JPH08238426A

JPH08238426A - エネルギービーム加工法

Info

Publication number: JPH08238426A
Application number: JP7043212A
Authority: JP
Inventors: Masaki Hatakeyama; 雅規畠山
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1995-03-02
Publication date: 1996-09-17
Anticipated expiration: 2015-07-24
Also published as: JP3069504B2

Abstract

(57)【要約】【目的】被加工物表面に微粒子を分散配置してエネル
ギービームを照射し、微粒子の寸法オーダーで微細加工
を施す。【構成】被加工物である試料１１の表面にエネルギー
ビームを遮蔽するほぼナノメータスケールの微粒子１２
を分散配置し、試料１１にエネルギービームを照射し、
微粒子１２が配置された箇所を除く試料表面を加工する
ことにより、従来のフォトリソグラフィ技術では実現困
難な微細加工が可能となる。必要に応じて磁界や電界或
いはレーザ等を作用させて微粒子１２を配置制御し、さ
らにエネルギービーム照射により得られた棒状構造物１
４に、化学反応性ガス粒子や溶液中にて等方的加工を施
し、より微細でアスペクト比の高い棒状構造物１４ａを
製作することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被加工物表面に微粒子
を分散配置してエネルギービームを照射し、微粒子の寸
法オーダー、もしくは微粒子の寸法より微小寸法オーダ
ーで微細加工を施すようにしたエネルギービーム加工法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体プロセスにおける基板加工には、
基板の加工パターンに合わせた形状のフォトレジストマ
スクを用いるフォトリソグラフィ技術が重要な役割を果
たしてきた。フォトリソグラフィ技術による基板加工で
は、基板上の加工しない部分をフォトレジストマスクで
覆い、フォトレジストマスクで覆われていない部分にエ
ッチング加工を施し、加工時間に応じた深さに加工す
る。

【０００３】図８は、フォトレジストマスクを用いる従
来の微細加工法の工程例を示すものであり、同図（Ａ）
〜（Ｅ）が第１〜第５の各工程を示す。まず第１工程に
おいて、加工基板１にレジスト材２をコーティングす
る。次に、第２工程において、フォトマスク３を介在さ
せて加工基板１表面のレジスト材２に紫外線４を照射
し、フォトマスク３に形成されたパターン穴３ａをレジ
スト材２に転写する。次に、第３工程において、現像に
よりパターン穴３ａを介して紫外線４が照射された部分
のレジスト材２を除去し、必要なフォトレジスト膜のみ
を残す。続く第４工程では、プラズマ中のイオンやラジ
カル種を利用し、加工基板１上のレジスト材２が無い部
分に異方性エッチングを施し、最後の第５工程におい
て、レジスト材２を除去する。以上、第１〜第５工程を
経て加工板１の表面にフォトマスク３のパターン穴３ａ
と同形の穴１ｃを形成する微細加工が行われる。なお、
一般の半導体デバイスでは、上記第１〜第５行程を繰り
返し行うことで、加工基板１上に深さの異なる穴を複数
形成するのが普通である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のフォトリソ
グラフィ技術を用いた微細加工法は、製作過程の煩雑な
フォトレジストパターンを有するフォトマスク３が不可
欠であり、しかもこのフォトレジストパターンをｌμｍ
以下の線幅或いは径に加工するには、特別な装置や工夫
を必要とする上、時間的にもコスト的にも相当の損失を
覚悟しなければならず、ナノメータスケールの微細加工
に簡単に適用できるものではなかった。また、レジスト
材２は、紫外光や電子線に感光することが必須条件であ
るため、おのずと使用可能な材料が制限されてしまい、
またレジスト材２がコンタミ成分となるときには、使用
できないといった制限があった。さらに、フォトレジス
ト膜作製に関しても、表面の平垣度や粗さが粗悪な試料
に対しては紫外光を均―に照射できないため、均一で精
度の良いレジスト膜付けは困難であった。

