九州シンクロトロン光研究センター
県有ビームライン利用報告書
課題番号：1705034S

BL 番号：BL09（様式第 5 号）
シンクロトロン光・高輝度Ｘ線を利用する LIGA 微細加工における斜多重露光の技術開発研究
Technical developments of the inclined multi-irradiations for the LIGA micromachining by using
the high-bright X-ray of synchrotron light.
日高昌則 1, 3、野上大史 2、中島文弥 2、常葉信生 3、大石 明広 3、秋山 博臣 4、藤井 弘也 5
M.Hidaka, H.Nogami, F.Nakashima, N.Tokiwa, A. Oishi, H.Akiyama, H.Fujii
1;九州大学大学院工学研究院 機械工学部門 2;九州大学大学院工学研究院 システム生命科学府
3;田口電機工業 技術課、4; 宮崎大学教育文化学部、5; 大分大学教育福祉科学部
1;Department of Mechanical Engineering, Graduate School of Engineering, Kyushu University,
2;Graduate School of System life Sciences, Kyushu University, 3;Technical Section, Taguchi
Plating Industry, Co. Ltd, 4;Faculty of Education and Culture Graduate School of Education,
Miyazaki University, 5;The Faculty of Education and Welfare Science Graduate School of
Education, Oita University.
１．概要
シンクロトロン光・高輝度Ｘ線を使用する LIGA 微細加工により、マイクロ細孔配列をもつ金属製
薄板（Ｍシート：厚さ；約 200～300μm の製作に関する技術開発が行われた。この薄板には、マイクロ細孔（直径；約 100μm、最近接距離；約 300μm）が正方対称および六方対称で配列されている。
本 LIGA 工程中の金属製薄板を製作する電気メッキの前処理段階において、マイクロ細孔配列と同様な構造仕様のマイクロ円柱配列をもつポリマー製（PMMA）薄板（Ｐシート）も製作された。Ｐ
シートおよびシートに作製されたマイクロ円柱配列、マイクロ細孔配列の構造特性は、市販のマイクロスコープ、レーザー顕微鏡、走査電子電顕により解析された。本研究では、ストレート型のマイクロ円柱やマイクロ細孔に加えて、入射Ｘ線ビームを照射用フォトレジスト面に対して若干傾斜することにより、斜形型のこれらのマイクロ構造が製作できることが確証された。これは、高輝度Ｘ線の斜多重露光がテーパー型のマイクロ円柱、細孔を製作することを示唆した。また、シンクロ
トロン光・高輝度Ｘ線を使用する LIGA 微細加工により、厚さ 3～5mm 程度のフォトレジスト中に、ポリマー製、金属製の３次元マイクロチャンネルを製作できる可能性が明らかになった。
Technical developments for the metal thin sheets, called the M-sheets, having the micro-porearray were carried out with the LIGA micro-machining by using the high-bright X-rays ofsynchrotron light. The thickness of the M-sheets was about 200~300μm. The micro-pores ofabout 100μm in a diameter were sited at the M-sheets with a tetragonal or hexagonalarrangement, where the distance among the nearest-neighbor micro-pores was about 300μm. At
the present LIGA processing, the polymer (PMMA) thin sheets, called the P-sheets, having the
micro-column array were also made at the irradiated photo-resists, before the electroplating to
make the M-sheets. The structural properties for the micro-column arrays at the P-sheets andthe micro-pore ones at the M-sheets were analyzed with an ordinary microscope, a laser
microscope and a scanning electron microscope. In the present investigations, it was found that,in addition to the micro-columns and micro-pores of straight-type, the ones of oblique-type weremade slightly by inclining the incident X-ray beams to the irradiated photo-resist set on the
X-ray scanner-holder. This suggested that the inclined multi-irradiation of the incident X-ray
beams gives to make the micro-column array and the micro-pore one, having a micro-structure oftaper-type for the P-sheets and the M-sheets. It was also found that there was a possibility tomake the 3D micro-channels of polymer and metal in a photo-resist of about 3~5mm in a
thickness by means of the LIGA processing using synchrotron light.

