化学チップ内で実現することができる。このようなマイクロ化学チップはマイクロ化学システムやμ−TAS(micro−Total Analysis System)とも呼ばれている。 The current microchemical chip forms a fine groove pattern on the substrate, introduces a small amount of multiple reactive species involved in the chemical reaction into the groove pattern, and chemically synthesizes, separates, and extracts within the groove pattern. A chip having a fine groove pattern of μm size in a substrate, which can perform chemical analysis and the like. When these microchemical chips are connected, not only single chemical synthesis, separation, extraction and chemical analysis, but also multistage chemical synthesis and analysis processes can be realized in a small continuous microchemical chip. . Such a microchemical chip is also called a microchemical system or μ-TAS (micro-Total Analysis System).
またバイオ分野におけるDNA解析や、たんぱく質の合成などにおいても、マイクロ化学チップの応用が可能で、これはDNA解析チップと呼ばれている。DNA解析チップは、微細溝パターンにDNA断片試料を注入して、電気泳動法によるDNAの鎖長測定や、DNAの濃度分析などに用いられている。またDNA解析用チップは、遺伝子組み換え作物、例えばとうもろこしのDNA解析にも応用されている。近年、DNA解析用チップにより、遺伝子組み換え植物とそうでない植物との判定が可能となっている。 Microchemical chips can also be applied to DNA analysis and protein synthesis in the bio field, which is called a DNA analysis chip. The DNA analysis chip is used for injecting a DNA fragment sample into a fine groove pattern and measuring the length of the DNA by electrophoresis or analyzing the concentration of the DNA. The DNA analysis chip is also applied to DNA analysis of genetically modified crops such as corn. In recent years, it has become possible to determine whether a genetically modified plant is not a plant by using a DNA analysis chip.
またこれら微細溝パターンの内壁にパラジウムなどの触媒を付与すると、溝内壁と反応種の界面での反応が促進されるので、微小空間における高速の反応チャネル、いわゆるマイクロリアクターとして用いることができる。このように、溝パターンの化学分野、バイオ分野への応用は年々拡大しており、このために、より微細な溝パターンの形成技術の確立が求められている。 Further, when a catalyst such as palladium is applied to the inner wall of these fine groove patterns, the reaction at the interface between the groove inner wall and the reactive species is promoted, so that it can be used as a high-speed reaction channel in a minute space, a so-called microreactor. As described above, the application of the groove pattern to the chemical field and the bio field is expanding year by year, and for this reason, establishment of a technique for forming a finer groove pattern is required.
現在、微細な溝パターンは、ガラスや石英などのドライエッチングで作られている。このガラスや石英の溝パターン形成プロセスは、フォトプロセスを用いて、ドライエッチング用レジストパターンを形成し、このレジストパターンを用いて、CF4ガスなどにより石英やガラスをエッチングするものである。したがってマイクロ化学チップやDNA解析用チップが非常に高価になる欠点がある。 Currently, fine groove patterns are made by dry etching such as glass and quartz. This glass or quartz groove pattern forming process is to form a resist pattern for dry etching using a photo process, and to etch quartz or glass with CF4 gas or the like using this resist pattern. Therefore, there is a drawback that the microchemical chip and the DNA analysis chip are very expensive.
このために、最近高分子樹脂材料を基板に用いたマイクロ化学チップが実用化されようとしている。この高分子樹脂材料によるマイクロ化学チップの製法には、電鋳により製造した金型を高分子樹脂材料に押し当てて溝パターンを形成する方法、感光性樹脂材料を用いて直接に溝パターンを形成する方法などがある。電鋳による方法は、ガラス基板上にフォトレジストによる溝パターンをまず形成してから、このパターンの前面にシード層とよばれる、導電性薄膜を蒸着などによって形成して、電気めっき法により、溝内部に電気めっき層を鋳込んで金型を製造するものである。いわゆるこの手法が電鋳技術と呼ばれるものであるが、この技術ではフォトレジスト溝パターン形成における、溝壁断面の形状が重要になる。 For this reason, a microchemical chip using a polymer resin material as a substrate has recently been put into practical use. Microchemical chip manufacturing methods using this polymer resin material include a method of forming a groove pattern by pressing a die produced by electroforming against the polymer resin material, and forming a groove pattern directly using a photosensitive resin material. There are ways to do it. In the electroforming method, a groove pattern made of a photoresist is first formed on a glass substrate, and then a conductive thin film called a seed layer is formed on the front surface of the pattern by vapor deposition. A mold is manufactured by casting an electroplating layer inside. This so-called technique is called an electroforming technique. In this technique, the shape of the cross section of the groove wall in forming the photoresist groove pattern is important.
