JP2011007837A - 回折格子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】断面形状が略正弦波形状の回折格子と、この回折格子を形成するに際し、溝の幅や深さが安定しており、断面形状が略正弦波形状の均一な回折格子を形成することができる回折格子の製造方法を提供する。
【解決手段】一方向に延びる複数の直線パターンが平行に配置され、直線パターンの延在方向に直交する方向の断面形状が矩形状のレジストパターンを第1の層上に形成し、レジストパターンをマスクとして第1の層を異方性エッチングして、断面形状がレジストパターンに対応する矩形状の溝を第1の層に形成した後、レジストパターンを除去し、溝が形成された第1の層をスパッタリングして、溝の断面を第1の順テーパーに加工し、第1の層上に第1の層と同組成物の第2の層を堆積し、第2の層をエッチバックして、第2の層の断面を半正弦波形状に形成し、第2の層をスパッタリングして、第2の層の、溝に対応する部分の断面を第1の順テーパーよりも緩やかな第2の順テーパーに加工する。
【選択図】図2
【解決手段】一方向に延びる複数の直線パターンが平行に配置され、直線パターンの延在方向に直交する方向の断面形状が矩形状のレジストパターンを第1の層上に形成し、レジストパターンをマスクとして第1の層を異方性エッチングして、断面形状がレジストパターンに対応する矩形状の溝を第1の層に形成した後、レジストパターンを除去し、溝が形成された第1の層をスパッタリングして、溝の断面を第1の順テーパーに加工し、第1の層上に第1の層と同組成物の第2の層を堆積し、第2の層をエッチバックして、第2の層の断面を半正弦波形状に形成し、第2の層をスパッタリングして、第2の層の、溝に対応する部分の断面を第1の順テーパーよりも緩やかな第2の順テーパーに加工する。
【選択図】図2
Description
本発明は、略正弦波形状の断面形状を持つ回折格子(グレーティング)およびその製造方法に関するものである。
回折格子は、光の回折現象を利用して特定の波長の光(回折光)を検出するものであり、例えば、平板上に微細な溝を一定の間隔で平行に形成することによって製造される。回折格子として、ブレーズ回折格子(のこぎり歯形形状)、ホログラフィック回折格子(正弦波形状)、ラミナー回折格子(矩形波形状)などの断面形状のものが知られている。これらの回折格子は、その断面形状に応じて以下のような特徴がある。
ブレーズ回折格子は、最も一般的な回折格子であり、ブレーズ角に応じてブレーズ波長(回折光の波長)が決定される。ブレーズ回折格子は、回折効率がよく、主に紫外から可視光域で使用される。
ホログラフィック回折格子は、ブレーズ格子より回折効率は劣るが、広い波長範囲で回折光が得られるため、広い波長範囲の測定や赤外波長での使用に適している。
ラミナー回折格子は、他の2つの回折格子に比べると、2次、4次等の偶数次数の回折効率が劣るが、軟X線領域での効率がよく、この領域で使用される。回折効率のピーク波長は、溝の本数だけでなく、溝の深さと、溝の幅と溝の間隔のデューティレシオとで決まる。
上記のように、各種断面形状の回折格子があるが、近赤外から赤外にかけて溝周期と波長が同程度になる共鳴領域の回折効率向上や、光学式エンコーダの分解能向上等のため、断面が正弦波形状の回折格子が望まれる。
ここで、本発明に関連性のある先行技術文献として、特許文献1〜3がある。
特許文献1には、光学ガラス基板に設けたフォトレジスト層にレジストパターンをホログラフィック露光法により刻線し、該レジストパターンが完全に消失するまでイオンビームでエッチングすることにより、光学ガラス基板上に回折格子溝を直接刻線してなるホログラフィックグレーティングを作成することが開示されている。
特許文献2には、基板に塗布したフォトレジストにホログラフィック露光を行い、溝断面形状を正弦波状にした後、イオンビーム加工を行い、溝断面形状が正弦半波状の回折格子を作成することが開示されている。
特許文献3には、露光後にベーキングでレジストを正弦波形状に軟化させた後にプラズマエッチングを行うことが開示されている。
しかし、例えば、ホログラフィックグレーティングを改善するという特許文献2の場合、ホログラフィック露光したレジスト形状は正弦半波状であり、これをイオンビームエッチングすると、レジストがテーパー化しているほど、また、イオンビームエネルギーが強い領域ほどエッチング形状がテーパー化する(エッチングが浅くなる)ため、均一な回折格子の作製が難しい。
