JP2005347078A - Fine manufacturing method of structure and masking method of the structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ダイヤモンド、金属、シリコン、GaAs、AlN、GaN、LaB6等の化合物からなる基板上に形成したマスキング複層として、その構造を調整し、マスキングを介してエッチングすることにより、これらの基板上に任意形状の突起を形成する微細加工方法及び同用マスキング方法に関するものである。 The present invention adjusts the structure as a masking multilayer formed on a substrate made of a compound such as diamond, metal, silicon, GaAs, AlN, GaN, LaB 6 , and etches them through masking. The present invention relates to a microfabrication method for forming protrusions having an arbitrary shape on a substrate and a masking method for the same.
近年、尖鋭化したダイヤモンドを用い、電界放出型の電子放出素子として機能する微小電極を2次元的に配列したFED(フィールド・エミッション・ディスプレー)の開発が進められている。
これは、電子の偏向や収束が殆んど不要となるので、従来のディスプレーと比べてより薄型化又は平板化が可能となるという特徴を有する。また、ダイヤモンドは電子親和力が負であるという電子放出素子として非常に有利な特性を有しているために注目されている。
In recent years, FED (field emission display) has been developed in which sharpened diamond is used and microelectrodes functioning as a field emission type electron-emitting device are two-dimensionally arranged.
This is characterized in that the deflection and convergence of electrons are almost unnecessary, so that it can be made thinner or flatter than a conventional display. Diamond is attracting attention because it has a very advantageous characteristic as an electron-emitting device having a negative electron affinity.
ダイヤモンドに電子放出素子として有利な機能を持たせるためには、ダイヤモンドの先端を錐のように尖鋭化する加工する必要がある。しかし、一般にダイヤモンドは金属、高分子有機材料、その他のセラミックス系材料に比べて、加工が極めて難しいという問題がある。
このようなことから、ダイヤモンドの先端を錐のように尖鋭化する加工方法がいくつか提案されている。例えば、ダイヤモンドの基板にマスク・エッチング法により、多数の整列したダイヤモンドの隆起部分を形成し、この隆起部分に気相成長法により尖鋭な先端部を有するダイヤモンドを形成する提案がある(特許文献1参照)。
In order to give diamond an advantageous function as an electron-emitting device, it is necessary to sharpen the tip of the diamond like a cone. However, diamond generally has a problem that it is extremely difficult to process compared to metals, polymer organic materials, and other ceramic materials.
For this reason, several processing methods for sharpening the tip of the diamond like a cone have been proposed. For example, there is a proposal to form a large number of aligned diamond ridges on a diamond substrate by a mask etching method, and to form a diamond having a sharp tip by vapor deposition on this ridge (Patent Document 1). reference).
この場合は、隆起部分のダイヤモンドの、結晶方位の選定及び調整が非常に大きな問題となる。それは、隆起部分に形成される尖鋭化部分がダイヤモンドの結晶面の稜線が交差する角錐部を利用するものであるが、その角錐部は面方位により支配され、コントロールが難しいからである。
このように、ダイヤモンド(数十ナノオーダー)を気相成長させるに際しては、各ダイヤモンド結晶の隆起部分の上に、さらにダイヤモンドの微細な結晶方位を調整することが、実際には極めて難しいという問題がある。
In this case, the selection and adjustment of the crystal orientation of the raised diamond is a very big problem. This is because the sharpened portion formed in the raised portion uses a pyramid portion where the ridgelines of the diamond crystal plane intersect, but the pyramid portion is governed by the plane orientation and is difficult to control.
As described above, when diamond (several tens of nanometers) is vapor-phase grown, there is a problem that it is actually very difficult to adjust the fine crystal orientation of the diamond on the raised portion of each diamond crystal. is there.
