JP3343178B2 - Microfabrication methods and fine machining apparatus - Google Patents

Microfabrication methods and fine machining apparatus

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JP3343178B2
JP3343178B2 JP8654395A JP8654395A JP3343178B2 JP 3343178 B2 JP3343178 B2 JP 3343178B2 JP 8654395 A JP8654395 A JP 8654395A JP 8654395 A JP8654395 A JP 8654395A JP 3343178 B2 JP3343178 B2 JP 3343178B2
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克則 一木
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洋太郎 畑村
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株式会社荏原製作所
洋太郎 畑村
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Exposure apparatus for microlithography
    • G03F7/70216Systems for imaging mask onto workpiece
    • G03F7/70358Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、エネルギービーム源が発生するエネルギービームを、マスク面内に規則的に開けられた多数の同一所定形状パターンのビーム透過孔を通過させて被加工物に照射することにより、被加工物の特定領域をエネルギービームの照射量に応じた深さ又は高さに加工する三次元的な微細加工に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is irradiated, the energy beam energy beam source produces, in the workpiece by passing the beam transmissive apertures of the number of identical predetermined shape pattern bored regularly in the mask plane by relates processed to three-dimensional microfabrication specific area to a depth corresponding to the dose or the height of the energy beam of the workpiece. 特に、被加工物に加工された形状の最小寸法が、 In particular, the minimum dimension of the shape which has been processed in the workpiece,
0.1nm〜10nm、もしくは10nm〜100n 0.1nm~10nm or 10nm~100n,
m、もくしは100nm〜10μm程度のnm(ナノメートル)オーダの加工に好適なものである。 m, visual observation is suitable for machining of nm (nanometer) order of about 100 nm to 10 m.

【0002】従って、被加工物、もしくは被加工物から更に転写により製作された被加工物は、nmオーダのサイズを必要とする量子効果素子、マイクロ光学用の各種素子等の製作に適用できるばかりでなく、例えば光磁気ディスクの読取装置、或いは精密回転機器の軸受等の接触機構、又ラビリンスシール等の流体シール機構にも利用が可能であり摩擦抵抗の低減、コンダクタンスの低減等の効果を生じる。 [0002] Therefore, the workpiece, or the workpiece fabricated by further transferred from the workpiece, a quantum effect device requiring the size of the nm order, only applicable to production of various devices for micro-optical not caused for example reading device of the magneto-optical disk, or a contact mechanism such as a bearing precision rotating equipment, also utilized is possible to reduce the frictional resistance to fluid seal mechanism such as a labyrinth seal, the effect of reduction of conductance .

【0003】 [0003]

【従来の技術】従来、任意の形状のパターンを基板表面に多数配置するnmオーダの加工を行う方法としては、 Conventionally, as a method for machining of nm order to place a large number of patterns of arbitrary shape on the substrate surface,
半導体プロセスに用いられるフォトリソグラフィ技術が知られている。 Photolithography techniques used in semiconductor processes are known. 図42は、フォトリソグラフィ技術による半導体基板加工方法のフロー図を示すものである。 Figure 42 shows a flow diagram of a semiconductor substrate processing method according to the photolithography technique. 第1工程(A)では、加工基板1の表面にレジスト材2がコーティングされる。 In the first step (A), the resist material 2 is coated on the surface of the processed substrate 1. 続いて、第2工程(B)において、所定パターン形状の透過孔が形成されたフォトマスク3を、レジスト材2の表面から若干浮かした状態で対向配置し、マスクパターンの透過孔3aを介してレジスト材2の表面に紫外線4を照射する。 Subsequently, in a second step (B), a photo mask 3 transmission hole of a predetermined pattern is formed, faces arranged slightly float state from the surface of the resist material 2, through the transmission hole 3a of the mask pattern irradiated with ultraviolet light 4 on the surface of the resist material 2. これにより、フォトマスクに形成された透過孔3aと同じパターンがレジスト材2aに転写される。 Thus, the same pattern as the transmission holes 3a formed on the photomask is transferred to the resist material 2a. 次に第3工程(c)において、レジスト材2を現像し、透過孔3aを介して紫外線を照射した部分のレジスト材2aを除去する。 Then in the third step (c), the resist material 2 is developed, through the transmission hole 3a to remove the resist material 2a of the portion irradiated with ultraviolet rays. さらに、 further,
第4工程(D)において、プラズマ中のイオンやラジカル種を利用して加工基板1上のレジスト材が無い部分に異方性エッチングを施し、穴を形成する。 In the fourth step (D), subjected to anisotropic etching to the resist portion material is not on the work substrate 1 by using the ions and radicals in the plasma, to form a hole. 最後に、第5 Finally, the fifth
工程(E)において、レジスト材2を完全に除去して基板への加工が完了する。 In step (E), the resist material 2 is completely removed processed to the substrate is completed.

【0004】こうして、第1(A)〜第5(E)工程からなる基板加工により、加工基板の表面にフォトマスクの透過孔と同じパターンの穴が形成される。 [0004] Thus, the substrate processing consisting of the 1 (A) ~ a 5 (E) step, holes in the same pattern as the transmission hole of the photomask is formed on the surface of the processed substrate. 次に、加工基板上に深さが異なる穴を形成するためには、第2段階の基板加工のフォトリソグラフィ工程に着手する。 Next, in order to form a hole different depths on the processing substrate, to undertake the photolithography process of the substrate processing of the second stage. すなわち、表面に穴が形成された加工基板の表面に再びレジスト材2をコーティングし、加工しない部分を前回とは異なるパターンのフォトマスクにて覆い、フォトマスクにて覆われていない部分に前回と同様の加工を施す。 That is, the coating again a resist material 2 on the surface of the processed substrate hole formed on the surface thereof, a portion which is not processed covered by a photo mask pattern different from the previous, and the previous to the portion not covered with the photomask subjected to a similar processing. この場合、加工深さは、加工時間を制御することにより調節でき、こうした数段階の基板加工を繰り返し行うことにより、加工基板に深さの異なる穴が形成された半導体デバイスが出来上がる。 In this case, the processing depth can be adjusted by controlling the processing time, by repeating the substrate processing such several stages, the semiconductor device is completed in which different hole depths in processing the substrate is formed.

【0005】 [0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従来のフォトリソグラフィ技術を用いた加工法では、次のような問題が生じる。 However [0007], in the conventional machining method using photolithography technique, the following problems arise. 表面形状を任意の三次元的な曲面形状に加工することは、上述の一回のフォトリソグラフィ工程では不可能である。 Processing the surface shape into any three-dimensional curved surface shape is not possible in a single photolithography step described above. 敢えてフォトリソグラフィ技術で行う場合には、複数枚のマスクが必要になり、繰り返すフォトリソグラフィ工程の数も増える。 Dare When performing the photolithography technique requires a plurality of masks, also increases the number of photolithography process repeated. 特に、フォトリソグラフィ技術ではレジスト工程は大気中で、エッチング工程は真空中で行われるため、その往復をする度に、真空排気・リークを繰り返さなければならず、時間がかかる。 In particular, the resist process in the atmosphere in the photolithography, the etching step is carried out in a vacuum, every time that the reciprocating, must be repeated evacuation leakage, takes time. また、原理的に、曲面に近似した階段状の形状にしかならず、完全に任意の滑らかな三次元的な表面形状を得ることはできない。 Also, in principle, not only the step-like shape similar to a curved surface, completely can not be obtained any smooth three-dimensional surface profile. また、表面が元々から高低差の大きな曲面である被加工物に対しては、レジスト材を均一に塗布することは困難であり、できたとしても、 Further, with respect to the workpiece is a large curved surface height difference from the surface originally, it is difficult to uniformly apply the resist material, as could,
マスクを密着できない。 You can not contact the mask. このため、微細なパターンを作ろうとすると縮小レンズを用いた露光装置が必要になるが焦点深度が浅いためマスクパターンのピントを基板表面全面に合わせられない。 Therefore, no exposure apparatus is required with the reduction lens to try to make a fine pattern but the camera can focus mask pattern for shallow focal depth of the substrate whole surface. このような訳で、フォトリソグラフィ工程の繰返しでは、三次元的なnmオーダの任意の曲面を形成する加工は、実質的に不可能である。 Such mean, in the repeating photolithography step, processing for forming an arbitrary curved surface of a three-dimensional nm order is virtually impossible.

【0006】本発明は前述の点に鑑みて為されたもので、nmオーダの加工深さ又は高さが精度よく制御でき、その結果、設計通りの滑らかな任意の加工表面形状を得ることができ、しかも、その形状を、同時に多数、 [0006] The present invention has been made in view of the above, the processing depth or height of the nm order can be accurately controlled, as a result, to obtain a smooth any work surface shape as designed can, moreover, its shape, a large number at the same time,
製作することができる微細加工方法及び微細加工装置を提供することを目的とする。 That manufacture is an object to provide a fine processing method and micro-machining apparatus capable.

【0007】 [0007]

【課題を解決するための手段】本発明の微細加工方法は、エネルギービーム源が発するエネルギービームを、 Microfabrication methods of the present invention According to an aspect of the energy beam the energy beam source emits,
マスク面内に開けられた所定形状パターンのビーム透過孔に通過させて、被加工物に照射するとともに、前記エネルギービーム源と前記被加工物との相対角度関係を周期的に回転運動させる、又は前記マスクと前記被加工物との相対並進位置関係を周期的に並進運動させることにより、前記被加工物の特定領域を前記エネルギービームの照射量に応じた加工を行うことを特徴とする。 It passed through a beam transmission hole having a predetermined shape pattern drilled into the mask surface, and irradiates the workpiece, wherein the energy beam source and the thereby cyclically rotational movement relative angular relationship between the workpiece, or by periodically translation relative translational positional relationship between the between the mask workpiece, and performs the processing corresponding to the specific area of ​​the workpiece in the irradiation amount of the energy beam.

【0008】 記マスク面内には、規則的に開けられた多数の同一所定形状パターンのビーム透過孔を備えてい [0008] Before Symbol mask plane, have a beam transmission aperture of a large number of the same place constant shape pattern opened regularly
る。 That.

【0009】 記エネルギービームとして、高速原子線、イオンビーム、電子線、レーザー、放射線、X線、 [0009] as a pre-Symbol energy beam, fast atom beam, ion beam, electron beam, laser, radiation, X-rays,
又はラジカルビームを用いる。 Or radical beam like Ru used.

【0010】また、前記被加工物が、シリコン、二酸化珪素などの半導体材料、ガリウム砒素、アルミガリウム砒素、インジウムガリウム砒素などの量子素子材料、アルミ、ステンレス材などの構造材料、タングステン、チタン、タングステンカーバイド、ボロンナイトライド、 Further, the workpiece, silicon, a semiconductor material such as silicon dioxide, gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, the quantum device material such as indium gallium arsenide, aluminum, structural materials such as stainless steel, tungsten, titanium, tungsten carbide, boron nitride,
4窒化チタン、セラミックスなどの難削材料もしくは高硬度材料、プラスチック、ポリイミド、ガラス、石英ガラス、光学ガラス、ルビー、サファイア、フッ化マグネシュウム、ジンクセレン、ジンクテルルなどの光学材料のいずれかであることが好ましい 4 titanium nitride, flame cutting material or a material of high hardness such as ceramics, plastics, polyimide, glass, quartz glass, optical glass, ruby, sapphire, fluoride magnesium, zinc selenide, be any of the optical material such as Jinkuteruru preferred .

