JP2001191182A

JP2001191182A - 微細加工方法および装置

Info

Publication number: JP2001191182A
Application number: JP2000001776A
Authority: JP
Inventors: Akiko Okubo; 彰子大久保; Masao Watanabe; 正夫渡辺
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2001-07-17

Abstract

(57)【要約】【課題】多層基板などの複合部材にもドリル装置では
困難な微細孔を形成できるようにする。【解決手段】加工対象に対向させた導電性の針状部材
１０１の先端に液体の分子種を供給し、この分子種に負
極の電圧を印加してトンネル効果を作用させる。このト
ンネル効果で分子種から発生した陽イオンを加工対象に
衝突させるので、この衝突する陽イオンにより加工対象
を微細加工することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層基板などの加
工対象にスルーホールなどを微細加工する微細加工方法
および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、加工対象の物性などに対応して各
種の微細加工が実施されており、例えば、多層基板にス
ルーホールを形成することがある。このようなスルーホ
ールは内面がメッキされて電路に利用されるため、その
内面は円滑に形成されている必要がある。

【０００３】しかし、多層基板は金属や樹脂やガラスな
どのように物性が相違する複数の部材が積層されている
ため、そこに内面が円滑な微細なスルーホールを形成す
ることは容易ではない。このため、多層基板にスルーホ
ールを形成する場合、現在では微細加工用の特殊なドリ
ル装置が利用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ドリルでは必
然的に一回で一個の孔しか形成できないが、現在では一
個の多層基板に数千個のスルーホールを形成することも
多々ある。しかも、ドリルは数百回程度の使用で交換す
る必要があるため、一個の多層基板の加工に数時間が必
要なこともある。

【０００５】さらに、現在では多層基板に直径が0.1(m
m)で深さが4.0(mm)のスルーホールを0.2(mm)の間隔で形
成するようなことが要求されつつあるが、これをドリル
で実現することは困難である。また、ドリルでは必然的
に特定サイズの丸孔しか形成することができず、微細な
矩形孔を形成するようなことは困難である。

【０００６】現在、ドリルより微細な加工が可能な手法
としては、収束イオンビーム(ＦＩＢ：Forcus Ion-Bea
m)法がある。収束イオンビーム法では、高電場によりガ
リウム等の金属原子からイオンを発生させ、このイオン
を電子光学的に収束させるとともに走査させて加工対象
に衝突させるので、このイオン衝突の物理エネルギによ
り加工対象をｎｍレベルで微細加工することができる。

【０００７】しかし、収束イオンビーム法を実現する微
細加工装置は、光学系や走査系の構造が複雑で巨大であ
り、一個の孔を形成する構造しか実現できない。また、
その加工サイズが微細すぎるため、直径が0.1(mm)のス
ルーホールを形成するには多大な時間が必要となる。さ
らに、収束イオンビーム法では、イオンの衝突エネルギ
しか加工に利用しないため、エネルギ効率が良好でなく
迅速な加工が困難である。

【０００８】例えば、イオンの化学反応を利用した加工
方法としては、反応性イオンエッチング(ＲＩＥ：React
ive Ion Etching)法がある。この反応性イオンエッチン
グ法では、加工対象と化学反応するＣＦ₄等の簡単な構
造の分子を36(MHz)程度の高周波電場でイオン化させ、
このイオンを静電界により加工対象に衝突させて物理エ
ネルギと化学反応とで加工を実行する。しかし、この反
応性イオンエッチング法では、加工対象の表面を広範囲
にエッチングすることしかできず、加工対象に微細孔を
形成することはできない。

【０００９】本発明は上述のような課題に鑑みてなされ
たものであり、多層基板などの加工対象にも多数の微細
な加工を迅速に実行できる微細加工方法および装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の微細加工装置
は、加工対象を保持する対象保持手段と、この対象保持
手段により保持された加工対象に対向する導電性の針状
部材と、この針状部材の先端近傍に位置する引出電極
と、針状部材の先端と加工対象の表面との間隙に位置す
る加速電極と、針状部材の先端部分に液体の分子種を供
給する分子供給手段と、引出電極に針状部材より高圧の
負極の電圧を印加するとともに加速電極に引出電極より
高圧の負極の電圧を印加する電圧印加手段と、を具備し
ている。

