JP2011240278A - Method for manufacturing filter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a filter having the pore diameter of a nano size.SOLUTION: A plurality of carbon nanotubes 15 are selectively formed on a substrate 10. A base material 11 consisting of SOG is successively formed on the substrate 10, and the plurality of carbon nanotubes 15 are retained by the formed base material 11. A plurality of holes 11a by the plurality of carbon nanotubes 15 are successively formed to the base material 11 by oxidizing the plurality of carbon nanotubes 15 to disappear.

Description

本発明は、清浄なガス若しくは薬品を使用する半導体製造工程又は化学分析に用いるフィルタの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a filter used in a semiconductor manufacturing process or chemical analysis using clean gas or chemicals.

半導体製造工程においては、径が数十nmから100nm程度の異物の存在が、ウエハの歩留まりに大きく影響する。現在、微細な孔径を有するフィルタとして多孔質材料を用いたフィルタが存在するものの、ガス又は薬液等が通過する空孔の径をナノサイズで制御することは困難である。従って、径が数十nmから100nm程度の異物が通過してしまう可能性があり、製造対象の歩留まりの向上は望めない。   In the semiconductor manufacturing process, the presence of foreign matters having a diameter of about several tens to 100 nm greatly affects the yield of wafers. At present, there is a filter using a porous material as a filter having a fine pore diameter, but it is difficult to control the diameter of pores through which a gas or a chemical solution passes with a nano size. Therefore, there is a possibility that a foreign substance having a diameter of several tens of nm to 100 nm will pass through, and an improvement in the yield of the manufacturing object cannot be expected.

また、化学分析の分野においては、より高い精度が要求される。この要求に対し、より清浄な試薬を供給する必要がある。   In the field of chemical analysis, higher accuracy is required. To meet this demand, it is necessary to supply cleaner reagents.

特開2005−285821号公報JP 2005-285821 A 特開2004−315358号公報JP 2004-315358 A

上述したように、現在、一般に用いられる微細な孔径を有するフィルタは、多孔質材料を用いる場合が多い。この多孔質材料は、孔径をナノサイズで制御することが困難であり、ナノサイズの孔径を有するフィルタを形成することができない。   As described above, a filter having a fine pore diameter that is generally used at present often uses a porous material. With this porous material, it is difficult to control the pore size with nano-size, and a filter having nano-sized pore size cannot be formed.

本発明は、前記の問題を解決し、ナノサイズの孔径を有するフィルタを形成できるようにすることを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above problems and to form a filter having a nano-sized pore size.

前記の目的を達成するため、本発明は、フィルタの製造方法を、ナノサイズの大きさを有するカーボンナノチューブをフィルタの金型として用いる構成とする。   In order to achieve the above-mentioned object, according to the present invention, a filter manufacturing method uses a carbon nanotube having a nano size as a filter mold.

具体的に、本発明に係るフィルタの製造方法は、基板の上に、複数のカーボンナノチューブを選択的に形成する工程(a)と、基板の上に母材を形成し、形成した母材により複数のカーボンナノチューブを保持する工程(b)と、工程(b)よりも後に、複数のカーボンナノチューブを消失することにより、母材に複数のカーボンナノチューブによる複数の空孔を形成する工程(c)とを備えている。   Specifically, the method for manufacturing a filter according to the present invention includes a step (a) of selectively forming a plurality of carbon nanotubes on a substrate, a base material formed on the substrate, and the formed base material. A step (b) for holding a plurality of carbon nanotubes, and a step (c) for forming a plurality of holes due to the plurality of carbon nanotubes in the base material by eliminating the plurality of carbon nanotubes after the step (b). And.

本発明のフィルタの製造方法によると、形成した母材により複数のカーボンナノチューブを保持し、その後、複数のカーボンナノチューブを消失することにより、母材に複数のカーボンナノチューブによる複数の空孔を形成する。すなわち、複数のカーボンナノチューブをフィルタの金型として用いることにより、ナノサイズの孔径を有するフィルタを作製することが可能となる。   According to the method for manufacturing a filter of the present invention, a plurality of carbon nanotubes are held by the formed base material, and then the plurality of carbon nanotubes are lost, thereby forming a plurality of holes by the plurality of carbon nanotubes in the base material. . That is, by using a plurality of carbon nanotubes as a filter mold, a filter having a nano-sized pore diameter can be produced.

本発明のフィルタの製造方法において、母材は液状ガラスであり、工程(b)は、複数のカーボンナノチューブを保持した液状ガラスを焼き固める工程を含むことが好ましい。   In the method for producing a filter of the present invention, the base material is liquid glass, and the step (b) preferably includes a step of baking and solidifying the liquid glass holding a plurality of carbon nanotubes.

このようにすると、複数のカーボンナノチューブを固めたガラス中に数nmの孔径を持つ空孔を有するフィルタを得ることができる。   In this way, it is possible to obtain a filter having pores having a pore diameter of several nm in a glass in which a plurality of carbon nanotubes are solidified.

また、本発明のフィルタの製造方法において、母材は窒化シリコンであり、工程(b)において、窒化シリコンをプラズマCVD法により形成することが好ましい。   Further, in the filter manufacturing method of the present invention, the base material is silicon nitride, and in the step (b), silicon nitride is preferably formed by a plasma CVD method.

