レジストパターンの形成方法
【課題】簡便・安価な装置と機材により、めっきの雌型やマイクロ流路・容器に使用できる均一膜厚で急峻な断面側壁を有する感光性物質のパターンを形成する方法を提供する。
【解決手段】基材上に感光性物質を厚く均一膜厚で付し、その上に遮光液を用いてディスペンサまたはインクジェットプリンタまたはスクリーン印刷によって基になる遮光パターンを作り、該遮光パターンをマスキング材として前記感光性物質を露光する。
【解決手段】基材上に感光性物質を厚く均一膜厚で付し、その上に遮光液を用いてディスペンサまたはインクジェットプリンタまたはスクリーン印刷によって基になる遮光パターンを作り、該遮光パターンをマスキング材として前記感光性物質を露光する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィ用の高価な露光装置やレチクルやマスクなどの高価な原図基板を用いることなく、簡便に安価な装置、器材によって、マイクロ流路の溝パターンやマイクロ容器の穴パターンなど、パターン断面の側壁が基板面に対して急峻な厚い感光性物質のパターンを形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィは可視光、紫外光、遠紫外光、真空紫外光、極端紫外光、Ｘ線などの広義の光線または電子ビーム、イオンビームなどの荷電ビームを、所望の形状を指定してレジストに照射することにより該レジストを感光させ、そののちに行う現像によって、ポジ型レジストの場合には感光部、ネガポジ型レジストの場合には未感光部を除去し、該レジストからなる所望の形状を有する微細パターンを得る技術である。
【０００３】
リソグラフィは半導体集積回路や光エレクトロニクスデバイス、液晶パネルの製造のほか、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）と総称される微細構造体やセンサ、アクチュエータなどの製造に広く利用されている。
【０００４】
リソグラフィにおいて、レジストを所望のパターン形状に感光させる露光工程の露光方法には様々な方式があるが、大別すると、マスクまたはレチクルを原図として用いる転写方式と、それらを用いずに単一または複数の光線ビームまたは荷電ビームを被露光物に対して走査する直接描画方式とがある。
【０００５】
光線ビームまたは荷電ビームの被露光物に対する走査は相対的でよく、光線ビームまたは粒子線ビームを走査しても、被露光物を走査しても、光線ビームまたは粒子線ビームと被露光物の双方を走査してもよい。
【０００６】
また、場合によっては、マスクまたはレチクルを用いる露光と、光線ビームまたは粒子線ビームによる露光とを組み合わせて露光を行うこともある。
【０００７】
マスクまたはレチクルを用いる露光には、レジストを付した被露光物に原図とするマスクを接触させて露光を行う密着露光、レジストを付した被露光物と原図とするマスクとを近接させて露光を行う近接露光、原図とするレチクル上のパターンを、レンズを用いた投影光学系、ミラーを用いた投影光学系、またはレンズとミラーを組み合わせた投影光学系により被露光物上に投影し、該レチクル上のパターンの投影像を作って露光する投影露光などがある。
【０００８】
密着露光、近接露光、投影露光など、マスクやレチクルなどの原図基板を用いて露光を行なって原図基板上のパターンを被露光基板上に転写する方法においては、露光を行なうために、マスクアライナや光ステッパ、光スキャナなどの大掛かりで高価な露光装置を必要とする。
【０００９】
これらの露光装置はクリーンルームなどの清浄空間に設置して使用しなければならず、かつ、床面積が大きい。また、性能を維持するため、保守に費用と手間がかかる。
【００１０】
また、原図基板を用いて露光を行なう場合に用いるマスクやレチクルなどの原図基板も高価である。
【００１１】
ＭＥＭＳなど少量多品種製品が多い分野では、リソグラフィを適用するには、設備の導入費と原価償却費、外部への露光依頼やアウトソーシング費用、原図基板価格などの製品価格への影響をよく考慮した上で利用しなければならないが、中小規模の生産業者は、露光設備を導入するにしろ、外部の露光依頼やアウトソーシングを利用するにしろ、費用が折り合わず、手軽に利用することが難しい場合が多い。
【００１２】
一方、光線ビームまたは荷電ビームを被露光物に対して走査する直接描画によって露光を行なう場合も、レーザ描画装置、電子ビーム描画装置、イオンビーム描画装置などの大掛かりで高価な露光装置を必要とすることに変わりはなく、これらの装置は、場合によると、前記のマスクアライナや光ステッパ、光スキャナより高額である。
【００１３】
また、クリーンルームなどの清浄空間に設置して使用しなければならず、床面積が大きいこと、また、性能を維持するため、保守に費用と手間がかかる点も同様である。
【００１４】
さらに、市販のリソグラフィ用露光装置においては、被露光物が特定の大きさや形状・寸法を有する半導体ウエハ、ガラス基板、プラスチック基板などに限定されることが多く、かつ、平面度がかなり良い平面基板が被露光物として利用されている。
【００１５】
このため、簡便安価にレジストパターンを得る方法が嘱望されており、安価で購入できて保守も容易な小規模簡便な設備、装置を用いて、高価な原図基板も不要なレジストパターン形成方法があれば、ベストである。
【００１６】
また、ＭＥＭＳなどの分野では、大抵の場合、必要なレジストパターンの微細度が半導体集積回路などと比べると桁違いに緩く、多くの場合、具体的には、必要するパターンの最小寸法が数μｍ〜数１００μｍである。
【００１７】
一方、被露光物の大きさや形状・寸法がまちまちであったり、表面の平面度が半導体ウエハほど良くなかったりすることが多く、場合によっては、曲面上へのパターン形成が必要とされる場合もある。
【００１８】
したがって、レジストを被露光物表面に付した後、従来のリソグラフィ用露光装置を用いた露光によってレジストを所定の形状に感光させ、その後、現像してレジストパターンを得る方法に代わる、最小寸法が数μｍ〜数１００μｍ程度の用途に適し、平面度があまり良くない被露光物にも、場合によっては曲面の被露光物にも適用できる、簡便、安価なレジストパターン形成方法が必要である。
【００１９】
そのため、たとえば、特許文献１に示すようにディスペンサを用いてレジストパターンを形成する方法や、特許文献２に示すようにインクジェットプリンタを用いてレジストパターンを形成する方法が提案、開示されている。
【００２０】
また、特許文献３には、原図となるスクリーン原版が必要なものの、リソグラフィと比べると装置、設備が遥かに安価、簡便なスクリーン印刷を用いて、レジストパターンを形成する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−５１１８０号公報
【特許文献２】特開平８−１５６２５４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１８２７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかし、ディスペンサやインクジェットプリンタを用いてレジストパターンを描くと、レジストが被露光物表面で広がり、パターンの膜厚が一様になりにくいという問題があった。
【００２２】
たとえば、空気圧式ディスペンサを用いて、直線レジストパターンを描くと、該直線レジストパターンは、図４の（ａ）の電子顕微鏡写真の断面形状１３および模式図（ｂ）の１５に例を示すような線幅に比して厚さが小さい弓形形状や、（ｃ）の電子顕微鏡写真の断面形状１７および模式図（ｄ）の１９に例を示すような線幅に比して厚さが小さい丸みを帯びた台形形状や円弧形状の断面を有する。
【００２３】
図４（ａ）乃至（ｄ）に示した、電子顕微鏡写真の１４および模式図の１６、電子顕微鏡写真の１８、および模式図の２０は基体１の断面である。
【００２４】
インクジェットプリンタを用いて遮光パターンを直接描画する場合も、スクリーン印刷を用いてレジストパターンを形成する場合にも、レジストパターンの断面側壁は、ディスペンサを用いて遮光パターンを直接描画する場合と同様に、なだらかな傾斜の側壁となってしまい、断面側壁が基板面に垂直またはそれに近い急峻な傾斜とはならない。
