JPH07256473A - Multistage etching method for solid object utilizing photodecomposition - Google Patents

Multistage etching method for solid object utilizing photodecomposition

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JPH07256473A
JPH07256473A JP6078202A JP7820294A JPH07256473A JP H07256473 A JPH07256473 A JP H07256473A JP 6078202 A JP6078202 A JP 6078202A JP 7820294 A JP7820294 A JP 7820294A JP H07256473 A JPH07256473 A JP H07256473A
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JP
Japan
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etching
light
irradiation
wavelength
laser
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Application number
JP6078202A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Sugioka
幸次 杉岡
Tomoyuki Wada
智之 和田
Hideo Tashiro
英夫 田代
Koichi Toyoda
浩一 豊田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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Publication date
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Publication of JPH07256473A publication Critical patent/JPH07256473A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C15/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

PURPOSE:To increase a processing speed of etching and to simplify a processing stage by irradiating an etching object with light of the size to generate photodecomposition by cutting intermolecular bonds by one photon dissociation or multiphoton dissociation. CONSTITUTION:The surface of a quartz glass substrate 10 which is the etching object is subjected to preliminary irradiation to irradiate the surface with 100 pulses of a laser beam A of, for example, wavelength 160nm at laser fluence of 200mJ/cm<2> which is irradiation energy as a first stage. The Si-O bonds of a preliminary irradiation region 12 are cut and SiO2 is formed. The preirradiated region 11 of the quartz glass substrate 10 is irradiated with 10 pulses of a laser beam B of, for example, wavelength 266nm at laser fluence of 2J/cm<2> as a second stage. As a result, only the preirradiated region 12 is selectively abraded and an abrasion region 14 is formed.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光分解を利用した固体
の多段階エッチング方法に関し、さらに詳細には、1光
子解離あるいは多光子解離による光分解を利用した固体
の多段階エッチング方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-step etching method for solids using photolysis, and more particularly to a multi-step etching method for solids using photolysis by one-photon dissociation or multiphoton dissociation.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
より、光の吸収端が紫外よりも短い波長にある物質など
は、一般的に構成原子間の結合エネルギーが強いため、
エッチングなどの加工を行うことが困難であることが知
られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a substance having an absorption edge of light at a wavelength shorter than ultraviolet has a strong binding energy between constituent atoms.
It is known that processing such as etching is difficult.

【0003】例えば、石英ガラスは、光の吸収端が17
0nm付近にあり、結合エネルギーも8eV程度である
ため、通常のレーザー光、イオン・ビーム光あるいはプ
ラズマなどを用いたエッチング方法では、エッチングの
加工速度が遅いという問題点があった。
For example, quartz glass has a light absorption edge of 17
Since it is around 0 nm and the binding energy is about 8 eV, the conventional etching method using laser light, ion beam light or plasma has a problem that the etching processing speed is slow.

【0004】即ち、波長が190nm以下の真空紫外で
照射エネルギーの大きな光(レーザー光の場合にはレー
ザー・フルエンスの大きなレーザー光)を得ることが、
現在においては極めて困難であるため、結合エネルギー
の高い材料に対してレーザー・アブレーションなどのエ
ッチング加工を損傷を与えることなく高速で行うことが
できなかった。
That is, it is possible to obtain light having a large irradiation energy in vacuum ultraviolet having a wavelength of 190 nm or less (in the case of laser light, a laser light having a large laser fluence).
At present, it is extremely difficult to perform etching processing such as laser ablation on a material having a high binding energy at a high speed without damaging the material.

【0005】例えば、既存の紫外レーザー(エキシマ・
レーザーやNd:YAGレーザー4次調波)でもアブレ
ーションは生じるが、ほとんど基板に吸収がないため大
きなレーザー・フルエンスを必要とし、それによって熱
的加工が支配的となって、加工部位に多大な損傷を与え
るといった問題が生じている。
For example, existing ultraviolet lasers (excimer
Ablation also occurs with lasers and Nd: YAG laser fourth harmonics, but since there is almost no absorption in the substrate, a large laser fluence is required, which causes thermal processing to dominate, resulting in significant damage to the processed part. There is a problem such as giving.

【0006】また、イオン・ビームやプラズマを用いて
微細パターンの加工を行う場合には、光リソグラフィの
工程によりレジストを設ける必要があるため、加工工程
が複雑になって作業が煩雑になるという問題点が指摘さ
れていた。
Further, when a fine pattern is processed by using an ion beam or plasma, it is necessary to provide a resist by a photolithography process, so that the processing process becomes complicated and the work becomes complicated. The point was pointed out.

