JP2002194123A

JP2002194123A - エッチング方法

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Publication number: JP2002194123A
Application number: JP2000394339A
Authority: JP
Inventors: Minehiro Sotozaki; 峰広外崎; Koji Kitagawa; 浩司北川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-07-10
Also published as: US20020106904A1; US6709605B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プラスチック基板を用いて微細な構造物を高
精度に加工可能なエッチング方法を提供する。【解決手段】イオン注入処理によりエッチング溶液Ｅ
（例えばリモネン）に不溶な表面改質層２１を基板Ｐの
表面に形成したのち、ドライエッチング処理により表面
改質層２１に開口部２１Ｕを形成する。続いて、基板Ｐ
等をエッチング溶液Ｅに浸し、基板Ｐ等に対してウェッ
トエッチング処理を施す。表面改質層２１のうち、開口
部２１Ｕの周辺部（２１Ｘ）がマスクとして機能するこ
とによりエッチング処理が異方的に進行すると共に、開
口部２１Ｕと反対側の部分（２１Ｙ）がエッチング処理
の終点を決定する機能を果すこととなる。このため、深
さ方向において均一な内径を有する窪みＰＵ１を基板Ｐ
に形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック基板
を用いて微細な構造物を形成するためのエッチング方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラスチックの加工は、例えば、
金型を用いた成型技術や、切削，エッチング，サンドブ
ラスト等による物理的な切削技術などを利用して行われ
ている。これらの一連の加工技術によれば、例えば、プ
ラスチック基板等を所望の形状となるように加工するこ
とが可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
加工技術では、以下のような理由により、プラスチック
基板を高精度に加工することが困難であるという問題が
あった。すなわち、例えば、内径が１．０ｍｍ以下の円
形の開口形状を有する窪みなどの微細な構造をプラスチ
ック基板に形成しようとすると、従来の加工技術におけ
る加工精度は微細構造を形成し得るものでないため、深
さ方向において窪みの内径がばらついてしまう。このよ
うな傾向は、特に、例えば、内径に対して深さが２倍以
上となるような微細な窪みを形成する場合に顕著とな
る。

【０００４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、プラスチック基板を用いて微細
な構造物を高精度に加工可能なエッチング方法を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のエッチング方法
は、プラスチック基板に対してイオン注入処理を施し、
プラスチック基板の表面を改質することにより表面改質
層を形成する第１の工程と、表面改質層を利用してエッ
チング処理の終点を決定することにより、所定のエッチ
ング溶液を用いたウェットエッチング処理を行う第２の
工程とを含むようにしたものである。

【０００６】本発明のエッチング方法では、まず、第１
の工程において、プラスチック基板に対してイオン注入
処理が施され、プラスチック基板の表面が改質されるこ
とにより表面改質層が形成される。続いて、第２の工程
において、表面改質層によりエッチング処理の終点が決
定されることにより、所定のエッチング溶液を用いたウ
ェットエッチング処理が行われる。これにより、ウェッ
トエッチング時におけるエッチング範囲を制御すること
が可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。

【０００８】［第１の実施の形態］まず、図１を参照し
て、本発明の第１の実施の形態に係るエッチング方法に
用いられる処理装置の構成について説明する。この処理
装置は、例えば、プラスチック基板に対してイオン注入
処理，成膜処理，エッチング処理等を施すことが可能で
あり、主に、プラスチック基板を用いて微細な構造物を
形成するためのものである。

【０００９】＜処理装置の構成＞図１は、処理装置１０
の構成を表すものである。この処理装置１０は、例え
ば、金属等により構成された真空チャンバ１と、この真
空チャンバ１の壁面に配設された複数（例えば３つ）の
処理ソース２，３，４と、排気管１Ｋを介して真空チャ
ンバ１と接続された真空ポンプ５と、処理ソース２〜４
に対応してそれぞれ配設され、一端部が真空チャンバ１
の内部に導入された複数（例えば３つ）の導入端子６
（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ）と、配線Ｓを介して導入端子６と
接続され、導入端子６に対してバイアス電圧を印加する
バイアス電源７とを備えている。各導入端子６Ａ〜６Ｃ
の一端部は、複数（例えば３つ）の基板ホルダ８（８
Ａ、８Ｂ，８Ｃ）とそれぞれ連結されており、この基板
ホルダ８に、処理対象となる基板Ｐが装着されている。
基板Ｐは、図示しない移動アームにより、基板ホルダ８
Ａ〜８Ｃ間を随時移動可能になっている。なお、図１で
は、基板Ｐが基板ホルダ８Ａに装着されている場合を示
している。

【００１０】処理ソース２は、例えば、カウフマン型イ
オンソースにより構成されており、主に、基板Ｐに対し
て所定のイオンを注入することにより基板Ｐの表面を改
質する（後述する表面改質層２１を形成する；図３参
照）と共に、基板Ｐ等をエッチングするものである。こ
の処理ソース２は、例えば、イオン注入処理時におい
て、基板Ｐに対して注入されることとなるイオン（以
下、「注入イオン」という）を生成可能な所定のガス
（動作ガス）を用いて、注入イオンを含むプラズマを真
空チャンバ１の内部に発生させ、一方、エッチング処理
時において、所定のガス（エッチングガス）を用いてエ
ッチング処理を実行可能なイオン（以下、「エッチング
イオン」という）を含むプラズマを真空チャンバ１の内
部に発生させる。動作ガスとしては、例えば窒素ガス，
水素ガス，メタンガス等、エッチングガスとしては、例
えば酸素ガス等がそれぞれ挙げられる。処理ソース２に
おける処理内容（イオン注入処理またはエッチング処
理）は、例えば、バイアス電源７により処理ソース２に
印加されるバイアス電圧の大きさにより決定される。

【００１１】処理ソース３は、例えば、ＤＣ（Direct C
urrent）スパッタソースにより構成されており、主に、
基板Ｐを用いて各種のマイクロマシン等を形成する際
に、成膜処理を用いて基板Ｐ等の表面に電極等を形成す
るものである。

