JPWO2011096353A1 - 微細構造の形成方法および微細構造を有する基体 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2010年2月5日に、日本に出願された特願2010−024775号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
第1番目の方法として、フォトリソグラフィ技術を用いた微細構造の形成方法が知られている。この方法においては、まず、材料の表面にマスクを形成し、その後、ウェットエッチングやドライエッチングを用いることで、微細構造を形成する(例えば、下記特許文献1参照)。
また、本発明は、ナノオーダーの開口幅を有するとともに高アスペクト比を有する微細構造を備えた基体を提供することを第二の目的とする。
前記微細構造が、トレンチであってもよい。
前記微細構造が、ビアホールであってもよい。
前記微細構造の少なくとも一部が、前記基板内部で屈曲又は分岐した構造、あるいは前記基板表面に対して横方向又は斜め方向に配された3次元構造を形成していてもよい。
前記基板の表面に、前記レーザーの偏波方向に対して垂直に配された周期構造を自己形成的に形成してもよい。
本発明の態様に係る基体は、基板の内部に、上記微細構造の形成方法によって形成された微細構造を有する。
その後、エッチングを行うことで、ナノオーダーの開口幅を有するとともに高アスペクト比を有する微細孔からなる微細構造が形成される。その結果、本発明によれば、加工形状を制御可能であると共に、少なくともレーザー光の偏波方向に対してナノオーダーの開口幅を有するとともに高アスペクト比を有する微細構造を形成することが可能な、微細構造の形成方法を提供することができる。
また、本発明の基体は、基板の内部に微細孔からなる微細構造を有している。この微細孔は、前述した本発明の微細構造の形成方法によって形成されているので、高アスペクト比を有する。その結果、本発明によれば、ナノオーダーの開口幅を有するとともに高アスペクト比を有する微細構造を備えた基体を提供することができる。
本実施形態の微細構造の形成方法は、基板10の内部に対してレーザー光Lを照射し、前記レーザー光Lが集光した焦点、および該焦点に近い領域に構造改質部11を形成する第一の工程(図1参照)と;前記構造改質部11に対して選択的にエッチング処理を行い、微細孔12からなる微細構造13を形成する第二の工程(図2参照)と;を有し、前記第一工程において、前記レーザー光Lの照射強度を前記基板10の加工適正値に近い照射強度とすると共に、前記レーザー光Lの照射領域を、前記レーザー光Lの伝搬方向(図1中、矢印A)と、前記レーザー光Lの偏波(電場、または電場ベクトルともいう)方向(図1中、矢印B)に対して垂直な方向とからなる平面10a内とする。
以下、工程順に説明する。
まず、基板10の内部に、レーザー光Lをレンズ20によって集光照射あるいは集光部を走査しながら照射し、構造改質部11を形成する。このとき、前記レーザー光Lの照射強度を前記基板10の加工適正値に近い照射強度とすると共に、レーザーの偏波方向が走査方向に対して垂直となるようにする。ここで、加工適正値は、周期構造を形成させるためのレーザーパルスエネルギーの下限値と定義される。
なお、上記偏波としては、直線偏波に関して詳細に説明したが、多少の楕円偏波成分を持つレーザーパルスであっても同様な構造が形成される。また、レーザー光Lの照射領域を、前記レーザー光Lの伝搬方向(矢印A)と、前記レーザー光Lの偏波方向(矢印B)との関係についても上述したが、垂直からの多少の角度変化があったとしても同様な構造が得られる。すなわち、平面10aとレーザー光Lの偏波方向(矢印B)とのなす角度が88°より大きく90°以下とすることが好ましく、88.5°以上90°以下とすることがより好ましく、89°以上90°以下とすることがさらに好ましく、90°とすることが特に好ましい。
同様なレーザー照射条件、エッチング条件で、基板10の表面に近い部分に対して加工を行うと、基板10の表面に、レーザー光Lの偏波方向に対して垂直な方向に配された、数百ナノオーダーで周期的な凹凸構造を形成することができる。従って、基板10の表面に近い部分及び内部に同様な条件で加工を行うと、基板10の表面に近い部分には周期構造が、内部には少なくとも偏波方向の開口幅がナノオーダーとなる微細構造13とを同時に形成することができる。
なお、偏波が直線偏波である場合に関して記載したが、多少の楕円偏波成分を持つレーザーパルスであっても同様な周期構造が形成される。
その後、エッチングを行うことで構造改質部11が選択的にエッチングされ、微細孔12からなる微細構造13が形成される。これにより、少なくとも電場ベクトル方向の開口幅がナノオーダーとなる微細構造13を形成することできる。この微細孔12(微細構造13)は、内部で横方向、分岐、屈曲などを有する複雑な構造を有する加工形状も実現可能であり、ハイアスペクトな構造であってもエッチングストップがかからない。
