JP2007114758A

JP2007114758A - 露光方法

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Publication number: JP2007114758A
Application number: JP2006250761A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Haga; 洋一芳賀; Tadao Matsunaga; 忠雄松永; Masaki Esashi; 正喜江刺; Kentaro Totsu; 健太郎戸津
Original assignee: Tohoku University NUC
Current assignee: Tohoku University NUC
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2026-09-15
Also published as: JP4923254B2

Abstract

【課題】立体形状へのフォトリソグラフィにおいて、最適な露光分布条件を実現する露光方法を提供する。
【解決手段】立体形状へのフォトリソグラフィにおいて、レジストの高さ位置Ａ，Ｂ，Ｃ及び膜厚分布を２次元のマトリックスに分割し、光学系の焦点の上下移動、基板の上下移動、基板形状に合わせた上下以外の移動のうちの少なくとも一つの移動を行って、フォトマスクを用いずにマトリックスごとに露光高さＡ’，Ｂ’，Ｃ’に合わせた焦点高さと、レジスト厚さに合わせた露光ドーズ量を用いて露光を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、カテーテル・内視鏡等の立体形状へのフォトリソグラフィにおける露光方法に関する。

人体に大きな切開を加えることなく、細く小さな医療ツールを挿入し、手術に匹敵する効果を挙げる低侵襲治療が広く行われている。これらの手技にはカテーテル、内視鏡などの医療ツールが用いられる。また、患者の負担を少なくしながら体内に入れて検査を行うカプセル内視鏡、状況に合わせた最適な投薬を実現する体内埋め込み型ドラッグデリバリーシステムが注目されている。これらのツールはなるべく細く、小さく、かつ高機能であることが望ましい。

カテーテルや内視鏡の形状及びそれらの内腔は円形であり、一部のツールを体内に入れる際に体に刺す針の内腔も円形であることから、これらのツールは円筒・チューブ形状が望ましい。また、内腔を確保することによりカテーテルや内視鏡においては別ツールの挿入や薬液の注入に、カプセル内視鏡やドラッグデリバリーシステムでは薬液タンクやバッテリーの置き場所として利用することができ、内腔を確保することが望ましい(図１参照)。

これらの要求を満たすひとつの方法として、円筒面上への微細加工と組み立てによる機能の搭載が挙げられる。しかし、従来の平面上で行う微細加工や組み立てには限界があり、チューブ外周曲面への微細加工が難しい。現在までに、高機能化を実現するためレーザー加工技術を用いたカテーテルへのデバイス搭載（非特許文献１）やフレキシブルマスクなどによる円筒面パターニング（非特許文献２）などチューブ外周曲面への微細加工や組み立てが試みられている。

円筒面上へのパターン形成には、金属薄膜パターンを設けたフレキシブルマスクを円筒面に巻き付けるフレキシブルマスク法（非特許文献２）、パターンを形成したシリコーンゴム製の型の上で平面に円筒を転がしパターンを形成するマイクロコンタクトプリンティング法（非特許文献３）、円筒の回転とフォトマスクの平行移動を同期させて行う転動露光法（非特許文献４、５）、マスクを用いず、ビームを制御して直接描画を行うマスクレス露光法などがある。
三澤裕, 中川哲, 小笹均, 板花紀子, 田辺進：マイクロカテーテル微細加工技術, The FirstInternational Micromachine Symposium, 123-126(1995) W. J. Li , John D. Mai , Chih-Ming Ho, Sensors and actuators on non-planar substrates, Sensors andActuators 73, 80-88 (1999) R. J. Jackman, J. L. Wilbur, and G. M. Whitesides, Fabrication of Submicrometer Features on CurvedSubstrates by Microcontact Printing, Science, 269, No.4, 664 (1995) 羽根一博, 佐々木実, 萩原隆志, 能川真一郎：円柱面転動リソグラフィ装置の開発, 電気学会センサ・マイクロマシン部門研究会PS-98-10, 47-51 (1998) 峯田貴, 芳賀洋一, 江刺正喜：非平面フォトファブリケーションによる形状記憶合金パイプからのアクチュエータ作成, 電気学会論文誌E, 123, No.5, 2003