【０００５】また、従来のプラズマプロセスを用いてｌ
μｍ以下のパターン構造の加工を行うにしても、ガス粒
子の衝突やレジスト材のチャージアップ等の影響で、斜
め入射するエネルギー粒子の粒子数が多く、このため垂
直で背の高い微細構造体の加工、すなわちアスペクト比
（加工深さに対する構造体幅の比）の高い加工は困難で
あり、構造体の幅がｌμｍ以下の加工は殆ど無理であっ
た。

【０００６】従って、本発明の目的は、被加工物表面に
微粒子を分散配置し、エネルギービームを照射して加工
を行うことにより、ナノメータスケールの微細加工を可
能にすることにあり、必要に応じて磁界や電界或いはレ
ーザ等を作用させて微粒子を配置制御し、さらにエネル
ギービームを照射した後で化学反応性ガス粒子や溶液中
にて等方的加工を施し、より微細でアスペクト比の高い
構造物を製作することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、被加工物の表
面にエネルギービームを遮蔽する直径が０．１ｎｍない
し１０ｎｍもしくは１０ｎｍないし１００ｎｍもしくは
１００ｎｍないし１０μｍの微粒子を分散配置し、前記
被加工物にエネルギービームを照射し、前記微粒子によ
る遮蔽箇所を除く前記被加工物表面を加工することを特
徴とするエネルギービーム加工法を提供することによ
り、前記目的を達成するものである。

【０００８】また、本発明は、前記エネルギービームの
照射により、該被加工物表面を深さ方向に加工する一方
で前記微粒子を徐々に縮径加工し、該微粒子の遮蔽箇所
に先細の棒状構造物を加工すること、或いは前記微粒子
をエタノール等の溶剤中に表面活性剤と共にほぼ均―に
分散させて溶液を作り、該溶液を被加工物表面に滴下す
るか又は該溶液中に被加工物を浸して前記微粒子を被加
工物表面に均―に分散配置し、該被加工物にエネルギー
ビームを照射すること等を特徴とするエネルギービーム
加工法を提供することにより、前記目的を達成するもの
である。

【０００９】さらに、本発明は、前記被加工物表面の微
粒子に磁界又は電界又はレーザ等を作用させ、該微粒子
を加工パターンに合わせて配置制御すること、或いはエ
ネルギービームを照射して微細加工を施した被加工物
に、該被加工物に対し化学反応性を示すガス粒子を導入
し、温度制御により該被加工物表面の化学反応性を制御
し、該被加工物表面を等方的に加工すること等を特徴と
するエネルギービーム加工法を提供することにより、前
記目的を達成するものである。

【００１０】

【作用】本発明によれば、被加工物の表面にエネルギー
ビームを遮蔽するほぼナノメータスケールの微粒子を分
散配置し、前記被加工物にエネルギービームを照射し、
前記微粒子による遮蔽箇所を除く前記被加工物表面を加
工することにより、従来のフォトリソグラフィ技術では
実現困難な微細加工が可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図１ないし
図７を参照して説明する。図１は、本発明のエネルギー
ビーム加工法の一実施例を示す工程図である。

【００１２】図１（Ａ）に示すように、加工対象である
ＧａＡｓ，Ｓｉ，ガラスなどの試料１１の表面に、直径
５ｎｍ〜１μｍ程度のコバルトや、Ｚｎ（亜鉛）や、フ
ェライトの微粒子１２を分散配置する。この分散配置は
付着によりなされ、具体的には、エタノール等の溶剤中
に表面活性剤と共に微粒子１２を混入し、撹拌して均一
な濃度分市となった溶液中に試料１１を浸すか、或いは
溶液を試料１１の表面に滴下して乾燥させることで、試
料１１の表面に微粒子１２を均一に付着させることがで
きる。こうして、エネルギービームを遮蔽する微粒子１
２が確率的な精度をもって試料１１の表面に均一に分散
配置される。

