JP4617454B2 - Glass material for fine processing by dry etching - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライエッチングによる微細加工用ガラス材料、ドライエッチングによるガラス材料の微細加工方法、及び該加工方法によって加工された微細加工体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光の波長レベル又はそれ以下の周期構造を有するグレーティング（回折格子）は、従来にない高い回折効率や偏光依存性を有するものであり、情報通信や光メモリの光学系などへの応用が期待されている。
【０００３】
Glaserらは、グレーティング周期300〜600nm、グレーティング深さ800nm又は3200nm付近で１次の回折効率が90%以上になることをRCWA（厳密結合波）法および実験で求めている(J.Modern.Optics, 45(1998)1487-1494)。
【０００４】
一方、光メモリのピックアップ光学系では、光源の短波長化に伴ってさらなるグレーティングの短周期化が求められている。また、通信帯では、フォトニックバンドギャップを利用したより精度の高い波長分離用高効率グレーティングが求められており、短周期で深いグレーティングの要求は日増しに高まっている。このようなニーズに応えるためには、屈折率の均質性を損なうことなく、より精度良く高速に所望の形状にエッチングできるガラス材料が必要である。
【０００５】
エッチング加工に用いられるガラス材料としては、現在は主として純粋なシリカガラスが利用されている。しかしながら、従来の技術では、シリカガラスのエッチング速度が遅いためにエッチングに長時間を要し、パターニング用のマスク材であるクロム、タングステンシリサイド等がエッチング中に消耗して、垂直で深いエッチング部を形成することは困難であった。
【０００６】
フッ酸水溶液によるウェットエッチングによって微細加工体を得る場合に、ＳｉＯ2を主成分とするガラスにフッ素を添加することによってエッチング速度を制御できることが報告されている（特開２００２−３０４４０号公報）。しかしながら、ウエットエッチングは等方性エッチングあり、一方向だけに選択的にエッチングすることはできず、回折素子などの製法としては使えない。しかもＳｉＯ2系ガラスにフッ素を添加するとガラスの屈折率が低下する傾向があるので、エッチング速度を制御できるとしても、設計通りの性能を有する回折素子を得ることは困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、情報通信、光メモリ分野等で要求される優れた光学性能を有する素子を、エッチング法によって精度良く高速に形成できる新規なガラス材料、及び該ガラス材料から得られる光学素子等として有用な微細加工体を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、ＳｉＯ2を主成分とするガラス材料に、ＧｅＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3及びフッ素からなる群から選ばれた少なくとも一種の添加成分を加える場合には、これらの添加成分の組み合わせや添加量を調整することによって、ガラス材料のエッチング速度と屈折率を同時に制御することが可能となることを見出した。そして、これらの添加成分を含むガラス材料をドライエッチング加工することによって、目的とする屈折率を有し且つエッチング断面の形状が自由に制御された、優れた光学性能を有する微細加工体が得られることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、下記のドライエッチングによる微細加工用ガラス材料、ドライエッチングによるガラス材料の微細加工方法、及び該加工方法によって加工された微細加工体を提供するものである。
１． ＳｉＯ２を４０モル％以上含有し、ＧｅＯ ２ とＦ ２ とを、ＧｅＯ ２ ３〜４０
モル％及びＦ ２ １〜９モル％の範囲内で含有するＳｉＯ ２ を主成分とするガラスからなる、ドライエッチングによる微細加工用ガラス材料。
２． ＳｉＯ２を主成分とするガラスが、気相法によって製造されたものである上記項１に記載の微細加工用ガラス材料。
３． 上記項１又は２に記載されたガラス材料をドライエッチング法によって加工することを特徴とするガラス材料の微細加工方法。
４． ドライエッチング法が、真空プラズマによる反応性イオンエッチング法である上記項３に記載のガラス材料の微細加工方法。
５． 上記項３又は４の方法でドライエッチング加工して得られる微細加工体。
６． ドライエッチングによって、幅１ｍｍ以下、深さ０．１μｍ以上の溝が、ガラス材料表面に単数又は複数形成されていることを特徴とする上記項５に記載の微細加工体。
