(57)【要約】【課題】微細凹凸パターン形状を有する金型を用いて、基板上に選択的に微細形状を形成することが可能なパターン形成方法を提供すること。【解決手段】基板上において、レジスト等を塗付し、微細形状を形成したい部分のレジストを取り除き、取り除いた部分に光感光性樹脂を塗布し、微細凹凸パターンを転写させ、紫外線を照射することにより、光感光性樹脂を硬化させ、金型を離型させ、レジストを除去することにより、選択的に微細形状パターンを形成するもの。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にレジスト材料を塗布する第１の工程と、前記レジスト材料を露光・現像することで前記レジスト材料に凹凸を形成する第２の工程と、前記第２の工程で形成された基板上の凹部に感光性樹脂材料を塗布する第３の工程と、前記感光性樹脂材料に金型を当接することで前記感光性樹脂材料のパターンを転写する第４の工程と、前記感光性樹脂材料に紫外線を照射することで前記感光性樹脂材料を硬化させる第５の工程と、感光性樹脂材料のうち、前記金型の外側の材料を除去する第６の工程とを備えること
を特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記第３の工程にて、感光性樹脂材料を塗布する箇所を表面改質したことを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記第３の工程にて、感光性樹脂材料を塗布する箇所の周囲にくぼみを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
金型に形成されたパターン部は貫通していることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
転写するパターンの断面が、楕円形状、若しくは長円になっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に微細形状を形成する工程において、感光性樹脂等を塗布後、パターンを転写し、紫外線硬化樹脂等で照射した後、パターンを離型して、基板上に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】
近年、半導体集積回路の微細化、及び血液中のグルコースなどを含む様々な成分を分離、検出するため、或いはＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ，デオキシリボ核酸）の成分を分離することを目的としたＤＮＡチップや免疫分析チップ、また、光学の分野でもフォトニック結晶等を用いて、光回路が形成されはじめている。これらのデバイスを形成するために微細形状を有する金型を転写することにより微細形状を形成する技術が研究されてきている。非特許文献１では、１０ｎｍ以下パターンを形成するために電子ビーム露光用のレジストを用いて、電子ビーム露光装置等を用いてパターンを露光させ、ドライエッチング等のプロセスを用いて金型を形成し、１０ｎｍ以下のパターンの転写を実現している。
【０００３】
特に、バイオセンサーデバイスの作製には、微細形状並びにフィルターリング機能を有する高アスペクト比を有する３次元形状（ナノピラー）形成技術が必要不可欠である。現在では、高いアスペクト比のナノピラーを形成するためにポリマー樹脂を用いて、マイクロサイズ、ナノサイズの形状を転写するホットエンボッシング法（ナノインプリント技術）等の方法が特許文献１に述べられている。
【０００４】
特許文献１では、微細な凹凸が形成されたスタンパを加熱、加圧してすることによりナノサイズの形状を転写し、高アスペクト比のナノピラーを実現している。これらのデバイスは、ナノピラー単独で機能を発揮するのではなく、ナノピラーを流れる流路、流路前に成分を分離するユニット、ナノピラーを流れた後に反応するチャンバー等のナノ〜ミリオーダーのユニットにより、構成されているといえる。そのために、微細形状だけでなく、ナノ〜ミリオーダーで微少形状を形成する技術が特にバイオセンサには望まれている。
【０００５】
また、特許文献２では、基板上に望ましいパターンを形成し、感光性樹脂を塗布した後、紫外線を照射し、硬化した光感光性樹脂を基板から離型することにより望ましいパターンを得ている。この方法は、基板材料自体にパターンを転写するのではなく、基板材料のパターンを利用して紫外線硬化樹脂のみのパターンを形成するというものである。
【０００６】
この光感光性樹脂を用いた方法も、上記に述べたようなナノ〜ミリオーダーのデバイスを一挙に形成する方法は、非常に困難な方法と言える。
