特開 2024-120614 エッチング装置及びエッチング方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024120614

(43)【公開日】2024-09-05

(54)【発明の名称】エッチング装置及びエッチング方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20240829BHJP

   B81C 1/00 20060101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101E

B81C1/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023027515

(22)【出願日】2023-02-24

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業「大気圧プラズマジェット加工法が拓く自由曲面デバイス」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】304023318

【氏名又は名称】国立大学法人静岡大学

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124800

【弁理士】

【氏名又は名称】諏澤 勇司

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】中澤 謙太

(72)【発明者】

【氏名】岩田 太

【テーマコード（参考）】

3C081

5F004

【Ｆターム（参考）】

3C081AA18

3C081BA02

3C081CA02

3C081CA14

3C081EA02

3C081EA07

5F004BB03

5F004DA26

5F004EA28

5F004EA37

5F004EA38

5F004EB08

(57)【要約】

【課題】簡易なステップによって微細構造を得る。
【解決手段】エッチング装置１は、大気圧プラズマＰをピペット照射端２１ａから被加工物９に照射するプラズマ照射機構２と、プラズマ照射機構２のピペット照射端２１ａと被加工物９との相対的な位置を変更する位置決め機構３と、位置決め機構３及びプラズマ照射機構２の動作を制御するコントローラ３５と、を備える。コントローラ３５は、大気圧プラズマＰの照射が停止しているプラズマ照射機構２のピペット照射端２１ａから被加工物９までの距離が、大気圧プラズマＰの照射を開始可能な照射開始距離Ｄ１となるようにプラズマ照射機構２及び被加工物９の少なくとも一方を移動させる位置合わせ動作Ｓ１Ａと、大気圧プラズマＰをピペット照射端２１ａから被加工物９に照射させるプラズマ照射動作Ｓ１Ｂと、を交互に実行する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

大気圧プラズマを照射端から被加工物に照射するプラズマ照射機構と、
前記プラズマ照射機構の前記照射端と前記被加工物との相対的な位置を変更する位置決め機構と、
前記位置決め機構及び前記プラズマ照射機構の動作を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記大気圧プラズマの照射が停止している前記プラズマ照射機構の前記照射端から前記被加工物までの距離が、前記大気圧プラズマの照射を開始可能な照射開始距離となるように前記プラズマ照射機構及び前記被加工物の少なくとも一方を移動させる位置合わせ動作と、
前記大気圧プラズマを前記照射端から前記被加工物に照射させる照射動作と、を交互に実行させる、エッチング装置。

【請求項2】

前記位置合わせ動作は、前記プラズマ照射機構の前記照射端から前記被加工物に設定される被加工面までの距離が、前記照射開始距離よりも小さい原点距離となるように前記プラズマ照射機構及び前記被加工物の少なくとも一方を移動させる動作と、前記大気圧プラズマの照射が停止している前記プラズマ照射機構の前記照射端から前記被加工物までの距離が、前記照射開始距離となるように前記プラズマ照射機構及び前記被加工物の少なくとも一方を移動させる動作と、を含む請求項１に記載のエッチング装置。

【請求項3】

前記照射動作は、前記被加工物に対して前記照射端を静止させた状態で、前記大気圧プラズマを前記照射端から前記被加工物に照射させる、請求項１又は２に記載のエッチング装置。

【請求項4】

前記照射動作は、前記被加工物に対して前記照射端を前記大気圧プラズマの照射方向と交差する方向に相対的に移動させながら前記大気圧プラズマを前記照射端から前記被加工物に照射させる、請求項１又は２に記載のエッチング装置。

【請求項5】

前記照射動作は、前記被加工物に対して前記照射端を前記大気圧プラズマの照射方向に相対的に移動させながら前記大気圧プラズマを前記照射端から前記被加工物に照射させる、請求項１又は２に記載のエッチング装置。

【請求項6】

前記大気圧プラズマの極性とは逆の極性を有するイオンを発生するイオン発生部を備え、
前記コントローラは、前記照射動作の後に前記イオン発生部から前記イオンを照射させる、請求項１に記載のエッチング装置。

【請求項7】

エッチング装置を用いて行うエッチング方法であって、
前記エッチング装置は、大気圧プラズマを照射端から被加工物に照射するプラズマ照射機構と、前記プラズマ照射機構の前記照射端と前記被加工物との相対的な位置を変更する位置決め機構と、を備え、
前記大気圧プラズマの照射が停止している前記プラズマ照射機構の前記照射端から前記被加工物までの距離が、前記大気圧プラズマの照射を開始可能な照射開始距離となるように前記プラズマ照射機構及び前記被加工物の少なくとも一方を移動させる位置合わせステップと、
前記大気圧プラズマを前記照射端から前記被加工物に照射させる照射ステップと、を有し、
前記位置合わせステップと前記照射ステップとを交互に行う、エッチング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エッチング装置及びエッチング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体プロセスは、社会的基盤となる集積回路の技術分野だけでなく機械構造物を有するMicroelectromechanical Systems（MEMS）の技術分野においても重要な役割を果たしている。従って、半導体プロセスは、更なる発展が期待されている。センサーネットワーク及びInternet of Things(IoT)の発展に伴い、MEMSは、応用規模の拡大が予想されている。その結果、MEMSは、ますます重要な技術として認識されている。MEMSの基盤技術は加工法である。加工法の発展によってMEMSは発展してきたと言っても過言ではない。例えば、いわゆるボッシュプロセスに代表される垂直深堀エッチング法の発明によりバルクMEMSが発展してきた。これらの技術は、スキャニングミラーなどの素子の実現化に寄与している。

【0003】

いわゆるボッシュプロセスは、プラズマを用いて高アスペクト比の微細構造を製作する方法である。特許文献１、２は、真空プラズマを用いて高アスペクト比の微細構造を製作する方法を開示する。特許文献１、２が開示する技術では、エッチングと側面保護膜の形成とを交互に行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第５５０１８９３号明細書

