JP4501307B2 - Method for forming a three-dimensional structure - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプラスチック基板などの表面に、例えばマイクロマシンなどの3次元構造物を形成する3次元構造物の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、各種の工業分野において、一般に「MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)」と呼ばれる構造を有するマイクロマシンの開発がなされている。このマイクロマシンは、例えば、成膜処理やエッチング処理などを含む半導体プロセスを用いて、シリコン基板やガラス基板などの表面に各種の3次元構造物等が形成されることにより作製される。このマイクロマシンは、例えば、自動車に搭載される圧力センサやDMD(Digital micromirror device)などの各種デバイスを構成する部品として既に実用化されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、以下のように理由により、マイクロマシンを形成する際、基板の材質に係る適用範囲が限定されてしまうという問題があった。
【0004】
すなわち、半導体プロセスを用いた場合、処理温度は約400°C以上と高くなる。このため、マイクロマシンを形成する際、比較的融点の高いシリコン基板やガラス基板を用いた場合には問題が生じないが、比較的融点(または軟化点)の低い(約100°C以下)プラスチックなどの樹脂基板などを用いた場合には、高熱に起因してプラスチック基板が変形または破損する可能性がある。従来、比較的耐熱性の高い樹脂材料としてポリイミド樹脂が知られているが、このポリイミド樹脂基板においても、その耐性温度(約350°C近傍)は十分とは言えない。
【0005】
なお、樹脂材料により構成されたマイクロマシンとしては、従来、例えば、PVDF(Poly vinylidene fluoride)などの圧電性樹脂材料により構成された圧電アクチュエータが既に知られているが、この種のマイクロマシンを形成する場合においても、上記した基板の耐熱性に係る理由から、低融点のプラスチック基板でなく、高融点のシリコン基板などが用いられていた。
【0006】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、変形や破損を招くことなく、プラスチック基板などの低融点基板の表面に3次元構造物を形成可能な3次元構造物の形成方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の3次元構造物の形成方法は、処理体の表面に3次元構造物を形成する方法であり、被処理体の表面を覆うように第1の前駆膜を形成する第1の工程と、第1の前駆膜に第1の開口を選択的に形成することにより第1の薄膜パターンを形成する第2の工程と、第1の開口に犠牲膜を選択的に形成する第3の工程と、少なくとも第1の薄膜パターンおよび犠牲膜を覆うように第2の前駆膜を形成する第4の工程と、第2の前駆膜のうちの第1の開口に対応する部分に第2の開口を選択的に形成することにより第2の薄膜パターンを形成する第5の工程と、犠牲膜を選択的に除去することにより、被処理体の表面に、第1の薄膜パターンおよび第2の薄膜パターンを含んで構成された3次元構造物を形成する第6の工程とを含み、第1の工程および第3の工程において、アーク放電のエネルギーを利用してカソードを蒸発させることにより成膜イオンを発生させ、この成膜イオンにより第1の前駆膜および第2の前駆膜をそれぞれ形成し、第2の工程および第4の工程において、エッチングイオンを含むプラズマを発生させ、このプラズマ中のエッチングイオンにより第1の開口および第2の開口をそれぞれ形成するようにしたものである。
【0008】
本発明の3次元構造物の形成方法では、まず、第1の工程において、被処理体の表面を覆うように第1の前駆膜が形成される。続いて、第2の工程において、第1の前駆膜に第1の開口が選択的に形成されることにより第1の薄膜パターンが形成される。続いて、第3の工程において、第1の開口に犠牲膜が選択的に形成される。続いて、第4の工程において、少なくとも第1の薄膜パターンおよび犠牲膜を覆うように第2の前駆膜が形成される。続いて、第5の工程において、第2の前駆膜のうちの第1の開口に対応する部分に第2の開口が選択的に形成されることにより第2の薄膜パターンが形成される。続いて、第6の工程において、犠牲膜が選択的に除去されることにより、被処理体の表面に、第1の薄膜パターンおよび第2の薄膜パターンを含んで構成された3次元構造物が形成される。3次元構造物が形成される際には、第1の工程および第3の工程において、アーク放電のエネルギーを利用してカソードを蒸発させることにより成膜イオンが発生し、この成膜イオンにより第1の前駆膜および第2の前駆膜がそれぞれ形成され、第2の工程および第4の工程において、エッチングイオンを含むプラズマが発生し、このプラズマ中のエッチングイオンにより第1の開口および第2の開口がそれぞれ形成される。従来の半導体プロセスを用いる場合よりも成膜温度が低くなり、金属等よりも耐熱性の低い被処理体を用いることが可能となるため、熱の影響に起因する変形または破損等を招くことなく、被処理体の表面に3次元構造物を形成することが可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0010】
[第1の実施の形態]
まず、本発明の第1の実施の形態に係る3次元構造物の形成方法について説明する。図1は、本実施の形態に係る3次元構造物の形成方法に用いられる製造装置の構成の一例を表すものである。この製造装置は、例えば、プラスチック基板の表面に、各種の特徴的な構成を有する3次元構造物を形成するためのものである。
【0011】
<1.製造装置の構成>
この製造装置10は、例えば、金属等により構成された真空チャンバ1と、この真空チャンバ1の壁面に配設された複数(例えば3つ)の処理ソース2,3,4と、排気管1Kを介して真空チャンバ1と接続された真空ポンプ5と、処理ソース2〜4に対応してそれぞれ配設され、一端部が真空チャンバ1の内部に導入された複数(例えば3つ)の導入端子6(6A,6B,6C)と、配線Sを介して導入端子6と接続され、導入端子6に対してバイアス電圧を印加するバイアス電源7とを備えている。各導入端子6A〜6Cの一端部は、複数(例えば3つ)の基板ホルダ8(8A,8B,8C)とそれぞれ連結されており、この基板ホルダ8に、処理対象となる基板Kが装着されている。基板Kは、図示しない移動アームにより、基板ホルダ8A〜8C間を随時移動可能になっている。なお、図1では、基板Kが基板ホルダ8Aに装着されている場合を示している。
【0012】
処理ソース2は、例えば、カウフマン型イオンソースにより構成されており、主に、基板Kにエッチング処理を施すと共に、処理ソース4により基板Kの表面に形成される薄膜にイオンを注入するものである。この処理ソース2は、エッチング処理時には、エッチング処理に要するイオン(エッチングイオン)を生成可能なガス(エッチングガス)を用いてエッチングイオンを含むプラズマを真空チャンバ1内に発生させ、一方、イオン注入処理時には、イオン注入処理に要するイオン(注入イオン)を生成可能なガス(動作ガス)を用いて注入イオンを含むプラズマを真空チャンバ1の内部に発生させる。エッチングガスとしては、例えば、窒素(N2 ),酸素(O2 ),塩素(Cl2 )等の反応性ガスやアルゴン(Ar)等の不活性ガスが挙げられ、動作ガスとしては、例えば窒素,水素(H2 ),メタン(CH4 )などが挙げられる。なお、処理ソース2によるイオン注入原理は、一般に、PBII(Plasma-Based Ion-Implantation )方式と呼ばれている。
【0013】
処理ソース3は、例えば、DC(Direct Current)スパッタソースにより構成されており、主に、基板K等の表面に、処理ソース4により形成される成膜物以外の成膜物、例えば電極等を形成するものである。
【0014】
処理ソース4は、例えば、FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc)イオンソースにより構成されており、主に、基板Kの表面に薄膜を形成するものである。FCVAイオンソースとは、カソードの溶融により生じた液滴を除去するための電磁フィルターを汎用のカソーディックアークソースに付設したものである。この処理ソース4は、例えば、イオン源として高密度カーボンロッドにより構成されたカソードを有し、ストライカートリガー電極を用いて発生させたアーク放電のエネルギーを利用してカソードを蒸発させることにより、真空チャンバ1の内部に炭素イオン(成膜イオン)を発生させる。そして、処理ソース4に搭載された2台のダクトコイルにより炭素イオンが基板K2に誘導され、炭素イオンが基板Kの表面に堆積することにより薄膜が形成される。処理ソース4では、エッチングイオンや注入イオンを発生させるためにエッチングガスや動作ガスを要する処理ソース2(カウフマン型イオンソース)とは異なり、イオン生成用のガスを用いずに成膜イオンを発生させることが可能であるため、高真空状態を維持しつつ成膜イオンを発生させることが可能となる。なお、カソード材料としては、上記したカーボンの他、例えばタングステン(W),タンタル(Ta),シリコン(Si),ニッケル(Ni),クロム(Cr),アルミニウム(Al),チタン(Ti),銅(Cu),鉄(Fe)などを用いることも可能である。
【0015】
真空ポンプ5は、例えば、ターボ分子ポンプを含んで構成されており、主に、真空チャンバ1の内部に満たされているガス(例えば空気等)を排気管1Kを通じて排気し、所望の真空状態となるまで真空チャンバ1の内部を減圧するものである。
【0016】
