(57)【要約】【課題】パターニング精度を向上することが可能な感光性物質の露光方法を提供する。【解決手段】この露光方法は、基板１の上面に設けた感光性樹脂２に、当該感光性樹脂２の上方に配したマスク部材を介して光を照射することで、感光性樹脂２に露光部分と未露光部分とからなる特定の露光パターンを形成するものである。そして、感光性樹脂２の未露光となるべき部分に臨ませて、光を吸収する光吸収体４Ａを設け、その状態で感光性樹脂２に光を照射することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板等の上面に設けた感光性物質に、当該感光性物質の上方に配したマスク部材を介して光を照射することで、前記感光性物質に露光部分と未露光部分とからなる特定の露光パターンを形成する感光性物質の露光方法であって、
少なくとも前記感光性物質の未露光となるべき部分に臨ませて、光を吸収する光吸収部を設け、その状態で感光性物質に光を照射することを特徴とする感光性物質の露光方法。
【請求項２】
前記感光性物質と前記光吸収部との間に感光性物質よりも屈折率の高い物質を充填し、その状態で感光性物質に光を照射することを特徴とする請求項１に記載の感光性物質の露光方法。
【請求項３】
前記感光性物質と前記光吸収部との間に充填される物質は、マッチングオイルであることを特徴とする請求項２に記載の感光性物質の露光方法。
【請求項４】
前記光吸収部は、弾性を有する材料からなり、
前記感光性物質に前記光吸収部を押圧接触させた状態で感光性物質に光を照射することを特徴とする請求項１に記載の感光性物質の露光方法。
【請求項５】
基板等の上面に設けた感光性物質の上方に配設され、前記感光性物質に露光部分と未露光部分とからなる特定の露光パターンが形成されるように、略真上から照射された光を下方に選択的に透過させるように構成されたマスク部材であって、
少なくとも前記感光性物質の未露光となるべき部分に臨ませて設けられる光を吸収可能な光吸収部を備えることを特徴とするマスク部材。
【請求項６】
透光性材料からなる基板部と、この基板部の下面に、前記感光性物質の未露光となるべき部分に対応するように設けられる光遮蔽部とを有するマスク本体を備え、
前記光吸収部は、前記マスク本体の下面に取り付けられる光吸収体であることを特徴とする請求項５に記載のマスク部材。
【請求項７】
前記光吸収体は、前記光遮蔽部のみを下方から覆うように前記マスク本体の下面に取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載のマスク部材。
【請求項８】
透光性材料からなる基板部を備え、
前記光吸収部は、照射光に対して高い遮蔽率を有する材料からなり、前記感光性物質の未露光となるべき部分に対応するように前記基板部の下面に設けられていることを特徴とする請求項５に記載のマスク部材。
【請求項９】
前記光吸収部は、カーボンブラックを含有した有機樹脂であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載のマスク部材。
【請求項１０】
前記光吸収部が弾性を有する材料からなることを特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載のマスク部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光性物質の露光方法およびマスク部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば基板上に微細構造体を形成する方法として、フォトマスクを用いて感光性樹脂を露光するフォトリソグラフィが知られている（特許文献１）。
【０００３】
この露光方法では、基板上に塗布した感光性樹脂の上方に、当該感光性樹脂に臨むようにフォトマスクを配設する。フォトマスクは、例えば透光性の石英ガラスの下面に、光遮蔽部として機能するクロムで特定のパターンを形成することにより構成されている。そして、フォトマスクの略真上から当該フォトマスクを介して感光性樹脂に紫外線（照射光）を照射することで、感光性樹脂に露光部分と未露光部分とからなる特定の露光パターンを形成する。
【特許文献１】特許第２９３８７３８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、真上から照射された光は、フォトマスクを透過後に基板上の斜面で反射したり、フォトマスクを透過時に光遮蔽部の端縁近傍で回折した後に基板で反射したりした場合には、感光性樹脂の未露光であるべき部分に向けて進行する。これにより、感光性樹脂の未露光であるべき部分が露光されるので、十分なパターニング精度を得難いという問題があった。
【０００５】
