JP5470934B2 - Manufacturing method of fine structure - Google Patents

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Description

本発明は、3次元の微細構造体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional microstructure.

近年、特定の微細な3次元構造パターンを形成した微細構造体が広範に用いられている。   In recent years, fine structures formed with a specific fine three-dimensional structure pattern have been widely used.

微細構造体の用途には、例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、データストレージメディア(ハードディスク、光学メディアなど)、医療用部材、バイオデバイス(バイオセンサ、細胞培養基板など)、精密検査機器用部材(検査プローブ、試料保持部材など)、ディスプレイパネル、パネル部材、エネルギーデバイス(太陽電池、燃料電池など)、マイクロ流路、マイクロリアクタ、MEMSデバイスなどが挙げられる。   Applications of fine structures include, for example, semiconductor devices, optical elements, wiring circuits, data storage media (hard disks, optical media, etc.), medical materials, bio devices (biosensors, cell culture substrates, etc.), and precision inspection equipment. Examples include members (inspection probes, sample holding members, etc.), display panels, panel members, energy devices (solar cells, fuel cells, etc.), microchannels, microreactors, MEMS devices, and the like.

特許文献1には、例えば、走査型電子顕微鏡等の電子ビーム装置などに用いられる熱電界放出素子として、多層構造の凸型階段状の積層電子放出面を有する熱電界放出素子(図3)が開示されている(特許文献1参照)。   In Patent Document 1, for example, as a thermal field emission device used in an electron beam apparatus such as a scanning electron microscope, a thermal field emission device (FIG. 3) having a multi-layered convex stepped stacked electron emission surface is provided. It is disclosed (see Patent Document 1).

特許文献2には、例えば、反射防止用途のために設けるモスアイ構造体において、微細構造パターンを、先のとがった錐形(円錐、四角錘、多角錘など)の形状にすることが開示されている(特許文献2参照)。   Patent Document 2 discloses that, for example, in a moth-eye structure provided for antireflection applications, the fine structure pattern is formed into a pointed cone shape (cone, square pyramid, polygonal pyramid, etc.). (See Patent Document 2).

このような3次元の微細構造体を形成するためには、構造体に応じた微細加工技術が必要とされる。   In order to form such a three-dimensional fine structure, a fine processing technique corresponding to the structure is required.

特許文献3には、例えば、リソグラフィと電鋳とを繰り返して3次元構造体を形成する方法が開示されている(特許文献3参照)。   For example, Patent Literature 3 discloses a method of forming a three-dimensional structure by repeating lithography and electroforming (see Patent Literature 3).

微細構造体を形成するための微細構造体の製造方法が望まれている。   A fine structure manufacturing method for forming a fine structure is desired.

特開平10−228877号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-228877 特開2006−038928号公報JP 2006-038928 A 特開2007−204809号公報JP 2007-204809 A

本発明は、簡便に行える微細構造体の製造方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the manufacturing method of the microstructure which can be performed simply.

本発明の請求項1に係る発明は、凹版の凹版内の下部領域に半固体状の微細構造体材料を塗布する工程と、突起部を備える基体と凹版とを対向させ配置する工程と、基体と版を接近させ、基体の突起部凹版内の微細構造体材料とを接触させる工程と、基体の突起部と微細構造体材料とを定着させる工程とを含み、かつ微細構造体材料はゲル状であり、かつ、微細構造体材料は、親油性の材料であり、基体の表面は親油性を示し、凹版の凹版内の表面は、疎油性を示すことを特徴とする微細構造体の製造方法としたものである。
The invention according to claim 1 of the present invention includes a step of applying a semi-solid microstructure material to a lower region in an intaglio plate, a step of disposing a base provided with a protrusion and an intaglio, and a base and a concave plate to approach includes the step of contacting a microstructure material of the protrusion and the intaglio substrate and a step of fixing the protruding portion of the substrate and microstructure material and microstructure material Is a gel, and the microstructure material is an oleophilic material, the surface of the substrate exhibits oleophilicity, and the surface in the intaglio plate exhibits oleophobicity. This is a manufacturing method.

本発明の請求項に係る発明は、請求項1に記載の微細構造体の製造方法であって、微細構造体材料はゲル状の分散剤を含むことを特徴とする微細構造体の製造方法としたものである。
The invention according to claim 2 of the present invention is the method for manufacturing a microstructure according to claim 1, wherein the microstructure material includes a gel-like dispersant. It is what.

本発明の請求項に係る発明は、請求項1または2に記載の微細構造体の製造方法であって、凹版は、可撓性を有することを特徴とする微細構造体の製造方法としたものである。
The invention according to claim 3 of the present invention is the method for manufacturing a fine structure according to claim 1 or 2 , wherein the intaglio has flexibility. Is.

本発明の請求項に係る発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の微細構造体の製造方法であって、凹版は、シリコン基板又は石英基板からなることを特徴とする微細構造体の製造方法としたものである。
The invention according to claim 4 of the present invention is the method of manufacturing a microstructure according to any one of claims 1 to 3 , wherein the intaglio is made of a silicon substrate or a quartz substrate. This is a manufacturing method.