【特許文献2】特許第４５１２５３３号

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Daisuke Morimatsu et al, “Development of a scanning nanopipetteprobe microscope for fine processing using atmospheric pressure plasma jet”, JapaneseJournal of Applied Physics, (JP), The Japan Society of Applied Physics, 2016, 55,08NB15。

【非特許文献2】Shun Toda, Kenta Nakazawa, Akihisa Ogino, Masaru Shimomura andFutoshi Iwata, ”Micromachining of polymers using atmospheric pressureinductively coupled helium plasma localized by a scanning nanopipette probemicroscope”, Journal of Micromechanics and Microengineering, (GBR), IOPPublishing, 10 May 2021, 31, 6, p.1-10。

【非特許文献3】Kenta Nakazawa, Sho Yamamoto, Ei Nakagawa, Akihisa Ogino, MasaruShimomura, “Atmospheric He/O2 plasma jet fine etching with ascanning probe microscope”, AIP Advances, (United States), American Instituteof Physics, September 1 2020, 10, 9, p.1-7。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

高アスペクト比の微細構造を形成するエッチングステップでは、微細パターンを形成するために露光装置及び真空プラズマエッチング装置を用いる。一般に、これらの装置は、高価である。さらに、高アスペクト比の微細構造の製作には、多くのステップを要する。その結果、製作に要する期間が長くなる。そのうえ、それらのステップには、多くのノウハウが必要である。

【0007】

本発明は、簡易なステップによって微細構造を得ることができるエッチング装置及びエッチング方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一形態であるエッチング装置は、大気圧プラズマを照射端から被加工物に照射するプラズマ照射機構と、プラズマ照射機構の照射端と被加工物との相対的な位置を変更する位置決め機構と、位置決め機構及びプラズマ照射機構の動作を制御するコントローラと、を備える。コントローラは、大気圧プラズマの照射が停止しているプラズマ照射機構の照射端から被加工物までの距離が、大気圧プラズマの照射を開始可能な照射開始距離となるようにプラズマ照射機構及び被加工物の少なくとも一方を移動させる位置合わせ動作と、大気圧プラズマを照射端から被加工物に照射させる照射動作と、を交互に実行する。

【0009】

このエッチング装置は、プラズマ照射機構の照射端から被加工物までの距離を照射可能距離に設定する位置合わせ動作と、大気圧プラズマを照射するプラズマ照射動作と、を交互に繰り返す。つまり、エッチング加工を行う際に、エッチングマスクの形成を要しない。従って、このエッチング装置は、エッチングマスクの形成を要しない簡易なステップによって微細構造を得ることができる。

【0010】

一形態であるエッチング装置において、位置合わせ動作は、プラズマ照射機構の照射端から被加工物に設定される被加工面までの距離が、照射開始距離よりも小さい原点距離となるようにプラズマ照射機構及び被加工物の少なくとも一方を移動させる動作と、大気圧プラズマの照射が停止しているプラズマ照射機構の照射端から被加工物までの距離が、照射開始距離となるようにプラズマ照射機構及び被加工物の少なくとも一方を移動させる動作と、を含んでよい。この動作によれば、大気圧プラズマの照射と停止とを繰り返した場合であっても、プラズマ照射機構の照射端から被加工物までの距離を、照射ごとに適切に管理することができる。

【0011】

一形態であるエッチング装置において、照射動作は、被加工物に対して照射端を静止させた状態で、大気圧プラズマを照射端から被加工物に照射させてもよい。この動作によれば、被加工物に対して照射端を静止させた状態でエッチングを行うことができる。

【0012】

一形態であるエッチング装置において、照射動作は、被加工物に対して照射端を大気圧プラズマの照射方向と交差する方向に相対的に移動させながら大気圧プラズマを照射端から被加工物に照射させてもよい。この動作によれば、溝形状の微細構造を得ることができる。

【0013】

一形態であるエッチング装置において、照射動作は、被加工物に対して照射端を大気圧プラズマの照射方向に相対的に移動させながら大気圧プラズマを照射端から被加工物に照射させてもよい。この動作によっても、穴形状の微細構造を得ることができる。

【0014】

一形態であるエッチング装置は、大気圧プラズマの極性とは逆の極性を有するイオンを発生するイオン発生部を備え、コントローラは、照射動作の後にイオン発生部からイオンを照射させてもよい。この構成によれば、大気圧プラズマに起因する帯電を解消することができる。

【0015】

本発明の別の形態は、エッチング装置を用いて行うエッチング方法であって、エッチング装置は、大気圧プラズマを照射端から被加工物に照射するプラズマ照射機構と、プラズマ照射機構の照射端と被加工物との相対的な位置を変更する位置決め機構と、を備え、大気圧プラズマの照射が停止しているプラズマ照射機構の照射端から被加工物までの距離が、大気圧プラズマの照射を開始可能な照射開始距離となるようにプラズマ照射機構及び被加工物の少なくとも一方を移動させる位置合わせステップと、大気圧プラズマを照射端から被加工物に照射させる照射ステップと、を有し、位置合わせステップと照射ステップとを交互に行う。

【0016】

このエッチング方法によっても、エッチングマスクの形成を要しない簡易なステップによって微細構造を得ることができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、簡易なステップによって微細構造を得ることができるエッチング装置及びエッチング方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１（ａ）は、実施形態のエッチング装置を示す概略図である。図１（ｂ）は、ピペットの位置決めを説明するための図である。

【図2】図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）及び図２（ｄ）は、第１実施形態のエッチング装置における主要な動作を示すステップ図である。

【図3】図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）及び図３（ｅ）は、第１実施形態のエッチング装置における主要な動作を示す図２に続くステップ図である。

【図4】図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）及び図４（ｄ）は、第２実施形態のエッチング装置における主要な動作を示すステップ図である。

【図5】図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）及び図５（ｅ）は、第３実施形態のエッチング装置における主要な動作を示すステップ図である。

【図6】図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）及び図６（ｄ）は、第４実施形態のエッチング装置における主要な動作を示すステップ図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0020】