従来の立体形状へのフォトリソグラフィにおける露光方法では、以下のような問題点があり十分満足する露光が達成できなかった。
（ａ）立体形状にレジストを均一な膜厚で成膜することが難しい。
（ｂ）レジストを塗布したサンプルとフォトマスクの位置合わせが難しい。
（ｃ）レジスト厚及びレジスト膜への露光入射角度が大きく変化することにより露光ドーズ量が変化し、正確なフォトリソグラフィが行えない。
したがって本発明は、上記従来の問題点を解消し、立体形状へのフォトリソグラフィにおいて、最適な露光分布条件を実現することを課題とするものである。

課題を解決するための手段は、次のとおりである。
（１）立体形状へのフォトリソグラフィにおいて、レジストの高さ位置及び膜厚分布を２次元のマトリックスに分割し、フォトマスクを用いずにマトリックスごとに露光高さに合わせた焦点高さと、レジスト厚さに合わせた露光ドーズ量を用いて露光を行うことを特徴とする露光方法。
（２）レジスト内部の光の乱反射、レジストとその下層の界面における反射などを考慮し、レジストの高さ位置と膜厚分布に基づいて、隣り合った２次元マトリックス間の相互作用を予め見積もることでレジスト膜内における潜像を反映した最適な露光を行うことを特徴とする（１）に記載の露光方法。
（３）レジストの高さ位置及び膜厚分布を測定し、測定結果を２次元のマトリックスに分割し、露光に反映させることを特徴とする（１）又は（２）に記載の露光方法。
（４）レジストの高さ位置及び膜厚分布の測定は、レーザー変位計、光コヒーレンストモグラフィー、ガウスのレンズ法則、フィゾー干渉計のうちの少なくとも一つを用いて測定することを特徴とする（３）に記載の露光方法。
（５）露光ドーズ量を変化させることで、現像されるレジストの高さを変えるグレースケール露光を用い、立体形状の上にレジストの３次元構造を作製することを特徴とする（１）又は（２）に記載の露光方法。
（６）露光高さは、光学系による焦点の上下移動、基板の上下移動、基板形状に合わせた上下以外の移動のうちの少なくとも一つを用いることにより最適化することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の露光方法。
（７）スロープ形状を有する基板に対し、スロープの傾きに対応する基板の斜め移動又は基板の傾けのいずれかを行うことを特徴とする（５）に記載の露光方法。
（８）点照射を行う単一の露光ビームを用いることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の露光方法。
（９）光スキャナーやＤＭＤなどの光偏向装置を用いた１次元あるいは２次元のいずれかの一括照射を行うことを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の露光方法。
（１０）円柱又は円筒のような曲面の外形を有する基板、基板上の円柱形状凸部又は凹部のいずれかに対し、円形状の中心軸を中心とする回転と、回転に同期した長軸方向の線状パターン露光を行うことを特徴とする（８）に記載の露光方法。
（１１）円柱又は円筒のような曲面の外径を有する基板、基板上の円柱形状凸部又は凹部のいずれかに対し、長軸方向の直線移動と円形状の中心軸を中心とする回転と、それぞれの動きに同期した点照射を行うことを特徴とする（９）に記載の露光方法。
（１２）前記立体形状は、基板チューブとその周囲を被覆する支持層であり、露光後に基板チューブを除去することを特徴とする（１）〜（１１）のいずれかに記載の露光方法。

本発明の露光方法によれば、立体形状へのフォトリソグラフィにおいて、最適な露光分布条件を実現しているため、円筒面等の立体形状に正確なパターンを形成することができる。

本発明露光方法に係るマトリックス分割露光の概念図を図２に示す。
図２からわかるように、立体形状（基板の凸面及び凹面）へのフォトリソグラフィにおいて、レジストの高さ位置（Ａ、Ｂ、Ｃ）及び膜厚分布を２次元のマトリックスに分割し、フォトマスクを用いずにマトリックスごとに露光高さ（Ａ’、Ｂ’、Ｃ’）に合わせた焦点高さと、レジスト厚さに合わせた露光ドーズ量を用いて露光を行うものである。
さらにレジスト内部の光の乱反射、レジストとその下層の界面における反射などを考慮し、レジストの高さ位置と膜厚分布に基づいて、隣り合った２次元マトリックス間の相互作用を予め見積もることでレジスト膜内における潜像を反映した最適な露光を行い、より正確でファインなリソグラフィが実現できる。