導入端子6(6A〜6C)は、例えば、汎用の導入端子により構成されており、処理ソース2〜4の処理条件等に応じてそれぞれ図中の矢印Y1の方向に移動可能になっている。この導入端子6には、例えば、冷媒循環用の配管6Hが組み込まれており、この配管6Hに冷媒Wを循環させることにより、基板ホルダ8に装着された基板Kを冷却可能になっている。なお、導入端子6は、例えば金属などの導電材料により構成されており、真空チャンバ1に設けられた支持部材1Bにより支持されている。この支持部材1Bは、例えば、セラミックなどの絶縁性材料により構成されており、真空チャンバ1と導入端子6とは支持部材1Bを介して電気的に分離されている。
【0017】
バイアス電源7は、例えば高電圧真空管回路を含んで構成され、基板ホルダ8に装着された基板Kにパルス状電圧を印加するものである。もちろん、このバイアス電源7は、パルス状電圧の他、基板Kに定電圧を印加することも可能である。このバイアス電源7は、例えば、処理ソース2によるエッチング処理時において、必要に応じて基板Kに負のパルス電圧(−10kV〜−2kV)を印加し、処理ソース2によるイオン注入処理時において、特に、基板Kが絶縁性を有するものである場合には、基板Kに正のパルス電圧と負のパルス電圧とを含むパルス状電圧を印加する。このバイアス電源7により基板Kに負のパルス電圧が印加されたときに、真空チャンバ1の内部に発生した成膜イオンや注入イオンが基板Kに引き寄せられ、一方、正のパルス電圧が印加されたときに電子が加速され、基板Kに成膜処理やイオン注入処理または電子線処理が施される。なお、パルス状電圧に関するパルスピーク値(パルス波高),パルス立ち上がり時間,パルス間隔,パルス幅等の条件は、各導入端子6A〜6Cごとに独立して調整可能になっている。
【0018】
基板ホルダ8(8A〜8C)は、基板Kを保持するものであり、例えば、導入端子6と同様に、金属等の導電材料により構成されている。基板Kは、例えば、円盤状や矩形状の構造を有するものである。基板Kの材質としては、例えば、アモルファスポリオレフィン(APO;Amorphous Polyolefin),脂環式オレフィン,ポリメチルメタクリレート(PMMA;Polrmethyl Methacrylate ),脂環式アクリル,ポリカーボネート(PC;Polycarbonate ),ポリエチレンテレフタラート(PET;Polyethylene Terephthalate),アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS;Acrylonitrile Butadien Styrene copolymer),ポリアセタール(POM;Polyacetal),四フッ化エチレン(PTFE;Poly Tetra Fuluoro Ethylen),ナイロン6,ポリエチレンなどの絶縁性を有するプラスチックが挙げられる。
【0019】
なお、成膜処理10は、上記した一連の構成要素の他、例えば、製造装置10全体を制御するためのマイクロコンピュータ,処理ソース2等に各種ガスを供給するためのガスボンベ,真空チャンバ1の外部に導出された導入端子6の他端部と接続され、導入端子6を移動させるための駆動装置などを含んで構成されている。
【0020】
<2.本実施の形態に係る3次元構造物の形成方法>
次に、図1〜図11を参照して、本実施の形態に係る3次元構造物の形成方法の一例について説明する。以下では、例えば、プラスチックにより構成された基板Kの表面に、一部分が基板Kの表面から離間し、他の部分が基板Kの表面を被覆するような特徴的な梁構造(以下、「ビーム構造」という)を有するマイクロマシン(3次元構造物)を形成する場合について説明する。
【0021】
この3次元構造物は、例えば、図1に示した製造装置10を用いて、主に、成膜工程,エッチング工程,イオン注入工程等を順次経て形成される。図2〜図10は、本実施の形態に係る3次元構造物の形成方法を説明するものである。図2〜図10において、図2は第1の成膜工程,図3および図4は第1のエッチング工程,図5は犠牲膜の形成工程,図6は第2の成膜工程,図7および図8は第2のエッチング工程,図9はイオン注入工程,図10は犠牲膜の除去工程をそれぞれ示している。また、図11は、イオン注入処理時においてバイアス電源7により基板Kに印加されるパルス状電圧の波形(A)および電流変化(B)をそれぞれ表している。なお、図2〜図10において、(B)は各工程における基板K等の平面構成,(A)は(B)に示したA−A線に沿った基板K等の断面構成をそれぞれ示している。図2(A)〜図10(A)では、基板K等と共に、製造装置10の要部(基板Kの周辺部)の構成も示している。
【0022】
プラスチックにより構成された基板Kの表面にマイクロマシンを形成する際には、作業者等により、以下のような準備作業が行われる。すなわち、まず、例えばAPO,PMMA,PCなどにより構成された基板K(約1mm厚)が洗浄されたのち、基板ホルダ8Cに基板Kが装着される(図2参照)。続いて、真空チャンバ1の密閉状態が確認されたのち、キーボードなどの入力装置を介して一連の処理条件(処理ソース2〜4,真空ポンプ5,導入端子6,バイアス電源7等の動作条件等)が入力される。最後に、真空ポンプ5が稼動され、真空チャンバ1の内部が所望の真空状態となるまで減圧されると共に、バイアス電源7が稼動され、基板ホルダ8に電圧が印加される。また、配管6Hに冷媒Wが循環され、基板ホルダ8Cにより保持された基板Kが冷却される。
【0023】
《2−1.第1の成膜工程(下地膜前駆膜の形成工程)》
準備作業が完了したのち、まず、図2に示したように、処理ソース4(FCVAイオンソース)により、例えば、背景真空度=約2.3×10-4Pa,処理ソース4の動作電圧=約25Vの条件下において、基板Kの表面に成膜処理を施す。これにより、真空チャンバ1の内部に、約25eVのエネルギーを有し、約0.7Aのイオン電流を発生させる炭素イオン(成膜イオン)N1が連続かつ高密度に発生したのち、この炭素イオンN1が磁場中において選択的に濾過され、基板Kに誘導されることにより、基板Kの表面に、例えばta−C(tetrahedral amorphous Carbon)よりなる下地前駆膜21P(第1の前駆膜)が形成される。この下地前駆膜21Pは、後工程においてパターニングされることにより、後述する下地膜21(図4参照)となる前準備膜である。以下では、後工程においてパターニングされることとなる前準備膜を「前駆膜」と呼称する。第1の成膜処理を行う際には、例えば、下地前駆膜21Pが約100nmの厚みを有するようにする。
【0024】
《2−2.第1のエッチング工程(下地膜の形成工程)》
次に、図3に示したように、下地前駆膜21P上に、例えばPMMAにより構成され、例えば矩形状の開口22Uを有するマスク22(約10μm厚)を配設する。マスク22を配設する際には、例えば、下地前駆膜21Pが形成された基板Kを真空チャンバ1内から大気中に一旦取り出し、例えばスピンコートにより下地前駆膜21P上にPMMA層を形成したのち、フォトリソグラフィ処理を用いてPMMA層をパターニングすることによりマスク22を形成するようにしてもよいし、上記の一連の手順を経て形成されたマスク22を予め真空チャンバ1内に準備しておき、基板K等を真空チャンバ1内から取り出すことなく、移動アームを用いて下地前駆膜21P上にマスク22を載置するようにしてもよい。
【0025】
次に、図3に示したように、移動アームを用いて基板K等を基板ホルダ8Aに移動させたのち、図4に示したように、マスク22を用いると共に、エッチングガスとして例えば酸素ガスを用いて、処理ソース2により全体にエッチング処理を施す。エッチング処理を行う際には、例えば、エッチング条件として、エッチングガスの導入量=約2.5×10-7m3 /s(約15sccm),イオンビーム加速電圧=約200V,イオンビーム加速電流=約10mA,背景真空度(イオン放出前における真空チャンバ1内の真空度)=約2.3×10-4Pa,動作真空度(イオン放出後における真空チャンバ1内の真空度)=約5.0×10-2Paとする。真空チャンバ1の内部に酸素イオン(エッチングイオン)N2を含むプラズマが発生し、このプラズマ中の酸素イオンN2がマスク22の開口22Uを通じて下地前駆膜21Pに選択的に衝突する。これにより、下地前駆膜21Pのうち、マスク22の開口22Uに対応する部分が選択的に除去され、例えば矩形状の開口21U(第1の開口)を有する下地膜21(第1の薄膜パターン)が形成される。なお、エッチング処理に要する時間を短縮したい場合には、例えば、エッチング処理時において、バイアス電源7により基板Kに、負のパルスピーク値=−10kV〜−2kVの範囲内,具体的には−6kV,パルス幅=約60μ秒,周期=約1m秒の条件で負のパルス電圧を印加するようにするのが好ましい。上記範囲内の負のパルス電圧が基板Kに印加されると、真空チャンバ1内に発生した酸素イオンN2が基板Kまで効率よく誘導されることにより、エッチング速度が増加するためである。
【0026】
《2−3.犠牲膜の形成工程》
次に、マスク22を除去したのち、図5に示したように、開口21Uにおける基板Kの露出面上に、犠牲膜23を約110nmの厚みで選択的に配設する。この犠牲膜23は、後工程(後述する《2−4.第2の成膜工程》)において形成される後述する被覆前駆膜24P(図6参照)を支持するための支持体として機能するものである。犠牲膜23を配設する際には、例えば、その一側面(例えば図中の左側の側面)が、開口21Uにおける下地膜21の一側面(例えば図中の左側の側面)に隣接するようにする。犠牲膜23の構成材料としては、例えば、後工程(後述する《2−7.犠牲膜の除去工程》)において溶解させることにより犠牲膜23を除去することが可能となるように、所定の溶剤(例えばアセトン等)に可溶な樹脂材料(例えばPMMA等)を用いるようにする。なお、犠牲膜23の配設方法は、例えば、《2−2.第1のエッチング工程》におけるマスク22の配設方法と同様である。
【0027】
《2−4.第2の成膜工程(被覆前駆膜の形成工程)》
次に、図6に示したように、移動アームを用いて基板K等を基板ホルダ8Cに移動させたのち、《2−1.第1の成膜工程》と同様の条件下において、処理ソース4により、全体を覆うように、例えばta−Cよりなる被覆前駆膜24P(第2の前駆膜)を約100nmの厚みで形成する。被覆前駆膜24Pは、その一部が犠牲膜23上に乗り上げたクランク状の構造をなすこととなる。