＜第１実施形態＞
図１（ａ）は、第１実施形態のエッチング装置１を示す図である。エッチング装置１は、大気圧プラズマＰを用いて被加工物９の深堀加工を行う。エッチングを用いた深堀加工では、一般には、いわゆるエッチングマスクを被加工物に設けるステップを要する。その一方で、第１実施形態のエッチング装置１は、エッチングマスクを要することなく被加工物９の深堀加工を行う。エッチング装置１は、構造幅が１ｍｍ以下であると共にアスペクト比が１を超える微細構造を形成することができる。

【0021】

また、エッチング装置１は、自由曲面を含む微細構造を形成することもできる。例えば、エッチング装置１がエッチングによって縦穴を設ける場合に、縦穴は壁面に囲まれる。この壁面は、略平面状とすることもできるし、一定の曲率を有する曲面状とすることもできる。さらに、この壁面は、いわゆる自由曲面とすることもできる。また、エッチング装置１が溝を設ける場合に、溝は底面を有する。この溝の底面についても、略平面状とすることもできるし、一定の曲率を有する曲面状とすることもできる。さらに、溝の底面を、いわゆる自由曲面とすることもできる。

【0022】

エッチング装置１は、いわゆるバルクマイクロマシニング技術への利用が可能である。エッチング装置１によればＭＥＭＳと称される微小構造を有する半導体部品を製造することができる。例えば、エッチング装置１は、一例としてマイクロミラーなどの光学部品、加速度センサや角速度センサといった計測部品などの製造に適用できる。

【0023】

エッチング装置１は、プラズマ照射機構２と、位置決め機構３と、を有する。プラズマ照射機構２は、被加工物９に照射する大気圧プラズマＰを発生する。なお、大気圧プラズマＰは、特に制限はない。例えば、プラズマ照射機構２は、大気圧プラズマＰとして誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ICP）を発生してもよいし、容量結合プラズマ（Capacitively Coupled Plasma：CCP）を発生してもよい。

【0024】

位置決め機構３は、被加工物９をプラズマ照射機構２に対して移動させる。換言すると、位置決め機構３が被加工物９を移動させることによって、大気圧プラズマＰの照射を受ける被加工物９の場所が変更される。

【0025】

なお、エッチング装置１は、固定された被加工物９に対してプラズマ照射機構２を移動させることにより、大気圧プラズマＰの照射を受ける被加工物９の位置を変更することも可能である。さらには、エッチング装置１は、被加工物９及びプラズマ照射機構２の双方を移動させることにより、大気圧プラズマＰの照射を受ける被加工物９の位置を変更することも可能である。本実施形態では、位置決め機構３は、被加工物９をプラズマ照射機構２に対して移動させるものとして説明する。

【0026】

プラズマ照射機構２は、ナノピペット２１と、電極２２と、高電圧電源２３と、ガス供給源２４と、を有する。プラズマ照射機構２は、大気圧環境下で生成されたプラズマを用いる。大気圧環境下で生成されたプラズマを以下の説明において「大気圧プラズマＰ」と称する。プラズマ照射機構２は、プラズマの生成に真空環境を準備する必要がないので、真空装置といった高価な設備を必要としない点で有利である。

【0027】

ナノピペット２１は、被加工物９の限定された位置に大気圧プラズマＰを照射する。ナノピペット２１は、ガラス製の管状の部材である。ピペット照射端２１ａには、開口が設けられており、この開口から大気圧プラズマＰが被加工物９に向けて照射させる。ピペット照射端２１ａの直径は、一例として２０μｍである。開口の内径は、一例として１０μｍであってもよいし、２００ｎｍ以上３０ｎｍ以下であってもよい。

【0028】

ナノピペット２１の基端部２１ｂには、電極２２が差し込まれている。電極２２には、高電圧電源２３が接続されている。高電圧電源２３は、例えば１０ｋＶｐｐの交流電圧を電極２２に与える。なお、高電圧電源２３が電極２２に与える電圧の値や周波数は、加工の条件に応じて適宜変更してよい。ナノピペット２１の基端部２１ｂには、さらに、ガス供給管２４１も差し込まれている。ガス供給管２４１には、ガス供給源２４が接続されている。ガス供給源２４は、プラズマ原料ガスとしてヘリウムガスを供給する。さらに、ガス供給源２４は、反応性ガスとして酸素ガスを供給する。なお、ガス供給源２４が供給するガスの種類は、加工の条件に応じて適宜変更してよい。

【0029】

プラズマ照射機構２は、イオナイザー２５（イオン発生部）を有する。イオナイザー２５は、一例としてＸ線方式である。イオナイザー２５は、大気圧プラズマの極性とは逆の極性を有するイオンを発生する。大気圧プラズマＰを被加工物９に照射すると、アスペクト比の高い微細構造が形成された被加工物９に帯電が生じる。被加工物９の帯電は、ピペット照射端２１ａの位置決め精度を低下させる可能性がある。イオナイザー２５によれば、被加工物９の帯電を除去できるので、ピペット照射端２１ａの位置決め精度の低下を抑制できる。また、ナノピペット２１は、絶縁体であるガラスにより形成されている。ナノピペット２１は、大気圧プラズマＰの発生によって帯電する。イオナイザー２５は、イオンをナノピペット２１に照射する。イオンの照射を受けたナノピペット２１は、電気的に中性になる。その結果、ナノピペット２１の帯電が、被加工物９への大気圧プラズマＰの照射に与える影響を抑制することができる。

【0030】

位置決め機構３は、ステージユニット３１と、励振アクチュエータ３２と、光学ユニット３３と、信号処理ユニット３４と、コントローラ３５と、を有する。

【0031】

ステージユニット３１は、ピペット照射端２１ａに対する被加工物９の位置を変更する。具体的には、ステージユニット３１は、Ｘ軸及びＹ軸によって定義される平面に沿って被加工物９を移動させる。さらに、ステージユニット３１は、Ｚ軸の方向に沿って被加工物９を移動させる。