【００１３】次に、エネルギービームである高速原子線
１３を、図１（Ａ）に矢印で示した方向に沿って、試料
１１にほぼ垂直に照射する。このとき、微粒子１２で覆
われた箇所は高速原子線１３を遮蔽するため、微粒子１
２で覆われていない箇所だけが高速原子線１３によって
加工され、図１（Ｂ）に示した加工が進行する。

【００１４】ただし、高速原子線１３による加工は試料
１１だけでなく微粒子１２にも及ぶため、厳密には微粒
子１２は照射の進行とともに徐々に縮径加工される。し
かしながら、この微粒子１２の形状変化は、高速原子線
１３に用いるガスとの反応性によって異なる。そこで、
高アスペクト比の加工を実現するため、ここでは希ガス
もしくは、微粒子１２には反応性が低く、試料とは反応
性の高いガスからなる高速原子線１３を用い、微粒子１
２の形状変化をできる限り抑制する加工法を採用する。
その結果、微粒子１２が付着した箇所だけを棒状の垂直
な壁として未加工のまま残すことができる。こうして試
料１１の表面に残された棒状構造物１４は、微粒子１２
の寸法に従って５ｎｍ〜１μｍの断面径を有する棒状の
微細構造をなし、粒径が均―な微粒子１２を用いるほど
形状の均一化が徹底される。

【００１５】なお、上記のエネルギービーム加工を施し
た試料１１に、試料１１と反応性の高いガス例えば塩素
ガスやフッ素ガス等の粒子を導入し、試料１１をヒータ
或いは加熱ランプにより加熱することにより、図１
（Ｃ）に示したように、方向性をもたない等法的加工を
施すことができる。この等法的加工を施すことで、残留
微粒子１２だけでなく棒状構造物１４も一定比で縮小加
工され、高速原子線１３のみによる加工と比較したとき
に、より微細な断面形状を有する棒状構造物１４ａに仕
上げることができる。また、最終的に残った微粒子１２
ａは、多くの場合不要であるため、例えば超純水ウォー
タージェット洗浄等により棒状構造物１４ａの頂部から
除去するとよい。

【００１６】ところで、上記エネルギービーム加工に用
いる試料１１としては、半導体材料のＧａＡｓ、Ｓｉ，
ＳｉＯ₂などの基板、或いは絶縁物のガラスやセラミッ
ク、さらには金属材料など、あらゆる材料を用いること
ができる。また、微粒子１２は、０．１μｍ以下の超微
粒子が必要な場合は、フェライト，亜鉛，コバルト，ダ
イヤモンド等の超微粒子を用いるとよく、また０．１〜
１０μｍの粒径が要求される場合は、アルミナ，グラフ
ァイト，金微粒子，銀微粒子等の微粒子１２を用いると
よい。さらに、これらの微粒子１２を材質面で選択する
ときは、反応性ガス粒子との反応性やスパッタ特性等を
考慮して適当な材質のものを用いるとよい。

【００１７】なお、上記実施例では、エネルギービーム
として希ガスもしくは、基板とは反応性が高く微粒子と
は反応性が低いガスの高速原子線１３を用い、エネルギ
ービームと微粒子１２との反応性を抑制するようにした
が、これとは若干異なる実施例として、図２（Ａ）〜
（Ｅ）に加工工程を示したエネルギービーム加工法も有
意義である。この加工法は、エネルギービームによる微
粒子自体の形状変化をある程度見込むものであり、ここ
では試料２１として、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＡ
ｓなどのIIIーV属系の半導体材料を用い、さらに高速原
子線２３として、塩素ガスの高速原子線を用いるととも
に、微粒子２２として、塩素ガスの高速原子線２３に反
応性を示す粒径１ｎｍ〜５０ｎｍのダイヤモンド超微粒
子を用いる。