【非特許文献１】Ｊ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．（Ｐ２８９７−２９０４），  Ｂ  １５（６），  Ｎｏｖ／Ｄｅｃ  １９９７
【特許文献１】特開２００４−２８８７８３号公報
【特許文献２】特開２００３−１５６６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に記載の内容では、形成した金型をＰＭＭＡ上に転写し、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ）等のプロセスを用いて、有機残膜を除去してナノインプリントを実現させている。この方法では、残膜が残ってしまうために、ナノインプリントで一括して、形状を形成することができないという欠点を有している。
【０００８】
また、特許文献１に記載の内容では、スタンパを加熱、加圧して転写する方法は、基板材料自体が加圧されることにより、金型から転写された微細形状を得ることはできるが、基板材料薄くなると共に、バイオセンサ等の流体を流すチップでは、基板材料自体がくぼんでしまうという欠点を有してしまう。また、基板自体に電極等を既に形成している場合には、熱インプリント法により、電極自体も破壊してしまう恐れがある。更に、基板材料に対して、凹凸を有する微細形状金型を局部的に加熱、加圧する転写方法では、金型の回りに基板材料の樹脂が回りこみ、スタンパが基板材料から離型しにくいという欠点を有していた。
【０００９】
更に、特許文献２に記載の内容では、基板材料のパターンに基づいて、光感光性樹脂を用いてパターンを形成しているが、基板材料自体に紫外線硬化樹脂等を用いて、パターンを形成しなければならない場合、特許文献２に記載の方法では複雑な形状を基板上に直接パターン形成することができないという欠点を有している。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するものであって、基板材料にダメージを与えることなく、微細金型を用いて、部分的に高アスペクト比を有する形状を形成することが可能なパターン形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光感光性樹脂を用いた紫外線を照射することによるパターンの形成方法では、あらかじめ、基板材料にレジスト等を塗付し、光感光性樹脂を塗布するところのみ、レジスト等を取り除く。次にレジストを取り除いた部分にのみ、光感光性樹脂を塗布し、塗付した光感光性樹脂にパターンを転写させ、紫外線を基板の下方、或いは、金型の上方から照射させることにより、光感光性樹脂を硬化させる。光感光性樹脂によるパターン形成後、金型を離型させることにより、基板上に選択的にパターンを形成することができる。金型を転写するときに金型の外部に流出した光感光性樹脂は、レジストの上にあるので、容易に洗浄して、除去することができる。また、残膜も残らないというプロセスになる。  
【００１２】
別の観点の発明の感光樹脂を用いた光インプリント法にパターン形成方法では、感光性樹脂を塗布する部分の表面を改質したことを特徴とするパターン形成方法である。感光性樹脂を塗布する部分のみ、表面を改質することにより、感光性樹脂が流出した場合でも容易に基板から除去することが可能になる。
【００１３】
別の観点の発明の感光樹脂を用いた光インプリント法によるパターン形成方法では、基板上に感光性材料を塗付する工程において、微細形状のパターンサイズが開口しているスペースよりも大きいことを特徴とするパターン形成方法である。微細形状パターンが開口スペースよりも大きいことにより、パターンを転写させたときにパターン外部に流出する感光性樹脂材料を容易に除去することが可能になる。
【００１４】
別の観点の発明の感光樹脂を用いた光インプリント法によるパターン形成方法では、基板上に感光性材料を塗付する工程において、感光性樹脂材料を塗付するスペースの周囲にくぼみをつけたことを特徴とするパターン形成方法である。パターンを形成する周辺にくぼみをつけることにより、微細金型からあふれ出た感光性材料をくぼみの中に閉じ込めることができる。くぼみの中に閉じ込めることにより、金型を離型することが容易になる。
【００１５】
別の観点の発明の感光樹脂を用いた光インプリント法によるパターン形成方法では、感光性材料のパターンを転写する工程において、パターン部が貫通していることを特徴とする。パターン部が貫通していることにより、転写されたパターンに気泡が混入するのを防止する役割を有する。
【００１６】
別の観点の発明の感光樹脂を用いた光インプリント法によるパターン形成方法では、感光性材料のパターンを転写する工程において、パターン部が貫通しており、パターン内部の圧力が調整できることを特徴とする。パターン内部の圧力を調整することにより、任意形状のパターンを形成することができる。
