(57)【要約】本方法は、ポリマーの加工方法に関し、特にポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素含有ポリマーを、高エネルギーイオンビームを用いて加工する方法であって、少なくとも一部のイオンは高い線エネルギー付与（ＬＥＴ）イオンである方法に関する。本発明によって、非常に深い高アスペクト比のマイクロフィーチャを製造することができる。本方法は、メゾスコピックおよびマクロスコピック（標準的）なスケールで用いても良い。アスペクト比およびエッチレートが非常に高いので、加工すべきコンポーネントは、比較的大きな寸法（通常、少なくとも数ｍｍ厚）であっても良い。本方法は直接書き込み方法であるが、それでもなお、大量パラレルプロセシングのためにマスクを用いても良い。本方法は、レジスト層を使う必要がない。本方法は、シンクロトロンＸ線リソグラフィなどの代替的な方法に比べて、安価で速い。
2004530774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素含有ポリマーの加工方法であって、
（ｉ）フッ素含有ポリマーを含む被加工体を用意する工程と、
（ｉｉ）イオンビームを発生させる工程と、
（ｉｉｉ）前記被加工体の少なくとも一部分を前記イオンビームに暴露する工程であって、前記部分に衝突するイオンの少なくとも一部が高い線エネルギー付与（ＬＥＴ）イオンである工程と、を含む方法。
【請求項２】
ポリマー材料の加工方法であって、
（ｉ）ポリマー材料を含む被加工体を用意する工程と、
（ｉｉ）イオンビームを発生させる工程と、
（ｉｉｉ）前記被加工体の少なくとも一部分を前記イオンビームに暴露する工程であって、前記部分に衝突するイオンの少なくとも一部によって前記ポリマー材料の分解が起こる工程と、を含む方法。
【請求項３】
前記部分に衝突するイオンの少なくとも一部が、高ＬＥＴイオンである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＬＥＴが１ＭｅＶｃｍ２ｍｇ−１以上である、請求項１または３に記載の方法。
【請求項５】
前記ポリマー材料がフッ素含有ポリマーである、請求項２から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記イオンビームの作用によるフッ素含有ポリマーの分解によって、テトラフルオロエチレンまたはその誘導体が生成される、請求項１または５に記載の方法。
【請求項７】
前記フッ素含有ポリマーが、テトラフルオロエチレンポリマーであるか、またはそれを含む、請求項１、５、または６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記フッ素含有ポリマーが、ペルフルオロカーボン直鎖ポリマーであるか、またはそれを含む、請求項１、５、６、あるいは７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記フッ素含有ポリマーが、ポリテトラフルオロエチレン、またはそのコポリマー、好ましくはテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンであるか、またはそれを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記部分に衝突するイオンの少なくとも一部が、酸素、窒素、およびアルゴンイオンのうちの１つ以上から選択される、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記イオンビームのエネルギーが、１００ｋｅＶである、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記イオンビームのエネルギーが、２００ｋｅＶ以上、好ましくは２５０ｋｅＶ以上、より好ましくは３００ｋｅＶ以上、さらにより好ましくは３５０ｋｅＶ以上、さらにより好ましくは４００ｋｅＶ以上である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記イオンビームのエネルギーを、前記加工方法を行う間に変化させる、請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記イオンビームが集束イオンビームである、請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