【００１８】まず、図２（Ａ）に示したように、試料２
１の表面にダイヤモンド超微粒子２２を分散配置し、矢
印の方向に塩素ガスの高速原子線２３を照射する。これ
により、図２（Ｂ），（Ｃ）に示したように、試料２１
表面の加工が進行するが、同時にまたそれよりも遅い加
工速度ながらダイヤモンド微粒子２２も徐々に加工され
る。ダイヤモンド微粒子２２の粒径が縮径されるのに伴
い、高速原子線２３に対するダイヤモンド微粒子２２の
遮蔽面積も縮小していくため、ダイヤモンド微粒子２２
によって遮蔽された部分の試料２１は、図２（Ｄ）に示
したように先細の棒状構造物２４に加工されていく。実
施例では、ダイヤモンド微粒子２２が消失するまでビー
ム照射を継続するようにしているため、最終的には図２
（Ｅ）に示したように、尖塔すなわち先端の尖った先細
の棒状構造物２４が実現される。ちなみに、この加工法
により実際に製作された棒状構造物２４は、先端の径が
１０ｎｍと微細であるにも拘わらず、高さが２５０ｎｍ
程度と十分なアスペクト比を備えるものであった。

【００１９】なお、エネルギービーム加工後に棒状構造
物２４の先端をさらに先鋭化するため、前記実施例と同
様、ビーム照射後に塩素ガスのみを導入し、試料２１を
ヒータや加熱用ランプで加熱することにより、等方的加
工を施すことも可能である。その場合には、棒状構造物
２４は、さらに先細の０．１ｎｍ〜５ｎｍの先端径に加
工される。また、このように、高速原子線を照射した後
で、加熱による化学反応表面加工を行った場合には、表
面のスムージングやダメージ層の除去に効果があり、量
子効果素子を製作するときなどに特に有効である。量子
効果とは、微小構造物がもつバルク特性とは異なる特
性、例えば光の波長を短波長側にシフトさせたり、電子
エネルギの準位を変化させたりする特性を示す効果を指
し、例えば、棒状構造物から放射される光やレーザー光
が、バルクとは異なる短波長側にシフトとた波長を示し
たり、棒状構造物にレーザ光を通過させたときに、量子
効果によりレーザ光が短波長側にシフトすることで、レ
ーザ光の強度を増幅することが可能である。

【００２０】図３，４に示した被加工物３０，４０は、
微粒子を二次元平面に規則的に配列してエネルギービー
ム加工を行った場合の加工例を示すものである。すなわ
ち、図３に示した被加工物３０は、試料３１の表面に棒
状構造物として列柱３４を所定の配置パターン（マトリ
クス配置パターン）に従って配列したものであり、図４
に示した被加工物４０は、試料４１の表面に棒状構造物
として円錐４４を所定のマトリクス配置パターンで配列
したものである。この場合の加工法は、基本的には前述
のビーム照射を踏襲するものであるが、微粒子３２の配
置制御にレーザや電界や磁界の作用を用い、棒状構造物
（列柱３４や円錐４４）を確率的な分布配列から規則的
な分布配列に強制する点で、より高度な加工法であると
言える。レーザは、照射された微粒子３２自体を電離さ
せるか、或いは微粒子３２の周囲を電離させてプラズマ
を形成するため、レーザを照射された微粒子３２は電離
して電荷をもった状態となる。このため、レーザの集光
箇所に電界をかけることで、微粒子を捕捉（トラップ）
して所望の位置へと移動させることができ、被加工物で
ある試料３１，４１に付着する微粒子３２は、所期のご
とく配置される。

【００２１】また、レーザの代わりに電界の作用効果を
利用する場合は、トラップ用電極に電界をかけて微粒子
３２を分極化させ、トラップされた微粒子３２を所望の
位置へと移動させて規則的配列を達成することができ
る。さらに、磁界の作用効果を利用する場合は、フェラ
イトなど磁性体からなる微粒子３２を溶液中に分散さ
せ、外部から電磁石や永久磁石等により磁界をかけ、磁
束に沿って微粒子３２を規則的に配列させることができ
る。なお、微粒子３２をナノ単位で位置決めする場合
は、例えばピエゾ素子に電極や磁極を取り付け、ピエゾ
素子に印加する電圧を可変することによりピエゾ素子を
ナノ単位で膨張又は収縮させ、それに伴う電極や磁極の
変位を制御し、微粒子３２を精度よく位置決めすること
が可能である。