【００２５】
また、スクリーン印刷を用いる場合には、微視的に観察すると、スクリーンのメッシュの形状がパターンの表面の凹凸に反映される。
【００２６】
そして、ディスペンサやインクジェットプリンタを用いてレジストパターンを描く場合も、スクリーン印刷を用いてレジストパターンを形成する場合も、パターンの厚さを大きく取ることは難しく、たとえば、１０μｍ以上の膜厚とすることはかなり困難であった。
【００２７】
前記した従来のリソグラフィ用露光装置を用いて露光・現像のプロセスを経てレジストパターンを得る場合には、レジストを被露光物表面に一様に塗布してから露光・現像を行ない、レジストがポジ型ならば、感光部が現像時に現像液に溶け、レジストがネガ型ならば、非感光部が現像時に現像液に溶ける。
【００２８】
したがって、リソグラフィ用露光装置を用いて露光・現像のプロセスを経てレジストパターンを得る場合には、レジストパターン断面の高さ、すなわちレジストパターンの厚さはほぼ一様である。
【００２９】
そして、リソグラフィ用露光装置を用いて露光・現像のプロセスを経てレジストパターンを得る場合には、図４（ａ）乃至（ｄ）に示したような、レジストパターンの全幅に亘って顕著にレジストパターンの高さすなわち厚さが異なる現象は生じない。
【００３０】
また、リソグラフィ用露光装置を用いて露光・現像のプロセスを経てレジストパターンを得る場合には、断面側壁を基板面に垂直またはそれに近い急峻な傾斜とできる。
【００３１】
レジストパターンの厚さを一様にできないと、該レジストパターンをドライエッチング用のマスクパターンとするときに、エッチング耐性がパターン線幅方向に異なってしまい、レジストパターンが薄い部分でドライエッチングされる被加工物が必要以上に削られてしまう。
【００３２】
一方、レジストパターンが薄かったり、断面側壁が急峻でなかったりすると、レジストパターンをめっきのモールドとして三次元マイクロ部品を作成することが難しい。
【００３３】
また、溝状のレジストパターンをそのまま直接、マイクロリアクタやマイクロミキサなどのマイクロ流路用、マイクロビーカ、マイクロセルなどのマイクロ容器用として用いるにも、深さが小さかったり、断面側壁がなだらかだったりすると、利用価値がない。
【００３４】
しかし、ディスペンサやインクジェットプリンタを用いてパターンを描くには、液体を細いノズルや穴から吐出しなければならないため、レジストでパターンを描くには、該レジストの粘度がある程度低いことが必要である。
【００３５】
ところが、レジストの粘度が低いと吐出されたレジストは広がりやすくなり、レジストパターンの高さすなわち厚さを大きくしたい要望と条件が背反する。
【００３６】
また、スクリーン印刷の場合も、印刷用のインクがスクリーンメッシュを通り抜けるのに適切な粘度を有していることが必要であり、レジストをインク代わりに用いてレジストパターンを形成するには、該レジストが印刷メッシュの通過に適した粘度であることが必要である。
【００３７】
このようにレジストの粘度範囲が制限されるため、スクリーン印刷で形成できるレジストパターンは厚さの範囲が制限されてしまい、めっきのモールドとしたり、マイクロリアクタやマイクロミキサなどのマイクロ流路やマイクロビーカ、マイクロセルなどのマイクロ容器のパターンとしたりするのに十分な厚さを確保することができない。
【００３８】
本発明が解決しようとする課題は、高価な従来のリソグラフィ用露光装置を用いることなく、高価なリソグラフィ用原図基板を用意することなく、平面度があまり良くない被露光物にも、場合によっては曲面の被露光物やフレキシブルな被露光物にも、最小寸法が数μｍ〜数１００μｍ程度で、膜厚が厚い、例えば２０μｍ以上のレジストパターンを容易に形成できる方法を新たに提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
本発明の請求項１に示すパターンの形成方法は、基板に感光性物質を付着させる工程と、ディスペンサを使って、前記感光性物質上に遮光液によって露光光線の透過率が５０％以下となる遮光パターンを直接描画して形成する工程と、前記遮光パターンをマスキング材料として前記感光性物質を露光する工程と、該感光性物質を現像して該感光性物質の感光部または未感光部を除去し、該感光性物質のパターンを得る工程、とを含むことを特徴とする。
【００４０】
本発明の請求項２に示すパターンの形成方法は、基板に感光性物質を付着させる工程と、インクジェットプリンタを使って、前記感光性物質上に遮光液によって露光光線の透過率が５０％以下となる遮光パターンを直接描画して形成する工程と、前記遮光パターンをマスキング材料として前記感光性物質を露光する工程と、該感光性物質を現像して該感光性物質の感光部または未感光部を除去し、該感光性物質のパターンを得る工程、とを含むことを特徴とする。
【００４１】
本発明の請求項３に示すパターンの形成方法は、基板に感光性物質を付着させる工程と、スクリーン印刷を用いて、スクリーン原版に描かれたパターン形状に前記感光性物質上に遮光液によって露光光線の透過率が５０％以下となる遮光パターンを印刷する工程と、前記遮光パターンをマスキング材料として前記感光性物質を露光する工程と、該感光性物質を現像して該感光性物質の感光部または未感光部を除去し、該感光性物質のパターンを得る工程、とを含むことを特徴とする。
【００４２】
本発明の請求項４に示すパターンの形成方法は、請求項１乃至３項に示す本発明の感光性物質パターンの形成方法において、感光性物質が膜厚２０μｍ以上の厚いネガ型レジストであり、遮光パターンがマイクロ流路パターンまたはマイクロ容器パターンの反転形状であり、感光性物質のパターンとして、マイクロ流路の溝パターンまたはマイクロ容器の穴パターンを得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によると、ディスペンサやインクジェットプリンタによって描いたり、スクリーン印刷したりして得た、厚さが薄くて不均一で、断面側壁がなだらかなパターンを基に、均一厚さの厚い感光性物質パターンを得ることができる。
【００４４】
ディスペンサやインクジェットプリンタによってパターンを描くか、スクリーン印刷によってパターンを形成するため、投影露光装置、マスクアライナなどの高価な従来のリソグラフィ用露光装置を用いることなく、また、マスクやレチクルなどの高価な原図基板を用意することもなく、最小寸法が数μｍ〜数１００μｍ程度で２０μｍ程度以上の膜厚を有する感光性物質パターンを安価、簡便に形成することができる。
【００４５】
また、非定形の被露光物や、平面基板以外に、平面度があまり良くない被露光物や、場合によっては曲面の被露光物やフレキシブルな基体にも、最初に該基体の表面に均一に感光性物質を付しておけば、均一膜厚の感光性物質のパターンを安価、簡便に形成できる。
【００４６】
ディスペンサやインクジェットプリンタやスクリーン印刷装置は、リソグラフィ用の露光装置に比較すると装置価格が格段に安く、維持費や使用材料費も低額なため、中小規模の生産業者でも設備を導入したり、外部の設備を利用したりすることができ、技術を手軽に利用できる。
【００４７】
また、従来のディスペンサやインクジェットプリンタによってレジストパターンを直接描画する方法やスクリーン印刷によりレジストパターンを形成する場合には、レジストの粘度や被露光物との親和性などの関係から、パターン形成に最適なレジストが後のエッチングやめっきなど後の工程で必ずしも最適なレジストとは限らず、逆に後の工程で最適なレジストではパターンがうまく形成できない場合が多かった。
【００４８】
これに対し、本発明によれば、後の工程において最適と考えられる感光性物質を所望の膜厚で用いることができ、描画に適した液体を遮光液として用いてパターンを形成することができる。
【００４９】
さらに、本発明によれば、厚くて均一な膜厚の感光性物質のパターンを作れるため、めっきの雌型として使用でき、該感光性物質のパターンのスペース部に金属をめっきして充填した後、該感光性物質のパターンを除去すれば、三次元マイクロ金属部品を製作することができる。
【００５０】
