JPH04160019A - ガラスパターンの形成方法 - Google Patents
ガラスパターンの形成方法Info
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- JPH04160019A JPH04160019A JP28460090A JP28460090A JPH04160019A JP H04160019 A JPH04160019 A JP H04160019A JP 28460090 A JP28460090 A JP 28460090A JP 28460090 A JP28460090 A JP 28460090A JP H04160019 A JPH04160019 A JP H04160019A
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Landscapes
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、光学・電子デバイスを作成する際のガラスパ
ターンの形成方法に関するものである。
ターンの形成方法に関するものである。
(従来の技術)
石英ガラスを代表とする機能性ガラスは、近年の技術革
新を支える素材の1つとして欠くことのできないもので
ある。又、素子、デバイスの小型化と共に、ガラスパタ
ーンのミクロンオーダーからオングストロームオーダー
迄の微細加工技術の要請も増すばかりである。
新を支える素材の1つとして欠くことのできないもので
ある。又、素子、デバイスの小型化と共に、ガラスパタ
ーンのミクロンオーダーからオングストロームオーダー
迄の微細加工技術の要請も増すばかりである。
機能性ガラスの合成法としては、通常の溶融法に加え、
蒸着法、スパッタ(S P)法、化学気相反応(CVD
)を利用する気相法、溶液のゾル及びゲルを利用するゾ
ル−ゲル法、更に、溶融法の一種である急速に融液な冷
却する超急冷法等が挙げられる。
蒸着法、スパッタ(S P)法、化学気相反応(CVD
)を利用する気相法、溶液のゾル及びゲルを利用するゾ
ル−ゲル法、更に、溶融法の一種である急速に融液な冷
却する超急冷法等が挙げられる。
以上の様な手段で作製される機能性ガラスに関して、例
えば、IC基板用として微細加工を行う場合には、いわ
ゆるマイクロ加工技術が必要とされるが、従来、量産性
に適するフォトリソ法がその代表格であった。
えば、IC基板用として微細加工を行う場合には、いわ
ゆるマイクロ加工技術が必要とされるが、従来、量産性
に適するフォトリソ法がその代表格であった。
(発明が解決しようとしている課題)
しかしながら、このフォトリソ法でガラスパターンを形
成する為には、先ずガラス面の洗浄、ベーキング、レジ
スト塗布を行い、溶媒蒸発後にはパターンに切られたフ
ォトマスクでの露光、現像、ボストベークを行い、その
後、不要ガラス部のエツチング、残存レジスト膜除去と
いった複数の複雑な工程を必要とした。
成する為には、先ずガラス面の洗浄、ベーキング、レジ
スト塗布を行い、溶媒蒸発後にはパターンに切られたフ
ォトマスクでの露光、現像、ボストベークを行い、その
後、不要ガラス部のエツチング、残存レジスト膜除去と
いった複数の複雑な工程を必要とした。
更にこの方法では、レジスト膜自体のピンホールによる
欠陥(但し、逆に厚すぎると回折、コリメーション不良
を起こし、解像度が減少する)や、レジスト−マスクの
密着性不良の為の光の回折、エツチングの際のアンダー
カット、オーバーエッチ、又、マスク精度が低いことに
よる解像不良といった微細化を妨げる要因も多い。
欠陥(但し、逆に厚すぎると回折、コリメーション不良
を起こし、解像度が減少する)や、レジスト−マスクの
密着性不良の為の光の回折、エツチングの際のアンダー
カット、オーバーエッチ、又、マスク精度が低いことに
よる解像不良といった微細化を妨げる要因も多い。
従って、本発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、