記イオンビームが、直径２０μｍ以下に、好ましくは１０μｍ以下に、より好ましくは１μｍ以下に集束させられている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記加工方法を行う間に、前記イオンビームを前記被加工体に対して移動させる、請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記イオンビームを、磁界および／または電界を用いて、前記被加工体に対して移動させる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記イオンビームを前記被加工体の表面上で走査させる、請求項１６または請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記加工方法を行う間に、前記被加工体の位置を変える、請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記加工方法を行う間に、前記被加工体上へのイオンビームの衝突角度を変える、請求項１から１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記加工方法が、真空または部分真空中で行なわれる、請求項１から２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記加工方法が、１０−４Ｐａ以下、好ましくは１０−６Ｐａ以下の圧力下で行われる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記イオンビームを、酸素、窒素、およびアルゴンイオンのうちの１つ以上から選択される高ＬＥＴイオンの供給源から発生させる、請求項２１または２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記加工方法が、ガス雰囲気中で、好ましくは圧力が１ｍｂａｒ以下のガス雰囲気中で行なわれる請求項１から２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記ガス雰囲気が、酸素もしくは酸素含有ガスを含む、または酸素もしくは酸素含有ガスからなる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
イオンビームを、陽子源から発生させる、請求項２４または請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
マスクレスの製造方法である、請求項１から２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記被加工体と前記イオンビームとの間にマスクを挿入し、前記被加工体を前記イオンビームから選択的に遮蔽する、請求項１から２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記イオンビームを、イオン源、粒子加速器、およびイオン集束系を含むイオンビーム設備において発生させる、請求項１から２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記イオンビームを、核マイクロプローブにおいて発生させる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記イオンビームを、イオン注入設備において発生させる、請求項１から２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
請求項１から３１のいずれか１項に記載の方法によっていつでも製造または入手可能である加工されたワークピース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーの加工方法に関し、特に、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素含有ポリマーを、高エネルギー・イオンビームを用いて加工する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）は、高軟化点（約３２７℃）の熱硬化性プラスチックであり、テトラフルオロエチレンを、加圧下（４０〜５０気圧）で重合することによって製造される。開始剤、たとえばペルオキソ硫酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｐｅｒｏｘｏｓｕｌｐｈａｔｅ）が、重合反応を促進するのに必要である。
