(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
X線ターゲットを利用する装置への一対のターゲット取付けフレームに巻き付いて取り付けられたポリイミド膜と、前記フレーム間の前記ポリイミド膜上に形成されたAuターゲットとを備える、X線ターゲット。
【請求項２】
前記ポリイミド膜は接着剤なしに前記フレームに巻き付いて取り付けられている、請求項１に記載のX線ターゲット。
【請求項３】
前記フレームは並列フレームである、請求項１又は２に記載のX線ターゲット。
【請求項４】
前記ポリイミド膜の一部が取り除かれた、請求項１乃至３のいずれかに記載のX線ターゲット。
【請求項５】
前記ポリイミド膜における少なくとも前記フレームに取り付けられた部分及び前記Auターゲットが形成された部分を除く前記一部が取り除かれた、請求項４に記載のX線ターゲット。
【請求項６】
前記Auターゲットの体積Vtはターゲット支持体である前記ポリイミド膜の体積Vsに対して6.2%以上である、請求項１乃至５のいずれかに記載のX線ターゲット。
【請求項７】
Cファイバー上に形成された柱状、ロッド状、又はワイヤー状のWターゲットを備える、X線ターゲット。
【請求項８】
複数本のCファイバー上に架橋されているロッド状又はワイヤー状のWターゲットを備える、X線ターゲット。
【請求項９】
X線ターゲットを利用する装置へのターゲット取付けフレームに前記Cファイバーが取り付けられている、請求項７又は８に記載のX線ターゲット。
【請求項１０】
前記フレームは並列フレームであり、当該並列フレーム間に前記Cファイバーが架橋されている、請求項９に記載のX線ターゲット。
【請求項１１】
前記Wターゲットの体積Vtはターゲット支持体である前記Cファイバーの体積Vsに対して7.2%以上である、請求項７乃至１０のいずれかに記載のX線ターゲット。
【請求項１２】
X線強度比が100以上である、請求項１乃至１１のいずれかに記載のX線ターゲット。
【請求項１３】
ポリイミド膜上にライン状のAuターゲットを形成する、X線ターゲットの作製方法であって、
前記ポリイミド膜を基板上に成膜し、前記ポリイミド膜上に前記Auターゲットを形成し、前記Auターゲットとともに前記ポリイミド膜を前記基板から剥離する、X線ターゲットの作製方法。
【請求項１４】
前記ポリイミド膜を液中にて前記基板から剥離する、請求項１３に記載のX線ターゲットの作製方法。
【請求項１５】
前記ポリイミド膜の成膜前に、前記基板上に親水性処理を施す、請求項１３又は１４に記載のX線ターゲットの作製方法。
【請求項１６】
前記Auターゲットの形成後に、前記ポリイミド膜の一部を除去する、請求項１３乃至１５のいずれかに記載のX線ターゲットの作製方法。
【請求項１７】
前記ポリイミド膜を液中にて前記基板から剥離し、X線ターゲットを利用する装置へのターゲット取付けフレームにより前記液中の前記ポリイミド膜をすくい取る、請求項１３乃至１６のいずれかに記載のX線ターゲットの作製方法。
【請求項１８】
Cファイバー上に柱状のWターゲットを形成する、X線ターゲットの作製方法。
【請求項１９】
前記Cファイバー上に柱状の前記Wターゲットを堆積させる、請求項１８に記載のX線ターゲットの作製方法。
【請求項２０】
Cファイバー上にロッド状又はワイヤー状のWターゲットを形成する、X線ターゲットの作製方法。
【請求項２１】
複数本の前記Cファイバー上にロッド状又はワイヤー状の前記Wターゲットを架橋させる、請求項２０に記載のX線ターゲットの作製方法。
【請求項２２】
X線ターゲットを利用する装置へのターゲット取付けフレームに、前記Cファイバーを取り付ける、請求項１８乃至２１のいずれかに記載のX線ターゲットの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、X線を利用する例えば医療、生化学、たんぱく質構造解析、蛍光X線分析などの分野において要求される高い分解能と高いコントラスト像を満足する微細なX線ターゲット、及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノサイエンスやナノテクノロジーといった微小領域での観察、分析、加工などが盛んに行われており、例えば電子情報通信機器の高速化、高性能化、高機能化のために、半導体集積回路の最小加工寸法はナノメートルレベルに突入し、微細化の一途をたどっている。微細化されたトランジスタやそれを接続する多層配線の不良解析はますます困難を極め、観察、分析機器の高分解能化が求められている。
【０００３】
また、微細化に頼らず半導体集積回路を高性能化する技術として、複数の半導体チップを縦方向に積層し集積化する３次元実装がある。ここでは、半導体チップ／ウェハに高アスペクト比の穴開け加工をして、導電体を充てんする貫通電極の形成技術、チップ／ウェハ表裏面にバンプを形成し上下チップ／ウェハ同士を電気的に接続する技術によって、縦方向のチップ／ウェハ間の接続端子数が増大し、これまでの不良解析手法とは異なる検査技術が必要とされている。
【０００４】
これまでの半導体チップの多層配線やバンプ接続の不良解析においては、抜き取り検査による断面観察が主流であったが、微細化により高精度に断面を研磨し露出させ観察することは困難となってきている。また、集束イオンビーム（ＦIＢ：  Ｆｏｃｕｓｅｄ  IｏｎＢｅａｍ）装置を用いた断面観察技術の発展にも期待がかかるが、いまのところ数十〜百マイクロメートルの大面積の断面を露出するには数時間以上の多くの時間を要する。このように、試料のひとつの断面に対して断面を露出するなど加工して試料を破壊し観察する検査技術は非常にスループットが低く、半導体製造プロセスに迅速にフィードバックすることはできない。また、超音波顕微鏡を用いた非破壊検査は分解能が数マイクロメートルと大きく、LSIの多層配線や３次元実装の貫通電極などの接続部を鮮明に観察し、不良の可否を判断するのは困難である。
