JP2003171783A - Selective etching treatment method for metallic oxide film, metallic oxide film subjected to selective etching treatment by the same method, optical element, and electrically conductive film - Google Patents

Selective etching treatment method for metallic oxide film, metallic oxide film subjected to selective etching treatment by the same method, optical element, and electrically conductive film

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JP2003171783A
JP2003171783A JP2001375133A JP2001375133A JP2003171783A JP 2003171783 A JP2003171783 A JP 2003171783A JP 2001375133 A JP2001375133 A JP 2001375133A JP 2001375133 A JP2001375133 A JP 2001375133A JP 2003171783 A JP2003171783 A JP 2003171783A
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茂 片山
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正勝 浦入
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美華 堀池
Kazuyuki Hirao
一之 平尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a selective etching treatment method for a metallic oxide film by which the prescribed part of a metallic oxide film containing indium as the main component of metallic atoms is selectively subjected to etching, and finer working can be performed thereto. <P>SOLUTION: The selective etching treatment method for a metallic oxide film is provided with the following stages (A) and (B): the stage (A) where a structure-changed part is formed on an amorphous metallic oxide film containing indium as the main component of metallic atoms by the irradiation of a converged laser, and the stage (B) where only the amorphous part in the metallic oxide film in which the structure-changed part is formed is selectively dissolved with an etching solution. The metallic oxide film can be formed on a substrate made of glass. A laser having a pulse width of ≤10<SP>-6</SP>sec can be used. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インジウムを金属
原子の主成分として含有するアモルファス状態の金属酸
化物膜を選択的にエッチング処理する方法、および該方
法により選択エッチング処理された金属酸化物膜並びに
光学素子及び導電膜に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for selectively etching an amorphous metal oxide film containing indium as a main component of a metal atom, and a metal oxide film selectively etched by the method. It also relates to an optical element and a conductive film.

【0002】[0002]

【従来の技術】酸化インジウムや酸化錫、酸化亜鉛など
に代表される金属酸化物はワイドギャップ半導体として
利用されており、また可視光の領域で透明且つ電気伝導
性を有することから、透明導電膜に幅広く応用されてい
る。特に酸化インジウムに酸化錫を添加した金属酸化物
である酸化インジウム錫(「ITO」と称する場合があ
る)は、良好な透明性と電気伝導性を持ち合わせた材料
であるため、ディスプレイ用透明電極、タッチパネル用
金属酸化物膜、透明電磁シールド膜、透明平面ヒータ、
熱線反射膜などとして極めて広い分野で応用されてい
る。
2. Description of the Related Art Metal oxides represented by indium oxide, tin oxide and zinc oxide are used as wide-gap semiconductors and are transparent and electrically conductive in the visible light region. Widely applied to. In particular, indium tin oxide (sometimes referred to as “ITO”), which is a metal oxide obtained by adding tin oxide to indium oxide, is a material having both good transparency and electrical conductivity, and therefore, a transparent electrode for a display, Touch panel metal oxide film, transparent electromagnetic shield film, transparent flat heater,
It has been applied in a very wide field as a heat ray reflective film.

【0003】ITO膜は、主にスパッタリング法、真空
蒸着法、イオンプレーティング法などのドライプロセス
や、熱分解法やゾル−ゲル法などのウェットプロセスな
どにより、基板上に形成されているが、なかでもスパッ
タリング法は、膜質の制御性、膜厚の制御性等に優れて
いるので、広く用いられている。
The ITO film is formed on the substrate mainly by a dry process such as a sputtering method, a vacuum deposition method or an ion plating method, or a wet process such as a thermal decomposition method or a sol-gel method. Among them, the sputtering method is widely used because of its excellent film quality controllability and film thickness controllability.

【0004】また、インジウムはスパッタリング率が非
常に大きい材料であり、スパッタリング法により非常に
速い成膜速度で、しかも優れた生産性および制御性で、
薄膜を形成することができる。
Further, indium is a material having a very high sputtering rate, and it has a very high film-forming rate by the sputtering method and has excellent productivity and controllability.
A thin film can be formed.

【0005】例えば、ITO膜をディスプレイ用透明電
極として利用する場合は、まず、基板全面上にITO膜
を成膜した後、フォトリソグラフィ工程などを用いたパ
ターニング加工が必要である。ITO膜は、アモルファ
ス状態であれば、酸に対する溶解性が極めて高く容易に
溶解するが、結晶状態であれば、酸に対する溶解性が極
めて低く、その溶解性は、結晶部とアモルファス部と
で、およそ1000倍も異なっている。従って、ITO
膜は、結晶状態又は結晶化が進行した状態とアモルファ
ス状態との酸に対する溶解性又はエッチングレイトを利
用することにより、アモルファス状態部を溶解除去する
ことができる。このため、例えば、特開2000−12
9427号公報では、ITO膜をスパッタリング法によ
り成膜する際の水蒸気分圧を制御し、微結晶のない均一
なアモルファス状態の膜を成膜する方法が開示されてい
る。
For example, when an ITO film is used as a transparent electrode for a display, it is necessary to first form an ITO film on the entire surface of the substrate and then perform patterning using a photolithography process or the like. If the ITO film is in an amorphous state, it has a very high solubility in acid and easily dissolves, but if it is in a crystalline state, the solubility in an acid is extremely low, and the solubility is in the crystalline portion and the amorphous portion. About 1000 times different. Therefore, ITO
The amorphous state portion of the film can be dissolved and removed by utilizing the acid solubility or etching rate of the crystalline state or the state in which crystallization has progressed and the amorphous state. Therefore, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-12
Japanese Patent No. 9427 discloses a method of forming a film in a uniform amorphous state without fine crystals by controlling the partial pressure of water vapor when forming an ITO film by a sputtering method.

【0006】このようにインジウムを主体としたアモル
ファス状態の金属酸化物膜は、酸(例えば、低濃度の塩
酸や硫酸、硝酸、シュウ酸など)に速やかに溶解し、結
晶状態とは異なる溶解性を有しているので、酸をエッチ
ング液として用いたエッチング加工が容易であり、この
ことも関係して、該材料が、例えば、ディスプレイ用透
明電極等の透明電極として、極めて幅広く工業上応用さ
れている。
As described above, the amorphous metal oxide film containing indium as a main component is rapidly dissolved in an acid (for example, low-concentration hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, oxalic acid, etc.) and has a different solubility from the crystalline state. Since it has, it is easy to perform an etching process using an acid as an etching solution, and in connection with this, the material is very widely industrially applied as a transparent electrode such as a transparent electrode for a display. ing.

【0007】また、インジウムを主体とする金属酸化物
膜を高温の基板温度で成膜したり、成膜した後にアニー
ル処理を施して結晶化させたりすると、透明性、電気伝
導性が向上し、酸に対するエッチングレイトは急激に低
下する。従って、工業的にはアモルファス状態のITO
膜を、エッチング処理により、パターニング加工し、そ
の後、アニール処理して透明電極として用いる等の方法
が採用されている。
Further, when a metal oxide film mainly composed of indium is formed at a high substrate temperature or after the film is formed, an annealing treatment is performed to crystallize the film, transparency and electric conductivity are improved, The etching rate for acid drops sharply. Therefore, industrially, amorphous ITO
A method is employed in which the film is patterned by etching and then annealed to be used as a transparent electrode.

【0008】なお、パターニング加工を行う場合は、自
ずとその微細加工に限界があり、ディスプレイ用の電極
程度の加工であれば問題がないが、この従来のパターニ
ング加工により加工されたITO膜を、極めて細かな微
細加工が必要な回折格子等の光学素子に応用した例はほ
とんど見あたらない。
When patterning is performed, the fine processing is naturally limited, and there is no problem as long as it is processing for an electrode for a display. However, an ITO film processed by this conventional patterning is extremely effective. There are almost no examples of application to optical elements such as diffraction gratings that require fine microfabrication.

【0009】一方、ガラスなどの透明材料に、ナノ秒
(10-9秒)のオーダーから、ピコ秒(10-12秒)オ
ーダー、さらにはフェムト秒(10-15秒)のオーダー
のパルス幅を有する超短パルスレーザー光を集光して照
射し、多光子吸収を利用してガラス内部に屈折率が変調
した誘起構造を書き込む技術が注目を浴びており、例え
ば、特開2000−56112号公報に開示されてい
る。
On the other hand, pulse widths on the order of nanoseconds (10 −9 seconds), picoseconds (10 −12 seconds), and even femtoseconds (10 −15 seconds) are applied to transparent materials such as glass. A technique for collecting and irradiating an ultrashort pulsed laser beam and writing an induced structure in which the refractive index is modulated inside the glass by utilizing multiphoton absorption has been attracting attention, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-56112. Is disclosed in.

【0010】また、酸化インジウム等の金属酸化物膜は
一般的に屈折率が高く、しかもスパッタリング法により
成膜する際、ターゲットに導電性があるため直流スパッ
タリングが可能であるので、簡便且つ安価な装置で、し
かも速い成膜速度で膜を形成することができるという特
徴から、高屈折率材料として広く用いられている。
A metal oxide film of indium oxide or the like generally has a high refractive index, and when the film is formed by a sputtering method, direct current sputtering is possible because the target has conductivity, so that it is simple and inexpensive. It is widely used as a high-refractive index material because it can be used to form a film at a high film-forming rate in an apparatus.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在広
く応用されているITOなど金属酸化物膜に関して、パ
ルス幅が10-6秒以下である(例えば、パルス幅がナノ
秒のオーダー〜フェムト秒のオーダーである)パルスレ
ーザーを照射することや、該照射による誘起構造形成の
検討は行われていなかった。
However, the pulse width of metal oxide films such as ITO, which is widely applied at present, is 10 −6 seconds or less (for example, the pulse width is on the order of nanoseconds to femtoseconds). Irradiation with a pulsed laser and formation of an induced structure by the irradiation have not been examined.

【0012】従って、本発明の目的は、インジウムを金
属原子の主成分とする金属酸化物膜の所定部位のみを選
択的にエッチングして、より一層微細な加工を施すこと
ができる金属酸化物膜の選択的なエッチング処理方法及
び該方法により選択エッチング処理された金属酸化物膜
を提供することにある。本発明の他の目的は、高屈折率
を有しており、しかもより一層微細な加工が施された、
インジウムを金属原子の主成分とする金属酸化物膜によ
り作製された光学素子又は導電膜を提供することにあ
る。本発明のさらに他の目的は、さらに、透明で且つ電
気伝導性を有している光学素子又は導電膜を提供するこ
とにある。
Therefore, an object of the present invention is to selectively etch only a predetermined portion of a metal oxide film containing indium as a main component of a metal atom so that finer processing can be performed. And a metal oxide film selectively etched by the method. Another object of the present invention is to have a high refractive index, and further finely processed,
Another object is to provide an optical element or a conductive film made of a metal oxide film containing indium as a main component of metal atoms. Still another object of the present invention is to provide an optical element or conductive film that is transparent and has electrical conductivity.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成するため鋭意検討した結果、インジウムを金属
原子の主成分として含有し且つアモルファス状態の金属
酸化物膜に、集光されたレーザーを照射すると、多光子
吸収により、その照射部分に極めて微細な誘起構造を、
優れた制御性で形成することができ、該微細な誘起構造
が形成された金属酸化物膜全体をエッチング処理する
と、非照射部分のみが選択的に溶解して、極めて微細な
パターニング加工を行うことができることを見出し、本
発明を完成させた。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that indium is contained as a main component of a metal atom and is condensed on a metal oxide film in an amorphous state. When irradiated with a laser, a multi-photon absorption creates an extremely fine inductive structure in the irradiated area.
It can be formed with excellent controllability, and when the entire metal oxide film on which the fine inductive structure is formed is subjected to etching treatment, only the non-irradiated portion is selectively dissolved, and extremely fine patterning processing is performed. The inventors have found that the above can be achieved and have completed the present invention.