【００１７】
別の観点の発明の感光樹脂を用いた光インプリント法によるパターン形成方法では、感光性材料に対して照射する工程において、転写するパターン或いは、基板材料の少なくとも１つが紫外線を透過させることを特徴とするパターンである。
【００１８】
別の観点の発明のパターン形成方法では、パターン形成方法において、転写するパターンの断面が、楕円形状、もしくは長円になっていることを特徴とするパターンである。パターン形状が楕円もしくは、長円になっていることにより、断面積を大きくすることにより、パターン自体が離型時に剥離することを防止することができる。また、パターンをハの時を含む型に配列することにより、効率よく、パターンの側面に流体を流すことができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明の光インプリント法によるパターン形成方法では、基板材料にダメージを与えることなく、微細金型を用いて、部分的に高アスペクト比を有する形状を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】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光インプリント法によるパターン形成プロセス示す図である。
【００２２】
以下、図１を参照しながら光インプリント法によるパターン形成プロセスを説明する。まず、図（１）のように、基板１の上にレジスト２をスピンコート法などにより塗布した後、図１（２）のように、フォトマスク４に形成されたパターン部２０を利用して、レジスト２に露光部２１を形成する。そして、図１（３）のように、現像液によってレジスト２を現像することでレジスト２にパターン（リフトオフ２２）を形成する。このとき、レジスト２がポジ型の場合には、露光された部分のレジストが、ネガ型レジストでは、露光されなかった部分のレジスト２１がそれぞれ現像液で除去される。本実施の形態では、ネガ型レジストを用いている場合を示す。
【００２３】
次に、図１（４）のように、必要最低限の光感光性樹脂５を除去された基板１上に塗布する。必要最低限の光感光性樹脂５を塗布するために、インクジェットやディスペンサー等を用いて、適切な量の光感光性樹脂を塗布する。更に、図１（５）において、基板１上に設けられた光感光性樹脂５の上方から微細金型６を接近させ、図１（６）のように、微細金型６は光感光性樹脂５を通じて基板１に接触させた後、光感光性樹脂５に紫外線７を照射させる。本実施の形態の場合には、基板１側から紫外線を照射させている。
【００２４】
図１（６）において、紫外線によって光感光性樹脂５が硬化すると、図１（７）のように、微細金型６を基板１（或いは光感光性樹脂５）から離型させ、図１（８）のように、微細金型６の外側に形成された光感光性樹脂をリムーバー等で除去する。
【００２５】
なお、図１（４）にて、基板１上に塗布する光感光性樹脂５の量は、微細金型６に形成された凹凸の容積の１．１〜１．２倍程度（リフトオフ２２の容積の３〜１０倍程度）が適量であり、光感光性樹脂５を適量よりも多く塗布すると、微細金型６と接着してしまい、微細金型６を剥離することが困難になる。本実施の形態では、光感光性樹脂５を基板１上に０．６ｍｌ程度塗布した場合としている。
【００２６】
図１に示した工程のように、光インプリント法を利用して基板上に光感光性樹脂によるパターンを形成させることにより、図２（１）のように、基板にダメージを与えることなく、微細形状を形成することが可能になる。なお、図２（２）は、熱インプリントにより、基板上にパターンを形成したときの断面図である。熱インプリントでは、材料を基板自身からもってくるために、材料自体が変形していることが分かる。より詳細に説明すると、熱インプリントでは、図２（２）に示すように、基板１及び微細金型６に６０〜８０℃（ＰＥＴ材料の場合）で加熱を行い、微細金型６の形状を基板１に転写している。そのため、材料自身は基板１の材料を用いるためにくぼみが生じることになる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、図１（６）にて、基板１側から全面的に紫外線を照射する方法を示しているが、図３に示したように、紫外線カット用マスク１７で基板１のうち光感光性樹脂が形成されていない側を覆い、紫外線７を照射させてもよい。このように、紫外線カット用マスク１７を用いるメリットとしては、微細金型６の側面に付着する光感光性樹脂の硬化を防止し、金型が離型しやすくなることが挙げられる。
【００２８】
特に、微細形状を流路上に形成する場合では、図２（２）のように窪んでいると流体抵抗を発生しにくい構造になっているために血球，血清，ＤＮＡの分離等を効率よくすることが難しい。従って、欲しい材料を欲しいだけ塗付し、その塗付した材料を元にパターンを形成する方法は、特にバイオセンサでは、極めて有効な技術と言える。
