(57)【要約】【課題】フォトリソグラフィーを用いた方法では、基板上にナノパーティクルを塗布、焼成してパーティクル上に樹脂を塗布し、フォトマスクを介して露光と複雑な工程が必要であり、生産性に問題があった。また、電子線ビームリソグラフィーにてエッチングマスクを作製する方法やＦＩＢで直接パターン形成する方法は、スキャニングに基づいて行われる方法であるため、ウエハーレベルの大面積にパターンを形成するには時間がかかることや、加工装置のコストが非常に高いことが課題であった。【解決手段】生産性・コストの問題を解決するために、ナノパーティクルを溶媒に分散した後、分散液をポジ型のフォトレジストと混合すること作製されるナノパーティクルマスク含有レジストを、当該ナノパーティクルマスク含有レジストを基板上に成膜し、フォトマスクを介して露光することで、所望の二次元パターンとナノドットパターンを同時に形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポジ型のフォトレジストにナノパーティクルを含有させたナノパーティクルマスク含有レジストを基板の表面に塗布する第１工程と、前記第１工程により基板の表面に塗布されたナノパーティクルマスク含有レジストの表面のうちの一部の領域上に、二次元パターンが形成されたフォトマスクを配置した後に、ナノパーティクルマスク含有レジストの表面を露光する第２工程とを有することを特徴とする二次元パターニング方法。
【請求項２】
ナノパーティクルを溶媒に分散した後、分散液をレジストと混合することで、ナノパーティクルマスク含有レジストを作製することを特徴とする請求項１に記載の二次元パターニング方法。
【請求項３】
前記第２工程によりパターニングを行った後に、パターニングにより形成されたパターンをエッチングマスクとして基板をエッチングする第３工程を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次元パターニング方法。
【請求項４】
前記第３工程により基板にパターンを形成した後に、酸化もしくは成膜の表面処理を行って親疎水パターニングする第４工程を有することを特徴とする請求項３に記載の二次元パターニング方法。
【請求項５】
請求項４に記載の二次元パターニング方法を用いて製造されるマイクロ流路の製造方法であって、前記第４工程による親疎水パターニングにより、バイオチップに気液界面を形成することを特徴とするマイクロ流路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元パターニング方法およびマイクロ流路の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、本発明は、ナノピラーによる表面改質などの微細加工分野や、バイオチップを用いた医療分野、品種改良といったバイオ系産業分野において、電子線ビーム露光やイオンミリングを使わないマルチスケール二次元パターニングを可能ならしめる新しいマルチスケールパターニング技術、ならびにそれを用いた新しいバイオチップの作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロスケールの構造体と、ナノスケールの構造体を同時に作製する二次元パターニング技術として、フォトリソグラフィーや電子線ビーム露光やイオンミリングなどを用いた方法が広く知られている。リソグラフィ技術については、感光性レジストを塗布した後マスクを用いて露光する手法や（例えば非特許文献１参照）、電子線ビーム露光により感光剤レジストを直接露光する手法が考案されており（例えば非特許文献２参照）、これらのリソグラフィ技術により形成したフォトレジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、基板表面に所望の二次元パターンを形成することができる。
【０００３】
また、イオンミリング技術としては、例えばＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ：収束イオンビーム）を用いて、直接基板をナノスケールの構造体を作製する手法が考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３４６１４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｒ．Ｌ．Ｋｕｂｅｂａ  ｅｔ  ａｌ．， Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．１９，９１６（１９８１）
