電子ビームリソグラフィによるCVDダイヤモンド薄膜の超微細パターン形成

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本研究で開発したダイヤモンドの微細パターンプロセスは、リフトオフ法に比べ、レジストとして用いるナフテン酸金属塩を直接マスクとして用いるので、金属膜を蒸着する工程を省くことができる。そのため金属膜の除去やスパッタリングによる残渣の影響が少なく、りん酸を用いることでパターン形成後のマスク除去が容易などの利点がある。しかしながら、ナフテン酸金属塩の露光感度は、一般に電子ビームレジストとして用いられているPMMAのそれよりも二桁小さく、選択比が10と小さいため、高感度と高選択比が見込まれるオクチル酸金属塩を提案し、酸素プラズマに対する耐性および露光特性について詳細に検討した。加工速度のガス流量依存性から、単体のナフテン酸金属塩膜および単体のオクチル酸金属塩膜の加工速度は、CVDダイヤモンド薄膜のそれと比べてほぼ等しく酸素プラズマに対して耐性がないことがわかった。そのため、単体のナフテン酸Y, Ba, Cuを1:2:3のモル比で調合し、複合のナフテン酸YBa_2Cu_3O_7を作製した。また同様に、単体のナフテン酸とオクチル酸のBaとTiおよび、BiとTiをそれぞれ1:1,4:3のモル比で調合し複合のナフテン酸およびオクチル酸のBaTiO_3,Bi_4Ti_3O_<12>を作製した。ナフテン酸YBa_2Cu_3O_7,BaTiO_3,Bi_4Ti_3O_<12>の選沢比は、それぞれ10.0,9.1,6.7が得られ、オクチル酸BiTiO_3,Bi_4Ti_3O_<12>膜の選択比は、それぞれ12.4,13.7が得られた。これらの中で、最も選択比の高いのはオクチル酸Bi_4Ti_3O_<12>膜であり、ナフテン酸金属塩膜の中では最も選択比の高かったナフテン酸YBa_2Cu_3O_7膜の約1.4倍になった。この結果から、オクチル酸Bi_4Ti_3O_<12>膜が最も選択比が高いことがわかり、これを用いてダイヤモンドの微細パターン形成を行うことにした。露光特性の結果から、オクチル酸金属塩膜の露光感度は、ナフテン酸金属塩膜よりも二桁高い値となり、またPMMAのそれとほぼ同じ感度が得られた。これよりオクチル酸金属塩とナフテン酸金属塩膜の最適露光条件をそれぞれ、5.4×10^<-4>C/cm^2、6.6×10^<-3>C/cm^2とした。ナフテン酸金属塩の中で最も選択比の高いナフテン酸YBa_2Cu_3O_7とオクチル酸金属塩の中で最も選択比の高いオクチル酸Bi_4Ti_3O_<12>をマスクとして、ナフテン酸金属塩とオクチル酸金属塩の最適露光条件、CVDダイヤモンドの最適加工条件(マイクロ波パワー,300W;酸素ガス流量;3sccm;バックグラウンドガス圧力,0.4Pa)でCVDダイヤモンド薄膜の微細パターン形成を行った。ナフテン酸YBa_2Cu_3O_7では線幅0.3imまでのパターンまでしか形成できなかったが、オクチル酸Bi__4Ti_3O_<12>では、線幅O.1imまでのパターンが形成できた。これは、オクチル酸金属塩の露光感度がナフテン酸金属塩のそれに比べ高く、γ値も高いためであると考えられる。