JP2639297B2 - ＳｉＣブレーズド型回折格子の製造方法 - Google Patents
ＳｉＣブレーズド型回折格子の製造方法Info
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- JP2639297B2 JP2639297B2 JP35504492A JP35504492A JP2639297B2 JP 2639297 B2 JP2639297 B2 JP 2639297B2 JP 35504492 A JP35504492 A JP 35504492A JP 35504492 A JP35504492 A JP 35504492A JP 2639297 B2 JP2639297 B2 JP 2639297B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＳｉＣ（シリコンカー
バイド）上に直接刻線を行なうブレーズド型回折格子の
製造方法に関する。
バイド）上に直接刻線を行なうブレーズド型回折格子の
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シンクロトロン放射光（ＳＲ光）や短波
長・高出力レーザ用の回折格子としては、これらの高エ
ネルギー放射による温度上昇に対して比較的高温まで安
定であり、かつ、熱伝導率が高いために冷却効率の良い
ＳｉＣ回折格子が理想的とされている。しかし、イオン
ビーム法等のドライエッチングによりＳｉＣ基板に直
接、回折格子パターンを刻線しようとしても、ＳｉＣ基
板よりもレジストの方がより速くエッチングされてしま
うため、ＳｉＣ基板に直接回折格子パターンを形成する
ことは困難であった。そこで、従来は、図４に示すよう
に、ＳｉＣ基板４０上にＡｕ（金）等の柔らかい金属４
１をコーティングし、その金属層４１にルーリングエン
ジン等により機械的にグレーティング溝を彫るという方
法で回折格子を製作していた。
長・高出力レーザ用の回折格子としては、これらの高エ
ネルギー放射による温度上昇に対して比較的高温まで安
定であり、かつ、熱伝導率が高いために冷却効率の良い
ＳｉＣ回折格子が理想的とされている。しかし、イオン
ビーム法等のドライエッチングによりＳｉＣ基板に直
接、回折格子パターンを刻線しようとしても、ＳｉＣ基
板よりもレジストの方がより速くエッチングされてしま
うため、ＳｉＣ基板に直接回折格子パターンを形成する
ことは困難であった。そこで、従来は、図４に示すよう
に、ＳｉＣ基板４０上にＡｕ（金）等の柔らかい金属４
１をコーティングし、その金属層４１にルーリングエン
ジン等により機械的にグレーティング溝を彫るという方
法で回折格子を製作していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の回折格子は
ＳｉＣを基板４０としているとはいえ、回折を行うＳＲ
光やレーザの出力が非常に大きい場合には、温度上昇の
ためにＳｉＣ基板４０と金属層４１との熱膨張率の差に
よる歪や基板−金属層間の剥離が発生し、精度が出なく
なったり使用不能になるという問題があった。
ＳｉＣを基板４０としているとはいえ、回折を行うＳＲ
光やレーザの出力が非常に大きい場合には、温度上昇の
ためにＳｉＣ基板４０と金属層４１との熱膨張率の差に
よる歪や基板−金属層間の剥離が発生し、精度が出なく
なったり使用不能になるという問題があった。
【０００４】このような不都合を避けるためにＳｉＣ基
板のみで回折格子を構成しようとすると、ＳｉＣ基板に
直接グレーティング溝を刻線する必要があるが、ＳｉＣ
に対しては、機械的な刻線はもちろん、上記の通りパタ
ーンエッチングも困難であった。これを詳しく述べる
と、一般にセラミック基板をドライエッチングする場合
には、その基板物質に対して反応性のガスを用いてＲＩ
Ｅ（反応性イオンエッチング）やＲＩＢＥ（反応性イオ
ンビームエッチング）を行うのが効果的であるが、Ｓｉ
Ｃの場合には、ＣＦ４、ＣＨＦ３等の反応性のガスを用
いても、ＳｉＣに対するエッチング速度よりもパターン
を形成するためのレジストの方のエッチング速度の方が
大きい。このため、特にブレーズド型の回折格子ではグ
レーティング溝の断面形状を理想的な鋸歯形状にするこ
とか困難であった。
板のみで回折格子を構成しようとすると、ＳｉＣ基板に
直接グレーティング溝を刻線する必要があるが、ＳｉＣ
に対しては、機械的な刻線はもちろん、上記の通りパタ
ーンエッチングも困難であった。これを詳しく述べる
と、一般にセラミック基板をドライエッチングする場合
には、その基板物質に対して反応性のガスを用いてＲＩ
Ｅ（反応性イオンエッチング）やＲＩＢＥ（反応性イオ
ンビームエッチング）を行うのが効果的であるが、Ｓｉ
Ｃの場合には、ＣＦ４、ＣＨＦ３等の反応性のガスを用