【非特許文献２】Ｙ．Ｋ．Ｈｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｃｈｅｍ．  Ｃｏｍｍｕｎ  ２４，３０３４−３０３５（２００３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、フォトリソグラフィーを用いた方法では、基板上にナノパーティクルを塗布、焼成してパーティクル上に樹脂を塗布し、フォトリソグラフィーによるパターン化と複雑な工程が必要であり、生産性に問題があった。また、電子線ビームリソグラフィーにてエッチングマスクを作製する方法やＦＩＢで直接パターン形成する方法は、スキャニングに基づいて行われる方法であるため、ウエハーレベルの大面積にエッチングマスクもしくはパターンを形成するには時間がかかることや、露光装置のコストが非常に高いことが課題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の問題を解決するためになされた請求項１に記載の二次元パターニング方法は、ポジ型のフォトレジストにナノパーティクルを含有させたナノパーティクルマスク含有レジストを基板の表面に塗布する第１工程と、第１工程により基板の表面に塗布されたナノパーティクルマスク含有レジストの表面のうちの一部の領域上に、二次元パターンが形成されたフォトマスクを配置した後に、ナノパーティクルマスク含有レジストの表面を露光す
る第２工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
これにより、ナノパーティクルマスク含有レジストは、フォトマスクとナノパーティクルをマスクとして露光されるため、フォトマスクにより形成されるマイクロパターンと、ナノパーティクルにより形成されるナノパターンを同時に形成することが出来る。このため、所望の二次元パターンとナノドットパターンを同時に作製することができる。
【０００９】
したがって、電子線ビーム露光やイオンミリングを使わないマルチスケールパターニングを実現することができ、感光性レジストとナノパーティクルおよび一般的なフォトリソグラフィープロセスのみにより、ウエハーレベルの大面積にマイクロパターンとナノパターンを同時に形成する微細加工が可能で、特別な装置、複雑な作製工程なしに、マルチスケールパターニングを行うことができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の二次元パターニング方法は、請求項１において、ナノパーティクルを溶媒に分散した後、分散液をレジストと混合することで、ナノパーティクルマスク含有レジストを作製することを特徴とする。
【００１１】
これにより、ナノパーティクルマスク含有レジスト中のナノパーティクル含有量を調節することで、ナノドットパターンの密度を調節でき、さらに、ナノパーティクルの分散性を調節することで、ナノドットパターンのドット径をコントロールすることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の二次元パターニング方法は、請求項１または請求項２において、第２工程によりパターニングを行った後に、パターニングにより形成されたパターンをエッチングマスクとして基板をエッチングする第３工程を有することを特徴とする。
【００１３】
これにより、基板上に、所望の二次元パターンとナノドットパターンを同時に作製することができる。
また、請求項４に記載の二次元パターニング方法は、請求項３において、第３工程により基板にパターンを形成した後に、酸化もしくは成膜の表面処理を行って親疎水パターニングする第４工程を有することを特徴とする。
【００１４】
これにより、気液界面を用いたマイクロ流路の形成が可能となる。
また、請求項５に記載のマイクロ流路の製造方法は、第４工程による親疎水パターニングにより、バイオチップに気液界面を形成することを特徴とする。
【００１５】
これにより、上記マルチスケールパターニング技術によれば、上記のとおりにパターニングを施した表面改質および親疎水パターニングを施したバイオチップの作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態のハイブリッドマスクリソグラフィーによるマルチスケールパターニングのコンセプト図である。
【図２】本発明の第１実施形態のプロセスを示す図である。
【図３】図２に示すプロセスにより作製された円形パターンの観察図である。
【図４】レジストに分散させるナノパーティクルの質量比を変化させた時の、図２のプロセスにより作製されるピラーの密度の変化を示す図である。
【図５】レジストに分散させるナノパーティクルの質量比を変化させた時の、基板と液滴の接触角の変化を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態の気液界面を利用したマイクロチャネルの断面のコンセプトを示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態のプロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づき本発明のマルチスケールパターニングの好ましい実施形態について説明する。各図の説明において同一の符号には同じものを示す。以下実施形態に基づき、本発明の利用例を具体的に説明するが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明に従ったハイブリッドマスクリソグラフィーを用いたマルチスケールパターニングを説明するための図である。
