(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未露光の感光性樹脂に沿って、光が透過する透過量が相対的に大きい透光部と光が透過する透過量が相対的に小さい遮光部とを含む第１のマスクパターンを配置するとともに、前記第１のマスクパターンに関して前記感光性樹脂とは反対側に、光が透過する透過量が相対的に大きい透光部と光が透過する透過量が相対的に小さい遮光部とを含む第２のマスクパターンを配置する第１の工程と、
前記感光性樹脂及び前記第１のマスクパターンを貫通する中心軸を回転中心として、前記感光性樹脂及び前記第１のマスクパターンを一体回転させながら、前記第２のマスクパターンに関して前記感光性樹脂及び前記第１のマスクパターンとは反対側で、前記中心軸の方向に対して傾斜した方向から露光光を照射することにより、前記第２のマスクパターンと前記第１のマスクパターンとを透過した前記露光光の光束を、前記感光性樹脂に露光する第２の工程と、
を備えたことを特徴とする、微細構造体の作製方法。
【請求項２】
前記感光性樹脂及び前記第１のマスクパターンは互いに接し、かつ前記感光性樹脂及び前記第１のマスクパターンの界面が前記中心軸に垂直な平面であり、
前記第２の工程において、前記第２のマスクパターンは、前記第１のマスクパターンと平行に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の微細構造体の作製方法。
【請求項３】
前記第２のマスクパターンの前記透光部は、前記中心軸を中心とする円の径方向に延在する一対の線分の間に連続して形成された扇状の形状を有する扇状透光部を含むことを特徴とする、請求項２に記載の微細構造体の作製方法。
【請求項４】
前記感光性樹脂は、光硬化性樹脂であり、
前記第１のマスクパターンの前記透光部は、前記中心軸と同心に、かつ前記中心軸を中心とする円の周方向に間隔を設けて配置された複数の微小な第１透光部を含み、
前記第２のマスクパターンの前記透光部は、前記中心軸を含みかつ前記露光光の方向と平行な仮想平面に直交し、かつ前記中心軸と前記第２のマスクパターンとが交わる中心点を通る仮想線上の前記仮想平面に関して両側に形成された一対の第２透過部を含み、
前記第２の工程において、前記第２透光部と前記第１透光部とを通過した前記露光光の光束によって、前記光硬化性樹脂は、前記中心軸と同心に延在する網目状に露光されることを特徴とする、請求項２に記載の微細構造体の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造体の作製方法に関し、詳しくは、マスクパターンを介して感光性樹脂に露光することにより、微小な３次元立体形状を有する微細構造体を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マスクパターンと光硬化性樹脂とを用いて、微小な３次元立体形状を形成する手法が種々提案されている。【０００３】
例えば図１８に示すように、マスクパターン２２２が形成された透明なマスク板２２１上の光硬化性樹脂２２３に、矢印２２４ａ，２２４ｂで示すように異なる方向から露光し、光硬化性樹脂２２３の未露光部分２２４ｋを除去することによって立体形状を形成する、傾斜露光法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
また、図１９の説明図に示すように露光方向に対して中心軸を傾斜させた回転ステージ上に光硬化性樹脂（ＳＵ−８）とマスク板とを載置して露光を行う回転傾斜露光法により、図２０の写真に示すように格子状に配列され林立する微細構造体を三次元加工した試作例が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。回転傾斜露光法で用いるマスクパターンを工夫すると、ノズル形状や３次元分岐する流路構造などを形成することができる（例えば、特許文献２参照）。【０００５】
その他の方法として、特殊な光源を移動させながら立体形状を描く直接描画法や、多数のマスクを用いた多段露光法を組み合わせる方法などが提案されている。【０００６】
