JP3256571B2 - Method of forming three-dimensional structure - Google Patents

Method of forming three-dimensional structure

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JP3256571B2 JP10960692A JP10960692A JP3256571B2 JP 3256571 B2 JP3256571 B2 JP 3256571B2 JP 10960692 A JP10960692 A JP 10960692A JP 10960692 A JP10960692 A JP 10960692A JP 3256571 B2 JP3256571 B2 JP 3256571B2
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レジスト等の感応材料
に所望パターンを形成する技術に係わり、特に感応材料
に3次元構造を露光する、又は試料に直接3次元パター
ンを形成する3次元構造体の形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for forming a desired pattern on a sensitive material such as a resist, and more particularly, to exposing a sensitive material to a three-dimensional structure or directly subjecting a sample to a three-dimensional pattern.
The present invention relates to a method for forming a three-dimensional structure for forming a pattern .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体集積回路形成における鍵技
術の一つとして、2次元平面像の露光転写技術が知られ
ている。この技術においては、感光体薄膜の選択的除去
を起点とした3次元構造形成が行われている。具体的に
は、ウェーハ上のレジストに2次元平面の所望パターン
を露光転写し、形成されたレジストパターンをマスクに
ウェーハを選択エッチングする。また、この露光転写技
術は薄膜単結晶の選択的成長技術にも展開され、選択エ
ピタキシャル成長が行われる。これも、3次元構造の形
成技術の一つであると言える。
2. Description of the Related Art Conventionally, as one of the key techniques in forming a semiconductor integrated circuit, an exposure transfer technique of a two-dimensional plane image is known. In this technique, a three-dimensional structure is formed starting from the selective removal of the photoconductor thin film. Specifically, a desired pattern of a two-dimensional plane is exposed and transferred to a resist on the wafer, and the wafer is selectively etched using the formed resist pattern as a mask. This exposure transfer technique is also applied to a selective growth technique of a thin film single crystal, and a selective epitaxial growth is performed. This can also be said to be one of the techniques for forming a three-dimensional structure.

【0003】しかし、これらの技術は予め設計された任
意の3次元構造を1回の加工プロセスのうちに形成する
ものではなく、複雑かつ自由度の低いものである。即
ち、ウェハ表面に深さの異なる溝などを形成するには、
露光転写によるレジストパターン形成とウェーハの選択
エッチングとを交互に繰り返す必要があり、極めて面倒
である。
However, these techniques do not form an arbitrary three-dimensional structure designed in advance in one processing process, but are complicated and have a low degree of freedom. That is, to form grooves with different depths on the wafer surface,
It is necessary to alternately repeat formation of a resist pattern by exposure transfer and selective etching of the wafer, which is extremely troublesome.

【0004】一方、近年では、マイクロマシン技術と呼
ばれる一連の技術開発が進められている。この技術は、
本質的に、半導体集積回路作成用のプロセス技術の延長
にあるが、深さ方向の加工距離を大きく取って、その3
次元性を強調している。例えば、シリコンウェーハに対
して露光プロセス,エッチングプロセスを繰り返すこと
により、マイクロポンプ,マイクロモータ,マイクロバ
ルブなどの3次元形状を作り付けることが行われ報告さ
れている。これらの技術の極限形態には、任意形状の3
次元構造をより単純な1回のプロセスで形成する形が考
えられるが、未だ実用化されていない。
On the other hand, in recent years, a series of technical developments called micromachine technology has been advanced. This technology is
Essentially, this is an extension of the process technology for producing a semiconductor integrated circuit.
Emphasizes dimensionality. For example, it has been reported that a three-dimensional shape such as a micropump, a micromotor, or a microvalve is formed by repeating an exposure process and an etching process on a silicon wafer. The ultimate forms of these technologies include the arbitrary shape of 3
Although a form in which a dimensional structure is formed by a simpler one-time process is conceivable, it has not been put to practical use yet.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、レジ
ストなどの感応材料の露光転写技術を用いた方法では、
試料に3次元構造を形成するのに露光プロセスとエッチ
ングプロセスとを交互に繰り返す必要があり、プロセス
回数が多くなり極めて煩雑であった。
As described above, conventionally, the method using the exposure transfer technique of a sensitive material such as a resist,
In order to form a three-dimensional structure on a sample, it is necessary to alternately repeat an exposure process and an etching process, which increases the number of processes and is extremely complicated.

