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引言
本研究发现，当在空气下照射单晶硅片时，在扫描区域附近产生焊接沉积，用XPS方法分析了扫描区域附近微焊接沉积的化学元素组成，发现其由一种二氧化硅组成。将辐照晶片浸泡在氟化氢中，去除扫描区域附近的沉积部分，得到宽度小于4μm的尖锐凹槽。本研究中使用的皮秒UV激光可以对硅进行微细加工，但是，由于伴随加工的加热、熔化、蒸发等现象，自由的微细加工很困难。本研究的目的是通过实际对硅晶圆进行激光加工，通过AFM观察加工表面以及通过XPS进行元素分析，阐明加工机构，使高精度的槽加工成为可能。
实验
使用的激光的最大输出功率为4W，频率为80MHz，脉冲宽度为15ps，波长为355nm.图1显示了光学系统的配置。
图1
在图1的平台上放置面方位（100）的硅晶圆，如图2所示，向起点照射激光，一边腾出20μm的宽度，一边扫描数条长度为3000μm的线。另外，通过激光照射，使用AFM，XPS分析了形状和表面元素组成的变化等。加工条件为能量0.15 mJ/cm2，扫描速度3000μm/s。图3(a)的白色部分为激光照射痕迹。(b)为线段AB的剖面图。由此可知，在AFM的观察图像中，激光扫描痕迹比照射前最大隆起约800nm。
图4表示的是用XPS对激光隆起的部分进行元素分析的光谱。纵轴是一秒内通过的电子数，横轴是结合能量。在此，将得到的光谱形状与一般化的元素的光谱形状进行比较，寻找一致的光谱形状，其结果与图5的SiO2的光谱形状非常相似。因此可以认为堆积物的成分是SiO2。
图4
从目前为止的实验结果可以看出，仅通过大气中的激光照射，对硅进行凹槽加工是很困难的。因此，将激光照射的硅晶圆进一步浸入氢氟酸中，通过湿法蚀刻除去堆积物（SIO2）的实验。将刚才用激光照射的硅晶圆浸入浓度为20%的氢氟酸中380min，用AFM再次进行了观察。这是除去堆积的SiO2所需的足够的浓度和时间。另外，以100μm/s的扫描速度使能量发生变化，制作了几个激光加工的硅晶圆。同样，在浓度为20%的氢氟酸中380min，用AFM调查了沟深和沟宽。
结果
图6(a)为能量0.15 mJ/cm2， 将以扫描速度3000μm/s加工的晶圆浸入氢氟酸后， 用AFM观察的。(b)是线段AB的剖面图。除去隆起的部分，确认形成了宽度为3.82μm，深度约为1.5μm的沟。图7是在扫描速度100μm/s下，一边改变能量，一边进行激光加工，之后进行氢氟酸处理，得到能量和沟深度关系的图表。图8是在扫描速度100μm/s下，能量和氢氟酸处理后的沟宽的图表。从实验中，即使使能量发生变化，沟宽也没有大的变化。此时的沟宽约为8μm.通过使能量变大，可以确认深度方向的加工效率上升。另外，扫描速度为扫描速度100μm/s，可以确认深度方向的加工效率上升。另外，扫描速度为扫描速度100μm/s，可以确认深度方向的加工效率上升。
在本研究中，通过XPS通过皮秒UV激光形成的堆积物是SiO2.另外，通过氢氟酸的蚀刻得到了沟，SiO2持续到了一定程度的深度。结果，对硅的激光加工中，在激光照射的瞬间达到了一定程度的深度，硅的结合被切断并飞散(a)。下一个瞬间，浮游的Si原子与氧原子结合形成堆积物(b)。根据本研究，通过皮秒UV激光在单晶硅晶圆上堆积了SiO2.之后，在利用氢氟酸进行微槽加工的本实验中，成功形成了宽度4μm以下的微槽，通过更快的扫描速度和更大的通量，可以进行高长宽比的微槽加工。