【0011】また、前記マスクが複数枚、前記エネルギービーム軸方向に重なって配置されており、かつ、前記エネルギービーム軸上に固定された固定マスクと、前記エネルギービーム軸に対して相対位置関係が可変である可動マスクとから構成され、前記エネルギービームは、 Further, a plurality said mask, said are arranged to overlap the energy beam axis, and a fixed mask which is fixed on said energy beam axis, the relative positional relationship relative to said energy beam axis is composed of a movable mask is variable, wherein the energy beam is
前記固定マスクに開けられたビーム透過孔と、可動マスクに開けられたビーム透過孔を通過したもののみが前記被加工物に照射されるようにしてもよい A beam transmission hole bored in the fixed mask, may be only those which have passed through the beam transmission hole bored in the movable mask is irradiated on the workpiece.

【0012】また、加工途中で前記いずれかのマスクを交換するようにしてもよい Further, during processing in may be replacing the one of the mask.

【0013】また、前記エネルギービーム源と前記被加工物との相対回転運動もしくは、前記マスクと前記被加工物との相対並進位置移動が、速度変化を伴う周期的運動であることが好ましい [0013] The relative rotational movement or of the workpiece and the energy beam source, the said mask relative translational position movement of the workpiece is preferably a cyclic motion with a speed change.

【0014】また、前記マスクと前記被加工物との相対並進位置移動が、半径一定の、もしくは半径が可変の水平円運動であるようにしてもよい Further, the said mask relative translational position movement of the workpiece, the constant radius or radius may be located at a variable horizontal circular motion.

【0015】また、前記マスクと前記被加工物との相対並進位置移動が、直線往復運動であるようにしてもよ Further, the said mask relative translational position movement of the workpiece, also be located in a linear reciprocating motion
There.

【0016】また、前記マスクと前記被加工物との相対並進位置移動が、その軌道が四角形を描くものである Further, the said mask relative translational position movement of the workpiece, its trajectory is intended to draw a rectangle
うにしてもよい Unishi may be.

【0017】また、前記マスクのビーム透過孔形状もしくは前記被加工物に加工された形状の最小寸法が0.1 [0017] The minimum size of the processed shape to the beam transmission hole shape or the workpiece of the mask is 0.1
nmから10nmであることが好ましい it is preferable from nm is 10nm.

【0018】また、前記マスクのビーム透過孔形状もしくは前記被加工物に加工された形状の最小寸法が10n [0018] The minimum size of the processed shape to the beam transmission hole shape or the workpiece of the mask 10n
mから100nmであるようにしてもよい It may be there at 100nm from m.

【0019】また、前記マスクのビーム透過孔形状もしくは前記被加工物に加工された形状の最小寸法が100 [0019] The minimum size of the processed shape to the beam transmission hole shape or the workpiece of the mask 100
nmから10μmであるようにしてもよい It may be there at 10μm from nm.

【0020】また、 前記微細加工方法により製作した前記被加工物を金型として、電鋳もしくは射出成形などの転写技術により、前記被加工物と鏡像関係の転写物を製作することができる。 Further, the workpiece as a mold manufactured by the micromachining process, a transfer technique such as electroforming or injection molding, wherein the Ru can be fabricated transcripts workpiece and mirror image.

【0021】また、 前記微細加工方法により製作した前記転写物を金型として、更に電鋳もしくは射出成形などの転写技術により、前記転写物と鏡像関係の転写物を製作するようにしてもよい Further, the transcripts produced by the micro-machining method as the mold, by a transfer technique such as further electroforming or injection molding may be produced transcripts of the transcript and the mirror image.

【0022】また、前記方法によって製作された被加工物が、光学、又は波長選択効果を有するようにしてもよ Further, the workpiece fabricated by the method, even so as to have an optical or wavelength selective effect
There.

【0023】また、前記方法によって製作された被加工物が、量子効果素子、又はフィールドエミッタ素子としての機能を有するようにしてもよい Further, the workpiece fabricated by the method, may have a function as a quantum effect devices or field emitter elements.

【0024】また、前記方法によって製作された被加工物が、低摩擦表面を有し、又、コンダクタンスの軽減効果を有し、接触機構、又は流体シール機構としての機能を有するものであることができる Further, the workpiece fabricated by the method has a low friction surface and has the effect of reducing the conductance, the contact mechanism, or it has a function as a fluid sealing mechanism It can be.

【0025】本発明の微細加工装置は、エネルギービームを発するエネルギービーム源と、1つ以上の同一もしくは異種の所定形状パターンのビーム透過孔を配置し、 The microfabricated device of the present invention, the energy beam source for emitting an energy beam, one or more identical or beam transmission hole having a predetermined shape pattern of the heterologous arranged,
前記ビーム透過孔を介して前記エネルギービームを透過させるマスクと、前記マスクを透過した前記エネルギービームを照射されて加工される被加工物と、前記マスクと前記被加工物との相対並進位置関係を周期的に可変する並進運動機構と、前記被加工物の特定領域を前記エネルギービームの照射量に応じて加工する制御手段とを具備したことを特徴とする。 A mask that transmits the energy beam through the beam transmission hole, a workpiece to be processed is irradiated with said energy beam having passed through the mask, the relative translational positional relationship between the between the mask workpiece a translation mechanism for periodically varying to, characterized in that the specific area of ​​the workpiece was a control means for processing according to the irradiation amount of the energy beam.

【0026】また、前記並進運動機構に代えて、又はと共に、前記エネルギービームに対して前記マスクと被加工物との相対角度関係を周期的に可変する回転機構を備<br>えることが好ましい Further, instead of the translation mechanism, or together with, the mask and Bei <br> example Rukoto rotation mechanism for periodically changing the relative angular relationship between the workpiece relative to the energy beam preferred.

【0027】また、前記被加工物の加工後の形状をあらかじめ設定すると、ビームの照射時間、前記マスクの透過孔形状、前記相対並進位置移動経路及び速度、前記相対回転運動経路及び速度等を前記被加工物とシミュレーションにより解析できる支援装置を更に具備することが Further, the when preset shape after machining of the workpiece, the beam irradiation time, transmission hole shape of the mask, the relative translational position movement path and speed, the relative rotational movement path and speed like the It is further provided with a support device that can be analyzed by the workpiece and simulation
好ましい Preferred.

【0028】また、前記並進位置移動機構に、粗動および微細移動機構部があり、前記微細移動機構部には、圧電素子(ピエゾ素子)もしくは、磁歪素子もしくは、熱変形を利用した素子駆動機構を使用し、前記微細移動の位置移動制御が、0.1nm〜10nm、もくしは10 Further, the translational position moving mechanism, there are coarse and fine movement mechanism, wherein the fine movement mechanism, a piezoelectric element (piezo element) or magnetostrictive element or the element driving mechanism utilizing the thermal deformation using said position movement control of the fine movement, 0.1 nm to 10 nm, the visual 10
nm〜100nm、もしくは100nm〜10μmの範囲で可動であることが好ましい nm to 100 nm, or is preferably moveable within a range of 100 nm to 10 m.

【0029】また、前記並進位置移動機構の微細移動機構部の移動方向を1自由度に拘束するガイド機構に、平行平板構造もしくは片持ち梁構造の弾性ヒンジ、もしくは予圧をかけた摺動ガイドを用いることもできる。 Further, the moving direction of the fine moving mechanism of the translational position moving mechanism to a guide mechanism for restraining the one degree of freedom, the sliding guide multiplied by elastic hinge or preload, the parallel plate structure or a cantilever structure using Ru can also.

【0030】また、前記エネルギービーム源と前記マスクと前記被加工物とは、光学顕微鏡又は走査型二次電子顕微鏡(SEM)又はレーザ顕微鏡等の顕微鏡を用い、 Further, the energy beam source and said mask and said workpiece, using an optical microscope or a scanning secondary electron microscope (SEM) or a microscope, such as a laser microscope,
真空中で位置合せさせる手段を備えることが好ましい Rukoto comprising means to align in a vacuum is preferred.

【0031】 [0031]

【作用】本発明によれば、マスクに形成されたビーム透過孔を透過させてエネルギービームを被加工物に照射し、その際に、相対回転運動によりエネルギービーム源とマスクとの相対角度関係、或いは、相対並進運動によりマスクと被加工物との相対並進位置関係を周期的に可変にして、被加工物の特定領域をエネルギービームの照射量に応じた深さ又は高さに加工する。 According to the present invention, an energy beam is irradiated to the workpiece by transmitting a beam transmission hole formed in the mask, at that time, the relative angular relationship between the energy beam source and the mask by the relative rotational movement, Alternatively, the relative translational movement relative translational positional relationship between the mask and the workpiece in the cyclically variable, is processed to a depth corresponding to the dose or the height of a particular domain energy beam of the workpiece. 例えば、エネルギービームとして直進性の高い高速原子線を用い被加工物をエッチングする際に、円形の透過孔を有するマスクと被加工物とを、エネルギービーム軸に対し垂直な平面内で円軌道を描く相対並進運動をすることにより、微細な円錐状の突状物、又は放物線状の曲面を有する円形の穴等を任意に形成することができる。 For example, when etching the workpiece using a high linearity fast atom beam as energy beam, a mask and the workpiece with a circular transmission holes, a circular orbit in a plane perpendicular to the energy beam axis by the relative translational movement drawing, it can optionally form a circular hole or the like having a fine conical protrusion thereof, or parabolic curved surface.

【0032】そして、nmオーダの相対並進位置移動を行うことから、nmオーダの三次元的な曲面等の加工面を任意に形成することができる。 [0032] Then, from doing the relative translational position movement of the nm order, it is possible to arbitrarily form a working surface such as a three-dimensional curved surface of the nm order. 又、高速原子線等のエネルギービームを用いて加工するので、各種の絶縁物、 In addition, since the processing using an energy beam such as a fast atom beam, various insulator,
難削性の金属等にも、微細な三次元的な加工を行うことができる。 In difficult-to-cut property of the metal or the like, it is possible to perform a fine three-dimensional processing. 更にマスクに多数の規則的に開けられた同一形状のビーム透過孔を設けることにより、例えばnmオーダのレンズを規則的に多数配列したホモジナイザ、レンチキュラ等のマルチレンズを容易に作ることができる。 Further by providing the beam transmissive apertures of a number of regularly bored same shape as a mask, for example, the nm order homogenizer was regularly arrayed lenses, the multi-lens, such as a lenticular can be made easier. 更に又、本発明の微細加工方法で製作された被加工物を金型として、プラスチックモールド等を行うことにより、nmオーダの微細加工物を転写により大量生産することができる。 Furthermore, the workpiece fabricated by microfabrication methods of the present invention as a mold, by performing plastic molding or the like, can be mass-produced by transcription of nm order fine processing thereof.

【0033】尚、最小寸法サイズが、0.1nm〜10 [0033] In addition, the minimum dimension size, 0.1nm~10
nmの被加工物は、量子効果素子に、10nm〜100 Workpiece nm is the quantum effect device, 10Nm~100
nmの被加工物は、X線用のレンズ等に、100nm〜 Workpiece nm is a lens or the like for X-ray, 100 nm to
10μmの被加工物は可視光用のレンズ等にそれぞれ好適である。 Workpiece 10μm is suitable respectively to a lens or the like for visible light.