さらに、深い溝状のスペースや穴を有する均一膜厚の厚膜レジストパターンを作れるため、マイクロ流路やマイクロ容器として用いることができ、マイクロリアクタ、マイクロミキサ、マイクロビーカ、マイクロセルなどの構造体として利用することができる。
【００５１】
ディスペンサやインクジェットプリンタは、線描画、点描画をつなぎ合わせて任意の形状の図形を描画するため、描画部分が少ない残しパターンの描画に適しており、線状や穴状に描画しない所を残してまわりを全部塗りつぶすような離散的な溝状のスペースや穴の描画には向いていない。
【００５２】
しかし、本発明によれば、感光性物質としてネガ型の感光性物質を用いることにより、ディスペンサやインクジェットプリンタで離散的に描いた線状のパターンの形状を反転した溝状のパターンや、円、長方形、正方形などの単純な残しパターンの形状を反転した穴状のパターンを容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００５４】
図１は本発明のパターンの形成方法である。
【００５５】
図１（ａ）に示すように、まず、基体１の表面にレジストや紫外線硬化樹脂などの感光性物質２を塗布、噴霧、電着、接着、圧着などによって付着させる。
【００５６】
感光性物質２を基体１の表面に付す際、あるいは付した後、必要に応じて基体１を炉、ホットプレートなどを用いてベークし、溶剤の除去および／または焼き固めを行う。
【００５７】
基体１としては、半導体ウエハ、プラスチック基板、金属基板、銅箔などの金属箔付きプラスチック基板、ガラス基板、石英基板、結晶基板などの平面基板、または、それらが凹面状または凸面状に緩やかに曲がった基板やフレキシブルなシート状の基板を用いることができる。
【００５８】
緩やかに波状に曲がった基板でもよく、緩い斜面をなした基板や該斜面が三角波状に繰り返されて曲がった基板でもよく、表面側のみが平面状、緩やかな凹面状、凸面状、波状、斜面をなす形状のうちのいずれかの形状またはそれらを組み合わせた形状であれば、基体１が必ずしも板状である必要ではなく、任意の形体、寸法でよい。
【００５９】
また、該基体１の全体が同じ材質である必要はなく、表面側にパターンを形成したい別の材料の部分が取り付けられていたり、表面に別の材料の部分や膜が付されたりした基体でもよい。
【００６０】
次に、基体１に付した感光性物質２の表面上に、ディスペンサやインクジェットプリンタを用いて、図１（ｂ）に示すように、前記感光性物質２が感光する波長の光線または前記感光性物質２が感光する荷電ビームを遮光または減光できる遮光液３によって、所望の遮光パターン５を描画する。
【００６１】
ディスペンサの種類は任意でよく、空気圧で液体を押し出す方式、シリンジプランジャーにより機械的に液体を押し出す方式、チュービング機構や鍵盤機構で送液チューブを変形させて液体を押し出す方式などのディスペンサが使用できる。
【００６２】
インクジェットプリンタの種類も任意でよく、インク吐き出し穴の配置、個数、寸法などは描画するパターンの寸法や形態に応じて任意に選択すればよい。
【００６３】
または、基体１に付した感光性物質２の表面上に、スクリーン印刷によって、図１（ｂ）に示すように、前記感光性物質２が感光する波長の光線または前記感光性物質２が感光する荷電ビームを遮光または減光できる遮光液３によって、所望の遮光パターン５を印刷する。
【００６４】
本発明においては、このときのスクリーン印刷は電子機器用プリント基板に回路パターンを印刷するような本格的なスクリーン印刷の装置を用いて行っても勿論よいが、パターン寸法が大きい場合にはより簡便な装置や機材を用いて行ってもよく、たとえば、１９８０年代〜２０００年代前半に年賀状の印刷に多用されたプリントごっこのような印刷機や１９６０年代〜１９７０年代に多用された謄写版印刷機のような印刷機でもよい。
【００６５】
前記遮光液３は、前記感光性物質２が感光する波長の光線または前記感光性物質２が感光する荷電ビームに対して必ずしも感光性を有する必要がなく、ディスペンサやインクジェットプリンタによるパターン描画あるいはスクリーン印刷に適した粘度を有し、該光線または荷電ビームの一部または全部を遮光または減光できる液体でありさえすれば任意でよい。
【００６６】
たとえば、水彩絵具および該水彩絵具を水やアルコールなどの有機溶媒によって溶かしたもの、墨シャンプー、印刷用のインクなど、露光光線や荷電ビームに対して感光性がない遮光液３でもよい。
【００６７】
勿論、露光光線や荷電ビームに感光性がある遮光液３でもよく、たとえば、ノボラック系の樹脂を含有した赤紫色をしたレジストやブラックレジストなどを使用できる。
【００６８】
このように、図１（ｂ）における遮光パターン５は、ディスペンサやインクジェットプリンタを用いた直接描画またはスクリーン印刷のいずれかにより形成すればよい。勿論、二つ以上の手段を組み合わせて遮光パターン５を形成してもよい。
【００６９】
次に、遮光パターン５を、自然乾燥させるか、炉、ホットプレートなどを用いてプリベークする。
【００７０】
ただし、遮光パターン５が液状のままでも感光性物質２の表面上の描画した場所以外に流れ出したり、広がったりする恐れがなければ、乾かしたりプリベークしたりしなくてもよい。
【００７１】
次に、遮光パターン５をマスキング材として、感光性物質２が感光する波長の光線および／または前記感光性物質２が感光する荷電ビームからなる露光光線および／または露光ビーム６を照射して感光性物質２の露出部を感光させる。
【００７２】
７が感光性物質２の感光部、８が感光性物質２の未感光部である。
【００７３】
必要に応じて、前記のように遮光パターン５を感光性物質２上に形成して露光した基体１を、炉、ホットプレートなどにより露光後ベークする。
【００７４】
感光性物質２が露光後ベークを必要とする化学増幅型などのレジストであるか、遮光パターン５自体やその溶媒が感光性物質２に浸透すると予測されたり、遮光パターン５自体やその溶媒の感光性物質２への浸透によって感光性物質２の基体１に対する付着性が低下していると予測されたりする場合には露光後ベークを行った方がよい。
【００７５】
図１（ｃ）に示した露光により遮光パターン５が存在しない部分の感光性物質２を感光させてしまえば遮光パターン５は不要となるため、感光性物質２が溶解せずに遮光パターン５が溶解する溶液に浸漬して遮光パターン５を除去する。
【００７６】
感光性物質２がエッチング耐性を有し、遮光パターン５がエッチングできるエッチングガスを用いて遮光パターン５をドライエッチングして除去してもよい。
【００７７】
次に、図１（ｄ）に示すように、所望のパターン形状に露光済みの感光性物質２を有する基板１を現像する。図１（ｄ）において、９は現像液、１０は現像容器である。
【００７８】
図１（ｄ）は、基体１全体を現像液９に浸漬する現像方法を想定して描いたが、現像の方法は任意であり、基体１上に現像液９を滴下して所定の時間保持するパドル現像や、現像液７をシャワー状にかけて現像する方法や、基体１を回転させながら現像液９をノズルで基体１の中央に供給する方法などを採ってもよい。
【００７９】
現像により、感光性物質２がポジ型の場合には、感光性物質２の感光部７が現像液に溶解し、感光性物質２がネガ型の場合には、感光性物質２の未感光部８が現像液に溶解する。
【００８０】
この際、付与した露光量を横軸に取り、縦軸に露光・現像後の感光性物質２の膜厚を縦軸に取って、感光性物質２の膜厚変化を描くと、図２に示すごとくなる。
【００８１】
図２（ａ）はポジ型の感光性物質２の場合の膜厚変化であり、図２（ｂ）はネガ型の感光性物質２の場合の膜厚変化である。
【００８２】
感光性物質２に依存するが、露光量の２倍〜１０倍程度の差によりポジ型の場合は膜厚が所定の値から０まで、ネガ型の場合は膜厚が０から所定の値まで変化する。
【００８３】
したがって、前記感光性物質２が感光する波長の光線または前記感光性物質２が感光する荷電ビーム６に対して、前記遮光パターン５は必ずしも完全な遮光体として作用する必要はない。
【００８４】
たとえば、露光量の２倍の差により膜厚が所定の値から０まで、あるいは０から所定の値まで変化する感光性物質２であれば、透過率が１００／２＝５０％であっても、露光エネルギを適切に選んで用いれば、膜厚が０の部分と所定の値の部分とを有する感光性物質２のパターンを得ることができる。