【0028】
《2−5.第2のエッチング工程(被覆膜の形成工程)》
次に、図7に示したように、被覆前駆膜24P上に、例えばPMMAよりなるマスク25(約10μm厚)を配設する。マスク25を形成する際には、例えば、開口21Uに対応した位置に、「U」型形状の開口25Uを有するようにする。なお、マスク25の配設方法は、例えば、《2−2.第1のエッチング工程》におけるマスク22の配設方法と同様である。
【0029】
次に、図7に示したように、移動アームを用いて基板K等を基板ホルダ8Aに移動させたのち、図8に示したように、マスク25を用いて、《2−2.第1のエッチング工程》と同様の条件下において、処理ソース2により、全体にエッチング処理を施す。これにより、被覆前駆膜24Pのうち、マスク25の開口25Uに対応する部分が選択的に除去され、例えば「U」型形状の開口24U(第2の開口)を有する被覆膜24(第2の薄膜パターン)が形成される。なお、被覆膜24を形成する場合においても、エッチング処理に要する時間を短縮すべく、エッチング処理時において基板Kに負のパルス電圧を印加するようにしてもよい。
【0030】
《2−6.イオン注入工程》
次に、マスク25を除去したのち、図9に示したように、例えば動作ガスとして窒素ガスを用いて、処理ソース2(カウフマン型イオンソース)により、下地膜21および被覆膜24に対してイオン注入処理を施す。イオン注入処理を行う際には、例えば、加速電圧=約200V,動作ガスの導入量=約2.5×10-7m3 /s(約15sccm),動作真空度=約5.0×10-2Pa,イオン注入量=約8.0×1016ionsとすると共に、バイアス電源7により基板Kに対して、正のパルスピーク値V1=約+10kV,負のパルスピーク値V2=約−20kV,正負のパルス幅B=約60μ秒,周期T=約1m秒の条件(図11(A)参照)で正のパルス電圧と負のパルス電圧とを含むパルス電圧を印加する。また、イオン注入処理は、処理ソース2からの窒素イオン電流が約1mAのとき、バイアス電極におけるイオン電流と2次電子とによる電流のピーク値が約0.05Aとなるような電流条件下において約5分間行う(図11(B))。処理ソース2により真空チャンバ1の内部に窒素イオン(注入イオン)N3を含むプラズマが発生し、この窒素イオンN3が下地膜21および被覆膜24に注入される。これにより、ta−Cよりなる下地膜21および被覆膜24が改質され、それらのヤング率や降伏点強度などの物理特性が向上することとなる。
【0031】
《2−7.犠牲膜の除去工程》
最後に、基板Kを真空チャンバ1内から大気中に一旦取り出したのち、例えばアセトンなどの溶剤中に基板K等を浸すことにより、犠牲膜23にウエットエッチング処理を施す。下地膜21の開口21Uおよび被覆膜24の開口24Uを通じて犠牲膜23が溶剤に晒され、犠牲膜23が溶剤に溶解して選択的に除去されることにより、図10に示したように、基板Kの表面に、下地膜21および被覆膜24により構成され、一部分(被覆膜24の部分24T)が基板Kの表面から離間し、他の部分(被覆膜24のうちの部分24T以外の部分および下地膜21)が基板Kの表面を被覆するようなビーム構造を有するマイクロマシン100が完成する。なお、下地膜21および被覆膜24により構成されたマイクロマシン100の比抵抗率は、約3×10-1Ωcmであった。
【0032】
<3.第1の実施の形態に係る作用および効果>
以上説明したように、本実施の形態では、下地前駆膜21Pおよび被覆前駆膜24Pを形成するための成膜ソースとして処理ソース4(FCVAイオンソース),下地膜21(開口21U)および被覆膜24(開口24U)を形成するためのエッチングソースとして処理ソース2(カウフマン型イオンソース)をそれぞれ用いると共に、所定の溶剤(アセトン等)に可溶な材料(PMMA等)により構成された犠牲膜23を被覆前駆膜24Pの支持体として利用している。このような場合には、以下のような理由により、処理時における基板Kの変形や破損等の不具合の発生を招くことなく、基板Kの表面に、ビーム構造を有するマイクロマシン100を容易に形成することができる。
【0033】
すなわち、マイクロマシン100の形成手法として従来の半導体プロセスを用いる場合には、処理温度が比較的高く(約400°C以上)なるため、基板Kの材質は、この高温条件下において耐性を有するもの、例えば約400°C以上の比較的高い融点を有する金属などに限られてしまう。このような場合には、基板Kの材質として、約100°C以下の比較的低い融点(または軟化点)を有するプラスチックを用いると、高熱に起因して基板Kが変形または破損する可能性があるため、プラスチックにより構成された基板Kの表面にマイクロマシン100を形成する際の形成手法としては、従来の半導体プロセスを用いることができない。
【0034】
これに対して、本実施の形態では、処理温度が比較的低い(約150°C以下)処理ソース4(FCVAイオンソース)および処理ソース2(カウフマン型イオンソース)により成膜処理およびエッチング処理がそれぞれ行われるため、半導体プロセスを用いた場合のように、プラスチックの融点以上の高温環境に基板Kが晒されることがなく、基板K自体の温度も約150°C以下に維持される。このため、処理温度に応じて基板Kの材質が限定されず、基板Kの構成材料としてプラスチックを用いた場合においても、変形や破損等の不具合の発生を招くことなく、基板Kの表面にマイクロマシン100を形成することが可能となる。
【0035】
しかも、本実施の形態では、後工程において選択的に除去可能な犠牲膜23を被覆前駆膜24Pの支持体として利用しているため、この犠牲膜23に部分的に乗り上げるように被覆前駆膜24Pが形成される。このような場合には、被覆前駆膜24Pの形成後、犠牲膜23を選択的に除去することにより、犠牲膜23を利用しない場合とは異なり、一部分(被覆膜24の部分24T)が基板Kの表面から離間し、他の部分(非腹膜24のうちの部分24T以外の部分および下地膜21)が基板Kの表面を被覆するようなビーム構造を有するマイクロマシン100を容易に形成することが可能となる。
【0036】
また、本実施の形態では、マイクロマシン100の物理特性(ヤング率,降伏点強度等)を向上させるべく、下地層21および被覆層24を改質するためのイオン注入ソースとして処理ソース2(カウフマン型イオンソース)を用いるようにしたので、イオン注入処理時における処理温度は、エッチングソースとして処理ソース2を用いた場合と同様に、従来の他のイオン注入手法(例えばダイナミックミキシング法等)を用いた場合の処理温度(約300°C〜400°C)よりも低くなる。このため、上記した基板Kの熱変形等に係る不具合の発生を抑制しつつ、イオン注入処理を利用してマイクロマシン100の物理特性を向上させることができる。
【0037】
また、本実施の形態では、イオン注入処理時に、バイアス電源7により基板Kに正のパルス電圧と負のパルス電圧とを含むパルス状電圧を印加するようにしたので、基板Kに残留した負の電荷が随時正の電荷によって中和されることにより、基板Kの材質として絶縁性を有するプラスチックを用いた場合においても、処理時において基板Kの内部に電荷が残留すること(チャージアップ)が抑制される。このため、チャージアップに起因するイオン注入処理の停滞現象を回避し、基板Kにイオンを円滑かつ均一に注入することができる。
【0038】
また、本実施の形態では、エッチング処理時に、バイアス電源7により基板Kに負のパルス電圧(−10kV〜−2kV)を含むパルス状電圧を印加するようにしたので、真空チャンバ1内に発生した酸素イオンN2が基板Kまで効率よく誘導され、エッチング速度が増加する。このため、エッチング処理を短時間で行うことができる。
【0039】
<4.第1の実施の形態に係る変形例>
なお、本実施の形態では、マイクロマシン100の形成対象としてプラスチックにより構成された基板Kを用いるようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、プラスチックにより構成されたフィルムなどを用いるようにしてもよい。このような場合においても、上記実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【0040】
また、本実施の形態では、基板Kとしてプラスチックにより構成されたものを用いるようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、プラスチック以外の絶縁性材料や、金属や半導体などの導電性材料により構成されたものを用いるようにしてもよい。このような場合においても、比較的低い(約150°C以下)処理環境中において基板Kの表面にマイクロマシン100を形成することができる。なお、導電性材料により構成された基板Kを用いる場合には、例えば、パルス電源7により基板Kに対して負のパルス電圧のみを印加するようにしてもよい。
【0041】
また、本実施の形態では、処理ソース4(FCVAイオンソース)により成膜処理を行い、処理ソース2(カウフマン型イオンソース)によりエッチング処理およびイオン注入処理を行うようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、成膜処理,エッチング処理,イオン注入処理を行う場合における各処理ソースは自由に選択可能である。
【0042】
また、本実施の形態では、マイクロマシン100を下地膜12および被覆膜24の2層構成としたが、必ずしもこれに限られるものではなく、3層以上の層構成としてもよい。
【0043】
また、本実施の形態では、下地膜12および被覆膜24のそれぞれの構成材料として互いに同一の材料(ta−C)を用いて形成するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、互いに異なる材料を用いるようにしてもよい。
【0044】
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態に係る3次元構造物の形成方法について説明する。
【0045】
本実施の形態に係る3次元構造物の形成方法は、上記第1の実施の形態において形成したマイクロマシン100(図10参照)を利用して、例えば光制御デバイスなどの各種デバイスを作製するものである。
