(57)【要約】  本発明は、リソグラフィ工程時に入射光の進行方向及び透過度を調節する方法で、多様な傾斜及び形状を有するポリマー又はレジストパターン及びこれを利用した金属薄膜パターン、金属パターン、ポリマーモールド並びにこれらの形成方法に関する。  本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法は、基板上に所定の形状にポリマー又はレジストパターンを形成する方法において、（ａ）前記基板上に感光性ポリマー又はレジストを塗布して、ポリマー又はレジスト膜を形成するステップと、（ｂ）前記ポリマー又はレジスト膜上にフォトマスクを位置させて、露光部分を決定するステップと、（ｃ）露光される光の経路上に光調節膜を位置させるステップと、（ｄ）前記光調節膜を調節して、前記ポリマー又はレジスト膜に照射される光の進行方向及び透過度を調節するステップと、を含むことを特徴とする。本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法によれば、多様な傾斜及び形状の３次元構造のポリマー又はレジストパターン、金属薄膜パターン、金属パターン構造、ポリマーモールドを簡便に形成できる。
2008535019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にポリマー又はレジストパターンを形成する方法において、
（ａ）前記基板上に感光性ポリマー又はレジストを塗布して、ポリマー又はレジスト膜を形成するステップと、
（ｂ）前記ポリマー又はレジスト膜上において露光部分を決定するステップと、
（ｃ）露光される光の経路上に光調節膜を位置させるステップと、
（ｄ）前記光調節膜を調節して、前記ポリマー又はレジスト膜に照射される光の進行方向又は透過度を調節するステップと、を含むことを特徴とする、ポリマー又はレジストパターンの形成方法。
【請求項２】
前記（ｂ）ステップでの前記露光部分は、フォトマスクを前記ポリマー又はレジスト膜上に位置させて決定することを特徴とする、請求項１に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法。
【請求項３】
前記（ｂ）ステップでの前記露光部分は、埋め込みマスクを前記ポリマー又はレジスト膜上に形成して決定することを特徴とする、請求項１に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法。
【請求項４】
前記（ｂ）ステップでの前記露光部分は、マイクロミラーアレイを動作させて決定することを特徴とする、請求項１に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法。
【請求項５】
前記光の進行方向又は透過度を変化させることを特徴とする、請求項１に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法。
【請求項６】
前記光の進行方向又は透過度を前記露光部分別に調節することを特徴とする、請求項１に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法。
【請求項７】
前記光調節膜は、高分子分散型液晶膜を含むことを特徴とする、請求項１に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法。
【請求項８】
前記光調節膜は、前記高分子分散型液晶膜の両端面に印加される直流電圧又はその印加時間により調節されることを特徴とする、請求項７に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法。
【請求項９】
前記光調節膜は、前記高分子分散型液晶膜の両端面又は何れか一面上にパターニングされた電極が形成されることを特徴とする、請求項７に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法。
【請求項１０】
前記光調節膜は、前記高分子分散型液晶膜に印加される交流電圧の正方向又は逆方向電圧の大きさ、それぞれ印加される時間又は周期により調節されることを特徴とする、請求項７に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法。
【請求項１１】
前記光の進行方向又は透過度は、前記高分子分散型液晶膜に印加される電圧又はその印加時間により前記露光中に変化することを特徴とする、請求項７に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法。
【請求項１２】
前記高分子分散型液晶膜の両端面に位置する電極のうち、何れか１つ以上をパターニングして、パッシブマトリックス又はアクティブマトリックス駆動することを特徴とする、請求項７に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法。
【請求項１３】
前記光の進行方向は、散乱強度調節により決定されることを特徴とする、請求項１に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法。
【請求項１４】
（ｅ）前記（ａ）ステップの前に所定パターンを転写するための転写膜を前記基板上に形成するステップと、
（ｆ）前記（ｄ）ステップの後に形成されたパターンを全面エッチングするステップと、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法。
【請求項１５】
前記（ｄ）ステップにおいて、前記感光性ポリマー又はレジスト膜の底まで露光させることを特徴とする、請求項１に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法。
【請求項１６】
請求項１に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法により形成され、前記基板と垂直方向に１つ以上の傾斜及び形状のパターンを有する、ポリマー又はレジストパターン。