【００２９】
また、このときのバイオセンサ等に用いるパターンに関しては、図４に示したような断面が楕円、または長円状の光感光性樹脂のハの字のパターン２３であっても良い。このように、従来の円柱状のパターンではなく、楕円、長円状のパターンとすることで、断面積を大きくし、アスペクト比が高くなった状態で、微細金型を基板から離型するのに、形状自体が根元から抜けることを防止する。また、長円状のものをハの字に配置することにより、流体抵抗を形成し、交互に配置することにより、効果的になると共に、長円柱状の側面に試薬を塗付することにより、試薬との反応を効率よく行うことも可能になる。このとき、円柱の幅は数ｎｍ〜数１００μｍ、アスペクト比は１〜１０００程度とする。
【００３０】
この本実施の形態では、ハの時を光インプリント法により形成したが、熱インプリント法によりハの時を形成しても良い。
【００３１】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における光インプリント法によるパターン形成プロセスを表す。
【００３２】
図５（１）において、基板１を低圧下のチャンバー内に入れる（チャンバーは図示せず。）。低圧下とは、ロータリポンプ等を用いて１０-1Ｐａ（１０-3Ｔｏｒｒ）程度まで減圧状態することを示す。減圧状態することで、光感光性樹脂５に気泡が混入することを防止している。
【００３３】
図５（２）において、金属マスク８を介してプラズマ９を発生させ、基板１表面の一部を改質して親水性に富んだものとする。そして、図５（３）において、基板１上で親水性に富んだ箇所に光感光性樹脂５を滴下し、図５（４）において、この光感光性樹脂５の上方から微細金型６を接近させた後、図５（５）のように、微細金型６を基板１に当接させた後、光感光性樹脂５に紫外線を照射させることで、光感光性樹脂５を硬化させる。本実施の形態の場合には、基板１側から紫外線を照射させている。図５（５）にて光感光性樹脂５を硬化させた後、図５（６）のように、微細金型６を基板１から離型させる。
【００３４】
なお、（実施の形態１）及び（実施の形態２）において、基板側から紫外線を照射させる形態を記載しているが、金型材料をガラス（ＳｉＯ2）等の材料で形成して、微細金型６の上方より紫外線を照射させて、光感光性樹脂５を硬化させても良い。
【００３５】
また、基板１表面に酸化チタン（ＴｉＯ2）を成膜し、部分的に紫外線で改質することにより親水基を形成されても良い。
【００３６】
図５（６）において、微細形状を有する微細金型６を基板１から離型する場合、基板１の底面より、エアーシリンダーにて衝撃力を加えて微細金型６を基板１より離型させてもよい。
【００３７】
（実施の形態３）
高アスペクト比形状を有する微細金型では、成形途中に気泡等が噛みこむという問題を有している。そこで、このような問題を解決するために微細金型の底面が貫通したものを用いる。図６に貫通した微細金型１０を用いた転写プロセス方法を示す。
【００３８】
基板１上に光感光性樹脂５を塗布する工程までは、図１（１）〜（４）に示した内容と同様である。
【００３９】
図６（１）は、基板１上に塗布された光感光性樹脂５に微細金型１０を用いてパターンを形成する直前の様子を示す。図６（１）において、貫通した微細金型１０を圧力計１１の圧力が一定になるようにして、基板１に接近させる。ここで、圧力計の圧力を低くすると、高アスペクト比の形状が得られ、圧力計の圧力を高くすると低アスペクト比の形状が得られることになる。
【００４０】
次に、図６（２）のように、微細金型１０を基板１に当接させた後、光感光性樹脂５に紫外線を照射して、光感光性樹脂５を硬化させる。そして、光感光性樹脂５は光をあてると固体に変化する特徴と利用し、図６（３）のように、微細金型１０と光感光性樹脂５との間の圧力を高くすることで、微細金型１０が外れて離型することになる。そのため、図６（４）に示すように、圧力計の圧力が高くなるようにしても良い。
【００４１】
次に、微細金型１０の形成方法を図７を用いて説明する。貫通金型の上面１２は、中央部をドライエッチング等で除去加工を行う。また、貫通金型の下面１３も同様に、ドライエッチング等で除去加工を行う。貫通金型の上面部と下面部を陽極接合、或いはプラズマ接合することにより、貫通金型１０を作成する（図７（１）及び図７（２）の夫々の結合部２４（太線部）を結合することで、図７（３）のような微細金型１０が完成する。）。
【００４２】
（実施の形態４）
次に、貫通金型１４を用いてパターンを形成する別の方法を示す。
【００４３】
