JP2001503569A

JP2001503569A - 高エネルギー軽イオンを使用するミクロ加工

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Publication number: JP2001503569A
Application number: JP52130998A
Authority: JP
Inventors: ワット、フランク; スプリンガム、スチュアート、ビクター; オシポウィックズ、トーマス; ブリース、マーク
Original assignee: National University of Singapore
Current assignee: National University of Singapore
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 2001-03-13
Also published as: EP0937308A1; US6455233B1; SG52858A1; WO1998020517A1

Abstract

(57)【要約】所定のパターンでＰＭＭＡのようなレジスト材料の表面を横切って、高エネルギー軽イオンの略平行なビームを走査することにより、微細な寸法の構造体を形成する。この結果得られる露光されたレジスト材料における化学的な変化により、化学現像剤が露光された材料を除去する一方で露光されていない材料は実質的に影響を与えないままにすることが可能となる。加えて、イオンは、そのエネルギーに応じて材料において十分に特定された範囲を有していることから、所定の十分に特定された深さにレジストを露光することができる。この方法により、三次元的に複雑なレジスト構造をミクロ加工することができる。これは、同時にビームを走査すると共にレジスト層を制御された様式で配向させることにより達成される。レジスト層の多重付着および露光を使用することにより、更なる改良を達成することができる。このようなレジストのミクロ構造は、電気メッキおよびミクロ鋳型処理のようなプロセスを適用することにより、他の材料においてミクロ構造を製造するのに更に利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】高エネルギー軽イオンを使用するミクロ加工発明の分野この発明は、ミクロ機械的、ミクロ光学的、ミクロ流体的、ミクロ電子的、ミクロ音響的、およびミクロ化学的用途のための部材およびデバイスを製造する分野に関し、ミクロ加工（micromachining）のために高エネルギー軽イオン（high energy light ion）を利用するものである。これは独立に、またはミクロ加工のための他の手法と組み合わせて適用することができる。発明の背景本発明に関連する従来技術は、一般にドイツ語の頭文字ＬＩＧＡにより言及されるミクロ加工のためのＸ線の使用であり（E．W．Becherら、MicroelectronicE ngineering 4（1986）35-56、W．EhrfeldとH．Lehr、Radiat．Phys．Chem．45（ 1995）349-365）、これは、その最も一般的な実施の形態では、次の４つの主要な処理工程からなる。ｉ）第１の工程では、典型的には数百ミクロンの厚さであり金属基体に付着されたポジ型の重合体レジストの層、通常はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を、近接Ｘ線マスクを介してＸ線（通常はシンクロトロン光源から供給される）を使用する深部Ｘ線リソグラフィ処理で露光する。この工程においては、Ｘ線に対して高い透明度および低い透明度を有する特定された領域を備えた平面状のマスクを使用することが必須である。 ii）第２の工程では、適切な化学現像剤を使用して、レジストの露光された部分を除去すると共に、その下部に存在する金属基体の選択された領域を露光する。この化学現像剤は、レジストの十分に露光された領域を完全に除去する一方で、露光されていないか、あるいは僅かに露光されたレジストに対して影響を与えないように、高度に特異的でなければならない（V．GhicaとW．Glashauser、 Verfahren fuer die spannungsfreie Entwicklung von bestrahlten Polymethyl methacrylat-Schichten，Offenlegungsschrift DE 3039119 Siemens AG，Munich 、照射されたポリメチレンメタクリレート層における応力のない現像のための方法、公開公報DE 3039110号、シーメンス社、ミュンヘン）。 iii）第３の工程では、付着された金属の厚さがレジストの厚さと等しくなるまで、露光された金属基体上に金属を電気メッキする。その後、残留するレジストを除去し、金属基体から突出する金属構造体を残す。 iv）第４の工程では、このような金属構造体を、他の材料で構造体を形成するための鋳型として使用することができる。ＬＩＧＡプロセスの利点は、主として最初の２つのプロセスが、１００までものアスペクト比を有する大きな構造的高さ（数十ミクロン〜数ｍｍ）のミクロ構造を形成する能力を有していることにある。