JP2021167849A - Manufacturing method of metal mask and the metal mask, and manufacturing method of high-aspect diffraction grating and the high-aspect diffraction grating - Google Patents

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Abstract

To provide a manufacturing method of a metal mask having resistance in etching and the metal mask obtained by the method, and to provide a manufacturing method of a high-aspect diffraction grating having high resolution and using the metal mask and the high-aspect diffraction grating obtained by the method.SOLUTION: A manufacturing method of a metal mask comprises: forming an aluminum layer on a silicon substrate; patterning the aluminum layer; forming a grating with a rugged structure by etching the silicon substrate corresponding to an area where the aluminum layer is removed; forming an etching resist by filling a recess of the grating with an organic material and solidifying it; removing the organic material while leaving it in a bottom part of the recess; applying metal plating to an upper surface part and a side surface part where the organic material has been removed; and manufacturing the metal mask by removing the organic material left in the bottom part of the recess.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、回折格子等の作製に用いる金属マスクの製造方法と金属マスクと、タルボ干渉計やタルボ・ロー干渉計に好適に使用することができる高アスペクト回折格子の製造方法及び高アスペクト回折格子に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a metal mask used for manufacturing a diffraction grating and the like, a method for manufacturing a high-aspect diffraction grating that can be suitably used for a Talbot interferometer and a Talbot-low interferometer, and a high-aspect diffraction grating. Regarding.

回折格子は、多数の平行な周期構造を備えた分光素子として様々な装置の光学系に利用されており、近年では、X線撮像装置への応用も試みられている。回折格子には、回折方法で分類すると、透過型回折格子と反射型回折格子とがあり、さらに、透過型回折格子には、光を透過させる基板上に光を吸収する部分を周期的に配列した振幅型回折格子(吸収型回折格子)と、光を透過させる基板上に光の位相を変化させる部分を周期的に配列した位相型回折格子とがある。 Diffraction gratings are used in the optical systems of various devices as spectroscopic elements having a large number of parallel periodic structures, and in recent years, applications to X-ray imaging devices have also been attempted. Diffraction gratings are classified into transmission type diffraction gratings and reflection type diffraction gratings according to the diffraction method. Further, in the transmission type diffraction grating, parts that absorb light are periodically arranged on a substrate that transmits light. There are an amplitude type diffraction grating (absorption type diffraction grating) and a phase type diffraction grating in which portions that change the phase of light are periodically arranged on a substrate that transmits light.

一方、X線は、一般に、物質による吸収が非常に小さく、位相変化もそれほど大きくはない。比較的X線吸収能が大きい金(Au)でX線用の回折格子が製作される場合でも、金の厚さは、100μm程度必要となり、透過部分と吸収や位相の変化部分とを等幅で数μ〜数十μのピッチで周期構造を形成した場合、金部分の幅に対する厚さの比(アスペクト比=厚さ/幅)は、5以上の高アスペクト比となる。このような高アスペクト比の構造を安定して製造することの技術的な難易度が高い。 On the other hand, X-rays are generally absorbed very little by substances and their phase changes are not so large. Even when a diffraction grating for X-rays is made of gold (Au), which has a relatively large X-ray absorption capacity, the thickness of the gold needs to be about 100 μm, and the transmission portion and the absorption or phase change portion have the same width. When the periodic structure is formed at a pitch of several μ to several tens of μ, the ratio of the thickness to the width of the gold portion (aspect ratio = thickness / width) is a high aspect ratio of 5 or more. It is technically difficult to stably manufacture such a structure having a high aspect ratio.

そこで、このような高アスペクト比の構造を備えた回折格子の製造方法が、例えば、特開2009−037023号公報に開示されている。上記特許文献に開示の回折格子の製造方法は、X線タルボ干渉計に用いられる回折格子の製造方法であるが、当該回折格子の製造方法では、X線吸収金属部が必要な厚さとなるまで多くの工程が必要となり、生産性が乏しく、またアスペクトが低く、回折格子としての性能としては不十分であった。 Therefore, a method for manufacturing a diffraction grating having such a structure having a high aspect ratio is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-037023. The method for manufacturing a diffraction grating disclosed in the above patent document is a method for manufacturing a diffraction grating used for an X-ray Talbot interferometer, but in the method for manufacturing the diffraction grating, until the X-ray absorbing metal portion has a required thickness. Many steps were required, the productivity was poor, the aspect was low, and the performance as a diffraction grating was insufficient.

現在のX線タルボ用回折格子に適用されているG0回折格子(マルチスリットともいう。)は、干渉能力を有するコヒーレントなX線を作り出す役割を担い、画像のS/N比を左右するキーデバイスである。この回折格子は、X線透過するシリコン基板と、凹凸構造の凹部(スリット部)に金属成分、例えば、金を充填して、X線遮断部を構成している。X線撮像装置では、撮像対象を透過したX線の強弱をそのまま記録することによりコントラストを得ている。しかしながら、更に高解像度の画像を得ようとする場合には、印加電圧を更に高める必要はあるが、高電圧になると、所定の深さの金属成分により形成されている低アスペクトの凹部ではX線が透過しはじめ、可干渉能力が低下し、S/N比が劣化するため、コントラストの高い鮮明な画像を得ることができない。 The G0 diffraction grating (also called a multi-slit) applied to the current diffraction grating for X-ray Talbot plays a role of producing coherent X-rays having interference ability, and is a key device that influences the S / N ratio of an image. Is. This diffraction grating constitutes an X-ray blocking portion by filling a silicon substrate that transmits X-rays and a concave portion (slit portion) having a concave-convex structure with a metal component, for example, gold. In the X-ray imaging apparatus, contrast is obtained by recording the intensity of X-rays transmitted through the imaging target as they are. However, in order to obtain a higher resolution image, it is necessary to further increase the applied voltage, but when the voltage becomes high, X-rays are formed in the low aspect recess formed by the metal component having a predetermined depth. Starts to pass through, the coherence capability decreases, and the S / N ratio deteriorates, so that a clear image with high contrast cannot be obtained.

そこで、3次元構造を形成可能なシリコンの特性を活用し、高アスペクトの金属格子による回折格子を製造する検討が進められている。すなわち、シリコン基板に高アスペクト比の周期構造のスリット溝を形成し、この形成したスリット溝にシリコンの導電性を利用することで電気メッキ法(電鋳法)によって、金属を埋めて回折格子を製造する方法が考えられる。 Therefore, studies are underway to manufacture a diffraction grating using a metal grating with a high aspect ratio by utilizing the characteristics of silicon capable of forming a three-dimensional structure. That is, a slit groove having a periodic structure with a high aspect ratio is formed on a silicon substrate, and by utilizing the conductivity of silicon in the formed slit groove, a metal is embedded by an electroplating method (electrocasting method) to form a diffraction grating. A manufacturing method is conceivable.

例えば、マスクを使用して、エッチングしながら凹部を形成する方法で、形成した凹部側面部への保護膜の形成とエッチングを繰り返して微細構造体を形成する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、特許文献1で開示されている方法では、例えば、凹部の深さが300μmを超えるような高アスペクトの凹凸構造を有する回折格子を作製しようとした場合、深掘りを行うにしたがって、マスク直下のすでに形成した格子部がエッチングによるダメージを受け、先端の形状が乱れを生じ、安定した形状で、深さが300μmを超えるような高アスペクトの凹凸構造を形成することが困難であった。 For example, a method of forming a recess while etching using a mask, and a method of repeatedly forming a protective film on the side surface of the formed recess and etching to form a microstructure are disclosed (for example, a patent). See Reference 1.). However, in the method disclosed in Patent Document 1, for example, when an attempt is made to produce a diffraction grating having a concave-convex structure having a high aspect ratio such that the depth of the recess exceeds 300 μm, as deep digging is performed, the diffraction grating is directly under the mask. The already formed lattice portion of the above was damaged by etching, the shape of the tip was disturbed, and it was difficult to form a concavo-convex structure having a stable shape and a high aspect ratio exceeding 300 μm.

特許第5353101号公報Japanese Patent No. 5353101

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、主に、高アスペクトの回折格子の製造に好適で、エッチング時の耐性を備えた金属マスクの製造方法及びそれにより得られる金属マスクと、当該金属マスクを用いて、例えば、タルボ干渉計やタルボ・ロー干渉計に好適に使用することができる高解像能の高アスペクト回折格子の製造方法及びそれにより得られる高アスペクト回折格子を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and the problem to be solved thereof is mainly a method for producing a metal mask which is suitable for producing a high-aspect diffraction grating and has resistance to etching, and a method for producing the same. A method for producing a high-resolution high-aspect diffraction grating that can be suitably used for, for example, a Talbot interferometer or a Talbot-low interferometer, and a high aspect obtained by the metal mask. It is to provide a diffraction grating.

本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討を進めた結果、前記シリコン基板に凹凸構造を有する格子を形成し、前記格子の凹部に有機材料を充填して固化させエッチングレジストを形成し、前記有機材料を、凹部底部を残して除去し、前記有機材料が除去された上面部及び側面部に金属メッキを施し、前記凹部底部に残した前記有機材料を除去することにより、金属マスクを製造する金属マスクの製造方法を提供することができることを見いだし、本発明に至った。 As a result of diligent studies in view of the above problems, the present inventor has formed a lattice having a concavo-convex structure on the silicon substrate, filled the recesses of the lattice with an organic material and solidified it to form an etching resist, and formed the organic. A metal for producing a metal mask by removing the material leaving the bottom of the recess, metal-plating the upper surface and the side surface from which the organic material has been removed, and removing the organic material left at the bottom of the recess. We have found that we can provide a method for manufacturing a mask, and have arrived at the present invention.

すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。 That is, the above problem according to the present invention is solved by the following means.

1.シリコン基板を用いた金属マスクの製造方法であって、
前記シリコン基板上に、アルミニウム層を形成する第1工程と、
前記アルミニウム層上にレジストを塗布した後、当該レジストをパターニングし、次いで、前記アルミニウム層をパターニングする第2工程と、
前記アルミニウム層を除去した領域に対応する前記シリコン基板をエッチングして、凹凸構造を有する格子を形成する第3工程と、
前記格子の凹部に有機材料を充填して固化させエッチングレジストを形成する第4工程と、
前記有機材料を、エッチング法により、凹部底部を残して除去する第5工程と、
前記有機材料が除去された上面部及び側面部に、金属メッキを施す第6工程と、
前記凹部底部に残した前記有機材料を除去する第7工程、
を経て金属マスクを製造することを特徴とする金属マスクの製造方法。
1. 1. A method for manufacturing a metal mask using a silicon substrate.
The first step of forming an aluminum layer on the silicon substrate and
After applying the resist on the aluminum layer, the resist is patterned, and then the aluminum layer is patterned in the second step.
A third step of etching the silicon substrate corresponding to the region from which the aluminum layer has been removed to form a lattice having an uneven structure, and
The fourth step of filling the recesses of the lattice with an organic material and solidifying it to form an etching resist.
The fifth step of removing the organic material by an etching method, leaving the bottom of the recess, and
The sixth step of applying metal plating to the upper surface portion and the side surface portion from which the organic material has been removed, and
A seventh step of removing the organic material left on the bottom of the recess,
A method for manufacturing a metal mask, which comprises manufacturing a metal mask through the process.

2.前記凹凸構造を有するシリコン基板が、溝幅が1〜50μmの範囲内であり、かつ凹部の溝の深さが1〜150μmの範囲内である凹凸構造を有することを特徴とする第1項に記載の金属マスクの製造方法。 2. The first item is characterized in that the silicon substrate having the concavo-convex structure has a concavo-convex structure in which the groove width is in the range of 1 to 50 μm and the groove depth of the recess is in the range of 1 to 150 μm. The method for manufacturing a metal mask according to the description.

3.前記有機材料をアセトン又は酸素プラズマ処理により除去することを特徴とする第1項又は第2項に記載の金属マスクの製造方法。 3. 3. The method for producing a metal mask according to item 1 or 2, wherein the organic material is removed by treatment with acetone or oxygen plasma.

4.シリコン基板を用いた金属マスクであって、
前記シリコン基板が凹凸構造を有する格子を有し、かつ、
前記凹凸構造の凸部の上面部及び底部を除く側面部に、金属メッキが施されていることを特徴とする金属マスク。
4. A metal mask using a silicon substrate
The silicon substrate has a lattice having a concavo-convex structure, and
A metal mask characterized in that metal plating is applied to a side surface portion excluding the upper surface portion and the bottom portion of the convex portion of the concave-convex structure.

5.第4項に記載の金属マスクを用いた高アスペクト回折格子の製造方法であって、
凹凸構造を有する前記金属マスクのシリコン基板の凹部を、所定の深さに深掘りするエッチング工程と、
深掘りした前記シリコン基板の凹凸構造を有する側の表面部と凹部表面に絶縁層を形成する工程と、
前記凹部の底部に形成された前記絶縁層を除去する工程と、
電鋳法により、前記凹部に金属を充填する電鋳工程を有することを特徴とする高アスペクト回折格子の製造方法。
5. A method for manufacturing a high-aspect diffraction grating using the metal mask according to the fourth item.
An etching step of digging a concave portion of a silicon substrate of the metal mask having an uneven structure to a predetermined depth, and
A step of forming an insulating layer on the surface portion and the concave surface of the deeply dug silicon substrate on the side having the uneven structure, and
A step of removing the insulating layer formed on the bottom of the recess, and
A method for manufacturing a high-aspect diffraction grating, which comprises an electroforming step of filling the recesses with metal by an electroforming method.