【０００５】
このような技術的背景から、X線を試料に照射し透過したX線を検出することによって試料のX線透過吸収による投影画像を得るX線非破壊検査技術が一目置かれている。従来のX線非破壊検査装置において、X線発生源には、加速した電子ビームを金属に衝突させてX線を発生させるX線管が多く使用されている。一般にX線発生装置において、加速電子を衝突させる金属はターゲットと呼ばれている。このターゲットからコーンビーム状に発生するX線が試料に照射されるまでの距離に対して、ターゲットから試料のX線透過吸収像を得る撮像面までの距離によって、撮像面に投影される試料のX線透過吸収像の幾何学倍率が決定する。幾何学倍率を上げるには、試料をターゲットに近づけたり、撮像面をターゲットから遠ざけたりと、両者の距離の比を上げることで達成できるが、その分、ターゲットの大きさが撮像面において投影されると顕著にボケとなって現れ、分解能が低下する。このターゲットの大きさが分解能に大きく影響するため、高倍率で高分解能のX線透過吸収像を得るには、ターゲットの大きさを小さくし点光源を実現する必要がある。いま現在のX線非破壊検査装置のX線発生源には、加速電子ビームを電子レンズでサブマイクロメートルレベルまで絞りターゲットに衝突させることによって、分解能がサブマイクロメートルレベルの点光源となるサブマイクロフォーカスX線源を実現している。また、試料を透過したX線をフレネルゾーンプレートという回折格子によってX線を集光し結像することによって、数十〜百ナノメートルレベルの高分解能のX線透過吸収画像が取得可能なX線顕微鏡の技術がある。
【０００６】
また、X線透過吸収画像の評価指標としては、分解能だけでなく、コントラストも重要である。マイクロフォーカスX線源の技術によって分解能は向上するが、高コントラスト像を得るためには、金属のターゲットから発生するX線量よりもターゲットを支持しているベリリウムなどから発生するX線量を低減させる必要がある。ターゲットは微小な点であり、単独し中空に浮遊して移動しないことが理想的であるが、現実的には、金属のターゲットを外部に固定し支持する基板が必要である。X線は金属のターゲットから発生するだけでなく、支持基板からも発生する。この支持基板から発生するX線によって分解能とともにコントラストが低下する。支持基板からの発生するX線量を抑えるためには、原子番号の小さい元素で構成された材料を用い、電子線が衝突する体積（=面積×厚さ）を小さくすることによって、ターゲットから発生するX線量に対してターゲット支持体から発生するX線量を少なくする必要がある。すなわち、高コントラストのX線透過吸収像を得るには、ターゲットから発生するX線量とターゲット支持体から発生するX線量の比を大きくすれば良い。ここでは、このX線量の比をX線強度比と呼ぶことにする。高分解能のX線透過吸収像を得るには、ターゲットを微細化する必要があるがターゲット支持体も微細化しなければそれに伴ってX線強度比が減少してしまい高コントラスト像を得ることが困難になってくる。
【０００７】
このように、X線非破壊検査おいて高分解能と高コントラストのX線透過吸収像を両立させるためのX線ターゲットが必要である。いかにしてX線強度比を減少させずターゲットとともに機械的強度を確保しながらターゲット支持体を微細化するのかが課題である。さらに、機械的強度が低く薄膜化したターゲット支持体をハンドリングし、装置内に設置するためのフレームに再現性よく取り付けるのは困難である。一般的に、ターゲット支持体には、X線の発生が少ないベリリウムBeや炭素Cが用いられているが、Beは人体に強い毒性があるために特殊な加工・処理設備が必要であり融通が利かず、安全性などが懸念されている。また、C膜は一般的なSIと比較してウェット／ドライプロセスによる微細加工が容易ではない等の問題点も多数ある。
【０００８】
さらに、X線非破壊検査においては、ターゲットのみならず次に挙げる問題点もある。一般的なX線発生装置においては、発生するX線のエネルギーは、数〜数十keV程度であり、高輝度ではないため、高コントラストで鮮明なX線透過吸収像を得るには試料の厚さに制限がある。非破壊検査としては、できるだけ試料に制限を持たせずにそのままの状態で観察できるのが望ましい。大規模なシンクロトロン放射光の設備は高輝度のX線を発生させることができるが、いかにして一般的な工業用レベルのX線非破壊検査装置として達成されるかが課題である。
【０００９】
シンクロトロンの電子軌道上に微細ターゲットを設置するという方法の制動放射を用いたX線発生装置である“みらくる”においては（非特許文献１参照）、発生するX線のエネルギーが高く、高輝度であるため、観察する試料の厚みがミリメートルオーダと厚い試料においても高分解能のX線透過吸収像が得られる可能性がある。また、通常の位相コントラスト像は、試料と撮像素子の距離を1m程度以上離して撮影するが、このみらくる方式においては、試料と撮像素子が密着したコンタクト方式やプロキシミティ方式の光学系でも位相コントラスト像でエッヂが強調されて見えるという特徴があり、新しいX線イメージング像を提供可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開2001-216927
