JPWO2004103893A1 - Fine structure and manufacturing method thereof - Google Patents

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卓 望月
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昌義 三上
昌義 三上
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Abstract

本発明は、金属層および無機酸化物層を少なくとも２層以上有する積層構造に対して、反応性イオンエッチングを用いることにより、酸化物あるいは酸化物と金属の積層にて構成され膜の表面状態を活性化させて化学的に反応を起こすことにより、反応生成物の堆積を活用して基板上に中空部を有する微細な構造体を形成する。In the present invention, a reactive ion etching is used for a laminated structure having at least two metal layers and inorganic oxide layers, so that the surface state of the film composed of oxides or oxides and metals is changed. By activating and causing a chemical reaction, a fine structure having a hollow portion is formed on the substrate by utilizing the deposition of the reaction product.

Description

本発明は、反応性イオンエッチング法を用いて形成される微細構造体及びその製造方法に関する。本発明の微細構造体とは、オングストロームよりミリオーダーまでの大変広い単位範囲で微細な秩序を有した構造体である。  The present invention relates to a microstructure formed using a reactive ion etching method and a method for manufacturing the same. The fine structure of the present invention is a structure having a fine order in a very wide unit range from angstrom to millimeter order.

本発明の構造体は従来には存在しない特異な物であるが、類似の微細構造を形成する手段としては、主として表面素材を電子線リソグラフィー法もしくはエッチング法に代表される、機械的および物理的切削によるか、別途個別に作成した構造体を接着や圧着などの物理的な接合方法により基盤表面に整列させてなるものであった。この構造体は本発明で示す様に多くの工業生産現場乃至研究分野で有用であるにも関わらす簡便に作成することが困難であった。  The structure of the present invention is a unique material that does not exist in the past. However, as a means for forming a similar fine structure, the surface material is mainly mechanical and physical, represented by electron beam lithography or etching. Structures prepared by cutting or separately prepared were aligned on the substrate surface by a physical joining method such as adhesion or pressure bonding. Although this structure is useful in many industrial production sites and research fields as shown in the present invention, it has been difficult to easily produce this structure.

また、これらの方法によると微細な形状にする場合の製造プロセスが複雑であったり、形状の制御や選択性に制約が大きい等、幾多の課題が存在している。この為、製造プロセスにかなりの時間を要する上、スループットが低く、装置も高価である為に製造コストが高価になってしまうなどの欠点があった。  Further, according to these methods, there are a number of problems such as complicated manufacturing process in the case of forming a fine shape and large restrictions on shape control and selectivity. For this reason, the manufacturing process requires a considerable amount of time, and the throughput is low, and the apparatus is expensive, resulting in an increase in manufacturing cost.

また、最近ではＥＣＲエッチング法（電子サイクロトロン共鳴型ドライエッチング法）等により、化学的に機械加工を施して基板上に柱状の構造体を製作する方法も開発がなされたが、エッチング法を行う場合は対象とされる材料や使用ガスを含む製造方法に制約を多く設ける為に、量産技術としてはその有用性が必ずしも高いとは考えられていない。
また、いずれの方法を活用した場合であっても、機械的に加工を施す為に出来上がった構造物の品位や信頼性等において不安定な要素が多く、安定性を欠いているとも考えられる。Recently, a method of manufacturing a columnar structure on a substrate by chemical machining using an ECR etching method (electron cyclotron resonance type dry etching method) has been developed. Since many restrictions are imposed on the manufacturing method including the target material and gas used, it is not considered that the usefulness is necessarily high as a mass production technique.
Moreover, even if any method is utilized, it is thought that there are many unstable elements in the quality and reliability of the structure completed for mechanical processing, and it lacks stability.

例えば半導体素子に用いる為に、トレンチと言われるアスペクト比が大きい形状の構造を形成する場合に、その技術的信頼性の確保の為に必要な情報に対し、これらの機械的加工技術については難易度が高い為に製造方法に依存することが高く、制限を多く設ける製造プロセスにおいては優位性が高いとは考え難い。  For example, when forming a structure with a large aspect ratio, called a trench, for use in semiconductor devices, it is difficult to use these mechanical processing techniques for the information necessary to ensure the technical reliability. Since the degree is high, it is highly dependent on the manufacturing method, and it is difficult to think that the superiority is high in the manufacturing process in which many restrictions are provided.

また、例えば酸化物や金属の柱状結晶を作成して近接場用プローブの光インジェクション素子，あるいはその他の機能に活用するインジェクション素子などは、いずれも１０〜１００ｎｍ程度の円筒構造物を使用するが、これらはいずれも電子線リソグラフィーおよびドライエッチングを共用して機械的に加工を施す為に、加工形状の制御や製造自体が大変困難であり、形状の選択性にも限界があるとされている。  In addition, for example, an optical injection element of a near-field probe by creating columnar crystals of oxide or metal, or an injection element utilized for other functions uses a cylindrical structure of about 10 to 100 nm. Since both of these are mechanically processed by using both electron beam lithography and dry etching, it is very difficult to control the processing shape and manufacture itself, and the selectivity of the shape is also limited.

本発明は、従来の機械的あるいは物理的に研磨や精密加工を行ったり、あるいは、別途作成された微細構造体を基盤表面上に配列させる為の別行程を要するのではなく、化学的に対象物に反応を起こして化学反応物を生成させて堆積し、その堆積物を自己組織化させることで構造物の成長を実現した新しい構造体の製造技術として、機械的かつ化学的に安定な構造体を簡便に形成する方法を提供する事を目的としてなされたものである。
この為、膨大な設備投資を要さず、汎用的に存在するドライプロセスの薄膜加工設備を用いて、極めて簡便に構造物の製作を可能にする。The present invention does not require conventional mechanical or physical polishing or precision processing, or a separate process for arranging separately prepared fine structures on the substrate surface, and is chemically applicable. Mechanically and chemically stable structure as a new structure manufacturing technology that realizes growth of structures by causing chemical reactions to generate and deposit, and self-organizing the deposits. The object is to provide a method for easily forming a body.
For this reason, it is possible to manufacture a structure very easily using a general-purpose dry process thin film processing equipment without requiring a huge capital investment.

我々は、上記目的を達成するために、試行錯誤と鋭意研鑽を重ねた結果、既存の薄膜製造ドライプロセスを用いながら、反応性イオンエッチング法にて化学的に活性である状態を適切に用いることにより、無機材料の物理化学反応による金属材料の自己組織化過程を活用した微細構造体製造に成功したものである。  As a result of repeated trial and error and diligent research to achieve the above objectives, we must appropriately use chemically active states in reactive ion etching while using existing thin film manufacturing dry processes. As a result, we succeeded in producing a microstructure using the self-organization process of metal materials by physicochemical reactions of inorganic materials.

すなわち蒸着など適当な方法で作成された無機材料もしくは高分子材料からなる基板上に金属および無機酸化物をスパッタ法乃至多元同時スパッタ法にて少なくとも２層以上の積層を成膜させてなる積層基板に、レジストマスクを用いて所望の幾何学構造すなわち、円、長方形、あるいは２次元格子等の任意の構造を指定した後、反応性イオンエッチングを行うことにより、中空の円筒、中空の角柱、あるいは溝状の構造体が得られることを特徴とする微細構造体およびその製造方法である。マスクによって与えられるサイズはサブナノ、ナノ、サブミクロン、ミクロン、サブミリおよびミリオーダーであってもよく、これは制限されない。  That is, a laminated substrate obtained by depositing at least two layers of a metal and an inorganic oxide on a substrate made of an inorganic material or a polymer material prepared by an appropriate method such as vapor deposition by sputtering or multi-source simultaneous sputtering. In addition, after specifying a desired geometric structure using a resist mask, that is, an arbitrary structure such as a circle, a rectangle, or a two-dimensional lattice, by performing reactive ion etching, a hollow cylinder, a hollow prism, or A microstructure having a groove-like structure and a method for producing the same are provided. The size provided by the mask may be in the sub-nano, nano, sub-micron, micron, sub-millimeter and milli-order, and is not limited.