【0014】すなわち、本発明は、インジウムを金属原
子の主成分として含有する金属酸化物膜の選択的なエッ
チング処理方法であって、下記の工程(A)〜(B)を
具備することを特徴とする金属酸化物膜の選択的なエッ
チング処理方法である。 工程(A):インジウムを金属原子の主成分として含有
し且つアモルファス状態の金属酸化物膜に、集光された
レーザーの照射により、構造が変化した構造変化部を形
成する工程 工程(B):構造変化部が形成された金属酸化物膜にお
けるアモルファス状態部のみをエッチング液により選択
的に溶解させる工程
That is, the present invention is a method for selectively etching a metal oxide film containing indium as a main component of metal atoms, which comprises the following steps (A) to (B). This is a selective etching method for the metal oxide film. Step (A): A step of forming a structure-changed portion having a changed structure by irradiating a focused laser beam on a metal oxide film containing indium as a main component of a metal atom and being in an amorphous state. A step of selectively dissolving only the amorphous state portion of the metal oxide film having the structure-changed portion with an etching solution

【0015】前記インジウムを金属原子の主成分として
含有し且つアモルファス状態の金属酸化物膜としては、
錫、ジルコニウム、亜鉛、チタン、セリウム、タンタ
ル、ゲルマニウム、バナジウム、イットリウムおよびニ
オブから選択された少なくとも一種の金属原子を含有し
ていることが好ましい。また、インジウムを金属原子の
主成分として含有し且つアモルファス状態の金属酸化物
膜は、水蒸気分圧が5×10-4〜5×10-2Paである
成膜雰囲気中でスパッタリング法により形成されている
ことが好適である。さらにまた、インジウムを金属原子
の主成分として含有し且つアモルファス状態の金属酸化
物膜が、ガラス製基板上に形成されていてもよい。
The amorphous metal oxide film containing indium as a main component of metal atoms is
It preferably contains at least one metal atom selected from tin, zirconium, zinc, titanium, cerium, tantalum, germanium, vanadium, yttrium and niobium. Further, a metal oxide film containing indium as a main component of metal atoms and in an amorphous state is formed by a sputtering method in a film forming atmosphere having a water vapor partial pressure of 5 × 10 −4 to 5 × 10 −2 Pa. Is preferred. Furthermore, a metal oxide film containing indium as a main component of metal atoms and in an amorphous state may be formed on the glass substrate.

【0016】前記レーザーとしてはパルス幅が10-6
以下のレーザーであってもよい。また、レーザーとして
は多光束干渉によるコヒーレント光を好適に用いること
ができる。
The laser may have a pulse width of 10 -6 seconds or less. Further, as the laser, coherent light due to multi-beam interference can be preferably used.

【0017】また、本発明は、インジウムを金属原子の
主成分として含有し且つアモルファス状態の金属酸化物
膜を、前記金属酸化物膜の選択的なエッチング処理方法
により選択エッチング処理して作製されたことを特徴と
する選択エッチング処理された金属酸化物膜を提供す
る。さらにまた、本発明は、前記選択エッチング処理さ
れた金属酸化物膜が構成要素として用いられている光学
素子又は導電膜を提供する。
Further, the present invention is produced by subjecting an amorphous metal oxide film containing indium as a main component of a metal atom to a selective etching treatment by the selective etching treatment method of the metal oxide film. A metal oxide film that has been selectively etched is provided. Furthermore, the present invention provides an optical element or a conductive film in which the metal oxide film subjected to the selective etching treatment is used as a constituent element.

【0018】[0018]

【発明の実施の態様】以下に、本発明を必要に応じて図
面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の部材につ
いては、同一の符号を付している場合がある。 [金属酸化物膜の選択的なエッチング処理方法]本発明
の金属酸化物膜の選択的なエッチング処理方法は、イン
ジウムを金属原子の主成分として含有する金属酸化物膜
についての選択的なエッチング処理方法であり、具体的
には、下記の工程(A)〜(B)を具備している。 工程(A):インジウムを金属原子の主成分として含有
し且つアモルファス状態の金属酸化物膜(「非晶性IO
系膜」と称する場合がある)に、集光されたレーザーの
照射により、構造が変化した構造変化部を形成する工程 工程(B):工程(A)により構造変化部が形成された
金属酸化物膜(「部分的構造変化IO系膜」と称する場
合がある)におけるアモルファス状態部のみをエッチン
グ液により選択的に溶解させる工程
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below in detail with reference to the drawings as necessary. In addition, the same code | symbol may be attached | subjected about the same member. [Selective Etching Treatment Method for Metal Oxide Film] The selective etching treatment method for a metal oxide film of the present invention is a selective etching treatment for a metal oxide film containing indium as a main component of a metal atom. Specifically, the method includes the following steps (A) and (B). Step (A): A metal oxide film containing indium as a main component of metal atoms and in an amorphous state (“amorphous IO
(May be referred to as a "system film"), a step of forming a structure-changed portion whose structure is changed by irradiation of a focused laser beam. Step (B): Metal oxide having a structure-changed portion formed by the step (A) Step of selectively dissolving only an amorphous state part in a material film (sometimes referred to as “partial structural change IO-based film”) with an etching solution

【0019】[工程(A)]工程(A)では、非晶性I
O系膜の所定部位に、集光されたレーザーを照射して、
集光されたレーザーの照射部の構造を変化させる光加工
を行って、前記非晶性IO系膜に部分的に構造が変化し
た構造変化部を形成して、集光されたレーザーの照射部
の構造が変化された部分的構造変化IO系膜を作製して
いる。なお、非晶性IO系膜は、通常、基板上で成膜さ
れている。本発明では、非晶性IO系膜は、基板(例え
ば、ガラス製基板など)上に成膜された状態で、光加工
を行うことができる。
[Step (A)] In the step (A), the amorphous I
Irradiate a focused laser to a predetermined part of the O-based film,
Optical processing is performed to change the structure of the irradiated part of the focused laser to form a structural change part in which the structure is partially changed in the amorphous IO-based film, and the irradiated part of the focused laser A partially-structure-changed IO-based film having a changed structure is manufactured. The amorphous IO-based film is usually formed on the substrate. In the present invention, the amorphous IO-based film can be subjected to optical processing while being formed on a substrate (for example, a glass substrate).

【0020】(非晶性IO系膜)非晶性IO系膜におい
て、その材料(又は素材)としては、インジウムを金属
原子の主成分とする金属酸化物であれば特に制限されな
い。該金属酸化物において、金属原子の主成分であるイ
ンジウムは、金属原子全量に対して70重量%以上、好
ましくは90重量%以上、さらに好ましくは95重量%
含まれていることが重要である。
(Amorphous IO-based film) In the amorphous IO-based film, the material (or material) is not particularly limited as long as it is a metal oxide containing indium as a main component of metal atoms. In the metal oxide, indium, which is the main component of metal atoms, is 70 wt% or more, preferably 90 wt% or more, and more preferably 95 wt% with respect to the total amount of metal atoms.
It is important that it is included.

【0021】具体的には、非晶性IO系膜の材料として
の金属酸化物の金属原子において、主成分はインジウム
であり、他の含有成分(副成分)としては、錫、ジルコ
ニウム、亜鉛、チタン、セリウム、タンタル、ゲルマニ
ウム、バナジウム、イットリウム、ニオブ等の金属原子
を用いることができる。この他の含有成分は単独で又は
2種以上組み合わせて使用することができる。金属原子
における他の含有成分としては、錫、亜鉛が好ましく、
特に錫が最適である。非晶性IO系膜は、金属酸化物か
らなっており、金属原子の主成分としてのインジウムは
酸化インジウムの形態で含まれている。また、他の含有
成分の金属原子も、金属酸化物の形態で含まれていても
よい。具体的には、非晶性IO系膜の材料である金属酸
化物としては、酸化インジウムと酸化錫とが混合されて
いる金属酸化物(酸化インジウム錫:ITO)を好適に
用いることができる。
Specifically, in the metal atom of the metal oxide as the material of the amorphous IO-based film, the main component is indium, and the other contained components (subcomponents) are tin, zirconium, zinc, Metal atoms such as titanium, cerium, tantalum, germanium, vanadium, yttrium, and niobium can be used. These other components may be used alone or in combination of two or more. As other components contained in the metal atom, tin and zinc are preferable,
Tin is particularly suitable. The amorphous IO-based film is made of a metal oxide, and indium as a main component of metal atoms is contained in the form of indium oxide. Further, the metal atom of the other contained component may be contained in the form of metal oxide. Specifically, a metal oxide (indium tin oxide: ITO) in which indium oxide and tin oxide are mixed can be preferably used as the metal oxide that is the material of the amorphous IO-based film.

【0022】集光されたレーザーによる光加工を行う非
晶性IO系膜は、アモルファス状態(非晶性)を有して
いることが重要である。非晶性IO系膜は、完全なアモ
ルファス状態を有していることが好ましいが、部分的に
結晶状態(特に微結晶状態)を有していてもよい。非晶
性IO系膜の成膜方法としては、特に制限されず、公知
乃至慣用の成膜方法を用いることができる。より具体的
には、成膜方法としては、例えば、スパッタリング法、
真空蒸着法、イオンプレーティング法等のドライプロセ
スや、熱分解法やゾル−ゲル法等のウェットプロセスな
どを用いることができる。
It is important that the amorphous IO-based film that is subjected to optical processing by the focused laser has an amorphous state (amorphous). The amorphous IO-based film preferably has a completely amorphous state, but may have a partially crystalline state (particularly a microcrystalline state). The method for forming the amorphous IO-based film is not particularly limited, and a known or common film forming method can be used. More specifically, as a film forming method, for example, a sputtering method,
A dry process such as a vacuum deposition method or an ion plating method, or a wet process such as a thermal decomposition method or a sol-gel method can be used.

【0023】これらの成膜方法では、基板上に非晶性I
O系膜を形成することができる。該基板としては、公知
乃至慣用の基板(例えば、ガラス製基板、プラスチック
製基板、金属製基板など)であれば特に制限されない
が、ガラス製基板(ガラス基板)を好適に用いることが
できる。なお、ガラス製基板の材質(ガラス)としては
特に制限されない。
In these film forming methods, the amorphous I
An O-based film can be formed. The substrate is not particularly limited as long as it is a known or commonly used substrate (for example, a glass substrate, a plastic substrate, a metal substrate, etc.), but a glass substrate (glass substrate) can be preferably used. The material (glass) of the glass substrate is not particularly limited.