また、特許文献1と同様に、ダイヤモンドの基板に、第1ステップとしてマスク・エッチング法により、整列した多数のダイヤモンドの柱状体を形成し、次に第2ステップとしてプラズマエッチング又は反応性イオンエッチングにより、前記柱状部分の、基板に対して反対側の先端を尖鋭化することが提案されている(特許文献2参照)。
この技術では、第2ステップで使用する反応性イオンエッチングを、第1ステップで使用したエッチングと異なるエッチング方法を採用する、すなわち横方向のエッチング速度の割合が高いエッチングとし、これによって柱状体の先端に尖鋭部を形成するというものである。しかし、横方向のエッチングを優先し、より細くするというエッチングに限定されているので、そのエッチングには自ずと限界があるという問題が存在する。
In this technique, the reactive ion etching used in the second step employs an etching method different from the etching used in the first step, that is, etching with a high rate of lateral etching rate, and thereby the tip of the columnar body. A sharp point is formed on the surface. However, there is a problem that the etching is naturally limited because it is limited to the etching that prioritizes lateral etching and makes it thinner.
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、ダイヤモンド、金属、シリコン、GaAs、AlN、GaN、LaB6等の化合物からなる基板上に上に形成したマスキング複層として、その構造を調整し、マスキングを介してエッチングすることにより、ダイヤモンド、金属、シリコン、GaAs、AlN、GaN、LaB6等の化合物からなる基板上に任意形状の突起を形成するものであり、数十ナノメートルサイズの任意形状のダイヤモンド、金属、シリコン、GaAs、AlN、GaN、LaB6等の化合物からなる微細構造を、比較的簡単な操作により得ることを課題とする。 The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems of the prior art and to form a structure as a masking multilayer formed on a substrate made of a compound such as diamond, metal, silicon, GaAs, AlN, GaN, LaB 6 or the like. By adjusting and etching through masking, protrusions of arbitrary shape are formed on a substrate made of a compound such as diamond, metal, silicon, GaAs, AlN, GaN, LaB 6 and the size of several tens of nanometers It is an object of the present invention to obtain a fine structure made of a compound such as diamond, metal, silicon, GaAs, AlN, GaN, LaB 6 or the like of any shape by a relatively simple operation.
本発明の目的を達成するために鋭意研究を進めたところ、ダイヤモンド、金属、シリコン、GaAs、AlN、GaN、LaB6等の化合物からなる基板上に形成するマスキングを複層とし、マスキングの構造を工夫することにより、比較的簡単な操作で、基板上にダイヤモンド、金属、シリコン、GaAs、AlN、GaN、LaB6等の化合物を微細にかつ任意形状にコントロールすることができるとの知見を得た。 As a result of diligent research in order to achieve the object of the present invention, a masking structure formed on a substrate made of a compound such as diamond, metal, silicon, GaAs, AlN, GaN, LaB 6 or the like is formed into a multi-layer, By ingenuity, we have obtained knowledge that compounds such as diamond, metal, silicon, GaAs, AlN, GaN, LaB 6 can be finely and arbitrarily controlled on the substrate with a relatively simple operation. .
本発明は、この知見に基づいて、
1)基板上にマスキングを施し、エッチングにより尖鋭性のある構造体を作製するに際して、マスキングを複層構造とし、上層のマスキングに比べ基板に近い側のマスキングの面積を小さくしてエッチングすることにより、エッチング深度が深くなるに従って広域となる角度のエッチングを行うことを特徴とする尖鋭性の高い構造体の微細加工方法
2)基板上にマスキングを施し、エッチングにより截頭錐体の形状を備えた構造体を作製するに際して、マスキングを複層構造とし、上層のマスキングに比べ基板に近い側のマスキングの面積を大きくしてエッチングすることにより、エッチング深度が深くなるに従って狭域となる角度のエッチングを行うことを特徴とする截頭錐体の形状を備えた構造体の微細加工方法
3)マスキングの材料が、金属、有機物、ガラス、セラミックスから選択した材料であることを特徴とする上記1又は2記載の構造体の微細加工方法
4)マスキングの材料が、エッチング速度の異なる2種以上の材料からなり、これを基板上に積層し、マスキングの上層と下層のエッチング速度差を利用して、上層と下層のマスキングの面積を異ならしめたことを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載の構造体の微細加工方法
5)ライエッチングにより基板をエッチングし、微小な凸部を形成することを特徴とする上記1〜4のいずれかに記載の構造体の微細加工方法
6)基板上にマスキングを施し、エッチングにより尖鋭性のある構造体を作製するために用いるマスキング方法であって、エッチング深度が深くなるに従って広域となる角度のエッチングを行うことができるように、マスキングを複層構造とし、上層のマスキングに比べ基板に近い側のマスキングの面積を小さくしたことを特徴とする構造体の微細加工用マスキング方法
7)基板上にマスキングを施し、エッチングにより截頭錐体の形状を備えた構造体を作製するために使用するマスキング方法であって、エッチング深度が深くなるに従って狭域となる角度のエッチングを行うことができるように、マスキングを複層構造とし、上層のマスキングに比べ基板に近い側のマスキングの面積を大きくしたことを特徴とする構造体の微細加工用マスキング方法
8)マスキングの材料が、金属、有機物、ガラス、セラミックスから選択した材料であることを特徴とする上記6又は7記載の構造体の微細加工用マスキング方法
9)マスキングの材料が、エッチング速度の異なる2種以上の材料からなり、これを基板上に積層し、マスキングの上層と下層のエッチング速度差を利用して、上層と下層のマスキングの面積を異ならしめたことを特徴とする上記6〜8のいずれかに記載の構造体の微細加工用マスキング方法