光学・電子デバイスを作製する際のガラス、特に石英ガ
ラスパターンのマイクロ加工法として、従来のフォトリ
ソ法に比べてより少ない工程数で、しかも高い加工精度
を達成することが可能なガラスパターンの形成方法を提
供することにある。
光学・電子デバイスを作製する際のガラス、特に石英ガ
ラスパターンのマイクロ加工法として、従来のフォトリ
ソ法に比べてより少ない工程数で、しかも高い加工精度
を達成することが可能なガラスパターンの形成方法を提
供することにある。
(問題点を解決する為の手段)
上記目的は以下の本発明によって達成される。
即ち、本発明は、Si系超微粒子を膜状堆積させる工程
と、該堆積膜を選択的に酸化することで部分的にガラス
化させる工程とを含むことを特徴とするガラスパターン
の形成方法である。
と、該堆積膜を選択的に酸化することで部分的にガラス
化させる工程とを含むことを特徴とするガラスパターン
の形成方法である。
(作 用)
Si系超微粒子を基板上に膜状堆積させた後、レーザー
ビーム照射等により選択的に照射部分のSi系超微粒子
を酸化することで、Si系超微粒子堆積膜を部分的にガ
ラス化し、その後未処理のSi系超微粒子を除去し、微
細ガラスパターンを形成させる。
ビーム照射等により選択的に照射部分のSi系超微粒子
を酸化することで、Si系超微粒子堆積膜を部分的にガ
ラス化し、その後未処理のSi系超微粒子を除去し、微
細ガラスパターンを形成させる。
(好ましい実施態様)
以下、本発明の構成について詳細を示す。
本発明のパターン形成方法は、第1図(a)に示したS
i系超微粒子2を基板1上に膜状堆積させる第1の工程
と、第1図(b)に示した該堆積膜を選択的に酸化処理
することによりその部分4をガラス化させる第2の工程
の大きく2つの工程から成る。
i系超微粒子2を基板1上に膜状堆積させる第1の工程
と、第1図(b)に示した該堆積膜を選択的に酸化処理
することによりその部分4をガラス化させる第2の工程
の大きく2つの工程から成る。
尚、最後に未処理のSl系超微粒子部分(酸化処理によ
りガラス化していない残部)を、エツチング除去する工
程(第1図(C))が必要である。
りガラス化していない残部)を、エツチング除去する工
程(第1図(C))が必要である。
第1の工程で作成されるSi系超微粒子2は、水素を数
%以上、好ましくは10%以上含有したものであって、
粒径が100Å以下に制御されたものが望ましい、又、
その作成法としては、種々の手段が適用可能であるが、
特に、気相法が均質で更に粒子の密着性に優れた堆積膜
を得ることが出来るので望ましい。
%以上、好ましくは10%以上含有したものであって、
粒径が100Å以下に制御されたものが望ましい、又、
その作成法としては、種々の手段が適用可能であるが、
特に、気相法が均質で更に粒子の密着性に優れた堆積膜
を得ることが出来るので望ましい。
本発明に用いるSl超微粒子膜の作成法の例として、第
2図にマイクロ波プラズマCDV法の装置であって、微
粒子をビーム化するノズルを具備した装!を示す。
2図にマイクロ波プラズマCDV法の装置であって、微
粒子をビーム化するノズルを具備した装!を示す。
先ず、原料として3 i H4ガスをH富等のキャリア
ガスと共にガス導入口12より送り込み、反応室である
空胴共振器6内でマイクロ波によりプラズマを発生させ
て、原料ガスの分解反応を起こさせ、Si微粒子を形成
する。この微粒子は、−部未反応の気体状の活性種と共
に、磁気コイル9を配した縮小拡大ノズル11から下流
室5ヘビーム状に噴出され、ホルダーに担持された基板
1上に吹き付けられ、固定及び堆積される。この際の下
流室5は、通常10−” torr以下程度の低圧で、
ノズル上流側との圧力比は、数10〜100程度である
ことが望ましい。
ガスと共にガス導入口12より送り込み、反応室である
空胴共振器6内でマイクロ波によりプラズマを発生させ
て、原料ガスの分解反応を起こさせ、Si微粒子を形成
する。この微粒子は、−部未反応の気体状の活性種と共
に、磁気コイル9を配した縮小拡大ノズル11から下流
室5ヘビーム状に噴出され、ホルダーに担持された基板