次に本発明の露光方法について、図３に示す多層ソレノイドコイルの作製プロセスを例示して詳細に説明する。
（ａ）：ガラス円筒の外面にＣｕ／Ｔｉのシード層をスパッタリングで形成する。
（ｂ）：ネガレジスト(東京応化工業, OMR83)をディップコート又はスプレーコートした後、露光を次のような手順で行う。
必要に応じてレジストの高さ位置と膜厚分布を測定し、レジストの高さ位置及び膜厚分布を２次元のマトリックスに分割し、マトリックスごとに露光高さに合わせた焦点高さと、レジスト厚さに合わせた露光ドーズ量を用いてレジストの露光を行う。

ここでレジストの高さ位置及び膜厚分布の測定は、レーザー変位計、光コヒーレンストモグラフィー、ガウスのレンズ法則、フィゾー干渉計のうちの少なくとも一つを用いて測定する。
また露光高さは、光学系による焦点の上下移動、基板の上下移動、基板形状に合わせた上下以外の移動のうちの少なくとも一つを用いることにより最適化する。
次に現像を行い、レジストパターンを形成する。

（ｃ）：Ｃｕ層を電気めっきを用いて成長させる。
（ｄ）：レジストを除去し、不要なシード層をエッチングする。
（ｅ）：ＳｉＯ_２絶縁層をＰＥＣＶＤ(プラズマ支援化学気相成長)で形成する。
（ｆ）：ポジレジスト(東京応化工業、OFPR800)をディップコート又はスプレーコートし、同様に露光・現像を行い、レジストパターンを形成する。
（ｇ）：ＳｉＯ_２をエッチングし、レジストを除去する。
（ｈ）：上記（ａ）〜（ｇ）のプロセスを再び繰り返す。

上記のプロセスを基本とし、ステージ制御型点照射装置（図４（ａ）、図５参照）及びＤＭＤを用いた露光装置（図４（ｂ）、図６参照）において単層のパターンを作製した。
ステージ制御型点照射装置では、ＹＡＧレーザーの第３高調波(355nm)を用いて直径２ｍｍのガラス円筒に銅でテストパターン、電極配線パターン及びソレノイドコイルを作製した。ＤＭＤ(デジタルマイクロミラーデバイス)を利用した露光装置では、直径３ｍｍのガラス円筒にクロムでテストパターン、ソレノイドコイルを作製した。
また、ＤＭＤを用いた露光装置では、厚膜レジスト(PMER P-LA900, 東京応化工業)を用いて、グレースケール露光を利用して直径３ｍｍのガラス円筒の軸方向・円周方向にレジストのスロープ構造（幅500μｍ、長さ500, 1000, 1500μｍ）を作製した。

図７は、ステージ制御型点照射装置を用いて作製されたガラスチューブ(直径２ｍｍ)上への銅パターンである。
また図８は、ＤＭＤを利用したライン照射露光装置を用いて作製されたガラスチューブ(直径３ｍｍ)上へのクロムパターン露光装置で作製したパターンである。
ソレノイドコイルにおいては、プローバーとインピーダンスアナライザを用いて抵抗とインダクタンスをそれぞれ測定し、理論値に近い測定結果が得られた。

図９は、ガラスチューブ(直径３ｍｍ)上にグレースケール露光により作製したスロープ構造である。グレースケール露光は、露光ドーズ量を変化させることで、現像されるレジストの高さを変えて、円筒面のような立体形状の上にレジストの３次元構造パターンを作製するものである。
グレースケール露光によるスロープ構造作製では、図９に示すように最大高さ約20μｍの滑らかなスロープが得られた。

チューブ形状のデバイスの場合、薄肉化することはカテーテルや細径内視鏡ツールなどの細さを維持しながら広い内腔(薬剤や造影剤、マイクロツールを通すためのワーキングチャネル)を確保するために有効である（図１０参照）。作製は、ガラスや金属基板上にまず絶縁性の膜を形成し薄肉化したデバイスの支持層とし、最外層に同様な膜を保護層として設けサンドイッチ構造とする。材料として具体的にはパリレンやポリイミドなどが適しているが、薄膜形成が可能で耐薬品性の高い(エッチング液に耐えられる)材料であればよい。チューブの場合、細径化に伴いエッチング液が内腔に行き渡らず効率的なエッチングができなくなるが、やや圧力をかけてチューブ内にエッチング液を流す（循環させる）ことで効率的かつ容易に基板のエッチングが可能である。

