(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス幅がフェムト秒オーダーのレーザを用いたレーザーアブレーションによる薄膜形成法により、Ｓｉ基板上にマイクロサイズ領域で位置選択的に形成したポリシラン薄膜を、溶解雰囲気中に暴露することにより、前記膜表面の平坦化及び内部構造を均一化することを特徴とする化学スムージング法。
【請求項２】
請求項１記載の化学スムージング法により作製されたことを特徴とするデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可溶性を有する材料を溶解雰囲気に暴露することにより、従来困難とされてきた材料表面の平坦化並びに内部構造の均一化を行うことが可能な材料の化学スムージング法及びデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々のマイクロ電子・光デバイスが創出される中、これらデバイスの小型化・高性能化・高機能化が今後の重要課題の一つである。材料、特に薄膜化された電子・光材料を、物理的或いは化学的に高品質に形成することが、小型化・高性能化・高機能化の鍵を握ると考えられている。そこで、材料の表面及び内部構造をいかに平坦に、かつ均一に形成できるかに、これまで多くの努力が払われていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、従来より光デバイスを含む各種デバイスの材料の表面平坦化並びに内部構造の均一化により、物理的或いは化学的に高品質の材料を形成できる処理方法の確立が望まれていた。
【０００４】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、可溶性を有する材料を、溶解雰囲気に暴露することにより、材料表面を平坦化並びに内部構造を均一化させることを可能とした化学スムージング法及びデバイスを提供することを目的とする。
【０００５】
本発明のその他の目的や新規の特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１記載の化学スムージング法は、パルス幅がフェムト秒オーダーのレーザを用いたレーザーアブレーションによる薄膜形成法により、Ｓｉ基板上にマイクロサイズ領域で位置選択的に形成したポリシラン薄膜を、溶解雰囲気中に暴露することにより、前記膜表面の平坦化及び内部構造を均一化することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載のデバイスは、請求項１記載の化学スムージング法により作製されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の化学スムージング法によれば、可溶性を有する材料を、溶解雰囲気に暴露するだけで、材料の表面を平坦化並びに内部構造を均一化させることができるため、物理的或いは化学的に高品質の材料を形成することができる。また、本発明の化学スムージング法を用いることで、エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、フォトニクス或いはバイオ/ メディカル等の種々の分野におけるデバイス作製の基盤技術として利用可能であるなど、小型・高性能・高機能化マイクロ/ ナノ電子・光デバイス作製のための必要不可欠な技術となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る化学スムージング法及びデバイスを実施するための最良の形態について、添付する図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明に係る化学スムージング法の構成を説明するための概略構成図であり、図２（ａ）、（ｂ）は本発明に係る化学スムージング法による化学スムージング前後の材料表面の走査電子顕微鏡写真であり、図３は本発明に係る化学スムージング法による暴露時間毎の材料断面の走査電子顕微鏡写真であり、図４は本発明に係る化学スムージング法における溶解雰囲気への暴露時間とそれによるポリシラン薄膜の表面粗さとの関係を示す説明図であり、図５は本発明に係る化学スムージング法における溶解雰囲気への暴露時間とそれによるポリシラン薄膜の膜厚との関係を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）はマイクロサイズ領域に形成されたポリシラン薄膜の走査電子顕微鏡写真である。
【００１５】
本発明の化学スムージング法は、可溶性を有する材料を、その材料が溶解する溶解雰囲気中に暴露することにより、材料の表面平坦化並びに内部構造均一化を行うことで、物理的或いは化学的に高品質な材料を形成するものである。
【００１６】
まず、図１を参照しながら、本発明に係る化学スムージング法について説明する。図１は、本例の化学スムージング法を実施するための実験構成例であり、材料１としてレーザアブレーションによる薄膜形成（pulsed laser deposition ：ＰＬＤ）法によりＳｉ基体２上に形成したポリシラン（polysilane）薄膜を、溶解雰囲気３としてトルエン４が蒸発することにより生成するトルエン蒸気を用いた例である。
【００１７】
具体的に説明すると、まず、ビーカー５内にトルエン４を入れ、カバー６で封じる。このカバー４の裏面には、材料としてＳｉ基体２上に形成したポリシラン薄膜１が設置されている。そして、このポリシラン薄膜１は、ビーカー５内でトルエン４が蒸発することで生成するトルエン蒸気３に暴露されることにより、ポリシラン薄膜１の表面平坦化並びに内部構造均一化が化学的に誘起される。
【００１８】
なお、上述した形態では、材料１としてＳｉ基体２上に形成したポリシラン薄膜１を、溶解雰囲気２としてビーカー５内のトルエン４を蒸発させたトルエン蒸気３を用いた例で説明したが、これに限定されることはなく、材料１が可溶性であり、且つ選択された材料１を溶解可能な溶解雰囲気２であれば、その材料１や溶解雰囲気２の種類や組み合わせ等は使用目的に応じて適宜選択可能である。
【００１９】
また、溶解雰囲気２は、上述したようにトルエン等の溶液を蒸発させて生成した溶解雰囲気２を用いた例で説明したが、これに限定されることはなく、例えば固体を昇華させた際の気体や溶解性を有する気体等を溶解雰囲気２として使用し、この溶解雰囲気２に対して材料１を暴露することで、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００２０】
