JP6012006B2 - 表面微細構造の形成方法 - Google Patents
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Description
本発明はレーザー及びエッチングによる表面微細構造の形成方法に関する。
本願は、２０１０年２月５日に、日本に出願された特願２０１０−０２４７７６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０１０年２月５日に、日本に出願された特願２０１０−０２４７７６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
パルス時間幅がピコ秒オーダー以下のレーザーパルスを加工材料の内部に集光照射させると、集光部にレーザーパルスによって発生するプラズモンと入射光とによって、改質部と数百ナノオーダーの周期構造とがレーザー偏波に対して垂直に形成されることが知られている。また、円偏波を材料内部に集光照射することで、偏波回転方向に渦を巻いた特異な構造が得られることが知られている。これらの現象を用いた加工方法が盛んに検討されている（例えば、下記特許文献１参照）。
この周期構造を内部に形成したうえで凹凸を大きくし、アスペクト比の高い周期構造を作製する方法が提案されている。例えば、パルス時間幅がピコ秒オーダー以下の超短パルスレーザーを、周期構造を形成するための加工閾値より大きなパワーで材質内部にレーザーを集光照射させる。その後、研磨を行いレーザー改質部２を露出させ、フッ酸によるウェットエッチングによって、周期構造を選択的にエッチングし周期的な凹凸構造を形成する手法が開示されている（例えば、下記非特許文献１参照）。
エッチングにより作製した周期構造を利用してデバイスを作製する場合、さまざまなデバイスに対応できるためには、この周期構造のアスペクト比は作製方法により制御できることが望ましい。
エッチングにより作製した周期構造を利用してデバイスを作製する場合、さまざまなデバイスに対応できるためには、この周期構造のアスペクト比は作製方法により制御できることが望ましい。
しかしながら、上述した非特許文献１に開示されている方法には、以下に示す問題があった。
（１）アスペクト比が非常に高い凹凸構造を形成することが難しい。
（２）内部にレーザー照射した後、周期構造を露出させる研磨工程が必須となるため、加工プロセスが増える。
（３）比較的ハイアスペクトな周期構造を形成させることは容易であるが、エッチングプロセスを濃度が１％以下のフッ酸により実施しているため、このフッ酸の濃度を変化させることで加工形状を制御することが困難である。
（１）アスペクト比が非常に高い凹凸構造を形成することが難しい。
（２）内部にレーザー照射した後、周期構造を露出させる研磨工程が必須となるため、加工プロセスが増える。
（３）比較的ハイアスペクトな周期構造を形成させることは容易であるが、エッチングプロセスを濃度が１％以下のフッ酸により実施しているため、このフッ酸の濃度を変化させることで加工形状を制御することが困難である。
OPTICS LETTERS/July 15, 2005/vol.30, NO.14/1867−
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、従来よりも簡略な手法により、高アスペクト比を有する周期構造を形成することを第一の目的とする。
また、加工形状の制御が可能であるとともに、高アスペクト比を有する周期構造を形成することが可能な、表面微細構造の形成方法を提供することを第二の目的とする。
さらに、本発明は、高アスペクト比を有する周期構造からなる表面微細構造を備えた基体を提供することを第三の目的とする。
また、加工形状の制御が可能であるとともに、高アスペクト比を有する周期構造を形成することが可能な、表面微細構造の形成方法を提供することを第二の目的とする。
さらに、本発明は、高アスペクト比を有する周期構造からなる表面微細構造を備えた基体を提供することを第三の目的とする。
