JP3426062B2 - Film formation method - Google Patents

Film formation method

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシンや
半導体素子などの微小部品の任意の表面に任意のパター
ン形状の成膜を行う方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a film having an arbitrary pattern on an arbitrary surface of a minute component such as a micromachine or a semiconductor element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電子部品、精密機械部品、医療部
品などの微小部品の表面に成膜を行うには、真空蒸着や
スパッター成膜で行うのが一般的である。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to form a film on a surface of a minute part such as an electronic part, a precision machine part, a medical part, it is generally performed by vacuum vapor deposition or sputter film formation.

【0003】真空蒸着は、図11に示すごとく、真空容
器1中で成膜材料3をヒータ5にて加熱し、成膜材料よ
り融解して発生した成膜材料の蒸気を基板などの被加工
物7の表面に飛散させて付着、堆積させ成膜面9を形成
する。加熱方法としては、通電加熱、放電加熱、電子ビ
ーム加熱などがある。
In vacuum deposition, as shown in FIG. 11, a film forming material 3 is heated by a heater 5 in a vacuum container 1, and vapor of the film forming material generated by melting the film forming material is processed on a substrate or the like. A film forming surface 9 is formed by scattering and adhering to and depositing on the surface of the object 7. Examples of heating methods include energization heating, discharge heating, and electron beam heating.

【0004】また、スパッター成膜は、図12に示すご
とく、真空容器1中でビーム源11よりイオンビームな
どの高エネルギービームを、まず成膜材料からなるター
ゲット13に照射し、そのターゲットから二次的に放出
されるスパッター粒子15を被加工物7の表面に衝突さ
せて付着、堆積させて行う。
In sputter film formation, as shown in FIG. 12, a target 13 made of a film forming material is first irradiated with a high energy beam such as an ion beam from a beam source 11 in a vacuum chamber 1, and the target 13 is irradiated from the target. The sputtered particles 15 that are subsequently released collide with the surface of the workpiece 7 to be attached and deposited.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
成膜方法は、いずれも被加工物の特定の表面のみを全体
的に均一に成膜を行うものであって、被加工物の任意の
面あるいは位置に、任意のパターン形状の成膜を行うこ
とはできない。このため、複数の微小部品を組み合わせ
て高機能部品を作成したり、複雑な形状の部品に成膜を
行うことは極めて困難であった。
However, in all of the conventional film forming methods, only a specific surface of the workpiece is uniformly formed, and an arbitrary surface of the workpiece is formed. Alternatively, it is not possible to form a film having an arbitrary pattern at a position. For this reason, it is extremely difficult to combine a plurality of minute parts to create a high-performance part or to form a film on a part having a complicated shape.

【0006】すなわち、複数の微小部品を組み合わせた
り、複雑な形状の部品に成膜を行うには、微小部品の任
意の表面や制限された場所に所望のパターン形状の成膜
を行うことが必要であるが、従来の成膜方法では均一な
成膜を行うことしかできず、上記の要求を満足すること
ができなかった。
That is, in order to combine a plurality of minute parts or to form a film on a part having a complicated shape, it is necessary to form a desired pattern shape on an arbitrary surface of a minute part or a restricted place. However, the conventional film forming method can only form a uniform film and cannot satisfy the above requirements.

【0007】従って、本発明の目的は、上記従来の欠点
を除去して、微小部品の任意の表面や場所に任意のパタ
ーン形状の成膜を行うことができる方法を提供すること
にある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method capable of removing the above-mentioned conventional defects and forming a film having an arbitrary pattern shape on an arbitrary surface or place of a minute component.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】第一に、本発明は、低エ
ネルギーの成膜用ガス粒子ビームを発生するビーム源か
ら放射された指向性のよいビームを被加工物の表面に照
射して成膜するに、該ビーム源と被加工物とを相対移動
せしめて、被加工物の任意の面あるいは位置に任意の成
膜パターンを形成する方法を提供することにより、前記
目的を達成する。
First, the present invention irradiates a surface of a workpiece with a beam having good directivity emitted from a beam source for generating a low-energy film-forming gas particle beam. The object is achieved by providing a method of moving the beam source and a workpiece relative to each other to form a film on a desired surface or position of the workpiece.

【0009】第二に、本発明は、低エネルギーの成膜用
ガス粒子ビームを発生するビーム源から放射された指向
性のよいビームを被加工物の表面に照射して成膜する
に、該ビーム源からのビームを所定パターンの穴を有す
るマスクを介して被加工物に照射し、かつビーム源とマ
スクと被加工物とを相対移動せしめることにより、被加
工物の任意の面あるいは位置に任意の成膜パターンを形
成する方法を提供することにより、前記目的を達成す
る。
[0009] Secondly, the present invention is directed emitted from the beam source for generating a film forming gas particle beam low energy
In order to irradiate the surface of the work with a beam having good properties to form a film, the beam from the beam source is applied to the work through a mask having holes of a predetermined pattern, and the beam source, the mask and the work The above object is achieved by providing a method of forming an arbitrary film-forming pattern on an arbitrary surface or position of a workpiece by moving the workpiece relative to each other.