6.前記電鋳工程で用いる金属が、金であることを特徴とする第5項に記載の高アスペクト回折格子の製造方法。 6. The method for manufacturing a high-aspect diffraction grating according to item 5, wherein the metal used in the electroforming step is gold.

7.第4項に記載の金属マスクを用いた高アスペクト回折格子であって、
凹凸構造を有する格子が、先端部に金属メッキが施され、かつ凹部の溝の深さが300〜500μmの範囲内である凹凸構造を有することを特徴とする高アスペクト回折格子。
7. A high-aspect diffraction grating using the metal mask according to the fourth item.
A high-aspect diffraction grating characterized in that a lattice having a concavo-convex structure has a concavo-convex structure in which the tip portion is metal-plated and the depth of the groove of the recess is in the range of 300 to 500 μm.

本発明の上記手段により、高アスペクトの回折格子の製造に好適で、エッチング時の耐性を備えた金属マスクの製造方法及びそれにより得られる金属マスクと、当該金属マスクを用いて、例えば、タルボ干渉計やタルボ・ロー干渉計に好適に使用することができる高解像能の高アスペクト回折格子の製造方法及びそれにより得られる高アスペクト回折格子を提供することができる。 By the above means of the present invention, a method for producing a metal mask suitable for producing a high-aspect diffraction grating and having resistance at the time of etching, a metal mask obtained by the method, and using the metal mask, for example, Talbot interference. It is possible to provide a method for producing a high-resolution high-aspect diffraction grating that can be suitably used for a meter or a Talbot-low interferometer, and a high-aspect diffraction grating obtained thereby.

本発明の効果の発現機構・作用機構については明確になっていないが、以下のように推察している。 Although the mechanism of expression and mechanism of action of the effects of the present invention have not been clarified, it is inferred as follows.

本発明の金属マスクの製造方法においては、
1)前記シリコン基板に、アルミニウム層を形成する第1工程と、
2)前記アルミニウム層上にレジストを塗布した後、当該レジストをパターニングし、次いで、前記アルミニウム層をパターニングする第2工程と、
3)前記アルミニウム層を除去した領域に対応する前記シリコン基板をエッチングして、凹凸構造を有する格子を形成する第3工程と、
4)前記格子の凹部に有機材料を充填して固化させエッチングレジストを形成する第4工程と、
5)前記有機材料を、エッチング法により、凹部底部を残して除去する第5工程と、
6)前記有機材料が除去された上面部及び側面部に、金属メッキを施す第6工程と、
7)前記凹部底部に残した前記有機材料を除去する第7工程、
を経て金属マスクを製造することにより、エッチング時に、金属マスクを形成したシリコン基板の上面部及び凸部側面部へのダメージを低減することができる。
In the method for producing a metal mask of the present invention,
1) The first step of forming an aluminum layer on the silicon substrate and
2) A second step of coating the resist on the aluminum layer, patterning the resist, and then patterning the aluminum layer.
3) A third step of etching the silicon substrate corresponding to the region from which the aluminum layer has been removed to form a lattice having a concavo-convex structure.
4) The fourth step of filling the recesses of the lattice with an organic material and solidifying it to form an etching resist.
5) The fifth step of removing the organic material by an etching method, leaving the bottom of the recess, and
6) The sixth step of applying metal plating to the upper surface portion and the side surface portion from which the organic material has been removed, and
7) A seventh step of removing the organic material left on the bottom of the recess,
By manufacturing the metal mask through the above, it is possible to reduce damage to the upper surface portion and the convex portion side surface portion of the silicon substrate on which the metal mask is formed during etching.

また、この金属マスクを有する微細構造体を用いて、特に、高アスペクト回折格子を製造する際、深掘り時、長期間にわたるエッチング工程においても、特に、凸部先端部が金属マスクにより保護された状態にあり、ダメージを受けることなく、安定した形状で、かつ、高アスペクト、例えば、凹部の深さが300μmを超える構造を有する回折格子を得ることができた。 Further, using the microstructure having this metal mask, the tip of the convex portion is protected by the metal mask, especially when manufacturing a high-aspect diffraction grating, during deep digging, and even during a long-term etching step. It was possible to obtain a diffraction grating in a state, without being damaged, having a stable shape, and having a high aspect, for example, a structure in which the depth of the recess exceeds 300 μm.

本発明の金属メッキを備えた金属マスクの全体構成の一例を示す概略断面図Schematic cross-sectional view showing an example of the overall configuration of the metal mask provided with the metal plating of the present invention. 金属メッキを備えた金属マスクの製造工程の一例を示した概略図(その1)Schematic diagram showing an example of a manufacturing process of a metal mask provided with metal plating (No. 1) 金属メッキを備えた金属マスクの製造工程の一例を示した概略図(その2)Schematic diagram showing an example of a manufacturing process of a metal mask provided with metal plating (Part 2) 電鋳法による金属マスクの形成方法の一例を示す概略図Schematic diagram showing an example of a method for forming a metal mask by an electroforming method 本発明の金属マスクを用いた高アスペクト回折格子の製造工程の一例を示した概略図(その1)Schematic diagram showing an example of a manufacturing process of a high-aspect diffraction grating using the metal mask of the present invention (No. 1) 本発明の金属マスクを用いた高アスペクト回折格子の製造工程の一例を示した概略図(その2)Schematic diagram showing an example of a manufacturing process of a high-aspect diffraction grating using the metal mask of the present invention (Part 2). 本発明の高アスペクト回折格子の全体構成の一例を示す概略断面図Schematic cross-sectional view showing an example of the overall configuration of the high-aspect diffraction grating of the present invention. 本発明の高アスペクト回折格子の全体構成の一例を示す概略斜視図Schematic perspective view showing an example of the overall configuration of the high-aspect diffraction grating of the present invention. 深掘りエッチングによる高アスペクト回折格子の格子部構造の一例を示す概念図Conceptual diagram showing an example of the lattice structure of a high-aspect diffraction grating by deep etching 本発明の高アスペクト回折格子を適用したX線用タルボ・ロー干渉計の構成の一例を示す概略構成図Schematic configuration diagram showing an example of the configuration of a Talbot-Lago interference meter for X-rays to which the high-aspect diffraction grating of the present invention is applied.

本発明の金属マスクの製造方法は、シリコン基板を用いた金属マスクの製造方法であって、前記シリコン基板上に、アルミニウム層を形成する第1工程と、前記アルミニウム層上にレジストを塗布した後、当該レジストをパターニングし、次いで、前記アルミニウム層をパターニングする第2工程と、前記アルミニウム層を除去した領域に対応する前記シリコン基板をエッチングして、凹凸構造を有する格子を形成する第3工程と、前記格子の凹部に有機材料を充填して固化させエッチングレジストを形成する第4工程と、前記有機材料を、エッチング法により、凹部底部を残して除去する第5工程と、前記有機材料が除去された上面部及び側面部に、金属メッキを施す第6工程と、前記凹部底部に残した前記有機材料を除去する第7工程、を経て金属マスクを製造することを特徴とする。この特徴は、下記各実施形態に係る発明に共通又は対応する技術的特徴である。 The method for manufacturing a metal mask of the present invention is a method for manufacturing a metal mask using a silicon substrate, which is a first step of forming an aluminum layer on the silicon substrate and after applying a resist on the aluminum layer. A second step of patterning the resist and then patterning the aluminum layer, and a third step of etching the silicon substrate corresponding to the region from which the aluminum layer has been removed to form a lattice having a concavo-convex structure. The fourth step of filling the recesses of the lattice with an organic material and solidifying it to form an etching resist, the fifth step of removing the organic material by an etching method leaving the bottom of the recesses, and the removal of the organic material. It is characterized in that a metal mask is manufactured through a sixth step of applying metal plating to the upper surface portion and the side surface portion and a seventh step of removing the organic material left on the bottom portion of the recess. This feature is a technical feature common to or corresponding to the invention according to each of the following embodiments.

本発明の実施形態としては、本発明の目的とする効果をより発現できる観点から、凹凸構造を有するシリコン基板が、溝幅が1〜50μmの範囲内であり、かつ凹部の溝の深さが1〜150μmの範囲内である凹凸構造を有する金属メッキ部を有することが、高アスペクトの回折格子を安定して製造することができる点で好ましい。 In the embodiment of the present invention, from the viewpoint that the effect intended by the present invention can be more exhibited, the silicon substrate having the uneven structure has a groove width in the range of 1 to 50 μm and a groove depth of the recess. It is preferable to have a metal-plated portion having a concavo-convex structure in the range of 1 to 150 μm in that a high-aspect diffraction grating can be stably manufactured.

また、金属マスクの凹部に充填して形成するエッチングレジストとして、有機材料を適用することが、格子(凸部)を構成するシリコン基板を傷つけることなく、アセトンや酸素プラズマ処理等により、容易に除去することができる点で好ましい。 Further, applying an organic material as an etching resist formed by filling the concave portion of a metal mask can be easily removed by acetone or oxygen plasma treatment without damaging the silicon substrate constituting the lattice (convex portion). It is preferable in that it can be used.

また、本発明の高アスペクト回折格子の製造方法は、本発明の金属マスクを用い、凹凸構造を有する金属マスクのシリコン基板の凹部を、所定の深さに深掘りするエッチング工程と、深掘りした前記シリコン基板の凹凸構造を有する側の表面部と凹部表面に絶縁層を形成する工程と、前記凹部の底部に形成された前記絶縁層を除去する工程と、電鋳法により、前記凹部に金属を充填する電鋳工程を経て高アスペクト回折格子を製造することを特徴とする。本発明の高アスペクト回折格子の製造方法により、溝の深さが300μm以上の凹部を備え、十分な厚さの金属成分、好ましくは金により構成されたX線遮断部を形成することができ、高解像能の高アスペクト回折格子を得ることができる。 Further, in the method for manufacturing a high-aspect diffraction lattice of the present invention, the metal mask of the present invention is used, and an etching step of deeply digging a recess of a silicon substrate of a metal mask having a concavo-convex structure to a predetermined depth and a deep digging are performed. A step of forming an insulating layer on the surface portion of the silicon substrate having an uneven structure and a surface of the recessed portion, a step of removing the insulating layer formed on the bottom portion of the recessed portion, and a metal casting method on the recessed portion. It is characterized in that a high-aspect diffraction lattice is manufactured through an electrocasting process of filling the metal. According to the method for producing a high-aspect diffraction grating of the present invention, it is possible to form an X-ray blocking portion having a recess having a groove depth of 300 μm or more and having a metal component having a sufficient thickness, preferably gold. A high-aspect diffraction grating with high resolution can be obtained.

本発明においては、シリコン基板に形成した凹凸構造において、格子を形成する部分を、凸部、シリコン層又は格子部ともいう。また、凹部は、溝部又はスリット部(スリット溝)ともいう。 In the present invention, in the uneven structure formed on the silicon substrate, the portion forming the lattice is also referred to as a convex portion, a silicon layer or a lattice portion. The recess is also referred to as a groove or a slit (slit groove).

また、本発明においては、上面部及び側面部(除く底部)に金属メッキを施した凹凸構造体を金属マスクといい、場合によっては、回折格子形成用前駆体ともいう。 Further, in the present invention, the uneven structure in which the upper surface portion and the side surface portion (excluding the bottom portion) are metal-plated is referred to as a metal mask, and in some cases, a precursor for forming a diffraction grating.

また、本発明の金属マスクを用いて、更に凹部に深掘りエッチングを施して、所望の深さの凹部を形成したものを高アスペクト回折格子という。 Further, using the metal mask of the present invention, deep etching is performed on the recesses to form recesses having a desired depth, which is called a high-aspect diffraction grating.

以下、本発明とその構成成分、及び本発明を実施するための形態・態様について、図を交えて、詳細な説明をする。なお、以下の説明において示す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。また、以下の説明において、各構成成分のあとの括弧内に記載の数字は、各図に記載した各構成成分の符号を表す。 Hereinafter, the present invention, its constituent components, and modes and modes for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, "~" is used to mean that the numerical values described before and after it are included as the lower limit value and the upper limit value. Further, in the following description, the numbers in parentheses after each component represent the code of each component described in each figure.

《金属マスク》
第1ステップとして、高アスペクト回折格子の形成に用いる前駆体である金属マスクの詳細について説明する。
《Metal mask》
As a first step, the details of the metal mask, which is a precursor used for forming the high-aspect diffraction grating, will be described.