アスペクト比は、最小の横方向の寸法に対する構造的な高さの比率として定義される。典型的な実施の形態においては、前記したような第１および第２のプロセス工程により、数ミクロン〜数百ミクロンの横方向の寸法を有する重合体構造が形成される。本発明に関連するＬＩＧＡプロセスの限界は、近接Ｘ線マスクを使用する深部Ｘ線リソグラフィの第１のプロセス工程に随伴するものであり、次のようなものを含む。ａ）過度に複雑なものとしない限り、この種のプロセスは、平面状の基部に対して垂直に設けられた壁部を有する平面状の基部の上で角柱状の重合体構造を製造する場合にのみ適切なものである。ｂ）露光プロセスによるエネルギーを用いた付着が、限定された範囲または深さのものとすべきことが望ましい用途においては、Ｘ線露光プロセスは不適切である。これは、Ｘ線は物体によって減衰されるが、固定されているか十分に特定された範囲を有していないということによる。ｃ）Ｘ線露光工程のためのマスクを製造する際に伴うコストおよび労力は、プロトタイプの作製および少量のミクロ構造体の製造については大きなものとなる。ｄ）基体に対するレジスト構造の付着は、光電子、オージェ電子、および一次光源からのＸ線の吸収の後に基体から放射される蛍光Ｘ線による望ましくないレジストの露光によって逆行的な影響を受けることがある（F．J．Pantenburgら、Microelectronic Engineering 23（1994）223-226、F．J．PantenburgとJ．Mo hr、Nucl．Instrum and Meth．B97（1995）551-556）。発明の目的この発明の主たる目的は、エネルギーの豊富なイオンの直接書込型のビームを使用することにより、ミクロ加工の目的のためにレジストを露光する手段を提供することにある。特に、この発明で用いるイオンの種類は、約２５０ＫｅＶを超える運動エネルギーを有する水素、ヘリウム、またはリチウムの同位体である。この発明の他の目的は、それ自体で実用的なものとなるか、または、例えば、金属基体上での電気メッキにより他の材料でミクロ構造を形成するために、数ミクロンの厚さ（例えば、約２ミクロンより大きい）レジストにおいてミクロ構造を生成する手段を提供することにある。本発明の更なる目的は、数ミクロンの厚さ（例えば、２〜２０ミクロンの範囲）のレジストにおいて生成されるミクロ構造が、高いアスペクト比のものとなる（すなわち、ミクロ構造の高さが、その横方向の寸法と比較して大きい）ことにある。この発明の他の目的は、従来技術、すなわち、ＬＩＧＡプロセスの最初の工程である深部Ｘ線リソグラフィプロセス（deep X-ray lithography process）に随伴する多くの限界を克服するレジストを露光する手段を提供することにある。限定されるものではないが、従来技術に優位する本発明の具体的な利点は、ａ）機械加工が可能なミクロ構造におけるより大きな幾何学的自由度、ｂ）レジストの下部に存在する材料に対する損傷の軽減または除去、ｃ）数ミクロンの厚さのレジストにおいてサブミクロンの寸法で構造体を機械加工する能力、および、ｄ）マスクを必要とすることなく構造体をミクロ加工する能力を含む。本発明の他の目的、特徴、および利点は、本発明に従い、本発明の実施の形態を示す詳細な説明から明らかとなるであろう。図面の簡単な説明図１は、異なるエネルギーレベルＥ₁およびＥ₂（Ｅ₁＞Ｅ₂）を有する高エネルギー軽イオン２に対してレジスト１を露光した後、露光したレジストを現像した効果を示す。略平行なビームを生成するために電気的または磁気的に焦点を合わせた高エネルギー軽イオンのビームを使用して露光を行う。レジスト１の選択領域３は、ビームとレジスト１との間の相対的な走査動作により露光する。図１ｂは、露光されたレジストの現像後のレジスト１を示す。図２は、ブラインド形状および一連の露光および現像工程によって形成される形状を含むレジスト１の構造を示す。図２ａは、レジスト１の１回目の露光および現像によって形成される形状を示す。図２ｂは、レジスト１の２回目の露光を示し、領域３を選択的に露光するために、高エネルギー軽イオン２を用いて、現像したレジストに対して走査を行うものである。図２ｃは、レジスト１の２回目の現像の後の形状を示す。図３は、基体５の上部の金属層４上での高いアスペクト比の金属ミクロ構造の形成を示す。図３ａは、均一な厚さのレジスト１の３が既に選択的に露光された層を有するメタライズされた基体４、５を示す。図３ｂは、現像および電気メッキの後に構造体内に形成される電気メッキした金属６を示す。図３ｃは、研摩（ grinding）または研磨（polishing）プロセスおよび残留するレジストの除去の後にメタライズされた基体４、５の上に形成された金属ミクロ構造７を示す。このようにして形成される金属ミクロ構造７は、図示するように高いアスペクト比を有し得る。図４は、より幾何学的に複雑な構造を製造するために、複数の基本的プロセスの工程を使用するものを示す。図４ａは、レジスト１の露光された領域３を示す。図４ｂは、レジスト１の他の層の付着の後の前記領域を示す。