【００１２】処理ソース３は、例えば、ＦＣＶＡ（Filt
ered Cathodic Vacuum Arc）イオンソースにより構成さ
れており、主に、イオン注入処理が施された基板Ｐ（表
面改質層２１）などの表面に所定の材質よりなる薄膜を
形成するものである。ＦＣＶＡイオンソースとは、カソ
ードの溶融により生じた液滴を除去するための電磁フィ
ルターを汎用のカソーディックアークソースに付設した
ものである。この処理ソース３は、例えば、イオン源と
して高密度カーボンロッドにより構成されたカソードを
有し、ストライカートリガー電極を用いて発生させたア
ーク放電のエネルギーを利用してカソードを蒸発させる
ことにより、真空チャンバ１の内部に炭素イオンを発生
させる。処理ソース３では、イオンを発生させるために
動作ガスを要するカウフマン型イオンソース等とは異な
り、動作ガスを用いずにイオンを発生させることが可能
であるため、高真空状態を維持しつつイオンを発生させ
ることが可能となる。なお、カソード材料としては、上
記したカーボンの代わりに、セラミックや、タングステ
ン（Ｗ），タンタル（Ｔａ），珪素（Ｓｉ），ニッケル
（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），アルミニウム（Ａｌ），チ
タン（Ｔｉ），銅（Ｃｕ）などの金属などを用いること
も可能である。

【００１３】真空ポンプ５は、例えば、ターボ分子ポン
プにより構成されており、主に、真空チャンバ１の内部
に満たされているガス（例えば空気等）を排気管１Ｋを
通じて排気し、所望の真空状態となるまで真空チャンバ
１の内部を減圧するものである。

【００１４】導入端子６（６Ａ〜６Ｃ）は、例えば、汎
用の導入端子により構成されており、処理ソース２〜４
の処理条件等に応じてそれぞれ図中の矢印Ｙ１の方向に
移動可能になっている。この導入端子６には、例えば、
冷媒循環用の配管６Ｈが組み込まれており、配管６Ｈを
通じて冷媒Ｗを循環させることにより、基板ホルダ８に
装着された基板Ｐを冷却させることが可能になってい
る。なお、導入端子６は、例えば金属などの導電材料に
より構成されており、真空チャンバ１に設けられた支持
部材１Ｂにより支持されている。この支持部材１Ｂは、
例えば、セラミックなどの絶縁性材料により構成されて
おり、真空チャンバ１と導入端子６とは支持部材１Ｂを
介して電気的に分離されている。

【００１５】バイアス電源７は、例えば、基板ホルダ８
に装着された基板Ｐに対して、正のパルス電圧と負のパ
ルス電圧とを含むパルス電圧を印加するものである。こ
のバイアス電源７により基板Ｐに対して負のパルス電圧
が印加されたときに、真空チャンバ１の内部に発生した
プラズマ中の各種イオンが基板Ｐに引き寄せられ、基板
Ｐに対する各種処理（イオン注入処理，成膜処理，エッ
チング処理）が行われる。なお、パルス電圧のパルスピ
ーク値（パルス波高），パルス立ち上がり時間，パルス
間隔，パルス幅等は、バイアス電源７により各導入端子
６（６Ａ〜６Ｃ）ごとに独立して調整可能になってい
る。

【００１６】基板ホルダ８（８Ａ〜８Ｃ）は、基板Ｐを
保持するものであり、例えば、導入端子６と同様に、金
属等の導電材料により構成されている。基板Ｐは、例え
ば、円盤状や矩形状の構造を有するものである。基板Ｐ
の材質（プラスチック材料）としては、例えば、アモル
ファスポリオレフィン（ＡＰＯ；Amorphous Polyolefi
n），ポリカーボネート（ＰＣ；Polycarbonate ），ポ
リメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ；Polrmethyl Metha
crylate ），ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ；Po
lyethylene Terephthalate），アクリロニトリル−ブタ
ジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ；Acrylonitrile Bu
tadien Styrene copolymer），ポリアセタール（ＰＯ
Ｍ；Polyacetal），四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ；Poly
Tetra Fuluoro Ethylen），ナイロン６，ポリエチレン
などが挙げられる。

【００１７】なお、処理装置１０は、上記した一連の構
成要素の他、例えば、処理装置１０全体を制御するため
のマイクロコンピュータ，処理ソース２等に各種ガスを
供給するためのガスボンベ，真空チャンバ１の外部に導
出された導入端子６の他端部と接続され、導入端子６を
移動させるための駆動装置などを含んで構成されてい
る。この処理装置１０では、基板Ｐが絶縁材料（プラス
チック材料）により構成される場合の他、金属などの導
電材料により構成される場合においても使用可能であ
る。導電性を有する基板Ｐを用いる場合には、パルス電
源７により基板Ｐに対して負のパルス電圧のみが印加さ
れることとなる。

【００１８】＜エッチング方法＞次に、図１〜図８を参
照して、本実施の形態のエッチング方法について説明す
る。本実施の形態のエッチング方法は、主に、イオン注
入処理，ドライエッチング処理，ウェットエッチング処
理をこの順に含んでいる。図２および図３はイオン注入
処理，図４および図５はドライエッチング処理，図６お
よび図７はウェットエッチング処理をそれぞれ説明する
ものである。また、図８は、イオン注入処理時において
基板Ｐに印加されるパルス電圧の波形（Ａ）および電流
変化（Ｂ）をそれぞれ表すものである。なお、図２〜図
７では、各処理時における処理装置１０の要部（基板Ｐ
の周辺部）のみを示すと共に、処理手順を判り易くする
ために基板Ｐについては断面構成を示している。

【００１９】エッチング処理を行う前には、作業者等に
より、以下のような準備作業が行われる。すなわち、ま
ず、例えば、ＡＰＯにより構成された約０．４ｍｍ厚の
基板Ｐが洗浄されたのち、基板ホルダ８Ａに基板Ｐが装
着される（図１参照）。続いて、真空チャンバ１の密閉
状態が確認されたのち、キーボードなどの入力装置を介
して一連の処理条件（処理装置２〜４，真空ポンプ５，
導入端子６，バイアス電源７等の動作内容等）が入力さ
れる。最後に、配管６Ｈに冷媒Ｗが循環され、基板ホル
ダ８Ａにより保持された基板Ｐが冷却されると共に、真
空ポンプ５が稼動され、真空チャンバ１の内部が所望の
真空状態となるまで減圧される。