本発明の金属マスクは、
1)シリコン基板上に、アルミニウム層を形成する第1工程と、
2)前記アルミニウム層上にレジストを塗布した後、当該レジストをパターニングし、次いで、前記アルミニウム層をパターニングする第2工程と、
3)アルミニウム層を除去した領域に対応する前記シリコン基板をエッチングして、凹凸構造を有する格子を形成する第3工程と、
4)前記格子の凹部に有機材料を充填して固化させエッチングレジストを形成する第4工程と、
5)前記有機材料を、エッチング法により、凹部底部を残して除去する第5工程と、
6)前記有機材料が除去された上面部及び側面部に、金属メッキを施す第6工程と、
7)前記凹部底部に残した前記有機材料を除去する第7工程、
を経て製造される。
The metal mask of the present invention
1) The first step of forming an aluminum layer on a silicon substrate,
2) A second step of coating the resist on the aluminum layer, patterning the resist, and then patterning the aluminum layer.
3) A third step of etching the silicon substrate corresponding to the region from which the aluminum layer has been removed to form a lattice having a concavo-convex structure.
4) The fourth step of filling the recesses of the lattice with an organic material and solidifying it to form an etching resist.
5) The fifth step of removing the organic material by an etching method, leaving the bottom of the recess, and
6) The sixth step of applying metal plating to the upper surface portion and the side surface portion from which the organic material has been removed, and
7) A seventh step of removing the organic material left on the bottom of the recess,
Manufactured through.

また、金属マスクは、上面部及び側面部に金属メッキを有し、凹凸構造を有するシリコン基板から構成され、溝幅が1〜50μmの範囲内であり、かつ凹部の溝の深さが1〜150μmの範囲内である凹凸構造を有する。 Further, the metal mask is composed of a silicon substrate having a metal plating on the upper surface portion and the side surface portion and having a concavo-convex structure, the groove width is within the range of 1 to 50 μm, and the groove depth of the recess is 1 to 1. It has an uneven structure within the range of 150 μm.

〔金属マスクの基本構造〕
図1は、本発明の金属メッキを備えた金属マスクの全体構成の一例を示す概略断面図である。
[Basic structure of metal mask]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the overall configuration of the metal mask provided with the metal plating of the present invention.

図1で示すように、本発明の金属マスク(1)は、シリコン基板(3)の上部に、複数の凸部(5)と、凹部(4)から構成されている。 As shown in FIG. 1, the metal mask (1) of the present invention is composed of a plurality of convex portions (5) and concave portions (4) on the upper portion of the silicon substrate (3).

凸部(5)の上部には、凹部(4)の形成に用いたアルミニウム層(2)が形成されている。本発明の金属マスクの特徴は、凸部(5)の上面部に上面金属メッキ部(M)が形成され、側面部の底部(6)を除いた領域に凸部の側面金属メッキ部(M)が形成されている。ただし、底部には金属メッキは存在しないことが特徴である。 An aluminum layer (2) used for forming the concave portion (4) is formed on the upper portion of the convex portion (5). Features of the metal mask of the present invention, the upper surface metal plating portions on the upper surface of the protrusion (5) (M T) is formed, the side surface metal plating portions of the convex portions in a region excluding the bottom portion of the side surface portion (6) ( M S) is formed. However, the feature is that there is no metal plating on the bottom.

金属マスク(1)においては、凹部の溝幅(W1)は1〜50μmの範囲内であり、凹部の溝の深さ(d1)は1〜150μmの範囲内であることが好ましい。 In the metal mask (1), the groove width (W1) of the recess is preferably in the range of 1 to 50 μm, and the groove depth (d1) of the recess is preferably in the range of 1 to 150 μm.

〔金属マスクの構成要素及び製造方法〕
図2及び図3は、金属メッキを備えた金属マスクの製造工程の一例を示した概略図であり、図を交えて、金属マスクの製造方法の詳細について説明する。
[Components and manufacturing method of metal mask]
2 and 3 are schematic views showing an example of a manufacturing process of a metal mask provided with metal plating, and the details of the method for manufacturing a metal mask will be described with reference to the drawings.

(シリコン基板の準備)
本発明の金属マスクの作製に用いるシリコン基板としては、P型シリコンを用いることが好ましい。P型シリコンを用いることにより、回折格子の金属成分を凹部内に電鋳法を適用して形成する際に好適である。
(Preparation of silicon substrate)
It is preferable to use P-type silicon as the silicon substrate used for producing the metal mask of the present invention. By using P-type silicon, it is suitable for forming a metal component of a diffraction grating in a recess by applying an electroforming method.

(アルミニウム層の形成:第1工程)
次いで、第1工程として図2の(a)で示すように、シリコン基板(3)上に、アルミニウム層(2)を形成する。
(Formation of aluminum layer: 1st step)
Next, as a first step, as shown in FIG. 2A, an aluminum layer (2) is formed on the silicon substrate (3).

アルミニウム層(2)は、次工程で、シリコン基板の特定の位置に、エッチングにより凹部を形成する際のマスク部材として機能するものであり、エッチング工程でのエッチング処理に対し、耐性を備えた材料で構成される。 The aluminum layer (2) functions as a mask member when forming a recess by etching at a specific position on the silicon substrate in the next step, and is a material having resistance to the etching process in the etching step. Consists of.

本発明においては、シリコン基板(3)にアルミニウム層(2)を形成するが、具体的には、例えば、真空蒸着法およびスパッタ法等の成膜方法によって成膜される。また、前記パターニング工程におけるアルミニウム層のパターニングには、適宜な反応性ガスを用いた反応性イオンエッチング(以下、RIEと略記する。)が用いられる。例えば、アルミニウム層に対し、スパッタ法によってアルミニウム膜が約150nmで成膜され、塩素ガスを用いたRIEによってこのアルミニウム膜がパターニングされる。 In the present invention, the aluminum layer (2) is formed on the silicon substrate (3). Specifically, the film is formed by a film forming method such as a vacuum vapor deposition method or a sputtering method. Further, reactive ion etching (hereinafter, abbreviated as RIE) using an appropriate reactive gas is used for patterning the aluminum layer in the patterning step. For example, an aluminum film is formed on an aluminum layer at about 150 nm by a sputtering method, and the aluminum film is patterned by RIE using chlorine gas.

(シリコン基板のエッチング:第3工程)
アルミニウム層のパターニングを行った後、アルミニウム層が形成されていない領域に、ドライエッチング法により、図2の(c)で示す構成の凹凸構造を形成する。
(Etching of silicon substrate: 3rd process)
After patterning the aluminum layer, a concavo-convex structure having the configuration shown in FIG. 2 (c) is formed in a region where the aluminum layer is not formed by a dry etching method.

ドライエッチング法によって、レジスト層及びアルミニウム層(2)を除去した領域のシリコン基板(3)に対し、所定の深さまで、エッチング装置(E)を用いてエッチング行う。これによって、金属マスクの凹部(4)が形成される。 The silicon substrate (3) in the region from which the resist layer and the aluminum layer (2) have been removed is etched by the dry etching method to a predetermined depth using the etching apparatus (E). As a result, the recess (4) of the metal mask is formed.

具体的には、シリコン基板(3)上にアルミニウム層(3)を形成する。次いで、アルミニウム層(3)上に、レジストをスピンコート法等で塗布した後、電子ビーム描画装置(EB描画)を用いて、レジストを所定の幅のスリット状(L/S状)にパターニングする。次いで、パターニングされたレジストをマスクとして、アルミニウム層をパターニング(エッチング)する。アルミニウム層のエッチングには、例えば、関東化学社製のAlエッチャントを用いることができる。 Specifically, the aluminum layer (3) is formed on the silicon substrate (3). Next, the resist is applied onto the aluminum layer (3) by a spin coating method or the like, and then the resist is patterned into a slit shape (L / S shape) having a predetermined width by using an electron beam drawing apparatus (EB drawing). .. Next, the aluminum layer is patterned (etched) using the patterned resist as a mask. For etching the aluminum layer, for example, an Al etchant manufactured by Kanto Chemical Co., Inc. can be used.

レジストとしては、ポジ型フォトレジスト又はネガ型フォトレジストを用いることができる。ポジ型フォトレジスト及びネガ型フォトレジストとしては、公知の材料を用いることができる。例えば、ネガ型フォトレジストとしては、日本ゼオン社製のZPN−1150−90を用いることができる。また、ポジ型フォトレジストとしては、東京応化工業社製のOEBR−CAP112PMを用いることができる。 As the resist, a positive photoresist or a negative photoresist can be used. Known materials can be used as the positive photoresist and the negative photoresist. For example, as the negative photoresist, ZPN-1150-90 manufactured by Zeon Corporation can be used. Further, as the positive type photoresist, OEBR-CAP112PM manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. can be used.

パターニングされたフォトレジスト層及びアルミニウム層(2)をマスクとして、シリコン基板(3)における表面から所定の深さHまで、ICP(Inductively Coupled Plasma)ドライエッチングでシリコン基板(3)がエッチングされ、凹部(4)を形成する。凹部の形状としては、溝幅が1〜50μmの範囲内であり、かつ凹部の溝の深さが1〜150μmの範囲内である凹凸構造であることが好ましい。なお、このICPドライエッチングによってフォトレジスト層は、除去される。この際、アルミニウム層(2)は若干エッチングされてもよい。 Using the patterned photoresist layer and aluminum layer (2) as a mask, the silicon substrate (3) is etched by ICP (Inductively Coupled Plasma) dry etching from the surface of the silicon substrate (3) to a predetermined depth H, and a recess is formed. (4) is formed. The shape of the recess is preferably a concavo-convex structure in which the groove width is in the range of 1 to 50 μm and the groove depth of the recess is in the range of 1 to 150 μm. The photoresist layer is removed by this ICP dry etching. At this time, the aluminum layer (2) may be slightly etched.

アルミニウム層(2)では、ICPドライエッチングによって、その厚さが、例えば、約150nmから約130nmへ目減りする。 The thickness of the aluminum layer (2) is reduced by ICP dry etching, for example, from about 150 nm to about 130 nm.

このICPドライエッチングは、高アスペクト比で垂直なエッチングができるため、好ましくは、ICP装置によるASEプロセスである。このASE(Advanced Silicon Etch)プロセスとは、SFプラズマ中のFラジカルとFイオンによるRIE(反応性イオンエッチング)によってシリコン基板のエッチングを行う工程と、Cプラズマ中のCFラジカルおよびそれらのイオンの重合反応によって、テフロン(登録商標)に近い組成を有するポリマー膜を壁面に堆積させて保護膜として作用させる工程とを繰り返し行うものである。また、高アスペクト比でより垂直なエッチングができるため、より好ましくは、ボッシュ(Bosch)プロセスのように、SFプラズマがリッチな状態と、Cプラズマがリッチな状態とを交互に繰り返すことで、側壁保護と底部エッチングとを交互に進行させてもよい。なお、ドライエッチング法は、ICPドライエッチングに限定するものではなく、他の手法であってもよい。例えば、いわゆる、並行平板型リアクティブイオンエッチング(RIE)、磁気中性線プラズマ(NLD)ドライエッチング、化学支援イオンビーム(CAIB)エッチングおよび電子サイクロトロン共鳴型リアクティブイオンビーム(ECRIB)エッチング等のエッチング技術であっても良い。 This ICP dry etching is preferably an ASE process using an ICP apparatus because it can perform vertical etching with a high aspect ratio. This ASE (Advanced Silicon Etch) process is a step of etching a silicon substrate by RIE (reactive ion etching) with F radicals and F ions in SF 6 plasma, and CF x radicals in C 4 F 8 plasma. By the polymerization reaction of these ions, a step of depositing a polymer film having a composition close to Teflon (registered trademark) on the wall surface and acting as a protective film is repeated. In addition, since more vertical etching can be performed with a high aspect ratio, more preferably, the SF 6 plasma rich state and the C 4 F 8 plasma rich state are alternately repeated as in the Bosch process. As a result, side wall protection and bottom etching may be allowed to proceed alternately. The dry etching method is not limited to ICP dry etching, and may be another method. For example, etchings such as so-called parallel plate type reactive ion etching (RIE), magnetic neutral ray plasma (NLD) dry etching, chemically assisted ion beam (CAIB) etching and electron cyclotron resonance type reactive ion beam (ECRIB) etching. It may be a technology.

(凹部への有機材料の充填:第4工程)
次いで、第3工程で形成した凹部に、図2の(d)で示すように有機材料を充填する。
(Filling of organic material in the recess: 4th step)
Next, the recess formed in the third step is filled with an organic material as shown in FIG. 2 (d).

凹部に充填してエッチングレジストを形成する有機材料(7)としては、特に制限はないが、下記に示す有機材料が好ましい。 The organic material (7) for forming the etching resist by filling the recesses is not particularly limited, but the organic material shown below is preferable.

