JP2008089617A - Method for manufacturing fine structure and fine structure manufactured by the method - Google Patents

Method for manufacturing fine structure and fine structure manufactured by the method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for inexpensively mass-producing a fine structure, in particular, a three-dimensional fine structure with high accuracy having an inclined sidewall, the three-dimensional fine structure being electroformed to be usable as a fine mold by an easy X-ray exposure system. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing a fine structure obtained by developing a resin layer to be exposed by irradiation with X-rays, fine structure 3, 4 having an inclined side wall in the resin layer 1 are obtained through: a partial exposure step of irradiating the resin layer 1 with X-rays for exposure through a patterned X-ray mask 2; a flood exposure step of irradiating the entire surface of the resin layer 1 with X-rays for exposure; and a developing step of developing the resin layer 1 exposed in the partial exposure step and in the flood exposure step. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線を照射し露光した樹脂層を現像することにより得られる微細構造体の製造方法とこれによって製造された微細構造体、及び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とこれによって製造された微細金属構造体、及び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とこれによって製造された微細樹脂部品に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、医療や美容のための人体への薬物投与などを目的とした経皮的なドラッグ・デリバリ用デバイス(Drug Delivery Device)、さらには、生化学分析や化学合成を行う微小システムなどの微小集積化化学デバイス等の分野において、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術の発展と共に、様々な形状の3次元微細構造体が要求されている。又、経皮的なドラッグ・デリバリ用デバイスとしてのマイクロ・ニードルなど3次元微細構造体を安価に大量生産するための3次元微細金型を必要としている。
【0003】
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、放射光装置からX線を照射してX線マスク上の極小の微細パターンをX線感受樹脂層上に高精度に転写できる露光技術であるX線リソグラフィがある。このX線リソグラフィを利用し、微細金型などの微細金属構造体を生産するプロセスは、LIGA(Lithographie Galvanoformung Abformung:独語)プロセスと呼ばれる。
【0004】
このLIGAプロセスは、X線リソグラフィに電鋳加工とモールディングを組み合わせた加工方法である。X線透過膜上にX線非透過膜のパターンが形成されたX線マスクを介して、SR(シンクロトロン放射)光装置からX線を照射し、ポリメチルメタクリレート(以下、PMMAという)からなるPMMA基板を露光し、現像することによって、PMMA基板にパターンを形成し、微細構造体を形成する。該微細構造体を母型として電鋳加工を行ない、微細金属構造体を形成する。そして、該微細金属構造体を微細構造体から取り外し、これを微細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、微細樹脂部品を安価に大量生産することが可能となる。(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
前記X線リソグラフィは、X線の特徴である波長が短いことと直進性とを生かした加工方法である。各種レーザー光を用いた半導体微細加工における加工深さが数ミクロンであるのに対して、X線の波長が短いことにより、数百ミクロンから数ミリメートルまでの加工深さの加工を行うことができる。又、X線の有する直進性及び透過性のため、100以上の高アスペクト比の微細加工を行うことができる。
【0006】
X線リソグラフィによる微細構造体の製造方法を図面に基づいて説明する。PMMA基板101の上方に所定の間隔を隔てて、図20(a)及び図21(a)に示すように、X線非透過膜102aに円形のパターンが形成されたX線マスク102を平行に配置する。図示しないSR(シンクロトロン放射)光装置からX線をPMMA基板101の表面に対して垂直に照射し、X線マスク102を介して、PMMA基板101を露光する。
【0007】
PMMA基板101へのX線照射量は、SR光装置から照射されるX線の直進性が非常に高いので、図20(b)に示すように、X線非透過膜102aによりX線が遮られるX線非透過膜102a直下部分のPMMA基板101上においてはほぼ0であり、それ以外の部分のPMMA基板101上においてはほぼ均一の照射量Qとなる。PMMA基板101内部のX線吸収量はその表面に照射されたX線照射量に依存するので、これを図示すると、X線の照射による露光が完了したPMMA基板101内部のX線吸収量は、図21(b)に示すように、X線非透過膜102aの直下部分においてはほぼ0であり、それ以外の部分においてはPMMA基板101の表面においてX線吸収量が最も大きく、表面からの深さに従ってX線吸収量がほぼ指数関数的に減少する。なお、図21において、PMMA基板101内部の濃度変化は、各部のX線吸収量をモデルとして示したものであり、濃度が濃いほどX線吸収量が大きいことを表す。PMMAにX線が吸収されると、PMMAの分子量はX線吸収量に依存して低下する。
【0008】
露光により一定程度の分子量以下に低下したPMMAを、現像液によって選択的に溶解し除去する現像工程を行う。PMMA基板101の表面以外の周囲は図示しない保護膜等により溶解しないように保護されているので、PMMA基板101はその表面から順次溶解が進行する。PMMA基板101のX線非透過膜102aの直下部分以外においては、X線吸収量は表面からの深さが同じであればほぼ同じであるので、PMMA基板101内部のPMMAの分子量は表面からの深さが同じであればほぼ同じである。これにより、図21(c)から図21(e)に示すように、PMMA基板101の表面に対してほぼ平行を保ちながら順次PMMAの溶解が進行する。一方、PMMA基板101のX線非透過膜102aの直下部分においては、X線吸収量はほぼ0であるので、PMMA基板101内部のPMMAの分子量の低下はほぼなく、PMMAはほとんど溶解しない。そこで、現像時間の経過に従って、図20(c)、図20(d)や図21(d)、図21(e)に示すように、円柱を備えた微細構造体103、104が得られる。ただし、PMMA基板101内部の奥深い分子量の低下の非常に少ない部分は、PMMAの溶解速度が著しく非常に遅く、非常に長い現像時間が必要であるので、図21(e)に示すように、露光によりPMMAの分子量が少し低下した部分も現像により除去することができるが、非常に長い現像時間を必要とするので、ある設定された時間で現像を打ち切るのが一般的である。
【0009】
このように、X線の特徴である直進性のため、X線リソグラフィにより得られる微細構造体103、104は、X線非透過膜102aの直下部分とそれ以外の部分との境界に垂直な側壁を有する2.5次元的な構造体となる。
【0010】
しかしながら、例えば、前記3次元微細構造体を安価に大量生産するためには、高アスペクト比の高精度な3次元微細金型を必要とし、該3次元微細金型には抜き勾配に適した傾斜した側壁を設ける必要がある。そこで、X線リソグラフィを用いて傾斜した側壁を有する3次元微細構造体を製造する方法が提案されている。
【0011】
X線リソグラフィを用いて傾斜した側壁を有する3次元微細構造体を製造する方法として、X線をPMMA基板101の表面に対して傾斜した方向から照射する方法がある。PMMA基板101の上方に所定の間隔を隔てて、図22(a)に示すように、X線非透過膜105aに円形のパターンが形成されたX線マスク105を平行に配置する。X線マスク105を介して、SR光装置からX線をPMMA基板101の表面に対して傾斜した方向から照射しPMMA基板101を露光する。現像すると、図22(b)に示すように、PMMA基板101の表面へのX線の照射角度に等しい角度に傾斜した側壁を有する斜円柱を備えた微細構造体106が得られる。
【0012】
さらに、X線リソグラフィを用いて傾斜した側壁を有する3次元微細構造体を製造する方法として、X線マスクを移動させることによりX線吸収量分布を深さについて連続的に変化させる移動マスクX線露光法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。該移動マスクX線露光法は、X線マスクをPMMA基板の表面に対して相対的に移動させながらX線を照射し露光することにより行う方法である。この移動マスクX線露光法により、図23及び図24に示すように、傾斜した側壁を有する微細構造体108、110が得られる。
【0013】
X線非透過膜107aに長方形状の開口を有するパターンが形成されたX線マスク107を、図23(a)に示すように、PMMA基板101の上方に所定の間隔を隔てて、平行に配置する。X線マスク107をX軸のマイナス方向に連続的に所定距離だけ平行移動させながら、SR光装置からX線を照射し、PMMA基板101を露光する。PMMA基板101のX線照射量は、図23(b)に示すようになるので、現像すると、図23(c)に示すように、台形が延出した形状の開口を有する微細構造体108が得られる。又、X線マスクの移動距離などを変更することによりエッジ形状の開口を有する微細構造体も得られる。
【0014】
又、X線非透過膜109aにトラック形状の開口を有するパターンが形成されたX線マスク109を、図24(a)に示すように、PMMA基板101の上方に所定の間隔を隔てて、平行に配置する。トラック形状の開口の中心を中心軸としてX線マスク109を連続的に一周回転させながら、SR光装置からX線を照射し、PMMA基板101を露光する。PMMA基板101のX線照射量は、図24(b)に示すようになるので、現像すると、図24(c)に示すように、円錐台形状の開口を有する微細構造体110が得られる。又、X線マスクのパターンなどを変更することにより円錐形状の開口を有する微細構造体を得ることもできる。
【0015】
さらに、X線リソグラフィを用いて傾斜した側壁を有する3次元微細構造体を製造する方法として、移動マスクX線露光法に、PMMA基板を傾斜・回転させてPMMA基板表面に対するX線の入射方向を変更することができる構成を追加したマルチステージ露光システムも提案されている。該マルチステージ露光システムにより、さらに高自由度の微細構造体を得られる。
【0016】
上記X線リソグラフィを用いて傾斜した側壁を有する3次元微細構造体を製造する各方法に得られた微細構造体を母型として電鋳加工を行い、金属層を形成した後、PMMAを溶剤によって除去することにより微細金属構造体を得る。該微細金属構造体は、微細樹脂成形部品等用の金型、あるいはそのまま微細金属部品として利用できる。
【0017】
【特許文献1】
特開2001−146017号公報(第1−11頁、図1―図10)
【特許文献2】
特開2000−35500号公報(第1−9頁、図2、図5−図8)
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記X線リソグラフィを用いて傾斜した側壁を有する3次元微細構造体を製造する各方法は、X線露光システムが複雑化するため導入コストが多大となり、安価に大量生産ができない問題があった。
【0019】
X線照射角度を制御する手法においては、1つのX線マスクを介してPMMA基板の表面全面に対して傾斜した方向からX線を一様に照射するので、作製可能な微細構造体が非常に限定される。特に、抜き勾配に適した傾斜した側壁を微細構造体に設けることは非常に困難であるので、電鋳加工した後の微細金属構造体を金型として用いることに適さない。又、X線露光システムが複雑化するために導入コストが多大となる。
【0020】
移動マスクX線露光法においては、X線マスクは連続的に一様に移動する必要があり、作製可能な微細構造体に限定がある。又、X線マスクを正確に連続的に移動制御するためのX線露光システムが複雑化するために導入コストが多大となる。
【0021】
マルチステージ露光システムにおいては、移動マスクX線露光法に加えてX線照射角度を制御するので、製造可能な微細構造体の自由度は高い。しかし、X線の照射角度とXマスクの移動とを組み合わせ正確に連続的に制御することは非常に困難であるとともに、X線露光システムが非常に複雑化するために導入コストが莫大となる。
【0022】
本発明は、上記した事情や問題に鑑みてなされたものであり、微細構造体、特に電鋳加工し微細金型として利用可能な傾斜した側壁を有する3次元微細構造体を、簡易なX線露光システムにより、安価に大量生産できる方法を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の微細構造体の製造方法は、X線を照射し露光した樹脂層を現像することにより得られる微細構造体の製造方法において、パターンを形成したX線マスクを介して前記樹脂層にX線を照射し露光する部分露光工程と、前記樹脂層の表面全体にX線を照射し露光する全面露光工程と、前記部分露光工程及び前記全面露光工程において露光された前記樹脂層を現像する現像工程と、を具備することにより、前記樹脂層に傾斜した側壁を有する微細構造体を得ることを特徴としている。
【0024】
請求項2に記載の微細構造体の製造方法は、請求項1に記載の微細構造体の製造方法において、前記部分露光工程が、異なるパターンを形成したX線マスクを用いて複数回行われることを特徴としている。
【0025】
請求項3に記載の微細構造体の製造方法は、請求項1又は2に記載の微細構造体の製造方法において、前記部分露光工程及び前記全面露光工程のうち、1つの露光工程における前記X線を照射する量が、他の露光工程における前記X線を照射する量と異なることを特徴としている。
【0026】
請求項4に記載の微細構造体の製造方法は、請求項1から3の何れか1項に記載の微細構造体の製造方法において、前記部分露光工程及び前記全面露光工程のうち、1つの露光工程において照射する前記X線の波長が、他の露光工程において照射する前記X線の波長と異なることを特徴としている。
【0027】
請求項5に記載の微細構造体の製造方法は、請求項1から4の何れか1項に記載の微細構造体の製造方法において、前記部分露光工程あるいは前記全面露光工程において前記樹脂層の表面に対して傾斜した方向から前記X線を照射し露光することを特徴としている。
【0028】
請求項6に記載の微細構造体の製造方法は、請求項1から5の何れか1項に記載の微細構造体の製造方法において、前記部分露光工程において前記X線マスクを前記樹脂層の表面に対して相対的に移動させながら前記X線を照射し露光することを特徴としている。
【0029】