【0034】更にまた、nmオーダの微細な溝等の加工が、任意の曲面に行えることから、例えば光磁気ディスクの読取り装置、或いは高精度軸受等の接触機構に微細な溝を設けることにより、接触面間の距離を狭くしながら、且つ低摩擦抵抗とすることができる。 [0034] Furthermore, the processing of such fine grooves of nm order is because it allows any curved surface, for example, the reader of the magneto-optical disk, or by providing the fine grooves in the contact mechanism such as a high-precision bearings, while narrowing the distance between the contact surfaces, and can be a low friction resistance. 同様にラビリンスシール等に用いることにより、低摩擦抵抗でありながら流体のコンダクタンスを低減したシール機構が提供される。 By using the labyrinth seal and the like as well, the sealing mechanism that reduces the conductance of the fluid while a low frictional resistance is provided.

【0035】 [0035]

【実施例】以下、本発明の各実施例について、図1乃至図41を参照して説明する。 EXAMPLES Hereinafter, the embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 41. 尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。 Incidentally, the same reference numerals in the figures denote the same or corresponding parts.

【0036】図1は、本発明の微細加工装置の一構造例を示すもので、マスクと被加工物とを相対運動させるための並進位置移動機構に圧電素子を、移動ガイド機構に平行平板構造の弾性ヒンジを用いた例を示す。 [0036] FIG. 1 shows a structural example of a microfabricated device of the present invention, the piezoelectric elements into translational position movement mechanism for causing relative movement between the mask and the workpiece, parallel plate structure to the moving guide mechanism an example of using a resilient hinge.

【0037】エネルギービーム源12、マスク13と被加工物11とを搭載した試料ステージ26、及び試料ステージ26を搭載したゴニオステージ27,28とが図示しない真空容器中に配置されている。 The energy beam source 12, a goniometer 27 and 28 equipped with the mask 13 and the sample stage 26 mounted with the workpiece 11 and the sample stage 26, are disposed in a vacuum container (not shown). エネルギービーム源12は、高速原子線、イオンビーム、電子線、レーザ光、放射線、X線、又はラジカルビーム等のエネルギービーム14をマスク13に設けられた透過孔を介して、被加工物11に照射する。 Energy beam source 12 is a fast atom beam, ion beam, electron beam, laser beam, radiation, X-rays, or an energy beam 14 radical beam or the like via the transmission holes provided in the mask 13, the workpiece 11 irradiated. 被加工物11は、エネルギービーム14の照射により、エッチング加工もしくは気相成長加工が行われる。 Workpiece 11, the irradiation of the energy beam 14, etched or vapor deposition process is performed.

【0038】マスク13は、圧電素子微細移動機構2 The mask 13, the piezoelectric element fine movement mechanism 2
3,24によって駆動される。 It is driven by 3,24. また、1つの圧電素子による位置移動を、圧電素子の伸び・縮み方向だけに抑制させるために、圧電素子の動きを平行平板構造を用いた弾性ヒンジ機構25の動ける方向だけに拘束し、その動きによって、マスクホルダに固定されたマスク13を駆動している。 Also, the position movement by one piezoelectric element, in order to only suppress expansion or contraction direction of the piezoelectric element, constrained only in the direction of move of the elastic hinge mechanism 25 using a parallel plate structure motion of the piezoelectric element, the movement by driving the mask 13 fixed to the mask holder. このような構成の微細移動機構23,24 Such arrangement of the fine movement mechanism 23, 24
を直交2軸である水平面に配置してマスク13が水平方向に並進運動することができるようにしている。 And arranged in a horizontal plane which is orthogonal biaxial mask 13 is to be able to translate in the horizontal direction.

【0039】又、圧電素子微細移動機構23,24をそれぞれ正弦波状及び余弦波状に駆動することにより、マスク13を例えば半径10nm程度の円運動をさせることができる。 [0039] Further, by driving the piezoelectric element fine movement mechanism 23, 24 sinusoidal and cosine wave, respectively, it can be the mask 13, for example a radius of about 10nm circular motion. これにより、nmオーダの精度で並進位置移動が行えるため、最小寸法がnmオーダの構造物が製作でき、量子効果を伴う素子等の微小サイズのデバイスを製作することができるようになる。 Thereby, capable of performing translational position movement with an accuracy of nm order, the minimum size can fabricate structures nm order, so that it is possible to fabricate the device of micro size device such as with a quantum effect.

【0040】尚、マスクの並進位置移動機構は、磁歪素子もしくは熱変形を利用した素子駆動機構を用いてもよい。 [0040] Incidentally, the translational position movement mechanism of the mask may use device drive mechanism utilizing a magnetostrictive element or heat deformation. 又、微細移動機構部の移動方向を1自由度に拘束するガイド機構に片持ち梁構造の弾性ヒンジ、もしくは予圧をかけた擢動ガイドを用いてもよい。 May also be used 擢動 guide multiplied by the elastic hinge or preload, the cantilever structure to the guide mechanism for restraining the movement direction of the fine moving mechanism portion to one degree of freedom. 更にまた、このような微細移動機構で、被加工物又はエネルギービーム源を駆動して、逆にマスクを固定するようにしてもよい。 Furthermore, in such a fine movement mechanism, by driving the workpiece or the energy beam source may be fixed to the mask reversed.

【0041】試料ステージ26は、α軸とβ軸の2軸のゴニオステージ27,28の上に固定されている。 The sample stage 26 is fixed on the goniometer stage 27, 28 of the two axes of α axis and β-axis. ゴニオステージ27,28はそのモータ30をセットすることにより、試料ステージ26をα軸及びβ軸にそって任意にエネルギービーム軸に対するマスク13及び被加工物11の角度を変える運動を行うことができる。 Goniometer 27 and 28 by setting the motor 30, it is possible to perform the motion to change the angle of the mask 13 and the workpiece 11 for any energy beam axis along the sample stage 26 to the α-axis and β-axis .

【0042】被加工物とマスクとの位置合せは、真空容器中に配置された顕微鏡を用いて行なわれる。 The alignment of the workpiece and the mask is performed using a microscope disposed in a vacuum vessel. 顕微鏡は、光学顕微鏡、又は走査型二次電子顕微鏡(SE Microscope, an optical microscope, or a scanning secondary electron microscope (SE
M)、又はレーザ顕微鏡等が用いられる。 M), or laser microscope or the like is used. 位置合せ機構は、粗動は通常の半導体製造装置等に用いられているステージ移動機構等が用いられる。 Alignment mechanism, flutter stage moving mechanism or the like is used which is used in conventional semiconductor fabrication apparatus or the like.

【0043】微細移動機構によるマスクの並進位置移動の軌跡は、装置附属のシミュレーション装置によって算定され、算定結果によって圧電素子駆動機構によりマスクがX方向、Y方向に駆動される。 The locus of translational position movement of the mask by the fine movement mechanism is calculated by the simulation device of the apparatus University, masked by a piezoelectric element drive mechanism is driven in the X direction and the Y direction by a calculation results. 装置附属の支援装置は被加工物の加工曲面をあらかじめ設定すると、マスクの透過孔形状、マスクの並進移動位置経路、ビームの必要照射量等をシミュレーションにより解析する。 Device supporting apparatus annexed Setting machining curved surface of the workpiece in advance, transmission hole shape of the mask, the translational movement position path of the mask, analyzes by simulation required irradiation amount of the beam.

【0044】エッチングは、例えば被加工物の材料が石英ガラスである場合には、六弗化硅素(SF 6 )の高速原子線を照射することにより行われる。 The etch, for example, when the material of the workpiece is quartz glass is carried out by irradiating a fast atom beam of hexafluoride silicon (SF 6). 特に、高速原子線は、電荷を含まないことから、大口径の直進性の高い高密度のエネルギービームを形成するのが容易であり、 In particular, fast atom beam, since it does not include a charge, it is easy to form a high-density energy beam of linearity of large diameter,
絶縁物の微細加工に最適である。 It is best suited for fine processing of the insulator. 被加工物としては、金属、半導体、又は絶縁体の加工が可能であり、照射するエネルギービームの種類に応じて、適当な原料ガスを組み合わせて行うようにしてもよい。 The workpiece, a metal, a semiconductor, or can be processed in the insulator, according to the type of energy beam irradiation may be performed by combining an appropriate source gas. 尚、エネルギービームとしては、高速原子線、イオンビーム、電子線、レーザ、放射線、X線、又はラジカルビームが用いられる。 As the energy beam, fast atom beam, ion beam, electron beam, laser, radiation, X-rays, or radical beam is used.
又、被加工物材料としては、シリコン、二酸化珪素などの半導体材料、ガリウム砒素、アルミガリウム砒素、インジウムガリウム砒素などの量子素子材料、アルミ、ステンレス材などの構造材料、タングステン、チタン、タングステンカーバイド、ボロンナイトライド、4窒化チタン、セラミックスなどの難削材料もしくは高硬度材料、プラスチック、ポリイミド、ガラス、石英ガラス、 As the workpiece material, silicon, a semiconductor material such as silicon dioxide, gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, the quantum device material such as indium gallium arsenide, aluminum, structural materials such as stainless steel, tungsten, titanium, tungsten carbide, boron nitride, 4 titanium nitride, flame cutting material or a material of high hardness such as ceramics, plastics, polyimide, glass, quartz glass,
光学ガラス、ルビー、サファイア、フッ化マグネシュウム、ジンクセレン、ジンクテルルなどの光学材料が用いられる。 Optical glass, ruby, sapphire, fluoride magnesium, zinc selenide, optical materials such Jinkuteruru is used.

【0045】図2に示す本発明の第1実施例の微細加工方法は、金属材料やガラス材料からなる板状の被加工物11の表面にエッチング加工を行い、多数のnmサイズの円錐状の針状突起物を形成する微細加工を行うものである。 The fine processing method of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2 performs etching to the surface of the plate-like workpiece 11 made of a metallic material or a glass material, conical numerous nm size and performs fine processing to form the barbs. エネルギービームは、エネルギービーム源12より照射される均一密度のビームであり、直進性の高い高速原子線が下方に照射される。 Energy beam is a beam of uniform density emitted from the energy beam source 12, a high linearity fast atom beam is irradiated downward. 被加工物11は、円形スポット状に照射されるエネルギービームのスポット中心を通るビーム軸に対し同軸上に配置され、固定されている。 Workpiece 11 is arranged coaxially with respect to the beam axis passing through the spot center of the energy beam irradiated onto a circular spot shape and is fixed. また、エネルギービーム源12と被加工物11との間には、被加工物に照射されるエネルギービームの透過孔を周期的に可変制御するためのマスク13が介在しており、このマスクに形成した多数の、円形に開口するビーム透過孔15が並進位置移動することにより、被加工物の特定領域に対するビーム照射量の制御がなされる。 Further, the energy beam source 12 between the workpiece 11, is interposed mask 13 for periodically variably control the transmission hole of the energy beam irradiated on the workpiece, formed on the mask many who, by the beam transmitting hole 15 which opens into circular translational position movement, control of beam dose for a particular region of the workpiece is performed.

【0046】本実施例では、マスクは10μm厚のニッケル箔であり、電鋳技術により透過孔がパターニングされている。 [0046] In this embodiment, the mask is nickel foil of 10μm thickness, permeation hole is patterned by electroforming techniques. 透過孔形状は、直径10μmの円形であり、 Transmission hole shape is circular with a diameter of 10 [mu] m,
ピッチ25μmで格子状に配置されている。 They are arranged in a grid pattern at a pitch 25 [mu] m. このマスクを被加工物に対して平行に、且つ若干間隔をあけて水平の等速円運動をさせる。 The mask parallel to the workpiece, causing a constant speed circular motion in the horizontal and slightly spaced apart. この水平円運動の軌道半径は、 Orbital radius of the horizontal circular motion,
一例として6μmである。 A 6μm as an example.