【請求項１７】
請求項１に記載のポリマー又はレジストパターンの形成方法により形成され、前記基板と垂直及び水平方向にそれぞれ１つ以上の傾斜及び形状のパターンを有する、ポリマー又はレジストパターン。
【請求項１８】
基板上に金属薄膜パターンを形成する方法において、
（ａ）前記基板上に感光性ポリマー又はレジストを塗布して、ポリマー又はレジスト膜を形成するステップと、
（ｂ）前記ポリマー又はレジスト膜上において露光部分を決定するステップと、
（ｃ）露光される光の経路上に光調節膜を位置させるステップと、
（ｄ）前記光調節膜を調節して、前記ポリマー又はレジスト膜に照射される光の進行方向又は透過度を調節するステップと、
（ｅ）光が照射された前記感光性ポリマー又はレジスト膜を現像して、ポリマー又はレジストパターンを形成するステップと、
（ｆ）現像された前記感光性ポリマー又はレジストパターン上に金属薄膜を蒸着するステップと、
（ｇ）前記ポリマー又はレジストパターンを除去するステップと、を含むことを特徴とする、金属薄膜パターンの形成方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の金属薄膜パターンの形成方法により形成され、深さ方向に１つ以上の曲率及び傾斜を有することを特徴とする、金属薄膜パターン。
【請求項２０】
ポリマーモールドを形成する方法において、
（ａ）基板上に感光性ポリマー又はレジストを塗布して、ポリマー又はレジスト膜を形成するステップと、
（ｂ）前記ポリマー又はレジスト膜上において露光部分を決定するステップと、
（ｃ）露光される光の経路上に光調節膜を位置させるステップと、
（ｄ）前記光調節膜を調節して、前記ポリマー又はレジスト膜に照射される光の進行方向及び透過度を調節するステップと、
（ｅ）光が照射された前記感光性ポリマー又はレジスト膜を現像して、ポリマー又はレジストパターンを形成するステップと、
（ｆ）現像された前記ポリマー又はレジストパターン上にポリマーを塗布して固化させるステップと、
（ｇ）前記ポリマー又はレジストパターンから前記固化されたポリマーを分離するステップと、を含むことを特徴とする、ポリマーモールドの形成方法。
【請求項２１】
前記（ｆ）〜（ｇ）ステップにおいて、前記ポリマーは、プラスチックであることを特徴とする、請求項２０に記載のポリマーモールドの形成方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載のポリマーモールドの形成方法により形成され、垂直又は水平方向の一つ以上の傾斜及び形状を有する、ポリマーモールド構造。
【請求項２３】
前記ポリマーモールドの内部は、空いた空間で形成される、請求項２２に記載のポリマーモールド構造。
【請求項２４】
請求項２０に記載のポリマーモールドの形成方法により形成されるポリマーモールドの丸い面を有する、マイクロレンズ構造。
【請求項２５】
金属パターンを形成する方法において、
（ａ）基板上に感光性ポリマー又はレジストを塗布して、ポリマー又はレジスト膜を形成するステップと、
（ｂ）前記ポリマー又はレジスト膜上において露光部分を決定するステップと、
（ｃ）露光される光の経路上に光調節膜を位置させるステップと、
（ｄ）前記光調節膜を調節して、前記ポリマー又はレジスト膜に照射される光の進行方向及び透過度を調節するステップと、
（ｅ）光が照射された前記感光性ポリマー又はレジスト膜を現像して、ポリマー又はレジストパターンを形成するステップと、
（ｆ）現像された前記ポリマー又はレジストパターン上に金属薄膜を蒸着するステップと、
（ｇ）前記金属薄膜上にメッキ法により金属パターンを形成するステップと、
（ｈ）前記ポリマー又はレジストパターンから形成された前記金属パターンを分離するステップと、を含むことを特徴とする、金属パターンの形成方法
【請求項２６】
請求項２５に記載の金属パターンの形成方法により形成され、垂直又は／及び水平方向の１つ以上の傾斜及び形状を有する、金属パターン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー又はレジストパターン、これを利用した金属薄膜パターン、金属パターン、プラスチックモールド及びこれらの形成方法に関し、さらに詳細には、リソグラフィ工程時に入射光の進行方向及び透過度を調節する技術で、多様な傾斜及び形状を有するポリマー又はレジストパターン、これを利用した金属薄膜パターン、金属パターン、ポリマーモールド及びこれらの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体などのような回路素子に金属配線を形成するためには、所定の形状を有するポリマーパターンを形成するようになるが、このようなポリマーパターンは、感光液の塗布工程、露光工程及び現像工程を含むフォトリソグラフィ工程（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）を経て形成される。
【０００３】
図１は、従来のリソグラフィ工程を利用した感光性ポリマーパターンの形成方法を順次示した図である。
【０００４】
図１に示すように、まず基板１００上にポリマーのフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜１１０を形成した後、フォトマスク１２０を前記フォトレジスト膜１１０の上部に配置し、フォトレジスト膜１１０が形成された基板上に光１３０を照射して露光工程を行う。その後、露光されたフォトレジスト膜１１０に現像工程を行って、光に反応したフォトレジスト膜１１０の一部を除去することによって、ポリマーパターンを形成する。
【０００５】
