(57)【要約】【課題】３次元の微細構造体の製造に適した３次元の微細構造体製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の微細構造体製造方法は、凹版に先端材料を充填し、該先端材料を基体へと転写させることを特徴とする。本発明の構成によれば、凹版と基体のアライメントを取ることにより、基体に対して精度良く特定位置のみに選択的に先端材料を転写することが出来る。また、凹版に充填する先端材料の量の多寡により、微細構造体の高さなどの形状を制御することが出来る。【選択図】  図３
2009178790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹版に先端材料を充填する工程と、
基体と前記凹版とを対向させ配置する工程と、
前記基体と前記凹版を接近させ、前記基体と前記先端材料とを接触させる工程と、
前記基体と前記先端材料とを定着させる工程と、
を備えたことを特徴とする微細構造体製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の微細構造体製造法であって、
基体は、突起部を有する基体であり、
凹版は、順テーパの側壁を備えた凹部を有する凹版であること
を特徴とする微細構造体製造方法。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載の微細構造体製造方法であって、
凹版に先端材料を充填する工程と、
基体と前記凹版とを対向させ配置する工程と、
前記基体と前記凹版を接近させ、前記基体と前記先端材料とを接触させる工程と、
前記基体と前記先端材料とを定着させる工程と、を備え、
前記各工程を、順次、複数回繰り返すこと
を特徴とする微細構造体製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の微細構造体製造方法であって、
各工程を繰り返す度に、凹版に充填する先端材料の量を順次減少させること
を特徴とする微細構造体製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の微細構造体製造方法であって、
先端材料は親水性の材料であり、
凹版は、基体よりも疎水性を示す凹版であること
を特徴とする微細構造体製造方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の微細構造体製造方法であって、
先端材料は疎水性の材料であり、
凹版は、基体よりも親水性を示す凹版であること
を特徴とする微細構造体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元の微細構造体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な形状の３次元微細構造体が、広範に用いられている。例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、記録デバイス（ハードディスクやＤＶＤなど）、医療検査用チップ（ＤＮＡ分析用途など）、ディスプレイパネル、マイクロ流路、マイクロリアクタ、ＭＥＭＳデバイス、検査機器のプローブ先端部、電界放出素子などが挙げられる。
【０００３】
例えば、走査型電子顕微鏡等の電子ビーム装置などに用いられる熱電界放出素子として、多層構造の凸型階段状の積層電子放出面を有する熱電界放出素子（図１）が提案されている（参考文献１参照）。
【０００４】
例えば、反射防止用途のために設けるモスアイ構造体において、微細構造パターンを、先のとがった錐形（円錐、四角錘、多角錘など）の形状にすることが知られている（特許文献２参照）。
【０００５】
このような３次元の微細構造体を形成するためには、構造体に応じた微細加工技術が必要とされる。
【０００６】
例えば、リソグラフィと電鋳を繰り返して３次元構造体を形成する方法が提案されている（参考文献３参照）。
【特許文献１】特開平１０−２２８８７７号公報
【特許文献２】特開２００６−０３８９２８号公報
【特許文献３】特開２００７−２０４８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、微細構造体を形成するための微細構造体製造方法が望まれている。
【０００８】