【0047】図3(A)に示すマスク13のビーム透過孔である円孔15の円の半径r 0よりも大きい半径r 1 [0047] Figure 3 beam transmission radius r 0 greater radius r 1 than the circular circular hole 15 is a hole of the mask 13 shown in (A)
の点Cを中心とした円軌道を描く並進位置移動を行わせる。 To perform translational position movement to draw a circular orbit around the point C. これにより、単位時間当たりのエネルギービームの照射量が、場所により分布を生じる。 Thus, the irradiation of energy beams per unit time, produces a distribution depending on the location. 図3(B)は、透過孔15の円運動の軌跡を示す。 Figure 3 (B) shows the locus of the circular motion of the transmission hole 15. 並進円運動の中心点C The center point C of the translational circular motion
から少し離れた所で最も照射量が多く、それから径方向に対して、距離が長くなるにしたがって、照射量が少なくなる。 Most dose at a short distance from many, then with respect to the radial direction, the distance in accordance becomes longer, the amount of irradiation is reduced. 中心点Cでは、全くビームは照射されない。 In the central point C, at all beam is not irradiated. 被加工物の加工深さは、ビーム照射量に比例する。 Machining depth of the workpiece is proportional to beam dose. よって、被加工物11は、図3(C)に示したように、1つの透過孔15から中央部に細長い針状突起を有する凹部16が形成される。 Thus, the workpiece 11, as shown in FIG. 3 (C), recesses 16 having an elongated needle-like projections in a central portion from one transmission hole 15 is formed. マスク13には、透過孔15が多数規則的に配列されているので、結果として、針状突起を中心に備えた凹部が多数規則的に配列された被加工物1 The mask 13, since the transmission holes 15 are numerous regularly arranged, as a result, the workpiece is concave with the center of the needle-like projections are many regularly arranged 1
1が得られる。 1 is obtained.

【0048】更に、図3(C)に示す構造を等方性エッチングすることにより、針状突起の高さを低減し、且つ針状突起の周囲に放物線状の面を有する凹面鏡を製作することができる。 [0048] Further, by isotropically etching the structure shown in FIG. 3 (C), to reduce the height of the barbs, and to manufacture a concave mirror having a parabolic surface around the needle protrusion can. 図4(A)に示す中央部分に針状突起を有する凹部16を等方性エッチングすることにより、 By isotropically etching the recess 16 having a needle-like projection in the central portion shown in FIG. 4 (A),
図4(B)に示すような針状突起の高さを低減した形状にすることができる。 4 the height of the needle-like projections as shown in (B) can be reduced shape. つまり、突起の高さをエッチング時間に応じて任意に変えることができる。 In other words, the height of the projections can be arbitrarily changed depending on the etching time. この凹部形状を二次曲面、即ち放物線の包絡線曲面に近似し、その焦点と突起の先端とが一致するように等方性エッチングを行う。 The concave shape quadric, i.e. approximating to the envelope curved surface of the parabola, performing isotropic etching as the front end of the focus and projection coincide. 更に等方性エッチングを進めることにより、図4 By advancing the isotropic etching Furthermore, FIG. 4
(C)に示すように、突起のない放物線曲面に近似した凹面鏡を形成することもできる。 (C), the can also be formed concave mirror which approximates a parabolic curved surface with no protrusions.

【0049】なお、図4(D)に示すように、突起の高さを凹面鏡の焦点部分に合わせることにより、この素子の裏側に光源を置くと、微小突起は導波路として働き、 [0049] Incidentally, as shown in FIG. 4 (D), by combining the height of the projection on the focal part of the concave mirror, place the light source on the back side of the device, microprotrusions act as a waveguide,
光は微小突起の先端から四方八方に放射され、この光は放物曲面で反射し、指向性を有する光として放射される。 Light is radiated in all directions from the tip of the microprojection, the light is reflected by the parabolic curved surface, it is emitted as light having directivity. この素子により、ELなどの面発光光源からのランダムな方向の放射光を、指向性を有する光に変換することができる。 This device, a random direction of the emitted light from the surface-emitting light source such as EL, can be converted into light having directivity.

【0050】また、前記第1実施例では、マスクの並進運動の円軌道半径を一定にしたが、マスクの円軌道半径を加工時間とともに変えていくこともできる。 [0050] In the first embodiment, although the circular orbit radius of the translational movement of the mask constant, can also be a circular orbit radius of the mask will change with processing time. 図5に示す第2実施例の微細加工方法において、マスク13と被加工物11とをエネルギービームの軸上に固定していたならば、被加工物11には、マスクの透過孔15の形状と同じ形状を持つ真っ直ぐな断面形状を有する円形の穴が開くはずである。 In fine processing method of the second embodiment shown in FIG. 5, if has been fixed to the mask 13 and the workpiece 11 on the axis of the energy beam, the workpiece 11, the shape of the transmission hole 15 of the mask it should circular pitting with straight cross-sectional shape having the same shape as the. また、マスクと被加工物とをある半径の並進円運動をさせたならば、被加工物は、マスクの透過孔が描く外周の包落線形状の半径を有する穴が開けられる。 Also, if was a circulatory translational motion having a radius in the mask and the workpiece, the workpiece, a hole having a radius of envelope shape of the outer circumference of the transmission hole of the mask draws opened. マスク透過孔15の形状が円形であるから、そのマスク透過孔の円よりも大きな半径の円形に穴が開くことになる。 Since the shape of the mask transmission hole 15 is circular, resulting in pitting a circular larger radius than the circle of the mask transmission hole. 例えば、マスク透過孔の形状が直径10μ For example, the diameter 10μ shape of the mask transmission hole
mの円であるとすれば、マスクを固定したままであると被加工物には直径10μmの穴が形成される。 If a circle of m, the workpiece to remain fixed mask hole diameter 10μm is formed. マスクの穴の中心から6μmだけ偏心させた位置を中心として等速円運動をさせると、直径22μmのドーナツ状の穴が形成される。 When is the constant speed circular motion about the central position is decentered by 6μm from the holes of the mask, the donut-shaped hole having a diameter of 22μm is formed. そこで、マスクの透過孔の描く並進円運動の公転半径を最初、ある値にしておいて、エッチング加工の進行とともに、徐々に小さくしていくことにより、 Therefore, initially the revolution radius of the translational circular motion drawn by the transmitting hole of the mask, leave this certain value, by with the progress of etching, gradually decreases,
図6のような放物線状の断面形状の開孔16を有する被加工物11を製作することができる。 It is possible to manufacture the workpiece 11 having an aperture 16 of parabolic cross-sectional shape as shown in FIG. 6.

【0051】図7は本発明の第3実施例の微細加工方法を示し、凹レンズ形状に加工する例についてのものである。 [0051] Figure 7 shows a microfabrication method of the third embodiment of the present invention are for example processed into a concave lens shape. 図8(A)に示すように、マスクの水平円運動の軌道半径r 1を透過孔15の円の半径r 0と比較して小さくする。 As shown in FIG. 8 (A), to reduce the orbital radius r 1 of the horizontal circular motion of the mask as compared with the radius r 0 of the circle of the transmission hole 15. そして、並進円運動の中心位置をマスクの透過孔の中心位置から比較的近接した位置に置く。 Then, put the relatively close positions the center position of the translational circular motion from the center of the transmission hole in the mask. そして、 And,
並進円運動の半径r 1を徐々に小さくしながらエッチング加工を行うことにより、図8(B)に示すような凹レンズ形状を製作することができる。 By performing gradually reduced while etching the radius r 1 of the translational circular motion, it is possible to manufacture a concave lens shape as shown in FIG. 8 (B).

【0052】この被加工物は、マルチ反射形レンズアレイとして機能する。 [0052] The workpiece acts as a multi-reflective lens array. マスクの透過孔15のサイズをnm nm size of the transmission hole 15 of the mask
オーダとすることにより、nmオーダの直径を有するマルチ反射レンズアレイを製作することができる。 By the order, it is possible to manufacture a multi-reflection lens array having a diameter of nm order. 尚、n In addition, n
mオーダの開口を有するマスクは、平面的な加工であるので、フォトリングラフィ技術、或いは集束イオンビームを用いた加工技術等により製作が可能である。 Mask having openings of m order is because it is planar processing, it is possible to manufacture a processing technique or the like using a photolithography technique, or a focused ion beam. このレンズの寸法を光の波長より小さくすれば、それ以上の波長は、散乱され、波長選択性を持つようになる。 If less than the wavelength dimension of the light of the lens, more wavelengths is scattered, it will have a wavelength selectivity. 尚、波長選択性は、半球状の凸レンズが格子状に多数配列されたマイクロ凸レンズアレイにおいて、1個のレンズの直径がその波長以下であるとそれ以上の長波長の光は散乱されることによって生じるものである。 The wavelength selectivity by the hemispherical convex lens in the micro convex lens arrays arrayed in a grid pattern, the diameter of one lens is light in more longer wavelength and its at wavelengths less is scattered it is caused. 例えば500n For example, 500n
mの直径の凸レンズが多数配列されたマイクロ凸レンズアレイにおいては、青色以下の光のみを透過させることになる。 Lens diameter of m is in the micro convex lens arrays arrayed, so that transmitting only light below blue.

【0053】図9は、本発明の第4実施例の微細加工方法を示し、マスクの水平円運動の軌道半径が、マスクの透過孔15の半径よりも十分に大きくした場合である。 [0053] Figure 9 shows a fourth embodiment microfabrication method of the present invention is when the orbital radius of the horizontal circular motion of the mask, and sufficiently larger than the radius of the transmission holes 15 of the mask.
例えば、本実施例の場合、マスク15の透過孔の円の半径が5μm、水平円運動の最大軌道半径が50μmである。 For example, in this embodiment, the radius of the circle of the transmission hole of the mask 15 is 5 [mu] m, the maximum orbital radius 50μm horizontal circular motion. この場合は、ちょうど筆で絵を描くようにマスク透過孔を通過したエネルギービームが、被加工物を同心円上にリング状にエッチング加工していく。 In this case, the energy beam that has just passed through the mask transmission hole to draw a picture with a brush, will etched in a ring shape a workpiece on a concentric circle. マスクの水平並進円軌道の軌道半径を、徐々に連続的に変化させ、しかもその半径の変化速度を変えることにより、被加工物のエッチング加工深さを、その半径でのビーム照射量に応じて連続的に変化させることができる。 The orbital radius of the horizontal translation circular orbit of the mask, gradually continuously changed, moreover by varying the rate of change of its radius, the etching depth of the workpiece, in response to the beam irradiation amount in the radius it can be continuously changed.