このようにすると、ナノサイズの孔径を有するフィルタを得ることができると共に、基板と母材との間のエッチングレート差を大きくすることができるため、母材から基板を容易に除去することができる。   In this way, a filter having a nano-sized pore diameter can be obtained, and the difference in etching rate between the substrate and the base material can be increased, so that the substrate can be easily removed from the base material. .

本発明のフィルタの製造方法は、工程(c)において、酸素プラズマ又はオゾンプラズマを用いた酸化処理を行うことにより、複数のカーボンナノチューブを消失してもよい。   In the method for producing a filter of the present invention, the plurality of carbon nanotubes may be eliminated by performing an oxidation treatment using oxygen plasma or ozone plasma in the step (c).

本発明のフィルタの製造方法は、工程(a)よりも前に、基板の上に、金属からなる触媒層を形成する工程(d)をさらに備えていてもよい。   The method for producing a filter of the present invention may further include a step (d) of forming a catalyst layer made of a metal on the substrate before the step (a).

本発明のフィルタの製造方法は、工程(a)において、各カーボンナノチューブが基板の主面に対して垂直な方向に配向することが好ましい。   In the filter manufacturing method of the present invention, in the step (a), the carbon nanotubes are preferably oriented in a direction perpendicular to the main surface of the substrate.

本発明のフィルタの製造方法は、工程(a)において、各カーボンナノチューブの大きさが調整されていることが好ましい。   In the method for producing a filter of the present invention, it is preferable that the size of each carbon nanotube is adjusted in step (a).

本発明のフィルタの製造方法は、工程(a)において、複数のカーボンナノチューブの密度が10本/cm以上且つ1011本/cm以下であり、その長さは1μm以上且つ100μm以下であってもよい。 In the method for producing a filter of the present invention, in step (a), the density of the plurality of carbon nanotubes is 10 9 / cm 2 or more and 10 11 / cm 2 or less, and the length is 1 μm or more and 100 μm or less. There may be.

本発明のフィルタの製造方法は、工程(c)よりも後に、化学的エッチングにより、基板の少なくとも一部を除去する工程(e)をさらに備えていてもよい。   The method for producing a filter of the present invention may further include a step (e) of removing at least a part of the substrate by chemical etching after the step (c).

この場合に、工程(e)において、基板の周縁部を残すようにエッチングしてもよい。   In this case, in step (e), etching may be performed so as to leave the peripheral edge of the substrate.

このようにすると、フィルタの強度を増すことができる。   In this way, the strength of the filter can be increased.

また、本発明のフィルタの製造方法は、工程(c)よりも後に、化学機械研磨法により、基板を除去する工程(e)をさらに備えていてもよい。   The filter manufacturing method of the present invention may further include a step (e) of removing the substrate by a chemical mechanical polishing method after the step (c).

本発明に係るフィルタの製造方法によると、ナノサイズの孔径を有するフィルタを作製することができる。   According to the filter manufacturing method of the present invention, a filter having a nano-sized pore diameter can be produced.

図1(a)及び図1(b)は本発明の第1の実施形態に係るフィルタを示し、図1(a)は平面図であり、図1(b)は断面図である。FIG. 1A and FIG. 1B show a filter according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view. 図2(a)〜図2(d)は本発明の第1の実施形態に係るフィルタの製造方法を示す工程順の断面図である。FIG. 2A to FIG. 2D are cross-sectional views in order of steps showing the method for manufacturing a filter according to the first embodiment of the present invention. 図3(a)〜図3(d)は本発明の第1の実施形態に係るフィルタの製造方法を示す工程順の断面図である。FIG. 3A to FIG. 3D are cross-sectional views in order of steps showing the filter manufacturing method according to the first embodiment of the present invention. 図4は本発明の各実施形態に係るフィルタの製造に用いるカーボンナノチューブ成長装置の模式的な断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a carbon nanotube growth apparatus used for manufacturing a filter according to each embodiment of the present invention. 図5は本発明の各実施形態に係るフィルタの製造に用いる酸化処理装置の模式的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an oxidation treatment apparatus used for manufacturing a filter according to each embodiment of the present invention. 図6(a)及び図6(b)は本発明の第1の実施形態の第1変形例に係るフィルタを示し、図6(a)は平面図であり、図6(b)は断面図である。6 (a) and 6 (b) show a filter according to a first modification of the first embodiment of the present invention, FIG. 6 (a) is a plan view, and FIG. 6 (b) is a sectional view. It is. 図7(a)及び図7(b)は本発明の第1の実施形態の第3変形例に係るフィルタを示し、図7(a)は平面図であり、図7(b)は断面図である。7 (a) and 7 (b) show a filter according to a third modification of the first embodiment of the present invention, FIG. 7 (a) is a plan view, and FIG. 7 (b) is a sectional view. It is. 図8(a)及び図8(b)は本発明の第2の実施形態に係るフィルタを示し、図8(a)は平面図であり、図8(b)は断面図である。8A and 8B show a filter according to the second embodiment of the present invention, FIG. 8A is a plan view, and FIG. 8B is a cross-sectional view. 図9(a)〜図9(d)は本発明の第2の実施形態に係るフィルタの製造方法を示す工程順の断面図である。FIG. 9A to FIG. 9D are cross-sectional views in order of steps showing a method for manufacturing a filter according to the second embodiment of the present invention. 図10(a)〜図10(c)は本発明の第2の実施形態に係るフィルタの製造方法を示す工程順の断面図である。FIG. 10A to FIG. 10C are cross-sectional views in order of steps showing a method for manufacturing a filter according to the second embodiment of the present invention. 図11(a)及び図11(b)は本発明の第2の実施形態の第1変形例に係るフィルタを示し、図11(a)は平面図であり、図11(b)は断面図である。11 (a) and 11 (b) show a filter according to a first modification of the second embodiment of the present invention, FIG. 11 (a) is a plan view, and FIG. 11 (b) is a sectional view. It is.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について図1を参照しながら説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1(a)及び(b)に示すように、第1の実施形態に係るフィルタ1は、例えば液状ガラスを焼き固めてなる母材11に形成された複数の空孔11aを有している。各空孔11aは母材11の表裏方向に貫通しており、複数のカーボンナノチューブを消失して形成されている。従って、各空孔11aはその径がナノサイズに調整されている。   As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the filter 1 according to the first embodiment has a plurality of holes 11a formed in a base material 11 formed by baking and solidifying liquid glass, for example. . Each hole 11a penetrates in the front and back direction of the base material 11, and is formed by eliminating a plurality of carbon nanotubes. Therefore, the diameter of each hole 11a is adjusted to nano size.