10)ドライエッチングによりマスキングされた基板をエッチングし、基板上に微小な凸部を形成することを特徴とする上記6〜9のいずれかに記載の構造体の微細加工用マスキング方法
11)基板が、ダイヤモンド、金属、シリコン、GaAs、AlN、GaN、LaB6等の化合物からなり、尖鋭性のあるこれらの材料の構造体を作製すること特徴とする上記1〜10のいずれかに記載のダイヤモンド構造体の微細加工用マスキング方法を提供する。
The present invention is based on this finding.
1) By masking the substrate and making a sharp structure by etching, the masking is made into a multi-layer structure, and etching is performed by reducing the masking area closer to the substrate than the masking of the upper layer. The fine processing method of the structure with high sharpness characterized by performing etching at a wide angle as the etching depth becomes deep 2) Masking is performed on the substrate, and the shape of the truncated cone is provided by etching When manufacturing the structure, the masking has a multi-layer structure, and the masking area on the side closer to the substrate is larger than the masking of the upper layer, and etching is performed at an angle that becomes narrower as the etching depth increases. A method for microfabrication of a structure having a truncated cone shape characterized by 3) masking material The fine processing method of the structure according to 1 or 2 above, wherein the material is selected from metal, organic matter, glass and ceramics. 4) The masking material is composed of two or more materials having different etching rates. The structure according to any one of the above 1 to 3, wherein the masking areas of the upper layer and the lower layer are made different using the difference in etching rate between the upper layer and the lower layer of the mask. Microfabrication method 5) Etching the substrate by lie etching to form a minute convex portion 6) The microfabrication method of a structure according to any one of 1 to 4 above, wherein masking is performed on the substrate, A masking method used to fabricate a sharp structure by etching, in which etching is performed at a wider angle as the etching depth increases. A masking method for microfabrication of a structure, characterized in that the masking has a multilayer structure, and the masking area closer to the substrate is smaller than the masking of the upper layer. 7) Masking is performed on the substrate, A masking method used to fabricate a structure having a truncated cone shape by etching, in which masking is performed so that a narrow angle of etching can be performed as the etching depth increases. A masking method for microfabrication of a structure characterized by having a layer structure and a masking area closer to the substrate than the masking of the upper layer 8) The masking material was selected from metal, organic matter, glass and ceramics A masking method for microfabrication of a structure according to the above 6 or 7, characterized in that the material is a material. It consists of two or more kinds of materials with different etching rates, which are laminated on the substrate, and using the difference in etching rate between the upper layer and the lower layer of the mask, the masking areas of the upper layer and the lower layer are made different. 10) The masking method for microfabrication of a structure according to any one of 6 to 10 above, wherein the substrate masked by dry etching is etched to form minute convex portions on the substrate. 9 microfabrication masking method 11) substrate structure according to any one of diamond, metal, silicon, GaAs, AlN, GaN, made from a compound such as LaB 6, a sharp structure of these materials The method for masking a microfabrication of a diamond structure according to any one of the above 1 to 10, characterized in that is prepared.
