(57)【要約】【課題】  被加工物と水平を保ち、かつ被加工物との間の距離が小さいステンシルマスクを提供する。【解決手段】  スリット５を有する第一の部分4aと、被加工物と接触する面を有する第二の部分4bとからなるステンシルマスクであって、第一の部分4aは第二の部分4bより凹んでおり、かつ第二の部分4bの底面には滑材層６が形成されており、もって第二の部分4bが被加工物の表面に滑動自在に接触した状態では第一の部分4aの底面と被加工物の表面との間に空隙７ができることを特徴とするステンシルマスク。【選択図】  図１
2007011294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリットを有する第一の部分と、被加工物と接触する面を有する第二の部分とからなるステンシルマスクであって、前記第一の部分は前記第二の部分より凹んでおり、かつ前記第二の部分の底面には滑材層が形成されており、もって前記第二の部分が前記被加工物の表面に滑動自在に接触した状態では前記第一の部分の底面と前記被加工物の表面との間に空隙ができることを特徴とするステンシルマスク。
【請求項２】
請求項１に記載のステンシルマスクにおいて、前記第一の部分は前記スリットを複数有することを特徴とするステンシルマスク。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のステンシルマスクにおいて、前記第二の部分はステンシルマスクの周辺部に設けられていることを特徴とするステンシルマスク。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のステンシルマスクにおいて、前記滑材層がダイヤモンドライクカーボンからなることを特徴とするステンシルマスク。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のステンシルマスクを有する微細加工装置であって、前記ステンシルマスクと前記被加工物とを水平方向に相対移動させる手段を有することを特徴とする微細加工装置。
【請求項６】
請求項５に記載のステンシルマスクを有する微細加工装置であって、前記ステンシルマスクを固定しつつ、前記被加工物を水平方向に微小移動させることを特徴とする微細加工装置。
【請求項７】
請求項６に記載の微細加工装置において、前記ステンシルマスクを前記被加工物に押圧する手段を有することを特徴とする微細加工装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載の微細加工装置において、前記被加工物が微小移動機構を有するPZTステージ上に設けられていることを特徴とする微細加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステンシルマスク及びそれを用いた微細加工装置に関し、詳しくは被加工物との水平が保たれ、かつ被加工物との距離が小さいステンシルマスク及びそれを用いた高精度加工が可能な微細加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、回折格子等の光学素子、半導体デバイス等の製造工程における微細加工技術の一つとして、所定形状のスリットを有するステンシルマスクを用いた微細加工が挙げられる。例えば特開2001-201627号（参考文献１）は、図５に示すように、エネルギービーム源36に対向する位置に設けられ、微小移動機構を有するピエゾステージ33と、エネルギービーム源36とピエゾステージ33との間に設けられ、把持装置34により固定されたステンシルマスク31とを有する回折素子の製造装置を開示している。ピエゾステージ33の上に載置された被加工物32に、ステンシルマスク31を介してエネルギービームを照射させてその表面をエッチングしながら、ステンシルマスク31と被加工物32とを水平方向に相対移動させることにより、所定の三次元形状の回折格子を形成することができる。
【０００３】
最近のさらなる微細化及び高精度化の要求により、ステンシルマスク31の被加工物32に対しての僅かな傾きや、ステンシルマスク31と被加工物32との距離による加工精度の悪化が無視できなくなってきている。従って、ステンシルマスク31と被加工物32との水平が保たれ、かつ両者間の距離が小さい必要がある。しかしながら、ステンシルマスク31は把持装置34により機構的に保持されているため、ステンシルマスク31と被加工物32とを水平にし、かつ両者間の距離が小さくするように調節するのは困難であり、手間がかかりすぎるという問題がある。また加工中において、把持装置34などがエネルギービームによる加熱で熱膨張するため、ステンシルマスク31と被加工物32との間の距離を一定に保つことができない。