以下、前記のように構成されたフィルタ1の製造方法について図2及び図3を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the filter 1 configured as described above will be described with reference to FIGS.

まず、図2(a)に示すように、例えば、シリコン(Si)からなる基板10の主面上に、化学的気相堆積(CVD)法により、膜厚が20nm〜100nm程度の窒化シリコンからなる下地膜12を成膜する。   First, as shown in FIG. 2A, for example, silicon nitride having a thickness of about 20 nm to 100 nm is formed on the main surface of a substrate 10 made of silicon (Si) by chemical vapor deposition (CVD). A base film 12 is formed.

次に、図2(b)に示すように、スパッタ法等により、下地膜12の上に、膜厚が1nm〜15nm程度のチタン(Ti)からなる金属薄膜13を成膜する。ここで、金属薄膜13には、Tiに代えて、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)又はタングステン(W)を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 2B, a metal thin film 13 made of titanium (Ti) having a thickness of about 1 nm to 15 nm is formed on the base film 12 by sputtering or the like. Here, instead of Ti, molybdenum (Mo), vanadium (V), niobium (Nb), or tungsten (W) can be used for the metal thin film 13.

次に、図2(c)に示すように、スパッタ法により、金属薄膜13の上に、膜厚が1nm〜5nm程度のコバルト(Co)からなる触媒層14を形成する。なお、触媒層14には、Coに代えて、ニッケル(Ni)若しくは鉄(Fe)、又はCoを含めこれらのうちの2つ以上の合金を用いることができる。その後、形成された触媒層14を300℃〜400℃程度に加熱することによりコバルトを凝集させて、複数の粒子状の触媒層14とする。なお、このコバルトの凝集は、次工程のカーボンナノチューブ成長装置内で行ってもよい。   Next, as shown in FIG. 2C, a catalyst layer 14 made of cobalt (Co) having a thickness of about 1 nm to 5 nm is formed on the metal thin film 13 by sputtering. The catalyst layer 14 may be made of nickel (Ni) or iron (Fe), or two or more of these alloys including Co instead of Co. Thereafter, the formed catalyst layer 14 is heated to about 300 ° C. to 400 ° C. to agglomerate cobalt to form a plurality of particulate catalyst layers 14. The cobalt aggregation may be performed in a carbon nanotube growth apparatus in the next step.

次に、図2(d)に示すように、基板10を、図4に示すカーボンナノチューブ成長装置に投入し、炭素源である、例えばアセチレン(C)と不活性ガス、例えばアルゴン(Ar)とを基板10の上に導入する。このとき、基板10を350℃〜900℃程度に加熱しており、各粒子状の触媒層14から、それぞれ、径が5nm〜50nmで、長さが1μm〜100μm程度のカーボンナノチューブ15が、基板10の主面に対してほぼ垂直な方向に成長する。ここで、カーボンナノチューブ15の成長密度は、10本/cm〜1011本/cm程度となるように設定している。なお、炭素源には、アセチレンに限られず、例えばメタン(CH)を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 2D, the substrate 10 is put into the carbon nanotube growth apparatus shown in FIG. 4, and the carbon source, for example, acetylene (C 2 H 2 ) and an inert gas, for example, argon ( Ar) is introduced onto the substrate 10. At this time, the substrate 10 is heated to about 350 ° C. to 900 ° C., and the carbon nanotubes 15 having a diameter of 5 nm to 50 nm and a length of about 1 μm to 100 μm are respectively formed from the particulate catalyst layers 14. It grows in a direction substantially perpendicular to the ten main surfaces. Here, the growth density of the carbon nanotubes 15 is set to be about 10 9 / cm 2 to 10 11 / cm 2 . The carbon source is not limited to acetylene, and for example, methane (CH 4 ) can be used.