【0024】本発明では、非晶性IO系膜としては、ス
パッタリング法により成膜されていることが好ましい。
例えば、スパッタリング法により成膜する場合、微結晶
の成長を抑制し、均一なアモルファス構造を得るため
に、水蒸気分圧が5×10-4〜5×10-2Paとなるよ
うな水分を成膜雰囲気内に導入することができる。特
に、スパッタリング時にターゲット(金属酸化物)に印
加する電力を大きくして成膜速度を高める場合、成膜に
伴う輻射熱や、反跳原子などにより基板温度が上昇し、
微結晶が発生しやすくなるが、上記条件にて水分を導入
することにより、それらを抑制することができる。水分
の導入方法やその他の成膜条件は特に制限されるもので
はないが、本発明の方法に関する選択エッチング性が十
分得られる条件であればよく、特に微結晶がなく均一な
アモルファス状態の膜を形成することができる条件が好
ましい。
In the present invention, the amorphous IO-based film is preferably formed by a sputtering method.
For example, in the case of forming a film by a sputtering method, in order to suppress the growth of fine crystals and obtain a uniform amorphous structure, a moisture content such that the partial pressure of water vapor is 5 × 10 −4 to 5 × 10 −2 Pa is formed. It can be introduced into the film atmosphere. In particular, when the power applied to the target (metal oxide) during sputtering is increased to increase the film formation rate, the substrate temperature rises due to radiant heat associated with film formation, recoil atoms, etc.
Microcrystals are easily generated, but they can be suppressed by introducing water under the above conditions. The method of introducing water and other film forming conditions are not particularly limited, but it is sufficient that the selective etching property relating to the method of the present invention is sufficiently obtained. In particular, a film in a uniform amorphous state without microcrystals is required. Conditions that allow formation are preferred.

【0025】なお、非晶性IO系膜は、上面が平面であ
る形状の膜(又は層)を用いているが、その上面は平面
や凹凸形状であってもよく、また、上面の大きさ(面
積)も特に制限されない。さらにまた、非晶性IO系膜
の膜厚(又は層厚)としては、例えば、0.01〜50
μm(好ましくは0.05〜30μm、さらに好ましく
は0.1〜10μm)程度の範囲から選択することがで
きる。非晶性IO系膜の膜厚が、0.01μm未満であ
ると、平面的に連続した非晶性IO系膜が得られにくく
なり、50μmを越えると、非晶性IO系膜にクラック
が発生するなどの問題が生じる場合がある。
The amorphous IO film is a film (or layer) having a flat upper surface, but the upper surface may be flat or uneven, and the size of the upper surface may be different. (Area) is also not particularly limited. Furthermore, the thickness (or layer thickness) of the amorphous IO-based film is, for example, 0.01 to 50.
It can be selected from the range of about μm (preferably 0.05 to 30 μm, more preferably 0.1 to 10 μm). If the thickness of the amorphous IO-based film is less than 0.01 μm, it becomes difficult to obtain a planarly continuous amorphous IO-based film, and if it exceeds 50 μm, cracks occur in the amorphous IO-based film. Problems such as occurrence may occur.

【0026】また、非晶性IO系膜は、単層および多層
のいずれの構造を有していてもよい。さらにまた、非晶
性IO系膜には、金属酸化物の他に、必要に応じて他の
材料や添加剤等が含まれていてもよい。
The amorphous IO-based film may have either a single-layer structure or a multi-layer structure. Furthermore, the amorphous IO-based film may contain other materials, additives, and the like, if necessary, in addition to the metal oxide.

【0027】また、非晶性IO系膜は、通常優れた透明
性を有しているが、可視光波長領域(例えば、400n
m〜800nm)において全光線透過率が10%以上
(好ましくは50%以上、さらに好ましくは85%以
上)であることが望ましい。このように、10%以上の
光透過性を有していると、波長が可視光波長領域にある
レーザーの照射により、レーザー加工が容易に出来るよ
うになる。
Further, the amorphous IO type film usually has excellent transparency, but it is in the visible light wavelength region (for example, 400 n
It is desirable that the total light transmittance is 10% or more (preferably 50% or more, more preferably 85% or more) in (m to 800 nm). In this way, when the light transmittance is 10% or more, laser processing can be easily performed by irradiation with a laser having a wavelength in the visible light wavelength region.

【0028】(集光されたレーザー)本発明では、集光
されたレーザー(「集光レーザー」と称する場合があ
る)を用いていることが重要である。集光レーザーを非
晶性IO系膜の外部から照射することにより、非晶性I
O系膜の集光レーザーが照射された照射部及びその周辺
部の構造を変化させることができ、微細な構造変化部
(誘起構造部)を形成することができる。例えば、照射
するレーザーの波長を800nmとすると、集光してい
ないレーザーを照射した際には、非晶性IO系膜にも、
基板にも何の変化も生じないが、集光レーザーを照射す
ると、多光子の吸収(例えば、2光子の吸収、3光子の
吸収、4光子の吸収、5光子の吸収など)が生じて、非
晶性IO系膜に誘起構造を形成することが可能となる。
なお、このような多光子吸収の起こる確率は、光の強度
に比例して増加し、また、強度が強くなる程、多光子の
吸収が起こりやすくなる。
(Concentrated Laser) In the present invention, it is important to use a focused laser (sometimes referred to as “focused laser”). By irradiating a focused laser from outside the amorphous IO-based film, amorphous I
It is possible to change the structure of the irradiation portion irradiated with the focused laser of the O-based film and its peripheral portion, and it is possible to form a fine structure change portion (induced structure portion). For example, when the wavelength of the laser to be irradiated is 800 nm, when the laser that is not focused is irradiated to the amorphous IO-based film,
The substrate does not change at all, but when the focused laser is irradiated, multiphoton absorption (for example, two-photon absorption, three-photon absorption, four-photon absorption, five-photon absorption, etc.) occurs. It becomes possible to form an induced structure in the amorphous IO-based film.
The probability that such multiphoton absorption occurs increases in proportion to the intensity of light, and the higher the intensity, the more likely multiphoton absorption occurs.

【0029】特に本発明では、レーザー光の強度やその
集光の程度を適宜調整することにより、基板(特に、ガ
ラス製基板)には何ら影響を与えずに(すなわち、何ら
誘起構造を生じさせずに)、非晶性IO系膜のみに誘起
構造を形成することができる。非晶性IO系膜などの金
属酸化物膜のエネルギーバンドギャップは、素材や添加
物などに応じて、およそ3.5eV程度である。一方、
基板のエネルギーバンドギャップとしては、例えば、ガ
ラス製基板である場合、ガラスの種類や添加剤などに応
じて、およそ8.9eV程度であり、非晶性IO系膜な
どの金属酸化物膜のエネルギーバンドギャップよりも約
5.4eV程度大きい。そのため、例えば、基板がガラ
ス製基板である場合、該ガラス製基板に多光子吸収を生
じさせるには、およそ6光子以上の多光子吸収が生じる
必要があり、極めて高強度のレーザー照射が必要とな
る。従って、基板としてはエネルギーバンドギャップが
5.0eV以上(好ましくは7.0eV以上、さらに好
ましくは8.0eV以上)であるものが好ましい。
In particular, in the present invention, by appropriately adjusting the intensity of the laser beam and the degree of focusing thereof, the substrate (in particular, the glass substrate) is not affected (that is, no induced structure is generated). However, the induced structure can be formed only in the amorphous IO-based film. The energy band gap of a metal oxide film such as an amorphous IO-based film is about 3.5 eV, depending on the materials and additives. on the other hand,
The energy band gap of the substrate is, for example, about 8.9 eV depending on the type of glass and additives in the case of a glass substrate, and the energy of a metal oxide film such as an amorphous IO-based film. It is larger than the band gap by about 5.4 eV. Therefore, for example, when the substrate is a glass substrate, in order to cause multiphoton absorption in the glass substrate, multiphoton absorption of approximately 6 photons or more needs to occur, and extremely high intensity laser irradiation is required. Become. Therefore, the substrate having an energy band gap of 5.0 eV or more (preferably 7.0 eV or more, more preferably 8.0 eV or more) is preferable.

【0030】従って、本発明では、集光レーザーの照射
により、必要に応じてレーザー光の強度やその集光の程
度を適宜調整して、集光レーザーが照射された部位に誘
起構造を形成することができ、しかも、基板上に成膜さ
れた非晶性IO系膜の厚みが、集光レーザーの集光スポ
ット径の大きさよりも薄い厚み(又は小さい厚み)であ
っても、非晶性IO系膜のみに誘起構造を形成すること
ができる。
Therefore, in the present invention, the intensity of the laser beam and the degree of focusing thereof are appropriately adjusted by irradiation of the focused laser to form an induced structure in the portion irradiated with the focused laser. Moreover, even if the thickness of the amorphous IO-based film formed on the substrate is smaller (or smaller) than the size of the focused spot diameter of the focused laser, the amorphous IO-based film is amorphous. The induced structure can be formed only in the IO-based film.

【0031】このようなレーザーとしては、特に制限さ
れないが、パルス幅が10-6秒以下(例えば、1×10
-6秒〜1×10-15秒程度)のレーザーを用いることが
でき、好ましくは1×10-9秒〜1×10-15秒であ
り、特に1×10-12秒〜1×10-15秒のレーザー
(「超短パルスレーザー」と称する場合がある)が好ま
しい。パルス幅が小さいもの(特に、パルス幅が1×1
-12秒〜1×10-15秒である超短パルスレーザー)ほ
ど、容易に高い光強度が得られる点で好ましい。また、
より一層微細な誘起構造部を形成することも可能とな
る。
Such a laser is not particularly limited, but has a pulse width of 10 −6 seconds or less (for example, 1 × 10 6).
-6 seconds to 1 × 10 −15 seconds) laser can be used, preferably 1 × 10 −9 seconds to 1 × 10 −15 seconds, and particularly 1 × 10 −12 seconds to 1 × 10 −. A 15 second laser (sometimes referred to as an "ultrashort pulse laser") is preferred. Small pulse width (especially pulse width 1 × 1
An ultrashort pulse laser of 0 -12 seconds to 1 x 10 -15 seconds) is preferable because high light intensity can be easily obtained. Also,
It is also possible to form a finer induction structure portion.

【0032】なお、パルス幅が1×10-12秒〜1×1
-15秒である超短パルスレーザーとしては、パルス幅
が10×10-15秒〜500×10-15秒(好ましくは5
0×10-15秒〜300×10-15秒)程度であるパルス
レーザーが好適である。このような超短パルスレーザー
は、例えば、チタン・サファイア結晶を媒質とするレー
ザーや色素レーザーを再生・増幅して得ることができ
る。
The pulse width is 1 × 10 −12 seconds to 1 × 1.
An ultrashort pulse laser having a pulse width of 0 -15 seconds has a pulse width of 10 × 10 -15 seconds to 500 × 10 -15 seconds (preferably 5 × 10 -15 seconds).
A pulse laser of about 0 × 10 −15 seconds to 300 × 10 −15 seconds) is suitable. Such an ultra-short pulse laser can be obtained, for example, by reproducing and amplifying a laser or dye laser using a titanium-sapphire crystal as a medium.

