JP2932650B2 - 微細構造物の製造方法 - Google Patents

微細構造物の製造方法

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    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/305—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching
    • H01J37/3053—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching for evaporating or etching
    • H01J37/3056—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching for evaporating or etching for microworking, e.g. etching of gratings, trimming of electrical components

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、数ミクロンから数百ミクロン程度の大きさ
を持つ微細構造物の製造方法に関するものである。
従来の技術 従来の微細構造物の製造方法としては、例えば主に西
ドイツで開発が進められているLIGA（Lithographie,Gal
vanoformung,Abformung）プロセスと呼ばれるものがあ
る。
第８図（ａ）〜（ｄ）はこのLIGAプロセスの工程図で
あり、１が金属基板、２は厚く塗布されたPMMAレジスト
膜、３はマスク基板で、４がマスクパターンである。ま
た、５はシンクロトロン放射である。６は電鋳されたニ
ッケルである。
以上のように構成された従来の微細構造物の製造方法
（LIGAプロセス）では、以下のように工程が進められ
て、微細金属部材が製造される。
（ａ）シンクロトロン（図示せず）から放射される、ビ
ームの広がりが少なく、且つ強いＸ線であるシンクロト
ロン放射光５によって、PMMAレジスト膜２にマスクパタ
ーン４を点線で示すように深く感光させる。
（ｂ）現像によって、感光した部分のPMMAレジスト膜２
を取り去る。
（ｃ）PMMAレジスト膜２の隙間に、ニッケル６を電鋳に
よって形成する。
（ｄ）PMMAレジスト膜２を除去して、ニッケル６が金属
基板１上に残る。
発明が解決しようとする課題 しかしながら前記のような方法では、高アスペクト比
の微細構造物を得ることは可能であるが、その断面形状
は、放射光によって決定される平行直線で構成された矩
形と言う画一的なものにしかならず、構造物の３次元形
状が限定されてしまい、所望の構造体が得られず汎用性
にも乏しいという課題を有していた。
本発明はかかる点に鑑み、断面形状が画一的な矩形だ
けではなく、勾配を有したり、直線や曲線を組み合わせ
た形状も可能となる、形状自由度の高い３次元構造体が
得られる微細構造物の製造方法を提供することを目的と
する。
課題を解決するための手段 本発明は、複数種類のレジストを使用し、イオン源か
ら放射されるイオンビームを被加工物に照射してイオン
エッチングにより行う微細構造物の製造方法であって、
前記被加工物への前記イオンビームの入射角を可変と
し、前記レジストを交換するごとに前記入射角を変化さ
せながら同一層へのエッチングを繰り返し、所望の形状
を得ることを特徴とする。
作 用 上記手段によれば、格段に自由度が大きく、単なるテ
ーパ形状にとどまることなく、極めて自由度の高い所望
の形状が得られる。
実施例 第１図は本発明の微細構造物の製造方法を具現化した
イオンエッチング装置の構成図である。
第１図において、11は真空チャンバであり、12の開口
部より矢印13に示すようにポンプ（図示せず）によって
気体が排出される。
イオン源14には、パイプ15から矢印16に示すようにAr
ガスが送り込まれる。このイオン源14はカウフマン型の
イオン源であり、詳細な説明は省略するが、フィラメン
トカソードと円筒型アノードとの間でArガスを放電さ
せ、発生したAr+イオンをグリッドを通過させて、加速
された平行ビームとして矢印17に示すように引き出すも
のである。
18は被加工物であり、19はこの被加工物18を固定する
支持台である。支持台19は、モータ20によって矢印21に
示すように回転することができる。また、モータ20自体
も軸22によって軸支され、モータ23によって矢印24に示
すように回転することができる。
上記構成により、被加工物18はイオンビーム25との相
対角度を、２自由度において自由に設定した上でエッチ
ングすることができる。また、モータ20、23を作動させ
ながら、即ち、被加工物18の姿勢を変化させながらイオ
ンビーム25を放射することも可能である。
以上のように構成されたイオンエッチング装置を用い
た場合の、本発明の微細構造物の製造方法の実施例を説
明する。
第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施例の工程
図である。
（ａ）基板31は、第１図の支持台の上に固定されてい
る。そして、基板31上には、スパッタリングや蒸着等に
よって被加工物18が形成されており、更に被加工物18上
にはレジスト32が図示のように形成されている。
第１図のモータ20あるいは23を制御して被加工物18と
イオンビーム25との相対角度、即ち被加工物18へのイオ
ンビーム25の入射角を図のように斜め方向に設定する。
その結果、被加工物18は、点線で示すようにエッチング
される。ただし、被加工物18に対して、基板31及びレジ