次に、図3(a)に示すように、基板10の上に複数のカーボンナノチューブ15を埋め込むように、液状ガラス、例えばSOG(spin-on-glass)を塗布する。その後、塗布されたSOGを350℃〜500℃程度の温度で60分〜120分間程度焼き固めることにより、SOGからなり、内部に複数のカーボンナノチューブ15を保持する母材11を形成する。このとき、母材11の厚さは、カーボンナノチューブ15の高さを越えないようにする必要がある。   Next, as shown in FIG. 3A, liquid glass, for example, SOG (spin-on-glass) is applied so as to embed a plurality of carbon nanotubes 15 on the substrate 10. Thereafter, the applied SOG is baked and hardened at a temperature of about 350 ° C. to 500 ° C. for about 60 to 120 minutes to form a base material 11 made of SOG and holding a plurality of carbon nanotubes 15 therein. At this time, it is necessary that the thickness of the base material 11 does not exceed the height of the carbon nanotube 15.

次に、図3(b)に示すように、母材11が形成された基板10を、図5に示す酸化処理装置の真空容器61に投入して、酸素(O)プラズマ又はオゾン(O)プラズマにより、カーボンナノチューブ15を酸化し、二酸化炭素(CO)にして消失させる。これにより、図3(c)に示すように、母材11には、各カーボンナノチューブ15が消失してなる複数の空孔11aが形成される。このように、各空孔11aの孔径は、カーボンナノチューブ15の径に依存する。 Next, as shown in FIG. 3B, the substrate 10 on which the base material 11 is formed is put into the vacuum vessel 61 of the oxidation processing apparatus shown in FIG. 5, and oxygen (O 2 ) plasma or ozone (O 3 ) The carbon nanotubes 15 are oxidized by plasma to be lost as carbon dioxide (CO 2 ). As a result, as shown in FIG. 3C, the base material 11 is formed with a plurality of holes 11 a formed by the disappearance of the carbon nanotubes 15. Thus, the hole diameter of each hole 11 a depends on the diameter of the carbon nanotube 15.

次に、図3(d)に示すように、シリコンからなる基板10を、例えば水酸化ナトリウム(NaOH)溶液又は水酸化カリウム(KOH)溶液によりエッチングして除去する。その後、露出した窒化シリコンからなる下地膜12を、例えば燐酸浴エッチングにより除去する。続いて、露出したチタンからなる金属薄膜13を、例えば塩酸で除去する。   Next, as shown in FIG. 3D, the substrate 10 made of silicon is removed by etching using, for example, a sodium hydroxide (NaOH) solution or a potassium hydroxide (KOH) solution. Thereafter, the exposed base film 12 made of silicon nitride is removed by, for example, phosphoric acid bath etching. Subsequently, the exposed metal thin film 13 made of titanium is removed, for example, with hydrochloric acid.

以上により、図1に示す、ナノサイズの複数の空孔11aを有するフィルタ1を作製することができる。   As described above, the filter 1 having a plurality of nano-sized holes 11a shown in FIG. 1 can be produced.

以下に、図4を参照しながら、第1の実施形態に用いるカーボンナノチューブ成長装置を説明する。   The carbon nanotube growth apparatus used in the first embodiment will be described below with reference to FIG.

図4に示すように、第1の実施形態に用いるカーボンナノチューブ成長装置は、真空容器51と、該真空容器51の下部に配置され、上面に基板10を保持するステージ52と、該ステージ52の下側に配置され、ステージ52を加熱する加熱ユニット53とから構成される。真空容器51の一方の上部には、原料ガス及び不活性ガスの導入口54が設けられ、他方の上部には、ガスの排気口55が設けられている。   As shown in FIG. 4, the carbon nanotube growth apparatus used in the first embodiment includes a vacuum vessel 51, a stage 52 disposed below the vacuum vessel 51 and holding the substrate 10 on the upper surface, The heating unit 53 is disposed on the lower side and heats the stage 52. A source gas and inert gas introduction port 54 is provided in one upper part of the vacuum vessel 51, and a gas exhaust port 55 is provided in the other upper part.

次に、図5を参照しながら、第1の実施形態に用いる酸化処理装置を説明する。   Next, the oxidation processing apparatus used in the first embodiment will be described with reference to FIG.

図5に示すように、第1の実施形態に用いる酸化処理装置は、真空容器61と、該真空容器61の下部に配置され、上面に基板10を保持するステージ62と、該ステージ62の下側に配置され、ステージ62を加熱する加熱ユニット63と、真空容器の上部に配置され、出力が100W以上で、発振周波数が13.56MHzの高周波を発生する高周波発生ユニット64とから構成される。真空容器61の一方の上部には、酸素ガス又はオゾンガスの導入口65が設けられ、他方の上部には、ガスの排気口66が設けられている。   As shown in FIG. 5, the oxidation processing apparatus used in the first embodiment includes a vacuum vessel 61, a stage 62 disposed on the lower portion of the vacuum vessel 61 and holding the substrate 10 on the upper surface, and a lower portion of the stage 62. The heating unit 63 that is disposed on the side and heats the stage 62, and the high-frequency generation unit 64 that is disposed on the top of the vacuum vessel and generates a high frequency with an output of 100 W or more and an oscillation frequency of 13.56 MHz. An oxygen gas or ozone gas introduction port 65 is provided in one upper part of the vacuum vessel 61, and a gas exhaust port 66 is provided in the other upper part.