本発明は、比較的簡単な操作で、金属、シリコン、GaAs、AlN、GaN、LaB6等の化合物などの基板上に先端の尖鋭化した先端部を有する構造体又は截頭錐体の形状を備えた構造体を形成することが可能であり、マスキング形状に依存した形状の微細構造を、基板上に精度良く形成できるという優れた効果を有する。 According to the present invention, the shape of a structure or truncated cone having a sharpened tip on a substrate such as a compound of metal, silicon, GaAs, AlN, GaN, LaB 6 or the like can be obtained by a relatively simple operation. It is possible to form the provided structure, and it has an excellent effect that a fine structure having a shape depending on the masking shape can be formed on the substrate with high accuracy.
本発明は、まずダイヤモンド、金属、シリコン、GaAs、AlN、GaN、LaB6等の化合物などの基板上に複層のマスキングを施す。マスキングの材料としては、金属、有機物、ガラス、セラミックスから選択した材料を使用することができる。この複層のマスキング材は、エッチング速度が著しく異なる材料か又は一方が全くエッチングされず、他方が比較的簡単に酸又はアルカリで部分的に溶解除去できる材料であるのが望ましい。
どのような材料を基板側、すなわち下層とするか、又は上層とするかは、ダイヤモンド、金属、シリコン、GaAs、AlN、GaN、LaB6等の化合物などの上にエッチングにより形成する突起の形状によって決定する。
In the present invention, multiple layers of masking are first performed on a substrate made of a compound such as diamond, metal, silicon, GaAs, AlN, GaN, LaB 6 or the like. As the masking material, a material selected from metals, organic substances, glass, and ceramics can be used. The multi-layer masking material is preferably a material having a significantly different etching rate or one of which is not etched at all and the other is a material that can be partially dissolved and removed with acid or alkali relatively easily.
Which material is the substrate side, that is, the lower layer or the upper layer depends on the shape of the protrusion formed by etching on a compound such as diamond, metal, silicon, GaAs, AlN, GaN, LaB 6 or the like. decide.
エッチングにより尖鋭性のあるダイヤモンド、金属、シリコン、GaAs、AlN、GaN、LaB6等の化合物などの構造体を作製する場合には、マスキングを複層(多層)構造とするとともに、例えば化学的なエッチング方法により、上層のマスキングに比べ基板に近い側のマスキングの面積が小さくなるようにする。このようにマスキングした様子を図1a−bに示す。
このような複層マスキングを用いてエッチングすると、マスキングの構造がエッチングに反映され、エッチング深度が深くなるに従って広域となる角度のエッチングが行われる。したがって、エッチング後の基板上の凹凸形状は図1cに示すようになり、尖鋭性の高い構造体が得られる。
基板のエッチングには、例えば反応性イオンエッチング、イオンビームエッチング、電子サイクロトロン共鳴エッチング、誘導結合プラズマエッチング法などの物理的エッチング方法又は化学的・物理的エッチング方法を使用することができる。
When a sharp structure such as diamond, metal, silicon, GaAs, AlN, GaN, LaB 6 or the like is produced by etching, the masking is made into a multi-layer structure. By the etching method, the masking area closer to the substrate is made smaller than the masking of the upper layer. Such masking is shown in FIGS. 1a-b.
When etching is performed using such multi-layer masking, the masking structure is reflected in the etching, and the etching is performed at an angle that becomes wider as the etching depth becomes deeper. Therefore, the uneven shape on the substrate after etching is as shown in FIG. 1c, and a structure with high sharpness is obtained.
For etching the substrate, physical etching methods such as reactive ion etching, ion beam etching, electron cyclotron resonance etching, inductively coupled plasma etching, or chemical / physical etching methods can be used.
エッチングにより截頭錐体の形状を備えた構造体を作製する場合には、マスキングを複層構造とするとともに、例えば化学的なエッチング方法により、上層のマスキングに比べ基板に近い側のマスキングの面積が大きくなるようにする。
これによって、エッチング深度が深くなるに従って狭域となる角度のエッチングが行われ、結果として截頭錐体の形状を備えたダイヤモンド構造体が形成される。ダイヤモンド基板のエッチングは、上記と同様な物理的なエッチング方法を用いると良い。
When a structure having a truncated cone shape is produced by etching, the masking has a multi-layer structure, and the masking area closer to the substrate than the upper layer masking by, for example, a chemical etching method. To be larger.
