JP3217832B2 - 非平面露光ビームリトグラフィーを用いてミクロ構造体を製作する方法及び装置 - Google Patents

非平面露光ビームリトグラフィーを用いてミクロ構造体を製作する方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はミクロ構造体を製作する
方法及び装置であってミクロ構造体の非平面状の表面に
対し露光ビームリトグラフィーを用いるものに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】リトグ
ラフィー技術は特に集積回路板及び関連製品の製作に相
当以前から使用されている。製作された製品は、言うま
でもなく、それにリトグラフィー技術が適用された平面
状の区域を典型的に含んでいる。そのような技術は製品
の極めて小さい部分の精密な製作及び形成において非常
に効果的であることを証明した。しかし、そのような技
術を平面以外の表面に対し用いる試みは、これまでのと
ころ、たとえ達成不可能ではないとしても、困難である
ことが判明している。
【０００３】極めて小さい（“ミクロ”と呼ばれる）機
械的装置及び要素（それらの若干を挙げると例えばね
じ、ピン、カッター、センサー及びアクチュエータ、モ
ータ及び医療装置）の開発に関して、そのような装置及
び要素の細部の特長を効率的且つ精密な方法で製作する
能力が大いに望まれる。
【０００４】本発明の一目的は、リトグラフィー技術を
用いてミクロ構造体を製作する方法及び装置を提供する
ことである。
【０００５】本発明の別の一目的は、そのような装置及
び方法であって被加工物の非平面状の表面上における微
細部分の製作を可能にするものを提供することである。
【０００６】本発明のさらなる一目的は、そのような方
法及び装置であって製作工程の精密な制御が行われ得る
ものを提供することである。
【０００７】本発明のさらに別の一目的は、そのような
方法及び装置であって被加工物が、精密且つ効率的な態
様で、露光ビームに対していくつかの運動の自由度を以
て動かされ得るものを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の上記及びその他
の諸目的は、室、露光ビームを発生させてそれを加工位
置に指向するため前記室内に配置されたビーム発生器、
前記加工位置に被加工物を保持してそれを位置決めする
ため前記室内に配置されたチャック、及び運動の第１の
自由度を以て前記チャック、従って被加工物、を選択的
に運動させそれにより被加工物の異なる区域を前記露光
ビームに露光させるための第１の制御信号に応答する第
１の要素であってそれにチャックが取付けられるものを
有する装置の特定の一実施例において実現される。さら
に、運動の第２の自由度を以て前記第１の要素、従って
前記チャック及び被加工物、を選択的に運動させそれに
より被加工物のさらにその他の区域を前記露光ビームに
露光させるための第２の制御信号に応答する第２の要素
であってそれに前記第１の要素が取付けられるものと、
前記第１の制御信号を発生させて前記第１の要素に供給
しそして前記第２の制御信号を発生させて前記第２の要
素に供給するためのコントローラとが包含される。
【０００９】前記室は真空室でありそして前記露光ビー
ムは電子ビームであることが有利である。本装置におい
ては、被加工物は電子ビームレジストによって被覆さ
れ、そして前記レジストはそれに熱を加えることによっ
て硬化する。次いで被加工物はチャック内に配置されそ
して電子ビームが被加工物に指向され、これと同時に、
被加工物は予め決定された態様で第１と第２の要素によ
って運動させられそれにより前記レジスト内のパターン
を電子ビームに露光させ得る。露光されたレジストを現
像した後、所望のパターンが次いで適当なエッチャント
を供給することによって被加工物にエッチングされ得
る。このようにして、非平面状のパターンが精密且つ効
率的な態様で被加工物に形成され得る。
【００１０】本発明の上記及びその他の諸目的、諸特長
及び諸利点は添付図面と関連して以下において提供され
る詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１１】
【実施例】図１を参照すると、その内部に走査電子顕微
鏡における在来型の電子ビーム発生器８が配置される電
子ビーム真空室４が図示される。電子ビーム発生器８は
加工区域１６へ指向される電子ビーム１２を発生する。
電子ビーム１２の方向はビーム走査制御ユニット２０の
制御下に在りそして電子ビームに対して横向きの２本の
直交軸（Ｘ及びＹ軸として示される）に沿って変更され
又は運動するようにされ得る。ビーム走査制御ユニット
２０は、すべて在来の方式で、電子ビーム１２の方向を
制御するために電子ビーム発生器８内のコイル２４にア