このように、一般的な半導体リソグラフィ工程において基板上に形成された感光性ポリマー又はレジスト膜を幾何学的な図形のパターンを有するフォトマスクを通過した紫外線（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ−ＵＶ）又はその他の光照射により露出させて、その露出した部分を現像する過程により、所望のパターンを形成する。陽性感光性レジスト（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｒｅｓｉｓｔ）を使用した場合には、露出部分が現像溶液に溶解されて削られることによりパターンが形成され、陰性感光性レジスト（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｒｅｓｉｓｔ）を使用した場合には、露出しない部分が現像溶液に溶解されて削られることによりパターンが形成される。
【０００６】
図２は、従来のリソグラフィ工程により形成された感光性ポリマー又はレジストパターン及び金属パターンの断面図である。
【０００７】
図２に示すように、光感光性ポリマー又はレジストパターンの断面は、基板上に光を照射する露光工程時に垂直な光を照射するので、ポリマー又はレジストパターンが長方形の垂直構造をなすようになる（非特許文献１参照）。
【０００８】
したがって、断面が長方形を有するポリマーパターンを利用した高集積回路素子などに配線された金属も、ポリマーパターン上に形成されるので、断面が長方形の形状を有する金属パターンを形成するようになる（非特許文献２参照）。
ところが、従来の長方形の形状を有するポリマーパターン又は金属パターンのみでは、多様化している半導体工程及び３次元構造体に対する需要を満足させることができない。多様な半導体技術が発展し、多様な応用が必要になるにつれて、マイクロレンズ、曲面の金属薄膜を有するマイクロスイッチ、マイクロ流体チャネルなどの曲面のポリマーパターン又は金属層を形成させる技術の必要性が増大している。
【０００９】
このような従来の問題点を解決するために、レジストに傾斜したパターンを形成するリソグラフィ方法がＵｒｑｕｉｈａｒｔにより発明された（特許文献１参照）。
【００１０】
従来のレジストに傾斜したパターンを形成する方法に関する特許文献１（米国特許第４，９１２，０２２）を図３を参照して説明すると、その方法は一般的なリソグラフィ装置で光の進行経路のうち、光源２４０からの光２３０を散乱（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）させる個体２６０、すなわちガラスディフューザ（ｇｒｏｕｎｄ  ｇｌａｓｓ  ｄｉｆｆｕｓｅｒ）を置くことによって、露光される光を散乱させて、レジスト２１０のパターンの傾斜を形成する。このような光散乱個体、すなわちディフューザの種類に応じて光の散乱程度を変えることができるから、多様な傾斜を形成できることをその特徴とする。図３中、符号２５０はレンズを、符号２２０はフォトマスクを示したものである。
【００１１】
しかしながら、このようにディフューザを利用して傾斜したパターンを形成するリソグラフィ方法は、単にディフューザにより決められた光の散乱程度を使用しなければならないため、多様な曲率を有するパターンを形成するのに制約がある。すなわち、多様な散乱程度を有するディフューザを複数備えなければ様々な傾斜パターンを製作できない技術である。したがって、製作されたディフューザを使用して多様な傾斜及び形状を所望どおりに自由に形成するのが極めて困難である。また、１回のリソグラフィ工程では、用いられるディフューザにより光の散乱の程度が全領域に全く同じく決定されるので、全体レジストパターンに全く同じ１つ傾斜のみを有するパターンを形成できるために、多様な応用が不可能であるという短所があった。
【００１２】
【特許文献１】Ａｎｄｙ  Ｕｒｇｕｈａｒｔ，Ｋａｍ−Ｓｈｕｉ  Ｃｈａｎ，ａｎｄ  Ｇｒｅｇｏｒｙ  Ｄ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ，「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｓｌｏｐｉｎｇ  ｔｈｅ  ｐｒｏｆｉｌｅ  ｏｆ  ａｎ  ｏｐｅｎｉｎｇ  ｉｎ  ｒｅｓｉｓｔ」，ＵＳ  Ｐａｔｅｎｔ  ４，９１２，０２２，１９９０
【非特許文献１】Ｓ．Ｗｏｌｆ  ａｎｄ  Ｒ．Ｎ．Ｔａｕｂｅｒ，「Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ＶＬＳＩ  Ｅｒａ，Ｖｏｌｕｍｅ  １−Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」，Ｌａｔｔｉｃｅ  Ｐｒｅｓｓ，ｐｐ．４０８，１９８６
【非特許文献２】Ｒ．Ｃ．Ｊａｅｇｅｒ，「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」，Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ，ｐｐ．１６７，２００２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明は、上述した従来の技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、リソグラフィ工程時に入射する光の進行方向及び透過度を全体又は部分別に調節して、多様な傾斜及び形状を有するポリマー又はレジストパターン及びその形成方法を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、本発明による多様な傾斜及び形状を有するポリマー又はレジストパターンを利用して形成される金属薄膜パターン及びその形成方法を提供することにある。
【００１５】
また、本発明のさらに他の目的は、本発明による多様な傾斜及び形状を有するポリマー又はレジストパターンを利用して形成される金属パターン及びその形成方法を提供することにある。
【００１６】
