(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線リソグラフィーによって三次元微細構造体を加工するために用いられるＸ線マスクであって、Ｘ線吸収体がマイクロオーダー又はナノオーダーのメッシュの任意のマス目に貼付し、前記メッシュを透過するＸ線透過量を部分的に異ならせて、該Ｘ線吸収体の投影部分へのＸ線透過強度を変化させて三次元微細構造体を加工する三次元微細構造体加工用Ｘ線マスク。
【請求項２】
Ｘ線リソグラフィーによる三次元微細構造体の加工方法であって、Ｘ線吸収体の投影部分へのＸ線透過強度が変化するようにＸ線吸収体がマイクロオーダー又はナノオーダーのメッシュの任意のマスに貼付されたＸ線吸収体を有したＸ線マスクを用いる三次元微細構造体の加工方法。
【請求項３】
前記マイクロオーダー又はナノオーダーのメッシュの任意のマスに貼付されたＸ線吸収体を有したＸ線マスクを、マイクロオーダー又はナノオーダーで振動させて、前記Ｘ線吸収体が貼付されたマスと、貼付されていないマスとの境界線を暈すことによって、被露光体の露光面を曲面に加工する請求項２に記載の三次元微細構造体の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線リソグラフィーによって加工される三次元微細構造体の加工に用いられるＸ線マスク及び三次元微細構造体の加工方法に関し、特に、曲面を有した三次元微細構造体の加工に用いられるＸ線マスク及び三次元微細構造体の加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ナノテクノロジーが着目され、中でも、Ｘ線リソグラフィーによるものは、高アスペクト比の三次元微細構造体が形成できることで活発に研究開発が行われている。
【０００３】
Ｘ線リソグラフィーでの三次元微細構造体の加工には、Ｘ線を透過しやすい材料の薄膜基板上にＸ線を透過しにくい吸収体のパターンが形成されたＸ線マスクが使用されている。そして、加工される三次元微細構造体の形状は、このＸ線マスクの形態に左右される。従来のＸ線マスクによると一回のＸ線の露光で形成される三次元微細加工構造体の断面は、一般に、四角形状等の平行形状の一様な断面を有した形状のものとなり、例えば、構造体の断面が円錐状のものや、先端が丸みを帯びた断面形状のものを形成する場合、Ｘ線の露光面積の異なる複数枚のＸ線マスクを使用し、Ｘ線を各Ｘ線マスクごとに複数回露光することで加工していた。また、一枚のＸ線マスクを被加工物の上方で、２次元的に移動させて、その都度Ｘ線を露光して、被加工物の断面を円錐状や、先端部が丸みを帯びた形状又は面取りやテーパーを有した形状等に加工する平面パターン断面転写法と呼ばれる方法による加工もされている。
【０００４】
これらは、製造時間に長時間を要するとともに、構造体の形状に合わせて複数枚のＸ線マスクを作製しなくてはいけないという問題があり、このため、製造コストの上昇の一因となり、実用化に向けて大きなネックとなっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、断面形状が円錐状のものや、先端部が丸みを帯びた形状又は面取りやテーパーを有した形状の三次元微細構造体を一枚のＸ線マスクで形成することができる三次元微細構造体加工用Ｘ線マスク及びそれを用いた三次元微細構造体の加工方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明者は、鋭意検討を重ね、Ｘ線リソグラフィーによる被加工物の加工深さは被加工物に露光されるＸ線マスクを透過するＸ線透過強度に影響され、このＸ線透過強度は、Ｘ線マスクのＸ線吸収体の断面形状によって制御できることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
削除
【０００８】
削除
【０００９】
すなわち、前記課題を解決するための本発明の請求項１に記載の三次元微細構造体加工用Ｘ線マスクは、Ｘ線リソグラフィーによって三次元微細構造体を加工するために用いられるＸ線マスクであって、Ｘ線吸収体がマイクロオーダー又はナノオーダーのメッシュの任意のマス目に貼付し、前記メッシュを透過するＸ線透過量を部分的に異ならせて、該Ｘ線吸収体の投影部分へのＸ線透過強度を変化させて三次元微細構造体を加工するものである。
