Machining method using high speed atomic beam

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被加工体の表面を加工形状のパターン穴が形成された遮蔽体で覆い、該パターン穴を通して、高速原子線、或いは該高速原子線に加え光エネルギー等を直接照射し、そのパターン形状を被加工体に形成する高速原子線を用いた加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、この種の一般的な加工技術として切削バイト、化学反応、或いは収束ビ−ムを利用した切削等がある。 又、特に半導体分野の微細加工においてはレジストを利用したドライエッチングやウエットエッチングが用いられている。

【０００３】従来のこの種の加工においては、加工材料や加工寸法・精度に対応して上記の種々の加工方法が採用されている。 従来の加工方法の一例として、加工精度や高度な表面処理技術が要求される半導体デバイス製造に用いられる微細加工技術について次に述べる。

【０００４】図８は従来のレジストを使用した微細加工の工程例を示す図である。 先ず初めに加工基板１にレジスト材２をコ−ティングする（工程１）。 次に、フォトマスク３を介在させて紫外線４を照射し、フォトマスク３に形成されているパタ−ン穴３ａをレジスト材２に転写する（工程２）。 次に、現像することにより、パターン穴３ａを通して紫外線４が照射された部分のレジスト材２を除去する（工程３）。 次に、プラズマ中のイオンやラジカル種を利用して加工基板１の上のレジスト材２
がない部分の異方性エッチングを行ない（工程４）、最後にレジスト材２を除去する（工程５）。

【０００５】以上の工程を経て加工基板１の表面にフォトマスク３のパターン穴３ａと同形の穴１ｃを形成して微細加工が行われる。 通常はこの工程を繰り返して基板上に半導体デバイスが製作される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の通り従来の加工方法では工程が煩雑になり、特に各部の深さ方向の異なる構造を正確な精度で加工することは非常に困難であるという問題があった。

【０００７】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題点を除去し、様々なパタ−ンの加工を効率的に行うことができる高速原子線を用いた加工方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため本発明は、被加工体の表面を該表面に密着させ又は該表面から所定距離離してパターン穴を形成した遮蔽体で覆い、該遮蔽体に大きな運動エネルギーで飛翔する原子又は分子からなる高速原子線を照射し、該遮蔽体のパターン穴を通って被加工体の表面に照射される高速原子線により、該被加工体を加工することを特徴とする。

【０００９】また、遮蔽体を被加工体に対して移動し、
被加工体の任意の位置に高速原子線を照射し、該被加工体を加工することを特徴とする。

【００１０】また、被加工体を遮蔽体に対して移動し、
被加工体の任意の位置に高速原子線を照射し、該被加工体を加工することを特徴とする。

【００１１】また、同一被加工体の表面を異なるパターン穴が形成された遮蔽体で順次覆い、その都度前記高速原子線を照射して被加工体を加工することを特徴とする。

【００１２】また、前記高速原子線に加え、光エネルギー、レーザー光、放射線、Ｘ線、電子線及びイオンビームの１又は２以上を組み合わせて用いることを特徴とする。

【００１３】

【作用】常温の大気中で熱運動をしている原子・分子は概ね０．０５ｅＶ前後の運動エネルギ−を有している。
これに較べてはるかに大きな運動エネルギ−で飛翔する原子・分子を高速原子と呼び、それが一方向にビ−ム状に流れる場合に高速原子線という。 高速原子線を用いた加工では、高速原子線が電気的に中性であるために金属や半導体ばかりでなく、荷電粒子を用いた加工技術が不得意とするプラスチック、セラミックスなどの絶縁物を加工対象とした場合に威力がある。

【００１４】本発明は、予め該高速原子線が通過するパタ−ン穴が形成された遮蔽体で被加工体の表面を覆い、
該パターン穴を通して高速原子線を照射すると、被加工体の表面がパタ−ン穴状に直接加工されるので、従来のレジスト塗布及びレジストパタ−ン形成工程なしに被加工体上に任意形状のパタ−ンを加工することが出来る。

