JP3343178B2 - Fine processing method and fine processing device - Google Patents
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-
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、エネルギービーム源が
発生するエネルギービームを、マスク面内に規則的に開
けられた多数の同一所定形状パターンのビーム透過孔を
通過させて被加工物に照射することにより、被加工物の
特定領域をエネルギービームの照射量に応じた深さ又は
高さに加工する三次元的な微細加工に関するものであ
る。特に、被加工物に加工された形状の最小寸法が、
0.1nm〜10nm、もしくは10nm〜100n
m、もくしは100nm〜10μm程度のnm(ナノメ
ートル)オーダの加工に好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention irradiates an object to be processed by passing an energy beam generated by an energy beam source through a plurality of beam transmission holes of the same predetermined shape regularly formed in a mask surface. The present invention relates to three-dimensional fine processing for processing a specific region of a workpiece to a depth or a height corresponding to the irradiation amount of an energy beam. In particular, the minimum dimension of the shape processed on the workpiece is
0.1 nm to 10 nm, or 10 nm to 100 n
m or k is suitable for processing on the order of nm (nanometer) of about 100 nm to 10 μm.
【0002】従って、被加工物、もしくは被加工物から
更に転写により製作された被加工物は、nmオーダのサ
イズを必要とする量子効果素子、マイクロ光学用の各種
素子等の製作に適用できるばかりでなく、例えば光磁気
ディスクの読取装置、或いは精密回転機器の軸受等の接
触機構、又ラビリンスシール等の流体シール機構にも利
用が可能であり摩擦抵抗の低減、コンダクタンスの低減
等の効果を生じる。Therefore, a workpiece, or a workpiece manufactured by further transferring from a workpiece, can be applied only to the fabrication of quantum effect devices and various devices for micro optics that require a size on the order of nm. For example, it can also be used for a contact mechanism such as a bearing of a magneto-optical disk reading device or a precision rotating device, or a fluid seal mechanism such as a labyrinth seal, which produces effects such as reduction of frictional resistance and conductance. .
【0003】[0003]
【従来の技術】従来、任意の形状のパターンを基板表面
に多数配置するnmオーダの加工を行う方法としては、
半導体プロセスに用いられるフォトリソグラフィ技術が
知られている。図42は、フォトリソグラフィ技術によ
る半導体基板加工方法のフロー図を示すものである。第
1工程(A)では、加工基板1の表面にレジスト材2が
コーティングされる。続いて、第2工程(B)におい
て、所定パターン形状の透過孔が形成されたフォトマス
ク3を、レジスト材2の表面から若干浮かした状態で対
向配置し、マスクパターンの透過孔3aを介してレジス
ト材2の表面に紫外線4を照射する。これにより、フォ
トマスクに形成された透過孔3aと同じパターンがレジ
スト材2aに転写される。次に第3工程(c)におい
て、レジスト材2を現像し、透過孔3aを介して紫外線
を照射した部分のレジスト材2aを除去する。さらに、
第4工程(D)において、プラズマ中のイオンやラジカ
ル種を利用して加工基板1上のレジスト材が無い部分に
異方性エッチングを施し、穴を形成する。最後に、第5
工程(E)において、レジスト材2を完全に除去して基
板への加工が完了する。2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of processing a plurality of patterns of an arbitrary shape on a substrate surface in the order of nm,
2. Description of the Related Art A photolithography technique used in a semiconductor process is known. FIG. 42 shows a flowchart of a semiconductor substrate processing method using a photolithography technique. In the first step (A), a resist material 2 is coated on the surface of the processing substrate 1. Subsequently, in the second step (B), the photomask 3 in which the transmission holes of a predetermined pattern are formed is disposed to face the resist material 2 while slightly floating from the surface of the resist material 2, and the photomask 3 is disposed through the transmission holes 3 a of the mask pattern. The surface of the resist material 2 is irradiated with ultraviolet rays 4. As a result, the same pattern as the transmission holes 3a formed in the photomask is transferred to the resist material 2a. Next, in a third step (c), the resist material 2 is developed, and the portion of the resist material 2a irradiated with ultraviolet rays through the transmission holes 3a is removed. further,
In the fourth step (D), anisotropic etching is performed on a portion of the processing substrate 1 where there is no resist material using ions or radical species in the plasma to form holes. Finally, the fifth
In the step (E), the resist material 2 is completely removed, and the processing on the substrate is completed.
【0004】こうして、第1(A)〜第5(E)工程か
らなる基板加工により、加工基板の表面にフォトマスク
の透過孔と同じパターンの穴が形成される。次に、加工
基板上に深さが異なる穴を形成するためには、第2段階
の基板加工のフォトリソグラフィ工程に着手する。すな
わち、表面に穴が形成された加工基板の表面に再びレジ
スト材2をコーティングし、加工しない部分を前回とは
異なるパターンのフォトマスクにて覆い、フォトマスク
にて覆われていない部分に前回と同様の加工を施す。こ
の場合、加工深さは、加工時間を制御することにより調
節でき、こうした数段階の基板加工を繰り返し行うこと
により、加工基板に深さの異なる穴が形成された半導体
デバイスが出来上がる。In this manner, holes having the same pattern as the transmission holes of the photomask are formed on the surface of the processed substrate by the substrate processing including the first (A) to fifth (E) steps. Next, in order to form holes having different depths on the processing substrate, a photolithography process of substrate processing in the second stage is started. That is, the surface of the processed substrate having a hole formed in the surface is coated with the resist material 2 again, the unprocessed portion is covered with a photomask having a different pattern from the previous time, and the portion not covered with the photomask is used as the previous time. The same processing is performed. In this case, the processing depth can be adjusted by controlling the processing time, and by repeatedly performing such several stages of substrate processing, a semiconductor device having holes of different depths formed in the processed substrate is completed.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のフォトリソグラフィ技術を用いた加工法では、次の
ような問題が生じる。表面形状を任意の三次元的な曲面
形状に加工することは、上述の一回のフォトリソグラフ
ィ工程では不可能である。敢えてフォトリソグラフィ技
術で行う場合には、複数枚のマスクが必要になり、繰り
返すフォトリソグラフィ工程の数も増える。特に、フォ
トリソグラフィ技術ではレジスト工程は大気中で、エッ
チング工程は真空中で行われるため、その往復をする度
に、真空排気・リークを繰り返さなければならず、時間
がかかる。また、原理的に、曲面に近似した階段状の形
状にしかならず、完全に任意の滑らかな三次元的な表面
形状を得ることはできない。また、表面が元々から高低
差の大きな曲面である被加工物に対しては、レジスト材
を均一に塗布することは困難であり、できたとしても、
マスクを密着できない。このため、微細なパターンを作
ろうとすると縮小レンズを用いた露光装置が必要になる
が焦点深度が浅いためマスクパターンのピントを基板表
面全面に合わせられない。このような訳で、フォトリソ
グラフィ工程の繰返しでは、三次元的なnmオーダの任
意の曲面を形成する加工は、実質的に不可能である。However, the processing method using the conventional photolithography technique has the following problems. It is impossible to process the surface shape into an arbitrary three-dimensional curved surface shape by the single photolithography process described above. If a photolithography technique is used, a plurality of masks are required, and the number of photolithography steps to be repeated increases. In particular, in the photolithography technology, the resist process is performed in the air and the etching process is performed in a vacuum. Therefore, each time the resist is reciprocated, vacuum evacuation and leakage must be repeated, which takes time. Further, in principle, the surface has only a step-like shape approximating a curved surface, and a completely arbitrary smooth three-dimensional surface shape cannot be obtained. In addition, it is difficult to uniformly apply a resist material to a workpiece whose surface is originally a curved surface having a large difference in elevation, and even if it is possible,
Cannot attach mask. Therefore, in order to form a fine pattern, an exposure apparatus using a reduction lens is required. However, since the depth of focus is small, the focus of the mask pattern cannot be adjusted over the entire surface of the substrate. For this reason, in the repetition of the photolithography process, it is practically impossible to form an arbitrary three-dimensional curved surface on the order of nm.
【0006】本発明は前述の点に鑑みて為されたもの
で、nmオーダの加工深さ又は高さが精度よく制御で
き、その結果、設計通りの滑らかな任意の加工表面形状
を得ることができ、しかも、その形状を、同時に多数、
製作することができる微細加工方法及び微細加工装置を
提供することを目的とする。[0006] The present invention has been made in view of the above-mentioned point, and it is possible to accurately control the processing depth or height on the order of nm, and as a result, it is possible to obtain a smooth and arbitrary processed surface shape as designed. Can be made, and at the same time, many shapes,
It is an object to provide a fine processing method and a fine processing apparatus that can be manufactured.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の微細加工方法
は、エネルギービーム源が発するエネルギービームを、
マスク面内に開けられた所定形状パターンのビーム透過
孔に通過させて、被加工物に照射するとともに、前記エ
ネルギービーム源と前記被加工物との相対角度関係を周
期的に回転運動させる、又は前記マスクと前記被加工物
との相対並進位置関係を周期的に並進運動させることに
より、前記被加工物の特定領域を前記エネルギービーム
の照射量に応じた加工を行うことを特徴とする。According to the present invention, there is provided a microfabrication method comprising:
By passing through a beam transmission hole of a predetermined shape pattern opened in the mask surface and irradiating the workpiece, periodically rotate the relative angular relationship between the energy beam source and the workpiece, or By periodically translating the relative translational positional relationship between the mask and the workpiece, a specific region of the workpiece is processed according to the irradiation amount of the energy beam.
【0008】前記マスク面内には、規則的に開けられた
多数の同一所定形状パターンのビーム透過孔を備えてい
る。 [0008] Before Symbol mask plane, have a beam transmission aperture of a large number of the same place constant shape pattern opened regularly
You.
【0009】前記エネルギービームとして、高速原子
線、イオンビーム、電子線、レーザー、放射線、X線、
又はラジカルビーム等を用いる。 [0009] as a pre-Symbol energy beam, fast atom beam, ion beam, electron beam, laser, radiation, X-rays,
Or radical beam like Ru used.
【0010】また、前記被加工物が、シリコン、二酸化
珪素などの半導体材料、ガリウム砒素、アルミガリウム
砒素、インジウムガリウム砒素などの量子素子材料、ア
ルミ、ステンレス材などの構造材料、タングステン、チ
タン、タングステンカーバイド、ボロンナイトライド、
4窒化チタン、セラミックスなどの難削材料もしくは高
硬度材料、プラスチック、ポリイミド、ガラス、石英ガ
ラス、光学ガラス、ルビー、サファイア、フッ化マグネ
シュウム、ジンクセレン、ジンクテルルなどの光学材料
のいずれかであることが好ましい。The workpiece may be a semiconductor material such as silicon or silicon dioxide, a quantum device material such as gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, indium gallium arsenide, a structural material such as aluminum or stainless steel, tungsten, titanium or tungsten. Carbide, boron nitride,
Preferably, it is any one of difficult-to-cut materials such as titanium nitride and ceramics or a high-hardness material, plastic, polyimide, glass, quartz glass, optical glass, ruby, sapphire, magnesium fluoride, zinc selenium, and zinc tellurium. .