ナログ信号を送る。ビーム走査制御ユニット２０は、実
例として、電子ビームが有すべきＸ及びＹ軸を確認する
コンピュータ２８からディジタル信号を受取るディジタ
ル−アナログ変換器であり得る。図１のシステムの全動
作を制御するコンピュータ２８は実例としてコンパク
（Ｃｏｍｐａｑ）３８６コンピュータであり得る。
【００１２】在来のビーム消去回路３２が電子ビーム１
２の強度を変更するためにコンピュータ２８の制御下で
働くように設けられる。この強度は零（無ビーム）から
相当な予め決定された上限強度まで変更され得る。その
ような操作はよく知られている。
【００１３】又、真空室４内には図１に示される実施例
においては小さい円柱形の棒またはマンドレルである被
加工物４０を選択的に運動させそして位置決めするため
の被加工物位置決め機構３６が配置される。被加工物４
０は在来のチャック４４によって保持され、該チャック
自体は動力化された回転ステージ４８によって回転可能
に保持される。回転ステージ４８はブラケット５２上に
保持され、該ブラケット自体は軌道６０上において直線
方向に運動可能の動力化された直線ステージ５６上に取
付けられる。軌道６０はベース６４上に取付けられ、該
ベース自体は所望されるとおりに手動で動かされて電子
ビーム真空室４内に位置決めされる。
【００１４】回転ステージ４８及び直線ステージ５６
は、どちらも、コンピュータ２８の制御下で働く。回転
ステージ４８はチャック４４の回転を選択的に生じさ
せ、それによって被加工物４０は図示のごとく電子ビー
ム１２に概ね垂直である軸線を中心として回転させられ
る。直線ステージ５６は、それが軌道６０上を直線運動
するとき、それと共に、被加工物の回転軸線に対して平
行する方向である直線ステージの進行方向に、ブラケッ
ト５２、回転ステージ４８、チャック４４、従って被加
工物４０を運ぶ。このようにして、被加工物４０は電子
ビーム１２を被加工物４０の異なる表面区域上に落下即
ち衝突させるように回転方向にも直線方向にも電子ビー
ム１２下で選択的に動かされる。さらに、電子ビーム１
２それ自体はビーム走査制御ユニット２０の制御下で被
加工物４０の位置に対して直角に運動させられ得る。動
力化された回転ステージ４８は、実例として、クリンガ
ー（Ｋｌｉｎｇｅｒ）社によって製造される３６０度連
続回転ステージ、Ｎｏ．３４５３４１、であり得、そし
て動力化された直線ステージ５６は、実例として、やは
りクリンガー社によって製造される並進ステージ、Ｎ
ｏ．ＭＦ０４、であり得る。
【００１５】回転ステージ４８及び直線ステージ５６の
動作の制御は、やはりコンピュータ２８の制御下で、二
軸サーボコントローラ６８及び増幅器７２によって行わ
れる。コンピュータ２８は回転ステージ４８及び直線ス
テージ５６の運動のためのコマンドの形式で信号を二軸
サーボコントローラ６８に供給する。これら信号は増幅
器７２に供給され、次いで増幅器７２は回転ステージ４
８には回転コマンド信号を、そして直線ステージ５６に
は直線コマンド信号を供給しそれにより両ステージの所
望動作を生じさせ得る。回転ステージ４８及び直線ステ
ージ５６が動作させられるに従って、両ステージはそれ
らのそれぞれの運動度を表すフィードバック信号を発生
させそしてこれら信号は二軸サーボコントローラ６８に
供給され、該コントローラ６８は次いで前記信号をコン
ピュータ２８に供給する。コンピュータ２８はフィード
バック信号を前に出されたコマンド信号と比較し以て両
ステージの運動がコマンド信号に従ったか否かを決定し
そしてもし必要ならば適切な修正を行う。二軸サーボコ
ントローラ６８は、実例として、ガリル（Ｇａｌｉｌ）
ＤＭＣ−６２０コントローラでありそして増幅器７２
は、実例として、ガリルＩＣＢ−９６０増幅器である。
【００１６】図２は円柱形の棒即ちマンドレル７６であ
って図１の装置を使用して平行する線８０がエッチング
されたものの斜視図である。これら線８０は、以下に間
もなく説明されるように、電子ビームレジストコーティ
ングをマンドレルなどに施すことを含む電子ビームリト
グラフィー法を使用してエッチングされる。チャック４
４によるマンドレル７６の運動のシーケンスは、マンド
レルの一端を電子ビーム１２と一直線に位置決めさせ、
マンドレルに形成されることが望まれる線の長さに等し
い距離に亙ってマンドレルを直線的に運動させ、線の所
望間隔に等しい量だけマンドレルを回転させ、電子ビー
ム下で反対方向にマンドレルを直線的に運動させるなど
の工程を、マンドレルが電子ビームに露光され所望線パ
ターンが形成されるまで続けることを以て構成される。
【００１７】図３はその表面に連続する螺線８８が形成
された別の棒即ちマンドレル８４を示す。この場合、マ
ンドレル８４は螺線８８が電子ビームに露光されるよう
にチャック４４によって直線方向と回転方向とに同時に
運動させられる。
【００１８】被加工物４０の運動の２つの自由度が図１