このような構成によると、Ｘ線マスクを透過するＸ線の透過強度を異ならせることができ、被加工物へのＸ線露光量を変えることができ、断面形状が円錐状や、先端部が丸みを帯びた形状又は面取りやテーパーを有した形状の三次元微細構造体を加工することができる。
【００１０】
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【００１１】
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【００１２】
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【００１３】
削除
【００１４】
また、請求項２に記載の三次元微細構造体の加工方法は、Ｘ線リソグラフィーによる三次元微細構造体の加工方法であって、Ｘ線吸収体の投影部分へのＸ線透過強度が変化するようにＸ線吸収体がマイクロオーダー又はナノオーダーのメッシュの任意のマスに貼付されたＸ線吸収体を有したＸ線マスクを用いるものである。
この方法によると、Ｘ線マスクを透過するＸ線の透過強度をＸ線マスクのメッシュに貼付されるＸ線吸収体によって調整することができる。このため、一枚のＸ線マスクで、Ｘ線の透過強度を調整することが可能となり、三次元微細構造体の製造時間の短縮化が可能となる。
【００１５】
また、請求項３に記載の三次元微細構造体の加工方法は、請求項２において、前記マイクロオーダー又はナノオーダーのメッシュの任意のマスに貼付されたＸ線吸収体を有したＸ線マスクを、マイクロオーダー又はナノオーダーで振動させて、前記Ｘ線吸収体が貼付されたマスと、貼付されていないマスとの境界線を暈すことによって、被露光体の露光面を曲面に加工するものである。
この方法によると、Ｘ線マスクによってＸ線の透過強度が調整されるとともに、Ｘ線マスクをマイクロオーダー又はナノオーダーで振動させるため、Ｘ線マスクのＸ線が透過される投影部分と、Ｘ線が透過されない投影部分との境界線が暈されて、Ｘ線の露光部分が広がり、Ｘ線が透過される投影部分と、Ｘ線が透過されない投影部分との境界線部分の加工面を曲面とすることができる。
【００１６】
削除
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る三次元微細構造体加工用Ｘ線マスクの第１の実施形態例を説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係るＸ線マスク１の実施形態の一例を示す図である。図１に示すように、本実施形態例に係るＸ線マスク１は、基板２からなるフレームと、フレームの表面の酸化膜３と、酸化膜３の表面に形成されＸ線吸収体６をメッキ形成するためのシード層４となる金属薄膜と、Ｘ線吸収体６が所望の断面形状となるように形成されたＸ線透過膜５と、Ｘ線吸収体６を保護する保護膜７とからなるＸ線透過材８と、で構成されている。
【００１９】
以上のような構成のＸ線マスク１の作製方法について、図２を参照しつつ説明する。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、基板２として、Ｓｉウェハーを使用する。このＳｉウェハー２の表面を（ｂ）に示すように酸化し酸化膜３を形成する。この酸化膜３の一方の表面にＸ線吸収体を形成するための、例えば、Ａｕ／Ｃｒからなるシード層４を形成する（（ｃ）参照）。次いで、（ｄ）に示すように、エポキシ樹脂等のＸ線透過材をスピンコートして、Ｘ線透過膜５を形成する。このＸ線透過膜５等が表面に形成された基板２に電子ビーム描画法を行う、図示しない電子ビーム描画装置内のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って移動自在であるとともに各軸を軸心として回転自在のテーブルに設置する。そして、このテーブルを移動させることで、このＸ線透過膜５の表面を加工し、この表面にＸ線吸収体６が所望の断面形状となるよう溝９を形成する（（ｅ）参照）。
【００２１】