【0033】レーザー(特に、超短パルスレーザー)に
おいて、その波長としては、例えば、可視光の波長領域
(例えば、400〜800nm)であることが好まし
い。また、その繰り返しとしては、例えば、1Hz〜8
0MHzの範囲から選択することができ、通常、10H
z〜500kHz程度である。
In the laser (in particular, ultrashort pulse laser), its wavelength is preferably, for example, in the visible light wavelength region (for example, 400 to 800 nm). Moreover, as the repetition, for example, 1 Hz to 8
Can be selected from the range of 0MHz, usually 10H
It is about z to 500 kHz.

【0034】なお、レーザー(特に、超短パルスレーザ
ーの)平均出力又は照射エネルギーとしては、特に制限
されず、目的とする構造変化部の大きさや構造の変化の
程度等に応じて適宜選択することができ、例えば、50
0mW以下(例えば、1〜500mW)、好ましくは5
〜300mW、さらに好ましくは10〜100mW程度
の範囲から選択することができる。このように、本発明
では、レーザー(特に、超短パルスレーザー)の照射エ
ネルギーは低くてもよい。
The average output power or irradiation energy of the laser (especially, ultrashort pulse laser) is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the size of the target structure change portion and the degree of structure change. Can be done, for example, 50
0 mW or less (for example, 1 to 500 mW), preferably 5
˜300 mW, more preferably 10 to 100 mW. Thus, in the present invention, the irradiation energy of the laser (in particular, the ultrashort pulse laser) may be low.

【0035】本発明では、レーザーは多光束干渉(例え
ば、2光束干渉や、3以上の光束による干渉など)によ
るコヒーレント光を用いることも可能である。レーザー
として2光束干渉等の多光束干渉によるコヒーレント光
を用いることにより、レーザー光の波長オーダーの周期
構造を目的とする周期構造に容易にコントロールして形
成することができる。例えば、2光束干渉による照射の
場合、その光束間の角度を制御することにより、周期構
造の間隔を制御することもできる。さらに、照射時に非
晶性IO系膜又は基板を適宜スキャンさせたり、さらに
複数の光束を用いたりすることで自在に複雑な周期構造
を形成することができ、これらの方法についても特に制
限されるものではない。
In the present invention, the laser may use coherent light due to multi-beam interference (for example, two-beam interference or interference of three or more light beams). By using coherent light due to multi-beam interference such as two-beam interference as the laser, it is possible to easily control and form a periodic structure of a wavelength order of laser light into a desired periodic structure. For example, in the case of irradiation by two-beam interference, it is also possible to control the interval of the periodic structure by controlling the angle between the beams. Furthermore, a complex periodic structure can be freely formed by appropriately scanning the amorphous IO-based film or substrate during irradiation, or by using a plurality of light beams, and these methods are also particularly limited. Not a thing.

【0036】レーザーを集光させる方法としては、特に
制限されず、例えば、集光レンズを用いる方法を好適に
採用することができる。このような集光レンズとして
は、特に制限されず、非晶性IO系膜の材質、目的とす
る構造変化部の大きさや構造の変化の程度などに応じて
適宜選択することができる。
The method for focusing the laser is not particularly limited, and for example, a method using a condenser lens can be preferably adopted. Such a condenser lens is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the material of the amorphous IO-based film, the size of the target structural change portion, the degree of structural change, and the like.

【0037】集光レーザーの照射スポット径としては、
特に制限されず、目的とする構造変化部の大きさや構造
の変化の程度、集光レンズの大きさや開口数又は倍率な
どに応じて適宜選択することができ、例えば、1.0〜
50μm(好ましくは10〜30)程度の範囲から選択
することができる。
The irradiation spot diameter of the focusing laser is
It is not particularly limited and can be appropriately selected according to the size of the target structural change portion, the degree of structural change, the size of the condenser lens, the numerical aperture or the magnification, and for example, 1.0 to
It can be selected from the range of about 50 μm (preferably 10 to 30).

【0038】(照射方法)集光レーザーの照射方法とし
ては、特に制限されず、例えば、任意の部位(又は箇
所)の一点のみに又は一点毎に照射したり、焦点の位置
を移動させながらライン状に照射したりする方法を採用
することができる。集光レーザー光の焦点位置を移動さ
せながら、集光レーザー光を照射する際のライン状とし
ては、特に制限されず、任意のライン状であってもよ
く、例えば、直線状や曲線状などが挙げられる。また、
集光レーザー光の焦点位置は、連続的又は間欠的に移動
させることもできる。なお、集光レーザー光をコンピュ
ータ制御して照射することにより、どんな複雑なライン
状であっても、集光レーザー光の焦点位置を移動させな
がら照射することが可能である。
(Irradiation Method) The method of irradiating the converging laser is not particularly limited, and, for example, irradiates only one point or any point on an arbitrary site (or site), or while moving the focus position. It is possible to adopt a method of irradiating the particles in a circular shape. The line shape when irradiating the focused laser light while moving the focus position of the focused laser light is not particularly limited, and may be any line shape, for example, a linear shape or a curved shape. Can be mentioned. Also,
The focus position of the condensed laser light can be moved continuously or intermittently. By irradiating the focused laser light under computer control, it is possible to irradiate the focused laser light while moving the focal position of the focused laser light, even in any complicated line shape.

【0039】図1は本発明の集光レーザー光の照射方法
の一例を示す概略鳥瞰図である。図1において、1は部
分的構造変化IO系膜、11は非晶性IO系膜、2は構
造変化部、3はアモルファス状態部(非晶性部)、4は
基板である。また、51はパルス幅が10-12秒以下で
ある超短パルスレーザー(単に「レーザー」と称する場
合がある)、52は集光レンズであり、5は集光レーザ
ーである。部分的構造変化IO系膜1は、非晶性IO系
膜11から作製されており、構造変化部2は集光レーザ
ー5の照射による影響を受けて構造が変化した部位であ
り、また、非晶性部3は集光レーザー5の照射による影
響を受けておらず、元のアモルファス状態を保持してい
る部位(構造未変化部)である。
FIG. 1 is a schematic bird's-eye view showing an example of the method of irradiating the focused laser beam of the present invention. In FIG. 1, 1 is a partially structurally changed IO-based film, 11 is an amorphous IO-based film, 2 is a structurally changed portion, 3 is an amorphous state portion (amorphous portion), and 4 is a substrate. Further, 51 is an ultrashort pulse laser having a pulse width of 10 −12 seconds or less (sometimes referred to as “laser”), 52 is a condenser lens, and 5 is a condenser laser. The partially structurally changed IO-based film 1 is made of an amorphous IO-based film 11, and the structurally changed portion 2 is a portion whose structure is changed by the irradiation of the focused laser 5, and The crystalline portion 3 is a portion that is not affected by the irradiation of the concentrated laser 5 and retains the original amorphous state (structure unchanged portion).

【0040】また、非晶性IO系膜11は、基板4上に
成膜されて作製されており、該非晶性IO系膜11の上
面は、平面であり、X−Y平面に対して平行、又はZ軸
に対して垂直となっている。
The amorphous IO-based film 11 is formed by being formed on the substrate 4, and the upper surface of the amorphous IO-based film 11 is a plane and parallel to the XY plane. , Or perpendicular to the Z axis.

【0041】この非晶性IO系膜11の所定部位に、集
光レーザー5を焦点を合わせて照射している。なお、集
光レーザー5は、集光レンズ52によりレーザー51が
集光されたレーザーである。
A focusing laser 5 is focused and irradiated on a predetermined portion of the amorphous IO-based film 11. The condenser laser 5 is a laser in which the laser 51 is condensed by the condenser lens 52.

【0042】6aは集光レーザー5の照射をし始めたと
きの焦点を合わせた最初の位置又はその中心位置(「照
射開始位置」と称する場合がある)、6bは集光レーザ
ー5の照射を終えたときの焦点を合わせた最終の位置又
はその中心位置(「照射終了位置」と称する場合があ
る)、6cは集光レーザー5の照射の焦点又はその中心
位置(単に「焦点位置」と称する場合がある)が照射開
始位置6aから照射終了位置6bに移動する移動方向で
ある。6は集光レーザー5の照射の焦点位置又は焦点の
中心位置が移動した軌跡(「焦点位置軌跡」と称する場
合がある)である。すなわち、図1では、集光レーザー
5の焦点位置を、照射開始位置6aから照射終了位置6
bにかけて、焦点位置の移動方向6cの方向で、連続的
に直線的に移動させており、該移動した焦点位置の軌跡
が焦点位置軌跡6である。
Reference numeral 6a denotes an initial position or a central position (in some cases referred to as "irradiation start position") at which focus is applied when the irradiation of the collective laser 5 is started, and 6b denotes irradiation of the collective laser 5. When the focus is finished, the final focused position or its center position (may be referred to as "irradiation end position"), 6c is the focus of irradiation of the converging laser 5 or its center position (simply referred to as "focus position"). Is a moving direction in which the irradiation start position 6a moves to the irradiation end position 6b. Reference numeral 6 denotes a locus (sometimes referred to as a “focal position locus”) along which the focal position of irradiation of the converging laser 5 or the central position of the focal point has moved. That is, in FIG. 1, the focal position of the condensing laser 5 is changed from the irradiation start position 6a to the irradiation end position 6a.
It is continuously and linearly moved in the moving direction 6c of the focus position over b, and the locus of the moved focus position is the focus position locus 6.

【0043】具体的には、非晶性IO系膜11に集光レ
ーザー5が照射されて、前記集光レーザー5の焦点位置
軌跡6上の各焦点位置及びその周辺部(近辺部)におけ
る構造が変化しており、この部分的な構造の変化によ
り、部分的構造変化IO系膜1は、ライン状の構造変化
部2と、元の状態の非晶性部3とを有している。
Specifically, the amorphous IO film 11 is irradiated with the focusing laser 5, and the structure at each focal position on the focal position locus 6 of the focusing laser 5 and its peripheral portion (near portion). Due to this partial structural change, the partial structural change IO-based film 1 has a linear structural changed portion 2 and an amorphous portion 3 in the original state.

【0044】また、集光レーザー5の照射に際して、そ
の焦点の位置を連続的に移動させているので、非晶性I
O系膜11に、構造が変化している部位も焦点位置の移
動に応じて連続的に移動して、移動方向に延びて変化し
た部位からなる構造変化部2が形成されている。図1に
示すように、集光レーザー5の焦点位置を、移動方向6
の方向に、照射開始位置6aから照射終了位置6bに移
動させた場合、移動方向6cの方向に沿って形成された
構造変化部2を形成することができる。従って、構造変
化部2の長手方向は、移動方向6cの方向である。
Further, since the position of the focal point is continuously moved during irradiation of the focusing laser 5, the amorphous I
On the O-based film 11, the structure-changed portion 2 is formed, which is formed by a portion whose structure is changed and which is also moved continuously in accordance with the movement of the focal point position and which is extended and changed in the moving direction. As shown in FIG. 1, the focus position of the focusing laser 5 is set to the moving direction 6
When the irradiation start position 6a is moved in this direction to the irradiation end position 6b, the structural change portion 2 formed along the movement direction 6c can be formed. Therefore, the longitudinal direction of the structure changing portion 2 is the moving direction 6c.