【0032】

ステージユニット３１は、ＸＹリニアステージ３１１と、Ｚステージ３１２と、ステージベース３１３と、を有する。ステージベース３１３には、被加工物９が載置される。なお、ステージベース３１３は、接地電位ＧＮＤに対して接続されている。ステージベース３１３は、Ｚステージ３１２に載置される。Ｚステージ３１２は、ＸＹリニアステージ３１１に載置される。ＸＹリニアステージ３１１及びＺステージ３１２は、コントローラ３５からの指令Ｃ３１１、Ｃ３１２を受けて動作する。ＸＹリニアステージ３１１は、被加工物９をＸ軸及びＹ軸によって定義される平面に沿って被加工物９を移動させる。Ｚステージ３１２は、Ｚ軸の方向に沿って被加工物９を移動させる。

【0033】

ところで、ステージユニット３１は、Ｚ軸の方向に沿って被加工物９を移動させることをすでに述べた。Ｚ軸の方向に沿う被加工物９の移動とは、被加工物９の表面からピペット照射端２１ａまでの距離を所定の値に設定することである。被加工物９の表面からピペット照射端２１ａまでの距離は、大気圧プラズマＰを用いたエッチング加工において重要な制御対象である。次に説明する励振アクチュエータ３２、光学ユニット３３及び信号処理ユニット３４は、被加工物９の表面からピペット照射端２１ａまでの距離に関する情報を得るものである。

【0034】

励振アクチュエータ３２は、ナノピペット２１を所定の軸線の方向に振動させる。本実施形態では、振動方向は、Ｙ軸の方向であるとする。励振アクチュエータ３２は、一例として、圧電アクチュエータである。励振アクチュエータ３２がナノピペット２１に与える振動の周波数は、ナノピペット２１の材料及び構造によって決まる共振周波数に応じて決められている。

【0035】

光学ユニット３３は、レーザーダイオード３３１と、フォトダイオード３３２と、を有する。レーザーダイオード３３１は、ナノピペット２１に向けてレーザーＬを照射する。レーザーダイオード３３１は、Ｘ軸の方向にレーザーＬを照射する。つまり、レーザーＬの出射方向（Ｘ軸方向）は、ナノピペット２１の振動方向（Ｙ軸方向）と直交する。フォトダイオード３３２は、レーザーＬを受ける。図１（ｂ）に示すように、フォトダイオード３３２は、互いに独立する２個の左受光部３３２ａ及び右受光部３３２ｂを有する。レーザーＬは、左受光部３３２ａ及び右受光部３３２ｂのそれぞれによって受光される。受光されるレーザーＬは、ナノピペット２１を通過しなかった非通過部分Ｌ１と、ナノピペット２１を通過した影部分Ｌ２と、を含む。

【0036】

すでに述べたように、位置合わせをおこなうとき、ナノピペット２１はＹ軸の方向に振動している。図１（ｂ）に示す例示では、ナノピペット２１の振動に応じて、影部分Ｌ２が紙面左右方向に往復移動する。例えば、あるタイミングでは、左受光部３３２ａは、非通過部分Ｌ１のみを受光し、右受光部３３２ｂは、非通過部分Ｌ１と影部分Ｌ２とを受光する。非通過部分Ｌ１の光強度と影部分Ｌ２の光強度とは互いに異なる。従って、左受光部３３２ａが受けるレーザーＬの強度と、右受光部３３２ｂが受けるレーザーＬの強度と、に差異が生じる。つまり、時間の経過に伴って、左受光部３３２ａが受けるレーザーＬの強度と右受光部３３２ｂが受けるレーザーＬの強度との差異も変化する。この強度の差異を用いることによって、ナノピペット２１の振幅を得ることができる。

【0037】

信号処理ユニット３４は、フォトダイオード３３２が出力する光強度の情報を用いて、ナノピペット２１の振幅に関する情報を得る。信号処理ユニット３４は、電流電圧変換回路３４１と、差分回路３４２と、ロックインアンプ３４３と、を有する。

【0038】

電流電圧変換回路３４１は、フォトダイオード３３２の左受光部３３２ａが出力する左電流値を左電圧値に変換する。同様に、電流電圧変換回路３４１は、フォトダイオード３３２の右受光部３３２ｂが出力する右電流値を右電圧値に変換する。

【0039】

差分回路３４２は、右電圧値と左電圧値を受ける。差分回路３４２は、右電圧値と左電圧値との差分情報を得る。なお、この差分は、右電圧値から左電圧値を減算したものであってもよいし、左電圧値から右電圧値を減算したものであってもよい。ロックインアンプ３４３は、差分情報に励振アクチュエータ３２の加振周波数成分を乗算する。なお、乗算に際しては、位相の調整を適宜実施してよい。その結果、差分回路３４２が出力する差分情報に含まれる励振アクチュエータ３２の加振周波数成分が直流成分として抽出される。直流成分の大きさは、差分情報が示す波形の振幅に相当する。

【0040】

コントローラ３５は、プラズマ照射機構２に対して指令Ｃ２３、Ｃ２４、Ｃ２５を出力する。具体的には、コントローラ３５は、高電圧電源２３に指令Ｃ２３を出力し、ガス供給源２４に指令Ｃ２４を出力し、イオナイザー２５に指令Ｃ２５を出力する。

【0041】

コントローラ３５は、位置決め機構３に対して指令Ｃ３３１、Ｃ３１１、Ｃ３１２を出力する。具体的には、コントローラ３５は、レーザーダイオード３３１に指令Ｃ３３１を出力し、ＸＹリニアステージ３１１に指令Ｃ３１１を出力し、Ｚステージ３１２に指令Ｃ３１２を出力する。

【0042】

コントローラ３５は、大気圧プラズマＰの照射を開始させる距離を決める機能を有する。距離は、ピペット照射端２１ａから被加工物９の被加工面９ａまでの距離をいう。大気圧プラズマＰの照射を開始させることが可能な距離を「照射開始距離Ｄ１」と称する。さらに、照射開始距離Ｄ１を決めるための基準となる距離を「原点距離Ｄ２」と称する。