As a result, as the etching depth becomes deeper, etching is performed at a narrow angle, and as a result, a diamond structure having a truncated cone shape is formed. For the etching of the diamond substrate, a physical etching method similar to the above may be used.
本発明においては、特にマスキングの材料の選択が重要である。すなわち、一旦は、図1−aに示すように、化学エッチング速度の異なる2種以上の材料を単純に積層しただけの構造とし、次に化学エッチングにより、一方のマスキング材料を部分的に除去する。これによって、マスキングの上層と下層のエッチング速度差を利用して、上層と下層のマスキングの面積を異ならしめる。
マスキングの上層の面積が大きい場合には、外部から飛翔し侵入するエッチング材(粒子)が傾斜した角度でも入るが、基板に対してバイアスを印加すること等により、このようなランダムなエッチング因子が無視できるように小さくできる。したがって、エッチング初期には、図1の(b)に示す上層マスクの比較的狭い間隙を通して、基板がほぼ円柱状にエッチングされる。
In the present invention, the selection of a masking material is particularly important. That is, once, as shown in FIG. 1-a, a structure in which two or more materials having different chemical etching rates are simply laminated is formed, and then one masking material is partially removed by chemical etching. . Accordingly, the masking areas of the upper layer and the lower layer are made different by utilizing the etching rate difference between the upper layer and the lower layer of the masking.
When the area of the masking upper layer is large, the etching material (particles) flying from the outside enters even at an inclined angle, but such a random etching factor can be obtained by applying a bias to the substrate. It can be made small so that it can be ignored. Therefore, at the initial stage of etching, the substrate is etched in a substantially cylindrical shape through a relatively narrow gap in the upper layer mask shown in FIG.
ところがエッチングの進行とともに、この上層マスクは前記エッチング材(粒子)により、同時に縦方向にも横方向にも、エッチングされ減耗していく。したがって、図1の(b)に示すきのこ状の形状が、次第に細長いロッド状になっていく。すなわち、マスクの範囲は面積が縮小する。したがって、この間、基板のエッチングの範囲は次第に広がっていくことになる。
マスクの設計及びエッチングの制御によって様々な形状にすることは可能であるが、一例を挙げると、最終的には、マスクが殆ど消失させると同時に、図1(c)に示すように、尖鋭化された微小な凸部がダイヤモンド基板上に残存するようにエッチングすることができる。
このために、前記の通り、2層マスクをきのこ状に形成するのである。このような簡単なマスク設計によって、ダイヤモンド基板上に尖鋭化された微小な凸部を形成することができる。
However, as the etching progresses, the upper layer mask is etched and depleted simultaneously by the etching material (particles) in both the vertical and horizontal directions. Therefore, the mushroom-like shape shown in FIG. 1 (b) gradually becomes an elongated rod shape. That is, the area of the mask range is reduced. Therefore, during this time, the range of etching of the substrate gradually increases.
Although it is possible to make various shapes by controlling the mask design and etching, for example, as shown in FIG. Etching can be performed so that the fine protrusions thus formed remain on the diamond substrate.
For this purpose, as described above, the two-layer mask is formed in a mushroom shape. By such a simple mask design, a sharp convex part can be formed on the diamond substrate.
マスキングの上層の面積が小さく、下層の面積が大きい2層のマスクの場合も同様である。外部から飛翔し侵入するエッチング材(粒子)が傾斜した角度でも入るが、同様に基板に対してバイアスを印加すること等により、このようなランダムなエッチング因子が無視できるように小さくでき、基板がほぼ垂直にエッチングすることができる。したがって、エッチング初期には、図2の(b)に示下層マスクの比較的狭い間隙を通して、基板がほぼ円柱状にエッチングされる。 The same applies to a two-layer mask in which the area of the upper layer of the masking is small and the area of the lower layer is large. Etching material (particles) flying from the outside and entering also enters at an inclined angle, but by applying a bias to the substrate in the same manner, such a random etching factor can be made small so that it can be ignored, It can be etched almost vertically. Therefore, at the initial stage of etching, the substrate is etched in a substantially cylindrical shape through a relatively narrow gap in the lower layer mask shown in FIG.