傾斜露光法や回転傾斜露光法は、一度の露光で作製でき、工程が少なく、大がかりな設備も不要であり、他の方法と比べ、微細構造体を低コストで製造できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００６／０９８４３０号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／０４４９０１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】花井計、中原崇、鈴木慎也、松本佳宜、「傾斜回転露光法による三次元加工法」、電気学会論文誌Ｅ、１２６巻、６号、ｐ．２２２―２２７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、傾斜露光法や回転傾斜露光法により形成できる微細構造体は、比較的簡単な立体形状に限られており、構造の自由度が低い。そのため、複雑な立体形状の微細構造体を形成したい場合には、露光を繰り返して簡単な立体形状を重ね合わせるように形成する必要があり、少ない工程で形成することができない。【００１０】
本発明は、かかる実情に鑑み、複雑な立体形状の微細構造体を少ない工程で形成することができる微細構造体の作製方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した微細構造体の作製方法を提供する。【００１２】
微細構造体の作製方法は、（ｉ）未露光の感光性樹脂に沿って、光が透過する透過量が相対的に大きい透光部と光が透過する透過量が相対的に小さい遮光部とを含む第１のマスクパターンを配置するとともに、前記第１のマスクパターンに関して前記感光性樹脂とは反対側に、光が透過する透過量が相対的に大きい透光部と光が透過する透過量が相対的に小さい遮光部とを含む第２のマスクパターンを配置する第１の工程と、（ii）前記感光性樹脂及び前記第１のマスクパターンを貫通する中心軸を回転中心として、前記感光性樹脂及び前記第１のマスクパターンを一体回転させながら、前記第２のマスクパターンに関して前記感光性樹脂及び前記第１のマスクパターンとは反対側で、前記中心軸の方向に対して傾斜した方向から露光光を照射することにより、前記第２のマスクパターンと前記第１のマスクパターンとを透過した前記露光光の光束を、前記感光性樹脂に露光する第２の工程とを備える。【００１３】
上記方法は、第１のマスクパターン及び感光性樹脂を、露光光に対して傾けた状態で回転しながら、露光することで実現される。第２の工程で露光された感光性樹脂を現像することによって、微細構造体を作製することができる。例えば感光性樹脂がネガレジストの場合、露光量（吸光量）が閾値に達しない未露光部分が現像によって除去され、露光部分により微細構造体が形成される。感光性樹脂がポジレジストの場合、露光部分が現像によって除去され、未露光部分により微細構造体が形成される。【００１４】
上記方法によれば、第１のマスクパターンの透光部及び遮光部と、第２のマスクパターンの透光部及び遮光部との組み合わせや、第１のマスクパターンの回転状態によって、感光性樹脂内の所望位置に所望方向から光束を照射することができるので、複雑な立体形状の微細構造体を作製することができる。また、一度の工程で、複雑な立体形状の微細構造体を作製することができる。【００１５】
好ましくは、前記感光性樹脂及び前記第１のマスクパターンは互いに接し、かつ前記感光性樹脂及び前記第１のマスクパターンの界面が前記中心軸に垂直な平面である。前記第２の工程において、前記第２のマスクパターンは、前記第１のマスクパターンと平行に配置されている。【００１６】
この場合、屈折、反射、光の回り込などの影響を抑えることができ、第１のマスクパターン及び第２のマスクパターンの設計や位置調整が容易になるため、微細構造体をより精密に作製することができる。【００１７】
好ましくは、前記第２のマスクパターンの前記透光部は、前記中心軸を中心とする円の径方向に延在する一対の線分の間に連続して形成された扇状の形状を有する扇状透光部を含む。【００１８】
この場合、第２のマスクパターンの透光部の一対の線分は、第２のマスクパターンの扇状透光部を透過した露光光の光束が、回転する第１のマスクパターンの透光部を透過して感光性樹脂の露光を開始又は終了する位置になる。第１のマスクパターンの回転速度が一定の場合、感光性樹脂に露光する露光時間は、第２のマスクパターンの透光部の一対の線分がなす角度に比例する。そのため、第１及び第２のマスクパターンの設計や、露光量の制御が容易になる。【００１９】
好ましい一態様において、前記感光性樹脂は、光硬化性樹脂である。前記第１のマスクパターンの前記透光部は、前記中心軸と同心に、かつ前記中心軸を中心とする円の周方向に間隔を設けて配置された複数の微小な第１透光部を含む。前記第２のマスクパターンの前記透光部は、前記中心軸を含みかつ前記露光光の方向と平行な仮想平面に直交し、かつ前記中心軸と前記第２のマスクパターンとが交わる中心点を通る仮想線上の前記仮想平面に関して両側に形成された一対の第２透過部を含む。前記第２の工程において、前記第２透光部と前記第１透光部とを通過した前記露光光の光束によって、前記光硬化性樹脂は、前記中心軸と同心に延在する網目状に露光される。【００２０】