【００２０】《イオン注入処理》準備作業が完了したの
ち、まず、図２に示したように、例えば、動作ガスとし
て窒素ガスを用いて、処理ソース２（カウフマン型イオ
ンソース）により基板Ｐに対してイオン注入処理を施
す。イオン注入処理を行う場合には、バイアス電源７に
より基板Ｐに対して、例えば、正のパルスピーク値Ｖ１
＝約＋１０ｋＶ，負のパルスピーク値Ｖ２＝約−２０ｋ
Ｖ，正負のパルス幅Ｂ＝約６０μ秒，周期Ｔ＝約１ｍ秒
の条件（図８（Ａ）参照）で正のパルス電圧と負のパル
ス電圧とを含むパルス電圧を印加する。また、イオン注
入は、処理ソース２からの窒素イオン電流が約１０ｍＡ
のとき、バイアス電極におけるイオン電流と２次電子と
による電流のピーク値が約０．０８Ａとなるような電流
条件下において約１８０秒間行う（図８（Ｂ））。処理
ソース２により真空チャンバ１の内部に窒素イオン（注
入イオン）Ｎ１を含む約３５０ｅＶのエネルギーを有す
るプラズマが発生し、この窒素イオンＮ１が基板Ｐに対
して印加された負のパルス電圧（−２０ｋＶ）により加
速され、−２０ｋｅＶのエネルギーで基板Ｐに引き込ま
れる。これにより、基板Ｐの露出面全体が改質され、図
３に示したように、基板Ｐを覆うように表面改質層２１
が約８０ｎｍの厚みで形成される。続いて、例えば、移
動アームを用いて基板Ｐを裏返したのち、基板Ｐの露出
面に対して再度イオン注入処理を施し、基板Ｐの表面全
体が表面改質層２１により覆われるようにする（後述す
る図４参照）。

【００２１】《ドライエッチング処理》続いて、図４に
示したように、例えば移動アームを用いて、表面改質層
２１のうちの処理ソース２に近い側（図中の上側）の表
面に、例えば円形の開口形状（内径約０．０３５ｍｍ）
を有する開口部２２Ｕを備えたマスク２２を載置する。
このマスク２２は、例えば、金属やセラミックなどによ
り構成されており、真空チャンバ１の内部に予め用意さ
れている。

【００２２】続いて、図５に示したように、例えば、エ
ッチングガスとして酸素ガスを用いて、処理ソース２に
より全体にドライエッチング処理を施す。ドライエッチ
ング処理を行う際には、例えば、エッチングガスの導入
量＝約２．５×１０^-7ｍ³／ｓ（約１５ｓｃｃｍ），加
速電圧＝約２００Ｖ，背景真空度（イオン放出前におけ
る真空チャンバ１内の真空度）＝約２．３×１０^-4Ｐ
ａ，動作真空度（イオン放出後における真空チャンバ１
内の真空度）＝約５．０×１０^-2Ｐａとする。処理ソー
ス２により真空チャンバ１の内部に酸素イオン（エッチ
ングイオン）Ｎ２を含むプラズマが発生し、約２００ｅ
Ｖのエネルギーを有する酸素イオンＮ２が表面改質層２
１に対して選択的に衝突する。このときのエッチング処
理は、基板Ｐの表面（未改質面）が露出するまで行う。
これにより、表面改質層２１のうち、マスク２２の開口
部２２Ｕに対応する部分のみが選択的に除去され、開口
部２１Ｕが形成される。なお、エッチング速度を増加さ
せ、開口部２１Ｕの形成に要する時間を短縮したい場合
には、例えば、バイアス電源７により基板Ｐに対して、
パルスピーク値＝約−６ｋＶ，パルス幅＝約６０μ秒，
パルス周波数＝約１ｋＨｚの条件で負のパルス電圧を印
加するようにしてもよい。続いて、基板Ｐ等を真空チャ
ンバ１の内部から取り外したのち、マスク２２を除去す
る。

【００２３】《ウェットエッチング処理》続いて、図６
に示したように、例えば、表面改質層２１を溶解させる
ことが不能で、基板Ｐを溶解させることが可能なリモネ
ン（ｄ−Ｃ₁₀Ｈ₁₆）などよりなるエッチング溶液Ｅを処
理槽３０に満たしたのち、開口部２１Ｕが下側を向くよ
うに基板Ｐ等をエッチング溶液Ｅに浸し、基板Ｐ等に対
してウェットエッチング処理を施す。ウェットエッチン
グ処理を行う場合には、例えば、エッチング処理を円滑
化すべく、処理温度を約１２０°Ｃ以下とすると共に、
超音波発生装置を用いて超音波を発生させるようにす
る。超音波発生装置としては、例えば、本田製超音波発
生式洗浄機Ｗ−１１３を用い、約２８，４５，１００ｋ
Ｈｚおよび約１００Ｗの条件により超音波を発生させ
る。これにより、基板Ｐのうち、表面改質層２１の開口
部２１Ｕに対応する部分（被エッチング層）のみが約３
分間ほどで選択的に溶解する。このとき、表面改質層２
１のうち、開口部２１Ｕの周辺部（２１Ｘ）がマスクと
して機能するため、基板Ｐに対するエッチング処理は異
方的（鉛直下向き）に進行する。そして、表面改質層２
１のうち、開口部２１Ｕが形成されている側と反対側の
部分（２１Ｙ）がエッチング処理の終点を決定する機能
を果すため、エッチング処理は表面改質層（２１Ｙ）の
表面に達した時点で終了する。これにより、深さ方向に
おいて均一（約０．０３５ｍｍ）な内径を有する微細な
窪みＰＵ１が基板Ｐに形成される。