【0046】
<光制御デバイスの構成>
まず、図12および図13を参照して、本実施の形態において作製される光制御デバイスの構成について説明する。図12はマイクロマシン100を利用して作製された光制御デバイスの断面構成の一例,図13は図12に示した光制御デバイスの要部(コイル等)の平面構成をそれぞれ示している。なお、マイクロマシン100の形成方法の詳細については、その説明を省略するものとする。
【0047】
この光制御デバイスは、図12に示したように、主に、一面(図中の上面)にマイクロマシン100が配設された基板Kと、一面(図中の下面)にコイル31およびリード32が配設されたフィルムFとを含んで構成されている。基板KとフィルムFとは、マイクロマシン100の配設位置とコイル31の配設位置とが対応することとなるように位置合わせされた状態において、例えば紫外線硬化型の接着剤を介して互いに接着されている。
【0048】
フィルムFは、例えば、約0.1mmの厚みを有し、基板Kの構成材料と同様のプラスチックにより構成されている。コイル31は、例えば、図13に示したように渦巻状の構造をなしており、アルミニウムや銅などの導電材料により構成されている。コイル31における内側の終端部には、例えば、引き出し電極としてのリード32の一端が接続されている。このリード32は、例えば、コイル31と同様の構成材料により構成されている。コイル31における外側の終端部およびリード32の他端は、それぞれ配線50を介して、光制御デバイスを駆動させるための電源40と接続されている。なお、コイル31は、例えば、FCVAイオンソースによりフィルムFの表面にアルミニウム膜や銅膜を形成したのち、これらのアルミニウム膜や銅膜を各種エッチング処理(例えばケミカルエッチング)によってパターニングすることにより形成される。
【0049】
<光制御デバイスの動作>
次に、図12〜図15を参照して、光制御デバイスの動作について説明する。図14および図15は、光制御デバイスの動作を説明するものである。この光制御デバイスでは、電源40によりコイル31に電流が流れると、この電流に応じて生じた磁界により、コイル31の延在面と垂直な方向に力Fが働く。この力Fの向き(上向きまたは下向き)は、コイル31を流れる電流の向きに応じて決定される。このとき、図中の上向きに力F(FU)が働いた場合には、マイクロマシン100を構成する被覆膜24が力FUに応じて伸張することにより部分24Tが上向きに移動し(図14参照)、一方、図中の下向きに力F(FD)が働いた場合には、被覆膜24が力FDに応じて収縮することにより、部分24Tが下向きに移動することとなる(図15参照)。この光制御デバイスによれば、例えば、部分24Tに光を照射した状態において、コイル31を流れる電流の向きを変化させることにより、部分24T近傍における光の透過特性,屈折特性,反射特性等を自由に変化させることが可能となる。
【0050】
<第2の実施の形態に係る効果>
本実施の形態では、上記第1の実施の形態において形成したマイクロマシン100を利用して光制御デバイスを作製するようにしたので、上記第1の実施の形態の場合と同様の作用により、マイクロマシン100の形成時における処理温度が比較的低くなる(約150°C以下)。このため、マイクロマシン100の形成時における基板Kの変形や破損等の不具合を招くことなく、光制御デバイスを作製することができる。
【0051】
<第2の実施の形態に係る変形例>
なお、本実施の形態では、マイクロマシン100(部分24T)を駆動させるための駆動源として、フィルムFの表面にコイル31等を配設するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではない。図16および図17は、本実施の形態において作製される光制御デバイスに対する変形例としての光制御デバイスの構成の一例を表すものである。図16は変形例としての光制御デバイスの断面構成,図17は図16に示した光制御デバイスの要部(電極板等)の平面構成をそれぞれ示している。この光制御デバイスでは、例えば、フィルムFの表面に例えば矩形状の電極板61が配設されると共に、マイクロマシン100(被覆膜24)および電極板61が、それぞれ配線50を介して電源40と接続される。すなわち、マイクロマシン100および電極板61によって平行コンデンサが構成される。この光制御デバイスによれば、磁界に応じて発生した力Fを利用してマイクロマシン100(部分24T)を駆動させる上記実施の形態の場合とは異なり、マイクロマシン100と電極板61との間に生じる静電気に応じて発生した力Fを利用することにより、上記実施の形態の場合(図14,図15参照)と同様に、マイクロマシン(部分24T)を駆動させることができる。なお、変形例としての光制御デバイスにおいて、上記以外の構成は、図12〜図15に示した場合と同様である。
【0052】
また、本実施の形態では、光制御デバイスの構成要素として、ビーム構造を有するマイクロマシン100を用いるようにしたが、必ずしもこれに限られるものではない。図18は、本実施の形態において作製される光制御デバイスに対する他の変形例としての光制御デバイスの構成を表すものであり、(B)は他の変形例としての光制御デバイスを構成するマイクロマシン100の平面構成,(A)は(B)に示したマイクロマシン100のA−A線に沿った矢視断面構成をそれぞれ示している。また、図19および図20は、他の変形例としての光制御デバイスの構成および動作を説明するものである。この光制御デバイスでは、例えば、被覆膜24の一部(部分24Y)が開口24Uを横断するようなビーム構造を有するようにマイクロマシン100が構成される。このマイクロマシン100およびコイル31を含んで構成された光制御デバイスによれば、上記実施の形態の場合(図14,図15参照)と同様に、上向きの力FUに応じて部分24Yが上向きに移動し(図19参照)、一方、下向きの力FDに応じて部分24Yが下向きに移動することとなる(図20参照)。なお、他の変形例としての光制御デバイスにおいて、上記以外の構成は、図12〜図15に示した場合と同様である。
【0053】
また、本実施の形態では、光制御デバイスを複数集合させることにより大型のデバイスを構成するようにしてもよい。図21は、本実施の形態において作製されるさらに他の変形例を表すものである。この光制御デバイスでは、例えば、上記実施の形態において作製した光制御デバイス(図12参照)がマトリクス状(例えば縦5行×横4列)に配列される。この光制御デバイスによれば、各マイクロマシン100ごとに駆動状態(部分24Tの移動状態)を変化させることにより多様な光制御を行うことが可能となり、特に、ディスプレイなどに適用可能となる。
【0054】
また、本実施の形態では、マイクロマシン100を利用して光制御デバイスを構成する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、光制御デバイス以外の他の各種デバイスを構成することも可能である。「他の各種デバイス」としては、例えば、部分24Tの駆動状態を周期的に変化させ、マイクロマシン100を振動発生源として利用した場合には、超音波スピーカやツイータを構成する音波制御デバイスや、ヒートパイプなどの内部に配設される流体制御デバイスなどが挙げられる。
【0055】
なお、本実施の形態に係る上記以外の作用、効果および変形例等は、上記第1の実施の形態の場合と同様である。
【0056】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記第1の実施の形態において説明した3次元構造物の形成方法や製造装置の構成および上記第2の実施の形態において説明した光制御デバイスの構成等は、必ずしも上記各実施の形態において説明したものに限られるものではなく、処理温度が比較的低い(約150°C以下)FCVAイオンソースやカウフマン型イオンソースを利用し、処理時における基板Kの変形等を招くことなく、基板Kの表面にマイクロマシン100(3次元構造物)を形成することが可能な限り、自由に変更可能である。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の3次元構造物の形成方法によれば、アーク放電のエネルギーを利用してカソードを蒸発させることにより成膜イオンを発生させ、この成膜イオンにより第1の前駆膜および第2の前駆膜をそれぞれ形成し、エッチングイオンを含むプラズマを発生させ、このプラズマ中のエッチングイオンにより第1の開口および第2の開口をそれぞれ形成すると共に、選択的に除去可能な犠牲膜を覆うように第2の前駆膜を形成するようにしている。このような場合には、第1の前駆膜,第2の前駆膜,第1の開口および第2の開口を形成する際の処理温度(約150°C以下)が、従来の半導体プロセスを用いる場合(約400°C以上)よりも低くなるため、処理温度に応じて被処理体の材質が限定されない。したがって、比較的融点の低い被処理体を用いた場合においても、変形や破損等の不具合の発生を招くことなく、被処理体の表面に3次元構造物を容易に形成することができる。
【0058】
特に、請求項2記載の3次元構造物の形成方法によれば、被処理体にパルス状電圧を印加した状態において、注入イオンを含むプラズマを発生させ、このプラズマ中の注入イオンを第1の薄膜パターンおよび第2の薄膜パターンに注入するようにしたので、被処理体の熱変形等に係る不具合の発生を抑制しつつ、イオン注入処理を利用して3次元構造物の物理特性を向上させることができる。
【0059】
また、請求項4記載の3次元構造物の形成方法によれば、被処理体としてプラスチックにより構成されたものを用いるようにしたので、比較的融点の低いプラスチックにより構成された被処理体を用いた場合においても、処理時における被処理体の変形や破損等の不具合を招くことなく、プラスチックにより構成された被処理体の表面に3次元構造物を形成することができる。
【0060】
また、請求項5記載の3次元構造物の形成方法では、被処理体に、正のパルス電圧と負のパルス電圧とを含むパルス電圧を印加するようにしたので、処理時において被処理体の内部に電荷が残留すること(チャージアップ)が抑制される。このため、チャージアップに起因するイオン注入処理の停滞現象を回避し、被処理体にイオンを円滑かつ均一に注入することができる。