スト32はエッチレートが十分に低いものである。
（ｂ）上記（ａ）の工程のエッチングが終了した後、イ
オンビーム25と被加工物18との相対角度をモータを作動
させて逆方向に変更し、再び点線で示すようにエッチン
グを行う。
（ｃ）レジスト32を除去することにより、被加工物18
は、側面が図のような勾配を持った台形の断面形状を有
する構造体に加工されることになる。
第３図（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施例を示す
工程図である。
（ａ）支持台の上に固定された基板31上にスパッタリン
グや蒸着等によって形成された被加工物18上に、レジス
ト33を図のように形成する。
第１図のモータ20または23を制御して被加工物18とイ
オンビーム25との相対角度を図のように垂直方向に設定
して、点線で示すようにエッチングを行う。ただしここ
でも、被加工物18に対して、基板31及びレジスト33はエ
ッチレートが十分十分に低いものである。
（ｂ）上記（ａ）におけるエッチングが終了した後、イ
オンビーム25と被加工物18との相対角度をモータを作動
させて図のように斜め方向に変更し、時間を制御して再
び点線で示すようにエッチングを行う。
（ｃ）上記（ｂ）のエッチングが終了した後、イオンビ
ーム25と被加工物18との相対角度をモータを作動させて
逆方向に変更し、時間を制御して再び点線で示すように
エッチングを行う。
（ｄ）レジスト33を除去することにより、被加工物18は
図のように通常の加工では得られない異形の断面形状の
構造体に加工される。
以上のように、これらの実施例によれば、イオンビー
ム25と被加工物18との相対角度を変更しながらエッチン
グすることにより、台形や異形の断面形状を有する微細
構造物を製造することができる。
もちろん、レジストや、レジストとイオンビームとの
相対角度を自由に設定することにより、上記実施例に示
した以外の形状をつくり出すことができる。
第４図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施例の工程
図である。
（ａ）支持台の上に固定され基板31上にスペッタリング
や蒸着等によって形成せれた被加工物18の上にレジスト
34を図のように形成する。この状態で被加工物18とイオ
ンビーム25との相対角度を図のように斜め方向に設定し
て、点線で示すようにエッチングを行う。ただしここで
も、被加工物18に対して、基板31及びレジスト34はエッ
チレートが十分に低いものである。
（ｂ）エッシングレートが終了した後、レジスト34を除
去してレジスト35を図のように形成し、イオンビーム25
と被加工物18との相対角度をモータを作動させて逆方向
に変更し、再び点線で示すようにエッチングを行う。
（ｃ）レジスト35を除去することにより、被加工物18は
図のように第１の実施例とは逆の勾配を持った台形の断
面形状の構造体に加工されることになる。
第５図（ａ）〜（ｄ）は本発明の第４の実施例の工程
図である。
（ａ）支持台の上に固定された基板31上にスパッタリン
グや蒸着等によって形成された被加工物18の上にレジス
ト36を図のように形成する。この状態で被加工物18とイ
オンビーム25との相対角度を図のように斜め方向に設定
して、点線で示すようにエッチングを行う。ただしここ
でも、被加工物18に対して、基板31及びレジスト36はエ
ッチレートが十分に低いものである。
（ｂ）エッチングが終了した後、レジスト36を除去して
レジスト37を図のように形成し、イオンビーム25と被加
工物18との相対角度をモータを作動させて図のように逆
方向に変更し、再び点線で示すようにエッチングを行
う。
（ｃ）エッチングが終了した後、再びレジスト37を除去
してレジスト38を図のように形成し、イオンビーム25と
被加工物18との相対角度をモータを作動させて垂直方向
に変更し、時間を制御して再び点線で示すようにエッチ
ングを行う。
（ｄ）レジスト38を除去することにより、被加工物18は
図のように通常の加工では得られない異形の断面形状の
構造体に加工されることになる。
以上のように第４、５の実施例によれば、複数の種類
のレジストを使用して、イオンビーム25と被加工物18と
の相対角度を変更しながらエッチングすることにより、
台形や異形の断面形状を有する微細構造物を製造するこ
とができる。
もちろん、レジストや、レジストとイオンビームとの
相対角度を自由に設定することにより、例に示した以外
の形状をつくり出すことができる。
第６図（ａ）〜（ｄ）は本発明の第５の実施例の工程
図である。
本実施例では、被加工物18へのイオンビーム25の入射
角度が、エッチングの進行と共に徐々に変化される。
（ａ）支持台の上に固定された基板31上にスパッタリン
グや蒸着等によって形成された被加工物18の上にレジス
ト39を図のように形成する。
この状態で被加工物18とイオンビーム25との相対角度
を図のようにまず垂直方向に設定し、エッチングの進行
と共に徐々に矢印40の方向にイオンビーム25の入射角度
が変化していくように、モータを作動させて被加工物18
を回転させながらエッチングを行う。ただしここでも、
被加工物18に対して、基板31及びレジスト36はエッチレ
ートが十分に低いものである。
（ｂ）エッチングが進行し、被加工物18とイオンビーム
25との相対角度が図のように設定される時点では、被加
工物18のエッチング状態は図に示すようになっている。
（ｃ）さらにエッチングが進行し、被加工物18とイオン
ビーム25との相対角度が図のように設定される時点で
は、被加工物18のエッチング状態もさらに進行して図に
示すようになっている。
（ｄ）エッチングが終了してレジスト39を除去すること