【0011】また、前記マスクが複数枚、前記エネルギ
ービーム軸方向に重なって配置されており、かつ、前記
エネルギービーム軸上に固定された固定マスクと、前記
エネルギービーム軸に対して相対位置関係が可変である
可動マスクとから構成され、前記エネルギービームは、
前記固定マスクに開けられたビーム透過孔と、可動マス
クに開けられたビーム透過孔を通過したもののみが前記
被加工物に照射されるようにしてもよい。A plurality of the masks are arranged so as to overlap in the direction of the energy beam axis, and a relative positional relationship with respect to the energy beam axis is fixed to a fixed mask fixed on the energy beam axis. A movable mask that is variable, said energy beam comprising:
A beam transmission hole bored in the fixed mask, may be only those which have passed through the beam transmission hole bored in the movable mask is irradiated on the workpiece.
【0012】また、加工途中で前記いずれかのマスクを
交換するようにしてもよい。Further, during processing in may be replacing the one of the mask.
【0013】また、前記エネルギービーム源と前記被加
工物との相対回転運動もしくは、前記マスクと前記被加
工物との相対並進位置移動が、速度変化を伴う周期的運
動であることが好ましい。[0013] The relative rotational movement or of the workpiece and the energy beam source, the said mask relative translational position movement of the workpiece is preferably a cyclic motion with a speed change.
【0014】また、前記マスクと前記被加工物との相対
並進位置移動が、半径一定の、もしくは半径が可変の水
平円運動であるようにしてもよい。Further, the said mask relative translational position movement of the workpiece, the constant radius or radius may be located at a variable horizontal circular motion.
【0015】また、前記マスクと前記被加工物との相対
並進位置移動が、直線往復運動であるようにしてもよ
い。The relative translation between the mask and the workpiece may be a linear reciprocating motion .
No.
【0016】また、前記マスクと前記被加工物との相対
並進位置移動が、その軌道が四角形を描くものであるよ
うにしてもよい。The relative translational movement between the mask and the workpiece is such that the trajectory draws a square .
You may do it .
【0017】また、前記マスクのビーム透過孔形状もし
くは前記被加工物に加工された形状の最小寸法が0.1
nmから10nmであることが好ましい。The minimum size of the beam transmitting hole shape of the mask or the shape processed into the workpiece is 0.1.
It is preferably from 10 nm to 10 nm.
【0018】また、前記マスクのビーム透過孔形状もし
くは前記被加工物に加工された形状の最小寸法が10n
mから100nmであるようにしてもよい。The minimum size of the beam transmitting hole shape of the mask or the shape processed into the workpiece is 10n.
It may be there at 100nm from m.
【0019】また、前記マスクのビーム透過孔形状もし
くは前記被加工物に加工された形状の最小寸法が100
nmから10μmであるようにしてもよい。The minimum size of the beam transmitting hole shape of the mask or the shape processed into the workpiece is 100.
It may be from nm to 10 μm.
【0020】また、前記微細加工方法により製作した前
記被加工物を金型として、電鋳もしくは射出成形などの
転写技術により、前記被加工物と鏡像関係の転写物を製
作することができる。Further, the workpiece as a mold manufactured by the micromachining process, a transfer technique such as electroforming or injection molding, wherein the Ru can be fabricated transcripts workpiece and mirror image.
【0021】また、前記微細加工方法により製作した前
記転写物を金型として、更に電鋳もしくは射出成形など
の転写技術により、前記転写物と鏡像関係の転写物を製
作するようにしてもよい。Further, the transcripts produced by the micro-machining method as the mold, by a transfer technique such as further electroforming or injection molding may be produced transcripts of the transcript and the mirror image.
【0022】また、前記方法によって製作された被加工
物が、光学、又は波長選択効果を有するようにしてもよ
い。The workpiece manufactured by the above method may have an optical or wavelength selecting effect .
No.
【0023】また、前記方法によって製作された被加工
物が、量子効果素子、又はフィールドエミッタ素子とし
ての機能を有するようにしてもよい。Further, the workpiece fabricated by the method, it may have a function as a quantum effect devices or field emitter elements.
【0024】また、前記方法によって製作された被加工
物が、低摩擦表面を有し、又、コンダクタンスの軽減効
果を有し、接触機構、又は流体シール機構としての機能
を有するものであることができる。Further, the workpiece fabricated by the method has a low friction surface and has the effect of reducing the conductance, the contact mechanism, or it has a function as a fluid sealing mechanism I can .
【0025】本発明の微細加工装置は、エネルギービー
ムを発するエネルギービーム源と、1つ以上の同一もし
くは異種の所定形状パターンのビーム透過孔を配置し、
前記ビーム透過孔を介して前記エネルギービームを透過
させるマスクと、前記マスクを透過した前記エネルギー
ビームを照射されて加工される被加工物と、前記マスク
と前記被加工物との相対並進位置関係を周期的に可変す
る並進運動機構と、前記被加工物の特定領域を前記エネ
ルギービームの照射量に応じて加工する制御手段とを具
備したことを特徴とする。The micro-machining apparatus according to the present invention includes an energy beam source for emitting an energy beam and one or more beam transmitting holes having the same or different predetermined shape patterns.
A mask that transmits the energy beam through the beam transmission hole, a workpiece that is processed by being irradiated with the energy beam that has passed through the mask, and a relative translation positional relationship between the mask and the workpiece. It is characterized by comprising a translation mechanism that varies periodically, and control means for processing a specific area of the workpiece in accordance with the irradiation amount of the energy beam.
【0026】また、前記並進運動機構に代えて、又はと
共に、前記エネルギービームに対して前記マスクと被加
工物との相対角度関係を周期的に可変する回転機構を備
えることが好ましい。Further, the place of the translation mechanism, or together with, the energy beam the mask and Bei <br/> example Rukoto a rotating mechanism relative angular relationship periodically varying the workpiece against Is preferred .
【0027】また、前記被加工物の加工後の形状をあら
かじめ設定すると、ビームの照射時間、前記マスクの透
過孔形状、前記相対並進位置移動経路及び速度、前記相
対回転運動経路及び速度等を前記被加工物とシミュレー
ションにより解析できる支援装置を更に具備することが
好ましい。When the shape of the workpiece after processing is set in advance, the irradiation time of the beam, the shape of the transmission hole of the mask, the relative translational position movement path and speed, the relative rotational movement path and speed, and the like are determined. It is further provided with a support device that can be analyzed by the workpiece and simulation
Preferred .
【0028】また、前記並進位置移動機構に、粗動およ
び微細移動機構部があり、前記微細移動機構部には、圧
電素子(ピエゾ素子)もしくは、磁歪素子もしくは、熱
変形を利用した素子駆動機構を使用し、前記微細移動の
位置移動制御が、0.1nm〜10nm、もくしは10
nm〜100nm、もしくは100nm〜10μmの範
囲で可動であることが好ましい。The translation position movement mechanism includes a coarse movement mechanism and a fine movement mechanism. The fine movement mechanism includes a piezoelectric element (piezo element), a magnetostrictive element, or an element driving mechanism utilizing thermal deformation. And the position movement control of the fine movement is 0.1 nm to 10 nm,
It is preferable to be movable in the range of nm to 100 nm, or 100 nm to 10 μm.
【0029】また、前記並進位置移動機構の微細移動機
構部の移動方向を1自由度に拘束するガイド機構に、平
行平板構造もしくは片持ち梁構造の弾性ヒンジ、もしく
は予圧をかけた摺動ガイドを用いることもできる。Further, an elastic hinge having a parallel plate structure or a cantilever structure, or a slide guide to which a preload is applied is used as a guide mechanism for restricting the movement direction of the fine movement mechanism portion of the translation position movement mechanism to one degree of freedom. using Ru can also.
【0030】また、前記エネルギービーム源と前記マス
クと前記被加工物とは、光学顕微鏡又は走査型二次電子
顕微鏡(SEM)又はレーザ顕微鏡等の顕微鏡を用い、
真空中で位置合せさせる手段を備えることが好ましい。The energy beam source, the mask, and the workpiece are connected to each other using a microscope such as an optical microscope, a scanning secondary electron microscope (SEM), or a laser microscope.
Rukoto comprising means to align in a vacuum is preferred.
【0031】[0031]
【作用】本発明によれば、マスクに形成されたビーム透
過孔を透過させてエネルギービームを被加工物に照射
し、その際に、相対回転運動によりエネルギービーム源
とマスクとの相対角度関係、或いは、相対並進運動によ
りマスクと被加工物との相対並進位置関係を周期的に可
変にして、被加工物の特定領域をエネルギービームの照
射量に応じた深さ又は高さに加工する。例えば、エネル
ギービームとして直進性の高い高速原子線を用い被加工
物をエッチングする際に、円形の透過孔を有するマスク
と被加工物とを、エネルギービーム軸に対し垂直な平面
内で円軌道を描く相対並進運動をすることにより、微細
な円錐状の突状物、又は放物線状の曲面を有する円形の
穴等を任意に形成することができる。According to the present invention, the workpiece is irradiated with the energy beam through the beam transmitting hole formed in the mask, and at this time, the relative angular relationship between the energy beam source and the mask is obtained by the relative rotation. Alternatively, the relative translational positional relationship between the mask and the workpiece is periodically changed by the relative translation motion, and a specific region of the workpiece is processed to a depth or a height corresponding to the irradiation amount of the energy beam. For example, when etching a workpiece using a high-speed atomic beam having high linearity as an energy beam, a mask having a circular transmission hole and the workpiece are moved along a circular orbit in a plane perpendicular to the energy beam axis. By performing the described relative translational movement, a fine conical protrusion or a circular hole having a parabolic curved surface can be arbitrarily formed.
【0032】そして、nmオーダの相対並進位置移動を
行うことから、nmオーダの三次元的な曲面等の加工面
を任意に形成することができる。又、高速原子線等のエ
ネルギービームを用いて加工するので、各種の絶縁物、
難削性の金属等にも、微細な三次元的な加工を行うこと
ができる。更にマスクに多数の規則的に開けられた同一
形状のビーム透過孔を設けることにより、例えばnmオ
ーダのレンズを規則的に多数配列したホモジナイザ、レ
ンチキュラ等のマルチレンズを容易に作ることができ
る。更に又、本発明の微細加工方法で製作された被加工
物を金型として、プラスチックモールド等を行うことに
より、nmオーダの微細加工物を転写により大量生産す
ることができる。Since the relative translational position is moved on the order of nm, a processed surface such as a three-dimensional curved surface on the order of nm can be arbitrarily formed. In addition, since processing is performed using an energy beam such as a high-speed atomic beam, various insulators,
Fine three-dimensional processing can be performed on hard-to-cut metals and the like. Further, by providing a large number of regularly formed beam transmission holes of the same shape in the mask, a multi-lens such as a homogenizer or a lenticular having a large number of regularly arranged lenses on the order of nm can be easily manufactured. Furthermore, by performing plastic molding or the like using the workpiece manufactured by the microfabrication method of the present invention as a mold, it is possible to mass-produce a nanometer-order fine workpiece by transfer.
【0033】尚、最小寸法サイズが、0.1nm〜10
nmの被加工物は、量子効果素子に、10nm〜100
nmの被加工物は、X線用のレンズ等に、100nm〜
10μmの被加工物は可視光用のレンズ等にそれぞれ好
適である。The minimum size is 0.1 nm to 10 nm.
Workpieces with a thickness of 10 nm to 100 nm
Workpieces with a thickness of 100 nm to
A 10 μm workpiece is suitable for a visible light lens or the like.