本発明の請求項に係る発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の微細構造体の製造方法であって、塗布する工程と、配置する工程と、接触させる工程と、定着させる工程と、を複数回、繰り返し、凹版に充填する微細構造体材料の量を順次減少させることを特徴とする微細構造体の製造方法としたものである。
Invention of Claim 5 of this invention is a manufacturing method of the microstructure in any one of Claims 1 thru | or 4 , Comprising: The process of apply | coating, the process of arrange | positioning, the process of contacting, The process of fixing And a plurality of times, and the amount of the fine structure material to be filled in the intaglio is successively reduced.

本発明の請求項6に係る発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の微細構造体の製造方法であって、前記凹版の凹版内に半固体状の微細構造体材料を塗布する工程が、凹版内の一部にのみに半固体状の微細構造体材料が塗布されることを特徴とする微細構造体の製造方法としたものである。The invention according to claim 6 of the present invention is the method for manufacturing a microstructure according to any one of claims 1 to 5, wherein a semi-solid microstructure material is applied to the intaglio of the intaglio. However, it is a manufacturing method of a fine structure characterized in that a semi-solid fine structure material is applied only to a part of the intaglio.

本発明によれば、凹版に半固体状の微細構造体材料を塗布し、微細構造体材料を基体へと転写させる微細構造体の製造方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、微細構造体材料を半固体状とすることにより、微細構造体材料が凹版の形状に追従し、凹版の形状に応じた先端部を備える3次元構造体を製造できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the fine structure which apply | coats a semi-solid fine structure material to an intaglio, and transfers fine structure material to a base | substrate can be provided. Furthermore, according to the present invention, by making the fine structure material semi-solid, the fine structure material can follow the shape of the intaglio and can produce a three-dimensional structure having a tip corresponding to the shape of the intaglio. .

(a)〜(e)は本発明の実施の形態に係る微細構造体の製造方法に用いる凹版の製造方法を示す概略工程図である。(A)-(e) is a schematic process drawing which shows the manufacturing method of the intaglio used for the manufacturing method of the microstructure which concerns on embodiment of this invention. (a)〜(e)は本発明の実施の形態に係る微細構造体の製造方法を示す概略工程図である。(A)-(e) is a schematic process drawing which shows the manufacturing method of the microstructure which concerns on embodiment of this invention. 先端に積層膜を備えた熱電界放出素子の一例であり、(a)は、熱電界放出素子を示す断面図であり、(b)は、熱電界放出素子を示す上面図である。It is an example of the thermal field emission element provided with the laminated film at the front-end | tip, (a) is sectional drawing which shows a thermal field emission element, (b) is a top view which shows a thermal field emission element.

以下、本発明の実施の形態に係る微細構造体の製造方法について、図面を参照して、説明を行う。なお、実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。   Hereinafter, a method for manufacturing a microstructure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in the embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description among the embodiments is omitted.

図2(a)〜(e)は、本発明の実施の形態に係る微細構造体の製造方法を示す概略工程図である。図2(e)に示すように、本発明の実施の形態に係る微細構造体の製造方法を用いて形成された微細構造体は、基体11の上部に積層膜12を備えている。積層膜12は微細構造体材料として半固体状の材料を用いて、凸型階段状に形成されている。ここで、半固体状とは、弾力性を有し、柔らかい(可塑性を備えた)物質を意味する。半固体状としては、例えば、ゲル物質、熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。微細構造体材料を半固体状とするために、微細構造体材料そのものをゲル化させてもよいし、微細構造体材料にゲル状の分散剤を含ませてもよい。   2A to 2E are schematic process diagrams showing a method for manufacturing a microstructure according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2 (e), the fine structure formed using the fine structure manufacturing method according to the embodiment of the present invention includes a laminated film 12 on the base 11. The laminated film 12 is formed in a convex staircase shape using a semi-solid material as a microstructure material. Here, the semi-solid state means an elastic and soft (plasticized) substance. Examples of the semisolid state include a gel substance and a thermoplastic elastomer. In order to make the microstructure material semi-solid, the microstructure material itself may be gelled, or a gel-like dispersant may be included in the microstructure material.

<凹版に微細構造体材料を塗布する工程>
まず、凹版14に微細構造体材料を塗布し、基体11と対向させる。
<Process of applying fine structure material to intaglio>
First, a fine structure material is applied to the intaglio plate 14 so as to face the substrate 11.

本発明の実施の形態に係る凹版14は用途により適宜選択することができる。凹版14は、あらかじめ微細加工技術を用いて、加工されているものを用いることができる。微細加工技術としては、例えば、リソグラフィ方法、エッチング方法、微細機械加工法(レーザ加工、マシニング加工、研削加工など)などを用いることができる。   The intaglio 14 according to the embodiment of the present invention can be appropriately selected depending on the application. The intaglio plate 14 can be processed in advance using a fine processing technique. As the fine processing technique, for example, a lithography method, an etching method, a fine machining method (laser processing, machining processing, grinding processing, or the like) can be used.