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、３次元の微細構造体の製造に適した３次元の微細構造体製造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】
【０００９】
請求項１に記載の本発明は、凹版に先端材料を充填する工程と、基体と前記凹版とを対向させ配置する工程と、前記基体と前記凹版を接近させ、前記基体と前記先端材料とを接触させる工程と、前記基体と前記先端材料とを定着させる工程と、を備えたことを特徴とする微細構造体製造方法である。
【００１０】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の微細構造体製造法であって、基体は、突起部を有する基体であり、凹版は、順テーパの側壁を備えた凹部を有する凹版であることを特徴とする微細構造体製造方法である。
【００１１】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または２のいずれかに記載の微細構造体製造方法であって、凹版に先端材料を充填する工程と、基体と前記凹版とを対向させ配置する工程と、前記基体と前記凹版を接近させ、前記基体と前記先端材料とを接触させる工程と、前記基体と前記先端材料とを定着させる工程と、を備え、前記各工程を、順次、複数回繰り返すことを特徴とする微細構造体製造方法である。
【００１２】
請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載の微細構造体製造方法であって、各工程を繰り返す度に、凹版に充填する先端材料の量を順次減少させることを特徴とする微細構造体製造方法である。
【００１３】
請求項５に記載の本発明は、請求項１から４のいずれかに記載の微細構造体製造方法であって、先端材料は親水性の材料であり、凹版は、基体よりも疎水性を示す凹版であることを特徴とする微細構造体製造方法である。
【００１４】
請求項６に記載の本発明は、請求項１から４のいずれかに記載の微細構造体製造方法であって、先端材料は疎水性の材料であり、凹版は、基体よりも親水性を示す凹版であることを特徴とする微細構造体製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の微細構造体製造方法は、凹版に先端材料を充填し、該先端材料を基体へと転写させることを特徴とする。
本発明の構成によれば、凹版と基体のアライメントを取ることにより、基体に対して精度良く特定位置に選択的に先端材料を転写することが出来る。
また、凹版に充填する先端材料の量の多寡により、微細構造体の高さなどの形状を制御することが出来る。
よって、好適に３次元の微細構造体を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の微細構造体製造方法について、説明を行う。
【００１７】
＜凹版に先端材料を充填する工程＞
＜基体と凹版とを対向させ配置する工程＞
まず、凹版に先端材料を充填し、基体と対向させる。
【００１８】
先端材料は、凹版から基体へと転写が可能であるように流体であれば良く、微細構造体の用途に応じて適宜選択して良い。また、先端材料は、先端材料の極性に応じて溶媒を適宜加えても良い。一般に、極性の材料は極性溶媒（水系など）に分散しやすく、非極性の材料は非極性溶媒（溶剤系）に分散しやすいことが知られている。
【００１９】
上記極性溶媒としては、アセトン、ＭＥＫ、ＭＩＢＫ等のケトン類、メチルアルコール、エチルアルコール、２−プロパノール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸−ｎ−ブチル等のエステル類の他、純水等を例示することができる。
【００２０】
上記非極性溶媒としては、イソオクタン、シクロヘキサン、イソホロン等の芳香族炭化水素類、トルエン、キシレン、メシチレン、１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン（テトラリン）、ｎ−ヘキサン、ｎ−デカン、の脂肪族炭化水素類を例示することができる。
【００２１】
基体は用途により、適宜選択してよい。また、あらかじめ微細加工技術を用いて、加工されていても良い。例えば、微細加工技術として、リソグラフィ方法、エッチング方法、微細機械加工法（レーザ加工、マシニング加工、研削加工など）などを用いても良い。
【００２２】
凹版は、先端材料を保持する凹部を備えていれば良く、先端材料に溶出しない材料であればよい。凹部の上面からみた形状は、設計事項であり特に限定されるものではない。例えば、四角形、三角形、円形などであっても良い。