７． 複数の溝が平行に連続した状態又は碁盤目状に交差した状態で周期的に配列されていることを特徴とする上記項６に記載の微細加工体。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のドライエッチングによる微細加工用ガラス材料は、ＧｅＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3及びフッ素からなる群から選ばれた少なくとも一種の添加成分を含むＳｉＯ2を主成分とするガラスである。
【００１１】
これらの添加成分をＳｉＯ2を主成分とするガラスに添加する場合には、ＧｅＯ2はドライエッチングにおけるエッチング速度と屈折率の両方を高くする働きをし、Ｂ2Ｏ3はドライエッチングにおけるエッチング速度を大きく変化させることなく屈折率を低下させる働きをし、Ｐ2Ｏ5とＡｌ2Ｏ3は、いずれも、ドライエッチングにおけるエッチング速度を大きく変化させることなく屈折率を上げる働きをし、フッ素はドライエッチングにおけるエッチング速度を大きく向上させ、同時に屈折率を下げる働きをするものである。
【００１２】
本発明のガラス材料では、上記した添加成分を一種単独で用いるか、或いは、二種以上を適宜組み合わせて用いることによって、ガラス材料の屈折率とドライエッチングにおけるエッチング速度の両方を自由に制御することができる。
【００１３】
例えば、添加剤として、ＧｅＯ2を単独で用いるか、ＧｅＯ2と、Ｐ2Ｏ5及び／又はＡｌ2Ｏ3とを併用することによってガラス材料の屈折率とエッチング速度を高くすることができ、ＧｅＯ2と、Ｂ2Ｏ3及び／又はＦ2とを併用することによって、屈折率をほとんど変化させることなく、エッチング速度を高くすることができ、Ｆ2を用いることによって、屈折率を低下させ且つエッチング速度を高くすることができる。
【００１４】
上記した各添加成分の含有量は、ガラス全体を基準として、ＧｅＯ2については、０〜６０モル％程度の範囲内とすることが好ましく、３〜４０モル％程度の範囲内とすることがより好ましい。Ｂ2Ｏ3については、０〜２０モル％程度の範囲内とすることが好ましく、３〜１４モル％程度の範囲内とすることがより好ましい。Ｐ2Ｏ5については、０〜１２モル％程度の範囲内とすることが好ましく、３〜８モル％程度の範囲内とすることがより好ましい。Ａｌ2Ｏ3については、０〜１５モル％程度の範囲内とすることが好ましく、３〜１０モル％程度の範囲内とすることがより好ましい。フッ素（Ｆ2）については、０〜１０モル％程度の範囲内とすることが好ましく、１〜９モル％程度の範囲内とすることがより好ましい。これらの添加成分は、上記した各成分の含有量の範囲内で、適宜組み合わせて用いることが可能であり、添加成分の全体の含有量は、ガラス材料中で６０モル％程度以下であることが好ましく、５〜３５モル％程度であることがより好ましい。
【００１５】
また、ガラス材料中のＳｉＯ2の含有量は、４０モル％程度以上であることが好ましく、６５〜９５モル％程度であることがより好ましい。
【００１６】
このガラス材料は、基本的には、上記した添加成分とＳｉＯ2からなるものであり、不可避的に混入する不純物を除いて、上記した成分以外のアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属等の酸化物は含有しないものである。
【００１７】
上記したガラス材料は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法
などの気相法によって、各種基板上に形成することができる。具体的な製造条件については特に限定はなく、例えば、各金属成分を含むアルコキシド、４フッ化炭素等を原料として用い、目的とする組成のガラスが形成される様に原料の供給量を設定して、公知の方法に従ってガラス材料を形成すればよい。基板としても特に限定はなく、例えば、石英、シリカガラスなどを用いることができる。
【００１８】
本発明のガラス材料によれば、エッチング速度を向上させる働きをする添加成分を用いることによってドライエッチング速度を向上させることができ、マスク材料でパターニングされたガラス材料の表面から内部に向かってドライエッチング法で微細加工を行う際に、マスク材がエッチングによって完全に消耗される前に、マスクパターンの形状に応じた所望のエッチング加工を精密に行うことが可能となる。
【００１９】
更に、本発明では、ガラス材料の全体に添加成分を均一に含有させる他に、エッチング断面の形状を制御すること等を目的として、添加成分の濃度をガラス材料中で連続的又は段階的に変化させてもよい。例えば、ガラス材料の表面近傍のエッチング速度が速すぎるためにエッチング部が垂直な断面形状とならない場合には、ガラス材料の内部のエッチング速度が表面近傍のエッチング速度より速くなるように添加成分の種類、濃度などを変化させることによって、エッチング条件を細かく変更することなく、垂直な断面形状を有するエッチング部を形成することができる。また、エッチング部の断面形状が、傾斜状或いは階段状となるように加工する場合には、添加成分の種類、濃度等を目的とするエッチング形状に応じて変化させることによって、エッチング条件を細かく調整することなく、エッチング部の断面形状を自由に制御することができる。
【００２０】
添加成分の濃度が連続的又は段階的に変化したガラス材料は、気相法によってガラス材料を製造する際に、添加剤濃度が目的とする分布状態となるように、供給する原料の種類、濃度などを変化させることによって容易に得ることができる。