本発明の態様に係る表面微細構造の形成方法は、加工適正値を有する基板を準備し；前記基板の表面に近い部分に対して、前記基板の前記加工適正値に近い照射強度、又は加工適正値以上かつアブレーション閾値以下の照射強度で、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第一改質部と第二改質部とが周期的に配される周期構造を自己組織的に形成する第一の工程と；前記周期構造が形成された前記基板の表面に対してエッチング処理を行うことにより、前記第一改質部を凹部とする凹凸構造を形成する第二の工程と；を備え、前記第一工程において、レーザー伝搬方向に対して平行方向に照射部が重なるように前記レーザー光を照射し、前記第二工程において、前記エッチング処理として異方性ドライエッチング法を用いるとともに、エッチング時のプロセス圧力を変化させることで、前記凹部の形状を制御する。
前記第一工程において、前記レーザー光として直線偏光レーザーを用いることにより、前記周期構造として、前記レーザーの偏波方向に対して垂直に配された前記凹部を形成してもよい。
前記第一工程において、前記レーザー光として円偏光レーザーを用いることにより、前記周期構造として、円偏波の回転方向に渦を巻いた形状を有する前記凹部を形成してもよい。
前記第一工程において、前記レーザー光として円偏光レーザーを用いることにより、前記周期構造として、レーザー走査方向に対して斜めに配された前記凹部を形成してもよい。
前記第一工程において、前記レーザー光として直線偏光レーザーを用いることにより、前記周期構造として、前記レーザーの偏波方向に対して垂直に配された前記凹部を形成してもよい。
前記第一工程において、前記レーザー光として円偏光レーザーを用いることにより、前記周期構造として、円偏波の回転方向に渦を巻いた形状を有する前記凹部を形成してもよい。
前記第一工程において、前記レーザー光として円偏光レーザーを用いることにより、前記周期構造として、レーザー走査方向に対して斜めに配された前記凹部を形成してもよい。
本発明の態様に係る表面微細構造の形成方法では、第一の工程において、基板の表面に近い部分に対して、この基板の加工適正値に近い照射強度、又は加工適正値以上かつアブレーション閾値以下の照射強度でレーザー光を照射し、前記レーザー光が集光した焦点に近い領域に第一改質部と第二改質部とが周期的に配される周期構造を自己組織的に形成した後、第二の工程において、前記周期構造が形成された前記基板の表面に対してエッチング処理を行うことにより、前記第一改質部を選択的にエッチングして凹部とした凹凸構造を形成する。このため、従来よりも簡略な手法により、高アスペクト比を有する周期構造を形成することができる。また、前記レーザー光の偏光やエッチング時のパラメータを変えることにより、加工形状を制御可能である。これにより、本発明によれば、加工工程の簡略化が図れ、加工形状を制御可能であるとともに、高アスペクト比の凹部を含む凹凸構造を形成することが可能な、表面微細構造の形成方法を提供することができる。
また、本発明の態様に係る基体は、基板の表面に近い部分に周期的に配された凹部を含む凹凸構造を有している。この凹部は、前記本発明の表面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、高アスペクト比を有する周期構造からなる表面微細構造を備えた基体を提供することができる。
また、本発明の態様に係る基体は、基板の表面に近い部分に周期的に配された凹部を含む凹凸構造を有している。この凹部は、前記本発明の表面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、高アスペクト比を有する周期構造からなる表面微細構造を備えた基体を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る表面微細構造の形成方法及び基体について説明する。
図１Ａおよび図１Ｂは、本実施形態の表面微細構造の形成方法を模式的に示す断面図である。