図1に、電鋳金型1により、高分子樹脂材料2に押し当てて樹脂成形を行っている断面を示す。高分子樹脂材料には、通常熱可塑性樹脂材料や感光性樹脂材料が用いられる。図1(a)は電鋳金型断面の側壁が垂直な例を示している。垂直な断面の金型の特徴は、マイクロ化学チップの流路の断面積が大きくなるが、一方、電鋳金型の高分子樹脂材料からの離型が難しい問題がある。これは熱可塑性樹脂などの高分子樹脂材料に、例えば樹脂材料のTg(ガラス転移温度)以上の温度で電鋳金型を押し当て、次に成形が終了してからの電鋳金型の離型の段階で、金型の離型応力が溝壁面に対してせん断方向にのみ働くことによる。図1(b)は電鋳金型の断面に傾斜角を設けた場合を示している。この傾斜角を持つ断面では、高分子樹脂材料の成形後の離型において、離型応力が溝壁面に対して垂直方向にも作用するので、電鋳金型の高分子樹脂材料からの離型が容易になる。図1(b)に示すような、傾斜した断面を得るには、前述のように電鋳金型を製造するためのフォトレジストのパターンが傾斜していなければならない。このように、電鋳金型の製造では、電気めっきを析出させる、微細溝パターンの断面形状の制御が非常に重要である。
FIG. 1 shows a cross section in which resin molding is performed by pressing against a
マイクロ化学チップなどの微細溝パターンの形成において、以上の電鋳金型の例に示すように、溝パターン内壁の断面形状が非常に重要になる。また、電鋳金型に限らず、感光性の高分子樹脂材料から直接に微細溝パターンを形成して、この微細溝パターンをそのままマイクロ化学チップとして用いる方法があるが、この方法でも溝パターンの断面形状は同様に重要となっている。この方法は、電鋳金型製造などの中間工程を必要としないために、安価にマイクロ化学チップなどを製造できる特徴がある。
この感光性の高分子樹脂材料を用いた直接的溝パターン形成法では、まずフォトマスクを作成してから、このフォトマスクを、感光性樹脂材料を塗布した基板、または感光性樹脂材料からなる基板の上に配置して、紫外線などの光を用いて照射して、感光性樹脂材料を光硬化または光分解させて、微細な溝パターンを形成し、それをそのままマイクロ化学チップなどに用いる方法である。このときフォトマスクの配置の仕方には、基板の上に接触させて露光するコンタクト露光方式と、基板の上にある一定の距離を置いてマスクを近接させるプロキシミティ露光方式の二つがある。コンタクトマスク露光方式では、基板に直接フォトマスクを接触させるために、マスク形状と同じパターン形状が得易い半面、マスクに樹脂や異物などが付着しやすい欠点がある。またプロキシミティ露光方式は、異物付着の問題無い反面、マスクの光透過部と光遮断部の境界が、散乱光や回折光などによって、コンタクトマスク露光方式と比較して鮮明性に欠ける場合がある、などの欠点がある。
In forming a fine groove pattern such as a microchemical chip, the cross-sectional shape of the inner wall of the groove pattern is very important as shown in the above example of an electroforming mold. In addition to electroforming molds, there is a method in which a fine groove pattern is formed directly from a photosensitive polymer resin material, and this fine groove pattern is used as a microchemical chip as it is. Shape is equally important. Since this method does not require an intermediate step such as the production of an electroforming mold, it has a feature that a microchemical chip or the like can be manufactured at a low cost.