【0007】一方、加工を高速で行うためには、一般的
にフッ酸を用いたウェット・エッチングが行われている
が、この場合にも光リソグラフィの工程によりレジスト
を設ける必要があるため、上記と同様に加工工程が複雑
になって作業が煩雑になるという問題点が指摘されてい
るとともに、特に、微細加工の場合には等方的エッチン
グによるアンダー・カットが問題となっていた。
On the other hand, in order to perform processing at high speed, wet etching using hydrofluoric acid is generally performed. In this case as well, however, it is necessary to provide a resist by a photolithography process. It has been pointed out that the working process becomes complicated and the work becomes complicated similarly to the above, and undercutting due to isotropic etching has been a problem especially in the case of fine processing.

【0008】本発明は、従来の技術の有するこのような
種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的と
するところは、エッチングの加工速度を高速化するとと
もに、微細パターン加工やウェット・エッチングの際に
おいてレジストを設ける必要性を排除して、加工工程を
簡素化し低損傷で作業性を向上させた光分解を利用した
固体の多段階エッチング方法を提供しようとするもので
ある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned various problems of the prior art, and an object of the present invention is to increase the processing speed of etching, fine pattern processing and wet processing. -An object of the present invention is to provide a solid multi-step etching method utilizing photolysis, which eliminates the need to provide a resist during etching, simplifies the processing step, has low damage, and improves workability.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による光分解を利用した固体の多段階エッチ
ング方法は、エッチングする対象物に対して大きい吸収
を持ち、照射エネルギーが少なくとも1光子解離あるい
は多光子解離により原子間結合を切断して、熱的損傷を
与えることなく光分解を発生させる大きさである光を照
射する第一の工程と、上記対象物の少なくとも上記第一
の工程により光を照射された領域をエッチング処理する
第二の工程とを有するようにしたものである。
In order to achieve the above object, the method of multi-step etching of solids utilizing photolysis according to the present invention has a large absorption for an object to be etched and an irradiation energy of at least 1. The first step of irradiating with light having a size that breaks the interatomic bond by photon dissociation or multiphoton dissociation, and causes photolysis without causing thermal damage, and at least the first of the above-mentioned object. The second step of etching the region irradiated with light in the step.

【0010】[0010]

【作用】波長が短い光、即ち、光子エネルギーの大きい
光(短波長光)、あるいはパルス幅の短い光、即ち、ピ
ーク・パワー強度の大きい光(極短パルス光)をまず対
象物たる固体表面に照射し(以下、この光の照射を「予
備照射」と称す。)、当該予備照射による1光子解離あ
るいは多光子解離によって固体中の原子間の結合を切断
する。これによって、当該予備照射された領域の光の吸
収端が長波長側にシフトすることになり、当該予備照射
された領域は、エッチング処理により選択的かつ高速に
エッチングすることができるようになる。
[Function] Light having a short wavelength, that is, light having a large photon energy (short wavelength light), or light having a short pulse width, that is, light having a large peak power intensity (ultra-short pulse light) is first applied to the solid surface. (Hereinafter, this light irradiation is referred to as “pre-irradiation”), and the bonds between atoms in the solid are broken by the one-photon dissociation or the multi-photon dissociation by the preliminary irradiation. As a result, the light absorption edge of the pre-irradiated region shifts to the long wavelength side, and the pre-irradiated region can be selectively and rapidly etched by the etching process.

【0011】例えば、対象物に対して予備照射を行う際
に、マスクを通して対象物たる固体表面に光を縮小投影
露光する予備照射を行うと、マスクを通して予備照射さ
れた領域のみが、1光子解離あるいは多光子解離によっ
て固体中の原子の結合を切断されて改質され、光リソグ
ラフィの工程によりレジストを設けることなしに、予備
照射された領域のみをエッチングして微細パターニング
を行うことができるようになる。
For example, when pre-irradiating an object, pre-irradiation for reducing and projecting light onto a solid surface as an object through a mask is performed, and only a region pre-irradiated through the mask is one-photon dissociated. Alternatively, it is possible to perform fine patterning by etching only the pre-irradiated region without providing a resist by the photolithography process, which is modified by cutting the bonds of atoms in the solid by multiphoton dissociation. Become.

【0012】即ち、予備照射後のエッチング手段として
レーザー・アブレーションを用いた場合には、予備照射
によって対象物の光の吸収端が長波長側にシフトするた
め、予備照射前にはほとんど吸収を持たず、かつ予備照
射後には強い吸収を持つレーザー光を照射すれば、予備
照射された領域のみにレーザー光のエネルギーは吸収さ
れて、レジストを設けることなしに予備照射された領域
のみを選択的かつ高速にエッチングすることができる。
That is, when laser ablation is used as an etching means after the pre-irradiation, the pre-irradiation shifts the light absorption edge of the object to the long wavelength side, so that the pre-irradiation has almost no absorption. However, if the laser light having strong absorption is irradiated after the preliminary irradiation, the energy of the laser light is absorbed only in the pre-irradiated area, and only the pre-irradiated area can be selectively and without a resist. It can be etched at high speed.