【0034】更にまた、nmオーダの微細な溝等の加工
が、任意の曲面に行えることから、例えば光磁気ディス
クの読取り装置、或いは高精度軸受等の接触機構に微細
な溝を設けることにより、接触面間の距離を狭くしなが
ら、且つ低摩擦抵抗とすることができる。同様にラビリ
ンスシール等に用いることにより、低摩擦抵抗でありな
がら流体のコンダクタンスを低減したシール機構が提供
される。Further, since a fine groove or the like on the order of nm can be processed on an arbitrary curved surface, a fine groove is provided in a contact mechanism such as a magneto-optical disk reader or a high-precision bearing. It is possible to reduce the frictional resistance while reducing the distance between the contact surfaces. Similarly, the use of a labyrinth seal or the like provides a seal mechanism that has low frictional resistance and reduced fluid conductance.
【0035】[0035]
【実施例】以下、本発明の各実施例について、図1乃至
図41を参照して説明する。尚、各図中同一符号は同一
又は相当部分を示す。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
【0036】図1は、本発明の微細加工装置の一構造例
を示すもので、マスクと被加工物とを相対運動させるた
めの並進位置移動機構に圧電素子を、移動ガイド機構に
平行平板構造の弾性ヒンジを用いた例を示す。FIG. 1 shows an example of the structure of a microfabrication apparatus according to the present invention. A piezoelectric element is used as a translational position moving mechanism for making a mask and a workpiece relatively move, and a parallel plate structure is used as a moving guide mechanism. The following shows an example using the elastic hinge.
【0037】エネルギービーム源12、マスク13と被
加工物11とを搭載した試料ステージ26、及び試料ス
テージ26を搭載したゴニオステージ27,28とが図
示しない真空容器中に配置されている。エネルギービー
ム源12は、高速原子線、イオンビーム、電子線、レー
ザ光、放射線、X線、又はラジカルビーム等のエネルギ
ービーム14をマスク13に設けられた透過孔を介し
て、被加工物11に照射する。被加工物11は、エネル
ギービーム14の照射により、エッチング加工もしくは
気相成長加工が行われる。An energy beam source 12, a sample stage 26 on which the mask 13 and the workpiece 11 are mounted, and gonio stages 27 and 28 on which the sample stage 26 is mounted are arranged in a vacuum vessel (not shown). The energy beam source 12 applies an energy beam 14 such as a fast atom beam, an ion beam, an electron beam, a laser beam, a radiation, an X-ray, or a radical beam to the workpiece 11 through a transmission hole provided in the mask 13. Irradiate. The workpiece 11 is subjected to an etching process or a vapor phase growth process by irradiation with the energy beam 14.
【0038】マスク13は、圧電素子微細移動機構2
3,24によって駆動される。また、1つの圧電素子に
よる位置移動を、圧電素子の伸び・縮み方向だけに抑制
させるために、圧電素子の動きを平行平板構造を用いた
弾性ヒンジ機構25の動ける方向だけに拘束し、その動
きによって、マスクホルダに固定されたマスク13を駆
動している。このような構成の微細移動機構23,24
を直交2軸である水平面に配置してマスク13が水平方
向に並進運動することができるようにしている。The mask 13 is a piezoelectric element fine moving mechanism 2
Driven by 3, 24. In addition, in order to suppress the position movement by one piezoelectric element only in the direction of extension and contraction of the piezoelectric element, the movement of the piezoelectric element is restricted only in the direction in which the elastic hinge mechanism 25 using the parallel plate structure can be moved. Drives the mask 13 fixed to the mask holder. Fine moving mechanisms 23, 24 having such a configuration
Are arranged on a horizontal plane which is two orthogonal axes so that the mask 13 can translate in the horizontal direction.
【0039】又、圧電素子微細移動機構23,24をそ
れぞれ正弦波状及び余弦波状に駆動することにより、マ
スク13を例えば半径10nm程度の円運動をさせるこ
とができる。これにより、nmオーダの精度で並進位置
移動が行えるため、最小寸法がnmオーダの構造物が製
作でき、量子効果を伴う素子等の微小サイズのデバイス
を製作することができるようになる。By driving the piezoelectric element fine moving mechanisms 23 and 24 in a sine wave shape and a cosine wave shape, respectively, the mask 13 can be made to make a circular motion with a radius of, for example, about 10 nm. As a result, the translational position can be moved with a precision of the order of nm, so that a structure having a minimum dimension of the order of nm can be manufactured, and a device having a small size such as an element accompanied by a quantum effect can be manufactured.
【0040】尚、マスクの並進位置移動機構は、磁歪素
子もしくは熱変形を利用した素子駆動機構を用いてもよ
い。又、微細移動機構部の移動方向を1自由度に拘束す
るガイド機構に片持ち梁構造の弾性ヒンジ、もしくは予
圧をかけた擢動ガイドを用いてもよい。更にまた、この
ような微細移動機構で、被加工物又はエネルギービーム
源を駆動して、逆にマスクを固定するようにしてもよ
い。The mechanism for moving the translational position of the mask may be a magnetostrictive element or an element driving mechanism utilizing thermal deformation. Alternatively, a cantilevered elastic hinge or a pre-loaded guide may be used for the guide mechanism that restricts the movement direction of the fine movement mechanism to one degree of freedom. Furthermore, the workpiece or the energy beam source may be driven by such a fine moving mechanism to conversely fix the mask.
【0041】試料ステージ26は、α軸とβ軸の2軸の
ゴニオステージ27,28の上に固定されている。ゴニ
オステージ27,28はそのモータ30をセットするこ
とにより、試料ステージ26をα軸及びβ軸にそって任
意にエネルギービーム軸に対するマスク13及び被加工
物11の角度を変える運動を行うことができる。The sample stage 26 is fixed on gonio stages 27 and 28 having two axes of α axis and β axis. By setting the motors 30 of the gonio stages 27 and 28, the sample stage 26 can arbitrarily move the angle of the mask 13 and the workpiece 11 with respect to the energy beam axis along the α axis and the β axis. .
【0042】被加工物とマスクとの位置合せは、真空容
器中に配置された顕微鏡を用いて行なわれる。顕微鏡
は、光学顕微鏡、又は走査型二次電子顕微鏡(SE
M)、又はレーザ顕微鏡等が用いられる。位置合せ機構
は、粗動は通常の半導体製造装置等に用いられているス
テージ移動機構等が用いられる。The alignment between the workpiece and the mask is performed by using a microscope arranged in a vacuum vessel. The microscope is an optical microscope or a scanning secondary electron microscope (SE
M) or a laser microscope or the like is used. As the positioning mechanism, a stage moving mechanism or the like used in a normal semiconductor manufacturing apparatus or the like is used for coarse movement.
【0043】微細移動機構によるマスクの並進位置移動
の軌跡は、装置附属のシミュレーション装置によって算
定され、算定結果によって圧電素子駆動機構によりマス
クがX方向、Y方向に駆動される。装置附属の支援装置
は被加工物の加工曲面をあらかじめ設定すると、マスク
の透過孔形状、マスクの並進移動位置経路、ビームの必
要照射量等をシミュレーションにより解析する。The trajectory of the translational movement of the mask by the fine moving mechanism is calculated by a simulation device attached to the device, and the mask is driven in the X and Y directions by the piezoelectric element driving mechanism based on the calculation result. When a processing curved surface of a workpiece is set in advance, the supporting device attached to the device analyzes the shape of the transmission hole of the mask, the translational movement position path of the mask, the required irradiation amount of the beam, and the like by simulation.
【0044】エッチングは、例えば被加工物の材料が石
英ガラスである場合には、六弗化硅素(SF6 )の高速
原子線を照射することにより行われる。特に、高速原子
線は、電荷を含まないことから、大口径の直進性の高い
高密度のエネルギービームを形成するのが容易であり、
絶縁物の微細加工に最適である。被加工物としては、金
属、半導体、又は絶縁体の加工が可能であり、照射する
エネルギービームの種類に応じて、適当な原料ガスを組
み合わせて行うようにしてもよい。尚、エネルギービー
ムとしては、高速原子線、イオンビーム、電子線、レー
ザ、放射線、X線、又はラジカルビームが用いられる。
又、被加工物材料としては、シリコン、二酸化珪素など
の半導体材料、ガリウム砒素、アルミガリウム砒素、イ
ンジウムガリウム砒素などの量子素子材料、アルミ、ス
テンレス材などの構造材料、タングステン、チタン、タ
ングステンカーバイド、ボロンナイトライド、4窒化チ
タン、セラミックスなどの難削材料もしくは高硬度材
料、プラスチック、ポリイミド、ガラス、石英ガラス、
光学ガラス、ルビー、サファイア、フッ化マグネシュウ
ム、ジンクセレン、ジンクテルルなどの光学材料が用い
られる。The etching is performed, for example, by irradiating a high-speed atomic beam of silicon hexafluoride (SF 6 ) when the material to be processed is quartz glass. In particular, fast atom beams do not contain electric charges, so it is easy to form a large-diameter, highly straightforward, high-density energy beam,
Ideal for fine processing of insulators. The workpiece can be a metal, a semiconductor, or an insulator, and may be combined with an appropriate source gas depending on the type of the energy beam to be applied. As the energy beam, a high-speed atomic beam, an ion beam, an electron beam, a laser, a radiation, an X-ray, or a radical beam is used.
Examples of the workpiece material include semiconductor materials such as silicon and silicon dioxide, quantum element materials such as gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, and indium gallium arsenide, structural materials such as aluminum and stainless steel, tungsten, titanium, and tungsten carbide. Difficult-to-cut or hard materials such as boron nitride, titanium nitride, ceramics, plastic, polyimide, glass, quartz glass,
Optical materials such as optical glass, ruby, sapphire, magnesium fluoride, zinc selenium, and zinc tellurium are used.
【0045】図2に示す本発明の第1実施例の微細加工
方法は、金属材料やガラス材料からなる板状の被加工物
11の表面にエッチング加工を行い、多数のnmサイズ
の円錐状の針状突起物を形成する微細加工を行うもので
ある。エネルギービームは、エネルギービーム源12よ
り照射される均一密度のビームであり、直進性の高い高
速原子線が下方に照射される。被加工物11は、円形ス
ポット状に照射されるエネルギービームのスポット中心
を通るビーム軸に対し同軸上に配置され、固定されてい
る。また、エネルギービーム源12と被加工物11との
間には、被加工物に照射されるエネルギービームの透過
孔を周期的に可変制御するためのマスク13が介在して
おり、このマスクに形成した多数の、円形に開口するビ
ーム透過孔15が並進位置移動することにより、被加工
物の特定領域に対するビーム照射量の制御がなされる。In the microfabrication method according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2, the surface of a plate-shaped workpiece 11 made of a metal material or a glass material is etched to form a large number of nm-shaped cones. This is for performing fine processing for forming needle-like projections. The energy beam is a beam having a uniform density irradiated from the energy beam source 12, and a high-speed linear atom beam is irradiated downward. The workpiece 11 is disposed coaxially with a beam axis passing through the center of the spot of the energy beam irradiated in a circular spot shape, and is fixed. A mask 13 is interposed between the energy beam source 12 and the workpiece 11 for periodically variably controlling the transmission hole of the energy beam applied to the workpiece. By moving the large number of circular beam transmitting holes 15 which are circularly moved in translation, the beam irradiation amount to a specific region of the workpiece is controlled.