酸素欠乏部(構造改質部11)は、レーザー照射によって一つだけ形成されるときには、その酸素欠乏部極めてエッチングされ易い。一方、酸素欠乏部が複数存在すると、複数の酸素欠乏部は、一つの酸素欠乏部よりもエッチング性が劣る。このことを、本発明者らは今回初めて発見した。
ここで、従来技術における複数の酸素欠乏部から形成される微小孔と、本発明における微小孔との違いについて説明する。
従来技術における微小孔の断面形状を図7に示す。従来は、加工適正値以上のレーザー照射エネルギーを与えることで、レーザー光が集光する焦点の内部に複数の酸素欠乏部が自己形成的に形成される。次いで、エッチング処理を行うと、複数の酸素欠乏部が選択的にエッチングされることで、複数の微小孔が形成される。さらにエッチング処理を継続すると、隣り合う微小孔の間に存在する酸素リッチな領域もエッチングされ、隣り合う微小孔同士が結合する。このように、図7のような一つの微小孔が形成される。従来技術を用いて形成した微小孔は、外縁が平滑でない凹凸形状となる。あるいは、隣り合う微小孔が結合しないようなエッチング条件とした場合であっても、複数の微小孔同士の断面形状、サイズが異なるため、形状が揃った複数の微小孔を形成することが困難である。
本発明における微小孔の断面形状を図8に示す。加工適正値に近い照射強度、なかでも加工適正値未満、且つ基板10を改質してエッチング耐性を低下させうるレーザー照射エネルギーの下限値(閾値)以上、の強度でレーザー照射を行うため、焦点において周期的な構造が形成されず、一つの酸素欠乏領域が形成される。次いでエッチング処理を行うと、一つの微小孔が形成され、図8のような断面形状となる。従来技術で形成した微小孔と異なり、外縁が平滑な形状となっている。
なお、加工された微細構造13は平坦な構造となるため、ナノオーダーの構造となるのは、少なくとも偏波方向1次元方向のみである。偏波方向の開口幅はエッチングレートによってほぼ決定されるため、理論上は数ナノ程度の幅で加工することも可能である。
なお、トレンチの深さが5μm程度となる理由は、レーザーの照射をその深さまでしか実施していないためである。よって、更に深い領域にレーザー照射を行えば、さらにトレンチの深さを深くすることができる。
さらに、表面に直接レーザー集光せず、表面直下までレーザー照射していくなどすると、図5に示すように、基板10の表面に周期構造を含まないトレンチ構造を形成できる。よって、表面の研磨を行わなくとも、基板表面に周期構造を含まないトレンチを形成することも可能となる。
本実施形態に係る基体1は、基板10の内部に、微細孔12からなる微細構造13を有する。この微細孔12は、前述した本実施形態に係る方法によって形成されているので、高アスペクト比を有する。その結果、本実施形態に係る基体1は、ナノオーダーの開口幅を有し、高アスペクトの微細構造13を備える。
このような高アスペクト比を有する微細孔12からなる微細構造13を備えた基体1は、様々なデバイスに用いることができる。
また、上述した本実施形態に係る形成方法により得られる微細構造には、たとえば、レーザー光の照射強度が基板の加工適正値に近くないレーザー条件を用いるなどして、このレーザー照射により自己組織的に形成された周期構造に対して、エッチング加工を施して得られる凹凸構造を部分的に含む構造(たとえば、複数の微細凹凸を部分的に含む構造)も含まれる。
10 基板
10a 平面
11 構造改質部
12 微細孔
13 微細構造
L レーザー光
Claims (6)
- 加工適正値を有する基板を準備し;
前記基板の内部に対して、前記基板の前記加工適正値に近い照射強度で、ピコ秒オーダー以下のパルス時間幅を有するレーザー光を、前記レーザー光の伝搬方向と、前記レーザー光の偏波方向(電場方向)に対して垂直な方向とからなる平面内に照射し;
前記レーザー光を集光した焦点、および該焦点に近い領域に構造改質部を形成し;
前記構造改質部に対して選択的にエッチング処理を行い、微細孔からなる微細構造を形成する
ことを特徴とする微細構造の形成方法。 - 前記微細構造が、トレンチであることを特徴とする請求項1に記載の微細構造の形成方法。
- 前記微細構造が、ビアホールであることを特徴とする請求項1に記載の微細構造の形成方法。
- 前記微細構造の少なくとも一部が、前記基板内部で屈曲又は分岐した構造、あるいは前記基板表面に対して横方向又は斜め方向に配された3次元構造を形成することを特徴とする請求項1に記載の微細構造の形成方法。
- 前記基板の表面に、前記レーザーの偏波方向に対して垂直に配された周期構造を自己形成的に形成することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の微細構造の形成方法。
- 基板の内部に、前記請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の方法によって形成された微細構造を備えることを特徴とする基体。
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