JP2009072694A

JP2009072694A - 材料の高密度酸化法及びデバイス

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Publication number: JP2009072694A
Application number: JP2007243997A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ogoshi; 昌幸大越; Shigemi Inoue; 成美井上
Original assignee: Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Current assignee: Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-09-20
Also published as: JP5266490B2

Abstract

【課題】従来困難とされてきた高品質の酸化物を低温域の条件下で位置選択的乃至は空間選択的に形成できる手法を確立する。
【解決手段】波長１９０ｎｍ以下の光３を、マスク２を被覆した被酸化固体材料１に対して照射する。そして、被酸化固体材料１の露光した部分に、高品質の酸化物４に改質する。また、光３を集光レンズ５を介して被酸化固体材料１に集光照射することで、被酸化固体材料１に対して酸化物４を位置選択的に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、材料の酸化法及びデバイス作製法に係り、特に固体材料、液体材料、溶液材料乃至は液体中に分散させた材料などの被酸化材料に、波長１９０ｎｍ以下の光を照射することにより、従来困難とされてきた高品質の酸化物を低温域の条件下で形成することが可能な材料の高密度酸化法及びデバイスに関する。

近年、種々のエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、フォトニクスなどの分野において、高品質の酸化物は必要不可欠である。現在、高品質の酸化物を作製する場合は、被酸化物を雰囲気を高温状態として高温条件下において形成することが多い。

しかしながら、上述したように酸化物を作製するためには、高温条件下で形成するため、酸化物を用いるデバイスの大きさや重さ、性能や形成位置などを制限していた。従って、従来のよりも低温域で高品質の酸化物を形成する手法の確立が望まれていた。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、高品質の酸化物を従来よりも低温域の条件下で位置選択的乃至は空間選択的に形成できる材料の高密度酸化法及び、それを利用したデバイスを提供することを目的とする。

本発明のその他の目的や新規の特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の材料の高密度酸化法は、波長１９０ｎｍ以下の光を被酸化固体材料に照射し、該光を照射した部分に酸化物を形成することを特徴としている。

請求項２記載の材料の高密度酸化法は、波長１９０ｎｍ以下の光を被酸化液体材料に照射し、該光を照射した部分に酸化物を形成することを特徴としている。

請求項３記載のデバイスは、請求項１記載の高密度酸化法により形成された酸化物を用いたことを特徴としている。

請求項４記載のデバイスは、請求項２記載の高密度酸化法により形成された酸化物を用いたことを特徴としている。

請求項５記載のデバイスは、請求項１記載の高密度酸化法において、位置選択的に酸化物が形成されたことを特徴としている。

請求項６記載のデバイスは、請求項２記載の高密度酸化法において、位置選択的乃至は空間選択的に酸化物が形成されたことを特徴としている。

請求項７記載の材料の高密度酸化法は、被酸化固体材料からなる薄膜乃至は被酸化液体材料からなる薄液膜に、波長１９０ｎｍ以下の光を照射し、酸化物薄膜を形成することを特徴としている。

請求項８記載のデバイスは、請求項７記載の高密度酸化法と、既存の化学エッチングとを組み合わせることにより、前記酸化物薄膜を位置選択的に形成することを特徴としている。

請求項９記載のデバイスは、請求項７記載の高密度酸化法と、既存の薄膜乃至は薄膜形成法とを組み合わせることにより、前記酸化物薄膜を積層させることを特徴としている。

本発明によれば、高品質の酸化物を従来よりも低温域の条件下で位置選択的乃至は空間選択的に形成することにより、酸化物を基礎とした高機能デバイスの作製法を確立でき、エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス及びフォトニクス分野でのデバイス作製の基盤技術として利用可能であるなど多機能マイクロ/ ナノデバイス作製のための必要不可欠な技術となる。また本発明は、これら分野にとどまらず、今後マイクロ・ナノマシーニング技術を利用して発展するデバイス作製の分野に多大に利用可能である。

以下、本発明に係る材料の高密度酸化法及びデバイスを実施するための最良の形態について、添付する図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る第１形態の材料の高密度酸化法を説明するための概略説明図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る第２形態の材料の高密度酸化法を説明するための概略説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は本発明に係る材料の高密度酸化法の他の実施例を説明するための概略説明図であり、図４は本発明に係る材料の高密度酸化法によって形成された酸化アルミニウム薄膜の実験結果を示す写真である。