【００２２】図５に示す被加工物５０は、試料５１の互
いに斜交する二側面５１ａ，５１ｂに、複数の柱状構造
物５４をそれぞれ一列に並べた配置パターンでエネルギ
ービーム加工した場合の加工例を示すものである。各柱
状構造物５４の断面径は、１ｎｍ〜２０ｎｍであり、そ
の高さは１０ｎｍ〜５００ｎｍである。これら２列の柱
状構造５４の各列を連ねる光軸線は点Ｐで交差してお
り、それぞれレーザを出射する機器５５からのレーザを
受けて量子効果をアンプする。もしくは、棒状構造物の
両側に共振器ミラーを設けて、そこから出射される量子
効果を伴ったレーザー光を出射する。この場合、２列の
柱状構造物５５がレーザを短波長シフトさせたり或いは
高強度発振させたりするため、２列のレーザが集中する
点Ｐには高強度の光場が形成される。なお、こうした複
数の微細な柱状構造物５４を利用して高強度の光場を形
成する技術は、前述のレーザによる微粒子のトラップ操
作に応用できるだけでなく、レーザを物質表面の原子に
照射して発光させたり、原子を飛ばしたり電離させたり
原子間の鎖を断ち切るなどの表面原子光反応等にも応用
でき、幅広い応用技術に道を開くものである。

【００２３】図６に示す被加工物６０は、Ｓｉの超微細
円錐構造物６４を前記第２実施例に示した工程を踏んで
試料６１を構成するＳｉ基板に形成したものである。こ
の実施例では、試料６１としてＳｉ基板を用いることを
考慮し、エネルギービームとしてはＳＦ₆などのフツ素
系のガス粒子を用いた高速原子線を使用する。等方的加
工に関しても、フッ素系ガス粒子のプラズマを作り、そ
こで作られたフッ素ラジカルを高速原子線照射後の試料
表面に大量に供給することより行う。このようにして出
来たＳｉの円錐構造物６４は、物質の表面状態を観察す
るためのＡＦＭ（原子間力顕微鏡）や、或いはＳＴＭ
（トンネル顕微鏡）のカンチレバー先端の針として用い
ることができる。カンチレバー先端の針は、観察対象表
面の凹凸の探針に用いられ、表面の凹凸に倣った針の上
下動から表面形状を観測することができる。また、円錐
構造物６４は先鋭構造であるため、電界集中が容易であ
り、このため針から電子線を出力するフィールドエミッ
ション用電子源としても利用することができる。フィー
ルドエミッションとは、微細な円錐構造物として製作し
た針状のマイクロエミッタをインシュレータで囲繞し、
インシュレータ開口部に設けたビーム引き出し電極の電
位を制御することで、マイクロエミッタの先端から電子
線を放射させるものであり、電子ビームナノリソグラフ
ィ技術等に用いる電子ビーム描画装置等への応用が可能
である。

【００２４】図７は、本発明のエネルギービーム加工法
を適用した３次元の多面加工を施した超微細構造素子７
０の製作例を示すものである。立方体形状の試料７１の
上面７１ａと側面７１ｂにはそれぞれ、前述の加工法に
より加工された微細構造を有する円錐構造物７４と円柱
構造物７５とが存在し、それぞれが程度の異なる量子効
果を発揮する。円錐構造物７４を挟んで対向配置したミ
ラー７４ａと出射ミラー７４ｂとの間でレーザＬ１を光
増幅し、他方で円柱構造物７５を挟んで対向配置したミ
ラー７５ａと出射ミラー７５ｂとの間でレーザＬ２を光
増幅すると、両レーザＬ１，Ｌ２は円錐構造物７４と円
柱構造物７５の形状に基づく量子効果の違いに応じて異
なる波長で発振する。