In this direct groove pattern forming method using a photosensitive polymer resin material, a photomask is first created, and then the photomask is applied to a substrate coated with a photosensitive resin material or a substrate made of a photosensitive resin material. By irradiating with light such as ultraviolet rays, the photosensitive resin material is photocured or photodecomposed to form a fine groove pattern, which is used as it is for a microchemical chip, etc. is there. At this time, there are two methods for arranging the photomask: a contact exposure method in which exposure is performed by bringing the photomask into contact with the substrate, and a proximity exposure method in which the mask is brought close to a certain distance on the substrate. In the contact mask exposure method, since the photomask is brought into direct contact with the substrate, there is a drawback that resin and foreign matters are likely to adhere to the mask, while the same pattern shape as the mask shape can be easily obtained. The proximity exposure method has no problem of foreign matter adhesion, but the boundary between the light transmitting portion and the light blocking portion of the mask may be less sharp than the contact mask exposure method due to scattered light or diffracted light. , Etc.
感光性樹脂材料から直接に微細な溝パターンを形成する方法において、希望とする溝パターンの断面形状を得る方法には、下記の特許文献1がある。
この特許文献1では、フォトマスクの光透過部と光遮断部の境界部に、光の透過できる部分と透過できない部分からなる、微細な異形パターンを配置する。このことによって、境界部の異形パターン形成部は光の透過量が減少するため、感光性樹脂材料の硬化や分解が遅れる。このことによって境界部に位置する感光性樹脂材料の壁面に傾斜した形の断面を得ることができる。
In a method for forming a fine groove pattern directly from a photosensitive resin material, a method for obtaining a desired cross-sectional shape of a groove pattern is disclosed in
In this
また特許文献2では、感光性樹脂材料からなるフォトレジストを基板上に塗布した後、フォトレジストのプリベーク温度を部分的に変えて加熱し、その後フォトマスクを配置して露光させることによって、光反応した高分子感光性樹脂からなる微細溝パターンの断面形状を凹凸形状となすものである。
Further, in
以上二つの特許文献はいずれも、高分子樹脂材料からなる微細パターンの断面形状を希望とする形状に制御することが非常に難しい。すなわち、特許文献1では、境界部の異形パターンと断面形状の関係を実験により確認し、試行錯誤を経て異形パターンの形状を決定しなければならない。また特許文献2では、プリベーク温度を塗布した感光性樹脂の範囲で部分的に変えることは、熱伝導の関係、微細加熱技術の観点から非常に難しいこと、また微細な溝パターンの形成においては、不可能に近いことなどの問題がある。
In any of the above two patent documents, it is very difficult to control the cross-sectional shape of a fine pattern made of a polymer resin material to a desired shape. That is, in
マイクロ化学チップやDNA解析用チップにおいては、電鋳金型の製法で要求される、感光性樹脂材料からなる微細パターンの傾斜した断面形状のみでなく、微細溝パターンの断面形状の制御は非常に重要である。反応種の反応場となる微細溝パターンでは、注入する流体の移動摩擦係数の低下、反応場の面積確保、反応触媒の付与しやすさなどに応じた断面形状設計が必要になっている。またLEDを用いたディスプレィや照明器具では、一定方向に最大の反射率が得るための、反射鏡の角度の選定が重要になっている。
本発明は、上記の特許文献で述べた発明とは異なる、高分子感光性樹脂からなる微細溝パターンの断面形状を制御する方法を提供するものである。
The present invention provides a method for controlling the cross-sectional shape of a fine groove pattern made of a polymer photosensitive resin, which is different from the invention described in the above patent document.