このように、本発明の化学スムージング法によれば、可溶性を有する材料１を、溶解雰囲気２に暴露することにより、従来困難とされてきた材料１の表面平坦化並びに内部構造の均一化を容易に、且つ確実に行うことができる。これにより、物理的或いは化学的に高品質の材料１を形成することができる。
【００２１】
また、本発明の化学スムージング法により処理された材料１は、その膜厚、化学組成及び化学結合状態が著しく変化することなく、高品質な材料１を形成することができる。さらに、本発明の化学スムージング法では、大面積の材料のみならず、任意の基体上にミクロンオーダーで位置選択的に形成された微小膜でも適用可能であるため、様々な分野において実施可能である。
【００２２】
以下、上述した化学スムージング法により作製したデバイスについて、実施例に基づき説明する。なお、下記の各実施例は、本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２３】
〔実施例〕
図１の実施形態と同様の構成で実施し、ビーカー５は１００ｍｌ用のものを用い、その中に純度９９．５％のトルエン４を約２０ｍｌ入れた。材料１は、波長１．３μｍの光パラメトリック増幅フェムト秒レーザーを用いたＰＬＤ法によって、Ｓｉ基体２上にポリシラン薄膜１を室温で形成した。レーザーのパルスエネルギーは約５０μＪ、フルエンスは約１Ｊ／ｃｍ2 ／Ｐｕｌｓｅであった。また、パルス繰り返し周波数は１ｋＨｚとした。レーザー照射時間は６０分であった。溶解雰囲気２であるトルエン蒸気３への暴露時間は０〜５０分の範囲で変化させた。
【００２４】
図２は、化学スムージング前後の材料１表面の走査電子顕微鏡写真である。溶解雰囲気２であるトルエン蒸気３への暴露前（ａ）には、ポリシラン薄膜１に多くのドロップレットが見られるが、暴露３０分後（ｂ）ではポリシラン薄膜１が極めて平坦な膜になっていることがわかった。
【００２５】
図３は、溶解雰囲気２への暴露時間毎の材料１断面の走査電子顕微鏡写真である。溶解雰囲気２であるトルエン蒸気３への暴露前（０ｍｉｎ）には、ポリシラン薄膜１に多くのドロップレットが混入しているため内部構造が不均一であるが、（１０ｍｉｎ）、（２０ｍｉｎ）と暴露時間が経過する毎に徐々にその表面や膜内部がスムージングされ、暴露３０分後（３０ｍｉｎ）には、ポリシラン薄膜１の膜表面のみならず膜内部も完全にスムージングされていることが明らかとなった。
【００２６】
図４は、溶解雰囲気２であるトルエン蒸気３への暴露時間を０、５、１０、１５、２０、３０及び５０分としたときの、ポリシラン薄膜１にの表面粗さの変化を示している。暴露時間が５分のとき、すでに膜の表面粗さは減少し始めていることがわかる。そして暴露後１０分が経過すると、その表面は平坦になった。さらに５０分まで暴露しても、その平坦性に顕著な変化は見られなかった。従って、ポリシラン薄膜１のトルエン蒸気３への暴露時間を２０〜５０分とすると、平均表面粗さを約６０〜７０ｎｍまで平坦にできることが明らかとなった。
【００２７】
図５は、溶解雰囲気２であるトルエン蒸気３への暴露による、ポリシラン薄膜１の膜厚の変化を示している。５μｍの膜厚のポリシラン薄膜１を用いた場合、５分の暴露後、約４μｍとなることがわかった。そして、その膜厚は、５０分の暴露を行っても変化しなかった。従って、本発明の化学スムージング法では、著しい膜厚変化も起こらないことが明らかとなった。
【００２８】
図６は、マイクロサイズ領域に形成したポリシラン薄膜１の走査電子顕微鏡写真である。図６（ａ）に示すように、マイクロサイズ領域へ形成したポリシラン薄膜１においても膜の表面粗さは粗いが、図６（ｂ）に示すように、溶解雰囲気２であるトルエン蒸気３へ３０分暴露することにより、ポリシラン薄膜１が化学スムージングされていることがわかる。
【００２９】
そして、上記実施例における化学スムージング法前後の材料１を、フーリエ変換赤外分光分析により測定した結果、各材料１の化学組成並びに化学結合状態の著しい変化は認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の化学スムージング法によって作製されるデバイスは、従来困難とされてきた材料の表面平坦化並びに内部構造の均一化が物理的に或いは化学的に可能となるため、例えばオプトエレクトロニクス、フォトニクス、バイオ/ メディカル或いは福祉工学分野でのデバイス作製に適用可能になるなど、その用途は電気、電子のみならず、あらゆる分野で有用である。
【００３１】
以上、本願発明における最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る化学スムージング法の構成を説明するための概略構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）  本発明に係る化学スムージング法による化学スムージング前後の材料表面の走査電子顕微鏡写真である。
【図３】本発明に係る化学スムージング法による暴露時間毎の試料断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明に係る化学スムージング法における溶解雰囲気への暴露時間とそれによるポリシラン薄膜の表面粗さとの関係を示す説明図である。
【図５】本発明に係る化学スムージング法における溶解雰囲気への暴露時間とそれによるポリシラン薄膜の膜厚との関係を示す説明図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）  本発明に係る化学スムージング法による化学スムージング前後のマイクロサイズ領域に形成されたポリシラン薄膜の走査電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００３３】
１  材料（ポリシラン薄膜）
２  Ｓｉ基体
３  溶解雰囲気（トルエン蒸気）
４  トルエン
５  ビーカー
６  カバー
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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