【0006】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、任意の3次元構造体を
少ないプロセス数で形成することができ、半導体を含む
機能デバイスの作成に適した3次元構造体の形成方法
提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to form an arbitrary three-dimensional structure with a small number of processes and to provide a functional device including a semiconductor. An object of the present invention is to provide a method for forming a suitable three-dimensional structure.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、レジス
トなどの感応材料に直接3次元パターンを転写すること
にある。
The gist of the present invention is to transfer a three-dimensional pattern directly to a sensitive material such as a resist.

【0008】即ち、本発明(請求項1)は、外部からの
駆動信号によりパターンが可変される可変画像マスクを
用いて試料表面に3次元パターンを形成する3次元構造
体の形成方法であって、試料が収容された容器内にエッ
チング材料と感光材料を充填し、試料の表面に光照射に
より硬化する感光材料と試料をエッチングするエッチン
グ材料とを共存させた状態で、可変画像マスクに光を照
射して該マスクのパターンを試料の被エッチング面に結
像させることにより、該被エッチング面にマスクパター
ンに応じて感光材料を硬化析出させ、該析出部分におけ
るエッチング反応を抑制することを基本プロセスとし、
試料を光軸方向に沿って可変画像マスク側に近づけるよ
うに順次移動させると共に、試料の各移動位置毎に可変
画像マスクのパターンを可変して上記基本プロセスを繰
り返すことを特徴とする。
That is, the present invention (Claim 1) provides an external
A variable image mask whose pattern is changed by the drive signal
Three-dimensional structure that forms a three-dimensional pattern on the sample surface by using
A method of forming a body, in which a sample is stored in a container.
Filling the sample material with photosensitive material and irradiating the sample surface with light
Etching to etch harder photosensitive material and sample
Illuminate the variable image mask with the coexisting
To form a pattern on the mask on the etched surface of the sample.
By imaging, a mask pattern is formed on the surface to be etched.
Hardens and precipitates the photosensitive material according to the
The basic process is to suppress the etching reaction
Bring the sample closer to the variable image mask side along the optical axis direction.
As well as variable for each sample movement position
The above basic process is repeated by changing the pattern of the image mask.
It is characterized by returning .

【0009】また、本発明(請求項2)は、感応材料の
露光を利用した3次元構造体の形成方法において、試料
が収容された容器内にエッチング材料と感光材料を充填
し、試料の表面に光照射により硬化する感光材料と試料
をエッチングするエッチング材料とを共存させた状態で
試料の内部にホログラム再生画像を結像し、この状態で
エッチング材料により試料をエッチングすると共に、ホ
ログラム再生画像の結像面に感光材料を硬化析出させ該
析出部分で試料のエッチング反応を抑制することによ
り、試料表面に3次元パターンを形成することを特徴と
する。ここで、本発明の望ましい実施態様としては、次
のものが上げられる。
Further, the present invention (Claim 2), in the method for forming a three-dimensional structure which uses an exposure of the sensitive material, sample
Fills the container with the etching material and photosensitive material
The photosensitive material and the sample are cured by light irradiation on the surface of the sample.
With the etching material coexisting
A hologram reproduction image is formed inside the sample, and in this state
While etching the sample with the etching material,
The photosensitive material is cured and deposited on the image forming surface of the reproduced program image.
By suppressing the etching reaction of the sample at the deposition part
And forming a three-dimensional pattern on the sample surface . Here, the following are preferable embodiments of the present invention.

【0010】[0010]

【0011】(2) 試料として半導体ウェーハを用い、こ
のウェーハ表面に感光材料とエッチング材料とを共存さ
せ、エッチング反応が励起光(又はホログラム再生実
像)によって促進又は抑制されることを利用して試料に
3次元構造体を形成すること。 (3) ホログラム再生実像が同一構造の周期的繰り返しを
持ち、複数の3次元構造を1回のプロセスで形成するこ
と。
(2) A semiconductor wafer is used as a sample, a photosensitive material and an etching material coexist on the surface of the wafer, and the etching reaction is accelerated or suppressed by the excitation light (or a hologram reproduction real image). Forming a three-dimensional structure. (3) A hologram reproduction real image has the same structure periodically repeated, and a plurality of three-dimensional structures are formed in one process.