また、本発明のさらに他の目的は、本発明による多様な傾斜及び形状を有するポリマー又はレジストパターンを利用して形成されるポリマーモールド及びその形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した課題を解決するための本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法は、基板上に所定の形状にポリマー又はレジストパターンを形成する方法において、（ａ）前記基板上に感光性ポリマー又はレジストを塗布して、ポリマー又はレジスト膜を形成するステップと、（ｂ）前記ポリマー又はレジスト膜上にフォトマスクを位置させて、露光部分を決定するステップと、（ｃ）露光される光の経路上に光調節膜を位置させるステップと、（ｄ）前記光調節膜を調節して、前記ポリマー又はレジスト膜に照射される光の進行方向及び透過度を調節するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１８】
このとき、前記（ｂ）ステップにおいて、前記フォトマスクを位置させる代わりに、埋め込みマスクを前記ポリマー又はレジスト膜上に形成するか、又はマイクロミラーアレイを動作させて露光部分を決定するようにすることができる。
【００１９】
また、前記光調節膜は、前記フォトマスクの上又は下に位置させることが好ましい。
【００２０】
また、必要に応じて前記光調節膜の光の進行方向及び透過度を順次変化させるか、又は部分別に調節して、さらに多様な傾斜及び形状のパターン形成が可能である。
【００２１】
特に、前記光調節膜としては、高分子分散型液晶膜を利用することが好ましく、前記高分子分散型液晶膜の両端面に印加される直流電圧及びその印加時間を調節することにより、透過される光の進行方向及び透過度を調節でき、また、交流電圧の正方向電圧及び逆方向電圧の大きさ、印加時間及びその周期を調節することによっても同じ効果を期待することができる。特に、前記高分子分散型液晶膜の両端面又は何れか一面上にパターニングされた電極を利用すると、部分別に互いに異なる光の進行方向及び透過度を有するように調節でき、パターニングされた電極をパッシブマトリックス駆動し、又はスイッチング素子を介してアクティブマトリックス駆動することが可能である。
【００２２】
このとき、前記高分子分散型液晶膜の光の進行方向は、散乱強度調節により決定される。
【００２３】
さらに、（ｅ）前記（ａ）ステップの前に所定パターンを転写するための転写膜を前記基板上に形成するステップと、（ｆ）前記（ｄ）ステップの後に形成されたパターンを全面エッチングするステップと、をさらに含むと、表面凹凸構造のパターン転写が可能である。
【００２４】
また、前記（ｄ）ステップにおいて、前記感光性ポリマー又はレジスト膜の底まで露光させて、多様な傾斜のパターンを形成することが可能である。
【００２５】
このようなポリマー又はレジストパターンの形成方法によれば、前記基板と垂直又は水平方向に１つ以上の傾斜及び形状のパターンを有する、ポリマー又はレジストパターンの形成が可能である。
【００２６】
上述した課題を解決するための本発明に係る金属薄膜パターンの形成方法は、基板上に所定の形状に金属薄膜パターンを形成する方法において、（ａ）前記基板上に感光性ポリマー又はレジストを塗布して、ポリマー又はレジスト膜を形成するステップと、（ｂ）前記ポリマー又はレジスト膜上にフォトマスクを位置させて、露光部分を決定するステップと、（ｃ）露光される光の経路上に光調節膜を位置させるステップと、（ｄ）前記光調節膜を調節して、前記ポリマー又はレジスト膜に照射される光の進行方向及び透過度を調節するステップと、（ｅ）光が照射された前記感光性ポリマー又はレジスト膜を現像して、ポリマー又はレジストパターンを形成するステップと、（ｆ）現像された前記ポリマー又はレジストパターン上に金属薄膜を蒸着するステップと、（ｇ）前記ポリマー又はレジストパターンを除去するステップと、を含むことを特徴とする。
【００２７】
このとき、前記（ｆ）ステップの金属蒸着は、スパッタリングを含む薄膜蒸着法又はメッキ法を含む厚膜形成法により形成できる。
【００２８】
また、前記（ｂ）ステップにおいて、前記フォトマスクを位置する代わりに埋め込みマスクを前記ポリマー又はレジスト膜上に形成するか、又はマイクロミラーアレイを動作させて露光部分を決定できる。
【００２９】
このような金属薄膜パターンの形成方法によれば、深さ方向に１つ以上の傾斜及び形状を有する金属薄膜パターンを形成できる。
【００３０】
上述した本発明のさらに他の目的を達成するための本発明に係るポリマーモールドの形成方法は、所定の形状にポリマーモールドを形成する方法において、（ａ）基板上に感光性ポリマー又はレジストを塗布して、ポリマー又はレジスト膜を形成するステップと、（ｂ）前記ポリマー又はレジスト膜上にフォトマスクを位置させて、露光部分を決定するステップと、（ｃ）露光される光の経路上に光調節膜を位置させるステップと、（ｄ）前記光調節膜を調節して、前記ポリマー又はレジスト膜に照射される光の進行方向及び透過度を調節するステップと、（ｅ）光が照射された前記感光性ポリマー又はレジスト膜を現像して、ポリマー又はレジストパターンを形成するステップと、（ｆ）現像された前記ポリマー又はレジストパターン上にポリマーを塗布して固化させるステップと、（ｇ）前記ポリマー又はレジストパターンから固化されたポリマーを分離するステップと、を含むことを特徴とする。
【００３１】
このとき、前記（ｆ）〜（ｇ）ステップにおいて、前記ポリマーは、プラスチックであることが可能である。
【００３２】
また、前記（ｂ）ステップにおいて、前記フォトマスクを位置させる代わりに、埋め込みマスクを前記ポリマー又はレジスト膜上に形成するか、又はマイクロミラーアレイを動作させて露光部分を決定するようにすることができる。
【００３３】
このようなポリマーモールドの形成方法によれば、垂直又は水平方向の一つ以上の傾斜及び形状を有するポリマーモールド形成が可能であり、前記ポリマーモールドの内部は、空いた空間に形成するか、又は前記空いた空間は、マイクロスケールの流体経路として用いられるマイクロ流体チャネル（Ｍｉｃｒｏ  Ｆｌｕｉｄｉｃ  Ｃｈａｎｎｅｌ）である、ポリマーモールド構造も可能である。また、ポリマーモールドの丸い面を有する突出部を利用して形成すれば、マイクロレンズ構造も可能である。