【０００４】
【特許文献１】特開2001-201627号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って本発明の目的は、被加工物と水平を保ち、かつ被加工物との間の距離が小さいステンシルマスクを提供することである。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、かかるステンシルマスクを用いた微細加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、ステンシルマスクにスリットを有する第一の部分と被加工物の表面と滑動自在に接触する第二の部分とを設け、第一の部分を第二の部分より凹ますことにより、微細加工を行う際、ステンシルマスクと被加工物との水平を保ち、かつ両者間の距離を小さくできるため、高精度加工が可能であることを発見し、本発明に想到した。
【０００８】
すなわち、本発明は以下の手段により達成される。
(1)  スリットを有する第一の部分と、被加工物と接触する面を有する第二の部分とからなるステンシルマスクであって、前記第一の部分は前記第二の部分より凹んでおり、かつ前記第二の部分の底面には滑材層が形成されており、もって前記第二の部分が前記被加工物の表面に滑動自在に接触した状態では前記第一の部分の底面と前記被加工物の表面との間に空隙ができることを特徴とするステンシルマスク。
(2)  上記(1) に記載のステンシルマスクにおいて、前記第一の部分は前記スリットを複数有することを特徴とするステンシルマスク。
(3)  上記(1) 又は(2) に記載のステンシルマスクにおいて、前記第二の部分はステンシルマスクの周辺部に設けられていることを特徴とするステンシルマスク。
(4)  上記(1)〜(3) のいずれかに記載のステンシルマスクにおいて、前記滑材層がダイヤモンドライクカーボンからなることを特徴とするステンシルマスク。
(5)  上記(1)〜(4) のいずれかに記載のステンシルマスクを有する微細加工装置であって、前記ステンシルマスクと前記被加工物とを水平方向に相対移動させる手段を有することを特徴とする微細加工装置。
(6)  上記(5) に記載のステンシルマスクを有する微細加工装置であって、前記ステンシルマスクを固定しつつ、前記被加工物を水平方向に微小移動させることを特徴とする微細加工装置。
(7)  上記(6) に記載の微細加工装置において、前記ステンシルマスクを前記被加工物に押圧する手段を有することを特徴とする微細加工装置。
(8)  上記(5)〜(7) のいずれかに記載の微細加工装置において、前記被加工物が微小移動機構を有するPZTステージ上に設けられていることを特徴とする微細加工装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のステンシルマスクは、微細加工を行う際、被加工物に直接載置されているので、被加工物との水平が保たれ、かつ距離が小さく、もって高精度な加工が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
[1] ステンシルマスク
図１は本発明の一実施例であるステンシルマスク４を示す。ステンシルマスク４は、スリット５を有する第一の部分4aと、滑材層６が形成された第二の部分4bとからなる。ステンシルマスク４は、微細加工装置に用いる際、滑材層６を介して後述する被加工物と滑動自在に接触する。滑材層６を設けることにより、ステンシルマスク４と被加工物との摩擦抵抗が低減され、被加工物を微小移動させたときにステンシルマスク４が連動するのを防ぐことができる。
【００１１】
滑材層６としては潤滑性を有するものであれば特に制限されないが、固体潤滑材であるのが好ましい。固体潤滑材の具体例としては、グラファイト、二硫化モリブデン、窒化炭素、二硫化タングステン、PTFE、ダイヤモンドライクカーボン（DLC）などが挙げられるが、中でもDLCが特に好ましい。滑材層６の厚さは、特に限定されないが、10 nm〜50μmであるのが好ましく、100 nm〜10μmであるのがより好ましい。滑材層６の厚さが10 nm未満だと滑り性が悪く、被加工物の滑動が困難であり、50μm超だと滑りすぎて所望の形状に加工するのが難しい。
【００１２】
第一の部分4aはステンシルマスク４のほぼ中央部に形成されており、第二の部分4bより凹んでいる。そのため第二の部分4bが被加工物の表面に接触した状態で第一の部分4aの底面と被加工物の表面との間に空隙７が形成される。
【００１３】
