JP3738437B2 - 三次元微細構造体加工用x線マスク及び三次元微細構造体の加工方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線リソグラフィーによって加工される三次元微細構造体の加工に用いられるX線マスク及び三次元微細構造体の加工方法に関し、特に、曲面を有した三次元微細構造体の加工に用いられるX線マスク及び三次元微細構造体の加工方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、ナノテクノロジーが着目され、中でも、X線リソグラフィーによるものは、高アスペクト比の三次元微細構造体が形成できることで活発に研究開発が行われている。
【0003】
X線リソグラフィーでの三次元微細構造体の加工には、X線を透過しやすい材料の薄膜基板上にX線を透過しにくい吸収体のパターンが形成されたX線マスクが使用されている。そして、加工される三次元微細構造体の形状は、このX線マスクの形態に左右される。従来のX線マスクによると一回のX線の露光で形成される三次元微細加工構造体の断面は、一般に、四角形状等の平行形状の一様な断面を有した形状のものとなり、例えば、構造体の断面が円錐状のものや、先端が丸みを帯びた断面形状のものを形成する場合、X線の露光面積の異なる複数枚のX線マスクを使用し、X線を各X線マスクごとに複数回露光することで加工していた。また、一枚のX線マスクを被加工物の上方で、2次元的に移動させて、その都度X線を露光して、被加工物の断面を円錐状や、先端部が丸みを帯びた形状又は面取りやテーパーを有した形状等に加工する平面パターン断面転写法と呼ばれる方法による加工もされている。
【0004】
これらは、製造時間に長時間を要するとともに、構造体の形状に合わせて複数枚のX線マスクを作製しなくてはいけないという問題があり、このため、製造コストの上昇の一因となり、実用化に向けて大きなネックとなっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、断面形状が円錐状のものや、先端部が丸みを帯びた形状又は面取りやテーパーを有した形状の三次元微細構造体を一枚のX線マスクで形成することができる三次元微細構造体加工用X線マスク及びそれを用いた三次元微細構造体の加工方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明者は、鋭意検討を重ね、X線リソグラフィーによる被加工物の加工深さは被加工物に露光されるX線マスクを透過するX線透過強度に影響され、このX線透過強度は、X線マスクのX線吸収体の断面形状によって制御できることを見出し、本発明を完成した。
【0007】
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【0008】
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【0009】
すなわち、前記課題を解決するための本発明の請求項1に記載の三次元微細構造体加工用X線マスクは、X線リソグラフィーによって三次元微細構造体を加工するために用いられるX線マスクであって、X線吸収体がマイクロオーダー又はナノオーダーのメッシュの任意のマス目に貼付し、前記メッシュを透過するX線透過量を部分的に異ならせて、該X線吸収体の投影部分へのX線透過強度を変化させて三次元微細構造体を加工するものである。
このような構成によると、X線マスクを透過するX線の透過強度を異ならせることができ、被加工物へのX線露光量を変えることができ、断面形状が円錐状や、先端部が丸みを帯びた形状又は面取りやテーパーを有した形状の三次元微細構造体を加工することができる。
【0010】
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【0011】
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【0012】
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【0013】
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【0014】
また、請求項2に記載の三次元微細構造体の加工方法は、X線リソグラフィーによる三次元微細構造体の加工方法であって、X線吸収体の投影部分へのX線透過強度が変化するようにX線吸収体がマイクロオーダー又はナノオーダーのメッシュの任意のマスに貼付されたX線吸収体を有したX線マスクを用いるものである。
この方法によると、X線マスクを透過するX線の透過強度をX線マスクのメッシュに貼付されるX線吸収体によって調整することができる。このため、一枚のX線マスクで、X線の透過強度を調整することが可能となり、三次元微細構造体の製造時間の短縮化が可能となる。
【0015】
また、請求項3に記載の三次元微細構造体の加工方法は、請求項2において、前記マイクロオーダー又はナノオーダーのメッシュの任意のマスに貼付されたX線吸収体を有したX線マスクを、マイクロオーダー又はナノオーダーで振動させて、前記X線吸収体が貼付されたマスと、貼付されていないマスとの境界線を暈すことによって、被露光体の露光面を曲面に加工するものである。