また、特許文献2の場合、レジストのパターニングを低露光量で行うため、形成される溝の幅や深さが不安定になり、続くプラズマエッチングでレジスト残膜が薄い部分が過剰に削り取られるなどして、同様に均一な回折格子を形成することができない。
本発明の目的は、断面形状が略正弦波形状の回折格子と、この回折格子を形成するに際し、溝の幅や深さが安定しており、断面形状が略正弦波形状の均一な回折格子を形成することができる回折格子の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、一方向に延びる複数の溝が平行に形成され、前記溝の延在方向に直交する方向の断面が第1の順テーパーに加工された第1の層と、
前記溝が形成された第1の層上に被覆された、前記第1の層と同組成物の第2の層とを備え、
前記第2の層の、前記溝に対応する部分の断面が、前記第1の順テーパーよりも緩やかな第2の順テーパーに加工されていることを特徴とする回折格子を提供するものである。
前記溝が形成された第1の層上に被覆された、前記第1の層と同組成物の第2の層とを備え、
前記第2の層の、前記溝に対応する部分の断面が、前記第1の順テーパーよりも緩やかな第2の順テーパーに加工されていることを特徴とする回折格子を提供するものである。
また、本発明は、フォトリソグラフィ工程により、一方向に延びる複数の直線パターンが平行に配置され、前記直線パターンの延在方向に直交する方向の断面形状が矩形状のレジストパターンを第1の層上に形成し、
前記レジストパターンをマスクとして前記第1の層を異方性エッチングして、断面形状が前記レジストパターンに対応する矩形状の溝を前記第1の層に形成した後、前記レジストパターンを除去し、
前記溝が形成された第1の層をスパッタリングして、前記溝の断面を第1の順テーパーに加工し、
前記第1の層上に該第1の層と同組成物の第2の層を堆積し、
前記第2の層をエッチバックして、前記第2の層の断面を半正弦波形状に形成し、
前記第2の層をスパッタリングして、該第2の層の、前記溝に対応する部分の断面を前記第1の順テーパーよりも緩やかな第2の順テーパーに加工することを特徴とする回折格子の製造方法を提供する。
前記レジストパターンをマスクとして前記第1の層を異方性エッチングして、断面形状が前記レジストパターンに対応する矩形状の溝を前記第1の層に形成した後、前記レジストパターンを除去し、
前記溝が形成された第1の層をスパッタリングして、前記溝の断面を第1の順テーパーに加工し、
前記第1の層上に該第1の層と同組成物の第2の層を堆積し、
前記第2の層をエッチバックして、前記第2の層の断面を半正弦波形状に形成し、
前記第2の層をスパッタリングして、該第2の層の、前記溝に対応する部分の断面を前記第1の順テーパーよりも緩やかな第2の順テーパーに加工することを特徴とする回折格子の製造方法を提供する。
本発明によれば、ホログラフィック露光に伴うレジスト形状変動や、それによる回折格子の溝と山の幅のデューティ比や溝深さの不安定性を回避しつつ、断面形状が略正弦波形状の均一な回折格子を作製することができる。
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の回折格子およびその製造方法を詳細に説明する。
図1は、本発明の回折格子の構造を表す一実施形態の断面図である。同図に示す回折格子10は、基板12と、基板12の上に形成された第1の層14と、第1の層14の上に形成された第2の層16とによって構成されている。
ここで、基板12は、その上に第1の層14を成膜するための基台となるものである。基板12は、その上に第1の層14を成膜できるものであれば、その材質は限定されず、例えば、シリコン基板等を用いることができる。
第1の層14には、一方向(図1の場合、紙面に垂直な方向)に延びる複数の溝18(言い換えると、複数の山20)が平行に形成されている。また、第1の層14の、溝18の延在方向に直交する方向(紙面に水平な方向)の断面は第1の順テーパーに加工されている。第1の層14は、基板12の上に成膜できる絶縁膜であれば、その材質は限定されず、例えば、酸化膜や窒化膜等が利用できる。また、複数の膜を堆積して第1の層14を構成してもよいし、基板12を第1の層14として使用してもよい。