【0013】一方、予備照射後のエッチング手段として
ウェット・エッチングを用いた場合には、予備照射によ
って原子間の結合が切断された領域のエッチング速度
は、予備照射が行われない領域のエッチング速度と比較
すると格段に高速となるため、予備照射された領域と予
備照射されない領域とのエッチング速度の差を利用し
て、光リソグラフィの工程によりレジストを設けること
なしに、微細パターニングのエッチングを行うことがで
きる。
On the other hand, when wet etching is used as the etching means after the pre-irradiation, the etching rate of the region where the interatomic bond is broken by the pre-irradiation is the same as the etching rate of the region where the pre-irradiation is not performed. By comparison, the speed is much faster, so that the etching of fine patterning can be performed without providing a resist by the photolithography process by utilizing the difference in etching rate between the pre-irradiated area and the non-pre-irradiated area. it can.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明による光分解
を利用した固体の多段階エッチング方法の実施例を詳細
に説明することとする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of a solid multi-stage etching method utilizing photolysis according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0015】図1には、本発明の一実施例による光分解
を利用した固体の多段階エッチング方法が示されてお
り、予備照射の後にレーザー・アブレーションを行う実
施例が示されている。
FIG. 1 shows a method of multi-step etching of solids using photolysis according to an embodiment of the present invention, in which laser ablation is performed after pre-irradiation.

【0016】この実施例においては、まず第1工程とし
て、エッチングの対象物たる石英ガラス基板10(Si
2:本実施例における石英ガラス基板10の光の吸収
端は170nm程度である)の表面に、波長160nm
のレーザー光Aを、照射エネルギーたるレーザー・フル
エンス200mJ/cm2で100パルス照射する予備
照射を行う(図1(a))。
In this embodiment, first, as a first step, the quartz glass substrate 10 (Si
O 2 : the light absorption edge of the quartz glass substrate 10 in this example is about 170 nm), and a wavelength of 160 nm
Pre-irradiation is performed by irradiating 100 pulses of the laser light A of No. 2 with a laser fluence of 200 mJ / cm 2 as irradiation energy (FIG. 1A).

【0017】なお、石英ガラス基板10の表面における
レーザー光Aのスポット・サイズの直径は、約200μ
mφである。
The diameter of the spot size of the laser beam A on the surface of the quartz glass substrate 10 is about 200 μm.
mφ.

【0018】このようにして、石英ガラス基板10の表
面にレーザー光Aの予備照射が行われると、予備照射領
域12のSi−O結合が切断されて、SiOx(x<
2)が形成されることになる(図1(b))。
In this way, when the surface of the quartz glass substrate 10 is pre-irradiated with the laser light A, the Si--O bond in the pre-irradiated region 12 is broken, and SiO x (x <x
2) will be formed (FIG.1 (b)).

【0019】次に、第2工程として、石英ガラス基板1
0の表面に対して行うエッチング処理としてのレーザー
・アブレーションを行う。即ち、石英ガラス基板10の
予備照射領域12上に、波長266nmのレーザー光B
をレーザー・フルエンス2J/cm2で10パルス照射
する(図1(c))。
Next, as a second step, the quartz glass substrate 1
Laser ablation is performed as an etching process performed on the 0 surface. That is, the laser beam B having a wavelength of 266 nm is formed on the preliminary irradiation region 12 of the quartz glass substrate 10.
Is irradiated with 10 pulses of laser fluence at 2 J / cm 2 (FIG. 1 (c)).

【0020】なお、石英ガラス基板10の表面における
レーザー光Bのスポット・サイズの直径は、約1mmφ
である。
The diameter of the spot size of the laser beam B on the surface of the quartz glass substrate 10 is about 1 mmφ.
Is.

【0021】こうして、第2工程におけるレーザー光B
の照射の結果、予備照射領域12のみが選択的にアブレ
ーションされることになり、アブレーション領域14が
形成される(図1(d))。
Thus, the laser beam B in the second step
As a result of this irradiation, only the pre-irradiation region 12 is selectively ablated, and the ablation region 14 is formed (FIG. 1D).

【0022】なお、波長266nmのレーザー光のみで
石英ガラス基板10に対するレーザー・アブレーション
を行ったときのレーザー・フルエンスの閾値は、約2.
1J/cm2であり、これ以下の値ではアブレーション
は発生しない。
The threshold value of the laser fluence when the laser ablation is performed on the quartz glass substrate 10 only with the laser beam having the wavelength of 266 nm is about 2.
It is 1 J / cm 2 , and ablation does not occur below this value.

【0023】ところが、予備照射を行った後において
は、上記した閾値より低い2J/cm2のレーザー・フ
ルエンスで波長266nmのレーザー光を照射した場合
でも、上記したようにアブレーションが発生することに
なる。
However, after the preliminary irradiation, the ablation occurs as described above even when the laser beam having the wavelength of 266 nm is irradiated with the laser fluence of 2 J / cm 2 which is lower than the above threshold value. .