【００２３】
凹版の製造方法としては、凹版は所望する形状／精度で製造されればそれで足るものであり、公知の微細加工技術を用いて加工しても良い。例えば、微細加工技術として、リソグラフィ方法、エッチング方法、微細機械加工法（レーザ加工、マシニング加工、研削加工など）などを用いても良い。
【００２４】
また、凹版の製造方法としては、斜め露光を用いたフォトリソグラフィー法を用いることが好ましい。斜め露光の露光光の入射角によって凹部のＶの字角度を簡便に制御できるため、好適に、本発明で用いる凹版を製造することが出来る。
【００２５】
凹版に先端材料を充填する方法としては、微量の流体を吐出出来る方法であれば良い。例えば、インクジェット法や、ディスペンサー装置などを用いても良い。例えば、ディスペンサーとして機械変換方式または熱変換方式の加圧機構と、数１０μｍオーダーのノズル径による、数１０ピコリットルオーダーの吐出分解能を有したものを用いても良い。
【００２６】
基体が突起部を有する基体の場合、凹版は順テーパの側壁を備えた凹部を有する凹版であることが好ましい。順テーパの側壁を備えることにより、先端材料の充填のとき側壁に先端材料が落着しても凹部の中心部に先端材料を保持することが出来る。また、凹部が順テーパの側壁を備えることにより、突起部に先端材料を転写するとき、突起部が順テーパの側壁によるＶの字の凹部内に位置すればそれで足るため、凹版と基体とのアライメントを行いやすい。
【００２７】
また、アレイ状に配列された突起部を備えた基体と、アレイ状に配列された凹部を備えた凹版と、を用いても良い。この場合、アレイ状に配列された複数の凹部に対して、各凹部に充填する先端材料の量を変化させることにより、アレイ間の突起部の一部のみに選択的に先端材料を塗布することが出来る。これにより、アレイ状に配列された突起部の高さに分布を持たせたアレイ状の３次元構造体を形成することが出来る。このような構造体は、反射防止体として活用が出来る。
【００２８】
先端材料が親水性の材料の場合、凹版は基体よりも疎水性を示す凹版であることが好ましい。基体よりも疎水性を示す凹版であることにより、親水性の先端材料を高接触角で保持することが出来、好適に先端材料を基体へ転写することが出来る。
【００２９】
先端材料が疎水性の材料の場合、凹版は基体よりも親水性を示す凹版であることが好ましい。基体よりも親水性を示す凹版であることにより、疎水性の先端材料を高接触角で保持することが出来、好適に先端材料を基体へ転写することが出来る。
【００３０】
上述したように、先端材料を基体／凹版で相対的に高接触角で保持するために、基体／凹版に表面の極性を変化させる表面処理を行っても良い。
例えば、（１）表面にシリコン膜を形成し、該シリコン膜にＨＭＤＳ等のシランカップリング剤による疎水処理、（２）フッ素系の撥水メッキ処理、（３）酸素プラズマによるアッシング処理による親水処理、（４）アルコール類のコーティングによる親水処理、などを行っても良い。
【００３１】
＜基体と先端材料とを接触させる工程＞
＜基体と先端材料とを定着させる工程＞
次に、突起部と液滴が接触する距離まで、どちらかまたは両方を近づけ（図１０）、先端材料とを定着させる（図１１）。
定着させる方法としては、用いた先端材料に応じて選択してよい。例えば、乾燥により溶媒を揮発させても良い。
【００３２】
また、本発明の微細構造体製造方法は、上述した各工程を、順次、複数回繰り返しても良い。
各工程を複数回繰り返すことにより、積層膜を形成することが出来る。
【００３３】
また、各工程を複数回繰り返す場合、工程を繰り返す度に凹版に充填する先端材料の量を順次減少させることが好ましい。このとき、凸階段形状の積層膜を形成することができ、錘状の微細構造体を形成することが出来る。
【００３４】
本発明の微細構造体製造方法は、広範な分野に用いることが出来る。
特に、熱電子放出素子の製造に用いる場合、好適である。熱電子放出素子は、使用中、エミッタ先端に高電界が集中する為、エミッタ先端部消失してしまい、熱電界放出電子素子の寿命が尽きてしまう問題がある。このため、電子放出面をエミッタ先端に積層させることが提案されている（図１（ａ）断面図、（ｂ）上面図）。本発明の微細構造体製造方法を用いれば、エミッタ先端部が積層膜となった熱電子放出素子を、特に、好適に製造することが出来る。
【実施例】
【００３５】
以下、実施の一例として、エミッタ先端部のみがＺｒＯ２の積層膜により形成された熱電界放出電子素子の製造方法を示す。