図４ｃは、２回目の露光を示す。図４ｄは、現像の終了後に形成される形状を示す。発明の実施の形態の説明概して、この発明によれば、レジスト材料の特定された領域を露光して前記領域の特性に変化を生じさせることにより、前記領域を選択的に活性化することを可能とする方法であって、軽イオンの高エネルギービームを使用して露光を行うことを特徴とする方法が提供される。本発明においては、レジストの露光は、高エネルギー（例えば、約２５０ＫｅＶ〜２５ＭｅＶ）軽イオン（例えば、水素、重水素、トリチウム、質量数３のヘリウム、質量数４のヘリウム、リチウム、ベリリウム、ホウ素、および炭素）のビームを使用して行う（図１ａ参照）。一般に、ビーム中のイオンは特定の種類のものとし、十分に特定されたエネルギーのものとすることができ、レジストは、ＰＭＭＡのような適切なポジ型の重合体レジストとすることができる。この発明の多くの実施の形態において、典型的には１００ナノメータ〜１０マイクロメータの範囲内の十分に特定された範囲の直径で、イオンを電気的または磁気的に焦点を合わせ、略平行なビームを生成することができる。後に化学的に現像してレジストのミクロ構造を生成することができる特定のパターンのレジストの領域を露光するために、レジスト表面に対してビームを走査する手段を用いる。よって、本発明は、直接書込型のプロセス（direct-write p rocess）であり、マスクを必要としない。この走査システムは、その動作がコンピュータによって制御されるか、またはイオンビームに対するレジスト表面の移動がコンピュータ制御される磁気的または静電的ビーム偏向システムとすることができる。レジストの露光された領域を完全に除去する一方、露光されていないか、あるいは僅かにしか露光されていないレジストに対して実質的に影響を与えない高度に特異的な化学現像剤を使用してレジストを現像する（V．ChicaとW．G lashauser）（図１ｂ参照）。更に、レジストの１回目の露光および現像の後に、同じレジストに対して露光および現像を複数回行っても何の差し支えもない。本発明を使用して、従来技術と同様に、単純な角柱状の幾何学的形状のレジストミクロ構造を機械加工することができる。数ミクロンの厚さのレジストについては、本発明により、サブミクロンの横方向の寸法を有するミクロ構造を機械加工することが可能となる。レジストの厚さに依存して、達成し得るアスペクト比は、あらゆる他の従来技術によるプロセスによって到達し得るものより大きくすることができる。従来技術による手法を使用すると、十分な厚さのマスクを製造する場合に相当な困難があることから（F．J．Pantenburgら、F．J．Pantenburg とJ．Mohr）、本発明のこの点は、深部Ｘ線リソグラフィのためのＸ線マスク（例えば、ＬＩＧＡプロセスで使用される）を製造する際に相当に価値のあるものとなろう。従来技術に優位する本発明の主たる利点の１つは、より複雑な三次元的幾何学的形状を有するレジストミクロ構造の機械加工を可能にするということにある。これは、以下により詳細に記載するように、幾つかの手段によって達成することができるが、それぞれの場合において、この高められた幾何学的自由度は、本発明の２つの別個の特徴による作用から生ずるものである。ｉ）このような別個の特徴の第１点は、本発明は、走査ビームを使用する直接書込型のプロセスであるということにある。よって、レジストの表面に渡って所定のパターンでビームを移動させることができるだけでなく、レジストの表面に対してあらゆる入射角度でこれを配向することもできる。このビームの配向は、定置されたレジストに対してビームの入射方向を変化させるよりも、寧ろレジスト材料に角度を持たせて（下部に存在するあらゆる材料または物体と共に）移動させることにより、より簡便に達成される。 ii）この発明の別個の特徴の第２点は、所定の型式であって十分に特定された単一の運動エネルギーを有するエネルギー豊富なイオンは、レジスト材料において、有限で十分に特定された平均射程範囲（mean range）を有するということにある。個々のイオンの射程範囲は、この平均射程範囲（典型的には数パーセント）の周囲に比較的小さい統計的な変動を示すのみである。例えば、密度１．２ｇ／ｃｍ³のＰＭＭＡレジストについては、２．０ＭｅＶの運動エネルギーのプロトンは約６２ミクロンの平均射程範囲を有し、３．０ＭｅＶのプロトンは約１２２ミクロンの平均射程範囲を有する。本発明の目的のためには、これは、レジスト材料の露光が選択された入射イオンの平均射程範囲を僅かに超える範囲で終了することを意味し、したがって、ブラインドホール（blind hole）、スロット、および他の幾何学的形状をレジスト材料に形成することができる。本発明においては、ビームにおけるイオンの射程範囲は、イオンの種類およびその運動エネルギーの適切な選択によって好適に改変することができる点が重要であり、これによりレジストを露光する深さを決定することができる（図１ａ、図１ｂ参照）。約２５０ＫｅＶを超える運動エネルギーを有する軽イオンについては、レジスト材料におけるイオンの経路は十分な範囲であり、直線経路からの偏りは十分に低いものであるため、本発明におけるようなミクロ加工の目的のためにこれらを使用することができる。