本発明の表面微細構造の形成方法は、基板１０の表面に近い部分に対して、この基板１０の加工適正値に近い照射強度、又は加工適正値以上かつアブレーション閾値以下の照射強度でレーザー光Ｌを照射し、前記レーザー光Ｌが集光した焦点に近い領域に、周期的に配され、次工程のエッチング処理により凹部１２をなす周期構造１４を自己組織的に形成する第一の工程［図１Ａ参照］と；前記周期構造１４が形成された前記基板１０の表面に対してエッチング処理を行い、前記凹部１２をなす領域を掘り下げて凹凸構造１５を形成する第二の工程［図１Ｂ参照］と；を備える。
本発明の表面微細構造の形成方法は、基板１０の表面に近い部分に対して、この基板１０の加工適正値に近い照射強度、又は加工適正値以上かつアブレーション閾値以下の照射強度でレーザー光Ｌを照射し、前記レーザー光Ｌが集光した焦点に近い領域に、周期的に配され、次工程のエッチング処理により凹部１２をなす周期構造１４を自己組織的に形成する第一の工程［図１Ａ参照］と；前記周期構造１４が形成された前記基板１０の表面に対してエッチング処理を行い、前記凹部１２をなす領域を掘り下げて凹凸構造１５を形成する第二の工程［図１Ｂ参照］と；を備える。
本実施形態の表面微細構造の形成方法では、第一の工程において、基板１０の表面に近い部分に対して、この基板１０の加工適正値に近い照射強度、又は加工適正値以上かつアブレーション閾値以下の照射強度でレーザー光Ｌを照射する。これにより、前記レーザー光Ｌが集光した焦点に近い領域に周期的に配され、次工程のエッチング処理により凹部１２をなす周期構造１４［図１Ａにおける「複数の第一改質部１１ａからなる構造」を指す］を自己組織的に形成する。その後、第二の工程において、前記周期構造１４が形成された前記基板１０の表面に対して、エッチング処理を行い、前記凹部１２を含む凹凸構造１５を形成する。この凹凸構造１５における凹部１２は、プラズモン、または電子プラズマ波と入射光との干渉波が強め合う部分に相当する第一改質部１１ａが、その他の領域（第二改質部１１ｂ）より選択的にエッチングされることにより得られる。また、前記レーザー光Ｌの偏光やエッチング時のパラメータを変えることにより、加工形状を制御可能である。特に、エッチングにドライエッチング法を用いることにより形状制御が更に容易となる。これにより、本実施形態の表面微細構造の形成方法では、加工形状を制御可能であるとともに、高アスペクト比の凹部１２を有する凹凸構造１５を形成することが可能である。
以下、工程順に説明する。
以下、工程順に説明する。
（１）図１Ａに示すように、基板１０の表面に近い部分に対して、この基板１０の加工適正値に近い照射強度、又は加工適正値以上かつアブレーション閾値以下の照射強度でレーザー光Ｌを照射し、前記レーザー光Ｌが集光した焦点に近い領域に、周期構造１４を自己組織的に形成する（第一の工程）。この周期構造１４は複数の第一改質部１１ａ［図１Ａに太い直線で表示した領域］から構成され、第一改質部１１ａの間には第二改質部１１ｂ［図１Ａに斜線で表示した領域］が形成される。第一改質部１１ａは、プラズモン、または電子プラズマ波と入射光との干渉波が強め合う部分であり、次工程のエッチング処理により優先的にエッチングされやすく、エッチング後には凹部１２をなす。これに対して、第二改質部１１ｂは、第一改質部１１ａに比べて、プラズモン（電子プラズマ波）と入射光との干渉波による影響が弱い部分であり、次工程のエッチング処理においてエッチングされにくい。
基板１０を構成する材料としては、第一の工程によって基板１０の表面に周期構造１４が形成され、かつレーザー光Ｌに対して透過率の高い材料が好ましい。合成石英が最も加工性に富むが、その他にも例えば、ホウ珪酸ガラスなどのガラス材料や、石英、サファイア、ダイヤモンド、シリコン単結晶などの結晶性材料を用いることが可能である。
基板１０を構成する材料としては、第一の工程によって基板１０の表面に周期構造１４が形成され、かつレーザー光Ｌに対して透過率の高い材料が好ましい。合成石英が最も加工性に富むが、その他にも例えば、ホウ珪酸ガラスなどのガラス材料や、石英、サファイア、ダイヤモンド、シリコン単結晶などの結晶性材料を用いることが可能である。
