JP2000229228A - 多孔質メンブレンおよびその作製方法 - Google Patents

多孔質メンブレンおよびその作製方法

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JP2000229228A
JP2000229228A JP11032307A JP3230799A JP2000229228A JP 2000229228 A JP2000229228 A JP 2000229228A JP 11032307 A JP11032307 A JP 11032307A JP 3230799 A JP3230799 A JP 3230799A JP 2000229228 A JP2000229228 A JP 2000229228A
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porous
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porous membrane
pores
porous film
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JP11032307A
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English (en)
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Masashi Nakao
正史 中尾
Satoru Oku
哲 奥
Matsuyuki Ogasawara
松幸 小笠原
Toshiaki Tamamura
敏昭 玉村
Hideki Masuda
秀樹 益田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多孔質膜の厚さが薄いときにも機械的強度が
大きくし、また多孔質被膜の厚さが薄いときにも大面積
の多孔質メンブレンを得る。 【解決手段】 アルミナからなりかつ多数の貫通する細
孔が形成された多孔質膜1の周辺部分にアルミニウムか
らなる枠4を設ける。また、アルミニウムからなる基板
の表面を陽極酸化してアルミナからなりかつ細孔を有す
る多孔質被膜を形成し、基板の一部をドライエッチング
法により除去して多孔質被膜を露出させることにより枠
4を設け、多孔質被膜の細孔の底部を除去することによ
り多孔質膜1を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は多孔質メンブレンお
よびその作製方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図10は従来の多孔質メンブレンの一部
を示す正断面図、図11は図10に示した多孔質メンブ
レンの一部を示す平面図である。図に示すように、多孔
質メンブレンはアルミナ(Al23)からなる多孔質膜
31からなり、多孔質膜31は多数のセル32を有して
おり、セル32の中央部に細孔33が形成されている。
【0003】このような多孔質メンブレンは、流体の分
離やろ過を行なうフィルタとして使用することができ
(木村尚史、表面技術、Vol. 45, No. 11, p. 1080-108
3, 1994)、また最近では半導体ウェハの表面を微細加
工する際のマスクとしても利用されている(M. Nakao,
S. Oku, T. Tamamura, K. Yasui, and H. Masuda, Conf
erence Proceedings of IPRM '98, p. 781-784, 199
8)。
【0004】つぎに、図12により図10、図11に示
した多孔質メンブレンの作製方法(黒田孝一、表面技
術、Vol. 40, No. 5, p. 685-689, 1989)について説明
する。まず、図12(a)に示すように、アルミニウムか
らなる基板41の表面を陽極酸化して、アルミナからな
りかつ細孔33を有する多孔質被膜42を形成する。つ
ぎに、図12(b)に示すように、電圧のバイアス方向を
反転させ、基板41と多孔質被膜42との界面に水素の
気泡を発生させることにより、基板41から多孔質被膜
42を剥離する。つぎに、多孔質被膜42の細孔33の
底部(バリア層)43をリン酸を用いたウエットエッチ
ングまたは研磨により除去することにより、多孔質膜3
1を形成する。
【0005】このような多孔質メンブレンの作製方法に
おいては、陽極酸化の条件により細孔33の間隔を数n
mから数百nmの範囲で制御することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図10、図1
1に示した多孔質メンブレンにおいては、多孔質膜31
の厚さが薄いときには、機械的強度が低下する。
【0007】また、図12により説明した多孔質メンブ