本発明者らは、成長させる対象物に化学反応を起こし、その反応により得られた反応生成物に連続して二次的な化学反応を継続して起こさせることで反応生成物の自己組織化を促進させて、微細な組織およびその構造体を製造する方法を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、基板のドライエッチング処理において、エッチングガスと該加工基板物質との反応を時間と温度を任意に制御することにより、反応生成物の構造や状態を制御することが可能になった。更に制御する反応生成物が凝縮を開始する温度に設定し、基板をドライエッチング処理すると、エッチングガス又は該反応生成物が部分的に凝縮し、これがエッチングに対するナノメータースケールの微細なマスクとなり、ナノメータースケールの微細加工が可能になること、そして基板に予めアライメントマーク又はエッチング用フォトマスクを形成させておけば、このアライメントマーク又はエッチング用フォトマスクを中心に前記凝縮が起こるので、極めて有利に微細加工を施しうることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。  The present inventors have caused a chemical reaction to the object to be grown, and continuously caused a secondary chemical reaction to the reaction product obtained by the reaction, thereby self-organizing the reaction product. As a result of diligent research to develop a method for producing a fine structure and its structure by promoting the process, the reaction between the etching gas and the processed substrate material can be arbitrarily controlled in the dry etching process of the substrate. It became possible to control the structure and state of the reaction product. Further, when the reaction product to be controlled is set to a temperature at which condensation starts, and the substrate is dry-etched, the etching gas or the reaction product is partially condensed, which becomes a nanometer-scale fine mask for etching. It is possible to perform fine processing on a meter scale, and if the alignment mark or the photomask for etching is formed on the substrate in advance, the condensation occurs around the alignment mark or the photomask for etching. Based on this finding, the present inventors have found that the present invention can be processed.

尚、凝縮核とは、反応生成物が凝縮する際に、凝縮を誘導或いは凝縮箇所の特定をするマーキングを示唆するものである。
反応生成物の凝縮開始温度は、材料により適宜異なる。例えば、ＡｕやＡｌの場合は、その原子移動（マイグレーション作用）の起点となる２００℃〜２５０℃であり、Ｐｔは５００℃超、Ｔｉならば４００℃より５００℃程度の温度となる。この為、この原子移動開始温度を反応性イオンエッチング・プロセス時における凝縮開始温度と規定することが出来、時間は反応性イオンエッチングを行う時間となる。反応性イオンエッチングを行う時間とは、凝縮核の成長状態に応じて任意で変動させることが出来、時間が長ければ長いほど形成される微細構造体素子自体の高さに連動する。即ち、温度は微細構造体素子に適用される金属と無機酸化膜の材料によって特定されると考えられるが、時間についてはアスペクト比をどの程度にするかによって異なる。例えば、アスペクト比が２の円筒形状の微細構造体を形成させる場合には、この反応性イオンエッチングを行う時間は、３１分で実施することが好ましい。The condensation nucleus indicates a marking for inducing condensation or specifying a condensation location when the reaction product is condensed.
The condensation start temperature of the reaction product varies depending on the material. For example, in the case of Au or Al, the temperature is 200 ° C. to 250 ° C., which is the starting point of the atomic movement (migration effect), and Pt is over 500 ° C., and Ti is about 400 ° C. to 500 ° C. For this reason, this atom transfer start temperature can be defined as the condensation start temperature during the reactive ion etching process, and the time is the time for performing the reactive ion etching. The time for performing the reactive ion etching can be arbitrarily changed according to the growth state of the condensed nuclei, and the longer the time is, the higher the time is linked to the height of the microstructure element itself to be formed. That is, the temperature is considered to be specified by the metal applied to the microstructure element and the material of the inorganic oxide film, but the time varies depending on the aspect ratio. For example, when forming a cylindrical microstructure having an aspect ratio of 2, it is preferable to perform the reactive ion etching for 31 minutes.

本発明に係る微細構造体の製造方法は、無機材料もしくは高分子材料からなる基板上に、金属層および無機酸化物層を少なくとも２層以上有する複層であって最上層が無機酸化物層である複層を形成し、その最上層に位置の特定を目的とするアライメントマークを形成し、反応性イオンエッチング工程を経ることでアライメントマークの形状を反映した微細構造体を生成することを特徴とする。  The microstructure manufacturing method according to the present invention is a multilayer having at least two metal layers and inorganic oxide layers on a substrate made of an inorganic material or a polymer material, and the uppermost layer is an inorganic oxide layer. A multi-layer is formed, an alignment mark for the purpose of specifying the position is formed on the uppermost layer, and a fine structure reflecting the shape of the alignment mark is generated through a reactive ion etching process. To do.

上記微細構造体の製造方法によれば、アライメントマーク下の複層が反応性イオンエッチング工程を経ることにより、無機酸化物層と金属層に化学的な反応を起こし、前記金属層の中の金属の原子またはイオンのマイグレーション作用及び化学的な活性反応を活用して自己組織化を引き起こして被エッチング対象物を成長させることができる。これにより、微細構造体を製造できる。
なお、アライメントマークとは、微細構造体を形成する位置を決めるためのマークである。According to the manufacturing method of the microstructure described above, the multilayer under the alignment mark undergoes a reactive ion etching process, thereby causing a chemical reaction between the inorganic oxide layer and the metal layer, and the metal in the metal layer. It is possible to grow an object to be etched by utilizing self-organization by utilizing the migration action and chemical activation reaction of atoms or ions. Thereby, a fine structure can be manufactured.
The alignment mark is a mark for determining the position where the fine structure is formed.

また、本発明に係る微細構造体の製造方法においては、前記反応性イオンエッチング工程を経ることにより内部に中空部を有する構造体が製造され、前記構造体は前記アライメントマークの形状に応じた形状とされることが可能である。例えば、前記アライメントマークの形状が円形である場合は前記構造体が円柱形状又は円錐形状とされ、前記アライメントマークの形状が四角形である場合は前記構造体が角柱形状又は角錐形状とされる。  In the method for manufacturing a microstructure according to the present invention, a structure having a hollow portion is manufactured through the reactive ion etching step, and the structure has a shape corresponding to the shape of the alignment mark. It is possible to be For example, when the alignment mark has a circular shape, the structure has a cylindrical shape or a conical shape. When the alignment mark has a quadrangular shape, the structure has a prismatic shape or a pyramid shape.

本発明に係る微細構造体の製造方法は、無機材料もしくは高分子材料からなる基板上に、金属層および無機酸化物層を少なくとも２層以上有する複層であって最上層が無機酸化物層である複層を形成し、その最上層に位置の特定を目的とするエッチング用フォトマスクを形成し、反応性イオンエッチング工程を経ることでエッチング用フォトマスクの形状を反映した微細構造体を生成することを特徴とする。  The microstructure manufacturing method according to the present invention is a multilayer having at least two metal layers and inorganic oxide layers on a substrate made of an inorganic material or a polymer material, and the uppermost layer is an inorganic oxide layer. A multilayer is formed, an etching photomask for specifying the position is formed on the uppermost layer, and a fine structure reflecting the shape of the etching photomask is generated through a reactive ion etching process. It is characterized by that.

上記微細構造体の製造方法によれば、複層上に位置の特定を目的とするエッチング用フォトマスクを形成し、反応性イオンエッチング工程を経ることにより、無機酸化物層と金属層に化学的な反応を起こし、前記金属層の中の金属の原子またはイオンのマイグレーション作用及び化学的な活性反応を活用して自己組織化を引き起こして被エッチング対象物を成長させることができる。これにより、微細構造体を製造できる。According to the manufacturing method of the fine structure described above, an etching photomask for specifying the position is formed on the multilayer, and a chemical ion is formed on the inorganic oxide layer and the metal layer through a reactive ion etching process. It is possible to grow an object to be etched by causing a self-organization using the migration action and chemical activation reaction of metal atoms or ions in the metal layer. Thereby, a fine structure can be manufactured.

また、本発明に係る微細構造体の製造方法においては、前記反応性イオンエッチング工程を経ることにより内部に中空部を有する構造体が製造され、前記構造体は前記エッチング用フォトマスクのパターン形状に応じた形状とされることが可能である。例えば、前記エッチング用フォトマスクのパターン形状が円形である場合は前記構造体が円柱形状又は円錐形状とされ、前記エッチング用フォトマスクのパターン形状が四角形である場合は前記構造体が角柱形状又は角錐形状とされる。  Moreover, in the manufacturing method of the microstructure according to the present invention, a structure having a hollow portion is manufactured through the reactive ion etching step, and the structure has a pattern shape of the etching photomask. It is possible to have a corresponding shape. For example, when the pattern shape of the etching photomask is circular, the structure is a cylinder or a cone, and when the pattern shape of the etching photomask is a square, the structure is a prism or a pyramid. Shaped.