【０００３】
ＰＴＦＥは、広い温度範囲に渡るその化学的不活性さ、耐熱性、電気絶縁特性、および低摩擦係数により、プラスチック工業の幅広い領域で用いられる。その高い熱安定性により、高温の用途において非常に有用である。
【０００４】
その化学的不活性さおよび高い分子量により、ＰＴＦＥは流動性がなく、従来のポリマー加工技術では作製することができない。これまで使用されている加工方法としては、粉末冶金、冷間押し出し方法、およびラテックス・プロセシングに基づく技術がある。
【０００５】
３次元にマイクロ加工されたコンポーネントは、各種装置、アクチュエータ、およびセンサの小型化において主導的役割を果たす。マイクロメカニカル・コンポーネントを電子デバイスと一体化することは、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカル・システム）として知られている。
【０００６】
サブ・ミクロン構造を製造することができるマイクロ加工技術の概観が、Ｆ．ワット（Ｆ  Ｗａｔｔ）によって、物理研究における核機器および方法（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ）Ｂ１５８（１９９９）１６５〜１７２に記載されている。このような技術としては、光リソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ（ＬＩＧＡ）、ディープＵＶリソグラフィ、電子ビーム・リソグラフィ、低エネルギー・イオンビーム・マイクロ加工、高エネルギー・イオンビーム・マイクロ加工、および原子プローブ顕微鏡を用いた原子プロセシングがある。
【０００７】
高エネルギー・イオンビーム・マイクロ加工は、デ・ケルクホーブ（ｄｅ  Ｋｅｒｃｋｈｏｖｅ）らによって、物理研究における核機器および方法Ｂ１３６  １３８（１９９８）３７９〜３８４においても検討されている。この論文には、集束された３ＭｅＶ陽子ビームを用いてポリメチル・メタクリレート（ＰＭＭＡ）に３次元マイクロ構造をマスクレスで作製する方法が記載されている。陽子ビームは、原子核（陽子）顕微鏡において生成される。陽子顕微鏡では、低エネルギー陽子が小粒子加速器（通常はバン・デ・グラーフ（Ｖａｎ  ｄｅ  Ｇｒａａｆｆ）装置）内へ注入され、この小粒子加速器によって数百万ボルトの静電界を通して陽子が加速される。高エネルギー陽子は、数ｍｍの直径のビームとして、加速器から出てくる。次にこのビームは、１０００分の１以上集束されて、数μｍ以下の直径になる。次に、この微細に集束されたビームを、試料表面上で走査することができる。
【０００８】
低エネルギー・イオンビーム・マイクロ加工（イオンビーム・リソグラフィまたは集束イオンビーム（ＦＩＢ）ミリングとしても知られる）と、原子プローブ顕微鏡を用いた原子プロセシングとを除いて、前述の技術は全て、レジスト露光、および露光されたレジストをその後に特定の化学薬品を用いて現像することが必要である。
【０００９】
低エネルギー・イオンビーム・マイクロ加工は、試料上の表面原子をスパッタ除去するために、重イオン（たとえばガリウム）に依拠している。低エネルギー・イオンビームの典型的なエネルギーは、１〜５０ＫｅＶである。各入射ガリウム・イオンに対して、最大約５０原子が、マイクロ加工中の材料表面からスパッタされる。この技術は本質的に、表面ミリング技術であり、高アスペクト比構造の製造に用いることはできない。実際、何らかの３次元構造を製造するためには、非常に長い時間がかかる。同様の不都合が、電子ビーム書き込みおよび原子プローブ顕微鏡を用いた原子プロセシングにも付随している。これらは、本質的に遅い技術であるため、高アスペクト比構造または３次元構造の製造に（実際上）用いることはできない。
【００１０】
光リソグラフィ、シンクロトロンＸ線リソグラフィ（ＬＩＧＡ）およびＵＶリソグラフィには、大量生産ができるという有利点があるが、これらの技術は、マスクを使用すること（すなわち、これらは直接書き込み技術ではない）、およびレジスト露光を使用することが必要であり、そのため、露光されたレジストをその後に特定の化学薬品を用いて現像する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、従来技術に付随する問題の少なくとも一部に対処するポリマー材料の加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