請求項7に記載の微細構造体の製造方法は、請求項1から6の何れか1項に記載の微細構造体の製造方法において、前記X線がシンクロトロン放射光源から放射されることを特徴としている。
【0030】
請求項8に記載の微細構造体の製造方法は、請求項1から7の何れか1項に記載の微細構造体の製造方法において、前記樹脂層がポリメチルメタクリレートからなることを特徴としている。
【0031】
請求項9に記載の微細構造体は、請求項1から8の何れか1項に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。
【0032】
請求項10に記載の微細金属構造体の製造方法は、請求項9に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。
【0033】
請求項11に記載の微細金属構造体は、請求項10に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。
【0034】
請求項12に記載の微細樹脂部品の製造方法は、請求項11に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。
【0035】
請求項13に記載の微細樹脂部品は、請求項12に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。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、X線露光用レジスト基板として、樹脂層がポリメチルメタクリレート(以下、PMMAという)からなるPMMA基板1を用いる。PMMA基板1を用いることにより、X線によりパターンが高精度に転写されるが、これに限定されるものではなく、他のX線感受性樹脂層からなる基板であってもよい。第1の実施の形態に係る微細構造体の製造方法は、図1に示すように、X線マスク2を介してPMMA基板1にX線を照射し露光する部分露光工程と、PMMA基板1の表面全体にX線を照射し露光する全面露光工程と、部分露光工程及び全面露光工程において露光されたPMMA基板1を現像する現像工程と、を具備してなり、図1(f)及び図1(g)に示すような傾斜した側壁を有する微細構造体3、4を得る方法である。
【0037】
PMMA基板1は、PMMAからなる厚さ数十から数百μmの樹脂層よりなる。PMMA基板1の厚さは、製造する微細構造体3、4の大きさに応じて適宜決める。なお、PMMA基板1は、Niからなる厚さ数百μmの金属基板層上にPMMAからなる厚さ数十から数百μmの樹脂層を塗布により備えた構成でもよい。又、金属基板層はNi以外に、NiWやNiFe等のNi合金やNi合金以外の金属めっき層からなるものでもよい。さらに、金属基板層として、シリコン基板上にスパッタによって形成した金属膜を用いることも可能である。
【0038】
図1(a)及び図2(a)に示すように、PMMA基板1の上方に所定の間隔を隔ててX線リソグラフィ用のマスクであるX線マスク2を平行に配置する。該X線マスク2は、窒化シリコン、SiC、カーボン、ポリイミド等のX線を透過しやすい材料からなる厚さ数μmの薄膜の支持膜であるX線透過膜上に、タングステンや金等のX線を透過しにくい吸収材からなる厚さ数μmのX線吸収体であるX線非透過膜2aが積層してなり、該X線非透過膜2aに円形のパターンが形成されている。
【0039】
その後、図示しないSR(シンクロトロン放射)光装置からX線マスク2を介して、PMMA基板1の表面に対して垂直にX線を照射し露光する部分露光工程を行う。SR光装置を用いることにより、高エネルギーのX線を容易に発生でき、精度の良いリソグラフィが可能になる。部分露光工程におけるPMMA基板1へのX線照射量は、SR光装置から照射されるX線の直進性が非常に高いので、図1(b)に示すように、X線マスク2のX線非透過膜2aによりX線が遮られるX線非透過膜2aの直下部分(A部)のPMMA基板1上においてはほぼ0となり、A部以外の部分(B部)のPMMA基板1上においてはほぼ均一の照射量Qpとなる。
【0040】
次に、SR光装置からX線マスクを介さず、図1(c)及び図2(c)に示すように、PMMA基板1の表面全体に対してX線を照射し露光する全面露光工程を行う。該全面露光工程におけるPMMA基板1へのX線照射量は、X線マスクを介さないので、図2(d)に示すように、PMMA基板1上の全面においてほぼ均一の照射量Qaとなる。
【0041】
前記部分露光工程と全面露光工程とにおけるX線照射量の総計は、図1(e)に示すように、PMMA基板1上のA部においてはQaとなり、B部においてはQp+Qaとなる。
【0042】
X線の照射によりPMMAにX線が吸収されると、ラジカルが発生し、分子鎖が切断され、PMMAの分子量は低下する。X線が照射された表面のPMMAは、露光により多くのX線が吸収されるので、最も分子量が小さくなる。内部のPMMAは、その上部に存在するPMMA分子によるX線の吸収によってX線が減衰するため、X線吸収量が低下する。これにより、PMMA基板1の表面からの深さが深くなるにつれて、X線吸収量が減少し、PMMAの分子量が大きくなる。
【0043】
PMMA基板1のX線吸収量は、照射されたX線の量に依存するので、これを図示すると、部分露光工程が完了したときのX線吸収量は、図2(b)に示すようになり、さらに全面露光工程が完了したときのX線吸収量は、図2(d)及び図3(a)に示すようになる。なお、図2及び図3において、PMMA基板1内部の濃度変化は各部のX線吸収量をモデルとして示したものであり、濃度が濃いほどX線吸収量が大きいことを表す。
【0044】
露光により一定程度の分子量以下に低下したPMMAを、現像液に浸すことによって選択的に溶解し除去するウエットエッチング(現像工程)を行う。現像液によるPMMAの溶解速度(エッチング速度)は、図4にモデルとして示すように、PMMAの分子量に依存する。図4から明らかなように、PMMAの分子量がM1より低下すると共に溶解速度は速くなり、PMMAの分子量がM1以上のとき溶解速度は非常に遅くPMMAはほとんど溶解されない。PMMAの分子量が0からM1の領域においては、PMMAの溶解速度はその分子量に依存し、分子量が大きくなるにつれて急激に溶解速度が遅くなる。
【0045】
本発明は、現像工程におけるPMMAの溶解速度が、その分子量、ついてはX線照射量に依存することを積極的に利用して、PMMA基板1の表面に対する垂直方向から傾斜した側壁を有する微細構造体を製造する方法であり、この現像工程における過程を説明する。PMMA基板1上のA部のX線照射量QaよりもB部のX線照射量Qp+Qaが大きいので、PMMA基板1の表面におけるA部のX線吸収量よりもB部のX線吸収量が大きい。このため、PMMA基板1の表面におけるA部のPMMAの分子量よりもB部のPMMAの分子量が小さい。PMMA基板1の表面以外の周囲は図示しない保護膜等により溶解しないように保護されており、現像液に曝されたPMMA基板1の表面から溶解が進行するが、前記分子量の違いにより、図3(a)に示すように、PMMA基板1の表面の溶解速度は、A部よりB部の方が速い。なお、図3に示す矢印の大きさは、PMMAの溶解速度に対応するものである。
【0046】
現像工程を開始し微小時間が経過したとき、図3(b)に示すように、PMMA基板1の表面のPMMAの溶解速度の相違により、A部が残存してB部との境界に側面を設けるようにPMMAが溶解する。この時、A部の側面は現像液に曝されるので、この側面に対して垂直方向に、すなわち図3(b)における横方向に、PMMAの溶解が進行することになる。しかし、これは現像工程の微小時間の経過が離散的に進行すると考えたためである。実際には、現像工程の時間経過は連続的に進行するので、A部は表面から順次溶解するとともに、隣接するB部の溶解速度がA部の表面からの溶解速度よりも速いため、隣接するB部が溶解することによってA部の側面はその表面に近い順に現像液に曝されるので、図3(c)及び図3(d)に示すように、斜め方向に溶解が進行する。
【0047】
所定時間が経過した段階で現像を終了すると、図1(f)、図2(e)及び図3(e)に示すように、PMMAからなる円錐形状を備えた微細構造体3が得られる。さらに現像時間が経過すると、さらにPMMAの溶解が進行するが、A部におけるPMMAの分子量が低下していない部分は溶解しないので、図1(g)及び図2(f)に示すように、円柱上に円錐形を備えたPMMAからなる微細構造体4が得られる。以上に示したように、現像時間を調整することにより、所望の微細構造体3、4を得ることができる。又、同様の効果は全面露光工程のX線照射量を調整することによっても得ることができる。
【0048】
前記X線マスク2のX線非透過膜2aに形成するパターンを変更することにより他の所望の微細構造体を得ることができる。以下に、X線マスクに他のパターンを形成した例を示し、これにより得られる微細構造体を図面に基づいて説明する。
【0049】
X線マスク21のX線非透過膜21aのパターンが、図5(a)に示すように、円形の開口を有するとき、部分露光工程におけるX線照射量は、図5(b)に示すようになる。その後の図5(c)に示す全面露光工程におけるX線照射量は、図5(d)に示すようになるので、部分露光工程と全面露光工程とにおけるX線照射量の総計は、図5(e)に示すようになる。PMMA基板1を現像することにより、図5(f)に示すように、その表面に円錐台形状が刳り貫かれた微細構造体5や、図5(g)に示すように、その表面に円錐形状が刳り貫かれた微細構造体6が得られる。
【0050】
又、X線非透過膜22aのパターンが、図6(a)に示すように、所定間隔を設けながら長方形が連続するLine & Space Maskと呼ばれるX線マスク22であるとき、部分露光工程におけるX線照射量は、図6(b)に示すようになる。その後の図6(c)に示す全面露光工程におけるX線照射量は、図6(d)に示すようになるので、部分露光工程と全面露光工程とにおけるX線照射量の総計は、図6(e)に示すようになる。PMMA基板1を現像することにより、図6(f)に示すように、台形が延出する形状を連続して備えた微細構造体7や、図6(g)に示すように、エッジ形状を連続して備えた微細構造体8が得られる。
【0051】
又、X線マスク23のX線非透過膜23aのパターンが、図7(a)に示すように、複数の円と複数の細い線を組み合わせた形状であるとき、部分露光工程を行った後に、図7(b)に示すように全面露光工程を行う。PMMA基板1を現像することにより、図7(c)に示すように、円錐形とエッジ形状とを備えた微細構造体9を得ることができる。さらに、円錐形やエッジ形状は、円錐台形や台形が延出した形状とすることもでき、これらの高さなども異ならせることができる。このような形状の微細構造体は、生化学分析や化学合成を行う微小システムなどの微小集積化化学デバイス等の分野において特に有用である。
【0052】
又、X線マスク24のX線非透過膜24aパターンが、図8(a)に示すように、円形がアレイ状に配列された形状であるとき、部分露光工程と全面露光工程を経た後、PMMA基板1を現像することにより、図8(f)に示すような円錐形がアレイ状に配列された微細構造体10や、図8(g)に示すような円柱上に円錐形を備えた形状がアレイ状に配列された微細構造体11が得られる。これらを個々に分断することにより、多数の円錐形や円柱上に円錐形を備えた形状の微細部品が得られる。さらに、パターンの大きさ、現像時間、X線照射量等を変更することにより、円錐形は針状突起とすることもでき、例えば、経皮的なドラッグ・デリバリ用デバイスとしてのマイクロ・ニードルとして用いることができる。以上に例示したように、X線マスクのパターン形状、現像時間、X線照射量等を適宜変更することにより、傾斜した側壁を有する所望の微細構造体が得られる。
【0053】
現像工程を終了して得られる微細構造体は、そのまま利用してもよいが、該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30を母型として微細金属構造体31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9(a)に示す微細構造体30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9(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31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、PMMAからなる微細構造体30を溶剤によって除去すると、図9(c)に示すように、微細金属構造体31が得られる。該微細金属構造体31は、微細樹脂成形部品等用の微細金型、あるいはそのまま微細金属部品として用いる。微細金属構造体31は、微細金型として用いるとき、抜き勾配に好適な傾斜した側壁を有する。これは、前記現像工程においてPMMA基板1の表面に近いほどPMMAが速く溶解するので、各側壁が表面に向かって広がるように傾斜するためである。さらに、例えば、図8(f)に示した微細構造体10のような、円錐形や円錐台形などの同じ特定の形状がアレイ状に配列した微細構造体を母型として電鋳加工を行うことにより、該微細構造体の形状が反転した微細金属構造体が得られるので、該微細金属構造体を個々を分断することにより、多数の微細金属構造部品が得られる。
【0054】
さらに、微細金属構造体31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35、36を得ることができる。該微細樹脂部品35、36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、ステンレス鋼等からなる金属板33上に、微細金型31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34が形成された樹脂板32を加熱した状態で、図10(a)に示すように、離型剤処理をした微細金型31に押し付ける。図10(b)に示すように、樹脂層34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31と金属板33をアクリル樹脂から取り外すと、図10(c)に示すように、アクリル樹脂からなる微細樹脂部品35が完成する。さらに、例えば、針状突起がアレイ状に配列された微細樹脂部品35であれば、図10(d)に示すように、個々に切り離して多数の針状突起の微細樹脂部品36が得られる。なお、樹脂層34としてアクリル樹脂の他に、ポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリカーボネイト樹脂等の樹脂を用いてもよい。
【0055】
なお、前記部分露光工程の後に前記全面露光工程を行ったが、図11に示すように、全面露光工程の後に部分露光工程を行ってもよい。SR光装置からX線マスクを介さず、図11(a)に示すように、PMMA基板1の表面全体に対してX線を照射し露光する全面露光工程を行う。該全面露光工程におけるPMMA基板1へのX線照射量は、X線マスクを介さないので、図11(b)に示すように、PMMA基板上1の全面においてほぼ均一の照射量Qaとなる。
【0056】
その後、図11(c)に示すように、PMMA基板1の上方に所定の間隔を隔てて、X線マスク2を平行に配置する。該X線マスク2は、前記図1(a)に示したX線マスク2と同じであり、X線非透過膜2aには円形のパターンが形成されている。SR光装置からX線マスク2を介してPMMA基板1上に、PMMA基板1の表面に対して垂直にX線を照射し露光する部分露光工程を行う。該部分露光工程におけるPMMA基板1へのX線照射量は、図11(d)に示すように、PMMA基板1上のX線透過膜2aの直下部分においてはほぼ0であり、それ以外の部分においてはほぼ均一の照射量Qpとなる。
【0057】
前記全面露光工程と部分露光工程におけるX線照射量の総計の分布は、図11(e)に示すように、図1(e)に示したX線照射量の総計の分布と同じになる。X線照射量の総計の分布が同じであるため、PMMA基板1内部のPMMAの分子量の分布が同じになるので、前記現像工程と同じ工程を経ることによって、図11(f)及び図11(g)に示すように、図1(f)及び図1(g)と同じ微細構造体3、4が得られる。このように、PMMA基板1上へのX線照射量の総計の分布が同じであり、且つその後の現像工程が同じであれば、同じ微細構造体を得ることができ、部分露光工程と全面露光工程の順序の前後に影響を受けない。
【0058】