【００２１】
本発明のガラス材料は、ドライエッチングによる微細加工用ガラス材料として用いられるものであり、例えば、クロム、タングステンシリサイド、ニッケル
等からなるマスク材を用いて、ガラス材料表面に所望のマスクパターンを形成して、ドライエッチングを行うことによって、マスクパターンの形状に応じた微細加工を容易に行うことができる。
【００２２】
エッチングされた部分では、マスクパターンの形状に応じたパターンで、垂直の断面形状とすることができる他に、使用する添加成分の種類、濃度分布状態などに応じて、任意の断面形状とすることができ、例えば、Ｖ溝を持つ回折格子等も容易に製造できる。ドライエッチング方法としては、例えば、真空プラズマを利用したプラズマエッチング、イオンビームエッチング等の公知の方法を適宜適用できる。ドライエッチングの条件についても、目的とするエッチングパターンが形成される様に、常法に従って適宜設定すればよい。
【００２３】
本発明のガラス材料によれば、ドライエッチング法によりエッチング加工することによって、例えば、幅１ｍｍ程度以下、深さ０．１μｍ程度以上の自由に制御された断面形状を有する微細な溝が、単独で、或いは波板状に平行に連続した状態や碁盤目状に交差した状態などの各種の状態で、該ガラス材料表面に形成された微細加工体を得ることができ、複数の微細な溝が周期的に配列された光学素子などとして有用な微細加工体も容易に得ることができる。また、得られる微細加工体では、ガラス材料の屈折率などの特性も任意に設定することが可能である。
【００２４】
この様にして得られる微細加工体は、例えば、光の波長以下の周期構造を有し、非常に深くエッチングされた溝を有するグレーティング（回折格子）や、数十μmサイズの溝が形成され且つ所望の光学的な特性（透過率、屈折率）が要求されるマイクロケミストリー用チップ、バイオチップ等として有効に利用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、屈折率とドライエッチングにおけるエッチング速度の両方が自由に制御されたガラス材料を得ることができる。該ガラス材料は、ドライエッチング法によって、シリカガラスよりも高速に且つ精度良く微細加工することが可能であり、該ガラス材料をドライエッチング加工して得られる微細加工体は、情報通信や光メモリ分野で要求される高度な光学性能を有する光学素子として有用性が高いものとなる。
【００２６】
以下、参考例及び実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
【００２７】
下記実施例１〜２及び参考例１〜７では、ガラス材料の製造方法としてプラズマＣＶＤ法を採用し、原料としては、目的とするガラス組成に応じて、Si(OC2H5)4, Ge(OCH3)4, B(OC2H5)3, P(OCH3)3 , Al(OC2H5)3およびCF4から選択して用い、これらの原料の流量をマスフローメーターで厳密に制御して混合し、酸素プラズマ中で分解させて、シリカガラスからなる基板上に目的とする組成を有する厚さ２〜２０μｍのガラスを成膜させた。
【００２８】
実施例１
上記した方法で組成：19GeO2-4F2-77SiO2(モル%)のガラスを作製した。得られたガラスの屈折率は波長633nmで1.46であり、純粋なシリカガラスと同等であった。
【００２９】
このガラスにクロムマスクによるマスクパターンを形成し、C3F8プラズマを用いてドライエッチングを行ったところ、従来と同じマスクの厚みで、シリカガラスよりも約1.5倍速いエッチング速度であった。
【００３０】
実施例２及び参考例１
上記した方法で、表１の実施例２及び参考例１に示す組成のガラスを作製した。得られたガラスの屈折率は、純粋なシリカガラスと同等であり、実施例１と同じ方法でドライエッチングを行ったところ、いずれの場合もシリカガラスに比べて1.3〜1.8倍速いエッチング速度であった。
【００３１】
参考例２〜４
上記した方法で表１の参考例２〜４に示す組成のガラスを作製した。得られたガラスは、いずれも、純粋なシリカガラスよりも低い屈折率であり、実施例１と同等の方法でドライエッチングを行ったところ、純粋なシリカガラスと比べて、1.1〜1.3倍速いエッチング速度であった。
【００３２】
参考例５〜７
上記した方法で表１の参考例５〜７に示す組成のガラスを作製した。得られたガラスは、いずれも、純粋なシリカガラスよりも高い屈折率であり、実施例１と同等の方法でドライエッチングを行ったところ、純粋なシリカガラスと比べて、約1.5倍速いエッチング速度であった。
【００３３】
以上の結果を下記表１に示す。
【００３４】
【表１】
参考例８
実施例１〜２及び参考例１〜７と同様のプラズマＣＶＤ法を採用し、供給する原料の比率を連続的に変化させて、基板と接する部分が参考例１と同様の組成であり、表面部分が純粋なシリカガラス組成となるように組成が連続的に変化した厚さ５μmのガラス膜を形成した。
【００３６】