ステンシルマスク４の厚さtは100〜200μmであるのが好ましく、100〜150μmであるのがより好ましい。ステンシルマスク４の厚さtが100μm未満であると、ステンシルマスク４の機械的強度、耐エッチング性及び耐熱性が低く、エネルギービームによりスリット５が変形するおそれがある。一方、ステンシルマスク４の厚さtが200μmを超えると、スリット５の形成が困難になる。
【００１４】
空隙７の厚さsは１〜10μmであるのが好ましい。厚さsが１μm未満であると、エッチング加工により生じる削りカス等がステンシルマスク４と被加工物との間に詰まり、エッチング加工が出来なくなる恐れがある。また厚さsが10μm超であると、スリット５によるエネルギービームの回折による散乱の影響が大きく、加工精度は悪い。
【００１５】
ステンシルマスク４に複数のスリット５が二次元配列されているのが好ましい。複数のスリット５を設けることにより、効率的に複数の同一形状の回折格子を被加工物３上に形成させることができる。スリット５の幅は、１〜10μmであるのが好ましい。幅が１μm未満だとスリット５の製造が困難であり、また被加工物の加工効率も悪い。また10μm超だと被加工物に照射されるエネルギービームの径が大きく、微細な三次元形状を形成することができない。
【００１６】
ステンシルマスク４の材料は、ステンシルマスクとして使用可能な強度と加工性を有するものであれば特に限定されないが、単結晶シリコン、SOI（Silicon On Insulator）、ガラス、ポリエチレン、タングステン、SUS（ステンレス鋼）等が挙げられ、単一成分であるのが好ましく、中でも単結晶シリコンがより好ましい。単結晶シリコンは結晶面が硬く、５μm以下の微細形状で面に垂直なスリット５を容易に形成することができる。従って、非常に微細な回折格子を形成することができる。
【００１７】
図２は本発明の別の実施例によるステンシルマスク４を示す。図１に示すステンシルマスク４と共通する部分に関しては、同じ符号を付してある。この例では、スリット５は、開口幅の大きい第一のスリット部5aと、第一のスリット部5aの底面に開口する開口幅の小さい第二のスリット部5bとからなる。第一のスリット部5aを設けることにより、ステンシルマスク４の厚さに関係なく、開口幅の小さい第二のスリット部5bの高さを小さくすることできる。従って、被加工物のより微細な加工が可能になる。
【００１８】
[2] ステンシルマスクの製造方法
本発明のステンシルマスクの製造方法を、図３を参照して、詳細に説明する。まず基板20の一方の面20aに潤滑膜６を真空蒸着により形成する（工程(a)）。潤滑膜６の上に、レジスト層21aをスピンコータにより形成し（工程(b)）、フォトレジスト法により、スリット５を有する部分4aに相当するパターンを有するフォトマスク（図示せず）を用いて、レジスト層21aに空隙７に相当する開口部22aを形成する（工程(c)）。他方の面1bからスリット５を形成する際（後述する）、スリット５と空隙７とが正確に対応するように、フォトマスクに位置合わせ用のアライメントマークが付いているのが好ましい。RIE法等のドライエッチング法により基板20の開口部22aにより露出した領域をスリット深さがsになるまでエッチングし、空隙７を形成した後、レジスト層21aを除去する（工程(d)）。
【００１９】
基板20を裏返しにして、基板20の他方の面20bにレジスト層21bをスピンコータにより形成する（工程(e)）。スリット５に相当する開口部22bをフォトレジスト法により形成する（工程(f)）。その際、アライメントマークを用いてスリット５が空隙７のほぼ中央に位置するように調節する。最後に、空隙７に貫通するまでエッチングを行い、スリット５を形成した後、レジスト層21bを除去する（工程(g)）ことにより、ステンシルマスク４が得られる。
【００２０】
スリット５を形成するためのドライエッチング方法としては、例えばドライエッチングやレーザー加工等が挙げられるが、反応性イオンエッチング（RIE）法が好ましい。またRIE工程と、RIEにより形成されたスリット側面に保護膜を形成する工程とを交互に行いながらスリット５を形成するDeep-RIE法がより好ましい。Deep-RIE法によれば、形成過程におけるスリット５の側面に保護膜が形成されるため、RIEによりスリット側面が削られてスリット５の幅が広がるのを防ぐことができる。RIEに使用するエッチングガスとしては、SF6，CF4，CCl4等のハロゲンガス、O2等が好ましく、SF6が特に好ましい。またDeep-RIE法においてスリット側面に保護膜を形成する工程は、RIEを行う場合と同じ装置を用いて圧力・ガス等の条件を変えて行うのが好ましい。保護膜の形成に用いるガスとしてはC4F8が好ましく、これによりCFx(X＝１，２，３・・・)ラジカル及びイオンの重合反応により、テフロン（登録商標）に近い組成を有するポリマー膜（フロロカーボン系保護膜）が得られる。