【0024】図2乃至図4には、上記図1(a)乃至図
1(d)に基づいて説明した工程によってエッチング加
工を行った石英ガラス基板10の加工形状が示されてい
る。即ち、図2乃至図4は、図1(a)乃至図1(d)
に示す石英ガラス基板10の表面の加工状態を拡大して
示すものであり、縦軸にエッチング深さをとり、横軸に
エッチング幅をとって示している。
FIGS. 2 to 4 show the processed shape of the quartz glass substrate 10 which has been subjected to the etching process by the steps described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (d). That is, FIGS. 2 to 4 are shown in FIGS.
3 is an enlarged view of the processed state of the surface of the quartz glass substrate 10 shown in FIG. 3, in which the vertical axis represents the etching depth and the horizontal axis represents the etching width.

【0025】図2は、第1工程の波長160nmのレー
ザー光Aの予備照射を行った直後の石英ガラス基板10
の状態であるが、アブレーションは生じず形状の変化は
見られない。
FIG. 2 shows the quartz glass substrate 10 immediately after the preliminary irradiation with the laser light A having a wavelength of 160 nm in the first step.
However, there is no ablation and no change in shape is observed.

【0026】また、図3は、比較のために第1工程の予
備照射を行うことなしに、第2工程の波長266nmの
レーザー光Bのみを照射した場合の石英ガラス基板10
の状態を示すが、この場合にもアブレーションは生じず
形状の変化は見られない。
For comparison, FIG. 3 shows the quartz glass substrate 10 in the case where only the laser beam B having a wavelength of 266 nm in the second step is irradiated without performing the preliminary irradiation in the first step.
However, in this case also, no ablation occurs and no change in shape is observed.

【0027】そして、図4には、第1工程の波長160
nmのレーザー光Aの予備照射を行った後に、第2工程
の波長266nmのレーザー光Bを照射した場合の石英
ガラス基板10の状態が示されており、図2ならびに図
3とは異なりアブレーションが生じており、深さ約40
μmの溝が形成されている。
Then, in FIG. 4, the wavelength 160 of the first step is shown.
The state of the quartz glass substrate 10 when the laser beam B having a wavelength of 266 nm in the second step is irradiated after the preliminary irradiation with the laser beam A having a wavelength of 0.1 nm is shown, and unlike FIG. 2 and FIG. Has occurred, depth of about 40
A groove of μm is formed.

【0028】なお、この際の第2工程におけるエッチン
グ速度は0.4μm/sであり、従来のエッチング方法
と比較すると極めて高速である。また、上記したよう
に、予備照射における石英ガラス基板10表面のレーザ
ー光Aのスポット・サイズの直径は約200μmφであ
り、またレーザー・アブレーションにおける石英ガラス
基板10表面のレーザー光Bのスポット・サイズの直径
は約1mmφであるのに対し、図4におけるアブレーシ
ョンの直径は約200μmφとなっており、予備照射領
域のみがアブレーションされていることが確認された。
The etching rate in the second step at this time is 0.4 μm / s, which is extremely high as compared with the conventional etching method. Further, as described above, the spot size diameter of the laser light A on the surface of the quartz glass substrate 10 in the preliminary irradiation is about 200 μmφ, and the spot size of the laser light B on the surface of the quartz glass substrate 10 in the laser ablation is smaller than the spot size. The diameter was about 1 mmφ, whereas the diameter of the ablation in FIG. 4 was about 200 μmφ, and it was confirmed that only the preliminary irradiation region was ablated.

【0029】このように予備照射の後に第2工程のレー
ザー・アブレーションを行うことにより、効果的なアブ
レーションを行うことができる。
Thus, by performing the laser ablation of the second step after the preliminary irradiation, effective ablation can be performed.

【0030】また、上記した実施例において予備照射に
用いたレーザー光の波長のみを変化させて、上記第1工
程および第2工程の処理を行った結果が、図5に示され
ている。
Further, FIG. 5 shows the result of performing the processing of the first step and the second step by changing only the wavelength of the laser beam used for the preliminary irradiation in the above-mentioned embodiment.

【0031】図5から明らかなように、いずれの波長の
予備照射においても、予備照射のみではアブレーション
は発生してない。
As is clear from FIG. 5, no ablation occurs in pre-irradiation of any wavelength by pre-irradiation alone.

【0032】しかしながら、上記したように波長160
nmのレーザー光を予備照射した後に第2工程の波長2
66nmのレーザー光を照射した場合と、波長171n
mのレーザー光を予備照射した後に第2工程の波長26
6nmのレーザー光を照射した場合とにおいては、石英
ガラス基板10にアブレーションが発生した。
However, as described above, the wavelength 160
wavelength of 2nd step after pre-irradiation with laser light of nm
When irradiated with a 66 nm laser beam, the wavelength is 171n
m of laser light is pre-irradiated and then the wavelength of the second step is set to 26
Ablation occurred on the quartz glass substrate 10 when the laser light of 6 nm was irradiated.

