(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め改質が施された改質部分を有する基体上に、マスクを密着配置して、前記改質部分を覆うように、気相中で膜を位置選択的に形成する工程と、
その後、前記改質部分のみを化学エッチングする工程とを備えることを特徴とするデバイス作製法。
【請求項２】
前記膜を位置選択的に形成する工程が、前記基体をターゲットに接近させ、レーザーアブレーションを用いて前記基体上に前記膜を形成するものである請求項１記載のデバイス作製法。
【請求項３】
前記マスクは多数の孔が形成されたメッシュ構造である請求項１又は２記載のデバイス作製法。
【請求項４】
前記孔の開口サイズは２５０μｍ以下である請求項３記載のデバイス作製法。
【請求項５】
前記基体がＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物基体である請求項１，２，３又は４記載のデバイス作製法。
【請求項６】
前記膜を位置選択的に形成する工程では、前記基体の湾曲に対してクラックの発生しない膜を形成する請求項１，２，３，４又は５記載のデバイス作製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デバイス作製法に係り、とくにＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物基体上に、マスクを配置することにより、従来困難とされてきたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物基体上への平滑な膜の形成を位置選択的に行うことが可能なデバイス作製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物上へ膜形成を行うと、形成膜表面にはテクスチャ構造やマイクロクラックが形成される場合が多い。これは、形成膜とＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物との熱膨張係数の差によるものと理解されている。このことが、優れた特性を有するＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物のデバイスとしての使用を制限していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物等の基体へ、極めて平滑な膜を、薄膜から厚膜まで広い膜厚範囲で、マイクロ／ナノ領域に位置選択的に形成することにより、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物等を基礎とした新規マイクロ／ナノデバイスの作製法の確立を課題とする。
【０００４】
そこで、本発明は、上記の点に鑑み、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物等の基体に対して極めて平滑な膜を、薄膜から厚膜まで広い膜厚範囲で、マイクロ／ナノ領域に位置選択的に形成可能とした基体への膜形成法を用いた、マイクロ／ナノデバイスの作製のための基盤技術となるデバイス作製法を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のある態様に係るデバイス作製法は、予め改質が施された改質部分を有する基体上に、マスクを密着配置して、前記改質部分を覆うように、気相中で膜を位置選択的に形成する工程と、その後、前記改質部分のみを化学エッチングする工程とを備えることを特徴としている。
【０００７】
前記態様において、前記膜を位置選択的に形成する工程が、前記基体をターゲットに接近させ、レーザーアブレーションを用いて前記基体上に前記膜を形成するものであるとよい。
【０００８】
前記態様において、前記マスクは多数の孔が形成されたメッシュ構造であるとよい。
【０００９】
前記態様において、前記孔の開口サイズは２５０μｍ以下であるとよい。
【００１０】
前記態様において、前記基体がＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物基体であるとよい。
【００１１】
