(57)【要約】【課題】微細構造を基板の表面に精密に形成することが出来て、且つ、この形成を可能な限り簡単且つ安価に行えるとともに、可能であれば複雑な洗浄処理を回避することが出来るよう構成された、基板のブラスト処理方法及び装置を提供する。【解決手段】本発明は、基板１８が、磁力により基板表面に位置決めされるとともに保持されるテンプレート２０により被覆され、テンプレート２０により被覆されていない領域がブラスト処理、例えばサンドブラスト処理、に供され、そして、テンプレート２０がその後除去されるよう構成された、ブラスト処理により基板に構造を与える装置及び方法を開示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化可能材料製の構造テンプレート（２０）を用意する工程と、
基板（１８）の表面に対して上記テンプレート（２０）を位置決めする工程と、
磁力により上記テンプレートを上記基板（１８）の上記表面に対して押圧する工程と、
上記テンプレート（２０）により被覆されていない上記基板（１８）の領域を研磨ブラストする工程と、
上記テンプレート（２０）を除去する工程とを含むブラスト処理により基板に構造を与える方法。
【請求項２】
好ましくは、上記基板を貫通する孔構造を、上記基板に形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
鋼製テンプレートを、テンプレート（２０）として使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも０．０５ｍｍ、好ましくは少なくとも０．１ｍｍ、更に好ましくは少なくとも０．１５ｍｍの厚みを有するテンプレート（２０）を使用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
使用する上記テンプレート（２０）は最大１．０ｍｍ、好ましくは最大０．５ｍｍ、更に好ましくは最大０．３ｍｍの厚みを、好ましくは有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
上記磁力は少なくとも１つの永久磁石（１４）により生成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
使用される上記基板（１８）は、ガラス、セラミック材料、プラスチック材料、又はその他の概して脆弱な材料であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
少なくとも５０Ｎ/ｃｍ２、好ましくは少なくとも１００Ｎ/ｃｍ２、好ましくは少なくとも１５０Ｎ/ｃｍ２の保持力を有する磁石（１４）を、上記テンプレートを位置決めするために使用することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
少なくとも５０Ｎ/ｃｍ２、好ましくは少なくとも１００Ｎ/ｃｍ２、好ましくは少なくとも１５０Ｎ/ｃｍ２の保持力が、上記テンプレート（２０）の表面全体に亘って達成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
保護プレート（１６）が、少なくとも１つの磁石（１４）と、上記基板（１８）の上記テンプレート（２０）とは反対の側との間に設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
使用される上記保護プレート（１６）は、上記基板（１８）と同一又は類似の材料で構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
使用される上記保護プレート（１６）は、少なくとも０．５ｍｍ、好ましくは少なくとも１．５ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
使用される上記保護プレート（１６）は、５．０ｍｍ、好ましくは３．０ｍｍの最大厚さを有することを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
平坦な表面を含む少なくとも１つの磁石がその上に保持されたベース板（１２）と、
上記少なくとも１つの磁石（１４）の上記表面上に載置出来るとともに基板（１８）をその上に配置出来る保護プレート（１６）と、
部分的に上記基板（１８）を被覆するための磁化可能材料で形成された構造テンプレート（２０）と、
上記テンプレート（２０）により被覆されていない上記基板（１８）の全ての領域をブラスト処理するためのブラスト装置とを有する、ブラスト処理により基板に構造を与える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラスト処理により基板に構造を与える方法に関し、基板は或る構造を有するテンプレート（構造テンプレート）により被覆され、このテンプレートにより被覆されていない領域にブラスト処理を施し、その後テンプレートを除去するというものである。