本発明に適用可能な有機材料としては、例えばナフトキノンジアジド、ベンゾキノンジアジドなどのキノンジアジド類や、ジアゾメチルドラム酸、ジアゾジメドン、3−ジアゾ−2,4−ジオンなどのジアゾ化合物や、o−ニトロベンジルエステル、オニウム塩、オニウム塩とポリフタルアルデヒド、コリン酸t−ブチルの混合物の様な光分解剤(溶解抑制剤)と、OH基を持ちアルカリに可溶なハイドロキノン、フロログルシン、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノンなどのモノマーや、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂などのノボラック樹脂、スチレンとマレイン酸、マレイミドの共重合物、フェノール系とメタクリル酸、スチレン、アクリロニトリルの共重合物などのポリマーの混合物や縮合物、あるいはポリメチルメタクリレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ヘキサフルオロブチル、ポリメタクリル酸ジメチルテトラフルオロプロピル、ポリメタクリル酸トリクロロエチル、メタクリル酸メチル−アクリルニトリル共重合体、ポリメチルイソプロペニルケトン、ポリα−シアノアクリレート、ポリトリフルオロエチル−α−クロロアクリレートなどが挙げられる。この中でも汎用性の面から、ノボラック樹脂を主成分とする混合・縮合物が好ましく用いられる。 Examples of the organic material applicable to the present invention include quinone diazides such as naphthoquinone diazide and benzoquinone diazide, diazo compounds such as diazomethyldrum acid, diazodimedone, 3-diazo-2,4-dione, and o-nitrobenzyl ester. , Onium salt, photodegrading agent (dissolution inhibitor) such as a mixture of onium salt and polyphthalaldehyde, t-butyl cholineate, and hydroquinone, fluoroglucosin, 2,3,4-, which has an OH group and is soluble in alkali. A mixture of monomers such as trihydroxybenzophenone, novolak resins such as phenol novolac resin and cresol novolac resin, copolymers of styrene and maleic acid and maleimide, and polymers of phenolic and methacrylic acid, styrene and acrylonitrile copolymers. Condensates, or polymethylmethacrylate, polymethylmethacrylate, polyhexafluorobutyl methacrylate, dimethyltetrafluoropropyl methacrylate, trichloroethyl polymethacrylate, methyl-acrylic nitrile copolymer, polymethylisopropenylketone, Examples thereof include poly α-cyanoacrylate and polytrifluoroethyl-α-chloroacrylate. Among these, a mixed / condensate containing novolak resin as a main component is preferably used from the viewpoint of versatility.

また、これらの有機材料は、市販品としても入手が可能であり、例えば、住友ベークライト製の半導体コーティング材「スミレジン エクセル CRC−8000」シリーズ中のもの、具体的には例えば、 CRC−8200、CRC−8300を用いることができる。また、東京応化工業製のOFPR−800、TSMR−V90、TMMR S2000、PMER−900などを用いることができる。JSR製の「ELPAC WPRシリーズ」中のもの、具体的には例えば、WPR−1020を用いることができる。日本ゼオン製のポジ型絶縁膜「ZEOCOATシリーズ」中のもの、TFT製造用ポジ型フォトレジスト「ZEONREX」の「ZPP2400、ZPP2500、ZPP2600、ZPP2700シリーズ」を用いることができる。ナガセケムテックス製の「NPR9000, 7800, 8000シリーズ」を用いることができる。AZエレクトロニックマテリアルズ製の「TFP600シリーズ」のもの、具体的には例えば、TFP−650F5、TFP−650H2を、「AZ SRシリーズ」のもの、具体的には例えばAZ SR−100、AZ SR−110、AZ SR−210を、「AZ SFPシリーズ」のもの、具体的には例えばAZ SFP −1400、AZ SFP −1500を用いることができる。 In addition, these organic materials are also available as commercial products, for example, those in the semiconductor coating material "Sumiresin Excel CRC-8000" series manufactured by Sumitomo Bakelite, specifically, for example, CRC-8200, CRC. -8300 can be used. Further, OFPR-800, TSMR-V90, TMMR S2000, PMER-900 and the like manufactured by Tokyo Ohka Kogyo can be used. Those in the "ELPAC WPR series" manufactured by JSR, specifically, for example, WPR-1020 can be used. The "ZPP2400, ZPP2500, ZPP2600, ZPP2700 series" of the positive type photoresist "ZEONREX" for TFT manufacturing, which is in the positive type insulating film "ZEONCOAT series" manufactured by ZEON Corporation can be used. The "NPR9000, 7800, 8000 series" manufactured by Nagase ChemteX can be used. "TFP600 series" manufactured by AZ Electronic Materials, specifically, for example, TFP-650F5, TFP-650H2, "AZ SR series", specifically, for example, AZ SR-100, AZ SR-110. , AZ SR-210, "AZ SFP series", specifically, for example, AZ SFP -1400 and AZ SFP -1500 can be used.

本発明において、有機材料を用いた凹部充填液の調製に適用可能な溶媒としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジオキサン、アセトン、シクロヘキサノン、トリクロロエチレン、メチルエチルケトン等が挙げられる。これら溶媒は、単独であるいは2種以上混合して使用する。 In the present invention, as a solvent applicable to the preparation of the recess filling liquid using an organic material, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, methyl cellosolve, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve, ethyl cellosolve acetate, dimethyl formamide, etc. Examples thereof include dimethyl sulfoxide, dioxane, acetone, cyclohexanone, trichloroethylene, methyl ethyl ketone and the like. These solvents are used alone or in admixture of two or more.

凹部への有機材料(7)の充填方法としては、上記の有機材料及び溶媒等により調製した塗布液を、従来公知の湿式塗布方式を適宜選択して、毛細管現象等を利用して、スリット状の凹部に充填した後、所望の条件で加熱、乾燥することにより形成することができる。 As a method for filling the recesses with the organic material (7), a coating liquid prepared with the above organic material, a solvent, or the like is appropriately selected from a conventionally known wet coating method, and is formed into a slit shape by utilizing a capillary phenomenon or the like. It can be formed by filling the recesses of the above, heating and drying under desired conditions.

(底部を除く領域の有機材料の除去:第5工程)
次いで、第4工程で、凹部(4)に充填した有機材料(7)の内、図3の(a)で示すように、底部の有機材料(8)を残して除去する。
(Removal of organic material in the area other than the bottom: 5th step)
Next, in the fourth step, of the organic material (7) filled in the concave portion (4), as shown by FIG. 3 (a), the organic material (8) at the bottom is removed.

有機材料を、底部を残して除去する方法としては、特に制限はないが、アセトン又は酸素プラズマ処理により除去することが好ましい。 The method for removing the organic material leaving the bottom portion is not particularly limited, but it is preferable to remove the organic material by treatment with acetone or oxygen plasma.

アセトンを用いた有機材料の除去方法としては、有機材料を充填したシリコン基材(3)をアセトン溶液に所定の時間浸漬する方法、あるいは、シリコン基材の表面より、アセトンを供給しながら、所定の深さまでの有機材料を除去する方法を挙げることができる。 As a method for removing the organic material using acetone, a method of immersing the silicon base material (3) filled with the organic material in an acetone solution for a predetermined time, or a predetermined method while supplying acetone from the surface of the silicon base material. A method of removing the organic material to the depth of the above can be mentioned.

また、酸素プラズマ処理としては、下記の方法を挙げることができる。 Further, as the oxygen plasma treatment, the following methods can be mentioned.

図3の(a)で示すように、シリコン基材(3)上部に配置した酸素プラズマ装置(9)より、有機物に対し強力な酸化力を備えた酸素プラズマ(10)を凹部に形成した有機材料に照射し、底部の有機材料(8)を残して、その他の有機材料の分解除去を行う。具体的には、有機材料表面に高エネルギー状態の酸素(酸素ラジカル)を照射し、有機材料を構成する炭素と結合させ、COとして気化、分解(炭化、アッシング)させる。これを連続的に行うことにより、有機材料を所定の深さまで削ることができる。 As shown in FIG. 3 (a), the oxygen plasma (10) having a strong oxidizing power for organic substances is formed in the recesses from the oxygen plasma device (9) arranged on the silicon base material (3). The material is irradiated to decompose and remove other organic materials, leaving the organic material (8) at the bottom. Specifically, the surface of an organic material is irradiated with oxygen (oxygen radical) in a high energy state, bonded to carbon constituting the organic material, and vaporized and decomposed (carbonized, ashed) as CO 2. By continuously performing this, the organic material can be cut to a predetermined depth.

酸素プラズマ処理に使用するガスとしては、主成分として酸素プラズマを発生する単独ガスまたは混合ガスを用いる。単独ガスとしては、例えば、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素などの酸素原子含有ガスを用いることができ、一方、混合するガスとしては、酸素プラズマの発生を抑制しない範囲で、ヘリウム、窒素、アルゴン等の不活性ガス、塩素系ガス、フッ素系ガス、水素ガス、アンモニアガス等公知慣用のガスを適宜混合してもかまわない。 As the gas used for the oxygen plasma treatment, a single gas or a mixed gas that generates oxygen plasma is used as the main component. As the single gas, for example, an oxygen atom-containing gas such as oxygen, carbon monoxide, and carbon dioxide can be used, while as the mixed gas, helium, nitrogen, argon, as long as the generation of oxygen plasma is not suppressed. A known and commonly used gas such as an inert gas such as, chlorine-based gas, fluorine-based gas, hydrogen gas, and ammonia gas may be appropriately mixed.

底部(6)に残留させる有機材料の厚さとしては、特に制限はないが、凹部の溝の深さの10〜50%の範囲内であることが好ましく、より好ましくは15〜30%の範囲内である。 The thickness of the organic material remaining on the bottom (6) is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 50% of the depth of the groove of the recess, and more preferably in the range of 15 to 30%. Inside.

(上面部及び側面部への金属メッキの付与:第6工程)
次いで、上記方法に従って形成したシリコン基材(3)を構成する凸部(5)の上面部及び底部を除く側面部に金属メッキ処理を施して、図3の(b)で示すように、上面金属メッキ部(M)及び側面金属メッキ部(M)を形成する。
(Applying metal plating to the upper surface and side surfaces: 6th step)
Next, the upper surface portion and the side surface portion excluding the upper surface portion and the bottom portion of the convex portion (5) constituting the silicon base material (3) formed according to the above method are subjected to metal plating treatment, and as shown in FIG. 3 (b), the upper surface portion is subjected to metal plating treatment. metal plating unit (M T) and the side surface metal plating unit (M S) is formed.

金属メッキ層の形成には、電鋳法(電気メッキ法)を適用することが好ましい。 It is preferable to apply an electroplating method (electroplating method) to the formation of the metal plating layer.

図4は、本発明に適用可能な電鋳法による金属マスクの形成方法の一例を示す概略図である。 FIG. 4 is a schematic view showing an example of a method for forming a metal mask by an electroforming method applicable to the present invention.

図4で示すように、電鋳法(電気メッキ法)によって、シリコン基板(3)に電圧を印加して、上面金属メッキ部(M)及び側面金属メッキ層(M)を形成する。より具体的には、シリコン基板(3)に電源(13)の陰極が接続され、電源(13)の陽極に接続された陽極電極(12)及びシリコン基板(3)がメッキ液(11)に浸けられる。この際に、凹部(4)により確実にメッキ液(11)を浸透させるために、シリコン基材(3)の表面をアルカリ処理等の方法によって親水化したり、メッキ液(11)にシリコン基材(3)を浸けた状態で超音波振動を印加したり、メッキ液(11)とシリコン基材(3)を真空チャンバーに入れることによって凹部(4)内の空気を抜き、この状態でメッキ液(11)に浸けたり、あるいは、メッキ液(11)にシリコン基材(3)を浸けた状態で真空脱泡して凹部(4)内の空気を抜いたり等の処理が行われてもよい。 As shown in Figure 4, by electroforming (electroplating), by applying a voltage to the silicon substrate (3), to form the upper surface metal plating unit (M T) and the side surface metal plating layer (M S). More specifically, the cathode of the power supply (13) is connected to the silicon substrate (3), and the anode electrode (12) and the silicon substrate (3) connected to the anode of the power supply (13) are used as the plating solution (11). Soaked. At this time, in order to ensure that the plating solution (11) is permeated through the recesses (4), the surface of the silicon base material (3) is made hydrophilic by a method such as alkali treatment, or the silicon base material is made into the plating liquid (11). The air in the recess (4) is evacuated by applying ultrasonic vibration while the (3) is immersed or by putting the plating solution (11) and the silicon base material (3) in a vacuum chamber, and the plating solution in this state. Treatments such as immersing in (11) or evacuating the silicon base material (3) in the plating solution (11) to evacuate the air in the recess (4) may be performed. ..

本発明において、金属メッキに用いる金属としては、例えば、金(Au)、プラチナ(白金、Pt)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、インジウム(In)およびニッケル(Ni)等であり、好ましくはニッケル(Ni)である。 In the present invention, the metals used for metal plating include, for example, gold (Au), platinum (platinum, Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), iridium (Ir), indium (In) and nickel (Ni). Etc., preferably nickel (Ni).

金属メッキ部の厚さは特に制限はないが、おおむね10〜500nmの厚さの範囲であり、好ましくは100〜300nmの範囲内である。 The thickness of the metal-plated portion is not particularly limited, but is generally in the range of 10 to 500 nm, preferably in the range of 100 to 300 nm.