導入口65から真空容器61に導入された酸素又はオゾンは、高周波発生ユニット64からの高周波によってプラズマ化される。   Oxygen or ozone introduced into the vacuum vessel 61 from the introduction port 65 is turned into plasma by the high frequency from the high frequency generation unit 64.

(第1の実施形態の第1変形例)
以下、第1の実施形態の第1変形例について図6を参照しながら説明する。
(First modification of the first embodiment)
Hereinafter, a first modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.

図6(a)及び(b)に示すように、第1変形例に係るフィルタ1は、下面の基板10、下地膜12及び金属薄膜13の周縁部を残している。これにより、フィルタ1自体の強度を向上することができる。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the filter 1 according to the first modification leaves the peripheral portions of the substrate 10, the base film 12, and the metal thin film 13 on the lower surface. Thereby, the strength of the filter 1 itself can be improved.

第1変形例に係るフィルタ1の製造方法は、以下の通りである。すなわち、図3(d)に示す基板除去工程において、リソグラフィ法により、基板10の裏面に該基板10の周縁部をマスクするレジストパターンを形成する。続いて、形成されたレジストパターンをマスクとして、基板10に対してウエットエッチングを行う。続いて、露出した下地膜12を燐酸浴エッチングにより除去し、さらに、露出した金属薄膜13を塩酸で除去する。   The manufacturing method of the filter 1 according to the first modification is as follows. That is, in the substrate removing step shown in FIG. 3D, a resist pattern for masking the peripheral portion of the substrate 10 is formed on the back surface of the substrate 10 by lithography. Subsequently, wet etching is performed on the substrate 10 using the formed resist pattern as a mask. Subsequently, the exposed base film 12 is removed by phosphoric acid bath etching, and the exposed metal thin film 13 is removed with hydrochloric acid.

(第1の実施形態の第2変形例)
以下、第1の実施形態の第2変形例について説明する。
(Second modification of the first embodiment)
Hereinafter, a second modification of the first embodiment will be described.

第2変形例は、図3(d)に示す基板除去工程において、基板10をウエットエッチングで除去する方法に代えて、化学機械研磨(CMP)法を用いる。その後は、露出した下地膜12を燐酸浴エッチングにより除去し、さらに、露出した金属薄膜13を塩酸で除去する。   In the second modification, a chemical mechanical polishing (CMP) method is used in place of the method of removing the substrate 10 by wet etching in the substrate removing step shown in FIG. Thereafter, the exposed base film 12 is removed by phosphoric acid bath etching, and the exposed metal thin film 13 is removed with hydrochloric acid.

このようにしても、図1に示すフィルタ1を得ることができる。   Even in this way, the filter 1 shown in FIG. 1 can be obtained.

なお、基板10の除去にウエットエッチング法を用いると、基板に用いたSiの結晶方位を反映した凹凸が存在する加工が可能であり、また、CMP法を用いると、基板に用いるSiの結晶方位によらず一様な加工面を得ることが可能である。   If a wet etching method is used for removing the substrate 10, processing with unevenness reflecting the crystal orientation of Si used for the substrate is possible. If the CMP method is used, the crystal orientation of Si used for the substrate is possible. Regardless of this, it is possible to obtain a uniform processed surface.

(第1の実施形態の第3変形例)
以下、第1の実施形態の第3変形例について図7を参照しながら説明する。
(Third Modification of First Embodiment)
Hereinafter, a third modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.

図7(a)及び(b)に示すように、第3変形例に係るフィルタ1は、空孔11aの径を、例えば30nm〜80nm程度と、第1の実施形態、その第1変形例及び第2変形例よりも大きくしている。   As shown in FIGS. 7A and 7B, the filter 1 according to the third modified example has a diameter of the air holes 11a of, for example, about 30 nm to 80 nm, the first embodiment, the first modified example, and It is larger than the second modification.

第3変形例に係るフィルタ1の製造方法は、以下の通りである。すなわち、図2(c)に示す工程において、コバルト(Co)の膜厚を例えば10nm〜15nm程度とするか、又は加熱温度を例えば450℃〜600℃程度として、触媒層14であるコバルト(Co)の凝集量を増やすことにより、コバルト粒子の径を30nm〜80nm程度とする。その後は、第1の実施形態と同様である。   The manufacturing method of the filter 1 according to the third modification is as follows. That is, in the step shown in FIG. 2C, the cobalt (Co) film thickness is, for example, about 10 nm to 15 nm, or the heating temperature is, for example, about 450 ° C. to 600 ° C. ) To increase the diameter of the cobalt particles to about 30 nm to 80 nm. The subsequent steps are the same as in the first embodiment.