更に、本発明は、ブラスト処理により基板に構造を与える装置に関し、基板は構造テンプレートにより被覆されることができ、このテンプレートにより被覆されていない領域にブラスト処理を施すことができるというものである。
【背景技術】
【０００２】
対応する微細構造がぞれぞれのテンプレートに設けられ、そのテンプレートを介してブラスト処理を基板の非被覆領域に施すことができる場合、上記タイプのブラスト処理により、基板に超微細表面構造を生成することができる。
「粉末ブラスト」としても知られるこの方法は、ガラスのような基板に於いて、種々の形状の孔、凹部、ガイド部分及びレリーフ状構造物を生成する極めて費用効率の良い且つ精密な方法を提供する。テンプレートの使用により、極めて微細な構造もこのようにして高精度にて生成することができる。
【０００３】
ガラスウエハーの製造に関する技術分野において、ウエハーをフォトリソグラフィレジストで被覆することが知られている。これは、まず、フォトレジストフィルムを基板表面上に貼り付けることにより達成される。その後、対応して設計されたテンプレートをフィルムの上面に位置決めする。次に、フィルムをテンプレートを介してＵＶ光に露出させる。現像の間に、露出領域は基板から除去される。この工程に続いて、フォトレジストフィルムにより被覆されていない領域は全てエッチングにより除去できる。次に、基板にブラスト処理を施し、この間、基板の非被覆領域は研磨ブラスト処理に供され、これらの領域に対応する凹部が形成される。他方、フォトレジストにより被覆された領域は全て、ブラスト処理による作用から保護される。このようにして、基板に極めて微細な構造の凹部を生成することができる。
【０００４】
基板に極めて微細な凹部を生成する別の方法として、スチールマスク（テンプレート）で基板を被覆し、これらのマスクを、接着剤、ワックス、セメントなどを使用して被加工基板に貼り付けることからなる方法がある。この工程の後、研磨ブラスト処理が行われるが、その間、スチールマスクにより被覆されていない基板の全領域は、個々の粒子（例えばAl2O3）による研磨作用を受ける。
【０００５】
この場合に使用される接着層の厚みはきわめて薄くなければならず、且つ粗い粒子を含んでいてはならない。粒子又は他の異物は、基板、キャリヤープレート及びスチールマスクの接合工程の間、基板表面を損傷するおそれがある。どのような種類の損傷であろうと、基板が後で処理されるときに、問題を引き起こすであろう。
この目的のために使用される接着剤、加熱により液化され、キャリヤープレート、基板及びスチールマスクの間で高圧にて押圧される異なるワックスから成る。ブラスト処理に続いて、化合物構造体は、次に、大きな力で異なる媒体を用いて分解されなければならなず、その後、基板の完全な洗浄が必要となる。
【０００６】
従来技術で周知の両方の例において、例えば、極めて微細な孔構造を備えたガラスウエハーを生成する場合、ブラスト処理の後に、各基板を洗浄するという厄介な作業が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、微細構造を基板の表面に精密に形成することができて、且つ、同時に、この形成を、可能な限り簡単且つ安価に行えるとともに、可能であれば複雑な洗浄処理を回避することができるよう構成された、基板のブラスト処理方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、ブラスト処理により基板に構造を与える方法により、本発明に従い達成される。この方法では、基板は、磁化可能材料で形成された構造テンプレートにより被覆され、このテンプレートは磁力により基板の表面に配置されて押圧され、テンプレートにより被覆されていない基板の全領域にブラスト処理を行い、その後、テンプレートは除去される。
【０００９】
装置に関して、本発明の目的は、ブラスト処理により基板に構造を与える装置により更に達成される。本装置は、平坦な表面を含む少なくとも１つの磁石で保持されたベース板と、少なくとも１つの磁石の表面上に載置できるとともに基板をその上に配置できる保護プレートと、部分的に基板を被覆するための磁化可能材料で形成された構造テンプレートと、テンプレートにより被覆されていない基板の全領域をブラスト処理するためのブラスト装置とを有している。
【００１０】
かくして、本発明の目的は完全に達成される。
磁力により基板表面上に位置するテンプレートを有することにより、基板上でのテンプレートの精密な位置決めを保証するとともに、テンプレートと基板との間に間隙を形成することなくテンプレートを基板に確実に接触させることが可能になる。レジストや接着剤を使用しないため、製造工程を明らかに簡略化するとともに安価にする。初期のマスキングや接着処理を必要としないし、更に、マスキング材や接着剤を除去するためのその後の洗浄工程が不要となる。