２．背景と目的
これまで国内外のシンクロトロン光研究施設を利用して、シンクロトロン光からの高輝度Ｘ線を使用した深刻Ｘ線リソグラフィによる LIGA 微細加工（SL-LIGA）の技術開発を実施してきた。2008～2016 年度には、九州シンクロトロン光研究センター（佐賀ＬＳ）の BL-09 ビームラインで LIGA
微細加工に関する基礎的な技術開発研究を実施してきた。これらの LIGA に関する技術開発は、2009～2011 年度に田口電機工業と九州大学大学院・理学研究院（物理部門）との共同技術開発研究に与えられた経済産業の戦略的基盤技術高度化支援事業に基づいている。また、2012～2017 年度には、
田口電機工業と九州大学大学院・工学研究院（機械工学部門、システム生命科学府）とのLIGA&MEMS 微細加工に関する共同技術開発を実施している。
最近、微細加工に関する機械加工部門では、金属製薄板のストレート型およびテーパー型マイクロ細孔配列を持つ部品製造が話題になっている。特に、マイクロ細孔の直径；20～60μm、配列ピッチ；
100～300μm で、厚さ；100～500μm の金属製シート量産製造の技術開発が求められている。本研
究では、シンクロトロン光・高輝度Ｘ線を利用する LIGA により、これらの構造仕様のマイクロ細孔配列をもつ金属製薄板製作に関連する技術開発を行う。特に、本実験の主目的は、ストレート型およびテーパー型マイクロ細孔配列の試作研究である。また、これらの技術開発は、各種のポジ型＆ネガ型の３次元マイクロチャンネルの製作に継承されるので、この試作研究も行う。
３．実験内容（試料、実験方法、解析方法の説明）
本研究で使用するＸ線フォトマスクは、市販のステンレス製のメタルマスク（厚さ；約600μm）より作製した。左図には、メタルマスクの構造仕様が示されている。外形サイズ；(60ｘ80)mmのメタ
ルマスクには、直径；100μm、最近接距離；約300μmのマイクロ細孔配列が形成されている。
このメタルマスクには、２種類のマイクロ細孔
配列の領域（外形サイズ；(40ｘ28)mm）が刻まれている。左側には正方配列、右側には六方配列である。本実験では、このメタルマスクのマイクロパターンは高出力の紫外線（UV）を使用してフォトレジストに等倍転写された。この照射済フォトレジストのLIGA処理工程（現像、めっきetc.）を経て、専用のＸ線フォトマ
スクが作製された。ただし、シンクロトロン
光・高輝度Ｘ線の高い透過性を考慮して、Ｘ線
正方配列
六方配列
フォトマスクに描画されたポジ型マイクロパ
ターン（マイクロ円柱配列）はポリマー（PMMA）製、基板は厚さ；約20μmの金・Au製である。
本実験では、BL09ビームラインの実験ポー
トに自作の専用Ｘ線チャンバーを仮設して、このチャンバー内に設置されたＸ線スキャナーの冷却試料ホルダーに照射用フォトレジスト
基板を搭載して各種の照射実験を行った。なお、Ｘ線フォトマスクに描画されたマイクロパ
ターンを等倍転写した照射済フォトレジスト
は、田口電機工業でLIGA処理工程(現像、めっきetc.)を行った。これらの画像解析はマイクロスコー
プ、レーザー顕微鏡および走査電子顕微鏡（SEM）を使用して行った。
４．実験結果と考察
本実験では、LIGA による金属製薄板のストレート型およびテーパー型マイクロ細孔配列の試作が主目的である。しかし、本 LIGA 工程中の金属製薄板を製作する電気めっきの前処理段階において、マイクロ細孔配列と同様な構造仕様のマイクロ円柱配列をもつポリマー（PMMA）製薄板（Ｐシート）が製作できるので、これらの試作研究も行った。また、これらの実験結果を基に、各種のポジ型＆ネガ型の３次元マイクロチャンネルの試作研究も行った。従って、以下の様に、４－１．ストレー
ト型マイクロパターン、４－２．テーパー型マイクロパターン、４－３．マイクロチャンネルの項に分けて実験結果および考察を行う。なお、本実験結果を解析、考察する場合、照射用フォトレジスト
基板が搭載されたＸ線回析装置（ゴニオメーター）での右手系の座標軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）は以下のよ
うに決める；水平方向（周回する電子軌道面内）をＸ軸、Ｘ軸に垂直な鉛直方向をＺ軸、Ｘ軸およびＺ軸に垂直な高輝度Ｘ線ビームの入射方向をＹ軸とする。従って、高輝度Ｘ線がフォトレジスト基板に直入射される場合には、フォトレジストシートは（Ｘ－Ｚ）面内に設置される。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの回転角は、それぞれχ、ψ、θとする。
４－１．ストレート型マイクロパターン
ストレート型マイクロ細孔配列を試作する本実験では、Ｘ線フォトマスクに描画されたマイクロパ
ターンは高輝度Ｘ線の直入射により照射用フォトレジストに等倍転写された。下図には、このフォトレジストの現像後に撮られたマイクロスコープ像が示されている。この図の左側が正方配列、右側が六方配列である。ただし、これらの撮像は、マイクロスコープの鏡筒が照射・現像済フォトレジスト
基板に対して約 15°に傾けて撮影されている。ポリマー（PMMA）製マイクロ円柱は透明であるので、直入射の円柱側面はマイクロスコープのハロゲン灯で明るく観察される。ただし、LIGA の後処
理工程・めっきを考慮して、フォトレジスト基板のガラス表面には、照射実験前に数百 Å の無電解 Ni がコートされている。これらの基板背景の黒色はこの Ni コートによる。従って、いずれのガラスにも、ポリマー製マイクロ円柱配列が映っている。
これらのマイクロ円柱配列の構造特性がレー
ザー顕微鏡により調べられた。左図は、直入射で得られたフォトレジスト基板の現像済フォトレ
ジストのレーザー顕微鏡撮像を示す。上段の左側が２次元、右側が３次元の正方配列である。これらの撮像には、２個のポリマー製マイクロ円柱をスキャンするレーザー軌跡（Ｘ軸方向）が青線で表示されている。また、この２次元図には、この青線軌跡の下方にレーザー解析の高さ方向（Ｙ軸方向）における計測値も示されている。下段には、レーザー軌跡に沿った解析（レーザー解析）が示
100μm 200μm
されている。このフォトレジストに作製されたマイクロ円柱配列は、高さ；約 250μm、直径；約100μm、最近接距離；約 300μm のマイクロ構造
仕様を示す。
左図は、直入射で得られたフォトレジスト基板の現像済フォトレジストのレーザー顕微鏡撮像を示す。上段の左側が２次元、右側が３次元の六方配列である。下段のレーザー解析では、このフォトレジストに作製されたマイクロ円柱配列は、
高さ；約 230μm、直径；約 100μm、最近接距離；
約 300μm のマイクロ構造仕様を示す。
正方および六方配列の構造特性は、高輝度Ｘ線
100μm 200μmによる照射実験に使用したＸ線フォトマスクの２次元マイクロ細孔配列を反映している。また、レーザー解析から、これらのマイクロ円柱の上面および側面は極めて滑らかに形成されていることが確証された。
前述した様に、本実験で使用したＸ線フォトマスク
には正方および六方配列の領域（外形サイズ；(40ｘ28)mm）がある。現像済フォトレジストで作製された２種類の領域でのポリマー製マイクロ円柱配列の構造特性を調べるために、これらの領域の一部はスパッタ
ー装置により Au コートされた。右図は、Au コートしたフォトレジストの SEM 撮像である。この図の上段には正方、下段には六方配列のマイクロ円柱が示されている。直入射により同時に作製された正方、六方配