したがって本発明の第１の態様は、フッ素含有ポリマーの加工方法であって、
（ｉ）フッ素含有ポリマーを含む被加工体を用意する工程と、
（ｉｉ）イオンビームを発生させる工程と、
（ｉｉｉ）前記被加工体の少なくとも一部分を前記イオンビームに暴露する工程であって、前記部分に衝突するイオンの少なくとも一部が高い線エネルギー付与（ＬＥＴ）イオンである工程と、を含む方法が提供される。
【００１３】
ＬＥＴは、イオン化によってイオンから固体へ遷移したエネルギーの測定値である。それは、イオン種、イオンビームのエネルギー、および材料の性質に依存する。イオンのＬＥＴは、効率的な高解像度エッチングを実現するための急速な分解を促進するために、十分に高いことが好ましい。ＬＥＴは好ましくは、１ＭｅＶｃｍ２ｍｇ−１以上であり、より好ましくは２ＭｅＶｃｍ２ｍｇ−１以上である。
【００１４】
本発明の第２の態様は、ポリマー材料の加工方法であって、
（ａ）ポリマー材料を含む被加工体を用意する工程と、
（ｂ）イオンビームを発生させる工程と、
（ｃ）前記被加工体の少なくとも一部分を前記イオンビームに暴露する工程であって、前記部分に衝突するイオンの少なくとも一部によって前記ポリマー材料の分解が起こる工程と、を含む方法が提供される。
【００１５】
加工という用語はここで用いる場合、ある材料に、加工フィーチャ（たとえば孔、スロット、トレンチ、溝、および経路）を、マクロスコピックなレベル、メゾスコピックなレベル、同様にマイクロスコピックまたはサブ・ミクロンなレベルで、実現することが意図される。
【００１６】
本発明の第２の態様においては、ポリマー材料は好ましくはフッ素含有ポリマーである。好ましくは、被加工体に衝突するイオンの少なくとも一部が、高い線エネルギー付与（ＬＥＴ）イオンである。この場合も、ＬＥＴは好ましくは、１ＭｅＶｃｍ２ｍｇ−１以上であり、より好ましくは２ＭｅＶｃｍ２ｍｇ−１以上である。
【００１７】
第１および第２の態様の両方において、イオンのＬＥＴは、効率的な高解像度エッチングを実現するための急速な分解を促進するために、十分に高いことが好ましい。また最大のＬＥＴが試料表面の近くまたは試料表面において起こり、わずかな反応生成物（典型的にはガス状反応生成物）についても脱出または除去が、より効率的に行なわれることが好ましい。
【００１８】
フッ素含有ポリマー（フッ素系プラスチック（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  ｐｌａｓｔｉｃｓ）を包含することが意図されている用語）としては、フルオロカーボン・ポリマー、たとえばポリフルオロカーボンポリマーおよびペルフルオロカーボン（ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ）ポリマーがある。このような材料の種々の種類には、（ａ）クロロトリフルオロエチレンポリマー；フルオロカーボンエラストマー、（ｂ）テトラフルオロエチレンポリマー、（ｃ）ビニルフルオライドポリマー、（ｄ）ビニリデンフルオライドポリマーが含まれる。
【００１９】
イオンビームの作用によるフッ素含有ポリマーの分解によって好ましくは、テトラフルオロエチレンもしくはその誘導体、および／または他のガス化合物が生成される。テトラフルオロエチレン（無色気体）は、システムから容易に除去される。
【００２０】
本発明による方法で使用するのに好ましいポリマー材料は、ペルフルオロカーボン直鎖ポリマー、すなわち（ＣＦ２−ＣＦ２）モノマー単位を含むかまたはそれから構成されるポリマーである。好ましい例は、ポリテトラフルオロエチレン（そのコポリマーを含む）である。ポリテトラフルオロエチレンのコポリマーとしては、（ｉ）テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン・コポリマー（フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ））、（ｉｉ）テトラフルオロエチレン−ペルフルオロビニルエーテルコポリマー、（ｉｉｉ）テトラフルオロエチレン−エチレンコポリマーがある。本発明で使用するのに好ましいコポリマーは、ＦＥＰである。
【００２１】