本発明が解決しようとする課題は、感光性樹脂材料からなる、微細溝パターンの断面形状を、希望とする断面形状に得るための方法を提供することにある。マイクロ化学チップやDNA解析用チップでは、前述のように、注入する流体の移動摩擦係数の低下、反応場の面積確保、反応触媒の付与しやすさなどに応じた断面形状設計が必要になっている。
この希望とする断面形状には、傾斜、円形(鍋底)、段差(階段状)、逆テーパー(オーバーハング形状)、および管路などがある。本発明はひとつのフォトマスクで、プロキシミティ露光方式を用いて、これらの希望とする断面形状を得る工業的で簡単な方法を提供するものである。
The problem to be solved by the present invention is to provide a method for obtaining a cross-sectional shape of a fine groove pattern made of a photosensitive resin material into a desired cross-sectional shape. As described above, a microchemical chip and a DNA analysis chip require a cross-sectional shape design corresponding to a decrease in the coefficient of moving friction of the fluid to be injected, securing a reaction field area, and ease of applying a reaction catalyst. Yes.
The desired cross-sectional shape includes an inclination, a circular shape (pan bottom), a step (step shape), a reverse taper (overhang shape), and a pipe line. The present invention provides an industrial and simple method for obtaining these desired cross-sectional shapes using a proximity exposure system with a single photomask.
発明の効果は、下記の通りである。
1)感光性樹脂材料からなる微細溝パターンの壁面の断面形状を、一回のフォトプロセスで希望とする形に制御できること。
2)工業的で安価なプロセスで、微細溝パターンの側壁の希望とする断面形状を得ることができる。
3)パターンの上部が塞がった形状の溝(管路)を一回のフォトプロセスで形成できるので、従来溝パターン形成後、別工程で行っていたラミネーションなどの溝の上部を塞ぐ工程を省略できる。
4)マイクロ化学チップ、DNA解析用チップなどの、分離、抽出、反応速度、分析、解析などの性能を向上できる。
5)LEDの反射鏡形状を、最大の反射率を得るための最適な形状に加工することができる。
6)その他MEMS(Micro Electro Mechanical System)における加工断面構造の最適化を行うことができる。
The effects of the invention are as follows.
1) The cross-sectional shape of the wall surface of the fine groove pattern made of a photosensitive resin material can be controlled to a desired shape by one photo process.
2) The desired cross-sectional shape of the sidewall of the fine groove pattern can be obtained by an industrial and inexpensive process.
3) Since the groove (pipe) having a shape in which the upper part of the pattern is closed can be formed by a single photo process, the step of closing the upper part of the groove such as lamination, which has been performed in a separate process, can be omitted after the conventional groove pattern formation. .
4) The performance of separation, extraction, reaction rate, analysis, analysis, etc., such as a microchemical chip and a DNA analysis chip can be improved.
5) The reflecting mirror shape of the LED can be processed into an optimum shape for obtaining the maximum reflectance.
6) Others It is possible to optimize the cross-sectional structure of processing in MEMS (Micro Electro Mechanical System).