1上に吹き付けられ、固定及び堆積される。この際の下
流室5は、通常10−” torr以下程度の低圧で、
ノズル上流側との圧力比は、数10〜100程度である
ことが望ましい。
又、原料ガスについては、上記のSi H4だけでな(
、通常Stの成膜に使われるシラン誘導体、例えば、5
itHsやSiF、等も使用可能である。
、通常Stの成膜に使われるシラン誘導体、例えば、5
itHsやSiF、等も使用可能である。
第2の工程においては、この様にして作成したSL微粒
子堆積膜を、所望のパターンとなる様に選択的にレーザ
ービーム照射等で酸化し、その部分をガラス化させる。
子堆積膜を、所望のパターンとなる様に選択的にレーザ
ービーム照射等で酸化し、その部分をガラス化させる。
この様にして作成されたガラスパターンは、同様に低温
成長で膜作成されるスパッタ法や蒸着法によるSiO□
膜と比べ、緻密で絶縁性の非常に高い良質なものになる
。
成長で膜作成されるスパッタ法や蒸着法によるSiO□
膜と比べ、緻密で絶縁性の非常に高い良質なものになる
。
上記のSt系機微粒子堆積膜酸化に用いる、例えば、レ
ーザー光を用いた加工機の概略としては、レーザー源集
光レンズ、駆動系を備えた試料台、試料観測用顕微鏡と
から成る。又、レーザー光の走査は、試料台に具備した
精密な駆動系で行われる。
ーザー光を用いた加工機の概略としては、レーザー源集
光レンズ、駆動系を備えた試料台、試料観測用顕微鏡と
から成る。又、レーザー光の走査は、試料台に具備した
精密な駆動系で行われる。
又、Si超微粒子のガラス化に必要な温度は、超微粒子
という形態の為、バルクよりずっと低くて十分である。
という形態の為、バルクよりずっと低くて十分である。
又、加熱雰囲気中に含まれる水蒸気により酸化が加速さ
れる。更に、Si超微粒子に含まれる水素が酸化プロセ
スに関与していると考えられる。
れる。更に、Si超微粒子に含まれる水素が酸化プロセ
スに関与していると考えられる。
即ち、Siと結合している水素原子が水蒸気により酸化
して解離し、余ったSiの結合手に酸素が結合し、SL
系超超微粒子酸化してゆくと推測される。又、この反応
は十分低温でも進行し、時間をかければ常温でも酸化が
行われる。SL系超超微粒子粒径が小さければ小さい程
、表面に存在する水素原子の割合が多くなる為容易に酸
化されるが、粒径が小さ(なり過ぎて連続膜と見なせる
様になってしまうと、バルクと同じ酸化速度に低下して
しまう。
して解離し、余ったSiの結合手に酸素が結合し、SL
系超超微粒子酸化してゆくと推測される。又、この反応
は十分低温でも進行し、時間をかければ常温でも酸化が
行われる。SL系超超微粒子粒径が小さければ小さい程
、表面に存在する水素原子の割合が多くなる為容易に酸
化されるが、粒径が小さ(なり過ぎて連続膜と見なせる
様になってしまうと、バルクと同じ酸化速度に低下して
しまう。
又、Si超微粒子の堆積膜は熱伝導性が悪い為、レーザ
ー光による熱が基板方向や膜面内方向に逃げに((、レ
ーザー照射部のみが効率よ(加熱処理される。
ー光による熱が基板方向や膜面内方向に逃げに((、レ
ーザー照射部のみが効率よ(加熱処理される。
レーザーパワーは大きい方が短時間で酸化処理が完了す
る為、スループットの向上に有効であるが、例えば、エ
キシマレーザ−の様な大パワーレーザーの照射は、超微
粒子の溶融蒸発を引き起こす為、好ましくない。
る為、スループットの向上に有効であるが、例えば、エ
キシマレーザ−の様な大パワーレーザーの照射は、超微
粒子の溶融蒸発を引き起こす為、好ましくない。
又、レーザー照射部の温度は、
に比例する為、所望の温度に合わせてレーザーパワーと
照射時間が選ばれる。又、使用するレーザー波長はSi
超微粒子の吸収が大きい600nm以下が好ましい。従
って、600nm以下の波長で比較的大出力の得られる
アルゴンレーザー、クリプトンレーザー、He−Cdレ
ーザー等が適する。
照射時間が選ばれる。又、使用するレーザー波長はSi
超微粒子の吸収が大きい600nm以下が好ましい。従
って、600nm以下の波長で比較的大出力の得られる