次に、この溝９に電気メッキにより必要な吸収層厚になるまでＸ線吸収体、例えばＡｕ等をメッキしてＸ線吸収体６を形成する（（ｆ）参照）。そして、このＸ線吸収体６のパターンを保護、保持するために再度この表面にＸ線透過材、例えば、エポキシ樹脂等をスピンコートして、保護膜７を形成する。
【００２２】
一方Ｓｉウエハー２の裏面から通常の紫外線によるフォトリソグラフィーによってフレームのパターニングを行いメンブレン部分の酸化膜３をエッチングで除去する。次いで、基板となるＳｉウェハー２及びシード層４のエッチングを行い、これらを除去してＸ線マスク１を形成する（（ｈ）参照）。これによって、Ｘ線吸収体６の断面が四角形以外の形状、本実施形態例においては、断面が逆三角形のＸ線マスクとできる。なお、用途によってはメンブレン部分のシード層４を、除去せずに残しておいても良い。また、基板２は、Ｓｉウェハーに限定されるものではない。さらに、基板２の表面に形成する酸化膜３は特に必要なものではないが、フレーム作製時のマスクの役割をするため、本実施形態においては好ましい一例として示した。このような、Ｘ線マスク１を使用して形成した三次元微細構造体の一例を図３に示す。図３（ａ）は、テーパー形状を有した三次元微細構造体の一部の拡大写真である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の三次元微細構造体の拡大倍率を小さくした写真であり、微細構造体の高さが中央から左右にかけて浅くなっている様子を示す。Ｘ線マスク１と図７のＸ線透過強度を変化させるメッシュタイプのＸ線マスクの組み合わせで可能となった例である。図３（ｃ）は、底辺部が大きく、先細り状にテーパーを有して延びた高アスペクト比の三次元微細構造体の写真を示す図である。
【００２３】
ここで、電子ビーム描画法によるＸ線透過膜５の表面の加工は、電子ビーム描画装置のテーブルがＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って移動自在であるとともに各軸を軸心として回転自在であるため、電子ビームが一方向にのみ照射される場合であっても、テーブルを移動させることによって、電子ビームの照射位置を自在に変更することができ、例えば、図４に示すような形状や、断面が半円形状、半楕円形状、台形形状等、自在に加工することが可能となる。図５には、図４に示す電子ビーム描画法によって形成されたＸ線透過膜５を用いた三次元微細構造体加工用Ｘ線マスクの作成方法について示す。
【００２４】
図５に示すように、電子ビーム描画法によって、図４に示すような形状のように、任意の形状にＸ線透過膜５の表面を加工して、表面に形成された溝にＸ線吸収体６を電気メッキ等によって形成する。次いで、基板２をエッチング等によって除去して、任意の形状のＸ線吸収体６を有するＸ線マスクとすることができる。
【００２５】
次に、Ｘ線吸収体６の断面形状の違いによるＸ線透過強度の違いを図６に示す。図６に示すように、例えば、断面形状が図６（ａ）の上段に示すような四角形状のように、均一な肉厚を有する場合、このＸ線吸収体６の投影部分のＸ線透過強度は、図６（ａ）の下段に示すように、一様なものとなる。一方、断面形状が図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように、均一な肉厚を有しない四角形状以外の、形状である場合、そのＸ線吸収体６の投影部分のＸ線透過強度は、各図の下段に示すように、円弧若しくは丸みを帯びた状態で分布する。このため、被加工物には、図６下段に示すような状態でＸ線が露光され、このＸ線透過強度に倣った形状に加工されることになる。
【００２６】
なお、実際の肉厚分布は、Ｘ線マスクに入る光（Ｘ線）の入射光分布や、レジストの感度率等の補正をフィードバックして得られるレジストの形状が所定の形状になることを予め考慮して、Ｘ線吸収体６の形状を決定する。
【００２７】
Ｘ線透過材８としては、エポキシ樹脂を使用することができ、特に好ましいのは、光反応性エポキシ樹脂である。この光反応性エポキシ樹脂は、化学的耐性が高く、Ｓｉエッチング液として使用される水酸化テトラメチルアンモニウム（以下、ＴＭＡＨという。）に対して耐性があり、フレーム形成時のエッチング処理の時に特殊な表面保護をする必要がなくなる。このため、製造コストの低減はもちろんであるが、量産性を向上させることができるため、更なる製造コストの低減が可能となる。