【0012】[0012]

【作用】本発明(請求項1)によれば、可変画像マスク
のパターン変化と微動ステージの移動を組み合わせるこ
とにより、試料の異なる高さ位置で異なるパターンを結
像させることができる。従って、試料として半導体ウェ
ハなどを用い、さらにウェーハ表面にエッチング材料と
感光材料とを共存させることにより、ウェーハを直接的
に3次元構造に加工することができる。つまり、露光と
現像(又はエッチング)とを交互に繰り返すのではな
く、露光しながらエッチングする1回のプロセスで3次
元構造を形成することができる。
According to the present invention (claim 1), by combining the pattern change of the variable image mask and the movement of the fine movement stage, it is possible to form different patterns at different height positions on the sample. Therefore, by using a semiconductor wafer or the like as a sample, and coexisting an etching material and a photosensitive material on the wafer surface, the wafer can be directly processed into a three-dimensional structure. That is, a three-dimensional structure can be formed by one process of performing etching while exposing, instead of alternately repeating exposure and development (or etching).

【0013】本発明によれば、試料内部にホログラム再
生実像を形成することにより、試料の異なる高さ位置を
同時に露光することができ、これにより任意の3次元形
状を持った構造体を1回の露光プロセスによって形成す
ることができる。
According to the present invention, by forming a hologram reconstructed real image inside the sample, it is possible to simultaneously expose different height positions of the sample, thereby allowing a structure having an arbitrary three-dimensional shape to be exposed once. Can be formed by the following exposure process.

【0014】従って、露光プロセスとエッチングプロセ
スを繰り返す従来方法に比して、簡易なプロセスで3次
元構造を形成することが可能となる。また、3次元構造
体を深さ方向に対し連続的な形状変化をもって形成する
ことも可能であることから、これまでにない新しい半導
体機能デバイス、種々の機能素子が従来の半導体集積回
路と類似の簡便なプロセスで生み出されることになる。
Therefore, it is possible to form a three-dimensional structure by a simple process as compared with a conventional method in which an exposure process and an etching process are repeated. In addition, since it is possible to form a three-dimensional structure with a continuous shape change in the depth direction, an unprecedented new semiconductor functional device and various functional elements are similar to conventional semiconductor integrated circuits. It will be created by a simple process.

【0015】[0015]

【実施例】図1は、本発明の第1の参考例に係わる3次
元構造体形成装置を示す概略構成図である。図中11は
液晶シャッタ等からなる可変画像マスクであり、このマ
スク11には励起光源(図示せず)からの励起光12が
照射される。マスク11を透過した光は、縮小投影光学
系13により試料20上に縮小投影される。試料20
は、シリコンウェーハ21上にフォトレジスト22を塗
布したものである。試料20はステージ14に固定保持
され、ステージ14はステージ駆動機構15により光軸
方向に移動可能となっている。また、可変画像マスク1
1とステージ駆動機構15は、制御回路16により同期
して駆動されるものとなっている。
DETAILED DESCRIPTION FIG. 1 is a schematic diagram showing a three-dimensional structure forming apparatus according to a first exemplary embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 11 denotes a variable image mask including a liquid crystal shutter or the like, and this mask 11 is irradiated with excitation light 12 from an excitation light source (not shown). The light transmitted through the mask 11 is reduced and projected on the sample 20 by the reduction projection optical system 13. Sample 20
Is obtained by applying a photoresist 22 on a silicon wafer 21. The sample 20 is fixedly held on a stage 14, and the stage 14 is movable in the optical axis direction by a stage driving mechanism 15. Also, the variable image mask 1
1 and the stage drive mechanism 15 are driven in synchronization by a control circuit 16.

【0016】図1は、本発明の第1の実施例に係わる3
次元構造体形成装置を示す概略構成図である。図中11
は液晶シャッタ等からなる可変画像マスクであり、この
マスク11には励起光源(図示せず)からの励起光12
が照射される。マスク11を透過した光は、縮小投影光
学系13により試料20上に縮小投影される。試料20
は、シリコンウェーハ21上にフォトレジスト22を塗
布したものである。試料20はステージ14に固定保持
され、ステージ14はステージ駆動機構15により光軸
方向に移動可能となっている。また、可変画像マスク1
1とステージ駆動機構15は、制御回路16により同期
して駆動されるものとなっている。
FIG. 1 shows a third embodiment according to the present invention.
It is a schematic structure figure showing a three-dimensional structure formation device. 11 in the figure
Is a variable image mask composed of a liquid crystal shutter or the like. The mask 11 has an excitation light 12 from an excitation light source (not shown).
Is irradiated. The light transmitted through the mask 11 is reduced and projected on the sample 20 by the reduction projection optical system 13. Sample 20
Is obtained by applying a photoresist 22 on a silicon wafer 21. The sample 20 is fixedly held on a stage 14, and the stage 14 is movable in the optical axis direction by a stage driving mechanism 15. Also, the variable image mask 1
1 and the stage drive mechanism 15 are driven in synchronization by a control circuit 16.