次に、本発明の第2の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。該第2の実施の形態に係る微細構造体の製造方法は、図12に示すように、前記第1の実施の形態に係る微細構造体の製造方法において、前記部分露光工程が異なるパターンを形成したX線マスクを用いて複数回行われる方法である。
【0059】
PMMA基板1の上方に所定の間隔を隔てて、図12(a)に示すように、X線非透過膜25aに円形のパターンを形成したX線マスク25を平行に配置した後、SR光装置からX線マスク25を介してPMMA基板1上に、PMMA基板1の表面に対して垂直にX線を照射し露光する1回目の部分露光工程を行う。該部分露光工程におけるPMMA基板1へのX線照射量は、図12(b)に示すように、PMMA基板1上のX線透過膜25aの直下部分においてはほぼ0であり、それ以外の部分においてはほぼ均一の照射量Qp1となる。
【0060】
その後、PMMA基板1の上方に所定の間隔を隔てて、図12(c)に示すように、X線非透過膜25aの円形のパターンより大きな円形のパターンをX線非透過膜26aに形成したX線マスク26を平行に配置した後、SR光装置からX線マスク26を介してPMMA基板1上に、PMMA基板1の表面に対して垂直にX線を照射し露光する2回目の部分露光工程を行う。該部分露光工程におけるPMMA基板1へのX線照射量は、図12(d)に示すように、PMMA基板1上のX線透過膜26aの直下部分においてはほぼ0であり、それ以外の部分においてはほぼ均一の照射量Qp2となる。
【0061】
その後、SR光装置からX線マスクを介さず、図12(e)に示すように、PMMA基板1の表面全体に対してX線を照射し露光する全面露光工程を行う。該全面露光工程におけるPMMA基板1へのX線照射量は、図12(f)に示すように、PMMA基板上1の全面においてほぼ均一の照射量Qaとなる。
【0062】
前記2回の部分露光工程及び全面露光工程におけるX線照射量の総計は、図12(g)に示すように、PMMA基板1上のX線非透過膜25a及びX線非透過膜26aの直下部分においてはQaとなり、PMMA基板1上のX線非透過膜26aのみの直下部分においてはQp1+Qaとなり、PMMA基板1上のこれら以外の部分においてはQp1+Qp2+Qaとなる。このPMMA基板1を現像することにより、図12(h)に示すような微細構造体12が得られる。
【0063】
なお、部分露光工程は2回に限定されず3回以上でもよい。又、複数の部分露光工程後に全面露光工程を行うことに限定されず、全面露光工程後に複数の部分露光工程を行ってもよいし、1又は複数回の部分露光工程後に全面露光工程を行いその後さらに1又は複数回の部分露光工程を行ってもよい。又、部分露光工程におけるX線マスクのパターンの形状は円形に限らず種々の形状でもよく、複数の部分露光工程において同じX線マスクを用いX線マスクの設置状態を変えることによりパターンを変更してもよい。このように、部分露光工程を複数回行うことにより、さらに高自由度の加工が可能になり多様な微細構造体を得ることができる。
【0064】
次に、本発明の第3の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。該第3の実施の形態に係る微細構造体の製造方法は、図13から図15に示すように、前記第1又は第2の実施の形態において、1つの露光工程におけるX線を照射する量が、他の露光工程におけるX線を照射する量と異なる方法である。
【0065】
PMMA基板1の上方に所定の間隔を隔てて、図13(a)及び図14(a)に示すように、X線マスク2を平行に配置する。該X線マスク2は、前記実施の形態1の図1(a)に示すX線マスク2と同じであり、X線非透過膜2aには円形のパターンが形成されている。SR光装置からX線マスク2を介してPMMA基板1上に、PMMA基板1の表面に対して垂直にX線を照射し露光する部分露光工程を行う。該部分露光工程におけるPMMA基板1へのX線照射量は、図13(b)に示すように、PMMA基板1上のX線透過膜2aの直下部分においてはほぼ0であり、それ以外の部分においてはほぼ均一の照射量Qp’となる。
【0066】
その後、SR光装置からX線マスクを介さず、図13(c)及び図14(c)に示すように、PMMA基板1の表面全体に対してX線を照射し露光する全面露光工程を行う。該全面露光工程におけるPMMA基板1へのX線照射量は、図13(d)に示すように、PMMA基板上1の全面においてほぼ均一の照射量Qa’となる。ここで、照射量Qp’と照射量Qa’とは異なる。なお、X線照射量は、X線の照射強度と照射時間との積分和により定まる。
【0067】
部分露光工程と全面露光工程とが完了したときのPMMA基板1へのX線照射量は、図13(e)に示すようになるので、PMMA基板1内部のX線吸収量は、図14(e)に示すように、部分露光工程におけるX線照射量Qpと全面露光工程におけるX線照射量Qaとが等しいとした場合を図示した図1(e)とは異なることが明らかである。このPMMA基板1を現像することにより、図1(f)や図1(g)に示す微細構造体3、4とは異なる、図13(f)に示すような微細構造体13が得られる。
【0068】
複数回露光を行う部分露光工程内において、X線照射量を変更して露光を行う場合を図15に示す。図15においては、前記第2の実施の形態における図12の部分露光工程における1回目と2回目とにおけるX線照射量を変更して行った場合を示すものである。1回目の部分露光工程におけるX線照射量Qp1’と2回目の部分露光工程におけるX線照射量Qp2’とを異ならせることにより、1回目の部分露光工程におけるX線照射量Qp1と2回目の部分露光工程におけるX線照射量Qp2とが等しいとした場合に得られた図12(h)に示すような微細構造体12とは異なる、図15(h)に示すような微細構造体14が得られる。このように、1つの露光工程におけるX線を照射する量と、他の露光工程におけるX線を照射する量とを異ならせることにより、さらに高自由度の加工が可能になり多様な微細構造体を得ることができる。
【0069】
次に、本発明の第4の実施の形態を説明する。該第4の実施の形態に係る微細構造体の製造方法は、前記第1から第3の実施の形態に係る微細構造体の製造方法において、1つの露光工程において照射するX線の波長が、他の露光工程において照射するX線の波長と異なる方法である。照射するX線の波長が長いと、PMMAよる吸収が大きくなるので、PMMA基板の表面近くのPMMAの分子量の減少は大きくなるが深くは届かない。一方、照射するX線の波長が短いと、PMMAによる吸収が小さくなるので、より深いPMMA基板内部の分子量を減少させることができる。このように、照射するX線の波長を異ならせることにより、前記両露光工程後におけるPMMA基板内部のX線吸収量の相違の態様の多様性を増すことができ、さらに高自由度の加工が可能になり多様な微細構造体を得ることができる。
【0070】
次に、本発明の第5の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。該第5の実施の形態に係る微細構造体の製造方法は、図16及び図17に示すように、前記第1から第4の実施の形態に係る微細構造体の製造方法における部分露光工程あるいは全面露光工程において、PMMA基板1の表面に対して傾斜した方向からX線を照射し露光する方法である。
【0071】
X線非透過膜27aに円形のパターンが形成されたX線マスク27を、図16(a)及び図17(a)に示すように、PMMA基板1の上方に所定の間隔を隔てて平行に配置した後、PMMA基板1の表面に対して傾斜した方向から、SR光装置からX線を照射し露光する部分露光工程を行う。SR光装置からのX線の照射方向に対してPMMA基板1を傾斜させることにより、PMMA基板1の表面に対して傾斜した方向からX線を照射する。
【0072】
X線透過膜27aによりX線が遮られることにより、図17(b)に示すように、X線の照射角度に等しい角度に傾斜したX線透過膜27aの円形のパターンを延長させた延長上のPMMA基板1の内部であるA部においては、部分露光工程におけるX線吸収量はほぼ0である。A部以外のPMMA基板1内部であるB部においては、PMMA基板1の表面からの深さが深くなるにつれて、X線吸収量が減少する。
【0073】
その後、SR光装置からX線マスクを介さず、図16(b)及び図17(c)に示すように、PMMA基板1の表面全体に対してX線を照射し露光する全面露光工程を行う。この時、SR光装置からのX線をPMMA基板1の表面に対して傾斜した方向から照射してもよいし、垂直に照射してもよい。X線マスクを介さないので、前記部分露光工程と全面露光工程におけるPMMA基板1内部のX線吸収量は、図17(d)に示すようになる。このPMMA基板1を現像することにより、図16(c)及び図17(e)に示すような微細構造体15や、図16(d)及び図17(f)に示すようなX線の照射角度に等しい角度に傾斜した側壁も有する微細構造体16が得られる。このように、部分露光工程においてPMMA基板の表面に対して傾斜した方向からX線を照射し露光することにより、さらに高自由度の加工が可能になり多様な微細構造体を得ることができる。
【0074】
なお、時間差を設けて前記部分露光工程の後又は前に、前記全面露光工程を行ったが、部分露光工程と全面露光工程とを同時に行ってもよい。この場合は、複数のSR光装置を用い、1つのSR光装置からはX線マスクを介さずにX線をPMMA基板の表面全体に照射すると同時に、別の1つ又は複数のSR光装置からはX線マスクを介してX線を同じPMMA基板に照射する。
【0075】
次に、本発明の第6の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。該第6の実施の形態に係る微細構造体の製造方法は、図18及び図19に示すように、前記第1及び第5の実施の形態に係る微細構造体の製造方法における部分露光工程において、X線マスク28、29を連続的に移動させながらPMMA基板1にX線を照射し露光する方法である。つまり、部分露光工程において前記移動マスクX線露光法を用いる方法である。
【0076】
X線非透過膜28aに長方形の開口を有するパターンが形成されたX線マスク28を、図18(a)に示すように、PMMA基板1の上方に所定の間隔を隔てて、平行に配置する。X線マスク28をX軸のマイナス方向に連続的に所定距離だけ平行移動させながら、SR光装置からX線を照射し、PMMA基板1の表面に対して垂直にX線を照射し露光する部分露光工程を行う。該部分露光工程におけるPMMA基板1へのX線照射量は、図18(b)に示すように、PMMA基板1上の常にX線透過膜28aの直下となる部分においてはほぼ0であり、PMMA基板1上の常にX線透過膜28aの直下とならない部分においてはほぼ均一の照射量Qpとなり、X線マスク28の移動によりX線透過膜28aの直下になる場合とならない場合のあるPMMA基板1上の部分においては、X線照射量に応じてX線照射量が連続的に分布する。
【0077】
その後、SR光装置からX線マスクを介さず、図18(c)に示すように、PMMA基板1の表面全体に対してX線を照射し露光する全面露光工程を行う。該全面露光工程におけるPMMA基板1へのX線照射量は、図18(d)に示すように、PMMA基板上1の全面においてほぼ均一の照射量Qaとなる。
【0078】
部分露光工程と全面部分工程におけるX線照射量の総計は、図18(e)に示すようになる。このPMMA基板1を現像することにより、図18(f)に示すような微細構造体17が得られる。
【0079】
又、X線非透過膜29aにトラック形状の開口を有するパターンが形成されたX線マスク29を、図19(a)に示すように、PMMA基板1の上方に所定の間隔を隔てて、平行に配置する。トラック形状の開口の中心を中心軸としてX線マスク29を連続的に一周回転させながら、SR光装置からX線を照射し、PMMA基板1の表面に対して垂直にX線を照射し露光する部分露光工程を行う。該部分露光工程におけるPMMA基板1へのX線照射量は、図19(b)に示すように、PMMA基板1上の常にX線透過膜29aの直下となる部分においてはほぼ0であり、PMMA基板1上の常にX線透過膜29aの直下とならない部分においてはほぼ均一の照射量Qpとなり、X線マスク29の移動によりX線透過膜29aの直下になる場合とならない場合のあるPMMA基板1上の部分においては、X線照射量に応じてX線照射量が連続的に分布する。
【0080】
その後、SR光装置からX線マスクを介さず、図19(c)に示すように、PMMA基板1の表面全体に対してX線を照射し露光する全面露光工程を行う。該全面露光工程におけるPMMA基板1へのX線照射量は、図19(d)に示すように、PMMA基板上1の全面においてほぼ均一の照射量Qaとなる。
【0081】
部分露光工程と全面部分工程におけるPMMA基板1へのX線照射量の総計は、図19(e)に示すようになる。このPMMA基板1を現像することにより、図5(f)や図5(g)に示す微細構造体5、6よりも傾斜面が急俊な図19(f)や図19(g)に示すような微細構造体18、19が得られる。このように部分露光工程において前記移動マスクX線露光法を用いることにより、さらに高自由度の加工が可能になり多様な微細構造体が得られる。
【0082】
又、移動マスクX線露光法にPMMA基板を傾斜・回転させてPMMA基板表面に対するX線の入射方向を変更することができる構成を追加したマルチステージ露光システムにより、部分露光工程を行ってもよい。これにより、さらに高自由度の加工が可能になり多様な微細構造体が得られる。
【0083】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、請求項1の微細構造体の製造方法によれば、X線マスクを介して樹脂層にX線を照射し露光する部分露光工程と、樹脂層の表面全体にX線を照射し露光する全面露光工程と、部分露光工程及び全面露光工程において露光された樹脂層を現像する現像工程と、を具備するので、露光後における樹脂層内部のX線吸収量の相違によって現像工程における樹脂層の溶解速度が異なるため、樹脂層に傾斜した側壁を有する微細構造体を製造することができる。又、X線を照射し樹脂層を露光するので、高アスペクト比の高精度な微細構造体を製造することができる。又、一般の簡易なX線露光システムを用いることができ、複雑なX線露光システムを導入する必要がないので、導入コストを少なくすることができ、微細構造体を安価に製造することができる。又、例えば、円形などがアレイ状に配列されたパターンを備えたX線マスクを介して部分露光工程を行うことにより、円錐形などの同じ形状がアレイ状に配列した微細構造体を製造でき、個々を分断することにより微細構造部品を安価に大量生産することができる。
【0084】
請求項2の微細構造体の製造方法によれば、前記部分露光工程が、異なるパターンを形成したX線マスクを用いて複数回行われるので、露光後における樹脂層内部のX線吸収量の相違の態様の多様性を増すことができるため、さらに高自由度の加工が可能になり多様な微細構造体を製造することができる。
【0085】
請求項3の微細構造体の製造方法によれば、1つの露光工程におけるX線を照射する量が、他の露光工程におけるX線を照射する量と異なるので、露光後における樹脂層内部のX線吸収量の相違の態様の多様性を増すことができるため、さらに高自由度の加工が可能になり多様な微細構造体を製造することができる。
【0086】
請求項4の微細構造体の製造方法によれば、1つの露光工程において照射するX線の波長が、他の露光工程において照射するX線の波長と異なるので、露光後における樹脂層内部のX線吸収量の相違の態様の多様性を増すことができるため、さらに高自由度の加工が可能になり多様な微細構造体を製造することができる。
【0087】
請求項5の微細構造体の製造方法によれば、前記部分露光工程あるいは前記全面露光工程において樹脂層の表面に対して傾斜した方向からX線を照射し露光するので、露光後における樹脂層内部のX線吸収量の相違の態様の多様性を増すことができるため、さらに高自由度の加工が可能になり多様な微細構造体を製造することができる。
【0088】
請求項6の微細構造体の製造方法によれば、前記部分露光工程においてX線マスクを樹脂層の表面に対して相対的に移動させながらX線を照射し露光するので、露光後における樹脂層内部のX線吸収量の相違の態様の多様性を増すことができるため、さらに高自由度の加工が可能になり多様な微細構造体を製造することができる。
【0089】
請求項7の微細構造体の製造方法によれば、X線がシンクロトロン放射光源から放射されるので、高エネルギーのX線を容易に発生でき、精度の良いリソグラフィが可能となるため、高精度の微細構造体を製造することができる。
【0090】
