JP6757953B2 - Surface processing method, structure manufacturing method - Google Patents

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本発明は、加工対象物に対する表面加工方法、及び構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a surface processing method for an object to be processed and a method for producing a structure.

従来より、半導体ウェハの全体にイオン注入を行った後に半導体ウェハを加熱することにより、半導体ウェハの内部にブリスタリングすなわち空洞部を形成して半導体ウェハの表層部を層状に剥離するスマートカット(登録商標)技術が、例えば非特許文献1で提案されている。 Conventionally, by heating the semiconductor wafer after ion implantation into the entire semiconductor wafer, blistering, that is, a hollow portion is formed inside the semiconductor wafer, and the surface layer portion of the semiconductor wafer is peeled off in layers (registered). A trademark) technique is proposed, for example, in Non-Patent Document 1.

このスマートカット(登録商標)技術は、例えばSOI基板(Silicon on Insulator;SOI)の製造に利用されている。具体的には、まず、シリコンウェハAを用意し、シリコンウェハAの表面全体を熱酸化してSiO絶縁層を形成する。また、シリコンウェハAのシリコン層に対し、SiO絶縁層を介して水素イオンをイオン注入する。 This smart cut (registered trademark) technology is used, for example, in the manufacture of an SOI substrate (Silicon on Insulator; SOI). Specifically, first, a silicon wafer A is prepared, and the entire surface of the silicon wafer A is thermally oxidized to form a SiO 2 insulating layer. Further, hydrogen ions are ion-implanted into the silicon layer of the silicon wafer A through the SiO 2 insulating layer.

次に、酸等の化学薬品と純水を用いてSiO絶縁層の表面を洗浄する。また、シリコンウェハBを用意する。そして、各シリコンウェハA、Bに親水化処理を施してSiO絶縁層をシリコンウェハAのシリコン層とシリコンウェハBとで挟むように重ね合わせ、室温で接合する。 Next, the surface of the SiO 2 insulating layer is cleaned with a chemical such as acid and pure water. Further, a silicon wafer B is prepared. Then, each of the silicon wafers A and B is subjected to a hydrophilic treatment, and the SiO 2 insulating layer is superposed so as to be sandwiched between the silicon layer of the silicon wafer A and the silicon wafer B, and bonded at room temperature.

続いて、積層ウェハに対して400℃〜600℃で熱処理を行う。これにより、シリコンウェハAにブリスタリングを発生させてシリコン結晶の結合を切断し、シリコンウェハAから数μmの厚さのシリコン層を剥離する。 Subsequently, the laminated wafer is heat-treated at 400 ° C. to 600 ° C. As a result, blistering is generated on the silicon wafer A to break the bonds of the silicon crystals, and the silicon layer having a thickness of several μm is peeled off from the silicon wafer A.

この後、各シリコンウェハA、Bの界面に対して1000℃以上で熱処理を行う。最後に、剥離したシリコンウェハAの表面の研磨を行う。このようにして、SOI基板が完成する。以上が、スマートカット(登録商標)技術を利用した工程である。 After that, the interface between the silicon wafers A and B is heat-treated at 1000 ° C. or higher. Finally, the surface of the peeled silicon wafer A is polished. In this way, the SOI substrate is completed. The above is the process using the smart cut (registered trademark) technology.

M. Bruel, Electronics Letters, Volume 31, Issue 14, 6 July 1995, p.1201-1202M. Bruel, Electronics Letters, Volume 31, Issue 14, 6 July 1995, p.1201-1202

上記従来の技術は、半導体ウェハの表層部を薄い層として剥離させる技術であるが、イオン注入はシリコンウェハAの全体に対して行われるので、剥離面の全体が平面となる。したがって、上記従来の技術を用いて剥離面に凹凸等の微細構造を形成することは困難である。 The above-mentioned conventional technique is a technique for peeling the surface layer portion of the semiconductor wafer as a thin layer, but since ion implantation is performed on the entire silicon wafer A, the entire peeled surface becomes a flat surface. Therefore, it is difficult to form a fine structure such as unevenness on the peeled surface by using the above-mentioned conventional technique.

ここで、半導体ウェハにイオン注入を行うと共に半導体ウェハを加熱すると、イオン注入した部分に「ブリスタリング」と呼ばれる空洞が発生する現象が知られている。この空洞によって半導体ウェハの表面に膨らみが生じることで半導体ウェハの表面に微細構造を形成することは可能である。 Here, it is known that when ions are implanted into a semiconductor wafer and the semiconductor wafer is heated, a cavity called "blistering" is generated in the ion-implanted portion. It is possible to form a fine structure on the surface of the semiconductor wafer by causing bulging on the surface of the semiconductor wafer due to this cavity.