【００２４】なお、エッチング溶液Ｅとしては、上記し
たリモネンの他、例えば、シクロヘキサン，シクロヘキ
サノン，メチルエチルケトン，メチルイソブチルケト
ン，エチルエーテル，テトラヒドロフラン，キシレン，
ｎ−ペンタン，ｎ−ヘキサン、ｎ−オクタン、１、２−
ジクロロエタン、メチルアクリレート、メチルメタアク
リレート，ジオクチルフタレート、ジメチルホルムアミ
ドなどの有機溶剤，濃硫酸などの強酸性溶剤，サラダ油
やマーガリンなどの混合溶剤などを用いるようにしても
よい。ただし、多種のプラスチック材料に対する溶解速
度や廃棄時における環境面などを考慮するならば、エッ
チング溶液Ｅとしてリモネンを使用するのが好ましい。

【００２５】続いて、基板Ｐ等をエッチング溶液Ｅから
取り出したのち、アセトンなどの有機溶剤を用いて、ウ
ェットエッチング時における基板Ｐ等の溶解により発生
した溶解かす等を除去する。最後に、基板Ｐ等を乾燥さ
せ、リモネンやアセトンなどの溶剤成分を揮発させるこ
とにより、微細な窪みＰＵ１を有する基板Ｐが完成す
る。

【００２６】以上説明したように、本実施の形態では、
エッチング溶液Ｅに可溶な基板Ｐを用いて、イオン注入
処理により基板Ｐの表面にエッチング溶液Ｅに不溶な表
面改質層２１を形成したのち、ドライエッチング処理に
より表面改質層２１に開口部２１Ｕが形成された基板Ｐ
等に対してエッチング溶液Ｅを用いてウェットエッチン
グ処理を施すようにしている。このような場合には、ウ
ェットエッチング処理時において、表面改質層２１のう
ち、開口部２１Ｕの周辺部（２１Ｘ）がマスクとして機
能することによりエッチング処理が異方的に進行すると
共に、開口部２１Ｕと反対側の部分（２１Ｙ）がエッチ
ング処理の終点を決定する機能を果すこととなる。この
ため、成型技術や切削技術を用いていた従来の場合とは
異なり、深さ方向において均一な内径を有するように窪
みＰＵ１が形成され、プラスチックよりなる基板Ｐを用
いた微細な構造物を高精度に形成することができる。

【００２７】さらに、本実施の形態では、窪みＰＵ１を
有する基板Ｐを利用して、多種の工業分野で有用な各種
のマイクロマシンを高精度に形成することもできる。

【００２８】また、本実施の形態では、イオン注入処理
時において、バイアス電源７により基板Ｐに対して正の
パルス電圧と負のパルス電圧とを含むパルス電圧を印加
するようにしたので、基板Ｐの材質として絶縁性を有す
るプラスチックなどを用いた場合においても、処理時に
おいて基板Ｐの内部に電荷がたまる（チャージアップ）
ことがない。このため、チャージアップに起因するイオ
ン注入処理の停滞現象を回避し、基板Ｐに対してイオン
を円滑かつ均一に注入することができる。

【００２９】また、本実施の形態では、基板Ｐに対して
イオン注入処理を施すことにより表面改質層２１を形成
するようにしたので、成膜処理を用いて基板Ｐ上に表面
改質層２１（表面改質層２１と同様の機能を果たす層）
を形成する場合よりも、表面改質層２１の形成を簡略化
することができる。

【００３０】また、本実施の形態における基板Ｐの材質
としてのプラスチック材料の使用は、以下のような理由
により可能となる。すなわち、本実施の形態では、イオ
ン注入時やドライエッチング時における環境温度が比較
的低い（約１００°Ｃ以下）カウフマン型イオンソース
（処理ソース２）やＦＣＶＡイオンソース（処理ソース
４）を用いると共に、比較的低い環境温度下（約１２０
°Ｃ）においてウェットエッチング処理を行うようにし
ている。このため、本実施の形態では、処理時の環境温
度が比較的高い（約４００°Ｃ以上）半導体プロセスな
どを用いた場合とは異なり、基板Ｐが高温下（一般的な
プラスチック材料の軟化温度以上の温度下）にさらされ
ることがない。

【００３１】なお、本実施の形態では、エッチング溶液
Ｅとして、表面改質層２１を溶解させることが不能で、
基板Ｐを溶解させることが可能なリモネンなどを用いる
ようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、
例えば、表面改質層２１に対する基板Ｐのエッチングの
選択比が高い（基板Ｐに対する溶解速度が表面改質層２
１に対する溶解速度よりも十分に大きい）ような選択的
な溶解特性を有する溶液を用いるようにしてもよい。こ
のような場合においても、基板Ｐおよび表面改質層２１
のそれぞれに対する溶解特性の差異を利用することによ
り、上記実施の場合と同様の効果を得ることができる。

【００３２】なお、本実施の形態では、基板Ｐに窪みＰ
Ｕ１を１つ形成する場合について説明したが、必ずしも
これに限られるものではなく、複数の窪みＰＵ１を形成
することも可能である。このような場合には、複数の窪
みＰＵ１により構成されたメンブレン構造を有する基板
Ｐを形成することができる。基板Ｐに複数の窪みＰＵ１
を形成する場合には、例えば、ドライエッチング処理時
（図４，図５参照）において、複数の開口部２２Ｕが設
けられたマスク２２を用いてエッチング処理を行い、表
面改質層２１に複数の開口部２１Ｕを形成したのち、上
記実施の形態の場合と同様にウェットエッチング処理
（図６，図７参照）を行うようにする。

【００３３】また、本実施の形態では、イオン注入処理
を実行するためのソースとして、カウフマン型イオンソ
ースにより構成された処理ソース２を用いるようにした
が、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、Ｆ
ＣＶＡイオンソースにより構成された処理ソース４を用
いるようにしてもよい。このような場合には、例えば、
動作真空度＝約５×１０^-4Ｐａ，正のパルスピーク値Ｖ
１＝約＋１０ｋＶ，負のパルスピーク値Ｖ２＝約ー２０
ｋＶ，正負のパルス幅Ｂ＝約６０μ秒，周期Ｔ＝約１ｋ
Ｈｚ，パルスイオン電流＝約０．７Ａの条件下において
約２５ｅＶのエネルギーを有するイオンを発生させるよ
うにする。