【００８５】
すなわち、遮光パターン５は、感光性物質２が感光する波長の光線または前記感光性物質２が感光する荷電ビーム６を少なくとも透過率５０％以下に減光できる遮光パターンであればよい。
【００８６】
同じ遮光液３を用いても遮光パターン５の厚さにより透過率が変化するので、適切な厚さとなるようにする。
【００８７】
上記の現像液に遮光パターン５が溶解する場合には、必ずしも現像前に予め遮光パターン５を除去しておく必要はなく、場合によっては、現像によって遮光パターン５の除去と感光性物質２の感光部または未感光部の溶解を同時に行ってもよい。
【００８８】
このようにして、感光性物質２がネガ型の場合には、図１（ｅ）に示すように、遮光パターン５をポジ・ネガ反転した感光性物質２のパターン１１を得ることができる。
【００８９】
また、感光性物質２がポジ型の場合には、図１（ｆ）に示すように遮光パターン５と同じ形状の感光性物質２のパターン１２を得ることができる。
【００９０】
なお、図１（ｆ）に示すように遮光パターン５と同じ形状の感光性物質２のパターン１２を得る場合で、感光性物質２のパターン１２をめっきの雌型として利用する場合には、遮光パターン５は必ずしも除去しなくてもよい。
【実施例】
【００９１】
本発明により、基体１としてシリコンウエハ、感光性物質２として紫外光や短波長可視光に感光する米国ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製厚膜ネガ型レジストＳＵ−８ １００を用い、溝パターンを形成した実施例について説明する。
【００９２】
まず、図１（ａ）に示した工程において、基体１として直径１００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのシリコンウエハを用い、該シリコンウエハの表面に、スピンコータを用いて、感光性物質２としてネガ型レジストＳＵ−８ １００を膜厚約１００μｍに塗布した。
【００９３】
また、塗布後、電気炉を用いて、６５℃で２０ｍｉｎ、９５℃で５０ｍｉｎベークし、溶剤の除去および焼き固めを行った。
【００９４】
次に、前記感光性物質２として用いたネガ型レジストＳＵ−８ １００膜の表面上に、自作したディスペンサ描画装置を用いて、図１（ｂ）に示したように、前記ネガ型レジストＳＵ−８ １００が感光する波長の光線を遮光または減光できる遮光液３として黒色水彩絵具を水で溶いた液を用いて直線状の遮光パターン５を描画した。
【００９５】
黒色水彩絵具を水で溶いて遮光液３を作製する際は、重量比で１：１とした。
【００９６】
前記ディスペンサ描画装置のディスペンサは空気圧式であり、武蔵エンジニアリング株式会社製空気圧コントロールユニットＭＬ−５０００ＸＩＩに、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，４９，０６ＧＮ０８−１〜５（２０１０年６月）に開示されたノズル内径１００μｍ、挿入ワイヤ径３０μｍのワイヤノズルを取り付け、液体吐出ノズルとして用いた。
【００９７】
ディスペンサの空気圧は４〜８ｋＰａとし、速度５〜１５ｍｍ／ｓで描画した。
【００９８】
次に図１（ｃ）に示したように、該直線状の遮光パターン５をマスキング材として、紫外光、短波長可視光を感光性物質２として用いたネガ型レジストＳＵ−８ １００膜に照射し露光した。
【００９９】
紫外光、短波長可視光の照射には、出力１６０Ｗの住田光学ガラス株式会社製紫外光源ＬＳ−１６０Ｓを用い、照射時間は２５ｓとした。
【０１００】
ネガ型レジストＳＵ−８ １００は露光後ベークを必要とする化学増幅型レジストであるため、前記の紫外光、短波長可視光の照射後、６５℃で１０ｍｉｎ、９０℃で３０ｍｉｎベークを行った。
【０１０１】
次に、図１（ｄ）に示したように、遮光パターン５の直下を除いて露光済みのネガ型レジストＳＵ−８ １００を専用現像液であるＳＵ−８ Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒに浸漬し現像した。
【０１０２】
この際、黒色水彩絵具を水で溶いて作製した遮光液３により描画した遮光パターン５は前記の現像液に溶解したため、遮光パターン５の除去とネガ型レジストＳＵ−８ １００の未感光部の溶解を同時に行った。
【０１０３】
その結果、図１（ｅ）に示したように、遮光パターン５とポジ・ネガ反転したＳＵ−８１００のパターン１１を得ることができ、直線状の残し遮光パターン５から、図３に断面を示す深さが約１００μｍと均一で急峻な側壁を有する直線状の溝パターン２１が得られた。
【０１０４】
２２が感光性物質２として用いたＳＵ−８ １００の断面、２３が基体１として用いたシリコンウエハの断面である。
【０１０５】
このようにして得られた厚膜レジストの溝パターンは、めっきのモールドとして三次元マイクロ部品を作成するのに用いることができる。
【０１０６】
また、厚膜レジストの溝パターンをそのまま直接、マイクロリアクタやマイクロミキサの流路用、マイクロビーカや検査セルの容器用として用いることもできる。
【０１０７】
図５はマイクロリアクタやマイクロミキサの流路用として形成した厚膜レジストの溝パターン２４の例である。溝の形状が任意でよいことは言うまでもない。
【０１０８】
また、図６はマイクロビーカやマイクロセルの容器用として形成した厚膜レジストの穴パターン２５の例である。穴の形状が任意でよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】 本発明のパターンの形成方法
【図２】 感光性物質の現像液への溶解特性
【図３】 本発明により形成した、感光性物質のパターンの断面形状
【図４】 基体上にディスペンサにより直接描画したパターンの断面形状
【図５】 溝パターンの例
【図６】 穴パターンの例
【符号の説明】
【０１１０】
１ 基体
２ 感光性物質
５ 遮光パターン
６ 露光光線および／または露光ビーム
７ 感光性物質２の感光部
８ 感光性物質２の未感光部
９ 現像液
１１ 遮光パターン５をポジ・ネガ反転した感光性物質２のパターン
１２ 遮光パターン５と同じ形状の感光性物質２のパターン
２１ 直線状の溝パターン
２２ ＳＵ−８ １００の断面
２３ シリコンウエハの断面
２４ 溝パターン
２５ 穴パターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィ用の高価な露光装置やレチクルやマスクなどの高価な原図基板を用いることなく、簡便に安価な装置、器材によって、マイクロ流路の溝パターンやマイクロ容器の穴パターンなど、パターン断面の側壁が基板面に対して急峻な厚い感光性物質のパターンを形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィは可視光、紫外光、遠紫外光、真空紫外光、極端紫外光、Ｘ線などの広義の光線または電子ビーム、イオンビームなどの荷電ビームを、所望の形状を指定してレジストに照射することにより該レジストを感光させ、そののちに行う現像によって、ポジ型レジストの場合には感光部、ネガポジ型レジストの場合には未感光部を除去し、該レジストからなる所望の形状を有する微細パターンを得る技術である。
【０００３】
リソグラフィは半導体集積回路や光エレクトロニクスデバイス、液晶パネルの製造のほか、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）と総称される微細構造体やセンサ、アクチュエータなどの製造に広く利用されている。
【０００４】
リソグラフィにおいて、レジストを所望のパターン形状に感光させる露光工程の露光方法には様々な方式があるが、大別すると、マスクまたはレチクルを原図として用いる転写方式と、それらを用いずに単一または複数の光線ビームまたは荷電ビームを被露光物に対して走査する直接描画方式とがある。
【０００５】
光線ビームまたは荷電ビームの被露光物に対する走査は相対的でよく、光線ビームまたは粒子線ビームを走査しても、被露光物を走査しても、光線ビームまたは粒子線ビームと被露光物の双方を走査してもよい。
【０００６】