【0017】このような構成において、励起光波長を2
48.4nmとし、光学系13として10:1の縮小投
影レンズを用い、その焦点距離を50mmと設計した。
励起光全パワーを230Wと設定し、結像面総面積が1
00mm2 となるように設計した。結像面での光パワー
密度がフォトレジスト22の感光しきい値を越えるよう
レジスト材料の選定を行い、このときの結像法線方向解
像度を評価したところ0.5μm程度であった。可変画
像マスク11のパターンを電気的に制御しながら、これ
に合わせてステージ14上の試料20を光軸方向に位置
を変えながら露光硬化した結果、レジスト22に3次元
形状を露光硬化することができた。
In such a configuration, the excitation light wavelength is set to 2
The optical system 13 was designed to use a reduction projection lens of 10: 1 and the focal length was set to 50 mm.
The total power of the excitation light was set to 230 W, and the total area of the imaging surface was 1
00mm 2 It was designed to be. The resist material was selected so that the light power density on the image forming surface exceeded the photosensitivity threshold of the photoresist 22, and the resolution in the normal direction of the image was evaluated to be about 0.5 μm. While electrically controlling the pattern of the variable image mask 11 and changing the position of the sample 20 on the stage 14 in the optical axis direction according to the exposure and curing, the resist 22 can be exposed and cured in a three-dimensional shape. did it.

【0018】なお、レジストとしては、マスク像結像面
上のエネルギー密度をρ0 、曲面から方線方向にδ離れ
た位置でのエネルギー密度をρとしたとき、ρ0 とρと
を判別することのできる感光反応を有するものであれば
よい。
When the energy density on the mask image forming surface is ρ0 and the energy density at a position δ away from the curved surface in the normal direction is ρ, it is possible to discriminate between ρ0 and ρ. What is necessary is just to have a photosensitive reaction which can be performed.

【0019】次に、上記レジストの3次元加工につい
て、より具体的に説明する。図2は可変画像マスク11
として液晶シャッタを用いた例である。液晶シャッタ
は、図2(a)に示すように微小画素がマトリックス状
に配置されたものであり、外部からの駆動により各画素
毎にオン・オフ(透過・遮光)が制御される。このよう
なマスクを用いることにより、例えば、図2(b)
(c)(d)のように、透光部11aと遮光部11bか
らなる異なる任意のパターンを形成する形成することが
できる。
Next, the three-dimensional processing of the resist will be described more specifically. FIG. 2 shows a variable image mask 11.
Is an example using a liquid crystal shutter. The liquid crystal shutter has small pixels arranged in a matrix as shown in FIG. 2A, and is turned on / off (transmitted / shielded) for each pixel by external driving. By using such a mask, for example, FIG.
As shown in (c) and (d), a different arbitrary pattern including the light-transmitting portion 11a and the light-shielding portion 11b can be formed.

【0020】まず、液晶シャッタを図2(b)に示すパ
ターンにし、結像位置を図3(a)に示すようにレジス
ト22の表面にする。この場合、レジスト22の表面が
選択的に感光され硬化される。続いて、結像位置を移動
させ表面よりも深い位置までレジスト22を硬化させて
いくと、図3(b)に示すように表面から所定の深さま
で選択的に硬化部23が形成される。次いで、液晶シャ
ッタを図2(c)に示すパターンにし、レジスト22を
硬化させながらより深い位置まで結像位置を移動させ、
図3(c)に示すように硬化部23を形成する。次い
で、液晶シャッタを図2(d)に示すパターンにし、結
像位置を移動させ、図3(d)に示すようにさらに深い
位置に硬化部23を形成する。
First, the liquid crystal shutter is set in the pattern shown in FIG. 2B, and the image forming position is set on the surface of the resist 22 as shown in FIG. 3A. In this case, the surface of the resist 22 is selectively exposed and cured. Subsequently, when the imaging position is moved and the resist 22 is cured to a position deeper than the surface, a cured portion 23 is selectively formed from the surface to a predetermined depth as shown in FIG. 3B. Next, the liquid crystal shutter is set to the pattern shown in FIG. 2C, and the imaging position is moved to a deeper position while the resist 22 is cured.
As shown in FIG. 3C, a hardened portion 23 is formed. Next, the liquid crystal shutter is set in the pattern shown in FIG. 2D, the image forming position is moved, and the hardened portion 23 is formed at a deeper position as shown in FIG. 3D.