本発明の露光方法では、さらにレジスト内部の光の乱反射などを考慮し、レジストの高さ位置と膜厚分布の計測結果に基づいて、隣り合った２次元マトリックス間の相互作用を予め見積もることでレジスト膜内における潜像を反映した最適な露光を行うことができる。

本手法は従来にない高集積化、高機能化を医療ツールのために実現できる手法であり、血管内ＭＲＩプローブや集積化超音波内視鏡などの次世代医療機器開発の重要な技術になり得ると期待される。

すなわち前者では、従来のＭＲＩ（核磁気共鳴イメージング）は、励起コイルと検出コイルの双方とも体の外に位置したが、本発明による露光方法により励起コイルと検出コイルの両方、又は検出コイルのみを微小化し、カテーテル先端などに搭載して体内に持ち込むことで、血管内病変部(狭窄やプラーク)の高解像度イメージング、さらには診断に役立つ物質の検出が可能になる。また、今回の露光方法を利用することでマッチング回路などを作成することも可能となる。

また後者では、超音波内視鏡において信号増幅回路や電気インピーダンスマッチング回路を超音波トランスデューサ近くに集積化することで、ガイドワイヤーや血管造影剤を通すための貫通穴を中心に確保しながら細径かつ高性能な血管内イメージングプローブを実現することができる（図１１参照）。

円筒面微細加工の概念図。マトリックス分割露光の概念図。多層ソレノイドコイル作製プロセス。マスクレス露光法の概念図。レーザービームを用いたステージ制御型点照射装置。ＤＭＤを用いたライン照射装置。ステージ制御型点照射装置を用いて作製されたガラスチューブ(直径２ｍｍ)上への銅パターン。ＤＭＤを利用したライン照射露光装置を用いて作製されたガラスチューブ(直径３ｍｍ)上へのクロムパターン。ＤＭＤを利用した露光装置を用いて作製されたガラスチューブ(直径３ｍｍ)上へのレジストのスロープ構造。基板チューブのエッチング除去による多層薄膜チューブの作製。集積化超音波内視鏡の概念図。

Claims

立体形状へのフォトリソグラフィにおいて、レジストの高さ位置及び膜厚分布を２次元のマトリックスに分割し、フォトマスクを用いずにマトリックスごとに露光高さに合わせた焦点高さと、レジスト厚さに合わせた露光ドーズ量を用いて露光を行うことを特徴とする露光方法。
レジスト内部の光の乱反射、レジストとその下層の界面における反射などを考慮し、レジストの高さ位置と膜厚分布に基づいて、隣り合った２次元マトリックス間の相互作用を予め見積もることでレジスト膜内における潜像を反映した最適な露光を行うことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
レジストの高さ位置及び膜厚分布を測定し、測定結果を２次元のマトリックスに分割し、露光に反映させることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
レジストの高さ位置及び膜厚分布の測定は、レーザー変位計、光コヒーレンストモグラフィー、ガウスのレンズ法則、フィゾー干渉計のうちの少なくとも一つを用いて測定することを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
露光ドーズ量を変化させることで、現像されるレジストの高さを変えるグレースケール露光を用い、立体形状の上にレジストの３次元構造を作製することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
露光高さは、光学系による焦点の上下移動、基板の上下移動、基板形状に合わせた上下以外の移動のうちの少なくとも一つを用いることにより最適化することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光方法。
スロープ形状を有する基板に対し、スロープの傾きに対応する基板の斜め移動又は基板の傾けのいずれかを行うことを特徴とする請求項５に記載の露光方法。
点照射を行う単一の露光ビームを用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の露光方法。
光スキャナーやＤＭＤなどの光偏向装置を用いた１次元あるいは２次元のいずれかの一括照射を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の露光方法。
円柱又は円筒のような曲面の外形を有する基板、基板上の円柱形状凸部又は凹部のいずれかに対し、円形状の中心軸を中心とする回転と、回転に同期した長軸方向の線状パターン露光を行うことを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
円柱又は円筒のような曲面の外径を有する基板、基板上の円柱形状凸部又は凹部のいずれかに対し、長軸方向の直線移動と円形状の中心軸を中心とする回転と、それぞれの動きに同期した点照射を行うことを特徴とする請求項９に記載の露光方法。
前記立体形状は、基板チューブとその周囲を被覆する支持層であり、露光後に基板チューブを除去することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の露光方法。