(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、平版に先端材料を塗布し、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、平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、平版に塗布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２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平版に先端材料を塗布する工程と、
基体と前記平版とを対向させ配置する工程と、
前記基体と前記平版を接近させ、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、
平版は、平版表面と表面エネルギーの異なる島状パターンを有する平版であること
を特徴とする微細構造体製造方法。
【請求項３】
請求項２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、
平版は、基体よりも疎水性を示す平版であり、
島状パターンは、親水性を示す島状パターンであること
を特徴とする微細構造体製造方法。
【請求項４】
請求項２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、
平版は、基体よりも親水性を示す平版であり、
島状パターンは、疎水性を示す島状パターンであること
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、
平版に先端材料を塗布する工程と、
基体と前記平版とを対向させ配置する工程と、
前記基体と前記平版を接近させ、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６】
請求項５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、平版に塗布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。
【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（特許文献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（特許文献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、平版に先端材料を塗布する工程と、基体と前記平版とを対向させ配置する工程と、前記基体と前記平版を接近させ、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、平版は、平版表面と表面エネルギーの異なる島状パターンを有する平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２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、平版は、基体よりも疎水性を示す平版であり、島状パターンは、親水性を示す島状パターンである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２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、平版は、基体よりも親水性を示す平版であり、島状パターンは、疎水性を示す島状パターンであ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、平版に先端材料を塗布する工程と、基体と前記平版とを対向させ配置する工程と、前記基体と前記平版を接近させ、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。
【００１４】
請求項６に記載の本発明は、請求項５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、平版に塗布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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の微細構造体製造方法は、平版に先端材料を塗布し、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、平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、平版に塗布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】
＜平版に先端材料を塗布する工程＞
＜基体と平版とを対向させ配置する工程＞
まず、平版に先端材料を塗布し、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】
平版は、先端材料に溶出しない材料であればよい。例えば、シリコン基板、石英基板、アルミ基板などを用いても良い。特に、シリコン基板／石英基板は、自然酸化膜への処理方法によって親水性にも疎水性にもなりえるため、表面エネルギーの制御を好適に行うことが出来、本発明の微細構造体製造方法に用いる平版の材料として好ましい。
【００２３】
また、平版は、平版表面と表面エネルギーの異なる島状パターンを有する平版であることが好ましい。平版表面と表面エネルギーの異なる島状パターンを有することにより、平版に塗布した先端材料を島状パターンを形成した位置に選択的に留めることが出来る。
【００２４】
島状パターンの形状は、設計事項であり特に限定されるものではない。
例えば、上面形状は、四角形、三角形、円形、輪形などであっても良い。
また、島状パターンは、平版内に島を一つ配置するパターンでも良いし、複数を配置するパターンでも良い。複数配置する場合、島をアレイ状に配置した島状パターンであっても良い。
【００２５】
また、島状パターンの寸法は、設計事項であり特に限定されるものではない。
ただし、液滴吐出により平版に先端材料を塗布する場合、吐出される先端材料の液滴の直径より小さい寸法の島状パターンを形成することが望ましい。これにより、吐出される先端材料の液滴を島状パターンを形成した位置に選択的に留めることが出来る。
【００２６】