【0010】第三に、本発明は、被加工物上にあらかじ
め成膜材料を塗布するか成膜用ガスを供給し、該被加工
物表面にビーム源より指向性のよい電子線を照射して成
膜用ガス粒子を活性化させ、かつ該被加工物とビーム源
とを相対移動せしめることにより被加工物の任意の面あ
るいは位置に任意の成膜パターンを形成する方法を提供
することにより、前記目的を達成する。
Thirdly, according to the present invention, a film-forming material is applied in advance on the work piece or a film-forming gas is supplied, and the surface of the work piece is irradiated with an electron beam having a high directivity from a beam source. To provide a method for forming an arbitrary film formation pattern on an arbitrary surface or position of a workpiece by activating the film forming gas particles and moving the workpiece and the beam source relative to each other. To achieve the above-mentioned object

【0011】第四に、本発明は被加工物上にあらかじめ
成膜材料を塗布するか成膜用ガスを供給し、該被加工物
表面に所定形状のパターン穴を有するマスクを介してビ
ーム源より指向性のよい電子線を照射して成膜用ガス粒
子を活性化させ、かつビーム源とマスクと被加工物とを
相対移動せしめることにより被加工物の任意の面あるい
は位置に任意の成膜パターンを形成する方法を提供する
ことにより、前記目的を達成する。
Fourthly, according to the present invention, a beam source is applied on a work piece in advance by applying a film forming material or by supplying a film forming gas, and a beam source is passed through a mask having a pattern hole of a predetermined shape on the surface of the work piece. By irradiating an electron beam with better directivity to activate the gas particles for film formation, and by moving the beam source, the mask, and the workpiece relative to each other, an arbitrary surface or position of the workpiece can be formed. The above object is achieved by providing a method for forming a film pattern.

【0012】第五に、本発明は被加工物上にあらかじめ
成膜材料を塗布するか成膜用ガスを供給し、該被加工物
表面に所定形状の電極を有するビーム源より指向性のよ
電子線を照射して成膜用ガス粒子を活性化させ、かつ
ビーム源と被加工物とを相対移動せしめることにより被
加工物の任意の面あるいは位置に任意の成膜パターンを
形成する方法を提供することにより、前記目的を達成す
る。
Fifth, according to the present invention, a directivity is better than that of a beam source having a predetermined shape electrode on the surface of the workpiece which is coated with a film forming material or is supplied with a film forming gas in advance .
How to form any deposition patterns on any plane or position of the workpiece have been irradiated with an electron beam to activate the film forming gas particles, and by allowed to move relative to the beam source and the workpiece The object is achieved by providing

【0013】[0013]

【作用】第一の発明では、成膜材料となるガス粒子を被
加工物の表面全体に一様に照射するのではなく、収束さ
れた指向性のよいビームとして、部分的に被加工物の表
面に選択的に照射するようにし、しかもビームを被加工
物に対して相対的に移動てきるようにしたので任意の面
あるいは場所に任意のパターン形状の成膜を行うことが
できる。
According to the first aspect of the invention, the gas particles serving as the film-forming material are not uniformly irradiated on the entire surface of the workpiece, but are partially converged into a beam having a good directivity to form a partial beam of the workpiece. Since the surface is selectively irradiated and the beam is moved relative to the workpiece, it is possible to form a film having an arbitrary pattern shape on an arbitrary surface or place.

【0014】第二の発明では、成膜材料となるガス粒子
を被加工物の表面全体に一様に照射するのではなく、マ
スクを介してビームを部分的に被加工物の表面に照射
し、しかもビーム源とマスクと被加工物とを相対的に移
動てきるようにしたので任意の表面あるいは場所に任意
のパターン形状の成膜を行うことができる。
In the second aspect of the invention, the gas particles serving as the film-forming material are not uniformly irradiated on the entire surface of the workpiece, but the surface of the workpiece is partially irradiated with the beam through the mask. Moreover, since the beam source, the mask, and the workpiece are moved relative to each other, it is possible to form a film having an arbitrary pattern shape on an arbitrary surface or place.

【0015】第三の発明では、あらかじめ塗布された成
膜材料あるいは成膜材料となるガス粒子を、収束された
指向性のよい電子線にて被加工物の表面にて選択的に活
性化させて成膜し、しかも電子線を被加工物に対して相
対的に移動できるようにしたので任意の表面あるいは場
所に任意のパターン形状の成膜を行うことができる。
In the third aspect of the invention, the film-forming material or the gas particles to be the film-forming material applied in advance is selectively activated on the surface of the workpiece by the focused electron beam having a good directivity. Since the electron beam can be moved relatively with respect to the workpiece, it is possible to perform film formation in any pattern shape on any surface or place.

【0016】第四の発明では、あらかじめ塗布された成
膜材料あるいは成膜材料となるガス粒子を、マスクの所
定形状のパターン穴を介して被加工物の表面に照射され
た電子線にて部分的に活性化して成膜し、しかもビーム
源とマスクと被加工物とを相対的に移動できるようにし
たので、任意の表面あるいは場所に任意のパターン形状
の成膜を行うことができる。
In the fourth aspect of the present invention, the film-forming material or the gas particles to be the film-forming material, which has been applied in advance, is partially irradiated by the electron beam irradiated onto the surface of the workpiece through the pattern hole of the mask having the predetermined shape. Since the beam source, the mask, and the workpiece can be moved relative to each other by activating the film, the film having an arbitrary pattern shape can be formed on an arbitrary surface or place.