本発明の幾つかの実施の形態では、単一の露光および現像プロセスで生成することのできるものより複雑な三次元的形状を有する空所をレジスト中に生成するために、一連の露光および現像工程が用いられる。ブラインド形状および一連の露光および現像工程によって形成される形状を含むこの発明の１つの実施の形態を図２に示す。本発明の幾つかの実施の形態では、金属表面はレジスト層の下部にあるものとすることができ、レジストの完全な深部に至るまで、すなわち、ビーム中のイオンが金属層へと浸透するようにレジスト層の所定の領域を露光することにより、この発明を実施することができる。適切な化学現像剤中での現像の後に、レジスト層と同一の深さまで金属表面の露光された領域上に金属を電気メッキする。研摩／研磨プロセスを使用して、レジスト表面より上に付着された金属を除去することができる。その後、残留するレジストを除去し、金属表面から突出する金属ミクロ構造を残すようにする。本発明においては、基体に金属層を（例えばスパッタリングによって）最初に施した後に、構造化するレジストの層を施すことにより、シリコン、ゲルマニウム、他の半導体材料、セラミック、ガラス等を含む種々の非金属基体上に金属ミクロ構造を形成することもできる。一般に、平面状の基体を使用することができ、レジスト層は均一の厚さのものとすることができる。レジストの構造化の後に、前記したような様式で金属構造を形成することができる。このプロセスを図３に示す。金属またはメタライズされた基体を伴う用途については、従来技術に優位する本発明の特定の利点は、露光の一次手段としてＸ線を使用した場合（すなわち、ＬＩＧＡにおいて使用されるような深部Ｘ線リソグラフィのような場合）と比較して、金属レジスト界面付近における二次放射（二次電子、光電子、オージェ電子、および蛍光Ｘ線）が実質的に低いというものであり、したがって、レジスト付着に随伴する問題点を大幅に低減することができる（F．J．Pantenburgら、F．J．PantenburgとJ．Mohr）。この発明の幾つかの実施の形態では、基体材料が全くないものとすることができ、この場合、機械加工されるデバイスまたは部材全体は、全てレジスト材料により構成される。この発明の１つの特定の実施の形態は、電子デバイスが既に組み込まれた半導体基体を使用することにある。その後、前記したようにして金属構造をこの基体上に形成することができ、これをその下部にある電子デバイスと電気的に接触させることができる。この様式で、本発明を使用して、集積された電子部品を有するセンサやアクチュエータデバイスを組み込むことができる。この種の集積されたデバイスを製造する際の本発明の特定の利点は、下部に存在する半導体材料の放射による損傷または所望しない注入を回避するように、イオンの範囲を適切に選択することができるということにある。本発明の幾つかの実施の形態では、現像されたレジスト構造体は、元のレジスト表面に対してのみ垂直である壁部を有する。レジスト層が均一な厚さのものであると共に金属基体に付着している場合には、金属基体に垂直な壁部を用いて金属構造の電気メッキを行うことが可能となる。一方、本発明の他の実施の形態では、壁部は、元のレジスト表面に対して種々の角度とすることができる。これは、レジストの表面上の種々の位置において、元のレジスト表面に対して種々の角度で入射するように、イオンビームについて配置を行うことによって達成される。この発明の更なる実施の形態では、イオンビームの整合した移動および配向によって、湾曲したレジストミクロ構造の壁部を形成することができる。金属基体を用いる本発明の実施の形態では、複雑な三次元的幾何学的形状を有する金属構造を、電気メッキによって生成することが可能となる。本発明の他の実施の形態では、多段工程プロセスを使用することにより、より複雑な幾何学的形状のレジスト構造を作製することができ、この場合、一連のレジスト層の付着および露光工程は、レジストの全ての露光された部分の単一の現像により終了する。この種の多段工程は、繰り返し露光工程（現像の介在を伴わない）、存在するレジスト表面に対する更なるレジスト層の付加、それぞれのレジスト層に対する走査パターンおよびイオンビームの配向の変更、および浸透の深さを選択するための露光工程で用いるエネルギーまたはイオンの種類の変更を含むものとすることができる。このような多段工程の終わりに、最終的な現像工程を使用し、現像剤を受容し得る露光されたレジストの全ての部分を除去することができる。図４は、本発明のこのような実施の形態を示す。金属またはメタライズされた基体を用いるこの発明の実施の形態において、前記した多段工程プロセスの適用により、殆ど任意の複雑な幾何学的形状の金属構造に基体の表面の電気メッキを行うことが可能となる。電気メッキによって金属構造が形成される本発明の全ての実施の形態において、従来技術による手法においてしばしば行われていたように、このような金属ミクロ構造を更に利用して、ミクロ鋳型処理（micromoulding）によって他の材料においてミクロ構造を製造することができる。本発明の他の実施の形態は、電気メッキと組み合わせて１以上の犠牲層を使用し、下部に存在する金属基体から部分的または完全に離れた金属構造を製造するものである。