しかし、上記の現象自体は知られているものの、ブリスタリングによる半導体ウェハの表面の膨らみ、すなわち構造物の高さはナノレベルであり、極めて小さい。また、微細構造の形成の制御性が無いのが現状である。したがって、ブリスタリングを利用して半導体ウェハの表面を効率的に加工することにより微細構造を形成する方法が望まれている。 However, although the above phenomenon itself is known, the swelling of the surface of the semiconductor wafer due to blistering, that is, the height of the structure is at the nano level and is extremely small. In addition, the current situation is that there is no controllability in the formation of fine structures. Therefore, a method of forming a fine structure by efficiently processing the surface of a semiconductor wafer by utilizing blister ring is desired.

なお、上記では加工対象として半導体ウェハを例に述べたが、加工対象の材料は半導体材料に限られない。 In the above, the semiconductor wafer is described as an example of the processing target, but the material to be processed is not limited to the semiconductor material.

本発明は上記点に鑑み、ブリスタリングを利用して加工対象物の表面を効率的に加工することができる表面加工方法を提供することを第1の目的とする。また、当該表面加工方法を用いた構造体の製造方法を提供することを第2の目的とする。 In view of the above points, a first object of the present invention is to provide a surface processing method capable of efficiently processing the surface of an object to be processed by using blister ring. A second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a structure using the surface processing method.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、加工対象物(200)の表面(210)に微細な構造体(260)を形成する表面加工方法であって、以下の点を特徴としている。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a surface processing method for forming a fine structure (260) on the surface (210) of the object to be processed (200), and is characterized by the following points. It is said.

まず、加工対象物(200)に対してイオン注入を行うことにより、加工対象物(200)にイオン注入層(230)を形成するイオン注入工程を行う。 First, an ion implantation step of forming an ion implantation layer (230) on the object to be processed (200) is performed by implanting ions into the object to be processed (200).

イオン注入工程の後、加工対象物(200)にレーザ光を照射して、加工対象物(200)のうちレーザ光の照射部分を局所的に加熱して加工対象物(200)にブリスタリング(250)を発生させることにより、加工対象物(200)の表面(210)に構造体(260)として、表面(210)の一部が隆起した隆起構造を形成するレーザ光照射工程を行う。レーザ光照射工程では、構造体(260)として、加工対象物(200)の表面(210)に垂直な厚み方向における厚みが7μm以下のミクロンオーダーの隆起構造を形成することを特徴とする。 After the ion implantation step, the processed object (200) is irradiated with a laser beam, and the irradiated portion of the processed object (200) is locally heated to blister the processed object (200) (200). By generating 250), a laser beam irradiation step is performed on the surface (210) of the object to be processed (200) as a structure (260) to form a raised structure in which a part of the surface (210) is raised . The laser beam irradiation step is characterized in that the structure (260) forms a raised structure on the order of microns having a thickness of 7 μm or less in the thickness direction perpendicular to the surface (210) of the object to be processed (200) .

これによると、加工対象物(200)に対してイオン注入及びレーザ光の照射を行うことにより、加工対象物(200)の内部を局所的に急速かつ容易に加熱することができる。これにより、ブリスタリング(250)のサイズと制御性を向上させることができる。したがって、ブリスタリング(250)を利用して加工対象物(200)の表面(210)を効率的に加工することができる
請求項2に記載の発明では、レーザ光照射工程では、レーザ光として連続発振のレーザ光を加工対象物(200)に照射することを特徴とする。連続発振のレーザ光を用いることにより、微細な構造体(260)を確実に形成することができる。
According to this, the inside of the object to be processed (200) can be locally rapidly and easily heated by implanting ions and irradiating the object to be processed (200) with a laser beam. This makes it possible to improve the size and controllability of the blister ring (250). Therefore, in the invention according to claim 2, in which the surface (210) of the object to be processed (200) can be efficiently processed by using the blister ring (250), the laser light is continuously generated in the laser light irradiation step. The object to be processed (200) is irradiated with an oscillating laser beam. By using the continuously oscillating laser beam, a fine structure (260) can be reliably formed.

また、請求項3に記載の発明では、レーザ光照射工程では、レーザ光として赤外光のレーザ光を加工対象物(200)に照射することを特徴とする。赤外光のレーザ光を用いることにより、微細な構造体(260)を確実に形成することができる。 Further, the invention according to claim 3 is characterized in that, in the laser light irradiation step, the processed object (200) is irradiated with an infrared laser beam as the laser beam. By using the laser beam of infrared light, a fine structure (260) can be reliably formed.

さらに、請求項4に記載の発明では、レーザ光照射工程では、加工対象物(200)が半導体材料で構成されたものを用いることを特徴とする。加工対象物(200)として半導体材料で構成されたものを用いることにより、微細な構造体(260)を確実に形成することができる。 Further, the invention according to claim 4 is characterized in that, in the laser light irradiation step, the object to be processed (200) is made of a semiconductor material. By using a work object (200) made of a semiconductor material, a fine structure (260) can be reliably formed.