【0021】その結果、レジスト22は3次元的に感光
されることになる。そして、このレジスト22を現像す
れば、図4(a)に示すように表面に複数の段差を有す
る形状のレジストパターンが得られる。この例では、レ
ジストの露光は表面側から深い方向に行ったが、深い方
から浅い方に順に行ってもよい。また、この例ではレジ
スト膜の内部には硬化されないで残る部分があるが、図
5(a)(b)(c)のパターンを順次用いれば内部も
硬化したパターンが得られる。
As a result, the resist 22 is three-dimensionally exposed. When the resist 22 is developed, a resist pattern having a plurality of steps on the surface is obtained as shown in FIG. In this example, the exposure of the resist is performed in the deep direction from the surface side, but may be performed in order from the deep to the shallow. Further, in this example, there is a portion that remains without being cured inside the resist film. However, if the patterns of FIGS. 5A, 5B, and 5C are sequentially used, a pattern in which the interior is cured can be obtained.

【0022】このように本参考例では、液晶シャッタ1
1のパターンを変化させると共に、該パターンを結像す
べき位置にレジスト22が来るようにステージ14を移
動させることにより、レジスト22の異なる高さ位置で
異なるパターンを結像させることができる。従って、レ
ジスト22を3次元的に露光硬化させることができ、こ
の硬化したレジストパターンの上に金属などをモールド
したのちレジストを除去すれば、図4(b)に示すよう
な形状の構造体が形成できる。さらに、これを型として
用い、金属や樹脂をモールドしたのちに離型すれば、図
4(a)と同形状の金属や樹脂からなる構造体を形成で
きる。レジストの除去方法や離型方法を工夫すれば、内
部に空洞を有する構造体の作成も可能であり、マイクロ
デバイスの製造に効果的に適用することができる。
As described above, in this embodiment , the liquid crystal shutter 1
By changing the pattern 1 and moving the stage 14 so that the resist 22 comes to a position where the pattern should be formed, different patterns can be formed at different heights of the resist 22. Therefore, the resist 22 can be three-dimensionally exposed and cured. If a metal or the like is molded on the cured resist pattern and the resist is removed, a structure having a shape as shown in FIG. Can be formed. Further, if this is used as a mold and the metal or resin is molded and then released, a structure made of metal or resin having the same shape as that of FIG. 4A can be formed. If a method for removing the resist and a method for releasing the resist are devised, it is possible to form a structure having a cavity therein, which can be effectively applied to the manufacture of a micro device.

【0023】図6は、本発明の第の実施例に係わる3
次元構造体形成装置を示す概略構成図である。なお、図
1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は
省略する。
[0023] Figure 6, according to a first embodiment of the present invention 3
It is a schematic structure figure showing a three-dimensional structure formation device. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0024】この実施例が、先に説明した参考例と異な
る点は、ウェーハ上にレジストパターンを形成するので
はなく、ウェーハを直接加工することにある。即ち、試
料としてシリコンウェーハ21が容器44内に配置さ
れ、この容器44内にはエッチング材料及び感光材料4
5が充填されている。なお、容器44は駆動機構15に
より光軸方向に移動されるものとなっている。
This embodiment differs from the above-described reference example in that the wafer is directly processed instead of forming a resist pattern on the wafer. That is, the silicon wafer 21 is placed in a container 44 as a sample, and the etching material and the photosensitive material 4 are placed in the container 44.
5 are filled. Note that the container 44 is moved in the optical axis direction by the drive mechanism 15.

【0025】このような構成であれば、先の参考例と同
様に可変画像マスク11のパターン変化と容器44の移
動を連動させることにより、ウェーハ21を3次元形状
に加工することができる。本実施例では、ウェーハ21
は全体に渡って表面からエッチングされるが、光照射
(結像)されている部分は感光材料がウェーハ表面で硬
化してエッチングされない。従って、先の参考例と同様
に、レジスト表面側から深さ方向に選択的な露光を行え
ば、ウェーハ21を図4(a)と同形状にパターニング
することができる。
With such a configuration, the wafer 21 can be processed into a three-dimensional shape by linking the change in the pattern of the variable image mask 11 and the movement of the container 44 in the same manner as in the above-described reference example . In this embodiment, the wafer 21
Is etched from the entire surface, but the light-irradiated (imaged) portion is not etched because the photosensitive material is hardened on the wafer surface. Therefore, similarly to the above-described reference example , if selective exposure is performed in the depth direction from the resist surface side, the wafer 21 can be patterned into the same shape as that of FIG.