前記した本発明の全ての実施の形態においては、レジスト材料の露光された領域が化学現像剤によって除去されるポジ型のレジスト材料（例えばＰＭＭＡ）を用いることが想定されている。しかしながら、現像剤の未露光の領域が化学現像剤によって除去され、露光された領域が実質的にそのまま残る適切なネガ型のレジスト材料（および現像剤）を使用して、本発明を同等に効果的に実施することができる。前記した実施の形態においては、多くの場合、他の何らかの材料からなる下部の平面状の基体に付着した均一の厚さのレジスト層を使用してこの発明を実施するが、この発明の実施の形態は、更に複雑な三次元形状を有する物体の使用を排除するものではない。これは、このような物体がレジスト材料のみからなるか、またはレジストと他の種類の材料との両者からなるかを問わない。特に、この発明の幾つかの実施の形態では、例えば、深部Ｘ線リソグラフィのような何らかの他のミクロ加工方法を使用して既に構造化したレジスト材料上で、イオンビームによるミクロ加工を行うことができる。この発明のこのような実施の形態は、従来のミクロ加工プロセスの有利な特徴、例えば、ＬＩＧＡを使用して達成することのできる大きな構造的高さを活用するものであり、本発明の利点、すなわち、より大きい幾何学的自由度および露光の有限の範囲を活用することにより、その応用の範囲を拡張するものである。一般に、この発明の実施の形態の全ては、例えばレジストにおいて所定のパターンを書き込む（露光する）ようにレジスト材料に対してイオンビームを走査するために、コンピュータ制御した磁気的または静電的ビーム偏向システムを用いるものである。一般に、ビームのブランクをとる（すなわち、ビーム強度を迅速にゼロに変える）装置が必要であり、露光の分離した封止領域に書き込みを行うようにコンピュータ制御されたものでなければならない。この発明の幾つかの実施の形態では、所定のパターンの単一の走査で露光を行うことができる一方、この発明の他の実施の形態では、レジストのまさに同一の領域において走査パターンを複数回書き換えることができる。パターンの複数回の書き換えは、所望の露光における劣悪な均一性に帰着し得るビーム強度の変動を平均化するという利点を有する。一般に、磁気的または静電的なビーム変更システムのカバー領域（ar ea-of-coverage）は極めて制限されている。カバー領域とは、ビームの正常な入射におけるレジストの実際の表面領域を意味し、この上では、ビームの精細な焦合を有意に劣化させることなくイオンビームを走査することのできるものである。この発明の幾つかの実施の形態では、カバー領域は約１ｍｍの辺を有する正方形とすることができる。この発明の幾つかの実施の形態では、ビーム偏向システムを用いて簡便に達成し得るよりも大きいカバーが必要となり得る。この発明のこのような実施の形態では、パターンを走査する一次手段としてのビーム変更システムだけでなく、レジストが取り付けられた物体を移動させるための２軸または３軸の並進ステージを付加的に用いることができる。ステージの移動はコンピュータにより制御することができ、ビーム偏向およびブランク調整システムの動作と整合させるものとする。レジスト表面に対して種々の角度でミクロ構造の壁部を機械加工するこの発明の実施の形態では、３軸ステージの並進運動は、運動の３つの角度的な度合いによりレジストが取り付けられた物体を配向させるための機構と組み合わせるものとする。この６軸システムの動作は、コンピュータにより制御するものとし、ビーム偏向およびブランク調整システムの動作と整合させるものとする。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年３月１９日（１９９９．３．１９）【補正内容】請求の範囲１．レジスト材料の特定された領域を露光して前記領域の特性に化学的変化を生じさせることにより、前記領域を選択的に除去して下部に存在する帯域または基体を露呈することを可能とする方法であって、軽イオンの高エネルギーのビームを使用して前記露光を行い、前記ビームが２５０ＫｅＶより大きいエネルギーを有することを特徴とする方法。２．請求項１記載の方法において、前記軽イオンは、水素、ヘリウム、またはリチウムの同位元素からなることを特徴とする方法。３．請求項１または２記載の方法において、前記露光によりレジスト材料に化学的な変化が生ずることを特徴とする方法。４．請求項３記載の方法において、前記変化が化学現像剤によって活性化されることを特徴とする方法。５．請求項４記載の方法において、前記化学現像剤は、露光されたレジスト材料を選択的に除去する一方、露光されていない材料は実質的に影響を与えないまま残すことを特徴とする方法。６．請求項１乃至５のいずれかに記載の方法において、前記露光された領域を不活性とするように、前記露光により前記露光された領域の特性の変化を与え、前記露光されていない領域が活性化していることを特徴とする方法。７．請求項１乃至６のいずれかに記載の方法において、レジストは、ポリメチルメタクリレートのようなポジ型の重合体レジストからなることを特徴とする方法。８．