列は、高質な同一のマイクロ円柱をもつ。特に、これらの円柱の拡大図（右側上下）は、極めて高精度で滑らかな側面を示す。

本研究では、高質なマイクロ細孔配列をもつ金属製薄板の量産化が最終目的である。従って、上図の Au コートされた領域を除いて、これらのポリマー製マイクロ円柱配列に対する Ni 製電気めっきを行った。従って、フォトレジスト基板のガラス表面にコートされた数百 Å の無電解 Ni 層がめっき工程の陰極板となる。めっき処理後には、金属製薄板のマイクロ細孔内部にあるポリマー製マイクロ円柱は剥離処理により除去される。下図は、正方配列（上段）および六方配列（下段）のマイクロ細孔を示す Ni 製金属薄板の SEM 撮像である。ただし、これらの撮像で、下図の左側上下は直入射、中央および右側は試料表面を 15°傾斜して拡大撮影されている。左側、中央、右側の撮影倍率はそれぞれ 50 倍、100 倍、300 倍である。このめっきにおける処理条件は、めっき電流；100mA、めっ
き時間；約 70 時間、めっき温度；45℃であった。また、正方配列と六方配列の Ni めっき
厚 は そ れ ぞ れ 約
208μm、210μm であった。これらの SEM 撮像から、正方と六方配列の高質なマイクロ細孔が同一の高輝度Ｘ線照射により作製できることが確証された。
これらのマイクロ細孔の構造特性を評価するために、1000 倍の SEM 撮像が下図に示されている。
この図の左側が正方配列、右側が六方配列のマイクロ細孔である。従って、LIGA めっき工程で製作された Ni 製金属薄板は約 0.5μm 以下の Ni マイクログレインが集合した 1～3μm 程度のマイクロクラスターの積層集合体から形成されていて、このマイクロ細孔側面はかなり高質な滑らかさを保持していることが確証された。前述したように、これらの細孔側面の滑らかさはポリマー製マイクロ円柱
側面の高質化による。