【００３４】
上述した本発明のさらに他の目的を達成するための本発明に係る金属パターンの形成方法は、所定の形状に金属パターンを形成する方法において、（ａ）基板上に感光性ポリマー又はレジストを塗布して、ポリマー又はレジスト膜を形成するステップと、（ｂ）前記ポリマー又はレジスト膜上にフォトマスクを位置させて、露光部分を決定するステップと、（ｃ）露光される光の経路上に光調節膜を位置させるステップと、（ｄ）前記光調節膜を調節して、前記ポリマー又はレジスト膜に照射される光の進行方向及び透過度を調節するステップと、（ｅ）光が照射された前記ポリマー又はレジスト膜を現像して、ポリマー又はレジストパターンを形成するステップと、（ｆ）現像された前記ポリマー又はレジストパターン上に金属薄膜を蒸着するステップと、（ｇ）前記金属薄膜上にメッキ法により金属パターンを形成するステップと、（ｈ）前記ポリマー又はレジストパターンから形成された金属パターンを分離するステップと、を含むことを特徴とする。
【００３５】
このとき、前記（ｂ）ステップにおいて、前記フォトマスクを位置させる代わりに、埋め込みマスクを前記ポリマー又はレジスト膜上に形成するか、又はマイクロミラーアレイを動作させて露光部分を決定するようにすることができる。
【００３６】
このような金属パターンの形成方法によれば、垂直又は／及び水平方向の一つ以上の傾斜及び形状を有する金属パターンの形成が可能である。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、従来のリソグラフィ工程時に用いられる手段及び方法とは別に、多様な傾斜と形状の３次元構造のポリマー又はレジストパターンを簡便に形成できるという効果がある。
【００３８】
また、本発明によりポリマー又はレジストにパターンを製作する場合、リソグラフィ工程のうち、露光過程でポリマー又はレジストに反応するための光の散乱強度及び透過度又は光の進行方向を調節することにより、丸い形状から長方形の形状まで多様な傾斜及び形状のパターン形成が可能であり、散乱強度及び透過度又は光の進行方向を露光時間中に多様に変化させることができるから、１つのパターン内に予め計画した様々な曲率や傾斜形状を形成できる。また、位置別に光の散乱強度及び透過度又は光の進行方向をそれぞれ異なるように選択的に調節することにより、水平／垂直方向に１つ以上の多様な傾斜及び形状を形成できる。このようなパターンは、簡便にプラスチックモールディングやエッチングなどの多様な方法により、他の膜に転写できる。また、これらを応用すれば、球面又は非球面のマイクロレンズを極めて容易に製作でき、極めて多様かつ複雑な構造も製作できる。
【００３９】
また、本発明により製作されたポリマー又はレジストパターンを利用したポリマーモールド構造は、従来の技術よりさらに多様で複雑な構造を極めて簡単な製造工程により、その他の材料費を低減して形成することができる。したがって、その応用事例のうち、従来のマイクロスケールの流体経路装置に比べて、その活用度が極めて高い。
【００４０】
また、本発明のポリマー又はレジストパターンを利用して金属膜を蒸着すると、従来の半導体工程技術では製作できない多様な形状の金属膜と金属パターン構造を形成できる。
【００４１】
以上のように、本発明により既存の半導体工程技術及びリソグラフィ方法によっては製作できない多様な形態のパターンが極めて容易に製作できる。このような技術は、マイクロレンズ製作、金属膜蒸着、プラスチックモールド製作、表面凹凸構造の製作などに幅広く活用でき、その他にも様々な応用が可能であるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明のもっとも好ましい実施形態を添付する図面を参照して説明する。
【００４３】
まず、説明の便宜上、図面の同一の構成要素には同一の参照符号を付している。
【００４４】
図４は、本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法の一実施形態を説明するための図である。
【００４５】
まず、基板３００上に感光性ポリマー又はレジストを塗布して、感光性ポリマー又はレジスト膜３１０を形成した後、ポリマー又はレジスト膜３１０上にフォトマスク３２０を位置させ、または、前記ポリマー又はレジスト膜の表面に埋め込みマスクを形成する。次に、露光作業のための光の投射経路（例：フォトマスクの上又は下）の中に、入射された光の進行方向及び透過程度を選択的に調節できる光調節膜３４０を位置させる。次に、光調節膜３４０を調節して、入射した光の進行方向又は透過程度を調節した後、これをポリマー又はレジスト膜３１０に照射して、丸断面から四角断面のパターンまで多様な形状及び傾斜角度のパターンを形成する。このとき、光調節膜３４０は、光経路上のどこに置かれても上記の効果を期待することができる。
【００４６】
このとき、フォトマスク３２０は、一般的なリソグラフィ工程に用いられる透明な石英基板の上層にクロム薄膜が塗布された形態、又は直接ポリマー又はレジストの表面に金属を蒸着した後パターニングして、埋め込みマスクを形成して使用することもできる。フォトマスク３２０下に置かれている感光性ポリマー又はレジスト膜３１０は、フォトマスク３２０を透過する光に露出した部分３５０と露出しない部分３５１に分けられる。このような露光工程後に現像液に入れると、陽性感光性ポリマー又はレジストの場合は、光に露出しない部分３５１が残り、逆に、陰性感光性ポリマー又はレジストの場合には、光に露出した部分３５０が残る。
【００４７】
上記本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法は、一般的なリソグラフィ工程で感光性ポリマー又はレジストに露光するための光投射経路上に、光調節膜３４０を利用して露光する光の進行方向及び透過程度を全体的に同一に又は部分別に異なるように調節することによって、感光性ポリマー又はレジスト膜３１０に自由に多様な傾斜及び形状を有するポリマー又はレジストパターン３５５を形成できる。