凹版14の材質は、微細構造体材料に溶出しない材料であれば適宜選択して用いることができる。凹版14の材質として、例えば、シリコン基板、石英基板、アルミ基板などを用いることができる。特に、シリコン基板又は石英基板は、自然酸化膜への処理方法によって親水性にも疎水性にもなり得るため、表面エネルギーの制御を好適に行うことができ、本発明の実施の形態に係る微細構造体の製造方法に用いる凹版14の材質として好ましい。   The material of the intaglio 14 can be appropriately selected and used as long as it does not elute into the fine structure material. As the material of the intaglio plate 14, for example, a silicon substrate, a quartz substrate, an aluminum substrate, or the like can be used. In particular, since a silicon substrate or a quartz substrate can be hydrophilic or hydrophobic depending on a processing method for a natural oxide film, the surface energy can be suitably controlled, and the fine structure according to the embodiment of the present invention can be used. It is preferable as a material of the intaglio 14 used in the method for manufacturing the structure.

ここで、凹版14に対して親水性の微細構造体材料の離型性を高める場合には、凹版14表面の表面エネルギーを低減させることが好ましい。表面エネルギーの低減方法は特に限定されないが、例えば、凹版14表面に対するHMDS(ヘキサメチルジシラザン)等のシランカップリング剤による表面処理や、フッ素系粒子含有の撥水メッキによる疎水処理、微細加工技術によって微細な凹凸を形成することでの表面処理、金属メッキ法による表面処理等が挙げられる。   Here, in order to improve the releasability of the hydrophilic fine structure material with respect to the intaglio 14, it is preferable to reduce the surface energy of the intaglio 14 surface. The method for reducing the surface energy is not particularly limited. For example, surface treatment with a silane coupling agent such as HMDS (hexamethyldisilazane) on the surface of the intaglio plate 14, hydrophobic treatment with water-repellent plating containing fluorine-based particles, and fine processing technology And surface treatment by forming fine irregularities, and surface treatment by metal plating.

また、凹版14は前述の微細加工技術による加工品を母型として、転写成形法により作製した成形品を用いても良い。成形品の材質は特に限定されず、ポリカーボネイト、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂などの合成樹脂、またはシリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストランなどの生体適合性樹脂等が挙げられる。   The intaglio plate 14 may be a molded product produced by a transfer molding method using a processed product obtained by the above-described microfabrication technique as a mother mold. The material of the molded product is not particularly limited, and examples thereof include synthetic resins such as polycarbonate, polystyrene, acrylic resin, and fluorine resin, or silicone resins, biocompatible resins such as maltose, polylactic acid, and dextran.

凹版14の上面形状は設計事項であり、特に限定されるものではない。上面形状は、例えば、四角形、三角形、円形などのパターンであっても良い。また、凹版14のパターンは、版内に一つ配置しても良いし、複数配置しても良い。凹版にパターンを複数配置する場合には、凹版14のパターンをアレイ状に配置することができる。   The upper surface shape of the intaglio 14 is a design matter and is not particularly limited. The top surface shape may be, for example, a pattern such as a quadrangle, a triangle, or a circle. One pattern of the intaglio plate 14 may be arranged in the plate, or a plurality of patterns may be arranged. When a plurality of patterns are arranged on the intaglio, the patterns of the intaglio 14 can be arranged in an array.

凹版14の断面形状は設計事項であり、特に限定されるものではない。また、凹版14の上面形状及び断面形状に関する各寸法は設計事項であり、特に限定されるものではない。   The cross-sectional shape of the intaglio 14 is a design matter and is not particularly limited. Moreover, each dimension regarding the upper surface shape and cross-sectional shape of the intaglio 14 is a design matter, and is not specifically limited.

微細構造体材料は、凹版14への塗工時において、塗工が可能であるように流体であることに加えて、凹版14から基体11への転写時においては、転写が可能であるように流体もしくはゲル状(半固体状)であることが好ましい。微細構造体材料の形態は微細構造体の用途に応じて適宜選択することができる。また、微細構造体材料は、極性に応じて溶媒を適宜加えても良い。一般に、極性の材料は極性溶媒(水系など)に分散しやすく、非極性の材料は非極性溶媒(溶剤系)に分散しやすいことが知られている。   In addition to being fluid so that the fine structure material can be applied to the intaglio plate 14, the fine structure material can be transferred at the time of transfer from the intaglio plate 14 to the substrate 11. It is preferably a fluid or gel (semi-solid). The form of the fine structure material can be appropriately selected according to the use of the fine structure. In addition, a solvent may be appropriately added to the microstructure material depending on the polarity. Generally, it is known that a polar material is easily dispersed in a polar solvent (such as an aqueous system), and a nonpolar material is easily dispersed in a nonpolar solvent (a solvent system).

極性溶媒としては、例えば、アセトン、MEK、MIBK等のケトン類、メチルアルコール、エチルアルコール、2−プロパノール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸−n−ブチル等のエステル類の他、純水等を挙げることができる。   Examples of polar solvents include ketones such as acetone, MEK and MIBK, alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol and 2-propanol, esters such as ethyl acetate and n-butyl acetate, and pure water. Can be mentioned.

非極性溶媒としては、例えば、イソオクタン、シクロヘキサン、イソホロン等の芳香族炭化水素類、トルエン、キシレン、メシチレン、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン(テトラリン)、n−ヘキサン、n−デカン、の脂肪族炭化水素類を挙げることができる。   Examples of the nonpolar solvent include aromatic hydrocarbons such as isooctane, cyclohexane, and isophorone, toluene, xylene, mesitylene, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene (tetralin), n-hexane, and n-decane. Aliphatic hydrocarbons can be mentioned.