４－２．テーパー型マイクロパターン
金属製のテーパー型マイクロ細孔配列を LIGA により試作する本照射実験では、Ｘ線フォトマスク
に描画されたマイクロパターンは、高輝度Ｘ線の斜入射多重露光により照射用フォトレジストに等倍転写をされた。この斜入射角度がテーパー角度に相当する。本実験で使用する斜入射多重露光はマイクロ細孔配列やマイクロ円柱配列を製造するのに有効であるかを調べるために、２種類の斜入射実験を行った。特に、これらの配列が示すマイクロ構造と斜入射方向の結晶学的な対称性；４回対称と６回対称との相関を検証した。テーパー型マイクロパターンは、特定軸周りの全回転操作により作製できる。ただし、本実験では、Ｘ線フォトマスクに描画された正方と六方配列のマイクロ細孔は同時に照射された。この目的は、種々の空間配列をもつマイクロパターンが斜入射多重露光によりどのような構造特性を示すかを調べるためである。
４－２－１. ４回対称実験
下図は本実験で利用した高輝度Ｘ線の４回対称斜入射による２重露光の概念図である。この図に

は、高輝度Ｘ線の入射方向（Ｙ軸）から見たフォトレジスト基板上のＸ線フォトマスクが表示されている。図中の小円配列がこのマスクに描画された正方配列のマイクロ細孔（細孔内部；ポリマー製マイクロ円柱）を表している。また、シンクロトロン光加速器の電子軌道面は水平方向；（Ｘ－Ｙ）面内である。従って、本実験では、同一フォトレジストにこの軌道面を遂次に①と②にセットして２重露光実験を行った。ただし、テーパー角度で斜入射するために、フォトレジスト基板は、①および②ではＺ軸周りにθ＝5°であらかじめ回転している。マイクロ細孔に描かれた赤線楕円は、４回対称実験によるテーパー型マイクロ細孔を表している。

②

電子軌道面

①
１

下図には、４回対称の斜入射２重露光で得られた現像済フォトレジストのマイクロスコープ撮像が示されている。フォトレジストの厚さは約 260μm である。この図の左側が正方配列、右側が六方配列である。２重露光で作製 さ れ た ポ リ マ ー（PMMA）製マイクロ円
柱配列が観測される。こ
れらの撮像では、マイクロスコープの鏡筒は現像
済フォトレジスト基板に対して傾けて撮影されている。ただし、LIGA の後処理工程・めっきを考慮して、フォトレジスト基板のガラス表面には、照射実験前に無電解 Ni がコートされている。これ
らの基板背景の黒色はこの Ni コートによる。従って、いずれのガラスにも、２重露光による２種類のポリマー製マイクロ円柱配列が映っている。
これらのマイクロ円柱配列の２次元マイクロスコープ撮像が下図に示されている。この図の左側が正方配列、右側が六方配列である。図中の表示①、②は前述した２重露光の概念図に表示されている。
また、黒線および赤線は、斜入射①および②における各マイクロ円柱を結んだ中心線を示している。
従って、４回対称の２重露光が六方配列のマイクロ円柱にも反映されていることが確証された。

②

②
①

①

ただし、黒線と赤線との交点は、斜入射２重露光で作製された各テーパー型マイクロ円柱上面が互いに若干シフトしていることを示す。この事象は、本照射実験に使用したＸ線ゴニオメーターの座標
軸とフォトレジスト表面の座標軸が off-center であったことを示す。従って、テーパー型のマイクロパターンの試作研究には、これらの座標系の一致が重要であることを確認した。
斜入射２重露光で得られた現像済フォトレ
ジストで作製された２種類の領域でのポリマー製マイクロ円柱配列の構造特性を調べるた
めに、一部の正方および六方配列はスパッタ
ー装置により Au コートされた。左図は、Au
コートしたフォトレジスト領域での SEM 撮像である。上段には正方配列、下段には六方配列のマイクロ円柱が示されている。Ｘ線ゴ
ニオメータ－座標軸とフォトレジスト座標軸の若干 off-center 状態がこれらのマイクロ円柱上面で観測されるが、右側上下の拡大図
はマイクロ円柱側面が極めて高精度で滑らかな側面を示している。