【００４８】
図５は、本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法をさらに他の実施形態で説明するための図である。
【００４９】
マスクリース（ｍａｓｋｌｅｓｓ）リソグラフィは、マイクロミラーアレイ３２１の動作角度に応じて、ポリマー又はレジスト上に入射される光３２２と入射されない光３２３が調節されるので、このようにマイクロミラーアレイを選択的に動作させると、露光させる部分と露光させない部分を選択できるから、前記フォトマスクなしにリソグラフィを行うことのできる工程方法である。このように前記の一般的なフォトマスクや埋め込みマスクの代わりに、マイクロミラーアレイ３２１を使用して露光される部分と露光されない部分を選択するマスクリースリソグラフィ工程でも、光の露光経路上に光調節膜３４０を位置させて光の進行方向及び透過程度を調節することにより、ポリマー又はレジスト膜３１０に自由に多様な傾斜及び形状を有するポリマー又はレジストパターン３５５を形成できる。
【００５０】
図６及び図７は、図４に示す光調節膜３４０の一実施形態として利用される高分子分散型液晶膜を説明するための図である。
【００５１】
図６において、高分子分散型液晶膜５０２は、一方面に透明導電膜が蒸着された２つのガラス基板５０１の間に置かれる。このとき、高分子分散型液晶膜５０２は、内部の高分子分散型液晶５０３の光の散乱強度によって光の透過度が決定され、またネマチック（ｎｅｍａｔｉｃ）液晶とは異なり偏光板を必要としない。このとき、高分子の中には液晶分子粒が複数分散されているもの、又は網状の高分子の中に液晶が含まれているものなどのいくつかの構造がある。このような高分子分散型液晶膜５０２は、両端の透明導電膜に電圧が加えられないと、液晶５０３が不規則な方向になり、媒体との屈折率が異なる界面で散乱を起こす。しかしながら、両端の透明導電膜に電圧が加えられると、液晶５０３の方向が電界の方向に整列され、光が完全に透過される状態となる。（Ｇ．Ｓｐｒｕｃｅ  ａｎｄ  Ｒ．Ｄ．Ｐｒｉｎｇｌｅ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ＆  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｊｏｕｒｎａｌ，ｐｐ．９１−１００，１９９２）
【００５２】
図７は、透明導電膜に加えられる電圧（Ｖ）の大きさに応じる光透過度（％）を示した図である。高分子分散型液晶膜は、電圧（Ｖ）の大きさが増加するほど光の透過度（％）が増加することが分かる。（Ｇ．Ｓｐｒｕｃｅ  ａｎｄ  Ｒ．Ｄ．Ｐｒｉｎｇｌｅ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ＆  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｊｏｕｒｎａｌ，ｐｐ．９１−１００，１９９２）
【００５３】
図８は、高分子分散型液晶膜を利用したポリマー又はレジストパターンの形成方法を説明するための図である。図４に示す光調節膜３４０として、高分子分散型液晶膜を利用した一実施形態である。
【００５４】
まず、露光時に光の経路上に光調節膜として、一方面に透明導電膜３８０が蒸着された２つのガラス基板３７０の間に高分子分散型液晶膜３６０を位置させる。このとき、高分子分散型液晶膜３６０は、フォトマスク３２０の上部に置くことが、一般的なリソグラフィ装備を使用することにおいて簡便かつ好ましいが、光経路上のどこに置かれていても同じ効果を期待することができる。
【００５５】
ここで、上述のように、高分子分散型液晶膜３６０の間に印加される電圧の強度及びその印加時間を適切に調節すれば、高分子分散型液晶膜３６０の光の散乱強度と透過度を連続的に調節可能であり、散乱強度に応じて光の進行方向が決定される。したがって、感光性ポリマー又はレジストに投射される光の量と反応する領域の形状が高分子分散型液晶膜３６０の間に印加される電圧とその印加時間に応じて変わるので、多様な傾斜及び形状を有するパターンを形成することができる。
【００５６】
このとき、高分子分散型液晶膜３６０に印加される電圧は、直流電圧（ＤＣ  ｖｏｌｔａｇｅ）又は交流電圧（ＡＣ  ｖｏｌｔａｇｅ）のいずれも可能である。直流電圧を印加する場合には、電圧の大きさに応じて散乱強度及び透過される光の量が調節される。これに対し、交流電圧を印加する場合には、それぞれ定電圧と逆電圧の大きさ及び比率、その周期を調節して交流電圧のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ−Ｍｅａｎ−Ｓｑｕａｒｅ）値の大きさを変化させることにより、散乱強度及び透過される光の量が調節される。また、ガラス基板３７０上に形成される透明導電膜３８０は、パターニングされない共通電極が用いられても良く、パッシブマトリックス（ｐａｓｓｉｖｅ  ｍａｔｒｉｘ）又はアクティブマトリックス（ａｃｔｉｖｅ  ｍａｔｒｉｘ）方式のいずれの方式も使用可能である。このような高分子分散型液晶膜３６０は、ガラス基板又は透明導電膜だけでなく、曲がり得るポリマー基板又は導電性ポリマーなど多様な形態の構成が可能である。また、フォトマスク３２０に付着された形態で製作することも可能である。
【００５７】
次に、図９及び図１０を参照して、高分子分散型液晶膜３６０に印加される電圧の強度及びその印加時間に応じるパターン変化を説明する。
【００５８】
まず、図９は、一定の露光時間（４０秒）を維持しながら高分子分散型液晶膜３６０に印加される電圧強度の変化に応じてパターン変化を説明するための陽性感光性フォトレジストのパターン形状写真である。
【００５９】
図９において、露光時間を４０秒に一定に維持しながら、電圧の強度をそれぞれ０Ｖ、４Ｖ、５Ｖ、７Ｖ、１０Ｖ、１５Ｖに変化させる場合に、その電圧変化に応じて散乱強度及び透過度が調節されるので、垂直高さが低く、横に多く広がった丸い形状から順次垂直高さが高まり横に少し広がった丸い形状、そして一般的なリソグラフィ工程により得られる長方形の四角パターンまで多様な形状のパターンを得ることができる。