【特許文献２】特開2008-334699
【非特許文献１】山田廣成、「卓上型シンクロトロン“みらくる6X”による高品質X線の発生とその利用」、応用物理、第74巻、第4号、2005、pp. 462-471。
【非特許文献２】HIronarI Yamada, "Super Photon Generator CollIsIons of CIrculatIng RelatIvIstIc Electrons and WIre Targets," Jpn. J. Appl. Phys. , Vol. 35, pp. L182-L185, 1996.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、例えばX線非破壊検査において、高分解能と高コントラストのX線透過吸収像を得るために必要なX線ターゲットとその作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために、ポリイミド膜上に形成されたAuターゲットを備える、X線ターゲットを提供する。このX線ターゲットは、例えば、基板上に前記ポリイミド膜が形成されていること、前記基板上に親水性処理が施されていること、X線ターゲットを利用する装置へのターゲット取付けフレームに前記ポリイミド膜が取り付けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、Cファイバー上に形成されたWターゲットを備える、X線ターゲットを提供する。このX線ターゲットは、例えば、前記Wターゲットが柱状、ロッド状、又はワイヤー状であること、ロッド状又はワイヤー状の前記Wターゲットが複数本のCファイバー上に架橋されていること、X線ターゲットを利用する装置へのターゲット取付けフレームに前記Cファイバーが取り付けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、ポリイミド膜上にAuターゲットを形成する、X線ターゲットの作製方法を提供する。この方法は、例えば、前記ポリイミド膜を基板上にコーティングすること、前記基板上にコーティングされた前記ポリイミド膜を液中にて剥離すること、前記基板上に親水性処理を施すこと、X線ターゲットを利用する装置へのターゲット取付けフレームにより、液中の前記ポリイミド膜をすくい取ることを提供する。
【００１５】
また、本発明は、Cファイバー上にWターゲットを形成する、X線ターゲットの作製方法を提供する。この方法は、前記Cファイバー上に柱状の前記Wターゲットを堆積させること、複数本の前記Cファイバー上にロッド状又はワイヤー状の前記Wターゲットを架橋させること、X線ターゲットを利用する装置へのターゲット取付けフレームに、前記Cファイバーを取り付けることを特徴とする。
【００１６】
以上の特徴を持つ本発明によれば、高分解能かつ高コントラスト像を両立するためのX線ターゲットを、低コストで実現することができる。
【００１７】
本明細書では、X線強度比100以上、すなわち、ターゲット支持体から発生するX線量をターゲットから発生するX線量の100分の1以下に抑えるための微細ターゲットの条件を算出し、各寸法を設計することについても説明する。微細ターゲットは装置内に設置して固定するためのフレームなどに接続される必要があるので、マイクロメートルレベルの微細ターゲットを連続してミリメートルの大きさのフレームに接続する微細加工および実装方法についても説明する。作製された微細ターゲットは非冷却であり、低コストに作製される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態を示した図。
【図２】本発明の一実施形態を示した図。
【図３】本発明の一実施形態を示した図。
【図４】本発明の図１に示した一実施形態によるX線ターゲットにおけるX線強度比の一例を示した図。
【図５】本発明の一実施形態を示した図。
【図６】本発明の図５に示した一実施形態によるX線ターゲットにおけるX線強度比の一例を示した図。
【図７】本発明の一実施例におけるポリイミドAuターゲットの設計図（上）及びポリイミドAu ターゲットのＸ線強度比計算例（下）を示した図。
【図８】本発明の一実施例におけるポリイミド薄膜支持体Ａｕターゲットの作製手順について説明する図。
【図９】本発明の一実施例における親水処理装置(samco FA-1S) （図９ａ）、及び親水処理条件（図９ｂ）、並びにこの設定で親水処理を行ったSI チップに純水を滴下し親水性の比較結果（図９ｃ）を示した図。
【図１０】本発明の一実施例におけるスピンコーター（図１０ａ）、及びその回転数と膜厚のグラフ（図１０ｂ）、並びに100nm 薄膜成膜時の装置の設定（図１０ｃ）を示した図。
【図１１】本発明の一実施例におけるポリイミドを成膜後プリベーク温度とその時間の変化で基板からの剥離が出来るか検証実験を行った結果（図１１ａ）、及びその条件で作製したポリイミド（図１１ｂ，ｃ）を示した図。
【図１２】本発明の一実施例におけるプリベークしたポリイミド薄膜にＵＶリソグラフィ用のレジストをスピンコートした場合のレジスト材料、スピンコーター設定とプリベーク条件、レジスト膜厚を示した図。
【図１３】本発明の一実施例におけるライン描画装置を示した図。
【図１４】図１３の一実施例におけるライン描画装置の設定を示した図。
【図１５】図１３の一実施例における同条件で露光したサンプルの現像条件図１５（ａ）（ｂ）を示した図。
【図１６】図１３の一実施例において作製したラインパターンを示した図。
【図１７】本発明の一実施例における真空蒸着時のSIチップの取り付けについて説明するための図。