この場合、中心軸と同心に延在する網目状の構造を有する微細構造体を、容易に作製することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複雑な立体形状の微細構造体を少ない工程で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】露光装置の構成を模式的に示す概略図である。（実施例１）
【図２】露光装置の構成を模式的に示す斜視図である。（実施例１）
【図３】（ａ）固定マスク板の断面図、（ｂ）回転マスク板等が固定された回転テーブルの要部断面図である。（実施例１）
【図４】マスクパターンの概略図図である。（実施例２）
【図５】マスクパターンの概略図図である。（実施例３）
【図６】微細構造体を模式的に示す斜視図である。（実施例２、３）
【図７】微細構造体のシミュレーション図である。（実施例２、３）
【図８】マスクパターンを示す概略図である。（実施例４）
【図９】微細構造体の要部斜視図である。（実施例４）
【図１０】回転マスクパターンのＳＥＭ像の写真である（実施例４）
【図１１】作製したデバイスのＳＥＭ像の写真である（実施例４）
【図１２】作製したデバイスのＳＥＭ像の写真である（実施例４）
【図１３】作製したデバイスのＳＥＭ像の写真である（実施例４）
【図１４】露光量と断面長さの関係を示すグラフである（実施例４）
【図１５】染色体伸長固定後の蛍光像の写真である（実施例４）
【図１６】マスクパターンの概略略図である。（変形例）
【図１７】微細構造体のシミュレーション図である。（変形例）
【図１８】傾斜露光法の説明図である。（従来例１）
【図１９】回転傾斜露光法の説明図である。（従来例２）
【図２０】回転傾斜露光法による作製例の写真である。（従来例２）
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１７を参照しながら説明する。
【００２４】
＜実施例１＞  微細構造体を作製するために用いる露光装置１０について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、露光装置１０の構成を示す概略図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、露光装置１０の構成を示す斜視図である。図２（ａ）は、固定マスク取付板３０が取り外された状態を示す。図２（ｂ）は、固定マスク取付板３０が取り付けられた状態を示す。図３（ａ）は、固定マスク板３１の断面図である。図３（ｂ）は、回転マスク板２１等が固定される回転テーブル２０の要部断面図である。
【００２６】
図１及び図２に示すように、露光装置１０は、基台２に固定される固定ユニット１２と、固定ユニット１２に固定される傾斜ユニット１４とを備えている。
【００２７】
傾斜ユニット１４は、固定ユニット１２に固定される本体部１４ｔに、モータ１８により回転駆動される回転テーブル２０が設けられている。回転テーブル２０の上面２０ａは、回転テーブル２０の中心軸Ｚに対して垂直になっている。傾斜ユニット１４は、中心軸Ｚが矢印４で示す露光光の照射方向に対して角度θ傾いた状態で、固定ユニット１２に固定される。
【００２８】
図３（ｂ）に示すように、回転テーブル２０の上面２０ａには、回転マスク板２１と支持基板４０との間に感光性樹脂４２が挟まれた状態で、固定される。
【００２９】
回転マスク板２１は、透明基板２３の一方主面２３ｂに、マスクパターン（以下、「回転マスクパターン」ともいう。）２２が形成されている。マスクパターン２２は、光の透過を遮断する遮光部と、光が透過する透光部（図示せず）とを含む。
【００３０】
回転マスク板２１及び支持基板４０は互いに平行に配置され、それぞれ、中心軸Ｚに垂直に、回転テーブル２０に固定される。回転マスク板２１のマスクパターン２２と感光性樹脂４２との界面は、中心軸Ｚに垂直な平面になる。
【００３１】
図３（ｂ）において、マスクパターン２２は感光性樹脂４２に接している場合を示しているが、透明基板２３の感光性樹脂４２とは反対側の他方主面２３ａにマスクパターンを形成し、マスクパターンが感光性樹脂４２に接しないようにしてもよい。両者を比べると、図３（ｂ）のようにマスクパターンが感光性樹脂に接するようにした方が、露光時に透明基板の介在による屈折、反射、回析などの影響が少なくなり、より精密な微細構造体を作製することができるので、好ましい。
【００３２】