アルゴンレーザー、クリプトンレーザー、He−Cdレ
ーザー等が適する。
この様な水蒸気雰囲気中でのレーザー光照射により、S
i超微粒子は酸化され、粒子同士の境界が融合しガラス
状のS i O*薄膜に変化する。この形成されたガラ
ス薄膜は酸化処理中の水蒸気を多量に含んでいる為、レ
ーザー処理によるガラス化後に不要なレーザー未照射部
を除去した後に、150℃以上の低温で熱処理し、含有
水分を蒸発させる。
i超微粒子は酸化され、粒子同士の境界が融合しガラス
状のS i O*薄膜に変化する。この形成されたガラ
ス薄膜は酸化処理中の水蒸気を多量に含んでいる為、レ
ーザー処理によるガラス化後に不要なレーザー未照射部
を除去した後に、150℃以上の低温で熱処理し、含有
水分を蒸発させる。
以上の本発明方法によりパターン状に形成されたガラス
膜は、低い温度で成膜したスパッタ膜や蒸着膜に比べ欠
陥が少ない緻密な膜となる。
膜は、低い温度で成膜したスパッタ膜や蒸着膜に比べ欠
陥が少ない緻密な膜となる。
(実施例)
次に実施例に基づき、更に具体的に説明する。
実施例1
シリコンウェハー上に、S i O*ガラスの微細加工
を施したIC用ガラス基板を以下の工程により作成した
。
を施したIC用ガラス基板を以下の工程により作成した
。
シリコンウェハー上にSi系超微粒子堆積膜を、第2図
のマイクロ波プラズマCVD装置を用いて成膜した。
のマイクロ波プラズマCVD装置を用いて成膜した。
先ず、原料ガスとして、H297%とS i H43%
の混合ガスを、ガス導入口12よりl OO3CCM流
し、次に、2.45GHzのマイクロ波を導波管10及
び石英窓7を介して投入し、反応室である空胴共振器6
内でプラズマを発生させ、原料ガスを分解し、生成した
微粒子をノズル11を介してシリコンウニへ−基板1上
に厚み0.5μmとなるまで堆積させた(第3図(a)
)。
の混合ガスを、ガス導入口12よりl OO3CCM流
し、次に、2.45GHzのマイクロ波を導波管10及
び石英窓7を介して投入し、反応室である空胴共振器6
内でプラズマを発生させ、原料ガスを分解し、生成した
微粒子をノズル11を介してシリコンウニへ−基板1上
に厚み0.5μmとなるまで堆積させた(第3図(a)
)。
尚、この際の基板温度は室温であった。
得られたSi系超微粒子堆積膜は、透過型電子顕微鏡(
TEM)及び電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM
)により観察したところ、均質な球形であり、平均粒径
45人程度の粒子が密に堆積した構造であった。
TEM)及び電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM
)により観察したところ、均質な球形であり、平均粒径
45人程度の粒子が密に堆積した構造であった。
続いて、50℃、80%RHの雰囲気中でArレーザー
(波長488 nm)を用いて、加工寸法5μm幅のガ
ラスパターンを形成した。その際のレーザーパワーは2
00mWとし、スポット径は5μmに集束させ、6mm
/1Ilinの速度で基板を駆動し、レーザー照射によ
る酸化処理を行った。
(波長488 nm)を用いて、加工寸法5μm幅のガ
ラスパターンを形成した。その際のレーザーパワーは2
00mWとし、スポット径は5μmに集束させ、6mm
/1Ilinの速度で基板を駆動し、レーザー照射によ
る酸化処理を行った。
以上の様にしてガラスパターンを形成後、未処理の不要
なSi系超微粒子は、水酸化カリウム水溶液でエツチン
グ除去後、洗浄した。その後これを250℃で2時間加
熱し脱水した。
なSi系超微粒子は、水酸化カリウム水溶液でエツチン
グ除去後、洗浄した。その後これを250℃で2時間加
熱し脱水した。
以上の方法で作製されたIC用ガラス基板を、FE−3
EMにより観察した結果、所望のガラスパターンが欠陥
もなく、きれいに形成されたものとなっており、性能上
優れたIC用基板であった。
EMにより観察した結果、所望のガラスパターンが欠陥