なお、特許文献１には、基板上のフォトレジストインク（感光性樹脂）に、光を吸収可能な色素を混入し、これによって基板での反射を防ぐ技術が開示されている。しかし、この構成では、光学的機能を有する構造体を形成する場合、感光性樹脂に混入した機能外物質（色素）によって構造体に光学損失増大等の性能低下が生じる虞があり、好ましくない。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、パターニング精度を向上することが可能な感光性物質の露光方法およびマスク部材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】
【０００７】
請求項１の発明は、基板等の上面に設けた感光性物質に、当該感光性物質の上方に配したマスク部材を介して光を照射することで、前記感光性物質に露光部分と未露光部分とからなる特定の露光パターンを形成する感光性物質の露光方法であって、少なくとも前記感光性物質の未露光となるべき部分に臨ませて、光を吸収する光吸収部を設け、その状態で感光性物質に光を照射することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の感光性物質の露光方法において、前記感光性物質と前記光吸収部との間に感光性物質よりも屈折率の高い物質を充填し、その状態で感光性物質に光を照射することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２に記載の感光性物質の露光方法において、前記感光性物質と前記光吸収部との間に充填される物質は、マッチングオイルであることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１に記載の感光性物質の露光方法において、前記光吸収部は、弾性を有する材料からなり、前記感光性物質に前記光吸収部を押圧接触させた状態で感光性物質に光を照射することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５の発明は、基板等の上面に設けた感光性物質の上方に配設され、前記感光性物質に露光部分と未露光部分とからなる特定の露光パターンが形成されるように、略真上から照射された光を下方に選択的に透過させるように構成されたマスク部材であって、少なくとも前記感光性物質の未露光となるべき部分に臨ませて設けられる光を吸収可能な光吸収部を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項５に記載のマスク部材において、透光性材料からなる基板部と、この基板部の下面に、前記感光性物質の未露光となるべき部分に対応するように設けられる光遮蔽部とを有するマスク本体を備え、前記光吸収部は、前記マスク本体の下面に取り付けられる光吸収体であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項６に記載のマスク部材において、前記光吸収体は、前記光遮蔽部のみを下方から覆うように前記マスク本体の下面に取り付けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項５に記載のマスク部材において、透光性材料からなる基板部を備え、前記光吸収部は、照射光に対して高い遮蔽率を有する材料からなり、前記感光性物質の未露光となるべき部分に対応するように前記基板部の下面に設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項５〜８のいずれか一項に記載のマスク部材において、前記光吸収部は、カーボンブラックを含有した有機樹脂であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項１０の発明は、請求項５〜９のいずれか一項に記載のマスク部材において、前記光吸収部が弾性を有する材料からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、マスク部材を透過後に基板で反射（１次反射）し、感光性物質の未露光となるべき部分の上方に向けて進行した１次反射光を、光吸収部で積極的に吸収することができる。これにより、上記１次反射光が例えばマスク部材の下面で反射（２次反射）し、感光性物質の未露光となるべき部分に向けて進行するといった不都合の発生を抑えることができる。従って、感光性物質の未露光となるべき部分が露光されるのを抑えることができるので、パターニング精度を向上することができる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、感光性物質と光吸収部との間に感光性物質よりも屈折率の高い物質を充填したので、基板で１次反射した光が感光性物質の上面で反射（界面反射）するのを抑えることができる。これにより、上記１次反射光を効率良く光吸収部に向かわせることができる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、感光性物質と光吸収部との間にマッチングオイルを充填したので、液状のマッチングオイルが感光性物質の上面形状に簡単に馴染んで、基板で１次反射した光が感光性物質の上面で界面反射するのを容易に抑えることができる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、圧接によって、光吸収部の下面が感光性物質の上面形状に沿って容易に変形し、感光性物質と光吸収部とが容易に密接状態になる。これにより、基板で１次反射した光が感光性物質の上面で界面反射するのを抑えることができるので、上記１次反射光を光吸収部に効率良く吸収させることができる。