【００１１】従って、本発明の微細加工装置による微細
加工方法では、加工対象が対象保持手段により保持さ
れ、導電性の針状部材と対向される。このような状態で
分子供給手段により針状部材の先端部分に液体の分子種
が供給され、電圧印加手段により針状部材より高圧の負
極の電圧が引出電極に印加され、この引出電極より高圧
の負極の電圧が加速電極に印加される。そこで、針状部
材と引出電極との電位差により分子種から陽イオンが発
生するので、この陽イオンが引出電極と加速電極との電
位差により加速される。この加速された陽イオンが加工
対象に衝突するので、この衝突する陽イオンにより加工
対象が微細加工される。

【００１２】上述のような微細加工装置において、電圧
印加手段が針状部材を接地することも可能である。この
場合、針状部材の表面には分子種が直接に供給される
が、この針状部材には電圧が印加されないので、針状部
材の表面に供給される分子種が発火するようなことがな
い。

【００１３】上述のような微細加工装置において、電圧
印加手段は、分子種にトンネル効果を作用させる電位差
を針状部材と引出電極とに発生させ、分子種のトンネル
効果により発生する陽イオンを加速する電位差を引出電
極と加速電極とに発生させることも可能である。この場
合、針状部材と引出電極との電位差により分子種にトン
ネル効果が作用して陽イオンが発生し、この陽イオンが
引出電極と加速電極との電位差により加速されるので、
確実に分子種から陽イオンが発生して加速される。

【００１４】上述のような微細加工装置において、分子
種は、陽イオンが加工対象と反応する物質からなること
も可能である。この場合、分子種から発生した陽イオン
が加工対象と反応するので、加工対象は陽イオンの衝突
による物理的作用と反応による化学的作用との両方で加
工される。

【００１５】上述のような微細加工装置において、分子
種の物質がハロゲン元素を内包していることも可能であ
る。この場合、分子種からハロゲン元素の陽イオンが発
生するので、このハロゲン元素の陽イオンが加工対象の
各種の物質と反応する。

【００１６】なお、本発明で云う各種手段は、その機能
を実現するように形成されていれば良く、例えば、専用
のハードウェア、適正な機能がプログラムにより付与さ
れたコンピュータ、適正なプログラムによりコンピュー
タの内部に実現された機能、これらの組み合わせ、等を
許容する。

【００１７】ここで、本発明の基本原理を図３ないし図
５を参照して以下に簡単に説明する。なお、図３は金属
表面に分子が接近した状態の金属バンドモデルを示す模
式図、図４は金属に高圧な負極の電位が印加された状態
の金属バンドモデルを示す模式図、図５は金属に高圧な
正極の電位が印加された状態の金属バンドモデルを示す
模式図、である。

【００１８】まず、針状部材の先端に分子種が供給され
ているように、複数の原子からなる分子が金属の表面に
付着しているとき、図３に示すように、金属と分子との
間には真空障壁が存在しているため、金属と分子との間
で電子が交換されることはない。

【００１９】しかし、このような状態から金属に正極の
電力を供給すると、その電圧の上昇とともに真空障壁の
厚さが減少することになり、図４に示すように、ついに
はトンネル効果が作用して金属から外部に電子が放射さ
れることになる。これは電界電子放射と呼称されてお
り、電子顕微鏡などに利用されている。

【００２０】反対に、金属に負極の電力を供給しても、
その電圧の上昇とともに真空障壁の厚さが減少すること
になり、図５に示すように、ついにはトンネル効果が作
用して分子から金属に電子が移動するため、分子は陽イ
オンとなり強電場により吹き飛ばされてイオン流が発生
する。

【００２１】これは電界イオン放射と呼称されており、
前述の収束イオンビーム法や反応性イオンエッチング法
などに利用されている。ただし、従来の手法ではＧａな
どの原子やＨ₂，ＣＯなどの簡単な構造の分子から陽イ
オンを発生させているが、本発明では“Ｉ₄Ｆ₆Ｃ₄”や
“Ｉ₂Ｆ₆Ｃ₃”等の複雑な構造の分子から陽イオンを発
生させる。