図１及び図２に示すように、傾斜ユニット１４には、固定マスク取付板３０を固定するため、本体部１４ｔの傾斜方向の両端に一対の側板１４ｓが固定され、各側板１４ｓの端面１４ａには取り付けポスト１６が立設されている。固定マスク取付板３０は、一対の側板１４ｓの端面１４ａ上に載置され、固定マスク取付板３０の両端部に形成された貫通穴３４に取り付けポスト１６が挿通されて位置決めされた状態で、回転テーブル２０及び回転マスク板２１との間に間隔を設けて固定される。
【００３３】
図２（ｂ）に示すように、固定マスク取付板３０には、固定マスク板３１が取り付けられる。固定マスク板３１は、図３（ａ）に示すように、透明基板３３の一方主面３３ｂに、マスクパターン（以下、「固定マスクパターン」ともいう。）３２が形成されている。マスクパターン３２は、光の透過を遮断する遮光部と、光が透過する透光部（図示せず）とを含む。
【００３４】
固定マスク板３１は、透明基板３３の一方主面３３ｂ、すなわちマスクパターン３２が、中心軸Ｚに垂直に配置される。固定マスク板３１は、露光時に透明基板３３の影響が小さくなるように、マスクパターン３２が形成されている透明基板３３の一方主面３３ｂが回転テーブル２０及び回転マスク板２１側に配置され、マスクパターン３２が形成されていない透明基板の他方主面３３ａが光源側に配置されるように固定することが好ましい。
【００３５】
露光装置１０は、図１において矢印４で示す方向の露光光が照射されるときに、図２において矢印２８で示すように回転テーブル２０が回転する。これにより、回転テーブル２０上に支持基板４０を介して配置された感光性樹脂４２には、固定マスク板３１のマスクパターン３２の透光部を透過した後、回転テーブル２０に固定された回転マスク板２１のマスクパターン２２の透光部を透過して露光光の光束が、感光性樹脂４２に達し、感光性樹脂４２が露光される。
【００３６】
露光後に、感光性樹脂から、露光量（吸光量）が閾値を超えた露光部分又は露光量（吸光量）が閾値に達しない未露光部分の一方を除去し、残った他方によって微細構造体を作製することができる。すなわち、ネガタイプの感光性樹脂の場合には、感光性樹脂から未露光部分を取り除き、露光部分によって微細構造体を作製する。ポジタイプの感光性樹脂の場合には、感光性樹脂から露光部分を取り除き、未露光部分によって微細構造体を作製する。
【００３７】
実施例１の露光装置１０を用い、回転マスクパターンと固定マスクパターンとの組み合わせによる多重マスクによる部分露光と、回転傾斜露光法とを組み合わせることによって、以下の実施例２〜４の微細構造体を作製することができる。実施例２〜４では、感光性樹脂として、ネガタイプの光硬化性樹脂を用いている。
【００３８】
＜実施例２＞  図４（ａ）に示す固定マスクパターン３２ａと、図４（ｂ）及び（ｃ）に示す回転マスクパターン２２ａとを組み合わせることによって、図７（ａ）に示す微細構造体を作製することができる。
【００３９】
図４（ａ）は、図１の線Ａ−Ａに沿って見た固定マスクパターンの概略図である。図４（ｂ）及び（ｃ）は、図１の線Ｂ−Ｂに沿って見た回転マスクパターンの概略図である。図２及び図４に示す傾き方向Ｘｓ，Ｘｒは、中心軸Ｚを含み、かつ露光光の方向と平行に延在する仮想平面とマスクパターンを含む平面との交線の方向である。図７（ａ）は、回転テーブルの回転に伴って感光性樹脂に照射される光束の光路から、感光性樹脂内の各点における露光量（吸光量）を計算し、露光量（吸光量）が所定の閾値を超えた部分によって形成される３次元形状を示している。
【００４０】
図４（ａ）に示すように、固定マスクパターン３２ａは、中心軸Ｚが通る中心点Ｏｓに関して対称な扇形に形成された一対の透光部３２ｐ，３２ｑと、斜線を付した遮光部３２ｘとを含んでいる。透光部３２ｐ，３２ｑは、傾き方向Ｘｓの両側に形成されている。透光部３２ｐ，３２ｑは、中心軸Ｚの径方向に延在する一対の線分３２ｍ，３２ｎの間に連続して形成された扇状の形状を有する扇状透光部である。
【００４１】
図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、回転マスク板のマスクパターン２２ａは、中心軸Ｚが通る中心点Ｏｒから離れた位置に形成された一つの円形の透光部２２ｐと、斜線を付した遮光部２２ｘとを含んでいる。図４（ｂ）は、回転テーブルの回転に伴って、傾き方向Ｘｓの最下位置に透光部２２ｐが位置するときを示している。図４（ｃ）は、回転テーブルの回転に伴って、傾き方向Ｘｓの最上位置に透光部２２ｐが位置するときを示している。
【００４２】
回転テーブルの回転に伴って、回転マスク板に形成された回転マスクパターンの透光部２２ｐは、中心点Ｏｒの周りの円周軌道上を移動する。回転マスクパターン上には、固定マスクパターンの透光部を透過した光束が照射される。この光束が照射される回転マスクパターン上の領域内を透光部２２ｐが通過すると、光束は、透光部２２ｐを透過して、感光性樹脂に照射される。