また、島状パターンの形成方法としては、適宜公知の表面処理方法／パターニング方法を用いて良い。
例えば、表面処理方法として、（１）ＨＭＤＳ等のシランカップリング剤による疎水処理、（２）フッ素系粒子含有の撥水メッキによる疎水処理、（３）酸素プラズマ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、などを用いても良い。
また、例えば、パターニング方法として、メタルマスクを用いて選択的に表面処理を行う、などの方法を用いて良い。
【００２７】
また、先端材料が親水性の材料の場合、平版は、基体よりも疎水性を示す平版であり、島状パターンは、親水性を示す島状パターンあることが好ましい。  疎水性を示す平版に、親水性を示す島状パターンを形成することにより、親水性の先端材料を島状パターンを形成した位置に選択的に留め、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。
具体的に一例を挙げると、平版に疎水処理を行い、メタルマスクを用いてシリコンをスパッタし、該シリコンを酸素プラズマ処理することにより、親水性を示す島状パターンを形成してもよい。
【００２８】
また、先端材料が疎水性の材料の場合、平版は、基体よりも親水性を示す平版であり、島状パターンは、疎水性を示す島状パターンあることが好ましい。  親水性を示す平版に、疎水性を示す島状パターンを形成することにより、疎水性の先端材料を島状パターンを形成した位置に選択的に留め、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。
具体的に一例を挙げると、平版に親水処理を行い、メタルマスクを用いて撥水性の材料（ニッケル等）をスパッタして、疎水性を示す島状パターンを形成してもよい。
【００２９】
平版に先端材料を塗布する方法としては、適宜公知の塗布方法を用いて良い。例えば、インクジェット法、スピンコート法、ダイコート法、ディスペンサー装置などを用いても良い。特に、インクジェット法／ディスペンサー装置は、平版に塗布する先端材料の多寡を装置の吐出精度内で制御出来るため、微細構造体の先端形状の制御を好適に行うことが出来、本発明の微細構造体製造方法に用いる塗布方法として好適である。
ディスペンサー装置を用いる場合、具体的には、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。
【００３０】
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島状パターンを備えた平版と、を用いても良い。この場合、アレイ状に配列された複数の島状パターンに対して、各島状パターンに塗布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。
【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、先端材料とを定着させる。
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、先端材料が積層された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平版に塗布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、先端材料を調製した。
本実施例では、先端材料として、水系の硝酸ジルコニウムを用いた。
【００３７】
次に、疎水性を示す基板を用意した。
４インチシリコン基板に対し、疎水性の表面処理工程として、ＨＭＤＳベーパー処理を行った。疎水処理済みの基板表面を水への接触角を測定したところ１００°であったので、基板表面の疎水性を確認できた。
【００３８】
次に、親水性の島状パターンをパターニングした。
パターンの上面形状が円形となる島状パターンが貫通しているメタルマスクを作成し、上記疎水性を示す基板に密着させ、シリコンを膜厚１００ｎｍとなる条件にてスパッタした後、そのまま酸素プラズマ処理を施した。
これにより、スパッタしたシリコン面のみが親水化され、メタルマスクを剥離することで親水性の島状パターンをパターニングすることができた（図２（ａ））。
【００３９】
次に、ディスペンサーを用いて、平版に、水系の硝酸ジルコニウムを塗布した（図２（ｂ））。
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、平版内の親水部に着弾した後もその直径を維持しながら保持された（図２（ｃ））。
【００４０】
次に、熱電界放出電子銃のエミッタ先端を、平版の島状パターンに位置合わせし、これらを接近させて平版の液滴を転写させた（図２（ｄ））。
【００４１】
次に、先端材料の定着を行った。
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５ｎｍのＺｒＯ２の単層膜を得ることができた（図２（ｅ））。
【００４２】
次に、吐出条件を変更し、再度ディスペンサーを用いて先端材料を平版に吐出した。このとき、着弾後の液滴は直径４５μｍであった。
【００４３】
次に、再度、転写工程と乾燥工程を行い、直径５０μｍ、膜厚５ｎｍのＺｒＯ２の単層膜上に、直径４５μｍ、膜厚５ｎｍのＺｒＯ２の単層膜を重ねた積層膜を得ることができた（図２（ｆ））。
【００４４】
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５μｍ、膜厚１０ｎｍ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】
【００４５】
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】
【００４６】
【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の概略工程図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…エミッタ
２…積層膜
３…平版
４…島状パターン
５…ディスペンサ
６…先端材料
７…先端材料
８…基体
９…先端材料
１０…先端材料
１１…基体
１２…積層膜
【図１】
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【図２】
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