このガラス表面に、周期500nmのクロムによるマスクパターン（厚さ150nm）を形成し、実施例１と同様の方法で、条件を変えることなく連続的に深さ３μｍまでドライエッチングを行った。エッチング後のガラス膜の断面形状を図１に示す。図１から明らかなように、参考例８のガラス材料を用いる場合には、ドライエッチング加工によって垂直な断面形状を有する溝が連続的に形成された。
【００３７】
比較例１
純粋なシリカガラスを用い、参考例８と同様にして周期500nmのクロムのマスクパターン（厚さ150nm）を形成して、深さ３μmまでドライエッチングを行った。エッチング後のガラス膜の断面形状を図２に示す。図２から明らかなように、エッチング終了前にクロムマスクがやせ細り、エッチングされた溝の断面形状は垂直ではなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例８におけるドライエッチング後のガラス材料の断面形状を示す図面。
【図２】比較例１におけるドライエッチング後のガラス材料の断面形状を示す図面。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a glass material for microfabrication by dry etching, a microfabrication method for glass material by dry etching, and a microfabricated body processed by the processing method.
[0002]
[Prior art]
Gratings (diffraction gratings) having a periodic structure at or below the wavelength level of light have high diffraction efficiency and polarization dependency that are not conventional, and are expected to be applied to information communication and optical memory optical systems. Yes.
[0003]
Glaser et al. Have determined that the first-order diffraction efficiency should be 90% or more at a grating period of 300 to 600 nm and a grating depth of 800 nm or near 3200 nm using the RCWA (exactly coupled wave) method and experiments (J. Modern. Optics , 45 (1998) 1487-1494).
[0004]
On the other hand, in a pickup optical system of an optical memory, a further shortening of the grating period is required as the wavelength of the light source is shortened. Further, in the communication band, a highly efficient wavelength separation high-efficiency grating using a photonic band gap is demanded, and the demand for a short grating and a deep grating is increasing day by day. In order to meet such needs, a glass material that can be etched into a desired shape with higher accuracy and higher speed without impairing the homogeneity of the refractive index is required.
[0005]
Currently, pure silica glass is mainly used as a glass material used for etching. However, the conventional technique requires a long etching time because the etching speed of silica glass is slow, and chromium, tungsten silicide, etc., which are masking materials for patterning, are consumed during the etching, and a vertical and deep etched portion is formed. It was difficult to form.