【0045】集光レーザー5の焦点位置を移動させる速
度(移動速度)は、特に制限されず、非晶性IO系膜1
1の材質や集光レーザー5の照射エネルギーの大きさ等
に応じて適宜選択することができる。なお、前記移動速
度をコントロールすることにより、構造変化部2の大き
さ等をコントロールすることも可能である。
The speed (moving speed) for moving the focus position of the focusing laser 5 is not particularly limited, and the amorphous IO-based film 1
It can be appropriately selected according to the material of No. 1, the irradiation energy of the condensing laser 5, and the like. By controlling the moving speed, it is possible to control the size and the like of the structural change portion 2.

【0046】なお、集光レーザー5の焦点位置の移動
は、レーザー51及び集光レンズ52と、非晶性IO系
膜11との相対位置を動かせることにより、例えば、レ
ーザー51及び集光レンズ52、及び/又は非晶性IO
系膜11を移動させることにより、行うことができる。
具体的には、例えば、2次元又は3次元の方向に精密に
動かすことができるステージ上に非晶性IO系膜(照射
サンプル)を設置し、レーザー発生装置及び集光レンズ
を前記非晶性IO系膜に対して焦点が合うよう(任意の
部位でよい)に固定し、前記ステージを動かせて焦点位
置を移動させることにより、非晶性IO系膜の任意の部
位に構造変化部を作製することができる。
The focus position of the condenser laser 5 can be moved by moving the relative position between the laser 51 and the condenser lens 52 and the amorphous IO-based film 11, for example, the laser 51 and the condenser lens 52. And / or amorphous IO
This can be done by moving the system film 11.
Specifically, for example, an amorphous IO-based film (irradiation sample) is placed on a stage that can be precisely moved in a two-dimensional or three-dimensional direction, and the laser generator and the condenser lens are set to the amorphous state. The structure-changed part is produced at an arbitrary part of the amorphous IO-based film by fixing the IO-based film so that it is in focus (any part may be enough), and moving the stage to move the focus position. can do.

【0047】このように、部分的構造変化IO系膜は、
集光レーザー(特に、パルス幅が10-12秒以下の超短
パルスレーザーが集光されたレーザー)を照射して、必
要に応じて前記焦点位置を移動させるという簡単な操作
により、任意の部位に構造が変化した部位(構造変化
部)を形成して作製することができる。
As described above, the partially structurally changed IO-based film is
Irradiate a focused laser (in particular, a laser focused with an ultra-short pulse laser with a pulse width of 10 -12 seconds or less), and move the focal point position as needed. It can be produced by forming a site having a changed structure (structure-changed part).

【0048】また、図1では、集光レーザー5の焦点位
置を、非晶性IO系膜11の上面又はその付近に保持し
て、移動させている。しかし、集光レーザー5の焦点位
置が、多少上下に変化して基板に焦点位置がずれたとし
ても、集光レーザー光5の強度を、非晶性IO系膜11
に誘起構造が形成されるのに(多光子吸収を起こすの
に)十分な強度で、且つ基板(ガラス製基板など)4に
は誘起構造が形成されないような強度に調整することに
より、極めて優れた再現性で、非晶性IO系膜11のみ
にライン状の誘起構造部(構造変化部2)を形成するこ
とができる。
Further, in FIG. 1, the focus position of the focusing laser 5 is moved while being held on the upper surface of the amorphous IO-based film 11 or in the vicinity thereof. However, even if the focus position of the focused laser beam 5 moves up and down to some extent and the focus position shifts to the substrate, the intensity of the focused laser beam 5 remains unchanged.
By adjusting the strength so that the induced structure is formed on the substrate (such as multiphoton absorption) and the induced structure is not formed on the substrate (glass substrate, etc.) 4, it is extremely excellent. It is possible to form the linear induced structure portion (structure change portion 2) only in the amorphous IO-based film 11 with reproducibility.

【0049】なお、図1では、集光レーザー5の焦点位
置を移動させることにより、構造変化部2が移動方向に
連続的に形成されており、焦点位置の移動方向が長手方
向となっている。従って、長手方向における構造変化部
2の長さは、例えば、集光レーザー5の焦点位置を移動
させた移動距離に対応させて、調整することができる。
例えば、集光レーザー5の焦点位置を直線的に移動させ
た場合、構造変化部2の焦点移動方向における長さとし
ては、集光レーザー5の焦点位置を移動させた移動距離
と同等又はほぼ同等にすることができる。
In FIG. 1, the structure changing portion 2 is continuously formed in the moving direction by moving the focal position of the focusing laser 5, and the moving direction of the focal position is the longitudinal direction. . Therefore, the length of the structure changing portion 2 in the longitudinal direction can be adjusted, for example, in accordance with the moving distance by which the focal position of the condenser laser 5 is moved.
For example, when the focus position of the focusing laser 5 is linearly moved, the length of the structure changing portion 2 in the focus moving direction is equal to or almost equal to the moving distance of moving the focus position of the focusing laser 5. Can be

【0050】また、本発明では、構造変化部2におい
て、構造の変化の程度は、均一であってもよく、不均一
であってもよい。従って、構造変化部2は、構造の変化
の程度が均一的であってもよく、また、非晶性部側の端
部から内部又は焦点位置若しくはその中心に向かって、
構造の変化の程度が徐々に連続的に増加するように構造
が変化していてもよい。なお、本発明では、構造変化部
2と、非晶性部3との界面(又は境界)は、明瞭又は不
明瞭となっていてもよいが、明瞭であることが望まし
い。
Further, in the present invention, the degree of structural change in the structural change portion 2 may be uniform or non-uniform. Therefore, the structurally changed portion 2 may have a uniform degree of structural change, and further, from the end on the amorphous portion side toward the inside or the focus position or the center thereof,
The structure may be changed so that the degree of the structure change gradually and continuously increases. In the present invention, the interface (or boundary) between the structurally changed portion 2 and the amorphous portion 3 may be clear or unclear, but is preferably clear.

【0051】構造変化部の大きさとしては、特に制限さ
れず、直径又は1辺の長さが1mm以下(好ましくは5
00μm以下)の極めて小さななものであっても、精密
に制御して形成することができる。特に、レーザーとし
て超短パルスレーザーを用いることにより、構造変化部
をより一層精密に制御することが可能となる。
The size of the structural change portion is not particularly limited, and the diameter or the length of one side is 1 mm or less (preferably 5 mm).
Even if it is extremely small (less than or equal to 00 μm), it can be formed with precise control. In particular, by using an ultrashort pulse laser as the laser, it becomes possible to control the structural change portion more precisely.

【0052】本発明では、1つの部分的構造変化IO系
膜において、構造変化部の数は、特に制限されず、単数
であってもよく、複数であってもよい。構造変化部が複
数設けられている場合、適度な間隔を隔てて形成するこ
とができる。この構造変化部間の間隔は、任意に選択す
ることができる。前記構造変化部間の間隔は、例えば、
5μm以上であることが好ましい。構造変化部間の間隔
が5μm未満であると、構造変化部の作製時に構造変化
部同士が融合して、独立した複数の構造変化部とするこ
とができない場合がある。
In the present invention, the number of structure-changed portions in one partial structure-changed IO-based film is not particularly limited, and may be either a single number or a plurality. When a plurality of structure changing portions are provided, they can be formed with an appropriate interval. The space between the structural change portions can be arbitrarily selected. The space between the structural change portions is, for example,
It is preferably 5 μm or more. If the distance between the structure-changed portions is less than 5 μm, the structure-changed portions may be fused with each other during the production of the structure-changed portions, and it may not be possible to form a plurality of independent structure-changed portions.

【0053】なお、構造変化部の大きさ、形状、構造の
変化の程度などは、集光レーザーの照射時間、集光レー
ザーの焦点位置の移動方向やその速度、非晶性IO系膜
の材質の種類、レーザーのパルス幅の大きさや照射エネ
ルギーの大きさ、集光レンズの開口数や倍率などにより
適宜調整することができる。
The size and shape of the structurally changed portion, the degree of structural change, etc. are determined by the irradiation time of the focusing laser, the moving direction and speed of the focal point of the focusing laser, the material of the amorphous IO-based film. , The pulse width of the laser, the irradiation energy, the numerical aperture and magnification of the condenser lens, and the like.

【0054】なお、構造変化部は、非晶性部(構造未変
化部)と構造が異なっていればよく、該異なる構造とし
ては、例えば、密度が変化したり(例えば、密度が高く
なったり又は高密度化したり)、酸素原子が脱離したり
することによる異なった構造であってもよい。従って、
構造変化部は、非晶性部よりも、密度が高くなって、結
晶化が進行している状態であってもよい。なお、構造変
化部は、非晶性部よりも結晶化が進行していれば、完全
な結晶状態となっていなくてもよいが、完全な結晶状態
となっていることが望ましい。本発明では、集光レーザ
ーの照射により形成された構造変化部は、エッチング液
に対して、アモルファス状態部の溶解性よりも低く、選
択エッチングが可能な程度に結晶化が進行していること
が重要である。
The structure-changed portion may have a different structure from the amorphous portion (structure-unchanged portion), and examples of the different structure include, for example, a change in density (eg, a higher density). Alternatively, it may have a different structure due to densification or desorption of oxygen atoms. Therefore,
The structure-changed portion may have a higher density than the amorphous portion and may be in a state where crystallization is progressing. The structure-changed portion may not be in a completely crystallized state as long as crystallization is more advanced than in the amorphous portion, but it is preferably in a completely crystallized state. In the present invention, the structure-changed portion formed by the irradiation of the focused laser has a lower solubility in the etching solution than the amorphous portion, and crystallization progresses to the extent that selective etching is possible. is important.

【0055】(工程(B))工程(B)では、部分的構
造変化IO系膜における集光されたレーザーの非照射部
であるアモルファス状態部のみを選択的にエッチング液
により溶解させている。このアモルファス状態部のみが
選択的に溶解されることにより、選択エッチング処理さ
れた金属酸化物膜が作製される。
(Step (B)) In the step (B), only the amorphous state portion which is the non-irradiated portion of the focused laser in the partially structurally changed IO-based film is selectively dissolved by the etching solution. By selectively melting only this amorphous state portion, a metal oxide film subjected to selective etching is produced.