【００４３】
回転マスクパターンの透光部２２ｐが、図４（ｂ）に示すように傾き方向の最下位置を通過するときに、図４（ａ）に示した固定マスクパターンの傾き方向下側の透光部を透過した光束が回転マスクパターン上に照射される領域内を、回転マスクパターンの透光部２２ｐの全部分が通過すると、回転マスクパターンの透光部２２ｐを透過した光束が感光性樹脂内に照射される領域は円筒状となる。
【００４４】
この円筒状の照射領域の露光量（吸光量）が閾値を超えると、図６（ａ）の斜視図に模式的に示すように、棒状の部分４４ａが形成される。この部分４４ａは、露光光の照射方向と平行に延在するため支持基板４０に対して傾き、先端側が中心軸Ｚに近付くように傾く。この部分４４ａは、回転テーブルの回転に伴って移動しても、例えば破線４４ｓで示すように、先端が中心軸に近付くように傾いている。
【００４５】
一方、回転マスクパターン２２ａの透光部２２ｐが、図４（ｃ）に示すように傾き方向の最上位置を通過するときには、図４（ａ）に示した固定マスクパターンの傾き方向上側の透光部を透過した光束が回転マスクパターンに照射される領域内を、回転マスクパターンの透光部２２ｐの全部分が通過すると、回転マスクパターンの透光部２２ｐを透過した光束が感光性樹脂内に照射される領域は円筒状となる。
【００４６】
この円筒状の照射領域の露光量（吸光量）が閾値を超えると、図６（ａ）の斜視図に模式的に示すように、棒状の部分４４ｂが形成される。この部分４４ｂは、露光光の照射方向と平行に延在するため支持基板４０に対して傾き、先端側が中心軸Ｚから離れるように傾く。
【００４７】
図６（ａ）において実線で分けて示した２つの部分４４ａ，４４ｂは、実際には、支持基板４０側の基端が共通になる。したがって、固定マスクパターンと回転マスクパターンとの組み合わせによって、図７（ａ）のシミュレーション図に示すように、２つの部分４４ａ，４４ｂが互いに中心軸Ｚに関する径方向反対側に傾いたＶ字状の微細構造４４ｘが形成される。
【００４８】
固定マスクパターン３２ａの透光部３２ｐ，３２ｑの一対の線分３２ｍ，３２ｎは、固定マスクパターン３２ａの透光部３２ｐ，３２ｑを透過した露光光の光束が照射される領域を、回転マスクパターン２２ａの透光部２２ｐが通過を開始又は終了する位置に対応し、感光性樹脂４２の露光が開始又は終了する位置になる。回転マスクパターン２２ａが一定速度で回転している場合、感光性樹脂４２に露光する露光時間は、固定マスクパターン３２ａの透光部３２ｐ，３２ｑの一対の線分３２ｍ，３２ｎがなす角度に比例する。そのため、透光部３２ｐ，３２ｑが一対の線分３２ｍ，３２ｎの間に連続して形成された扇状の形状を有する扇状透光部であれば、マスクパターン２２ａ，３２ａの設計や露光量の制御が容易になる。
【００４９】
＜実施例３＞  図５（ａ）に示す固定マスクパターン３２ｂと、図５（ｂ）に示す回転マスクパターン２２ｂを組み合わせて用いると、図７（ｂ）に示す微細構造体を作製することができる。
【００５０】
図５（ａ）は、図１の線Ａ−Ａに沿って見た固定マスクパターンの概略図である。図５（ｂ）及び（ｃ）は、図１の線Ｂ−Ｂに沿って見た回転マスクパターンの概略図である。図７（ｂ）は、回転テーブルの回転に伴って感光性樹脂に照射される光束の光路から、感光性樹脂内の各点における露光量（吸光量）を計算し、露光量（吸光量）が所定の閾値を超えた部分によって形成される３次元形状を示している。
【００５１】
図５（ａ）に示すように、固定マスクパターン３２ｂは、中心軸Ｚが通る中心点Ｏｓに関して対称な略扇形に形成された一対の透光部３２ｓ，３２ｔと、斜線を付した遮光部３２ｙとを含んでいる。透光部３２ｓ，３２ｔは、傾き方向Ｘｓに直角な方向Ｙｓの両側に形成されている。透光部３２ｓ，３２ｔは、一対の線分の間に連続して形成された扇状の形状を有する扇状透光部である。
【００５２】
図５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、回転マスク板のマスクパターン２２ａは、実施例２と同じであり、中心軸Ｚが通る中心点Ｏｒから離れた位置に形成された一つの円形の透光部２２ｐと、斜線を付した遮光部２２ｘとを含んでいる。図５（ｂ）は、回転テーブルの回転に伴って、傾き方向Ｘｓに直角な方向Ｙｓの一方向側に中心点Ｏｓから最も離れた第１位置に透光部２２ｐが位置するときを示している。図４（ｃ）は、回転テーブルの回転に伴って、傾き方向Ｘｓに直角な方向Ｙｓの他方向側に中心点Ｏｓから最も離れた第２位置に透光部２２ｐが位置するときを示している。
【００５３】