上記では、加工対象物(200)に微細な構造体(260)を形成する表面加工方法について述べたが、加工対象物(200)に構造体(260)を形成する構造体の製造方法としても同様の特徴及び効果を有する。 In the above, the surface processing method for forming a fine structure (260) on the object to be processed (200) has been described, but it can also be used as a method for manufacturing a structure for forming a structure (260) on the object to be processed (200). It has similar characteristics and effects.

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the reference numerals in parentheses of each means described in this column and the scope of claims indicate the correspondence with the specific means described in the embodiment described later.

本発明の一実施形態において、レーザ光照射工程で用いられるレーザ光照射装置の全体構成を示した図である。It is a figure which showed the whole structure of the laser light irradiation apparatus used in the laser light irradiation process in one Embodiment of this invention. (a)はイオン注入工程を行った後のSiウェハの断面図であり、(b)はレーザ光照射工程を行った後のSiウェハの断面図である。(A) is a cross-sectional view of the Si wafer after the ion implantation step, and (b) is a cross-sectional view of the Si wafer after the laser beam irradiation step. Siウェハに発生した結晶の転位を示した図である。It is a figure which showed the dislocation of the crystal which occurred on the Si wafer. Siウェハに発生した空洞、クラック、転位部を示した図である。It is a figure which showed the cavity, the crack, and the dislocation part generated in the Si wafer. 白色光干渉式非接触三次元表面性状測定機(CCI)によってSiウェハの表面を観察した平面図である。It is a top view which observed the surface of the Si wafer by the white light interference type non-contact three-dimensional surface property measuring machine (CCI). CCIによってSiウェハの表面を観察した斜視図である。It is a perspective view which observed the surface of a Si wafer by CCI. 図6に示された構造体の断面図である。It is sectional drawing of the structure shown in FIG.

以下、本発明の一実施形態について図に基づいて説明する。本実施形態に係る表面加工方法及び構造体の製造方法は、加工対象物の表面に微細な構造体を形成するための方法である。以下では、加工対象物として半導体材料で構成されたSiウェハの表面に微細構造を形成する例について説明する。なお、「Siウェハの表面」とは、Siウェハの表面だけでなく当該表面を含んだ表層部も含んでいる。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The surface processing method and the structure manufacturing method according to the present embodiment are methods for forming a fine structure on the surface of the object to be processed. In the following, an example of forming a fine structure on the surface of a Si wafer made of a semiconductor material as a processing object will be described. The "surface of the Si wafer" includes not only the surface of the Si wafer but also the surface layer portion including the surface.

まず、イオン注入工程で用いるイオン注入装置について説明する。イオン注入装置は半導体プロセスにおいては周知の装置である。詳しい説明は省略するが、イオン注入装置は、概ね、イオン源からイオンビームを照射し、当該イオンビームを加速管で加速させてSiウェハ200に打ち込む構成になっている。本実施形態では、水素イオンやヘリウムイオンをSiウェハ200に打ち込む。 First, the ion implantation apparatus used in the ion implantation step will be described. Ion implantation devices are well known devices in semiconductor processes. Although detailed description is omitted, the ion implanter generally has a configuration in which an ion beam is irradiated from an ion source, the ion beam is accelerated by an acceleration tube, and the ion beam is driven into the Si wafer 200. In this embodiment, hydrogen ions and helium ions are driven into the Si wafer 200.

続いて、レーザ光照射工程で用いるレーザ光照射装置について説明する。図1に示されるように、レーザ光照射装置100は、レーザ光源110、集光レンズ120、及びステージ130を備えて構成されている。 Subsequently, the laser light irradiation device used in the laser light irradiation step will be described. As shown in FIG. 1, the laser light irradiation device 100 includes a laser light source 110, a condensing lens 120, and a stage 130.

レーザ光源110は、Siウェハ200に対してレーザ光を発生させるものである。レーザ光源110として、レーザ光の波長が例えば1064nmであり、連続発振のレーザ光を発するものが用いられる。なお、この条件は一例であり、他の条件でレーザ光源110を駆動しても構わない。 The laser light source 110 generates laser light on the Si wafer 200. As the laser light source 110, one having a laser light wavelength of, for example, 1064 nm and emitting a continuously oscillating laser light is used. Note that this condition is an example, and the laser light source 110 may be driven under other conditions.

ここで、Siウェハ200は、レーザ光の一部を吸収する。言い換えると、レーザ光は、エネルギーの一部がSiウェハ200に吸収されながらSiウェハ200を透過していく。つまり、上記のレーザ光の波長域では、Siウェハ200は半透明に構成されている。 Here, the Si wafer 200 absorbs a part of the laser beam. In other words, the laser beam passes through the Si wafer 200 while a part of the energy is absorbed by the Si wafer 200. That is, in the wavelength range of the above laser beam, the Si wafer 200 is configured to be translucent.