このように、フィルタ1の孔径11aは、触媒層14の凝集量、すなわち粒子径を調整することにより制御することができる。   Thus, the pore diameter 11a of the filter 1 can be controlled by adjusting the amount of aggregation of the catalyst layer 14, that is, the particle diameter.

なお、第3変形例においても、第1変形例又は第2変形例を適用することができる。   In the third modification, the first modification or the second modification can be applied.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態について図8を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図8(a)及び(b)に示すように、第2の実施形態に係るフィルタ1は、例えば窒化シリコン(SiN)からなる母材21に形成された複数の空孔21aを有している。各空孔21aは母材21の表裏方向に貫通しており、複数のカーボンナノチューブを消失して形成されている。従って、各空孔21aはその径がナノサイズに調整されている。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the filter 1 according to the second embodiment has a plurality of holes 21a formed in a base material 21 made of, for example, silicon nitride (SiN). . Each hole 21a penetrates in the front and back direction of the base material 21, and is formed by eliminating a plurality of carbon nanotubes. Therefore, the diameter of each hole 21a is adjusted to nano size.

以下、前記のように構成されたフィルタ1の製造方法について図9及び図10を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the filter 1 configured as described above will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

まず、図9(a)に示すように、例えば、シリコン(Si)からなる基板10の主面上に、スパッタ法等により、膜厚が1nm〜15nm程度のチタン(Ti)からなる金属薄膜13を成膜する。ここで、金属薄膜13には、Tiに代えて、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)又はタングステン(W)を用いることができる。   First, as shown in FIG. 9A, for example, a metal thin film 13 made of titanium (Ti) having a thickness of about 1 nm to 15 nm is formed on the main surface of a substrate 10 made of silicon (Si) by sputtering or the like. Is deposited. Here, instead of Ti, molybdenum (Mo), vanadium (V), niobium (Nb), or tungsten (W) can be used for the metal thin film 13.

次に、図9(b)に示すように、スパッタ法により、金属薄膜13の上に、膜厚が1nm〜5nm程度のコバルト(Co)からなる触媒層14を形成する。なお、触媒層14には、Coに代えて、ニッケル(Ni)若しくは鉄(Fe)、又はCoを含めこれらのうちの2つ以上の合金を用いることができる。その後、形成された触媒層14を300℃〜400℃程度に加熱することによりコバルトを凝集させて、複数の粒子状の触媒層14とする。なお、このコバルトの凝集は、次工程のカーボンナノチューブ成長装置内で行ってもよい。   Next, as shown in FIG. 9B, a catalyst layer 14 made of cobalt (Co) having a thickness of about 1 nm to 5 nm is formed on the metal thin film 13 by sputtering. The catalyst layer 14 may be made of nickel (Ni) or iron (Fe), or two or more of these alloys including Co instead of Co. Thereafter, the formed catalyst layer 14 is heated to about 300 ° C. to 400 ° C. to agglomerate cobalt to form a plurality of particulate catalyst layers 14. The cobalt aggregation may be performed in a carbon nanotube growth apparatus in the next step.

次に、図9(c)に示すように、基板10を、図4に示すカーボンナノチューブ成長装置に投入し、炭素源である、例えばアセチレン(C)と不活性ガス、例えばアルゴン(Ar)とを基板10の上に導入する。このとき、基板10を350℃〜900℃程度に加熱しており、各粒子状の触媒層14から、それぞれ、径が5nm〜50nmで、長さが1μm〜100μm程度のカーボンナノチューブ15が、基板10の主面に対してほぼ垂直な方向に成長する。ここで、カーボンナノチューブ15の成長密度は、10本/cm〜1011本/cm程度となるように設定している。なお、炭素源には、アセチレンに限られず、例えばメタン(CH)を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 9C, the substrate 10 is put into the carbon nanotube growth apparatus shown in FIG. 4, and acetylene (C 2 H 2 ) that is a carbon source, for example, an inert gas such as argon ( Ar) is introduced onto the substrate 10. At this time, the substrate 10 is heated to about 350 ° C. to 900 ° C., and the carbon nanotubes 15 having a diameter of 5 nm to 50 nm and a length of about 1 μm to 100 μm are respectively formed from the particulate catalyst layers 14. It grows in a direction substantially perpendicular to the ten main surfaces. Here, the growth density of the carbon nanotubes 15 is set to be about 10 9 / cm 2 to 10 11 / cm 2 . The carbon source is not limited to acetylene, and for example, methane (CH 4 ) can be used.

次に、図9(d)に示すように、プラズマCVD法により、基板10の上に複数のカーボンナノチューブ15を埋め込むように、窒化シリコンからなる母材21を成膜する。このとき、母材21の厚さは、カーボンナノチューブ15の高さを越えないようにする必要がある。   Next, as shown in FIG. 9D, a base material 21 made of silicon nitride is formed by plasma CVD so as to embed a plurality of carbon nanotubes 15 on the substrate 10. At this time, it is necessary that the thickness of the base material 21 does not exceed the height of the carbon nanotube 15.