最良の実施形態を図2により説明する。図2は、基板9上に光分解型のポジ型感光性樹脂8を塗布し、その直上にフォトマスク3を配置して、プロキシミティ露光方式で露光している露光部の断面を示している。プロキシミティ露光方式では、フォトマスク3と基板上のポジ型感光性樹脂の距離、即ちプロキシミティ露光ギャップ7は、通常0から800μmの範囲で露光が行われる。この中でプロキシミティ露光ギャップ0はコンタクト露光方式と呼ばれる。またフォトマスクを感光性樹脂面から遠く離し、レンズを用いて焦点を結び露光する方式は、プロジェクション露光方式と呼ばれる。プロキシミティ露光方式の利点は前述の様に、マスクへの樹脂付着の防止や異物付着の防止ができることにある。
The best embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a cross section of an exposure portion in which a photodecomposition type positive
発明者等は、このプロキシミティ露光方式における露光ギャップを適宜選択設定することによって、感光性樹脂による溝パターンの断面を希望する傾斜角度にできることを見出した。すなわちフォトマスクの光透過部4から進入した例えば紫外線6は、ポジ型感光性樹脂に照射されて、ポジ型感光性樹脂を光分解するが、このとき、フォトマスクとポジ型感光性樹脂の間で、光の回折や散乱現象が起こり、光透過部4と光遮断部5の境界部は光透過部と比較して、光量が連続的に低下する。この結果光透過部4と光遮断部5の境界部は、感光性樹脂の表面側に展開した、傾斜構造の溝パターン断面10になることがわかった。図3に露光完了後、現像して得られた感光性樹脂の溝パターンの断面を示す。この図3に示す溝パターン断面10の傾斜角度11は、プロキシミティギャップの選定によって変えることができる。図4にプロキシミティギャップ11と傾斜角度11の関係図を示す。
The inventors have found that by appropriately selecting and setting an exposure gap in this proximity exposure system, the cross section of the groove pattern made of a photosensitive resin can be set to a desired inclination angle. That is, for example,
図4に示すように、露光ギャップと溝パターン断面の傾斜角度は、完全な反比例の関係にある。したがって、溝パターン断面の形状は、プロキシミティ露光における露光ギャップの選定によって、希望とする傾斜角度を得ることが可能である。前述のように、たとえば電鋳用の金型の製造においては、溝パターンの断面形状を傾斜させることによって、ニッケルなどの電気めっき法で形成された電鋳金型の断面は、傾斜した断面となって電鋳金型による樹脂加工後の離型が容易になる。 As shown in FIG. 4, the exposure gap and the inclination angle of the groove pattern cross section are in a completely inverse relationship. Therefore, it is possible to obtain a desired inclination angle of the groove pattern cross section by selecting an exposure gap in proximity exposure. As described above, for example, in the manufacture of a mold for electroforming, the cross-sectional shape of the electroforming mold formed by electroplating such as nickel becomes an inclined cross section by inclining the cross-sectional shape of the groove pattern. Therefore, mold release after resin processing by an electroforming mold becomes easy.
また、露光ギャップを時間的に連続して変えることによって、図4に示す直線的な傾斜断面のみでなく、曲線的な、または直線と曲線とでできた断面を得ることも可能である。さらにまた、感光性樹脂に光硬化型のネガタイプを用いると、逆テーパー形状の断面形状や、溝パターンの上部が塞がった管状のパターン、すなわち閉じた管路を得ることも可能である。これらは、以下に順を追って実施例で説明する。 Further, by continuously changing the exposure gap in time, it is possible to obtain not only a linear inclined section shown in FIG. 4 but also a curved section or a section formed by a straight line and a curved line. Furthermore, when a photo-curing negative type is used for the photosensitive resin, it is possible to obtain a reverse tapered cross-sectional shape or a tubular pattern in which the upper part of the groove pattern is closed, that is, a closed conduit. These will be described in the embodiment step by step below.
実施例1を図3により説明する。図3はプロキシミティ露光方式においてフォトマスクをある一定のギャップ7に固定して露光している断面を示している。実施例1では露光ギャップを150、300、600μmにそれぞれ固定し、波長436ナノメートルのg線を用いて露光実験を行った。感光性樹脂には光分解型のポジ型レジストである、PMMA(ポリメチルメタクリレート)を用いた。感光性樹脂の厚さは30μmとした。図5にこの条件において露光現像して得られた溝パターンの、電子顕微鏡による断面写真を示す。パターンは、ある一定の幅と深さを持つ、感光性樹脂の表面に向かって展開した長い溝状のパターンである。
図5に示すように、実験の結果、露光ギャップ150、300、600μmにおいて、それぞれ82°、78°、62°の傾斜角度を持つ溝パターン断面が得られることが解った。そして、この3点の露光ギャップ条件では、露光ギャップと傾斜角度は反比例の関係にあることがわかる。
Example 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a cross section in which exposure is performed with a photomask fixed to a
As shown in FIG. 5, as a result of the experiment, it was found that groove pattern cross sections having inclination angles of 82 °, 78 °, and 62 ° were obtained at exposure gaps of 150, 300, and 600 μm, respectively. It can be seen that, under these three exposure gap conditions, the exposure gap and the tilt angle are in an inversely proportional relationship.