前記態様において、前記膜を位置選択的に形成する工程では、前記基体の湾曲に対してクラックの発生しない膜を形成するとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物等の基体へ、極めて平滑な膜を、薄膜から厚膜まで広い膜厚範囲で、基体面のマイクロ／ナノ領域に位置選択的に形成することにより、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物等を基礎とした新規マイクロ／ナノデバイスの作製法を確立でき、エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、フォトニクスあるいはバイオ／メディカル分野でのデバイス作製の基盤技術として利用可能であるなど多機能性マイクロ/ナノデバイス作製のための必要不可欠な技術となる。また本発明は、これら電気・電子工学の分野にとどまらず、今後マイクロ・ナノマシーニング技術を利用して発展するデバイス作製の分野に多大に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るデバイス作製法の実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明で利用する膜形成法による膜形成手順を示す説明図である。
【図３】本発明に係るデバイス作製法の実施の形態における膜形成及びその後のマイクロトンネル形成手順を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例において、シリコーンゴム及びＳｉウエハを基体として用い、成膜時間を変化させた場合のＤＬＣ膜の表面粗さの原子間力顕微鏡像である。
【図５】本発明の実施例において、マスクの開口サイズとＤＬＣ膜の表面粗さとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例において、基体−ターゲット間距離と膜厚との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例において、シリコーンゴム基体上に、平滑なＤＬＣ膜を、位置選択的に、かつ厚膜として形成した試料表面の光学顕微鏡写真図である。
【図８】本発明の実施例において、予め改質が施されたシリコーンゴム基体上に、ＰＬＤ法によりＤＬＣ膜を形成し、その後改質部分のみを化学エッチングした試料の光学顕微鏡写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、デバイス作製法の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１５】
図１及び図２は本発明で利用する基体への膜形成法、及び本発明に係るデバイス作製法の実施の形態を示す。図１は実施の形態で用いる実験装置の概略構成であり、チャンバー１内には、マスク３を配置した基体２（例えば基板）が固定支持されており、チャンバー１内部は真空ポンプ（ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプ）で真空排気可能となっている。
【００１６】
また、チャンバー１内部の基体２に対向する位置に凝固ペンタノール（Ｃ５Ｈ１１ＯＨ）のターゲット５を形成するためにチャンバー１には液体窒素で冷却されるリザーバー１０及び導入管１１が設けられている。ターゲット５の形成は、チャンバー内を真空排気するとともに液体窒素によりリザーバーを冷却しておき、導入管１１よりチャンバー内に導入したペンタノールを真空中でガス状にして、リザーバー１０の底面に吹き付けることにより行うことができる。
【００１７】
レーザーアブレーション膜形成（pulsed laser deposition；ＰＬＤ）法による成膜を行うためのＰＬＤ用光源２０のレーザー光は集光用光学系２１、入射窓２２を通してターゲット５の表面に、集光、照射されるようになっている。
【００１８】
前記基体２のターゲット５に対向する側には、図２（Ａ）のように、多数の小孔３ａが開口したマスク３を密着乃至ごく近接させて配置している。マスク３としては例えば金属製のメッシュマスクを用いることができる。前記小孔３ａの形状は丸、三角、四角、その他の多角形等のいずれでもよい。
【００１９】
上記装置を用い、まずロータリーポンプでチャンバー１内を４Ｐａ以下まで真空排気し、その後、液体窒素によりリザーバー１０を冷却する。次に、ペンタノールを真空中でガス状にし、冷却したリザーバー底面に吹き付けることにより、厚さ数ｍｍ程度の凝固ペンタノールからなるターゲット５形成する。ターゲット５の形成後、ターボ分子ポンプによりチャンバー１内を３×１０−３Ｐａ以下まで真空排気する。
【００２０】