集光レンズ120は、レーザ光源110から発せられたレーザ光を入射してSiウェハ200の内部に集光するものである。すなわち、集光レンズ120は、レーザ光の焦点140がSiウェハ200の内部に位置するようにSiウェハ200に対して配置される。 The condensing lens 120 incidents the laser beam emitted from the laser light source 110 and condenses it inside the Si wafer 200. That is, the condensing lens 120 is arranged with respect to the Si wafer 200 so that the focal point 140 of the laser beam is located inside the Si wafer 200.

なお、集光レンズ120はレーザ光源110と共にパッケージ化されている。このようなものとして、例えば、浜松ホトニクス社製のLD照射光源装置を用いることができる。一方、レーザ光照射装置100は、Siウェハ200の表面210近傍を十分加熱できるように構成されていれば良いので、集光レンズ120はレーザ光照射装置100に必須の構成ではない。すなわち、レーザ光照射装置100はレーザ光源110から照射されるレーザ光によってSiウェハ200の表面210近傍を十分加熱できる条件に設定されていれば良い。 The condenser lens 120 is packaged together with the laser light source 110. As such, for example, an LD irradiation light source device manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd. can be used. On the other hand, since the laser beam irradiation device 100 only needs to be configured to sufficiently heat the vicinity of the surface 210 of the Si wafer 200, the condensing lens 120 is not an essential configuration for the laser beam irradiation device 100. That is, the laser light irradiation device 100 may be set under conditions that allow the vicinity of the surface 210 of the Si wafer 200 to be sufficiently heated by the laser light emitted from the laser light source 110.

ステージ130は、Siウェハ200を乗せるための設置面131を有している。ステージ130は、石英ガラス板やAl板等の金属板で構成されている。本実施形態では、Siウェハ200の表面210側が集光レンズ120に向けられると共に、Siウェハ200の裏面220が設置面131に接触するように、Siウェハ200がステージ130の設置面131に設置される。以上が、レーザ光照射装置100の構成である。 The stage 130 has an installation surface 131 on which the Si wafer 200 is placed. The stage 130 is made of a metal plate such as a quartz glass plate or an Al plate. In the present embodiment, the Si wafer 200 is installed on the installation surface 131 of the stage 130 so that the front surface 210 side of the Si wafer 200 is directed toward the condensing lens 120 and the back surface 220 of the Si wafer 200 is in contact with the installation surface 131. To. The above is the configuration of the laser beam irradiation device 100.

続いて、上記の各装置を用いてSiウェハ200に構造体を形成する方法について説明する。まず、イオン注入工程では、Siウェハ200の表面210側からSiウェハ200の内部に対してSiウェハ200の表面210の上方からイオン注入を行う。これにより、図2(a)に示されるように、Siウェハ200にイオン注入層230を形成する。 Subsequently, a method of forming a structure on the Si wafer 200 using each of the above devices will be described. First, in the ion implantation step, ions are implanted from the surface 210 side of the Si wafer 200 into the inside of the Si wafer 200 from above the surface 210 of the Si wafer 200. As a result, as shown in FIG. 2A, the ion implantation layer 230 is formed on the Si wafer 200.

具体的な条件としては、ヘリウムイオンや水素イオンをイオン注入する場合、ドーズ量は8×1016/cm、イオンのエネルギーは40keV〜2MeVである。この条件ではイオンのエネルギーが比較的小さいので、イオン注入層230はSiウェハ200の表面210から100nm〜20μm程度の深さに形成される。 As specific conditions, when helium ions or hydrogen ions are implanted, the dose amount is 8 × 10 16 / cm 2 , and the ion energy is 40 keV to 2 MeV. Since the ion energy is relatively small under this condition, the ion implantation layer 230 is formed at a depth of about 100 nm to 20 μm from the surface 210 of the Si wafer 200.

この後、レーザ光照射工程を行う。レーザ光の照射環境は、真空中や特定のガス中である必要は無い。空気中でSiウェハ200に対するレーザ光の照射を行う。 After that, a laser beam irradiation step is performed. The irradiation environment of the laser beam does not have to be in a vacuum or a specific gas. The Si wafer 200 is irradiated with a laser beam in the air.

具体的には、Siウェハ200の内部にレーザ光の焦点140を合わせて表面210の上方から内部にレーザ光を照射して、Siウェハ200のうちレーザ光の照射部分を局所的に加熱する。Siウェハ200の表面210に照射されるレーザ光の径は例えば400μm程度である。 Specifically, the focal point 140 of the laser beam is aligned with the inside of the Si wafer 200, and the laser beam is irradiated from above the surface 210 to the inside to locally heat the irradiated portion of the Si wafer 200 with the laser beam. The diameter of the laser beam applied to the surface 210 of the Si wafer 200 is, for example, about 400 μm.