【００２２】このように複雑な構造の分子から強電場に
より陽イオンを発生させると、トンネル効果により分子
軌道の電子が金属へ移動するとき、原子間の結合が切断
されて分子が破壊されることが予想されるので、例え
ば、“Ｉ₄Ｆ₆Ｃ₄”や“Ｉ₂Ｆ₆Ｃ₃”から“Ｉ⁺，Ｆ⁺，Ｃ
Ｆ⁺”などの陽イオンが発生することになる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図１およ
び図２を参照して以下に説明する。なお、図１は本実施
の形態の微細加工装置の要部を示す模式図、図２は微細
加工装置の全体を示す模式的な縦断正面図、である。本
実施の形態の微細加工装置１００は、図１に示すよう
に、導電性の針状部材として金属針１０１を具備してお
り、図２に示すように、この金属針１０１が加工対象で
ある多層基板１０２に対向する。

【００２４】より詳細には、本実施の形態の微細加工装
置１００は、対象保持手段として基板保持機構１１１を
具備しており、この基板保持機構１１１が加工対象の多
層基板１０２を加工箇所が下面となるように保持する。
基板保持機構１１１の下方にはイオン出射ユニット１１
２が配置されており、このイオン出射ユニット１１２が
金属針１０１を具備している。

【００２５】この金属針１０１は、パラジウムを主体と
して金を混入させた合金で製造されており、例えば、全
長が10(mm)、直径が0.1(mm)、先端の曲率が5.0(μm)、
の先鋭な針状に形成されている。この金属針１０１は、
先鋭な先端が上方となるように鉛直に立設されており、
その下方に位置する末端が分子供給手段である分子供給
容器１１３の内部に位置している。

【００２６】この分子供給容器１１３は、上面が開口し
た受皿状に形成されており、液体の分子種１１４を貯留
している。このため、金属針１０１の下方の末端は、分
子供給容器１１３に貯留された分子種１１４に浸漬され
ており、この分子種１１４は表面張力により金属針１０
１の表面を先端まで拡散される。

【００２７】分子種１１４は、“Ｉ₄Ｆ₆Ｃ₄”や“Ｉ₂Ｆ
₆Ｃ₃”等の複雑な構造の分子からなり、トンネル効果に
より多層基板１０２と反応するハロゲン元素の陽イオン
を発生する。さらに、分子種１１４は、上述のように金
属針１０１の先端まで拡散される物性を有しており、常
温で真空の環境でも安定した液体の状態を維持する。

【００２８】金属針１０１の先端近傍には、円環形状の
引出電極１１５が配置されており、金属針１０１の先端
と多層基板１０２の表面との中間には、円環形状の加速
電極１１６が配置されているので、金属針１０１の先端
は、各電極１１５，１１６の中央の小孔を介して多層基
板１０２の下面に対向している。

【００２９】また、金属針１０１と各電極１１５，１１
６には、電圧印加手段である電圧印加ユニット１１７が
結線されており、この電圧印加ユニット１１７が、金属
針１０１を接地するとともに、これより数(kＶ)は高圧
な負極の電圧を引出電極１１５に印加し、これより数十
(kＶ)は高圧な負極の電圧を加速電極１１６に印加す
る。

【００３０】より詳細には、電圧印加ユニット１１７
は、金属針１０１を接地して電位を“±０(Ｖ)”とし、
引出電極１１５には所定の負極の電圧として“-５(k
Ｖ)”を印加する。この引出電極１１５との負極の電位
差により金属針１０１の先端には“数10(Ｖ／nm)”の局
所電場が発生するので、この局所電場により金属針１０
１の先端に付着している分子種１１４にトンネル効果が
作用して陽イオンが発生する。

【００３１】本実施の形態では、前述のように分子種１
１４が複雑な構造の分子である“Ｉ ₄Ｆ₆Ｃ₄”や“Ｉ₂Ｆ
₆Ｃ₃”からなるので、トンネル効果の作用と原子結合の
破断により“ＣＦ⁺”の陽イオンとともに“Ｉ⁺，Ｆ⁺”
なるハロゲン元素の陽イオンが発生することになる。

【００３２】同様に、電圧印加ユニット１１７から加速
電極１１６には、所定の負極の電圧として“-30(kＶ)”
が印加されるので、引出電極１１５と加速電極１１６と
の“-25(kＶ)”の電位差により陽イオンが加速されて多
層基板１０２に衝突する。