第１および第２の態様において、被加工体に衝突するイオンの少なくとも一部は好ましくは酸素イオンである。しかし他の高ＬＥＴイオンを用いても良く、例としては窒素、ネオン、およびアルゴンが挙げられる。
【００２２】
イオンビームのエネルギーは、１００ｋｅＶ以上、好ましくは２００ｋｅＶ以上、より好ましくは２５０ｋｅＶ以上、より好ましくは３００ｋｅＶ以上、さらにより好ましくは３５０ｋｅＶ以上、さらにより好ましくは４００ｋｅＶ以上であることが好都合である。こうすることで、被加工体の加工速度が高くなることが分かっている。たとえば、少なくとも３００ｋｅＶのエネルギーを有する酸素イオンを用いることで、約０．５ｍｍ／分のＰＴＦＥの侵食速度が容易に実現される。したがってビーム・エネルギーには上限はないが、一般に１０ＭｅＶを超えることはない。０．５〜３ＭｅＶのエネルギーを有する高フラックスの酸素イオンを用いることが好都合であると考えられる。
【００２３】
イオンビームのエネルギーを、加工方法を行う間に変化させても良い。こうすることによって、スロット、経路、トレンチ、溝、トラック、および孔を、たとえば異なる深さで加工しても良い。代替案として、または組み合わせて、暴露時間を変更して異なる深さを加工することができる。
【００２４】
イオンビームは一般に、集束イオンビームであり、スポットサイズは２０μｍ以下に、好ましくは１０μｍ以下に、より好ましくは１μｍ以下に、さらにより好ましくは０．５μｍ以下に、フォーカスすることができる。実際、核マイクロプローブを用いれば、直径が約０．１μｍのイオンビームを生成することができる。
【００２５】
加工方法を行う間、イオンビームを被加工体に対して移動させても良い。これは、磁界および／または電界を印加することによって実現することができる。こうすることによって、イオンビームを、被加工体の表面上で走査することができる。
【００２６】
またイオンビームを固定した状態にするかまたはそれ自体を動かすかにかかわらず、加工方法を行う間に被加工体の位置を変えても良い。
【００２７】
また被加工体上へのイオンビームの衝突角度を、加工方法を行う間に変えても良い。これは、ビームおよび／または被加工体を単に傾けるだけで実現しても良い。こうすることによって、角柱状フィーチャを被加工体内に加工することができる。
【００２８】
好都合なことに、反応生成物（典型的にはガス状反応生成物）の除去速度は、被加工体上への材料の再堆積を回避するかまたは防止を助けるのに十分である。このような再堆積は、（ｉ）イオン衝撃および／または（ｉｉ）支配的な（ｐｒｅｖａｉｌｉｎｇ）プロセシング条件の下で反応生成物が再重合する結果として起こる場合があると考えられる。メカニズムが何であれ、被加工体の表面付近に形成される材料（ガス状反応生成物など）を除去することが望ましく、したがってこのような除去の実現に適した手段を設けることが好ましい。たとえば、加工方法を真空中で行なうことが適していると考えられる。この場合、イオンビームを好ましくは、酸素イオンまたは他の高ＬＥＴイオン（たとえば窒素もしくはアルゴンイオンなど）の供給源から発生させる。圧力は、好ましくは、わずかなガス状反応生成物（たとえばテトラフルオロエチレン）も被加工体から脱出させるために、十分低くなければならない。したがってガス状反応生成物の平均自由行程が、加工される孔、スロット、トレンチ、溝、または経路の深さよりも長くなるように、真空を選択しても良い。本方法は典型的に、１０−４Ｐａ以下、より好ましくは１０−６Ｐａ以下の圧力で行なうことができる。
【００２９】
あるいは本発明に係る加工方法を、被加工体上への材料（たとえばガス状反応生成物）の再堆積を抑制または防止する化学薬品を含む雰囲気中で、行なっても良い。このような抑制剤（たとえば酸素）は、（ｉ）イオン衝撃および／または（ｉｉ）支配的な条件（たとえば圧力および温度）に起因する反応生成物の再重合を抑制または防止するために作用することが考えられる。このような抑制剤は、周囲ガス中におよび／またはイオンビーム中に存在していても良い。このような抑制剤は、反応生成物（典型的にはカーボンまたはカーボン含有種）と結合して、揮発性種（システムからの除去がより簡単になり得る）を形成しても良い。
【００３０】