【0046】本実施例では、マスクは10μm厚のニッ
ケル箔であり、電鋳技術により透過孔がパターニングさ
れている。透過孔形状は、直径10μmの円形であり、
ピッチ25μmで格子状に配置されている。このマスク
を被加工物に対して平行に、且つ若干間隔をあけて水平
の等速円運動をさせる。この水平円運動の軌道半径は、
一例として6μmである。In this embodiment, the mask is a nickel foil having a thickness of 10 μm, and the transmission holes are patterned by an electroforming technique. The shape of the transmission hole is a circle having a diameter of 10 μm,
They are arranged in a grid at a pitch of 25 μm. This mask is made to perform a horizontal constant-velocity circular motion parallel to the workpiece and at a slight interval. The orbital radius of this horizontal circular motion is
An example is 6 μm.
【0047】図3(A)に示すマスク13のビーム透過
孔である円孔15の円の半径r0 よりも大きい半径r1
の点Cを中心とした円軌道を描く並進位置移動を行わせ
る。これにより、単位時間当たりのエネルギービームの
照射量が、場所により分布を生じる。図3(B)は、透
過孔15の円運動の軌跡を示す。並進円運動の中心点C
から少し離れた所で最も照射量が多く、それから径方向
に対して、距離が長くなるにしたがって、照射量が少な
くなる。中心点Cでは、全くビームは照射されない。被
加工物の加工深さは、ビーム照射量に比例する。よっ
て、被加工物11は、図3(C)に示したように、1つ
の透過孔15から中央部に細長い針状突起を有する凹部
16が形成される。マスク13には、透過孔15が多数
規則的に配列されているので、結果として、針状突起を
中心に備えた凹部が多数規則的に配列された被加工物1
1が得られる。A radius r 1 larger than the radius r 0 of the circle of the circular hole 15 which is the beam transmitting hole of the mask 13 shown in FIG.
Is performed to perform a translational position movement that draws a circular orbit around the point C. Thereby, the irradiation amount of the energy beam per unit time is distributed in some places. FIG. 3B shows the trajectory of the circular motion of the transmission hole 15. Center point C of translation circular motion
The irradiation amount is the largest at a position slightly away from, and the irradiation amount decreases as the distance increases in the radial direction. At the center point C, no beam is irradiated. The processing depth of the workpiece is proportional to the beam irradiation amount. Therefore, as shown in FIG. 3 (C), the workpiece 11 is formed with a recess 16 having an elongated needle-like projection at the center from one transmission hole 15. Since a large number of transmission holes 15 are regularly arranged in the mask 13, as a result, the workpiece 1 in which a large number of recesses each having a needle-shaped projection as a center are regularly arranged.
1 is obtained.
【0048】更に、図3(C)に示す構造を等方性エッ
チングすることにより、針状突起の高さを低減し、且つ
針状突起の周囲に放物線状の面を有する凹面鏡を製作す
ることができる。図4(A)に示す中央部分に針状突起
を有する凹部16を等方性エッチングすることにより、
図4(B)に示すような針状突起の高さを低減した形状
にすることができる。つまり、突起の高さをエッチング
時間に応じて任意に変えることができる。この凹部形状
を二次曲面、即ち放物線の包絡線曲面に近似し、その焦
点と突起の先端とが一致するように等方性エッチングを
行う。更に等方性エッチングを進めることにより、図4
(C)に示すように、突起のない放物線曲面に近似した
凹面鏡を形成することもできる。Further, the height of the needle-like projection is reduced by isotropically etching the structure shown in FIG. 3C, and a concave mirror having a parabolic surface around the needle-like projection is manufactured. Can be. By performing isotropic etching on the concave portion 16 having a needle-like protrusion in the central portion shown in FIG.
A shape in which the height of the needle-like projection is reduced as shown in FIG. That is, the height of the protrusion can be arbitrarily changed according to the etching time. This concave shape is approximated to a quadratic curved surface, that is, a parabolic envelope curved surface, and isotropic etching is performed so that the focal point and the tip of the projection coincide. By further promoting the isotropic etching, FIG.
As shown in (C), a concave mirror approximating a parabolic curved surface without protrusions can also be formed.
【0049】なお、図4(D)に示すように、突起の高
さを凹面鏡の焦点部分に合わせることにより、この素子
の裏側に光源を置くと、微小突起は導波路として働き、
光は微小突起の先端から四方八方に放射され、この光は
放物曲面で反射し、指向性を有する光として放射され
る。この素子により、ELなどの面発光光源からのラン
ダムな方向の放射光を、指向性を有する光に変換するこ
とができる。By setting the height of the projection to the focal point of the concave mirror as shown in FIG. 4D and placing a light source on the back side of this element, the minute projection functions as a waveguide.
Light is radiated in all directions from the tip of the microprojection, and this light is reflected by a parabolic curved surface and is radiated as light having directivity. With this element, light emitted in a random direction from a surface emitting light source such as an EL can be converted into light having directivity.
【0050】また、前記第1実施例では、マスクの並進
運動の円軌道半径を一定にしたが、マスクの円軌道半径
を加工時間とともに変えていくこともできる。図5に示
す第2実施例の微細加工方法において、マスク13と被
加工物11とをエネルギービームの軸上に固定していた
ならば、被加工物11には、マスクの透過孔15の形状
と同じ形状を持つ真っ直ぐな断面形状を有する円形の穴
が開くはずである。また、マスクと被加工物とをある半
径の並進円運動をさせたならば、被加工物は、マスクの
透過孔が描く外周の包落線形状の半径を有する穴が開け
られる。マスク透過孔15の形状が円形であるから、そ
のマスク透過孔の円よりも大きな半径の円形に穴が開く
ことになる。例えば、マスク透過孔の形状が直径10μ
mの円であるとすれば、マスクを固定したままであると
被加工物には直径10μmの穴が形成される。マスクの
穴の中心から6μmだけ偏心させた位置を中心として等
速円運動をさせると、直径22μmのドーナツ状の穴が
形成される。そこで、マスクの透過孔の描く並進円運動
の公転半径を最初、ある値にしておいて、エッチング加
工の進行とともに、徐々に小さくしていくことにより、
図6のような放物線状の断面形状の開孔16を有する被
加工物11を製作することができる。In the first embodiment, the radius of the circular orbit of the translational motion of the mask is fixed. However, the radius of the circular orbit of the mask can be changed with the processing time. In the micromachining method of the second embodiment shown in FIG. 5, if the mask 13 and the workpiece 11 are fixed on the axis of the energy beam, the workpiece 11 has the shape of the transmission hole 15 of the mask. A circular hole with a straight cross-sectional shape with the same shape as should open. Further, if the mask and the workpiece are caused to perform a translational circular motion of a certain radius, the workpiece is formed with a hole having a radius of an envelope shape drawn by the transmission hole of the mask. Since the shape of the mask transmission hole 15 is circular, the hole is opened in a circle having a radius larger than the circle of the mask transmission hole. For example, the shape of the mask transmission hole is 10 μm in diameter.
Assuming a circle of m, a hole having a diameter of 10 μm is formed in the workpiece while the mask is kept fixed. When a circular motion is made at a constant velocity around a position eccentric by 6 μm from the center of the hole of the mask, a donut-shaped hole having a diameter of 22 μm is formed. Therefore, by setting the orbital radius of the translational circular motion drawn by the transmission hole of the mask to a certain value at first, and gradually decreasing it with the progress of the etching process,
The workpiece 11 having the opening 16 having a parabolic cross section as shown in FIG. 6 can be manufactured.
【0051】図7は本発明の第3実施例の微細加工方法
を示し、凹レンズ形状に加工する例についてのものであ
る。図8(A)に示すように、マスクの水平円運動の軌
道半径r1 を透過孔15の円の半径r0 と比較して小さ
くする。そして、並進円運動の中心位置をマスクの透過
孔の中心位置から比較的近接した位置に置く。そして、
並進円運動の半径r1 を徐々に小さくしながらエッチン
グ加工を行うことにより、図8(B)に示すような凹レ
ンズ形状を製作することができる。FIG. 7 shows a fine processing method according to a third embodiment of the present invention, which is an example of processing into a concave lens shape. As shown in FIG. 8A, the orbit radius r 1 of the horizontal circular motion of the mask is made smaller than the radius r 0 of the circle of the transmission hole 15. Then, the center position of the translational circular motion is located at a position relatively close to the center position of the transmission hole of the mask. And
By performing gradually reduced while etching the radius r 1 of the translational circular motion, it is possible to manufacture a concave lens shape as shown in FIG. 8 (B).
【0052】この被加工物は、マルチ反射形レンズアレ
イとして機能する。マスクの透過孔15のサイズをnm
オーダとすることにより、nmオーダの直径を有するマ
ルチ反射レンズアレイを製作することができる。尚、n
mオーダの開口を有するマスクは、平面的な加工である
ので、フォトリングラフィ技術、或いは集束イオンビー
ムを用いた加工技術等により製作が可能である。このレ
ンズの寸法を光の波長より小さくすれば、それ以上の波
長は、散乱され、波長選択性を持つようになる。尚、波
長選択性は、半球状の凸レンズが格子状に多数配列され
たマイクロ凸レンズアレイにおいて、1個のレンズの直
径がその波長以下であるとそれ以上の長波長の光は散乱
されることによって生じるものである。例えば500n
mの直径の凸レンズが多数配列されたマイクロ凸レンズ
アレイにおいては、青色以下の光のみを透過させること
になる。This workpiece functions as a multi-reflection lens array. The size of the transmission hole 15 of the mask is set to nm
By setting the order, a multi-reflection lens array having a diameter on the order of nm can be manufactured. Note that n
Since a mask having an opening of the order of m is planar processing, it can be manufactured by a photolithography technique, a processing technique using a focused ion beam, or the like. If the size of the lens is made smaller than the wavelength of light, wavelengths beyond that will be scattered and become wavelength selective. The wavelength selectivity is determined by the fact that in a micro-convex lens array in which a large number of hemispherical convex lenses are arranged in a lattice, if the diameter of one lens is smaller than that wavelength, light of longer wavelength is scattered. Is what happens. For example, 500n
In a micro convex lens array in which a large number of convex lenses having a diameter of m are arranged, only light of blue or less is transmitted.
【0053】図9は、本発明の第4実施例の微細加工方
法を示し、マスクの水平円運動の軌道半径が、マスクの
透過孔15の半径よりも十分に大きくした場合である。
例えば、本実施例の場合、マスク15の透過孔の円の半
径が5μm、水平円運動の最大軌道半径が50μmであ
る。この場合は、ちょうど筆で絵を描くようにマスク透
過孔を通過したエネルギービームが、被加工物を同心円
上にリング状にエッチング加工していく。マスクの水平
並進円軌道の軌道半径を、徐々に連続的に変化させ、し
かもその半径の変化速度を変えることにより、被加工物
のエッチング加工深さを、その半径でのビーム照射量に
応じて連続的に変化させることができる。FIG. 9 shows a fine processing method according to a fourth embodiment of the present invention, in which the orbital radius of the horizontal circular motion of the mask is made sufficiently larger than the radius of the transmission hole 15 of the mask.
For example, in the case of this embodiment, the radius of the circle of the transmission hole of the mask 15 is 5 μm, and the maximum orbit radius of the horizontal circular motion is 50 μm. In this case, the energy beam that has passed through the mask transmission hole just like drawing with a brush is used to etch the workpiece in a concentric ring shape. By gradually changing the orbit radius of the horizontal translation circular orbit of the mask and changing the changing speed of the radius, the etching depth of the workpiece can be changed according to the beam irradiation amount at that radius. It can be changed continuously.