レンの作製方法においては、電圧のバイアス方向を反転
させて基板41と多孔質被膜42との界面に水素の気泡
を発生させる際に、水素の発生量が基板41の位置によ
って相違し、水素の発生量が多いところから多孔質被膜
42が剥離し、多孔質被膜42の剥離した部分に大きな
応力が作用するから、多孔質被膜42の厚さが数μm程
度と薄いときには、多孔質被膜42の早期に剥離した部
分が壊れてしまい、大面積の多孔質メンブレンを得るこ
とができない。
【0008】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、多孔質膜の厚さが薄いときにも機械的強度
が大きな多孔質メンブレンを提供することを目的とし、
また多孔質被膜の厚さが薄いときにも大面積の多孔質メ
ンブレンを得ることができる多孔質メンブレンの作製方
法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、多孔質メンブレンにおいて、ア
ルミナからなる多孔質膜にアルミニウムからなる枠を設
ける。
【0010】また、多孔質メンブレンの作製方法におい
て、アルミニウムからなる基板の表面を陽極酸化してア
ルミナからなる多孔質被膜を形成する工程と、上記基板
の一部または全部をドライエッチング法により除去して
上記多孔質被膜を露出させる工程と、上記多孔質被膜の
細孔の底部を除去する工程とを行なう。
【0011】また、多孔質メンブレンの作製方法におい
て、アルミニウムからなる基板の表面に多数の圧痕を形
成する工程と、上記基板の上記表面を陽極酸化してアル
ミナからなる多孔質被膜を形成する工程と、上記基板の
一部または全部をドライエッチング法により除去して上
記多孔質被膜を露出させる工程と、上記多孔質被膜の細
孔の底部を除去する工程とを行なう。
【0012】これらの場合、上記ドライエッチング法で
用いるエッチングガスを臭素系ガスとする。
【0013】この場合、上記エッチングガスにIII族金
属を添加する。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係る多孔質メンブ
レンを示す一部切断概略斜視図、図2は図1に示した多
孔質メンブレンを示す概略平面図、図3は図1に示した
多孔質メンブレンを示す概略正断面、図4は図3の一部
詳細図である。図に示すように、アルミナからなる多孔
質膜1は多数のセル2を有しており、セル2の中央部に
は上下方向に貫通する細孔3が形成され、多孔質膜1の
周辺部分に枠4が設けられている。そして、多孔質膜1
はアルミニウムからなる基板の表面を陽極酸化して形成
されたものであり、枠4は陽極酸化した基板の一部を除
去することにより形成されたものである。多孔質メンブ
レンの作製方法については後で説明する。
【0015】図5は本発明に係る他の多孔質メンブレン
を示す図である。図5(a)〜(c)に示すように、多孔質
膜1にアルミニウムからなる日字状の枠5、アルミニウ
ムからなる田字状の枠6またはアルミニウムからなりか
つ中央部にX字状の部分を有する枠7を設けてもよい。
また、図5(d)に示すように、円形の領域のみ基板のア
ルミニウムを除去して多孔質膜1とし、円形の領域以外
は枠8としてアルミニウムを残してもよい。このよう
に、アルミニウムからなる枠は多孔質膜1を支えるとい
う目的以外の目的で設けてもよく、目的用途に応じて枠
の配置を変えることができる。
【0016】これらの多孔質メンブレンにおいては、多
孔質膜1に枠4〜8が設けられているから、多孔質膜1
の厚さがたとえば1μm程度と薄いときにも機械的強度
が大きいので、半導体ウェハの表面を微細加工する際の
マスクに用いることができる。
【0017】つぎに、図1〜図4に示した多孔質メンブ
レンの作製方法すなわち本発明に係る多孔質メンブレン
の作製方法を図6、図7により説明する。まず、図6
(a)に示すように、アルミニウムからなる基板11の表
面をシュウ酸(C224)を電解液として陽極酸化す
ることにより、アルミナからなりかつ細孔3を有する多
孔質被膜12を形成する。この場合、基板11の表面を
陽極酸化すると、陽極酸化膜の生成と生成した陽極酸化
膜の溶解とが同時に進行し、独自な多孔質構造の多孔質
被膜12が形成される。すなわち、陽極酸化の開始初期
の基板11の表面に生成された陽極酸化膜には、溶解作
用による微少なピットがランダムに発生するが、陽極酸
化の進行にともなっていくつかのピットが優先的に成長
し、優先的に成長したピットがほぼ等間隔に配列するよ
うになる。そして、一旦ピットが形成された部分には他
の部分に比較して高い電場がかかり、しかも陽極酸化膜
にかかる電場が高いと、イオンの移動が加速されること
により陽極酸化膜の溶解は促進されるから、陽極酸化膜
には成長とともに選択的に溶解されて細孔3となる部分
と、細孔3を取り囲むように溶解溶解されずに残される
外壁の部分とが形成され、それぞれの外壁の部分がぼぼ