【0033】従って、上記のことよりアブレーション・
プロセスにおいては、波長171nm以下の波長成分の
レーザー光の予備照射が有効であることがわかる。そし
て、この波長171nmとは、石英ガラス基板10の光
の吸収端の波長たる約170nmにほぼ一致するため、
エッチングする対象物に大きな吸収を持つ光の予備照射
によって、予備照射領域に原子間結合を切断する光解離
を発生させることができ、その結果、第2工程により高
速なエッチングが行われるものである。以下、この点に
ついて詳細に説明する。
Therefore, from the above,
In the process, it can be seen that preliminary irradiation with laser light having a wavelength component of 171 nm or less is effective. Since this wavelength of 171 nm substantially coincides with about 170 nm, which is the wavelength at the light absorption edge of the quartz glass substrate 10,
By pre-irradiating the object to be etched with light having large absorption, photodissociation that breaks interatomic bonds can be generated in the pre-irradiated region, and as a result, high-speed etching is performed in the second step. . Hereinafter, this point will be described in detail.

【0034】図6乃至図7には、図1に示す第1工程で
予備照射を行った予備照射領域の原子の結合状態を、X
線光電子分光法(XPS)によって評価した結果が示さ
れている。
FIGS. 6 to 7 show the bonding states of atoms in the pre-irradiated region pre-irradiated in the first step shown in FIG.
The results evaluated by line photoelectron spectroscopy (XPS) are shown.

【0035】図6は、Si−2p軌道に関するものであ
り、図1に示す第1工程で予備照射された石英ガラス基
板10のSi−2p軌道スペクトルは、予備照射されて
いない石英ガラス基板10のSi−2p軌道スペクトル
に比べて、ピークが0.2eV乃至0.3eV低エネル
ギー側へシフトしている。
FIG. 6 relates to the Si-2p orbital. The Si-2p orbital spectrum of the quartz glass substrate 10 pre-irradiated in the first step shown in FIG. 1 shows the Si-2p orbital spectrum of the quartz glass substrate 10 not pre-irradiated. Compared with the Si-2p orbital spectrum, the peak is shifted to the low energy side of 0.2 eV to 0.3 eV.

【0036】ここにおいて、一般的に酸化物では、酸化
数が減少すると結合エネルギーが低下し、ピークが低エ
ネルギー側へシフトするものであることが知られてい
る。従って、図6におけるピークの低エネルギー側への
シフトは、予備照射によりSiO2のOが光解離され、
即ち、Si−O結合が切断されて、SiOx(x<2)
が生成されたことに起因するものである。
Here, it is generally known that in oxides, the binding energy decreases as the oxidation number decreases, and the peak shifts to the low energy side. Therefore, the shift of the peak to the low energy side in FIG. 6 is that the O of SiO 2 is photodissociated by the preliminary irradiation,
That is, the Si—O bond is broken, resulting in SiO x (x <2)
Is generated.

【0037】また、図7は、O−1s軌道に関するもの
であるが、図1に示す第1工程で予備照射された石英ガ
ラス基板10のO−1s軌道スペクトルにおいては、5
35eV付近のピークの他に、531eV乃至532e
V付近にもう一つのピークが観察される。この531e
V乃至532eV付近の結合エネルギーは、結合を持た
ない酸素原子単体からのエネルギーのスペクトルとほぼ
一致しており、予備照射によってSi−O結合が切断さ
れて酸素原子が生成されるとともに、SiOx(x<
2)が生成されていることを示している。
Although FIG. 7 relates to the O-1s orbit, it is 5 in the O-1s orbit spectrum of the quartz glass substrate 10 pre-irradiated in the first step shown in FIG.
In addition to the peak near 35 eV, 531 eV to 532 e
Another peak is observed near V. This 531e
The binding energy near V to 532 eV almost coincides with the spectrum of energy from a simple oxygen atom having no bond, and the Si—O bond is cut by preliminary irradiation to generate an oxygen atom, and SiO x ( x <
2) is generated.

【0038】このように、上記した実施例においては、
第1工程の予備照射により、石英ガラス基板10中のS
i−O結合が切断され、SiOx(x<2)が生成され
ることになる。そして、このSiOx(x<2)は波長
266nmの光に対して大きい吸収を持つ。例えば、S
iOの吸収係数は、波長240nmに対しては3×10
5cm-1程度であり、また波長300nmに対しては
1.7×105cm-1程度である。
As described above, in the above embodiment,
Due to the preliminary irradiation in the first step, S in the quartz glass substrate 10
The i-O bond is broken and SiO x (x <2) is generated. Then, this SiO x (x <2) has a large absorption for light with a wavelength of 266 nm. For example, S
The absorption coefficient of iO is 3 × 10 for a wavelength of 240 nm.
It is about 5 cm −1 and about 1.7 × 10 5 cm −1 for a wavelength of 300 nm.