【0054】マスク13には、図9に示すように、一定間隔をおいて、微細な円形状をしたビーム透過孔15が比較的間隔を離して並べてある。 [0054] The mask 13, as shown in FIG. 9, at regular intervals, are arranged away relatively spacing the beam transmission hole 15 in which the fine circular. マスク13が、ある固定された半径をもつ並進円運動をすると、被加工物11 When the mask 13, to a translational circular motion with a certain fixed radius, the workpiece 11
は、前述した各実施例に示すように加工される。 It is processed as shown in each of the embodiments described above. よって、図10に示すようにマスクの描く並進円運動の軌道半径を徐々に連続的に変化させ、しかも、その半径の変化速度を変えることにより、被加工物の加工深さを連続的に変えることが出来る。 Thus, gradually continuously varied orbital radius of the translational circular motion drawn by the mask as shown in FIG. 10, moreover, by varying the rate of change of its radius, continuously changing the processing depth of the workpiece it can be. マスク13の並進円運動の軌道半径と速度とを、適当に制御することにより、たとえば、図11のような断面形状16を作ることもできる。 The orbital radius and speed of translational circular motion of the mask 13, by properly controlling, for example, it is also possible to make the cross-sectional shape 16 as shown in FIG. 11.
これは、フレネルレンズで、光の集光作用がある。 This is a Fresnel lens, there is a condensing action of light. このようにして、図9に示す微細加工方法において、マスク13には、多数の透過孔15が規則的に配列されていることから、図11に示す縦断面形状を持つマルチフレネルレンズアレイを有する被加工物11が得られる。 Thus, in fine processing method shown in FIG. 9, the mask 13, since a large number of transmission holes 15 are regularly arranged, it has a multi-Fresnel lens array having a longitudinal section shown in FIG. 11 workpiece 11 is obtained.

【0055】図12に示す本発明の第5実施例では、並進位置移動可能な可動マスク13B,13Cと共に、被加工物と共にビーム軸上に固定された固定マスク13A [0055] In the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 12, the translational position movable movable mask 13B, with 13C, fixed mask 13A which is fixed on the beam axis with the workpiece
を設けている。 A is provided. この装置によれば、前記各実施例に示すような加工において、可動マスク13B,13Cの透過孔15を通過したエネルギービームは、さらに、固定マスク13Aの透過孔15Aも通過しなければならない。 According to this apparatus, the in the processing as shown in each example, the energy beam passing through the movable mask 13B, 13C transmission hole 15 of the shall further also have to pass through the transmission holes 15A of the fixed mask 13A.
よって、可動マスク13B,Cを前記各実施例と同様に動かしながら、加工を行うと、被加工物に加工されるレンズの外径は、固定マスク13Aの円孔15Aの大きさと同じとなり、レンズのエッジは、シャープになる。 Thus, while moving the movable mask 13B, the C in the same manner as in the respective embodiments, when the machining, the outer diameter of the lens to be processed into the workpiece, becomes the same as the size of the circular hole 15A of the fixed mask 13A, the lens of the edge, it becomes sharp. これにより、一例として図14に示す縦断面形状を有するマルチ凸レンズアレイが得られる。 Thus, the multi-convex lens array having a longitudinal section shown in FIG. 14 as an example can be obtained.

【0056】この実施例はマイクロ凸レンズアレイを製作するためのものである。 [0056] This embodiment is for manufacturing a micro convex lens array. エネルギービーム源12はレーザである。 Energy beam source 12 is a laser. マスクは固定マスク1枚13A、可動マスク2枚13B,13Cで構成されている。 Mask fixed mask one 13A, the movable mask two 13B, is composed of 13C. このマスクは、石英ガラス板にクロムをパターン蒸着したものである。 The mask is obtained chromium patterns deposited on a quartz glass plate. 1枚目のマスク13Aは、円形の透過孔(直径10 The first sheet of the mask 13A is circular transmission holes (diameter 10
μm)がピッチ20μmで格子状に配置されている。 [mu] m) are arranged in a grid pattern at a pitch 20 [mu] m. 逆に2枚目のマスク13B、3枚目のマスク13Cは、図13(A)に示すように直径10μmの円形のクロム状着でできた遮蔽部がピッチ20μmで格子状に配置されている。 Conversely second sheet of the mask 13B, 3-th mask 13C is shielding portion made of a circular chrome-like adhesive having a diameter of 10μm, as shown in FIG. 13 (A) are arranged in a grid pattern at a pitch 20μm . つまり、マスク13B,13Cにおいては円形以外の所はレーザビームが通過できる。 That is, the mask 13B, the laser beam can pass through the place other than a circle in 13C. この3枚のマスクのうち、1枚目のマスク13Aは固定されているが、 Of the three masks, although the first sheet of the mask 13A is fixed,
マスク13B,13Cは、図13(B)に示すように位相が180°ずれた水平円運動を行う。 Mask 13B, 13C performs horizontal circular motion shifted in phase by 180 ° as shown in FIG. 13 (B). これにより、マスク13B,13Cの遮蔽部15B,15Cとマスク1 Thus, the mask 13B, 13C of the shielding portion 15B, 15C and the mask 1
3Aの透過部15Aによって形成される銀杏の葉状の部分Yが並進円運動により図示するように回転する。 Portion Y of the ginkgo foliar formed by the transmission unit 15A of 3A is rotated as shown by circulatory translational motion. 従って図14(A)に示すような凸レンズ形状に加工することができる。 Thus can be processed into a convex lens shape as shown in FIG. 14 (A).

【0057】図15は本発明の第6実施例を示すもので、加工途中の一連の操作の中で、途中で、マスク形状が異なるものに交換する場合を示す。 [0057] Figure 15 shows a sixth embodiment of the present invention, in a series of operations in the middle processed, on the way, a case where the mask shape is replaced with a different one. すなわち、前記実施例の要領で製作された図15(A)に示す凸レンズに対し、その加工が終了した時点で、マスクを(B)に示すものに交換する。 That is, the relative convex lens shown in FIG. 15 fabricated in the same manner as described in Example (A), at the time the process is completed, replace the ones showing a mask (B). そのマスクの形状は、(A)に示す凸レンズ形成に使用した固定マスクの透過孔21と直径の異なる円孔を有している。 The shape of the mask has a different circular hole of the transmission hole 21 and the diameter of the fixed mask used in a convex lens form as shown in (A). この凸レンズ(A)の直径よりも小さい円孔を持つマスク(B)を用いてエネルギービームを照射することにより、その(B)のマスクの円孔が開いた部分だけが加工され、(C)に示す断面形状になる。 By irradiating an energy beam using a mask having a small circular hole than the diameter of the convex lens (A) (B), only the portion circular hole is opened in the mask of the (B) is processed, (C) It would sectional shape shown in. さらに同様の加工を繰り返すことにより、 By further repeating the same processing,
(D)に示すマスクを用いて(E)に示す形状のレンズが製作できる。 The shape of the lens shown in by (E) using the mask shown in (D) can be manufactured. この方法によれば、きわめて精度のよいフレネルレンズが製作できる。 According to this method, it can be extremely manufactured accurate Fresnel lens.

【0058】図16は本発明の第7実施例を示す。 [0058] Figure 16 shows a seventh embodiment of the present invention. 本実施例は3枚のマスクを用い、マスク13Aを固定し、マスク13B,13Cを並進位置移動させることは前述の実施例と同様である。 This embodiment uses three masks, the mask 13A is fixed, the mask 13B, 13C to be translated position movement is similar to the previous embodiment. 本実施例は、エネルギービーム源12として、高速原子線を用いた場合である。 This embodiment, as an energy beam source 12, a case where a fast atom beam. 本実施例においてはビーム透過孔が貫通部になった金属箔マスク13A,13B,13Cを用いている。 Uses metal foil mask 13A that the beam transmission hole becomes through portion, 13B, the 13C in the present embodiment. 固定したマスク13Aは、円形の透過孔15Aを有する。 Fixed mask 13A has a circular transmission holes 15A. 2枚目及び3 2nd and 3
枚目のマスク13B,13Cはそれぞれ図17に示すような鉄アレイ状の遮蔽部15B,15Cが形成されている。 Th mask 13B, 13C is dumbbell-shaped shielding portion 15B as shown in Figure 17, respectively, 15C are formed. 本実施例においてもマスク13Bと13Cの遮蔽部15B,15Cと、マスク13Aの貫通孔15Aとによって形成される銀杏の葉部分Yがマスク13B,13C Shielding portion 15B of the mask 13B and 13C in the present embodiment, 15C and, ginkgo leaf portion Y formed by the through hole 15A of the mask 13A mask 13B, 13C
の並進円運動により回転して、図18に示すような凸レンズアレイが形成される。 Rotated by circulatory translational motion of the convex lens array as shown in FIG. 18 are formed. 本実施例においては、銀杏の葉状の部分Yを、半周させた後で、マスク13B,13 In the present embodiment, the moiety Y of the ginkgo leafy, after is half, the mask 13B, 13
Cを鉄アレイの長さ部分Aだけ移動させて、下側の鉄アレイ状の遮蔽部分15B,15Cと透過孔15Aによって形成される銀杏の葉部分Yを半周させる。 C and is moved by the length portions A dumbbell, lower dumbbell-shaped shielding portion 15B, thereby half the ginkgo leaf portion Y formed by 15C and transmitting hole 15A. 即ち、図1 That is, FIG. 1
6の矢印で示すような半周の円運動と直線運動とを組み合わせた運動を行う。 Performing motion combining a circular motion and linear motion of the half, as shown in 6 of the arrow. そしてこの運動を高速原子線を被加工物11に照射しながら繰返し行う。 The repeated while applying fast atom beam to the workpiece 11 this movement. このようにマスク13B,13Cの運動はやや複雑になるが、高精度に加工できる。 Thus the mask 13B, although the movement of 13C becomes slightly complicated, can be processed with high accuracy.

【0059】図19は、本発明の第8実施例を示す。 [0059] Figure 19 shows an eighth embodiment of the present invention. 本発明は、マスクを直線的に並進位置移動させる例についてのものである。 The present invention is for example to be linearly translational position moving the mask. 図19において、マスク13は、一定間隔をおいて開けられた微細なスリット状のビーム透過孔15を有している。 19, the mask 13 has a beam transmission hole 15 of the fine slit-shaped drilled at regular intervals. 一例として、スリットの寸法は1 As an example, the dimensions of the slit 1
0nmx100nmで、間隔は10nmである。 In 0nmx100nm, spacing is 10nm. エネルギービーム源12から照射されたエネルギービームは、 Energy beam emitted from the energy beam source 12,
このビーム透過孔15を通過して被加工物11に照射される。 It is irradiated to the workpiece 11 through the beam transmission hole 15. マスク13を圧電素子などにより、例えば10n The piezoelectric element or the like of the mask 13, for example 10n
m間隔で、一定時間ごとにステップ送りする。 In m intervals and step feed at regular intervals. この移動量xと時間tとの関係を図20(A)に示す。 The relationship between the amount of movement x and time t shown in FIG. 20 (A). また、この一定時間におけるエネルギービームエッチング量を1 Further, the energy beam etching amount in the predetermined time 1
0nmとなるようにビーム量等を適当に制御することにより、図20に示す断面形状を有するピッチ2aの微細構造が製作される。 By properly controlling the beam amount and the like so as to be 0 nm, the microstructure of the pitch 2a having a sectional shape shown in FIG. 20 is fabricated.

【0060】この構造は、光を透過する材料で製作することにより、正弦波状回折格子として機能する。 [0060] This structure, by fabricating a material that transmits light, functions as a sinusoidal grating. 例えば、CCDビデオカメラにおいて、CCD(団体撮像素子)の前面に配置することにより空間周波数の高い像による似信号を除去するローパス・フィルタとして利用することができる。 For example, in a CCD video camera can be used as a low-pass filter that removes a signal similar due to the high spatial frequency image by arranging the front of the CCD (organizations imaging device).