【0043】

ピペット照射端２１ａから被加工物９の被加工面９ａまでの距離が小さくなると、ナノピペット２１の振動に変化が生じる。具体的には、ナノピペット２１の共振周波数が変化する。ナノピペット２１は、励振アクチュエータ３２からそもそもの共振周波数と同じ周波数の振動を受けている。そして、ナノピペット２１の共振周波数がそもそもの共振周波数からずれると、ナノピペット２１の振動の振幅が減少する。コントローラ３５は、この振幅の減少の度合いを用いて、ピペット照射端２１ａが被加工物９の被加工面９ａに近づいたことを知ることができる。例えば、コントローラ３５は、ピペット照射端２１ａから被加工物９まで距離を徐々に狭めていき、信号処理ユニット３４が出力する振幅の値が、当初の値より所定の割合だけ減少した距離を原点距離Ｄ２としてよい。例えば、所定の割合は、１０％としてもよいし、２０％以上４０％以下としてもよい。つまり、当初の振幅を１００とした場合に、振幅が９０以下となった距離を原点距離Ｄ２としてもよいし、６０以上８０以下となった距離を原点距離Ｄ２として設定してよい。

【0044】

＜エッチング方法＞
次に、図２及び図３を参照しながら、第１実施形態のエッチング装置１の動作を説明する。第１実施形態のエッチング装置１の動作は、実施形態におけるエッチング方法である。以下の例示では、被加工物９をナノピペット２１に対して移動させる動作を説明する。被加工物９をナノピペット２１に対して移動させる動作は、コントローラ３５がＺステージ３１２に指令Ｃ３１２を与えることにより実行される。

【0045】

まず、エッチング装置１は、ピペット照射端２１ａから被加工物９の表面までの距離が原点距離Ｄ２となるように、被加工物９を移動させる（図２（ａ）のＳ１１参照）。具体的には、ステップＳ１１であるとき、コントローラ３５は、Ｚステージ３１２の位置を変更する指令Ｃ３１２を与える。コントローラ３５は、高電圧電源２３に電圧の供給を停止させる指令Ｃ２３を与える。コントローラ３５は、励振アクチュエータ３２に振動を発生させる指令Ｃ３２を与える。そして、コントローラ３５は、レーザーダイオード３３１にレーザーＬを出射させる指令Ｃ３３１を与える。

【0046】

原点距離Ｄ２を検出する方法は、すでに述べたとおりである。ピペット照射端２１ａから被加工物９の被加工面９ａまでの距離が原点距離Ｄ２となったのちに、コントローラ３５は、励振アクチュエータ３２に振動を停止させる指令Ｃ３２を与える。そして、コントローラ３５は、レーザーダイオード３３１にレーザーＬの出射を停止させる指令Ｃ３３１を与える。

【0047】

次に、エッチング装置１は、ピペット照射端２１ａから被加工物９の被加工面９ａまでの距離が照射開始距離Ｄ１となるように、被加工物９を移動させる（図２（ｂ）のＳ１２参照）。具体的には、エッチング装置１は、被加工物９をＺ軸に沿って下方向に移動させる。つまり、照射開始距離Ｄ１は、原点距離Ｄ２よりも大きい。ステップＳ１２であるとき、コントローラ３５は、Ｚステージ３１２に被加工物９をＺ軸に沿って下方向に移動させるための指令Ｃ３１２を与える。

【0048】

上述したステップＳ１１、Ｓ１２は、エッチング装置１が実行する位置合わせ動作Ｓ１Ａ（位置合わせステップ）である。

【0049】

次に、エッチング装置１は、大気圧プラズマＰの照射を開始する（図２（ｃ）のＳ１３参照）。具体的には、ステップＳ１３であるとき、コントローラ３５は、Ｚステージ３１２の位置を維持する指令Ｃ３１２を与える。コントローラ３５は、高電圧電源２３に電圧の供給を開始させる指令Ｃ２３を与える。大気圧プラズマＰの照射を開始してから停止するまでの間、エッチング装置１は、ピペット照射端２１ａと被加工物９との相対的な位置関係を維持する。つまり、大気圧プラズマＰの照射を開始してから停止するまでの間、エッチング装置１は、被加工物９を移動させない。そうすると、被加工物９のエッチングが進行するに従って、ピペット照射端２１ａから被加工物９の被加工面９ａまでの距離は次第に大きくなる。

【0050】

エッチング装置１は、大気圧プラズマＰの照射を開始したのちに、あらかじめ定めた時間が経過したことを条件として、大気圧プラズマＰの照射を停止する（図２（ｄ）のＳ１４ａ参照）。具体的には、コントローラ３５は、高電圧電源２３に電圧の供給を停止させる指令Ｃ２３を与える。その後、エッチング装置１は、イオナイザー２５からイオン２５ａを照射する（図２（ｄ）のＳ１４ｂ参照）。具体的には、コントローラ３５は、イオナイザー２５に所定時間だけイオンの照射を実行する指令Ｃ２５を与える。

【0051】

上述したステップＳ１３、Ｓ１４ａ、Ｓ１４ｂは、エッチング装置１が実行するプラズマ照射動作Ｓ１Ｂ（照射ステップ）である。なお、プラズマ照射動作Ｓ１Ｂは、ステップＳ１３、Ｓ１４ａによって定義されるとしてもよい。

【0052】

ステップＳ１１、Ｓ１２による位置合わせ動作Ｓ１Ａ及びステップＳ１３、Ｓ１４ａ、Ｓ１４ｂによるプラズマ照射動作Ｓ１Ｂは、ひとつのエッチング動作を構成する。エッチング装置１は、位置合わせ動作Ｓ１Ａ及びプラズマ照射動作Ｓ１Ｂを繰り返す。