【0039】従って、第1工程で予備照射された領域に
はSiOx(x<2)が生成されて、波長266nmの
光に対して大きい吸収を持つようになり、その結果、第
2工程により波長266nmの光を照射すると、当該光
照射に対して光エネルギーがSiOx(x<2)に蓄積
され、アブレーションが生じるものである。
Therefore, SiO x (x <2) is generated in the region pre-irradiated in the first step and has a large absorption for the light of the wavelength of 266 nm. As a result, the second step causes When light with a wavelength of 266 nm is irradiated, light energy is accumulated in SiO x (x <2) for the light irradiation, and ablation occurs.

【0040】そして、例えば、上記した実施例において
は、第1工程において石英ガラス基板10表面にレーザ
ー光をマスクを通して縮小投影露光する予備照射を行う
と、マスクを通して予備照射された領域のみが、1光子
解離あるいは多光子解離によって固体中の原子の結合を
切断されて改質され、光リソグラフィの工程によりレジ
ストを設けることなしに、予備照射された領域のみを第
2工程によりエッチングして微細パターニングを行うこ
とができるようになる。
Then, for example, in the above-described embodiment, when the preliminary irradiation for reducing projection exposure of the laser beam through the mask on the surface of the quartz glass substrate 10 in the first step, only the area pre-irradiated through the mask is 1 Atoms in the solid are cut and modified by photon dissociation or multiphoton dissociation, and only the pre-irradiated area is etched by the second step in the second step for fine patterning without providing a resist by the photolithography step. You will be able to do it.

【0041】なお、上記実施例は、以下のように変形し
てもよい。
The above embodiment may be modified as follows.

【0042】(1)第1工程の予備照射のレーザー光な
らびに第2工程のレーザー・アブレーションのレーザー
光の波長、パルス幅、レーザー・フルエンス、パルス数
などの数値は、エッチングする対象物に応じて適宜に変
更してよいこと勿論である。
(1) Numerical values such as wavelength, pulse width, laser fluence, and pulse number of the laser beam for pre-irradiation in the first step and the laser beam for laser ablation in the second step depend on the object to be etched. Of course, it may be changed appropriately.

【0043】(2)上記実施例においては、光の吸収端
が紫外よりも短い波長である石英ガラス基板をエッチン
グする場合に関して説明したが、光の吸収端が紫外より
も短い波長である他の材料や、光の吸収端が紫外よりも
長い波長の材料をエッチングする際に用いてもよいこと
は勿論である。
(2) In the above embodiment, the case where a quartz glass substrate having a light absorption edge having a wavelength shorter than ultraviolet is etched has been described. However, other light absorption edges having a wavelength shorter than ultraviolet are used. Of course, it may be used when etching a material or a material whose light absorption edge is longer than ultraviolet light.

【0044】(3)上記実施例においては、第2工程と
してレーザー・アブレーションを行う場合に関して説明
したが、ウェット・エッチングを行うようにしてもよ
い。
(3) In the above embodiment, the case of performing laser ablation as the second step has been described, but wet etching may be performed.

【0045】なお、第2工程としてウェット・エッチン
グを行う場合には、予備照射によって原子間の結合が切
断された領域のエッチング速度は、予備照射が行われな
い領域のエッチング速度と比較すると格段に高速となる
ため、予備照射された領域とさない領域とのエッチング
速度の差を利用して、光リソグラフィの工程によりレジ
ストを設けることなしに、微細パターニングのエッチン
グを行うことができる。
When wet etching is performed as the second step, the etching rate of the region where the interatomic bonds are broken by the preliminary irradiation is significantly higher than the etching rate of the region where the preliminary irradiation is not performed. Because of the high speed, the etching of fine patterning can be performed without providing a resist by the photolithography process by utilizing the difference in etching rate between the pre-irradiated region and the region not pre-irradiated.

【0046】(4)上記実施例においては、第1工程の
予備照射を波長160nmのレーザー光のみで行い、第
2工程のレーザー・アブレーションを波長266nmの
レーザー光のみで行うようにしたが、第1工程で複数の
波長のレーザー光をそれぞれ予備照射したり、あるいは
第2工程で複数の波長のレーザー光でそれぞれレーザー
・アブレーションするようしてもよく、また、これら複
数のレーザー光照射よりなる第1工程と第2工程とを合
わせて行ってもよい。
(4) In the above embodiment, the preliminary irradiation in the first step was performed only with the laser beam having the wavelength of 160 nm, and the laser ablation in the second step was performed only with the laser beam having the wavelength of 266 nm. Pre-irradiation with laser light of a plurality of wavelengths in one step, or laser ablation with laser light of a plurality of wavelengths in the second step, respectively. The first step and the second step may be combined.

【0047】上記したように、第1工程の予備照射を複
数のレーザー光照射により行うようにすると、各レーザ
ー光の波長選択により、原子間結合の切断の状態を変化
させることができるようになり、多段階で光の吸収端を
ずらすことができるようになるため、第2工程によるレ
ーザー・アブレーションにより、特定の構成部分のみを
順次アブレーションできるようになる。
As described above, if the preliminary irradiation of the first step is performed by irradiation with a plurality of laser beams, it becomes possible to change the broken state of interatomic bonds by selecting the wavelength of each laser beam. Since it becomes possible to shift the absorption edge of light in multiple stages, it becomes possible to ablate only specific constituent portions sequentially by the laser ablation in the second step.