【００６０】
次に、図１０は、高分子分散型液晶膜３６０に印加される電圧の強度を一定に維持しながら、その印加時間（すなわち、露光時間）の変化に応じるパターン変化を説明するための陽性フォトレジストのパターン形状写真である。
【００６１】
図１０は、印加電圧がそれぞれ４Ｖ及び７Ｖのとき、それぞれの印加時間を１０、２０及び４０秒で変化させた場合、図示されたように多様なパターン変化を示す。すなわち、高分子分散型液晶膜３６０に印加される電圧強度の変化だけでなく、露光時間を調節することによっても多様な形態のパターン形状を得ることが分かる。
【００６２】
上記の例は、陽性感光性レジストパターンについての説明であるが、陰性感光性レジストパターンの場合にも、上述のような図面の開いた部分と残っている部分が反対になった多様なパターン形状が得られることは自明である。
【００６３】
次に、添付された図１１〜図１３を参照して、露光過程中に高分子分散型液晶膜３６０に印加される電圧の強度及びその印加時間を同時に変化させる場合のパターン変化を説明する。
【００６４】
まず、図１１は、１回の露光過程中に高分子分散型液晶膜３６０に印加される電圧を変化させ、同時に各印加電圧別印加時間を調節する場合の一実施形態の図であり、図１２は、このような電圧の強度及びその印加時間の同時変化に応じる追加的なパターン例の図である。
【００６５】
図１１及び図１２に示したように、露光過程中に高分子分散型液晶膜３６０に印加される電圧の強度及びその印加時間を同時に調節すると、パターンの垂直深さに応じて互いに異なる形状のパターンを得ることができ、その調節内容に応じて、より多様で複雑なパターンの形状も製作できることが分かる。
【００６６】
次に、図１３は、高分子分散型液晶膜３６０に印加される電圧の強度及びその印加時間を多様に変化させた場合を説明するための図である。
【００６７】
図１３において、１回の露光過程中に高分子分散型液晶膜３６０に印加される電圧の強度をそれぞれＶ１〜Ｖｎまで、そしてその電圧に該当するそれぞれの印加時間をそれぞれＴ１〜Ｔｎまで多様に変化させた場合に、パターンの垂直深さに応じて多様な傾斜面を有するパターンを製作でき、また、このような形成方法を利用して非球面レンズなどの製作にも利用できる。
【００６８】
上記のとおり、直流電圧の場合には、その電圧の大きさ及びその印加時間に組み合わせて多様な形状のパターンを形成でき、交流電圧を利用する場合には、それぞれ定電圧及び逆電圧の大きさ及び比率、周期の組み合わせにより同じ調節が可能であることは自明である。
【００６９】
次に、添付した図１４を参照して、パターニングされた透明導電膜を利用したポリマー又はレジストパターンの形成方法の他の一実施形態を説明すれば次のとおりである。
【００７０】
図１４において、パターニングされた透明導電膜３８５を利用して、部分別に印加される電圧の強度及びその印加時間をそれぞれ調節して、部分別に互いに異なる多様なパターン形状を１回の露光過程で形成させることができる。すなわち、アドレッシング方法により透明導電膜３８５の印加される電圧の強度及びその印加時間を部分別に調節すると、光調節膜３４０の各透明導電膜の部分別にそれぞれ光の透過程度又は進行方向が別途に調節される。したがって、全ての部分が同じ形状のパターンが形成されず、アドレッシング方法により部分別に互いに異なる多様なパターン形状が可能である。このとき、このように選択的に電圧を印加するためにアドレッシングする方法は、既存に一般的な液晶をアドレッシングする方法として周知のパッシブアドレッシング、アクティブアドレッシング方法のうちのいずれも使用可能である。また、簡単に一方面の電極を共通電極として使用し、他方面の電極を列単位にパターニングして調節するか、アクティブアドレッシングする方法を使用することもできる。
【００７１】
次に、図１５は、上述のポリマー又はレジスト形成方法によるポリマー又はレジストパターンの傾斜を調節する方法を説明した図である。
【００７２】
前記の説明は、全てポリマー又はレジストパターンの中間まで露光した例を示して説明した。しかしながら、厚さが極めて薄いポリマー又はレジストパターンを使用するか、又はポリマー又はレジスト底まで露光させると、図示のようにパターンの傾斜を多様に調節できる。
【００７３】
次に、図１６は、上述のポリマー又はレジスト形成方法を利用した応用実施形態であって、パターン転写方法を説明するための図である。
【００７４】
図１６に示すように、まず、転写するための転写膜４２０を基板４００上に形成し、ポリマー又はレジスト膜４１０を塗布して形成する。上述のポリマー又はレジスト形成方法を利用して、ポリマー又はレジスト膜４１０を所望の形状のパターン形状にする。次に、このように形成されたパターンを利用して、全面をミーリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）などの半導体工程のうち、エッチング方法を利用して全面をエッチングすると、ポリマー又はレジスト膜４１０に形成されたパターンがそのまま転写膜４２０にそのまま同じパターン４２５で転写される。このとき、転写膜４２０とポリマー又はレジスト膜４１０のエッチング比を調節すると、傾斜又は表面形状の大きさ差が増えたり減る等の調節も可能である。
【００７５】
以下、上述の本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法を利用した他の応用一実施形態であり、ポリマーモールド、金属薄膜パターン、金属パターン及びこれらの形成方法を説明する。
【００７６】
図１７は、上述の本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法を利用した他の応用一実施形態であって、ポリマーモールドの形成方法を説明するための図である。
【００７７】