この方法によると、X線マスクによってX線の透過強度が調整されるとともに、X線マスクをマイクロオーダー又はナノオーダーで振動させるため、X線マスクのX線が透過される投影部分と、X線が透過されない投影部分との境界線が暈されて、X線の露光部分が広がり、X線が透過される投影部分と、X線が透過されない投影部分との境界線部分の加工面を曲面とすることができる。
【0016】
削除
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る三次元微細構造体加工用X線マスクの第1の実施形態例を説明する。
【0018】
図1は、本発明に係るX線マスク1の実施形態の一例を示す図である。図1に示すように、本実施形態例に係るX線マスク1は、基板2からなるフレームと、フレームの表面の酸化膜3と、酸化膜3の表面に形成されX線吸収体6をメッキ形成するためのシード層4となる金属薄膜と、X線吸収体6が所望の断面形状となるように形成されたX線透過膜5と、X線吸収体6を保護する保護膜7とからなるX線透過材8と、で構成されている。
【0019】
以上のような構成のX線マスク1の作製方法について、図2を参照しつつ説明する。
【0020】
図2(a)に示すように、基板2として、Siウェハーを使用する。このSiウェハー2の表面を(b)に示すように酸化し酸化膜3を形成する。この酸化膜3の一方の表面にX線吸収体を形成するための、例えば、Au/Crからなるシード層4を形成する((c)参照)。次いで、(d)に示すように、エポキシ樹脂等のX線透過材をスピンコートして、X線透過膜5を形成する。このX線透過膜5等が表面に形成された基板2に電子ビーム描画法を行う、図示しない電子ビーム描画装置内のX軸、Y軸及びZ軸に沿って移動自在であるとともに各軸を軸心として回転自在のテーブルに設置する。そして、このテーブルを移動させることで、このX線透過膜5の表面を加工し、この表面にX線吸収体6が所望の断面形状となるよう溝9を形成する((e)参照)。
【0021】
次に、この溝9に電気メッキにより必要な吸収層厚になるまでX線吸収体、例えばAu等をメッキしてX線吸収体6を形成する((f)参照)。そして、このX線吸収体6のパターンを保護、保持するために再度この表面にX線透過材、例えば、エポキシ樹脂等をスピンコートして、保護膜7を形成する。
【0022】
一方Siウエハー2の裏面から通常の紫外線によるフォトリソグラフィーによってフレームのパターニングを行いメンブレン部分の酸化膜3をエッチングで除去する。次いで、基板となるSiウェハー2及びシード層4のエッチングを行い、これらを除去してX線マスク1を形成する((h)参照)。これによって、X線吸収体6の断面が四角形以外の形状、本実施形態例においては、断面が逆三角形のX線マスクとできる。なお、用途によってはメンブレン部分のシード層4を、除去せずに残しておいても良い。また、基板2は、Siウェハーに限定されるものではない。さらに、基板2の表面に形成する酸化膜3は特に必要なものではないが、フレーム作製時のマスクの役割をするため、本実施形態においては好ましい一例として示した。このような、X線マスク1を使用して形成した三次元微細構造体の一例を図3に示す。図3(a)は、テーパー形状を有した三次元微細構造体の一部の拡大写真である。図3(b)は、図3(a)の三次元微細構造体の拡大倍率を小さくした写真であり、微細構造体の高さが中央から左右にかけて浅くなっている様子を示す。X線マスク1と図7のX線透過強度を変化させるメッシュタイプのX線マスクの組み合わせで可能となった例である。図3(c)は、底辺部が大きく、先細り状にテーパーを有して延びた高アスペクト比の三次元微細構造体の写真を示す図である。
【0023】
ここで、電子ビーム描画法によるX線透過膜5の表面の加工は、電子ビーム描画装置のテーブルがX軸、Y軸及びZ軸に沿って移動自在であるとともに各軸を軸心として回転自在であるため、電子ビームが一方向にのみ照射される場合であっても、テーブルを移動させることによって、電子ビームの照射位置を自在に変更することができ、例えば、図4に示すような形状や、断面が半円形状、半楕円形状、台形形状等、自在に加工することが可能となる。図5には、図4に示す電子ビーム描画法によって形成されたX線透過膜5を用いた三次元微細構造体加工用X線マスクの作成方法について示す。
【0024】
図5に示すように、電子ビーム描画法によって、図4に示すような形状のように、任意の形状にX線透過膜5の表面を加工して、表面に形成された溝にX線吸収体6を電気メッキ等によって形成する。次いで、基板2をエッチング等によって除去して、任意の形状のX線吸収体6を有するX線マスクとすることができる。
【0025】
次に、X線吸収体6の断面形状の違いによるX線透過強度の違いを図6に示す。図6に示すように、例えば、断面形状が図6(a)の上段に示すような四角形状のように、均一な肉厚を有する場合、このX線吸収体6の投影部分のX線透過強度は、図6(a)の下段に示すように、一様なものとなる。一方、断面形状が図6(b)、(c)、(d)のように、均一な肉厚を有しない四角形状以外の、形状である場合、そのX線吸収体6の投影部分のX線透過強度は、各図の下段に示すように、円弧若しくは丸みを帯びた状態で分布する。このため、被加工物には、図6下段に示すような状態でX線が露光され、このX線透過強度に倣った形状に加工されることになる。
【0026】
なお、実際の肉厚分布は、X線マスクに入る光(X線)の入射光分布や、レジストの感度率等の補正をフィードバックして得られるレジストの形状が所定の形状になることを予め考慮して、X線吸収体6の形状を決定する。