【００１９】
ナノパーティクル１を溶媒に分散した後、分散液をポジ型のフォトレジスト２と混合することで、ナノパーティクルマスク含有レジストを作製し、基板３上に塗布する。ナノパーティクルマスク含有レジスト塗布後に、フォトマスク４を介して露光を行うことで、フォトマスクとナノパーティクルマスクがマスクとなり、所望の二次元パターン５とナノドットパターン６を形成する。
【００２０】
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明に従ったハイブリッドマスクリソグラフィーを用いて、基板表面に所望の二次元パターンとナノピラーを形成する技術を説明するための図であって、この図では便宜上縦方向のスケールを強調して図示している。
【００２１】
まず、基板３上にナノパーティクルマスク含有レジスト７を塗布する。次に、フォトマスク４を介して露光および現像を行い所望の二次元パターン５を形成する。さらに、当該パターン５をエッチングマスクとして、基板３のエッチングを行うことで、パターンを基板に転写する。さらに、エッチングマスクを除去することで、基板表面にマイクロパターン８とナノピラー９を形成する。以上の一連の作業により、基板表面にマイクロパターン８とナノピラー９が形成される。
【００２２】
このときのピラーの密度は、ナノパーティクルを含有させる工程で、含有量を調整することで、調整が可能である。また、ピラーの高さはエッチング工程で調節が可能である。
次に、実際に行った一観察例について説明する。シリコン基板上にＦｅナノパーティクルをトルエン溶媒に分散した後、分散液をポジ型のフォトレジストであるＯＦＰＲ−８００と混合することで、ナノパーティクルマスク含有レジストを作製し、シリコン基板上に円形パターン１０（φ１５０  μｍ）およびシリコンナノピラー１１を形成した。図３（ａ）〜（ｂ）は、その観察された像を例示したものである。
【００２３】
さらに、ナノパーティクルマスク含有レジスト中のＦｅナノパーティクルの含有量を調整した時の、ナノピラーの密度を調整した時の結果を示す。図４のグラフの横軸はナノパーティクルの含有量を示し、縦軸はナノピラーの密度を表している。この結果より、ナノパーティクルの含有量を増加させると、ナノピラーの密度はそれに伴い単調増加する。これは、このナノピラーの密度の範囲において目標とする値が決まっていれば、それを達成するためのナノパーティクルの含有量を一意に定めることができることを意味する。
【００２４】
（第２実施形態）
また、表面修飾の一例として、ナノピラーの密度を調整することで、基板と液滴の接触角を調整した例を示す。図５はグラフの横軸はナノパーティクルの含有量を示し、縦軸は接触角を示す。この結果より、ナノパーティクルの含有量を増加させると、液滴の接触角はそれに伴い単調増加する。これは、この液滴の接触角の範囲において目標とする値が決まっていれば、それを達成するためのナノパーティクルの含有量を一意に定めることがで
きることを意味する。
【００２５】
表面修飾の応用例として、たとえば図６に示すように、ハイブリッドマスクリソグラフィーを用いたマルチスケールパターニング技術によって、形成したマイクロチャネルパターン１２を用いて、接触角の違いから気液界面を利用したマイクロチャネル１３を形成が可能である。
【００２６】
気液界面を利用したマイクロチャネル１３の例として、シリコン基板上にナノピラーを含有するマイクロチャネル１４をパターニングし、ナノピラー９に対してＳｉＯ2１５をスパッタリング法により成膜することで親水化を行い、マイクロ流路１６を作製した。図７（ａ）〜（ｃ）は、基板表面にマイクロチャネルを形成する技術を説明するための図であって、この図では便宜上縦方向のスケールを強調して図示している。
【符号の説明】
【００２７】
１…ナノパーティクル、２…ポジ型フォトレジスト、３…基板、４…フォトマスク、５…二次元パターン、６…ナノドットパターン、７…ナノパーティクルマスク含有レジスト、８…マイクロパターン、９…ナノピラー、１０…円形パターン、１１…シリコンナノピラー、１２…マイクロチャネルパターン、１３…マイクロチャネル、１４…ナノピラーを含有するマイクロチャネル、１５…ＳｉＯ2、１６…マイクロ流路
【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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