【００３４】また、本実施の形態では、マスク２２の構
成材料としてセラミックを用いるようにしたが、必ずし
もこれに限られるものではなく、例えば、ＰＭＭＡなど
の絶縁性の樹脂材料を用いるようにしてもよい。このよ
うな場合には、例えば、基板Ｐの表面に表面改質層２１
を形成したのち（図４参照）、まず、基板Ｐ等を真空チ
ャンバ１の内部から取り出し、スピンコート等の成膜手
法を用いて表面改質層２１上にＰＭＭＡを塗布すること
によりＰＭＭＡレジストを形成する。続いて、汎用のマ
スクアライナーおよびＵＶ露光装置を用いてＰＭＭＡレ
ジストを選択的に露光・現像することにより、図４に示
した場合と同様に、開口部２２Ｕを有するマスク２２を
形成する。なお、マスク２２の形成以降の工程は、上記
実施の形態における図５以降の工程と同様である。

【００３５】［第２の実施の形態］次に、図９〜図１１
を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るエッチン
グ方法について説明する。本実施の形態のエッチング方
法は、主に、イオン注入処理，成膜処理，ドライエッチ
ング処理，ウェットエッチング処理をこの順に含んでい
る。図９は成膜処理，図１０はドライエッチング処理，
図１１は本実施の形態のエッチング方法により形成され
る基板Ｐ等の断面構成をそれぞれ表すものである。な
お、図９〜図１１において、上記第１の実施の形態にお
ける構成要素と同一の部分には同一の符号を付してい
る。

【００３６】本実施の形態において、図９における表面
改質層２１を形成するところまでの工程は、例えば、上
記第１の実施の形態における図４に示した同工程までと
同様であるので、その説明を省略する。

【００３７】《成膜処理》本実施の形態では、表面改質
層２１を形成したのち、まず、図９に示したように、移
動アームを用いて基板Ｐ等を基板ホルダ８Ｃに移動さ
せ、例えば、処理ソース４（ＦＣＶＡイオンソース）に
より、表面改質層２１を覆うように炭素薄膜４１（例え
ばｔａ−Ｃ（tetrahedral amorphous Carbon）薄膜）を
約１００ｎｍの厚みで形成する。炭素薄膜４１を形成す
る際には、例えば、処理ソース４の動作電圧を約２５Ｖ
とする。成膜時には、真空チャンバ１の内部に、イオン
電流が約０．７Ａで、約２５ｅＶのエネルギーを有する
炭素イオンＮ３が発生し、処理ソース４に搭載された２
台のダクトコイル光学系により炭素イオンＮ３が基板Ｐ
に対して誘導される。

【００３８】《ドライエッチング処理》続いて、図１０
に示したように、例えば、移動アームを用いて基板Ｐ等
を基板ホルダ８Ａに移動させたのち、上記第１の実施の
形態におけるドライエッチング処理（図５参照）と同様
に、開口部４２Ｕを有するマスク４２を炭素薄膜４１上
に載置する。続いて、処理ソース２（例えば酸素イオン
Ｎ２）を用いて全体にエッチング処理を施し、基板Ｐが
露出するまで表面改質層２１および炭素薄膜４１の双方
を選択的に除去することにより開口部４１Ｕを形成す
る。

【００３９】《ウェットエッチング処理》続いて、マス
ク４２を除去したのち、上記第１の実施の形態における
ウェットエッチング処理（図６）と同様にリモネン等の
エッチング溶液Ｅに基板Ｐ等を浸し、基板Ｐを選択的に
除去することにより、図１１に示したように、基板Ｐに
微細な窪みＰＵ２が形成される。この窪みＰＵ２は、上
記第１の実施の形態における窪みＰＵ１と同様に、深さ
方向において均一な内径を有するように高精度に形成さ
れる。最後に、基板Ｐ等をエッチング溶液Ｅから取り出
し、乾燥させる。

【００４０】本実施の形態では、表面改質層２１上に炭
素薄膜４１を形成したのち、上記第１の実施の形態の場
合と同様のドライエッチング処理およびウェットエッチ
ング処理をこの順に行うようにしたので、基板Ｐから炭
素薄膜４１に至る領域に微細な窪み（開口部４１Ｕ，窪
みＰＵ２）を形成することができる。これにより、窪み
ＰＵ２を有する基板Ｐ等を利用して、各種のマイクロマ
シンを高精度に形成することもできる。もちろん、上記
したマイクロマシンの形成精度に係る効果は、成膜処理
において炭素薄膜４１以外の各種材料（例えば金属やセ
ラミック等）よりなる薄膜を形成する場合においても同
様に得られる。

【００４１】しかも、本実施の形態では、各種薄膜との
接着性に優れた表面改質層２１上に炭素薄膜４１を形成
するようにしたので、各種薄膜との接着性に劣るプラス
チック材料（基板Ｐ）上に炭素薄膜４１を直接形成する
場合とは異なり、基板Ｐと炭素薄膜４１とが表面改質層
２１を介して強固に接着される。これにより、接着後に
おける炭素薄膜４１の割れや剥がれなどの不具合を回避
することができる。もちろん、上記した基板Ｐと炭素薄
膜４１との接着に係る効果は、炭素薄膜４１以外の各種
薄膜を形成した場合においても同様に得られる。

【００４２】なお、本実施の形態における上記以外の処
理条件（ドライエッチング処理，ウェットエッチング処
理），作用，効果，変形例等は、上記第１の実施の形態
の場合と同様である。

【００４３】［第３の実施の形態］次に、図１２および
図１３を参照して、本発明の第３の実施の形態に係るエ
ッチング方法について説明する。本実施の形態のエッチ
ング方法は、主に、イオン注入処理およびウェットエッ
チング処理をこの順に含んでいる。図１２はウェットエ
ッチング処理，図１３は本実施の形態のエッチング方法
により形成される基板Ｐ等の断面構成をそれぞれ表すも
のである。なお、図１２および図１３において、上記第
１の実施の形態における構成要素と同一の部分には同一
の符号を付している。