[0006]
It has been reported that when a finely processed body is obtained by wet etching with a hydrofluoric acid aqueous solution, the etching rate can be controlled by adding fluorine to glass mainly composed of SiO 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-30440). However, wet etching is isotropic etching and cannot be selectively performed in only one direction, and cannot be used as a method for manufacturing a diffraction element or the like. In addition, when fluorine is added to SiO 2 glass, the refractive index of the glass tends to decrease. Therefore, even if the etching rate can be controlled, it is difficult to obtain a diffractive element having performance as designed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described prior art, and its main purpose is to form an element having excellent optical performance required in the fields of information communication, optical memory, etc., at high speed with high accuracy by an etching method. It is to provide a novel glass material that can be used, and a finely processed body useful as an optical element obtained from the glass material.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventor made GeO 2 , B 2 O 3 , P 2 O 5 , Al 2 O 3 and fluorine into a glass material mainly composed of SiO 2. When adding at least one additive component selected from the group consisting of the above, it is possible to simultaneously control the etching rate and refractive index of the glass material by adjusting the combination and amount of these additive components. I found. Then, by subjecting the glass material containing these additive components to dry etching, a fine processed body having a desired refractive index and having an excellent optical performance in which the shape of the etching cross section is freely controlled can be obtained. As a result, the present invention has been completed.
[0009]
That is, the present invention provides the following glass material for fine processing by dry etching, a fine processing method for glass material by dry etching, and a fine processed body processed by the processing method.
1. The SiO 2 containing 40 mol% or more, and GeO 2 and F 2, GeO 2 3 to 40
A glass material for microfabrication by dry etching , which is made of glass containing SiO 2 as a main component and contained in the range of mol% and F 2 in the range of 1 to 9 mol% .
2 . Glass, glass material for microfabrication according to 1 are those prepared by vapor-phase process mainly composed of SiO 2.
3 . A fine processing method for a glass material, wherein the glass material according to item 1 or 2 is processed by a dry etching method.
4 . Item 4. The microfabrication method for a glass material according to Item 3 , wherein the dry etching method is a reactive ion etching method using vacuum plasma.
5 . 5. A finely processed product obtained by dry etching using the method according to item 3 or 4 .
6 . By dry etching, the width 1mm or less, the depth 0.1μm or more grooves microfabricated body according to Item 5, characterized in that it is one or more formed on the glass material surface.
7 . Item 7. The microfabricated product according to Item 6 , wherein the plurality of grooves are periodically arranged in a state of being continuous in parallel or intersecting in a grid pattern.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The glass material for microfabrication by dry etching of the present invention is mainly composed of SiO 2 containing at least one additive component selected from the group consisting of GeO 2 , B 2 O 3 , P 2 O 5 , Al 2 O 3 and fluorine. Glass as a component.
[0011]
When these additive components are added to glass containing SiO 2 as a main component, GeO 2 serves to increase both the etching rate and refractive index in dry etching, and B 2 O 3 serves as the etching rate in dry etching. P 2 O 5 and Al 2 O 3 both increase the refractive index without significantly changing the etching rate in dry etching, and fluorine It functions to greatly improve the etching rate in dry etching and at the same time lower the refractive index.
[0012]
In the glass material of the present invention, both the refractive index of the glass material and the etching rate in dry etching can be freely controlled by using the above-mentioned additive components alone or in combination of two or more. Can do.
[0013]
For example, the refractive index and etching rate of the glass material can be increased by using GeO 2 alone as an additive, or by using GeO 2 together with P 2 O 5 and / or Al 2 O 3 , By using GeO 2 together with B 2 O 3 and / or F 2 , it is possible to increase the etching rate with almost no change in the refractive index. By using F 2 , the refractive index is lowered. In addition, the etching rate can be increased.
[0014]
The content of each additive component described above is preferably in the range of about 0 to 60 mol% and more preferably in the range of about 3 to 40 mol% for GeO 2 based on the whole glass. preferable. B 2 O 3 is preferably in the range of about 0 to 20 mol%, more preferably in the range of about 3 to 14 mol%. The P 2 O 5, preferably in the range of about 0 to 12 mol%, and more preferably in the range of about 3 to 8 mol%. For al 2 O 3, preferably in the range of about 0 to 15 mol%, and more preferably in the range of about 3 to 10 mole%. Fluorine (F 2 ) is preferably in the range of about 0 to 10 mol%, more preferably in the range of about 1 to 9 mol%. These additive components can be used in appropriate combinations within the range of the content of each component described above, and the total content of the additive components is about 60 mol% or less in the glass material. Preferably, it is about 5 to 35 mol%.