ところがエッチングの進行とともに、この下層マスクは前記エッチング材(粒子)により、縦方向にも横方向にも、エッチングされ減耗していく。したがって、図2(b)に示す同心円組合せ台形(断面凸形状)が、次第に細長いロッド状になっていく。すなわち、マスクの範囲は面積が縮小する。したがって、この間、基板のエッチングの範囲は次第に広がっていくことになる。
この場合も上記と同様に、マスクの設計及びエッチングの制御によって様々な形状にすることは可能である。その一例を挙げると、最終的にエッチングによりマスクを殆ど消失させると同時に、図2(c)に示すように、尖鋭化された微小な凸部がダイヤモンド基板上に残存するようにエッチングすることができる。
However, as the etching progresses, the lower layer mask is etched and depleted by the etching material (particles) both in the vertical direction and in the horizontal direction. Therefore, the concentric circular combination trapezoid (cross-sectional convex shape) shown in FIG. 2 (b) gradually becomes an elongated rod shape. That is, the area of the mask range is reduced. Therefore, during this time, the range of etching of the substrate gradually increases.
In this case as well, as described above, various shapes can be formed by controlling the mask design and etching. As an example, etching can be performed so that the mask is finally almost eliminated by etching, and at the same time, as shown in FIG. it can.
このために、あえて同心円組合せ台形(断面凸形状)2層マスクに形成するのである。このような簡単なマスク設計によって、ダイヤモンド基板上に尖鋭化された微小な凸部を形成することができる。
上記の2例は、いずれもダイヤモンド基板上に尖鋭化された微小な凸部を形成する例を示したものであるが、マスキングの間隔と複層構造及び形状をコントロールすることにより、尖鋭化したダイヤモンド突起又は截頭錐体の構造に任意に選択できる。これは本発明の大きな特徴の一つであり、簡単なマスキング構造によりダイヤモンドの突起を任意に変えることができる。
For this purpose, a concentric combination trapezoidal (convex cross section) two-layer mask is formed. By such a simple mask design, a sharp convex part can be formed on the diamond substrate.
The above two examples show examples in which a sharp convex part is formed on a diamond substrate, but it has been sharpened by controlling the masking interval and the multilayer structure and shape. The structure of the diamond protrusion or the truncated cone can be arbitrarily selected. This is one of the major features of the present invention, and the diamond protrusion can be arbitrarily changed by a simple masking structure.
尖鋭化されたダイヤモンドは、上記に説明したように、電子放出素子用ダイヤモンド部材として、例えばフィールド・エミッション・ディスプレーあるいは電界放射顕微鏡等の部材として使用することができる。
また、この場合、ダイヤモンドの先端上部にも、コンタクトを形成することが可能であるという優れた特徴を備えている。また、金属、シリコン、GaAs、AlN、GaN、LaB6等の化合物、などの構造体の場合には、エミッタ材として使用することができる。
このように、本発明の方法はマスキングを複層とし、マスキングの構造を工夫することにより、比較的簡単な操作で、基板上に、ダイヤモンド、金属、シリコン、GaAs、AlN、GaN、LaB6等の化合物を、微細にかつ任意形状にコントロールすることができるという優れた特徴を有する。
As described above, the sharpened diamond can be used as a diamond member for an electron-emitting device, for example, a member for a field emission display or a field emission microscope.
Further, in this case, an excellent feature is that a contact can be formed also on the upper end of the diamond. In the case of a structure such as a metal, silicon, GaAs, AlN, GaN, LaB 6 or the like, it can be used as an emitter material.
As described above, the method of the present invention uses multiple layers of masking and devise the masking structure, so that diamond, metal, silicon, GaAs, AlN, GaN, LaB 6 and the like can be formed on the substrate with a relatively simple operation. This compound has an excellent feature that it can be finely controlled in an arbitrary shape.