均一な力でバランスしながら成長することにより、独特
なハニカム構造が形成される。この結果、陽極酸化によ
り形成した多孔質被膜12は細孔3がほぼ等間隔に並行
して形成された多孔質構造をとる。なお、多孔質被膜1
2の幾何学構造は作製条件により制御することができ
る。すなわち、細孔3の間隔は陽極酸化時の電圧に比例
して増加する。また、細孔3の深さは陽極酸化時間に比
例して増加する。つぎに、図6(b)に示すように、基板
11の裏面すなわち多孔質被膜12を形成した面とは反
対側の面にフォトリソグラフィにより誘電体からなるマ
スク14を形成する。つぎに、図6(c)に示すように、
マスク14を形成した基板11をドライエッチング装置
に装填して、ドライエッチング法すなわちエッチングガ
スとして臭素(Br2)ガスを用い、エッチングガスにI
II族元素のガリウム(Ga)を添加した反応性ビームエ
ッチング(Reactive Beam Etching、RBE)法によ
り、基板11の一部すなわちマスク14で覆われた部分
以外の部分を選択的に除去して、枠4を形成する。この
場合、臭素ガスの分圧が0.47mTorr、臭素ガスをイ
オン化するマイクロ波パワーが100W、ビームの加速
電圧が385V、試料温度が160℃の条件の下で60
分間エッチングする。また、アルミナのエッチング速度
がアルミニウムのそれに較べ非常に小さいから、基板1
1と多孔質被膜12との界面でエッチングが止まる。つ
ぎに、図7(a)に示すように、多孔質被膜12の表面を
レジスト等(図示せず)で保護したのち、多孔質被膜1
2の細孔3の底部13をリン酸を用いたウエットエッチ
ングまたは研磨により除去することにより、多孔質膜1
を形成する。最後に、図7(b)に示すように、枠4から
マスク14を除去する。
【0018】この多孔質メンブレンの作製方法において
は、反応性ビームエッチング法により基板11を除去す
るから、基板11が均一に除去されるので、多孔質被膜
12の一部に大きな応力が作用することがない。このた
め、多孔質被膜12の厚さが薄いときにも大面積の多孔
質メンブレンを得ることができる。また、エッチングガ
スとして臭素ガスを用いているから、基板11の除去に
要する時間(エッチング時間)を短縮することができ
る。また、エッチングガスである臭素ガスにガリウムを
添加しているから、臭素とアルミニウムとの反応を促進
することができるので、基板11の除去に要する時間を
さらに短縮することができる。また、底部13を除去す
る際に、多孔質被膜12の表面をレジスト等で保護する
から、細孔3の径が大きくなったり、多孔質被膜12の
厚さが薄くなったりするのを防止することができる。
【0019】つぎに、本発明に係る他の多孔質メンブレ
ンの作製方法を図8により説明する。まず、図8(a)に
示すように、SiC基板上に電子ビームリソグラフィー
で図9に示すように周期的に配列(正方配列(図9
(a)、(b))、六方配列(図9(c))、三方配列(図9
(d)))した多数の突起23を設けたモールド22を作
製し、モールド22をアルミニウムからなる基板21の
表面上に配置したのち、250kgfの圧力を加えてモ
ールド22と基板21とを密着させる。つぎに、図8
(b)に示すように、基板21からモールド22を引き離
す。この場合、基板21の表面に多数の圧痕24が形成
される。つぎに、図8(c)に示すように、基板21の圧
痕24が形成された表面を陽極酸化することにより、ア
ルミナからなりかつ細孔27を有する多孔質被膜25を
形成する。この場合、他の部分よりも圧痕24の部分に
かかる電場が大きくなるから、圧痕24の部分における
陽極酸化膜の溶解が優先的に進行するので、圧痕24の
位置に細孔27が形成される。これ以降の工程は図6、
図7により説明した多孔質メンブレンの作製方法と同様
である。
【0020】この多孔質メンブレンの作製方法において
は、基板21の表面に圧痕24を形成するから、細孔2
7を形成する位置を制御することができるので、多孔質
メンブレンを半導体ウェハの表面を微細加工する際のマ
スクに用いることができる。
【0021】なお、上述実施の形態においては、ドライ
エッチング法として反応性ビームエッチングを用いた
が、ドライエッチング法として平行平板型プラズマエッ
チング法等を用いてもよい。また、上述実施の形態にお
いては、ドライエッチング法のエッチングガスとして臭
素ガスを用いたが、エッチングガスとして臭素系ガス、
塩素系ガス(CCl4,BCl3)等を用いてもよい。ま
た、上述実施の形態においては、基板11の一部を除去
したが、基板11の全部を除去してもよい。
【0022】
【発明の効果】本発明に係る多孔質メンブレンにおいて
は、多孔質膜に枠が設けられているから、多孔質膜の厚
さが薄いときにも機械的強度が大きい。
【0023】また、本発明に係る多孔質メンブレンの作
製方法においては、ドライエッチング法により基板を除