好ましい実施形態においては、加工方法を、酸素または酸素含有ガスを含む雰囲気中で行なう。酸素を含む雰囲気の例は、空気である。この場合、イオンビームを、たとえば陽子源から発生させても良い。理論に束縛されることは望まないが、陽子ビームがイオン源と被加工体との間の空気を進むときに、陽子ビームによって生成される酸素イオンの高エネルギー反跳によって、ポリマー材料の除去／侵食が引き起こされ得ると考えられる。メカニズムが何であれ、本発明による加工方法において酸素または酸素含有ガスが存在することによって、被加工体上への材料の再堆積の防止が助けられる。たとえば、酸素はイオンビーム源内に、および／または周囲雰囲気中のガス／酸素含有ガスとして、存在していても良い。この場合もやはり、理論に束縛されることは望まないが、酸素の存在が、揮発性種（たとえば、Ｃ−Ｏ−Ｆ種ならびに／またはＣＯおよび／もしくはＣＯ２）を形成することによって、材料の再堆積を抑制するために作用し得ることが考えられる。
【００３１】
本発明による方法では、選択されたパターンに暴露するためにマスクを設けることは必要としない。したがって本方法は、マスクレスの作製方法または直接書き込み方法と考えられる。また本方法では、被加工体上へレジスト層を塗布することも、その後の化学エッチング工程も必要としない。
【００３２】
それにもかかわらず、マスクを被加工体とイオンビームとの間に挿入して、被加工体をイオンビームから選択的に遮蔽しても良い。マスクを用いて、特定の閾値（マスクの厚み、マスクが形成される材料、および高エネルギー・イオンの性質に依存する）以下のエネルギーを有するイオンを止めても良い。たとえばＰＴＦＥから形成される被加工体を、約４００ｎｍ厚みの金マスクで覆うことが想像される。このようなマスクは、３００ｋｅＶの酸素イオンを止めるのに十分である。孔などのパターンを、たとえばリソグラフィによって、金マスク中に形成した場合には、適切なエネルギーの酸素イオンビームを被加工体上に送って、（標準的な半導体デバイス作製において行なわれる程度に）多くのパラレル構造を加工しても良い。結果として、本発明による方法によって、直接的なシリアル書き込み方法だけでなく、高スループットのパラレルな方法も提供される。
【００３３】
イオンビームを、イオン源、粒子加速器、およびイオン集束系（ion focusing system）を含むイオンビーム設備において発生させても良い。一例は、核マイクロプローブ、たとえばオックスフォード大学マイクロビーム加速器設備（Ｏｘｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｍｉｃｒｏｂｅａｍ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ  Ｆａｃｉｌｉｔｙ）である。このような装置は、物理研究における核機器および方法Ｂ１５８（１９９９）１６５〜１７２、物理研究における核機器および方法Ｂ１３６  １３８（１９９８）３７９〜３８４、および新しい科学者（Ｎｅｗ  Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔ）（１９９１年６月１日）において、詳細に記載されている。またＧ．Ｗ．グライム（Ｇ  Ｗ  Ｇｒｉｍｅ）（「陽子マイクロプローブ（方法および背景）（Ｐｒｏｔｏｎ  Ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ  （Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ））」および「高エネルギー・イオンビーム分析（Ｈｉｇｈ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）」）、スペクトロスコピおよびスペクトロメトリの百科事典（ＪＣリンドン、ＧＥトランタ、およびＪＬホルムズ編（アカデミック・プレス、チチェスタ、１９９９）（Ｅｎｃｙｃｌｏｐａｅｄｉａ  ｏｆ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ａｎｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，  ｅｄｉｔｏｒｓ  Ｊ  Ｃ  Ｌｉｎｄｏｎ，  Ｇ  Ｅ  Ｔｒａｎｔｅｒ，  ａｎｄ  Ｊ  Ｌ  Ｈｏｌｍｅｓ  （Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｃｈｉｃｈｅｓｔｅｒ，１９９９））を参照しても良い。