請求項8の微細構造体の製造方法によれば、樹脂層がポリメチルメタクリレートからなるので、X線によりパターンが高精度に転写され、高精度の微細構造体を製造することができる。
【0091】
請求項9の微細構造体によれば、前記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、該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。
【0092】
請求項10の微細金属構造体の製造方法によれば、前記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。又、現像工程において樹脂層の表面に近いほど樹脂が速く溶解するので、側壁が表面に向かって広がるように傾斜する微細構造体を製造することができ、高精度な金型として好適に用いられる微細金属構造体を製造することができる。又、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安価に大量生産することができる。
【0093】
請求項11の微細金属構造体によれば、前記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、該微細金属構造体は安価であるとともに、高精度な微細金属部品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。
【0094】
請求項12の微細樹脂部品の製造方法によれば、前記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安価に大量生産することができる。又、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を分断して、個々に分断された高精度な微細樹脂部品を安価に大量生産することができる。
【0095】
請求項13の微細樹脂部品によれば、前記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、該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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る微細構造体の製造方法及びX線照射量をその手順に沿って示す説明図である。
【図2】図1に示した微細構造体の製造方法によるPMMA基板内部のX線吸収量をその手順に沿って示す説明図である。
【図3】図1に示した微細構造体の製造方法によるPMMAの溶解する過程を示す説明図である。
【図4】PMMAの分子量と溶解速度との関係を示すグラフである。
【図5】本発明の第1の実施の形態に係る別の微細構造体の製造方法及びX線照射量をその手順に沿って示す説明図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態に係る別の微細構造体の製造方法及びX線照射量をその手順に沿って示す説明図である。
【図7】本発明の第1の実施の形態に係る別の微細構造体の製造方法をその手順に沿って示す説明図である。
【図8】本発明の第1の実施の形態に係る別の微細構造体の製造方法をその手順に沿って示す説明図である。
【図9】微細構造体に電鋳加工を行う微細金属構造体の製造方法をその手順に沿って示す説明図である。
【図10】微細金型に対してホットエンボス加工を行う微細樹脂部品の製造方法をその手順に沿って示す説明図である。
【図11】本発明の第1の実施の形態に係る別の微細構造体の製造方法及びX線照射量をその手順に沿って示す説明図である。
【図12】本発明の第2の実施の形態に係る微細構造体の製造方法及びX線照射量をその手順に沿って示す説明図である。
【図13】本発明の第3の実施の形態に係る微細構造体の製造方法及びX線照射量をその手順に沿って示す説明図である。
【図14】図13に示した微細構造体の製造方法によるPMMA基板内部のX線吸収量をその手順に沿って示す説明図である。
【図15】本発明の第3の実施の形態に係る別の微細構造体の製造方法及びX線吸収量をその手順に沿って示す説明図である。
【図16】本発明の第5の実施の形態に係る微細構造体の製造方法をその手順に沿って示す説明図である。
【図17】図16に示した微細構造体の製造方法によるPMMA基板内部のX線吸収量をその手順に沿って示す説明図である。
【図18】本発明の第6の実施の形態に係る微細構造体の製造方法及びX線照射量をその手順に沿って示す説明図である。
【図19】本発明の第6の実施の形態に係る別の微細構造体の製造方法及びX線照射量をその手順に沿って示す説明図である。
【図20】従来の微細構造体の製造方法及びX線照射量をその手順に沿って示す説明図である。
【図21】図20に示した微細構造体の製造方法によるPMMA基板内部のX線吸収量をその手順に沿って示す説明図である。
【図22】従来の微細構造体の製造方法をその手順に沿って示す説明図である。
【図23】従来の別の微細構造体の製造方法をその手順に沿って示す説明図である。
【図24】従来の別の微細構造体の製造方法及びX線照射量をその手順に沿って示す説明図である。
【符号の説明】
1 PMMA基板(樹脂層)
2、21〜29 X線マスク
2a、21a〜29a X線非透過膜
3〜19、30 微細構造体
31 微細金属構造体(金属層、微細金型)
32 樹脂板
33 金属板
34 樹脂層
35、36 微細樹脂部品
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a method for producing a fine structure obtained by developing an exposed resin layer by irradiating X-rays, a fine structure produced thereby, and electroforming using the fine structure as a matrix. Manufacturing method of a fine metal structure obtained by the above, a fine metal structure produced thereby, a method of producing a fine resin part obtained by molding the fine metal structure as a fine mold, and thereby The present invention relates to a manufactured fine resin part.
[0002]
[Prior art]
In recent years, devices such as transdermal drug delivery devices (Drug Delivery Devices) for the purpose of drug administration to the human body for medical and cosmetic purposes, and micro-integration such as micro-systems for biochemical analysis and chemical synthesis. In the field of chemical chemical devices and the like, with the development of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology, various shapes of three-dimensional microstructures are required. Further, there is a need for a three-dimensional fine mold for mass-producing a three-dimensional fine structure such as a micro needle as a transdermal drug delivery device at low cost.
[0003]
As a technology that can produce fine structures even with a high aspect ratio (ratio of height to aperture width), X-rays are irradiated from a synchrotron radiation device, and a very small fine pattern on the X-ray mask is formed on the X-ray sensitive resin layer. There is X-ray lithography, which is an exposure technique that can be accurately transferred. A process of producing a fine metal structure such as a fine mold using this X-ray lithography is called a LIGA (Lithographie Galvanoformung Abformung: German) process.
[0004]
This LIGA process is a processing method that combines electroforming and molding with X-ray lithography. X-rays are irradiated from an SR (synchrotron radiation) light device through an X-ray mask in which an X-ray non-transparent film pattern is formed on the X-ray transparent film, and is made of polymethyl methacrylate (hereinafter referred to as PMMA). By exposing and developing the PMMA substrate, a pattern is formed on the PMMA substrate to form a fine structure. Electroforming is performed using the fine structure as a matrix to form a fine metal structure. Then, by removing the fine metal structure from the fine structure and using it as a fine mold and a mold mold such as a synthetic resin, it becomes possible to mass-produce fine resin parts at low cost. (For example, refer to Patent Document 1).
[0005]
The X-ray lithography is a processing method that takes advantage of the short wavelength and straightness that are the characteristics of X-rays. While the processing depth in semiconductor microfabrication using various laser beams is several microns, the processing depth of several hundred microns to several millimeters can be performed due to the short X-ray wavelength. . Further, because of the straightness and transparency of X-rays, fine processing with a high aspect ratio of 100 or more can be performed.
[0006]
A method for manufacturing a fine structure by X-ray lithography will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 20 (a) and 21 (a), an X-ray mask 102 having a circular pattern formed on an X-ray non-transmissive film 102a is placed in parallel with a predetermined interval above the PMMA substrate 101. Deploy. X-rays are irradiated perpendicularly to the surface of the PMMA substrate 101 from an SR (synchrotron radiation) light device (not shown), and the PMMA substrate 101 is exposed through the X-ray mask 102.
[0007]
The amount of X-ray irradiation to the PMMA substrate 101 is very high in the straightness of the X-rays irradiated from the SR light device. Therefore, as shown in FIG. On the PMMA substrate 101 immediately below the X-ray non-transparent film 102a, the dose is almost zero, and on the other portions of the PMMA substrate 101, the dose Q is almost uniform. Since the amount of X-ray absorption inside the PMMA substrate 101 depends on the amount of X-ray irradiation irradiated on the surface, the amount of X-ray absorption inside the PMMA substrate 101 after exposure by X-ray irradiation is shown in FIG. As shown in FIG. 21 (b), the portion immediately below the X-ray non-transparent film 102a is almost zero, and in other portions, the X-ray absorption amount is the largest on the surface of the PMMA substrate 101, and the depth from the surface is large. Accordingly, the amount of X-ray absorption decreases approximately exponentially. In FIG. 21, the concentration change inside the PMMA substrate 101 shows the X-ray absorption amount of each part as a model, and the higher the concentration, the larger the X-ray absorption amount. When X-rays are absorbed by PMMA, the molecular weight of PMMA decreases depending on the amount of X-ray absorption.