微細構造体材料の流動性は特に限定されないが、半固体状の微細構造体材料を用いることが望ましい。微細構造体材料をゲル化させることで、微細構造体材料の表面張力起因による転写不良が発生しないことから、基体への転写工程を好適に行うことができる。微細構造体材料をゲル化させる場合は、各種溶媒に分散した微細構造体材料をゲル化剤と混合させる。   The fluidity of the microstructure material is not particularly limited, but it is desirable to use a semi-solid microstructure material. Since the fine structure material is gelled, no transfer failure due to the surface tension of the fine structure material occurs, so that the transfer process to the substrate can be suitably performed. When the fine structure material is gelled, the fine structure material dispersed in various solvents is mixed with a gelling agent.

微細構造体材料をゲル状とする為のゲル化剤としては、例えば、ゼラチン、ペクチン、寒天、カラギナン、カルボキシメチルセルロースナトリウム、キサンタンガム、グァーガム等を挙げることができる。   Examples of the gelling agent for making the microstructure material into a gel include gelatin, pectin, agar, carrageenan, sodium carboxymethylcellulose, xanthan gum, guar gum and the like.

凹版14に微細構造体材料を塗布する工程においては、凹版14内に所望の微細構造体材料を充填する必要がある。特にゲル化した微細構造体材料については、塗布時には流動性を有した状態であることが望ましい。この為、塗布時に予め微細構造体材料を加熱しておくことで、ゲル化した微細構造体材料に流動性を与えることができ、塗布工程を好適に行うことができる。   In the step of applying the fine structure material to the intaglio 14, it is necessary to fill the intaglio 14 with a desired fine structure material. In particular, a gelled microstructure material is desirably in a state having fluidity at the time of application. For this reason, by heating the microstructure material in advance at the time of application, fluidity can be imparted to the gelled microstructure material, and the application process can be suitably performed.

また、微細構造体材料を塗布する方法としては、特に限定されず、種々の高粘度液体に最適なものを適宜用いることができる。例えば、具体的には、スピンコート法、スプレー法、ディップ法、液滴法などを用いることができる。   Moreover, it does not specifically limit as a method of apply | coating a microstructure material, The thing optimal for various high viscosity liquids can be used suitably. For example, specifically, a spin coating method, a spray method, a dip method, a droplet method, or the like can be used.

微細構造体材料を塗布した後は、凹版14内の微細構造体材料を冷却することで、それをゲル化させることができる。親水性のゲルとしては、疎水性の凹版14内において、離型性の高い状態で保持される。これによって、後の基体11への転写工程を好適に行うことができる。   After the fine structure material is applied, it can be gelled by cooling the fine structure material in the intaglio 14. The hydrophilic gel is held in the hydrophobic intaglio 14 in a state of high releasability. Thereby, the subsequent transfer process to the substrate 11 can be suitably performed.

したがって基体11に微細構造体材料の転写を考慮した場合、基体11表面は親水性であることが好ましい。基体11表面の処理方法は特に限定されず、所望する表面特性に応じて適宜公知の処理方法を用いることができる。このとき、表面処理方法として、例えばオゾン照射、紫外線やX線等の電磁波照射、電子線照射、プラズマ照射、表面への特性改質物質付加、光触媒の付加等を好適に用いることができる。また、例えば、パターニング方法として、メタルマスクを用いて選択的に表面処理を行う、などの方法を用いても良い。   Therefore, when the transfer of the fine structure material to the substrate 11 is considered, the surface of the substrate 11 is preferably hydrophilic. The method for treating the surface of the substrate 11 is not particularly limited, and a known treatment method can be appropriately used according to desired surface characteristics. At this time, for example, ozone irradiation, electromagnetic wave irradiation such as ultraviolet rays or X-rays, electron beam irradiation, plasma irradiation, addition of a property modifying substance to the surface, addition of a photocatalyst, etc. can be suitably used as the surface treatment method. For example, as a patterning method, a method of selectively performing a surface treatment using a metal mask may be used.

基体11は用途により適宜選択して用いることができる。また、あらかじめ微細加工技術を用いて、加工されていても良い。例えば、微細加工技術として、リソグラフィ方法、エッチング方法、微細機械加工法(レーザ加工、マシニング加工、研削加工など)などを用いても良い。   The substrate 11 can be appropriately selected and used depending on the application. Further, it may be processed in advance using a fine processing technique. For example, as a fine processing technique, a lithography method, an etching method, a fine machining method (laser processing, machining processing, grinding processing, or the like) may be used.

<基体と凹版とを対向させ配置する工程>
基体11と凹版14とを対向させ配置する工程においては、基体11と凹版14それぞれの位置に正確に合わせることが望ましい。位置合わせの方法は特に限定されないが、例えば位置合わせ用のマークをそれぞれに配置した上で位置合わせする方法や、位置合わせ用のジグを用いる方法などが挙げられる。
<Step of placing the base and the intaglio plate facing each other>
In the step of arranging the base 11 and the intaglio 14 to face each other, it is desirable to accurately match the positions of the base 11 and the intaglio 14. The alignment method is not particularly limited, and examples thereof include a method of positioning after positioning marks are respectively arranged, a method of using a positioning jig, and the like.