【００４４】《イオン注入処理》本実施の形態のイオン
注入処理では、基板Ｐの表面全体に表面改質層２１を形
成すべく、基板Ｐの両面に対して２度のイオン注入処理
を施した上記第１の実施の形態の場合とは異なり、ま
ず、基板Ｐの一面側に対して１度のイオン注入処理を施
す。これにより、基板Ｐの他面には表面改質層２１が形
成されず、基板Ｐが露出することとなる（図３参照）。
なお、このイオン注入処理に係る工程は、例えば、上記
第１の実施の形態における図３に示した同工程までと同
様であるので、その説明を省略する。

【００４５】《ウェットエッチング処理》表面改質層２
１を形成したのち、図１２に示したように、基板Ｐ等を
真空チャンバ１の内部から取り出し、基板Ｐの露出面上
に、開口部５２Ｕを有するマスク５２を載置する。マス
ク５２の構造，構成材料，形成方法等は、例えば、上記
第１の実施の形態におけるマスク２２（図４参照）と同
様とする。

【００４６】続いて、マスク５２を載置したまま、上記
第１の実施の形態におけるウェットエッチング処理（図
６）と同様に、リモネン等のエッチング溶液Ｅに基板Ｐ
等を浸し、基板Ｐを選択的に除去する。このとき、エッ
チング処理を異方的（鉛直下向き）に進行させる表面改
質層２１（２１Ｘ）が基板Ｐとマスク２２との間に形成
されていた上記第１の実施の形態の場合（図７参照）と
は異なり、基板Ｐとマスク５２との間に表面改質層２１
（２１Ｘ）が形成されていないため、基板Ｐに対するエ
ッチング処理が等方的に進行し、図１３に示したよう
に、開口部５２Ｕの径よりも大きな径を有し、エッチン
グ面が円弧状を呈する窪みＰＵ３が形成される。最後
に、基板Ｐ等をエッチング溶液Ｅから取り出し、乾燥さ
せる。

【００４７】本実施の形態では、上記第１の実施の形態
において説明した表面改質層２１の機能のうち、マスク
としての機能（２１Ｘ；図７参照）を利用せず、エッチ
ング処理の終点を決定する機能のみを利用するようにし
ている。このため、ウェットエッチング処理におけるエ
ッチング方向が異方的に進行した上記第１の実施の形態
の場合とは異なり、エッチング方向を等方的に進行さ
せ、エッチング面が円弧状を呈する窪みＰＵ３を簡略か
つ高精度に形成することができる。もちろん、窪みＰＵ
３を有する基板Ｐ等を利用して、各種のマイクロマシン
を形成することもできる。なお、窪みＰＵ３の内径や深
さ等は、ウェットエッチング処理時における処理時間等
を調整することにより自由に設定可能である。

【００４８】さらに、本実施の形態では、基板Ｐの構成
材料として透明性を有するプラスチック材料を用い、例
えばマトリクス状に配列されるように複数の窪みＰＵ３
を基板Ｐに設けることにより、光学分野において有用な
マイクロレンズアレイなどを形成することができる。

【００４９】なお、本実施の形態における上記以外の処
理条件（ウェットエッチング処理），作用，効果，変形
例等は、上記した各実施の形態の場合と同様である。

【００５０】［第４の実施の形態］次に、図１４〜図２
３を参照して、本発明の第４の実施の形態に係るエッチ
ング方法について説明する。本実施の形態のエッチング
方法は、主に、イオン注入処理，成膜処理，ドライエッ
チング処理，ウェットエッチング処理をこの順に含んで
いる。図１５および図１７は成膜処理，図１９および図
２１はドライエッチング処理，図２３は本実施の形態の
エッチング方法により形成される基板Ｐ等の平面構成を
それぞれ表すものである。また、図１４，図１６，図１
８，図２０，図２２は、上記した図１５〜図２１に示し
た基板Ｐ等のＡ−Ａ線に沿った矢視断面をそれぞれ表す
ものである。なお、図１４〜図２３において、上記第１
の実施の形態における構成要素と同一の部分には同一の
符号を付している。

【００５１】本実施の形態では、まず、上記第１の実施
の形態の場合と同様のイオン注入処理（図２〜図４参
照）を用いて、例えば矩形状の平面形状を有する基板Ｐ
の表面全体に表面改質層２１を形成する。

【００５２】《成膜処理》続いて、図１４および図１５
に示したように、例えば、移動アームを用いて基板Ｐ等
を基板ホルダ８Ｂに移動させ、処理ソース３（ＤＣスパ
ッタソース）により、例えば表面改質層２１上のほぼ中
央部に、例えば銅よりなる犠牲層６１を約４０ｎｍの厚
みで選択的に形成する。犠牲層６１を形成する際には、
例えば、その平面形状が矩形状をなすようにする。この
犠牲層６１は、例えば、後工程において犠牲層６１上に
形成されることとなる炭素薄膜６２（図１６，図１７参
照）を一時的に支持するものであり、ウェットエッチン
グ処理においてエッチング溶液Ｅにより溶解し、除去さ
れるものである。

【００５３】続いて、図１６および図１７に示したよう
に、例えば、上記第２の実施の形態の場合（図９参照）
と同様に、移動アームを用いて基板Ｐ等を基板ホルダ８
Ｃに移動させたのち、処理ソース４（ＦＣＶＡイオンソ
ース）により、基板Ｐ等を覆うように炭素薄膜６２（例
えばｔａ−Ｃ薄膜）を約１００ｎｍの厚みで形成する。
炭素薄膜６２のうち、犠牲層６１上に形成された部分の
位置は、犠牲層６１上以外の領域に形成された部分の位
置よりも高くなる。

【００５４】《ドライエッチング処理》続いて、図１８
および図１９に示したように、例えば、移動アームを用
いて基板Ｐ等を基板ホルダ８Ａに移動させたのち、炭素
薄膜６２上に、例えば「Ｕ」型の開口形状を有する開口
部６３Ｕを備えたマスク６３を載置する。開口部６３Ｕ
の大きさは、例えば、犠牲層６１の大きさに対応するよ
うにする（図１９参照）。