(底部の有機材料の除去:第7工程)
最後に、図3の(c)で示すように、底部に残留している有機材料(8)を除去して、金属マスクが作製される。
(Removal of organic material at the bottom: 7th step)
Finally, as shown in FIG. 3C, the organic material (8) remaining on the bottom is removed to prepare a metal mask.

第7工程で使用する底部の有機材料の除去方法としては、図3の(a)で示す第5工程で使用したアセトン若しくは酸素プラズマ処理、又は2つの方法を併用することにより除去することでき、例えば、アセトンを用いて底部に残留している有機材料を剥離した後、更に、酸素プラズマ処理による酸素アッシングを施して、底部の有機材料の残渣を完全に除去するクリーニング処理を施す。 As a method for removing the organic material at the bottom used in the seventh step, it can be removed by the acetone or oxygen plasma treatment used in the fifth step shown in FIG. 3 (a), or by using the two methods in combination. For example, after peeling off the organic material remaining on the bottom using acetone, oxygen ashing by oxygen plasma treatment is further performed to perform a cleaning treatment for completely removing the residue of the organic material on the bottom.

以上のようにして、凸部の上面部と底部を除く側面部に、金属メッキが施された金属マスク(1)が作製される。 As described above, the metal mask (1) having metal plating is produced on the side surface portions excluding the upper surface portion and the bottom portion of the convex portion.

《高アスペクト回折格子》
次いで、第2ステップとして、作製した金属マスクを用いて、高アスペクト回折格子を作製する。
《High aspect diffraction grating》
Then, as a second step, a high-aspect diffraction grating is produced using the produced metal mask.

本発明においては、下記の工程に従っての高アスペクト回折格子を作製することを特徴とする。 The present invention is characterized in that a high-aspect diffraction grating is produced according to the following steps.

1)凹凸構造を有する前記金属マスクのシリコン基板の凹部を、所定の深さに深掘りするエッチング工程と、
2)深掘りした前記シリコン基板の凹凸構造を有する側の表面部と凹部表面に絶縁層を形成する工程と、
3)前記凹部の底部に形成された前記絶縁層を除去する工程と、
4)電鋳法により、前記凹部に金属成分を充填する電鋳工程。
1) An etching process in which a concave portion of a silicon substrate of the metal mask having an uneven structure is deeply dug to a predetermined depth.
2) A step of forming an insulating layer on the surface portion and the concave surface of the silicon substrate on the side having the uneven structure, which is dug deeply.
3) A step of removing the insulating layer formed on the bottom of the recess, and
4) An electroforming process in which the recess is filled with a metal component by an electroforming method.

以下、各工程の詳細について説明する。 The details of each step will be described below.

(金属マスクの準備)
はじめに、図5の(a)で示すように、前記方法で作製した凸部に上面金属メッキ部(M)及び側面金属メッキ部(M)を形成した金属マスク(1)を準備する。
(Preparation of metal mask)
First, as shown in FIG. 5 (a), to prepare the upper surface metal plating portions on the convex portion was manufactured (M T) and the side surface metal plating unit (M S) of the formed metal mask (1) in the process.

(深掘りエッチング工程)
次いで、金属マスク(1)の凹部(4)に対し、エッチング装置(E)を用いて、深掘りエッチング行う。これによって、高アスペクトの深掘り凹部(4B)を形成する。
(Deep etching process)
Next, deep etching is performed on the recess (4) of the metal mask (1) using the etching apparatus (E). As a result, a high-aspect deep-drilled recess (4B) is formed.

エッチング方法は、金属マスク(1)の第3工程である図2の(c)で示すシリコン基板のエッチングを行う際に説明した方法を適用することができる。 As the etching method, the method described when etching the silicon substrate shown in FIG. 2 (c), which is the third step of the metal mask (1), can be applied.

具体的には、シリコン基板(3)における表面から所定の深さHまで、エッチング装置(E)である、ICP(Inductively Coupled Plasma)ドライエッチングによりシリコン基板(3)が更に深掘りエッチングされ、深掘り凹部(4B)を形成する。深掘り凹部(4B)の形状としては、溝幅が1〜50μmの範囲内であるが、深掘り凹部の溝の深さは300〜500μmの範囲内である凹凸構造であることが好ましく、更に好ましくは300〜500μmの範囲内である。 Specifically, the silicon substrate (3) is further deeply etched and deeply etched by ICP (Inductively Coupled Plasma) dry etching, which is an etching apparatus (E), from the surface of the silicon substrate (3) to a predetermined depth H. A digging recess (4B) is formed. The shape of the deep-drilled recess (4B) is preferably such that the groove width is within the range of 1 to 50 μm, but the depth of the groove of the deep-drilled recess is within the range of 300 to 500 μm, and further. It is preferably in the range of 300 to 500 μm.

このICPドライエッチングは、高アスペクト比で垂直なエッチングができるため、好ましくは、ICP装置によるASEプロセスである。このASE(Advanced Silicon Etch)プロセスとは、SFプラズマ中のFラジカルとFイオンによるRIE(反応性イオンエッチング)によってシリコン基板のエッチングを行う工程と、Cプラズマ中のCFラジカルおよびそれらのイオンの重合反応によって、テフロン(登録商標)に近い組成を有するポリマー膜を壁面に堆積させて保護膜として作用させる工程とを繰り返し行うものである。更には、高アスペクト比でより垂直なエッチングができるため、特に好ましくは、ボッシュ(Bosch)プロセスのように、SFプラズマがリッチな状態と、Cプラズマがリッチな状態とを交互に繰り返すことで、側壁保護と底部エッチングとを交互に進行させる方法が好ましい。なお、ドライエッチング法は、ICPドライエッチングに限定するものではなく、他の手法であってもよい。例えば、いわゆる、並行平板型リアクティブイオンエッチング(RIE)、磁気中性線プラズマ(NLD)ドライエッチング、化学支援イオンビーム(CAIB)エッチングおよび電子サイクロトロン共鳴型リアクティブイオンビーム(ECRIB)エッチング等のエッチング技術であっても良い。 This ICP dry etching is preferably an ASE process using an ICP apparatus because it can perform vertical etching with a high aspect ratio. This ASE (Advanced Silicon Etch) process is a step of etching a silicon substrate by RIE (reactive ion etching) with F radicals and F ions in SF 6 plasma, and CF x radicals in C 4 F 8 plasma. By the polymerization reaction of these ions, a step of depositing a polymer film having a composition close to Teflon (registered trademark) on the wall surface and acting as a protective film is repeated. Furthermore, since more vertical etching can be performed with a high aspect ratio, it is particularly preferable that the SF 6 plasma is rich and the C 4 F 8 plasma is rich, as in the Bosch process. A method of alternately proceeding the side wall protection and the bottom etching by repeating is preferable. The dry etching method is not limited to ICP dry etching, and may be another method. For example, etchings such as so-called parallel plate type reactive ion etching (RIE), magnetic neutral ray plasma (NLD) dry etching, chemically assisted ion beam (CAIB) etching, and electron cyclotron resonance type reactive ion beam (ECRIB) etching. It may be a technology.

(アルミニウム層と金属メッキの剥離工程)
次いで、図5の(c)で示すように、エッチングの際のマスク部材であるアルミニウム層(2)と金属メッキ(M、M)を剥離する。剥離方法としては、上記作製した深掘りした高アスペクト凹凸構造体に対し、塩素(Cl)と三塩化ホウ素(BCl)の混合ガスを用い、プラズマエッチング装置(E2)による塩素エッチング処理を施して、凸部上面に形成したアルミニウム層(3)と、金属メッキ(M、M)を剥離する。
(Aluminum layer and metal plating peeling process)
Then, as shown in FIG. 5 (c), peeled aluminum layer is a mask member during etching and (2) metal plating (M T, M S) of. As a peeling method, the deeply dug high-aspect uneven structure prepared above is subjected to chlorine etching treatment by a plasma etching apparatus (E2) using a mixed gas of chlorine (Cl 2 ) and boron trichloride (BCl 3). Te, peeled aluminum layer formed on the convex upper surface and (3), metal plating (M T, M S) of.

(絶縁層の形成工程)
次いで、図6の(a)で示すように、シリコン基材(3)の凹凸構造を有する側の表面部と凹部表面に絶縁層を形成する。具体的には、シリコン基板(3)に形成された凹凸構造の凸部(5)上面部に上面部絶縁層(17T)を、凸部(5)側面部に側面部絶縁層(17S)を、凹部底部に底部絶縁層(17B)を、更に、必要に応じて、シリコン基板(3)周辺部に絶縁層(17)が形成される。この絶縁層は、後工程で、凹部に金属成分、例えば、X線遮蔽部を形成する金属メッキ工程(電鋳工程)の際に、不要なメッキ成長が生じないように制御する役割を果たす。
(Insulation layer forming process)
Next, as shown in FIG. 6A, an insulating layer is formed on the surface portion and the concave surface of the silicon base material (3) on the side having the uneven structure. Specifically, the upper surface insulating layer (17T) is provided on the upper surface of the convex portion (5) of the concave-convex structure formed on the silicon substrate (3), and the side surface insulating layer (17S) is provided on the side surface of the convex portion (5). A bottom insulating layer (17B) is formed on the bottom of the recess, and an insulating layer (17) is formed on the periphery of the silicon substrate (3), if necessary. This insulating layer plays a role of controlling so that unnecessary plating growth does not occur in the metal plating step (electroplating step) of forming a metal component, for example, an X-ray shielding portion in the recess in a subsequent step.

絶縁層の形成方法としては、熱酸化法、陽極酸化法、CVD法、スパッタ法、蒸着法等を適用することができる。 As a method for forming the insulating layer, a thermal oxidation method, an anodizing method, a CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method and the like can be applied.

〈熱酸化法による絶縁層の形成〉
シリコン基板(3)における上面部と凹部(4B)の内表面全体に、熱酸化法によって、後述の金属成分を形成する電鋳工程の電鋳法に対し絶縁性を有するように所定の厚さの絶縁層(17)が形成される。この絶縁層(17)は、シリコン基板(3)を用いていることから、シリコン酸化膜であり、この絶縁層(17)としてのシリコン酸化膜は、例えば、厚さ約150nmで形成される。このシリコン酸化膜は、シリコン基板(3)の少なくとも、上面部絶縁層(17T)と凹部(4B)の側面部絶縁層(17S)と底部絶縁層(17B)が形成されるが、シリコン基板(3)の裏面や側面にも形成されてもよい。この熱酸化法は、酸化したい素材であるシリコン基板(3)の凹凸部を酸素や水蒸気の気体雰囲気中で加熱することによって前記素材表面から酸化膜を成長させて形成するので、非常に緻密で、前記素材と一体化した密着性のよい酸化膜を得ることができる。そして、この熱酸化法は、気体雰囲気の流量や、加熱時間を調整することによって、その膜厚を精度よく制御することもでき、数nmの膜厚の酸化膜からミクロンオーダーの膜厚の酸化膜まで容易に得ることができる。
<Formation of insulating layer by thermal oxidation method>
A predetermined thickness of the silicon substrate (3) so as to have insulating properties against the electroforming method of the electroforming process of forming a metal component described later by a thermal oxidation method on the entire inner surface of the upper surface portion and the concave portion (4B). Insulation layer (17) is formed. Since the insulating layer (17) uses the silicon substrate (3), it is a silicon oxide film, and the silicon oxide film as the insulating layer (17) is formed, for example, with a thickness of about 150 nm. In this silicon oxide film, at least the upper surface insulating layer (17T), the side surface insulating layer (17S) and the bottom insulating layer (17B) of the recess (4B) are formed on the silicon substrate (3), but the silicon substrate (17B) is formed. It may also be formed on the back surface or the side surface of 3). This thermal oxidation method is very dense because it is formed by growing an oxide film from the surface of the material by heating the uneven portion of the silicon substrate (3), which is the material to be oxidized, in a gas atmosphere of oxygen or water vapor. , An oxide film having good adhesion can be obtained that is integrated with the material. In this thermal oxidation method, the film thickness can be accurately controlled by adjusting the flow rate of the gas atmosphere and the heating time, and oxidation of an oxide film having a film thickness of several nm to a film thickness on the order of microns. Even a film can be easily obtained.