【0027】
X線透過材8としては、エポキシ樹脂を使用することができ、特に好ましいのは、光反応性エポキシ樹脂である。この光反応性エポキシ樹脂は、化学的耐性が高く、Siエッチング液として使用される水酸化テトラメチルアンモニウム(以下、TMAHという。)に対して耐性があり、フレーム形成時のエッチング処理の時に特殊な表面保護をする必要がなくなる。このため、製造コストの低減はもちろんであるが、量産性を向上させることができるため、更なる製造コストの低減が可能となる。
【0028】
なお、X線吸収体6の断面形状は、本実施形態例に示す形状に限定されるものではなく、例えば、円形や六角形であってもよい。この場合、それぞれ表面に半円形もしくは台形形状の溝を電子ビーム描画法で形成し、各溝内にX線吸収体を電気メッキ等によって形成した後、いずれか一方もしくは両方の表面にエポキシ樹脂等を塗布した後、各X線吸収体が重なるように積層することで作製が可能である。
【0029】
次に、図7を参照しつつ、本発明の三次元微細構造体加工用X線マスクの第2の実施形態例について示す。
【0030】
図7は、本実施形態例におけるX線マスク1の部分拡大図であり、マイクロオーダー又はナノオーダーのメッシュが形成され、そのメッシュ11の任意のマス目にX線吸収体12であるAu等が貼付されているものである。
【0031】
このX線マスク10のメッシュ11は、例えば、LIGAプロセス等によって形成することが可能であり、その作製方法は、特に限定されない。X線を透過する材料であれば、その材料も特定されるものではない。
【0032】
本実施形態におけるX線マスク10は、このメッシュ11の任意のマス目にX線吸収体12を貼付することによって、このX線マスク10を透過したX線の透過強度が異なるようにしたものである。これによって、被加工物を露光するX線透過強度が変化し、被加工物の加工深さが異なるようになる。したがって、被加工物の加工形状にあわせてX線吸収体12の貼付場所を予め決めることで任意の三次元微細構造体を加工することが可能となる。
【0033】
また、このX線マスク10を、X線が照射されている際に、マイクロオーダー又はナノオーダーで振動させる。これによって、X線マスクのX線が透過される投影部分と、X線が透過されない投影部分との境界線が暈されて、X線の露光部分が広がり、X線が透過される投影部分と、X線が透過されない投影部分との境界線部分の加工面を曲面とすることができる。
【0034】
また、前述の第1の実施形態例に係るX線マスク1と組み合わせて使用することで、より複雑な形状の微細構造体とすることも可能である。
【0035】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、例えばX線マスクをメッシュ状とし、メッシュの任意のマス目にX線吸収体を貼付し、X線マスクを透過するX線の透過強度を変化させることによって、被加工物に露光するX線の強度を変化させて、一枚のX線マスクによって曲面を有した三次元微細構造体を形成することが可能となる。このため、製造時間の大幅な短縮が可能となるとともに、工業化も可能となる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る三次元微細構造体加工用X線マスクの第1の実施形態の一例を示す断面図である。
【図2】 本発明に係る三次元微細構造体加工用X線マスクの実施形態の一例の製造工程を説明するための図である。
【図3】 本発明に係る三次元微細構造体加工用X線マスクの実施形態の一例で形成された三次元微細構造体の顕微鏡写真を示す図である。
【図4】 電子ビーム描画法によって加工されるX線吸収体の一実施形態例を示す図である。
【図5】 電子ビーム描画法によって加工されたX線吸収体を有するX線マスクの作製方法を説明するための図である。
【図6】 X線吸収体の断面形状の違いによるX線透過強度の違いを説明するための図である。
【図7】 本発明に係る三次元微細構造体加工用X線マスクの第2の実施形態例を示す概略図である。
【符号の説明】
1 X線マスク
2 基板
3 酸化膜
4 シード層
5 X線透過膜
6 X線吸収体
7 保護膜
8 X線吸収材
9 溝
10 X線マスク
11 メッシュ
12 X線吸収体
Claims (3)
- X線リソグラフィーによって三次元微細構造体を加工するために用いられるX線マスクであって、X線吸収体がマイクロオーダー又はナノオーダーのメッシュの任意のマス目に貼付し、前記メッシュを透過するX線透過量を部分的に異ならせて、該X線吸収体の投影部分へのX線透過強度を変化させて三次元微細構造体を加工する三次元微細構造体加工用X線マスク。
- X線リソグラフィーによる三次元微細構造体の加工方法であって、X線吸収体の投影部分へのX線透過強度が変化するようにX線吸収体がマイクロオーダー又はナノオーダーのメッシュの任意のマスに貼付されたX線吸収体を有したX線マスクを用いる三次元微細構造体の加工方法。
- 前記マイクロオーダー又はナノオーダーのメッシュの任意のマスに貼付されたX線吸収体を有したX線マスクを、マイクロオーダー又はナノオーダーで振動させて、前記X線吸収体が貼付されたマスと、貼付されていないマスとの境界線を暈すことによって、被露光体の露光面を曲面に加工する請求項2に記載の三次元微細構造体の加工方法。
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