【0054】マスク13には、図9に示すように、一定
間隔をおいて、微細な円形状をしたビーム透過孔15が
比較的間隔を離して並べてある。マスク13が、ある固
定された半径をもつ並進円運動をすると、被加工物11
は、前述した各実施例に示すように加工される。よっ
て、図10に示すようにマスクの描く並進円運動の軌道
半径を徐々に連続的に変化させ、しかも、その半径の変
化速度を変えることにより、被加工物の加工深さを連続
的に変えることが出来る。マスク13の並進円運動の軌
道半径と速度とを、適当に制御することにより、たとえ
ば、図11のような断面形状16を作ることもできる。
これは、フレネルレンズで、光の集光作用がある。この
ようにして、図9に示す微細加工方法において、マスク
13には、多数の透過孔15が規則的に配列されている
ことから、図11に示す縦断面形状を持つマルチフレネ
ルレンズアレイを有する被加工物11が得られる。As shown in FIG. 9, fine circular beam transmitting holes 15 are arranged at relatively regular intervals in the mask 13 at regular intervals. When the mask 13 makes a translational circular motion having a fixed radius, the workpiece 11
Is processed as shown in the above-described embodiments. Therefore, as shown in FIG. 10, the orbital radius of the translational circular motion drawn by the mask is gradually and continuously changed, and further, the processing depth of the workpiece is continuously changed by changing the changing speed of the radius. I can do it. By appropriately controlling the orbital radius and speed of the translational circular motion of the mask 13, for example, a cross-sectional shape 16 as shown in FIG. 11 can be produced.
This is a Fresnel lens, which has the function of condensing light. In this way, in the microfabrication method shown in FIG. 9, the mask 13 has a multi-Fresnel lens array having a longitudinal sectional shape shown in FIG. The workpiece 11 is obtained.
【0055】図12に示す本発明の第5実施例では、並
進位置移動可能な可動マスク13B,13Cと共に、被
加工物と共にビーム軸上に固定された固定マスク13A
を設けている。この装置によれば、前記各実施例に示す
ような加工において、可動マスク13B,13Cの透過
孔15を通過したエネルギービームは、さらに、固定マ
スク13Aの透過孔15Aも通過しなければならない。
よって、可動マスク13B,Cを前記各実施例と同様に
動かしながら、加工を行うと、被加工物に加工されるレ
ンズの外径は、固定マスク13Aの円孔15Aの大きさ
と同じとなり、レンズのエッジは、シャープになる。こ
れにより、一例として図14に示す縦断面形状を有する
マルチ凸レンズアレイが得られる。In the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 12, a fixed mask 13A fixed on a beam axis together with a workpiece together with movable masks 13B and 13C movable in translational position.
Is provided. According to this apparatus, the energy beam that has passed through the transmission holes 15 of the movable masks 13B and 13C must also pass through the transmission holes 15A of the fixed mask 13A in the processing as described in the above embodiments.
Therefore, when processing is performed while moving the movable masks 13B and 13C in the same manner as in the above-described embodiments, the outer diameter of the lens to be processed into the workpiece becomes the same as the size of the circular hole 15A of the fixed mask 13A, and Edge becomes sharp. Thereby, as an example, a multi-convex lens array having a vertical cross-sectional shape shown in FIG. 14 is obtained.
【0056】この実施例はマイクロ凸レンズアレイを製
作するためのものである。エネルギービーム源12はレ
ーザである。マスクは固定マスク1枚13A、可動マス
ク2枚13B,13Cで構成されている。このマスク
は、石英ガラス板にクロムをパターン蒸着したものであ
る。1枚目のマスク13Aは、円形の透過孔(直径10
μm)がピッチ20μmで格子状に配置されている。逆
に2枚目のマスク13B、3枚目のマスク13Cは、図
13(A)に示すように直径10μmの円形のクロム状
着でできた遮蔽部がピッチ20μmで格子状に配置され
ている。つまり、マスク13B,13Cにおいては円形
以外の所はレーザビームが通過できる。この3枚のマス
クのうち、1枚目のマスク13Aは固定されているが、
マスク13B,13Cは、図13(B)に示すように位
相が180°ずれた水平円運動を行う。これにより、マ
スク13B,13Cの遮蔽部15B,15Cとマスク1
3Aの透過部15Aによって形成される銀杏の葉状の部
分Yが並進円運動により図示するように回転する。従っ
て図14(A)に示すような凸レンズ形状に加工するこ
とができる。This embodiment is for manufacturing a micro convex lens array. The energy beam source 12 is a laser. The mask is composed of one fixed mask 13A and two movable masks 13B and 13C. This mask is obtained by pattern-depositing chromium on a quartz glass plate. The first mask 13A has a circular transmission hole (diameter of 10).
μm) are arranged in a grid at a pitch of 20 μm. Conversely, in the second mask 13B and the third mask 13C, as shown in FIG. 13 (A), shielding portions made of circular chrome-like clothes having a diameter of 10 μm are arranged in a grid at a pitch of 20 μm. . That is, laser beams can pass through portions of the masks 13B and 13C other than the circular shape. Of these three masks, the first mask 13A is fixed,
As shown in FIG. 13B, the masks 13B and 13C perform a horizontal circular motion with a phase shift of 180 °. Thereby, the shielding portions 15B and 15C of the masks 13B and 13C and the mask 1
The ginkgo leaf-shaped portion Y formed by the transmission portion 15A of 3A rotates as shown in the figure by the translation circular motion. Therefore, it can be processed into a convex lens shape as shown in FIG.
【0057】図15は本発明の第6実施例を示すもの
で、加工途中の一連の操作の中で、途中で、マスク形状
が異なるものに交換する場合を示す。すなわち、前記実
施例の要領で製作された図15(A)に示す凸レンズに
対し、その加工が終了した時点で、マスクを(B)に示
すものに交換する。そのマスクの形状は、(A)に示す
凸レンズ形成に使用した固定マスクの透過孔21と直径
の異なる円孔を有している。この凸レンズ(A)の直径
よりも小さい円孔を持つマスク(B)を用いてエネルギ
ービームを照射することにより、その(B)のマスクの
円孔が開いた部分だけが加工され、(C)に示す断面形
状になる。さらに同様の加工を繰り返すことにより、
(D)に示すマスクを用いて(E)に示す形状のレンズ
が製作できる。この方法によれば、きわめて精度のよい
フレネルレンズが製作できる。FIG. 15 shows a sixth embodiment of the present invention, in which a series of operations during machining are replaced with a mask having a different mask shape in the middle. That is, when the processing of the convex lens shown in FIG. 15A manufactured in the manner of the above embodiment is completed, the mask is replaced with the one shown in FIG. 15B. The mask has a circular hole having a diameter different from that of the transmission hole 21 of the fixed mask used for forming the convex lens shown in FIG. By irradiating an energy beam using a mask (B) having a circular hole smaller than the diameter of the convex lens (A), only the portion of the mask (B) where the circular hole is opened is processed, and (C) The sectional shape shown in FIG. By repeating the same processing,
Using the mask shown in (D), a lens having the shape shown in (E) can be manufactured. According to this method, an extremely accurate Fresnel lens can be manufactured.
【0058】図16は本発明の第7実施例を示す。本実
施例は3枚のマスクを用い、マスク13Aを固定し、マ
スク13B,13Cを並進位置移動させることは前述の
実施例と同様である。本実施例は、エネルギービーム源
12として、高速原子線を用いた場合である。本実施例
においてはビーム透過孔が貫通部になった金属箔マスク
13A,13B,13Cを用いている。固定したマスク
13Aは、円形の透過孔15Aを有する。2枚目及び3
枚目のマスク13B,13Cはそれぞれ図17に示すよ
うな鉄アレイ状の遮蔽部15B,15Cが形成されてい
る。本実施例においてもマスク13Bと13Cの遮蔽部
15B,15Cと、マスク13Aの貫通孔15Aとによ
って形成される銀杏の葉部分Yがマスク13B,13C
の並進円運動により回転して、図18に示すような凸レ
ンズアレイが形成される。本実施例においては、銀杏の
葉状の部分Yを、半周させた後で、マスク13B,13
Cを鉄アレイの長さ部分Aだけ移動させて、下側の鉄ア
レイ状の遮蔽部分15B,15Cと透過孔15Aによっ
て形成される銀杏の葉部分Yを半周させる。即ち、図1
6の矢印で示すような半周の円運動と直線運動とを組み
合わせた運動を行う。そしてこの運動を高速原子線を被
加工物11に照射しながら繰返し行う。このようにマス
ク13B,13Cの運動はやや複雑になるが、高精度に
加工できる。FIG. 16 shows a seventh embodiment of the present invention. In this embodiment, three masks are used, the mask 13A is fixed, and the masks 13B and 13C are translated in the same manner as in the previous embodiment. In this embodiment, a high-speed atomic beam is used as the energy beam source 12. In this embodiment, the metal foil masks 13A, 13B, and 13C having the beam transmitting holes as the penetrating portions are used. The fixed mask 13A has a circular transmission hole 15A. 2nd and 3rd
The first masks 13B and 13C are provided with iron array-shaped shielding portions 15B and 15C as shown in FIG. 17, respectively. Also in this embodiment, the ginkgo leaves Y formed by the shielding portions 15B and 15C of the masks 13B and 13C and the through holes 15A of the mask 13A are formed by the masks 13B and 13C.
The convex lens array as shown in FIG. 18 is formed. In this embodiment, the masks 13B and 13B
By moving C by the length A of the iron array, the ginkgo leaf portion Y formed by the lower iron array-shaped shielding portions 15B and 15C and the transmission hole 15A is made to make a half turn. That is, FIG.
The exercise | movement which combined the circular motion of half circumference, and the linear motion shown by the arrow of 6 is performed. This movement is repeated while irradiating the workpiece 11 with a high-speed atomic beam. As described above, the movement of the masks 13B and 13C is slightly complicated, but can be processed with high precision.
【0059】図19は、本発明の第8実施例を示す。本
発明は、マスクを直線的に並進位置移動させる例につい
てのものである。図19において、マスク13は、一定
間隔をおいて開けられた微細なスリット状のビーム透過
孔15を有している。一例として、スリットの寸法は1
0nmx100nmで、間隔は10nmである。エネル
ギービーム源12から照射されたエネルギービームは、
このビーム透過孔15を通過して被加工物11に照射さ
れる。マスク13を圧電素子などにより、例えば10n
m間隔で、一定時間ごとにステップ送りする。この移動
量xと時間tとの関係を図20(A)に示す。また、こ
の一定時間におけるエネルギービームエッチング量を1
0nmとなるようにビーム量等を適当に制御することに
より、図20に示す断面形状を有するピッチ2aの微細
構造が製作される。FIG. 19 shows an eighth embodiment of the present invention. The present invention relates to an example in which a mask is moved in a translational position linearly. In FIG. 19, the mask 13 has fine slit-shaped beam transmitting holes 15 opened at regular intervals. As an example, the size of the slit is 1
It is 0 nm × 100 nm and the interval is 10 nm. The energy beam emitted from the energy beam source 12 is
The workpiece 11 is irradiated through the beam transmission hole 15. The mask 13 is made of, for example, 10 n
Stepping is performed at regular intervals at m intervals. FIG. 20A shows the relationship between the movement amount x and the time t. In addition, the energy beam etching amount during this fixed time is 1
By appropriately controlling the beam amount or the like so as to be 0 nm, a fine structure with a pitch 2a having a sectional shape shown in FIG. 20 is manufactured.