前記基板１０を構成する材料の加工適正値に近い照射強度、又は加工適正値以上かつアブレーション閾値以下で、基板１０の表面又は表面に近い部分にレーザー光Ｌを集光照射あるいは集光照射を走査する。これにより、前記レーザー光Ｌが集光した焦点に近い領域に、周期構造１４を自己組織的に形成する。
ここで、加工適正値は、周期構造１４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。また、アブレーション閾値とは、アブレーションを発生させるためのレーザーパルスエネルギーの下限値であり、前記加工適正値とは異なる。一般的に、加工適正値は、アブレーション閾値よりも小さな値となる。
ここで、加工適正値は、周期構造１４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。また、アブレーション閾値とは、アブレーションを発生させるためのレーザーパルスエネルギーの下限値であり、前記加工適正値とは異なる。一般的に、加工適正値は、アブレーション閾値よりも小さな値となる。
また、レーザー光Ｌとして、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用いることが好ましい。例えば、チタンサファイアレーザー、ピコ秒オーダー以下のパルス時間幅を有するファイバーレーザーなどを用いることができる。
レーザー光Ｌを集光するレンズ２０は、例えば、屈折式の対物レンズや屈折式のレンズを使用することができる。他にも例えば、フレネル、反射式、油浸、水浸式の対物レンズあるいはレンズで照射することも可能である。また、例えば、シリンドリカルレンズを用いれば、一度に基板１０の表面の広範囲にレーザー照射することが可能である。また、例えば、ホログラフィックマスクや干渉などを用いれば、広範囲な領域を一度に加工することができる。
レーザー光Ｌを集光するレンズ２０は、例えば、屈折式の対物レンズや屈折式のレンズを使用することができる。他にも例えば、フレネル、反射式、油浸、水浸式の対物レンズあるいはレンズで照射することも可能である。また、例えば、シリンドリカルレンズを用いれば、一度に基板１０の表面の広範囲にレーザー照射することが可能である。また、例えば、ホログラフィックマスクや干渉などを用いれば、広範囲な領域を一度に加工することができる。
レーザー光Ｌの照射方法は、特に限定されない。例えば、基板１０の表面に対して平行方向にレーザー光Ｌを移動させながら照射すると、広範囲に周期的な凹凸構造を形成することができる。また、例えば、レーザー伝搬方向に対して平行方向に照射部が重なるようにレーザー光Ｌを照射すると、凹凸構造が他の凹凸構造の影響で自己形成的に形成される。このため、周期構造１４同士がずれることなく重なる。
具体的には、例えば、Ｔｉサファイアレーザを用いる。照射条件としては、例えば、波長８００ｎｍ、繰返周波数２００ｋＨｚ、レーザー走査速度１ｍｍ／秒としてレーザー光Ｌを集光照射する。これら波長、繰返周波数、走査速度の値は一例であり、本発明はこれに限定されず任意に変えることが可能である。
上記のチタンサファイアレーザーを石英基板に照射する場合において、集光に用いるレンズ２０としては、Ｎ．Ａ＜０．７未満の対物レンズを用いることが好ましい。パルスエネルギーは、表面に近い部分に照射する際には、アブレーション閾値以下、例えば１００ｎＪ/ｐｕｌｓｅ程度以下のエネルギーで照射することが好ましい。
上記のチタンサファイアレーザーを石英基板に照射する場合において、集光に用いるレンズ２０としては、Ｎ．Ａ＜０．７未満の対物レンズを用いることが好ましい。パルスエネルギーは、表面に近い部分に照射する際には、アブレーション閾値以下、例えば１００ｎＪ/ｐｕｌｓｅ程度以下のエネルギーで照射することが好ましい。
また、レーザー光Ｌの偏光を制御することによって周期構造１４を変えることにより、これを反映した（後述するエッチング処理により得られる）凹凸構造１５をなす凹部１２の形成パターンを変化させることが可能である。