[0008]
A development step is performed in which PMMA, which has been lowered to a certain molecular weight or less by exposure, is selectively dissolved and removed by a developer. Since the periphery other than the surface of the PMMA substrate 101 is protected from being dissolved by a protective film (not shown) or the like, the PMMA substrate 101 is sequentially dissolved from the surface. Except for the portion directly below the X-ray non-transparent film 102a of the PMMA substrate 101, the X-ray absorption amount is almost the same if the depth from the surface is the same. Therefore, the molecular weight of PMMA inside the PMMA substrate 101 is from the surface. If the depth is the same, it is almost the same. As a result, as shown in FIGS. 21C to 21E, dissolution of PMMA proceeds in sequence while maintaining substantially parallel to the surface of the PMMA substrate 101. On the other hand, in the portion immediately below the X-ray non-transmissive film 102a of the PMMA substrate 101, the X-ray absorption amount is almost zero, so there is almost no decrease in the molecular weight of PMMA inside the PMMA substrate 101, and PMMA hardly dissolves. Therefore, as the development time elapses, as shown in FIGS. 20 (c), 20 (d), 21 (d), and 21 (e), fine structures 103 and 104 having a column are obtained. However, in the portion where the molecular weight decrease very deep in the PMMA substrate 101 is very small, the dissolution rate of PMMA is extremely slow and a very long development time is required. Therefore, as shown in FIG. Thus, although the portion where the molecular weight of PMMA is slightly lowered can be removed by development, a very long development time is required, so that the development is generally terminated after a predetermined time.
[0009]
Thus, because of the straightness that is a feature of X-rays, the fine structures 103 and 104 obtained by X-ray lithography have sidewalls perpendicular to the boundary between the portion immediately below the X-ray non-transmissive film 102a and the other portions. A 2.5-dimensional structure having
[0010]
However, for example, in order to mass-produce the three-dimensional microstructure at a low cost, a high-accuracy three-dimensional fine mold having a high aspect ratio is required, and the three-dimensional fine mold has an inclination suitable for a draft angle. It is necessary to provide a side wall. Therefore, a method for manufacturing a three-dimensional microstructure having inclined sidewalls using X-ray lithography has been proposed.
[0011]
As a method of manufacturing a three-dimensional microstructure having inclined sidewalls using X-ray lithography, there is a method of irradiating X-rays from a direction inclined with respect to the surface of the PMMA substrate 101. As shown in FIG. 22A, an X-ray mask 105 having a circular pattern formed on the X-ray non-transmissive film 105a is arranged in parallel above the PMMA substrate 101 at a predetermined interval. The PMMA substrate 101 is exposed by irradiating X-rays from the SR light device through the X-ray mask 105 from a direction inclined with respect to the surface of the PMMA substrate 101. When the development is performed, as shown in FIG. 22B, a microstructure 106 having an oblique cylinder having a side wall inclined at an angle equal to the X-ray irradiation angle to the surface of the PMMA substrate 101 is obtained.
[0012]
Furthermore, as a method of manufacturing a three-dimensional microstructure having inclined sidewalls using X-ray lithography, a moving mask X-ray that continuously changes the X-ray absorption distribution with respect to depth by moving the X-ray mask. An exposure method has been proposed (see, for example, Patent Document 2). The moving mask X-ray exposure method is a method performed by irradiating and exposing X-rays while moving the X-ray mask relative to the surface of the PMMA substrate. By this moving mask X-ray exposure method, fine structures 108 and 110 having inclined side walls are obtained as shown in FIGS.
[0013]
As shown in FIG. 23A, the X-ray mask 107 in which a pattern having a rectangular opening is formed on the X-ray non-transmissive film 107a is arranged in parallel at a predetermined interval above the PMMA substrate 101. To do. While the X-ray mask 107 is continuously translated by a predetermined distance in the negative direction of the X axis, X-rays are irradiated from the SR light device to expose the PMMA substrate 101. Since the X-ray irradiation amount of the PMMA substrate 101 is as shown in FIG. 23 (b), when developed, the microstructure 108 having an opening with a trapezoidal shape is formed as shown in FIG. 23 (c). can get. Further, a fine structure having an edge-shaped opening can be obtained by changing the moving distance of the X-ray mask.
[0014]
In addition, an X-ray mask 109 in which a pattern having a track-shaped opening is formed on the X-ray non-transmissive film 109a is parallel to the PMMA substrate 101 with a predetermined interval as shown in FIG. To place. The PMMA substrate 101 is exposed by irradiating X-rays from the SR optical device while continuously rotating the X-ray mask 109 around the center of the track-shaped opening as a central axis. Since the X-ray irradiation amount of the PMMA substrate 101 is as shown in FIG. 24B, when it is developed, a microstructure 110 having a truncated cone-shaped opening is obtained as shown in FIG. 24C. It is also possible to obtain a fine structure having a conical opening by changing the pattern of the X-ray mask.
[0015]
Furthermore, as a method of manufacturing a three-dimensional microstructure having inclined sidewalls using X-ray lithography, the PMMA substrate is inclined and rotated by moving mask X-ray exposure to change the X-ray incident direction with respect to the PMMA substrate surface. A multistage exposure system to which a configuration that can be changed is added has also been proposed. With the multi-stage exposure system, a microstructure with a higher degree of freedom can be obtained.
[0016]
The microstructure obtained by each method of manufacturing a three-dimensional microstructure having inclined sidewalls using the X-ray lithography is subjected to electroforming using a matrix as a matrix, and after forming a metal layer, PMMA is removed with a solvent. By removing, a fine metal structure is obtained. The fine metal structure can be used as a mold for a fine resin molded part or the like, or as it is as a fine metal part.
[0017]
[Patent Document 1]
JP 2001-146017 A (page 1-11, FIG. 1 to FIG. 10)
[Patent Document 2]
JP 2000-35500 A (page 1-9, FIG. 2, FIG. 5 to FIG. 8)
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, each method for manufacturing a three-dimensional microstructure having inclined side walls using the X-ray lithography has a problem that the introduction cost is large because the X-ray exposure system is complicated, and mass production cannot be performed at low cost. It was.
[0019]
In the method of controlling the X-ray irradiation angle, X-rays are uniformly irradiated from one inclined direction with respect to the entire surface of the PMMA substrate through one X-ray mask, so that a fine structure that can be manufactured is very much. Limited. In particular, since it is very difficult to provide an inclined side wall suitable for the draft angle in the fine structure, the fine metal structure after electroforming is not suitable for use as a mold. Further, since the X-ray exposure system becomes complicated, the introduction cost becomes great.
[0020]
In the moving mask X-ray exposure method, the X-ray mask needs to move continuously and uniformly, and there is a limit to the fine structures that can be produced. Further, since the X-ray exposure system for accurately and continuously controlling the movement of the X-ray mask is complicated, the introduction cost becomes great.
[0021]
In the multi-stage exposure system, since the X-ray irradiation angle is controlled in addition to the moving mask X-ray exposure method, the degree of freedom of the fine structure that can be manufactured is high. However, it is very difficult to accurately and continuously control the X-ray irradiation angle and the movement of the X mask, and the X-ray exposure system becomes very complicated, and the introduction cost becomes enormous.
[0022]
The present invention has been made in view of the circumstances and problems described above, and a fine structure, in particular, a three-dimensional microstructure having inclined side walls that can be electroformed and used as a fine mold, is obtained by a simple X-ray. An object of the present invention is to provide a method that can be mass-produced at low cost by an exposure system.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the fine structure manufacturing method according to claim 1 forms a pattern in the fine structure manufacturing method obtained by developing an exposed resin layer irradiated with X-rays. A partial exposure step of irradiating and exposing the resin layer with an X-ray through an X-ray mask; an overall exposure step of irradiating and exposing the entire surface of the resin layer; and the partial exposure step and the overall exposure step. And a development step of developing the resin layer exposed in step (1), thereby obtaining a microstructure having a side wall inclined on the resin layer.
[0024]
The fine structure manufacturing method according to claim 2 is the fine structure manufacturing method according to claim 1, wherein the partial exposure step is performed a plurality of times using X-ray masks having different patterns. It is characterized by.
[0025]
The fine structure manufacturing method according to claim 3 is the fine structure manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the X-ray in one exposure step of the partial exposure step and the entire surface exposure step. The amount of irradiation is different from the amount of irradiation of the X-rays in other exposure steps.
[0026]
The fine structure manufacturing method according to claim 4 is the fine structure manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein one of the partial exposure step and the entire surface exposure step is exposed. The wavelength of the X-ray irradiated in the process is different from the wavelength of the X-ray irradiated in another exposure process.
[0027]
The method for producing a microstructure according to claim 5 is the method for producing a microstructure according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface of the resin layer in the partial exposure step or the entire surface exposure step. The exposure is performed by irradiating the X-ray from a direction inclined with respect to the surface.
[0028]
The method for manufacturing a microstructure according to claim 6 is the method for manufacturing a microstructure according to any one of claims 1 to 5, wherein the X-ray mask is used as a surface of the resin layer in the partial exposure step. The exposure is performed by irradiating with the X-rays while being moved relative to each other.
[0029]
The fine structure manufacturing method according to claim 7 is the fine structure manufacturing method according to any one of claims 1 to 6, wherein the X-rays are emitted from a synchrotron radiation light source. It is said.
[0030]
The microstructure manufacturing method according to claim 8 is the microstructure manufacturing method according to any one of claims 1 to 7, wherein the resin layer is made of polymethyl methacrylate.
[0031]
The microstructure according to claim 9 is manufactured by the method for manufacturing a microstructure according to any one of claims 1 to 8.
[0032]
A method for producing a fine metal structure according to a tenth aspect is characterized in that a fine metal structure is obtained by performing electroforming using the fine structure according to the ninth aspect as a matrix.
[0033]
The fine metal structure according to claim 11 is manufactured by the method for manufacturing a fine metal structure according to claim 10.
[0034]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a fine resin part, wherein the fine metal structure according to the eleventh aspect is molded as a fine mold to obtain a fine resin part.
[0035]
A fine resin component according to a thirteenth aspect is characterized by being manufactured by the method for manufacturing a fine resin component according to the twelfth aspect.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. A PMMA substrate 1 having a resin layer made of polymethyl methacrylate (hereinafter referred to as PMMA) is used as a resist substrate for X-ray exposure. By using the PMMA substrate 1, the pattern is transferred with high accuracy by X-rays, but the present invention is not limited to this, and a substrate made of another X-ray sensitive resin layer may be used. As shown in FIG. 1, the manufacturing method of the fine structure according to the first embodiment includes a partial exposure step of irradiating the PMMA substrate 1 with X-rays through an X-ray mask 2 and exposing the PMMA substrate 1. 1 (f) and FIG. 1 comprising a full exposure process for irradiating and exposing the entire surface with X-rays, and a development process for developing the PMMA substrate 1 exposed in the partial exposure process and the full exposure process. This is a method of obtaining the microstructures 3 and 4 having inclined side walls as shown in (g).
[0037]
The PMMA substrate 1 is made of a resin layer made of PMMA and having a thickness of several tens to several hundreds μm. The thickness of the PMMA substrate 1 is appropriately determined according to the size of the microstructures 3 and 4 to be manufactured. The PMMA substrate 1 may have a configuration in which a resin layer made of PMMA and several tens to several hundreds of μm thick is applied on a metal substrate layer made of Ni and made several hundred μm thick. In addition to Ni, the metal substrate layer may be made of a Ni alloy such as NiW or NiFe or a metal plating layer other than the Ni alloy. Further, a metal film formed on a silicon substrate by sputtering can be used as the metal substrate layer.
[0038]
As shown in FIGS. 1A and 2A, an X-ray mask 2 that is a mask for X-ray lithography is arranged in parallel above the PMMA substrate 1 at a predetermined interval. The X-ray mask 2 is formed on an X-ray transmission film which is a support film of a thin film having a thickness of several μm made of a material that easily transmits X-rays such as silicon nitride, SiC, carbon, and polyimide. An X-ray non-transparent film 2a, which is an X-ray absorber having a thickness of several μm, made of an absorbing material that hardly transmits rays is laminated, and a circular pattern is formed on the X-ray non-transparent film 2a.
[0039]
Thereafter, a partial exposure process is performed in which X-rays are irradiated and exposed perpendicularly to the surface of the PMMA substrate 1 from an SR (synchrotron radiation) light device (not shown) through the X-ray mask 2. By using the SR optical device, high-energy X-rays can be easily generated, and high-precision lithography is possible. Since the X-ray irradiation amount to the PMMA substrate 1 in the partial exposure process is very high in the straightness of the X-rays irradiated from the SR light device, as shown in FIG. On the PMMA substrate 1 in the portion (A part) immediately below the X-ray non-transmissive film 2a where X-rays are blocked by the non-permeable film 2a, it becomes almost 0, and on the PMMA substrate 1 in the part other than the A part (B part) The dose Qp is almost uniform.