この露光ギャップと傾斜角度の関係を、露光ギャップをさらに細かく変化させて求めた実験結果を図6に示す。図6は、フォトマスクの開口部(光透過部)のパターン幅を、10、30、60μmの3種類に変えて実験を行った結果である。図6に示すように、露光ギャップと傾斜角度は、完全な反比例の関係になる。また傾斜角度はフォトマスクの開口部のパターン幅によらず、プロキシミティ露光における、露光ギャップのみにより一元的に決まることがわかる。
以上のように、ポジ型の感光性樹脂を用い、プロキシミティ露光における露光ギャップを変えることによって、露光現像して得られる微細溝パターンの断面の傾斜角度を、希望する値に制御することが可能である。
FIG. 6 shows the experimental results obtained by further changing the exposure gap to determine the relationship between the exposure gap and the tilt angle. FIG. 6 shows the results of experiments conducted by changing the pattern width of the opening (light transmitting portion) of the photomask to three types of 10, 30, and 60 μm. As shown in FIG. 6, the exposure gap and the tilt angle are in a completely inverse relationship. In addition, it can be seen that the inclination angle is determined solely by the exposure gap in proximity exposure, regardless of the pattern width of the opening of the photomask.
As described above, by using a positive photosensitive resin and changing the exposure gap in proximity exposure, the inclination angle of the cross section of the fine groove pattern obtained by exposure and development can be controlled to a desired value. It is.
実施例2を図7により説明する。図7は、実施例1と同様のポジ型感光性樹脂であるPMMAを用いて、溝パターン断面を曲線状とした実施例を示す。露光には実施例1同様、波長436のnmのg線を用いた。この曲線状の溝パターン形状は、実施例1同様に、プロキシミティ露光におけるフォトマスクを一定の露光時間経過後、基板側から上方に連続的に移動させることによって得られる。例えば、露光ギャップを600μmまで、露光時間5分内にフォトマスクの移動プロファイルに沿って連続的移動させると図7に示す断面が得られる。図8に露光プロファイルを示す。フォトマスクの移動は、図8に示すプロファイルを入力しプログラム制御された例えば、リニアモーターを用いて移動させる。図8のプロファイルでは露光は、溝パターンの中央部では露光時間が長く、溝幅方向の露光はプロファイルにそって行われる。このために露光現像して得られる溝パターンの断面は、図7に示すような曲線の形状になる。 A second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows an embodiment in which the groove pattern cross section is curved using PMMA which is a positive photosensitive resin similar to that in the first embodiment. For exposure, g-line with a wavelength of 436 nm was used as in Example 1. Similar to the first embodiment, the curved groove pattern shape is obtained by continuously moving the photomask in proximity exposure upward from the substrate side after a certain exposure time has elapsed. For example, when the exposure gap is continuously moved to 600 μm along the movement profile of the photomask within an exposure time of 5 minutes, the cross section shown in FIG. 7 is obtained. FIG. 8 shows an exposure profile. The movement of the photomask is performed using, for example, a linear motor that is programmed and input the profile shown in FIG. In the profile of FIG. 8, the exposure is long in the center of the groove pattern, and the exposure in the groove width direction is performed along the profile. Therefore, the cross section of the groove pattern obtained by exposure and development has a curved shape as shown in FIG.