ここで、図２及び図５は、凹凸構造１５の形成例を模式的に示す平面図である。なお、図２及び図５では、レーザー光Ｌは、紙面に対して垂直に照射されている。
例えば、レーザー光Ｌとして直線偏光レーザーを用いることにより、図２〜図４に示すように、周期構造を反映した凹凸構造１５として、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）方向に対して垂直に配された凹部１２が形成される。図２は、レーザー光Ｌを１点に照射した場合の図である。図３は、レーザー光Ｌの偏波方向と走査方向とが垂直をなす場合の写真である。図４は、レーザー光Ｌの偏波方向と走査方向とが平行の場合の写真である。
ここで、図２及び図５は、凹凸構造１５の形成例を模式的に示す平面図である。なお、図２及び図５では、レーザー光Ｌは、紙面に対して垂直に照射されている。
例えば、レーザー光Ｌとして直線偏光レーザーを用いることにより、図２〜図４に示すように、周期構造を反映した凹凸構造１５として、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）方向に対して垂直に配された凹部１２が形成される。図２は、レーザー光Ｌを１点に照射した場合の図である。図３は、レーザー光Ｌの偏波方向と走査方向とが垂直をなす場合の写真である。図４は、レーザー光Ｌの偏波方向と走査方向とが平行の場合の写真である。
また、レーザー光Ｌとして円偏光のレーザーを用いることにより、隣接するパルス加工痕が重ならない場合には、図５に示すように、周期構造を反映した凹凸構造１５として、円偏波の回転方向に渦を巻いた形状の凹部１２が形成される。
また、レーザー光Ｌとして円偏光のレーザーを用いることにより、隣接するパルス加工痕が重なる場合には、図６に示すように、周期構造を反映した凹凸構造１５として、レーザー走査方向に対して斜めに配された形状の凹部１２が形成される。円偏波が基板１０の表面に対して平行になるようにレーザー照射することで、凹凸構造１５が斜めになる構造を形成することができる。ただし、円偏波を用いて表面に対して平行に走査することにより複数のパルス加工痕が重なる場合には、円偏波の表面は前記形状とは異なる形状になるが、表面直下では渦を巻いた構造となる。
なお、ここでは偏波として直線偏波と円偏波について記載したが、楕円偏波であっても同様な周期的な凹凸構造が形成される。
なお、ここでは偏波として直線偏波と円偏波について記載したが、楕円偏波であっても同様な周期的な凹凸構造が形成される。
また、アブレーションを抑え、不要なアブレーション粒子の飛散を防止するため、予め、基板１０の表面に犠牲層（図示略）を形成してもよい。犠牲層の材質としては、レーザー波長に対して透明な無機の材料が好ましいが、有機材料であってもよい。この場合には、材料の表面に近い部分へのレーザー照射であっても、アブレーション閾値以上のエネルギーをもつレーザーを照射することが可能である。
（２）次に、図１Ｂに示すように、前記周期構造１４が形成された前記基板１０の表面に対してエッチング処理を行い、前記凹部１２を掘り下げる（第二の工程）。
エッチングを行うことで周期構造１４をなす、プラズモン（電子プラズマ波）と入射光との干渉波が強め合う部分に相当する領域である第一改質部１１ａが、その他の領域（第二改質部１１ｂ）より選択的にエッチングされる。これにより、凹部１２が形成される。このため、研磨を行わずに、基板１０の表面に高アスペクトな凹部１２を有する周期構造１４を形成することが可能である。
エッチングを行うことで周期構造１４をなす、プラズモン（電子プラズマ波）と入射光との干渉波が強め合う部分に相当する領域である第一改質部１１ａが、その他の領域（第二改質部１１ｂ）より選択的にエッチングされる。これにより、凹部１２が形成される。このため、研磨を行わずに、基板１０の表面に高アスペクトな凹部１２を有する周期構造１４を形成することが可能である。