回転テーブルの回転に伴って、回転マスク板に形成された回転マスクパターンの透光部２２ｐは、中心点Ｏｒの周りの円周軌道上を移動する。回転マスクパターン上には、固定マスクパターンの透光部を透過した光束が照射される。この光束が照射される回転マスクパターン上の領域内を透光部２２ｐが通過すると、光束は、透光部２２ｐを透過して、感光性樹脂に照射される。
【００５４】
回転マスクパターンの透光部２２ｐが、図５（ｂ）に示すように第１位置を通過するときに、図５（ａ）に示した固定マスクパターンの一方の透光部を透過した光束が回転マスクパターン上に照射される領域内を、回転マスクパターンの透光部２２ｐの全部分が通過すると、回転マスクパターンの透光部２２ｐを透過した光束が感光性樹脂内に照射される領域は、円筒状となる。
【００５５】
この円筒状の照射領域の露光量（吸光量）が閾値を超えると、図６（ｂ）の斜視図に模式的に示すように、棒状の部分４４ｃが形成される。この部分４４ｃは、露光光の照射方向と平行に延在し、中心軸Ｚ周りの周方向の一方側に傾く。この部分４４ｃは、回転テーブルの回転に伴って移動しても、例えば破線４４ｔで示すように、中心軸Ｚ周りの周方向の一方側に傾く。
【００５６】
一方、回転マスクパターン２２ｂの透光部２２ｐが、図６（ｃ）に示すように第２位置を通過するときには、図５（ａ）に示した固定マスクパターンの他方の透光部を透過した光束が回転マスクパターンに照射される領域内を、回転マスクパターンの透光部２２ｐの全部分が通過すると、回転マスクパターンの透光部２２ｐを透過した光束が感光性樹脂内に照射される領域は、円筒状となる。
【００５７】
この円筒状の照射領域の露光量（吸光量）が閾値を超えると、図６（ｂ）に模式的に示すように、棒状の部分４４ｄが形成される。
【００５８】
図６（ｂ）において実線で分けて示した２つの部分４４ｃ，４４ｄは、実際には、支持基板４０側の基端を共通する。したがって、固定マスクパターンと回転マスクパターンとの組み合わせによって、図７（ｂ）のシミュレーション図に示すように、２つの棒状の部分４４ｃ，４４ｄが互いに中心軸Ｚ周りの周方向反対側に傾いたＶ字状の微細構造４４ｙが形成される。
【００５９】
＜実施例４＞  図８（ａ）の概略図に示す２つの扇形の透光部３２ｕ，３２ｖが形成された固定マスクパターン３２ｃと、図８（ｂ）及び（ｃ）の概略図に示すように複数の微小な透光部２２ｔが同心に等ピッチに形成された固定マスクパターン２２ｂとを組み合わせて用いると、図９（ａ）の要部斜視図に示すように、同心円状に延在する網目状の網目部４８を有する微細構造体を作製することができる。
【００６０】
図８（ａ）は、図１の線Ａ−Ａに沿って見た固定マスク板のマスクパターンの概略図である。図８（ｂ）は、図１の線Ｂ−Ｂに沿って見た回転マスク板のマスクパターンの概略図である。図８（ｃ）は、図８（ｂ）の部分拡大図である。
【００６１】
図８（ａ）に示すように、固定マスクパターン３２ｃは、中心軸Ｚが通る中心点Ｏｓに関して対称な扇形に形成された一対の透光部３２ｕ，３２ｖと、斜線を付した遮光部３２ｚとを含んでいる。透光部３２ｕ，３２ｖは、傾き方向Ｘｓに直角な方向Ｙｓの両側に形成されている。透光部３２ｕ，３２ｖは、第２透光部である。
【００６２】
図８（ｂ）に示すように、固定マスクパターン２２ｂの中心部には、中心軸Ｚが通る中心点Ｏｒと同心に円形の透光部２２ｓが形成されている。この透光部２２ｓの周囲の扇状の領域２２ｑには、図８（ｃ）に示すように、複数の微小な透光部２２ｔが、中心点Ｏｒと同心の鎖線で示す同心円上に等ピッチに形成されている。透光部２２ｔは、第１透光部である。固定マスクパターン２２ｂは、透光部２２ｓ，２２ｔと、斜線を付した遮光部２２ｙ，２２ｚとを含んでいる。
【００６３】
固定マスクパターン３２ｃの透光部３２ｕ，３２ｖと回転マスクパターン２２ｂの中心の透光部２２ｓとを透過した露光光の光束によって、支持基板４０に支持された感光性樹脂４２によって、図９（ａ）に示すように、円筒状の台部４６が形成される。
【００６４】
また、固定マスクパターン３２ｃの透光部３２ｕ，３２ｖと回転マスクパターン２２ｂの周囲の透光部２２ｔとを透過した光束によって、図９（ａ）に示すように、台部４６の外側に、台部４６と同心に中心軸４９の周方向に延在する網目状の網目部４８が同心円状に形成される。
【００６５】
網目部４８は、実施例３のようなＶ字状の構造が、中心軸４９の周方向に間隔を設けて繰り返し形成されたものである。回転マスクパターン２２ｃの周辺部の透光部２２ｔは、周方向に等ピッチに形成されているので、回転マスクパターン２２ｃの周辺部の各透光部２２ｔに対応して、Ｖ字状の構造が周方向に等ピッチに形成される。これらのＶ字状の構造の重ね合わせによって、中心軸４９の周方向に等間隔に配置されたＶ字状の構造が形成される。Ｖ字状の構造の棒状の部分が交差するにように、感光性樹脂の厚みや透光部２２ｔのピッチを選択することにより、図９（ａ）に示す網目状の網目部４８を作製することができる。