もなく、きれいに形成されたものとなっており、性能上
優れたIC用基板であった。
実施例2
シリコンウェハー上に、S i OIガラスの微細加工
を施したIC用ガラス基板を、レーザーでの熱処理工程
の際、Ar”気体レーザー(発振波長0、488 um
)の連続波(CW)を用いて、チョッパーでIKHzに
パルス化して照射した以外は実施例1と同様の方法によ
り作成した。
を施したIC用ガラス基板を、レーザーでの熱処理工程
の際、Ar”気体レーザー(発振波長0、488 um
)の連続波(CW)を用いて、チョッパーでIKHzに
パルス化して照射した以外は実施例1と同様の方法によ
り作成した。
作成されたIC用ガラス基板を、FE−3EMにより観
察したところ、所望のガラスパターンが欠陥もなく、き
れいに形成されたものとなっており、性能上優れた基板
であった。
察したところ、所望のガラスパターンが欠陥もなく、き
れいに形成されたものとなっており、性能上優れた基板
であった。
実施例3
シリコンウェハー上に、4分岐回路の3次元(チャンネ
ル型)ガラス光導波路を作成した。
ル型)ガラス光導波路を作成した。
その際の光導波路コア部(SiO=ガラス)の形成は、
実施例1と全く同様の方法で行い、厚さ及び幅は2μm
程度のものとした(第4図(a))、続いて、B、0.
を8 mo1%ドープしたSiO*ガラスのブラッド部
14を形成した。
実施例1と全く同様の方法で行い、厚さ及び幅は2μm
程度のものとした(第4図(a))、続いて、B、0.
を8 mo1%ドープしたSiO*ガラスのブラッド部
14を形成した。
その形成方法は、S i H4/ Bz Ha / H
z系ガスを用いたマイクロ波プラズマCVDで、5L−
B系超微粒子13を1μmの厚みに堆積後(第4図(b
))、スポット径4μmのレーザーを照射させる以外は
上記コア部と同様の条件で、ガラス化した後、未照射の
不要部分Si系超微粒子をエツチング除去後、洗浄した
(第4図(c))。
z系ガスを用いたマイクロ波プラズマCVDで、5L−
B系超微粒子13を1μmの厚みに堆積後(第4図(b
))、スポット径4μmのレーザーを照射させる以外は
上記コア部と同様の条件で、ガラス化した後、未照射の
不要部分Si系超微粒子をエツチング除去後、洗浄した
(第4図(c))。
得られた光導波路は、コア屈折率が1.46、ブラッド
部属折率が1.42のステップ型のものとなり、非常に
光損失の少ない光デバイスとなった。
部属折率が1.42のステップ型のものとなり、非常に
光損失の少ない光デバイスとなった。
(発明の効果)
以上の様に、本発明方法は、Si系超微粒子を膜状堆積
させた後、該堆積膜を選択的に熱処理しその部分をガラ
ス化させるという大きくは2工程で、精度よく石英ガラ
スの微細加工をすることが可能であり、従来のフォトリ
ソ法で微細加工をする場合と比べ、複雑な複数の工程を
必要とせず、作業性、経済性に優れる。
させた後、該堆積膜を選択的に熱処理しその部分をガラ
ス化させるという大きくは2工程で、精度よく石英ガラ
スの微細加工をすることが可能であり、従来のフォトリ
ソ法で微細加工をする場合と比べ、複雑な複数の工程を
必要とせず、作業性、経済性に優れる。
又、Si系超微粒子の粒径を100Å以下とし、更に、
熱処理方法として、最適条件を選んでのレーザービーム
照射を採用することにより特に優れた微細ガラスパター
ンが得られる。
熱処理方法として、最適条件を選んでのレーザービーム
照射を採用することにより特に優れた微細ガラスパター
ンが得られる。
更に、本発明方法では、ガラスパターン形成の際に部分
的な熱処理だけで済み、デバイス全体を高温処理する必
要がない為、使用することが可能な基板材料の範囲も広
げることが出来る。
的な熱処理だけで済み、デバイス全体を高温処理する必
要がない為、使用することが可能な基板材料の範囲も広
げることが出来る。
第1図は本発明のガラスパターン形成方法を示す概略図
であり、第2図は、本発明方法に用いられるSi超微粒
子堆積膜の作成装置の一例を示す概略図である。第3図
は、本発明の実施例1及び2の、ICガラス基板のガラ