〈陽極酸化法による絶縁層の形成〉
この陽極酸化法は、酸化したい導電性の素材であるシリコン基板(3)を電解液中に浸し、前記素材を陽極(正極、+極)として通電することによって、素材表面で電解液中の酸素と結合させ、前記素材表面から酸化膜を成長させて形成する方法である。ここで、素材表面に形成される酸化膜を溶解しないか、その溶解度が小さい電解液を用いた場合には、陽極酸化法は、上述のように成膜が進むので、非常に緻密で、前記素材と一体化した密着性のよい酸化膜を得ることができる。また、陽極酸化法は、酸化膜の膜厚が、印加した電圧に比例するので、前記電圧を調整することによって、その膜厚を精度よく制御することもでき、数nmの膜厚の酸化膜から数μmの膜厚の酸化膜まで容易に得ることができる。したがって、電鋳工程の電鋳法における絶縁膜34を形成する方法として、この陽極酸化法は、好適である。
<Formation of insulating layer by anodizing method>
In this anodic oxidation method, a silicon substrate (3), which is a conductive material to be oxidized, is immersed in an electrolytic solution, and the material is energized as an anode (positive electrode, positive electrode), so that oxygen in the electrolytic solution is generated on the surface of the material. It is a method of forming an oxide film by growing it from the surface of the material. Here, when the oxide film formed on the surface of the material is not dissolved or an electrolytic solution having a low solubility is used, the anodizing method is very precise because the film formation proceeds as described above. An oxide film with good adhesion that is integrated with the material can be obtained. Further, in the anodizing method, since the film thickness of the oxide film is proportional to the applied voltage, the film thickness can be accurately controlled by adjusting the voltage, and the oxide film having a film thickness of several nm can be controlled accurately. It is possible to easily obtain an oxide film having a film thickness of several μm. Therefore, this anodizing method is suitable as a method for forming the insulating film 34 in the electroforming method of the electroforming process.

〈化学気相成長法(CVD法)による絶縁層の形成〉
シリコン基板(3)における凹凸構造を形成した表面全体に、化学気相成長法によって絶縁層(17)を堆積して形成する場合には、例えば、テトラエトキシシラン(Tetraethoxysilane、TEOS)が加温され、キャリアガスによってバブリングされることによってTEOSガスが生成され、このTEOSガスに例えば酸素やオゾン等の酸化ガス及び、例えば、ヘリウム等の希釈ガスが混合されて原料ガスが生成される。そして、この原料ガスが例えばプラズマCVD装置や常温オゾンCVD装置等のCVD装置に導入され、CVD装置内のシリコン基板(3)の表面に、絶縁層(17)として所定の厚さ(例えば、約40nm等)のシリコン酸化膜が形成される。ここで、テトラエトキシシランの代わりに、アルミニウムイソプロポキシド(Aluminium isopropoxide)を用いることによって、絶縁層(17)として所定の厚さ(例えば約30nm等)のアルミナ膜がCVDによって成膜される。このCVDは、原料ガスの表面化学反応であるため、特別な工夫を行うことなく、構造物内壁(本実施形態ではスリット溝SDの内表面)に緻密な膜を形成することができ、その膜厚も数nm〜数μmまで比較的容易に成膜することができる。
<Formation of an insulating layer by chemical vapor deposition (CVD method)>
When the insulating layer (17) is deposited and formed on the entire surface of the silicon substrate (3) on which the uneven structure is formed by the chemical vapor deposition method, for example, tetraethoxysilane (TEOS) is heated. , TEOS gas is generated by bubbling with a carrier gas, and an oxidizing gas such as oxygen or ozone and a diluting gas such as helium are mixed with the TEOS gas to generate a raw material gas. Then, this raw material gas is introduced into a CVD device such as a plasma CVD device or a room temperature ozone CVD device, and has a predetermined thickness (for example, about) on the surface of the silicon substrate (3) in the CVD device as an insulating layer (17). A silicon oxide film (40 nm, etc.) is formed. Here, by using aluminum isopropoxide instead of tetraethoxysilane, an alumina film having a predetermined thickness (for example, about 30 nm or the like) is formed as the insulating layer (17) by CVD. Since this CVD is a surface chemical reaction of the raw material gas, a dense film can be formed on the inner wall of the structure (inner surface of the slit groove SD in this embodiment) without any special device, and the film can be formed. A film can be relatively easily formed with a thickness of several nm to several μm.

〈スパッタ法による絶縁層の形成〉
スパッタ法によって絶縁層(17)を堆積して形成する場合には、例えば、真空チャンバー内に絶縁層(17)として成膜させたい物質(例えば、石英やアルミナ等)のターゲットが設置され、高電圧を印加することによってイオン化されたアルゴン等の希ガス元素(普通はアルゴンを用いる)が前記ターゲットに照射および衝突される。この衝突によって前記ターゲットの表面の原子がはじき飛ばされる(スパッタリングされる)。このはじき飛ばされた原子(スパッタリング粒子)が、シリコン基材の凹凸部の各表面に到達することで、前記主面側の表面に前記スパッタリング粒子が降り積もって堆積して絶縁層が成膜される。
<Formation of insulating layer by sputtering method>
When the insulating layer (17) is deposited and formed by the sputtering method, for example, a target of a substance (for example, quartz, alumina, etc.) to be formed as the insulating layer (17) is installed in the vacuum chamber, and the height is high. Noble gas elements such as argon (usually using argon) ionized by applying a voltage irradiate and collide with the target. Atoms on the surface of the target are repelled (sputtered) by this collision. When the repelled atoms (sputtering particles) reach each surface of the uneven portion of the silicon base material, the sputtering particles are deposited and deposited on the surface on the main surface side to form an insulating layer.

〈真空蒸着法による絶縁層の形成〉
真空蒸着法により絶縁層を形成する方法としては、真空チャンバー内で絶縁層(17)として成膜させたい物質(蒸着源)と対面させるようにシリコン基板(3)を配置し、蒸着源を加熱することによって発生した気体状態の成膜物質(蒸着物質)が前記主面側の表面に照射される。この蒸着物質が、前記主面側の表面に到達することで、前記主面側の表面に前記蒸着物質が降り積もって堆積し成膜される。真空蒸着法は、通常、10−2〜10−4Pa程度の減圧下で実施されるため、蒸着物質の平均自由行程は、数10cm〜数10m程度と長く、ほとんど衝突することなくシリコン基板(3)に到達するため蒸着源から気化した蒸着物質は、極めて良い指向性を有している。このため、比較的高アスペクトな凹部(4B)の内表面の奥深くまで、均一かつ緻密な絶縁層を形成することができる。
<Formation of insulating layer by vacuum deposition method>
As a method of forming an insulating layer by a vacuum vapor deposition method, a silicon substrate (3) is arranged so as to face a substance (deposited source) to be deposited as an insulating layer (17) in a vacuum chamber, and the vapor deposition source is heated. The film-forming substance (deposited substance) in a gaseous state generated by this is irradiated on the surface on the main surface side. When the vapor-deposited substance reaches the surface on the main surface side, the vapor-deposited substance is deposited and deposited on the surface on the main surface side to form a film. Vacuum evaporation method is usually to be carried out under a reduced pressure of about 10 -2 to 10 -4 Pa, the mean free path of the deposition material, as long as about several 10cm~ number 10 m, the silicon substrate with almost no collision ( The vaporized material vaporized from the vapor deposition source to reach 3) has extremely good directivity. Therefore, a uniform and dense insulating layer can be formed deep inside the inner surface of the recess (4B) having a relatively high aspect ratio.

(保護マスクの形成工程)
次いで、次工程で底部絶縁層の剥離に際に、マスクとして機能する保護マスク(18)を形成する。
(Protective mask forming process)
Next, a protective mask (18) that functions as a mask is formed when the bottom insulating layer is peeled off in the next step.

保護マスク(18)の形成方法としては、CVD法、スパッタ法、蒸着法等を適用することができるが、その中でも、化学気相成長法(CVD法)によって、厚膜のシリコン酸化膜(SiO層)を成膜する方法が好ましく、例えば、テトラエトキシシラン(Tetraethoxysilane、TEOS)を用い、プラズマCVD装置や常温オゾンCVD装置等のCVD装置により形成される。 As a method for forming the protective mask (18), a CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like can be applied. Among them, a thick silicon oxide film (SiO) is formed by a chemical vapor deposition method (CVD method). A method of forming a film (two layers) is preferable, and for example, it is formed by a CVD apparatus such as a plasma CVD apparatus or a room temperature ozone CVD apparatus using tetraethoxysilane (TEOS).

(底部絶縁層の除去)
次いで、前記深掘り工程で用いたのと同様のエッチング装置(E)を用いて、凹部の底部に形成されている底部絶縁層(17B)を除去する。
(Removal of bottom insulating layer)
Next, the bottom insulating layer (17B) formed at the bottom of the recess is removed by using the same etching apparatus (E) as that used in the deep digging step.

(凹部に金属成分を充填する電鋳工程)
最後に、図6の(d)で示すように、凹部内部に金属成分(21)を電鋳法を用いて充填することにより、高アスペクト回折格子(20)を作製することができる。
(Electroforming process of filling the recesses with metal components)
Finally, as shown in FIG. 6D, the high aspect diffraction grating (20) can be produced by filling the inside of the recess with the metal component (21) by electroforming.

前述の金属メッキの形成に用いたのと同様の方法で、図4で示すような電鋳法(電気メッキ法)によって、シリコン基板(3)に電圧を印加して、凹部内部に金属成分(21)を充填する。 A voltage is applied to the silicon substrate (3) by the electroplating method (electroplating method) as shown in FIG. 4 in the same manner as that used for forming the metal plating described above, and a metal component (metal component (metal component) is formed inside the recess. 21) is filled.

より具体的には、図4で示した金属メッキ工程と同様に、シリコン基板(3)に電源(13)の陰極が接続され、電源(13)の陽極に接続された陽極電極(12)及びシリコン基板(3)がメッキ液(11)に浸けられる。これによって電鋳により凹部底面部から金属成分(21)が析出し、成長する。そして、この金属成分(21)がスリット状の凹部内部を埋めると、電鋳が終了される。 More specifically, similarly to the metal plating process shown in FIG. 4, the cathode electrode (12) of the power supply (13) is connected to the silicon substrate (3), and the anode electrode (12) is connected to the anode of the power supply (13). The silicon substrate (3) is immersed in the plating solution (11). As a result, the metal component (21) is precipitated from the bottom surface of the recess by electroforming and grows. Then, when the metal component (21) fills the inside of the slit-shaped recess, electroforming is completed.

このようにして、シリコン成分及び絶縁層は、X線を透過するように機能し、複数の凹部に形成されてスリット状の金属成分(21)は、X線を吸収するように機能する。 In this way, the silicon component and the insulating layer function to transmit X-rays, and the slit-shaped metal component (21) formed in the plurality of recesses functions to absorb X-rays.

金属部分(21)を構成する金属としては、X線を吸収するものが好適に選択され、例えば、原子量が比較的重い元素の金属や貴金属、より具体的には、例えば、金(Au)、プラチナ(白金、Pt)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)およびイリジウム(Ir)等である。 As the metal constituting the metal portion (21), a metal that absorbs X-rays is preferably selected, and for example, a metal or a noble metal having a relatively heavy atomic weight, more specifically, for example, gold (Au), or the like. Platinum (platinum, Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), iridium (Ir) and the like.

《本発明の高アスペクト回折格子の特徴》
図7は、上記方法で作製される高アスペクト回折格子の全体構成の一例を示す概略断面図であり、図8はその概略斜視図である。
<< Features of the high-aspect diffraction grating of the present invention >>
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of the overall configuration of the high-aspect diffraction grating produced by the above method, and FIG. 8 is a schematic perspective view thereof.

図7で示すように、本発明の高アスペクト回折格子の特徴は、金属成分(21)が充填されている凹部の深さd4が300〜500nmという従来にない深掘り凹部を有していることが特徴である。 As shown in FIG. 7, a feature of the high-aspect diffraction grating of the present invention is that the recess d4 filled with the metal component (21) has an unprecedented deep recess of 300 to 500 nm. Is a feature.

本発明の高アスペクト回折格子の製造方法により、極めて深い凹部構造を有する回折格子を作製することができ、その結果、層厚な金属成分により構成されるX線遮蔽部を形成することができ、高解像能を備えたX線撮像装置を実現することができる。 By the method for producing a high-aspect diffraction grating of the present invention, a diffraction grating having an extremely deep recessed structure can be produced, and as a result, an X-ray shielding portion composed of a layer-thick metal component can be formed. An X-ray imaging apparatus having high resolution can be realized.

本発明により上記構成を実現できた理由は、図9の(a)に示すように、深掘りするエッチング工程において、従来の構成の回折格子では、凹部(4B)を深掘りしようとする場合、エッチングの際のエッチング成分(15)が凸部上部で側壁に当たり、側壁部の一部もエッチングを起こすことにより壁面が変形(22)し、所望の形状を備えた凹部を形成することができず、凹部の深さが300μm以上の回折格子を作製すること困難であった。 The reason why the above configuration can be realized by the present invention is that, as shown in FIG. 9A, in the etching step for deep digging, when the diffraction grating having the conventional configuration is to dig deep in the recess (4B). The etching component (15) at the time of etching hits the side wall at the upper part of the convex portion, and the wall surface is deformed (22) by causing etching of a part of the side wall portion, so that the concave portion having a desired shape cannot be formed. It was difficult to produce a diffraction grating having a recessed depth of 300 μm or more.