【図１８】本発明の一実施例における各種液中に浸漬してポリイミドの変化を観察した結果を示した図。
【図１９】図１８の一実施例におけるエタノールでAuをリフトオフ後に観察したAuラインを示した図。
【図２０】本発明の一実施例における余分なポリイミドの取り除きについて説明するための図。
【図２１】本発明の一実施例におけるポリイミドの浮力と水の張力でポリイミドを剥離させる場合について説明するための図。
【図２２】図２１の一実施例における余計なポリイミドのカットについて説明するための図。
【図２３】図２１の一実施例におけるフレーム取付け後にベークして固化させたポリイミドAuターゲットを示した図。
【図２４】本発明の一実施例におけるCファイバー支持体W柱ターゲットの作製に用いたFIB用ターゲットフレームを示した図。
【図２５】図２４の一実施例における強度比100を達成するＷ柱、Ｃファイバーの寸法とその寸法の時のＸ線強度比をまとめた図。
【図２６】本発明の一実施例におけるCファイバー上へのWターゲットを示した図。
【図２７】本発明の別の一実施例におけるCファイバー上へのWターゲットを示した図。
【図２８】本発明の一実施例におけるＣファイバーの微細化について説明する図。
【図２９】本発明の別の一実施例におけるＣファイバーの微細化について説明する図。
【図３０】本発明の一実施例におけるＦIＢ固定Ｃファイバー支持体Ｗワイヤーターゲットを模式的に示した図。
【図３１】本発明の一実施例におけるＦIＢ装置挿入時のターゲットの固定について説明する図。
【図３２】本発明の一実施例におけるＦIＢのＧａイオンビームで作製したＷワイヤーの節を示した図。
【図３３】本発明の一実施例におけるＦIＢのＧａイオンビームで切断したＷワイヤーターゲットを示した図。
【図３４】本発明の一実施例におけるＷ成膜で固定されたＷワイヤーターゲットと支持体を示した図。
【図３５】本発明の一実施例における銀ペーストとＷのリデポジション接着で完成したターゲットを示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
１．ポリイミド薄膜を支持体としたAuターゲットの形成
図１に極薄のポリイミド膜２上に形成された金Au薄膜ターゲット３の一例を示す。ポリイミド膜２は、機械的に強度が高く（鋼と同等）、組成として軽元素材料のカーボンCに近いので、ターゲット支持体材料として適している。ポリイミド膜２は、スピンコートすることで100nm級の超極薄膜を形成することができ、リソグラフィ工程により、Auなどの微細ターゲット３をこのポリイミド膜２上に形成する。ポリイミド膜２をスピンコートする前にSIやガラスなどの基板上に親水性処理を施しておけば、液中にて容易にポリイミド膜２をガラス基板から剥離することが可能である（特許文献２参照）。
【００２０】
ポリイミド膜２は機械的強度が高いことから、水溶液中表面でも伸縮しにくく形状をある程度保ちながら浮遊することが可能であるため、すくい取ることが可能である。よって、X線顕微鏡やX線非破壊検査装置等のX線ターゲットを利用する装置にターゲット３を取り付けるためのフレーム１で直接そのポリイミド膜２をすくい取ることにより、困難な超極薄膜のハンドリング工程が容易となる。また、このポリイミド膜２は自己組織化的にフレーム１に巻きつくため、固定のための余分な接着剤などを必要としない。フレーム１は、例えばミリメートルレベルの２本の並列金属棒状のものとすることができる。
【００２１】
このようにして、ポリイミド膜２の特長を利用した半導体微細加工プロセス、すなわち、ムラの無い均一な100nm級の極薄ポリイミド膜２の形成、リソグラフィ工程による高分解能・高強度比を得るための微細ターゲット３形状の形成、基板からポリイミド膜２を剥離してフレーム１に取り付けるためのハンドリング技術、さらに、レーザやエッチング加工によりポリイミド支持体の不要部分を取り除く加工技術により、高分解能・高コントラストのX線透過吸収像が取得可能なX線ターゲットが作製される。以上のポリイミド薄膜を支持体としたAuターゲットの形成手法によれば、従来のウェハ単位の半導体プロセスであるので低コストに作製することが可能である。
【００２２】
２．FIBによるCファイバー上へのW局所直接堆積
図２にフレーム１に架橋させたカーボンCファイバー４上にタングステンWを局所的に堆積させた柱状構造のターゲット５を示す。集束イオンビーム（FIB）加工装置によって、Cファイバー４上の微小局所領域にWなどの金属を直接堆積させ、X線ターゲットとする手法である。
【００２３】
予めマイクロメートルレベルの直径を持つCファイバー４を、２本の並列フレーム１に取り付けておく。これをFIB装置に導入し、タングステンカルボニルW(CO)6を照射ガスとして使用し、Cファイバー４上の局所領域にGa+イオンビームを照射すると、Cファイバー４表面上にWが堆積していく。連続的にWを堆積させていくことでCファイバー４上に柱状のWターゲット５を形成することができる。
【００２４】
X線強度比を上げるためには、さらに余分なCファイバー４にGa+イオンビームを照射しエッチング加工すればよい。
【００２５】
３．FIBによるCファイバー上へのWロッドの接続
図３にフレーム１に架橋した２本のCファイバー４上にWロッドを架橋したターゲット６を示す。予め２本の並列フレーム１に直径がマイクロメートルレベルの２本のCファイバー４を取り付けておく。次に同様に２本のCファイバー４と並行して外側にAlなどの細線２本（図示なし）をフレーム１に取り付ける。その後、ターゲットとなるWワイヤー６をCファイバー４及びAlワイヤーと直交して置き、Alワイヤーとの接触する2点を導電性Agペーストなどで仮に固定し架橋する。ここまでの作業は実体顕微鏡上において手作業で対応できる加工レベルである。