また、本発明に係る微細構造体の製造方法においては、前記反応性イオンエッチング工程を経る間に、前記基板又は前記金属層及び前記無機酸化物層が前記反応性イオンエッチング工程による反応生成物の凝縮開始温度となることが好ましい。  Moreover, in the manufacturing method of the microstructure according to the present invention, the substrate or the metal layer and the inorganic oxide layer are formed of the reaction product by the reactive ion etching step during the reactive ion etching step. The condensation start temperature is preferred.

また、本発明に係る微細構造体の製造方法において、前記金属層は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕの内の１元素以上で構成される金属材料膜を１種類成膜したもの、あるいは２乃至３種類を選択し順次成膜したものであることも可能である。好ましくは、Ｔｉ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｐｔの内の１元素以上で構成される金属材料膜を１種類成膜したもの、あるいは２乃至３種類を選択し順次成膜したものである。  In the method for manufacturing a microstructure according to the present invention, the metal layer may be Si, Al, Cu, Ni, Ti, Zr, Ta, Cr, W, Mo, V, Co, Zn, In, Au, Ag. , Pt, Ir, Ru may be formed by depositing one type of metal material film, or by selecting two to three types and sequentially depositing them. Preferably, one type of metal material film composed of one or more elements of Ti, Mo, Au, and Pt is formed, or two to three types are selected and sequentially formed.

また、本発明に係る微細構造体の製造方法において、前記無機酸化物層は、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ｇａ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，ＳｎＯ２，ＺｎＯ，ＧｅＯ，ＴｉＯ２の内のいずれか１種類の材料からなる膜を成膜したもの、あるいは２乃至３種類の材料を選択し、各材料からなる膜を順次成膜したもの、もしくは各材料を複合させた膜を成膜したものであることも可能である。好ましくは、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３もしくはその複合酸化物の内のいずれか１種類の材料からなる膜を成膜したもの、あるいは２乃至３種類の材料を選択し、各材料からなる膜を順次成膜したもの、もしくは各材料を複合させた膜を成膜したものである。In the method for manufacturing a microstructure according to the present invention, the inorganic oxide layer is made of Al 2 O 3 , SiO 2 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, GeO, or TiO 2 . A film made of any one of these materials, or two to three kinds of materials selected, a film made of each material sequentially, or a film that combines each material is formed It is also possible. Preferably, a film made of any one material of SiO 2 and Al 2 O 3 or a composite oxide thereof, or two to three kinds of materials are selected, and a film made of each material is selected. The film is formed sequentially or a film in which each material is combined is formed.

本発明に係る微細構造体は、無機材料もしくは高分子材料からなる基板と、
前記基板上に形成された複層と、
前記複層上に形成された内部に中空部を有する構造体と、
を具備する微細構造体であって、
前記複層は、金属層および無機酸化物層を少なくとも２層以上有し、且つ、最上層が無機酸化物層であり、
前記構造体は、前記複層がアライメントマーク又はエッチング用フォトマスクを用いた反応性イオンエッチング工程を経ることにより製造されることを特徴とする。The microstructure according to the present invention includes a substrate made of an inorganic material or a polymer material,
A multilayer formed on the substrate;
A structure having a hollow part inside formed on the multilayer;
A microstructure comprising:
The multilayer has at least two or more metal layers and inorganic oxide layers, and the uppermost layer is an inorganic oxide layer,
The structure is manufactured by the reactive ion etching process using the alignment layer or an etching photomask.

また、本発明に係る微細構造体において、前記金属層は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕの内の１元素以上で構成される金属材料膜を１種類成膜したもの、あるいは２乃至３種類を選択し順次成膜したものであることも可能である。好ましくは、Ｔｉ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｐｔの内の１元素以上で構成される金属材料膜を１種類成膜したもの、あるいは２乃至３種類を選択し順次成膜したものである。  In the microstructure according to the present invention, the metal layer includes Si, Al, Cu, Ni, Ti, Zr, Ta, Cr, W, Mo, V, Co, Zn, In, Au, Ag, Pt, It is also possible to form one kind of metal material film composed of one or more elements of Ir and Ru, or to form two to three kinds of films sequentially. Preferably, one type of metal material film composed of one or more elements of Ti, Mo, Au, and Pt is formed, or two to three types are selected and sequentially formed.

また、本発明に係る微細構造体において、前記無機酸化物層は、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ｇａ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，ＳｎＯ２，ＺｎＯ，ＧｅＯ，ＴｉＯ２の内のいずれか１種類の材料からなる膜を成膜したもの、あるいは２乃至３種類の材料を選択し、各材料からなる膜を順次成膜したもの、もしくは各材料を複合させた膜を成膜したものであることも可能である。好ましくは、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３もしくはその複合酸化物の内のいずれか１種類の材料からなる膜を成膜したもの、あるいは２乃至３種類の材料を選択し、各材料からなる膜を順次成膜したもの、もしくは各材料を複合させた膜を成膜したものである。In the microstructure according to the present invention, the inorganic oxide layer is any one of Al 2 O 3 , SiO 2 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, GeO, and TiO 2 . A film made of one kind of material, or two to three kinds of materials selected, a film made of each material sequentially, or a film made of a composite of each material It is also possible. Preferably, a film made of any one material of SiO 2 and Al 2 O 3 or a composite oxide thereof, or two to three kinds of materials are selected, and a film made of each material is selected. The film is formed sequentially or a film in which each material is combined is formed.

こうして得られる微細構造体は種々の工業分野、乃至研究分野に供与される。以下に述べるのは本発明の微細構造体を用いることにより利便性が得られた応用分野であるが、記載されていなくとも本構造体を用いることにより容易に類推される特性が付与される用途は本発明に属する。
以下に応用例を述べる。The microstructure obtained in this way is provided to various industrial fields or research fields. The following is an application field in which convenience is obtained by using the fine structure of the present invention, but uses that can easily be inferred by using this structure even if not described. Belongs to the present invention.
Application examples are described below.

本発明に係る圧電素子の製造方法は、前述した微細構造体の製造方法により製造された微細構造体に圧電膜を付加することを特徴とする。また、本発明に係る各種メモリ機能を有する容量素子の製造方法は、前述した微細構造体の製造方法により製造された微細構造体に圧電膜を付加することを特徴とする。
本発明に係る圧電素子は、前述した微細構造体に圧電膜を付加したことを特徴とする。また、本発明に係る各種メモリ機能を有する容量素子は、前述した微細構造体に圧電膜を付加したことを特徴とする。The piezoelectric element manufacturing method according to the present invention is characterized in that a piezoelectric film is added to the microstructure manufactured by the above-described microstructure manufacturing method. In addition, a method for manufacturing a capacitive element having various memory functions according to the present invention is characterized in that a piezoelectric film is added to the microstructure manufactured by the above-described microstructure manufacturing method.
The piezoelectric element according to the present invention is characterized in that a piezoelectric film is added to the fine structure described above. The capacitive element having various memory functions according to the present invention is characterized in that a piezoelectric film is added to the above-described microstructure.

本発明に係るデバイス素子は、前述した微細構造体に放熱機能、廃熱機能又は熱伝導機能を付加したことを特徴とする。例えば、微細な構造物を並列した場合に表面積が大きくなること、および中空を利用して冷却機能を有する水あるいは有機材料を含有させたヒートシンク等の廃熱および放熱乃至熱伝導特性を用いるデバイス素子に適用できる。  The device element according to the present invention is characterized in that a heat dissipation function, a waste heat function or a heat conduction function is added to the above-described microstructure. For example, a device element that uses waste heat and heat dissipation or heat conduction characteristics such as a heat sink containing water or an organic material having a cooling function by utilizing a hollow space when a fine structure is juxtaposed. Applicable to.

本発明に係る発光素子は、前述した微細構造体に電圧を印加して電子放出させる機能を付加したことを特徴とする。例えば、金属基板又は金属薄膜の上に作製される特徴から電圧を印加して電子放出させることが容易であり、それを特徴とするエミッターデバイス素子に適用できる。  A light-emitting element according to the present invention is characterized in that a function of applying a voltage to the above-described microstructure to emit electrons is added. For example, it is easy to apply a voltage from a feature produced on a metal substrate or a metal thin film to emit electrons, and it can be applied to an emitter device element having the feature.

本発明に係る発光素子は、前述した微細構造体の内部に蛍光材料を充填したことを特徴とする。例えば、中空構造を活用して内部に蛍光材料を充填することにより作製される発光デバイス素子に適用できる。
本発明に係る発光素子の製造方法は、前述した微細構造体の製造方法により製造された微細構造体の内部に蛍光材料を充填することを特徴とする。A light-emitting element according to the present invention is characterized in that a fluorescent material is filled in the fine structure described above. For example, the present invention can be applied to a light emitting device element manufactured by using a hollow structure and filling a fluorescent material therein.
The light emitting element manufacturing method according to the present invention is characterized in that a fluorescent material is filled in the microstructure manufactured by the above-described microstructure manufacturing method.