【0017】第五の発明では、あらかじめ塗布された成
膜材料あるいは成膜材料となるガス粒子を、所定形状を
もった電子線にて被加工物の表面にて部分的に活性化さ
せて成膜し、しかも電子線を被加工物に対して相対的に
移動できるようにしたので任意の表面あるいは場所に任
意のパターン形状の成膜を行うことができる。
According to the fifth aspect of the invention, the film-forming material or the gas particles to be the film-forming material applied in advance is partially activated on the surface of the workpiece by an electron beam having a predetermined shape. Since the film is formed and the electron beam can be moved relative to the workpiece, it is possible to form a film having an arbitrary pattern shape on an arbitrary surface or place.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の実施例について、図1乃至図
10を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0019】図1は、本発明の一実施例を示すもので、
該実施例のものは、成膜用のガスを用いた低エネルギー
ビーム21をパターン穴があいたマスク23を介して被
加工物25の表面に照射することにより、被加工物の表
面にマスクパターンと同一のパターン形状を有する成膜
27を行うようにしたものである。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
In the embodiment, the surface of the object to be processed 25 is irradiated with the low energy beam 21 using the gas for film formation through the mask 23 having a pattern hole, so that a mask pattern is formed on the surface of the object to be processed. The film formation 27 having the same pattern shape is performed.

【0020】低エネルギービーム21としては、成膜に
適した低エネルギーの高速原子線、イオンビーム、分子
線、原子線で、0.1eV〜200eV程度のエネルギ
ービームを使用することができる。また、ビーム径とし
ては1μm〜30cmのものを使用することができる。
As the low-energy beam 21, a low-energy high-speed atomic beam, an ion beam, a molecular beam, or an atomic beam having a low energy suitable for film formation and having an energy beam of about 0.1 eV to 200 eV can be used. Further, a beam diameter of 1 μm to 30 cm can be used.

【0021】また、マスク23としては、電気鋳造製の
パターンマスク、ステンレススチールをウェットエッチ
ングしたもの、エキシマレーザでステンレススチールに
パターン穴をあけたもの、またより高精度のパターンマ
スクとしてはLIGAプロセスによって製作されたNi
マスクなどを使用することができる。
Further, as the mask 23, a pattern mask made of electroforming, a wet-etched stainless steel, a pattern hole made in the stainless steel by an excimer laser, and a more accurate pattern mask by the LIGA process are used. Ni made
A mask or the like can be used.

【0022】また、成膜用のガスとしては、成膜材料に
応じて種々のものを使用することができ、例えばメタン
ガス、塩化アルミ、四塩化シリコン、フッ化タングステ
ンなどのガスをアルゴンやヘリウムなどで希釈したもの
を使用する。本発明により作成される膜は金属、セラミ
ック、樹脂材料、プラスチック、これらの複合材料など
さまざまな材料の成膜を行うことができるが、これらの
成膜材料に応じたガスまたは蒸気を使用する。
As the film forming gas, various kinds can be used depending on the film forming material. For example, a gas such as methane gas, aluminum chloride, silicon tetrachloride, or tungsten fluoride can be used as argon or helium. Use the one diluted with. The film formed according to the present invention can be formed into various materials such as metals, ceramics, resin materials, plastics, and composite materials thereof, and gas or vapor depending on these film forming materials is used.

【0023】マスク23と被加工物25との距離、平行
度、相対位置などを位置決め装置29,31により制御
しつつ、上記成膜用ガスを用いた低エネルギービーム2
1をマスク23のパターン穴を介して被加工物25に照
射することにより被加工物の所定位置にマスクパターン
形状の膜27を作成することができる。
While controlling the distance, parallelism, relative position and the like between the mask 23 and the workpiece 25 by the positioning devices 29 and 31, the low energy beam 2 using the above film forming gas is used.
By irradiating 1 to the workpiece 25 through the pattern hole of the mask 23, the mask pattern film 27 can be formed at a predetermined position of the workpiece.

【0024】なお、図ではマスク23をX,Y,Z軸に
沿って、また被加工物25をX,Y軸に沿ってそれぞれ
直線移動させるようにしたが、さらにこれらマスクと被
加工物とをX,Y,Z軸の少なくとも一つの廻りに回転
させてもよい。また、マスクと被加工物との双方を移動
させるのではなく、一方のみを移動させてもよい。
In the figure, the mask 23 is linearly moved along the X, Y, and Z axes, and the workpiece 25 is linearly moved along the X and Y axes, respectively. May be rotated around at least one of the X, Y, and Z axes. Further, instead of moving both the mask and the workpiece, only one may be moved.

【0025】図2は、本発明の他の実施例を示すもの
で、該実施例のものは、低エネルギービーム21aとし
て電子線を用いたものである。この場合は、あらかじめ
被加工物25表面に成膜材料33を均一に塗布しておく
か、あるいは電子線21aと同時に成膜用ガス35を供
給する。マスク23を介して電子線21aにより被加工
物25上の成膜材料33または成膜用ガス35を照射す
ることにより、成膜材料または成膜用ガスが被加工物の
表面で活性化されてマスクパターン形状の膜27が作成
される。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, in which an electron beam is used as the low energy beam 21a. In this case, the film forming material 33 is uniformly applied to the surface of the workpiece 25 in advance, or the film forming gas 35 is supplied simultaneously with the electron beam 21a. By irradiating the film forming material 33 or the film forming gas 35 on the work piece 25 with the electron beam 21a through the mask 23, the film forming material or the film forming gas is activated on the surface of the work piece. A mask pattern-shaped film 27 is formed.