【0048】(5)第1工程の予備照射のレーザー光の
波長を制御することにより、予備照射領域の深さを制御
して、第2工程によるレーザー・アブレーションやウェ
ット・エッチングなどにおけるアブレーション深さを制
御してもよい。
(5) The depth of the preliminary irradiation region is controlled by controlling the wavelength of the laser beam for the preliminary irradiation in the first step, and the ablation depth in the laser ablation or the wet etching in the second step is controlled. May be controlled.

【0049】(6)上記実施例および上記変形例におい
ては、予備照射をレーザー光により行う場合に関しての
み説明したが、これに限られることなしに、1光子解離
あるいは多光子解離によりエッチングの対象物の原子間
結合を切断して、光分解を発生させる大きさの照射エネ
ルギーを備えた光であるならば、光源はレーザーに限定
されるものではない。
(6) In the above embodiments and modifications, description has been made only about the case where the pre-irradiation is performed by laser light, but the present invention is not limited to this, and an object to be etched by one-photon dissociation or multi-photon dissociation. The light source is not limited to a laser as long as it is light having irradiation energy of a magnitude that breaks the interatomic bond of to cause photolysis.

【0050】(7)上記実施例ならびに上記変形例
(1)乃至(6)を、適宜に組み合わせて実施してもよ
いことは勿論である。
(7) It is a matter of course that the above-described embodiment and the modified examples (1) to (6) may be appropriately combined and implemented.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects.

【0052】光がエッチングする対象物に大きな吸収を
持つ光であって、照射エネルギーが少なくとも1光子解
離あるいは多光子解離により原子間結合を切断して光分
解を発生させる大きさである光を照射する第一の工程
と、対象物の少なくとも第一の工程により光を照射され
た領域をエッチング処理する第二の工程とを有するよう
にしたため、光がエッチングする対象物に強い吸収を持
つ光、即ち、光子エネルギーの大きい光(短波長光)、
あるいはパルス幅の短い光、即ち、ピーク・パワー強度
の大きい光(極短パルス光)をまず対象物たる固体表面
に予備照射すると、当該予備照射による1光子解離ある
いは多光子解離によって固体中の原子間の結合を切断で
きる。
Irradiation with light having a large absorption in an object to be etched, the irradiation energy of which is such that at least one photon dissociation or multiphoton dissociation breaks an interatomic bond to cause photolysis. Since it has a first step and a second step of etching the area irradiated with light by at least the first step of the object, the light has a strong absorption in the object to be etched, That is, light with large photon energy (short wavelength light),
Alternatively, when light having a short pulse width, that is, light having a large peak power intensity (ultra-short pulse light) is first pre-irradiated on the surface of the solid object, the atoms in the solid are dissociated by one-photon dissociation or multi-photon dissociation by the pre-irradiation. You can break the bond between them.

【0053】従って、当該予備照射された領域の光の吸
収端が長波長側にシフトすることになり、当該予備照射
された領域は、エッチング処理により選択的かつ高速に
エッチングすることができるようになる。
Therefore, the light absorption edge of the pre-irradiated region is shifted to the long wavelength side, so that the pre-irradiated region can be selectively and rapidly etched by the etching process. Become.

【0054】即ち、本発明の光分解を利用した固体の多
段階エッチング方法によれば、エッチングの加工速度を
高速化できるとともに、微細パターン加工やウェット・
エッチングの際においてレジストを設ける必要性がなく
なり、加工工程を簡素化することができるので作業性を
大幅に向上させることができる。
That is, according to the solid multi-step etching method utilizing photolysis of the present invention, the etching processing speed can be increased, and fine pattern processing and wet etching can be performed.
There is no need to provide a resist during etching, and the processing steps can be simplified, so that workability can be greatly improved.

【0055】また、予備照射によって、照射領域の結合
エネルギーを低下させるため、第2工程におけるエッチ
ングにおいては、熱的作用をほとんど与えることがなく
なり、それによる損傷を低減することが可能となる。
Further, since the pre-irradiation lowers the binding energy of the irradiation region, the thermal action is hardly given in the etching in the second step, and the damage due to it can be reduced.

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

【図1】(a)乃至(d)は、本発明の一実施例による
光分解を利用した固体の多段階エッチング方法を示す説
明図である。
FIG. 1A to FIG. 1D are explanatory views showing a multi-step solid etching method using photolysis according to an embodiment of the present invention.

【図2】縦軸にエッチング深さをとり、かつ横軸にエッ
チング幅をとって石英ガラス基板の表面の加工状態を拡
大して示すグラフであり、第1工程の波長160nmの
レーザー光の予備照射を行った直後の状態を示す。
FIG. 2 is a graph enlarging the processing state of the surface of the quartz glass substrate with the etching depth on the vertical axis and the etching width on the horizontal axis, and showing the preliminary of laser light with a wavelength of 160 nm in the first step. The state immediately after irradiation is shown.