【0060】この構造は、光を透過する材料で製作する
ことにより、正弦波状回折格子として機能する。例え
ば、CCDビデオカメラにおいて、CCD(団体撮像素
子)の前面に配置することにより空間周波数の高い像に
よる似信号を除去するローパス・フィルタとして利用す
ることができる。This structure functions as a sinusoidal diffraction grating by being made of a material that transmits light. For example, in a CCD video camera, by arranging it in front of a CCD (group imaging device), it can be used as a low-pass filter for removing a similar signal due to an image having a high spatial frequency.
【0061】同様なスリットを有するマスク13を用い
て、図21に示す時間軸上で正弦波状に直線運動を行う
と、図22に示す尖った先端部を有する周期構造物が得
られる。この結果製作された10nmピッチの階段状構
造は、電子の波動よりも小さいため、電子は、階段一段
の段上に閉じこめられ、他のステップには移動すること
ができない。この効果により、量子効果素子として機能
させることができる。When a linear motion is performed in a sinusoidal manner on the time axis shown in FIG. 21 using the mask 13 having a similar slit, a periodic structure having a sharp tip shown in FIG. 22 is obtained. The resulting 10 nm pitch step-like structure is smaller than the wave of the electrons, so that the electrons are trapped on one of the steps and cannot move to another step. With this effect, it can function as a quantum effect element.
【0062】また、同様なスリットを有するマスク13
を用いて、図23に示す時間軸上で直線的に並進位置移
動を行うと、図24に示す台形の断面形状が得られる。
このピッチを光の波長程度とすることにより、台形の回
折格子が得られ、たとえば入射レーザ光の高次の回折光
を遮断することができる。従って、例えばCDプレーヤ
用のレーザビームピックアップ前面に置くことにより、
高次回折光除去フィルタ等に利用できる。A mask 13 having a similar slit
When the translational position movement is performed linearly on the time axis shown in FIG. 23 using, the trapezoidal cross-sectional shape shown in FIG. 24 is obtained.
By setting the pitch to about the wavelength of light, a trapezoidal diffraction grating can be obtained, for example, high-order diffracted light of incident laser light can be blocked. Therefore, for example, by placing it in front of a laser beam pickup for a CD player,
It can be used for high-order diffracted light removal filters and the like.
【0063】図25乃至図27は、本発明の第10実施
例を示すもので、本実施例においても、マスクと被加工
物との相対並進位置移動が直線的に、且つ可変速度で行
なわれる。すなわち、マスク13は、図25に示すよう
にビーム透過孔15を有している。このマスク13は、
その直線状の透過孔と垂直な水平方向(矢印方向)に並
進直線運動を行う。このとき等速で並進位置移動を行う
と、図26に示すような蒲鉾状の曲面が形成される。更
に、この直線運動の速度が、徐々に加速し、再び徐々に
減速をして、停止し、今度は、逆方向に、同様の動作を
行う正弦波状の移動を周期的に繰り返す。このような動
きをすることによって、被加工物に当たる単位時間あた
りのビーム照射量に空間的な正弦波状の分布が発生し、
図27に示す長方形状の底辺を有する凸レンズ形状に加
工される。FIGS. 25 to 27 show a tenth embodiment of the present invention. Also in this embodiment, the relative translation between the mask and the workpiece is moved linearly and at a variable speed. . That is, the mask 13 has the beam transmission holes 15 as shown in FIG. This mask 13
A translational linear motion is performed in the horizontal direction (the direction of the arrow) perpendicular to the linear transmission hole. At this time, when the translational position is moved at a constant speed, a curved surface in a semicylindrical shape as shown in FIG. 26 is formed. Further, the speed of this linear motion gradually accelerates, gradually decelerates again, stops, and then periodically repeats a sinusoidal movement in the opposite direction, which performs the same operation. By performing such a movement, a spatial sinusoidal distribution is generated in the beam irradiation amount per unit time hitting the workpiece,
It is processed into a convex lens shape having a rectangular base shown in FIG.
【0064】図26に示す構造は、透明な材料を用いる
ことにより、マルチシリンドリカルレンズとして機能す
る。このレンズは、入射光を直線状に絞ることができる
ことから、レンチキュラとして用いるのに好適であり、
例えば高速駒撮り写真の回転鏡に代えて利用できる。The structure shown in FIG. 26 functions as a multi-cylindrical lens by using a transparent material. This lens is suitable for use as a lenticular because it can squeeze incident light in a straight line,
For example, it can be used in place of a rotating mirror for high-speed frame photography.
【0065】尚、図26に示す蒲鉾形状に加工した後
に、この後、マスクを90°回転し、等速の直線並進運
動を行うことにより、同様に図34のような球面レンズ
が製作できる。この平面上に多数並んだnmオーダの超
微小レンズ列は、次のような機能を持つ。即ち、入射レ
ーザ光線を均一に分散させ、その後レンズによって再び
平行レーザ光線にするホモジナイザーとしての機能を有
する。従来のホモジナイザーよりも、微小なレンズを多
数配列できるため、ビーム強度の均一化性能は著しく向
上する。Incidentally, after processing into the semi-cylindrical shape shown in FIG. 26, the mask is then rotated by 90 ° and linear translation is performed at a constant speed, whereby a spherical lens as shown in FIG. 34 can be produced. The array of ultra-fine lenses of nm order arranged on this plane has the following functions. That is, it has a function as a homogenizer in which an incident laser beam is uniformly dispersed and then converted into a parallel laser beam again by a lens. Since a greater number of minute lenses can be arranged than a conventional homogenizer, the uniformity of the beam intensity is significantly improved.
【0066】図28は本発明の第11実施例を示す。本
実施例においてはマスク13の円形の透過孔15を市松
模様に配置したものである。マスク13を等速で直線的
な並進位置移動を行うことにより、断面形状が図29に
示す形状にエッチング加工を行うことができる。このよ
うに円弧状の凹部を連続的に形成するには、マスク13
に円形の透過孔を連続的に直線状に並べて配置しても良
いが、本実施例のように市松模様に配置することによ
り、マスクを容易に製作することができる。特に、溝部
分のピッチがnmオーダと微細である場合には、マスク
13に透過孔15を直線的に配置するよりもはるかに容
易に微細な縦長凹レンズ列を形成することができる。FIG. 28 shows an eleventh embodiment of the present invention. In this embodiment, the circular transmission holes 15 of the mask 13 are arranged in a checkered pattern. By performing a linear translational movement of the mask 13 at a constant speed, it is possible to perform an etching process with a sectional shape shown in FIG. In order to continuously form the arc-shaped concave portions in this manner, the mask 13 is used.
Although circular transmission holes may be continuously arranged in a straight line, masks can be easily manufactured by arranging them in a checkered pattern as in this embodiment. In particular, when the pitch of the groove portions is fine on the order of nm, it is possible to form a fine vertically long concave lens array much more easily than arranging the transmission holes 15 in the mask 13 linearly.
【0067】図30は、本発明の第12実施例を示し、
マスク13に円形の透過孔15を市松模様状にマトリク
ス的に配置したものである。このマスク13を、図31
に示すように、その運動が四角形状を描くように等速で
直線状の並進位置移動を行うことにより、図32に示す
ような微細球面凹レンズアレイが得られる。FIG. 30 shows a twelfth embodiment of the present invention.
The mask 13 has circular transmission holes 15 arranged in a checkered pattern in a matrix. This mask 13 is
As shown in Fig. 32, by performing linear translational movement at a constant speed so that the movement draws a square shape, a fine spherical concave lens array as shown in Fig. 32 is obtained.
【0068】図33は、マイクロ球面凸レンズアレイを
形成するためのマスクである。これは、前述の実施例と
は反対に、円形部分が遮蔽部となり、その遮蔽部間に十
字状の透過孔15が形成されている。透過孔部分15は
平面上に格子状に多数配列されている。そして、このマ
スク13を図31に示すのと同様な四角形状の軌跡を描
くように等速直線位置移動することにより、図34に示
すようなマイクロ球面凸レンズアレイが得られる。この
凸レンズアレイは、ピッチが光の波長程度に製作するこ
とにより、Gaussian分布のレーザ光を強度が均一な分布
を有するレーザ光に変換するホモジナイザ等の用途に好
適である。FIG. 33 shows a mask for forming a microspherical convex lens array. In contrast to the above-described embodiment, a circular portion serves as a shielding portion, and a cross-shaped transmission hole 15 is formed between the shielding portions. A large number of transmission hole portions 15 are arranged in a grid on a plane. Then, the mask 13 is moved at a constant velocity linear position so as to draw a square locus similar to that shown in FIG. 31 to obtain a microspherical convex lens array as shown in FIG. This convex lens array is suitable for applications such as a homogenizer that converts a laser beam having a Gaussian distribution into a laser beam having a uniform intensity by manufacturing the pitch to be about the wavelength of light.
【0069】図35は、本発明の第13実施例であり、
マスクと被加工物とは図1に示すように若干の隙間を保
ち、平行に試料台に固定されている。一方、エネルギー
ビーム源12は固定されているが、試料台に搭載された
マスク13及び被加工物11をゴニオステージ27,2
8により円弧の矢印方向に揺動(回転)運動させるもの
である。これにより図36に示すような皿形の形状を有
するマイクロ凹レンズアレイが製作できる。なお、ここ
で揺動運動はα軸まわりに揺動する揺動運動からはじま
り、その揺動軸を徐々にエネルギービーム軸の回りに回
転させていくものである。これらのゴニオステージの運
動は、コンピュータ制御のゴニオステージ駆動装置によ
り容易に行うことができる。FIG. 35 shows a thirteenth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the mask and the workpiece are slightly fixed and fixed to the sample table in parallel. On the other hand, although the energy beam source 12 is fixed, the mask 13 and the workpiece 11 mounted on the sample stage are moved to the gonio stages 27 and 2.
By means of 8, a swinging (rotating) movement is made in the direction of the arrow of the arc. Thereby, a micro concave lens array having a dish shape as shown in FIG. 36 can be manufactured. Here, the oscillating motion starts with the oscillating motion oscillating around the α axis, and the oscillating axis is gradually rotated around the energy beam axis. The movement of these goniometers can be easily performed by a computer-controlled goniometer drive.
【0070】図37は本発明の第14実施例を示す。本
実施例ではゴニオステージ27,28により試料ステー
ジをエネルギービーム軸に対してα軸及びβ軸を同周期
で、時間軸上で正弦波と余弦波の関係で揺動(回転)す
る。試料台の面は、一定の角度だけ傾いて、あたかもビ
ーム軸を中心としてその回りに回転するように見える。
マスクの中心部分を回転中心とした図33の矢印方向の
マスク及び試料面の回転運動により図38に示すような
マイクロ微小突起アレイが製作できる。この素子に電極
を作り込めばマルチフィールドエミッタアレイとして機
能する。FIG. 37 shows a fourteenth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the sample stage is rocked (rotated) by the gonio stages 27 and 28 in the same cycle of the α axis and the β axis with respect to the energy beam axis, and on the time axis in a relationship of a sine wave and a cosine wave. The surface of the sample stage is tilted by a certain angle, and appears to rotate around the beam axis.
A microscopic microprojection array as shown in FIG. 38 can be manufactured by rotating the mask in the direction of the arrow in FIG. 33 and the sample surface around the center of the mask as the center of rotation. If electrodes are formed in this element, it functions as a multi-field emitter array.