基板１上に光感光性樹脂５を塗布する工程までは、図１（１）〜（３）に示した内容と同様である。図８（１）のように、基板１上の凹部に貫通した微細形状金型１４を載せる。そして、図８（２）のように、微細形状金型１４に対してインクジェット１５にて、光感光性樹脂を塗布し、微細形状金型１４の上面に残った不要な光感光性樹脂を除去した後、例えば基板１側から紫外線を照射して、光感光性樹脂を硬化させる。次に図８（３）のように、微細形状金型１４を基板１から離型させることで、図８（４）のように基板１上に微細形状を形成することができる。なお、インクジェットで塗付する光感光性樹脂の粘度は、１ｃｐｓ〜１０００ｃｐｓとする。
【００４４】
（実施の形態５）
これまでの実施の形態では、光感光性樹脂を形成する回りをレジストでコーティングしたり、光感光性樹脂を塗布する箇所の表面を改質したりしたが、図９に示すように、基板１のうち、光感光性樹脂を塗布する回りに、過剰な光感光性樹脂が溜まる窪みを設けてもよい。
【００４５】
つまり、図９（１）にて基板１を準備し、図９（２）にて光感光性樹脂が溢れた場合、金型６に付着しにくくするために、基板１にくぼみを形成する。図９（３）では、光感光性樹脂をくぼみの内部に滴下し、図９（４）にて、金型６を基板１に接近させる。そして、図９（５）のように、溢れた光感光性樹脂をくぼみ中に納めた後、光感光性樹脂５に紫外線を照射することにより、光感光性樹脂５を硬化させる。
【００４６】
光感光性樹脂が硬化した後は、図９（６）に示すように、基板１の下面より、エアーシリンダー、カム等で衝撃力を加え、金型６を基板１から離型させる。
【００４７】
（実施の形態６）
本実施の形態は、図１０に示したように、基板１よりも大きな形状を有する金型１６を用いてもよい。図１０（１）のように基板１を用意して、図１０（２）のように光感光性樹脂５を基板１上に塗布する。その後、図１０（３）のように金型１６を転写させ、図１０（４）のように過剰な光感光性樹脂を基板１の外部に流出することになる。図１０（５）のように光感光性樹脂に紫外線を照射した後、図１（６）のように金型１６を基板１から離型することで、基板１上にパターンを得ることができる。
【００４８】
本実施の形態のように、基板１より大きな金型１６を用いることにより、光感光性樹脂５が金型１６の側面に付着するのを防止することができ、金型全体を容易に離型することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
血液成分、ＤＮＡ分離や免疫分析チップ等のバイオセンサーデバイス，マイクロレンズ・変更素子等の光デバイスやフォトニクス結晶などに使用されるナノ・マイクロピラー等の高アスペクト比を有する３次元形状形成の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１における光インプリントプロセスによるパターン形成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における光インプリントプロセスと熱インプリントプロセスの比較を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における光インプリントプロセスによるパターン形成で紫外線照射部分にマスクを形成して照射した様子を示す図
【図４】本発明のピラーの形状断面図
【図５】本発明の実施の形態２における光インプリントプロセスによるパターン形成を示す図
【図６】本発明の実施の形態３における光インプリントプロセスによるパターン形成を示す図
【図７】本発明の実施の形態３における貫通微細金型の形成方法を示す図
【図８】本発明の実施の形態４における光インプリントプロセスによるパターン形成を示す図
【図９】本発明の実施の形態５における光インプリントプロセスによるパターン形成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態６における光インプリントプロセスによるパターン形成を示す図
【符号の説明】
【００５１】
１    基板
２    レジスト
３    レーザ
４    フォトマスク
５    光感光性樹脂
６，１０，１６  微細金型
７    紫外線
８    金属マスク
９    プラズマ
１１  圧力計
１２  貫通金型の上面
１３  貫通金型の下面
１４  貫通金型
１５  インクジェット
１７  紫外線カット用マスク
２０  パターン部
２１  露光部
２２  リフトオフ
２３  ハの字のパターン
【図１】
2007326296.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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