去するから、多孔質被膜の一部に大きな応力が作用する
ことがないので、多孔質被膜の厚さが薄いときにも大面
積の多孔質メンブレンを得ることができる。
【0024】また、アルミニウムからなる基板の表面に
多数の圧痕を形成したときには、細孔を形成する位置を
制御することができる。
【0025】また、ドライエッチング法で用いるエッチ
ングガスを臭素系ガスとしたときには、基板の除去に要
する時間を短縮することができる。
【0026】また、ドライエッチング法で用いるエッチ
ングガスを臭素系ガスとし、エッチングガスにIII族金
属を添加したときには、臭素とアルミニウムとの反応を
促進することができるから、基板の除去に要する時間を
さらに短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る多孔質メンブレンを示す一部切断
概略斜視図である。
【図2】図1に示した多孔質メンブレンを示す概略平面
図である。
【図3】図1に示した多孔質メンブレンを示す概略正断
面である。
【図4】図3の一部詳細図である。
【図5】本発明に係る他の多孔質メンブレンを示す概略
図である。
【図6】本発明に係る多孔質メンブレンの作製方法の説
明図である。
【図7】本発明に係る多孔質メンブレンの作製方法の説
明図である。
【図8】本発明に係る他の多孔質メンブレンの作製方法
の説明図である。
【図9】本発明に係る他の多孔質メンブレンの作製方法
の説明図である。
【図10】従来の多孔質メンブレンの一部を示す正断面
図である。
【図11】図10に示した多孔質メンブレンの一部を示
す平面図である。
【図12】図10、図11に示した多孔質メンブレンの
作製方法の説明図である。
【符号の説明】
1…多孔質膜 3…細孔 4…枠 5…枠 6…枠 7…枠 8…枠 11…基板 12…多孔質被膜 13…底部 21…基板 24…圧痕 25…多孔質被膜 27…細孔
フロントページの続き (72)発明者 小笠原 松幸 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 玉村 敏昭 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 益田 秀樹 東京都八王子市別所2−13−2−510 Fターム(参考) 4D006 GA01 GA41 JA02B JA08A JA08C JB01 MA03 MA22 MA31 MC03X NA50 PC01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミナからなる多孔質膜にアルミニウム
    からなる枠を設けたことを特徴とする多孔質メンブレ
    ン。
  2. 【請求項2】アルミニウムからなる基板の表面を陽極酸
    化してアルミナからなる多孔質被膜を形成する工程と、
    上記基板の一部または全部をドライエッチング法により
    除去して上記多孔質被膜を露出させる工程と、上記多孔
    質被膜の細孔の底部を除去する工程とを含むことを特徴
    とする多孔質メンブレンの作製方法。
  3. 【請求項3】アルミニウムからなる基板の表面に多数の
    圧痕を形成する工程と、上記基板の上記表面を陽極酸化
    してアルミナからなる多孔質被膜を形成する工程と、上
    記基板の一部または全部をドライエッチング法により除
    去して上記多孔質被膜を露出させる工程と、上記多孔質
    被膜の細孔の底部を除去する工程とを含むことを特徴と
    する多孔質メンブレンの作製方法。
  4. 【請求項4】上記ドライエッチング法で用いるエッチン
    グガスを臭素系ガスとすることを特徴とする請求項2ま
    たは3に記載の多孔質メンブレンの作製方法。
  5. 【請求項5】上記エッチングガスにIII族金属を添加す
    ることを特徴とする請求項4に記載の多孔質メンブレン
    の作製方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003290637A (ja) * 2002-03-29 2003-10-14 Tdk Corp 混合伝導体積層素子の製造方法および混合伝導体積層素子
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KR100731549B1 (ko) 2006-07-21 2007-06-22 이노필터 주식회사 다공성 복합 세라믹 분리막 제조방법과, 이에 의해 제조된다공성 복합 세라믹 분리막
WO2017169717A1 (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 富士フイルム株式会社 検査デバイス、検査装置および検査方法

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