【００２６】
この試料をFIB装置に導入する。まず、支持体であるCファイバー４とWワイヤー６が直交して接触している2点をFIB加工によって接着し固定する。固定方法は２つの方法がある。１つ目は、W(CO)6ガス用いて、Ga+イオンビームをCファイバー４とWワイヤー６の接触点付近に照射し、Cファイバー４とWワイヤー６の間にWを堆積させることによって固定する方法である。２つ目は、Cファイバー４とWファイバー６の直交する点をGa+イオンビームを照射しエッチング加工することによって、エッチングされ放出されたWやCがエッチング加工の表面に再び付着するという現象を応用し、この再付着膜によってCファイバー４とWファイバー６を固定する方法である。この２つの方法を併用し固定することも可能である。
【００２７】
その後、余分なWワイヤー６を排除するために、Wワイヤー６の2箇所をFIBにて切断し、分離する。この際、Wワイヤー６に応力が発生し、固定されたWワイヤー６とCファイバー４の2点が分離されないように工夫する必要がある。Wワイヤー６を一気に１点のみを切断するのではなく、数カ所をWワイヤー６の途中まで切断することによって応力を分散しCワイヤー４とWワイヤー６の固定点に応力が集中しないようにする。最後に、余分なWワイヤー６とともにAlワイヤーをフレーム３からピンセットなどで取り除く。
【００２８】
４．X線強度比の算出
上述した各作製方法を実行する上で、高分解能かつ高コントラストを達成し得るX線ターゲットを予め設計すべく、X線強度比を算出する。ここでは、X線発生方式は、シンクロトロンの電子軌道上に微細ターゲットを設置するという方法で制動放射によってX線を発生させるX線発生装置、“みらくる”方式とした。みらくる方式で発生する光子量NBrは、式(1)で与えられる（非特許文献２参照）。
【００２９】
【数１】
0005594723.tif 000002
ここで、I: 蓄積電流値、αt: X線ターゲットの断面積、Sb: 電子ビーム断面積、nt: X線ターゲットの密度、χt: X線ターゲットの厚さ、dαBr: 制動放射の微分断面積、である。
X線強度比はターゲットから発生する光子量NBrtとターゲット支持体から発生する光子量NBrsの比であるため、X線強度比をRとすると次式(2)となる。
【００３０】
【数２】
0005594723.tif 000003
ここで、添字t, sはそれぞれターゲット、ターゲット支持体を示す。また、Vt: 電子ビームが照射されるターゲットの体積(=αtχt)、Vs: 電子ビームが照射されるターゲット支持体の体積(=αsχs)とした。
(2)式から分かるようにX線強度比Rは、ターゲットとターゲット支持体の微分断面積比dαBrt/dαBrs、密度比nt/ns、そして、電子ビームが照射され通過する領域の体積比Vt/Vsから決定される。すなわち、微分断面積比dαBrt/dαBrsと密度比nt/nsは、X線ターゲットを構成する材料そのものの定数であり自ずと決定され、体積比Vt/Vsは、作製プロセスから自由に決定することができる。
全放射断面積αBrは次式(3)で与えられ、両者の比をとれば微分断面積比
dαBrt/dαBrsが求められる。
【００３１】
【数３】
0005594723.tif 000004
ここで、Z: 原子番号、re: 電子軌道半径である。すなわち、微分断面積比dαBrt/dαBrsは次式(4)に示すように原子番号Zのみで決定される。
【００３２】
【数４】
0005594723.tif 000005
以下に、(2)式により、前述した各方法により形成されるX線ターゲットのX線強度比Rを計算する。
【００３３】
４−１．ポリイミド薄膜を支持体としたAuターゲットの形成の場合のX線強度比R
図１に示した構造においてX線強度比Rを計算する。ターゲット３の金属材料はAu (Z=79, nt=19.3 g/cm3)とし、ターゲット支持体２にはポリイミド(PI)を用いる。PI膜を構成している原子のほとんどがC (Z=6, ns=1.7 g/cm3)だと近似すると、X線強度比Rは次式(5)となる。
【００３４】
【数５】
0005594723.tif 000006
これから、X線強度比Rが100以上となる条件を求めると
【００３５】
【数６】
0005594723.tif 000007
となり、電子ビームが通過するターゲット支持体２の体積Vsに対してターゲット３の体積Vtが6.2%以上であれば、X線強度比Rが100以上という条件を達成できる。
【００３６】
しかしながら、作製プロセス上の問題や集束される電子ビームの直径は装置の性能上決定されているので、X線強度比Rが100以上という条件を達成できるターゲット３の各寸法には制限が生じる。ターゲット３に照射される電子ビームの直径は5mmであり、作製プロセスや構造上の制限としてとし、lt=0.5mm、hs=100nmとすると、各ターゲットサイズWt(=ht)に対するX線強度比Rをグラフ化すると図４のようになる。10μmターゲット３においては、ls=1.5mm以上でX線強度比Rが100以上という条件を達成できるが、1μmターゲット３においては、ls=0.5mmでも到底当該条件を達成することはできない。1μmの微細ターゲット３においても十分なX線強度比Rを満足するためには、さらに余分なPI膜を排除しなければいけない。
【００３７】