の装置によって可能であるが、さらに、運動の明らかに
別の自由度も被加工物４０のために提供され得る。例え
ば、その方向が電子ビーム１２と直線ステージ５６の運
動方向とに対し概ね垂直である追加の直線運動自由度が
提供され得る。これは直線ステージ５６の方向及び運動
に対し直角である方向に運動可能な別の直線ステージに
軌道６０を取付けることによって達成され得る。また、
ブラケット５２は電子ビーム１２に概ね平行する軸線を
中心とするブラケット、従って被加工物４０、の回転を
可能にし、それにより、被加工物のための運動の２つの
回転自由度を提供するように別の回転ステージに取付け
られ得る。総合して、３つの回転運動自由度が３つの直
線運動自由度（但し、電子ビーム発生器８に近付く及び
それから遠ざかる直線態様での運動は恐らくあまり有用
でない）と共に提供され得、またはそれらの任意のコン
ビネーションが提供され得る。
【００１９】図１の装置は電子ビームを使用するが、図
１の装置に関して説明されたのと同じ態様で被加工物に
向かってレーザービーム、イオンビームまたはｘ線ビー
ムを指向するための備えをこの装置にし得ることは理解
されねばならない。
【００２０】図１の装置と共に使用する実例としてのリ
トグラフィー法は、最初にアセトン及び２−プロパノー
ルのごとき溶剤を使用して、または過酸化水素サイクル
を使用して、被加工物を洗浄することを含む。次いで、
電子ビームレジストが被加工物に付着する能力を向上さ
せるＨＭＤＳのごとき付着促進剤が被加工物に塗布され
る。次いで、電子ビームレジストが、被加工物をレジス
トの溶液中に単に浸すことによって被加工物に塗布され
る。次いで、電子ビームレジストは、例えば約８０℃で
約３０分間に亘って対流オーブン内で被加工物のソフト
ベーキングを行うことによって硬化される。次いで、被
加工物はチャック４４内に配置され、次に電子ビーム発
生器８及び被加工物位置決め機構３６が被加工物を所望
パターンが得られるように電子ビーム１２に露光させる
ように操作される。露光が完了された後、露光された電
子ビームレジストは現像される。露光されたパターンの
現像中に、パターン上に乗っているレジストが洗い流さ
れる（ポジティブリトグラフィー）かまたはパターン上
に乗っているレジスト以外の他の全てのレジストが洗い
流される（ネガティブリトグラフィー）。次いで、被加
工物は再び例えば約８０℃で約３０分間に亘って対流オ
ーブン内でベーキングされる。かくて被加工物はそれを
適当なエッチング剤にさらすことによって遂行されるエ
ッチング（または蒸着）のための準備を今や完了してい
る。ポジティブリトグラフィーにおいては、パターンは
直接エッチングされるが、ネガティブリトグラフィーに
おいてはパターン以外の全てが被加工物の中にエッチン
グされる。エッチング工程に続いて、残留する電子ビー
ムレジストが除去され、かくて被加工物は製作過程にお
ける次ぎの工程のための準備ができているか、または完
成されている。（スパッタリング、蒸着などによる被加
工物上への所望材料の付着がエッチングの代りに行われ
得る。）
【００２１】電子ビームリトグラフィーを使用する被加
工物のための典型的材料としては、金、窒化珪素、アル
ミニウム、鋼及び石英が挙げられる。被加工物材料のた
めの適当なエッチャントとしては、アルミニウムに対し
ては燐酸、金に対しては王水、鋼に対しては塩化鉄また
は硫酸及び石英に対しては硫酸と弗化水素酸との混合物
が挙げられる。
【００２２】上に説明された構成は本発明の原理の適用
を説明するに過ぎないことが理解されるべきである。本
発明の精神及び範囲から逸脱することなしに非常に多く
の修正並びに代替構成が当業者によって案出され得、従
って冒頭に記載された特許請求の範囲はそのような修正
及び代替構成を包含するように意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理に基づいて作られた、リトグラフ
ィー技術を用いる被加工物の非平面処理のための装置の
概略図。
【図２】図１の装置を使用して一連の線がエッチングさ
れた円柱形の被加工物の斜視図。
【図３】図１の装置を使用して螺線がエッチングされた
円柱形の被加工物の斜視図。
【符号の説明】
４ 電子ビーム真空室 ８ 電子ビーム発生器 １２ 電子ビーム １６ 加工区域 ２０ ビーム走査制御ユニット ２８ コンピュータ ３２ ビーム消去回路 ３６ 被加工物位置決め機構 ４０ 被加工物 ４４ チャック ４８ 回転ステージ ５６ 直線ステージ ６０ 軌道 ６４ ベース ６８ ２軸サーボコントローラ ７２ 増幅器 ７６ マンドレル ８０ 線 ８４ マンドレル ８８ 螺線