ピコ秒オーダー以下のパルスレーザーを加工適正値以上で集光照射させることで、集光部でプラズモンと入射光との干渉が起こり、レーザーの偏波に対して垂直な周期構造１４が自己形成的に形成されることが知られている。この周期構造１４を反映した凹凸構造１５の凹部１２は、エッチング耐性の弱い領域であると見られている。例えば、石英の場合、酸素が欠乏した領域と酸素が増えた領域とが周期的に配列され、酸素欠乏部(前述した第一改質部１１ａ)のエッチング耐性が弱くなっている。このため、エッチングを行うと、周期的な凹部１２及び凸部１３が形成される。ゆえに、凹部１２は第一改質部１１ａを、凸部１３は第二改質部１１ｂを、それぞれ反映した領域である。
ただし、前記エッチング耐性は、基板１０とエッチング液、あるいはエッチングガスの組合せによって決定される。このため、両者の組合せによっては、第二改質部１１ｂの方が、より選択的にエッチングされ凹部を形成する場合もある。
ただし、前記エッチング耐性は、基板１０とエッチング液、あるいはエッチングガスの組合せによって決定される。このため、両者の組合せによっては、第二改質部１１ｂの方が、より選択的にエッチングされ凹部を形成する場合もある。
ウェットエッチングを行うと、ドライエッチングによる等方性が高いモードに近いエッチングがなされる。フッ酸の濃度が十分に低いときには、よりエッチング耐性が弱い領域が選択的にエッチングされる。しかしながら、濃度が十分に低い条件にて加工されるため、形状を様々に変えるだけのパラメータ性が低く、ドライエッチングによって見られた多様な形状を形成することは困難である。更に、ハイアスペクトな周期的な凹凸構造を形成するときには、エッチャントの表面張力などによって、周期構造が壊れてしまう可能性がある。
これに対し、ドライエッチング法を用いることで、ハイアスペクトな構造を実現することができる。また、本実施形態ではドライエッチング法を用いているため、制御パラメータが多く、多様な加工形状を制御することが容易となる。
ドライエッチング法として異方性ドライエッチング法を用いることで、前記レーザー光Ｌが集光した焦点に近い部分は全体的にエッチングされず、前記凹部１２のみをエッチングして掘り下げることができる。
ドライエッチングの異方性が強い時には、エッチング耐性の弱い領域（前述した第一改質部１１ａ）がよりエッチングされやすく、かつエッチングが異方性であるため、横方向へのエッチングが進行しない。このため、改質部１１及び改質部１１に近い領域の材料がエッチングされず、凹部１２とする領域のみがエッチングされ、周期的な凹凸構造が形成される。
ドライエッチングの異方性が強い時には、エッチング耐性の弱い領域（前述した第一改質部１１ａ）がよりエッチングされやすく、かつエッチングが異方性であるため、横方向へのエッチングが進行しない。このため、改質部１１及び改質部１１に近い領域の材料がエッチングされず、凹部１２とする領域のみがエッチングされ、周期的な凹凸構造が形成される。
異方性ドライエッチング法としては、例えば、反応性イオンエッチング(以下、ＲＩＥ)を用いる方法である、平行平板型ＲＩＥ、マグネトロン型ＲＩＥ、ＩＣＰ型ＲＩＥ、ＮＬＤ型ＲＩＥなどを使用できる。ＲＩＥ以外にも、例えば中性粒子ビームを用いたエッチングを使用することが可能である。
使用するガスは、例えば、フロロカーボン系、ＳＦ系ガス、ＣＨＦ３、フッ素ガス、塩素ガス、など材料を化学的にエッチングすることができるガスを主として、それらに適宜その他ガス、酸素、アルゴン、ヘリウムなどを混合して使用することが可能である。その他のドライエッチング方式による加工も可能である。
さらに、異方性ドライエッチング法において、エッチング時のプロセス圧力（エッチングチャンバ内の圧力）を変えることで、前記凹部１２の構造を制御することが可能となる。エッチング時のＲＦパワー、チャンバ内の圧力は、加工形状を決めるパラメータとなる。特に、エッチング圧力の変化が、周期構造１４のエッチング後の形状（凹凸構造１５の形状）を最も制御しやすいパラメータである。