【００１５】また、加工部の深度は高速原子線の照射時間に依存するのでパタ−ンの異なる複数の遮蔽体を用い照射時間を変えて高速原子線を照射すると深度の異なる３次元的な加工も可能となる。

【００１６】また、高速原子線に加え、光エネルギー、
レーザー光、放射線、Ｘ線、電子線及びイオンビームの１又は２以上を組み合わせて用いることにより、光エネルギー、レーザー光、放射線、Ｘ線、電子線、イオンビームを照射することにより、被加工体表面に化学反応性の高い低エネルギーのイオンラジカルが吸着され、加工速度が高まる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 図１は本発明の高速原子線を用いた加工工程を説明するための図である。 図において、１は加工基板（被加工体）であり、該加工基板１の上には加工形状のパターン穴５ａが形成された遮蔽体５が載置されている。 ８は高速原子線７を照射する高速原子線発生装置であり、該高速原子線７の照射時間はタイマ９で設定される。 ここで遮蔽体５は、精度の良い板状の材料、例えばステンレス等の金属板にパタ−ン穴５ａが精度良く加工されており、パタ−ン穴５ａを通過して加工基板１の表面に高速原子線７の照射を行う事が出来るものである。

【００１８】図１に従って本発明の加工工程を説明する。 加工基板１の表面上にマスクパタ−ンが形成された遮蔽体５を設置し、高速原子線発生装置８から高速原子線７を遮蔽体５に照射する。 これにより高速原子線７は遮蔽体５のパタ−ン穴５ａを通り加工基板１の表面に照射され、加工基板１の表面のパタ−ン穴５ａと同形状の穴１ａが形成される（工程１）。 穴１ａの深さｄ ₁は高速原子線７の照射時間、即ちタイマ９の設定時間で決まる。

【００１９】次に遮蔽体５と交換し、異なるパタ−ン穴６ａが形成された遮蔽体６を加工基板１の上に設置し前記手順と同じ手順で加工を行うことにより、加工基板１
の表面にパターン穴６ａと同形状の穴１ｂが形成される（工程２）。 その時、タイマ９で高速原子線７の照射時間を変えることにより穴１ａの深さｄ ₂を制御し、穴１
ａとは異なった深さの穴１ｂを形成できる（工程３）。

【００２０】上述したように、パタ−ン穴５ａが形成された遮蔽体５を用い、高速原子線７を加工基板上１の表面に直接照射することにより、従来のレジスト塗布及びレジストパタ−ン形成工程とそれに伴う薬品処理を無用とすることが出来る。

【００２１】尚、上記例では遮蔽体５及び遮蔽体６を加工基板（被加工体）１の表面上に密着させた高速原子線７を照射する場合を示したが、遮蔽体５及び遮蔽体６は加工基板（被加工体）１の表面から所定距離離して配置し、高速原子線発生装置８から高速原子線７を照射するようにしてもよい。

【００２２】また、本発明の加工方法によれば、図２
（ａ）、（ｂ）に示すように、異なるパターン穴１１ａ
及び１２ａが形成された遮蔽体１１及び１２に対して、
被加工体１０を移動（回転）させ、遮蔽体１１及び１２
のパターン穴１１ａ及び１２ａを通して高速原子線７を照射し、被加工体１０の異なる面にパターン穴１１ａ及び１２ａと同形状の加工をすることができる。

【００２３】また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、
パターン穴１１ａが形成された遮蔽体１１を被加工体１
０の加工面に対向（加工面から所定距離離して或いは加工面に密着）させて配置し、高速原子線７を照射し、該加工面にパターン穴１１ａと同形状の加工を施し、更に該被加工体１０の同一加工面に対向してパターン穴１２
ａが形成された遮蔽体１２を配置し、高速原子線７を照射することにより、被加工体１０の前記パターン穴１１
ａと同形状の加工を施した部分に更にパターン穴１２ａ
と同一形状の加工を施すことができる。

【００２４】また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、
パターン穴１１ａが形成された遮蔽体１１と被加工体１
０を対向して配置し、高速原子線７を照射し、続いて遮蔽体１１又は被加工体１０を移動させて、高速原子線７
を照射することにより、被加工体１０の同一加工面の異なる位置にパターン穴１１ａと同一形状の加工をすることができる。