本発明に係るマイクロリアクタデバイス素子の製造方法は、前述した微細構造体の製造方法により製造された微細構造体の内部に触媒を担持することにより制御微少サイズの反応炉を製造することを特徴とする。
本発明に係るマイクロリアクタデバイス素子は、前述した微細構造体の内部に触媒を担持することにより制御微少サイズの反応炉としたことを特徴とする。A method of manufacturing a microreactor device element according to the present invention is characterized in that a controlled micro-size reactor is manufactured by loading a catalyst inside a microstructure manufactured by the above-described microstructure manufacturing method. .
The microreactor device element according to the present invention is characterized in that a reaction furnace having a controlled micro size is obtained by supporting a catalyst inside the fine structure described above.

本発明に係るカーボンナノチューブ／カーボンファイバー作製素子は、前述した微細構造体の内部に触媒を担持したことを特徴とする。  The carbon nanotube / carbon fiber manufacturing element according to the present invention is characterized in that a catalyst is supported inside the fine structure described above.

本発明に係る光学素子は、前述した微細構造体の表面の光散乱乃至光回折特性を用いたことを特徴とする。例えば、微細構造体をナノーオーダーで作製した結果、光の波長領域の構造体が得られ、それを利用して表面の光散乱乃至光回折特性を用いることを特徴とする光学素子に適用できる。
また、微細構造体の中空かつ貫通孔の形状を活用して光を焦光させることを特徴とする光プローブ素子に適用することもできる。The optical element according to the present invention is characterized by using the light scattering or light diffraction characteristics of the surface of the fine structure described above. For example, as a result of manufacturing a fine structure on the nano-order, a structure in the wavelength region of light is obtained, which can be applied to an optical element characterized by using surface light scattering or light diffraction characteristics.
Further, the present invention can be applied to an optical probe element characterized in that light is focused by utilizing the hollow shape of the fine structure and the shape of the through hole.

本発明に係る電気回路実装デバイス素子は、前述した微細構造体を用いたことを特徴とする。半導体や電子部品に用いられる電気回路の実装方法として利用できる。また、プリント基板等に半田材と当該対象物とを接合させる為の接点材料およびそのデバイス素子としても適用できる。  An electric circuit mounting device element according to the present invention is characterized by using the above-described microstructure. It can be used as a mounting method for electric circuits used in semiconductors and electronic components. Moreover, it is applicable also as a contact material for joining a solder material and the said target object to a printed circuit board etc., and its device element.

本発明に係る半導体素子は、前述した微細構造体を回路形成用トレンチ構造として用いたことを特徴とする。
Ｓｉ基板上にトレンチ（溝）を掘ってオン抵抗を低く出来るトレンチ構造の半導体素子は広く知られているが、従来はアバランシェ耐量が犠牲になったり、トレンチの形成が困難な為に、トランジスタの回路素子はＳｉウエハ表面に平滑に形成するプレーナ技術が広く使用されていた。しかし、本発明の微細構造体は形状が任意で制御出来ること、更には中空で貫通孔を設けることが容易なため、Ｓｉ基板上に本発明の該構造体を形成することで、２次元あるいは３次元構造を保有するトレンチの形成と回路素子の形成、およびその半導体素子への応用が可能になった。A semiconductor element according to the present invention is characterized by using the above-described microstructure as a circuit forming trench structure.
A semiconductor device having a trench structure in which a trench (groove) is dug on a Si substrate to reduce the on-resistance is widely known. A planar technology for forming circuit elements smoothly on the surface of a Si wafer has been widely used. However, since the microstructure of the present invention can be arbitrarily controlled in shape, and it is easy to provide a hollow through hole, the structure of the present invention can be formed two-dimensionally or on a Si substrate. Formation of a trench having a three-dimensional structure, formation of a circuit element, and application to a semiconductor element have become possible.

Ｓｉ基板上に微細構造体を形成し、この微細構造体を用いて容量素子を形成する例について説明する。この容量素子は、従来のトレンチ容量素子に相当するものである。
まず、Ｓｉ基板上に無機酸化膜を形成し、この無機酸化膜上にエッチングマスクを形成し、このエッチングマスクをマスクとして前記無機酸化膜を反応性イオンエッチング法によりエッチングする。これにより、内部が中空の微細構造体、例えば円筒形状の構造体が形成される。
次いで、この円筒形状の構造体の内部に第１導電膜を充填し、円筒形状の構造体の外部に第２導電膜を形成する。これにより、第１導電膜と円筒形状の構造体と第２導電膜からなる容量素子を形成することができる。An example in which a fine structure is formed on a Si substrate and a capacitor element is formed using the fine structure will be described. This capacitive element corresponds to a conventional trench capacitive element.
First, an inorganic oxide film is formed on a Si substrate, an etching mask is formed on the inorganic oxide film, and the inorganic oxide film is etched by a reactive ion etching method using the etching mask as a mask. Thereby, a fine structure having a hollow inside, for example, a cylindrical structure is formed.
Next, the inside of the cylindrical structure is filled with the first conductive film, and the second conductive film is formed outside the cylindrical structure. Accordingly, a capacitor element including the first conductive film, the cylindrical structure, and the second conductive film can be formed.

本発明に係るバイオチップデバイスは、前述した微細構造体を用いたことを特徴とする。つまり、この微細構造体はそのまま容器として活用することが可能であり、ＤＮＡ、ＲＮＡ、蛋白などのバイオチップデバイスとして活用可能である。
また、本発明に係るマイクロアレイデバイスは、前述した微細構造体を用いたことを特徴とする。
また、本発明に係る半導体素子実装用の金属バンプ素子は、前述した微細構造体を用いたことを特徴とする。また、本発明に係る半導体素子付基盤は、前記金属バンプ素子を用いて半導体素子を接合したことを特徴とする。The biochip device according to the present invention is characterized by using the microstructure described above. That is, this fine structure can be used as a container as it is, and can be used as a biochip device for DNA, RNA, protein and the like.
A microarray device according to the present invention is characterized by using the above-described microstructure.
Moreover, the metal bump element for mounting a semiconductor element according to the present invention is characterized by using the above-described microstructure. Moreover, the board | substrate with a semiconductor element which concerns on this invention has joined the semiconductor element using the said metal bump element, It is characterized by the above-mentioned.

以上に説明したように本発明によれば、無機材料もしくは高分子材料からなる基板上に、金属層および無機酸化物層を少なくとも２層以上有する複層であって最上層が無機酸化物層である複層を形成し、その最上層に位置の特定を目的とするアライメントマークを形成し、反応性イオンエッチング工程を経ることにより、アライメントマークの形状を反映した微細構造体を生成することができる。したがって、内部に中空部を有する微細構造体及びその製造方法を提供することができる。
発明を実施するための形態As described above, according to the present invention, a multi-layer having at least two metal layers and inorganic oxide layers on a substrate made of an inorganic material or a polymer material, the uppermost layer being an inorganic oxide layer. A fine structure reflecting the shape of the alignment mark can be generated by forming a multi-layer, forming an alignment mark for specifying the position on the uppermost layer, and performing a reactive ion etching process. . Therefore, it is possible to provide a microstructure having a hollow portion inside and a method for manufacturing the same.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

本発明の実施の形態による微細構造体の製造方法は、基板上に、ＳｉＯ２を主成分として、これにＡｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＧｅＯ及びＴｉＯ２のうちのいずれか一種類以上の酸化物を０．１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下含有されてなるＳｉＯ２複合酸化物材料膜を形成する工程と、前記ＳｉＯ２複合酸化物材料膜上にエッチング用フォトマスク又はアライメントマークを形成する工程と、前記ＳｉＯ２複合酸化物材料膜を反応性イオンエッチング法によりエッチングする工程と、前記エッチング用フォトマスク又はアライメントマークを除去する工程と、を具備するものである。前記ＳｉＯ２複合酸化物材料膜の厚さは、５０〜２００ｎｍ程度であることが好ましい。A method for manufacturing a microstructure according to an embodiment of the present invention includes a substrate having SiO 2 as a main component, Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, GeO and the like. A step of forming a SiO 2 composite oxide material film containing 0.1 wt% or more and 50 wt% or less of any one or more oxides of TiO 2 ; and etching on the SiO 2 composite oxide material film A step of forming a photomask or alignment mark for etching, a step of etching the SiO 2 composite oxide material film by a reactive ion etching method, and a step of removing the photomask for etching or alignment mark It is. The thickness of the SiO 2 composite oxide material film is preferably about 50 to 200 nm.