また、場合によっては、マスクまたはレチクルを用いる露光と、光線ビームまたは粒子線ビームによる露光とを組み合わせて露光を行うこともある。
【０００７】
マスクまたはレチクルを用いる露光には、レジストを付した被露光物に原図とするマスクを接触させて露光を行う密着露光、レジストを付した被露光物と原図とするマスクとを近接させて露光を行う近接露光、原図とするレチクル上のパターンを、レンズを用いた投影光学系、ミラーを用いた投影光学系、またはレンズとミラーを組み合わせた投影光学系により被露光物上に投影し、該レチクル上のパターンの投影像を作って露光する投影露光などがある。
【０００８】
密着露光、近接露光、投影露光など、マスクやレチクルなどの原図基板を用いて露光を行なって原図基板上のパターンを被露光基板上に転写する方法においては、露光を行なうために、マスクアライナや光ステッパ、光スキャナなどの大掛かりで高価な露光装置を必要とする。
【０００９】
これらの露光装置はクリーンルームなどの清浄空間に設置して使用しなければならず、かつ、床面積が大きい。また、性能を維持するため、保守に費用と手間がかかる。
【００１０】
また、原図基板を用いて露光を行なう場合に用いるマスクやレチクルなどの原図基板も高価である。
【００１１】
ＭＥＭＳなど少量多品種製品が多い分野では、リソグラフィを適用するには、設備の導入費と原価償却費、外部への露光依頼やアウトソーシング費用、原図基板価格などの製品価格への影響をよく考慮した上で利用しなければならないが、中小規模の生産業者は、露光設備を導入するにしろ、外部の露光依頼やアウトソーシングを利用するにしろ、費用が折り合わず、手軽に利用することが難しい場合が多い。
【００１２】
一方、光線ビームまたは荷電ビームを被露光物に対して走査する直接描画によって露光を行なう場合も、レーザ描画装置、電子ビーム描画装置、イオンビーム描画装置などの大掛かりで高価な露光装置を必要とすることに変わりはなく、これらの装置は、場合によると、前記のマスクアライナや光ステッパ、光スキャナより高額である。
【００１３】
また、クリーンルームなどの清浄空間に設置して使用しなければならず、床面積が大きいこと、また、性能を維持するため、保守に費用と手間がかかる点も同様である。
【００１４】
さらに、市販のリソグラフィ用露光装置においては、被露光物が特定の大きさや形状・寸法を有する半導体ウエハ、ガラス基板、プラスチック基板などに限定されることが多く、かつ、平面度がかなり良い平面基板が被露光物として利用されている。
【００１５】
このため、簡便安価にレジストパターンを得る方法が嘱望されており、安価で購入できて保守も容易な小規模簡便な設備、装置を用いて、高価な原図基板も不要なレジストパターン形成方法があれば、ベストである。
【００１６】
また、ＭＥＭＳなどの分野では、大抵の場合、必要なレジストパターンの微細度が半導体集積回路などと比べると桁違いに緩く、多くの場合、具体的には、必要するパターンの最小寸法が数μｍ〜数１００μｍである。
【００１７】
一方、被露光物の大きさや形状・寸法がまちまちであったり、表面の平面度が半導体ウエハほど良くなかったりすることが多く、場合によっては、曲面上へのパターン形成が必要とされる場合もある。
【００１８】
したがって、レジストを被露光物表面に付した後、従来のリソグラフィ用露光装置を用いた露光によってレジストを所定の形状に感光させ、その後、現像してレジストパターンを得る方法に代わる、最小寸法が数μｍ〜数１００μｍ程度の用途に適し、平面度があまり良くない被露光物にも、場合によっては曲面の被露光物にも適用できる、簡便、安価なレジストパターン形成方法が必要である。
【００１９】
そのため、たとえば、特許文献１に示すようにディスペンサを用いてレジストパターンを形成する方法や、特許文献２に示すようにインクジェットプリンタを用いてレジストパターンを形成する方法が提案、開示されている。
【００２０】
また、特許文献３には、原図となるスクリーン原版が必要なものの、リソグラフィと比べると装置、設備が遥かに安価、簡便なスクリーン印刷を用いて、レジストパターンを形成する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−５１１８０号公報
【特許文献２】特開平８−１５６２５４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１８２７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかし、ディスペンサやインクジェットプリンタを用いてレジストパターンを描くと、レジストが被露光物表面で広がり、パターンの膜厚が一様になりにくいという問題があった。
【００２２】
たとえば、空気圧式ディスペンサを用いて、直線レジストパターンを描くと、該直線レジストパターンは、図４の（ａ）の電子顕微鏡写真の断面形状１３および模式図（ｂ）の１５に例を示すような線幅に比して厚さが小さい弓形形状や、（ｃ）の電子顕微鏡写真の断面形状１７および模式図（ｄ）の１９に例を示すような線幅に比して厚さが小さい丸みを帯びた台形形状や円弧形状の断面を有する。
【００２３】
図４（ａ）乃至（ｄ）に示した、電子顕微鏡写真の１４および模式図の１６、電子顕微鏡写真の１８、および模式図の２０は基体１の断面である。
【００２４】
インクジェットプリンタを用いて遮光パターンを直接描画する場合も、スクリーン印刷を用いてレジストパターンを形成する場合にも、レジストパターンの断面側壁は、ディスペンサを用いて遮光パターンを直接描画する場合と同様に、なだらかな傾斜の側壁となってしまい、断面側壁が基板面に垂直またはそれに近い急峻な傾斜とはならない。
【００２５】
また、スクリーン印刷を用いる場合には、微視的に観察すると、スクリーンのメッシュの形状がパターンの表面の凹凸に反映される。
【００２６】
そして、ディスペンサやインクジェットプリンタを用いてレジストパターンを描く場合も、スクリーン印刷を用いてレジストパターンを形成する場合も、パターンの厚さを大きく取ることは難しく、たとえば、１０μｍ以上の膜厚とすることはかなり困難であった。
【００２７】
前記した従来のリソグラフィ用露光装置を用いて露光・現像のプロセスを経てレジストパターンを得る場合には、レジストを被露光物表面に一様に塗布してから露光・現像を行ない、レジストがポジ型ならば、感光部が現像時に現像液に溶け、レジストがネガ型ならば、非感光部が現像時に現像液に溶ける。
【００２８】
したがって、リソグラフィ用露光装置を用いて露光・現像のプロセスを経てレジストパターンを得る場合には、レジストパターン断面の高さ、すなわちレジストパターンの厚さはほぼ一様である。
【００２９】
そして、リソグラフィ用露光装置を用いて露光・現像のプロセスを経てレジストパターンを得る場合には、図４（ａ）乃至（ｄ）に示したような、レジストパターンの全幅に亘って顕著にレジストパターンの高さすなわち厚さが異なる現象は生じない。
【００３０】
また、リソグラフィ用露光装置を用いて露光・現像のプロセスを経てレジストパターンを得る場合には、断面側壁を基板面に垂直またはそれに近い急峻な傾斜とできる。
【００３１】
レジストパターンの厚さを一様にできないと、該レジストパターンをドライエッチング用のマスクパターンとするときに、エッチング耐性がパターン線幅方向に異なってしまい、レジストパターンが薄い部分でドライエッチングされる被加工物が必要以上に削られてしまう。
【００３２】
一方、レジストパターンが薄かったり、断面側壁が急峻でなかったりすると、レジストパターンをめっきのモールドとして三次元マイクロ部品を作成することが難しい。
【００３３】
また、溝状のレジストパターンをそのまま直接、マイクロリアクタやマイクロミキサなどのマイクロ流路用、マイクロビーカ、マイクロセルなどのマイクロ容器用として用いるにも、深さが小さかったり、断面側壁がなだらかだったりすると、利用価値がない。
【００３４】
しかし、ディスペンサやインクジェットプリンタを用いてパターンを描くには、液体を細いノズルや穴から吐出しなければならないため、レジストでパターンを描くには、該レジストの粘度がある程度低いことが必要である。
【００３５】