【００２１】
請求項５の発明によれば、マスク部材を透過後に基板で反射（１次反射）し、感光性物質の未露光となるべき部分の上方に向けて進行した１次反射光を、光吸収部で積極的に吸収することができる。これにより、上記１次反射光が例えばマスク部材の下面で反射（２次反射）し、感光性物質の未露光となるべき部分に向けて進行するといった不都合の発生を抑えることができる。従って、感光性物質の未露光となるべき部分が露光されるのを抑えることができるので、パターニング精度を向上することができる。
【００２２】
請求項６の発明によれば、基板部と光遮蔽部とからなるマスク本体の下面に光吸収体を別途取り付ける構成とした。これにより、従来から感光性物質の露光処理に用いられているフォトマスク（マスク本体）の下面に光吸収体を別途取り付けるという比較的簡単な作業を行うだけで、上述の効果を得ることができるようになる。
【００２３】
請求項７の発明によれば、光吸収体がマスク本体を透過する照射光の妨げとなるのを防ぐことができる。
【００２４】
請求項８の発明によれば、基板部の下面に設けた光吸収部に、従来から感光性物質の露光処理に用いられているフォトマスク（マスク本体）の光遮蔽部と略同等の機能を持たせることで、光遮蔽部を不要とすることができる。これにより、コストを下げることができる。
【００２５】
請求項９のように、露光処理に用いられる紫外線を効率良く吸収可能なカーボンブラックを含有した有機樹脂からなる光吸収部であれば、１次反射光を光吸収部で効率良く吸収することができる。
【００２６】
請求項１０の発明によれば、感光性物質に光吸収部を押圧接触させた状態で感光性物質に光を照射する露光方法を採用した場合に、圧接によって、光吸収部の下面が感光性物質の上面形状に沿って容易に変形する。これにより、感光性物質と光吸収部とが容易に密接状態になるので、基板で１次反射した光が感光性物質の上面で界面反射するのを抑えることができる。従って、上記１次反射光を光吸収部に効率良く吸収させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は、本発明の第１実施形態によるマスク部材を用いた感光性樹脂の露光方法を説明するための断面図である。まず、図１を参照しながら、基板上に微細構造体を形成する場合に好適に採用される露光方法であるフォトリソグラフィについて説明する。
【００２９】
この露光方法では、図１に示すように、基板１上に塗布した感光性樹脂２の上方に、当該感光性樹脂２に臨むようにフォトマスク３Ａを配設する。そして、フォトマスク３Ａの略真上から当該フォトマスク３Ａを介して感光性樹脂２に照射光（紫外線）を照射する（矢印ａ）。これによって、感光性樹脂２に露光部分と未露光部分とからなる特定の露光パターンが形成される。
【００３０】
感光性樹脂２の上記露光部分は照射光によって硬化されており、未露光部分の未硬化の感光性樹脂２を、溶剤を用いて洗い流すことにより、硬化した感光性樹脂２からなる微細構造体を基板１上に形成する。なお、感光性樹脂２は、本発明の「感光性物質」の一例であり、フォトマスク３Ａは、本発明の「マスク本体」に相当する。
【００３１】
例えば、基板１の凹部１１を埋めるように構造体を形成する場合には、露光部分が、感光性樹脂２の基板１の凹部１１に対応する部分となり、未露光部分が、感光性樹脂２の基板１の平坦部１２に対応する部分となる。
【００３２】
そして、上記露光パターンを実現可能なように照射光を選択的に透過するよう構成されたフォトマスク３Ａが使用される。従って、フォトマスク３Ａは、その透光領域Ｒ１が上記露光部分に平面視で略合致するとともに、その遮蔽領域Ｒ２が上記未露光部分に平面視で略合致するような形状となっている。
【００３３】
詳細には、フォトマスク３Ａは、石英ガラス等の透光性材料からなる基板部３２と、クロム等からなる光遮蔽部３１とで構成されている。基板部３２は、厚肉部３２ａと薄肉部３２ｂとからなり、この薄肉部３２ｂの下面に光遮蔽部３１が設けられている。基板部３２の厚肉部３２ａと光遮蔽部３１とは、下面同士が面一となるように構成されている。なお、フォトマスク３Ａの光遮蔽部３１の下面では光の反射が起こりやすくなっている。
【００３４】
そして、基板部３２の厚肉部３２ａが、透光領域Ｒ１となっており、感光性樹脂２の露光されるべき部分に対応するようにその露光部分の上方に配されている。また、光遮蔽部３１が、遮蔽領域Ｒ２となっており、感光性樹脂２の未露光となるべき部分に対応するようにその未露光部分の上方に配されている。
【００３５】