【0026】なお、露光によるエッチング反応の抑制を
利用するのではなく、露光によるエッチング反応の促進
を利用することも可能である。この場合、容器44内に
は光励起によりエッチング反応が促進されるエッチング
材料のみを充填する。このエッチング材料は光励起でエ
ッチング反応が加速されるものであり、液相系であって
も気相系であってもよい。
Instead of utilizing the suppression of the etching reaction by exposure, it is also possible to utilize the promotion of the etching reaction by exposure. In this case, the container 44 is filled only with an etching material whose etching reaction is accelerated by light excitation. This etching material accelerates an etching reaction by light excitation, and may be a liquid phase type or a gas phase type.

【0027】但し、この方法では、レジスト表面が結像
位置にないとエッチング反応が進まないので、エッチン
グすべき部分はそのパターンを維持したまま、焦点深度
以下のピッチでステージを移動させる必要がある。例え
ば、液晶シャッタのパターンを形成すべき3次元パター
ンの最も高い位置をマスクするようにしておき、この状
態で容器44を光源側に徐々に移動し、2番目に高い位
置までウェーハ21を選択エッチングする。次いで、液
晶シャッタのパターンを2番目に高い位置までをマスク
するようにしておき、この状態で容器44を光源側に移
動し、3番目に高い位置までウェーハ21を選択エッチ
ングする。これを繰り返すことにより、ウェーハ21に
3次元構造を形成することができる。次に、本発明の別
の実施例として、ホログラムを利用した3次元構造体の
形成方法について説明する。
However, in this method, since the etching reaction does not proceed unless the resist surface is at the image forming position, it is necessary to move the stage at a pitch equal to or less than the depth of focus while maintaining the pattern to be etched. . For example, the highest position of the three-dimensional pattern in which the pattern of the liquid crystal shutter is to be formed is masked, and in this state, the container 44 is gradually moved to the light source side, and the wafer 21 is selectively etched to the second highest position. I do. Next, the pattern of the liquid crystal shutter is masked up to the second highest position. In this state, the container 44 is moved to the light source side, and the wafer 21 is selectively etched to the third highest position. By repeating this, a three-dimensional structure can be formed on the wafer 21. Next, a method of forming a three-dimensional structure using a hologram will be described as another embodiment of the present invention.

【0028】図7は、本発明の第2の参考例方法を説明
するための図である。図中51はホログラムへのレーザ
入射光、52はホログラム、53はホログラム再生実像
光である。60は試料であり、この試料60はシリコン
ウェーハ61上にフォトレジスト62を塗布したもので
ある。
FIG. 7 is a diagram for explaining a second reference example method of the present invention. In the figure, reference numeral 51 denotes a laser beam incident on the hologram, 52 denotes a hologram, and 53 denotes a hologram reproduced real image light. Reference numeral 60 denotes a sample, which is obtained by applying a photoresist 62 on a silicon wafer 61.

【0029】ホログラム再生実像をホログラム再生光の
波長に対して感光特性を持ったフォトレジスト62の内
部に結像した。再生波長を248.4nmとし、光学系
として直径30mmのホログラムを用い、その焦点距離
を50mmと設計した。ホログラムからの再生実像光全
パワーを230Wと設定し、結像曲面総面積が100m
2 となるようにホログラムを設計した。結像面での光
パワー密度がフォトレジスト感光しきい値を越えるよう
にレジスト材料の選択を行い、このときの結像面法線方
向解像度を評価したところ0.5μm程度であった。こ
の結果、曲面形状でレジスト62を露光硬化することが
できた。
A hologram reproduction real image was formed inside a photoresist 62 having a photosensitive characteristic with respect to the wavelength of the hologram reproduction light. The reproduction wavelength was set to 248.4 nm, a hologram having a diameter of 30 mm was used as an optical system, and the focal length was designed to be 50 mm. The total power of the reproduced real image light from the hologram is set to 230 W, and the total area of the imaging curved surface is 100 m.
m 2 The hologram was designed so that The resist material was selected so that the light power density on the image forming surface exceeded the photoresist exposure threshold, and the resolution in the normal direction of the image forming surface was evaluated to be about 0.5 μm. As a result, the resist 62 was exposed and cured in a curved shape.