ところが、レジストの粘度が低いと吐出されたレジストは広がりやすくなり、レジストパターンの高さすなわち厚さを大きくしたい要望と条件が背反する。
【００３６】
また、スクリーン印刷の場合も、印刷用のインクがスクリーンメッシュを通り抜けるのに適切な粘度を有していることが必要であり、レジストをインク代わりに用いてレジストパターンを形成するには、該レジストが印刷メッシュの通過に適した粘度であることが必要である。
【００３７】
このようにレジストの粘度範囲が制限されるため、スクリーン印刷で形成できるレジストパターンは厚さの範囲が制限されてしまい、めっきのモールドとしたり、マイクロリアクタやマイクロミキサなどのマイクロ流路やマイクロビーカ、マイクロセルなどのマイクロ容器のパターンとしたりするのに十分な厚さを確保することができない。
【００３８】
本発明が解決しようとする課題は、高価な従来のリソグラフィ用露光装置を用いることなく、高価なリソグラフィ用原図基板を用意することなく、平面度があまり良くない被露光物にも、場合によっては曲面の被露光物やフレキシブルな被露光物にも、最小寸法が数μｍ〜数１００μｍ程度で、膜厚が厚い、例えば２０μｍ以上のレジストパターンを容易に形成できる方法を新たに提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
本発明の請求項１に示すパターンの形成方法は、基板に感光性物質を付着させる工程と、ディスペンサを使って、前記感光性物質上に遮光液によって露光光線の透過率が５０％以下となる遮光パターンを直接描画して形成する工程と、前記遮光パターンをマスキング材料として前記感光性物質を露光する工程と、該感光性物質を現像して該感光性物質の感光部または未感光部を除去し、該感光性物質のパターンを得る工程、とを含むことを特徴とする。
【００４０】
本発明の請求項２に示すパターンの形成方法は、基板に感光性物質を付着させる工程と、インクジェットプリンタを使って、前記感光性物質上に遮光液によって露光光線の透過率が５０％以下となる遮光パターンを直接描画して形成する工程と、前記遮光パターンをマスキング材料として前記感光性物質を露光する工程と、該感光性物質を現像して該感光性物質の感光部または未感光部を除去し、該感光性物質のパターンを得る工程、とを含むことを特徴とする。
【００４１】
本発明の請求項３に示すパターンの形成方法は、基板に感光性物質を付着させる工程と、スクリーン印刷を用いて、スクリーン原版に描かれたパターン形状に前記感光性物質上に遮光液によって露光光線の透過率が５０％以下となる遮光パターンを印刷する工程と、前記遮光パターンをマスキング材料として前記感光性物質を露光する工程と、該感光性物質を現像して該感光性物質の感光部または未感光部を除去し、該感光性物質のパターンを得る工程、とを含むことを特徴とする。
【００４２】
本発明の請求項４に示すパターンの形成方法は、請求項１乃至３項に示す本発明の感光性物質パターンの形成方法において、感光性物質が膜厚２０μｍ以上の厚いネガ型レジストであり、遮光パターンがマイクロ流路パターンまたはマイクロ容器パターンの反転形状であり、感光性物質のパターンとして、マイクロ流路の溝パターンまたはマイクロ容器の穴パターンを得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によると、ディスペンサやインクジェットプリンタによって描いたり、スクリーン印刷したりして得た、厚さが薄くて不均一で、断面側壁がなだらかなパターンを基に、均一厚さの厚い感光性物質パターンを得ることができる。
【００４４】
ディスペンサやインクジェットプリンタによってパターンを描くか、スクリーン印刷によってパターンを形成するため、投影露光装置、マスクアライナなどの高価な従来のリソグラフィ用露光装置を用いることなく、また、マスクやレチクルなどの高価な原図基板を用意することもなく、最小寸法が数μｍ〜数１００μｍ程度で２０μｍ程度以上の膜厚を有する感光性物質パターンを安価、簡便に形成することができる。
【００４５】
また、非定形の被露光物や、平面基板以外に、平面度があまり良くない被露光物や、場合によっては曲面の被露光物やフレキシブルな基体にも、最初に該基体の表面に均一に感光性物質を付しておけば、均一膜厚の感光性物質のパターンを安価、簡便に形成できる。
【００４６】
ディスペンサやインクジェットプリンタやスクリーン印刷装置は、リソグラフィ用の露光装置に比較すると装置価格が格段に安く、維持費や使用材料費も低額なため、中小規模の生産業者でも設備を導入したり、外部の設備を利用したりすることができ、技術を手軽に利用できる。
【００４７】
また、従来のディスペンサやインクジェットプリンタによってレジストパターンを直接描画する方法やスクリーン印刷によりレジストパターンを形成する場合には、レジストの粘度や被露光物との親和性などの関係から、パターン形成に最適なレジストが後のエッチングやめっきなど後の工程で必ずしも最適なレジストとは限らず、逆に後の工程で最適なレジストではパターンがうまく形成できない場合が多かった。
【００４８】
これに対し、本発明によれば、後の工程において最適と考えられる感光性物質を所望の膜厚で用いることができ、描画に適した液体を遮光液として用いてパターンを形成することができる。
【００４９】
さらに、本発明によれば、厚くて均一な膜厚の感光性物質のパターンを作れるため、めっきの雌型として使用でき、該感光性物質のパターンのスペース部に金属をめっきして充填した後、該感光性物質のパターンを除去すれば、三次元マイクロ金属部品を製作することができる。
【００５０】
さらに、深い溝状のスペースや穴を有する均一膜厚の厚膜レジストパターンを作れるため、マイクロ流路やマイクロ容器として用いることができ、マイクロリアクタ、マイクロミキサ、マイクロビーカ、マイクロセルなどの構造体として利用することができる。
【００５１】
ディスペンサやインクジェットプリンタは、線描画、点描画をつなぎ合わせて任意の形状の図形を描画するため、描画部分が少ない残しパターンの描画に適しており、線状や穴状に描画しない所を残してまわりを全部塗りつぶすような離散的な溝状のスペースや穴の描画には向いていない。
【００５２】
しかし、本発明によれば、感光性物質としてネガ型の感光性物質を用いることにより、ディスペンサやインクジェットプリンタで離散的に描いた線状のパターンの形状を反転した溝状のパターンや、円、長方形、正方形などの単純な残しパターンの形状を反転した穴状のパターンを容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００５４】
図１は本発明のパターンの形成方法である。
【００５５】
図１（ａ）に示すように、まず、基体１の表面にレジストや紫外線硬化樹脂などの感光性物質２を塗布、噴霧、電着、接着、圧着などによって付着させる。
【００５６】
感光性物質２を基体１の表面に付す際、あるいは付した後、必要に応じて基体１を炉、ホットプレートなどを用いてベークし、溶剤の除去および／または焼き固めを行う。
【００５７】
基体１としては、半導体ウエハ、プラスチック基板、金属基板、銅箔などの金属箔付きプラスチック基板、ガラス基板、石英基板、結晶基板などの平面基板、または、それらが凹面状または凸面状に緩やかに曲がった基板やフレキシブルなシート状の基板を用いることができる。
【００５８】
緩やかに波状に曲がった基板でもよく、緩い斜面をなした基板や該斜面が三角波状に繰り返されて曲がった基板でもよく、表面側のみが平面状、緩やかな凹面状、凸面状、波状、斜面をなす形状のうちのいずれかの形状またはそれらを組み合わせた形状であれば、基体１が必ずしも板状である必要ではなく、任意の形体、寸法でよい。
【００５９】
また、該基体１の全体が同じ材質である必要はなく、表面側にパターンを形成したい別の材料の部分が取り付けられていたり、表面に別の材料の部分や膜が付されたりした基体でもよい。
【００６０】
次に、基体１に付した感光性物質２の表面上に、ディスペンサやインクジェットプリンタを用いて、図１（ｂ）に示すように、前記感光性物質２が感光する波長の光線または前記感光性物質２が感光する荷電ビームを遮光または減光できる遮光液３によって、所望の遮光パターン５を描画する。
【００６１】