次に、図10(a)に示すように、母材21が形成された基板10を、図5に示す酸化処理装置の真空容器61に投入して、酸素(O)プラズマ又はオゾン(O)プラズマにより、カーボンナノチューブ15を酸化し、二酸化炭素(CO)にして消失させる。これにより、図10(b)に示すように、母材21には、各カーボンナノチューブ15が消失してなる複数の空孔21aが形成される。このように、各空孔21aの孔径は、カーボンナノチューブ15の径に依存する。 Next, as shown in FIG. 10A, the substrate 10 on which the base material 21 is formed is put into the vacuum vessel 61 of the oxidation processing apparatus shown in FIG. 5, and oxygen (O 2 ) plasma or ozone (O 3 ) The carbon nanotubes 15 are oxidized by plasma to be lost as carbon dioxide (CO 2 ). As a result, as shown in FIG. 10B, the base material 21 is formed with a plurality of holes 21 a formed by the disappearance of the carbon nanotubes 15. Thus, the hole diameter of each hole 21 a depends on the diameter of the carbon nanotube 15.

次に、図10(c)に示すように、シリコンからなる基板10を、例えば水酸化ナトリウム(NaOH)溶液又は水酸化カリウム(KOH)溶液によりエッチングして除去する。その後、露出したチタンからなる金属薄膜13を、例えば塩酸で除去する。   Next, as shown in FIG. 10C, the substrate 10 made of silicon is removed by etching, for example, with a sodium hydroxide (NaOH) solution or a potassium hydroxide (KOH) solution. Thereafter, the exposed metal thin film 13 made of titanium is removed, for example, with hydrochloric acid.

以上により、図8に示す、ナノサイズの複数の空孔21aを有するフィルタ1を作製することができる。   As described above, the filter 1 having a plurality of nano-sized holes 21a shown in FIG. 8 can be produced.

第2の実施形態においては、基板10にシリコン(Si)を用いているため、基板10を除去する際に、窒化シリコンからなる母材21とのエッチングレート差が大きくなるため、母材21から基板10を容易に除去することができる。   In the second embodiment, since silicon (Si) is used for the substrate 10, an etching rate difference with the base material 21 made of silicon nitride increases when the substrate 10 is removed. The substrate 10 can be easily removed.

(第2の実施形態の第1変形例)
以下、第2の実施形態の第1変形例について図11を参照しながら説明する。
(First Modification of Second Embodiment)
Hereinafter, a first modification of the second embodiment will be described with reference to FIG.

図11(a)及び(b)に示すように、第1変形例に係るフィルタ1は、下面の基板10及び金属薄膜13の周縁部を残している。これにより、フィルタ1自体の強度を向上することができる。   As shown in FIGS. 11A and 11B, the filter 1 according to the first modified example leaves the peripheral portion of the substrate 10 and the metal thin film 13 on the lower surface. Thereby, the strength of the filter 1 itself can be improved.

第1変形例に係るフィルタ1の製造方法は、以下の通りである。すなわち、図10(c)に示す基板除去工程において、リソグラフィ法により、基板10の裏面に該基板10の周縁部をマスクするレジストパターンを形成する。続いて、形成されたレジストパターンをマスクとして、基板10に対してウエットエッチングを行う。続いて、露出した金属薄膜13を塩酸で除去する。   The manufacturing method of the filter 1 according to the first modification is as follows. That is, in the substrate removal step shown in FIG. 10C, a resist pattern for masking the peripheral portion of the substrate 10 is formed on the back surface of the substrate 10 by lithography. Subsequently, wet etching is performed on the substrate 10 using the formed resist pattern as a mask. Subsequently, the exposed metal thin film 13 is removed with hydrochloric acid.

(第2の実施形態の第2変形例)
以下、第2の実施形態の第2変形例について説明する。
(Second modification of the second embodiment)
Hereinafter, a second modification of the second embodiment will be described.

第2変形例は、図3(d)に示す基板除去工程において、基板10をウエットエッチングで除去する方法に代えて、化学機械研磨(CMP)法を用いる。その後は、露出した金属薄膜13を塩酸で除去する。   In the second modification, a chemical mechanical polishing (CMP) method is used in place of the method of removing the substrate 10 by wet etching in the substrate removing step shown in FIG. Thereafter, the exposed metal thin film 13 is removed with hydrochloric acid.

このようにしても、図8に示すフィルタ1を得ることができる。   Even in this way, the filter 1 shown in FIG. 8 can be obtained.

また、第2の実施形態においても、図9(d)に示す工程において、コバルトからなる触媒層14が凝集した各粒子の径を大きくすることにより、図7に示す第1の実施形態の第3変形例と同等のフィルタ1を作製することができる。   Also in the second embodiment, in the step shown in FIG. 9D, by increasing the diameter of each particle in which the catalyst layer 14 made of cobalt is aggregated, the first embodiment shown in FIG. The filter 1 equivalent to the three modified examples can be produced.

本発明に係るフィルタの製造方法は、ナノサイズの孔径を有するフィルタを作製することができ、清浄なガス若しくは薬品を使用する半導体製造工程又は化学分析に用いるフィルタ等に有用である。   The method for producing a filter according to the present invention can produce a filter having a nano-sized pore diameter, and is useful for a semiconductor production process using a clean gas or a chemical or a filter used for chemical analysis.