本発明では、図5の(b)で説明したような深掘り工程でのエッチングによりダメージを受けやすい凸部上面部の側壁を、エッチングによるシリコン基材への影響を保護するための金属メッキ(Ms)を形成することにより、図9の(b)で示すように、安定した形状の凹凸構造を備えた高アスペクト回折構成を得ることができた。すなわち、300μm以上の深い凹凸構造体においても、先端部がダメージを受けることなく、所望の形状の凸部を形成することができる。 In the present invention, the side wall of the upper surface of the convex portion, which is easily damaged by etching in the deep digging step as described in FIG. 5B, is metal-plated to protect the influence of etching on the silicon substrate. By forming Ms), as shown in FIG. 9B, a high-aspect diffraction configuration having a concavo-convex structure having a stable shape could be obtained. That is, even in a deep concavo-convex structure of 300 μm or more, a convex portion having a desired shape can be formed without damaging the tip portion.

《タルボ・ロー干渉計への適用》
本発明の高アスペクト回折格子は、タルボ・ロー干渉計に適用することができる。
《Application to Talbot Low Interferometer》
The high-aspect diffraction grating of the present invention can be applied to a Talbot-Lago interferometer.

図10は、本発明の高アスペクト回折格子を適用したX線用タルボ・ロー干渉計の構成の一例を示す概略構成図である。 FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing an example of the configuration of a Talbot-Lago interference meter for X-rays to which the high-aspect diffraction grating of the present invention is applied.

タルボ・ロー干渉計(50)は、図10に示すように、X線源(51)と、マルチスリット板(G0)と、第1回折格子(G1)と、第2回折格子(G2)とを備えて構成される。 As shown in FIG. 10, the Talbot low interferometer (50) includes an X-ray source (51), a multi-slit plate (G0), a first diffraction grating (G1), and a second diffraction grating (G2). Is configured with.

図10で示すマルチスリット板(G0)は、本発明の高アスペクト回折格子であってよい。マルチスリット板(G0)を、本発明の高アスペクト回折格子の製造方法によって製造することによって、X線を凸部によって透過させるとともに、より確実に十分な厚さを備えた複数の金属部分(21)によって遮断することができるので、X線の透過と非透過とをより明確に区別することができるから、マルチスリット板(G0)は、X線源(51)から放射されたX線を、より確実にマルチ光源とすることができる。 The multi-slit plate (G0) shown in FIG. 10 may be the high-aspect diffraction grating of the present invention. By manufacturing the multi-slit plate (G0) by the method for manufacturing a high-aspect diffraction grating of the present invention, a plurality of metal portions (21) having a sufficient thickness while transmitting X-rays through convex portions more reliably. ), So that the transmission and non-transmission of X-rays can be more clearly distinguished. Therefore, the multi-slit plate (G0) transmits the X-rays emitted from the X-ray source (51). A multi-light source can be used more reliably.

そして、タルボ・ロー干渉計(50)とすることによって、タルボ干渉計よりも、被写体(S)を介して第1回折格子(G1)に向けて放射されるX線量が増加するので、より高鮮鋭で良好なモアレ縞が得られる。 Then, by using the Talbot low interferometer (50), the X dose radiated toward the first diffraction grating (G1) through the subject (S) is increased as compared with the Talbot interferometer, so that it is higher. A sharp and good moire fringe is obtained.

(X線撮像装置)
本発明の高アスペクト回折格子は、種々の光学装置に利用することができるが、高アスペクト比で十分な厚さを備えた金属部分(21)を形成することができるので、例えば、X線撮像装置に好適に用いることができる。
(X-ray imaging device)
The high-aspect diffraction grating of the present invention can be used for various optical devices, but since it is possible to form a metal portion (21) having a high aspect ratio and a sufficient thickness, for example, X-ray imaging It can be suitably used for an apparatus.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量%」を表す。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. Although the display of "%" is used in the examples, it represents "mass%" unless otherwise specified.

《回折格子の作製》
〔回折格子1の作製〕
(金属マスクの作製)
〈1:シリコン基材上へのアルミニウム層の形成〉
P型シリコンウェハー上に、ULVAC社製のスパッタ改造機SIH−450を用い、DC500Wの条件で30分間のスパッタ処理を行い、厚さ400nmのアルミニウム層を形成した(図2の(a)参照)。
<< Fabrication of diffraction grating >>
[Preparation of diffraction grating 1]
(Making a metal mask)
<1: Formation of aluminum layer on silicon substrate>
On the P-type silicon wafer, a sputtering modification machine SIH-450 manufactured by ULVAC was used to perform a sputtering treatment for 30 minutes under the condition of DC500W to form an aluminum layer having a thickness of 400 nm (see (a) in FIG. 2). ..

〈レジストのパターニング〉
アルミニウム層上にレジストをスピンコート法で塗布した後、電子ビーム描画装置(EB描画)を用いて、下記の条件で、レジストを幅10μmでスリット状(L/S状)にパターニングした。
<Resist patterning>
After applying the resist on the aluminum layer by the spin coating method, the resist was patterned in a slit shape (L / S shape) with a width of 10 μm under the following conditions using an electron beam drawing apparatus (EB drawing).

電子ビーム描画装置(EB描画)として、アドバンテスト社の電子線直接描画装置 F5112を用い、6.1μJ/cmで露光した。レジストとしては東京応化工業社製のOEBR−CAP112PMを用いた。スピンコートの条件は2500rpmで60秒間行った。 As an electron beam drawing device (EB drawing), an electron beam direct drawing device F5112 manufactured by Advantest Co., Ltd. was used, and the exposure was performed at 6.1 μJ / cm 2. As the resist, OEBR-CAP112PM manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. was used. The spin coating conditions were performed at 2500 rpm for 60 seconds.

〈2:アルミニウム層のパターニング〉
パターニングされたレジストをマスクとして、アルミニウム層をパターニングした。アルミニウム層のエッチングは、関東化学社製のAlエッチャントを用い、下記に示す条件で行った(図2の(b)参照)。
<2: Patterning of aluminum layer>
The aluminum layer was patterned using the patterned resist as a mask. The etching of the aluminum layer was carried out using an Al etchant manufactured by Kanto Chemical Co., Inc. under the conditions shown below (see (b) in FIG. 2).

100mlのエッチング液(AIエッチャント)を用いて、室温25℃での浸漬によるエッチングを5分目安で行った。エッチング後は純水洗浄を3度実施してエッチング液を除去した。 Etching by immersion at room temperature of 25 ° C. was performed for about 5 minutes using 100 ml of an etching solution (AI etchant). After etching, pure water washing was performed three times to remove the etching solution.

〈3:凹部の形成:ボッシュプロセス〉
次いで、上記試料を、SPTS社製の量産用シリコン深掘り装置ASE−Pegasusを用いて、下記に示す条件でエッチングを行い、溝幅が10μm、溝の深さが60μmの凹凸構造を複数形成した(図2の(c)参照)。
<3: Formation of recesses: Bosch process>
Next, the sample was etched using a mass-produced silicon deep digging device ASE-Pegasus manufactured by SPTS under the conditions shown below to form a plurality of uneven structures having a groove width of 10 μm and a groove depth of 60 μm. (See (c) of FIG. 2).

ASE−Pegasusを用いたエッチング時の条件は、RF1800W、platen180W、APC4.5Pa、SFgas300sccmで6.7sで行った。保護膜形成時の条件は、RF1800W、platen180W、APC3.5Pa、Cgas150sccmで3.1sであった。これを交互に50サイクル実施することで深さ60μmの構造体を得た。 Conditions during etching using ASE-Pegasus was performed RF1800W, platen180W, APC4.5Pa, in SF 6 gas300sccm at 6.7 S. Conditions during the protective layer formation was 3.1s RF1800W, platen180W, APC3.5Pa, with C 4 F 8 gas150sccm. This was alternately carried out for 50 cycles to obtain a structure having a depth of 60 μm.

〈4:凹部への有機材料の充填〉
次いで、形成した凹部内部に、スピンコーターを用いて、3500rpmで、有機材料として、東京応化工業社製のOFPR−800LBを充填した。次いで、110℃で30分かけて、有機材料のレベリング及び乾燥を行った(図2の(d)参照)。
<4: Filling the recesses with organic material>
Next, the formed recess was filled with OFPR-800LB manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. as an organic material at 3500 rpm using a spin coater. Then, the organic material was leveled and dried at 110 ° C. for 30 minutes (see (d) in FIG. 2).

〈5:有機材料の除去〉
凹部に有機材料を充填した後、サムコ社製の酸素アッシング装置を用いて、30分の酸素アッシングを行って、厚さ60μmで形成した有機材料の厚さ50μm分を除去し、底部に厚さ10μmの有機材料を残した(図3の(a)参照)。
<5: Removal of organic materials>
After filling the recesses with an organic material, oxygen ashing for 30 minutes is performed using an oxygen ashing device manufactured by SAMCO Corporation to remove 50 μm of the organic material formed at a thickness of 60 μm, and the bottom is thickened. 10 μm of organic material was left (see (a) in FIG. 3).

〈6:上面及び側面部に金属メッキの付与〉
凹部の底部以外の有機材料を除去したシリコンウェハーを、図4に示す構成からなる電鋳法で電気メッキ処理(電鋳処理)を施した。メッキ液として金(Au)液を用い、1mAの定電流で5分間のメッキ処理を施し、凸部の上面部と、凹部内部の底部を除く側面部(高さ50μm)に、金(Au)の厚さが200nmの金属メッキを施した(図3の(b)参照)。
<6: Metal plating is applied to the top and side surfaces>
The silicon wafer from which the organic material other than the bottom of the recess was removed was electroplated (electroplated) by the electroplating method having the configuration shown in FIG. Gold (Au) liquid is used as the plating liquid, and plating treatment is performed for 5 minutes at a constant current of 1 mA. Was plated with a metal having a thickness of 200 nm (see (b) in FIG. 3).

〈7:底部有機材料の除去〉
次いで、金属メッキを行ったシリコンウェハーに対し、凹部の底部に残留している厚さ10μmの有機材料を、アセトンを用いて剥離除去した。
<7: Removal of bottom organic material>
Next, the organic material having a thickness of 10 μm remaining at the bottom of the recess was peeled off and removed from the metal-plated silicon wafer using acetone.

更に、サムコ社製のFA−1を用い、酸素アッシングを30分間行い、凹部の底部に有機材料の残渣が残らないようにクリーニング処理を行って、金属マスク1を作製した(図3の(c)参照)。 Further, using FA-1 manufactured by SAMCO Corporation, oxygen ashing was performed for 30 minutes, and cleaning treatment was performed so that no residue of organic material remained on the bottom of the recess to prepare a metal mask 1 ((c) in FIG. 3). )reference).

〈8:深掘り加工〉
次いで、上記作製した金属マスクを用いて、回折格子とするための深掘り加工を行った。具体的には、SPTS社製の量産用シリコン深掘り装置ASE−Pegasusを用いてエッチングを行い、溝幅が10μm、溝の深さが300μmの高アスペクト凹凸構造体を作製した(図5の(b)参照)。
<8: Deep digging>
Next, using the metal mask produced above, a deep digging process was performed to form a diffraction grating. Specifically, etching was performed using a mass-produced silicon deep digging device ASE-Pegasus manufactured by SPTS to prepare a high-aspect-concave-convex structure having a groove width of 10 μm and a groove depth of 300 μm ((FIG. 5). b) See).

〈9:塩素エッチング処理〉
次いで、上記作製した高アスペクト凹凸構造体に対し、塩素(Cl)と三塩化ホウ素(BCl)の混合ガスを用い、プラズマエッチング装置(E2)による塩素エッチング処理を施して、凸部上面に形成したアルミニウム層(3)と、金属メッキ(M、M)を剥離した(図5の(c)参照)。
<9: Chlorine etching process>
Next, the high-aspect uneven structure produced above is subjected to chlorine etching treatment by a plasma etching apparatus (E2) using a mixed gas of chlorine (Cl 2 ) and boron trichloride (BCl 3), and the upper surface of the convex portion is subjected to chlorine etching treatment. forming aluminum layer (3), metal plating (M T, M S) was peeled off (see FIG. 5 (c)).

〈10:絶縁層の形成〉
次いで、得られた高アスペクト凹凸構造体に、熱酸化処理を施すことにより、凹凸構造の上面部、凹部の側面部及びシリコンウェハーの周辺部にSiOから構成される厚さ140nmの絶縁層を形成した。熱酸化処理の条件は、1080℃で2時間行った(図6の(a)参照)。
<10: Formation of insulating layer>
Next, the obtained high-aspect-concavo-convex structure is subjected to thermal oxidation treatment to form an insulating layer having a thickness of 140 nm composed of SiO 2 on the upper surface of the concavo-convex structure, the side surface of the recess, and the peripheral portion of the silicon wafer. Formed. The conditions of the thermal oxidation treatment were 1080 ° C. for 2 hours (see (a) in FIG. 6).

〈11:上面部マスク層の形成〉
次いで、スパッタ法により、上面部のみ、更にSiOを105nm積層して、マスク層を形成した(図6の(b)参照)。
<11: Formation of upper surface mask layer>
Next, by a sputtering method, SiO 2 was further laminated by 105 nm only on the upper surface portion to form a mask layer (see (b) in FIG. 6).