ディスペンサの種類は任意でよく、空気圧で液体を押し出す方式、シリンジプランジャーにより機械的に液体を押し出す方式、チュービング機構や鍵盤機構で送液チューブを変形させて液体を押し出す方式などのディスペンサが使用できる。
【００６２】
インクジェットプリンタの種類も任意でよく、インク吐き出し穴の配置、個数、寸法などは描画するパターンの寸法や形態に応じて任意に選択すればよい。
【００６３】
または、基体１に付した感光性物質２の表面上に、スクリーン印刷によって、図１（ｂ）に示すように、前記感光性物質２が感光する波長の光線または前記感光性物質２が感光する荷電ビームを遮光または減光できる遮光液３によって、所望の遮光パターン５を印刷する。
【００６４】
本発明においては、このときのスクリーン印刷は電子機器用プリント基板に回路パターンを印刷するような本格的なスクリーン印刷の装置を用いて行っても勿論よいが、パターン寸法が大きい場合にはより簡便な装置や機材を用いて行ってもよく、たとえば、１９８０年代〜２０００年代前半に年賀状の印刷に多用されたプリントごっこのような印刷機や１９６０年代〜１９７０年代に多用された謄写版印刷機のような印刷機でもよい。
【００６５】
前記遮光液３は、前記感光性物質２が感光する波長の光線または前記感光性物質２が感光する荷電ビームに対して必ずしも感光性を有する必要がなく、ディスペンサやインクジェットプリンタによるパターン描画あるいはスクリーン印刷に適した粘度を有し、該光線または荷電ビームの一部または全部を遮光または減光できる液体でありさえすれば任意でよい。
【００６６】
たとえば、水彩絵具および該水彩絵具を水やアルコールなどの有機溶媒によって溶かしたもの、墨シャンプー、印刷用のインクなど、露光光線や荷電ビームに対して感光性がない遮光液３でもよい。
【００６７】
勿論、露光光線や荷電ビームに感光性がある遮光液３でもよく、たとえば、ノボラック系の樹脂を含有した赤紫色をしたレジストやブラックレジストなどを使用できる。
【００６８】
このように、図１（ｂ）における遮光パターン５は、ディスペンサやインクジェットプリンタを用いた直接描画またはスクリーン印刷のいずれかにより形成すればよい。勿論、二つ以上の手段を組み合わせて遮光パターン５を形成してもよい。
【００６９】
次に、遮光パターン５を、自然乾燥させるか、炉、ホットプレートなどを用いてプリベークする。
【００７０】
ただし、遮光パターン５が液状のままでも感光性物質２の表面上の描画した場所以外に流れ出したり、広がったりする恐れがなければ、乾かしたりプリベークしたりしなくてもよい。
【００７１】
次に、遮光パターン５をマスキング材として、感光性物質２が感光する波長の光線および／または前記感光性物質２が感光する荷電ビームからなる露光光線および／または露光ビーム６を照射して感光性物質２の露出部を感光させる。
【００７２】
７が感光性物質２の感光部、８が感光性物質２の未感光部である。
【００７３】
必要に応じて、前記のように遮光パターン５を感光性物質２上に形成して露光した基体１を、炉、ホットプレートなどにより露光後ベークする。
【００７４】
感光性物質２が露光後ベークを必要とする化学増幅型などのレジストであるか、遮光パターン５自体やその溶媒が感光性物質２に浸透すると予測されたり、遮光パターン５自体やその溶媒の感光性物質２への浸透によって感光性物質２の基体１に対する付着性が低下していると予測されたりする場合には露光後ベークを行った方がよい。
【００７５】
図１（ｃ）に示した露光により遮光パターン５が存在しない部分の感光性物質２を感光させてしまえば遮光パターン５は不要となるため、感光性物質２が溶解せずに遮光パターン５が溶解する溶液に浸漬して遮光パターン５を除去する。
【００７６】
感光性物質２がエッチング耐性を有し、遮光パターン５がエッチングできるエッチングガスを用いて遮光パターン５をドライエッチングして除去してもよい。
【００７７】
次に、図１（ｄ）に示すように、所望のパターン形状に露光済みの感光性物質２を有する基板１を現像する。図１（ｄ）において、９は現像液、１０は現像容器である。
【００７８】
図１（ｄ）は、基体１全体を現像液９に浸漬する現像方法を想定して描いたが、現像の方法は任意であり、基体１上に現像液９を滴下して所定の時間保持するパドル現像や、現像液７をシャワー状にかけて現像する方法や、基体１を回転させながら現像液９をノズルで基体１の中央に供給する方法などを採ってもよい。
【００７９】
現像により、感光性物質２がポジ型の場合には、感光性物質２の感光部７が現像液に溶解し、感光性物質２がネガ型の場合には、感光性物質２の未感光部８が現像液に溶解する。
【００８０】
この際、付与した露光量を横軸に取り、縦軸に露光・現像後の感光性物質２の膜厚を縦軸に取って、感光性物質２の膜厚変化を描くと、図２に示すごとくなる。
【００８１】
図２（ａ）はポジ型の感光性物質２の場合の膜厚変化であり、図２（ｂ）はネガ型の感光性物質２の場合の膜厚変化である。
【００８２】
感光性物質２に依存するが、露光量の２倍〜１０倍程度の差によりポジ型の場合は膜厚が所定の値から０まで、ネガ型の場合は膜厚が０から所定の値まで変化する。
【００８３】
したがって、前記感光性物質２が感光する波長の光線または前記感光性物質２が感光する荷電ビーム６に対して、前記遮光パターン５は必ずしも完全な遮光体として作用する必要はない。
【００８４】
たとえば、露光量の２倍の差により膜厚が所定の値から０まで、あるいは０から所定の値まで変化する感光性物質２であれば、透過率が１００／２＝５０％であっても、露光エネルギを適切に選んで用いれば、膜厚が０の部分と所定の値の部分とを有する感光性物質２のパターンを得ることができる。
【００８５】
すなわち、遮光パターン５は、感光性物質２が感光する波長の光線または前記感光性物質２が感光する荷電ビーム６を少なくとも透過率５０％以下に減光できる遮光パターンであればよい。
【００８６】
同じ遮光液３を用いても遮光パターン５の厚さにより透過率が変化するので、適切な厚さとなるようにする。
【００８７】
上記の現像液に遮光パターン５が溶解する場合には、必ずしも現像前に予め遮光パターン５を除去しておく必要はなく、場合によっては、現像によって遮光パターン５の除去と感光性物質２の感光部または未感光部の溶解を同時に行ってもよい。
【００８８】
このようにして、感光性物質２がネガ型の場合には、図１（ｅ）に示すように、遮光パターン５をポジ・ネガ反転した感光性物質２のパターン１１を得ることができる。
【００８９】
また、感光性物質２がポジ型の場合には、図１（ｆ）に示すように遮光パターン５と同じ形状の感光性物質２のパターン１２を得ることができる。
【００９０】
なお、図１（ｆ）に示すように遮光パターン５と同じ形状の感光性物質２のパターン１２を得る場合で、感光性物質２のパターン１２をめっきの雌型として利用する場合には、遮光パターン５は必ずしも除去しなくてもよい。
【実施例】
【００９１】
本発明により、基体１としてシリコンウエハ、感光性物質２として紫外光や短波長可視光に感光する米国ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製厚膜ネガ型レジストＳＵ−８ １００を用い、溝パターンを形成した実施例について説明する。
【００９２】
まず、図１（ａ）に示した工程において、基体１として直径１００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのシリコンウエハを用い、該シリコンウエハの表面に、スピンコータを用いて、感光性物質２としてネガ型レジストＳＵ−８ １００を膜厚約１００μｍに塗布した。
【００９３】
また、塗布後、電気炉を用いて、６５℃で２０ｍｉｎ、９５℃で５０ｍｉｎベークし、溶剤の除去および焼き固めを行った。
【００９４】
次に、前記感光性物質２として用いたネガ型レジストＳＵ−８ １００膜の表面上に、自作したディスペンサ描画装置を用いて、図１（ｂ）に示したように、前記ネガ型レジストＳＵ−８ １００が感光する波長の光線を遮光または減光できる遮光液３として黒色水彩絵具を水で溶いた液を用いて直線状の遮光パターン５を描画した。
【００９５】
黒色水彩絵具を水で溶いて遮光液３を作製する際は、重量比で１：１とした。