【００２８】
なお、Ｘ線吸収体６の断面形状は、本実施形態例に示す形状に限定されるものではなく、例えば、円形や六角形であってもよい。この場合、それぞれ表面に半円形もしくは台形形状の溝を電子ビーム描画法で形成し、各溝内にＸ線吸収体を電気メッキ等によって形成した後、いずれか一方もしくは両方の表面にエポキシ樹脂等を塗布した後、各Ｘ線吸収体が重なるように積層することで作製が可能である。
【００２９】
次に、図７を参照しつつ、本発明の三次元微細構造体加工用Ｘ線マスクの第２の実施形態例について示す。
【００３０】
図７は、本実施形態例におけるＸ線マスク１の部分拡大図であり、マイクロオーダー又はナノオーダーのメッシュが形成され、そのメッシュ１１の任意のマス目にＸ線吸収体１２であるＡｕ等が貼付されているものである。
【００３１】
このＸ線マスク１０のメッシュ１１は、例えば、ＬＩＧＡプロセス等によって形成することが可能であり、その作製方法は、特に限定されない。Ｘ線を透過する材料であれば、その材料も特定されるものではない。
【００３２】
本実施形態におけるＸ線マスク１０は、このメッシュ１１の任意のマス目にＸ線吸収体１２を貼付することによって、このＸ線マスク１０を透過したＸ線の透過強度が異なるようにしたものである。これによって、被加工物を露光するＸ線透過強度が変化し、被加工物の加工深さが異なるようになる。したがって、被加工物の加工形状にあわせてＸ線吸収体１２の貼付場所を予め決めることで任意の三次元微細構造体を加工することが可能となる。
【００３３】
また、このＸ線マスク１０を、Ｘ線が照射されている際に、マイクロオーダー又はナノオーダーで振動させる。これによって、Ｘ線マスクのＸ線が透過される投影部分と、Ｘ線が透過されない投影部分との境界線が暈されて、Ｘ線の露光部分が広がり、Ｘ線が透過される投影部分と、Ｘ線が透過されない投影部分との境界線部分の加工面を曲面とすることができる。
【００３４】
また、前述の第１の実施形態例に係るＸ線マスク１と組み合わせて使用することで、より複雑な形状の微細構造体とすることも可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、例えばＸ線マスクをメッシュ状とし、メッシュの任意のマス目にＸ線吸収体を貼付し、Ｘ線マスクを透過するＸ線の透過強度を変化させることによって、被加工物に露光するＸ線の強度を変化させて、一枚のＸ線マスクによって曲面を有した三次元微細構造体を形成することが可能となる。このため、製造時間の大幅な短縮が可能となるとともに、工業化も可能となる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る三次元微細構造体加工用Ｘ線マスクの第１の実施形態の一例を示す断面図である。
【図２】  本発明に係る三次元微細構造体加工用Ｘ線マスクの実施形態の一例の製造工程を説明するための図である。
【図３】  本発明に係る三次元微細構造体加工用Ｘ線マスクの実施形態の一例で形成された三次元微細構造体の顕微鏡写真を示す図である。
【図４】  電子ビーム描画法によって加工されるＸ線吸収体の一実施形態例を示す図である。
【図５】  電子ビーム描画法によって加工されたＸ線吸収体を有するＸ線マスクの作製方法を説明するための図である。
【図６】  Ｘ線吸収体の断面形状の違いによるＸ線透過強度の違いを説明するための図である。
【図７】  本発明に係る三次元微細構造体加工用Ｘ線マスクの第２の実施形態例を示す概略図である。
【符号の説明】
１  Ｘ線マスク
２  基板
３  酸化膜
４  シード層
５  Ｘ線透過膜
６  Ｘ線吸収体
７  保護膜
８  Ｘ線吸収材
９  溝
１０  Ｘ線マスク
１１  メッシュ
１２  Ｘ線吸収体
【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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【図６】
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【図７】
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