ところで、フォトマスク３Ａを透過した光（矢印ｂ）は、基板１に形成された凹部１１の斜面１３等で反射（１次反射）し、感光性樹脂２の未露光となるべき部分（遮蔽領域Ｒ２に対応する部分）の上方に向けて進行する（矢印ｄ）。また、照射光（矢印ａ）の一部は、フォトマスク３Ａを透過時に光遮蔽部３１の端縁近傍で回折する（矢印ｃ）。この回折光は、基板１の平坦部１２で反射（１次反射）し、感光性樹脂２の未露光となるべき部分（遮蔽領域Ｒ２に対応する部分）の上方に向けて進行する（矢印ｅ）。
【００３６】
上記のような１次反射光（矢印ｄ，ｅ）は、フォトマスク３Ａの下面が感光性樹脂２に対面する従来構成においては、フォトマスク３Ａの下面で反射（２次反射）し、感光性樹脂２の未露光となるべき部分に向かう（矢印ｄ´，ｅ´）。そして、基板１とフォトマスク３Ａの下面とで上記反射が繰り返された場合、感光性樹脂２の未露光となるべき部分が露光されるので、十分なパターニング精度が得られない。
【００３７】
しかし、第１実施形態では、図１に示すように、フォトマスク３Ａの下面には、光吸収体４Ａが配されている。この光吸収体４Ａは、感光性樹脂２の未露光となるべき部分に臨ませて、光遮蔽部３１のみを下方から覆うように、フォトマスク３Ａの下面に取り付けられている。また、光吸収体４Ａは、紫外線を効率良く吸収可能なカーボンブラックを含有した有機樹脂からなっており、その光吸収率は、約９０％である。なお、光吸収体４Ａは、本発明の「光吸収部」に相当している。また、第１実施形態では、フォトマスク３Ａと光吸収体４Ａとで本発明の「マスク部材」を構成している。
【００３８】
このような構成では、１次反射光（矢印ｄ，ｅ）は、光吸収体４Ａに積極的に吸収されるため、従来の１次反射光の２次反射が抑制されることになり、未露光となるべき部分の感光性樹脂２が露光されるのが抑えられる。
【００３９】
第１実施形態では、上記のように、フォトマスク３Ａを透過後に基板１の斜面１３で反射（１次反射）し、感光性樹脂２の未露光となるべき部分の上方に向けて進行した１次反射光（矢印ｄ，ｅ）を、光吸収体４Ａで積極的に吸収することができる。これにより、上記１次反射光が例えばフォトマスク３Ａの下面で反射（２次反射）し、感光性樹脂２の未露光となるべき部分に向けて進行するといった不都合の発生を抑えることができる。従って、感光性樹脂２の未露光となるべき部分が露光されるのを抑えることができるので、パターニング精度を向上することができる。
【００４０】
また、第１実施形態では、上記のように、基板部３２と光遮蔽部３１とからなるマスク本体３Ａの下面に光吸収体４Ａを別途取り付ける構成とした。これにより、従来から感光性樹脂の露光処理に用いられているフォトマスク（本実施形態のマスク本体３Ａに相当）の下面に光吸収体４Ａを別途取り付けるという比較的簡単な作業を行うだけで、上述の効果を得ることができるようになる。
【００４１】
また、第１実施形態では、上記のように、光吸収体４Ａを、光遮蔽部３１のみを下方から覆うようにマスク本体３Ａの下面に取り付けたので、光吸収体４Ａがマスク本体３Ａの透光領域Ｒ１を透過する照射光の妨げとなるのを防ぐことができる。
【００４２】
また、第１実施形態では、上記のように、露光処理に用いられる紫外線を効率良く吸収可能なカーボンブラックを含有した有機樹脂からなる光吸収体４Ａを用いることによって、１次反射光を光吸収体４Ａで効率良く吸収することができる。
【００４３】
なお、上記第１実施形態の変形例として図２に示すマスク部材であってもよい。この変形例では、フォトマスク３Ａの下面全体を覆うように当該下面に光吸収体（光吸収部）４Ｂが取り付けられている。このような場合、光吸収体４Ｂに複雑な形状加工処理を施す必要がなくなる。なお、透光領域Ｒ１を透過する照射光が光吸収体４Ｂに吸収され過ぎることのないように、光吸収率がある程度低い光吸収体４Ｂを用いるのが好ましい。
【００４４】
図３には、第２実施形態によるマスク部材を用いた感光性樹脂の露光方法を説明するための断面図が示されている。
【００４５】
この第２実施形態では、フォトマスク３Ｂは、透光性材料からなる基板部３２のみを有している。そして、フォトマスク３Ｂと、このフォトマスク３Ｂ（基板部３２）に設けられる光吸収体（光吸収部）４Ｃとで、本発明の「マスク部材」が構成されている。光吸収体４Ｃは、照射光に対して高い遮蔽率を有する材料からなっており、感光性樹脂２の未露光となるべき部分に対応するように基板部３２の薄肉部３２ｂの下面に設けられている。
【００４６】
このように、基板部３２の下面に設けた光吸収体４Ｃに、従来から感光性樹脂の露光処理に用いられているフォトマスクの光遮蔽部と略同等の機能を持たせることで、光遮蔽部を不要とすることができる。これにより、コストを下げることができる。
【００４７】
図４には、第３実施形態による感光性樹脂の露光方法を説明するための断面図が示されている。
【００４８】
この第３実施形態では、基板１上の感光性樹脂２と光吸収体４Ａとの間にマッチングオイル５が充填されており、この状態で露光が行われる。マッチングオイル５は、屈折率整合剤として機能するものであり、感光性樹脂２よりも屈折率の高い物質であることが好ましい。