まず、図１を参照しながら、本発明に係る第１形態の材料の高密度酸化法について説明する。第１形態の材料の高密度酸化法は、波長１９０ｎｍ以下の光を、例えばアルミニウム、チタン、鉄、スズ、亜鉛からなる金属薄膜、セラミクス、半導体、生体材料、高分子材料などで構成される被酸化固体材料１に照射する場合の実験概略構成であり、図１（ａ）に示すように、所望のマスク２を被覆した被酸化固体材料１の表面に波長１９０ｎｍ以下の光３を照射する。そして、光３が露光された部分のみが高品質の酸化物４に改質される。

また、１９０ｎｍ以下の光３を出射するレーザ出力装置（不図示）の出力が使用環境や機器劣化などの要因により出力が通常よりも弱い場合は、図１（ｂ）に示すように光３を集光する集光レンズ５で所定出力になるまで集光しながら出力調整を行った状態でマスク２を被覆した被酸化固体材料１の表面に光３を照射する。そして、光３が露光された部分のみが高品質の酸化物４に改質される。

さらに、マスク２を被覆せずに被酸化固体材料１の所望の箇所に酸化物４を形成する場合は、図１（ｃ）に示すように、被酸化固体材料１の表面に光３が集光レンズ５を介して集光照射する。そして、光３が集光照射された部分のみが高品質の酸化物４に改質される。

次に、図２を参照しながら、本発明に係る第２形態の材料の高密度酸化法について説明する。第２形態の材料の高密度酸化法は、波長１９０ｎｍ以下の光を、例えば被酸化物を含有する液体材料、被酸化物が溶解した溶液材料乃至は液体中に被酸化物を分散させたコロイド状材料などの被酸化液体材料６に照射する場合の実験概略構成であり、図２（ａ）に示すように容器７に入れた被酸化液体材料６に波長１９０ｎｍ以下の光３を照射する。そして、光３が照射された部分の被酸化物のみが高品質の酸化物４に改質される。

また、１９０ｎｍ以下の光３を出射するレーザ出力装置（不図示）の出力が使用環境や機器劣化などの要因により出力が通常よりも弱い場合は、図２（ｂ）に示すように光３を集光する集光レンズ５で所定出力になるまで集光しながら出力調整を行った状態で、被酸化液体材料６に光３を照射する。そして、光３が照射された部分の被酸化物のみが高品質の酸化物４に改質される。

さらに、被酸化液体材料６の所望の箇所（例えば被酸化液体材料６の表面）に酸化物４を形成する場合は、図２（ｃ）に示すように、被酸化液体材料６の表面に光３が集光レンズ５を介して集光照射する。そして、光３が集光照射された部分のみが高品質の酸化物４に改質される。

なお、上記第２形態における図２（ｃ）の構成の場合、被酸化液体材料６若しくはレーザ出力装置を精密に三次元的に微動可能な構成とすることで、結果的にレーザ３が精密に三次元的に走査されるため、酸化物４を位置選択的乃至は空間選択的に形成することが可能となる。

このように、上述した第１形態の材料の高密度酸化法では、波長１９０ｎｍ以下の光３を被酸化固体材料１に照射することにより、被酸化固体材料１の表面を位置選択的に高品質の酸化物に改質することができる。従って、従来のような高温条件下で酸化させる必要がなく、酸化物４を容易に形成することができる。

また、第２形態の材料の高密度酸化法では、波長１９０ｎｍ以下の光３を被酸化液体材料６に照射することにより、被酸化液体材料１の表面乃至は内部に高品質の酸化物に改質することができる。従って、第１形態の酸化法と同様に、従来のような高温条件下で酸化させる必要がなく、酸化物４を位置選択的乃至は空間選択的に容易に形成することができる。

ところで、上述した第１形態の材料の高密度酸化法では、被酸化固体材料１の表面側（図中上方向）から光３を照射した構成で説明したが、これに限定されることはなく、例えば図３（ａ）に示すように１９０ｎｍ以下の光３を透過可能な透過性基体８に被酸化固体材料１を形成し、裏面側（図中下方向）から光３を照射する構成でもよい。