請求項１乃至７のいずれかに記載の方法において、ビーム中の全てのイオンは、十分に妥当に特定された単一のエネルギーのものであることを特徴とする方法。９．請求項１乃至８のいずれかに記載の方法において、イオンを電気的または磁気的に焦合して、典型的には約１００ナノメータ〜１０マイクロメータの範囲内に十分に特定された直径を有する実質的に平行なビームを生成し、所定のパターンでレジスト材料の表面に対してこれを走査することにより、現像されたレジストにおいて三次元ミクロ構造を生成することを特徴とする方法。１０．請求項１乃至９のいずれかに記載の方法において、レジスト表面に対するビームの方向を直角または何らかの他の固定された角度とすることにより、現像されたレジストにおいて角柱状の構造の生成を導くことを特徴とする方法。１１．請求項９または１０記載の方法において、現像されたレジストにおいて生成されたミクロ構造が高いアスペクト比を有する、すなわち、その横方向の寸法と比較して構造的高さが大きいことを特徴とする方法。１２．請求項９、１０または１１記載の方法において、ＬＩＧＡまたは他のリソグラフィプロセスにおいて使用されるようなＸ線リソグラフィのためのマスクを作製する目的で、現像されたレジストにおいて生成されたミクロ構造を使用することを特徴とする方法。１３．請求項９乃至１２のいずれかに記載の方法において、複雑な三次元的幾何学的形状を有する現像されたレジストにおいてミクロ構造の生成を導くように、ビームの走査の際にレジスト表面に対するビームの相対的な角度を制御された様式で変化させることを特徴とする方法。１４．請求項９乃至１３のいずれかに記載の方法において、イオンの種類、エネルギー、およびレジスト表面における入射角度の選択によって決定される十分に特定された深さを有するホール、スロット、および他の幾何学的形状の空所のようなミクロ構造を露光されたレジストにおいて生成することを特徴とする方法。１５．請求項１乃至１４のいずれかに記載の方法において、前記露光は、異なるエネルギーまたは異なる種類のイオンを用いる複数の露光工程からなることを特徴とする方法。１６．請求項１乃至１５のいずれかに記載の方法において、同一のレジスト材料に対して、一連の変動する露光および現像工程を複数回適用し、複雑な三次元的な幾何学的形状を有するレジストの空所を生成することを特徴とする方法。１７．請求項１乃至１６のいずれかに記載の方法において、露光したレジストを直ちに現像せず、レジストの付加的な層を作製して元のレジスト表面に付着させた後、更なる露光を行い、その後に現像剤に対して受容性を有する全ての露光されたレジストの領域を現像することを特徴とする方法。１８．請求項１乃至１７のいずれかに記載の方法において、複数のレジスト層の付加および随伴する露光を行い、その後に化学現像剤に対して受容性を有する全ての露光されたレジストの領域を現像することを特徴とする方法。１９．請求項１乃至１８のいずれかに記載の方法において、金属またはメタライズされた基体材料が１または複数のレジスト層の下部に存在するものとし、現像の後に、下部に存在する金属基体の露光された領域上に金属を電気メッキすることにより、レジスト材料内の空所を部分的または完全に埋めて金属ミクロ構造を生成することを特徴とする方法。２０．請求項１乃至１９のいずれかに記載の方法において、１または複数の犠牲層の除去の後に、下部の金属基体から部分的または完全に離れた金属ミクロ構造を形成するように、１または複数の犠牲層を用いることを特徴とする方法。２１．請求項１９または２０記載の方法において、前記メタライズされた基体は半導体材料からなり、集積された電子部品を有するミクロメカニカルデバイスを製造するための電子デバイスが組み込まれたものであることを特徴とする方法。２２．請求項１９または２０記載の方法において、前記製造された金属ミクロ構造を使用し、ミクロ鋳型処理のプロセスによって他の材料におけるミクロ構造を生成することを特徴とする方法。２３．請求項１乃至２２のいずれかに記載の方法において、マスクのないプロトタイプの製造または少量のミクロ構造の製造のために使用されることを特徴とする方法。２４．請求項１乃至２３のいずれかに記載の方法において、使用されるポジ型のレジストが重合体ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）であることを特徴とする方法。２５．請求項１乃至２４のいずれかに記載の方法において、露光されるネガ型のレジスト材料を使用することにより、レジスト材料中に化学的な変化を生じさせ、これにより露光されていない材料の除去に高度に特異的である一方、露光された材料には実質的に影響を与えない化学現像剤によって現像可能とすることを特徴とする方法。２６．請求項１乃至２５のいずれかに記載の方法において、従来のミクロ加工プロセスによりレジストが予め構造化されていることを特徴とする方法。２７．請求項１乃至２６のいずれかに記載の方法において、開放領域を有する近接マスクを使用して露光パターンをリソグラフィにより画成し、これを介してビーム中の入射イオンが影響を受けることなく通過することにより下部に存在するレジストを露光し、他の領域は入射イオンを完全に吸収するのに十分な厚さおよび密度の材料によって構成することにより、このような領域の下部に存在するレジストを露光されないままにすることを特徴とする方法。