４－２－２. ６回対称実験
下図は、本実験で利用した６回対称斜入射による３重露光の概念図である。この図にも、高輝度Ｘ
線の入射方向（Ｙ軸）から見たフォトレジスト基板上のＸ線フォトマスクが表示されている。図中の小円配列がこのマスクに描画された六方配列のマイクロ細孔（細孔内部；ポリマー製マイクロ円柱）を表している。シンクロトロン光加速器の③②電子軌道面は水平方向；（Ｘ－Ｙ）面内である。従って、本実験では、同一フォトレジ
ストにこの軌道面をそれぞれ①、②、③と逐次にセットして３重露光実験を行った。
ただし、テーパー角度で斜入射するために、
フォトレジスト基板は、①、②、③ではＺ
電子軌道面軸周りにθ＝10°あらかじめ回転している。マイクロ細孔に描かれた青線楕円は、①６回対称実験によるテーパー型マイクロ細１孔を表している。ただし、この実験では、
Ｘ線フォトマスクに描画された正方配列のマイクロ細孔も同時に照射された。

下図には、６回対称の斜入射３重露光で得られた現像済フォトレジストのマイクロスコープ撮像が示されている。フォトレジストの厚さは約 250μm である。この図の左側が正方配列、右側が六方配列である。３重露光で作製されたポリマー（PMMA）製マイクロ円柱配列が観測される。ただし、LIGA のめっき工程を考慮して、フォトレジスト
基板のガラス表面には、照射実験前に無電解 Ni
コートがされている（めっきでの陰極板になる）。
従って、いずれのガラスにも、３重露光によるポリマー製マイクロ円柱配列が映っている。
これらのマイクロ円柱配列の２次元マイクロスコープ撮像が下図に示されている。この図の左側が正方配列、右側が六方配列である。図中の①、②、③は前述した３重露光の概念図に表示されている。
また、黒線、赤線および青線は、斜入射①、②、③における各マイクロ円柱を結んだ中心線を示している。従って、６回対称の３重露光が六方配列のマイクロ円柱にも反映されていることが確証された。
ただし、黒線、赤線、青線との交点は、斜入射３重露光で作製された各テーパー型マイクロ円柱上面
が互いに若干シフトしていることを示す。前述したように、この事象は、本照射実験に使用したＸ線
ゴニオメータ－の座標軸とフォトレジスト表面の座標軸が off-center であったことを示す。従って、テーパー型のマイクロパターンの試作研究には、これらの座標系の一致が重要であることを再確認し
た。

②

③

②

③

①

①

斜入射３重露光で得られた現像済フォトレジストで作製されたこれらの領域でのポリマー製マイクロ円柱配列の構造特性を調べるために、一部の正方および六方配列はスパッター装置により Au コートされた。左図は、Au コートしたフォトレジスト領域での SEM 撮像である。上段には正方配列、下段には六方配列のマイクロ円柱が示されている。Ｘ線ゴニ
オメーター座標軸とフォトレジスト座標軸のoff-center 状態がこれらのマイクロ円柱上面で観測されるが、右側上下の拡大図はマイクロ円柱側面は極めて高精度で滑らかな側面を示している。

４－２－３．Ni 製テーパー型マイクロ細孔配列の SEM 撮像
テーパー型マイクロ細孔配列をもつ金属製薄板（厚さ；約 200～300μm）製作の技術開発のために、上図の Au コートされた領域を除いて、これらのポリマー製マイクロ円柱配列に対する Ni 製
電気めっきを行った。このめっきの陰極板は、フォトレジスト基板のガラス表面に化学的にコートされた無電解 Ni 層（厚さ；数百 Å）である。めっき処理後には、金属製薄板のマイクロ細孔内部にあるポリマー製マイクロ円柱は剥離処理により除去される。下図には、４回対称実験で得られた
正方配列（上段）および六方配列（下段）のマイクロ細孔を示す Ni 製金属薄板の SEM 撮像である。
また、左側には表面、右側には裏面が示されている。本実験のめっき処理条件は、
（４－１．
）項の
ストレート型マイクロパターンの条件と同じである。

表面

裏面

下図には、６回対称実験で得られた正方配列（上段）および六方配列（下段）のマイクロ細孔をもつ Ni 製金属薄板の SEM 撮像である。また、左側には表面、右側には裏面が示されている。ただし、これらの撮像およびめっき処理条件は、上図の４回対称実験と同じである。