【0026】なお、マスクと被加工物との相対移動は、
少なくとも一方を他方に対して移動させさればよい。
The relative movement between the mask and the workpiece is
At least one may be moved with respect to the other.

【0027】図3は、本発明の別の実施例を示すもの
で、該実施例のものは、位置決め装置(図示せず)によ
り被加工物25aがXY軸に沿って直線移動できるとと
もに、該XY軸回りに回転制御できるようになってお
り、これにより被加工物25aの任意の面及び任意の位
置にマスクパターン形状の膜27を作成することができ
る。なお、被加工物25aをさらにZ軸に沿って直線移
動及びZ軸回りに回転させることもできる。また、被加
工物だけではなく、ビーム源20及びまたはマスクをも
被加工物を中心としてX,Y,Z軸の少なくとも一つに
沿って直線移動させ、かつX,Y,Z軸の少なくとも一
つの回りに回転させることもできる。
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, in which the workpiece 25a can be linearly moved along the XY axes by a positioning device (not shown), and It is possible to control the rotation around the XY axes, which allows the mask pattern film 27 to be formed on an arbitrary surface and an arbitrary position of the workpiece 25a. The workpiece 25a can be further linearly moved along the Z axis and rotated about the Z axis. Further, not only the workpiece, but also the beam source 20 and / or the mask are linearly moved around the workpiece along at least one of the X, Y, and Z axes, and at least one of the X, Y, and Z axes is moved. It can also be rotated around one.

【0028】なお、図3の実施例において、低エネルギ
ービーム21として電子線を用いる場合には、図2の場
合と同様に被加工物25aの表面にあらかじめ成膜材料
33を塗布しておくか、あるいは電子線と成膜用ガスの
供給を同時に行う。
If an electron beam is used as the low-energy beam 21 in the embodiment of FIG. 3, the film-forming material 33 should be applied beforehand to the surface of the workpiece 25a as in the case of FIG. Alternatively, the electron beam and the film forming gas are simultaneously supplied.

【0029】図4は、本発明のさらに他の実施例を示す
もので、該実施例のものは、ビームを収束ビーム21b
とし、該収束ビームをマスクを使用することなく、直接
被加工物25aに照射し、また被加工物25aを図示し
ない位置決め装置によりXY軸に沿って直線移動及びX
Y軸回りに回転させるとともに、ビーム源20をXY軸
回りに回転可能にしたものである。収束ビームは0.1
nm〜10nm、もしくは10nm〜1μm、もしくは
1μm〜100μmのビーム径のもの、望ましくは10
nm〜1μmのものを用いる。被加工物25aとビーム
源20とをXY軸に沿って直線移動及びXY軸回りに回
転制御することにより、被加工物25aの任意の面及び
位置に任意パターン形状の成膜を行うことができる。
FIG. 4 shows still another embodiment of the present invention, in which the beam is converged into a focused beam 21b.
The target beam 25a is directly irradiated with the convergent beam without using a mask, and the target device 25a is linearly moved along the XY axes and moved along the X and Y axes by a positioning device (not shown).
The beam source 20 is rotatable about the Y axis and the beam source 20 is rotatable about the XY axes. Converging beam is 0.1
having a beam diameter of nm to 10 nm, or 10 nm to 1 μm, or 1 μm to 100 μm, preferably 10
The thickness of nm to 1 μm is used. By linearly moving the workpiece 25a and the beam source 20 along the XY axes and controlling the rotation around the XY axes, it is possible to perform film formation in an arbitrary pattern on an arbitrary surface and position of the workpiece 25a. .

【0030】なお、該実施例においてビーム21bとし
て電子線を使用する場合は、上記図2の場合と同様に被
加工物表面にあらかじめ成膜材料を塗布しておくか、あ
るいは電子線と成膜用ガスの供給を同時に行う。
When an electron beam is used as the beam 21b in this embodiment, a film forming material is applied in advance on the surface of the workpiece as in the case of FIG. 2, or the electron beam and film are formed. Supply gas for use simultaneously.

【0031】図5は、上記図4の成膜方法を用いて、2
つの微小部品25b,25cを組合わせて作った段差の
ある複雑な形状をもつ被加工物の表面に所望パターン形
状の成膜27を行ったものである。
FIG. 5 shows a case where the film forming method of FIG.
A film 27 having a desired pattern shape is formed on the surface of a workpiece having a complicated shape with steps formed by combining two minute parts 25b and 25c.