[0015]
Further, the content of SiO 2 in the glass material is preferably about 40 mol% or more, and more preferably about 65 to 95 mol%.
[0016]
This glass material is basically composed of the above-described additive component and SiO 2 , except for impurities inevitably mixed in, such as alkali metals, alkaline earth metals, transition metals other than the above components. An oxide is not contained.
[0017]
The glass material described above can be formed on various substrates by a vapor phase method such as a CVD method, a sputtering method, or a vapor deposition method. There are no particular limitations on the specific production conditions. For example, using alkoxide containing each metal component, carbon tetrafluoride or the like as a raw material, the supply amount of the raw material is set so that a glass having a desired composition is formed. Then, a glass material may be formed according to a known method. There is no limitation in particular also as a board | substrate, For example, quartz, silica glass, etc. can be used.
[0018]
According to the glass material of the present invention, the dry etching rate can be improved by using an additive component that works to improve the etching rate, and the dry etching is performed from the surface of the glass material patterned with the mask material toward the inside. When performing microfabrication by this method, it becomes possible to precisely perform desired etching processing corresponding to the shape of the mask pattern before the mask material is completely consumed by etching.
[0019]
Furthermore, in the present invention, the concentration of the additive component is changed continuously or stepwise in the glass material for the purpose of controlling the shape of the etching cross section, etc., in addition to uniformly adding the additive component to the entire glass material. You may let them. For example, if the etched part does not have a vertical cross-sectional shape because the etching rate near the surface of the glass material is too high, the type of additive component is set so that the etching rate inside the glass material is faster than the etching rate near the surface. By changing the concentration, etc., an etched portion having a vertical cross-sectional shape can be formed without finely changing the etching conditions. In addition, when processing so that the cross-sectional shape of the etched portion is inclined or stepped, the etching conditions are finely adjusted by changing the type, concentration, etc. of the additive component according to the target etching shape. Without this, the cross-sectional shape of the etched portion can be freely controlled.
[0020]
The glass material with the concentration of the additive component changed continuously or stepwise, when the glass material is produced by the vapor phase method, the type and concentration of the raw material to be supplied so that the additive concentration is in the desired distribution state. It can be easily obtained by changing the above.
[0021]
The glass material of the present invention is used as a glass material for fine processing by dry etching. For example, a desired mask pattern is formed on the surface of the glass material using a mask material made of chromium, tungsten silicide, nickel, or the like. By performing dry etching, fine processing corresponding to the shape of the mask pattern can be easily performed.
[0022]
In the etched portion, a vertical cross-sectional shape can be formed according to the pattern of the mask pattern, and an arbitrary cross-sectional shape can be used depending on the type of additive component used, concentration distribution state, etc. For example, a diffraction grating having a V-groove can be easily manufactured. As the dry etching method, for example, a known method such as plasma etching using vacuum plasma or ion beam etching can be appropriately applied. The dry etching conditions may be appropriately set according to a conventional method so that a target etching pattern is formed.
[0023]
According to the glass material of the present invention, a fine groove having a freely controlled cross-sectional shape having, for example, a width of about 1 mm or less and a depth of about 0.1 μm or more can be obtained by etching by a dry etching method. Alternatively, a microfabricated body formed on the surface of the glass material can be obtained in various states such as a state in which the corrugated plate is continuous in parallel or a state in which the corrugated plate is crossed, and a plurality of fine grooves are periodically formed. In addition, a finely processed body useful as an optical element or the like arranged in a line can be easily obtained. Moreover, in the microfabricated body obtained, characteristics such as the refractive index of the glass material can be arbitrarily set.