裏
表面
４回対称および６回対称の斜入射多重照射により得られた
SEM 撮像から、マイクロ細孔配列をも面
つ金属製薄板の表面と裏面から観察できるマイクロ細孔口の形状およびマイクロ細孔側面は、高精度な高質なマイクロ構造を示すことが確証された。従って、テーパー型マイクロ細孔配列は、あらかじめフォトレジスト基板をＸ線回析装置（ゴニオメーター）の鉛直軸（Ｚ軸）周りに小角度（θ＝約3~5°）回転・固定した後、高輝度Ｘ線の入射方向（Ｙ軸）まわりに１回転することにより作製できることが確証された。また、本照射実験は、結晶学的な対称操作を斜入射多重露光に使用することにより任意の形状をもつテーパー型のマイクロ細孔やポリマー製マイクロ柱の配列が製作できることを示唆する。
４－３．マイクロチャンネル
下図は、本実験で利用した高輝度Ｘ線の斜入射法による積層フォトレジスト基板への２重露光の概念図である。等倍転写用のＸ線フォトマスク下部には、カプトンフィルム（厚さ；約 125μm）上に塗布したフォトレジスト基板（Ｋ－基板）と硬質ガラス上に塗布したフォトレジスト基板（Ｇ－基板）が設置された。本実験で作製したＫ－基板およびＧ－基板のフォトレジストの厚さは約 240~300μmである。マイクロチャンネルの試作研究に望まれる高厚（3～② ①5mm）なフォトレジストシート
Ｘ線フォトマスク
はまだ製作検討中であるので、本実験では、Ｋ－基板とＧ－基
カプトンフイルム
板との間に厚さ；2～3mm のス
フォトレジスト
テンレス製薄板を挿入した。従ステン製薄板って、入射Ｘ線側にＫ－基板を、
ガラス基板
冷却試料ホルダー側にＧ－基板を配置した。
斜入射によるＫ－基板とＧ－基板でのマイクロパターン転写撮像の位置関係を解析するために、
上図の様に照射Ｘ線の直入射①と斜入射②との２重露光をフォトレジストに行った。下図は、概念図に示した２重露光用のフォトレジスト基板ホルダーを使用して、高輝度Ｘ線の直入射で得られたＫ－
基板の照射・現像済フォトレジストのレーザー顕微鏡撮像を示す。上段の左側が２次元、右側が３次元の正方配列である。
前述した様に、これらの撮像には２個のポリマー製マイクロ円柱をスキャンする
レーザー軌跡（Ｘ軸方向）が青線で表示されている。更に、２次元図にはこの青線軌跡の下方にレーザー解析の高さ方向
100μm
200μm

（Ｙ軸方向）における計測値も示されている。下段には、レーザー軌跡に沿った解析（レーザー解析）が示されている。従って、このフォトレジストに作製されたマイクロ円柱配列は、高さ；約 250μm、
直径；約 100μm、最近接距離；約 300μm のマイクロ構造仕様を示す。
下図には、上図と同様なＫ－基板のフォトレジストのレーザー顕微鏡撮像を示す。ただし、六方配列のポリマー製マイクロ円柱が示されている。このレーザー解析も、マイクロ円柱配列は、高さ；約230μm、直径；約 100μm、最近接距離；
約 300μm のマイクロ構造仕様を示す。しかし、正方および六方配列の２次元撮像
は、（４－１）項の高輝度Ｘ線の直入射の撮像と少し異なる。これらのマイクロ円柱の下方部に黒色の陰影が観測される。従って、マイクロチャンネルの実験では、Ｘ線
スキャナーの冷却試料ホルダーに搭載されたフォトレジスト基板は、入射Ｘ線ビームに対してＸ軸周り（χ角度）に少し傾斜していたことを示唆する。

200μm

100μm

フォトレジスト基板の傾斜角度を調べるために、これらの正方および六方配列のマイクロ円柱で観測される陰影に沿ってレーザー解析を行った。次図の上段には正方配列と六方配列の２次元レーザー
顕微鏡撮像が示されている。レーザー軌跡は上下方向（Ｚ軸方向）であり、これらのマイクロ円柱の陰影を横切っている。また、中段図（正方配列）および下段図（六方配列）には、Ｚ軸方向に計測されたレーザー解析結果が示されている。テーパー型マイクロパターンの項で述べた様に、レーザー顕微鏡では物体表面から反射されたレーザー光の検出により光路距離を計測している。従って、陰影部
は反射レーザー光が検出されていないことから生じる。この事象はマイクロ円柱の側面が傾斜していることを示唆する。レーザー解析から、これらのマイクロ円柱は、中段図では高さ；約 250μm、陰影底面の幅；約 25μm、下段図では高さ；約 230μm、陰影底面の幅；約 23μm であった。これらの解析結果から、フォトレジスト基板の傾斜角度は、高輝度Ｘ線の入射側にχ～5°であることが明らかになった。