【0061】同様なスリットを有するマスク13を用いて、図21に示す時間軸上で正弦波状に直線運動を行うと、図22に示す尖った先端部を有する周期構造物が得られる。 [0061] Using a mask 13 having similar slits, when the linear motion sinusoidally on the time axis shown in FIG. 21, the periodic structure having a pointed tip shown in FIG. 22 is obtained. この結果製作された10nmピッチの階段状構造は、電子の波動よりも小さいため、電子は、階段一段の段上に閉じこめられ、他のステップには移動することができない。 Stepped resulting structure fabricated 10nm pitch is smaller than the electron wave, the electron is confined on stage one-step staircase, it can not be moved to the other steps. この効果により、量子効果素子として機能させることができる。 This effect can function as a quantum effect device.

【0062】また、同様なスリットを有するマスク13 [0062] The mask 13 having similar slits
を用いて、図23に示す時間軸上で直線的に並進位置移動を行うと、図24に示す台形の断面形状が得られる。 Using, when the linear translation position moving on the time axis shown in FIG. 23, the trapezoidal cross-sectional shape shown in FIG. 24 is obtained.
このピッチを光の波長程度とすることにより、台形の回折格子が得られ、たとえば入射レーザ光の高次の回折光を遮断することができる。 By this pitch and the order of the wavelength of light, trapezoidal grating is obtained, for example, can block high-order diffracted light of the incident laser beam. 従って、例えばCDプレーヤ用のレーザビームピックアップ前面に置くことにより、 Therefore, by placing for example a laser beam pickup front for a CD player,
高次回折光除去フィルタ等に利用できる。 Available higher-order diffracted light removal filter or the like.

【0063】図25乃至図27は、本発明の第10実施例を示すもので、本実施例においても、マスクと被加工物との相対並進位置移動が直線的に、且つ可変速度で行なわれる。 [0063] FIGS. 25 to 27, shows a tenth embodiment of the present invention, also in this embodiment, the relative translational position movement between the mask and the workpiece is performed by linearly, and variable speed . すなわち、マスク13は、図25に示すようにビーム透過孔15を有している。 That is, the mask 13 has a beam transmission hole 15 as shown in FIG. 25. このマスク13は、 This mask 13,
その直線状の透過孔と垂直な水平方向(矢印方向)に並進直線運動を行う。 Performing a translational linear movement in its linear transmission hole perpendicular horizontal direction (arrow direction). このとき等速で並進位置移動を行うと、図26に示すような蒲鉾状の曲面が形成される。 Doing translational position movement in this case a constant speed, the semi-cylindrical curved surface as shown in FIG. 26 are formed. 更に、この直線運動の速度が、徐々に加速し、再び徐々に減速をして、停止し、今度は、逆方向に、同様の動作を行う正弦波状の移動を周期的に繰り返す。 Furthermore, the speed of the linear movement is gradually accelerated, and gradually decelerating again stopped, this time, in the reverse direction, periodically repeated movement sinusoidal performing the same operation. このような動きをすることによって、被加工物に当たる単位時間あたりのビーム照射量に空間的な正弦波状の分布が発生し、 By such movement, the spatial sinusoidal distribution in the beam irradiation dose per unit time striking the workpiece is generated,
図27に示す長方形状の底辺を有する凸レンズ形状に加工される。 It is processed into a convex lens shape having a rectangular bottom shown in FIG. 27.

【0064】図26に示す構造は、透明な材料を用いることにより、マルチシリンドリカルレンズとして機能する。 [0064] structure shown in FIG. 26, by using a transparent material, which functions as a multi-cylindrical lens. このレンズは、入射光を直線状に絞ることができることから、レンチキュラとして用いるのに好適であり、 This lens, since it is possible to narrow an incident light linearly, be suitable for use as a lenticular,
例えば高速駒撮り写真の回転鏡に代えて利用できる。 For example, high-speed time-lapse can be used in place of the rotating mirror of the photo.

【0065】尚、図26に示す蒲鉾形状に加工した後に、この後、マスクを90°回転し、等速の直線並進運動を行うことにより、同様に図34のような球面レンズが製作できる。 [0065] Incidentally, after processing the semicylindrical shape as shown in FIG. 26, after this, the mask was rotated 90 °, by performing the linear translation of the constant velocity, likewise spherical lens as shown in FIG. 34 can be manufactured. この平面上に多数並んだnmオーダの超微小レンズ列は、次のような機能を持つ。 Ultrafine lens array of multiple aligned nm order on this plane has the following functions. 即ち、入射レーザ光線を均一に分散させ、その後レンズによって再び平行レーザ光線にするホモジナイザーとしての機能を有する。 That is, functions as a homogenizer uniformly dispersing the incident laser beam, into a parallel laser beam again by the subsequent lens. 従来のホモジナイザーよりも、微小なレンズを多数配列できるため、ビーム強度の均一化性能は著しく向上する。 Than conventional homogenizer, for possible sequence number of micro lenses, uniform performance of the beam intensity is remarkably improved.

【0066】図28は本発明の第11実施例を示す。 [0066] Figure 28 shows an eleventh embodiment of the present invention. 本実施例においてはマスク13の円形の透過孔15を市松模様に配置したものである。 Those arranged in a checkered pattern circular transmission holes 15 of the mask 13 in the present embodiment. マスク13を等速で直線的な並進位置移動を行うことにより、断面形状が図29に示す形状にエッチング加工を行うことができる。 By performing linear translation position moving the mask 13 at a constant speed, the cross-sectional shape can be etched processed into the shape shown in FIG. 29. このように円弧状の凹部を連続的に形成するには、マスク13 Thus continuously forming an arcuate recess, the mask 13
に円形の透過孔を連続的に直線状に並べて配置しても良いが、本実施例のように市松模様に配置することにより、マスクを容易に製作することができる。 The circular transmission holes but continuously may be arranged side by side in a straight line, by arranging in a checkered pattern as in the present embodiment, you are possible to easily manufacture a mask. 特に、溝部分のピッチがnmオーダと微細である場合には、マスク13に透過孔15を直線的に配置するよりもはるかに容易に微細な縦長凹レンズ列を形成することができる。 In particular, when the pitch of the groove portion is fine and the nm order may be formed much easier fine elongated concave rows than linearly arranging the transmission holes 15 in the mask 13.

【0067】図30は、本発明の第12実施例を示し、 [0067] Figure 30 shows a twelfth embodiment of the present invention,
マスク13に円形の透過孔15を市松模様状にマトリクス的に配置したものである。 The circular transmission holes 15 in the mask 13 is obtained by a matrix arranged in a checkerboard pattern. このマスク13を、図31 The mask 13, 31
に示すように、その運動が四角形状を描くように等速で直線状の並進位置移動を行うことにより、図32に示すような微細球面凹レンズアレイが得られる。 As shown in, the movement by performing the translational position movement straight at a constant speed to draw a square shape, the fine spherical concave lens array as shown in FIG. 32 is obtained.

【0068】図33は、マイクロ球面凸レンズアレイを形成するためのマスクである。 [0068] Figure 33 is a mask for forming a micro-spherical convex lens array. これは、前述の実施例とは反対に、円形部分が遮蔽部となり、その遮蔽部間に十字状の透過孔15が形成されている。 This is contrary to the previous embodiment, a circular portion becomes a shielding portion, a cross-shaped transparent hole 15 is formed between the shielding unit. 透過孔部分15は平面上に格子状に多数配列されている。 Transmission hole portion 15 is arrayed in a grid pattern on a plane. そして、このマスク13を図31に示すのと同様な四角形状の軌跡を描くように等速直線位置移動することにより、図34に示すようなマイクロ球面凸レンズアレイが得られる。 Then, by moving uniform linear position so as to draw a similar rectangular trajectory and shows this mask 13 in FIG. 31, the micro-spherical convex lens array as shown in FIG. 34 is obtained. この凸レンズアレイは、ピッチが光の波長程度に製作することにより、Gaussian分布のレーザ光を強度が均一な分布を有するレーザ光に変換するホモジナイザ等の用途に好適である。 The convex lens array, by a pitch is fabricated about the wavelength of light, it is suitable for applications homogenizer which converts a laser beam having a Gaussian distribution in the laser beam intensity having a uniform distribution.

【0069】図35は、本発明の第13実施例であり、 [0069] Figure 35 is a thirteenth embodiment of the present invention,
マスクと被加工物とは図1に示すように若干の隙間を保ち、平行に試料台に固定されている。 The mask and the workpiece maintaining small gap as shown in FIG. 1, and is fixed parallel to the sample stage. 一方、エネルギービーム源12は固定されているが、試料台に搭載されたマスク13及び被加工物11をゴニオステージ27,2 On the other hand, the energy beam source 12 is fixed, the mask 13 and the workpiece 11 mounted on the sample stage goniometer 27,2
8により円弧の矢印方向に揺動(回転)運動させるものである。 8 by those to the arc direction of the arrow swinging (rotating) in motion. これにより図36に示すような皿形の形状を有するマイクロ凹レンズアレイが製作できる。 Thus the micro-concave lens array can be manufactured with a dished shape as shown in FIG. 36. なお、ここで揺動運動はα軸まわりに揺動する揺動運動からはじまり、その揺動軸を徐々にエネルギービーム軸の回りに回転させていくものである。 Here, the rocking motion begins oscillating motion that swings around α axis, in which is gradually rotated about the energy beam axis and the pivot shaft. これらのゴニオステージの運動は、コンピュータ制御のゴニオステージ駆動装置により容易に行うことができる。 Movement of these goniometers can be easily performed by goniometers drive of the computer control.

【0070】図37は本発明の第14実施例を示す。 [0070] Figure 37 shows a fourteenth embodiment of the present invention. 本実施例ではゴニオステージ27,28により試料ステージをエネルギービーム軸に対してα軸及びβ軸を同周期で、時間軸上で正弦波と余弦波の関係で揺動(回転)する。 In the same period the α-axis and β-axis of the sample stage relative to the energy beam axis by goniostage 27, 28 in this embodiment, the swing (rotation) in relation to the sine wave and cosine wave on the time axis. 試料台の面は、一定の角度だけ傾いて、あたかもビーム軸を中心としてその回りに回転するように見える。 Surface of the sample stage is inclined by a predetermined angle, though it appears to rotate in the direction around the beam axis.
マスクの中心部分を回転中心とした図33の矢印方向のマスク及び試料面の回転運動により図38に示すようなマイクロ微小突起アレイが製作できる。 Micro microprojection array as shown in FIG. 38 by the rotational movement of the arrow direction of the mask and the sample surface of Figure 33 that the central portion of the mask and the rotation center can be manufactured. この素子に電極を作り込めばマルチフィールドエミッタアレイとして機能する。 If Kome made into an electrode to the device functions as a multi-field emitter arrays.

【0071】図39は、本発明の第16実施例を示す。 [0071] Figure 39 shows a sixteenth embodiment of the present invention.
本実施例においては、前述と同様にゴニオステージにより試料台の面をエネルギービーム軸に対して傾けて、ゴニオステージにより試料台の面を白い矢印で示すように見かけ上の回転運動を行う。 In the present embodiment, by tilting the sample stage plane relative energy beam axis by goniometer in the same manner as described above, the rotation motion of the apparent to indicate the sample stage surface with white arrows by goniometer. これと同時に、黒い矢印で示すように直線並進運動を行う。 At the same time, it performs the linear translation, as indicated by black arrows. これにより図36に示すように被加工物13の上面と下面が開いた曲面状の開口が得られる。 Thus the curved opening upper and lower surfaces of the workpiece 13 is opened as shown in FIG. 36 is obtained. これは光ファイバを接続するフェルールとして用いることができる。 This can be used as a ferrule connecting optical fibers. このフェルールは高精度でしかも先が太いので光ファイバを容易に挿入することができる。 The ferrule may be yet earlier high precision to easily insert a thick the optical fiber.