２８．請求項２７記載の方法において、イオンの伝達を可能とするが、エネルギーを低減させるのに十分な厚さの材料により構成される幾分かの領域を有するパターン化された近接マスクを使用することを特徴とする方法。２９．請求項２８記載の方法において、高エネルギー軽イオンを使用してレジスト材料を露光し、複雑な幾何学的形状および変動し得る深さの構造体のミクロ加工を行うことを特徴とする方法。３０．請求項１乃至２９のいずれかに記載の方法において、レジストの表面上においてイオンを選択的に吸収または散乱させるマスクのイメージによる、イメージ形成システムによる投影を用いるリソグラフィプロセスによって露光パターンを画成することを特徴とする方法。３１．請求項１乃至３０のいずれかに記載の方法において、ミクロ機械的、ミクロ光学的、ミクロ流体的、ミクロ電子的、ミクロ音響的、およびミクロ化学的部材の製造のために使用することを特徴とする方法。３２．請求項３１記載の方法によって製造されたことを特徴とする部材。３３．実質的にここに記載して例示し図面に示したことを特徴とするレジスト材料の露光方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者スプリンガム、スチュアート、ビクターシンガポール国、シンガポール 119260 ケントリッジクレッセント 10 ナショナルユニバーシティオブシンガポールインダストリーアンドテクノロジーリレイションズオフィス内 (72)発明者オシポウィックズ、トーマスシンガポール国、シンガポール 119260 ケントリッジクレッセント 10 ナショナルユニバーシティオブシンガポールインダストリーアンドテクノロジーリレイションズオフィス内 (72)発明者ブリース、マークシンガポール国、シンガポール 119260 ケントリッジクレッセント 10 ナショナルユニバーシティオブシンガポールインダストリーアンドテクノロジーリレイションズオフィス内

Claims

【特許請求の範囲】１．レジスト材料の特定された領域を露光して前記領域の特性に変化を生じさせることにより、前記領域を選択的に活性化させることを可能とする方法であって、前記露光は軽イオンの高エネルギービームを使用して行うことを特徴とする可能とする方法。２．請求項１記載の方法において、ビームが２５０ＫｅＶより大きいエネルギーを有することを特徴とする方法。３．請求項１または２記載の方法において、前記軽イオンは、水素、ヘリウム、またはリチウムの同位元素からなることを特徴とする方法。４．請求項１乃至３のいずれかに記載の方法において、前記露光により、前記領域が選択的に除去されて下部に存在する帯域または基体が露呈されることを可能とすることを特徴とする方法。５．請求項１乃至４のいずれかに記載の方法において、前記露光によりレジスト材料に化学的な変化が生ずることを特徴とする方法。６．請求項５記載の方法において、前記変化が化学現像剤によって活性化されることを特徴とする方法。７．請求項６記載の方法において、前記化学現像剤は、露光されたレジスト材料を選択的に除去するが、露光されていない材料には実質的に影響を与えないことを特徴とする方法。８．請求項１乃至７のいずれかに記載の方法において、前記露光された領域を不活性とするように前記露光により前記露光された領域の特性の変化を与え、前記露光されていない領域が選択的に活性化されることを特徴とする方法。９．請求項１乃至８のいずれかに記載の方法において、レジストは、ポリメチルメタクリレートのようなポジ型の重合体レジストからなることを特徴とする方法。１０．請求項１乃至９のいずれかに記載の方法において、ビーム中の全てのイオンは、十分に妥当に特定された単一のエネルギーのものであることを特徴とする方法。１１．請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法において、イオンを電気的または磁気的に焦合して、典型的には約１００ナノメータ〜１０マイクロメータの範囲内に十分に特定された直径を有する実質的に平行なビームを生成し、所定のパターンでレジスト材料の表面に対してこれを走査することにより、現像されたレジストにおいて三次元ミクロ構造を生成することを特徴とする方法。１２．請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法において、レジスト表面に対するビームの方向を直角または何らかの他の固定された角度とすることにより、現像されたレジストにおいて角柱状の構造の生成を導くことを特徴とする方法。１３．請求項１１または１２記載の方法において、現像されたレジストにおいて生成されたミクロ構造が高いアスペクト比を有する、すなわち、その横方向の寸法と比較して構造的高さが大きいことを特徴とする方法。１４．請求項１１、１２または１３記載の方法において、ＬＩＧＡまたは他のリソグラフィプロセスにおいて使用されるようなＸ線リソグラフィのためのマスクを作製する目的で、現像されたレジストにおいて生成されたミクロ構造を使用することを特徴とする方法。