図１７に示すように、本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法により形成された多様な傾斜及び形状のポリマー又はレジストパターン４５０、４５１上に他のポリマー又はプラスチック４６０を注いで固める方法によりモールドを作る。その後、本来のポリマー又はレジストパターンモールドをエッチング液に入れて除去するか、取り外す方法により、本来のパターンを転写させた新しいポリマー又はプラスチックモールドを作る。このような方法により、複数回パターンをつけるためのスタンプ（ｓｔａｍｐ）の原型を製作するか、又はマイクロ流体チャネルなどに応用できる。
【００７８】
次に、図１８は、本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法を利用したさらに他の応用実施形態であって、金属薄膜パターンの形成方法を説明するための図である。
【００７９】
図１８に示すように、金属薄膜パターンの形成方法は、上記の多様な傾斜及び形状のポリマー又はレジストパターン、転写されたパターン構造を利用して多様な曲面の金属薄膜を製作する方法である。すなわち、本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法により形成された多様な傾斜及び形状のポリマー又はレジストパターン３５５又は転写されたパターン構造上にスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）などの多様な薄膜蒸着法又はメッキ法などを利用して、パターン上に金属薄膜４７０を形成させることができる。以後、除去液処理（ｗｅｔ  ｅｔｃｈｉｎｇ）をするか、ドライエッチング（ｄｒｙ  ｅｔｃｈｉｎｇ）により、ポリマー又はレジストモールドを除去すると、多様な傾斜及び形状の金属薄膜を形成できる。
【００８０】
次に、図１９は、本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法を利用したさらに他の応用実施形態であって、金属パターンの形成方法を説明するための図である。
【００８１】
図１９に示すように、金属パターンの形成方法は、本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法により形成された多様な傾斜及び形状のポリマー又はレジストパターン３５５上に金属薄膜４７５を蒸着した後、その上にメッキ法により金属パターン４７６をさらに形成する。本来のポリマー又はレジストパターンモールドは、エッチング液に入れて除去するか、取り外す方法により、本来のパターンを転写させた新しい金属パターン４７６を作る。こういう方法により複数回パターンをつけるための逆像のスタンプ原型を製作できる。
【００８２】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】従来のリソグラフィ工程を利用した陽性感光性ポリマーパターンの形成方法を順次示した図である。
【図２】従来のポリマーパターンを利用して製作された金属パターンの断面図である。
【図３】従来のレジストパターンの形状を傾斜するようにするための方法を示した図である。
【図４】本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法を説明するための図である。
【図５】本発明に係るさらに他の実施形態であって、ポリマー又はレジストパターンの形成方法を説明するための図である。
【図６】本発明の高分子分散型液晶膜を説明するための図である。
【図７】高分子分散型液晶膜の透過度を示した図である。
【図８】本発明に係る高分子分散型液晶膜を利用したポリマー又はレジストパターンの形成方法を説明するための図である。
【図９】図８に示す高分子分散型液晶膜に印加される電圧の強度変化に応じるパターン変化を説明するためのパターン形状の電子顕微鏡写真である。
【図１０】図８に示す高分子分散型液晶膜に印加される電圧強度別露光時間の変化に応じるパターン変化を説明するためのパターン形状の電子顕微鏡写真である。
【図１１】図８に示す高分子分散型液晶膜に印加される電圧を２回変化させた場合のパターン変化を説明するための図である。
【図１２】図１１に示す方法により形成された多様な形状のレジストパターンの電子顕微鏡写真である。
【図１３】図８に示す高分子分散型液晶膜に印加される電圧を順次変化させた場合のパターン変化を説明するための図である。
【図１４】本発明の高分子分散型液晶膜の部分別散乱強度及び透過量を別途調節する場合の１回の露光過程で多様な形状のパターンを形成する方法を説明するための図である。
【図１５】本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法によるポリマー又はレジストパターンの傾斜を調節する方法を説明した図である。
【図１６】本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法を利用したパターン転写方法を説明するための図である。
【図１７】本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法を利用したポリマー（プラスチック）モールドの形成方法を説明するための図である。
【図１８】本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法を利用した金属薄膜パターンの形成方法を説明するための図である。
【図１９】本発明に係るポリマー又はレジストパターンの形成方法を利用した金属パターンの形成方法を説明するための図である。
【図１】
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【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】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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2008535019.tif 000023