[0040]
Next, as shown in FIG. 1C and FIG. 2C, the entire surface exposure process of irradiating the entire surface of the PMMA substrate 1 with X-rays and exposing it without passing through the X-ray mask from the SR light device. Do. Since the amount of X-ray irradiation to the PMMA substrate 1 in the entire surface exposure step does not pass through the X-ray mask, the amount of irradiation Qa is almost uniform over the entire surface of the PMMA substrate 1 as shown in FIG.
[0041]
As shown in FIG. 1E, the total amount of X-ray irradiation in the partial exposure process and the entire surface exposure process is Qa in the A portion on the PMMA substrate 1 and Qp + Qa in the B portion.
[0042]
When X-rays are absorbed by PMMA by irradiation with X-rays, radicals are generated, molecular chains are cut, and the molecular weight of PMMA is lowered. The PMMA on the surface irradiated with X-rays has the smallest molecular weight because much X-rays are absorbed by exposure. The internal PMMA has a reduced X-ray absorption amount because the X-rays are attenuated by the absorption of the X-rays by the PMMA molecules present on the PMMA. Thereby, as the depth from the surface of the PMMA substrate 1 increases, the X-ray absorption amount decreases and the molecular weight of PMMA increases.
[0043]
Since the X-ray absorption amount of the PMMA substrate 1 depends on the amount of irradiated X-rays, when illustrated, the X-ray absorption amount when the partial exposure process is completed is as shown in FIG. Further, the X-ray absorption amount when the entire surface exposure process is completed is as shown in FIGS. 2 (d) and 3 (a). 2 and 3, the change in concentration inside the PMMA substrate 1 shows the X-ray absorption amount of each part as a model, and the higher the concentration, the larger the X-ray absorption amount.
[0044]
Wet etching (development process) is performed in which PMMA, which has been lowered to a certain molecular weight or less by exposure, is selectively dissolved and removed by dipping in a developer. The dissolution rate (etching rate) of PMMA by the developer depends on the molecular weight of PMMA as shown as a model in FIG. As is apparent from FIG. 4, the dissolution rate increases as the molecular weight of PMMA falls below M1, and when the molecular weight of PMMA is M1 or higher, the dissolution rate is very slow and PMMA is hardly dissolved. In the region where the molecular weight of PMMA is 0 to M1, the dissolution rate of PMMA depends on the molecular weight, and the dissolution rate decreases rapidly as the molecular weight increases.
[0045]
The present invention positively utilizes the fact that the dissolution rate of PMMA in the development process depends on the molecular weight, and hence the X-ray irradiation amount, and thus has a microstructure having sidewalls inclined from the direction perpendicular to the surface of the PMMA substrate 1. The process in this development process will be described. Since the X-ray dose Qp + Qa of the B portion is larger than the X-ray dose Qa of the A portion on the PMMA substrate 1, the X-ray absorption amount of the B portion is larger than the X-ray absorption amount of the A portion on the surface of the PMMA substrate 1. large. For this reason, the molecular weight of PMMA in the B part is smaller than the molecular weight of PMMA in the A part on the surface of the PMMA substrate 1. The periphery other than the surface of the PMMA substrate 1 is protected so as not to be dissolved by a protective film (not shown) and the like, and the dissolution proceeds from the surface of the PMMA substrate 1 exposed to the developing solution. As shown in (a), the dissolution rate of the surface of the PMMA substrate 1 is faster in the B part than in the A part. In addition, the magnitude | size of the arrow shown in FIG. 3 respond | corresponds to the melt | dissolution rate of PMMA.
[0046]
When the development process is started and a minute time has elapsed, as shown in FIG. 3B, due to the difference in the dissolution rate of PMMA on the surface of the PMMA substrate 1, the A part remains and the side face is located at the boundary with the B part. PMMA dissolves as provided. At this time, since the side surface of the A portion is exposed to the developer, the dissolution of PMMA proceeds in a direction perpendicular to the side surface, that is, in the lateral direction in FIG. However, this is because a minute time course of the development process is considered to proceed discretely. Actually, since the time course of the development process proceeds continuously, the A part dissolves sequentially from the surface, and the dissolution rate of the adjacent B part is faster than the dissolution rate from the surface of the A part. As the portion B is dissolved, the side surface of the portion A is exposed to the developing solution in the order close to the surface, so that the dissolution proceeds in an oblique direction as shown in FIGS. 3 (c) and 3 (d).
[0047]
When the development is completed after a predetermined time has elapsed, as shown in FIGS. 1 (f), 2 (e) and 3 (e), a microstructure 3 having a conical shape made of PMMA is obtained. When the development time further elapses, the PMMA dissolution further proceeds, but the portion where the molecular weight of the PMMA in the part A is not lowered does not dissolve, so that as shown in FIG. 1 (g) and FIG. A microstructure 4 made of PMMA with a conical shape on top is obtained. As described above, desired microstructures 3 and 4 can be obtained by adjusting the development time. Similar effects can also be obtained by adjusting the X-ray dose in the overall exposure process.
[0048]
By changing the pattern formed on the X-ray non-transmissive film 2a of the X-ray mask 2, another desired fine structure can be obtained. Hereinafter, an example in which another pattern is formed on an X-ray mask will be shown, and a microstructure obtained thereby will be described with reference to the drawings.
[0049]
When the pattern of the X-ray non-transmissive film 21a of the X-ray mask 21 has a circular opening as shown in FIG. 5A, the X-ray irradiation dose in the partial exposure process is as shown in FIG. 5B. become. Since the X-ray irradiation dose in the entire surface exposure process shown in FIG. 5C is as shown in FIG. 5D, the total X-ray irradiation dose in the partial exposure step and the entire exposure step is shown in FIG. As shown in (e). By developing the PMMA substrate 1, as shown in FIG. 5 (f), a fine structure 5 in which a truncated cone shape is perforated on the surface, or a conical surface on the surface as shown in FIG. 5 (g). A fine structure 6 in which the shape is perforated is obtained.
[0050]
In addition, when the pattern of the X-ray non-transmissive film 22a is an X-ray mask 22 called Line & Space Mask in which rectangles are continuous while providing a predetermined interval as shown in FIG. The irradiation dose is as shown in FIG. Since the X-ray irradiation dose in the whole surface exposure process shown in FIG. 6C is as shown in FIG. 6D, the total X-ray irradiation dose in the partial exposure step and the whole surface exposure step is shown in FIG. As shown in (e). By developing the PMMA substrate 1, as shown in FIG. 6 (f), the fine structure 7 continuously having a shape in which the trapezoid extends, or the edge shape as shown in FIG. 6 (g). A continuously provided microstructure 8 is obtained.
[0051]
Further, when the pattern of the X-ray non-transmissive film 23a of the X-ray mask 23 is a shape in which a plurality of circles and a plurality of thin lines are combined as shown in FIG. As shown in FIG. 7B, the entire surface exposure process is performed. By developing the PMMA substrate 1, a fine structure 9 having a conical shape and an edge shape can be obtained as shown in FIG. Further, the conical shape and the edge shape may be a shape obtained by extending the frustoconical shape or the trapezoid, and the heights thereof may be varied. Such a microstructure is particularly useful in the field of micro-integrated chemical devices such as micro-systems that perform biochemical analysis and chemical synthesis.
[0052]
Further, when the X-ray non-transmissive film 24a pattern of the X-ray mask 24 has a shape in which circular shapes are arranged in an array as shown in FIG. 8A, after undergoing a partial exposure step and a full exposure step, By developing the PMMA substrate 1, a fine structure 10 in which cones as shown in FIG. 8F are arranged in an array or a cone on a cylinder as shown in FIG. Microstructures 11 whose shapes are arranged in an array are obtained. By dividing these individually, a large number of conical shapes or fine parts having a conical shape on a cylinder can be obtained. Furthermore, by changing the pattern size, development time, X-ray irradiation amount, etc., the conical shape can be made into a needle-like protrusion, for example, as a micro needle as a transdermal drug delivery device. Can be used. As exemplified above, a desired microstructure having inclined sidewalls can be obtained by appropriately changing the pattern shape of the X-ray mask, the development time, the X-ray irradiation dose, and the like.
[0053]
The fine structure obtained by completing the development step may be used as it is, but it is also possible to obtain a fine metal structure by further performing electroforming using the fine structure as a matrix. A method for manufacturing the fine metal structure 31 by electroforming using the fine structure 30 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 microstructure 30 shown in FIG. Subsequently, electroplating is performed using the plating film as a conductive layer film to form a metal layer 31 made of nickel, a nickel alloy, or the like, as shown in FIG. 9B. In electroforming, a cathode electrode and an anode electrode, which serve as a matrix, are placed in an electroplating bath filled with an electroforming bath, and a metal layer is electrodeposited on the cathode according to the principle of plating. This is a processing method for obtaining a replicated version. Thereafter, when the fine structure 30 made of PMMA is removed with a solvent, a fine metal structure 31 is obtained as shown in FIG. The fine metal structure 31 is used as a fine mold for a fine resin molded part or the like, or as a fine metal part as it is. When used as a fine mold, the fine metal structure 31 has inclined side walls suitable for a draft angle. This is because, in the development step, the closer to the surface of the PMMA substrate 1, the faster PMMA dissolves, so that each side wall is inclined so as to spread toward the surface. Further, for example, the electroforming process is performed using a microstructure in which the same specific shape such as a cone shape or a truncated cone shape is arranged in an array like the microstructure 10 shown in FIG. 8F. As a result, a fine metal structure in which the shape of the fine structure is inverted is obtained, so that a large number of fine metal structure parts can be obtained by dividing the fine metal structure individually.
[0054]
Furthermore, by using the fine metal structure 31 as a fine mold, the fine resin parts 35 and 36 can be obtained by molding such as hot embossing and injection molding. A method of manufacturing the fine resin parts 35 and 36 by hot embossing will be described with reference to the drawings. First, in a state in which a resin plate 32 in which a resin layer 34 made of a plate-like acrylic resin having a thickness equal to or larger than the thickness of the metal pattern layer in the fine mold 31 is heated on a metal plate 33 made of stainless steel or the like, FIG. As shown to (a), it presses against the fine metal mold | die 31 which processed the mold release agent. As shown in FIG. 10B, the process waits until the acrylic resin of the resin layer 34 is solidified. When the fine mold 31 and the metal plate 33 are removed from the acrylic resin after the acrylic resin is solidified, a fine resin part 35 made of the acrylic resin is completed as shown in FIG. Further, for example, in the case of the fine resin parts 35 in which the needle-like protrusions are arranged in an array, as shown in FIG. 10D, the fine resin parts 36 having a large number of needle-like protrusions are obtained by being separated individually. In addition to the acrylic resin, a resin such as polystyrene, an epoxy resin, or a polycarbonate resin may be used as the resin layer 34.
[0055]
In addition, although the said whole surface exposure process was performed after the said partial exposure process, as shown in FIG. 11, you may perform a partial exposure process after a whole surface exposure process. As shown in FIG. 11A, the entire surface of the PMMA substrate 1 is irradiated with X-rays and exposed without passing through the X-ray mask from the SR light device. Since the amount of X-ray irradiation to the PMMA substrate 1 in the entire surface exposure step does not pass through the X-ray mask, the amount of irradiation Qa is almost uniform over the entire surface of the PMMA substrate 1 as shown in FIG.
[0056]
Thereafter, as shown in FIG. 11C, the X-ray mask 2 is arranged in parallel above the PMMA substrate 1 with a predetermined interval. The X-ray mask 2 is the same as the X-ray mask 2 shown in FIG. 1A, and a circular pattern is formed on the X-ray non-transmissive film 2a. A partial exposure process is performed on the PMMA substrate 1 via the X-ray mask 2 from the SR light device to perform exposure by irradiating with X-rays perpendicular to the surface of the PMMA substrate 1. The amount of X-ray irradiation to the PMMA substrate 1 in the partial exposure step is substantially 0 in the portion immediately below the X-ray transmissive film 2a on the PMMA substrate 1, as shown in FIG. In this case, the dose Qp is almost uniform.
[0057]
As shown in FIG. 11 (e), the distribution of the total amount of X-ray irradiation in the whole surface exposure step and the partial exposure step is the same as the distribution of the total amount of X-ray irradiation shown in FIG. 1 (e). Since the distribution of the total amount of X-ray irradiation is the same, the distribution of the molecular weight of PMMA inside the PMMA substrate 1 is the same, and therefore, through the same process as the development process, FIG. 11 (f) and FIG. As shown in g), the same fine structures 3 and 4 as in FIGS. 1 (f) and 1 (g) are obtained. Thus, if the distribution of the total amount of X-ray irradiation on the PMMA substrate 1 is the same and the subsequent development process is the same, the same fine structure can be obtained, and the partial exposure process and the entire surface exposure are performed. Unaffected before and after the process sequence.