【0032】図6は、本発明のさらに別の実施例を示す
もので、該実施例のものは、ビーム源20から放出され
るビーム21cが所定のパターン形状をもっており、ま
た被加工物がXY軸に沿って直線移動でき、かつXY軸
回りに回転できるようになっており、これによりマスク
を使用しなくても、被加工物25aの任意の面及び位置
に所定のパターン形状の成膜27を行うことができる。
所定パターンのビームは、ビーム源20の電極20aの
形状を所望のパターン形状としておくことにより得られ
る。
FIG. 6 shows still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the beam 21c emitted from the beam source 20 has a predetermined pattern shape, and the work piece is XY. It can be moved linearly along the axis and can be rotated around the XY axes, so that a film 27 having a predetermined pattern can be formed on any surface and position of the workpiece 25a without using a mask. It can be performed.
The beam having a predetermined pattern can be obtained by setting the shape of the electrode 20a of the beam source 20 to a desired pattern shape.

【0033】図7は、本発明による成膜方法を実施する
ためのシステムの一例を示す。該システムでは、被加工
物25がXYステージ39によりXY軸に沿って直線移
動できるとともに該XYステージ上に設けられた回転装
置41,43により被加工物25の中心を通るX軸及び
Z軸回りに回転可能であり、またビーム源20がXYス
テージ45とZステージ47と回転装置49,51とを
含むマニュピレータ53によりX,Y,Z軸に沿って直
線移動できるとともに、Y,Z軸回りに回転可能となっ
ている。この実施例の場合、ビーム源20はビーム径が
0.1nm〜100μmの収束ビームが用いられるが、
図1〜3及び図6に示したマスクを用いる場合は、ビー
ム径1μm〜30cmの非収束ビームを用いることもで
きる。
FIG. 7 shows an example of a system for carrying out the film forming method according to the present invention. In this system, the workpiece 25 can be linearly moved along the XY axis by the XY stage 39, and the rotation devices 41 and 43 provided on the XY stage rotate around the X axis and the Z axis passing through the center of the workpiece 25. The beam source 20 can be linearly moved along the X, Y, and Z axes by the manipulator 53 including the XY stage 45, the Z stage 47, and the rotating devices 49, 51. It is rotatable. In this embodiment, the beam source 20 is a convergent beam having a beam diameter of 0.1 nm to 100 μm.
When the masks shown in FIGS. 1 to 3 and 6 are used, a non-focused beam having a beam diameter of 1 μm to 30 cm can also be used.

【0034】また、該システムでは、被加工物25が微
小であり、人間の目では位置決めが困難であることか
ら、成膜位置や成膜状況の把握のため、光学顕微鏡、レ
ーザ顕微鏡、走査型電子顕微鏡などの顕微鏡55を用い
る。また、成膜は通常真空容器57内で行われ、被加工
物用のXYステージ39やビーム源移動用のマニュピレ
ータ53、顕微鏡55は真空容器57内に設置され、真
空容器外部から被加工物とビームの位置決め及び成膜の
動作の制御が行われる。
Further, in this system, since the work piece 25 is minute and it is difficult for human eyes to position it, an optical microscope, a laser microscope, and a scanning type microscope are used to grasp the film formation position and the film formation state. A microscope 55 such as an electron microscope is used. Further, the film formation is usually performed in a vacuum container 57, and the XY stage 39 for the workpiece, the manipulator 53 for moving the beam source, and the microscope 55 are installed in the vacuum container 57, and the workpiece is processed from the outside of the vacuum container. The beam positioning and film deposition operations are controlled.

【0035】図8乃至図9は、本発明の第六の実施例の
エネルギービーム源を用いた立体的微細構造物の製作方
法を示す。
8 to 9 show a method of manufacturing a three-dimensional microstructure using the energy beam source according to the sixth embodiment of the present invention.

【0036】部品加工の段階(A)では、被加工物61
にエネルギービーム源60A,60Bを用いて微細な開
口62A,62Bの形成を行う。ここで被加工物61
は、例えばシリコン単結晶、あるいはポリイミド樹脂で
ある。次に組立段階(B)でマニピュレータ64Aを用
いて、開口62Aに嵌合する例えば直径300μmφの
ステンレス材の丸棒65をその開口に挿入する。又、開
口62Bには、同様にこの開口に嵌合する扁平な例えば
シリコン単結晶からなる板66をマニピュレータ64B
により挿入する。そして接合段階(C)では、エネルギ
ービーム源60Aを図示するようにZ軸回りの円錐面上
を回転運動させて、反応性ガス粒子のラジカルビームを
開口62Aと丸棒65の接触部に照射する。同様にエネ
ルギービーム源60Bを並進移動することにより、扁平
板66と開口62Bの接触部に反応性ガス粒子のラジカ
ルビームを照射する。この反応性ガス粒子のラジカルビ
ームの照射により、異種材料を接着する接着材67が成
膜され、被加工物61に丸棒65及び扁平板66を接合
する。
At the stage (A) of part processing, the workpiece 61
Then, the fine openings 62A and 62B are formed by using the energy beam sources 60A and 60B. Here, the workpiece 61
Is, for example, a silicon single crystal or a polyimide resin. Next, in the assembling step (B), the manipulator 64A is used to insert into the opening a round bar 65 of stainless material having a diameter of, for example, 300 μmφ which fits into the opening 62A. Further, in the opening 62B, a flat plate 66 made of, for example, a silicon single crystal, which fits in the opening 62B, is also provided in the manipulator 64B.
Insert by. Then, in the bonding step (C), the energy beam source 60A is rotationally moved on the conical surface around the Z axis as shown in the drawing to irradiate the contact portion between the opening 62A and the round bar 65 with the radical beam of the reactive gas particles. . Similarly, the energy beam source 60B is moved in translation to irradiate the contact portion between the flat plate 66 and the opening 62B with the radical beam of the reactive gas particles. By radiating the radical beam of the reactive gas particles, an adhesive 67 for adhering different kinds of materials is formed, and the round bar 65 and the flat plate 66 are joined to the workpiece 61.