圧力が低い場合には、イオンの材料への引き込みが強いため、より異方性が高まり、周期的な凹凸構造１５のうちのエッチング選択性が高い領域のみをより選択的にエッチングすることが可能である。そのため、周期構造１４をなす改質部１１ａ間に位置する改質部１１ｂ及び改質部１１ｂに近い部分の材料はほとんどエッチングされず、改質部１１ａが選択的にエッチングされる。これにより、図７に示すように、凸部１３および凹部１２からなる凹凸構造１５が形成される。
圧力が高い場合には、イオンの材料への引き込みが弱くなり、より等方性が高いエッチングになる。このため、周期構造１４を成し、エッチング選択性が高い領域である改質部１１ａが、横方向にもエッチングされる。即ち、改質部１１ａとともに、改質部１１ａに近い部分の材料（改質部１１ｂ）もエッチングされる。これにより、図８に示すように、第一凹部１２ａと、この第一凹部１２ａの底部に周期的に配された微細な第二凸部１３ｂおよび第二凹部１２ｂとからなる凹凸構造１５が形成される。
また、ドライエッチングにおいて、凸部１３及び凹部１２の選択性を高めるたには、ＲＦパワーを小さくするなどしてプラズマ密度をできる限り小さくすることが好ましい。一方、ＲＦパワーを大きくするなどしてプラズマ密度を大きくすると、凸部１３及び凹部１２の選択性が小さくなる傾向になる。
一方、ドライエッチング法として等方性ドライエッチング法を用いることで、前記レーザー光Ｌが集光した焦点に近い領域に周期的に配された第一凹部１２ａと、この第一凹部１２ａの底部に周期的に配された微細な第二凹部１２ｂとを有する凹凸構造１５を形成する。
ドライエッチングの等方性が強い場合には、エッチング耐性の弱い領域（改質部１１ａ）がよりエッチングされやすく、かつエッチングが等方性を有するため、横方向へのエッチングが進行する。このため、上部から徐々に隣り合う凹部１２及び凸部１３が繋がり、改質部１１ａ及び改質部１１ａに近い部分の材料がエッチングされる。これにより、図８に示すように、レーザー光Ｌが集光した焦点に近い領域に周期的に配された第一凹部１２ａと、この第一凹部１２ａの底部に周期的に配された微細な第二凹部１２ｂとを有する凹凸構造１５が形成される。
ドライエッチングの等方性が強い場合には、エッチング耐性の弱い領域（改質部１１ａ）がよりエッチングされやすく、かつエッチングが等方性を有するため、横方向へのエッチングが進行する。このため、上部から徐々に隣り合う凹部１２及び凸部１３が繋がり、改質部１１ａ及び改質部１１ａに近い部分の材料がエッチングされる。これにより、図８に示すように、レーザー光Ｌが集光した焦点に近い領域に周期的に配された第一凹部１２ａと、この第一凹部１２ａの底部に周期的に配された微細な第二凹部１２ｂとを有する凹凸構造１５が形成される。
等方性エッチング法としては、例えば、バレル型プラズマエッチング、平行平板型プラズマエッチング、ダウンフロー型ケミカルドライエッチング、などの各種ドライエッチング方式を用いることができる。
以上のようにして、基板１０の表面に近い部分に周期的に配された凹部１２からなる凹凸構造１５を形成することができる。
以上のようにして、基板１０の表面に近い部分に周期的に配された凹部１２からなる凹凸構造１５を形成することができる。
図９は、本実施形態の基体１の一構成例を模式的に示す断面図である。
本実施形態の基体は、基板１０の表面に近い部分に周期的に配された凹部１２からなる凹凸構造１５を有する。
本実施形態の基体１は、基板１０の表面に近い部分に周期的に配された凹部１２からなる凹凸構造１５を有している。この凹部１２は、前述した本実施形態の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、本実施形態の基体は、高アスペクト比を有する凹凸構造１５からなる表面微細構造を備える。
このような高アスペクト比を有する凹凸構造１５からなる表面微細構造を備えた基体１は、様々なデバイスに用いることができる。
具体的な適用例の一つとして、回折格子などの光学素子が挙げられる。本発明の表面微細構造により、光の波長程度の周期で並んだ凹凸構造を実現し、回折格子とすることができる。その他の適用例としては、生体解析や化学合成用のナノ流路やナノチャンバ、細胞配向のための基板、ナノインプリントのテンプレートがある。本発明の表面微細構造の形成方法により、このような複雑な形状をマスクレスで容易に形成することができる。