【0053】

次に、エッチング装置１は、再び位置合わせ動作Ｓ１Ａを実行する。具体的には、エッチング装置１は、ピペット照射端２１ａから被加工物９の被加工面９ａまでの距離が原点距離Ｄ２となるように、被加工物９を移動させる（図３（ａ）のＳ１６参照）。次に、エッチング装置１は、ピペット照射端２１ａから被加工物９の表面までの距離が照射開始距離Ｄ１となるように、被加工物９を移動させる（図３（ｂ）のＳ１７参照）。次に、エッチング装置１は、大気圧プラズマＰの照射を開始する（図３（ｃ）のＳ１８参照）。そして、エッチング装置１は、大気圧プラズマＰの照射を開始したのちに、あらかじめ定めた時間が経過したことを条件として、大気圧プラズマＰの照射を停止する（図３（ｄ）のＳ１９ａ参照）。その後、エッチング装置１は、イオナイザー２５からイオン２５ａを照射する（図３（ｄ）のＳ１９ｂ参照）。

【0054】

エッチング装置１は、穴Ｈの深さが所定の深さとなるまで、位置合わせ動作Ｓ１Ａ及びプラズマ照射動作Ｓ１Ｂを繰り返す。例えば、位置合わせ動作Ｓ１Ａ及びプラズマ照射動作Ｓ１Ｂを４回繰り返した結果、図３（ｅ）に示すような穴Ｈを得ることができる。

【0055】

＜作用効果＞
エッチング装置１は、大気圧プラズマＰをピペット照射端２１ａから被加工物９に照射するプラズマ照射機構２と、プラズマ照射機構２のピペット照射端２１ａと被加工物９との相対的な位置を変更する位置決め機構３と、位置決め機構３及びプラズマ照射機構２の動作を制御するコントローラ３５と、を備える。コントローラ３５は、大気圧プラズマＰの照射が停止しているプラズマ照射機構２のピペット照射端２１ａから被加工物９までの距離が、大気圧プラズマＰの照射を開始可能な照射開始距離Ｄ１となるように被加工物９を移動させる位置合わせ動作Ｓ１Ａと、大気圧プラズマＰをピペット照射端２１ａから被加工物９に照射させるプラズマ照射動作Ｓ１Ｂと、を交互に実行する。

【0056】

このエッチング装置１は、プラズマ照射機構２のピペット照射端２１ａから被加工物９までの距離を照射開始距離Ｄ１に設定する位置合わせ動作Ｓ１Ａと、大気圧プラズマＰを照射するプラズマ照射動作Ｓ１Ｂと、を交互に繰り返す。つまり、エッチング加工を行う際に、エッチングマスクの形成を要しない。その結果、従来技術では、パターンを製作するために前処理としてフォトリソグラフィ等の手段を用いて保護膜を形成する工程を要していた。その一方で、本実施形態のエッチング装置１は、被加工物９のエッチングに際して、フォトリソグラフィのためのステッパーといった高価な装置が不要である。さらに、本実施形態のエッチング装置１は、フォトマスクやフォトレジストといった高価な部品や薬品を準備する必要もない。従って、このエッチング装置１は、簡易なステップによって被加工物９に微細構造を形成することができる。

【0057】

位置合わせ動作Ｓ１Ａは、被加工物９に設定される被加工面９ａからの距離が、照射開始距離Ｄ１よりも小さい原点距離Ｄ２となるように被加工物９を移動させた後に、大気圧プラズマＰの照射が停止しているプラズマ照射機構２のピペット照射端２１ａから被加工物９までの距離が、照射開始距離Ｄ１となるように被加工物９を移動させる。この動作によれば、大気圧プラズマＰの照射と停止とを繰り返した場合であっても、プラズマ照射機構２のピペット照射端２１ａから被加工物９までの距離を、照射ごとに管理することができる。

【0058】

プラズマ照射動作Ｓ１Ｂは、被加工物９に対してピペット照射端２１ａを静止させた状態で、大気圧プラズマＰをピペット照射端２１ａから被加工物９に照射させる。このプラズマ照射動作Ｓ１Ｂによれば、被加工物９に対してピペット照射端２１ａを静止させた状態でエッチングを行うことができる。

【0059】

コントローラ３５は、プラズマ照射動作Ｓ１Ｂの後にイオン２５ａを照射させる。この動作によれば、被加工物９の帯電を解消することができる。

【0060】

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、プラズマ照射動作Ｓ１Ｂであるとき、ピペット照射端２１ａと被加工物９との相対的な位置関係を維持した。プラズマ照射動作Ｓ１Ｂであるときに、ピペット照射端２１ａと被加工物９との相対的な位置関係を維持することは必ずしも必要ではない。ここでいう相対的な位置関係を維持するとは、ピペット照射端２１ａに対して被加工物９を移動させないことをいう。従って、相対的な位置関係を維持すると述べるときには、エッチングによってピペット照射端２１ａから被加工物９までの距離が変化することは、考慮しない。つまり、ピペット照射端２１ａと被加工物９との相対的な位置関係を変更しながらプラズマ照射動作Ｓ１Ｂを実行することもできる。第２実施形態は、このようなエッチング動作について説明する。なお、エッチング装置１自体は、第１実施形態のエッチング装置１と同じである。従って、エッチング装置１によって実行される第２実施形態の動作について詳細に説明する。

【0061】

まず、エッチング装置１は、位置合わせ動作Ｓ２Ａを行う（図４（ａ）のＳ２Ａ参照）。第２実施形態の位置合わせ動作Ｓ２Ａも、第１実施形態の位置合わせ動作Ｓ１Ａと同じである。

【0062】

次に、エッチング装置１は、プラズマ照射動作Ｓ２Ｂを実行する（図４（ｂ）のＳ２Ｂ参照）。プラズマ照射動作Ｓ２Ｂの結果、溝Ｒが形成される。具体的には、プラズマ照射動作Ｓ２Ｂであるとき、コントローラ３５は、Ｚステージ３１２の位置を維持する指令Ｃ３１２を与える。コントローラ３５は、高電圧電源２３に電圧の供給を開始させる指令Ｃ２３を与える。大気圧プラズマＰの照射を開始してから停止するまでの間、エッチング装置１は、ピペット照射端２１ａと被加工物９との相対的なＺ軸の方向における位置関係を維持する。つまり、エッチング装置１は、被加工物９をＺ軸の方向に移動させない。その一方で、エッチング装置１は、ピペット照射端２１ａと被加工物９との相対的なＸ軸の方向又はＹ軸の方向における位置関係を変更する。具体的には、コントローラ３５は、被加工物９をＸ軸の方向又はＹ軸の方向に移動させるための指令Ｃ３１１をＸＹリニアステージ３１１に与える。コントローラ３５は、Ｘ軸の方向又はＹ軸の方向にあらかじめ定めた距離だけ被加工物９を移動させたことを条件として、移動を停止させるための指令Ｃ３１１をＸＹリニアステージ３１１に与える。