【００２１】
[3] 微細加工装置
図４に示す微細加工装置１は、支持台14と、支持台14に設置されたPZTステージ２及び支持柱10と、支持柱10によって支えられた開口窓11aを有する上板11と、上板11に接続され、開口窓11aの上方に開口窓12aを有する保持板12と、PZTステージ２の上に載置された被加工物３の上に載置されたステンシルマスク４とを有する。ステンシルマスク４は、保持板12の開口窓12aの付近に接続されたバネ13により押圧されている。微細加工装置１の上方には、エネルギービーム発生装置（図示せず）が設置されている。
【００２２】
ステンシルマスク４と被加工物３とは滑材層６を介して接触しているため、ステンシルマスク４と被加工物３とは常に平行に保たれている。詳しくは、ステンシルマスク４のスリット５を有する部分4aの底面と被加工物３の表面とが並行に保たれている。またスリット５と被加工物３との間の距離は空隙７の厚さsに相当するため、空隙７の厚さsを小さくすることにより、スリット５と被加工物３との間の距離を容易に小さくすることができる。
【００２３】
PZTステージ２は電圧を印加すると微細に伸縮する圧電セラミック（例えばジルコン酸チタン酸鉛）を有し、制御装置（図示せず）により一方向に移動可能である。圧電セラミックを用いることにより、移動距離の微小な制御が可能であり、その制御範囲は100μｍ以下である。
【００２４】
PZTステージ２が水平方向に移動することにより、PZTステージ２に設置された被加工物３もそれに伴い移動する。ステンシルマスク４はバネ13により押圧されているため、ステンシルマスク４を固定した状態で、被加工物３を移動させることができる。バネ13による押圧力が強すぎると、ステンシルマスク４と被加工物３との摩擦力が増して、ステンシルマスク４が被加工物３の動きに合わせて動いたり、ステンシルマスク４が損傷したりする恐れがある。またバネ13による押圧力が弱すぎると、エッチング加工時にステンシルマスク４が浮いてしまう恐れがある。
【００２５】
被加工物３としては金属、半導体、絶縁体、傾斜材料等の他、特に石英等の融点（軟化点）の高い材料を用いても良い。
【００２６】
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、レーザー、放射線、Ｘ線、原子線及び分子線のいずれも使用できるが、中でも高速原子線を使用するのが良い。高速原子線は、中性のエネルギー粒子ビームであり、指向性が非常に優れたビームなので、あらゆる材料に対して適用できる。また被加工物３に超微細なパターンを設ける際、超微小な穴や隙間にもビームが容易に到達するため、加工精度が向上し、平坦度の高い加工底面や垂直な加工壁を作製することができる。エネルギービーム源に供給するエッチングガスとしてはCF4，CHF3，SF6等のフッ素系ガスを用いるのが好ましい。
【００２７】
図４の例では、ステンシルマスク４を固定しつつ被加工物３を微小移動させているが、本発明の微細加工装置はこれに限らず、ステンシルマスク４と被加工物３とを水平方向に相対移動させるものであれば良く、例えば、被加工物３を固定しつつステンシルマスク４を移動させるものでも良いし、被加工物３及びステンシルマスク４が共に移動可能なものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例によるステンシルマスクを概略的に示す端面図（断面図）である。
【図２】本発明の別の実施例によるステンシルマスクを概略的に示す端面図である。
【図３】本発明の一実施例によるステンシルマスクの製造工程を示す図である。
【図４】本発明の一実施例による微細加工装置を概略的に示す断面図である。
【図５】従来の微細加工装置を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１・・・微細加工装置
２・・・PZTステージ
３・・・被加工物
４・・・ステンシルマスク
4a・・・第一の部分
4b・・・第二の部分
５・・・スリット
5a・・・第一のスリット部
5b・・・第二のスリット部
６・・・滑材層
７・・・空隙
10・・・支持柱
11・・・上板
11a・・・開口窓
12・・・保持板
12a・・・開口窓
13・・・バネ
14・・・支持台
20・・・基板
20a・・・一方の面
20b・・・他方の面
21a，21b・・・レジスト層
22a，22b・・・開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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