このレーザ光照射工程では、レーザ光として、連続発振のレーザ光をSiウェハ200に照射する。また、レーザ光として波長が915nmの赤外光のレーザ光をSiウェハ200に照射する。レーザ光の照射出力は例えば10W〜18Wである。Siウェハ200に対するレーザ光の照射時間は、例えば数秒あるいは十数秒程度である。ランプアニールよりも早くSiウェハ200を局所的に加熱することができる。また、連続発振のレーザ光を使用しているので、Siウェハ200の表面210に穴を開けずにSiウェハ200の表層部を加熱することができる。 In this laser light irradiation step, the Si wafer 200 is irradiated with continuously oscillating laser light as the laser light. Further, the Si wafer 200 is irradiated with an infrared laser beam having a wavelength of 915 nm as the laser beam. The irradiation output of the laser beam is, for example, 10 W to 18 W. The irradiation time of the laser beam on the Si wafer 200 is, for example, about several seconds or about ten and several seconds. The Si wafer 200 can be locally heated faster than lamp annealing. Further, since the continuously oscillating laser beam is used, the surface layer portion of the Si wafer 200 can be heated without making a hole in the surface 210 of the Si wafer 200.

これにより、図2(b)に示されるように、Siウェハ200の内部に空洞240を形成し、ブリスタリング250を発生させる。空洞240は、例えば卵型やカプセル型の空間を構成する。ブリスタリング250の形成によって、Siウェハ200の表面210に構造体260として、表面210の一部が隆起した隆起構造が形成される。 As a result, as shown in FIG. 2B, a cavity 240 is formed inside the Si wafer 200, and blistering 250 is generated. The cavity 240 constitutes, for example, an egg-shaped or capsule-shaped space. By forming the blister ring 250, a raised structure in which a part of the surface 210 is raised is formed as a structure 260 on the surface 210 of the Si wafer 200.

図3〜図7は、Siウェハ200の表面210の結晶面が(100)面のものに対し、レーザ光の照射時間を5秒として構造体260を形成したものを示している。 3 to 7 show a structure 260 formed by setting the irradiation time of the laser beam to 5 seconds with respect to the crystal plane of the surface 210 of the Si wafer 200 having the (100) plane.

図3のTEM画像に示されるように、Siウェハ200の内部に白い領域が形成されている。この白い領域は空洞240である。したがって、Siウェハ200のうち空洞240によって盛り上がった部分がブリスタリング250である。 As shown in the TEM image of FIG. 3, a white region is formed inside the Si wafer 200. This white area is the cavity 240. Therefore, the portion of the Si wafer 200 raised by the cavity 240 is the blister ring 250.

Siウェハ200のうちブリスタリング250に対応する部分、すなわち表面210と空洞240との間の領域には多数の黒いスジが形成されている。この黒いスジは、結晶の転位があったことを示している。結晶の転位は、Siウェハ200がレーザ光によって加熱されたことによる熱的ストレスによって発生したと考えられる。また、空洞240の下部に見える黒いスジは、結晶の転位あるいはベンドコンターであると考えられる。 A large number of black streaks are formed in the portion of the Si wafer 200 corresponding to the blister ring 250, that is, in the region between the surface 210 and the cavity 240. This black streak indicates that there was a crystal rearrangement. It is considered that the crystal dislocation was caused by the thermal stress caused by heating the Si wafer 200 by the laser beam. Further, the black streaks visible in the lower part of the cavity 240 are considered to be crystal dislocations or bend contours.

なお、Siウェハ200の表面210に位置する層はSiO層270である。このSiO層270の上に位置する層はタングステンガード層280である。これらは断面観察を可能にするための集束イオンビーム加工(FIB)における前処理のためのものである。 The layer located on the surface 210 of the Si wafer 200 is the SiO 2 layer 270. The layer located above the SiO 2 layer 270 is the tungsten guard layer 280. These are for pretreatment in Focused Ion Beam Processing (FIB) to allow cross-sectional observation.

図4は、図3よりも広域なTEM図である。図4に示されるように、円形の白い部分は空洞240である。空洞240と空洞240との間にある長細い白い部分は、空洞240間に発生したクラック241である。さらに、複数の空洞240が並んだ直線状のラインの上側や下側に位置する複数の白い点部分や複数の黒い点部分等は結晶の転位が起こった転位部242である。なお、図4では空洞240、クラック241、及び転位部242の一例を示している。 FIG. 4 is a TEM diagram having a wider area than that of FIG. As shown in FIG. 4, the circular white portion is the cavity 240. The elongated white portion between the cavities 240 is the crack 241 generated between the cavities 240. Further, a plurality of white dot portions and a plurality of black dot portions located above and below a linear line in which a plurality of cavities 240 are arranged are dislocation portions 242 in which crystal dislocation has occurred. Note that FIG. 4 shows an example of the cavity 240, the crack 241 and the dislocation portion 242.

そして、ブリスタリング250によってSiウェハ200の表面210の一部が盛り上がった部分が微細な構造体260である。具体的には、図5〜図7のCCI画像に示されるように、構造体260は、Siウェハ200の表面210の一部がピラミッドのように三角錐状に隆起した構造になっている。なお、当該観察にはCCIとしてTaylor Hobbson社のTalysurfを用いた。 Then, the portion where a part of the surface 210 of the Si wafer 200 is raised by the blister ring 250 is a fine structure 260. Specifically, as shown in the CCI images of FIGS. 5 to 7, the structure 260 has a structure in which a part of the surface 210 of the Si wafer 200 is raised like a pyramid in a triangular pyramid shape. For the observation, Taylor Hobbson's Talysurf was used as the CCI.