あるいはイオンビームを、イオン注入設備において発生させても良い。このような設備は、前述したようにマスクを通して加工を行なう場合に用いても良く、その結果、大量生産（パラレル・プロセシング）が実現される。
【００３４】
本発明による方法、および方法によって作製される製品は、多くのフィーチャによって特徴づけられる。加工フィーチャ（たとえば、孔、溝、トラック、スロット、および経路）の深さは数ｍｍ深さであって、一方で幅がミクロンのオーダしかないことが考えられる。この結果、効果的なほぼ無限大のアスペクト比が実現される。加工されたフィーチャの直径も、その全長に渡って実質的に一定である。本加工方法は、ポリマー材料、特にＰＴＦＥの除去において、非常に効率的である。結果として、フィーチャを、迅速かつ効率的に形成することができる。本方法では、マスクもレジスト層も用いる必要がない。本方法によって、３次元のフィーチャを被加工体内に形成することもできる。
【００３５】
理論によって束縛されることを望まないが、本発明による方法は、高ＬＥＴイオン（たとえば、エネルギーが典型的に３００ｋｅＶ以上の酸素など）によるポリマー材料（たとえばＰＴＦＥ）の放射誘導分解であるというのが、もっともらしいと考えられる。これは、熱誘導分解とは対照的である。ポリマー鎖の放射誘導分解によって、ガス状の分解生成物が生じることが考えられる。これは、ポリマー材料中での一次および二次のイオン化の結果であると考えられ、材料中のトラックまたはフィーチャに沿ってガスが放出される速度は、固体中でイオンから電子にエネルギーが伝達される（線エネルギー付与、ＬＥＴ）速度の関数である。
【００３６】
理由が何であれ、本発明による方法は、各入射酸素イオンによってＰＴＦＥ材料の約１０００原子が除去されると計算されているという点で、非常に効率的である。ＰＴＦＥ中では、３ＭｅＶの酸素イオンは、そのＬＥＴピークが表面に存在し、実質的に全てのイオン化が、表面付近で、典型的に最上部の約２．５μｍ内で、起こることが分かっている。これは、表面近傍領域に高ＬＥＴを有するイオンの例である。
【００３７】
イオンのＬＥＴは、効率的な高解像度エッチングを実現するためのポリマーの急速な分解を促進するために、十分に高いことが好ましい。また最大ＬＥＴは、わずかなガス状反応生成物も効率的に脱出できるように、試料表面付近または試料表面で起こることが好ましい。こうすることによって、イオンビームが材料と相互作用する結果として放出されるわずかなガス／蒸気も、再堆積することなく材料から容易に脱出することができる（たとえば拡散または噴散によって）。
【００３８】
本発明による方法を用いて、種々の用途（たとえば小型装置、アクチュエータ、およびセンサ）のためのコンポーネントおよびデバイスを加工および製造しても良い。また加工されたコンポーネントを用いてモールドおよびスタンプを形成して、複数のコンポーネントを複製できるようにしても良い。特定の用途としては、複雑な成形分子ビーム・マニフォールドおよびフィルタ、バイオセンサおよびラボ・オン・チップ（ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）用途のためのモールド、ならびに薬物および生物活性剤のデリバリ・デバイスがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
例として与えられる実施例および図面
以下の実施例は、オックスフォード大学マイクロビーム加速器設備を用いて行なわれた。この装置は、物理研究における核機器および方法Ｂ１３６  １３８（１９９８）３７９〜３８４、および新しい科学者（１９９１年６月１日）に記載されている。
【００４０】
また、図面は、例として与えられている。
【実施例】
【００４１】
実施例１
試料は、ＰＴＦＥシートから約１ｃｍの立方体を切り出すことによって得た。３ＭｅＶの陽子（Ｈ＋）ビームを、直径約４０μｍにフォーカスして、薄いカプトン（Ｋａｐｔｏｎ）窓を通過させた（これにより、約２００ＫｅＶが失われて、約２．８ＭｅＶがＰＴＦＥ上に与えられる）。空気中では、大気酸素および窒素との衝突によって、これらのイオンが、通常３００〜４００ＫｅＶのエネルギーで前方へ跳ね返される。ＰＴＦＥ立方体を、ビーム経路内に、１つの面をビームに垂直にして配置した後、ビームを、ある時間の間、衝突させた。一次陽子ビーム電流を測定して（空気中でファラデーカップを使用）、約１ｎＡにした。
【００４２】