【0056】前述のように、部分的構造変化IO系膜な
どのインジウムを金属原子の主成分とする金属酸化物膜
(IO系膜)は、アモルファス状態部と、結晶化が進行
した構造変化部(結晶化進行部)とは、溶解性が異なっ
ているので、エッチング液(例えば、アモルファス状態
部のIO系膜を溶解することが可能なエッチング液)に
より、集光レーザーの非照射部であるアモルファス状態
部のみを選択的に溶解させて、集光レーザーの照射部で
ある結晶化がある程度以上進行している構造変化部(結
晶化進行部)のみを残存させることができる。
As described above, the metal oxide film (IO-based film) containing indium as a main component of the indium-based film such as the partially structurally-modified IO-based film has an amorphous state part and a structure-changed part in which crystallization has progressed. Since it has a different solubility from the (crystallization progressing portion), it is a non-irradiated portion of the focused laser due to the etching liquid (for example, the etching liquid capable of dissolving the IO-based film in the amorphous state portion). It is possible to selectively dissolve only the amorphous state portion and leave only the structural change portion (crystallization progressing portion), which is the irradiation portion of the focused laser, where crystallization has progressed to a certain extent or more.

【0057】この選択的に溶解させる方法としては、部
分的構造変化IO系膜とエッチング液とを接触させるこ
とができる方法であれば特に制限されないが、エッチン
グ液中に部分的構造変化IO系膜を浸漬する方法が好適
に採用される。
The method of selectively dissolving is not particularly limited as long as it is a method that can bring the partially structurally changed IO-based film into contact with the etching solution, but the partially dissolved IO-based film is partially dissolved in the etching solution. The method of immersing is preferably used.

【0058】前記エッチング液としては、インジウムを
金属原子の主成分とする金属酸化物膜(IO系膜)のア
モルファス状態部と構造変化部との選択エッチング性が
十分に得られるものであれば特に制限されることなく用
いることができる。すなわち、インジウムを金属原子の
主成分とする金属酸化物膜(IO系膜)のアモルファス
状態部の溶解性が高く、構造変化部の溶解性が低いもの
(アモルファス状態部と構造変化部との溶解性の差が大
きいもの)を用いることができる。エッチング液は単独
で又は2種以上組み合わせて使用することができる。具
体的には、エッチング液としては、例えば、塩酸水溶
液、硫酸水溶液、硝酸水溶液、シュウ酸水溶液などの無
機酸の水溶液を好適に用いることができる。これらの無
機酸の水溶液は低濃度であることが好ましい。エッチン
グ液が、例えば、塩酸水溶液の場合、塩酸の濃度として
は、0.5〜30重量%(好ましくは1〜10重量%)
程度の範囲から選択することができる。なお、エッチン
グ液の使用量は特に制限されない。
The etching solution is particularly preferably one that can sufficiently obtain the selective etching property between the amorphous state portion and the structural change portion of the metal oxide film (IO-based film) containing indium as the main component of the metal atom. It can be used without limitation. That is, a metal oxide film (IO-based film) containing indium as a main component has a high solubility in the amorphous state portion and a low solubility in the structural change portion (dissolution of the amorphous state portion and the structural change portion). Those with a large difference in sex) can be used. The etching solutions may be used alone or in combination of two or more. Specifically, as the etching solution, for example, an aqueous solution of an inorganic acid such as an aqueous solution of hydrochloric acid, an aqueous solution of sulfuric acid, an aqueous solution of nitric acid, an aqueous solution of oxalic acid can be preferably used. The aqueous solution of these inorganic acids preferably has a low concentration. When the etching solution is, for example, an aqueous hydrochloric acid solution, the concentration of hydrochloric acid is 0.5 to 30% by weight (preferably 1 to 10% by weight).
It can be selected from a range of degrees. The amount of etching liquid used is not particularly limited.

【0059】なお、エッチング液に浸漬する時間は特に
制限されず、エッチング液の種類や濃度などに応じて適
宜選択することができるが、アモルファス状態部のみを
溶解させ、構造変化部(結晶化進行部)は全く又はほと
んど溶解しない程度の時間であることが重要である。
The time of immersion in the etching solution is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the type and concentration of the etching solution. However, only the amorphous state portion is dissolved and the structural change portion (crystallization progresses). It is important that the period of time is such that no part or part is dissolved.

【0060】[選択エッチング処理された金属酸化物
膜]本発明の選択エッチング処理された金属酸化物膜
は、前述の金属酸化物膜の選択的なエッチング処理方法
により、すなわち、非晶性IO系膜の所定部位を集光レ
ーザーの照射により構造を変化させて部分的構造変化I
O系膜を得て、この部分的構造変化IO系膜におけるア
モルファス状態部(非晶性部)のみをエッチング液によ
り選択的に溶解させることにより作製することができ
る。
[Selective Etching-Processed Metal Oxide Film] The selective etching-processed metal oxide film of the present invention is produced by the above-described selective etching process of the metal oxide film, that is, the amorphous IO-based film. Partial structural change by changing the structure of a predetermined part of the film by irradiation of a focused laser I
It can be manufactured by obtaining an O-based film and selectively dissolving only an amorphous state part (amorphous part) in the partially structurally changed IO-based film with an etching solution.

【0061】このような非晶性IO系膜に、集光レーザ
ーの照射を行うと、集光レーザーの照射部において、金
属酸化物の構造の変化により構造変化部(特に、結晶化
が進行した構造変化部)が形成されて、図2に示される
ように、構造変化部及びアモルファス状態部を有する部
分的構造変化IO系膜が作製される。図2は、部分的構
造変化IO系膜の一例を示す概略断面図である。図2に
おいて、1〜4は、図1と同様に、それぞれ、部分的構
造変化IO系膜、構造変化部、アモルファス状態部、基
板である。部分的構造変化IO系膜1は、構造変化部2
と、アモルファス状態部3とから構成され、基板4上に
形成されている。
When such a non-crystalline IO-based film was irradiated with a focused laser, the structurally changed portion (particularly, crystallization proceeded) in the irradiated portion of the focused laser due to the change in the structure of the metal oxide. (Structural change portion) is formed, and as shown in FIG. 2, a partially structurally changed IO-based film having a structural change portion and an amorphous state portion is produced. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a partially structurally changed IO-based film. In FIG. 2, 1 to 4 are, similarly to FIG. 1, a partially structurally changed IO-based film, a structurally changed portion, an amorphous state portion, and a substrate, respectively. The partially structurally changed IO-based film 1 has a structurally changed portion 2
And the amorphous state portion 3 and are formed on the substrate 4.

【0062】この部分的構造変化IO系膜1についてエ
ッチング処理を施すことにより、アモルファス状態部3
のみを選択的に溶解除去して、構造変化部2のみを残存
させて、選択エッチング処理された金属酸化物膜が得ら
れる。このような選択エッチング処理された金属酸化物
膜は、図3に示されるように、空隙部又は空気部を有し
ている。図3は、本発明の選択エッチング処理された金
属酸化物膜の一例を示す概略断面図である。図3におい
て、7は選択エッチング処理された金属酸化物膜、8は
空隙部、9は金属酸化物部であり、4は図1又は2と同
様に基板である。選択エッチング処理された金属酸化物
膜7は、空隙部8と、金属酸化物部9とから構成されて
いる。空隙部8の屈折率は通常約1であり、一方、金属
酸化物部9の屈折率は約2である。従って、空隙部8と
金属酸化物部9との屈折率差は約1と大きく、選択エッ
チング処理された金属酸化物膜7は従来にない大きな屈
折率差による光学応答を得ることができる。
By performing an etching process on the partially structurally changed IO-based film 1, the amorphous state portion 3 is formed.
Only the structure-changed portion 2 is left by selectively dissolving and removing only the metal oxide film, and a metal oxide film subjected to selective etching is obtained. As shown in FIG. 3, the metal oxide film subjected to such selective etching treatment has voids or air. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the metal oxide film subjected to the selective etching treatment of the present invention. In FIG. 3, 7 is a metal oxide film that has been subjected to selective etching, 8 is a void portion, 9 is a metal oxide portion, and 4 is a substrate as in FIG. 1 or 2. The metal oxide film 7 that has been subjected to the selective etching includes a void portion 8 and a metal oxide portion 9. The refractive index of the void portion 8 is usually about 1, while the refractive index of the metal oxide portion 9 is about 2. Therefore, the difference in refractive index between the void portion 8 and the metal oxide portion 9 is as large as about 1, and the metal oxide film 7 subjected to the selective etching can obtain an optical response due to a large difference in refractive index which has never been obtained.

【0063】本発明の選択エッチング処理された金属酸
化物膜は、求められる機能や要求特性に応じて、適宜集
光レーザーによるレーザー加工が施されている。また、
そのまま金属酸化物膜として用いてもよく、他の部材と
組み合わせて用いてもよい。さらにまた、選択エッチン
グ処理された金属酸化物膜には、任意の加工や処理(各
種の後処理など)を施すことが可能である。選択エッチ
ング処理された金属酸化物膜は、互いに屈折率が異なっ
ている金属酸化物部および空隙部を有しているので、例
えば、文献“菊田他、光学、27巻、第1号、p12、
1998年”で解説されているような回折格子、偏光素
子、位相差板、偏光ビームスプリッター、波長選択フィ
ルタ、光導波路などの光学素子や、これらに導電性が付
与された光学素子、導電膜(特に、透明導電膜)などと
して好適に用いることができる。特に、金属酸化物部と
空隙部との大きな屈折率差を利用して、フォトニック結
晶などにも応用することが可能である。
The metal oxide film which has been subjected to the selective etching treatment of the present invention is appropriately laser-processed by a focusing laser according to the required function and the required characteristics. Also,
It may be used as it is as a metal oxide film, or may be used in combination with other members. Furthermore, the metal oxide film that has been subjected to the selective etching can be subjected to any processing or treatment (various post-treatments or the like). Since the metal oxide film subjected to the selective etching has a metal oxide portion and a void portion having different refractive indexes from each other, for example, see “Kikuta et al., Optics, Vol. 27, No. 1, p12,”.
Optical elements such as a diffraction grating, a polarizing element, a retardation plate, a polarizing beam splitter, a wavelength selection filter, and an optical waveguide as described in "1998", an optical element to which conductivity is imparted, a conductive film ( In particular, it can be suitably used as a transparent conductive film, etc. In particular, it can be applied to a photonic crystal or the like by utilizing a large difference in refractive index between a metal oxide portion and a void portion.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明の選択的なエッチング処理方法に
よれば、インジウムを金属原子の主成分とする金属酸化
物膜に、より一層微細な加工が施された選択エッチング
処理された金属酸化物膜が得られる。この選択エッチン
グ処理された金属酸化物膜は、高屈折率を有している。
しかも透明で且つ電気伝導性を有している。従って、優
れた機能を有している光学素子又は導電膜を容易に作製
することができる。
According to the selective etching treatment method of the present invention, the metal oxide film containing indium as a main component of the metal atom is subjected to selective etching treatment in which finer processing is performed. A film is obtained. The metal oxide film subjected to the selective etching has a high refractive index.
Moreover, it is transparent and has electrical conductivity. Therefore, an optical element or a conductive film having an excellent function can be easily manufactured.