[0024]
The microfabricated body obtained in this way has, for example, a grating (diffraction grating) having a periodic structure equal to or less than the wavelength of light, and a groove deeply etched, and a groove having a size of several tens of μm. It can be effectively used as a microchemistry chip, biochip or the like that requires desired optical characteristics (transmittance, refractive index).
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a glass material in which both the refractive index and the etching rate in dry etching are freely controlled. The glass material can be finely processed by dry etching at a higher speed and with higher accuracy than silica glass, and the fine processed body obtained by dry etching the glass material is used in the fields of information communication and optical memory. It becomes highly useful as an optical element having the required advanced optical performance.
[0026]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference examples and examples.
[0027]
In Examples 1 to 2 and Reference Examples 1 to 7 below, a plasma CVD method is adopted as a method for producing a glass material, and the raw material is Si (OC 2 H 5 ) 4 , Ge depending on the target glass composition. Select from (OCH 3 ) 4 , B (OC 2 H 5 ) 3 , P (OCH 3 ) 3 , Al (OC 2 H 5 ) 3 and CF 4 and use the flow rate of these raw materials strictly with a mass flow meter. The glass was controlled to be mixed and decomposed in oxygen plasma to form a glass having a thickness of 2 to 20 μm having a target composition on a substrate made of silica glass.
[0028]
Example 1
A glass having a composition of 19GeO 2 -4F 2 -77SiO 2 (mol%) was produced by the method described above. The refractive index of the obtained glass was 1.46 at a wavelength of 633 nm, which was equivalent to that of pure silica glass.
[0029]
When a mask pattern using a chromium mask was formed on this glass and dry etching was performed using C 3 F 8 plasma, the etching rate was about 1.5 times faster than that of silica glass with the same mask thickness.
[0030]
Example 2 and Reference Example 1
In the manner described above, to produce a glass having the composition shown in Example 2 and Reference Example 1 in Table 1. The refractive index of the obtained glass is equivalent to that of pure silica glass. When dry etching was performed in the same manner as in Example 1, in all cases, the etching rate was 1.3 to 1.8 times faster than that of silica glass. It was.
[0031]
Reference Examples 2-4
Glasses having the compositions shown in Reference Examples 2 to 4 in Table 1 were produced by the method described above. All of the obtained glasses had a refractive index lower than that of pure silica glass. When dry etching was performed in the same manner as in Example 1, etching was 1.1 to 1.3 times faster than that of pure silica glass. It was speed.
[0032]
Reference Examples 5-7
Glasses having the compositions shown in Reference Examples 5 to 7 in Table 1 were prepared by the method described above. Each of the obtained glasses has a higher refractive index than that of pure silica glass. When dry etching was performed in the same manner as in Example 1, the etching rate was about 1.5 times faster than that of pure silica glass. Met.
[0033]
The above results are shown in Table 1 below.
[0034]
[Table 1]
Reference Example 8
The same plasma CVD method as in Examples 1 and 2 and Reference Examples 1 to 7 was adopted, the ratio of the raw material to be supplied was continuously changed, and the portion in contact with the substrate had the same composition as in Reference Example 1 , and the surface A glass film having a thickness of 5 μm was formed in which the composition was continuously changed so that the portion had a pure silica glass composition.
[0036]
A mask pattern (thickness 150 nm) with chromium having a period of 500 nm was formed on the glass surface, and dry etching was continuously performed to a depth of 3 μm in the same manner as in Example 1 without changing the conditions. The cross-sectional shape of the glass film after etching is shown in FIG. As is apparent from FIG. 1, when the glass material of Reference Example 8 was used, grooves having a vertical cross-sectional shape were continuously formed by dry etching.
[0037]
Comparative Example 1
Using pure silica glass, a chromium mask pattern (thickness 150 nm) with a period of 500 nm was formed in the same manner as in Reference Example 8, and dry etching was performed to a depth of 3 μm. The cross-sectional shape of the glass film after etching is shown in FIG. As apparent from FIG. 2, the chrome mask was thinned before the etching was completed, and the cross-sectional shape of the etched groove was not vertical.
[Brief description of the drawings]
1 shows a cross-sectional shape of a glass material after dry etching in Reference Example 8. FIG.
2 is a drawing showing a cross-sectional shape of a glass material after dry etching in Comparative Example 1. FIG.
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