【００９６】
前記ディスペンサ描画装置のディスペンサは空気圧式であり、武蔵エンジニアリング株式会社製空気圧コントロールユニットＭＬ−５０００ＸＩＩに、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，４９，０６ＧＮ０８−１〜５（２０１０年６月）に開示されたノズル内径１００μｍ、挿入ワイヤ径３０μｍのワイヤノズルを取り付け、液体吐出ノズルとして用いた。
【００９７】
ディスペンサの空気圧は４〜８ｋＰａとし、速度５〜１５ｍｍ／ｓで描画した。
【００９８】
次に図１（ｃ）に示したように、該直線状の遮光パターン５をマスキング材として、紫外光、短波長可視光を感光性物質２として用いたネガ型レジストＳＵ−８ １００膜に照射し露光した。
【００９９】
紫外光、短波長可視光の照射には、出力１６０Ｗの住田光学ガラス株式会社製紫外光源ＬＳ−１６０Ｓを用い、照射時間は２５ｓとした。
【０１００】
ネガ型レジストＳＵ−８ １００は露光後ベークを必要とする化学増幅型レジストであるため、前記の紫外光、短波長可視光の照射後、６５℃で１０ｍｉｎ、９０℃で３０ｍｉｎベークを行った。
【０１０１】
次に、図１（ｄ）に示したように、遮光パターン５の直下を除いて露光済みのネガ型レジストＳＵ−８ １００を専用現像液であるＳＵ−８ Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒに浸漬し現像した。
【０１０２】
この際、黒色水彩絵具を水で溶いて作製した遮光液３により描画した遮光パターン５は前記の現像液に溶解したため、遮光パターン５の除去とネガ型レジストＳＵ−８ １００の未感光部の溶解を同時に行った。
【０１０３】
その結果、図１（ｅ）に示したように、遮光パターン５とポジ・ネガ反転したＳＵ−８１００のパターン１１を得ることができ、直線状の残し遮光パターン５から、図３に断面を示す深さが約１００μｍと均一で急峻な側壁を有する直線状の溝パターン２１が得られた。
【０１０４】
２２が感光性物質２として用いたＳＵ−８ １００の断面、２３が基体１として用いたシリコンウエハの断面である。
【０１０５】
このようにして得られた厚膜レジストの溝パターンは、めっきのモールドとして三次元マイクロ部品を作成するのに用いることができる。
【０１０６】
また、厚膜レジストの溝パターンをそのまま直接、マイクロリアクタやマイクロミキサの流路用、マイクロビーカや検査セルの容器用として用いることもできる。
【０１０７】
図５はマイクロリアクタやマイクロミキサの流路用として形成した厚膜レジストの溝パターン２４の例である。溝の形状が任意でよいことは言うまでもない。
【０１０８】
また、図６はマイクロビーカやマイクロセルの容器用として形成した厚膜レジストの穴パターン２５の例である。穴の形状が任意でよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】 本発明のパターンの形成方法
【図２】 感光性物質の現像液への溶解特性
【図３】 本発明により形成した、感光性物質のパターンの断面形状
【図４】 基体上にディスペンサにより直接描画したパターンの断面形状
【図５】 溝パターンの例
【図６】 穴パターンの例
【符号の説明】
【０１１０】
１ 基体
２ 感光性物質
５ 遮光パターン
６ 露光光線および／または露光ビーム
７ 感光性物質２の感光部
８ 感光性物質２の未感光部
９ 現像液
１１ 遮光パターン５をポジ・ネガ反転した感光性物質２のパターン
１２ 遮光パターン５と同じ形状の感光性物質２のパターン
２１ 直線状の溝パターン
２２ ＳＵ−８ １００の断面
２３ シリコンウエハの断面
２４ 溝パターン
２５ 穴パターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に感光性物質を付着させる工程と、ディスペンサを使って、前記感光性物質上に遮光液によって露光光線の透過率が５０％以下となる遮光パターンを直接描画して形成する工程と、前記遮光パターンをマスキング材料として前記感光性物質を露光する工程と、該感光性物質を現像して該感光性物質の感光部または未感光部を除去し、該感光性物質のパターンを得る工程、とを含むことを特徴とするパターンの形成方法
【請求項２】
基板に感光性物質を付着させる工程と、インクジェットプリンタを使って、前記感光性物質上に遮光液によって露光光線の透過率が５０％以下となる遮光パターンを直接描画して形成する工程と、前記遮光パターンをマスキング材料として前記感光性物質を露光する工程と、該感光性物質を現像して該感光性物質の感光部または末感光部を除去し、該感光性物質のパターンを得る工程、とを含むことを特徴とするパターンの形成方法
【請求項３】
基板に感光性物質を付着させる工程と、スクリーン印刷を用いて、スクリーン原版に描かれたパターン形状に前記感光性物質上に遮光液によって露光光線の透過率が５０％以下となる遮光パターンを印刷する工程と、前記遮光パターンをマスキング材料として前記感光性物質を露光する工程と、該感光性物質を現像して該感光性物質の感光部または未感光部を除去し、該感光性物質のパターンを得る工程、とを含むことを特徴とするパターンの形成方法
【請求項４】
請求項１乃至３項に示す本発明の感光性物質パターンの形成方法において、感光性物質が膜厚２０μｍ以上の厚いネガ型レジストであり、遮光パターンがマイクロ流路パターンまたはマイクロ容器パターンの反転形状であり、感光性物質のパターンとして、マイクロ流路の溝パターンまたはマイクロ容器の穴パターンを得ることを特徴とするパターンの形成方法
【請求項１】
基板に感光性物質を付着させる工程と、ディスペンサを使って、前記感光性物質上に遮光液によって露光光線の透過率が５０％以下となる遮光パターンを直接描画して形成する工程と、前記遮光パターンをマスキング材料として前記感光性物質を露光する工程と、該感光性物質を現像して該感光性物質の感光部または未感光部を除去し、該感光性物質のパターンを得る工程、とを含むことを特徴とするパターンの形成方法
【請求項２】
基板に感光性物質を付着させる工程と、インクジェットプリンタを使って、前記感光性物質上に遮光液によって露光光線の透過率が５０％以下となる遮光パターンを直接描画して形成する工程と、前記遮光パターンをマスキング材料として前記感光性物質を露光する工程と、該感光性物質を現像して該感光性物質の感光部または末感光部を除去し、該感光性物質のパターンを得る工程、とを含むことを特徴とするパターンの形成方法
【請求項３】
基板に感光性物質を付着させる工程と、スクリーン印刷を用いて、スクリーン原版に描かれたパターン形状に前記感光性物質上に遮光液によって露光光線の透過率が５０％以下となる遮光パターンを印刷する工程と、前記遮光パターンをマスキング材料として前記感光性物質を露光する工程と、該感光性物質を現像して該感光性物質の感光部または未感光部を除去し、該感光性物質のパターンを得る工程、とを含むことを特徴とするパターンの形成方法
【請求項４】
請求項１乃至３項に示す本発明の感光性物質パターンの形成方法において、感光性物質が膜厚２０μｍ以上の厚いネガ型レジストであり、遮光パターンがマイクロ流路パターンまたはマイクロ容器パターンの反転形状であり、感光性物質のパターンとして、マイクロ流路の溝パターンまたはマイクロ容器の穴パターンを得ることを特徴とするパターンの形成方法
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−４８１８３（Ｐ２０１２−４８１８３Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０４８８６（Ｐ２０１０−２０４８８６）
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（８００００００６８）学校法人東京電機大学 (112)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（８００００００６８）学校法人東京電機大学 (112)
【Ｆターム（参考）】
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