【0072】前記各実施例は、すべて出来上がる完成品は、直接、エネルギービームで前述した材料を加工したものであった。 [0072] The respective embodiments, all be ready finished products directly, were those obtained by processing the above-mentioned material with an energy beam. しかし、被加工物によっては、加工に時間やコストがかかりすぎる、または、歩留りが悪い、または、機能を果たす材料がエッチングできない、または、作りたい形状と鏡像関係の形状は、容易に製作できるが、直接は作れない。 However, depending on the workpiece, the processing takes too much time and cost, or, yield is poor, or unable material etched to function, or the shape of the shape and mirror image you want to make, which can be easily manufactured , you can not make directly. などの問題が生じる場合がある。 There is a case in which problems such as may occur. そこで、一旦、エネルギービームにより加工した加工物を金型として転写により複製品を作る場合を示す。 Therefore, once, a case of making reproductions by transfer of the workpieces processed by the energy beam as a mold.

【0073】その原理を示したのが図41である。 [0073] Shown the principle is shown in FIG 41. 図4 Figure 4
1(a)は、エネルギービームにより加工した被加工物11で、これを型として(b)の射出成形や電鋳の工程により、鏡像関係の加工品25を作る。 . 1 (a), in a workpiece 11 which is processed by the energy beam, the step of injection molding or electroforming (b) it as a mold, making workpiece 25 of mirror image. (c)の工程で、加工品25を取り外し、鏡像関係の加工品25が出来上がる。 In the step of (c), remove the workpiece 25, the workpiece 25 in mirror image is completed. これが機能を果たすものならば、これをそのまま製品としてもよいが、(a)に示す形状の加工品が作りたい場合には、更にこの(c)の加工品25を型として、(d)のように射出成形または電鋳を行い、 If this is what functions, which may be used as it is the product, but if you want to make the processed product having a shape shown in (a), as a further type of workpiece 25 in the (c), of (d) perform injection molding or electroforming as,
(e)の工程で取除して加工品26とする。 And the Remove the step of (e) and the workpiece 26. これによりプラスチックモールド品等の大量生産が可能となる。 This enables mass production of plastic mold Hinto.

【0074】尚、電鋳で鏡像関係の加工品を製作する一例を次に述べる。 [0074] Incidentally, described below an example of fabricating a workpiece mirror image in electroforming. まず、被加工材料としてガリウム砒素(GaAs)単結晶を用い、前述した各種の実施例に従って塩素ガス雰囲気中での高速原子線のエッチングによりマイクロ凸面鏡アレイを製作する。 First, using a gallium arsenide (GaAs) single crystal as the material to be processed, to fabricate a micro-convex mirror array by etching of fast atom beam in a chlorine gas atmosphere according to various embodiments described above. 次にマイクロ凸面鏡アレイに金(Au)をスパッタして導電層を形成する。 Then by sputtering gold (Au) on a micro convex mirror array to form a conductive layer. そしてNi−Co合金浴に入れ、ニッケルメッキ(Ni電鋳)を施す。 And placed into Ni-Co alloy bath, plated with nickel (Ni electroforming). そして、メッキ部分を剥離することにより、ニッケル(Ni)基体上に、金(Au)の面を有するマイクロ凹面鏡アレイが製作される。 Then, by peeling off the plated portion, the nickel (Ni) on the substrate, the micro-concave mirror array having a surface of gold (Au) is produced.

【0075】また、本発明の各実施例では、被加工物が高低差の大きな曲面形状の表面を有し、マスクとの間隔が十分に大きくなってもその表面に加工することができる。 [0075] In the embodiments of the present invention, it is possible to the workpiece has a surface of a large curved shape of the height difference, even if the interval between the mask becomes sufficiently large to process on its surface. 高速原子線のようにエネルギービームの直進性が高い場合には、マスク13と被加工物11との間に十分広い間隔をあけることができる。 If a high linearity of the energy beam as fast atom beam can be spaced sufficiently wide spacing between the mask 13 and the workpiece 11. 従って、例えば曲面形状を持つ軸受け構造の被加工物に対してマスクを離隔して、配置して加工を行うことにより、曲面上に直接、微細な溝加工を施せる。 Thus, for example, a curved shape by separating the mask to the workpiece bearing structure with, by performing the processing arrangement to directly on a curved surface, Hodokoseru fine groove processing.

【0076】この微細な溝を有する曲面形状は、軸受け部の摩擦力軽減化が可能となる。 [0076] curved surface having the fine grooves, it is possible to frictional force reducing of the bearing unit. 従来の溝に比べnmオーダと大幅に微小な寸法の溝と、そのピッチが達成できるため、従来より多段の溝を、短ピッチで実現でき、軸とのクリアランスもnmオーダの微小距離とすることが可能となる。 And grooves substantially small size and the nm order compared to conventional grooves, that since the pitch can be achieved, multistage grooves conventionally can be realized by short pitch, the small distance of the clearance also nm order of the axis it is possible. よって、各種の接触機構、例えば光磁気ディスクの読取り/書込ヘッド部分に用いることにより、 Therefore, various contact arrangements, for example by using the read / write head portion of the magneto-optical disk,
摩擦力低減を行え、且つクリアランスが小さくできることから、記憶密度を高めることができる。 Performing a reduction of friction force, and since the clearance can be reduced, it is possible to increase the storage density. 又、回転軸シールの場合でも、ラビリンスシール等に用いることにより、摩擦力の低減と共に、コンダクタンスの低減が可能となる。 Further, even when the rotation shaft seal, by using the labyrinth seal or the like, with reduced frictional forces, it becomes possible to reduce the conductance. また、磁性流体シール機構に用いることにより、多段の溝と微小クリアランスにより、磁性流体の蒸気のリーク量を減少させることが可能となる。 Further, by using the magnetic fluid sealing mechanism, by a multistage groove and the minute clearances, it becomes possible to reduce the leakage amount of steam of the magnetic fluid.

【0077】尚、上述した各実施例においては、エネルギービームとして、高速原子線、イオンビーム、電子線、レーザ光、放射線、X線、ラジアルビーム等を用いることが好適であるが、これに限定されるものでない。 [0077] In each embodiment described above, as an energy beam, fast atom beam, ion beam, electron beam, laser beam, radiation, X-rays, but it is preferable to use a radial beam, etc., limited to not intended to be.
また、被加工物としては、シリコン、二酸化珪素などの半導体材料、ガリウム砒素(GaAs)、アルミガリウム砒素(AlGaAs)、インジウムガリウム砒素(I As the workpiece, a silicon semiconductor material such as silicon dioxide, gallium arsenide (GaAs), aluminum gallium arsenide (AlGaAs), indium gallium arsenide (I
nGaAs)などの量子素子材料、アルミ、ステンレス材などの構造材料、タングステン、チタン、タングステンカーバイド(WC)、ボロンナイトライド(BN)、 nGaAs) quantum device materials such as aluminum, structural materials such as stainless steel, tungsten, titanium, tungsten carbide (WC), boron nitride (BN),
4窒化チタン(TiN 4 )、セラミックスなどの難削材料もしくは高硬度材料、プラスチック、ポリイミド、ガラス、石英ガラス、光学ガラス、ルビー、サファイア、 4 titanium nitride (TiN 4), difficult to cut material or a material of high hardness such as ceramics, plastics, polyimide, glass, quartz glass, optical glass, ruby, sapphire,
フッ化マグネシュウム、ジンクセレン(ZnSe)、ジンクテルル(ZnTe)などの光学材料等の加工が例示されているが、これに限定されるものではない。 Fluoride magnesium, zinc selenide (ZnSe), but the processing of optical materials such as Jinkuteruru (ZnTe) are illustrated, but is not limited thereto.

【0078】 [0078]

【発明の効果】従来のフォトソグラフィ技術を用いたフォトレジストパターン製作プロセスによる方法では、基本的に二次元的な微細加工であり、1μm以下の三次元的な任意曲面の加工は困難であった。 In the method according to the present invention conventional photo Seo photography technique the photoresist pattern fabrication process using a basically two-dimensional micromachining, processing of the following three-dimensional arbitrary curved 1μm is difficult It was. 本発明では、以上に詳細に説明したように、エネルギービームとマスクとの組み合わせにより、nmオーダの同一形状を多数同時に作ることができ、また、三次元的な任意曲面を容易にnmオーダのサイズで加工することが出来る。 As the present invention has been described in detail above, the energy beam and the combination of the mask, the same shape of nm order can make multiple simultaneous, The size of the readily nm order a three-dimensional arbitrary curved surface in can be processed. このため従来では、製作困難であった構造や機能を有する、量子効果素子又は光学レンズ素子等の製作を可能とする。 Therefore, conventionally, it has a structure and function difficult fabrication, to enable production of such a quantum effect devices or optical lens element. 更に、摩擦面に微細な溝を設けることにより、摩擦力が軽減するため、光磁気ディスク用ヘッド、磁気テープ用ヘッド、回転・スラスト軸受け機構、流体シール機構等においても、従来よりも高性能でコンパクトな機構が実現できる。 Further, by providing the fine grooves on the friction surface, the frictional force is reduced, the magneto-optical disk head, the magnetic tape head, rotating thrust bearing mechanism, even in the fluid seal mechanism or the like, a high-performance than the conventional compact mechanism can be realized. 本発明の学術的・産業的意義は大変大きく、有意義である。 Academic and industrial significance of this invention is very large, is meaningful.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の一実施例の微細加工装置の説明図。 Illustration of microfabricated device of one embodiment of the present invention; FIG.

【図2】本発明の第1実施例の微細加工方法の説明図。 FIG. 2 is an explanatory view of a fine processing method of the first embodiment of the present invention.

【図3】(A)マスクの並進円運動による透過孔の運動を示す説明図、(B)マスクの並進円運動による透過孔の軌跡を示す説明図、(C)被加工物の縦断面の説明図。 3 (A) diagram illustrating the movement of the transmission hole by circulatory translational motion of the mask, illustration, of a longitudinal section of the (C) the workpiece showing the trajectory of the transmission hole by circulatory translational motion of (B) mask illustration.

【図4】図3(C)に示す被加工物に等方性エッチングを施す説明図。 Figure 4 is an explanatory diagram for performing isotropic etching to the workpiece shown in Figure 3 (C).

【図5】本発明の第2実施例の微細加工方法の説明図。 Figure 5 is an explanatory view of a fine processing method of the second embodiment of the present invention.

【図6】被加工物の縦断面の説明図。 Figure 6 is an illustration of a longitudinal section of the workpiece.

【図7】本発明の第3実施例の微細加工方法の説明図。 Figure 7 is an explanatory view of a fine processing method of the third embodiment of the present invention.

【図8】(A)透過孔の運動を示す説明図、(B)被加工物の縦断面の説明図。 8 (A) diagram illustrating the movement of the transmission hole, illustration of a longitudinal section of the workpiece (B).

【図9】本発明の第4実施例の微細加工方法の説明図。 Figure 9 is an explanatory view of a fine processing method of the fourth embodiment of the present invention.

【図10】透過孔の運動を示す説明図。 Figure 10 is an explanatory diagram showing the movement of the transmission hole.

【図11】被加工物の縦断面の説明図。 Figure 11 is an explanatory view of a longitudinal section of the workpiece.

【図12】本発明の第5実施例の微細加工方法の説明図。 Figure 12 is an explanatory view of a fine processing method according to the fifth embodiment of the present invention.