【００６６】
次に、実施例４の作製例について説明する。
【００６７】
回転マスク板と固定マスク板は、ガラスの透明基板の一方主面上にスパッタリングによりＣｒ膜を形成した後、エッチングすることにより、それぞれのマスクパターン２２ｂ，３２ｃを形成した。
【００６８】
回転マスク板のマスクパターン２２ｂが形成された一方主面上に、厚膜ネガレジストであるＳＵ−８（光硬化性樹脂）を直接塗布し、さらにＳＵ−８の上に支持基板を載せ、脱泡し、回転マスク板が上を向くように全体を反転させた状態で、支持基板と回転マスク板とを露光装置の回転テーブルに固定した。その上には、露光光の入射方向を制限するための固定マスク板を固定した。
【００６９】
回転テーブルを露光光の照射方向に対して傾斜させた状態で回転テーブルを回転させながら、回転テーブルに配置されたＳＵ−８に対して、連続して露光を行った。
【００７０】
露光後、ＳＵ−８をディップ現像すると、同心円状に網目部が形成されたメッシュ構造を有する微細構造体が完成する。
【００７１】
次の表１に、露光及び現像の詳細を示す。
【表１】
0005458241.tif 000002
【００７２】
露光用の光源には、一般に用いられる紫外線光源のみを利用して、かつ一度の露光でウエハサイズ（作製例で使用したランプハウスの露光エリア直径は、１００ｍｍ）の３次元微細構造体を作製できた。
【００７３】
図１０は、作製例で用いた回転マスクパターン２２ｂの周辺部の透光部２２ｔのＳＥＭ像の写真である。透光部２２ｔは、周方向に１０μｍのピッチで形成されており、直径は５μｍである。
【００７４】
図１１〜図１３は、作製例の微細構造体のＳＥＭ像の写真である。図１１の全体像より、外径１５ｍｍ程度の同心円状の構造ができていることが分かる。また、中心付近の拡大図である図１２と、メッシュ側面の拡大図である図１３とより、微細構造体の網目部４８が同心円状に配置されている様子が分かる。作製例の微細構造体は、高さ２５μｍ、メッシュ間隔１５μｍである。
【００７５】
加工精度を検証するため、主要な加工パラメータのひとつである露光量を操作対象として、作製したメッシュ内ワイヤの断面（図１３のメッシュ構造ＳＥＭ像内に示したメッシュワイヤの上面におけるワイヤ径ａ）の変化を測定した。具体的には、ワイヤ露光用の回転マスクパターンの周辺部の透光部２２ｔの微小穴サイズを直径５μｍに固定し、塗布するＳＵ−８の膜厚を２５μｍ（±０．８μｍ程度）とし、を測定した。
【００７６】
照射する露光量は、露光毎に照度計（ウシオ電機製：ＵＶＤ−Ｓ４０５）を用いて測定した照度を基準に、露光時間を変えることにより調節し、２００ｍＪ／ｃｍ2、３００ｍＪ／ｃｍ２、３５０ｍＪ／ｃｍ２、４００ｍＪ／ｃｍ2、５００ｍＪ／ｃｍ2、６００ｍＪ／ｃｍ2の６つの露光条件に対して、３枚ずつのサンプルを作製し、作製したデバイスをＳＥＭで観察して、図１３に示すワイヤ径ａを計測した。
【００７７】
作製したデバイスの形状測定結果を、図１４のグラフに示す。図１４の横軸は露光量、縦軸はメッシュのワイヤ径である。メッシュワイヤのワイヤ径ａの設計値は５μｍであり、回転マスクパターンの周辺部の透光部２２ｔの直径と等しい。
【００７８】
図１４より、露光量とワイヤ径は比例関係にあり、メッシュを形成するワイヤの径は、露光量を調節することにより、数μｍの範囲内で制御できることが分かった。図１４の比例関係には限界があると考えられるが、今回の露光量範囲内では、ワイヤサイズの制御限界を評価することはできなかった。
【００７９】
次に、作製したデバイスを用いた染色体伸張固定実験について説明する。
【００８０】
本実験において用いる染色体伸張固定用デバイスには、設計値に近い加工形状が得られた露光量３００〜３５０ｍＪ／ｃｍ2で作製した作製例の微小構造体を使用した。伸張固定実験用の染色体サンプルとして、ヒトの子宮頸がん細胞であるＨｅＬａ細胞から取り出した染色体を用いた。
【００８１】
実験手順は、次の通りである。まず、図９（ｂ）の斜視図に示すように、ピペット６０の先端から、染色体７０を含む懸濁液を台部４６上に滴下し、矢印５０で示すように、中心軸４９の周りをスピンコーターを用いて高速回転（５０００ｒｐｍ，３０ｓｅｃ）し、遠心力を作用させる。これにより、符号５２で示すように液中に発生する流速分布の作用によって、絡まりあった染色体７０を、染色体７２のように径方向に引き延ばす。引き延ばされた染色体７２は、網目部４８の上部の溝に引っ掛かるようにして支持される。次いで、染色体をＹＯ−ＰＲＯ−１で全体染色し、蛍光顕微鏡を用いて染色体の伸張の様子を観察する。