図５にドライエッチングなどでさらに余分なPI膜を排除した構造を示す。1μmサイズのターゲット３において同様にWsに対するX線強度比Rの変化を算出すると図６のようになる。1μmとターゲットサイズが微細になると、X線ターゲット支持体２の影響は顕著になって現れ、Wsが10以下かつlsが7.5以下という条件でなければX線強度比Rが100以上を達成することはできない。PI膜をターゲット支持体２としたX線ターゲット３は上述のように考慮して設計する必要がある。
【００３８】
４−２．FIBによるCファイバー上へのW局所直接堆積の場合のX線強度比
図２に示した構造においてX線強度比を計算する。ターゲット５の金属材料はW (Z=74, nt=19.1 g/cm3)とし、ターゲット支持体４にはカーボンC (Z=6, ns=1.7 g/cm3)を用いると、X線強度比Rは次式(7)となる。
【００３９】
【数７】
0005594723.tif 000008
これから、X線強度比Rが100以上となる条件を求めると
【００４０】
【数８】
0005594723.tif 000009
となり、電子ビームが通過するターゲット支持体４の体積Vsに対してターゲット５の体積Vtが7.2%以上であればX線強度比Rが100以上という条件を達成できる。X線ターゲット５に照射される電子ビームの直径は5mmであり、FIBでの加工方法を考慮するとターゲット５の直径dtはターゲット支持体４の直径dsよりも大きくできないという条件が加えられる。FIBでW柱を形成する際に、ターゲット５の直径dtに関して考慮するとターゲット５の直径dtがターゲット支持体４の直径dsと一致したdt=dsのときにX線強度比Rは最大となり、これからX線強度比Rが100以上という条件を達成しようとするとターゲット５であるW柱の高さhtを358μm以上成膜する必要がある。
【００４１】
４−３．FIBによるCファイバー上へのWロッドの接続の場合のX線強度比
上述２の「FIBによるCファイバー上へのW局所直接堆積」に関しては、FIB加工の性能上、ターゲット５の体積を大きくすることが困難であり、あまりX線強度比Rを大きくすることができない。そこで、図３のようにWロッド６を2本のCファイバー４と接続することでより大きなX線強度比Rを得ることができる。(6)式を用いて、X線ターゲットに照射される電子ビームの直径は5mmであり、1μmターゲット用として、φ1μm、長さ0.5mmのWロッド６をCファイバー４に接続する場合、X線強度比を達成しようとするとCファイバー４の直径dsは、0.84μm以下でなければいけない。また、同様に10μmターゲット用として、φ10μmの場合を計算すると、Cファイバー４の直径dsは8.4μm以下となり、マイクロメートルレベルのCファイバー４をフレーム１に架橋する必要がある。
【００４２】
さらにターゲット支持体４の体積を減少させX線強度比Rを増加させるには、Wロッド６をマイクロサンプリングしCファイバー４と接続することによって図２の構造を形成することも可能であるが、Wロッド６とCファイバー４の密着強度が高く安定してWロッド６を固定するにはこの方式を採るのが望ましい。
【実施例】
【００４３】
１．ポリイミド薄膜を支持体としたAuターゲットの形成
ここでは、Ｘ線強度比100 以上を満足する設計を基に作製を行ったターゲット作製実験における装置の設定や検討事項をターゲットの作製手順に沿って説明する。
【００４４】
１−１．ポリイミドＡｕターゲットの設計フォトリソグラフィ技術でポリイミド薄膜支持体上にＡｕラインを形成しターゲットに取り付けるプロセスで作製する。式(1)、(2)よりＡｕ、ポリイミド(≒Ｃと仮定)単位体積あたりのＸ線強度比＝141 を算出し、ターゲットの設計を行う。強度比100 を達成するＡｕ、ポリイミドの寸法とその寸法の時のＸ線強度比をまとめたものを図７に示す。
【００４５】
１−２．ポリイミド薄膜支持体Ａｕターゲットの作製手順を図８に示す。なお本実験ではＡｕ1μｍと同時に10μｍのターゲットの作製を行い、各項目での各種装置の設定、条件は製作手順に従い説明する。
【００４６】
＜PI 溶液の作製＞
ポリイミドワニスQ-VR-X0719 を以下の重量比で1/4 に希釈する。
ポリイミドワニスQ-VR-X0719 ：5
ビス[2-(2-メトキシエトキシ)エチル]エーテル ：6
安息香酸メチル ：9
（重量比）
【００４７】
＜SI 基板の親水処理(samco FA-1S)＞
15mm×15mm にダイシングしたSI チップはポリイミドをスピンコートする前にコンパクトRIEで親水処理を施すことで、ポリイミドの剥離が容易になる。親水処理を行った装置(samco FA-1S)、及び親水処理条件、並びに上記の設定で親水処理を行ったSI チップに純水を滴下し親水性の比較を行った結果を、図９ａ−ｃに示す。
【００４８】
＜ポリイミド100nm の成膜＞
ポリイミド薄膜はスピンコートで作製する。使用したスピンコーター、及びその回転数と膜厚のグラフを図１０ａ−ｂに示す。グラフより、膜厚100nm のポリイミド薄膜の作製には7000[rpm]の設定でポリイミドを成膜した。100nm 薄膜成膜時の装置の設定を図１０ｃに示す。
【００４９】
＜ポリイミドのプリベーク時間と温度による剥離の成否＞
ポリイミドを成膜後プリベーク温度とその時間の変化で基板からの剥離が出来るか検証実験を行い、その結果を図１１（ａ）にまとめた。また、その条件で作製したポリイミドを図１１（ｂ）に示す。プリベーク後のポリイミドの表面を見れば剥離の成否が分かる。図１１（ｃ）。この結果より以後の実験はプリベーク70℃/5mIn で行った。
【００５０】