【００４９】
このように、感光性樹脂２と光吸収体４Ａとの間に感光性樹脂２よりも屈折率の高いマッチングオイル５が充填されることによって、基板１で１次反射した光（矢印ｄ）が感光性樹脂２の上面２１で反射（界面反射）する（仮想線の矢印ｆ）のを抑えることができる。これにより、上記１次反射光を効率良く光吸収体４Ａに向かわせることができる。
【００５０】
また、感光性樹脂２と光吸収体４Ａとの間にマッチングオイル５を充填したので、液状のマッチングオイル５が感光性樹脂２の上面２１の形状に簡単に馴染んで、基板１で１次反射した光が感光性樹脂２の上面２１で界面反射するのを容易に抑えることができる。
【００５１】
図５には、第４実施形態によるマスク部材を用いた感光性樹脂の露光方法を説明するための断面図が示されている。
【００５２】
この第４実施形態の上記第１実施形態と異なる点は、光吸収体（光吸収部）４Ｄが弾性を有する材料から構成されていることである。このような光吸収体４Ｄは、例えばカーボンブラックを含有したシリコーンゴムからなる。
【００５３】
例えば、図５（ｂ）に比較例として示すように、感光性樹脂２の上面２１に微細な凹凸が存在する場合、感光性樹脂２と光吸収体４Ｄとの間に空気層が形成される。この場合、基板１で１次反射した光（矢印ｄ）が感光性樹脂２の上面２１で界面反射し（矢印ｆ）、上記１次反射光が光吸収体４Ｄに到達しにくくなる。
【００５４】
しかし、第４実施形態の構成では、光吸収体４Ｄを感光性樹脂２に押圧接触させれば、圧接によって、光吸収体４Ｄの下面が感光性樹脂２の上面２１の形状に沿って容易に変形し、感光性樹脂２と光吸収体４Ｄとが容易に密接状態になる。これにより、基板１で１次反射した光が感光性樹脂２の上面２１で界面反射するのを抑えることができるので、上記１次反射光を光吸収体４Ｄに効率良く吸収させることができる。
【００５５】
また、上記実施形態の露光方法は、例えば図６に示す光導波路デバイスの製造に利用することができる。これによれば、基板１の導波路形成用溝としての凹部１１に、コア６１、下クラッド６２および上クラッド６３からなる導波路６を形成してなる導波路デバイスの性能を十分に向上することができる。
【００５６】
また、図７に示すマイクロ流体デバイス７の製造にも利用可能である。これによれば、検体投入部７１、検体反応部７２および流路７３を備えたマイクロ流体デバイス７の性能を十分に向上することができる。
【００５７】
また、図８に示すマイクロレンズ８の製造にも適用可能である。これによれば、基板１の凹部１１の底面１４に配した光源８１と、この光源８１を包むように凹部１１に形成されるレンズ部８２とを備えたマイクロレンズ８の性能を十分に向上することができる。
【００５８】
また、上記実施形態の基板１と異なり、凹部を有しない基板上に微細構造体を形成する場合にも、本発明の露光方法およびマスク部材を適用可能である。
【００５９】
また、光吸収体をフォトマスクの下方に、当該フォトマスクに離間するように配設して構成されるマスク部材であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１実施形態によるマスク部材を用いた感光性樹脂の露光方法を説明するための断面図である。
【図２】第１実施形態の変形例によるマスク部材を用いた感光性樹脂の露光方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態によるマスク部材を用いた感光性樹脂の露光方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態による感光性樹脂の露光方法を説明するための断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第４実施形態によるマスク部材を用いた感光性樹脂の露光方法を説明するための断面図であり、（ｂ）は比較例によるマスク部材を用いた感光性樹脂の露光方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の露光方法により製造された光導波路デバイスの要部断面図である。
【図７】本発明の露光方法により製造されたマイクロ流体デバイスの斜視図である。
【図８】本発明の露光方法により製造されたマイクロレンズの要部断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  基板
２  感光性樹脂（感光性物質）
３Ａ  フォトマスク（マスク本体、マスク部材）
３Ｂ  フォトマスク（マスク部材）
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ  光吸収体（光吸収部、マスク部材）
５  マッチングオイル
３１  光遮蔽部
３２  基板部
【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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