【００３３】なお、本実施の形態の微細加工装置１００
では、実際には上述のような構造の全体が真空容器の内
部に配置されており、この真空容器に排気ポンプが配管
されている(図示せず)。

【００３４】上述のような構成において、本実施の形態
の微細加工装置１００による微細加工方法では、加工対
象の多層基板１０２をイオンビームにより微細加工する
ことができる。その場合、真空容器が開放されて分子供
給容器１１３に分子種１１４が補充され、加工対象の多
層基板１０２が基板保持機構１１１に保持される。

【００３５】これで多層基板１０２の加工箇所にイオン
出射ユニット１１２の金属針１０１の先端が対向し、こ
の金属針１０１の先端まで液体の分子種１１４が供給さ
れることになる。このような状態で真空容器が密閉さ
れ、排気ポンプにより内部が真空排気される。

【００３６】そして、電圧印加ユニット１１７により金
属針１０１が接地されるとともに引出電極１１５に“-
５(kＶ)”の負極の電圧が印加されるので、金属針１０
１の先端表面の分子種１１４にトンネル効果が作用して
陽イオンが発生する。このとき、分子種１１４が複雑な
分子である“Ｉ₄Ｆ₆Ｃ₄”や“Ｉ₂Ｆ₆Ｃ₃”からなるの
で、その原子結合の破断により“ＣＦ⁺”の陽イオンと
ともに“Ｉ⁺，Ｆ⁺”なるハロゲン元素の陽イオンが発生
する。

【００３７】同時に、電圧印加ユニット１１７により加
速電極１１６に“-30(kＶ)”の負極の電圧が印加される
ので、分子種１１４から発生した陽イオンが引出電極１
１５と加速電極１１６との電位差により加速される。こ
の加速された陽イオンは加速電極１１６に対向している
多層基板１０２の表面に衝突するので、多層基板１０２
には衝突する陽イオンにより掘削される。

【００３８】本実施の形態の微細加工装置１００による
微細加工方法では、上述のように多層基板１０２を陽イ
オンビームにより微細加工することができるので、従来
のドリル装置では困難な微細孔を多層基板１０２に容易
かつ迅速に形成することができる。

【００３９】特に、本実施の形態の微細加工装置１００
では、分子種１１４として複雑な分子を利用して複数種
類のハロゲン元素の陽イオンを発生させるので、陽イオ
ンの衝突による物理的作用と反応による化学的作用との
両方で多層基板１０２を高効率に微細加工することがで
きる。

【００４０】しかも、引出電極１１５に金属針１０１よ
り数ｋＶだけ高圧な負極の電圧を印加するので、金属針
１０１の表面の分子種１１４から陽イオンを良好に発生
させることができ、加速電極１１６に引出電極１１５よ
り数十ｋＶまで高圧な負極の電圧を印加するので、発生
した陽イオンを良好に加速することができる。

【００４１】しかし、金属針１０１は接地して電位を
“０”とするので、金属針１０１の表面に供給される液
体の分子種１１４に直接に高電圧が作用することがな
い。このため、液体の分子種１１４が放電を発生して発
火するようなことがなく、分子種１１４から安全に陽イ
オンを発生させることができる。

【００４２】また、本実施の形態の微細加工装置１００
では、微細な金属針１０１の末端を液体の分子種１１４
に浸漬させるので、この分子種１１４を金属針１０１の
先端まで簡単な構造で供給することができる。液体は真
空中では沸騰して蒸発する懸念があるが、“Ｉ₄Ｆ
₆Ｃ₄”や“Ｉ₂Ｆ₆Ｃ₃”からなる分子種１１４は蒸気圧
が高いので短時間に全部が蒸発することはない。

【００４３】さらに、本実施の形態の微細加工装置１０
０では、金属針１０１が金とパラジウムの合金で形成さ
れているので、金属針１０１が材料的に安定していて無
用な化学反応が発生することもなく、金属針１０１の導
電性と耐食性と生産性も良好である。

【００４４】なお、本発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許
容する。例えば、上記形態では針状部材として金とパラ
ジウムの合金で製造した金属針１０１を例示したが、導
電性のダイヤモンドを結晶成長させて針状部材を製造す
るようなことも不可能ではない。