また、図３（ｂ）に示すように、既存の薄膜乃至は薄膜形成法により基体９上に被酸化固体材料１を薄膜状に形成し、この被酸化固体材料１全体に波長１９０ｎｍ以下の光３を照射させて全て酸化物４に改質する。そして、再度既存の薄膜乃至は薄膜形成法を用いて形成した酸化物４の表面に被酸化固体材料１を薄膜状に形成して光３を照射して酸化物４に改質し、酸化物４を積層させていくことで、所望の厚さの酸化物４を容易に形成することができる。

以下、上述した材料の高密度酸化法について、実施例に基づき説明する。なお、下記の各実施例は、本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することは何れも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

〔実施例〕
上述した第１形態における材料の高密度酸化法の実験概略構成において、光３として波長１５７ｎｍのＦ₂レーザを用いた。レーザ照射部分でのエネルギー密度は、約５０ｍＪ／ｃｍ²／ｐｕｌｓｅ一定とした。また、パルス繰り返し周波数は１０Ｈｚ一定とした。被酸化固体材料１はシリカガラス基板上に真空蒸着によって形成されたアルミニウム薄膜（膜厚約１０ｎｍ）を用い、実験は大気中で行った。

上記条件において、光３であるＦ₂レーザが照射された領域は、透明性を有する酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）層に改質された。そして、この改質された層の化学組成及び結合状態は、Ｘ線光電子分光により分析した結果、形成された酸化物４である酸化アルミニウム層が、酸或いはアルカリに対して耐性があることがわかった。

従って、アルミニウム薄膜を位置選択的に改質した後、酸或いはアルカリで化学エッチングすることにより、図４に示すように基板上の任意の位置に透明性酸化アルミニウム膜を選択的に形成することができた。

本発明の材料の高密度酸化法によって作製されるデバイスは、被酸化固体材料１若しくは被酸化液体材料６に、波長１９０ｎｍ以下の光を照射することにより、従来困難とされてきた高品質の酸化物を従来よりも低温域の条件下において位置選択的乃至は空間選択的に形成することが可能となる。この結果、エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス或いはフォトニクス分野でのデバイス作製に適用可能になるなど、その用途は電気、電子のみならずあらゆる分野で有用である。

以上、本願発明における最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

（ａ）〜（ｃ）本発明に係る第１形態の材料の高密度酸化法を説明するための概略説明図である。（ａ）〜（ｃ）本発明に係る第２形態の材料の高密度酸化法を説明するための概略説明図である。（ａ）、（ｂ）本発明に係る材料の高密度酸化法の他の実施例を説明するための概略説明図である。本発明に係る材料の高密度酸化法によって形成された酸化アルミニウム薄膜の実験結果を示す写真である。

符号の説明

１被酸化固体材料
２マスク
３光
４酸化物
５集光レンズ
６被酸化液体材料
７容器
８透過性基体
９基体

Claims

波長１９０ｎｍ以下の光を被酸化固体材料に照射し、該光を照射した部分に酸化物を形成することを特徴とする材料の高密度酸化法。
波長１９０ｎｍ以下の光を被酸化液体材料に照射し、該光を照射した部分に酸化物を形成することを特徴とする材料の高密度酸化法。
請求項１記載の高密度酸化法により形成された酸化物を用いたことを特徴とするデバイス。
請求項２記載の高密度酸化法により形成された酸化物を用いたことを特徴とするデバイス。
請求項１記載の高密度酸化法において、位置選択的に酸化物が形成されたことを特徴とするデバイス。
請求項２記載の高密度酸化法において、位置選択的乃至は空間選択的に酸化物が形成されたことを特徴とするデバイス。
被酸化固体材料からなる薄膜乃至は被酸化液体材料からなる薄液膜に、波長１９０ｎｍ以下の光を照射し、酸化物薄膜を形成することを特徴とする材料の高密度酸化法。
請求項７記載の高密度酸化法と、既存の化学エッチングとを組み合わせることにより、前記酸化物薄膜を位置選択的に形成することを特徴とするデバイス。
請求項７記載の高密度酸化法と、既存の薄膜乃至は薄液形成法とを組み合わせることにより、酸化物薄膜を積層させることを特徴とするデバイス。