また基体11と凹版14とを対向させ配置する工程においては、アレイ状に配列された突起部を備えた基体11と、アレイ状に配列された凹版14とを用いても良い。この場合、アレイ状に配列された複数の凹版14のパターンに対して、塗布する微細構造体材料の量を変化させることにより、アレイ間の突起部の一部のみに選択的に微細構造体材料を塗布することができる。これにより、アレイ状に配列された突起部の高さに分布を持たせたアレイ状の3次元構造体を形成することができる。このような3次元構造体は、反射防止体として活用ができる。   Further, in the step of arranging the base 11 and the intaglio 14 so as to face each other, the base 11 provided with projections arranged in an array and the intaglio 14 arranged in an array may be used. In this case, by changing the amount of the fine structure material to be applied to the pattern of the plurality of intaglios 14 arranged in an array, the fine structure material is selectively applied to only a part of the protrusions between the arrays. Can be applied. Thereby, an arrayed three-dimensional structure having a distribution in the height of the protrusions arranged in an array can be formed. Such a three-dimensional structure can be used as an antireflection body.

<基体と微細構造体材料とを接触させる工程>
次に、基体11の突起部と微細構造体材料が接触する距離まで、どちらかまたは両方を近づけ、微細構造体材料とを定着させる。さらに微細構造体材料の定着を高めたい場合、柔軟性(可撓性)を有する凹版14を用いることが望ましい。前述の転写成形法により作製した成形品などを用いれば、基体11の接触に対しても凹版14が柔軟性を有することから、基体11の破壊を抑制しながら、高い圧力で基体11と微細構造体材料を接触させることができる。
<Step of contacting the substrate with the microstructure material>
Next, either or both of them are brought close to the distance at which the protruding portion of the substrate 11 and the fine structure material come into contact with each other, thereby fixing the fine structure material. Further, when it is desired to enhance the fixing of the microstructure material, it is desirable to use the intaglio plate 14 having flexibility (flexibility). If a molded product or the like produced by the above-described transfer molding method is used, the intaglio 14 has flexibility even against contact with the base 11, so that the base 11 and the fine structure can be formed at a high pressure while suppressing destruction of the base 11. Body material can be contacted.

<基体と微細構造体材料とを定着させる工程>
基体11と微細構造体材料とを定着させる工程において、定着させる方法は、用いた微細構造体材料に応じて選択することができる。例えば、乾燥により溶媒を揮発させたり、微細構造体材料のプラズマ耐性によってはプラズマ処理で溶媒を揮発させたりしても良い。
<Step of fixing substrate and microstructure material>
In the step of fixing the substrate 11 and the fine structure material, the fixing method can be selected according to the fine structure material used. For example, the solvent may be volatilized by drying, or the solvent may be volatilized by plasma treatment depending on the plasma resistance of the fine structure material.

また、本発明の実施の形態に係る微細構造体の製造方法は、上述した各工程を、順次、複数回繰り返しても良い。各工程を複数回繰り返すことにより、微細構造体材料が積層された積層膜12を形成することができる。   Further, in the method for manufacturing a fine structure according to the embodiment of the present invention, the above-described steps may be sequentially repeated a plurality of times. By repeating each step a plurality of times, the laminated film 12 in which the fine structure material is laminated can be formed.

また、各工程を複数回繰り返す場合、工程を繰り返す度に平版に塗布する微細構造体材料の量を順次減少させることが好ましい。このとき、凸型階段形状の積層膜12を形成することができ、錐状の微細構造体を形成することができる。   Further, when each step is repeated a plurality of times, it is preferable to sequentially reduce the amount of the fine structure material applied to the planographic plate every time the step is repeated. At this time, the convex step-like laminated film 12 can be formed, and a cone-shaped microstructure can be formed.

本発明の実施の形態に係る微細構造体の製造方法は、広範な分野に用いることができる。特に、熱電子放出素子の製造に用いる場合には好適である。熱電子放出素子は、使用中、エミッタ先端に高電界が集中する為、エミッタ先端部が消失してしまい、熱電界放出素子の寿命が尽きてしまう問題がある。このため、電子放出面をエミッタ先端に積層させることが提案されている(図3(a)断面図、(b)上面図)。本発明の実施の形態に係る微細構造体の製造方法を用いれば、エミッタ先端部(基体11)が積層膜12となった熱電子放出素子を特に好適に製造することができる。   The manufacturing method of the microstructure according to the embodiment of the present invention can be used in a wide range of fields. In particular, it is suitable for use in manufacturing a thermionic emission device. The thermionic emission device has a problem in that a high electric field concentrates on the tip of the emitter during use, so that the tip of the emitter disappears and the lifetime of the thermal field emission device is exhausted. For this reason, it has been proposed to stack the electron emission surface on the tip of the emitter (FIG. 3 (a) sectional view, (b) top view). If the manufacturing method of the microstructure according to the embodiment of the present invention is used, a thermionic emission device in which the emitter tip (base 11) is the laminated film 12 can be particularly preferably manufactured.