【００４５】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。

【００４６】本発明の微細加工装置による微細加工方法
では、加工対象が対象保持手段により保持されて導電性
の針状部材と対向され、このような状態で分子供給手段
により針状部材の先端部分に液体の分子種が供給され、
電圧印加手段により針状部材より高圧の負極の電圧が引
出電極に印加されるとともに、この引出電極より高圧の
負極の電圧が加速電極に印加され、針状部材と引出電極
との電位差により分子種から発生する陽イオンが、引出
電極と加速電極との電位差により加速されて加工対象に
衝突することにより、この衝突する陽イオンにより加工
対象を微細加工することができ、例えば、ドリル装置で
は困難な微細孔を多層基板などの複合部材に形成するよ
うなこともできる。

【００４７】また、上述のような微細加工装置におい
て、針状部材の表面には分子種が直接に供給されるが、
この針状部材には電圧が印加されないことにより、針状
部材の表面に供給される分子種が発火するようなことが
ないので、分子種から陽イオンを安全に発生させること
ができる。

【００４８】また、針状部材と引出電極との電位差によ
り分子種にトンネル効果が作用して陽イオンが発生し、
この陽イオンが引出電極と加速電極との電位差により加
速されることにより、確実に分子種から陽イオンを発生
させて加速させることができる。

【００４９】また、分子種から発生した陽イオンが加工
対象と反応することにより、加工対象を陽イオンの衝突
による物理的作用と反応による化学的作用との両方で微
細加工することができる。

【００５０】また、分子種からハロゲン元素の陽イオン
が発生することにより、ハロゲン元素の陽イオンの化学
反応により加工対象を良好に微細加工することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の微細加工装置の要部を
示す模式図である。

【図２】微細加工装置の全体構造を示す模式図である。

【図３】金属の表面に分子が付着した状態の金属バンド
モデルを示す特性図である。

【図４】金属に正極の電圧を印加した状態の金属バンド
モデルを示す特性図である。

【図５】表面に分子が付着した金属に負極の電圧を印加
した状態の金属バンドモデルを示す特性図である。

【符号の説明】

１００微細加工装置１０１針状部材である金属針１０２加工対象である多層基板１１１対象保持手段である基板保持機構１１３分子供給手段である分子供給容器１１４分子種１１５引出電極１１６加速電極１１７電圧印加手段である電圧印加ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工対象に導電性の針状部材を対向さ
せ、この針状部材の先端部分に液体の分子種を供給し、この針状部材に供給された前記分子種に負極の電圧を印
加してトンネル効果により陽イオンを発生させ、この陽イオンを負極の電界により前記針状部材から引き
出すとともに加速させて前記加工対象に衝突させるよう
にした微細加工方法。
【請求項２】前記分子種は、発生する陽イオンが前記
加工対象と反応する物質からなる請求項１に記載の微細
加工方法。
【請求項３】加工対象を保持する対象保持手段と、この対象保持手段により保持された加工対象に対向する
導電性の針状部材と、この針状部材の先端近傍に位置する引出電極と、前記針状部材の先端と前記加工対象の表面との間隙に位
置する加速電極と、前記針状部材の先端部分に液体の分子種を供給する分子
供給手段と、前記引出電極に前記針状部材より高圧の負極の電圧を印
加するとともに前記加速電極に前記引出電極より高圧の
負極の電圧を印加する電圧印加手段と、を具備している
微細加工装置。
【請求項４】前記電圧印加手段が前記針状部材を接地
する請求項３に記載の微細加工装置。
【請求項５】前記電圧印加手段は、前記分子種にトンネル効果を作用させる電位差を前記針
状部材と前記引出電極とに発生させ、前記分子種のトンネル効果により発生する陽イオンを加
速する電位差を前記引出電極と前記加速電極とに発生さ
せる請求項４に記載の微細加工装置。
【請求項６】前記分子種は、前記陽イオンが前記加工
対象と反応する物質からなる請求項３ないし５の何れか
一項に記載の微細加工装置。
【請求項７】前記分子種の物質がハロゲン元素を内包
している請求項６に記載の微細加工装置。