【0061】
また、請求項6記載の3次元構造物の形成方法によによれば、被処理体に負のパルス電圧を含むパルス状電圧を印加するようにしたので、エッチングイオンが被処理体まで効率よく誘導され、エッチング速度が増加する。このため、エッチング処理を短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る3次元構造物の形成方法において用いられる製造装置の構成の一例を表す図である。
【図2】第1の成膜工程を説明するための図である。
【図3】第1のエッチング工程を説明するための図である。
【図4】図3に続く工程を説明するための図である。
【図5】犠牲膜の形成工程を説明するための図である。
【図6】第2の成膜工程を説明するための図である。
【図7】第2のエッチング工程を説明するための図である。
【図8】図7に続く工程を説明するための図である。
【図9】イオン注入工程を説明するための図である。
【図10】犠牲膜の除去工程を説明するための図である。
【図11】イオン注入処理時におけるパルス状電圧の波形および電流変化を表す図である。
【図12】本発明の第2の実施の形態における3次元構造物の形成方法を利用して構成された光制御デバイスの断面構成の一例を表す断面図である。
【図13】図12に示した光制御デバイスの要部(コイル)の平面構成を表す平面図である。
【図14】光制御デバイスの動作を説明するための図である。
【図15】光制御デバイスの動作を説明するための図である。
【図16】本発明の第2の実施の形態の光制御デバイスに対する変形例としての光制御デバイスの断面構成を表す断面図である。
【図17】図16に示した光制御デバイスの要部(電極板)の平面構成を表す平面図である。
【図18】本発明の第2の実施の形態の光制御デバイスに対する他の変形例としての光制御デバイスの要部(マイクロマシン)の構成を表す断面図である。
【図19】図18に示した光制御デバイスの動作を説明するための図である。
【図20】図18に示した光制御デバイスの動作を説明するための図である。
【図21】本発明の第2の実施の形態の光制御デバイスに対するさらに他の変形例としての光制御デバイスの断面構成を表す断面図である。
【符号の説明】
1…真空チャンバ、2,3,4…処理ソース、5…真空ポンプ、6(6A、6B,6C)…導入端子、7…バイアス電源、8(8A,8B,8C)…基板ホルダ、10…製造装置、21…下地膜、21P…下地前駆膜、22,25…マスク、21U,22U,24U,25U…開口、23…犠牲膜、24…被覆膜、24P…被覆前駆膜、31…コイル、32…リード、40…電源、50…配線、61…電極板、100…マイクロマシン、F…フィルム、K…基板、N1…成膜イオン、N2…エッチングイオン、N3…注入イオン。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional structure forming method for forming a three-dimensional structure such as a micromachine on the surface of a plastic substrate, for example.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in various industrial fields, a micromachine having a structure generally called “MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)” has been developed. The micromachine is manufactured by forming various three-dimensional structures on the surface of a silicon substrate, a glass substrate, or the like using a semiconductor process including a film formation process, an etching process, and the like. This micromachine has already been put into practical use as a component constituting various devices such as a pressure sensor and DMD (Digital micromirror device) mounted on an automobile.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventionally, there has been a problem that the application range related to the material of the substrate is limited when forming a micromachine for the following reasons.
[0004]
That is, when a semiconductor process is used, the processing temperature is as high as about 400 ° C. or higher. For this reason, when a silicon substrate or glass substrate having a relatively high melting point is used when forming a micromachine, there is no problem, but a plastic having a relatively low melting point (or softening point) (about 100 ° C. or less), etc. In the case of using such a resin substrate, the plastic substrate may be deformed or damaged due to high heat. Conventionally, a polyimide resin is known as a resin material having a relatively high heat resistance, but even this polyimide resin substrate cannot be said to have a sufficient resistance temperature (around 350 ° C.).
[0005]
In addition, as a micromachine configured by a resin material, for example, a piezoelectric actuator configured by a piezoelectric resin material such as PVDF (Poly vinylidene fluoride) has already been known. In the case of forming this type of micromachine, however, However, for the reason relating to the heat resistance of the substrate described above, a high melting point silicon substrate or the like was used instead of a low melting point plastic substrate.
[0006]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional structure capable of forming a three-dimensional structure on the surface of a low-melting-point substrate such as a plastic substrate without causing deformation or breakage. It is to provide a forming method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The method for forming a three-dimensional structure of the present invention is a method for forming a three-dimensional structure on the surface of a processing object, and includes a first step of forming a first precursor film so as to cover the surface of the processing object. A second step of selectively forming a first thin film pattern by selectively forming a first opening in the first precursor film, and a third step of selectively forming a sacrificial film in the first opening. A fourth step of forming a second precursor film so as to cover at least the first thin film pattern and the sacrificial film, and a second opening in a portion corresponding to the first opening of the second precursor film And forming the second thin film pattern by selectively forming the first thin film pattern and the second thin film on the surface of the object to be processed by selectively removing the sacrificial film. And a sixth step of forming a three-dimensional structure including the pattern, And in the third step, film-forming ions are generated by evaporating the cathode using the energy of arc discharge, and a first precursor film and a second precursor film are formed by using the film-forming ions, In