実施例3を図9により説明する。図9は、実施例2と同様のポジ型感光性樹脂であるPMMAを用いて、溝パターン断面を非連続形状とした実施例を示す。露光には実施例1同様、波長436のnmのg線を用いた。この溝パターン形状は、プロキシミティ露光におけるフォトマスクを一定の露光時間経過後、基板側から上方に直線状に移動させ、保持することによって得られる。例えば、露光ギャップ0μm(コンタクト露光)で3分間保持し、その後600μmまでマスクを移動して3分間露光する。図10にこのときのフォトマスクの移動プロファイルを示す。フォトマスクの移動は、図10に示すプロファイルを入力しプログラム制御された例えば、リニアモーターを用いて移動させる。図10のプロファイルでは露光時間は、溝パターンの中央部では長く、溝壁方向では短くなる。このために露光現像して得られる溝パターンの断面は、図9に示す形状になる。 A third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows an example in which the groove pattern cross section is discontinuous using PMMA, which is the same positive photosensitive resin as in Example 2. For exposure, g-line with a wavelength of 436 nm was used as in Example 1. This groove pattern shape is obtained by moving the photomask in proximity exposure linearly upward from the substrate side after a certain exposure time and holding it. For example, the exposure gap is held at 0 μm (contact exposure) for 3 minutes, and then the mask is moved to 600 μm and exposed for 3 minutes. FIG. 10 shows the movement profile of the photomask at this time. The photomask is moved by using, for example, a linear motor that is programmed and inputted with the profile shown in FIG. In the profile of FIG. 10, the exposure time is long in the center of the groove pattern and short in the groove wall direction. Therefore, the cross section of the groove pattern obtained by exposure and development has the shape shown in FIG.
実施例4を図11により説明する。実施例4は、実施例2と同様のポジ型感光性樹脂であるPMMAを用いた。溝パターン断面は実施例2と逆の溝内側に膨らんだ形状とした。露光には実施例1同様、波長436のg線を用いた。この溝パターン形状は、プロキシミティ露光におけるフォトマスクを基板側から上方に連続的に移動させることによって得られる。図12にこのときのフォトマスクの移動プロファイルを示す。フォトマスクの移動は、図12に示すプロファイルを入力しプログラム制御された例えば、リニアモーターを用いて移動させる。図12のプロファイルでは露光時間は、溝パターンの中央部では長く、溝壁方向では連続的に短くなる。このために露光現像して得られる溝パターンの断面は、図11に示す形状になる。フォトマスクの移動法は、フォトマスクを固定した基板に対して移動させる方法、またはフォトマスクを固定し、基板を移動させる方法のふたつがあるが、どちらでも構わない。 A fourth embodiment will be described with reference to FIG. In Example 4, PMMA, which is the same positive photosensitive resin as in Example 2, was used. The cross section of the groove pattern was shaped to swell inside the groove opposite to that in Example 2. For exposure, g-line having a wavelength of 436 was used as in Example 1. This groove pattern shape is obtained by continuously moving the photomask in proximity exposure upward from the substrate side. FIG. 12 shows the movement profile of the photomask at this time. The movement of the photomask is performed using, for example, a linear motor that is programmed and input the profile shown in FIG. In the profile of FIG. 12, the exposure time is long in the center of the groove pattern and continuously shortens in the groove wall direction. Therefore, the cross section of the groove pattern obtained by exposure and development has the shape shown in FIG. There are two methods for moving the photomask: a method of moving the photomask with respect to the substrate to which the photomask is fixed, and a method of moving the substrate with the photomask fixed, but either method may be used.