なお、前記基板には、無機材料もしくは高分子材料からなる基板、表面に金属層を有する基板、又は金属層および無機酸化物層を少なくとも２層以上有する複層であって最上層が無機酸化物層である複層を有する基板が含まれる。また、前記基板には、Ｓｉウエハ又はガラス基板などからなる基板だけでなく、Ｓｉウエハ又はガラス基板などからなる基板の上に導電層又は絶縁層を単層又は複数層を積層させたものも含まれる。
また、前記エッチング用フォトマスク又はアライメントマークを形成する工程は、前記ＳｉＯ２複合酸化物材料膜上にレジスト膜を塗布および露光し、現像することにより、前記ＳｉＯ２複合酸化物材料膜上にレジストパターンからなるエッチングマスクを形成する工程であることが好ましい。The substrate is a substrate made of an inorganic material or a polymer material, a substrate having a metal layer on the surface, or a multilayer having at least two metal layers and an inorganic oxide layer, and the uppermost layer is an inorganic oxide. Substrates having multiple layers that are layers are included. The substrate includes not only a substrate made of a Si wafer or a glass substrate but also a substrate made of a Si wafer or a glass substrate or the like and a single layer or a plurality of layers of a conductive layer or an insulating layer laminated thereon. It is.
The step of forming the photomask for etching or the alignment mark is performed by applying a resist film on the SiO 2 composite oxide material film, exposing the resist film, and developing the resist film on the SiO 2 composite oxide material film. A step of forming an etching mask made of a pattern is preferable.

また、前記エッチングする工程は、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、の内のいずれか一つを主成分とする単独あるいは混合ガスを用いてエッチングする工程であることも可能である。Also, the etching step may be a step of etching using one of CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , and C 4 F 8 as a main component or a mixed gas. Is possible.

上記微細構造体の製造方法によれば、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術を用いた従来の微細加工技術では形成できなかった内部に中空部を有する構造体を形成することが可能となる。According to the manufacturing method of the fine structure, it is possible to form a structure having a hollow portion inside that cannot be formed by a conventional fine processing technique using a photolithography technique or an etching technique.

また、上記製造方法により製造された微細構造体は、内部に中空部を有する構造体であって外観の形状としては円錐，角錐，円筒，角筒、更には円柱，角柱に任意で制御を行うことが可能である。微細構造体は、その幅が、１００〜１μｍ程度、その高さは１００ｎｍ〜２０μｍ程度が好ましい。また、円筒形状の微細構造体の場合、その径は５０ｎｍ〜２０μｍ程度が好ましい。前記中空部は前記微細構造体の頂点付近で開口されており、前記微細構造体はＡｕもしくはＡｇを主成分として含有されてなる複合材料からなるものであっても良い。  Further, the microstructure manufactured by the above manufacturing method is a structure having a hollow portion inside, and the external shape is arbitrarily controlled to a cone, a pyramid, a cylinder, a square tube, and a column and a prism. It is possible. The fine structure preferably has a width of about 100 to 1 μm and a height of about 100 nm to 20 μm. In the case of a cylindrical fine structure, the diameter is preferably about 50 nm to 20 μm. The hollow portion may be opened near the top of the fine structure, and the fine structure may be made of a composite material containing Au or Ag as a main component.

また、上記製造方法により製造される微細かつ特殊な形状を保有する構造体を実現することで、従来広く使用されている電気機器や電子部品の基板や構造、特性に大きい影響を持つ技術が実現され、将来技術の布石ともなり得る可能性が極めて高い事が考えられる。尚、本発明は、こうした技術思想に基づいてなされたものであり、その技術思想が共通するものは本発明の範囲に含まれる。  In addition, by realizing a structure with a fine and special shape that is manufactured by the above manufacturing method, technology that has a great influence on substrates, structures, and characteristics of widely used electrical equipment and electronic components has been realized. Therefore, it is highly possible that it could become a foundation for future technology. The present invention has been made based on such a technical idea, and those having the common technical idea are included in the scope of the present invention.

また、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。  The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。
以下の実施例で使用した化合物は、いずれも文献に記載の手法に基づいて合成したものである。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The compounds used in the following examples are all synthesized based on the methods described in the literature.

図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施例による微細構造体の製造方法を示す断面図である。図２は、図１（Ｂ）に示す微細構造体を拡大した写真である。  1A and 1B are cross-sectional views showing a method for manufacturing a fine structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged photograph of the microstructure shown in FIG.

まず、図１（Ａ）に示すように、基板１１を準備する。この基板１１はＳｉウエハ又はガラス基板などを用いることができる。次いで、この基板１１の上に下地の金属積層膜１２を形成する。この金属積層膜１２は、下層から順にＲＦマグネトロンスパッタリング法によりＴｉ，Ａｕを積層して形成した積層膜である。  First, as shown in FIG. 1A, a substrate 11 is prepared. The substrate 11 can be a Si wafer or a glass substrate. Next, a base metal laminated film 12 is formed on the substrate 11. This metal laminated film 12 is a laminated film formed by laminating Ti and Au in order from the lower layer by the RF magnetron sputtering method.

次に、金属積層膜１２の上にＲＦマグネトロンスパッタリング法によりＳｉＯ２を主成分とする複合酸化物材料膜１３を成膜する。この際のスパッタリングターゲットとしてはＳｉターゲットを使用し、Ｏ２反応性雰囲気下でＳｉとＯ２を反応させてスパッタを行う。このようにして金属積層膜１２の上にはＳｉＯ２複合酸化物材料膜１３が形成される。Next, a composite oxide material film 13 containing SiO 2 as a main component is formed on the metal laminated film 12 by RF magnetron sputtering. In this case, a Si target is used as a sputtering target, and sputtering is performed by reacting Si and O 2 in an O 2 reactive atmosphere. In this way, the SiO 2 composite oxide material film 13 is formed on the metal laminated film 12.

なお、本実施例では、ＳｉＯ２複合酸化物材料膜１３を成膜しているが、この複合添加元素は酸化物に限定されるものではなく、例えば窒化珪素を０．１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下含有するＳｉＯ２複合材料膜であれば、添加物の窒化珪素の含有量を種々変更することも可能である。In this embodiment, the SiO 2 composite oxide material film 13 is formed. However, this composite additive element is not limited to oxide, and for example, silicon nitride is 0.1 wt% or more and 50 wt% or less. If the SiO 2 composite material film is contained, the content of the silicon nitride additive can be variously changed.

次いで、ＳｉＯ２複合酸化物材料膜１３の上にレジスト膜を塗布し、このレジスト膜を露光、現像することにより、該ＳｉＯ２複合酸化物材料膜１３上にはレジストパターン１４が形成される。このレジストパターン１４は、直径が５００ｎｍ程度の円形パターンを等間隔に複数配置したものであり、この円形パターンの相互の間隔は５００ｎｍ程度である。Next, a resist film is applied on the SiO 2 composite oxide material film 13, and this resist film is exposed and developed, whereby a resist pattern 14 is formed on the SiO 2 composite oxide material film 13. The resist pattern 14 is a pattern in which a plurality of circular patterns having a diameter of about 500 nm are arranged at equal intervals, and the interval between the circular patterns is about 500 nm.

この後、レジストパターン１４をマスクとしてＳｉＯ２複合酸化物材料膜１３を反応性イオンエッチング法によりエッチングする。この際のエッチング条件は、ＣＦ４ガスを主成分とする混合ガスをエッチングガスとして用い、投入ガスの流量が５０ｓｃｃｍ，投入電力量が２００Ｗ，真空度が０．１Ｔｏｒｒの雰囲気下で約２０分反応させるものとする。Thereafter, the SiO 2 composite oxide material film 13 is etched by a reactive ion etching method using the resist pattern 14 as a mask. The etching conditions at this time are as follows: a mixed gas containing CF 4 gas as a main component is used as an etching gas, and the reaction is performed for about 20 minutes in an atmosphere where the input gas flow rate is 50 sccm, the input power amount is 200 W, and the degree of vacuum is 0.1 Torr Shall be allowed to.

次いで、レジストパターン１４を除去する。これにより、図１（Ｂ）に示すように、金属積層膜１２上には構造体１５が形成される。この構造体の写真は図２に示されている。  Next, the resist pattern 14 is removed. Thereby, as shown in FIG. 1B, the structure 15 is formed on the metal laminated film 12. A photograph of this structure is shown in FIG.