[0058]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The fine structure manufacturing method according to the second embodiment is different from the fine structure manufacturing method according to the first embodiment in that the partial exposure process forms patterns as shown in FIG. This method is performed a plurality of times using the X-ray mask.
[0059]
An X-ray mask 25 in which a circular pattern is formed on the X-ray non-transmissive film 25a is arranged in parallel at a predetermined interval above the PMMA substrate 1 as shown in FIG. A first partial exposure process is performed on the PMMA substrate 1 through the X-ray mask 25 to irradiate the surface of the PMMA substrate 1 with X-rays perpendicularly. As shown in FIG. 12B, the X-ray irradiation amount on the PMMA substrate 1 in the partial exposure process is substantially 0 in the portion immediately below the X-ray transmission film 25a on the PMMA substrate 1, and the other portions. In this case, the dose Qp1 is almost uniform.
[0060]
Thereafter, as shown in FIG. 12C, a circular pattern larger than the circular pattern of the X-ray non-transmissive film 25a is formed on the X-ray non-transmissive film 26a at a predetermined interval above the PMMA substrate 1. After the X-ray mask 26 is arranged in parallel, the second partial exposure is performed by irradiating the PMMA substrate 1 from the SR light device via the X-ray mask 26 with X-rays perpendicularly to the surface of the PMMA substrate 1 for exposure. Perform the process. As shown in FIG. 12D, the X-ray irradiation amount on the PMMA substrate 1 in the partial exposure process is almost 0 in the portion immediately below the X-ray transmission film 26a on the PMMA substrate 1, and the other portions. In this case, the dose Qp2 is almost uniform.
[0061]
After that, as shown in FIG. 12E, the entire surface of the PMMA substrate 1 is irradiated with X-rays and exposed without passing through the X-ray mask from the SR light device. As shown in FIG. 12 (f), the X-ray irradiation amount on the PMMA substrate 1 in the entire surface exposure step becomes a substantially uniform irradiation amount Qa on the entire surface of the PMMA substrate 1.
[0062]
As shown in FIG. 12G, the total amount of X-ray irradiation in the two partial exposure processes and the entire surface exposure process is directly below the X-ray non-transmissive film 25a and the X-ray non-transmissive film 26a on the PMMA substrate 1. The portion is Qa, the portion immediately below the X-ray non-transmissive film 26a on the PMMA substrate 1 is Qp1 + Qa, and the other portions on the PMMA substrate 1 are Qp1 + Qp2 + Qa. By developing the PMMA substrate 1, a fine structure 12 as shown in FIG. 12 (h) is obtained.
[0063]
The partial exposure process is not limited to two times, and may be three times or more. Moreover, it is not limited to performing a whole surface exposure process after a several partial exposure process, You may perform a several partial exposure process after a whole surface exposure process, and after performing a whole surface exposure process after one or several times of partial exposure processes, Further, one or more partial exposure steps may be performed. In addition, the shape of the X-ray mask pattern in the partial exposure process is not limited to a circle, and may be various shapes. In the plurality of partial exposure processes, the same X-ray mask is used and the pattern is changed by changing the installation state of the X-ray mask. May be. In this way, by performing the partial exposure process a plurality of times, processing with a higher degree of freedom is possible, and various fine structures can be obtained.
[0064]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 13 to FIG. 15, the manufacturing method of the microstructure according to the third embodiment is the amount of irradiation with X-rays in one exposure step in the first or second embodiment. However, this is a method different from the amount of X-ray irradiation in other exposure processes.
[0065]
As shown in FIGS. 13A and 14A, the X-ray mask 2 is arranged in parallel above the PMMA substrate 1 at a predetermined interval. The X-ray mask 2 is the same as the X-ray mask 2 shown in FIG. 1A of the first embodiment, and a circular pattern is formed on the X-ray non-transmissive film 2a. A partial exposure process is performed on the PMMA substrate 1 via the X-ray mask 2 from the SR light device to perform exposure by irradiating with X-rays perpendicular to the surface of the PMMA substrate 1. As shown in FIG. 13B, the X-ray irradiation amount on the PMMA substrate 1 in the partial exposure process is substantially 0 in the portion immediately below the X-ray transmission film 2a on the PMMA substrate 1, and the other portions. In this case, the dose Qp ′ is almost uniform.
[0066]
Thereafter, as shown in FIGS. 13 (c) and 14 (c), the entire surface of the PMMA substrate 1 is irradiated with X-rays and exposed without passing through the X-ray mask from the SR light device. . As shown in FIG. 13D, the X-ray irradiation amount on the PMMA substrate 1 in the entire surface exposure step becomes a substantially uniform irradiation amount Qa ′ on the entire surface of the PMMA substrate 1. Here, the dose Qp ′ is different from the dose Qa ′. The X-ray irradiation amount is determined by the integral sum of the X-ray irradiation intensity and the irradiation time.
[0067]
Since the X-ray irradiation amount to the PMMA substrate 1 when the partial exposure step and the entire exposure step are completed is as shown in FIG. 13E, the X-ray absorption amount inside the PMMA substrate 1 is as shown in FIG. As shown in e), it is apparent that the case where the X-ray dose Qp in the partial exposure process is equal to the X-ray dose Qa in the entire exposure process is different from FIG. By developing the PMMA substrate 1, a microstructure 13 as shown in FIG. 13 (f) different from the microstructures 3 and 4 shown in FIG. 1 (f) and FIG. 1 (g) is obtained.
[0068]
FIG. 15 shows a case where exposure is performed by changing the X-ray dose in the partial exposure process in which multiple exposures are performed. FIG. 15 shows a case where the X-ray irradiation dose is changed between the first time and the second time in the partial exposure process of FIG. 12 in the second embodiment. By making the X-ray dose Qp1 ′ in the first partial exposure step different from the X-ray dose Qp2 ′ in the second partial exposure step, the X-ray dose Qp1 in the first partial exposure step and the second time A fine structure 14 as shown in FIG. 15 (h) is different from the fine structure 12 as shown in FIG. 12 (h) obtained when the X-ray dose Qp2 in the partial exposure step is equal. can get. In this way, by making the amount of X-ray irradiation in one exposure process different from the amount of X-ray irradiation in another exposure process, processing with a higher degree of freedom becomes possible and various microstructures Can be obtained.
[0069]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The fine structure manufacturing method according to the fourth embodiment is the fine structure manufacturing method according to the first to third embodiments, wherein the wavelength of X-rays irradiated in one exposure step is: This is a method different from the wavelength of X-rays irradiated in other exposure steps. When the wavelength of X-rays to be irradiated is long, the absorption by PMMA increases, so the decrease in the molecular weight of PMMA near the surface of the PMMA substrate increases but does not reach deeply. On the other hand, when the wavelength of X-rays to be irradiated is short, absorption by PMMA becomes small, so that the molecular weight inside the deeper PMMA substrate can be reduced. In this way, by varying the wavelength of the X-rays to be irradiated, it is possible to increase the variety of aspects of the difference in the amount of X-ray absorption inside the PMMA substrate after the both exposure steps, and further processing with a high degree of freedom. A variety of microstructures can be obtained.
[0070]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The microstructure manufacturing method according to the fifth embodiment includes a partial exposure step in the microstructure manufacturing method according to the first to fourth embodiments, as shown in FIGS. In the overall exposure process, the exposure is performed by irradiating X-rays from a direction inclined with respect to the surface of the PMMA substrate 1.
[0071]
As shown in FIGS. 16A and 17A, an X-ray mask 27 having a circular pattern formed on the X-ray non-transmissive film 27a is arranged in parallel above the PMMA substrate 1 with a predetermined interval therebetween. After the arrangement, a partial exposure process is performed in which X-rays are irradiated from the SR light device and exposed from a direction inclined with respect to the surface of the PMMA substrate 1. By inclining the PMMA substrate 1 with respect to the X-ray irradiation direction from the SR optical device, X-rays are irradiated from the direction inclined with respect to the surface of the PMMA substrate 1.
[0072]
When the X-rays are blocked by the X-ray transmission film 27a, as shown in FIG. 17B, the circular pattern of the X-ray transmission film 27a inclined at an angle equal to the X-ray irradiation angle is extended. In the A part inside the PMMA substrate 1, the X-ray absorption amount in the partial exposure process is almost zero. In the B part inside the PMMA substrate 1 other than the A part, the X-ray absorption amount decreases as the depth from the surface of the PMMA substrate 1 becomes deeper.
[0073]
Thereafter, as shown in FIGS. 16 (b) and 17 (c), the entire surface of the PMMA substrate 1 is irradiated with X-rays and exposed without passing through the X-ray mask from the SR light device. . At this time, the X-rays from the SR light device may be irradiated from a direction inclined with respect to the surface of the PMMA substrate 1 or may be irradiated vertically. Since no X-ray mask is used, the X-ray absorption amount inside the PMMA substrate 1 in the partial exposure process and the entire exposure process is as shown in FIG. By developing the PMMA substrate 1, the fine structure 15 as shown in FIGS. 16C and 17E or the X-ray irradiation as shown in FIGS. 16D and 17F is used. A microstructure 16 is also obtained which also has sidewalls inclined at an angle equal to the angle. As described above, in the partial exposure process, X-rays are irradiated and exposed from a direction inclined with respect to the surface of the PMMA substrate, thereby enabling processing with a higher degree of freedom and obtaining various fine structures.
[0074]
In addition, although the said whole surface exposure process was performed after or before the said partial exposure process by providing a time difference, you may perform a partial exposure process and a whole surface exposure process simultaneously. In this case, a plurality of SR optical devices are used, and one SR optical device irradiates the entire surface of the PMMA substrate without passing through an X-ray mask, and at the same time from another SR optical device. Irradiates the same PMMA substrate with X-rays through an X-ray mask.
[0075]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The microstructure manufacturing method according to the sixth embodiment includes a partial exposure step in the microstructure manufacturing method according to the first and fifth embodiments, as shown in FIGS. In this method, the PMMA substrate 1 is irradiated with X-rays and exposed while the X-ray masks 28 and 29 are continuously moved. That is, the moving mask X-ray exposure method is used in the partial exposure process.
[0076]
As shown in FIG. 18A, the X-ray mask 28 in which a pattern having a rectangular opening is formed on the X-ray non-transmissive film 28a is arranged in parallel above the PMMA substrate 1 at a predetermined interval. . The X-ray mask 28 is irradiated with X-rays perpendicularly to the surface of the PMMA substrate 1 while being exposed to X-rays from the SR light device while being continuously translated by a predetermined distance in the negative direction of the X-axis. An exposure process is performed. As shown in FIG. 18B, the amount of X-ray irradiation to the PMMA substrate 1 in the partial exposure process is almost zero in the portion that is always directly under the X-ray transmission film 28a on the PMMA substrate 1, The portion of the substrate 1 that is not always directly below the X-ray transparent film 28a has a substantially uniform dose Qp, and the movement of the X-ray mask 28 may or may not be directly below the X-ray transparent film 28a. In the upper part, the X-ray dose is continuously distributed according to the X-ray dose.
[0077]
Thereafter, as shown in FIG. 18C, the entire surface of the PMMA substrate 1 is irradiated with X-rays and exposed without passing through the X-ray mask from the SR light device. As shown in FIG. 18D, the X-ray irradiation amount on the PMMA substrate 1 in the entire surface exposure step becomes a substantially uniform irradiation amount Qa on the entire surface of the PMMA substrate 1.
[0078]
The total amount of X-ray irradiation in the partial exposure process and the entire partial process is as shown in FIG. By developing the PMMA substrate 1, a fine structure 17 as shown in FIG. 18F is obtained.
[0079]
Further, an X-ray mask 29 in which a pattern having a track-shaped opening is formed on the X-ray non-transmissive film 29a is parallel to the PMMA substrate 1 with a predetermined interval as shown in FIG. 19A. To place. While continuously rotating the X-ray mask 29 around the center of the track-shaped opening around the center, the SR light device emits X-rays, and the X-rays are irradiated perpendicularly to the surface of the PMMA substrate 1 for exposure. A partial exposure process is performed. As shown in FIG. 19B, the amount of X-ray irradiation to the PMMA substrate 1 in the partial exposure process is almost 0 in the portion that is always directly under the X-ray transmission film 29a on the PMMA substrate 1, The portion of the substrate 1 that is not always directly below the X-ray transmissive film 29a has a substantially uniform dose Qp, and the movement of the X-ray mask 29 may or may not be directly below the X-ray transmissive film 29a. In the upper part, the X-ray dose is continuously distributed according to the X-ray dose.
[0080]
After that, as shown in FIG. 19C, the entire surface of the PMMA substrate 1 is irradiated with X-rays and exposed without passing through the X-ray mask from the SR light device. As shown in FIG. 19D, the X-ray irradiation amount on the PMMA substrate 1 in the entire surface exposure step becomes a substantially uniform irradiation amount Qa on the entire surface of the PMMA substrate 1.