[0008]
In the method for forming a three-dimensional structure of the present invention, first, in the first step, a first precursor film is formed so as to cover the surface of the object to be processed. Subsequently, in the second step, the first thin film pattern is formed by selectively forming the first opening in the first precursor film. Subsequently, in the third step, a sacrificial film is selectively formed in the first opening. Subsequently, in the fourth step, a second precursor film is formed so as to cover at least the first thin film pattern and the sacrificial film. Subsequently, in the fifth step, the second thin film pattern is formed by selectively forming the second opening at a portion corresponding to the first opening in the second precursor film. Subsequently, in the sixth step, the sacrificial film is selectively removed, so that a three-dimensional structure including the first thin film pattern and the second thin film pattern is formed on the surface of the object to be processed. It is formed. When a three-dimensional structure is formed, film formation ions are generated by evaporating the cathode using the energy of arc discharge in the first step and the third step. The first precursor film and the second precursor film are formed, respectively, and in the second step and the fourth step, plasma containing etching ions is generated. The etching ions in the plasma cause the first opening and the second precursor film to be formed. Each opening is formed. Film formation temperature is lower than when using a conventional semiconductor process, and it becomes possible to use an object to be processed that has a lower heat resistance than metal or the like, so there is no deformation or breakage due to the influence of heat. A three-dimensional structure can be formed on the surface of the object to be processed.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0010]
[First Embodiment]
First, a method for forming a three-dimensional structure according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows an example of the configuration of a manufacturing apparatus used in the method for forming a three-dimensional structure according to the present embodiment. This manufacturing apparatus is, for example, for forming a three-dimensional structure having various characteristic configurations on the surface of a plastic substrate.
[0011]
<1. Configuration of manufacturing equipment>
The
[0012]
The
[0013]
The
[0014]
The processing source 4 is constituted by, for example, an FCVA (Filtered Cathodic Vacuum Arc) ion source, and mainly forms a thin film on the surface of the substrate K. The FCVA ion source is a general cathodic arc source provided with an electromagnetic filter for removing droplets generated by melting of the cathode. The processing source 4 has, for example, a cathode composed of high-density carbon rods as an ion source, and vaporizes the cathode using the energy of arc discharge generated by using a striker trigger electrode, whereby a vacuum chamber is obtained. Carbon ions (film-forming ions) are generated inside 1. Then, carbon ions are guided to the substrate K2 by the two duct coils mounted on the processing source 4, and the carbon ions are deposited on the surface of the substrate K to form a thin film. Unlike the processing source 2 (Kaufman type ion source) that requires an etching gas or an operating gas to generate etching ions or implanted ions, the processing source 4 generates film-forming ions without using an ion generating gas. Therefore, film-forming ions can be generated while maintaining a high vacuum state. As the cathode material, in addition to the above-mentioned carbon, for example, tungsten (W), tantalum (Ta), silicon (Si), nickel (Ni), chromium (Cr), aluminum (Al), titanium (Ti), copper (Cu), iron (Fe), etc. can also be used.