スパッタは、大阪真空社製のスパッタ機を用いて、RF300W、0.1Paで、15分間のスパッタ処理を行って、上面マスク層としてSiO2を105nmで成膜した。 Sputtering was carried out at RF300W, 0.1Pa for 15 minutes using a sputtering machine manufactured by Osaka Vacuum Co., Ltd., and SiO2 was formed as a top mask layer at 105 nm.

〈12:底部絶縁層の除去〉
次いで、SPTS社製の量産用シリコン深掘り装置ASE−Pegasusを用いてエッチングを行い、底部の絶縁層のみ除去した(図6の(c)参照)。
<12: Removal of bottom insulating layer>
Next, etching was performed using a mass-produced silicon deep digging device ASE-Pegasus manufactured by SPTS, and only the bottom insulating layer was removed (see (c) in FIG. 6).

〈13:金属成分の凹部内部への充填〉
次いで、図4に記載の電気メッキ法により、金メッキ液を用い、凹部内部より金成分を成長させて、凹部内部全面を金で充填して、高アスペクトの回折格子1を作製した。
<13: Filling the inside of the recess of the metal component>
Next, by the electroplating method shown in FIG. 4, a gold plating solution was used to grow a gold component from the inside of the recess, and the entire inside of the recess was filled with gold to prepare a high-aspect diffraction grating 1.

具体的には、田中貴金属社製の金メッキ液(ミクロファブAu660)を用い、1.5mA/cmの電流密度で90時間のメッキ処理を行った。金メッキ液の液温は、55℃に維持して行った。 Specifically, a gold plating solution (Microfab Au660) manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd. was used to perform a plating treatment at a current density of 1.5 mA / cm 2 for 90 hours. The liquid temperature of the gold plating liquid was maintained at 55 ° C.

〔回折格子2の作製〕
上記回折格子1の作製において、下記の条件に変更した以外は同様にして、回折格子2を作製した。
[Preparation of diffraction grating 2]
In the production of the diffraction grating 1, the diffraction grating 2 was produced in the same manner except that the conditions were changed as follows.

(1)〈3:凹部の形成:ボッシュプロセス〉における溝の深さを80μmに変更
(2)〈5:有機材料の除去〉における酸素アッシング処理時間を40分に変更
(3)〈6:上面及び側面部に金属メッキの付与〉におけるメッキ金属種をニッケル(Ni)に変更
(4)〈8:深掘り加工〉のおける溝の深さを400nmに変更。
(1) Change the groove depth in <3: Recess formation: Bosch process> to 80 μm (2) Change the oxygen ashing treatment time in <5: Removal of organic material> to 40 minutes (3) <6: Top surface And the metal plating on the side surface is changed to nickel (Ni). (4) The groove depth in <8: Deep digging> is changed to 400 nm.

〔回折格子3の作製〕
上記回折格子1の作製において、下記の条件に変更した以外は同様にして、回折格子3を作製した。
[Preparation of diffraction grating 3]
In the production of the diffraction grating 1, the diffraction grating 3 was produced in the same manner except that the conditions were changed as follows.

(1)〈3:凹部の形成:ボッシュプロセス〉における溝の深さを100μmに変更
(2)〈5:有機材料の除去〉における酸素アッシング処理時間を50分に変更
(3)〈6:上面及び側面部に金属メッキの付与〉におけるメッキ金属種を金(Cu)に変更
(4)〈8:深掘り加工〉のおける溝の深さを500nmに変更。
(1) Change the groove depth in <3: Recess formation: Bosch process> to 100 μm (2) Change the oxygen ashing treatment time in <5: Removal of organic material> to 50 minutes (3) <6: Top surface And changed the plating metal type in <Applying metal plating to the side surface> to gold (Cu) (4) Changed the groove depth in <8: Deep digging> to 500 nm.

〔回折格子4〜6の作製〕
上記回折格子1〜3の作製において、金属マスクの溝幅を10μmから20μmにそれぞれ変更した以外は同様にして、回折格子4〜6を作製した。
[Preparation of diffraction gratings 4 to 6]
In the production of the diffraction gratings 1 to 3, the diffraction gratings 4 to 6 were produced in the same manner except that the groove width of the metal mask was changed from 10 μm to 20 μm, respectively.

〔回折格子7〜9の作製〕
上記回折格子1〜3の作製において、〈6:上面及び側面部に金属メッキの付与〉における金属メッキ処理を行わなかった以外は同様にして、回折格子7〜9を作製した。
[Preparation of diffraction gratings 7 to 9]
In the production of the diffraction gratings 1 to 3, the diffraction gratings 7 to 9 were produced in the same manner except that the metal plating treatment in <6: Applying metal plating to the upper surface and the side surface portion> was not performed.

《回折格子の外観評価》
上記作製した各回折格子について、日立ハイテクノロジーズ社製のイオンミリング装置を用いて回折格子の断面のミロングを行った後、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、凹凸構造の形状観察を行い、下記の基準に従って、凸部形状の外観評価を行った。
<< Appearance evaluation of diffraction grating >>
For each of the diffraction gratings produced above, the cross section of the diffraction grating was milled using an ion milling device manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, and then the shape of the uneven structure was observed using a scanning electron microscope (SEM). The appearance of the convex shape was evaluated according to the following criteria.

○:凸部(シリコン櫛部)の先端部を含めた形状にダメージがない
△:凸部(シリコン櫛部)の先端部領域に、長時間のエッチングにより、図9の(a)で示すような変形(くびれ)の発生が認められる
△:凸部(シリコン櫛部)に、長時間のエッチングによる破断等の形状の崩れが発生している
以上により得られた結果を、表Iに示す。
◯: There is no damage to the shape including the tip of the convex portion (silicon comb portion) Δ: Deformation as shown in FIG. 9 (a) due to long-term etching of the tip region of the convex portion (silicon comb portion). Occurrence of (constriction) Δ: The convex portion (silicon comb portion) has a shape collapse such as breakage due to etching for a long time. The results obtained as described above are shown in Table I.

Figure 2021167849
Figure 2021167849

表Iに記載の結果より明らかなように、本発明の金属マスクを用いて作製した高アスペクト回折格子は、凹部の溝の深さが300μm以上となる条件で深掘りを行っても、凸部の先端領域での形状に対するダメージがなく、優れた形状の回折格子を得ることができることが分かる。 As is clear from the results shown in Table I, the high-aspect diffraction grating produced by using the metal mask of the present invention has a convex portion even when deeply dug under the condition that the depth of the groove of the concave portion is 300 μm or more. It can be seen that there is no damage to the shape in the tip region of the above, and a diffraction grating having an excellent shape can be obtained.

1 金属マスク
2 アルミニウム層
3 シリコン基板
4 凹部(金属マスク)
4B 深掘り凹部(回折格子)
5 凸部
6 底部
7 有機材料
8 底部の有機材料
9 酸素プラズマ装置
10 酸素プラズマ
11 メッキ液
12 陽極電極
13 電源
15 エッチング成分
17 絶縁層
17B 底部絶縁層
17S 側面部絶縁層
17T 上面部絶縁層
18 保護マスク
20 高アスペクト回折格子
21 金属成分
22 変形
50 タルボ・ロー干渉計
51 X線源
D 検出器
d1 凹部の溝の深さ(金属マスク)
d4 凹部の溝の深さ(回折格子)
E エッチング装置
E2 プラズマエッチング装置
G0 マルチスリット版、G0回折格子
G1 第1回折格子、G1回折格子
G2 第2回折格子、G2回折格子
側面金属メッキ部
上面金属メッキ部
P プラズマ
S 被写体
W1 凹部の溝幅(金属マスク)
W2 凹部の溝幅(回折格子)
1 Metal mask 2 Aluminum layer 3 Silicon substrate 4 Recess (metal mask)
4B Deep digging recess (diffraction grating)
5 Convex 6 Bottom 7 Organic material 8 Bottom organic material 9 Oxygen plasma device 10 Oxygen plasma 11 Plating liquid 12 Anode electrode 13 Power supply 15 Etching component 17 Insulation layer 17B Bottom insulation layer 17S Side insulation layer 17T Top surface insulation layer 18 Protection Mask 20 High-anode diffraction grating 21 Metal component 22 Deformation 50 Talbot low interferometer 51 X-ray source D Detector d1 Depth of groove in recess (metal mask)
d4 Depth of groove in recess (diffraction grating)
E etching apparatus E2 plasma etching apparatus G0 multi-slit plate, G0 diffraction grating G1 first diffraction grating, G1 a diffraction grating G2 second diffraction grating, G2 a diffraction grating M S side metal plating unit M T top metal plating portion P plasma S subject W1 Groove width of recess (metal mask)
Groove width of W2 recess (diffraction grating)

Claims (7)

シリコン基板を用いた金属マスクの製造方法であって、
前記シリコン基板上に、アルミニウム層を形成する第1工程と、
前記アルミニウム層上にレジストを塗布した後、当該レジストをパターニングし、次いで、前記アルミニウム層をパターニングする第2工程と、
前記アルミニウム層を除去した領域に対応する前記シリコン基板をエッチングして、凹凸構造を有する格子を形成する第3工程と、
前記格子の凹部に有機材料を充填して固化させエッチングレジストを形成する第4工程と、
前記有機材料を、エッチング法により、凹部底部を残して除去する第5工程と、
前記有機材料が除去された上面部及び側面部に、金属メッキを施す第6工程と、
前記凹部底部に残した前記有機材料を除去する第7工程、
を経て金属マスクを製造することを特徴とする金属マスクの製造方法。
A method for manufacturing a metal mask using a silicon substrate.
The first step of forming an aluminum layer on the silicon substrate and
After applying the resist on the aluminum layer, the resist is patterned, and then the aluminum layer is patterned in the second step.
A third step of etching the silicon substrate corresponding to the region from which the aluminum layer has been removed to form a lattice having an uneven structure, and
The fourth step of filling the recesses of the lattice with an organic material and solidifying it to form an etching resist.
The fifth step of removing the organic material by an etching method, leaving the bottom of the recess, and
The sixth step of applying metal plating to the upper surface portion and the side surface portion from which the organic material has been removed, and
A seventh step of removing the organic material left on the bottom of the recess,
A method for manufacturing a metal mask, which comprises manufacturing a metal mask through the process.
前記凹凸構造を有するシリコン基板が、溝幅が1〜50μmの範囲内であり、かつ凹部の溝の深さが1〜150μmの範囲内である凹凸構造を有することを特徴とする請求項1に記載の金属マスクの製造方法。 The first aspect of the present invention is that the silicon substrate having the concavo-convex structure has a concavo-convex structure in which the groove width is in the range of 1 to 50 μm and the groove depth of the recess is in the range of 1 to 150 μm. The method for manufacturing a metal mask according to the description. 前記有機材料をアセトン又は酸素プラズマ処理により除去することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の金属マスクの製造方法。 The method for producing a metal mask according to claim 1 or 2, wherein the organic material is removed by treatment with acetone or oxygen plasma. シリコン基板を用いた金属マスクであって、
前記シリコン基板が凹凸構造を有する格子を有し、かつ、
前記凹凸構造の凸部の上面部及び底部を除く側面部に、金属メッキが施されていることを特徴とする金属マスク。
A metal mask using a silicon substrate
The silicon substrate has a lattice having a concavo-convex structure, and
A metal mask characterized in that metal plating is applied to a side surface portion excluding the upper surface portion and the bottom portion of the convex portion of the concave-convex structure.
請求項4に記載の金属マスクを用いた高アスペクト回折格子の製造方法であって、
凹凸構造を有する前記金属マスクのシリコン基板の凹部を、所定の深さに深掘りするエッチング工程と、
深掘りした前記シリコン基板の凹凸構造を有する側の表面部と凹部表面に絶縁層を形成する工程と、
前記凹部の底部に形成された前記絶縁層を除去する工程と、
電鋳法により、前記凹部に金属を充填する電鋳工程を有することを特徴とする高アスペクト回折格子の製造方法。
A method for manufacturing a high-aspect diffraction grating using the metal mask according to claim 4.
An etching step of digging a concave portion of a silicon substrate of the metal mask having an uneven structure to a predetermined depth, and
A step of forming an insulating layer on the surface portion and the concave surface of the deeply dug silicon substrate on the side having the uneven structure, and
A step of removing the insulating layer formed on the bottom of the recess, and
A method for manufacturing a high-aspect diffraction grating, which comprises an electroforming step of filling the recesses with metal by an electroforming method.
前記電鋳工程で用いる金属が、金であることを特徴とする請求項5に記載の高アスペクト回折格子の製造方法。 The method for manufacturing a high-aspect diffraction grating according to claim 5, wherein the metal used in the electroforming process is gold. 請求項4に記載の金属マスクを用いた高アスペクト回折格子であって、
凹凸構造を有する格子が、先端部に金属メッキが施され、かつ凹部の溝の深さが300〜500μmの範囲内である凹凸構造を有することを特徴とする高アスペクト回折格子。
A high-aspect diffraction grating using the metal mask according to claim 4.
A high-aspect diffraction grating characterized in that a lattice having a concavo-convex structure has a concavo-convex structure in which the tip portion is metal-plated and the depth of the groove of the recess is in the range of 300 to 500 μm.
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