【0065】[0065]

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はこれらの実施例により限定される
ものではない。 (実施例1)市販の青板ガラス基板、および直径が15
インチのITOターゲット[酸化インジウムと酸化錫と
が97重量部(酸化インジウム):3重量部(酸化錫)
の割合で混合された金属酸化物]が取り付けられたスパ
ッタリング装置(商品名「高周波スパッタリング装置」
日本真空社製)に装着した。真空チャンバー内を4×1
-4Paまで真空排気した後、アルゴンガスを30SC
CM、酸素ガスを0.5SCCM導入し、高真空ポンプ
のメインバルブ開閉度を調整することで、圧力を0.4
Paに調整した。但し、アルゴンガスは洗浄用ビンに入
れた蒸留水にバブリングさせたものを導入した。その結
果、真空チャンバー内の水蒸気分圧が3×10-3Paに
保持された。その後、直流電源にてITOターゲットに
300Wの電力を印加し、ガラス製基板上に厚さ100
nmの酸化インジウム錫膜(ITO膜)を成膜し、IT
O膜がガラス製基板上に成膜されたサンプル(照射サン
プルA)を得た。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples. (Example 1) Commercially available soda-lime glass substrate and having a diameter of 15
Inch ITO target [97 parts by weight of indium oxide and tin oxide (indium oxide): 3 parts by weight (tin oxide)
Of a metal oxide mixed in the ratio of the
(Made by Nippon Vacuum Co., Ltd.). 4 × 1 in the vacuum chamber
After evacuating to 0 -4 Pa, use argon gas at 30 SC
By introducing CM and oxygen gas at 0.5 SCCM and adjusting the opening / closing degree of the main valve of the high vacuum pump, the pressure can be adjusted to 0.4
It was adjusted to Pa. However, argon gas was introduced by bubbling distilled water contained in a cleaning bottle. As a result, the partial pressure of water vapor in the vacuum chamber was maintained at 3 × 10 −3 Pa. Then, a DC power source was applied to the ITO target to apply power of 300 W, and the thickness of 100 W was applied to the glass substrate.
nm indium tin oxide film (ITO film) is formed.
A sample (irradiated sample A) in which an O film was formed on a glass substrate was obtained.

【0066】この照射サンプルAのガラス製基板上に成
膜されたITO膜の上面から、該上面又はその付近に焦
点を合わせて、チタン・サファイア・フェムト秒パルス
レーザー装置及び対物レンズ(倍率:10倍)を使用し
て、超短パルスレーザー(照射波長:800nm、パル
ス幅:150×10-15秒、繰り返し:200kHz)
を、照射エネルギー(平均出力):60mW、照射スポ
ット径:約20μmの条件で、照射サンプルAを照射方
向に垂直な方向に移動速度:約500μm/秒で移動さ
せながら照射したところ、照射サンプルAのITO膜部
分のみに、超短パルスレーザーの照射を開始した焦点位
置(照射開始位置)から、照射を止めた焦点位置(照射
終了位置)にかけて、元のITO膜とは異なる構造を有
する構造変化部(誘起構造部)が形成された金属酸化物
膜が得られた。
A titanium-sapphire femtosecond pulse laser device and an objective lens (magnification: 10) are focused from the upper surface of the ITO film formed on the glass substrate of this irradiation sample A to or near the upper surface. Ultra short pulse laser (irradiation wavelength: 800 nm, pulse width: 150 × 10 −15 seconds, repetition: 200 kHz)
Was irradiated while moving the irradiation sample A in a direction perpendicular to the irradiation direction at a moving speed of about 500 μm / sec under the conditions of irradiation energy (average output): 60 mW and irradiation spot diameter: about 20 μm. Only in the ITO film part, a structural change having a different structure from the original ITO film from the focus position (irradiation start position) where the irradiation of the ultrashort pulse laser is started to the focus position (irradiation end position) where the irradiation is stopped A metal oxide film having a portion (induced structure portion) was obtained.

【0067】この超短パルスレーザーが照射された照射
サンプルAの断面観察を行ったところ、構造変化部の幅
は約20μmであり、膜厚方向に関しては照射部全体が
構造変化を起こしていた(すなわち、構造変化部の厚み
は100nm)。すなわち、幅が約20μm、厚さが1
00nmの断面を有するライン状の構造変化部が形成さ
れていた。
When the cross section of the irradiated sample A irradiated with this ultrashort pulse laser was observed, the width of the structurally changed portion was about 20 μm, and the entire irradiated portion had a structural change in the film thickness direction ( That is, the thickness of the structurally changed portion is 100 nm). That is, the width is about 20 μm and the thickness is 1
A line-shaped structural change portion having a cross section of 00 nm was formed.

【0068】さらに、この構造変化部を有するサンプル
を、3重量%の塩酸水溶液に30秒間浸漬した後、取り
出して蒸留水で洗浄した。その結果、上述の断面観察で
観察された構造変化部(誘起構造部)部分のみがガラス
製基板上に残存し、その他の非照射部分(構造未変化
部)は完全にガラス製基板上から溶解して消失して、空
隙部となっていた。なお、この構造変化部は結晶化が進
行した部位であった。
Further, the sample having this structurally changed portion was immersed in a 3 wt% hydrochloric acid aqueous solution for 30 seconds, then taken out and washed with distilled water. As a result, only the structurally changed part (induced structure part) observed by the above-mentioned cross-section observation remains on the glass substrate, and the other non-irradiated parts (unstructured part) are completely melted from the glass substrate. Then, it disappeared and became a void. The structure-changed portion was a portion where crystallization proceeded.

【0069】従って、ガラス製基板上に、誘起構造部と
空隙部とを有している選択エッチング処理されたITO
膜が形成された。
Therefore, the selective-etched ITO having the inductive structure and the void is formed on the glass substrate.
A film was formed.

【0070】(比較例1)実施例1と同様の市販のガラ
ス製基板(厚さ:1.5mm)に、実施例1と同様の条
件で、超短パルスレーザーを照射したところ、ガラス基
板にはなんら構造変化は発生しなかった。
Comparative Example 1 A commercially available glass substrate (thickness: 1.5 mm) similar to that in Example 1 was irradiated with an ultrashort pulse laser under the same conditions as in Example 1, and the glass substrate was observed. No structural change occurred.

【0071】(比較例2)超短パルスレーザーの強度
(照射エネルギー)を500mWに増加させたこと以外
は比較例1と同様の条件で、超短パルスレーザーを照射
したところ、ガラス基板の表面から内部に沿って、横幅
20μm、縦幅100μmの範囲にわたって構造変化が
生じていた。すなわち、形成された誘起構造は、超短パ
ルスレーザーの照射部において縦方向に長い構造となっ
た。
Comparative Example 2 Ultrashort pulse laser irradiation was performed under the same conditions as in Comparative Example 1 except that the intensity (irradiation energy) of the ultrashort pulse laser was increased to 500 mW. Along the inside, a structural change occurred over a range of width 20 μm and length 100 μm. That is, the induced structure formed was a structure that was long in the vertical direction in the irradiated portion of the ultrashort pulse laser.

【0072】従って、実施例1と、比較例1〜2とによ
り、実施例1の方法により、ITO膜のみに選択的に誘
起構造を形成することができることは明らかである。
Therefore, it is apparent from Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 that the induction structure can be selectively formed only on the ITO film by the method of Example 1.

【0073】(比較例3)アルゴンガスをバブリングせ
ずに直接真空チャンバーに導入したこと以外は、実施例
1と同様にして、厚さ100nmのITO膜をガラス製
基板上に成膜した。その後、そのサンプルを200℃、
5時間アニール処理した後、実施例1と同様の条件で、
超短パルスレーザーを照射した。その結果、元のITO
膜とは異なる構造を有する構造変化部が形成された金属
酸化物膜が得られた。しかしながら、この金属酸化物膜
を有するサンプルを、3重量%の塩酸水溶液に30秒間
浸漬した後、取り出して蒸留水で洗浄したところ、超短
パルスレーザーの照射部、非照射部にかかわらず溶解せ
ず、塩酸水溶液に浸漬する前と全く同じサンプルが得ら
れた。
Comparative Example 3 An ITO film having a thickness of 100 nm was formed on a glass substrate in the same manner as in Example 1 except that argon gas was directly introduced into the vacuum chamber without bubbling. Then, the sample at 200 ℃,
After annealing for 5 hours, under the same conditions as in Example 1,
Irradiated with ultra-short pulse laser. As a result, the original ITO
A metal oxide film having a structure change portion having a structure different from that of the film was obtained. However, when the sample having this metal oxide film was immersed in a 3% by weight hydrochloric acid aqueous solution for 30 seconds, then taken out and washed with distilled water, it was dissolved regardless of whether the ultrashort pulse laser was irradiated or not. However, the same sample as before dipping in the hydrochloric acid aqueous solution was obtained.

【0074】(比較例4)アルゴンガスをバブリングせ
ずに直接真空チャンバーに導入したこと以外は、実施例
1と同様にして、厚さ100nmのITO膜をガラス製
基板上に成膜した。その後、そのサンプルを200℃、
5時間アニール処理した後、実施例1と同様の条件で、
超短パルスレーザーを照射し、その後さらに、そのサン
プルを200℃、5時間アニール処理を行った。その
後、このサンプルを、3重量%の塩酸水溶液に30秒間
浸漬した後、取り出して蒸留水で洗浄したところ、超短
パルスレーザーの照射部、非照射部にかかわらず溶解せ
ず、塩酸水溶液に浸漬する前と全く同じサンプルが得ら
れた。
Comparative Example 4 An ITO film having a thickness of 100 nm was formed on a glass substrate in the same manner as in Example 1 except that argon gas was directly introduced into the vacuum chamber without bubbling. Then, the sample at 200 ℃,
After annealing for 5 hours, under the same conditions as in Example 1,
The sample was irradiated with an ultrashort pulse laser, and then the sample was annealed at 200 ° C. for 5 hours. Then, this sample was immersed in a 3% by weight hydrochloric acid aqueous solution for 30 seconds, then taken out and washed with distilled water. It did not dissolve regardless of whether the ultrashort pulse laser was irradiated or not, and it was immersed in a hydrochloric acid aqueous solution. The same sample as before was obtained.

【0075】(実施例2)実施例1と同様にして、ガラ
ス製基板上に厚さ1.5μmのITO膜が成膜されたサ
ンプル(照射サンプルB)を作製した。この照射サンプ
ルBに、実施例1と同様の条件で、超短パルスレーザー
を照射したところ、幅20μm、長さ8mmのラインを
15μmの間隔で15本形成し、約0.5mmの回折格
子(回折格子A)を作製した。
(Example 2) In the same manner as in Example 1, a sample (irradiated sample B) in which an ITO film having a thickness of 1.5 μm was formed on a glass substrate was prepared. When this irradiation sample B was irradiated with an ultrashort pulse laser under the same conditions as in Example 1, 15 lines having a width of 20 μm and a length of 8 mm were formed at intervals of 15 μm, and a diffraction grating of about 0.5 mm ( A diffraction grating A) was produced.