【図3】縦軸にエッチング深さをとり、かつ横軸にエッ
チング幅をとって石英ガラス基板の表面の加工状態を拡
大して示すグラフであり、第1工程の予備照射を行うこ
となしに、第2工程の波長266nmのレーザー光のみ
を照射した場合の状態を示す。
FIG. 3 is a graph enlarging the processing state of the surface of the quartz glass substrate with the etching depth on the vertical axis and the etching width on the horizontal axis, without performing preliminary irradiation in the first step. Shows a state in the case of irradiating only a laser beam having a wavelength of 266 nm in the second step.

【図4】縦軸にエッチング深さをとり、かつ横軸にエッ
チング幅をとって石英ガラス基板の表面の加工状態を拡
大して示すグラフであり、第1工程の波長160nmの
レーザー光の予備照射を行った後に、第2工程の波長2
66nmのレーザー光を照射した場合の状態を示す。
FIG. 4 is a graph enlarging the processing state of the surface of the quartz glass substrate with the etching depth on the vertical axis and the etching width on the horizontal axis, and showing the preliminary of laser light of wavelength 160 nm in the first step. After the irradiation, the wavelength of the second step 2
The state when irradiated with a 66 nm laser beam is shown.

【図5】予備照射に用いたレーザー光の波長のみを変化
させて第1工程および第2工程の処理を行ったときの測
定結果を示す表である。
FIG. 5 is a table showing measurement results when the processes of the first step and the second step are performed by changing only the wavelength of the laser beam used for the preliminary irradiation.

【図6】第1工程で予備照射を行った予備照射領域の原
子の結合状態を、X線光電子分光法(XPS)によって
評価した結果を示すグラフであり、Si−2p軌道に関
する評価結果を示す。
FIG. 6 is a graph showing the results of evaluation of the bonding state of atoms in the pre-irradiated region pre-irradiated in the first step by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), showing the evaluation results regarding the Si-2p orbital. .

【図7】第1工程で予備照射を行った予備照射領域の原
子の結合状態を、X線光電子分光法(XPS)によって
評価した結果を示すグラフであり、O−1s軌道に関す
る評価結果を示す。
FIG. 7 is a graph showing the results of evaluation of the bonding state of atoms in the pre-irradiated region that was pre-irradiated in the first step by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), showing the evaluation results regarding the O-1s orbital. .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 石英ガラス基板 12 予備照射領域 14 アブレーション領域 A 波長160nmのレーザー光 (レーザー・フルエンス200mJ/cm2で100パ
ルス照射) B 波長266nmのレーザー光 (レーザー・フルエンス2J/cm2で10パルス照
射)
10 Quartz glass substrate 12 Pre-irradiation area 14 Ablation area A Laser light of 160 nm wavelength (100 pulses of laser fluence 200 mJ / cm 2 ) B Laser light of 266 nm wavelength (10 pulses of laser fluence 2 J / cm 2 )

フロントページの続き (72)発明者 豊田 浩一 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究所 内Continuation of the front page (72) Inventor Koichi Toyota, Hirosawa No. 2-1, Hirosawa, Wako City, Saitama Prefecture

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光がエッチングする対象物に対して大き
な吸収を生じるような光であって、照射エネルギーが少
なくとも1光子解離あるいは多光子解離により原子間結
合を切断して光分解を発生させる大きさである光を照射
する第一の工程と、 前記対象物の少なくとも前記第一の工程により光を照射
された領域をエッチング処理する第二の工程とを有する
ことを特徴とする光分解を利用した固体の多段階エッチ
ング方法。
1. Light having a large absorption for an object to be etched, the irradiation energy being at least one photon dissociation or multiphoton dissociation to break interatomic bonds to cause photolysis. Utilizing photodecomposition characterized in that it has a first step of irradiating light, which is a depth, and a second step of etching the region of the object irradiated with light by at least the first step. Method for multi-step etching of solids.
【請求項2】 前記第二の工程は、レーザー・アブレー
ション処理を行う請求項1記載の光分解を利用した固体
の多段階エッチング方法。
2. The method of multi-step etching of solids using photolysis according to claim 1, wherein the second step is a laser ablation process.
【請求項3】 前記第二の工程は、ウェット・エッチン
グ処理を行う請求項1記載の光分解を利用した固体の多
段階エッチング方法。
3. The method of multi-step etching of solid using photolysis according to claim 1, wherein the second step is a wet etching process.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009022428A1 (en) * 2007-08-16 2009-02-19 Asahi Glass Company, Limited Method of removing foreign matter from surface of glass substrate
JP2018509365A (en) * 2015-02-27 2018-04-05 コーニング インコーポレイテッド Method for manufacturing channels in glass articles by laser damage and etching and articles made thereby

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