【００５５】続いて、図２０および図２１に示したよう
に、処理ソース２（例えば酸素イオンＮ２）により、マ
スク６３の開口部６３Ｕを通じてエッチング処理を施
し、犠牲層６１が露出するまで炭素薄膜６２を選択的に
除去することにより開口部６２Ｕを形成する。

【００５６】《ウェットエッチング処理》続いて、マス
ク６３を除去したのち、例えば、表面改質層２１および
炭素薄膜６２を溶解させることが不能で、犠牲層６２を
溶解させることが可能な塩化第２鉄溶液をエッチング溶
液Ｅとして用いて、上記第１の実施の形態におけるウェ
ットエッチング処理（図６）と同様にエッチング溶液Ｅ
に基板Ｐ等を浸す。これにより、犠牲層６２（被エッチ
ング層）のみが選択的に溶解することにより、図２２お
よび図２３に示したように、一端部が基板Ｐにより支持
され、他端部が炭素薄膜６２の他の部分および基板Ｐの
双方から離間された梁部６２Ｒを有する微細な梁構造が
形成される。このとき、表面改質層２１は、基板Ｐが溶
解することを防ぐための保護材として機能するため、ウ
ェットエッチング処理により基板Ｐが溶解することがな
い。最後に、基板Ｐ等をエッチング溶液Ｅから取り出
し、乾燥させる。

【００５７】本実施の形態では、ウェットエッチング処
理時における基板Ｐの溶解を防ぐための保護材として表
面改質層２１を利用すると共に、ウェットエッチング処
理により除去可能な犠牲層６２を利用するようにしたの
で、基板Ｐの溶解を回避しつつ、微細な梁構造を高精度
に形成することができる。もちろん、この梁構造を有す
る基板Ｐ等を利用して、各種のマイクロマシンを形成す
ることもできる。

【００５８】なお、本実施の形態では、図２２および図
２３に示した梁構造の他、これ以外の多様な梁構造を形
成することが可能である。図２４および図２５は、本実
施の形態において形成された梁構造に対する変形例とし
ての梁構造を表すものであり、図２２および図２３にそ
れぞれ対応するものである。図２４および図２５では、
梁部６２Ｒの他端部が炭素薄膜６２の他の部分と連結さ
れた構造を示している。このような梁構造は、例えば、
ドライエッチング処理時に使用するマスク６３における
開口部６３Ｕの形状を変更することにより形成可能とな
る。もちろん、本実施の形態では、梁構造に限らず、梁
構造以外の多様な立体構造を形成することも可能であ
る。

【００５９】また、本実施の形態では、犠牲層６１の構
成材料として銅を用い、エッチング溶液Ｅとして塩化第
２鉄溶液を用いるようにしたが、必ずしもこれに限られ
るものではなく、エッチング溶液Ｅとして、犠牲層６１
を溶解させることが可能であると共に犠牲層６１以外の
構成要素（表面改質層２１や炭素薄膜６２等）を溶解さ
せることが不能な溶液を用いる限り、犠牲層６１やエッ
チング溶液Ｅの材料は自由に変更可能である。なお、本
実施の形態においても、上記第１の実施の形態において
説明した場合と同様に、例えば、表面改質層２１や炭素
薄膜６２に対する犠牲層６１のエッチングの選択比が高
いような選択的な溶解特性を有する溶液を用いることに
より、溶解特性の差異を利用して上記実施の場合と同様
の効果を得ることができる。

【００６０】なお、本実施の形態における上記以外の処
理条件（ウェットエッチング処理），作用，効果，変形
例等は、上記した各実施の形態の場合と同様である。

【００６１】以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発
明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定され
るものではなく、種々変形可能である。例えば、一連の
エッチング工程において用いた処理装置１０の構成や各
処理時に用いた処理方法（イオン注入方法，成膜方法，
エッチング方法）等は、必ずしも上記各実施の形態にお
いて説明したものに限られるものではなく、各構成要素
（処理ソース等）の機能や各処理結果を同様に確保する
ことが可能な限り、自由に変更可能である。この場合に
おいても、上記実施の形態の場合と同様の効果を得るこ
とができる。

【００６２】また、上記各実施の形態では、エッチング
工程により形成可能な微細構造として窪み構造（ＰＵ
１，ＰＵ２，ＰＵ３）や梁構造（梁部６２Ｕ）について
説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、ウ
ェットエッチング処理時におけるエッチング方向（異方
性，等方性）を制御することにより、他の各種の微細構
造を形成することが可能である。具体的には、例えば、
図２６に示したように、エッチング工程により形成され
た基板Ｐ等を用いてマイクロチャンネルなどの放熱デバ
イスを形成することも可能である。図２６は、エッチン
グ工程を利用して形成可能なマイクロチャンネル７０の
構成例を表すものである。このマイクロチャンネル７０
は、例えば、上記第１の実施の形態において窪みＰＵ１
を形成した場合と同様の手法により形成された複数の溝
ＰＵ４を有する基板Ｐと、この基板Ｐの溝ＰＵ４を覆う
ように図示しない接着層を介して配設されたカバープレ
ート７１とを含んで構成される。なお、カバープレート
７１と接着層との間には、例えば、保護層が配設される
場合もある。基板Ｐのうち、溝ＰＵ４の幅（チャンネル
幅）は約１０μｍ，各溝ＰＵ４間の部分（柱部）の幅は
約１００μｍである。このマイクロチャンネル７０の溝
ＰＵ４には、例えば、水，メチルアルコール，エチルア
ルコールなどの液体が満たされる。また、マイクロチャ
ンネル７０として、例えば、図２７に示したように、上
記第３の実施の形態において窪みＰＵ３を形成した場合
と同様の手法により、エッチング面が円弧状を呈する溝
ＰＵ４を有するものを形成することも可能である。もち
ろん、複数のマイクロチャンネル７０を積層して利用す
ることも可能である。