前記構造体１５は、その外形が円錐形状からなり、内部に中空部１５ａを有する構造体であって、その中空部１５ａは前記構造体の頂点付近で開口されたものである。従って、構造体１５は、それ自体が中空部１５ａを介して貫通した構造となっている。また、構造体１５はＡｕを含有する複合材料膜からなるものである。また、構造体１５のサイズは、約３μの高さで直径が約２μ程度である。  The structure 15 has a conical outer shape and has a hollow portion 15a inside, and the hollow portion 15a is opened near the apex of the structure. Therefore, the structure 15 itself has a structure penetrating through the hollow portion 15a. The structure 15 is made of a composite material film containing Au. The size of the structure 15 is about 3μ in height and about 2μ in diameter.

上述したような製造プロセスを経ることにより上記のような内部に中空部１５ａを有する構造体１５が形成されるのは、反応性イオンエッチングにて金属をエッチングする際に、活性ガスおよび不活性ガス，あるいはその複合ガスが金属の表面状態を活性状態にした際に、活性である表面の反応中に活性ガスの２次反応を、当該の被エッチング対象の元素に対して特定の別の金属と積層させることで引き起こすことが可能であり、２次反応を起こした金属が化学的に活性になって浮遊した堆積粒子同士が結合して成長反応を起こすことが理由と考えられる。  The structure 15 having the hollow portion 15a as described above is formed through the manufacturing process as described above because the active gas and the inert gas are used when the metal is etched by reactive ion etching. Or, when the composite gas activates the surface state of the metal, the secondary reaction of the active gas during the reaction of the active surface is caused to occur with another metal specific to the element to be etched. It can be caused by laminating, and it is thought that the reason is that the metal which caused the secondary reaction becomes chemically active and the suspended deposition particles are bonded to each other to cause a growth reaction.

次に、構造体２５についてＥＰＭＡ法による元素定性分析にて測定した結果について説明する。この結果は表１に示されている。  Next, the results obtained by measuring the structure 25 by element qualitative analysis by the EPMA method will be described. The results are shown in Table 1.

Figure 2004103893
Figure 2004103893

ＥＰＭＡ分析により、ＳｉＯ２複合酸化物材料膜１３の主成分であるＳｉ、このＳｉＯ２複合酸化物材料膜１３の下地に形成されるＡｕ膜の両元素が主成分として検出されると同時に、ＳｉＯ２複合酸化物材料膜１３に含有される、Ｏ２（酸素），更には反応性イオンエッチング法にて装置内に依存するＣ等を主たる構成元素として確認することが出来る。By EPMA analysis, Si is the main component of SiO 2 composite oxide material film 13, the both elements of the Au film formed on the base of the SiO 2 composite oxide material film 13 is detected as the main component at the same time, SiO contained in 2 composite oxide material film 13, O 2 (oxygen), further it can confirm the C or the like that depends on the device by reactive ion etching as the main constituent element.

この際、微細構造体と基板表面部の無機酸化物の含有元素としては、アルカリ元素が顕著に含有量に差異が生じており、この結果を鑑みた場合に、ＳｉＯ２複合酸化物材料膜１３に含有する不純物アルカリ元素と、このＳｉＯ２複合酸化物材料膜１３の下地に構成されるＡｕ層とが、反応性イオンエッチングの際に、化学的な相互作用を引き起こして反応生成物を形成し、その反応生成物が自己組織化することで凝縮かつ堆積成長した結果として微細構造体を形成したものと考えられる。At this time, as the elements contained in the fine structure and the inorganic oxide on the surface of the substrate, there is a significant difference in the content of alkali elements. In view of this result, the SiO 2 composite oxide material film 13 The impurity alkali element contained in the substrate and the Au layer formed as the underlayer of the SiO 2 composite oxide material film 13 cause a chemical interaction and form a reaction product during the reactive ion etching. It is considered that the microstructure formed as a result of the condensation and deposition growth of the reaction product by self-organization.

尚、上記実施例では、ＳｉＯ２複合酸化物材料膜１３を最上層に用いているが、これに限定されるものではなく、ＳｉＯ２を主成分として、これにＧａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ及びＧｅＯのうちのいずれか一種類以上の酸化物あるいは、ＴａＮ、ＴｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４等の窒化物を０．１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下含有されてなるＳｉＯ２複合材料膜を用いることも可能である。In the above embodiment, the SiO 2 composite oxide material film 13 is used as the uppermost layer. However, the present invention is not limited to this, and the main component is SiO 2 , which includes Ga 2 O 3 and Al 2 O. 3 , SiO 2 composite material film containing 0.1 wt% or more and 50 wt% or less of an oxide of any one of In 2 O 3 , ZnO and GeO or a nitride such as TaN, TiN, Si 3 N 4 It is also possible to use.

また、上記実施例では、ＳｉＯ２複合酸化物材料膜１３の上にレジストパターン１４を形成しているが、これに限定されるものではなく、ＳｉＯ２複合酸化物材料膜１３の上に他の材質からなるエッチングマスクを形成することも可能である。Further, in the above embodiment, to form a resist pattern 14 on the SiO 2 composite oxide material film 13, is not limited thereto, the other on the SiO 2 composite oxide material film 13 It is also possible to form an etching mask made of a material.

また、上記実施例では、エッチングガスとしてＣＦ４ガスとＯ２ガスとの混合ガスを用いているが、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８の内のいずれか一つを主成分とする単独あるいは混合ガスをエッチングガスとして用いることも可能である。In the above embodiment, a mixed gas of CF 4 gas and O 2 gas is used as an etching gas, but any one of CHF 3 , C 2 F 6 , and C 4 F 8 is used as a main component. It is also possible to use a single gas or a mixed gas as the etching gas.

また、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、レジストパターン１４のパターン形状を長方形に変更することにより、図３（Ａ）に示すような内部が中空で底部が約１μｍ×２μｍで高さが約２．５μｍの長方柱形状の微細構造体を作製することができる。また、レジストパターン１４のパターン形状を正方形に変更することにより、図３（Ｂ）に示すような内部が中空で底部が約１μｍ×１μｍで高さが約２．５μｍの角柱形状の微細構造体を作製することができる。また、エッチング時間などのエッチング条件を変更することにより、図４に示すような内部が中空で直径が約１μｍで高さが約２．５μｍの円柱形状の微細構造体を作製することができる。  The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, by changing the pattern shape of the resist pattern 14 to a rectangle, as shown in FIG. 3A, the interior is hollow, the bottom is about 1 μm × 2 μm, and the height is about 2.5 μm. A structure can be manufactured. Further, by changing the pattern shape of the resist pattern 14 to a square shape, a prismatic microstructure having a hollow interior, a bottom portion of about 1 μm × 1 μm, and a height of about 2.5 μm as shown in FIG. Can be produced. Further, by changing etching conditions such as etching time, a cylindrical microstructure having a hollow interior, a diameter of about 1 μm, and a height of about 2.5 μm as shown in FIG. 4 can be manufactured.

また、本発明に係る微細構造体は、種々の用途に適用することができるが、例えば次の用途に適用することも可能である。  Moreover, although the microstructure according to the present invention can be applied to various uses, for example, it can also be applied to the following uses.

前述した微細構造体に圧電膜を付加することにより作製した圧電素子又は各種メモリ機能を有する容量素子に適用できる。  The present invention can be applied to a piezoelectric element manufactured by adding a piezoelectric film to the microstructure described above or a capacitor element having various memory functions.

前述した微細構造体に放熱機能、廃熱機能又は熱伝導機能を付加することにより作製したデバイス素子、微細な構造物を並列した場合に表面積が大きくなること、および中空を利用して冷却機能を有する水あるいは有機材料を含有させたヒートシンク等の廃熱および放熱乃至熱伝導特性を用いるデバイス素子に適用できる。  A device element produced by adding a heat dissipation function, waste heat function or heat conduction function to the fine structure described above, a surface area is increased when a fine structure is arranged in parallel, and a cooling function using a hollow structure The present invention can be applied to a device element using waste heat and heat dissipation or heat conduction characteristics such as a heat sink containing water or an organic material.

前述した微細構造体に電圧を印加して電子放出させる機能を付加した発光素子、金属基板又は金属薄膜の上に作製される特徴から電圧を印加して電子放出させることが容易であり、それを特徴とするエミッターデバイス素子に適用できる。  It is easy to apply a voltage to emit electrons from the light-emitting element added with the function of emitting electrons by applying a voltage to the microstructure described above, a metal substrate or a metal thin film. It can be applied to a featured emitter device element.