１５．請求項１１乃至１４のいずれかに記載の方法において、複雑な三次元的幾何学的形状を有する現像されたレジストにおいてミクロ構造の生成を導くように、ビームの走査の際にレジスト表面に対するビームの相対的な角度を制御された様式で変化させることを特徴とする方法。１６．請求項１１乃至１５のいずれかに記載の方法において、イオンの種類、エネルギー、およびレジスト表面における入射角度の選択によって決定される十分に特定された深さを有するホール、スロット、および他の幾何学的形状の空所のようなミクロ構造を露光されたレジストにおいて生成することを特徴とする方法。１７．請求項１乃至１６のいずれかに記載の方法において、前記露光は、異なるエネルギーまたは異なる種類のイオンを用いる複数の露光工程からなることを特徴とする方法。１８．請求項１乃至１７のいずれかに記載の方法において、同一のレジスト材料に対して、一連の変動する露光および現像工程を複数回適用し、複雑な三次元的な幾何学的形状を有するレジストの空所を生成することを特徴とする方法。１９．請求項１乃至１８のいずれかに記載の方法において、露光したレジストを直ちに現像せず、レジストの付加的な層を作製して元のレジスト表面に付着させた後、更なる露光を行い、その後に現像剤に対して受容性を有する全ての露光されたレジストの領域を現像することを特徴とする方法。２０．請求項１乃至１９のいずれかに記載の方法において、複数のレジスト層の付加および随伴する露光を行い、その後に化学現像剤に対して受容性を有する全ての露光されたレジストの領域を現像することを特徴とする方法。２１．請求項１乃至２０のいずれかに記載の方法において、金属またはメタライズされた基体材料が１または複数のレジスト層の下部に存在するものとし、現像の後に、下部に存在する金属基体の露光された領域上に金属を電気メッキすることにより、レジスト材料内の空所を部分的または完全に埋めて金属ミクロ構造を生成することを特徴とする方法。２２．請求項１乃至２１のいずれかに記載の方法において、１または複数の犠牲層の除去の後に、下部の金属基体から部分的または完全に離れた金属ミクロ構造を形成するように、１または複数の犠牲層を用いることを特徴とする方法。２３．請求項２１または２２記載の方法において、前記メタライズされた基体は半導体材料からなり、集積された電子部品を有するミクロメカニカルデバイスを製造するための電子デバイスが組み込まれたものであることを特徴とする方法。２４．請求項２１または２２記載の方法において、前記製造された金属ミクロ構造を使用し、ミクロ鋳型処理のプロセスによって他の材料におけるミクロ構造を生成することを特徴とする方法。２５．請求項１乃至２４のいずれかに記載の方法において、マスクのないプロトタイプの製造または少量のミクロ構造の製造のために使用されることを特徴とする方法。２６．請求項１乃至２５のいずれかに記載の方法において、使用されるポジ型のレジストが重合体ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）であることを特徴とする方法。２７．請求項１乃至２６のいずれかに記載の方法において、露光されるネガ型のレジスト材料を使用することにより、レジスト材料中に化学的な変化を生じさせ、これにより露光されていない材料の除去に高度に特異的である一方、露光された材料には実質的に影響を与えない化学現像剤によって現像が可能となることを特徴とする方法。２８．請求項１乃至２７のいずれかに記載の方法において、従来のミクロ加工プロセスによりレジストが予め構造化されていることを特徴とする方法。２９．請求項１乃至２８のいずれかに記載の方法において、開放領域を有する近接マスクを使用して露光パターンをリソグラフィにより画成し、これを介してビーム中の入射イオンが影響を受けることなく通過することにより下部に存在するレジストを露光し、他の領域は入射イオンを完全に吸収するのに十分な厚さおよび密度の材料によって構成することにより、このような領域の下部に存在するレジストを露光されないままにすることを特徴とする方法。３０．請求項２９記載の方法において、イオンの伝達を可能とするが、エネルギーを低減させるのに十分な厚さの材料により構成される幾分かの領域を有するパターン化された近接マスクを使用することを特徴とする方法。３１．請求項３０記載の方法において、高エネルギー軽イオンを使用してレジスト材料を露光し、複雑な幾何学的形状および変動し得る深さの構造体のミクロ加工を行うことを特徴とする方法。３２．請求項１乃至３１のいずれかに記載の方法において、レジストの表面上においてイオンを選択的に吸収または散乱させるマスクのイメージによる、イメージ形成システムによる投影を用いるリソグラフィプロセスによって露光パターンを画成することを特徴とする方法。３３．請求項１乃至３２のいずれかに記載の方法において、ミクロ機械的、ミクロ光学的、ミクロ流体的、ミクロ電子的、ミクロ音響的、およびミクロ化学的部材の製造のために使用することを特徴とする方法。３４．請求項３３記載の方法によって製造されたことを特徴とする部材。３５．実質的にここに記載して例示し図面に示したことを特徴とするレジスト材料の露光方法。