【0063】

ところで、Ｚステージ３１２の動作を停止した状態で、Ｘ軸の方向又はＹ軸の方向に被加工物９を移動させると、Ｚ軸の方向におけるピペット照射端２１ａから被加工物９までの相対位置が変わることがあり得る。例えば、被加工物９の被加工面９ａに凹凸がある場合が例示できる。そこで、第２実施形態では、ピペット照射端２１ａから被加工物９までの距離が一定の値に維持されるように、Ｘ軸の方向又はＹ軸の方向への移動に伴って被加工物９のＺ軸の方向における位置を調整してもよい。例えば、大気圧プラズマＰを照射する前に、大気圧プラズマＰの照射が予定されるラインに沿って、被加工面９ａの凹凸の状態を計測する。その後、大気圧プラズマＰを照射するときに、計測によって得た凹凸の状態に応じて、被加工物９のＺ軸の方向における位置を調整してもよい。

【0064】

次に、エッチング装置１は、位置合わせ動作Ｓ２Ａを行う（図４（ｃ）のＳ２Ａ参照）。具体的には、エッチング装置１は、ピペット照射端２１ａから被加工物９の表面までの距離が照射開始距離Ｄ１となるように、被加工物９を移動させる。なお、位置合わせ動作Ｓ２Ａは、Ｘ軸の方向又はＹ軸の方向におけるプラズマ照射動作Ｓ２Ｂを停止した位置において実行してもよい。このような動作によると、次のプラズマ照射動作Ｓ２Ｂでは、被加工物９をＸ軸の方向又はＹ軸の方向に沿って往復させながら被加工物９に大気圧プラズマＰを照射することになる（図４（ｄ）のＳ２Ｂ参照）。また、位置合わせ動作Ｓ２Ａは、ひとつ前の位置合わせ動作Ｓ２Ａを行ったＸ軸の方向又はＹ軸の方向における位置に被加工物９を移動させたのちに、実行してもよい。このような動作によると、被加工物９をある決まったＸ軸の方向又はＹ軸の方向に沿って移動させながら被加工物９に大気圧プラズマＰを照射することになる。

【0065】

第２実施形態に示すエッチング装置１の動作によれば、エッチングマスクを準備することなく、被加工物９に対して溝形状の深堀加工を行うことができる。

【0066】

つまり、エッチング装置１において、プラズマ照射動作Ｓ２Ｂは、ピペット照射端２１ａに対して被加工物９を大気圧プラズマＰの照射方向（Ｚ軸方向）と交差する方向（Ｘ軸方向又はＹ軸方向）に移動させながら大気圧プラズマＰをピペット照射端２１ａから被加工物９に照射させる。このプラズマ照射動作Ｓ２Ｂによれば、溝形状の微細構造を得ることができる。

【0067】

＜第３実施形態＞
ピペット照射端２１ａと被加工物９との相対的な位置関係を変更しながら実行するプラズマ照射動作Ｓ１Ｂの別の例示を第３実施形態として説明する。第２実施形態では、プラズマ照射動作Ｓ１Ｂであるときに、被加工物９をＸ軸の方向又はＹ軸の方向に移動させた。第３実施形態では、プラズマ照射動作Ｓ３Ｂであるときに、被加工物９をＺ軸の方向に移動させる。

【0068】

まず、エッチング装置１は、位置合わせ動作Ｓ３Ａを行う（図５（ａ）参照）。第３実施形態の位置合わせ動作Ｓ３Ａも、第１実施形態の位置合わせ動作Ｓ１Ａと同じである。

【0069】

次に、エッチング装置１は、プラズマ照射動作Ｓ３Ｂを実行する（図５（ｂ）のＳ３Ｂ参照）。プラズマ照射動作Ｓ３Ｂの結果、穴Ｈが形成される。具体的には、プラズマ照射動作Ｓ３Ｂであるとき、コントローラ３５は、Ｚステージ３１２の位置を時間の経過とともに変更する指令Ｃ３１２を与える。コントローラ３５は、高電圧電源２３に電圧の供給を開始させる指令Ｃ２３を与える。大気圧プラズマＰの照射を開始してから停止するまでの間、ピペット照射端２１ａと被加工物９との相対的なＺ軸の方向における位置関係が時間の経過とともに変更される。エッチングの進行とともに、ピペット照射端２１ａから被加工物９までの距離が大きくなる。コントローラ３５は、ピペット照射端２１ａから被加工物９までの距離が時間の経過とともに維持されるように、被加工物９を上方に移動させる指令Ｃ３１２をＺステージ３１２に与える。そして、コントローラ３５は、Ｚ軸の方向にあらかじめ定めた距離だけ被加工物９を移動させたことを条件として、移動を停止させるための指令Ｃ３１２をＺステージ３１２に与える。その一方で、エッチング装置１は、ピペット照射端２１ａと被加工物９との相対的なＸ軸の方向又はＹ軸の方向における位置関係を維持する。具体的には、コントローラ３５は、被加工物９をＸ軸の方向又はＹ軸の方向に維持させるための指令Ｃ３１１をＸＹリニアステージ３１１に与える。

【0070】

次に、エッチング装置１は、再び位置合わせ動作Ｓ３Ａを実行する（図５（ｃ）のＳ３１及び図５（ｄ）のＳ３２、Ｓ１Ａ参照）。第３実施形態の位置合わせ動作Ｓ３Ａは、第１実施形態で述べた狭義の位置合わせ動作Ｓ１Ａと、狭義の位置合わせ動作Ｓ１Ａを実行する状態にするための予備動作（Ｓ３１、Ｓ３２）と、を含む。狭義の位置合わせ動作Ｓ１Ａとは、原点距離Ｄ２に設定する動作と、原点距離Ｄ２から照射開始距離Ｄ１とする動作と、を含む。