【００１１】
構造を有するテンプレート(構造テンプレート)は、このテンプレートに開口形状にて実現することができる所望の構造を示すものとすることができる。これらは、例えば、テンプレートに形成される任意の形状及び寸法の孔や、スロットや、その他の開口部で構成することができる。
ブラスト処理は更に、テンプレートにより定められる任意のタイプの構造を基板に形成することを可能にする。
【００１２】
ブラスト処理を使用することにより、例えば、基板に、基板を完全に又は部分的に貫通する孔―孔構造を形成することができる。
本発明の更なる展開例に於いて、鋼製テンプレートをテンプレートとして使用する。
このことは、簡単且つ安価に（例えば、レーザ処理により）製造できる鋼製テンプレート（フェライト鋼製）が、磁化可能であるとともに、ブラスト処理（例えばコランダムを使用するもの）に耐えるのに必要な堅牢性を提供する、という利点を有している。しかしながら、原理的に、テンプレートは、他の磁化可能材料で構成されていてもよい。更に、フェライト鋼はこの所望の目的のために使用されるのに特に安価な材料である。
【００１３】
本発明の更に別の実施形態に於いて、使用するテンプレートは少なくとも０．０５ｍｍ、好ましくは少なくとも０．１ｍｍ、更に好ましくは少なくとも０．１５ｍｍの厚さを有している。更に、テンプレートは最大１．０ｍｍ、好ましくは最大０．５ｍｍ、更に好ましくは最大０．３ｍｍの厚さを有している。
テンプレートの厚みが増大するにつれ、ブラスト処理に対するその抵抗力がより高くなる。他方、厚みが薄くなるにつれテンプレートは、隙間を残さないで基板表面により効果的に適用することができる。更に、テンプレートが過度に厚くなると、ブラスト処理により、テンプレート上の凹部の縁部が、所望の高精度で基板表面に像形成されないという結果になる。更に、テンプレートの厚みが大きくなると、製造コスト（例えば、レーザ切削処理の場合）が増大することになる。上記の厚み範囲が、特に良好な妥協範囲であると思われる。
【００１４】
本発明の更なる実施形態に於いて、磁力は、少なくとも１つの永久磁石により発生させられる。
この特徴は、過大なコスト負担なしに、永久磁石で比較的大きな保持力を得ることができるという利点を有する。あるいは、電磁石も原理的に同様に使用可能である。
本発明の更なる実施形態に於いて、使用基板は、ガラス、セラミック材料、プラスチック材料、又はその他の種類の概として脆弱な材料である。
【００１５】
本発明の方法は、例えば、サンドブラスト処理による穿孔ガラスウエハーの製造に適している。然しながら、本発明の方法は、ブラスト処理によりセラミック材料、プラスチック材料、その他の材料を処理するためにも同様に適している。この種の材料はある程度の脆性を有していて、ブラスト処理の研磨作用の結果、対応する量の材料を除去することになることが好ましい。
【００１６】
本発明の更なる実施形態に於いて、少なくとも５０Ｎ/ｃｍ２、好ましくは少なくとも１００Ｎ/ｃｍ２、更に好ましくは少なくとも１５０Ｎ/ｃｍ２の保持力を有する磁石を、テンプレートの位置決めに使用することが好ましい。
保持力はテンプレートの全表面にわたって得られることが好ましい。
このような保持力により、テンプレートの着実な位置決めが保証されるとともに、テンプレートがブラスト処理の間に基板から確実にはずれないようにすることができる。もし、テンプレートがはずれたりすると、テンプレートの構造が基板上で変位する結果となることがあり、得られた構造が仕様に適合していないということになりかねない。あるいは、ブラスト処理が基板の下で行われて、基板を損傷させるおそれがある。あるいは、過剰なブラスト処理が外縁部で行われるおそれがある。
【００１７】
本発明の更なる実施形態に於いて、保護プレートが、少なくとも１つの磁石と、基板のテンプレートと反対の側との間に設けられる。
その保護プレートは、例えば、基板と同一の材料又は類似した材料で構成されていてもよい。
テンプレートの構造に基づき、ブラスト処理により基板上に形成される構造は、その縁部で損傷することがないということが、このような保護プレートを使用することにより保証される。更に、磁石は、保護プレートにより保護されて損傷を受けないことになる。
【００１８】
保護プレートは、好ましくは少なくとも０．５ｍｍ、更に好ましくは少なくとも１．５ｍｍの厚さを有しており、他方、好ましくは５．０ｍｍ、更に好ましくは３．０ｍｍの最大厚さを有している。
磁石の保持力は磁石とテンプレートとの間隔に大きく依存するので、基板及び保護プレートの厚みは、基板に対するテンプレートの特に効果的な密着を達成するために、できるだけ小さくされる。
【００１９】
保護プレートの上記指定寸法は、十分な保持力を提供するとともに、同時に十分な強度を提供して、ブラスト処理の間、テンプレートにより定められた構造の精密な形成及び磁石の適切な保護を保証する。