この状態において、ＰＬＤ用光源２０からのレーザー光を集光用光学系２１を介し、入射窓２２を通してターゲット５の表面に、集光、照射する。このレーザー光の照射によって、レーザーアブレーションによりターゲット５に対向している基体２上にダイヤモンド状炭素（diamond-like carbon;ＤＬＣ）膜６が形成される。このとき、基体２のターゲット５に対向する側に多数の小孔が開口した金属メッシュ等のマスク３を密着乃至ごく近接させて配置し、開口サイズを適正範囲の値にすることで、平滑膜の形成が従来困難とされてきたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物で基体２が形成されている場合であっても、図２（Ｂ）のように、マスク３を外して基体２側に付着して残ったＤＬＣ膜６は、１ｍｍ未満の狭い領域（マイクロ／ナノ領域）ではあるが極めて平滑なＤＬＣ膜となることが本発明者により見いだされた。詳細な考察は後述の実施例において述べる。
【００２１】
また、基体２上に配置したマスク３のパターンに応じて位置選択的にＤＬＣ膜６を形成することができる。つまり、マスク３に開口の無い部分を設けることで、開口の無い部分にはＤＬＣ膜が成膜されないようにすることが可能である。また、開口の形状に合致した膜パターンを得ることができる。
【００２２】
さらに、基体２をターゲット５に接近させた状態で膜形成を行うことにより、数１０μｍの厚膜を形成可能である。
【００２３】
図２（Ｂ）のように、マイクロ／ナノ領域の極めて平滑なＤＬＣ膜６を多数形成した基体２を湾曲させた場合であっても、平滑なＤＬＣ膜６にはクラックの発生は見られない。従って、クラックの発生しない膜を形成可能なデバイス作製法を実現できる。
【００２４】
さらに、図３は本発明の実施の形態であって、マイクロトンネル構造を基体上に形成するデバイス作製法を示す。この場合、図３（Ａ）のように、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物等の基体２に予め改質が施された部分、つまり改質部分２ａを形成しておき、その後、上述の図１及び図２で説明した基体への膜形成法により、図３（Ｂ）のように改質部分２ａを有する基体２上に改質部分２ａを覆うように膜６を形成し、その後、図３（Ｃ）のように改質部分２ａのみを化学エッチングで除去することにより、基体２及び膜６からなるマイクロトンネル構造が得られる。
【００２５】
この実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００２６】
(1)  Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物基体２上に、マスク３を配置することにより、従来困難とされてきたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物基体上への平滑な膜の形成を位置選択的に行うことが可能となる。
【００２７】
(2)  マイクロ／ナノ領域への膜形成故、レーザーアブレーション膜形成法においては、基体２をターゲット５に接近させることができ、薄膜のみならず厚膜も形成可能となる。
【００２８】
(3)  基体２の湾曲に対してクラックの発生しない膜を形成可能である。
【００２９】
(4)  基体２及び膜６からなるマイクロトンネル構造を得ることができる。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明に係るデバイス作製法を実施例で詳述する。
【００３１】
図１の実験装置の概略図において、ＰＬＤ用光源２０として、波長７９０ｎｍのモードロックＴｉ:sapphireレーザー光を再生増幅した、パルス幅１３０フェムト秒（ｆｓ）のｆｓレーザー光を用いた。実験手順として、まずロータリーポンプでチャンバー１内を４Ｐａ以下まで真空排気し、その後、液体窒素によりリザーバー１０を冷却した。次に、ペンタノールを真空中でガス状にし、冷却したリザーバー底面に吹き付けることにより、厚さ約３ｍｍの凝固ペンタノールをターゲット５として形成した。ターゲット形成後、ターボ分子ポンプによりチャンバー内を３×１０−３Ｐａ以下まで真空排気した。前記ｆｓレーザー光は、焦点距離１７０ｍｍの集光用光学系２１としての石英レンズを介し、石英製の入射窓２２を通してターゲット５の表面に集光させた。基体２には、厚さ２ｍｍのシリコーンゴムを用いた。また、比較のためにＳｉ基板（ウエハ）も用いている。シリコーンゴム基体２上には、予め金属製のメッシュマスク３を配置した。
【００３２】
図４は、シリコーンゴム基体及びＳｉウエハ上にＰＬＤ法により形成したＤＬＣ膜の原子間力顕微鏡（atomic force microscope；ＡＦＭ）像を示している。ＡＦＭ観察したこれら試料は、マスクは使用せずに成膜された場合である。成膜条件は、レーザー光のパルスエネルギー０．８ｍＪ、エネルギー密度１０Ｊ／ｃｍ２、パルス繰り返し周波数５００Ｈｚ、照射時間０分、３０分、６０分をそれぞれ示し、基体−ターゲット間距離２０ｍｍであった。Ｓｉウエハ上では平滑なＤＬＣ膜が形成しているのに対し、シリコーンゴム基体上では成膜時間とともにテクスチャ構造が形成することがわかった。