本実施形態の基体は、基板１０の表面に近い部分に周期的に配された凹部１２からなる凹凸構造１５を有する。
本実施形態の基体１は、基板１０の表面に近い部分に周期的に配された凹部１２からなる凹凸構造１５を有している。この凹部１２は、前述した本実施形態の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、本実施形態の基体は、高アスペクト比を有する凹凸構造１５からなる表面微細構造を備える。
このような高アスペクト比を有する凹凸構造１５からなる表面微細構造を備えた基体１は、様々なデバイスに用いることができる。
具体的な適用例の一つとして、回折格子などの光学素子が挙げられる。本発明の表面微細構造により、光の波長程度の周期で並んだ凹凸構造を実現し、回折格子とすることができる。その他の適用例としては、生体解析や化学合成用のナノ流路やナノチャンバ、細胞配向のための基板、ナノインプリントのテンプレートがある。本発明の表面微細構造の形成方法により、このような複雑な形状をマスクレスで容易に形成することができる。
以上、本実施形態の表面微細構造の形成方法および表面微細構造を有する基体について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
本発明は、表面微細構造の形成方法およびこの表面微細構造を有する基体に広く適用可能である。
１ 基体
１０ 基板
１１ 改質部
１１ａ 第一改質部
１１ｂ 第二改質部
１２ 凹部
１２ａ 第一凹部
１２ｂ 第二凹部
１３ 凸部
１３ｂ 第二凸部
１４ 周期構造
１５ 凹凸構造
Ｌ レーザー光
１０ 基板
１１ 改質部
１１ａ 第一改質部
１１ｂ 第二改質部
１２ 凹部
１２ａ 第一凹部
１２ｂ 第二凹部
１３ 凸部
１３ｂ 第二凸部
１４ 周期構造
１５ 凹凸構造
Ｌ レーザー光
Claims (4)
- 加工適正値を有する基板を準備し；
前記基板の表面に近い部分に対して、前記基板の前記加工適正値に近い照射強度、又は加工適正値以上かつアブレーション閾値以下の照射強度で、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第一改質部と第二改質部とが周期的に配される周期構造を自己組織的に形成する第一の工程と；
前記周期構造が形成された前記基板の表面に対してエッチング処理を行うことにより、前記第一改質部を凹部とする凹凸構造を形成する第二の工程と；
を備え、
前記第一工程において、レーザー伝搬方向に対して平行方向に照射部が重なるように前記レーザー光を照射し、
前記第二工程において、前記エッチング処理として異方性ドライエッチング法を用いるとともに、エッチング時のプロセス圧力を変化させることで、前記凹部の形状を制御することを特徴とする表面微細構造の形成方法。 - 前記第一工程において、前記レーザー光として直線偏光レーザーを用いることにより、前記周期構造として、前記レーザー光の偏波方向に対して垂直に配された前記凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載の表面微細構造の形成方法。
- 前記第一工程において、前記レーザー光として円偏光レーザーを用いることにより、前記周期構造として、円偏波の回転方向に渦を巻いた形状を有する前記凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載の表面微細構造の形成方法。
- 前記第一工程において、前記レーザー光として円偏光レーザーを用いることにより、前記周期構造として、レーザー走査方向に対して斜めに配された前記凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載の表面微細構造の形成方法。
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