特に、図7の断面プロファイルに示されるように、構造体260は、高さが約7μm、平面サイズが約0.2mmであった。これは、数nmから大きくても数百nm程度の従来の微細な構造と比較して非常に大きなサイズである。このように、従来よりも大きなミクロンレベルの構造体260を形成することが可能になった理由として考えられることは、レーザ光の照射によってSiウェハ200の内部に従来よりも大きな空洞240を形成できるようになったからであると考えられる。空洞240が大きくなるので、Siウェハ200の表層部のうち空洞240によって盛り上げられる部分の体積が大きくなる。したがって、従来よりも大きなサイズの構造体260を形成できるようになった。 In particular, as shown in the cross-sectional profile of FIG. 7, the structure 260 had a height of about 7 μm and a plane size of about 0.2 mm. This is a very large size as compared with the conventional fine structure of several nm to at most several hundred nm. As described above, the reason why it is possible to form the structure 260 at the micron level larger than the conventional one is that the cavity 240 larger than the conventional one can be formed inside the Si wafer 200 by the irradiation of the laser beam. It is thought that this is because it has become. Since the cavity 240 becomes large, the volume of the portion of the surface layer portion of the Si wafer 200 that is raised by the cavity 240 becomes large. Therefore, it has become possible to form a structure 260 having a size larger than that of the conventional one.

ここで、図5の平面図及び図6の斜視図に示されるように、Siウェハ200の表面210には複数の凹部が形成されている。この凹部は、Siウェハ200に対するイオン注入及びレーザ光の照射によってSiウェハ200の一部が剥離した部分である。 Here, as shown in the plan view of FIG. 5 and the perspective view of FIG. 6, a plurality of recesses are formed on the surface 210 of the Si wafer 200. This recess is a portion where a part of the Si wafer 200 is peeled off by ion implantation and laser light irradiation on the Si wafer 200.

そして、構造体260を形作っている空洞240、空洞240の周囲の転位部242、そして微細なクラック241は、外部からSiウェハ200に入射する光を遮断する遮光効果がある。また、空洞240は気体が充満しているので、熱が伝わりにくく、遮熱効果がある。遮光効果及び遮熱効果によって、Siウェハ200の表層部はより温度上昇しやすくなるという昇温効果も得られる。 The cavity 240 forming the structure 260, the dislocation portion 242 around the cavity 240, and the fine cracks 241 have a light-shielding effect of blocking light incident on the Si wafer 200 from the outside. Further, since the cavity 240 is filled with gas, heat is not easily transferred and has a heat shielding effect. Due to the light-shielding effect and the heat-shielding effect, the temperature rise effect of the surface layer portion of the Si wafer 200 can be obtained more easily.

以上説明したように、本実施形態では、加工対象物であるSiウェハ200にイオン注入を行った後にレーザ光を照射する方法が特徴となっている。この方法により、Siウェハ200の表面210に、当該表面210の一部が隆起した隆起構造を有する構造体260を形成することができる。構造体260が形成された原因としては、レーザ光がSiウェハ200に照射されたことによって照射部分が融点近傍まで加熱され、空洞240が形成され、その空洞240が拡大した結果であると考えられる。 As described above, the present embodiment is characterized by a method of irradiating a laser beam after ion implantation into a Si wafer 200, which is a processing target. By this method, a structure 260 having a raised structure in which a part of the surface 210 is raised can be formed on the surface 210 of the Si wafer 200. It is considered that the cause of the formation of the structure 260 is that the irradiated portion is heated to near the melting point by irradiating the Si wafer 200 with the laser beam, the cavity 240 is formed, and the cavity 240 is enlarged. ..

また、Siウェハ200に対するイオン注入が必要ではあるものの、Siウェハ200にレーザ光を所定時間だけ照射することで表面210のうちレーザ光の照射範囲に構造体260を形成することができる。レーザ光を照射する設備については、簡易な構成で実現することができる。したがって、Siウェハ200の表面210に微細な構造体260を容易に形成することができる。 Further, although it is necessary to implant the Si wafer 200 with ions, the structure 260 can be formed in the irradiation range of the laser beam on the surface 210 by irradiating the Si wafer 200 with the laser beam for a predetermined time. The equipment that irradiates the laser beam can be realized with a simple configuration. Therefore, the fine structure 260 can be easily formed on the surface 210 of the Si wafer 200.