【図13】(A)マスクの遮蔽部分の形状を示す説明図、(B)マスクの並進円運動による透過孔の運動を示す説明図。 13 (A) view showing the shape of the shielding portion of the mask, explanatory view showing a movement of the transmission hole by circulatory translational motion of (B) mask.

【図14】被加工物の縦断面の説明図。 Figure 14 is an explanatory view of a longitudinal section of the workpiece.

【図15】本発明の第6実施例の微細加工方法の説明図。 Illustration of a micro-processing method of the sixth embodiment of the present invention; FIG.

【図16】本発明の第7実施例の微細加工方法の説明図。 Figure 16 is an explanatory view of a fine processing method of the seventh embodiment of the present invention.

【図17】マスクの透過孔及び遮蔽部の説明図。 Figure 17 is an explanatory view of the transmission holes and shielding part of the mask.

【図18】被加工物の縦断面の説明図。 Figure 18 is an explanatory view of a longitudinal section of the workpiece.

【図19】本発明の第8実施例の微細加工方法の説明図。 Figure 19 is an explanatory view of a fine processing method of the eighth embodiment of the present invention.

【図20】(A)マスクの運動を示す説明図、(B)被加工物の縦断面の説明図。 [20] (A) diagram illustrating the movement of the mask, (B) illustrates the longitudinal section of the workpiece.

【図21】前記第8実施例の他の微細加工方法の説明図。 Figure 21 is an explanatory diagram of another fine processing method of the eighth embodiment.

【図22】被加工物の縦断面の説明図。 Figure 22 is an explanatory view of a longitudinal section of the workpiece.

【図23】前記第8実施例の更に他の微細加工方法の説明図。 Figure 23 is an explanatory view of still another fine processing method of the eighth embodiment.

【図24】被加工物の縦断面の説明図。 Illustration of a longitudinal section of FIG. 24 the workpiece.

【図25】本発明の第10実施例の微細加工方法の説明図。 Figure 25 is an explanatory view of a fine processing method of the tenth embodiment of the present invention.

【図26】被加工物の斜視図。 Figure 26 is a perspective view of the workpiece.

【図27】被加工物の斜視図。 Figure 27 is a perspective view of the workpiece.

【図28】本発明の第11実施例の微細加工方法の説明図。 [Figure 28] 11 illustration microfabrication method of the embodiment of the present invention.

【図29】被加工物の縦断面の説明図。 Figure 29 is an illustration of a longitudinal section of the workpiece.

【図30】本発明の第12実施例のマスクの透過孔の形状を示す説明図。 12 view showing the shape of the transmission hole in the mask of the embodiment of Figure 30 the present invention.

【図31】マスクの運動の軌跡を示す説明図。 FIG. 31 is an explanatory diagram showing the trajectory of the movement of the mask.

【図32】被加工物の斜視図。 Figure 32 is a perspective view of the workpiece.

【図33】マスクの透過孔の形状を示す説明図。 Figure 33 is an explanatory view showing the shape of the transmission hole in the mask.

【図34】被加工物の斜視図。 Figure 34 is a perspective view of the workpiece.

【図35】本発明の第13実施例のマスクの透過孔の形状を示す説明図。 13 view showing the shape of the transmission hole in the mask of the embodiment of Figure 35 the present invention.

【図36】被加工物の縦断面の説明図。 Figure 36 is an illustration of a longitudinal section of the workpiece.

【図37】本発明の第14実施例のマスクの透過孔の形状を示す説明図。 [Figure 37] 14 explanatory view showing the shape of the transmission hole in the mask embodiments of the present invention.

【図38】被加工物の縦断面の説明図。 Figure 38 is an illustration of a longitudinal section of the workpiece.

【図39】本発明の第15実施例のマスクの透過孔の形状を示す説明図。 [Figure 39] 15 explanatory view showing the shape of the transmission hole in the mask embodiments of the present invention.

【図40】被加工物の縦断面の説明図。 Figure 40 is an illustration of a longitudinal section of the workpiece.

【図41】被加工物から鏡像関係の転写を行う方法の説明図。 Figure 41 is an explanatory diagram of a method of performing transfer of mirror image from the workpiece.

【図42】フォトリソグラフィ技術の工程のフロー図。 FIG. 42 is a flow diagram of a photolithography process.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

11 被加工物 12 エネルギービーム源 13 マスク 15 透過孔(遮蔽部) 16 被加工部分 11 the workpiece 12 the energy beam source 13 mask 15 transmission holes (shield portion) 16 to be processed portion

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. 7識別記号 FI B23K 26/00 330 B23K 26/00 330 26/06 26/06 J 26/08 26/08 D B29C 33/38 B29C 33/38 45/00 45/00 C04B 41/91 C04B 41/91 E C23F 4/02 C23F 4/02 C30B 33/04 C30B 33/04 G21K 5/04 G21K 5/04 Z H01L 21/203 H01L 21/203 M 27/14 H05K 3/08 C H05K 3/08 D H01L 27/14 D (72)発明者 加藤 隆男 神奈川県藤沢市本藤沢4丁目2番1号 株式会社 荏原総合研究所内 (72)発明者 畑村 洋太郎 東京都文京区小日向2−12−11 (72)発明者 中尾 政之 千葉県松戸市新松戸5−1 新松戸中央 パークハウス C−908 (56)参考文献 特開 平6−264272(JP,A) 特開 ────────────────────────────────────────────────── ─── front page continued (51) Int.Cl. 7 identifications FI B23K 26/00 330 B23K 26/00 330 26/06 26/06 J 26/08 26/08 D B29C 33/38 B29C 33/38 45/00 45/00 C04B 41/91 C04B 41/91 E C23F 4/02 C23F 4/02 C30B 33/04 C30B 33/04 G21K 5/04 G21K 5/04 Z H01L 21/203 H01L 21/203 M 27 / 14 H05K 3/08 C H05K 3/08 D H01L 27/14 D (72) inventor Takao Kato Fujisawa, Kanagawa Prefecture Honfujisawa 4-chome No. 2 No. 1 Co., Ltd. Ebara comprehensive within the Institute (72) inventor Yotaro Hatamura Tokyo Bunkyo-ku, Tokyo Kohinata 2-12-11 (72) inventor Nakao Matsudo, Chiba Prefecture Masayuki Matsudo 5-1 center Matsudo Park House C-908 (56) reference Patent flat 6-264272 (JP, A) JP 平3−44031(JP,A) 特開 昭60−186806(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ,DB名) H01L 21/302 201 B01J 19/12 B23K 15/08 B23K 17/00 B23K 26/06 B23K 26/08 B29C 33/38 B29C 45/00 C04B 41/91 C23F 4/02 C30B 33/04 G21K 5/04 H01L 21/203 H01L 27/14 H05K 3/08 Flat 3-44031 (JP, A) JP Akira 60-186806 (JP, A) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) H01L 21/302 201 B01J 19/12 B23K 15/08 B23K 17/00 B23K 26/06 B23K 26/08 B29C 33/38 B29C 45/00 C04B 41/91 C23F 4/02 C30B 33/04 G21K 5/04 H01L 21/203 H01L 27/14 H05K 3/08

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】 エネルギービーム源が発するエネルギービームを、マスク面内に開けられた所定形状パターンのビーム透過孔通過させて、被加工物に照射して前記被 The method according to claim 1 energy beam energy beam source emits, passed through a beam transmission hole having a predetermined shape pattern which is opened in the mask plane, the object is irradiated to the workpiece
    加工物を加工するに際して、前記マスクとして二次元平 In machining the workpiece, the two-dimensional plane as the mask
    面に規則的に設けられた多数の同一パターンのビーム透 Beam permeability of a number of identical pattern provided regularly on the surface
    過孔を配置し、前記マスクと被加工物との位置関係を相 Over holes disposed, phases positional relationship between the mask and the workpiece
    的に並進運動させることを特徴とする微細加工方法。 Microfabrication wherein the Turkey is translated pairs manner.
  2. 【請求項2】 前記相対的な並進運動が、相対的に四角 Wherein said relative translational movement is relatively square
    形状軌道を描くように等速で直線状の並進位置移動を行 Line translational position moving straight at a constant speed to draw a shape trajectory
    ことを特徴とする請求項1記載の微細加工方法。 Fine processing method according to claim 1, wherein the cormorants.
  3. 【請求項3】 前記相対的な並進運動が、相対的に円軌 Wherein the relative translational motion, relatively circular trajectories
    道を描くように並進位置移動を行うことを特徴とする請 請which is characterized in that the translational position movement so as to draw a road
    求項1記載の微細加工方法。 Microfabrication methods Motomeko 1 wherein.
  4. 【請求項4】 前記円軌道半径を加工時間とともに変え 4. A change with the circular orbit radius machining time
    ていくことを特徴とする請求項3記載の微細加工方法。 Fine processing method according to claim 3, wherein the go.
  5. 【請求項5】 前記マスクと被加工物との相対的な並進 5. The relative translation between the mask and the workpiece
    運動を、圧電素子または磁歪素子または熱変形素子を用 Movement, use a piezoelectric element or magnetostrictive element or heat deformation element
    いて行うことを特徴とする請求項1記載の微細加工方 Microfabrication side of claim 1, wherein the performed have
    法。 Law.
  6. 【請求項6】 エネルギービームを発するエネルギービーム源と、二次元平面に規則的に設けられた多数の同一 An energy beam source for emitting wherein the energy beam, a number of the same provided regularly in a two-dimensional plane
    パターンのビーム透過孔を配置したマスクと 、前記マス A mask disposed a beam transmission hole pattern, the mass
    クのビーム透過孔を透過したエネルギービームが照射されて加工される被加工物と、前記マスクと前記被加工物との相対位置関係を可変にする並進移動機構とを備えたことを特徴とする微細加工装置。 And the workpiece the energy beam transmitted through the beam transmission holes of the click is processed by irradiation, characterized in that the relative positional relationship between the and the mask workpiece and a translation mechanism to a variable micro-machining equipment.
  7. 【請求項7】 前記並進移動機構は、前記マスクと被加 Wherein said translation mechanism, the mask and the pressure
    工物が相対的に四角形状軌道を描くように等速で直線状 Linear with constant velocity such engineering product draws a relatively square shape trajectory
    の並進位置移動を行うことを特徴とする請求項6記載の According to claim 6, characterized in that the translational position movement
    微細加工装置 Micro-machining equipment.
  8. 【請求項8】 前記並進移動機構は、前記マスクと被加 Wherein said translation mechanism, the mask and the pressure
    工物が相対的に円軌道を描くように並進位置移動を行う Performing translational position movement as engineering product draws a relatively circular orbit
    ことを特徴とする請求項6記載の微細加工装置。 Fine processing apparatus according to claim 6, wherein a.
  9. 【請求項9】 前記円軌道半径を加工時間とともに変え 9. varied with the circular orbit radius machining time
    ていくことを特徴とする請求項8記載の微細加工装置。 And fine processing apparatus according to claim 8, wherein the go.
  10. 【請求項10】 前記並進移動機構は、マスクと被加工 Wherein said translation mechanism, the mask and the object to be processed
    物との相対的な位置移動を、圧電素子または磁歪素子ま The relative position movement between the object, a piezoelectric element or magnetostrictive element or
    たは熱変形素子を用いて行うことを特徴とする請求項6 Claim others and performs with heat deformation element 6
    記載の微細加工装置。 Microfabricated apparatus according.
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