【0037】図9は、被加工物61の開口62Aに丸棒
65を挿入して、その接触部にラジカルビームを照射す
ることにより、局部的に接着材67が成膜され、接合さ
れることを示している。
In FIG. 9, the round bar 65 is inserted into the opening 62A of the workpiece 61, and the contact portion is irradiated with a radical beam, whereby the adhesive 67 is locally deposited and bonded. Is shown.

【0038】図10は、本発明の第七の実施例の高周波
プラズマを用いたエネルギービーム源による異種材料の
接合の例を示す。
FIG. 10 shows an example of joining dissimilar materials by an energy beam source using high frequency plasma according to the seventh embodiment of the present invention.

【0039】ビーム源60A,60Bでは、絶縁管71
の上流側の電極15及び下流側電極77は接地されてい
る。そして、中間電極76に高周波電圧が印加されてい
る。また、正の電圧を上流側電極75に印加するように
してもよい。中間電極は、容量結合型でも誘導結合型で
もよく、容量型の場合には、リング型電極が用いられ、
誘導型の場合には、コイルが用いられる。本実施例で
は、中間電極76の高周波電圧により、電子の振動運動
が活性化され、プラズマが発生する。プラズマ中の正イ
オンは、加速バイアスにより、ビーム放出孔72を備え
た下流側電極77方向に加速され、ビーム放出孔72中
にて中性化が行われる。また、正の電圧を下流側電極7
7に印加し、上流側電極75をアースに接続すると、プ
ラズマ中の負イオンから生成された高速原子線の放射が
可能となる。
In the beam sources 60A and 60B, the insulating tube 71 is used.
The upstream electrode 15 and the downstream electrode 77 are grounded. Then, a high frequency voltage is applied to the intermediate electrode 76. Alternatively, a positive voltage may be applied to the upstream electrode 75. The intermediate electrode may be a capacitively coupled type or an inductively coupled type, and in the case of the capacitive type, a ring type electrode is used,
In the case of the induction type, a coil is used. In the present embodiment, the high frequency voltage of the intermediate electrode 76 activates the oscillating motion of electrons, and plasma is generated. The positive ions in the plasma are accelerated by the acceleration bias toward the downstream electrode 77 having the beam emission hole 72, and the beam emission hole 72 is neutralized. In addition, a positive voltage is applied to the downstream electrode 7
7, and the upstream electrode 75 is connected to the ground, it becomes possible to radiate the fast atom beam generated from the negative ions in the plasma.

【0040】本実施例では、下流側電極の先端に、ラジ
カル放出用ノズル79を設けて、局所の成膜ができるよ
うになっている。先端に装着されたラジカル放出用ノズ
ル79は、その内径が0.1〜3mm程度であり、その
先端に0.1nm〜10μmの穴が開いた極細ビーム形
成用の微小孔を取り付けてもよい。
In the present embodiment, a radical emission nozzle 79 is provided at the tip of the downstream electrode to enable local film formation. The radical releasing nozzle 79 attached to the tip has an inner diameter of about 0.1 to 3 mm, and a micro hole for forming an ultrafine beam having a hole of 0.1 nm to 10 μm may be attached to the tip.

【0041】本実施例では、被加工物61に微小円柱6
5を挿入し、その後、挿入部に局所成膜を行い、微小円
柱65と被加工物61の接着・接合を行う例である。こ
の例では、微小円柱65の径が、10nm〜100μm
程度である。被加工物61に組み立て用孔を上記実施例
のエネルギービーム源による高速原子線によって開け、
そこに拡大観察装置下でマイクロハンドリング装置によ
り組立を行い、その後、成膜用に印加電圧を変更した、
もしくは他のエネルギービーム源の位置合わせを行う。
そして、図10に示すようにラジカルビームを照射する
ことにより、組合せ部の局所成膜を行い接着・接合状態
を強化する。
In the present embodiment, the work piece 61 has a fine cylinder 6
In this example, 5 is inserted, then local film formation is performed on the insertion portion, and the minute cylinders 65 and the workpiece 61 are bonded and joined. In this example, the diameter of the minute cylinder 65 is 10 nm to 100 μm.
It is a degree. An assembling hole is formed in the work piece 61 by a high-speed atom beam from the energy beam source of the above-mentioned embodiment,
Assembled there with a micro handling device under a magnifying observation device, and then changed the applied voltage for film formation,
Alternatively, other energy beam sources are aligned.
Then, as shown in FIG. 10, by irradiation with a radical beam, the combined portion is locally formed to strengthen the bonded / bonded state.