次に実際に製造した例について説明する。なお、本実施例は、理解を容易にするために記載したものであって、本発明はこの実施例に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術思想に基づく変形、他の実施態様又は他の実施例は全て本願発明に含まれるものである。 Next, an actually manufactured example will be described. Note that this embodiment is described for ease of understanding, and the present invention is not limited to this embodiment. That is, all modifications, other embodiments, and other examples based on the technical idea of the present invention are included in the present invention.
(実施例1)
ダイヤモンド基板1上に、図1(a)に示すように、一般的なフォトリソグラフィの手法により直径1.0μmの円形の複層マスクキングを施した。一層目は0.2μm厚のアルミニウム3であり、二層目は0.2μm厚の金2である。
これをアルカリエッチング液により、図1(b)に示すように、アルミニウム3を一部溶解除去した。この結果、下層のマスキングの面積(0.1μm径)は、上層のマスキングの面積よりも小さく縮小した。
次に、プラズマエッチングを行ってダイヤモンド基板1をエッチングした。この結果、エッチング後、図1(c)に示すように、尖鋭化した先端部を備えた底面の平均直径が約1μmのダイヤモンド微細構造が得られた。
(Example 1)
On the diamond substrate 1, as shown in FIG. 1A, a circular multilayer masking having a diameter of 1.0 μm was applied by a general photolithography technique. The first layer is aluminum 3 having a thickness of 0.2 μm, and the second layer is gold 2 having a thickness of 0.2 μm.
As shown in FIG. 1B, the aluminum 3 was partially dissolved and removed with an alkaline etching solution. As a result, the masking area of the lower layer (0.1 μm diameter) was reduced smaller than the masking area of the upper layer.
Next, the diamond substrate 1 was etched by performing plasma etching. As a result, after etching, as shown in FIG. 1C, a diamond microstructure having an average diameter of about 1 μm at the bottom surface provided with a sharpened tip was obtained.
(実施例2)
ダイヤモンド基板1上に、図2(a)に示すように、一般的なフォトリソグラフィの手法により直径1.0μmの円形の複層マスクキングを施した。一層目は0.2μm厚の二酸化シリコン(SiO2)4であり、二層目は0.2μm厚のアルミニウム3である。
これをアルカリエッチング液により、図2(b)に示すように、アルミニウム3を一部溶解除去した。この結果、上層のマスキングの面積(0.1μm径)は、下層のマスキングの面積よりも小さく縮小した。
次に、プラズマエッチングを行ってダイヤモンド基板1をエッチングした。この結果、エッチング後、図2(c)に示すように、尖鋭化した先端部を備えた底面の平均直径が約1μmのダイヤモンド微細構造が得られた。
(Example 2)
As shown in FIG. 2A, a circular multilayer masking having a diameter of 1.0 μm was applied on the diamond substrate 1 by a general photolithography technique. The first layer is silicon dioxide (SiO 2 ) 4 having a thickness of 0.2 μm, and the second layer is aluminum 3 having a thickness of 0.2 μm.
As shown in FIG. 2 (b), the aluminum 3 was partially dissolved and removed with an alkaline etching solution. As a result, the masking area (0.1 μm diameter) of the upper layer was reduced to be smaller than the masking area of the lower layer.
Next, the diamond substrate 1 was etched by performing plasma etching. As a result, after the etching, as shown in FIG. 2C, a diamond microstructure having an average diameter of the bottom surface having a sharpened tip was about 1 μm was obtained.
本発明は、電子放出素子用ダイヤモンド部材としての適用範囲を大幅に向上できるという特徴を有しており、フィールド・エミッション・ディスプレーあるいは電界放射顕微鏡等の部材として有用である。 The present invention has a feature that the application range as a diamond member for an electron-emitting device can be greatly improved, and is useful as a member for a field emission display or a field emission microscope.
1 ダイヤモンド基板
2 金
3 アルミニウム
4 二酸化シリコン
1 Diamond substrate 2 Gold 3 Aluminum 4 Silicon dioxide
Claims (11)
The substrate is made of a compound such as diamond, metal, silicon, GaAs, AlN, GaN, LaB 6 and the like, and a structure of these materials having sharpness is produced. Masking method for microfabrication of diamond structures.
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