前述した微細構造体の内部に蛍光材料を充填した発光素子、中空構造を活用して内部に蛍光材料を充填することにより作製される発光デバイス素子に適用できる。  The present invention can be applied to a light-emitting element in which a fluorescent material is filled in the fine structure described above, and a light-emitting device element that is manufactured by filling a fluorescent material in a hollow structure.

前述した微細構造体の製造方法により製造された微細構造体の内部に触媒を担持することにより制御微少サイズの反応炉を製造するマイクロリアクタデバイス素子に適用できる。  The present invention can be applied to a microreactor device element that manufactures a controlled micro-size reactor by supporting a catalyst inside the microstructure manufactured by the above-described microstructure manufacturing method.

前述した微細構造体の内部に触媒を担持したカーボンナノチューブ／カーボンファイバー作製素子に適用できる。  The present invention can be applied to a carbon nanotube / carbon fiber manufacturing element in which a catalyst is supported in the fine structure described above.

前述した微細構造体の表面の光散乱乃至光回折特性を用いた光学素子、微細構造体をナノーオーダーで作製した結果、光の波長領域の構造体が得られ、それを利用して表面の光散乱乃至光回折特性を用いることを特徴とする光学素子に適用できる。
また、微細構造体の中空かつ貫通孔の形状を活用して光を焦光させることを特徴とする光プローブ素子に適用することもできる。As a result of fabricating the optical element and the fine structure on the nano-order using the light scattering or light diffraction characteristics of the surface of the fine structure described above, a structure in the wavelength region of light is obtained and used to The present invention can be applied to an optical element characterized by using scattering or light diffraction characteristics.
Further, the present invention can be applied to an optical probe element characterized in that light is focused by utilizing the hollow shape of the fine structure and the shape of the through hole.

前述した微細構造体を用いた電気回路実装デバイス素子に適用でき、半導体や電子部品に用いられる電気回路の実装方法として利用できる。また、プリント基板等に半田材と当該対象物とを接合させる為の接点材料およびそのデバイス素子としても適用できる。  The present invention can be applied to an electric circuit mounting device element using the fine structure described above, and can be used as a mounting method of an electric circuit used for a semiconductor or an electronic component. Moreover, it is applicable also as a contact material for joining a solder material and the said target object to a printed circuit board etc., and its device element.

前述した微細構造体を回路形成用トレンチ構造として用いた半導体素子に適用できる。  The above-described microstructure can be applied to a semiconductor device using a circuit forming trench structure.

前述した微細構造体を用いたバイオチップデバイスに適用できる。つまり、この微細構造体はそのまま容器として活用することが可能であり、ＤＮＡ、ＲＮＡ、蛋白などのバイオチップデバイスとして活用可能である。
また、前述した微細構造体を用いた半導体素子実装用の金属バンプ素子に適用できる。また、前記金属バンプ素子を用いて半導体素子を少なくとも一つ以上接合した半導体素子付基盤に適用できる。The present invention can be applied to a biochip device using the fine structure described above. That is, this fine structure can be used as a container as it is, and can be used as a biochip device for DNA, RNA, protein and the like.
Further, the present invention can be applied to a metal bump element for mounting a semiconductor element using the fine structure described above. Further, the present invention can be applied to a substrate with a semiconductor element in which at least one semiconductor element is bonded using the metal bump element.

次に、Ｓｉ基板上に微細構造体を形成し、この微細構造体を用いて容量素子を形成する例について説明する。
まず、Ｓｉ基板上に無機酸化膜を形成し、この無機酸化膜上にエッチングマスクを形成し、このエッチングマスクをマスクとして前記無機酸化膜を反応性イオンエッチング法によりエッチングする。これにより、内部が中空の微細構造体、例えば円筒形状の構造体が形成される。
次いで、この円筒形状の構造体の内部に第１導電膜を充填し、円筒形状の構造体の外部に第２導電膜を形成する。これにより、第１導電膜と円筒形状の構造体と第２導電膜からなる容量素子を形成することができる。Next, an example in which a fine structure is formed on a Si substrate and a capacitor element is formed using the fine structure will be described.
First, an inorganic oxide film is formed on a Si substrate, an etching mask is formed on the inorganic oxide film, and the inorganic oxide film is etched by a reactive ion etching method using the etching mask as a mask. Thereby, a fine structure having a hollow inside, for example, a cylindrical structure is formed.
Next, the inside of the cylindrical structure is filled with the first conductive film, and the second conductive film is formed outside the cylindrical structure. Accordingly, a capacitor element including the first conductive film, the cylindrical structure, and the second conductive film can be formed.

上記容量素子により以下のメリットを実現できる。
ビアホールを形成せずに、基板上に形状やアスペクトを任意で設計して作製することが出来る。また、溝の壁面の両側（内側、外側）を用いて容量素子が形成できる為に３次元の容量素子構造が実現できる。また、微細構造体の材質を例えばＷにすることで、プラグ電極も３次元で形成することができる。このような事から、３次元のプラグやキャパシタセルを保有する半導体メモリを実現できる為に、大容量かつ効率的に基板を活用した設計ルールが適用出来る為、生産性や高集積化を合理的に実現出来る様になる。The following advantages can be realized by the capacitive element.
Without forming a via hole, the shape and aspect can be arbitrarily designed and produced on a substrate. In addition, since a capacitive element can be formed using both sides (inside and outside) of the wall surface of the groove, a three-dimensional capacitive element structure can be realized. Further, when the material of the microstructure is, for example, W, the plug electrode can also be formed in three dimensions. Because of this, because it is possible to realize a semiconductor memory with three-dimensional plugs and capacitor cells, it is possible to apply a design rule that utilizes a large capacity and efficient substrate, so that productivity and high integration are rational. Can be realized.

［図１］（Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施例による微細構造体の製造方法を示す断面図である。
［図２］図１（Ｂ）に示す微細構造体を拡大した写真である。
［図３］（Ａ）は、本発明に係る実施例の変形例による微細構造体を拡大して示す写真であり、（Ｂ）は、他の変形例による微細構造体を拡大して示す写真である。
［図４］本発明に係る実施例の他の変形例による微細構造体を示す写真である。[FIG. 1] FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views showing a method for manufacturing a microstructure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged photograph of the fine structure shown in FIG.
[FIG. 3] (A) is a photograph showing an enlarged fine structure according to a modification of the embodiment of the present invention, and (B) is a photograph showing an enlarged fine structure according to another modification. It is.
FIG. 4 is a photograph showing a fine structure according to another modification of the embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１１…基板
１２…金属積層膜
１３…ＳｉＯ２複合酸化物材料膜
１４…レジストパターン
１５…構造体
１５ａ…中空部11 ... substrate 12 ... metal laminated film 13 ... SiO 2 composite oxide material film 14 ... resist pattern 15 ... structure 15a ... hollow portion

Claims (26)