【0076】その後、この回折格子Aを、5重量%の塩
酸水溶液に60秒間浸漬した後、取り出して蒸留水で洗
浄した。その結果、ITO膜の超短パルスレーザーの照
射部分のみがガラス製基板状に残存し、周期的な凹凸構
造を有する回折格子(回折格子B)が得られた。
Then, the diffraction grating A was immersed in a 5% by weight hydrochloric acid aqueous solution for 60 seconds, then taken out and washed with distilled water. As a result, only the portion of the ITO film irradiated with the ultrashort pulse laser remained on the glass substrate, and a diffraction grating (diffraction grating B) having a periodic uneven structure was obtained.

【0077】この回折格子Bに、波長が632.8nm
のHe−Ne(ヘリウム−ネオン)レーザーを照射した
ところ、透過回折のスポットの出現を確認した。また、
照射するラインの間隔を適宜変化させたサンプルについ
て、同様の回折スポットを確認したところ、回折スポッ
トに古典理論のとおりの変化が生じることが確認され
た。
The diffraction grating B has a wavelength of 632.8 nm.
When a He-Ne (helium-neon) laser was irradiated, the appearance of transmission diffraction spots was confirmed. Also,
When a similar diffraction spot was confirmed for the sample in which the distance between the irradiated lines was appropriately changed, it was confirmed that the diffraction spot changed as in the classical theory.

【0078】(実施例3)市販のガラス製基板(厚さ:
1.5mm)上に実施例1と同様の方法で、厚さ200
nmのITO膜を成膜したサンプル(照射サンプルC)
を得た。この照射サンプルCに、図4に示す光学系を用
いて、2光束照射によるレーザー照射を行った。用いた
レーザー発生装置は、実施例1と同様のチタン・サファ
イア・フェムト秒パルスレーザー装置であり、照射エネ
ルギー(平均出力)を20mW、照射時間を10秒間、
2光束のなす角度(θ)を75°として、図5に示され
るようなレーザー光の干渉を用いて、ITO膜上に周期
的な構造変化を書き込んだ。その結果、直径約60μm
の円形領域にその光干渉に応じた周期構造が形成され、
その周期は約800nmであった。
Example 3 Commercially available glass substrate (thickness:
1.5 mm), and a thickness of 200
Sample with a 20 nm ITO film (irradiation sample C)
Got This irradiation sample C was subjected to laser irradiation by irradiation with two light fluxes using the optical system shown in FIG. The laser generator used was the same titanium sapphire femtosecond pulse laser device as in Example 1, with irradiation energy (average output) of 20 mW and irradiation time of 10 seconds.
The angle (θ) formed by the two light fluxes was set to 75 °, and periodical structural changes were written on the ITO film by using the interference of laser light as shown in FIG. As a result, the diameter is about 60 μm
A periodic structure corresponding to the optical interference is formed in the circular area of
The period was about 800 nm.

【0079】その後、この周期構造を有するサンプル
を、3重量%の塩酸水溶液に30秒間浸漬した後、取り
出して蒸留水で洗浄したところ、800nmという光の
波長オーダーの微細構造でありながら、照射部のみの周
期構造を有するITO膜が得られた。すなわち、選択エ
ッチング処理により、極めて微細な照射部のみが残存し
ている周期構造を有するITO膜が得られた。
Then, the sample having this periodic structure was dipped in a 3% by weight aqueous hydrochloric acid solution for 30 seconds, taken out and washed with distilled water. The irradiation part had a fine structure in the wavelength order of 800 nm. An ITO film having only a periodic structure was obtained. In other words, the selective etching treatment yielded an ITO film having a periodic structure in which only extremely fine irradiated parts remained.

【0080】なお、この微細な周期構造を有するサンプ
ルに、ITO膜の上面から自然光を入射させたところ、
古典理論のとおり、その周期構造に相当する波長領域の
光に対して、1/4波長板として動作することが確認さ
れた。
When natural light was incident on the sample having the fine periodic structure from the upper surface of the ITO film,
As in the classical theory, it was confirmed that the light acts in the wavelength region corresponding to the periodic structure as a quarter-wave plate.

【0081】実施例及び比較例では、走査型電子顕微鏡
を用いて、誘起構造部を有するITO膜などの断面の形
態や形状の観察を行った。
In the examples and comparative examples, the morphology and shape of the cross section of the ITO film having the induced structure portion was observed using a scanning electron microscope.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の集光レーザー光の照射方法の一例を示
す概略鳥瞰図である。
FIG. 1 is a schematic bird's-eye view showing an example of a focused laser beam irradiation method of the present invention.

【図2】部分的構造変化IO系膜の一例を示す概略断面
図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a partially structurally changed IO-based film.

【図3】本発明の選択エッチング処理された金属酸化物
膜の一例を示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a metal oxide film subjected to selective etching treatment of the present invention.

【図4】2光束干渉の光学系を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an optical system of two-beam interference.

【図5】レーザー光の干渉を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing interference of laser light.

【符号の説明】 1 部分的構造変化IO系膜 11 非晶性IO系膜、 2 構造変化部 3 アモルファス状態部(非晶性部) 4 基板 5 集光されたレーザー 51 パルス幅が10-12秒以下である超短パルスレ
ーザー 52 集光レンズ 6 集光レーザー5の焦点位置軌跡 6a 集光レーザー5の照射開始位置 6b 集光レーザー5の照射終了位置 6c 集光レーザー5の焦点位置の移動方向 7 選択エッチング処理された金属酸化物膜 8 空隙部 9 金属酸化物部
[Explanation of Codes] 1 Partial structural change IO-based film 11 Amorphous IO-based film, 2 Structural change part 3 Amorphous state part (amorphous part) 4 Substrate 5 Focused laser 51 Pulse width 10 -12 Ultra short pulse laser 52 which is less than or equal to seconds 52 Focusing lens 6 Focus position locus 6a of focusing laser 5 Irradiation start position 6b of focusing laser 5 Irradiation end position 6c of focusing laser 5 Moving direction of focusing position of focusing laser 5 7 Metal oxide film that has been subjected to selective etching 8 Void portion 9 Metal oxide portion

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦入 正勝 大阪府茨木市下穂積一丁目1番2号 日東 電工株式会社内 (72)発明者 堀池 美華 大阪府茨木市下穂積一丁目1番2号 日東 電工株式会社内 (72)発明者 平尾 一之 京都府京都市左京区田中下柳町8−94 Fターム(参考) 4G059 AA08 AB07 AB11 AC12 AC30 EA03 EB04 4K057 WA11 WB20 WC10 WE08 WN01   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Masakatsu Urairi             1-2 1-2 Shimohozumi, Ibaraki City, Osaka Prefecture Nitto             Electric Works Co., Ltd. (72) Inventor Mika Horiike             1-2 1-2 Shimohozumi, Ibaraki City, Osaka Prefecture Nitto             Electric Works Co., Ltd. (72) Inventor Kazuyuki Hirao             8-94 Tanaka Shimoyanagicho, Sakyo Ward, Kyoto City, Kyoto Prefecture F-term (reference) 4G059 AA08 AB07 AB11 AC12 AC30                       EA03 EB04                 4K057 WA11 WB20 WC10 WE08 WN01

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インジウムを金属原子の主成分として含
有する金属酸化物膜の選択的なエッチング処理方法であ
って、下記の工程(A)〜(B)を具備することを特徴
とする金属酸化物膜の選択的なエッチング処理方法。 工程(A):インジウムを金属原子の主成分として含有
し且つアモルファス状態の金属酸化物膜に、集光された
レーザーの照射により、構造が変化した構造変化部を形
成する工程 工程(B):構造変化部が形成された金属酸化物膜にお
けるアモルファス状態部のみをエッチング液により選択
的に溶解させる工程
1. A method of selectively etching a metal oxide film containing indium as a main component of a metal atom, comprising the following steps (A) to (B): Method for selectively etching a material film. Step (A): A step of forming a structure-changed portion having a changed structure by irradiating a focused laser beam on a metal oxide film containing indium as a main component of a metal atom and being in an amorphous state. A step of selectively dissolving only the amorphous state portion of the metal oxide film having the structure-changed portion with an etching solution
【請求項2】 インジウムを金属原子の主成分として含
有し且つアモルファス状態の金属酸化物膜が、錫、ジル
コニウム、亜鉛、チタン、セリウム、タンタル、ゲルマ
ニウム、バナジウム、イットリウムおよびニオブから選
択された少なくとも一種の金属原子を含有している請求
項1記載の金属酸化物膜の選択的なエッチング処理方
法。
2. The amorphous metal oxide film containing indium as a main component of metal atoms is at least one selected from tin, zirconium, zinc, titanium, cerium, tantalum, germanium, vanadium, yttrium and niobium. The method for selectively etching a metal oxide film according to claim 1, wherein the metal oxide film contains the metal atom.
【請求項3】 インジウムを金属原子の主成分として含
有し且つアモルファス状態の金属酸化物膜が、水蒸気分
圧が5×10-4〜5×10-2Paである成膜雰囲気中で
スパッタリング法により形成されている請求項1又は2
記載の金属酸化物膜の選択的なエッチング処理方法。
3. A sputtering method in which a metal oxide film containing indium as a main component of a metal atom and in an amorphous state has a water vapor partial pressure of 5 × 10 −4 to 5 × 10 −2 Pa. 1 or 2 formed by
A method for selectively etching a metal oxide film according to claim 1.
【請求項4】 インジウムを金属原子の主成分として含
有し且つアモルファス状態の金属酸化物膜が、ガラス製
基板上に形成されている請求項1〜3の何れかの項に記
載の金属酸化物膜の選択的なエッチング処理方法。
4. The metal oxide according to claim 1, wherein an amorphous metal oxide film containing indium as a main component of metal atoms is formed on a glass substrate. A method for selectively etching a film.
【請求項5】 レーザーがパルス幅が10-6秒以下のレ
ーザーである請求項1〜4の何れかの項に記載の金属酸
化物膜の選択的なエッチング処理方法。
5. The method for selectively etching a metal oxide film according to claim 1, wherein the laser has a pulse width of 10 −6 seconds or less.
【請求項6】 レーザーが多光束干渉によるコヒーレン
ト光である請求項1〜5の何れかの項に記載の金属酸化
物膜の選択的なエッチング処理方法。
6. The method for selectively etching a metal oxide film according to claim 1, wherein the laser is coherent light due to multi-beam interference.
【請求項7】 インジウムを金属原子の主成分として含
有し且つアモルファス状態の金属酸化物膜を、請求項1
〜6の何れかの項に記載の金属酸化物膜の選択的なエッ
チング処理方法により選択エッチング処理して作製され
たことを特徴とする選択エッチング処理された金属酸化
物膜。
7. A metal oxide film which contains indium as a main component of metal atoms and is in an amorphous state.
7. A metal oxide film subjected to selective etching, which is produced by performing a selective etching treatment by the selective etching treatment method for a metal oxide film according to any one of items 1 to 6.
【請求項8】 請求項7記載の選択エッチング処理され
た金属酸化物膜が構成要素として用いられている光学素
子。
8. An optical element in which the metal oxide film subjected to selective etching according to claim 7 is used as a constituent element.
【請求項9】 請求項7記載の選択エッチング処理され
た金属酸化物膜が構成要素として用いられている導電
膜。
9. A conductive film in which the metal oxide film subjected to the selective etching according to claim 7 is used as a constituent element.
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