1 フィルタ
10 基板
11 母材(SOG)
11a 空孔
12 下地膜
13 金属薄膜
14 触媒層
15 カーボンナノチューブ
21 母材(SiN)
21a 空孔
51 真空容器
52 ステージ
53 加熱ユニット
54 導入口
55 排気口
61 真空容器
62 ステージ
63 加熱ユニット
64 高周波ユニット
65 導入口
66 排気口
1 Filter 10 Substrate 11 Base material (SOG)
11a Hole 12 Base film 13 Metal thin film 14 Catalyst layer 15 Carbon nanotube 21 Base material (SiN)
21a Hole 51 Vacuum vessel 52 Stage 53 Heating unit 54 Inlet 55 Exhaust port 61 Vacuum vessel 62 Stage 63 Heating unit 64 High frequency unit 65 Inlet 66 Exhaust port

Claims (11)

基板の上に、複数のカーボンナノチューブを選択的に形成する工程(a)と、
前記基板の上に母材を形成し、形成した前記母材により前記複数のカーボンナノチューブを保持する工程(b)と、
前記工程(b)よりも後に、前記複数のカーボンナノチューブを消失することにより、前記母材に前記複数のカーボンナノチューブによる複数の空孔を形成する工程(c)とを備えていることを特徴とするフィルタの製造方法。
A step (a) of selectively forming a plurality of carbon nanotubes on a substrate;
Forming a base material on the substrate and holding the plurality of carbon nanotubes by the formed base material (b);
A step (c) of forming a plurality of pores by the plurality of carbon nanotubes in the base material by eliminating the plurality of carbon nanotubes after the step (b). Filter manufacturing method.
前記母材は、液状ガラスであり、
前記工程(b)は、前記複数のカーボンナノチューブを保持した前記液状ガラスを焼き固める工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のフィルタの製造方法。
The base material is liquid glass,
The method for producing a filter according to claim 1, wherein the step (b) includes a step of baking and solidifying the liquid glass holding the plurality of carbon nanotubes.
前記母材は、窒化シリコンであり、
前記工程(b)において、前記窒化シリコンをプラズマCVD法により形成することを特徴とする請求項1に記載のフィルタの製造方法。
The base material is silicon nitride;
2. The method for manufacturing a filter according to claim 1, wherein in the step (b), the silicon nitride is formed by a plasma CVD method.
前記工程(c)において、酸素プラズマ又はオゾンプラズマを用いた酸化処理を行うことにより、前記複数のカーボンナノチューブを消失することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のフィルタの製造方法。   4. The filter according to claim 1, wherein in the step (c), the plurality of carbon nanotubes are eliminated by performing an oxidation treatment using oxygen plasma or ozone plasma. 5. Production method. 前記工程(a)よりも前に、
前記基板の上に、金属からなる触媒層を形成する工程(d)をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のフィルタの製造方法。
Prior to step (a),
The method for producing a filter according to claim 1, further comprising a step (d) of forming a catalyst layer made of a metal on the substrate.
前記工程(a)において、前記各カーボンナノチューブは、前記基板の主面に対して垂直な方向に配向することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のフィルタ製造方法。   6. The filter manufacturing method according to claim 1, wherein, in the step (a), the carbon nanotubes are oriented in a direction perpendicular to a main surface of the substrate. 前記工程(a)において、前記各カーボンナノチューブの大きさは、調整されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のフィルタ製造方法。   In the said process (a), the magnitude | size of each said carbon nanotube is adjusted, The filter manufacturing method of any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. 前記工程(a)において、前記複数のカーボンナノチューブの密度は、10本/cm以上且つ1011本/cm以下であり、その長さは1μm以上且つ100μm以下であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のフィルタ製造方法。 In the step (a), the density of the plurality of carbon nanotubes is 10 9 / cm 2 or more and 10 11 / cm 2 or less, and the length thereof is 1 μm or more and 100 μm or less. The filter manufacturing method of any one of Claims 1-7. 前記工程(c)よりも後に、
化学的エッチングにより、前記基板の少なくとも一部を除去する工程(e)をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のフィルタの製造方法。
After step (c),
The method for manufacturing a filter according to claim 1, further comprising a step (e) of removing at least a part of the substrate by chemical etching.
前記工程(e)において、前記基板の周縁部を残すようにエッチングすることを特徴とする請求項9に記載のフィルタの製造方法。   The method for manufacturing a filter according to claim 9, wherein in the step (e), etching is performed so as to leave a peripheral portion of the substrate. 前記工程(c)よりも後に、
化学機械研磨法により、前記基板を除去する工程(e)をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のフィルタの製造方法。
After step (c),
The method for manufacturing a filter according to claim 1, further comprising a step (e) of removing the substrate by a chemical mechanical polishing method.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015047587A (en) * 2013-09-04 2015-03-16 日立造船株式会社 Method for manufacturing separation membrane
CN108554206A (en) * 2018-04-17 2018-09-21 南京大学 A kind of high-throughput composite filter membrane and preparation method based on porous in carbon nanotube

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