[0015]
The vacuum pump 5 includes, for example, a turbo molecular pump. Mainly, a gas (for example, air) filled in the
[0016]
The introduction terminal 6 (6A to 6C) is constituted by, for example, a general-purpose introduction terminal, and is movable in the direction of the arrow Y1 in the drawing according to the processing conditions of the
[0017]
The
[0018]
The substrate holder 8 (8 </ b> A to 8 </ b> C) holds the substrate K, and is made of a conductive material such as metal, for example, like the introduction terminal 6. The substrate K has, for example, a disk shape or a rectangular structure. Examples of the material of the substrate K include amorphous polyolefin (APO), alicyclic olefin, polymethyl methacrylate (PMMA), alicyclic acrylic, polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET). Polyethylene Terephthalate), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), polyacetal (POM), polytetrafluoroethylene (PTFE), nylon 6, polyethylene and other insulating properties A plastic having
[0019]
In addition to the above-described series of components, the
[0020]
<2. Method for Forming Three-dimensional Structure according to Embodiment>
Next, an example of a method for forming a three-dimensional structure according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the following, for example, a characteristic beam structure (hereinafter referred to as “beam structure”) in which a part of the surface of the substrate K made of plastic is separated from the surface of the substrate K and the other part covers the surface of the substrate K. A case of forming a micromachine (three-dimensional structure) having “)” will be described.
[0021]
This three-dimensional structure is formed through, for example, a film forming process, an etching process, an ion implantation process, and the like sequentially using the
[0022]
When the micromachine is formed on the surface of the substrate K made of plastic, the following preparation work is performed by an operator or the like. That is, first, after a substrate K (about 1 mm thick) made of, for example, APO, PMMA, PC or the like is cleaned, the substrate K is mounted on the
[0023]
<< 2-1. First film forming step (forming step of base film precursor film) >>
After the preparatory work is completed, first, as shown in FIG. 2, for example, the degree of background vacuum = about 2.3 × 10 by the processing source 4 (FCVA ion source). -Four A film forming process is performed on the surface of the substrate K under the condition of Pa, the operating voltage of the processing source 4 = about 25V. Thus, after carbon ions (film-forming ions) N1 having an energy of about 25 eV and generating an ion current of about 0.7 A are generated continuously and at a high density in the
[0024]
<< 2-2. First Etching Process (Under Film Formation Process) >>
Next, as shown in FIG. 3, a mask 22 (about 10 μm thick) made of, for example, PMMA and having a
[0025]
Next, as shown in FIG. 3, after moving the substrate K and the like to the
[0026]
<< 2-3. Sacrificial film formation process >>
Next, after removing the
[0027]
<< 2-4. Second film forming step (coating precursor film forming step) >>
Next, as shown in FIG. 6, after moving the substrate K or the like to the
[0028]
<< 2-5. Second Etching Process (Coating Film Forming Process) >>
Next, as shown in FIG. 7, a mask 25 (about 10 μm thick) made of PMMA, for example, is disposed on the
[0029]
Next, as shown in FIG. 7, the substrate K and the like are moved to the
[0030]
<< 2-6. Ion implantation process >>
Next, after removing the
[0031]
<< 2-7. Sacrificial film removal process >>
Finally, after the substrate K is once taken out from the
[0032]
<3. Action and Effect According to First Embodiment>
As described above, in this embodiment, the processing source 4 (FCVA ion source), the base film 21 (
[0033]
That is, when a conventional semiconductor process is used as a method of forming the
[0034]
On the other hand, in this embodiment, the film forming process and the etching process are performed by the processing source 4 (FCVA ion source) and the processing source 2 (Kaufmann type ion source) whose processing temperature is relatively low (about 150 ° C. or less). Since each is performed, the substrate K is not exposed to a high temperature environment higher than the melting point of the plastic as in the case of using a semiconductor process, and the temperature of the substrate K itself is also maintained at about 150 ° C. or less. For this reason, the material of the substrate K is not limited depending on the processing temperature, and even when plastic is used as the constituent material of the substrate K, a micromachine is formed on the surface of the substrate K without causing defects such as deformation and breakage. 100 can be formed.
[0035]
In addition, in the present embodiment, the
[0036]
Further, in the present embodiment, in order to improve the physical properties (Young's modulus, yield point strength, etc.) of the
[0037]
In the present embodiment, since a pulsed voltage including a positive pulse voltage and a negative pulse voltage is applied to the substrate K by the
[0038]
Further, in the present embodiment, a pulse voltage including a negative pulse voltage (−10 kV to −2 kV) is applied to the substrate K by the
[0039]
<4. Modified example according to first embodiment>
In the present embodiment, the substrate K made of plastic is used as the formation target of the
[0040]
In this embodiment, the substrate K is made of plastic, but is not necessarily limited to this. For example, an insulating material other than plastic, or a conductive material such as a metal or a semiconductor is used. You may make it use what was comprised with material. Even in such a case, the
[0041]
In this embodiment, the film formation process is performed by the processing source 4 (FCVA ion source), and the etching process and the ion implantation process are performed by the processing source 2 (Kaufman type ion source). However, each processing source in the case of performing the film forming process, the etching process, and the ion implantation process can be freely selected.
[0042]
In this embodiment, the
[0043]
In the present embodiment, the same material (ta-C) is used as the constituent material of each of the base film 12 and the
[0044]
[Second Embodiment]
Next, a method for forming a three-dimensional structure according to the second embodiment of the present invention will be described.
[0045]
The method for forming a three-dimensional structure according to the present embodiment uses the micromachine 100 (see FIG. 10) formed in the first embodiment to produce various devices such as a light control device. is there.
[0046]
<Configuration of light control device>
First, the configuration of the light control device manufactured in this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 12 shows an example of a cross-sectional configuration of a light control device manufactured using the
[0047]
As shown in FIG. 12, the light control device mainly includes a substrate K on which the
[0048]
The film F has a thickness of about 0.1 mm, for example, and is made of the same plastic as the constituent material of the substrate K. For example, the
[0049]
<Operation of light control device>
Next, the operation of the light control device will be described with reference to FIGS. 14 and 15 illustrate the operation of the light control device. In this light control device, when a current flows through the
[0050]
<Effects of Second Embodiment>
In the present embodiment, since the light control device is manufactured using the
[0051]
<Modification according to the second embodiment>
In the present embodiment, the
[0052]
In this embodiment, the
[0053]
In the present embodiment, a large device may be configured by collecting a plurality of light control devices. FIG. 21 shows still another modification example produced in the present embodiment. In this light control device, for example, the light control devices (see FIG. 12) manufactured in the above embodiment are arranged in a matrix (for example, 5 rows × 4 columns). According to this light control device, various light controls can be performed by changing the driving state (the moving state of the
[0054]
In this embodiment, the case where the light control device is configured using the
[0055]
Note that the operations, effects, modifications, and the like other than those described above according to the present embodiment are the same as in the case of the first embodiment.