本発明の実施の形態に係る微細構造体の製造方法において、疎水性、疎油性とは以下の程度の表面であればよい。一例として、具体的に、程度範囲を示す。   In the method for manufacturing a microstructure according to the embodiment of the present invention, the hydrophobicity and oleophobicity may be surfaces having the following levels. As an example, the extent range is specifically shown.

疎水性とは、水との接触角が、水の場合110°以上、好ましくは水の場合150°以上、水の転落角(竿管内壁面において0.5mlの量の1個の水滴が転落するために必要な傾斜角度)が水の場合10°以下、好ましくは水の場合5°以下である表面のことをいう。   Hydrophobic means that the contact angle with water is 110 ° or more in the case of water, preferably 150 ° or more in the case of water, and the falling angle of water (a single water droplet of an amount of 0.5 ml falls on the inner wall surface of the pipe). In this case, it means a surface having an inclination angle required for water) of 10 ° or less, preferably 5 ° or less for water.

また、疎油性とは、油(例えばガソリン)との接触角が、油の場合90°以上、好ましくは油の場合110°以上、油の転落角(竿管内壁面において0.5mlの量の1個の油滴が転落するために必要な傾斜角度)が油の場合20°以下、好ましくは油の場合10°以下である表面のことをいう。   The oleophobicity means that the contact angle with oil (for example, gasoline) is 90 ° or more in the case of oil, preferably 110 ° or more in the case of oil, and the falling angle of oil (1 in the amount of 0.5 ml on the inner wall surface of the pipe). It means a surface having an inclination angle required for the individual oil droplets to fall down to 20 ° or less, preferably 10 ° or less in the case of oil.

以下、実施例として、微細構造体の製造方法を用いて、エミッタ(基体11)の先端部がZrO(ジルコニア)の積層膜12により形成された熱電界放出素子の製造方法を図1(a)〜(f)、図2(a)〜(e)を参照して説明する。 Hereinafter, as an example, a manufacturing method of a thermal field emission device in which the tip of an emitter (base 11) is formed of a laminated film 12 of ZrO 2 (zirconia) using a manufacturing method of a fine structure will be described with reference to FIG. ) To (f) and FIGS. 2 (a) to 2 (e).

まず、疎水性を示す樹脂製の凹版14(図1(f)参照)を作製した。図1(a)に示すように、凹版14の作製にあたっては、露光光透過部3に対角100μmのひし形の島状遮光部4を形成したフォトマスク13を用意した。   First, a resin intaglio plate 14 (see FIG. 1 (f)) showing hydrophobicity was produced. As shown in FIG. 1A, a photomask 13 having a diamond-shaped island-shaped light-shielding portion 4 with a diagonal of 100 μm formed on the exposure light transmitting portion 3 was prepared for producing the intaglio 14.

次に、図1(b)に示すように、4インチのシリコン基板5上に、マイクロケム社製、SU−8 レジストを用いて、スピンコーティング法により、膜厚を300μmとしたレジスト層6を形成した。   Next, as shown in FIG. 1B, a resist layer 6 having a thickness of 300 μm is formed on a 4-inch silicon substrate 5 by spin coating using SU-8 resist manufactured by Microchem. Formed.

次に、図1(c)に示すように、スピンコーティング後のシリコン基板5とレジスト層6とに対し、フォトマスク13をコンタクトさせた。   Next, as shown in FIG. 1C, a photomask 13 was brought into contact with the silicon substrate 5 and the resist layer 6 after spin coating.

次に、図1(d)に示すように、コンタクトさせたフォトマスク13とレジスト層6に対して露光を行った。露光時においては、傾斜角度が制御できるステージへ露光する基板(図示せず)をセットし、基板を正方向に15°傾斜させ、高圧水銀ランプによる露光を行った。次に、図1(e)に示すように、露光光(正方向)7での露光が完了したら、反対方向へ15°傾斜させて露光を行った。このとき、正方向7及び反対方向8の露光量を積算して2000mJ/cmの露光量とした。正方向7と反対方向8からの入射光と反射光により、300μmのレジスト層6の露光部において、V字形状の潜像を得た。 Next, as shown in FIG. 1D, the contacted photomask 13 and resist layer 6 were exposed. At the time of exposure, a substrate (not shown) to be exposed was set on a stage whose tilt angle can be controlled, the substrate was tilted 15 ° in the positive direction, and exposure was performed with a high-pressure mercury lamp. Next, as shown in FIG. 1 (e), when the exposure with the exposure light (forward direction) 7 was completed, the exposure was performed with an inclination of 15 ° in the opposite direction. At this time, the exposure amounts in the forward direction 7 and the opposite direction 8 were integrated to obtain an exposure amount of 2000 mJ / cm 2 . A V-shaped latent image was obtained at the exposed portion of the 300 μm resist layer 6 by incident light and reflected light from the forward direction 7 and the opposite direction 8.

次に、現像を行った。現像液として、マイクロケム社製、SU−8 Developerを用い、金属製のバットにて揺動させながら現像を行った。その結果、樹脂製による凹版14を得た。接触角を測定した結果、水への接触角が120°となり、疎水性であることを確認した。   Next, development was performed. As a developer, SU-8 Developer manufactured by Microchem Co., Ltd. was used, and development was performed while rocking with a metal bat. As a result, an intaglio plate 14 made of resin was obtained. As a result of measuring the contact angle, it was confirmed that the contact angle with water was 120 ° and it was hydrophobic.