プリベークしたポリイミド薄膜にＵＶリソグラフィ用のレジストをスピンコートする。１μm、10μm ライン用のそれぞれのレジスト材料、スピンコーターの設定とプリベーク条件、その条件より成膜したレジストの膜厚を図１２に示す。
【００５１】
＜Au ラインパターン描画＞
レジスト塗布後にAu ライン1μm、10μm(ライン長共に500μm)ラインの描画を行う。描画を行った装置（ニコン プロジェクションアライナPrAII‐SS（図１３）の設定を図１４
に示す。また、同条件で露光したサンプルの現像条件を図１５（ａ）（ｂ）にまとめた。
【００５２】
この結果より1μm の現像は3mIn の撹拌で10μm は400mJ で露光した後5mIn の静止現像で行う。この方法で作製したラインパターンを図１６に示す。
【００５３】
1μm、10μm ともに現像後、真空蒸着装置に挿入しポリイミドと接着性をあげるためにまずTI/20nm を蒸着し次にAu の順に蒸着する。1μm はAu を1μm まで 10μm はAu を200nm程度蒸着した後、ガスデポジションで10μm まで成膜する。
【００５４】
また、蒸着装置にサンプルを挿入する際以下のことに配慮しなければポリイミドが基盤から剥離出来なくなる可能性がある。
【００５５】
I Aｌ箔露光したチップのラインとアライメントマーク以外の四隅をマスクする。
【００５６】
II 蒸着装置の水冷部分との密着性を確保するためにAl 泊で放熱出来る様に取り付ける。
蒸着装置への挿入は図１７の様にSI チップに熱が蓄積しない様に放熱処理を施す。
【００５７】
＜Au のリフトオフ＞
Auのリフトオフはポリイミドの損傷が少ないエタノールで行う。
SI基板上に成膜したポリイミド（膜厚100nm）上にレジストAZP4903（膜厚1μm）と塗布したものをエタノール、アセトン、NMPに15分間浸漬しポリイミドの変化を観察した。その結果を図１８（左からレジスト塗布前のポリイミド、エタノール、アセトン、NMP）に示す。
【００５８】
そして、エタノールでAuをリフトオフ後に観察した1μm、10μm Auラインを図１９に示す。
【００５９】
＜余分なポリイミドのカット＞
支持体からのX 線の発生を低減させるためにAu ラインを形成した後、余分なポリイミドを図２０の様な形にドライエッチングで取り除く。
【００６０】
Au ライン形成と同様にUV 露光でカットする部分のパターンを描画しでドライエッチングを行い余分なポリイミドを除去した。またこの工程の各装置の設定、条件は以下の通りである。
【００６１】
・レジストスピンコート
レジストAZP4903 を3500rpm/30sec でスピンコート（膜厚:10μm）
・レジストプリベーク 80℃/5mIn
・UV 露光（プロジェクションアライナ PrAII-SS）
アライメントが必要 露光量:1000mJ/cm2
・現像（AZ400K：純水＝１:４）
攪拌現像： RT/5mIn
純水リンス：1mIn 以上
・ポリイミド-ドライエッチング
コンパクトRIE 投入ガスO2
ガス流量 20sccm
投入電力 20W
時間 3mIn
【００６２】
＜ポリイミドの剥離とフレームへの取り付け＞
ポリイミドの剥離は70℃の純水中で行う。チップの角から純水に徐々に漬け、ポリイミドの浮力と水の張力で剥離させる。（図２１）
【００６３】
その後、下図のように余計なポリイミドをハサミで図２２の様にカットしフレームで掬い上げる。
【００６４】
掬い上げたポリイミドは、10mIn 以上自然乾燥させた後、オーブンで220℃/15mIn 280℃/30mIn の順にベークし完全に固化させる。（図２３）
【００６５】
２．FIBによるCファイバー上へのW局所直接堆積
ここでは、はFIB 微細加工装置を用いて微細ターゲット作製の実験結果を説明する。前述したポリイミド支持体Au ターゲットと同様にＸ線強度比100 を達成する構造のターゲットの設計図を基にC ファイバー支持体Ｗ柱ターゲットの作製実験を行った。
【００６６】
２−１． C ファイバー支持体W ターゲット
C ファイバー支持体W 柱ターゲットの作製はFIB 用フレーム（図２４）に固定したC ファイバー（7μmφ）上にFIB 装置のW 成膜で高アスペクトW 柱を形成するプロセスで作製する。式(1)、(2)よりＷ、Ｃの単位体積あたりのＸ線強度比＝124 を算出し、ターゲットの設計を行う。強度比100 を達成するＷ柱、Ｃファイバーの寸法とその寸法の時のＸ線強度比をまとめたものを図２５に示す
【００６７】
２−２．C ファイバー上へのFIB によるW のデポジット
FIB 用フレームに取り付けたC ファイバー上へのW ターゲットデポジット実験を行った。実験条件、実験結果を図２６、図２７に示す。
【００６８】
＜図２６のための実験条件＞
集束イオンビーム加工観察装置FIB: 日立ハイテクノロジーズFB-2100
Ga+イオンビームの加速電圧Vacc=40 kV
アパーチャサイズ： 5 μm
照射ガス： W(CO)6 タングステンヘキサカルボニル
堆積時間： 5分
【００６９】
＜図２７のための実験条件＞
集束イオンビーム加工観察装置FIB: 日立ハイテクノロジーズFB-2100
Ga+イオンビームの加速電圧Vacc=40 kV
アパーチャサイズ： 5 μm
照射ガス： W(CO)6 タングステンヘキサカルボニル
堆積時間： 5分
【００７０】
２−３．Ｃファイバーの微細化
Ｃファイバー支持体Ｗ柱ターゲットの作製はＣファイバー上にＷ柱を形成すると同時にＣファイバー(φ7μｍ)自体をφ１μｍ程度まで細くすることが求められる。ここでは、Ｃファイバーの微細化の実験とその検討を行う。Ｃファイバーの微細化には以下の2 通りのドライエッチングで実験を行った。