【００２５】また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、
パターン穴１２ａが形成された遮蔽体１２と被加工体１
０を対向して配置し、高速原子線７を照射し、続いて異なるパターン穴１１ａが形成された遮蔽体１１の位置に被加工体１０を移動させ又は遮蔽体１１を異なる位置に対向して配置し、高速原子線７を照射することにより、
被加工体１０の同一加工面の異なる位置に異なるパターン穴１２ａ及び１１ａと同一形状の加工をすることができる。

【００２６】また、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、
異なるパターン穴１２ａ及び１１ａが形成された遮蔽体１２及び１１と被加工体１０の加工面が対向するようにし、被加工体１０を移動及び回転させ或いは遮蔽体１２
及び１１を配置し、高速原子線７を照射することにより、被加工体１０の異なる加工面の異なる位置に異なるパターン穴１２ａ、１１ａの加工を施すことができる。

【００２７】また、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、
異なるパターン穴１１ａ及び１３ａが形成された遮蔽体１１及び１３を被加工体１０の異なる加工面に対向して配置し、高速原子線７を照射し、その後被加工体１０を回転し、異なる加工面にパターン穴１２ａが形成された遮蔽体１２を対向して配置し高速原子線７を照射することにより、被加工体１０の異なる加工面に異なるパターンの加工を施すことができる。

【００２８】上記のように本発明の加工方法によれば、
異なるパターンの形成された遮蔽体と被加工体の加工面を被加工体の回転移動或いは遮蔽体の移動配置により対向して配置し、高速原子線７を照射することにより、被加工体１０の３次元的な加工ができる。

【００２９】また、上記実施例では高速原子線発生装置８から、高速原子線７を照射する例を示したが、本発明の加工方法はこれに限定されるものではなく、この高速原子線に加え、光エネルギー、レーザー光、放射線、Ｘ
線、電子線及びイオンビームの１又は２以上を組み合わせて照射するようにしても良い。 これにより、これら光エネルギー、レーザー光、放射線、Ｘ線、電子線、イオンビームにより加工基板１や被加工体１０の表面に化学反応性の高い低エネルギーのイオンラジカルが吸着され、加工速度が高まる。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によれば、下記のような優れた効果が期待される。 （１）従来の微細加工においては、レジスト塗布及びレジストパタ−ン形成工程では、レジスト塗布、露光及び現像によるレジストパタ−ン形成、べ−キング等、大変複雑で手間のかかる工程が必要であり各工程を行うための装置を使用しなければならないが、本発明の高速原子線とパタ−ン穴が形成された遮蔽体を用いる加工方法では、レジスト塗布及びレジストパタ−ン形成工程は必要とせず、しかも同一真空容器中で加工基板上にパタ−ン形状を加工することが可能となり加工時間及び工程が短縮され、更に真空中で全ての工程を行うことにより、クリ−ンで且つ加工効率も向上する。

【００３１】（２）又、本発明では高速原子線の照射時間を制御し加工深度を制御することが可能となるため深さ方向に構造を持つ基板の加工が簡便に出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高速原子線を用いた加工方法の加工工程例を示す図である。

【図２】本発明の高速原子線を用いた加工方法の加工工程例を示す図である。

【図３】本発明の高速原子線を用いた加工方法の加工工程例を示す図である。

【図４】本発明の高速原子線を用いた加工方法の加工工程例を示す図である。

【図５】本発明の高速原子線を用いた加工方法の加工工程例を示す図である。

【図６】本発明の高速原子線を用いた加工方法の加工工程例を示す図である。

【図７】本発明の高速原子線を用いた加工方法の加工工程例を示す図である。

【図８】従来のレジストを使用した微細加工の工程例を示す図である。

【符号の説明】

１ 加工基板 ２ レジスト材 ３ フォトマスク ４ 紫外線 ５ 遮蔽体 ６ 遮蔽体 ７ 高速原子線 ８ 高速原子線発生装置 ９ タイマ １０ 被加工体 １１ 遮蔽体 １２ 遮蔽体 １３ 遮蔽体