特に、従来は構造体260をナノオーダーの厚みでしか形成できなかったが、上記の方法によって約1000倍、すなわちミクロンオーダーの厚みの構造体260を形成することができるようになった。より具体的には、従来では平面方向のサイズが数μm、厚み方向のサイズが数nmのオーダーの構造物しか形成することができなかったが、上記の方法によって平面方向のサイズが数十μm、厚み方向のサイズが数μmのオーダーの構造体260を形成することができるようになった。また、レーザ光の照射時間を調整することにより、構造体260のサイズを調整することが可能である。さらに、構造体260のサイズの制御性も向上した。 In particular, conventionally, the structure 260 could be formed only with a thickness on the order of nanometers, but by the above method, the structure 260 having a thickness about 1000 times, that is, on the order of microns can be formed. More specifically, conventionally, only structures having a size in the plane direction of several μm and a size in the thickness direction of several nm could be formed, but by the above method, the size in the plane direction is several tens of μm. It has become possible to form a structure 260 having a size in the thickness direction on the order of several μm. Further, the size of the structure 260 can be adjusted by adjusting the irradiation time of the laser beam. Furthermore, the controllability of the size of the structure 260 has also been improved.

上記の構造体260の形成方法は、非接触、無塵、切りしろ無しを特徴とする微細加工の要素手法として様々な形で応用することができる。例えば、構造体260の応用例として、発光デバイスの光量向上や、ナノインプリントの金型作製や、回折格子/散乱ターゲットの作製に役立つ可能性がある。さらに、MEMS要素部品への応用も考えられる。 The above-mentioned method for forming the structure 260 can be applied in various forms as an element method of microfabrication characterized by non-contact, dust-free, and no cutting margin. For example, as an application example of the structure 260, it may be useful for improving the amount of light of a light emitting device, manufacturing a nanoimprint mold, or manufacturing a diffraction grating / scattering target. Further, application to MEMS element parts is also conceivable.

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、Siウェハ200が特許請求の範囲の「加工対象物」に対応する。 Regarding the correspondence between the description of the present embodiment and the description of the claims, the Si wafer 200 corresponds to the "processed object" in the claims.

(他の実施形態)
上記各実施形態で示された構造体260を形成する方法は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、SiC、GaN等の半導体材料、ダイヤモンド、LiTaO、LiNbO等のイオン注入及びレーザ光の照射が可能な材料を加工対象物としても良い。
(Other embodiments)
The method for forming the structure 260 shown in each of the above embodiments is an example, and the present invention is not limited to the above-described configuration, and other configurations that can realize the present invention can be used. For example, a semiconductor material such as SiC or GaN, or a material capable of ion implantation and laser beam irradiation such as diamond, LiTaO 3 or LiNbO 3 may be processed.

また、レーザ光照射工程におけるレーザ光の照射は、加工対象物の一カ所に対する照射だけでなく、表面210を走査しても良い。レーザ光を走査する場合、レーザ光の焦点140と加工対象物とを相対的に移動させれば良い。したがって、レーザ光源110及び集光レンズ120の位置を固定した状態でステージ130を移動させても良いし、ステージ130の位置を固定した状態でレーザ光源110及び集光レンズ120の位置を移動させても良い。 Further, the laser beam irradiation in the laser beam irradiation step may be performed by scanning the surface 210 as well as irradiating one place of the object to be processed. When scanning the laser beam, the focal point 140 of the laser beam and the object to be processed may be relatively moved. Therefore, the stage 130 may be moved with the positions of the laser light source 110 and the condensing lens 120 fixed, or the positions of the laser light source 110 and the condensing lens 120 may be moved with the positions of the stage 130 fixed. Is also good.

さらに、上記のレーザ光照射工程では、Siウェハ200の内部にレーザ光の焦点140を合わせて表面210の上方から内部にレーザ光を照射していたが、これはレーザ光照射の一例である。Siウェハ200の内部にレーザ光の焦点140が位置していなくても良い。したがって、Siウェハ200の内部にレーザ光の焦点140を合わせずに表面210の上方からSiウェハ200にレーザ光を照射しても良い。 Further, in the above laser beam irradiation step, the focus 140 of the laser beam is aligned with the inside of the Si wafer 200, and the laser beam is irradiated from above the surface 210 to the inside, which is an example of laser beam irradiation. The focal point 140 of the laser beam does not have to be located inside the Si wafer 200. Therefore, the Si wafer 200 may be irradiated with the laser beam from above the surface 210 without focusing the laser beam 140 on the inside of the Si wafer 200.