I Ａｒイオンミリング
II Ｏ2 プラズマアッシング
【００７１】
I、IIの方法で行った実験結果と実験条件を図２８、図２９に示す。ここでは試験的に60mIn ドライエッチングした。
【００７２】
３．FIBによるCファイバー上へのWロッドの接続（ＦIＢ固定 Ｃファイバー支持体Ｗワイヤーターゲット）
ここでは、ＦIＢを用いた異なる方法でのターゲット作製方法の検討と実験を記載する。
【００７３】
３−１．ＦIＢ 固定ロッドターゲット作製方法
ＦIＢ固定Ｃファイバー支持体Ｗワイヤーターゲットは、従来のロッドターゲットの構造は同じで、支持体と金属ワイヤーの接着をＦIＢのＷ成膜で固定する方法で作製する。
作製は下記I〜IIIの手順で行い、模式図を図３０に示す。
I フレームに取り付けた２本の支持体にターゲットを架橋
II ＦIＢで支持体とターゲットの両端を固定
III ドライエッチングでターゲットだけを微細化
尚、FIB装置挿入時のターゲット金属は、支持体の外側に取り付けた細線とフレームにAgペーストで固定し、FIBで切断後にWデポジットで固定した。
【００７４】
３−２．FIB装置挿入時のターゲット金属の固定法
ＦIＢ装置への挿入は図３１の様に金属ワイヤーを銀ペースト等で固定する。
余分なターゲット部以外はＦIＢのＧａイオンビームで切断する。その後ＦIＢのＷ成膜で支持体とターゲットを固定する。
【００７５】
３−３．ＦIＢ 固定ロッドターゲット作製実験
上記のとおりの固定を施したサンプルを挿入しＦIＢのＷ成膜でＣファイバー(7μmφ)支持体とＷワイヤーターゲットの固定実験を行った。Ｗ成膜で固定した後にターゲットを支持体付近で切断すると、Ｗ成膜で支持体とターゲットを固定した箇所が破損してしまう。装置挿入前のＷワイヤー固定の段階でＷワイヤーに僅かながらストレスがあると考えられる。そこで、ここでではターゲットを支持体付近で切断した後にＷ成膜で固定する方法で行った実験の手順と実験結果を記載する。
【００７６】
＜実験手順＞
上述した方法で固定したＷターゲットをＦIＢ装置に挿入しＦIＢのＧａイオンビームでＷワイヤーターゲットに応力を分散させるための節を作る。支持体とターゲットの接点から100μm〜200μm 程度離れた位置に数箇所入れるのが良い（図３２）。節を作った後に、支持体とターゲットの接点から50μm 程度離れた位置でＷワイヤーの両端を切り離す（図３３）。その後、支持体とＷワイヤーターゲットの接点にＷ成膜を行い固定する。Ｗ成膜で固定した支持体とターゲットを図３４に示す。
【００７７】
３−４．ＦIＢ 固定ロッドターゲット作製実験の考察
本実験のサンプルでは、装置挿入前のＷワイヤーとＡｌワイヤーの固定に使用した銀ペーストが支持体付近まで付着していた。そのサンプルで同等の実験した結果Ｇａイオンビームの影響で液化した銀ペーストが支持体の裏まで回りこみ再度固化し支持体とターゲットが固定された。また同サンプルの逆端はＧａイオンビームで節を作成した際に節の1 つがリデポジションで支持体と接着した。このプロセスで完成したターゲットを図３５ に示す。
【符号の説明】
【００７８】
１  フレーム
２  ポリイミド膜
３  ターゲット
４  ファイバー
５、６  ターゲット
【図１】
0005594723.tif 000010
【図２】
0005594723.tif 000011
【図３】
0005594723.tif 000012
【図４】
0005594723.tif 000013
【図５】
0005594723.tif 000014
【図６】
0005594723.tif 000015
【図７】
0005594723.tif 000016
【図８】
0005594723.tif 000017
【図９】
0005594723.tif 000018
【図１０】
0005594723.tif 000019
【図１１】
0005594723.tif 000020
【図１２】
0005594723.tif 000021
【図１３】
0005594723.tif 000022
【図１４】
0005594723.tif 000023
【図１５】
0005594723.tif 000024
【図１６】
0005594723.tif 000025
【図１７】
0005594723.tif 000026
【図１８】
0005594723.tif 000027
【図１９】
0005594723.tif 000028
【図２０】
0005594723.tif 000029
【図２１】
0005594723.tif 000030
【図２２】
0005594723.tif 000031
【図２３】
0005594723.tif 000032
【図２４】
0005594723.tif 000033
【図２５】
0005594723.tif 000034
【図２６】
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【図２７】
0005594723.tif 000036
【図２８】
0005594723.tif 000037
【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
0005594723.tif 000040
【図３２】
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【図３３】
0005594723.tif 000042
【図３４】
0005594723.tif 000043
【図３５】
0005594723.tif 000044