200μm

100μm

100μm

25μm

25μm

マイクロチャンネル製作に関する２重露光の斜入射②では、Ｚ軸周りにθ＝20°回転させた。しかし、後述するように、この基板の傾斜は、２重露光実験の解析・評価にあまり影響ないことが明らかになった。本実験では、Ｘ線フォト
レジストに描画されたマイクロ細孔配列は、直入射①および斜入射②による２重露光によりＫ－基板（Ｘ線入射側）
およびＧ－基板（冷却試料ホルダー側）の照射用フォトレジストに等倍転写された。Ｋ－基板およびＧ－基板のフォ
トレジストの厚さは、照射する前にはそれぞれ約 270μm、300μm であった。
これらの基板間に挿入されたステンレ
ス製薄板の厚さは 3mm であった。下図には、現像済フォトレジストのマイ
クロスコープ撮像が示されている。上段にはＫ－基板、下段にはＧ－基板が示されている。また、左側上下が正方
配列、右側上下が六方配列である。ポリマー（PMMA）製マイクロ円柱は透明であるので、直入射の円柱はマイクロスコープのハロゲン灯で明るく、斜入射のものは円柱側面でのハロゲン灯の反射で黒く観察される。ただし、LIGA の後処理工程・めっきを考慮して、Ｋ－基板のカプトンフィルム表面およびＧ－基板のガラス表面は、照射実験前に数百 Å の無電解 Ni コートが行われている。これらの基板背景の黒色はこの Ni コートによる。従って、いずれのガラスにも、直入射と斜入射のポリマー製マイクロ円柱配列が映っている。

これらのポリマー製マイクロ円柱配列の構造特性を調べるために、スパッター装置を使用して、現像済フォトレジスト表面を Au コートした。下図は、Ｋ－基板上の Au コートしたフォトレジストのSEM 撮像である。この図の上段には正方、下段には六方配列のマイクロ円柱が示されている。これ
らの直入射①および斜入射②により形成された正方、六方配列において、高精度に同一のマイクロ構造・円柱が作製されている① ②
ことが確認される。特に、これらのマイク
ロ円柱側面の拡大図から、Ｘ線フォトマス
クに描画された２Ｄ状の円形状マイクロパ
ターンは、照射用フォトレジストの高質なマイクロ円柱配列に変換できていることが明らかになった。これらのレーザー解析では、正方および六方配列でのマイクロ円柱
は、直径；約 100μm、高さ；約 260μm であった。

下図は、Ｇ－基板上の Au コートしたフォトレジストの SEM 撮像である。この図の上段には正方、下段には六方配列のマイクロ円柱が示されている。Ｋ－基板上の Au コート・フォトレジストと同様に、これらの２種類の入射法により形成された正方、六方配列のマイクロ円柱配列は高精度に作製されていることが確認される。これらのマイクロ円柱側面も、極めて滑らかなに形成されている。これらのレーザー解析で① ②
は、正方および六方配列でのマイクロ円
柱は、直径；約 100μm、高さ；約 280μmであった。従って、Ｋ－基板とＧ－基板との間に厚さ；3mm のステンレス製薄板が挿入されているが、Ｋ－基板で作製されたマイクロ円柱の構造特性は、Ｇ－基板のものと大きな相違は観測されない。この
事柄は、シンクロトロン光・高輝度Ｘ線の光学的指向性が微細加工に優れている
ことを示唆する。ただし、使用したフォトレジストの照射・現像する前の厚さ（Ｋ－基板では約 270μm、Ｇ－基板では約 300μm）とマイク
ロ円柱の高さ（Ｋ－基板では約 260μm、Ｇ－基板では約 280μm）との相違は、高輝度Ｘ線による硬化による。従って、LIGA 処理工程では、この影響を考慮する必要がある。
直入射で得られた各マイクロ円柱は、Ｋ－基板とＧ－基板のフォトレジストでの相対的な位置決めが容易である。しかし、斜入射では、これらの基板でのマイクロ円柱の位置決めは容易でない。本照射実験で使用したＸ線フォトマスクの Au 基板は、正方配列では約 12600 個、六方配列では約 14500
個のマイクロ細孔をもつ。ただし、これらの細孔内部には、ポリマー（PMMA）製のマイクロ円柱が形成されている。これらの細孔形状をマイクロスコープで観察すると、いくつかの細孔は円形から歪んでいることが確認された。これらの変形したマイクロ円柱は、Ｘ線フォトマスク
作製時における Au めっき処理の不完全かA
ら形成された。しかし、これらの変形細孔を利用して、斜入射時におけるＫ－基板とＧ－基板のフォトレジストでの相対的な位B
置決めを試みた。左図の上段には、Ｋ－基板の Au コート・フォトレジストの正方配
A 列でのマイクロ円柱の２重露光が示されている。赤点線円で示された個所に、直入射Aと斜入射の変形円柱（A、B）が観測される。
下段の二つの図には、Ｇ－基板の正方配列
B
でのマイクロ円柱の２重露光が示されていBる。Ｋ－基板の赤点線円で示された直入射と斜入射の変形円柱は、Ｇ－基板では赤点線円と白点線円で示された変形円柱に分離している。従って、正方配列におけるＫ－基板とＧ－基板との変形円柱を比較することにより、Ｇ－基板での同一の変形円柱の位置決めが可能になった。
左図には、前図と同様なＫ－基板（上段）とＧ－基板（下段）の Au コート・フォトレ
ジストの六方配列でのマイクロ円柱の２重露光が示されている。Ｋ－基板の赤点線円で示された直入射と斜入射の変形円柱は、Ｇ－基板では赤点線円と白点線円で示された変形円柱に分離している。従って、六方配列でも、Ｋ－基板とＧ－基板との変形円柱を比較することにより、Ｇ－基板での同一の変形円柱の位置決めが可能になった。