【0071】図39は、本発明の第16実施例を示す。
本実施例においては、前述と同様にゴニオステージによ
り試料台の面をエネルギービーム軸に対して傾けて、ゴ
ニオステージにより試料台の面を白い矢印で示すように
見かけ上の回転運動を行う。これと同時に、黒い矢印で
示すように直線並進運動を行う。これにより図36に示
すように被加工物13の上面と下面が開いた曲面状の開
口が得られる。これは光ファイバを接続するフェルール
として用いることができる。このフェルールは高精度で
しかも先が太いので光ファイバを容易に挿入することが
できる。FIG. 39 shows a sixteenth embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the surface of the sample stage is tilted with respect to the energy beam axis by the gonio stage in the same manner as described above, and the surface of the sample stage is apparently rotated by the gonio stage as shown by white arrows. At the same time, a linear translational motion is performed as indicated by the black arrow. As a result, a curved opening in which the upper surface and the lower surface of the workpiece 13 are open as shown in FIG. 36 is obtained. This can be used as a ferrule for connecting optical fibers. Since this ferrule has high precision and a thick tip, an optical fiber can be easily inserted.
【0072】前記各実施例は、すべて出来上がる完成品
は、直接、エネルギービームで前述した材料を加工した
ものであった。しかし、被加工物によっては、加工に時
間やコストがかかりすぎる、または、歩留りが悪い、ま
たは、機能を果たす材料がエッチングできない、また
は、作りたい形状と鏡像関係の形状は、容易に製作でき
るが、直接は作れない。などの問題が生じる場合があ
る。そこで、一旦、エネルギービームにより加工した加
工物を金型として転写により複製品を作る場合を示す。In each of the above-mentioned embodiments, the finished product which was completed was obtained by directly processing the above-mentioned material with an energy beam. However, depending on the workpiece, it takes too much time and cost to process, or the yield is poor, or the material that performs the function cannot be etched, or the shape related to the desired shape can be easily manufactured. , Cannot be made directly. Such problems may occur. Therefore, a case will be described in which a workpiece once processed by an energy beam is used as a mold to produce a duplicate product by transfer.
【0073】その原理を示したのが図41である。図4
1(a)は、エネルギービームにより加工した被加工物
11で、これを型として(b)の射出成形や電鋳の工程
により、鏡像関係の加工品25を作る。(c)の工程
で、加工品25を取り外し、鏡像関係の加工品25が出
来上がる。これが機能を果たすものならば、これをその
まま製品としてもよいが、(a)に示す形状の加工品が
作りたい場合には、更にこの(c)の加工品25を型と
して、(d)のように射出成形または電鋳を行い、
(e)の工程で取除して加工品26とする。これにより
プラスチックモールド品等の大量生産が可能となる。FIG. 41 shows the principle. FIG.
1 (a) is a workpiece 11 processed by an energy beam, which is used as a mold to produce a mirror image-related processed product 25 by the injection molding or electroforming process of (b). In the step (c), the processed product 25 is removed, and the processed product 25 related to the mirror image is completed. If this fulfills the function, it may be used as it is as a product. However, if it is desired to produce a processed product having the shape shown in FIG. Injection molding or electroforming as
It is removed in the step (e) to obtain a processed product 26. This enables mass production of plastic molded articles and the like.
【0074】尚、電鋳で鏡像関係の加工品を製作する一
例を次に述べる。まず、被加工材料としてガリウム砒素
(GaAs)単結晶を用い、前述した各種の実施例に従
って塩素ガス雰囲気中での高速原子線のエッチングによ
りマイクロ凸面鏡アレイを製作する。次にマイクロ凸面
鏡アレイに金(Au)をスパッタして導電層を形成す
る。そしてNi−Co合金浴に入れ、ニッケルメッキ
(Ni電鋳)を施す。そして、メッキ部分を剥離するこ
とにより、ニッケル(Ni)基体上に、金(Au)の面
を有するマイクロ凹面鏡アレイが製作される。An example of manufacturing a mirror image-related processed product by electroforming will be described below. First, a gallium arsenide (GaAs) single crystal is used as a material to be processed, and a micro-convex mirror array is manufactured by high-speed atomic beam etching in a chlorine gas atmosphere according to the above-described various embodiments. Next, gold (Au) is sputtered on the micro convex mirror array to form a conductive layer. And it puts in a Ni-Co alloy bath and performs nickel plating (Ni electroforming). Then, by removing the plated portion, a micro concave mirror array having a gold (Au) surface on a nickel (Ni) substrate is manufactured.
【0075】また、本発明の各実施例では、被加工物が
高低差の大きな曲面形状の表面を有し、マスクとの間隔
が十分に大きくなってもその表面に加工することができ
る。高速原子線のようにエネルギービームの直進性が高
い場合には、マスク13と被加工物11との間に十分広
い間隔をあけることができる。従って、例えば曲面形状
を持つ軸受け構造の被加工物に対してマスクを離隔し
て、配置して加工を行うことにより、曲面上に直接、微
細な溝加工を施せる。In each embodiment of the present invention, the workpiece has a curved surface with a large difference in height, and even if the distance from the mask is sufficiently large, the surface can be processed. When the energy beam has high rectilinearity like a high-speed atomic beam, a sufficiently large space can be provided between the mask 13 and the workpiece 11. Therefore, for example, by arranging and processing the mask with respect to a workpiece having a bearing structure having a curved surface, a fine groove can be directly formed on the curved surface.
【0076】この微細な溝を有する曲面形状は、軸受け
部の摩擦力軽減化が可能となる。従来の溝に比べnmオ
ーダと大幅に微小な寸法の溝と、そのピッチが達成でき
るため、従来より多段の溝を、短ピッチで実現でき、軸
とのクリアランスもnmオーダの微小距離とすることが
可能となる。よって、各種の接触機構、例えば光磁気デ
ィスクの読取り/書込ヘッド部分に用いることにより、
摩擦力低減を行え、且つクリアランスが小さくできるこ
とから、記憶密度を高めることができる。又、回転軸シ
ールの場合でも、ラビリンスシール等に用いることによ
り、摩擦力の低減と共に、コンダクタンスの低減が可能
となる。また、磁性流体シール機構に用いることによ
り、多段の溝と微小クリアランスにより、磁性流体の蒸
気のリーク量を減少させることが可能となる。The curved shape having the fine grooves makes it possible to reduce the frictional force of the bearing portion. Grooves with extremely small dimensions on the order of nm compared to conventional grooves and their pitch can be achieved, so multi-stage grooves can be realized with a shorter pitch than before, and the clearance from the axis must be a minute distance on the order of nm. Becomes possible. Therefore, by using various contact mechanisms, for example, a read / write head of a magneto-optical disk,
Since the frictional force can be reduced and the clearance can be reduced, the storage density can be increased. Further, even in the case of a rotating shaft seal, by using the seal for a labyrinth seal or the like, it is possible to reduce the frictional force and the conductance. Further, by using the magnetic fluid sealing mechanism, it is possible to reduce the amount of leakage of the vapor of the magnetic fluid due to the multi-stage groove and the minute clearance.
【0077】尚、上述した各実施例においては、エネル
ギービームとして、高速原子線、イオンビーム、電子
線、レーザ光、放射線、X線、ラジアルビーム等を用い
ることが好適であるが、これに限定されるものでない。
また、被加工物としては、シリコン、二酸化珪素などの
半導体材料、ガリウム砒素(GaAs)、アルミガリウ
ム砒素(AlGaAs)、インジウムガリウム砒素(I
nGaAs)などの量子素子材料、アルミ、ステンレス
材などの構造材料、タングステン、チタン、タングステ
ンカーバイド(WC)、ボロンナイトライド(BN)、
4窒化チタン(TiN4 )、セラミックスなどの難削材
料もしくは高硬度材料、プラスチック、ポリイミド、ガ
ラス、石英ガラス、光学ガラス、ルビー、サファイア、
フッ化マグネシュウム、ジンクセレン(ZnSe)、ジ
ンクテルル(ZnTe)などの光学材料等の加工が例示
されているが、これに限定されるものではない。In each of the above-described embodiments, it is preferable to use a high-speed atomic beam, an ion beam, an electron beam, a laser beam, radiation, an X-ray, a radial beam, or the like as an energy beam. It is not done.
Examples of the workpiece include semiconductor materials such as silicon and silicon dioxide, gallium arsenide (GaAs), aluminum gallium arsenide (AlGaAs), and indium gallium arsenide (I).
quantum materials such as nGaAs), structural materials such as aluminum and stainless steel, tungsten, titanium, tungsten carbide (WC), boron nitride (BN),
Difficult-to-cut or hard materials such as titanium tetranitride (TiN 4 ) and ceramics, plastic, polyimide, glass, quartz glass, optical glass, ruby, sapphire,
Processing of optical materials such as magnesium fluoride, zinc selenium (ZnSe), and zinc tellurium (ZnTe) is exemplified, but the processing is not limited thereto.
【0078】[0078]
【発明の効果】従来のフォトソグラフィ技術を用いたフ
ォトレジストパターン製作プロセスによる方法では、基
本的に二次元的な微細加工であり、1μm以下の三次元
的な任意曲面の加工は困難であった。本発明では、以上
に詳細に説明したように、エネルギービームとマスクと
の組み合わせにより、nmオーダの同一形状を多数同時
に作ることができ、また、三次元的な任意曲面を容易に
nmオーダのサイズで加工することが出来る。このため
従来では、製作困難であった構造や機能を有する、量子
効果素子又は光学レンズ素子等の製作を可能とする。更
に、摩擦面に微細な溝を設けることにより、摩擦力が軽
減するため、光磁気ディスク用ヘッド、磁気テープ用ヘ
ッド、回転・スラスト軸受け機構、流体シール機構等に
おいても、従来よりも高性能でコンパクトな機構が実現
できる。本発明の学術的・産業的意義は大変大きく、有
意義である。According to the conventional method using a photoresist pattern manufacturing process using a photolithography technique, it is basically a two-dimensional fine processing, and it is difficult to process a three-dimensional arbitrary curved surface of 1 μm or less. Was. In the present invention, as described in detail above, by combining an energy beam and a mask, a large number of identical shapes on the order of nm can be simultaneously formed, and a three-dimensional arbitrary curved surface can be easily formed on the order of nm. Can be processed with Therefore, it is possible to manufacture a quantum effect element, an optical lens element, or the like having a structure or a function that has been conventionally difficult to manufacture. Furthermore, by providing fine grooves on the friction surface, the frictional force is reduced, so that magneto-optical disk heads, magnetic tape heads, rotation / thrust bearing mechanisms, fluid seal mechanisms, etc. have higher performance than before. A compact mechanism can be realized. The academic and industrial significance of the present invention is very large and significant.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】本発明の一実施例の微細加工装置の説明図。FIG. 1 is an explanatory view of a microfabrication apparatus according to one embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1実施例の微細加工方法の説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of a fine processing method according to a first embodiment of the present invention.
【図3】(A)マスクの並進円運動による透過孔の運動
を示す説明図、(B)マスクの並進円運動による透過孔
の軌跡を示す説明図、(C)被加工物の縦断面の説明
図。3A is an explanatory view showing the movement of a transmission hole due to a translational circular movement of a mask, FIG. 3B is an explanatory view showing a trajectory of a transmission hole due to a translational circular movement of a mask, and FIG. 3C is a longitudinal section of a workpiece. FIG.
【図4】図3(C)に示す被加工物に等方性エッチング
を施す説明図。FIG. 4 is an explanatory view of performing isotropic etching on a workpiece illustrated in FIG.
【図5】本発明の第2実施例の微細加工方法の説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram of a fine processing method according to a second embodiment of the present invention.
【図6】被加工物の縦断面の説明図。FIG. 6 is an explanatory view of a longitudinal section of a workpiece.