ビームに暴露した後、ＰＴＦＥ内に、孔が視覚的に観察された。孔は、立方体の表面では、直径が約２００μｍであった。１つのＰＴＦＥ立方体を、ダイアモンド研磨パッドを用いてビーム方向と平行な立方体面上で研磨して、孔の断面図を暴露させた。孔の断面は、長さが約２．５ｍｍであり、その全体の長さに渡って実質的に同じ直径であることが分かった。ＰＴＦＥ立方体中の残りの他の孔の深さを、孔の中に人の髪の毛を通すことによって、そしてＰＴＦＥ表面に固定したピンセットで紙の毛を取り出して紙の毛の長さを測ることによって、測定した。図２に、孔の深さ対ビーム暴露時間のグラフを示す。
【００４３】
図１（ａ）に、好適な実験レイアウトの概略図を示す。同図において参照数字は、以下のフィーチャに対応する。
【００４４】
１．イオン源を有する加速器
２．分析マグネット
３．マイクロビームレンズ
４．マイクロビームレンズ
５．真空ターゲットチャンバ
６．薄い透過窓
７．空気ターゲットテーブル
８．ビームライン
９．ビームライン
１０．ビームライン
図１（ｂ）は、ＰＴＦＥ立方体上に衝突するイオンビームを示す概略図である。同図において参照数字は、以下のフィーチャに対応する。
【００４５】
１１．薄いカプトン箔
１２．ＰＴＦＥ立方体
１３．陽子（Ｈ＋）ビーム
実施例２
３＋の電荷状態の４ＭｅＶ酸素ビームを発生させて、約１０−６ｔｏｒｒ圧の真空チャンバ内のＺｎＳスクリーン上にフォーカスした。スポットサイズは、約２０μｍ直径であった。次に、１ｍｍ厚のＰＴＦＥ片をファラデーカップの前面に取り付け、約１０ｐＡの漏れ電流を観測した。２０分後、ビーム電流は８００ｐＡまで増大した。それからビームをオフにして、ＰＴＦＥを真空チャンバから取り出した。ＰＴＦＥを調べたところ、ＰＴＦＥのビーム入射面上に１５μｍ直径の孔が見出され、ＰＴＦＥのビーム出射面上に１５μｍの孔が見出された。
【００４６】
図３に、実験セットアップの概略図を示す。同図において、参照数字は以下のフィーチャに対応する。
【００４７】
１４．加速器およびマイクロビームレンズからの酸素（Ｏ３＋）イオンビーム
１５．真空ポンプに接続された真空チャンバ
１６．ＰＴＦＥ試料
１７．ファラデーカップ
実施例３
実施例１の場合のように空気中に取り出された、しかしエネルギーは２ＭｅＶのＨイオンビームを用いて、ＰＴＦＥテープ（約５０μｍ厚）内に孔を形成した。
【００４８】
次に、カプトンビーム出射窓とＰＴＦＥ試料テープとの間の距離を変えた。こうすることによって、同様に、酸素イオンの反跳エネルギーも変化する。距離が大きくなるほど、Ｈイオンエネルギーおよび反跳酸素イオンエネルギーが小さくなる。約４ｍｍのギャップのときにエッチレートが著しく低下することが観察され、８ｍｍではエッチングは全く観察できなかった。
【００４９】
ＰＴＦＥテープのロールも、７分間、ビームに暴露した。テープをほどいたところ、４２個の孔が見つかった。これは、約２ｍｍの深さに対応する。今回も、孔は、各層において実質的に同じ直径であった。
実施例４
２ＭｅＶのＨ＋ビームを用いて、ＦＥＰ内に孔を開けた。孔は、深さが１００μｍよりも大きく、直径は約７０μｍであった。ビームは、１ｎＡの電流であり、これをカプトン窓を通して空気中に取り出して、ＦＥＰ試料上に衝突させた。
【００５０】
本発明によって、ＰＴＦＥなどのポリマー材料をマイクロ加工するための効率的な方法が提供される。本発明によって、非常に深い高アスペクト比のマイクロフィーチャを製造することができる。本方法は、メゾスコピックおよびマクロスコピック（標準的）なスケールで用いても良い。アスペクト比およびエッチレートが非常に高いので、加工すべきコンポーネントは、比較的大きな寸法（通常、少なくとも数ｍｍ厚）であっても良い。本方法は直接書き込み方法であるが、それでもなお、大量生産パラレルプロセシングのためにマスクを用いても良い。本方法は、レジスト層を使う必要がない。本方法は、シンクロトロンＸ線リソグラフィなどの代替的な方法に比べて、安価で速い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、実施例１に対する好適な実験レイアウトを示す概略図である。
【図２】実施例１に対するビーム暴露時間に対する孔の深さを示すグラフである。
【図３】実施例２に対する実験レイアウトを示す概略図である。
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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