【0042】挿入物の位置合わせ、及びエネルギービー
ム源から照射するエネルギービーム照射位置の位置合わ
せは、SEM(走査型電子顕微鏡)或いは光学顕微鏡で
観察しながら、微細な位置移動が可能なマニピュレー
タ、或いは試料又はビーム源を固定した回転・並進ステ
ージ等により行う。本実施例においては、小型のエネル
ギービーム源が回転・並進ステージに取り付けられ、試
料の接合部に対して任意の角度のビームを入射すること
が可能である。尚、エネルギービーム源側を固定して、
試料側を回転・並進ステージにより移動するようにして
も勿論良い。
The position of the insert and the position of the energy beam irradiation position of the energy beam source are adjusted by observing with an SEM (scanning electron microscope) or an optical microscope, and a manipulator capable of fine position movement, or It is performed by a rotating / translating stage with a fixed sample or beam source. In the present embodiment, a small energy beam source is attached to the rotating / translating stage so that a beam having an arbitrary angle can be made incident on the joint portion of the sample. In addition, with the energy beam source side fixed,
Of course, the sample side may be moved by a rotation / translation stage.

【0043】このような微細加工に用いる微小径エネル
ギービームとしては、成膜性を有する反応性ガス粒子の
ラジカルビーム、或いは低エネルギーの高速原子線が用
いられる。例えば、エネルギービーム源の原料ガスとし
てメタンガスを用いることにより、炭素(C)を含むラ
ジカルビームが形成され、接着材67としては、グラフ
ァイト、ダイアモンドライクカーボン等が生成される。
As the small-diameter energy beam used for such fine processing, a radical beam of reactive gas particles having a film-forming property or a low-energy high-speed atom beam is used. For example, by using methane gas as a raw material gas for the energy beam source, a radical beam containing carbon (C) is formed, and as the adhesive 67, graphite, diamond-like carbon or the like is generated.

【0044】又、エネルギービーム源に供給するガスと
しては、上述したメタンガスの他にフッ化タングステ
ン、塩化アルミ、塩化チタン等の金属を含有するガス、
或いは上述したメタン等のC又はC−Hを含有する炭素
系又は炭化水素系ガスなどが用いられる。これにより、
接着材としてタングステン膜、アルミ膜、チタン膜、グ
ラファイト膜、ダイアモンドライクカーボン膜、炭化水
素含有高分子膜等を接合境界部に成膜させることができ
る。これにより異種材質の試料間の接着、接合が行われ
る。このような接着材の成膜は、真空状態下で行われる
場合が多い。
As the gas supplied to the energy beam source, in addition to the above-mentioned methane gas, a gas containing a metal such as tungsten fluoride, aluminum chloride or titanium chloride,
Alternatively, a carbon-based or hydrocarbon-based gas containing C or C—H such as methane described above is used. This allows
As the adhesive material, a tungsten film, an aluminum film, a titanium film, a graphite film, a diamond-like carbon film, a hydrocarbon-containing polymer film, or the like can be formed at the bonding boundary portion. Thereby, adhesion and joining between samples of different materials are performed. Film formation of such an adhesive material is often performed in a vacuum state.

【0045】本実施例に示したようにエネルギービーム
源を用いた立体的微細構造物の製作方法では、(1)真
空状態で同種材料は勿論、異種材料の微細構造物の接
着、接合が可能である、(2)局部加熱であるので試料
全体を高温にする必要がない、(3)複数の微細構造物
の接着、接合が可能である、(4)複雑な立体的構造を
有するものであっても、加工が可能である、等の特徴が
ある。
In the method of manufacturing a three-dimensional microstructure using an energy beam source as shown in this embodiment, (1) it is possible to bond and join microstructures of different materials, as well as the same materials in a vacuum state. (2) Local heating does not require heating the entire sample to high temperature. (3) Adhesion and joining of a plurality of fine structures is possible. (4) A complex three-dimensional structure. Even if there is, there is a feature that it can be processed.

【0046】例えば従来の真空加熱による接合では、試
料全体を数百度以上に加熱して接合が行われるため、例
えば高分子材料のような試料の場合には加工が不可能で
ある。また、半導体デバイス等の場合では試料全体を高
温で加熱することにより機能を損なうなどの影響を生じ
る場合がある。しかしながら、上述したような微細加工
方法では、これらの問題を生じることなく3次元構造の
微細加工が可能である。
For example, in conventional joining by vacuum heating, the whole sample is heated to several hundreds of degrees or more to perform the joining, so that processing cannot be performed in the case of a sample such as a polymer material. Further, in the case of a semiconductor device or the like, heating the entire sample at a high temperature may cause an effect such as impairing its function. However, the above-described fine processing method allows fine processing of a three-dimensional structure without causing these problems.