【００８２】
実験結果を、図１５に示す。図１５は、染色後の染色体の網目部４８付近における蛍光像の写真である。図１５から、染色体は、網目部のメッシュ構造の上に、伸張された状態で支持されており、染色作業によって網目部４８からはがれてはいないことが分かる。
【００８３】
＜まとめ＞  以上に説明したように、固定マスクパターンと回転マスクマスクパターンとを組み合わせることによって多重マスクによる部分露光と回転傾斜露光法とを組み合わせた１回の露光工程を行うことで、複雑な立体形状の微細構造体を、少ない工程で形成することができる。
【００８４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
【００８５】
例えば、実施例１では固定マスクパターンに形成された透光部の配置角度がＸｓ軸に対して０°，１８０°、実施例２では±９０°の場合を例示しているが、これに限るものではなく、任意の配置角度を選択することができる。この場合、感光性樹脂により形成される微小構造の棒状の部分の傾き方向は、固定マスクパターンに形成する透光部の配置角度に対応して決まる。固定マスクパターンの点状の透光部を組み合わせることによって、複雑な形状を合成することができる。
【００８６】
図１６（ａ）の概略図に示すように扇形の透光部７２ａを有する固定マスクパターン７０ａと、図１６（ｃ）の概略図に示すようにリング状の透光部７２を有する回転マスクパターン７０とを組み合わせ、実施例１、２と同様に、中心点Ｏｓ，Ｏｒを通る中心軸が露光光の方向に対して同じ側に傾斜した状態で、この中心軸を回転軸として回転マスクパターン７０を回転しながら感光性樹脂を露光すると、支持基板側の径が大きく、先端側が小さい円錐状の微小構造を形成することができる。
【００８７】
一方、図１６（ｂ）の概略図に示すように扇形の透光部７２ｂを有する固定マスクパターン７０ｂと、図１６（ｃ）の概略図に示す回転マスクパターン７０とを組み合わせ、実施例１、２と同様に、中心点Ｏｓ，Ｏｒを通る中心軸が露光光の方向に対して同じ側に傾斜した状態で、この中心軸を回転軸として回転マスクパターン７０を回転しながら感光性樹脂を露光すると、例えば図１７のシミュレーション図に示すように、支持基板側の径が小さく、先端側の径が大きいすり鉢状の微小構造を形成することができる。
【００８８】
固定マスクパターンの透光部を、中心点Ｏｓ，Ｏｒを通る中心軸の傾きに対応して、図１６（ａ）と図１６（ｂ）との中間の所定の角度に配置すると、支持基板に対して周壁が直角である円筒形状の微小構造を形成することができる。
【００８９】
また、本発明を実施するにあたり、ＳＵ−８以外の感光性樹脂を用いてもよい。ネガタイプに限らず、ポジタイプの感光性樹脂を用いてもよい。
【００９０】
固定マスクパターンや回転マスクパターンの透光部の形状や配置は、微小構造の立体形状に対応して適宜に選択すればよい。固定マスクパターンや回転マスクパターンには、光を二値的に透過又は遮光するものでなくてもよい。例えばグレイマスクを用いてもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１０  露光装置
２０  回転テーブル
２１  回転マスク板
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  マスクパターン（回転マスクパターン）
２２ｐ，２２ｓ，２２ｔ  透光部
２２ｘ，２２ｙ，２２ｚ  遮光部
２４  感光性樹脂
３０  固定マスク取付板
３１  固定マスク板
３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ  マスクパターン（固定マスクパターン）
３２ｐ，３２ｑ，３２ｓ，３２ｔ，３２ｕ，３２ｖ  透光部
３２ｘ，３２ｙ，３２ｚ  遮光部
４０  支持基板
４２  感光性樹脂
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ  棒状の部分
４６  台部
４８  網目部
４９  中心軸
Ｏｓ，Ｏｒ  中心点
Ｘｒ，Ｘｓ  傾き方向
Ｚ  中心軸
【図１】
0005458241.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0005458241.tif 000018
【図１７】
0005458241.tif 000019
【図１８】
0005458241.tif 000020
【図１９】
0005458241.tif 000021
【図２０】
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