【００２５】出射ミラー７４ｂを介して発振出力される
レーザＬ１と出射ミラー７５ｂを介して発振出力される
レーザＬ２は波長が異なるが、両者はそれぞれ反射鏡７
６，７７で光路を直角に屈曲されたのち、試料７１の正
面７１ｃに導かれる。試料７１の正面７１ｃに導かれた
レーザは、回転ミラー７８にて選択或いは合成され、し
かるのち光検出器７９によって検出される。回転ミラー
７８は、２種類の波長の選択と合成ができるよう、表裏
面がそれぞれ波長選択性のある光学ミラーで構成されて
おり、レーザＬ１，Ｌ２は、回転ミラー７８の回転位相
に応じて一方だけ或いは両方が回転鏡７８を透過するこ
とができ、これによって２種類の波長の選択やミキシン
グができる波長選択素子を実現することができる。

【００２６】また、超微細構造素子７０を例えば情報通
信用のデータ生成源として利用するため、波長の異なる
２つのデータ列を同一のバスライン又は別個のバスライ
ンを介して伝送すると、単一波長を用いて１６ビットの
データ量を伝送する場合に比べ、１／２の伝送時間で済
むことになる。これは波長が異なるパルスデータを同時
に同じ光ファイバー等のバスラインを用いて伝送するこ
とが可能となることによる。この場合、光検出器７９
は、波長λ１とλ２に感応する波長選択素子を内蔵して
おり、各波長選択素子からはそれぞれプリアンプおよび
パラレル信号生成器に接続された８本のデータ線を介し
て受信データが出力され、メモリ素子や関連機器に向け
てそれぞれ８ビットのデータが伝送される。つまり、２
波長分のデータを一度に処理できるため２×８＝１６ビ
ットのデータ量が１／２の時間で可能となる。同様に波
長種を増すと、整数倍ビットのデータ量の増加が同一時
間で可能となる。この場合、超微細構造素子７０により
波長が異なるデータが同時に伝送されるため、一度に多
量の情報伝達が可能であり、これによって非常に高容量
の情報伝達素子として実現することができる。

【００２７】なお、回転ミラー７８に代えて、ハーフミ
ラー或いは電気的に制御可能な偏光素子等を用いること
もできる。また、光検出器７９は、各波長λ１，λ２に
対応した独立の受光素子を２個用いて構成することもで
き、その場合伝送データの位相を揃える必要は生ずるも
のの、出射光を分配するミラーは不要となる。さらに、
超微細構造素子７０に２以上の棒状構造物を形成するこ
とにより、波長の異なる２以上のデータ列を同時に伝送
することができる。

【００２８】なお、上記した本発明のエネルギービーム
加工法に適用可能なエネルギービームとしては、高速原
子線，イオンビーム，電子線，レーザ，放射光，原子・
分子線等が挙げられるが、それぞれの特徴は以下の通り
である。高速中性のエネルギー粒子線である高速原子線
は、金属や半導体或いは絶縁物などのあらゆる材料に対
して適用でき、またイオンビームは、金属材料に対して
非常に有効である。電子線は、照射と同時に試料に対し
て反応性のあるガスを導入することで、電子線が照射さ
れた場所のみ化学反応を生ぜしめることができる。ま
た、放射光は、直接放射光のみを試料表面に照射して加
工したり、或いは反応性ガス粒子との相互作用を利用し
て加工することにより、多彩な加工を可能にする。ま
た、原子・分子ビームは、反応性ガス粒子の原子・分子
ビームを照射することで低エネルギーのビーム加工を可
能にする。このため、加工目的に応じて様々なエネルギ
ービームを用いるとよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被加工物の表面にエネルギービームを遮蔽する直径が
０．１ｎｍないし１０ｎｍもしくは１０ｎｍないし１０
０ｎｍもしくは１００ｎｍないし１０μｍの微粒子を分
散配置し、前記被加工物にエネルギービームを照射し、
前記微粒子による遮蔽箇所を除く前記被加工物表面を加
工するようにしたから、微粒子の寸法オーダーもしくは
微粒子より微小な寸法オーダーでの微細加工が可能であ
り、従って従来のフォトリソグラフィ技術では困難であ
った超微細な加工構造物の製作が可能であり、また微粒
子は被加工物の表面に付着させるだけでよいため、被加
工物表面の粗さや平坦度に関係なく簡単に配置でき、従
って表面の平坦度や粗さが粗悪な試料に対しては紫外光
が均―に照射できないために均―で精度の良いレジスト
膜付けが困難であったり、或いは加工面にしても平坦度
のよい一面にしか適用できなかった従来のフォトリソグ
ラフィ技術とは異なり、試料の局所や多面に超微粒子を
分散配置して３次元構造の超微細加工が可能であり、特
に指向性に優れたエネルギービーム加工による超微細領
域における異方性加工との組合わせにより、加工精度を
高めることができ、またレーザや磁界或いは電界等を作
用させて微粒子を規則的に配置し加工することで、超小
型の量子効果素子やメモリー素子や光素子の実現が可能
となるなど、学術的にも産業的にも非常に意義のある加
工法を提供することができる等の優れた効果を奏する。