フロントページの続き (72)発明者 クラーク デービス アメリカ合衆国ユタ州ホラディ，クイン ネット レーン 4180 (72)発明者 ジョン イー．ウッド アメリカ合衆国ユタ州ソルト レイク シティ，ピー．オー．ボックス 58642 (56)参考文献 特開 昭64−13726（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−155517（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−116602（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−323852（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−245988（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−211993（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−292872（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−251419（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B81C 5/00 B23K 26/00 G03F 7/20 H01L 21/3065

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 室と、 露光ビームを発生させてそれを加工位置に指向するため
    前記室内に配置された手段と、 被加工物を前記加工位置に保持して位置決めするため前
    記室内に配置されたチャックと、前 記チャック、従って被加工物、を前記露光ビームに対
    し概ね垂直の軸線を中心として選択的に回転させそれに
    より被加工物の異なる区域を前記露光ビームに露光させ
    るための第１の制御信号に応答する前記室内に配置され
    た第１の手段と、 運動の第２の自由度を以て前記チャック、従って被加工
    物、を選択的に運動させそれにより被加工物のさらにそ
    の他の区域を前記露光ビームに露光させるための第２の
    制御信号に応答する前記室内に配置された第２の手段
    と、 前記第１の制御信号を発生させてそれを前記第１の手段
    に供給しそして前記第２の制御信号を発生させてそれを
    前記第２の手段に供給するための制御手段と、 前記露光ビームを被加工物の異なる区域上に衝突させる
    ためのＸ走査信号及びＹ走査信号にそれぞれ応答して、
    直交するＸ及びＹ軸に沿って横方向に前記露光ビームを
    選択的に運動させる手段を有し、 前記制御手段がＸ走査信号及びＹ走査信号を発生させて
    それらを前記露光ビームを運動させる手段に供給するた
    めの手段を有する被加工物の非平面処理を行う装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、さら
    に、零強度から予決定強度までの範囲に亙って前記露光
    ビームの強度を選択的に変更するため強度信号に応答す
    る手段を有し、前記制御手段が強度信号を発生させてそ
    れらを前記強度を変更する手段に供給するための手段を
    有することを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の装置において、前記第
    ２の手段が前記チャック、従って被加工物、を前記軸線
    に概ね平行な方向に直線的に運動させることを特徴とす
    る装置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の装置において、前記第
    ２の手段が前記最初 に言及した軸線に概ね直交し且つ前
    記露光ビームに概ね平行な軸線を中心として前記チャッ
    ク、従って被加工物、を回転させることを特徴とする装
    置。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の装置において、前記第
    ２の手段が前記チャック、従って被加工物、を前記露光
    ビームに概ね垂直の方向に直線的に運動させることを特
    徴とする装置。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の装置において、前記第
    ２の手段が前記露光ビームに概ね垂直であり且つ前記第
    １の手段の運動方向に概ね垂直である方向に直線的に前
    記チャック、従って被加工物、を運動させることを特徴
    とする装置。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の装置において、前記露
    光ビームを発生させる手段が電子ビームを発生させる手