[0081]
The total amount of X-ray irradiation to the PMMA substrate 1 in the partial exposure process and the entire partial process is as shown in FIG. By developing the PMMA substrate 1, the inclined surface is steeper than the microstructures 5 and 6 shown in FIGS. 5 (f) and 5 (g), as shown in FIGS. 19 (f) and 19 (g). Such fine structures 18 and 19 are obtained. In this way, by using the moving mask X-ray exposure method in the partial exposure process, processing with a higher degree of freedom becomes possible and various fine structures can be obtained.
[0082]
Further, the partial exposure process may be performed by a multistage exposure system in which a moving mask X-ray exposure method is added to a configuration in which the PMMA substrate can be tilted and rotated to change the X-ray incident direction on the PMMA substrate surface. . As a result, processing with a higher degree of freedom becomes possible, and various fine structures can be obtained.
[0083]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the method for manufacturing a fine structure according to claim 1, a partial exposure step of irradiating the resin layer with X-rays through an X-ray mask and exposing, and the entire surface of the resin layer Since there is a whole surface exposure step of irradiating and exposing X-rays and a development step of developing the resin layer exposed in the partial exposure step and the whole surface exposure step, the difference in the amount of X-ray absorption inside the resin layer after exposure Since the dissolution rate of the resin layer in the development process differs depending on the size, a fine structure having side walls inclined in the resin layer can be manufactured. In addition, since the resin layer is exposed by irradiating X-rays, a highly accurate fine structure having a high aspect ratio can be manufactured. Moreover, since a general simple X-ray exposure system can be used and it is not necessary to introduce a complicated X-ray exposure system, the introduction cost can be reduced, and a fine structure can be manufactured at low cost. . In addition, for example, by performing a partial exposure process through an X-ray mask having a pattern in which circular shapes are arranged in an array, a fine structure in which the same shape such as a cone is arranged in an array can be manufactured. By dividing individual parts, it is possible to mass-produce fine structure parts at low cost.
[0084]
According to the microstructure manufacturing method of claim 2, since the partial exposure process is performed a plurality of times using X-ray masks having different patterns, the difference in the amount of X-ray absorption inside the resin layer after exposure. Since the diversity of this aspect can be increased, processing with a higher degree of freedom is possible, and various microstructures can be manufactured.
[0085]
According to the microstructure manufacturing method of claim 3, the amount of X-ray irradiation in one exposure step is different from the amount of X-ray irradiation in the other exposure step. Since it is possible to increase the diversity of the modes of differences in the amount of linear absorption, processing with a higher degree of freedom is possible, and a variety of microstructures can be manufactured.
[0086]
According to the microstructure manufacturing method of claim 4, since the wavelength of X-rays irradiated in one exposure step is different from the wavelength of X-rays irradiated in another exposure step, X inside the resin layer after exposure Since it is possible to increase the diversity of the modes of differences in the amount of linear absorption, processing with a higher degree of freedom is possible, and a variety of microstructures can be manufactured.
[0087]
According to the method for manufacturing a fine structure according to claim 5, since exposure is performed by irradiating with X-rays from a direction inclined with respect to the surface of the resin layer in the partial exposure step or the overall exposure step, the inside of the resin layer after exposure Therefore, it is possible to increase the variety of aspects of the difference in the amount of X-ray absorption, so that processing with a higher degree of freedom is possible, and various fine structures can be manufactured.
[0088]
According to the method for manufacturing a fine structure according to claim 6, since the X-ray mask is irradiated and exposed while moving the X-ray mask relative to the surface of the resin layer in the partial exposure step, the resin layer after the exposure Since it is possible to increase the diversity of the aspects of the difference in the amount of internal X-ray absorption, processing with a higher degree of freedom is possible, and various microstructures can be manufactured.
[0089]
According to the fine structure manufacturing method of the seventh aspect, since X-rays are emitted from the synchrotron radiation source, high-energy X-rays can be easily generated and high-precision lithography is possible. The microstructure can be manufactured.
[0090]
According to the fine structure manufacturing method of the eighth aspect, since the resin layer is made of polymethylmethacrylate, the pattern is transferred with high accuracy by X-rays, and a highly accurate fine structure can be manufactured.
[0091]
According to the microstructure of the ninth aspect, since the microstructure is manufactured by the manufacturing method of the microstructure, the microstructure is inexpensive and can be suitably used as a highly accurate component.
[0092]
According to the method for producing a fine metal structure according to claim 10, since the fine metal structure is obtained by performing electroforming using the fine structure as a matrix, a highly accurate fine metal having a shape obtained by inverting the fine structure. A structure can be manufactured. Also, the closer to the surface of the resin layer in the development process, the faster the resin dissolves, so that it is possible to manufacture a fine structure that is inclined so that the side wall expands toward the surface, and is suitably used as a high-precision mold. A fine metal structure can be produced. Further, for example, a fine metal structure in which the same shape is arranged in an array can be manufactured. Therefore, by dividing the individual, high-precision fine metal structure parts can be mass-produced at low cost.
[0093]
According to the fine metal structure of the eleventh aspect, since the fine metal structure is manufactured by the method of manufacturing the fine metal structure, the fine metal structure is inexpensive and has high precision fine metal parts or high It can be suitably used as an accurate fine mold.
[0094]
According to the method of manufacturing a fine resin part of claim 12, since the fine metal structure is used as a fine mold to perform a molding process such as injection molding or hot embossing, a fine resin part is manufactured. Can be mass-produced at low cost. In addition, for example, if a fine mold in which the same shape is arranged in an array is used, the fine resin parts obtained by performing the molding process are divided into individual parts, and high-precision fine resin parts that are individually divided are obtained. It can be mass-produced at low cost.
[0095]
According to the fine resin component of the thirteenth aspect, since the fine resin component is manufactured by the method of manufacturing the fine resin component, the fine resin component is inexpensive and can be suitably used as a highly accurate component.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a manufacturing method of a fine structure and an X-ray irradiation dose according to a procedure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the X-ray absorption amount inside the PMMA substrate according to the manufacturing method of the microstructure shown in FIG. 1 along the procedure.
FIG. 3 is an explanatory view showing a process of dissolving PMMA by the method for manufacturing a microstructure shown in FIG.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the molecular weight of PMMA and the dissolution rate.
FIG. 5 is an explanatory view showing another fine structure manufacturing method and X-ray irradiation dose according to the procedure according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 6 is an explanatory view showing another fine structure manufacturing method and X-ray irradiation dose according to the procedure according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory view showing another fine structure manufacturing method according to the first embodiment of the present invention along its procedure;
FIG. 8 is an explanatory view showing another fine structure manufacturing method according to the first embodiment of the present invention along its procedure;
FIG. 9 is an explanatory view showing a method of manufacturing a fine metal structure in which electroforming is performed on the fine structure along the procedure thereof.
FIG. 10 is an explanatory view showing a method of manufacturing a fine resin part for performing hot embossing on a fine mold along the procedure thereof.
FIG. 11 is an explanatory view showing another fine structure manufacturing method and X-ray irradiation dose according to the procedure according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a microstructure manufacturing method and an X-ray irradiation dose according to the procedure according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a microstructure manufacturing method and an X-ray irradiation dose according to the procedure of the third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing the X-ray absorption amount inside the PMMA substrate by the method for manufacturing the microstructure shown in FIG. 13 along the procedure.
FIG. 15 is an explanatory view showing another fine structure manufacturing method and X-ray absorption amount according to the procedure of the third embodiment of the present invention.
FIG. 16 is an explanatory view showing the microstructure manufacturing method according to the fifth embodiment of the present invention along its procedure.
17 is an explanatory view showing the X-ray absorption amount inside the PMMA substrate according to the manufacturing method of the fine structure shown in FIG. 16 along the procedure thereof.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a microstructure manufacturing method and an X-ray irradiation dose according to the procedure according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is an explanatory view showing another microstructure manufacturing method and X-ray irradiation dose according to the procedure according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is an explanatory view showing a conventional microstructure manufacturing method and X-ray irradiation dose along the procedure thereof.
FIG. 21 is an explanatory diagram showing the X-ray absorption amount inside the PMMA substrate by the method for manufacturing the microstructure shown in FIG. 20 along the procedure;
FIG. 22 is an explanatory view showing a conventional method for manufacturing a microstructure along the procedure thereof.
FIG. 23 is an explanatory view showing another conventional method for manufacturing a microstructure along the procedure thereof.
FIG. 24 is an explanatory view showing another conventional microstructure manufacturing method and X-ray irradiation dose along the procedure thereof.
[Explanation of symbols]
1 PMMA substrate (resin layer)
2, 21-29 X-ray mask
2a, 21a to 29a X-ray non-permeable membrane
3-19, 30 microstructure
31 Fine metal structure (metal layer, fine mold)
32 resin plate
33 Metal plate
34 Resin layer
35, 36 Fine resin parts

Claims (13)

X線を照射し露光した樹脂層を現像することにより得られる微細構造体の製造方法において、
パターンを形成したX線マスクを介して前記樹脂層にX線を照射し露光する部分露光工程と、
前記樹脂層の表面全体にX線を照射し露光する全面露光工程と、
前記部分露光工程及び前記全面露光工程において露光された前記樹脂層を現像する現像工程と、を具備することにより、前記樹脂層に傾斜した側壁を有する微細構造体を得ることを特徴とする微細構造体の製造方法。
In the manufacturing method of the fine structure obtained by developing the exposed resin layer by irradiating X-rays,
A partial exposure step of irradiating and exposing the resin layer with an X-ray through a patterned X-ray mask;
An overall exposure step of exposing the entire surface of the resin layer by irradiating with X-rays;
And a development step of developing the resin layer exposed in the partial exposure step and the overall exposure step, thereby obtaining a fine structure having an inclined side wall in the resin layer. Body manufacturing method.
前記部分露光工程が、異なるパターンを形成したX線マスクを用いて複数回行われることを特徴とする請求項1に記載の微細構造体の製造方法。  The method for manufacturing a microstructure according to claim 1, wherein the partial exposure step is performed a plurality of times using X-ray masks having different patterns formed thereon. 前記部分露光工程及び前記全面露光工程のうち、1つの露光工程における前記X線を照射する量が、他の露光工程における前記X線を照射する量と異なることを特徴とする請求項1又は2に記載の微細構造体の製造方法。  The amount of irradiation with the X-rays in one exposure step among the partial exposure step and the overall exposure step is different from the amount of irradiation with the X-rays in another exposure step. The manufacturing method of the microstructure described in 1. 前記部分露光工程及び前記全面露光工程のうち、1つの露光工程において照射する前記X線の波長が、他の露光工程において照射する前記X線の波長と異なることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の微細構造体の製造方法。  4. The wavelength of the X-ray irradiated in one exposure step among the partial exposure step and the entire surface exposure step is different from the wavelength of the X-ray irradiated in another exposure step. The manufacturing method of the microstructure according to any one of the above. 前記部分露光工程あるいは前記全面露光工程において前記樹脂層の表面に対して傾斜した方向から前記X線を照射し露光することを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の微細構造体の製造方法。  5. The microstructure according to claim 1, wherein the X-ray is irradiated and exposed from a direction inclined with respect to a surface of the resin layer in the partial exposure step or the entire surface exposure step. Body manufacturing method. 前記部分露光工程において前記X線マスクを前記樹脂層の表面に対して相対的に移動させながら前記X線を照射し露光することを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の微細構造体の製造方法。  6. The exposure according to claim 1, wherein the X-ray mask is irradiated and exposed while the X-ray mask is moved relative to the surface of the resin layer in the partial exposure step. A manufacturing method of a fine structure. 前記X線がシンクロトロン放射光源から放射されることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の微細構造体の製造方法。  The method for manufacturing a microstructure according to any one of claims 1 to 6, wherein the X-ray is emitted from a synchrotron radiation source. 前記樹脂層がポリメチルメタクリレートからなることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の微細構造体の製造方法。  The method for producing a microstructure according to any one of claims 1 to 7, wherein the resin layer is made of polymethyl methacrylate. 請求項1から8の何れか1項に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する微細構造体。  A microstructure manufactured by the method for manufacturing a microstructure according to any one of claims 1 to 8. 請求項9に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する微細金属構造体の製造方法。  A method for producing a fine metal structure, wherein the fine metal structure is obtained by performing electroforming using the fine structure according to claim 9 as a matrix. 請求項10に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する微細金属構造体。  A fine metal structure manufactured by the method for manufacturing a fine metal structure according to claim 10. 請求項11に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する微細樹脂部品の製造方法。  A method for producing a fine resin part, wherein the fine metal structure according to claim 11 is molded as a fine mold to obtain a fine resin part. 請求項12に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する微細樹脂部品。  A fine resin part produced by the method for producing a fine resin part according to claim 12.
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