第2の層16は、第1の層14の上に被覆されている。第2の層には、第1の層の溝18に対応する位置に、一方向に延びる複数の溝18bが平行に形成されている。また、第2の層16の、溝18bの延在方向に直交する方向の断面は第1の順テーパーよりも緩やかな第2の順テーパーに加工されている。これにより、第2の層16の断面形状は、略三角波〜略正弦波の形状に形成されている。第2の層16は、第1の層14の上に成膜できる絶縁膜であり、例えば、第1の層14と同組成物の膜が利用できる。
なお、溝(スペース)18および山(ライン)20の幅、山20と溝18の比率(ライン/スペース)、溝18の深さ(山20の高さ)等は、回折格子10の用途に応じて適宜決定される。
次に、図2を参照しながら、図1に示す回折格子10の製造方法を説明する。
ここでは、基板12の上に、第1の層14が既に成膜されているものとする。
ここでは、基板12の上に、第1の層14が既に成膜されているものとする。
まず、図2(A)に示すように、第1の層14の上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ工程により、塗布したレジストをパターニングする。これにより、一方向に延びる複数の直線パターンが一定の間隔を離して平行に配置され、各々の直線パターンの延在方向に直交する方向の断面形状が矩形状のレジストパターン22を第1の層14の上に形成する。
続いて、図2(B)に示すように、レジストパターン22をマスクとして、第1の層14を異方性エッチングする。これにより、一方向(つまり、直線パターンの延在方向)に延在し、断面形状がレジストパターン22に対応する矩形状の溝18を第1の層14に形成する。その後、レジストパターン22を剥離除去する。
続いて、図2(C)に示すように、第1の層14の溝18の側壁部分(特に、その上コーナー部)をスパッタリングして、第1の層14の溝18の断面を第1の順テーパー24に加工する。
続いて、図2(D)に示すように、第1の層14の上に、第1の層14と同組成物の第2の層16を追加堆積(追加成膜)し、これを全面エッチバックする。これにより、図2(E)に示すように、第2の層16の断面形状は、正弦半波状に形成される。
最後に、図2(F)に示すように、第2の層16の溝18bの側壁部分をスパッタリングして、第2の層16の溝18bの断面を、第1の順テーパーよりも緩やかな第2の順テーパー26に加工する。これにより、第2の層16の断面形状は、略三角波〜略正弦波の形状に形成される。以上の工程により、断面形状が略正弦波形状の回折格子10を製造することができる。
上記回折格子10の製造方法は、従来のように、形状制御が難しい正弦波形状のレジストパターンを基板に転写するのではないため、高精度で耐久性のある回折格子を作製することができる。これにより、ホログラフィック露光に伴うレジスト形状変動や、それによる回折格子の溝と山の幅のデューティ比や溝深さの不安定性を回避しつつ、均一な回折格子を作製することができる。
なお、被エッチング材料に直接グレーティングを形成する方法を示したが、これを母型とすれば、溝が順テーパーであるため離形剤のカバレッジに優れ、基板との接触角が垂直になる正弦半波状より剥離時の破損が生じにくい、などの効果を奏する。また、第1の層および第2の層の堆積、第1の層の異方性エッチング、第1の層および第2の層のスパッタリング、第2の層のエッチバック等を行うための手段および方法は何ら制限されず、同等の作用が得られるものが利用可能である。
まず、プラズマCVD法により、基板の上に、第1の層となるプラズマ窒化シリコン膜SiNを500nm堆積した。
続いて、スピンコート法により、第1の層の上に約1000nmのフォトレジストを回転塗布した後、フォトリソグラフィ工程により、ライン/スペース=600/300nmのレジストパターンを形成した。
続いて、マイクロ波プラズマエッチング装置により、CF4/Ar=50/250sccm、圧力1.8Pa、マイクロ波800W、RFバイアス75Wの条件で、レジストパターンをマスクとして第1の層を異方性エッチングし、矩形の溝を形成した。
その後、マイクロ波プラズマアッシャーにより、エッチング済みのレジストパターンを灰化し、剥離除去するとともに、硫酸+過酸化水素水でウェハを洗浄し、アッシング残渣を除去した。
続いて、平行平板型エッチャーにより、Ar=1000sccm、圧力133Pa、RFパワー750Wの条件で放電を約180秒間行って、第1の層の溝の側壁部分(特に、その上コーナー部)をスパッタリングして、第1の層の溝の断面を第1の順テーパーに加工した。