次に、図1(f)に示すように、樹脂特有の柔軟な凹版14を得るため、水酸化カリウムによって、4インチのシリコン基板5を溶解させた。   Next, as shown in FIG.1 (f), in order to obtain the flexible intaglio 14 peculiar to resin, the silicon substrate 5 of 4 inches was melt | dissolved with potassium hydroxide.

次に、図2(a)に示すように、微細構造体材料(単層膜10)を準備し、液滴法によって凹版14に充填した。微細構造体材料はジルコニウムを用いた。ジルコニウムは一部の極性溶媒に可溶であり、硝酸ジルコニウムとして溶液に分散させ、それにゼラチン水溶液を混合させることで、ゲル化した微細構造体材料を調製した。   Next, as shown in FIG. 2A, a fine structure material (single layer film 10) was prepared and filled in the intaglio plate 14 by a droplet method. Zirconium was used as the microstructure material. Zirconium is soluble in some polar solvents, and a gelatinized microstructure material was prepared by dispersing zirconium nitrate in the solution and mixing it with an aqueous gelatin solution.

凹版14への微細構造体材料の充填には、ディスペンサ9を用いた。ディスペンサ9は、ノズル径50μmを有するMicrodrop社製MD−K−140を使用した。MD−K−140は、圧電素子による圧力で塗液を飛び出させる機構である。   A dispenser 9 was used to fill the intaglio 14 with the fine structure material. As the dispenser 9, MD-K-140 manufactured by Microdrop having a nozzle diameter of 50 μm was used. MD-K-140 is a mechanism that causes the coating liquid to pop out with pressure from a piezoelectric element.

そこで、ディスペンサ9の配管を90℃に加熱することで、微細構造体材料に流動性を持たせた。その結果、ディスペンサ9のヘッドからは直径約50μmの微細構造体材料が塗出され、凹版14内に充填・冷却された後もその直径を維持しながら保持された。   Accordingly, the pipe of the dispenser 9 is heated to 90 ° C., so that the fine structure material has fluidity. As a result, a fine structure material having a diameter of about 50 μm was applied from the head of the dispenser 9, and was retained while maintaining the diameter after being filled and cooled in the intaglio plate 14.

次に、図2(b)に示すように、熱電界放出電子銃のエミッタ(基体11)先端を、凹版14に位置合わせした。   Next, as shown in FIG. 2 (b), the tip of the emitter (substrate 11) of the thermal field emission electron gun was aligned with the intaglio 14.

次に、図2(c)に示すように、熱電界放出電子銃のエミッタ(基体11)先端と凹版14とを接近させて凹版14内の液滴を接触させた。転写を確実に行うため、エミッタ先端を凹版14に高い圧力で押し付けた結果、微細構造体材料をエミッタ先端に転写することができた。柔軟な凹版14を用いたため、エミッタ先端の破壊はみられなかった。   Next, as shown in FIG. 2 (c), the tip of the emitter (base 11) of the thermal field emission electron gun and the intaglio 14 were brought close to each other, and the droplets in the intaglio 14 were brought into contact with each other. In order to ensure transfer, the tip of the emitter was pressed against the intaglio plate 14 with high pressure, and as a result, the fine structure material could be transferred to the tip of the emitter. Since the flexible intaglio plate 14 was used, the tip of the emitter was not broken.

転写後、図2(d)に示すように、熱電界放出電子銃のエミッタ先端には、ゲル化したジルコニウム溶液が付着されており、加熱による乾燥工程を経て直径50μm、膜厚5nmのZrO(ジルコニア)の単層膜10を得ることができた。 After the transfer, as shown in FIG. 2 (d), a gelled zirconium solution is adhered to the tip of the emitter of the thermal field emission electron gun, and ZrO 2 having a diameter of 50 μm and a film thickness of 5 nm is obtained through a drying process by heating. A monolayer film 10 of (zirconia) could be obtained.

次に、ディスペンサ9による吐出条件を変更し凹版14に吐出、着弾後に直径45μmの液滴を吐出した。   Next, the discharge conditions by the dispenser 9 were changed to discharge onto the intaglio plate 14, and after landing, a droplet having a diameter of 45 μm was discharged.

次に、図2(e)に示すように、再度、転写工程と乾燥工程とを行い、直径50μm、膜厚5nmのZrOの単層膜10上に、直径45μm、膜厚5nmのZrOの単層膜10を重ねた積層膜12を得ることができた。 Next, as shown in FIG. 2E, a transfer process and a drying process are performed again, and a ZrO 2 film having a diameter of 45 μm and a film thickness of 5 nm is formed on the ZrO 2 single-layer film 10 having a diameter of 50 μm and a film thickness of 5 nm. A laminated film 12 in which the single-layer films 10 were stacked was obtained.