【００６３】また、上記各実施の形態では、主に、エッ
チング工程により形成された微細構造を有する基板Ｐ等
をマイクロマシンに利用する場合について説明したが、
必ずしもこれに限られるものではなく、他の各種の工業
分野等において利用可能である。具体的には、例えば、
上記したマイクロチャンネル７０を形成した場合と同様
の手法を用いて基板Ｐの面内方向に連続した溝構造を形
成し、この溝構造をＣＤ（Compact Disc），ＨＤ（Hard
Disc），ＭＤ（Mini Disc）などの各種ディスク上に形
成されるグルーブとして利用可能である。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項６のいずれか１項に記載のエッチング方法によれ
ば、イオン注入処理によりプラスチック基板の表面に表
面改質層を形成したのち、所定のエッチング溶液を用い
て、表面改質層を利用してエッチング処理の終点が決定
されるようにウェットエッチング処理を行うようにした
ので、ウェットエッチング処理時において、表面改質層
によりエッチング範囲が制御される。このため、成型技
術や切削技術を用いた従来の場合とは異なり、プラスチ
ック基板を用いた微細な構造物を高精度に形成すること
ができる。しかも、ウェットエッチング処理時における
エッチング方向（異方性，等方性）を制御することによ
り、微細な構造を有するプラスチック基板を用いて各種
のマイクロマシンを形成することが可能となる。

【００６５】特に、請求項４記載のエッチング方法によ
れば、エッチング溶液としてリモネンを含むものを用い
るようにしたので、エッチングに要する時間を短縮する
ことができると共に、エッチング溶液の廃棄時における
環境面に配慮することができる。

【００６６】また、請求項５記載のエッチング方法によ
れば、さらに、表面改質層上に所定の薄膜を形成するよ
うにしたので、所定の薄膜が形成されたプラスチック基
板を用いた微細な構造物を高精度に形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るエッチング方
法において用いられる処理装置の構成の一例を表す図で
ある。

【図２】イオン注入処理を説明するための図である。

【図３】図２に続く工程を説明するための図である。

【図４】ドライエッチング処理を説明するための図であ
る。

【図５】図４に続く工程を説明するための図である。

【図６】ウェットエッチング処理を説明するための図で
ある。

【図７】図６に続く工程を説明するための図である。

【図８】イオン注入処理時におけるパルス電圧の波形お
よび電流変化を表す図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係るエッチング方
法における成膜処理を説明するための図である。

【図１０】ドライエッチング処理を説明するための図で
ある。

【図１１】本発明の第２の実施の形態のエッチング方法
により形成される基板等の断面構成を表す断面図であ
る。

【図１２】本発明の第３の実施の形態に係るエッチング
方法におけるウェットエッチング処理を説明するための
図である。

【図１３】本発明の第３の実施の形態のエッチング方法
により形成される基板等の断面構成を表す断面図であ
る。

【図１４】本発明の第４の実施の形態に係るエッチング
方法における成膜処理を説明するための図である。

【図１５】図１４に示した基板等の平面構成を表す平面
図である。

【図１６】図１５に続く工程を説明するための図であ
る。

【図１７】図１６に示した基板等の平面構成を表す平面
図である。

【図１８】ドライエッチング処理を説明するための図で
ある。

【図１９】図１８に示した基板等の平面構成を表す平面
図である。

【図２０】図１８に続く工程を説明するための図であ
る。

【図２１】図２０に示した基板等の平面構成を表す平面
図である。

【図２２】本発明の第４の実施の形態のエッチング方法
により形成される基板等の断面構成を表す断面図であ
る。

【図２３】図２２に示した基板等の平面構成を表す平面
図である。

【図２４】本発明の第４の実施の形態のエッチング方法
により形成された梁構造に対する変形例としての梁構造
を表す基板等の断面図である。

【図２５】図２４に示した基板等の平面構成を表す平面
図である。図２３において、上記第１の実施の形態にお
ける構成要素と同一の部分には同一の符号を付してい
る。

【図２６】マイクロチャンネルの構成を表す図である。

【図２７】他のマイクロチャンネルの構成を表す図であ
る。

【符号の説明】

１…真空チャンバ、２，３，４…処理ソース、５…真空
ポンプ、６（６Ａ、６Ｂ，６Ｃ）…導入端子、７…バイ
アス電源、８（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ）…基板ホルダ、１０
…処理装置、１２…表面改質層、２２，４２，５２…マ
スク、２１Ｕ，２２Ｕ，４１Ｕ，４２Ｕ，５２Ｕ，６２
Ｕ，６３Ｕ…開口部、４１，６２…炭素薄膜、６１…犠
牲層、６２Ｒ…梁部、７０…マイクロチャンネル、７１
…カバープレート、Ｅ…エッチング溶液、Ｐ…基板、Ｐ
Ｕ１，ＰＵ２，ＰＵ３…窪み、ＰＵ４…溝。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラスチック基板に対してイオン注入処
理を施し、前記プラスチック基板の表面を改質すること
により表面改質層を形成する第１の工程と、前記表面改質層を利用してエッチング処理の終点を決定
することにより、所定のエッチング溶液を用いたウェッ
トエッチング処理を行う第２の工程とを含むことを特徴
とするエッチング方法。
【請求項２】前記エッチング溶液として、前記第２の
工程においてエッチングされることとなる被エッチング
層を溶解させることが可能であると共に、前記表面改質
層を溶解させることが不能な溶液を用いることを特徴と
する請求項１記載のエッチング方法。
【請求項３】前記エッチング溶液として、少なくとも
前記表面改質層に対する、前記第２の工程においてエッ
チングされることとなる被エッチング層のエッチングの
選択比が高い溶液を用いることを特徴とする請求項１記
載のエッチング方法。
【請求項４】前記エッチング溶液としてリモネンを含
むものを用いることを特徴とする請求項１記載のエッチ
ング方法。
【請求項５】前記第２の工程を超音波環境中において
行うことを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項６】さらに、前記第１の工程と前記第２の工
程との間に、前記表面改質層上に所定の薄膜を形成する第３の工程を
含むことを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。