【0047】なお、特に述べなかったが、上記図1〜図
10の成膜方法はいずれも真空雰囲気内で行うのが望ま
しく、また、微小部品の成膜を行う場合には顕微鏡を使
用する。しかし、本発明方法はこれらに制限されること
はない。また、上記実施例ではビーム、マスク、被加工
物を直交軸に沿って移動させ、また直交軸回りに回転さ
せるようにしたが、斜交軸に沿って移動させ、また斜交
軸回りに回転させてもよい。
Although not particularly mentioned, it is desirable that all the film forming methods shown in FIGS. 1 to 10 be carried out in a vacuum atmosphere, and a microscope is used when filming minute parts. However, the method of the present invention is not limited to these. Further, in the above embodiment, the beam, the mask, and the work piece are moved along the orthogonal axis and rotated about the orthogonal axis, but they are moved along the oblique axis and rotated around the oblique axis. You may let me.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来不可能であった被加工物の任意の面あるいは場所に
任意のパターン形状の成膜を行うことができ、これによ
って複雑な構造体の局所に所望形状の成膜を行うことが
可能である。
As described above, according to the present invention,
It is possible to form a film with an arbitrary pattern shape on an arbitrary surface or place of a work, which has been impossible in the past, and thus it is possible to form a film with a desired shape locally on a complicated structure. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二の実施例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第三の実施例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第四の実施例を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a fourth embodiment of the present invention.

【図5】図4の実施例方法により作成された成膜を示す
斜視図である。
5 is a perspective view showing a film formed by the example method of FIG.

【図6】本発明の第五の実施例を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明方法を実施するためのシステムの一例を
示す概略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a system for carrying out the method of the present invention.

【図8】本発明の第六の実施例を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a sixth embodiment of the present invention.

【図9】図8における接合の段階の斜視図である。9 is a perspective view of a stage of joining in FIG.

【図10】本発明の第七の実施例を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a seventh embodiment of the present invention.

【図11】従来の成膜方法を示す概略図である。FIG. 11 is a schematic view showing a conventional film forming method.

【図12】従来の成膜方法を示す概略図である。FIG. 12 is a schematic view showing a conventional film forming method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21,21a,21b,21c ビーム 23 マスク 25,25a 被加工物 27 成膜 21,21a, 21b, 21c beam 23 masks 25,25a Workpiece 27 Deposition

フロントページの続き (72)発明者 小畑 忠輔 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7−216542(JP,A) 特開 平6−212409(JP,A) 特開 昭64−53410(JP,A) 特開 昭63−132203(JP,A) 特開 昭63−152120(JP,A) 特開 昭55−32040(JP,A) 特開 平3−138356(JP,A) 実開 昭57−154767(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 B23K 11/00 - 11/11 B23K 15/00 - 15/10 Front Page Continuation (72) Inventor Chusuke Obata 4-2-1 Honfujisawa, Fujisawa-shi, Kanagawa Inside the EBARA Research Institute (72) Inventor Yotaro Hatamura 2-12-11, Kohinata, Bunkyo-ku, Tokyo (72) Invention Person Masayuki Nakao 5-1, Shin-Matsudo, Matsudo-shi, Chiba Shin-Matsudo Central Park House C-908 (56) Reference JP-A-7-216542 (JP, A) JP-A-6-212409 (JP, A) JP-A 64- 53410 (JP, A) JP 63-132203 (JP, A) JP 63-152120 (JP, A) JP 55-32040 (JP, A) JP 3-138356 (JP, A) 57-154767 (JP, U) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 14/00-14/58 C23C 16/00-16/56 H01L 21/205 B23K 11 / 00-11/11 B23K 15/00-15/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 低エネルギーの成膜用ガス粒子ビームを
発生するビーム源から放射された指向性のよいビームを
所定パターンの穴を有するマスクを介して被加工物の表
面に照射して成膜するに、前記ビーム源と、マスクと、
被加工物との少なくとも一つを他に対し、X,Y軸の少
なくとも一つの回りに回転させ、必要に応じてX,Y,
Z軸の少なくとも一つに沿って直線移動させることで、
被加工物の任意の複数の面または複数の位置に任意の成
膜パターンを形成することを特徴とする成膜方法。
1. A highly directional beam emitted from a beam source for generating a low energy gas particle beam for film formation.
In order to form by irradiating the surface of the workpiece through a mask having a hole of a predetermined pattern, and before Symbol beam source, and the mask,
To other at least one of the workpiece, X, less the Y-axis
Rotate around at least one, X, Y, as needed
By linearly moving along at least one of the Z axes ,
A film forming method comprising forming an arbitrary film forming pattern on an arbitrary plurality of surfaces or a plurality of positions of a workpiece.
【請求項2】 被加工物上にあらかじめ成膜材料を塗布
するか成膜用ガスを供給し、該被加工物表面にビーム源
から指向性のよい電子線を所定パターンの穴を有するマ
スクを介して照射して前記成膜材料または成膜用ガス粒
子を活性化させて成膜するに前記ビーム源と、マスク
と、被加工物との少なくとも一つを他に対し、X,Y軸
の少なくとも一つの回りに回転させ、必要に応じてX,
Y,Z軸の少なくとも一つに沿って直線移動させること
で、前記被加工物の任意の複数の面または複数の位置に
任意の成膜パターンを形成することを特徴とする成膜方
法。
2. A mask having a hole having a predetermined pattern formed by applying a film-forming material or supplying a film-forming gas onto a workpiece in advance, and emitting a highly directional electron beam from a beam source on the surface of the workpiece.
A beam source and a mask to activate the film forming material or the film forming gas particles by irradiation through a mask to form a film.
And at least one of the workpiece and the other, X, Y axis
Rotate around at least one of the
Linear movement along at least one of the Y and Z axes
In film forming method comprising the Turkey to form any deposition pattern at any of a plurality of surfaces or a plurality of locations of said workpiece.
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