以上より、熱電界放出電子銃のエミッタ先端に対し、先端幅5μ、膜厚50nmの凸型階段形状の積層電子放出面を形成することができた。熱電界放出素子の使用期間が10000時間程度となり、従来よりも長寿命化できることを確認した。   From the above, a convex stepped stacked electron emission surface having a tip width of 5 μm and a film thickness of 50 nm could be formed with respect to the emitter tip of the thermal field emission electron gun. The use period of the thermal field emission device was about 10,000 hours, and it was confirmed that the lifetime could be longer than before.

本発明の微細構造体の製造方法は、微細構造体を形成することが求められる広範な分野に利用することが期待される。微細構造体としては、例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、データストレージメディア(ハードディスク、光学メディアなど)、医療用部材、バイオデバイス(バイオセンサ、細胞培養基板など)、精密検査機器用部材(検査プローブ、試料保持部材など)、ディスプレイパネル、パネル部材、エネルギーデバイス(太陽電池、燃料電池など)、マイクロ流路、マイクロリアクタ、MEMSデバイスなどを製造することができる。   The method for producing a fine structure of the present invention is expected to be used in a wide range of fields in which it is required to form a fine structure. Examples of the fine structures include semiconductor devices, optical elements, wiring circuits, data storage media (hard disks, optical media, etc.), medical members, bio devices (biosensors, cell culture substrates, etc.), precision inspection equipment members ( Inspection probes, sample holding members, etc.), display panels, panel members, energy devices (solar cells, fuel cells, etc.), microchannels, microreactors, MEMS devices, etc. can be manufactured.

3…露光光透過部
4…島状遮光部
5…基板
6…レジスト層
7…露光光(正方向)
8…露光光(反対方向)
9…ディスペンサ
10…単層膜
11…基体
12…積層膜
13…フォトマスク
14…凹版
21…エミッタ
22…積層膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Exposure light transmission part 4 ... Island-shaped light-shielding part 5 ... Substrate 6 ... Resist layer 7 ... Exposure light (positive direction)
8 ... Exposure light (opposite direction)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Dispenser 10 ... Single layer film 11 ... Base | substrate 12 ... Laminated film 13 ... Photomask 14 ... Intaglio 21 ... Emitter 22 ... Laminated film

Claims (6)

凹版の凹版内の下部領域に半固体状の微細構造体材料を塗布する工程と、
突起部を備える基体と前記凹版とを対向させ配置する工程と、
前記基体と前記版を接近させ、前記基体の突起部と前記凹版内の微細構造体材料とを接触させる工程と、
前記基体の突起部と前記微細構造体材料とを定着させる工程とを含み、かつ
前記微細構造体材料はゲル状であり、かつ、
前記微細構造体材料は、親油性の材料であり、前記基体の表面は親油性を示し、前記凹版の凹版内の表面は、疎油性を示す
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
Applying a semi-solid microstructure material to the lower region of the intaglio intaglio ,
A step of disposing the base provided with the protruding portion and the intaglio, opposite to each other;
To approximate the concave plate and the substrate, a step of contacting the projecting portion of the substrate and the microstructure material in said intaglio,
Fixing the protrusions of the base and the microstructure material , and
The microstructure material is in a gel form, and
The microstructure material is an oleophilic material, the surface of the base body is oleophilic, and the surface in the intaglio of the intaglio is oleophobic . Production method.
請求項1に記載の微細構造体の製造方法であって、
前記微細構造体材料はゲル状の分散剤を含むことを特徴とする微細構造体の製造方法。
It is a manufacturing method of the fine structure according to claim 1,
The method for manufacturing a microstructure, wherein the microstructure material includes a gel-like dispersant.
請求項1または2に記載の微細構造体の製造方法であって、
前記凹版は、可撓性を有することを特徴とする微細構造体の製造方法。
It is a manufacturing method of the fine structure according to claim 1 or 2 ,
The method for manufacturing a fine structure, wherein the intaglio has flexibility.
請求項1乃至3のいずれかに記載の微細構造体の製造方法であって、
前記凹版は、シリコン基板又は石英基板からなることを特徴とする微細構造体の製造方法。
A method for manufacturing the microstructure according to any one of claims 1 to 3 ,
The method for manufacturing a fine structure, wherein the intaglio is made of a silicon substrate or a quartz substrate.
請求項1乃至4のいずれかに記載の微細構造体の製造方法であって、
前記塗布する工程と、前記配置する工程と、前記接触させる工程と及び前記定着させる工程と、を複数回、繰り返し、
前記凹版に充填する前記微細構造体材料の量を順次減少させることを特徴とする微細構造体の製造方法。
A method for producing a microstructure according to any one of claims 1 to 4 ,
The step of applying, the step of placing, the step of contacting, and the step of fixing are repeated a plurality of times,
A method for manufacturing a microstructure, wherein the amount of the microstructure material filled in the intaglio is sequentially reduced.
請求項1乃至5のいずれかに記載の微細構造体の製造方法であって、A method for manufacturing the microstructure according to any one of claims 1 to 5,
前記凹版の凹版内に半固体状の微細構造体材料を塗布する工程が、凹版内の一部にのみに半固体状の微細構造体材料が塗布されることを特徴とする微細構造体の製造方法。The step of applying the semi-solid fine structure material in the intaglio of the intaglio is characterized in that the semi-solid fine structure material is applied only to a part of the intaglio. Method.
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