により、被加工物18は図のように通常の加工では得られ
ない曲線形の断面形状の構造体に加工されることにな
る。
以上のように本実施例によれば、イオンビーム25と被
加工物18との相対角度を徐々に変化させながらエッチン
グすることにより、曲線形の断面形状を有する微細構造
物を製造することができる。もちろん、回転速度を連続
的に変化させる、あるいは断続的に変化させるなど自由
に設定することにより、例に示した以外の形状をつくり
出すことができる。
なお、第１〜第５の実施例における被加工物18の材質
は、特定材質に限定されるものではなく、金属、セラミ
ックス、シリコン等をレジストとのエッチレートの関係
に従って自由に設定すればよい。また、イオン源に関し
ても他の方式を用いても構わない。
さらに、第１〜第５の実施例を適当に組み合わせるこ
とも可能であるし、その際、被加工物18を随時堆積させ
ながら加工を行うこともできる。即ち、イオンスパッタ
リングを用いるのであれば、第１図に示したイオンエッ
チング装置にスパッタリングの機能を付加すればよく、
これは容易に行えるものである。
そして、以上の説明ではイオンビームによるエッチン
グについて述べてきたが、もちろん、異方性エッチング
が可能な手法であればどの様な方法を用いても良いこと
は言うまでもない。
さて、本発明は、従来の微細構造物の製造方法（例え
ばLIGAプロセス）に応用することも可能である。
第７図（ａ）〜（ｅ）は本発明の第６の実施例による
微細構造物の製造方法の工程図を示すものである。
51が金属基板、52は厚く塗布されたPMMAレジスト膜、
53はマスク基板で、54がマスクパターンである。また、
55はシンクロトロン放射光である。56は電鋳されたニッ
ケルである。
（ａ）シンクロトロン（図示せず）から放射される、ビ
ームの広がりが少なく、且つ強いＸ線であるシンクロト
ロン放射光55によって、PMMAレジスト膜52に垂直にマス
クパターン54を点線で示すように感光させる。
（ｂ）シンクロトロン放射光55とPMMAレジスト膜52との
相対角度を図に示すように斜め方向に変更して、再びマ
スクパターン54を点線で示すように感光させる。
（ｃ）現像によって、感光した部分のPMMAレジスト膜52
を取り去る。
（ｄ）PMMAレジスト膜52の隙間に、ニッケル56を電鋳に
よって形成する。
（ｅ）PMMAレジスト膜52を除去して、従来のLIGAプロセ
スでは得られない勾配を持った断面形状を有するニッケ
ル56が金属基板51上に残る。
以上のように本実施例によれば、シンクロトロン放射
光55とPMMAレジスト膜52との相対角度を変更しながら露
光を行うことにより、従来のプロセスでは得られない勾
配を持った断面形状を有する微細構造物を製造すること
ができる。
もちろん、この場合もレジストや相対角度を自由に設
定することにより、例に示した以外の形状をつくり出す
ことができるし、第１〜第５の実施例と適当に組み合わ
せることも可能である。そして、露光の方法も、上記説
明で述べた手法の限りでないことは言うまでもない。
発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、断面形状に勾
配を有したり、直線や曲線を組み合わせたりした形状が
可能な自由度の高い３次元構造体が得られ、その実用的
効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の微細構造物の製造方法を用いたイオン
エッチング装置の構成図、第２図〜第７図は、本発明の
微細構造物の製造方法の実施例を示す工程図、第８図は
従来の微細構造物の製造方法の工程図である。 18……被加工物、19……支持台、20、23……モータ、25
……イオンビーム、31……基板、32〜39……レジスト、
51……金属基板、52……PMMAレジスト膜、53……マスク
基板、54……マスクパターン、55……シンクロトロン放
射光、56……ニッケル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 貴志 俊法 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−116126（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−5548（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−63929（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−71548（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23F 4/00 H01L 21/3065,21/30 H05K 3/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数種類のレジストを使用し、イオン源か
    ら放射されるイオンビームを被加工物に照射してイオン
    エッチングにより行う微細構造物の製造方法であって、
    前記被加工物への前記イオンビームの入射角を可変と
    し、前記レジストを交換するごとに前記入射角を変化さ
    せながら同一層へのエッチングを繰り返し、所望の形状
    を得ることを特徴とする微細構造物の製造方法。
  2. 【請求項２】被加工物をエッチングした後、第２の被加
    工物を同一基板上に堆積させてエッチングを行うことを
    特徴とする請求項１記載の微細構造物の製造方法。
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