【0030】そして、このレジスト62を現像すると、
曲面形状のレジストパターンを形成することができた。
このように本参考例によれば、ホログラム再生像を利用
することにより、1回路露光でレジスト22を3次元的
に露光硬化させ、レジストの3次元構造体を形成でき
る。
When the resist 62 is developed,
A curved resist pattern could be formed.
As described above, according to the present embodiment , by using the hologram reproduced image, the resist 22 can be three-dimensionally exposed and cured by one-circuit exposure, and a three-dimensional structure of the resist can be formed.

【0031】なお、ホログラムにはホログラム撮影装置
によって作成されたものを用いてもよいが、計算機ホロ
グラムを用いる方が構造体の周期的繰り返し構造、縮小
操作を実行する上で望ましい。また、レジストとして
は、ホログラム実像の結像した曲面上のエネルギー密度
をρ0 、曲面から方線方向にδ離れた位置でのエネルギ
ー密度をρとしたとき、ρ0 とρとを判別することので
きる感光反応を有するものであればよい。
The hologram may be a hologram produced by a hologram photographing apparatus. However, it is preferable to use a computer generated hologram in order to execute a periodic repetitive structure of the structure and a reduction operation. Further, as the resist, it is possible to distinguish between ρ0 and ρ, where ρ0 is the energy density on the curved surface on which the hologram real image is formed and ρ is the energy density at a position δ away from the curved surface in the normal direction. Any material having a photosensitive reaction may be used.

【0032】図8は、本発明の第の実施例方法を説明
するための図である。なお、図7と同一部分には同一符
号を付して、その詳しい説明は省略する。この実施例
が、先に説明した第2の参考例と異なる点は、ウェーハ
上にレジストパターンを形成するのではなく、ウェーハ
を直接加工することにある。即ち、試料としてシリコン
ウェーハ61が容器54内に配置され、この容器54内
にはエッチング材料及び感光材料55が充填されてい
る。
FIG. 8 is a diagram for explaining the method of the second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. This embodiment differs from the second embodiment described above in that the wafer is directly processed instead of forming a resist pattern on the wafer. That is, a silicon wafer 61 as a sample is placed in a container 54, and the container 54 is filled with an etching material and a photosensitive material 55.

【0033】ホログラム再生実像の結像面を、単結晶シ
リコンウェーハ61の内部に設定する。さらに、このシ
リコンウェーハ61をエッチング材料と光硬化レジスト
材料の混合溶液系と接触させて加工反応を進行させた。
この結果、ホログラム再生実像の結像面に至るまでシリ
コンの浸蝕反応は進行し、結像面に到達したところでレ
ジスト材料のシリコン加工表面への硬化析出反応が進行
した。これにより、シリコンエッチング反応停止が実現
し、3次元曲面形状にシリコンウェーハ61を加工する
ことができた。エッチング材料系及びその抑制反応材料
系は液相系でもよいし、気相系でもよい。
The image plane of the hologram reproduction real image is set inside the single crystal silicon wafer 61. Further, the silicon wafer 61 was brought into contact with a mixed solution system of an etching material and a photo-curing resist material, and a processing reaction was advanced.
As a result, the erosion reaction of silicon progressed to the image forming surface of the hologram reproduction real image, and when the silicon material reached the image forming surface, the hardening and deposition reaction of the resist material on the silicon processing surface progressed. Thereby, the silicon etching reaction was stopped, and the silicon wafer 61 could be processed into a three-dimensional curved surface shape. The etching material system and its suppression reaction material system may be a liquid phase system or a gas phase system.

【0034】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、基板材料としてシリコ
ンを用いたが、エッチング材料との組み合わせで各種半
導体材料を用いることができ、また半導体材料以外の材
料にも適用可能である。その他、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で、種々変形して実施することができる。
The present invention is not limited to the above embodiments. In the embodiment, silicon is used as the substrate material. However, various semiconductor materials can be used in combination with the etching material, and the present invention can be applied to materials other than the semiconductor material. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、任
意の3次元構造体を少ないプロセスで形成することがで
き、半導体を含む機能デバイスの作成に適した3次元構
造体の形成方法を実現することが可能となる。
As described above in detail, according to the present invention, an arbitrary three-dimensional structure can be formed by a small number of processes, and a method of forming a three-dimensional structure suitable for manufacturing a functional device including a semiconductor. Can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の参考例に係わる3次元構造体形
成装置を示す概略構成図、
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a three-dimensional structure forming apparatus according to a first reference example of the present invention;

【図2】第1の参考例に用いた可変画像マスクの一例を
示す平面図、
FIG. 2 is a plan view showing an example of a variable image mask used in a first reference example ;

【図3】第1の参考例の作用を説明するための模式図、FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation of the first reference example ;

【図4】第1の参考例の作用を説明するための模式図、FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation of the first reference example ;

【図5】液晶シャッタのパターン例を示す模式図、FIG. 5 is a schematic view showing an example of a pattern of a liquid crystal shutter.