[0056]
While the present invention has been described with reference to some embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made. For example, the method of forming the three-dimensional structure and the configuration of the manufacturing apparatus described in the first embodiment, the configuration of the light control device described in the second embodiment, and the like are not necessarily the same in the above embodiments. The substrate is not limited to the one described, and the substrate K is used without using a FCVA ion source or a Kaufman ion source having a relatively low processing temperature (about 150 ° C. or lower) without causing deformation of the substrate K during processing. As long as it is possible to form the micromachine 100 (three-dimensional structure) on the surface, it can be freely changed.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for forming a three-dimensional structure according to any one of
[0058]
In particular, according to the method for forming a three-dimensional structure according to
[0059]
According to the method for forming a three-dimensional structure according to claim 4, since the object to be processed is made of plastic, the object to be processed made of plastic having a relatively low melting point is used. Even in such a case, it is possible to form a three-dimensional structure on the surface of the target object made of plastic without causing problems such as deformation or breakage of the target object during processing.
[0060]
In the method for forming a three-dimensional structure according to claim 5, since a pulse voltage including a positive pulse voltage and a negative pulse voltage is applied to the object to be processed, It is possible to prevent the charge from remaining inside (charge up). For this reason, the stagnation phenomenon of the ion implantation process resulting from the charge-up can be avoided, and ions can be smoothly and uniformly implanted into the object to be treated.
[0061]
According to the method for forming a three-dimensional structure according to claim 6, since the pulsed voltage including the negative pulse voltage is applied to the object to be processed, the etching ions efficiently reach the object to be processed. Induced and etch rate increases. For this reason, an etching process can be performed in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a manufacturing apparatus used in a method for forming a three-dimensional structure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a first film forming step.
FIG. 3 is a diagram for explaining a first etching step.
FIG. 4 is a diagram for explaining a process following FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram for explaining a sacrificial film forming step;
FIG. 6 is a diagram for explaining a second film formation step.
FIG. 7 is a diagram for explaining a second etching step.
FIG. 8 is a diagram for explaining a step following FIG. 7;
FIG. 9 is a diagram for explaining an ion implantation process;
FIG. 10 is a diagram for explaining a sacrificial film removal step.
FIG. 11 is a diagram illustrating a waveform of a pulse voltage and a current change during an ion implantation process.
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating an example of a cross-sectional configuration of a light control device configured by using the method for forming a three-dimensional structure according to the second embodiment of the present invention.
13 is a plan view showing a planar configuration of a main part (coil) of the light control device shown in FIG. 12. FIG.
FIG. 14 is a diagram for explaining the operation of the light control device;
FIG. 15 is a diagram for explaining the operation of the light control device;
FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional configuration of a light control device as a modification of the light control device according to the second embodiment of the present invention.
17 is a plan view showing a planar configuration of a main part (electrode plate) of the light control device shown in FIG. 16. FIG.
FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a main part (micromachine) of a light control device as another modification example of the light control device of the second embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram for explaining the operation of the light control device shown in FIG. 18;
20 is a diagram for explaining the operation of the light control device shown in FIG. 18;
FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional configuration of a light control device as still another modification example of the light control device according to the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記被処理体の表面を覆うように、第1の前駆膜を形成する第1の工程と、
前記第1の前駆膜に第1の開口を選択的に形成することにより、第1の薄膜パターンを形成する第2の工程と、
前記第1の開口に、犠牲膜を選択的に形成する第3の工程と、
少なくとも前記第1の薄膜パターンおよび前記犠牲膜を覆うように、第2の前駆膜を形成する第4の工程と、
前記第2の前駆膜のうちの前記第1の開口に対応する部分に第2の開口を選択的に形成することにより、第2の薄膜パターンを形成する第5の工程と、
前記犠牲膜を選択的に除去することにより、前記被処理体の表面に、前記第1の薄膜パターンおよび前記第2の薄膜パターンを含んで構成された前記3次元構造物を形成する第6の工程と
を含み、
前記第1の工程および前記第4の工程において、
アーク放電のエネルギーを利用してカソードを蒸発させることにより成膜イオンを発生させ、この成膜イオンにより前記第1の前駆膜および前記第2の前駆膜をそれぞれ形成し、
前記第2の工程および前記第5の工程において、
エッチングイオンを含むプラズマを発生させ、このプラズマ中のエッチングイオンにより前記第1の開口および前記第2の開口をそれぞれ形成する
ことを特徴とする3次元構造物の形成方法。A three-dimensional structure forming method for forming a three-dimensional structure on a surface of an object to be processed,
A first step of forming a first precursor film so as to cover the surface of the object to be processed;
A second step of forming a first thin film pattern by selectively forming a first opening in the first precursor film;
A third step of selectively forming a sacrificial film in the first opening;
A fourth step of forming a second precursor film so as to cover at least the first thin film pattern and the sacrificial film;
A fifth step of forming a second thin film pattern by selectively forming a second opening in a portion of the second precursor film corresponding to the first opening;
By selectively removing the sacrificial film, the sixth three-dimensional structure including the first thin film pattern and the second thin film pattern is formed on the surface of the object to be processed. Process,
In the first step and the fourth step,
A film forming ion is generated by evaporating the cathode using the energy of arc discharge, and the first precursor film and the second precursor film are formed by the film forming ion,
In the second step and the fifth step,
A method for forming a three-dimensional structure, characterized in that plasma containing etching ions is generated, and the first opening and the second opening are respectively formed by etching ions in the plasma.
前記第5の工程と前記第6の工程との間に、前記被処理体にパルス状電圧を印加した状態において、注入イオンを含むプラズマを発生させ、このプラズマ中の注入イオンを前記第1の薄膜パターンおよび前記第2の薄膜パターンに注入する第7の工程
を含むことを特徴とする請求項1記載の3次元構造物の形成方法。further,
Between the fifth step and the sixth step, a plasma containing implanted ions is generated in a state where a pulse voltage is applied to the object to be processed, and the implanted ions in the plasma are converted into the first ions. The method of forming a three-dimensional structure according to claim 1, further comprising a seventh step of injecting the thin film pattern and the second thin film pattern.
ことを特徴とする請求項1記載の3次元構造物の形成方法。2. The method for forming a three-dimensional structure according to claim 1, wherein an insulating material is used as the object to be processed.
ことを特徴とする請求項3記載の3次元構造物の形成方法。4. The method for forming a three-dimensional structure according to claim 3, wherein the object to be processed is made of plastic.
前記被処理体に、正のパルス電圧と負のパルス電圧とを含むパルス状電圧を印加する
ことを特徴とする請求項4記載の3次元構造物の形成方法。In the seventh step,
5. The method for forming a three-dimensional structure according to claim 4, wherein a pulse voltage including a positive pulse voltage and a negative pulse voltage is applied to the object to be processed.
前記被処理体に負のパルス電圧を含むパルス状電圧を印加する
ことを特徴とする請求項1記載の3次元構造物の形成方法。In the second step and the fifth step,
The method for forming a three-dimensional structure according to claim 1, wherein a pulse voltage including a negative pulse voltage is applied to the object to be processed.
炭素を含む材料を用いて前記第1の前駆膜および前記第2の前駆膜をそれぞれ形成する
ことを特徴とする請求項1記載の3次元構造物の形成方法。In the first step and the fourth step,
The method for forming a three-dimensional structure according to claim 1, wherein the first precursor film and the second precursor film are formed using a material containing carbon.
前記第6の工程において、前記所定の溶剤を用いて溶解させることにより前記犠牲膜を除去する
ことを特徴とする請求項1記載の3次元構造物の形成方法。In the third step, the sacrificial film is formed using a material soluble in a predetermined solvent,
The method for forming a three-dimensional structure according to claim 1, wherein, in the sixth step, the sacrificial film is removed by dissolution using the predetermined solvent.
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