【００３０】また、本発明は、エネルギービームの照射
により、被加工物表面を深さ方向に加工する一方で前記
微粒子を徐々に縮径加工し、該微粒子の遮蔽箇所に先細
の棒状構造物を加工するようにしたから、例えばエネル
ギービームとして用いる反応性ガス粒子に対して反応性
が低くスパッタ率も低い微粒子を用いることで、加工中
の微粒子の形状変化を抑制し、被加工物を垂直壁に近い
壁をもった棒状構造物に加工したり、エネルギービーム
として用いる反応性ガス粒子に対して反応性が高くスパ
ッタ率も高い微粒子を用いることで、加工中に微粒子を
大きく形状変化させ、被加工物を円錐形状や角錐形状な
どの先細の棒状構造物に加工することができ、被加工物
の表面に残留形成する構造物の形状を随意所望の形状に
加工することができる等の効果を奏する。

【００３１】さらにまた、本発明は、エネルギービーム
を照射して微細加工を施した被加工物に、該被加工物に
対し化学反応性を示すガス粒子を導入し、温度制御によ
り該被加工物表面の化学反応性を制御し、該被加工物表
面を等方的に加工するようにしたから、エネルギービー
ム加工を施した試料に、試料と反応性の高いガス例えば
塩素ガスやフッ素ガス等の粒子を導入し、試料をヒータ
或いは加熱ランプにより加熱することにより、方向性を
もたない等法的加工を施すことができ、またこの等法的
加工を施すことにより、残留微粒子だけでなく棒状構造
物も一定比で縮小加工され、高速原子線のみによる加工
と比較したときに、さらに微細な断面形状を有する棒状
構造物に仕上げることができる等の効果を奏する。

【００３２】さらに、本発明は、エネルギービームとし
て、高速原子線又はイオンビーム又は電子線又はレーザ
又は放射光又は原子・分子線を用いるようにしたから、
エネルギービームとして例えば高速中性のエネルギー粒
子線である原子線を用いた場合には、金属や半導体或い
は絶縁物などのあらゆる材料に対して適用でき、またエ
ネルギービームとして例えばイオンビームを用いた場合
は、金属材料に対して非常に有効であり、さらにエネル
ギービームとして電子線を用いた場合には、電子線照射
と同時に試料に対して反応性のあるガスを導入すること
で、電子線が照射された場所のみ化学反応を生ぜしめる
ことができ、またエネルギービームとして放射光を用い
た場合は、直接放射光のみを試料表面に照射して加工し
たり、或いは反応性ガス粒子との相互作用を利用して加
工することにより、多彩な加工が可能であり、またエネ
ルギービームとして原子・分子ビームを用いた場合に
は、反応性ガス粒子の原子・分子ビームを照射して低エ
ネルギーのビーム加工が可能である等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエネルギービーム加工法の一実施例を
示す工程図である。