無機材料もしくは高分子材料からなる基板上に、金属層および無機酸化物層を少なくとも２層以上有する複層であって最上層が無機酸化物層である複層を形成し、その最上層に位置の特定を目的とするアライメントマークを形成し、反応性イオンエッチング工程を経ることでアライメントマークの形状を反映した微細構造体を生成することを特徴とする微細構造体の製造方法。On a substrate made of an inorganic material or a polymer material, a multilayer having at least two or more metal layers and inorganic oxide layers, the uppermost layer being an inorganic oxide layer, is formed and positioned on the uppermost layer. Forming a fine structure that reflects the shape of the alignment mark by forming an alignment mark for the purpose of identifying and performing a reactive ion etching step. 請求項１において、前記反応性イオンエッチング工程を経ることにより内部に中空部を有する構造体が製造され、前記構造体は前記アライメントマークの形状に応じた形状とされることを特徴とする微細構造体の製造方法。2. The microstructure according to claim 1, wherein a structure having a hollow portion is manufactured through the reactive ion etching step, and the structure is shaped according to the shape of the alignment mark. Body manufacturing method. 無機材料もしくは高分子材料からなる基板上に、金属層および無機酸化物層を少なくとも２層以上有する複層であって最上層が無機酸化物層である複層を形成し、その最上層に位置の特定を目的とするエッチング用フォトマスクを形成し、反応性イオンエッチング工程を経ることでエッチング用フォトマスクの形状を反映した微細構造体を生成することを特徴とする微細構造体の製造方法。On a substrate made of an inorganic material or a polymer material, a multilayer having at least two or more metal layers and inorganic oxide layers, the uppermost layer being an inorganic oxide layer, is formed and positioned on the uppermost layer. A method for producing a fine structure characterized by forming a photomask for etching for the purpose of specifying the above and generating a fine structure reflecting the shape of the photomask for etching by performing a reactive ion etching step. 請求項３において、前記反応性イオンエッチング工程を経ることにより内部に中空部を有する構造体が製造され、前記構造体は前記エッチング用フォトマスクのパターン形状に応じた形状とされることを特徴とする微細構造体の製造方法。4. The structure according to claim 3, wherein a structure having a hollow portion is manufactured through the reactive ion etching step, and the structure is shaped according to a pattern shape of the photomask for etching. A manufacturing method of a fine structure. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、前記反応性イオンエッチング工程により、前記無機酸化物層と前記金属層の化学的な反応を利用し、前記金属層の中の金属の原子またはイオンのマイグレーション作用及び化学的な活性反応を活用して自己組織化を引き起こして成長させることを特徴とする微細構造体の製造方法。5. The method according to claim 1, wherein a chemical reaction between the inorganic oxide layer and the metal layer is performed by the reactive ion etching step, and a metal atom in the metal layer or A method for producing a fine structure, wherein self-organization is caused to grow by utilizing an ion migration action and a chemical activation reaction. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、前記反応性イオンエッチング工程を経る間に、前記基板又は前記金属層及び前記無機酸化物層が前記反応性イオンエッチング工程による反応生成物の凝縮開始温度となることを特徴とする微細構造体の製造方法。The condensation of reaction products according to any one of claims 1 to 5, wherein the substrate or the metal layer and the inorganic oxide layer are condensed by the reactive ion etching step during the reactive ion etching step. A manufacturing method of a fine structure, characterized by having a starting temperature. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、前記金属層は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕの内の１元素以上で構成される金属材料膜を１種類成膜したもの、あるいは２乃至３種類を選択し順次成膜したものであることを特徴とする微細構造体の製造方法。7. The metal layer according to claim 1, wherein the metal layer includes Si, Al, Cu, Ni, Ti, Zr, Ta, Cr, W, Mo, V, Co, Zn, In, Au, and Ag. , Pt, Ir, Ru, which is formed by depositing one kind of metal material film, or by selecting two or three kinds of films and sequentially forming the microstructure Manufacturing method. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、前記無機酸化物層は、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ｇａ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，ＳｎＯ２，ＺｎＯ，ＧｅＯ，ＴｉＯ２の内のいずれか１種類の材料からなる膜を成膜したもの、あるいは２乃至３種類の材料を選択し、各材料からなる膜を順次成膜したもの、もしくは各材料を複合させた膜を成膜したものであることを特徴とする微細構造体の製造方法。8. The inorganic oxide layer according to claim 1, wherein the inorganic oxide layer is made of Al 2 O 3 , SiO 2 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, GeO, or TiO 2 . A film made of any one of these materials, or two to three kinds of materials selected, a film made of each material sequentially, or a film that combines each material is formed A method for producing a fine structure, characterized in that 無機材料もしくは高分子材料からなる基板と、
前記基板上に形成された複層と、
前記複層上に形成された内部に中空部を有する構造体と、
を具備する微細構造体であって、
前記複層は、金属層および無機酸化物層を少なくとも２層以上有し、且つ、最上層が無機酸化物層であり、
前記構造体は、前記複層がアライメントマーク又はエッチング用フォトマスクを用いた反応性イオンエッチング工程を経ることにより製造されることを特徴とする微細構造体。A substrate made of an inorganic material or a polymer material;
A multilayer formed on the substrate;
A structure having a hollow part inside formed on the multilayer;
A microstructure comprising:
The multilayer has at least two or more metal layers and inorganic oxide layers, and the uppermost layer is an inorganic oxide layer,
The microstructure is manufactured by the reactive ion etching process using the alignment layer or an etching photomask. 請求項９において、前記金属層は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕの内の１元素以上で構成される金属材料膜を１種類成膜したもの、あるいは２乃至３種類を選択し順次成膜したものであることを特徴とする微細構造体。10. The metal layer according to claim 9, wherein the metal layer includes Si, Al, Cu, Ni, Ti, Zr, Ta, Cr, W, Mo, V, Co, Zn, In, Au, Ag, Pt, Ir, and Ru. A fine structure, wherein one kind of metal material film composed of one or more elements is formed, or two to three kinds are selected and sequentially formed. 請求項９又は請求項１０において、前記無機酸化物層は、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ｇａ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，ＳｎＯ２，ＺｎＯ，ＧｅＯ，ＴｉＯ２の内のいずれか１種類の材料からなる膜を成膜したもの、あるいは２乃至３種類の材料を選択し、各材料からなる膜を順次成膜したもの、もしくは各材料を複合させた膜を成膜したものであることを特徴とする微細構造体。11. The inorganic oxide layer according to claim 9, wherein the inorganic oxide layer is any one of Al 2 O 3 , SiO 2 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, GeO, and TiO 2. A film made of any of the above materials, or two to three types of materials selected, a film made of each material in sequence, or a film made by combining the materials. A fine structure characterized by 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法により製造された微細構造体に圧電膜を付加することを特徴とする圧電素子の製造方法。A method for manufacturing a piezoelectric element, comprising adding a piezoelectric film to the microstructure manufactured by the method for manufacturing a microstructure according to any one of claims 1 to 8. 請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の微細構造体に圧電膜を付加したことを特徴とする圧電素子。A piezoelectric element comprising a piezoelectric film added to the microstructure according to any one of claims 9 to 11. 請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の微細構造体に放熱機能、廃熱機能又は熱伝導機能を付加したことを特徴とするデバイス素子。A device element, wherein a heat dissipation function, a waste heat function, or a heat conduction function is added to the microstructure according to any one of claims 9 to 11. 請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の微細構造体に電圧を印加して電子放出させる機能を付加したことを特徴とする発光素子。A light emitting element, wherein a function of applying a voltage to emit electrons is added to the microstructure according to any one of claims 9 to 11. 請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の微細構造体の内部に蛍光材料を充填したことを特徴とする発光素子。A light emitting element, wherein a fluorescent material is filled in the fine structure according to any one of claims 9 to 11. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法により製造された微細構造体の内部に蛍光材料を充填することを特徴とする発光素子の製造方法。A method for manufacturing a light emitting element, wherein a fluorescent material is filled in a microstructure manufactured by the method for manufacturing a microstructure according to any one of claims 1 to 8. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法により製造された微細構造体の内部に触媒を担持することにより制御微少サイズの反応炉を製造することを特徴とするマイクロリアクタデバイス素子の製造方法。A controlled micro-size reactor is manufactured by loading a catalyst inside a microstructure manufactured by the method for manufacturing a microstructure according to any one of claims 1 to 8. A method for manufacturing a microreactor device element. 請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の微細構造体の内部に触媒を担持することにより制御微少サイズの反応炉としたことを特徴とするマイクロリアクタデバイス素子。12. A microreactor device element, characterized in that a reactor having a controlled micro size is obtained by supporting a catalyst inside the microstructure according to any one of claims 9 to 11. 請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の微細構造体の内部に触媒を担持したことを特徴とするカーボンナノチューブ／カーボンファイバー作製素子。A carbon nanotube / carbon fiber manufacturing element, wherein a catalyst is supported inside the fine structure according to any one of claims 9 to 11. 請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の微細構造体の表面の光散乱乃至光回折特性を用いたことを特徴とする光学素子。An optical element using light scattering or light diffraction characteristics of the surface of the fine structure according to any one of claims 9 to 11. 請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の微細構造体を用いたことを特徴とする電気回路実装デバイス素子。An electric circuit mounting device element using the microstructure according to any one of claims 9 to 11. 請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の微細構造体を回路形成用トレンチ構造として用いたことを特徴とする半導体素子。12. A semiconductor element, wherein the fine structure according to claim 9 is used as a circuit forming trench structure. 請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の微細構造体を用いたことを特徴とするバイオチップデバイス。A biochip device using the microstructure according to any one of claims 9 to 11. 請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載の微細構造体を用いたことを特徴とする半導体素子実装用の金属バンプ素子。A metal bump element for mounting a semiconductor element, characterized in that the microstructure according to any one of claims 9 to 11 is used. 請求項２５に記載の金属バンプ素子を用いて半導体素子を接合したことを特徴とする半導体素子付基盤。A substrate with a semiconductor element, wherein a semiconductor element is bonded using the metal bump element according to claim 25.
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