【図7】本発明の第3実施例の微細加工方法の説明図。FIG. 7 is an explanatory view of a fine processing method according to a third embodiment of the present invention.
【図8】(A)透過孔の運動を示す説明図、(B)被加
工物の縦断面の説明図。8A is an explanatory view showing the movement of a transmission hole, and FIG. 8B is an explanatory view of a vertical section of a workpiece.
【図9】本発明の第4実施例の微細加工方法の説明図。FIG. 9 is an explanatory view of a fine processing method according to a fourth embodiment of the present invention.
【図10】透過孔の運動を示す説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram showing movement of a transmission hole.
【図11】被加工物の縦断面の説明図。FIG. 11 is an explanatory view of a longitudinal section of a workpiece.
【図12】本発明の第5実施例の微細加工方法の説明
図。FIG. 12 is an explanatory diagram of a fine processing method according to a fifth embodiment of the present invention.
【図13】(A)マスクの遮蔽部分の形状を示す説明
図、(B)マスクの並進円運動による透過孔の運動を示
す説明図。13A is an explanatory diagram showing a shape of a shielding portion of a mask, and FIG. 13B is an explanatory diagram showing a movement of a transmission hole due to a translational circular motion of the mask.
【図14】被加工物の縦断面の説明図。FIG. 14 is an explanatory view of a longitudinal section of a workpiece.
【図15】本発明の第6実施例の微細加工方法の説明
図。FIG. 15 is an explanatory diagram of a fine processing method according to a sixth embodiment of the present invention.
【図16】本発明の第7実施例の微細加工方法の説明
図。FIG. 16 is an explanatory diagram of a fine processing method according to a seventh embodiment of the present invention.
【図17】マスクの透過孔及び遮蔽部の説明図。FIG. 17 is an explanatory diagram of a transmission hole and a shielding portion of a mask.
【図18】被加工物の縦断面の説明図。FIG. 18 is an explanatory view of a longitudinal section of a workpiece.
【図19】本発明の第8実施例の微細加工方法の説明
図。FIG. 19 is an explanatory diagram of a fine processing method according to an eighth embodiment of the present invention.
【図20】(A)マスクの運動を示す説明図、(B)被
加工物の縦断面の説明図。20A is an explanatory view showing the movement of a mask, and FIG. 20B is an explanatory view of a longitudinal section of a workpiece.
【図21】前記第8実施例の他の微細加工方法の説明
図。FIG. 21 is an explanatory view of another fine processing method of the eighth embodiment.
【図22】被加工物の縦断面の説明図。FIG. 22 is an explanatory view of a longitudinal section of a workpiece.
【図23】前記第8実施例の更に他の微細加工方法の説
明図。FIG. 23 is an explanatory view of still another fine processing method of the eighth embodiment.
【図24】被加工物の縦断面の説明図。FIG. 24 is an explanatory view of a longitudinal section of a workpiece.
【図25】本発明の第10実施例の微細加工方法の説明
図。FIG. 25 is an explanatory diagram of a fine processing method according to a tenth embodiment of the present invention.
【図26】被加工物の斜視図。FIG. 26 is a perspective view of a workpiece.
【図27】被加工物の斜視図。FIG. 27 is a perspective view of a workpiece.
【図28】本発明の第11実施例の微細加工方法の説明
図。FIG. 28 is an explanatory diagram of the fine processing method according to the eleventh embodiment of the present invention.
【図29】被加工物の縦断面の説明図。FIG. 29 is an explanatory view of a longitudinal section of a workpiece.
【図30】本発明の第12実施例のマスクの透過孔の形
状を示す説明図。FIG. 30 is an explanatory view showing the shape of a transmission hole of a mask according to a twelfth embodiment of the present invention.
【図31】マスクの運動の軌跡を示す説明図。FIG. 31 is an explanatory diagram showing a locus of movement of a mask.
【図32】被加工物の斜視図。FIG. 32 is a perspective view of a workpiece.
【図33】マスクの透過孔の形状を示す説明図。FIG. 33 is an explanatory view showing the shape of a transmission hole of a mask.
【図34】被加工物の斜視図。FIG. 34 is a perspective view of a workpiece.
【図35】本発明の第13実施例のマスクの透過孔の形
状を示す説明図。FIG. 35 is an explanatory view showing a shape of a transmission hole of a mask according to a thirteenth embodiment of the present invention.
【図36】被加工物の縦断面の説明図。FIG. 36 is an explanatory view of a longitudinal section of a workpiece.
【図37】本発明の第14実施例のマスクの透過孔の形
状を示す説明図。FIG. 37 is an explanatory view showing a shape of a transmission hole of a mask according to a fourteenth embodiment of the present invention.
【図38】被加工物の縦断面の説明図。FIG. 38 is an explanatory view of a longitudinal section of a workpiece.
【図39】本発明の第15実施例のマスクの透過孔の形
状を示す説明図。FIG. 39 is an explanatory view showing a shape of a transmission hole of a mask according to a fifteenth embodiment of the present invention.
【図40】被加工物の縦断面の説明図。FIG. 40 is an explanatory view of a longitudinal section of a workpiece.
【図41】被加工物から鏡像関係の転写を行う方法の説
明図。FIG. 41 is an explanatory diagram of a method of performing mirror image transfer from a workpiece.
【図42】フォトリソグラフィ技術の工程のフロー図。FIG. 42 is a flowchart of the steps of the photolithography technique.
11 被加工物 12 エネルギービーム源 13 マスク 15 透過孔(遮蔽部) 16 被加工部分 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Workpiece 12 Energy beam source 13 Mask 15 Transmission hole (shielding part) 16 Workpiece part
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B23K 26/00 330 B23K 26/00 330 26/06 26/06 J 26/08 26/08 D B29C 33/38 B29C 33/38 45/00 45/00 C04B 41/91 C04B 41/91 E C23F 4/02 C23F 4/02 C30B 33/04 C30B 33/04 G21K 5/04 G21K 5/04 Z H01L 21/203 H01L 21/203 M 27/14 H05K 3/08 C H05K 3/08 D H01L 27/14 D (72)発明者 加藤 隆男 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6−264272(JP,A) 特開 平3−44031(JP,A) 特開 昭60−186806(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/302 201 B01J 19/12 B23K 15/08 B23K 17/00 B23K 26/06 B23K 26/08 B29C 33/38 B29C 45/00 C04B 41/91 C23F 4/02 C30B 33/04 G21K 5/04 H01L 21/203 H01L 27/14 H05K 3/08 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI B23K 26/00 330 B23K 26/00 330 26/06 26/06 J 26/08 26/08 DB29C 33/38 B29C 33/38 45/00 45/00 C04B 41/91 C04B 41/91 E C23F 4/02 C23F 4/02 C30B 33/04 C30B 33/04 G21K 5/04 G21K 5/04 Z H01L 21/203 H01L 21/203 M 27 / 14 H05K 3/08 C H05K 3/08 D H01L 27/14 D (72) Inventor Takao Kato 4-2-1 Motofujisawa, Fujisawa-shi, Kanagawa Inside Ebara Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Yotaro Hatamura Tokyo 2-12-11 Kohinata, Bunkyo-ku, Tokyo (72) Inventor Masayuki Nakao 5-1 Shin-Matsudo, Matsudo-shi, Chiba Shin-Matsudo Central Park House C-908 (56) References JP-A-6-264272 (JP, A) Hei 3-44031 (JP, A) JP-A-60-186806 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/302 201 B01J 19/12 B23K 15/08 B23K 17/00 B23K 26/06 B23K 26/08 B29C 33/38 B29C 45/00 C04B 41/91 C23F 4/02 C30B 33/04 G21K 5/04 H01L 21/203 H01L 27/14 H05K 3/08
Claims (10)
ビームを、マスク面内に開けられた所定形状パターンの
ビーム透過孔を通過させて、被加工物に照射して前記被
加工物を加工するに際して、前記マスクとして二次元平
面に規則的に設けられた多数の同一パターンのビーム透
過孔を配置し、前記マスクと被加工物との位置関係を相
対的に並進運動させることを特徴とする微細加工方法。An energy beam emitted from an energy beam source is passed through a beam transmission hole having a predetermined shape formed in a mask surface, and is irradiated on a workpiece to irradiate the workpiece.
When processing a workpiece, a two-dimensional flat surface is used as the mask.
A large number of identical patterns of beam transmission
Arrange the holes to compare the positional relationship between the mask and the workpiece.
Microfabrication wherein the Turkey is translated pairs manner.
形状軌道を描くように等速で直線状の並進位置移動を行
うことを特徴とする請求項1記載の微細加工方法。2. The method according to claim 1, wherein the relative translation is relatively square.
Performs a linear translational movement at a constant speed to draw a shape trajectory.
Fine processing method according to claim 1, wherein the cormorants.
道を描くように並進位置移動を行うことを特徴とする請
求項1記載の微細加工方法。 3. The method according to claim 2, wherein the relative translation is relatively circular.
A translatory position movement that draws a road.
The microfabrication method according to claim 1.
ていくことを特徴とする請求項3記載の微細加工方法。 4. The method according to claim 1, wherein the radius of the circular orbit is changed with the processing time.
4. The microfabrication method according to claim 3, wherein the method is performed.
運動を、圧電素子または磁歪素子または熱変形素子を用
いて行うことを特徴とする請求項1記載の微細加工方
法。 5. A relative translation between said mask and a workpiece.
Movement using piezoelectric element, magnetostrictive element or heat deformation element
2. The method according to claim 1, wherein the method is performed.
Law.
ーム源と、二次元平面に規則的に設けられた多数の同一
パターンのビーム透過孔を配置したマスクと、前記マス
クのビーム透過孔を透過したエネルギービームが照射さ
れて加工される被加工物と、前記マスクと前記被加工物
との相対位置関係を可変にする並進移動機構とを備えた
ことを特徴とする微細加工装置。6. A energy beam source for emitting an energy beam, a mask disposed a beam transmission hole of a number of identical <br/> pattern provided regularly in a two-dimensional plane, the mass
A workpiece to be processed by being irradiated with the energy beam transmitted through the beam transmission hole of the mask; and a translation mechanism for changing a relative positional relationship between the mask and the workpiece. Micro processing equipment.
工物が相対的に四角形状軌道を描くように等速で直線状
の並進位置移動を行うことを特徴とする請求項6記載の
微細加工装置。7. The apparatus according to claim 7, wherein the translation mechanism moves the mask with the mask.
Linear at constant velocity so that the workpiece draws a relatively square trajectory
7. The translational movement according to claim 6, wherein
Micro processing equipment .
工物が相対的に円軌道を描くように並進位置移動を行う
ことを特徴とする請求項6記載の微細加工装置。 8. The apparatus according to claim 7, wherein the translation mechanism is configured to
Perform translational position movement so that the workpiece follows a relatively circular orbit
7. The microfabrication apparatus according to claim 6, wherein:
ていくことを特徴とする請求項8記載の微細加工装置。 9. The method according to claim 1, wherein the radius of the circular orbit is changed with the machining time.
The microfabrication apparatus according to claim 8, wherein the processing is performed.
物との相対的な位置移動を、圧電素子または磁歪素子ま
たは熱変形素子を用いて行うことを特徴とする請求項6
記載の微細加工装置。 10. The apparatus according to claim 10, wherein the translation mechanism comprises a mask and a workpiece.
The relative position movement with respect to the object is
7. The method according to claim 6, wherein the step is performed by using a heat deformation element.
The microfabrication device as described.
Priority Applications (5)
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