【図6】本発明の第の実施例に係わる3次元構造体形
成装置を示す概略構成図、
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a three-dimensional structure forming apparatus according to a first embodiment of the present invention;

【図7】本発明の第2の参考例方法を説明するための概
略図、
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a second reference example method of the present invention;

【図8】本発明の第の実施例方法を説明するための概
略図。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a method according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…可変画像マスク、12…励起光、13…縮小投影
光学系、14…ステージ、15…ステージ駆動機構、2
0,60…試料、21,61…シリコンウェーハ、2
2,62…フォトレジスト、23…露光硬化部、24…
金属、44,54…容器、45,55…エッチング及び
感光材料、51…レーザ入射光、52…ホログラム、5
3…ホログラム再生実像光。
11: Variable image mask, 12: Excitation light, 13: Reduction projection optical system, 14: Stage, 15: Stage drive mechanism, 2
0,60: sample, 21, 61: silicon wafer, 2
2, 62 photoresist, 23 exposure hardened part, 24 ...
Metal, 44, 54: container, 45, 55: etching and photosensitive material, 51: laser incident light, 52: hologram, 5
3. Hologram reproduction real image light.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−111528(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 1/00 - 1/16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-61-111528 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G03F 1/00-1/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】外部からの駆動信号によりパターンが可変
される可変画像マスクを用いて試料表面に3次元パター
ンを形成する3次元構造体の形成方法であって、試料が収容された容器内にエッチング材料と感光材料を
充填し、 試料の表面に光照射により硬化する感光材料と
試料をエッチングするエッチング材料とを共存させた状
態で、可変画像マスクに光を照射して該マスクのパター
ンを試料の被エッチング面に結像させることにより、
被エッチング面にマスクパターンに応じて感光材料を硬
化析出させ、該析出部分におけるエッチング反応を抑制
することを基本プロセスとし、 試料を光軸方向に沿って可変画像マスク側に近づけるよ
うに順次移動させると共に、試料の各移動位置毎に可変
画像マスクのパターンを可変して上記基本プロセスを繰
り返すことを特徴とする3次元構造体の形成方法。
1. A method for forming a three-dimensional structure on a surface of a sample using a variable image mask whose pattern is changed by an external drive signal, wherein the three-dimensional structure is formed in a container containing the sample. Etching materials and photosensitive materials
The variable image mask is irradiated with light to form a pattern of the mask on the surface to be etched of the sample in a state where the photosensitive material which is filled and cured on the surface of the sample by light irradiation and the etching material for etching the sample coexist. by the image, the
The basic process is to harden and deposit a photosensitive material in accordance with the mask pattern on the surface to be etched, and to suppress the etching reaction at the deposited portion. The sample is sequentially moved along the optical axis so as to approach the variable image mask side. A method of forming a three-dimensional structure, wherein the basic process is repeated by changing the pattern of the variable image mask for each moving position of the sample.
【請求項2】試料が収容された容器内にエッチング材料
と感光材料を充填し、試料の表面に光照射により硬化す
る感光材料と試料をエッチングするエッチング材料とを
共存させた状態で試料の内部にホログラム再生画像を結
像し、この状態でエッチング材料により試料をエッチン
グすると共に、ホログラム再生画像の結像面に感光材料
を硬化析出させ該析出部分で試料のエッチング反応を抑
制することにより、試料表面に3次元パターンを形成す
ることを特徴とする3次元構造体の形成方法。
2. An etching material in a container containing a sample.
A hologram reproduction image is formed inside the sample in a state where the photosensitive material that cures by light irradiation on the surface of the sample and the etching material that etches the sample coexist. A three-dimensional pattern is formed on the surface of the sample by etching the sample and by hardening and depositing a photosensitive material on the image forming surface of the hologram reproduced image to suppress an etching reaction of the sample at the deposited portion. The method of forming the structure.
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