110 レーザ光源
120 集光レンズ
140 焦点
200 Siウェハ(加工対象物)
210 表面
230 イオン注入層
250 ブリスタリング
260 構造体
110 Laser light source 120 Condensing lens 140 Focus 200 Si wafer (object to be processed)
210 Surface 230 Ion Implanted Layer 250 Blistering 260 Structure

Claims (8)

加工対象物(200)の表面(210)に微細な構造体(260)を形成する表面加工方法であって、
前記加工対象物(200)に対してイオン注入を行うことにより、前記加工対象物(200)にイオン注入層(230)を形成するイオン注入工程と、
前記イオン注入工程の後、前記加工対象物(200)にレーザ光を照射して、前記加工対象物(200)のうち前記レーザ光の照射部分を局所的に加熱して前記加工対象物(200)にブリスタリング(250)を発生させることにより、前記加工対象物(200)の前記表面(210)に前記構造体(260)として、前記表面(210)の一部が隆起した隆起構造を形成するレーザ光照射工程と、
を含み、
前記レーザ光照射工程では、前記構造体(260)として、前記加工対象物(200)の前記表面(210)に垂直な厚み方向における厚みが7μm以下のミクロンオーダーの前記隆起構造を形成することを特徴とする表面加工方法。
A surface processing method for forming a fine structure (260) on the surface (210) of the object to be processed (200).
An ion implantation step of forming an ion implantation layer (230) in the processing object (200) by performing ion implantation into the processing object (200).
After the ion implantation step, the processed object (200) is irradiated with a laser beam, and the irradiated portion of the processed object (200) is locally heated to be processed locally (200). ) By generating blister ring (250), a raised structure in which a part of the surface (210) is raised is formed as the structure (260) on the surface (210) of the processed object (200). Laser beam irradiation process and
Only including,
In the laser beam irradiation step, the structure (260) is formed with a micron-order raised structure having a thickness of 7 μm or less in the thickness direction perpendicular to the surface (210) of the object to be processed (200). A characteristic surface processing method.
前記レーザ光照射工程では、前記レーザ光として連続発振のレーザ光を前記加工対象物(200)に照射することを特徴とする請求項1に記載の表面加工方法。 The surface processing method according to claim 1, wherein in the laser light irradiation step, a continuously oscillating laser beam is irradiated to the processing object (200) as the laser light. 前記レーザ光照射工程では、前記レーザ光として赤外光のレーザ光を前記加工対象物(200)に照射することを特徴とする請求項1または2に記載の表面加工方法。 The surface processing method according to claim 1 or 2, wherein in the laser light irradiation step, the laser light of infrared light is irradiated to the processing object (200) as the laser light. 前記レーザ光照射工程では、前記加工対象物(200)が半導体材料で構成されたものを用いることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の表面加工方法。 The surface processing method according to any one of claims 1 to 3, wherein in the laser light irradiation step, the object to be processed (200) is made of a semiconductor material. 加工対象物(200)の表面(210)に微細な構造体(260)を形成する構造体の製造方法であって、
前記加工対象物(200)に対してイオン注入を行うことにより、前記加工対象物(200)にイオン注入層(230)を形成するイオン注入工程と、
前記イオン注入工程の後、前記加工対象物(200)にレーザ光を照射して、前記加工対象物(200)のうち前記レーザ光の照射部分を局所的に加熱して前記加工対象物(200)にブリスタリング(250)を発生させることにより、前記加工対象物(200)の前記表面(210)に前記構造体(260)として、前記表面(210)の一部が隆起した隆起構造を形成するレーザ光照射工程と、
を含み、
前記レーザ光照射工程では、前記構造体(260)として、前記加工対象物(200)の前記表面(210)に垂直な厚み方向における厚みが7μm以下のミクロンオーダーの前記隆起構造を形成することを特徴とする構造体の製造方法。
A method for manufacturing a structure that forms a fine structure (260) on the surface (210) of the object to be processed (200).
An ion implantation step of forming an ion implantation layer (230) in the processing object (200) by performing ion implantation into the processing object (200).
After the ion implantation step, the processed object (200) is irradiated with a laser beam, and the irradiated portion of the processed object (200) is locally heated to be processed locally (200). ) By generating blister ring (250), a raised structure in which a part of the surface (210) is raised is formed as the structure (260) on the surface (210) of the processed object (200). Laser beam irradiation process and
Only including,
In the laser beam irradiation step, the structure (260) is formed with a micron-order raised structure having a thickness of 7 μm or less in the thickness direction perpendicular to the surface (210) of the work object (200). A method for manufacturing a characteristic structure.
前記レーザ光照射工程では、前記レーザ光として連続発振のレーザ光を前記加工対象物(200)に照射することを特徴とする請求項5に記載の構造体の製造方法。 The method for manufacturing a structure according to claim 5, wherein in the laser light irradiation step, the laser light of continuous oscillation is irradiated to the processed object (200) as the laser light. 前記レーザ光照射工程では、前記レーザ光として赤外光のレーザ光を前記加工対象物(200)に照射することを特徴とする請求項5または6に記載の構造体の製造方法。 The method for manufacturing a structure according to claim 5 or 6, wherein in the laser light irradiation step, an infrared laser beam is irradiated to the processed object (200) as the laser light. 前記レーザ光照射工程では、前記加工対象物(200)が半導体材料で構成されたものを用いることを特徴とする請求項5ないし7のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。 The method for manufacturing a structure according to any one of claims 5 to 7, wherein in the laser light irradiation step, the object to be processed (200) is made of a semiconductor material.
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