上記した本発明の特徴及び以下に説明する特徴は、上記の個々の組み合わせに於いて使用されるのみならず、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせ又は単独ででも使用できることは理解されよう。
【００２０】
本発明の更なる特徴及び利点は、図面を参照におこなう本発明の好ましい実施形態の下記説明から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１に於いて、本発明の装置は全体が参照番号１０で示されている。永久磁石の形態の磁石１４が、ベース板１２内部に設けられている。ここで使用されている永久磁石は「硬質フェライト磁石」である。
見やすくするために、図１に示す寸法関係は実際の寸法関係とは異なっている。特に、積層配置されている層の厚みは実際とは対応していない。
【００２２】
本発明に係る装置１０は、例えば、１０．１６ｍｍ〜２０．３２ｍｍ（４インチ〜８インチ）のサイズの円形又は矩形のガラスウエハーを処理するのに適している。勿論、所望されれば、より大きな直径のものも処理することができる。
本実施形態の場合、使用されている磁石１４は３２０ｍｍ×１７０ｍｍのサイズであり、これにより、例えば２つの、例えばガラスウエハーの形態の基板１８をその上で同時に処理することができる。
【００２３】
磁石１４の表面はベース板１２から少し突出しているとともに、平坦な形状である。基板１８を処理するため、まず、図に示すように磁石１４の表面上に保護プレート１６を位置決めし、その後、１つ以上の基板１８を位置決めし、最後に、１つ以上のテンプレート２０をこのパッケージの頂部に配置する。
対応するブラスト処理により、基板１８の表面に任意の形状及びサイズの１つ以上の開口として形成される構造は、テンプレート２０に予め定められている。
【００２４】
この例示の実施形態に於いて、テンプレート２０は、ブラスト処理の間、基板１８の表面に、対応する孔パターンを形成するための複数の孔を有する穿孔プレートとして形成されてもよい。
基板の表面全体を均一にブラスト処理することを保証する適切なブラスト装置が、ブラスト処理を実施するために設けられている。
【００２５】
その装置は、例えば、案内部材３０に沿って移動するよう構成された摺動部材２８を含み、この摺動部材２８からアーム２６が下方に向けて垂直に突出している。アーム２６の下方端部にブラストヘッド２４が装着されている。更に、直角水平方向にヘッドを移動させるために横移動手段が付加に設けられていれば便利であり、これにより、ヘッドの下に設けられた基板１８の表面全体を均一且つ自動的に通過させることができる。
【００２６】
ブラスト処理は異なる媒体を使用して実行することができるが、通常、安価な媒体としてコランダム（AL2O3）で十分であろう。然しながら、炭化ホウ素、ダイアモンドなど他のブラスト媒体も特別な用途に使用してもよい。
本実施形態の場合、保護プレート１６は例えば２．０ｍｍの厚さのガラスで構成されている。被処理基板１８は、例えば０．９ｍｍの厚みを有するガラス板であってもよい。上面に設けられるテンプレート２０は、ブラスト処理により形成される構造が予め形成された０．２ｍｍの厚さの鋼製テンプレートであってもよい。
【００２７】
ブラスト処理により基板に形成されるパターンは、基板を貫通する孔パターンで構成されてもよい。
テンプレート２０の構造は、例えばレーザ切削、侵食により、又は場合によってはエッチング処理、感光性レジストを使用する適切なマスキング技術を適用して、当該技術分野に於ける周知の処理により形成されてもよい。
【００２８】
保護プレート１６、基板１８及びテンプレート２０を上記寸法に形成すると、使用する永久磁石により、基板の全表面に亘って１８０Ｎ/ｃｍ２の保持力を実現することを可能にする。
十分に良好な保持力が得られるかどうかは、磁石表面と、使用する保護プレート１６と、処理対象の基板１８と、テンプレート２０との平面性に依存する。
【００２９】
パッケージにする前に、異なる層間に粒子が入り込まないように、各層は適切に洗浄しなければならない。
ブラスト処理が終了したら、保護プレート１６と、基板１８と、テンプレート２０とで構成されるそれぞれのパッケージを磁石１４からスライドさせてはずし、除去し、洗浄することができる。
【００３０】
一般的に、磁石１４と、使用する保護プレート１６と、基板１８と、テンプレート２０との表面が対応して適合すれば、皿形にへこませた基板に皿形にへこませた構造体を形成することも同様に可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る装置の概略図である。
【図１】
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【外国語明細書】
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