【００３６】
まず、凹版を形成する。対角１００μｍのひし形の露光光遮光パターンを入れたフォトマスクを用意した（図２（ａ））。
【００３７】
次に、４インチ基板に対し、ＳＵ−８レジストを用い、スピンコーティング法により、膜厚を３００μｍとして回転塗布した（図２（ｂ））。
【００３８】
次に、スピンコーティング後の塗膜に対し、フォトマスクをコンタクトさせた（図２（ｃ））。
【００３９】
次に、露光を行った。露光時においては、傾斜角度が制御できるステージへ露光する基板をセットし、基板を正方向に１５°傾斜させ、高圧水銀ランプによる露光を行った（図２（ｄ））。
正方向での露光が完了したら、反対方向へ１５°傾斜させて露光を行ったＰ（図２（ｅ））。
このとき、正方向及び反対方向の露光量を積算して２０００ｍＪ／ｃｍ２の露光量とした。正方向と反対方向からの入射光と反射光により、３００μｍのレジスト膜の露光部において、Ｖ字形状の潜像を得た。
【００４０】
次に、現像を行った。現像液として、ＳＵ−８  Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒを用い、金属製のバットにて揺動させながら現像を行った。
【００４１】
次に、凹版に疎水性の表面処理を行った。凹版の表面にはシリコンを膜厚５０ｎｍとしてスパッタし、その後ＨＭＤＳによる疎水処理を行った。疎水処理を行った後、水への接触角が１２０°となり、疎水性であることを確認した（図２（ｆ））。
【００４２】
次に、先端材料を準備し、凹版に充填した（図３（ａ））。
先端材料としてはジルコニウムを用いた。ジルコニウムは一部の極性溶媒に可溶であり、ディスペンサーにより吐出させる塗液としては、硝酸ジルコニウム溶液を採用したので、疎水性の凹版が好ましい。
ディスペンサーは、Ｍｉｃｒｏｄｒｏｐ社製ＭＤ−Ｋ−１４０（ノズル径５０μｍ）を使用した。ＭＤ−Ｋ−１４０は、圧電素子による圧力で塗液を飛び出させる機構である。
ＭＤ−Ｋ−１４０からは、直径約５０μｍの塗液が塗出され、凹版内の凹部に充填した後もその直径を維持しながら保持された。
【００４３】
次に、熱電界放出電子銃のエミッタ先端を、凹部に位置合わせし（図３（ｂ））、これらを接近させて凹部内の液滴を転写させた（図３（ｃ））。
転写後、熱電界放出電子銃のエミッタ先端には、硝酸ジルコニウム溶液が塗布されることになるが、加熱による乾燥工程を経て直径５０μｍ、膜厚５０ÅのＺｒＯ２の単層膜を得ることができた（図３（ｄ））。
【００４４】
次に、ディスペンサーによる吐出条件を変更し凹版に吐出、着弾後に直径４５μｍの液滴を吐出した。
【００４５】
次に、再度、転写工程と乾燥工程を行い、直径５０μｍ、膜厚５０ÅのＺｒＯ２の単層膜上に、直径４５μｍ、膜厚５０ÅのＺｒＯ２の単層膜を重ねた積層膜を得ることができた（図３（ｅ））。
【００４６】
以上より、熱電界放出電子銃のエミッタ先端に対し、先端幅５μ、膜厚５００Åの凸型階段形状の積層電子放出面を形成することができた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の微細構造体製造方法は、微細構造体を形成することが求められる広範な分野に利用することが期待される。例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、記録デバイス（ハードディスクやＤＶＤなど）、医療検査用チップ（ＤＮＡ分析用途など）、ディスプレイパネル、マイクロ流路、マイクロリアクタ、ＭＥＭＳデバイス、検査機器のプローブ先端部、電界放出素子などの製造工程において好適に利用することが期待出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】先端に積層膜を備えた熱電界放出素子の一例である。
【図２】本発明の微細構造体製造方法に用いる凹版の製造方法の一例である。
【図３】本発明の微細構造体製造方法の概略工程図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…エミッタ
２…積層膜
３…露光光透過部
４…島状遮光部
５…基板
６…ネガレジスト層
７…露光光（正方向）
８…露光光（反対方向）
９…ディスペンサー
１０…先端材料
１１…基体
１２…積層膜
【図１】
2009178790.tif 000003
【図３】
2009178790.tif 000004
【図２】
2009178790.tif 000005