【００３３】
次に、シリコーンゴム基体上に金属製メッシュマスクを配置した場合を示す。図５は、マスクの開口サイズを変化させたときの、形成膜の表面粗さの測定結果である。マスクの開口サイズが小さくなっていくと、表面粗さは顕著に低減することが判明した。開口サイズ｛メッシュの小孔の径（四角孔の場合には一辺の長さ、五角形以上では近似円の径と考えてよい）｝は５００μｍ以下で表面粗さを低減する効果が見られるが、さらに開口サイズを小さくして行くことで、低減効果が増す。例えば、開口サイズ１０μｍのとき、５０ｎｍ以下の表面粗さの平滑な膜が形成できた。
【００３４】
図６は、基体−ターゲット間距離を変化させたときの、形成膜の膜厚を測定した結果である。成膜条件は、レーザー光のパルスエネルギー０．３８ｍＪ、エネルギー密度５Ｊ／ｃｍ２、パルス繰り返し周波数１ｋＨｚであった。また、シリコーンゴム基体上に配置したマスクの開口サイズは１２５μｍ一定とした。例えば、基体−ターゲット間距離５ｍｍでは、３０μｍの膜厚を有するＤＬＣ膜が容易に得られることがわかった。このようにマイクロ領域への膜形成故、基体−ターゲット間距離を極近傍まで接近させることができ、これまで困難とされてきたＤＬＣ膜の厚膜化も可能となることが明らかとなった。
【００３５】
図７は、これまでの実験結果を基に、シリコーンゴム基体上に平滑なＤＬＣ膜を、位置選択的に形成した例を示す。図７は光学顕微鏡によるものである。このときの成膜条件は、レーザー光のパルスエネルギー０．４ｍＪ、エネルギー密度５Ｊ／ｃｍ２、パルス繰り返し周波数１ｋＨｚ、基体−ターゲット間距離５ｍｍであった。マスクの開口サイズは、図７（Ａ）の場合２５０μｍ径、図７（Ｂ）は３０μｍ四方であった。また、レーザー光照射時間はそれぞれ３０分、６０分であった。これら試料は、基体を湾曲させても、膜にクラックが発生することはなかった。
【００３６】
図３で説明した実施の形態について、予め改質が施されたシリコーンゴムを基体として用い、その基体上に、ＰＬＤ法によりＤＬＣ膜を形成し、その後改質部分のみを化学エッチングするデバイス作製法について実験を行った。具体的には、図８のように、波長１５７ｎｍのＦ２レーザー光を、シリコーンゴム基体表面に１０μｍ線幅で線状に露光し、シリカガラス（ＳｉＯ２）改質層（厚さ５μｍ）を形成した。露光条件は、レーザー光のエネルギー密度１０ｍＪ／ｃｍ２、繰り返し周波数１０Ｈｚ、照射時間３０分であった。その後、ＰＬＤ法により線幅１００μｍのＤＬＣ膜を形成した。作製した試料を、１重量％のＨＦ水溶液に浸漬し、シリカガラス改質層のみを化学エッチングした。その結果、シリコーンゴム基体上にＤＬＣ膜のマイクロトンネル構造が作製できた。
【００３７】
上記実施例で述べたように、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物基体上に、所定開口サイズのマスクを配置することにより、従来困難とされてきたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物基体上への平滑な膜の形成を位置選択的に行うことが可能となる。また、マイクロ／ナノ領域への膜形成故、レーザーアブレーション膜形成法においては、前記基体をターゲットに接近させることができ、薄膜のみならず厚膜も形成可能となる。さらに、予め改質が施されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物基体上に、位置選択的に膜を形成し、その後改質部分のみを化学エッチングすることにより、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を基礎とした新規マイクロ／ナノデバイスの開発も可能となる。この結果は、エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、フォトニクスあるいはバイオ／メディカル分野でのデバイス作製に適用可能になるなど、その用途は電気、電子のみならずあらゆる分野で有用である。
【００３８】
以上本発明の実施の形態及び実施例について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【符号の説明】
【００３９】
１  チャンバー
２  基体
３  マスク
５  ターゲット
６  ＤＬＣ膜
１０  リザーバー
１１  導入管
２０  ＰＬＤ用光源
２１  集光用光学系
２２  入射窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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