続いて、プラズマCVD法により、第1の層の上に、第2の層となるプラズマシリコン窒化膜SiNを500nm追加堆積し、平行平板型エッチャーにより、CHF3/O2=70/30sccm、圧力25Pa、RFパワー300Wの条件で、第2の層をエッチバックした。エッチバック後の基板(第2の層)の断面形状は、図3に示すように、正弦半波状となっていた。
その後、マイクロ波プラズマアッシャーおよび硫酸+過酸化水素水でエッチング後のウェハ表面を清浄化した。
続いて、平行平板型エッチャーにより、Ar=1000sccm、圧力133Pa、RFパワー750Wの条件で放電を約30秒間行って、第2の層の溝の側壁部分をスパッタリングして、第2の層の溝の断面を第1の順テーパーよりも緩やかな第2の順テーパーに加工した。テーパー加工後の基板(第2の層)の断面形状は、図4に示すように、略三角波〜略正弦波の形状となっていた。
上記の実施例から、本発明を適用することにより、略三角波〜略正弦波の断面形状を持つ回折格子を製造できることが実証できた。
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
10 回折格子
12 基板
14 第1の層
16 第2の層
18、18b 溝
20 山
22 レジストパターン
24 第1の順テーパー
26 第2の順テーパー
12 基板
14 第1の層
16 第2の層
18、18b 溝
20 山
22 レジストパターン
24 第1の順テーパー
26 第2の順テーパー
Claims (2)
- 一方向に延びる複数の溝が平行に形成され、前記溝の延在方向に直交する方向の断面が第1の順テーパーに加工された第1の層と、
前記溝が形成された第1の層上に被覆された、前記第1の層と同組成物の第2の層とを備え、
前記第2の層の、前記溝に対応する部分の断面が、前記第1の順テーパーよりも緩やかな第2の順テーパーに加工されていることを特徴とする回折格子。 - フォトリソグラフィ工程により、一方向に延びる複数の直線パターンが平行に配置され、前記直線パターンの延在方向に直交する方向の断面形状が矩形状のレジストパターンを第1の層上に形成し、
前記レジストパターンをマスクとして前記第1の層を異方性エッチングして、断面形状が前記レジストパターンに対応する矩形状の溝を前記第1の層に形成した後、前記レジストパターンを除去し、
前記溝が形成された第1の層をスパッタリングして、前記溝の断面を第1の順テーパーに加工し、
前記第1の層上に該第1の層と同組成物の第2の層を堆積し、
前記第2の層をエッチバックして、前記第2の層の断面を半正弦波形状に形成し、
前記第2の層をスパッタリングして、該第2の層の、前記溝に対応する部分の断面を前記第1の順テーパーよりも緩やかな第2の順テーパーに加工することを特徴とする回折格子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009148394A JP2011007837A (ja) | 2009-06-23 | 2009-06-23 | 回折格子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2009148394A JP2011007837A (ja) | 2009-06-23 | 2009-06-23 | 回折格子およびその製造方法 |
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JP2009148394A Withdrawn JP2011007837A (ja) | 2009-06-23 | 2009-06-23 | 回折格子およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2013153999A1 (ja) * | 2012-04-09 | 2015-12-17 | ソニー株式会社 | 半導体レーザ装置組立体 |
US20160154309A1 (en) * | 2014-12-02 | 2016-06-02 | Ushio Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing structure on substrate |
-
2009
- 2009-06-23 JP JP2009148394A patent/JP2011007837A/ja not_active Withdrawn
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