ス微細加工方法を具体的に示す概念図であり、第4図は
、本発明の実施例3の、4分岐3次元ガラス光導波路の
ガラス微細加工方法を具体的に示す概念図である。 l二基板 2二St超微粒子3:レーザー光
4:石英ガラス 5:下流室 6:空胴共振器 7:石英窓 8:排気バイブ 9:磁石 lO:マイクロ波導波管11:縮小
拡大ノズル12:ガス導入口13:5i−B系超微粒子 14:SiOx −Bx Osガラス 第1図 第2図 第3図 第4図
であり、第2図は、本発明方法に用いられるSi超微粒
子堆積膜の作成装置の一例を示す概略図である。第3図
は、本発明の実施例1及び2の、ICガラス基板のガラ
ス微細加工方法を具体的に示す概念図であり、第4図は
、本発明の実施例3の、4分岐3次元ガラス光導波路の
ガラス微細加工方法を具体的に示す概念図である。 l二基板 2二St超微粒子3:レーザー光
4:石英ガラス 5:下流室 6:空胴共振器 7:石英窓 8:排気バイブ 9:磁石 lO:マイクロ波導波管11:縮小
拡大ノズル12:ガス導入口13:5i−B系超微粒子 14:SiOx −Bx Osガラス 第1図 第2図 第3図 第4図
Claims (5)
- (1)Si系超微粒子を膜状堆積させる工程と、該堆積
膜を選択的に酸化することで部分的にガラス化させる工
程とを含むことを特徴とするガラスパターンの形成方法
。 - (2)酸化をレーザービーム照射で行う請求項1に記載
のガラスパターンの形成方法。 - (3)Si系超微粒子が水素を含有したものである請求
項1に記載のガラスパターンの形成方法。 - (4)Si系超微粒子の大きさが100Å以下である請
求項1に記載のガラスパターンの形成方法。 - (5)Si系超微粒子を気相法で形成する請求項1に記
載のガラスパターンの形成方法。(6)Si系超微粒子
をノズルより噴出させて膜状堆積させる請求項1に記載
のガラスパターンの形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28460090A JPH04160019A (ja) | 1990-10-23 | 1990-10-23 | ガラスパターンの形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28460090A JPH04160019A (ja) | 1990-10-23 | 1990-10-23 | ガラスパターンの形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04160019A true JPH04160019A (ja) | 1992-06-03 |
Family
ID=17680558
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28460090A Pending JPH04160019A (ja) | 1990-10-23 | 1990-10-23 | ガラスパターンの形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04160019A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010140654A (ja) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Hitachi Zosen Corp | 透明導電膜の製造方法 |
-
1990
- 1990-10-23 JP JP28460090A patent/JPH04160019A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010140654A (ja) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Hitachi Zosen Corp | 透明導電膜の製造方法 |
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