    段を有し、そして前記室が真空室であることを特徴とす
    る装置。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の装置において、前記露
    光ビームを発生させる手段がイオンビームを発生させる
    手段を有し、そして前記室が真空室であることを特徴と
    する装置。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載の装置において、前記露
    光ビームを発生させる手段がレーザービームを発生させ
    ることを特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の装置において、前記
    露光ビームを発生させる手段がｘ線ビームを発生させる
    ことを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】 被加工物にパターンをエッチング／蒸
    着する方法であって： (a) 電子ビームレジストを被加工物に塗布する工程、 (b) 前記電子ビームレジストをそれに熱を加えることに
    よって硬化させる工程、 (c) 電子ビームを被加工物に指向する工程、 (d) 前記電子ビームレジスト内の前記パターンを前記電
    子ビームに露光させるため該電子ビームに対して運動の
    少なくとも２自由度を以て被加工物を運動させると共
    に、Ｘ走査信号及びＹ走査信号にそれぞれ応答して前記
    電子ビームを直交するＸ及びＹ軸に沿って横方向に選択
    的に運動させる工程にして、前記２自由度の少なくとも
    一方が前記電子ビームに対し概ね垂直の軸線を中心とし
    て被加工物を回転させることである工程、 (e) 被加工物上の前記露光された電子ビームレジストを
    現像する工程、 (f) その上に前記露光された電子ビームレジストが設け
    られている被加工物に前記パターンをエッチング／蒸着
    する工程、及び (g) 残留する前記電子ビームレジストを被加工物から除
    去する工程、 を有する被加工物にパターンをエッチング／蒸着する方
    法。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の方法において、前
    記工程(f)がエッチング剤を被加工物に作用させること
    を含むことを特徴とする方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１１に記載の方法において、前
    記工程(f)が被加工物上に材料を蒸着することを含むこ
    とを特徴とする方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１２に記載の方法において、前
    記被加工物がアルミニウム、金、窒化珪素、鋼及び石英
    から成る群から選択された材料であることを特徴とする
    方法。
  15. 【請求項１５】 所望パターンを形成するため被加工物
    をエッチングしその上に材料を蒸着する方法において： (a) 被加工物にレジストを塗布する工程、 (b) 前記レジストを硬化させる工程、 (c) 露光ビームを被加工物に指向する工程、 (d) 前記レジスト内の前記パターンを前記露光ビームに
    露光させるため露光ビームに概ね垂直の軸線を中心とし
    て被加工物を回転させ、前記軸線に平行な方向に直線的
    に被加工物を運動させると共に、Ｘ走査信号及びＹ走査
    信号にそれぞれ応答して前記露光ビームを直交するＸ及
    びＹ軸に沿って横方向に選択的に運動させる工程、 (e) 被加工物上の前記露光されたレジストを現像する工
    程、及び (f) 前記パターンによって決定される態様で被加工物を
    エッチングしその上に材料を蒸着する工程、 を有する被加工物をエッチングしその上に材料を蒸着す
    る方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の方法において、前
    記露光ビームが電子ビームであることを特徴とする方
    法。
  17. 【請求項１７】 請求項１５に記載の方法において、前
    記露光ビームがイオ ンビームであることを特徴とする方
    法。
  18. 【請求項１８】 請求項１５に記載の方法において、前
    記露光ビームがレーザービームであることを特徴とする
    方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１５に記載の方法において、前
    記露光ビームがｘ線ビームであることを特徴とする方
    法。
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