実施例4を図13により説明する。図13は、実施例4とは異なるネガ型感光性樹脂(光硬化型)のPMMAを用い、溝パターン断面をオーバーハング形状とした実施例を示す。露光には波長365nmのi線を用いた。この溝パターン形状は、プロキシミティ露光におけるフォトマスク3を一定の位置に固定して露光することにより得られる。例えば、実施例1と同様に、基板より600μmの位置にフォトマスクを固定して6分間露光する。そうすると、光の回析によって、マスクを通過した光はマスクパターンの内側にも回り込むので、露光現像して得られる溝パターンは図13に示すように、開口部に向かってオーバーハングした形状となる。
Example 4 will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows an embodiment in which a negative photosensitive resin (photo-curing type) PMMA different from that in
実施例6を図14により説明する。図14は溝パターンの上部が塞がった形の溝パターン断面を示す。この形状は、実施例4同様ネガ型の感光性樹脂を用い、露光マスクを実施例5よりさらに上部に固定して露光することによって得られる。感光性樹脂にはPMMAに液状のスチレン系モノマーをブレンドし、無溶剤タイプの感光性樹脂を用いると、露光後の現像で光硬化していない溝中央部の感光性樹脂は流動して除去される。この例では、溝壁を直線状としたが、プロキシミティ露光により、マスクを時間的に連続移動させると、実施例2、3、4の溝壁形状と同じで、しかも上部の塞がった形状の溝パターンを得ることが可能である。 Example 6 will be described with reference to FIG. FIG. 14 shows a cross section of the groove pattern in which the upper part of the groove pattern is closed. This shape can be obtained by using a negative photosensitive resin as in Example 4 and fixing the exposure mask to the upper part of Example 5 and exposing. When a liquid styrene monomer is blended with PMMA and a solvent-free type photosensitive resin is used for the photosensitive resin, the photosensitive resin in the central portion of the groove that is not photocured by development after exposure flows and is removed. The In this example, the groove wall is linear, but when the mask is moved continuously in time by proximity exposure, it is the same as the groove wall shape of Examples 2, 3, and 4, and the upper part is closed. It is possible to obtain a groove pattern.
本発明の産業上の利用分野は、マイクロ化学チップ、DNAチップ、MEMSなどであり、従来のフォトプロセスを用いて可能な溝パターンの形成法を提供するものである。またそれを用いて製造した、マイクロ化学チップやDNAチップ、MEMSなども含まれる。なお本発明では、溝パターンのみで説明したが、凸型形状のパターン形成にも応用が可能なことは言うまでもない。 The industrial application field of the present invention is a microchemical chip, a DNA chip, a MEMS, and the like, and provides a groove pattern forming method that can be performed using a conventional photo process. Also included are microchemical chips, DNA chips, MEMS, etc., manufactured using them. In the present invention, only the groove pattern has been described, but it goes without saying that the present invention can also be applied to the formation of a convex pattern.
1 電鋳金型
2 ポジ型感光性樹脂
3 フォトマスク
4 光透過部
5 光遮断部
6 紫外線
7 プロキシミティ露光ギャップ
8 ネガ型感光性樹脂
9 基板
10 溝パターン断面
DESCRIPTION OF
Claims (6)
In a method of using a positive or negative photosensitive resin that decomposes or cures by light irradiation and forms a groove pattern made of these photosensitive resins by exposure and development, proximity exposure is used as an exposure method, and a photomask Microchemicals manufactured using a method that controls the cross-sectional shape of the groove pattern by performing exposure while changing the gap between the photosensitive resin-coated substrate or the photomask and the photosensitive resin substrate over time. Microfabricated products such as chips, DNA chips, and MEMS.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2005149660A JP2006330080A (en) | 2005-05-23 | 2005-05-23 | Method for controlling cross-sectional shape of photosensitive resin pattern, electroforming die using the same, microchemical chip, dna chip, and mems product |
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JP2005149660A JP2006330080A (en) | 2005-05-23 | 2005-05-23 | Method for controlling cross-sectional shape of photosensitive resin pattern, electroforming die using the same, microchemical chip, dna chip, and mems product |
Publications (1)
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Family
ID=37551863
Family Applications (1)
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Country | Link |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009237527A (en) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Ind Technol Res Inst | Method for forming patterned photoresist layer |
WO2013072953A1 (en) * | 2011-11-15 | 2013-05-23 | 株式会社Leap | Production method for transfer mold, transfer mold produced using same, and component produced using said transfer mold |
KR101408194B1 (en) | 2013-10-14 | 2014-06-17 | 한국기계연구원 | Manufacturing method of nano channel |
-
2005
- 2005-05-23 JP JP2005149660A patent/JP2006330080A/en active Pending
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