【0071】

プラズマ照射動作Ｓ１Ｂが終了したとき、ピペット照射端２１ａは、穴Ｈ１の底部の近傍に位置している。そこで、コントローラ３５は、ピペット照射端２１ａが穴Ｈ１の外に位置するように、被加工物９をＺ軸に沿って下方向に移動させるための指令をＺステージ３１２に与える（図５（ｃ）のＳ３１参照）。次に、コントローラ３５は、ピペット照射端２１ａが次の穴Ｈ２の形成位置に来るように被加工物９をＸ軸の方向及び／又はＹ軸の方向に沿って移動させるための指令Ｃ３１１をＸＹリニアステージ３１１に与える（図５（ｄ）のＳ３２参照）。そして、エッチング装置１は、狭義の位置合わせ動作Ｓ１Ａを実行する。その後、エッチング装置１は、再びプラズマ照射動作Ｓ３Ｂを実行する（図５（ｅ）のＳ３Ｂ参照）。プラズマ照射動作Ｓ１Ｂの結果、穴Ｈ２が形成される。穴Ｈ２は、先のプラズマ照射動作Ｓ１Ｂによって形成された穴Ｈ１とつながっている。その結果、穴Ｈ１及び穴Ｈ２による溝Ｒが形成される。

【0072】

第３実施形態に示すエッチング装置１の動作によっても、エッチングマスクを準備することなく、被加工物９に対して二次元状の深堀加工を行うことができる。

【0073】

つまり、エッチング装置１において、プラズマ照射動作Ｓ３Ｂは、ピペット照射端２１ａに対して被加工物９を大気圧プラズマＰの照射方向（Ｚ軸方向）に移動させながら大気圧プラズマＰをピペット照射端２１ａから被加工物９に照射させる。プラズマ照射動作Ｓ３Ｂによっても、穴形状の微細構造を得ることができる。

【0074】

＜第４実施形態＞
第２実施形態の動作及び第３実施形態の動作によれば、被加工物９に対して二次元状の深堀加工を行うことができた。第１実施形態の動作では、ひとつの穴Ｈを形成する動作を例に説明したが、第１実施形態の動作を繰り返すことによっても被加工物９に対して二次元状の深堀加工を行うことができる。

【0075】

ここでいう二次元状とは、被加工物９の厚み方向（Ｚ軸）に直交する被加工物９の主面における加工形状を言う。つまり、エッチング装置１は、Ｘ軸及びＹ軸によって定義される主面において、任意の二次元形状のエッチングを行うことができる。さらに、エッチング装置１は、被加工物９の厚み方向（Ｚ軸）においても、任意の深さの穴を設けることができる。その結果、エッチング装置１は、三次元形状の微細構造を被加工物９に形成することがでいる。

【0076】

まず、エッチング装置１は、ＸＹ平面において定義される第１の位置において、位置合わせ動作Ｓ１Ａと、プラズマ照射動作Ｓ１Ｂと、を繰り返す（図６（ａ）参照）。位置合わせ動作Ｓ１Ａとプラズマ照射動作Ｓ１Ｂとを繰り返した結果、穴Ｈ１が形成される。

【0077】

次に、エッチング装置１は、ピペット照射端２１ａが、ＸＹ平面において定義される第２の位置に来るように被加工物９を移動させる。具体的には、コントローラ３５は、ピペット照射端２１ａが穴Ｈ１の外に位置するように、被加工物９をＺ軸に沿って下方向に移動させるための指令をＺステージ３１２に与える（図６（ｂ）のＳ４１）。次に、コントローラ３５は、ピペット照射端２１ａが次の穴Ｈ２の形成位置（第２の位置）に来るように被加工物９をＸ軸の方向及び／又はＹ軸の方向に沿って移動させるための指令Ｃ３１１をＸＹリニアステージ３１１に与える（図６（ｃ）のＳ４２参照）。

【0078】

そして、エッチング装置１は、ＸＹ平面において定義される第２の位置において、位置合わせ動作Ｓ１Ａと、プラズマ照射動作Ｓ１Ｂと、を繰り返す（図６（ｄ）のＳ１Ａ、Ｓ１Ｂ参照）。位置合わせ動作Ｓ１Ａとプラズマ照射動作Ｓ１Ｂとを繰り返した結果、穴Ｈ２が形成される。穴Ｈ２は、先のプラズマ照射動作Ｓ１Ｂによって形成された穴Ｈ１とつながっている。その結果、穴Ｈ１及び穴Ｈ２による溝Ｒが形成される。

【0079】

第４実施形態に示すエッチング装置１の動作によっても、エッチングマスクを準備することなく、被加工物９に対して二次元状の深堀加工を行うことができる。

【0080】

本発明のエッチング装置１は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0081】

１…エッチング装置、２…プラズマ照射機構、３…位置決め機構、２１…ナノピペット、２１ａ…ピペット照射端、２１ｂ…基端部、２２…電極、２３…高電圧電源、２４…ガス供給源、２４１…ガス供給管、２５…イオナイザー（イオン発生部）、３１…ステージユニット、３１１…ＸＹリニアステージ、３１２…Ｚステージ、３１３…ステージベース、３２…励振アクチュエータ、３３…光学ユニット、３３１…レーザーダイオード、３３２…フォトダイオード、３４…信号処理ユニット、３４１…電流電圧変換回路、３４２…差分回路、３４３…ロックインアンプ、３５…コントローラ、９…被加工物、９ａ…被加工面、Ｄ１…照射開始距離、Ｄ２…原点距離、Ｌ…レーザー、Ｓ１Ａ，Ｓ２Ａ，Ｓ３Ａ…位置合わせ動作、Ｓ１Ｂ，Ｓ２Ｂ，Ｓ３Ｂ…プラズマ照射動作、Ｈ…穴、Ｒ…溝、Ｐ…大気圧プラズマ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】