物理的除去加工と化学的除去加工を併用した3次元マイクロ構造形成法に関する研究

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本研究では,摩擦力顕微鏡機構および集束イオンビームによるナノスケール機械加工と化学エッチングを併用した3次元極微細構造形成について検討した.摩擦力顕微鏡機構によりナノスケール機械加工を行った単結晶シリコンをKOH水溶液でエッチング処理すると,加工部にマスキング作用が発現し,凸状の微細構造を形成できる.このメカニズムを解明するため,TEM,SIMS等による加工部の構造分析を行った.その結果,加工部には厚さ約20nmのシリコンのアモルファス層が形成され,その領域がKOH水溶液に対してマスクとして作用することがわかった.さらに加工を行った単結晶シリコンをHF水溶液でエッチング処理すると,加工部が選択的にエッチングされ凹み状の微細構造が形成される.この原理を応用して加工条件によってマスキング作用の強弱が変化するメカニズムについて検討した.その結果,垂直荷重によって生じるマスキング作用の強弱は,マスク層の厚さの変化に起因することがわかった.一方,走査線送り量によるマスキング作用の強弱は,結晶性の変化に起因することがわかった.集束イオンビーム照射によりナノスケール機械加工を行った単結晶シリコンをHF水溶液でエッチング処理すると,加工部が選択的にエッチングされ凹み上の微細構造を形成できる.この原理を応用して,照射条件により微細構造の深さを制御することで3次元微細構造の形成を試みた.その結果,イオンビーム照射のドーズ量,加速電圧により微細構造の深さを制御できることがわかった.またドーズ量が小さい場合,照射部のエッチングは進行せず,ドーズ量の増加にともないエッチングが急激に進行することがわかった.この結果を応用して,3次元微細構造を形成できることを示した.