【図２】本発明のエネルギービーム加工法の他の実施例
を示す工程図である。

【図３】微粒子を二次元平面に規則的に配列してエネル
ギービーム加工を行った場合の被加工物の加工例を示す
斜視図である。

【図４】微粒子を二次元平面に規則的に配列してエネル
ギービーム加工を行った場合の被加工物の他の加工例を
示す斜視図である。

【図５】互いに斜交する二つの面に、複数の棒状構造物
をそれぞれ所定の配置パターンでエネルギービーム加工
した場合の被加工物の加工例を示す平面図である。

【図６】Ｓｉの超微細円錐構造物を前記第２実施例に示
した工程を踏んで形成した被加工物の加工例を示す側面
図である。

【図７】本発明のエネルギービーム加工法を適用して３
次元の多面加工を施した超微細構造素子の加工例を示す
図である。

【図８】従来のフォトリソグラフィ技術を適用した基板
加工法の一例を示す工程図である。

【符号の説明】

１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１試料１２，２２微粒子１３，２３高速原子線１４，２４棒状構造物３０，４０，５０，６０被加工物３４列柱４４円錐５４，７５柱状構造物６４，７４円錐構造物７０超微細構造素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０２Ｆ 1/35 ５０３Ｇ０２Ｆ 1/35 ５０３Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物の表面にエネルギービームを遮
蔽する直径が０．１ｎｍないし１０ｎｍもしくは１０ｎ
ｍないし１００ｎｍもしくは１００ｎｍないし１０μｍ
の微粒子を分散配置し、前記被加工物にエネルギービー
ムを照射し、前記微粒子による遮蔽箇所を除く前記被加
工物表面を加工することを特徴とするエネルギービーム
加工法。
【請求項２】前記エネルギービームの照射により、該
被加工物表面を深さ方向に加工する一方で前記微粒子を
徐々に縮径加工し、該微粒子の遮蔽箇所に先細の棒状構
造物を加工することを特徴とする請求項１記載のエネル
ギービーム加工法。
【請求項３】前記微粒子をエタノール等の溶剤中に表
面活性剤と共にほぼ均―に分散させて溶液を作り、該溶
液を被加工物表面に滴下するか又は該溶液中に被加工物
を浸して前記微粒子を被加工物表面に均―に分散配置
し、該被加工物にエネルギービームを照射することを特
徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載のエネルギ
ービーム加工法。
【請求項４】前記微粒子が、フェライト、コバルト、
亜鉛、ダイヤモンドの超微粒子であることを特徴とする
請求項１ないし３のいずか１項記載のエネルギービーム
加工方法。
【請求項５】前記被加工物表面の微粒子に磁界又は電
界又はレーザ等を作用させ、該微粒子を加工パターンに
合わせて配置制御することを特徴とする請求項１ないし
４のいずか１項記載のエネルギービーム加工法。
【請求項６】前記被加工物が、ＧａＡｓ，ＩｎＡｓ，
ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ等のIIIーV属系の半導体材
料であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
１項記載のエネルギービーム加工法。
【請求項７】前記被加工物がＳｉ，ＳｉＯ₂などのＳ
ｉ含有半導体材料であることを特徴とする請求項１ない
し５のいずれか１項記載のエネルギービーム加工法。
【請求項８】加工された被加工物が量子効果を発生す
ることを特徴とする請求項１ないし７項のいずれか１項
記載のエネルギービーム加工法。
【請求項９】エネルギービームを照射して微細加工を
施した被加工物に、該被加工物に対し化学反応性を示す
ガス粒子を導入し、温度制御により該被加工物表面の化
学反応性を制御し、該被加工物表面を等方的に加工する
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項記載
のエネルギービーム加工法。
【請求項１０】前記エネルギービームが、高速原子線
又はイオンビーム又は電子線又はレーザ又は放射光又は
原子・分子線であることを特徴とする請求項１ないし８
のいずれか１項記載のエネルギービーム加工法。