これらの直入射、斜入射における変形マイクロ円柱の相対的な位置関係から、本実験の斜入射によるマイクロチャンネル作製の情報を得ることができる。前述したように、本実験では、Ｋ－基板とＧ－基板でのマイクロ円柱の高さ（照射・現像済フォトレジストの厚さ）は、それぞれ約 260μm と約280μm であった。また、これらの基板間に挿入されたステンレス製薄板の厚さは 3mm であった。
Ｇ－基板で直入射と斜入射で観測された変形マイクロ円柱間の距離は、直入射時のマイクロ円柱間の距離（約 300μm） から約 1200μm であることが明らかになった。この計測値から得られる斜入射
角度は約 18.7°になる。本実験での斜入射は、Ｚ軸周りにθ＝20°回転させている。しかし、これらのＫ－基板およびＧ－基板の Au コートしたフォトレジストのレーザー解析では、フォトレジスト
基板はＸ線入射側にχ＝約 1.7°傾斜していた。従って、この基板傾斜を考慮すると、高輝度Ｘ線の斜入射はマイクロチャンネル作製に有効であることを確証した。
５．今後の課題
本研究の主目的は、シンクロトロン光・高輝度Ｘ線を利用する LIGA 微細加工（SL-LIGA）を使用して、正方および六方配列のマイクロ細孔をもつ金属製薄板の製作に関連する技術開発であった。
本実験結果の解析・評価により、ストレート型およびテーパー型の金属製マイクロ細孔配列およびポリマー製マイクロ円柱配列の製作が可能になった。また、本実験で開発した斜入射多重露光は、各種のポジ型＆ネガ型の３次元マイクロチャンネルの製作に極めて有効であることを確証した。従って、今後の研究課題としては、SL-LIGA を利用してテーパー型を含む任意のマイクロ形状をもつマ

イクロ構造配列や３次元マイクロチャンネルの実用化に向けた技術開発を推進していきたい。このためには、現有のＸ線回析装置（ゴニオメーター）の改造および高厚（3～5mm）のフォトレジストシートの試作研究を行いたい。
６．参考文献 該当なし
７．論文発表①平成２１、２２、２３年度戦略的基盤技術高度化支援事業

研究成果報告書「シンクロトロン光を利用する、ナノテクノロジー・MEMS 関連の部品・金型製造におけるめっき技術の研究開発」②シンクロトロン光・高輝度Ｘ線を利用する深刻Ｘ線リソグラフによる LIGA 微細精密めっき加工の技術開発．日高昌則、常葉 信生、河崎 将市、田口英信、九州シンクロトロン光研究センター、2009－2010
年報、P35-38③Development of the new sensor-elements being a metallic micro-filament. The elements sensitively
respond to the applied actions of light, heat and/or pressure. The micro-filaments were made by a
LIGA micro-machining (I). T.Takeshita, M.Hidaka, R.Takeuchi, H.Nogami, N.Tokiwa, S.Kawasaki,
R.Sawada, H.Taguchi, 12, Bio4Apps2015.
④Correlation between the characteristic material properties and the electronic density of band-states& localized microstructure for Ni ions of the micro-filaments made by the LIGA micro-machining(ІІ). M.Hidaka, T.Takeshita, H.Nogami, N.Tokiwa, S.Kawasaki, H.Akiyama, H.Fujii, R.Sawada,
H.Taguchi, 12, Bio4Apps2015.

８．キーワード
LIGA 微細加工、マイクロ細孔配列、マイクロ円柱配列、マイクロチャンネル
９．研究成果公開について
研究成果公報の原稿提出（提出時期：2019 年 8 月）