いても、ＳｉＣに対するエッチング速度よりもパターン
を形成するためのレジストの方のエッチング速度の方が
大きい。このため、特にブレーズド型の回折格子ではグ
レーティング溝の断面形状を理想的な鋸歯形状にするこ
とか困難であった。
【０００５】なお、ＳｉＣ基板に直接エッチングを行う
方法として、高出力のＳＲ光をガス雰囲気中で照射する
という方法が提案されている（応用物理学会 平成２年
春季講演大会予稿集ｐ．５００）が、この方法を実施す
ることができるのは世界に数カ所しかないシンクロトロ
ン施設のみであり、工業的に利用することは困難であ
る。このようなことより本発明は、工業的に実施可能な
方法でＳｉＣに直接、回折格子等のエッチングを行うこ
とのできる方法を提供することを目的とする。
方法として、高出力のＳＲ光をガス雰囲気中で照射する
という方法が提案されている（応用物理学会 平成２年
春季講演大会予稿集ｐ．５００）が、この方法を実施す
ることができるのは世界に数カ所しかないシンクロトロ
ン施設のみであり、工業的に利用することは困難であ
る。このようなことより本発明は、工業的に実施可能な
方法でＳｉＣに直接、回折格子等のエッチングを行うこ
とのできる方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係るＳｉＣブレーズド型回折格子製
造方法は、ＳｉＣ基板上に平行線状の回折格子パターン
を有するレジストマスクをデポジットし、（ＣＣｌ2Ｆ2
＋Ａｒ）に対するＡｒの分圧比を５５〜８５％としたＣ
Ｃｌ2Ｆ2とＡｒとの混合ガスから生成される反応性イオ
ンビームを、平行線に垂直で、かつ、基板の法線に対し
て傾斜した方向から照射することにより該ＳｉＣ基板を
断面鋸歯状にエッチングするというものである。
に成された本発明に係るＳｉＣブレーズド型回折格子製
造方法は、ＳｉＣ基板上に平行線状の回折格子パターン
を有するレジストマスクをデポジットし、（ＣＣｌ2Ｆ2
＋Ａｒ）に対するＡｒの分圧比を５５〜８５％としたＣ
Ｃｌ2Ｆ2とＡｒとの混合ガスから生成される反応性イオ
ンビームを、平行線に垂直で、かつ、基板の法線に対し
て傾斜した方向から照射することにより該ＳｉＣ基板を
断面鋸歯状にエッチングするというものである。
【０００７】
【作用】図１に、各種組成比を有する（ＣＣｌ２Ｆ２＋
Ａｒ）混合ガスを用いて反応性イオンビームエッチング
を行なった場合の、混合ガス中のＡｒ含有量と、イオン
電流密度で規格化したフォトレジスト（ここでは、東京
応化社製ＯＦＰＲ５０００を用いた）及びＳｉＣのエッ
チング速度との関係を示す。図１に示される通り、ＣＣ
ｌ２Ｆ２のみの場合（［Ａｒ／（ＣＣｌ２Ｆ２＋Ａ
ｒ）］＝０％）、或いはＡｒのみの場合（［Ａｒ／（Ｃ
Ｃｌ２Ｆ２＋Ａｒ）］＝１００％）には、レジストのエ
ッチング速度はＳｉＣの倍以上となっている。すなわ
ち、このような条件の下では、エッチングの目的物であ
るＳｉＣはほとんどエッチングされない一方、レジスト
の方がその倍以上の速度でどんどんエッチングされてゆ
くという状態となる。これは、ＳｉＣのパターンエッチ
ングを行なう場合に、生産能率が悪いとともに、斜辺の
反対側の面の角度がゆるくなり、正確な断面形状を得る
ことができないという問題がある。このような現象は、
ＳｉＣに対して反応性イオンエッチングや反応性イオン
ビームエッチングを行なう場合には、他のフォトレジス
ト材料を用いても同様に生じる。
Ａｒ）混合ガスを用いて反応性イオンビームエッチング
を行なった場合の、混合ガス中のＡｒ含有量と、イオン
電流密度で規格化したフォトレジスト（ここでは、東京
応化社製ＯＦＰＲ５０００を用いた）及びＳｉＣのエッ
チング速度との関係を示す。図１に示される通り、ＣＣ
ｌ２Ｆ２のみの場合（［Ａｒ／（ＣＣｌ２Ｆ２＋Ａ
ｒ）］＝０％）、或いはＡｒのみの場合（［Ａｒ／（Ｃ
Ｃｌ２Ｆ２＋Ａｒ）］＝１００％）には、レジストのエ
ッチング速度はＳｉＣの倍以上となっている。すなわ
ち、このような条件の下では、エッチングの目的物であ
るＳｉＣはほとんどエッチングされない一方、レジスト
の方がその倍以上の速度でどんどんエッチングされてゆ
くという状態となる。これは、ＳｉＣのパターンエッチ
ングを行なう場合に、生産能率が悪いとともに、斜辺の
反対側の面の角度がゆるくなり、正確な断面形状を得る
ことができないという問題がある。このような現象は、
ＳｉＣに対して反応性イオンエッチングや反応性イオン
ビームエッチングを行なう場合には、他のフォトレジス
ト材料を用いても同様に生じる。
【０００８】それに対し、［Ａｒ／（ＣＣｌ2Ｆ2＋Ａ
ｒ）］が５５〜８５％の範囲にあるときには、ＳｉＣの
エッチング速度が特異的に大きくなり、レジストのエッ
チング速度とほぼ同等程度になる。従って、選択比
（［ＳｉＣのエッチング速度］／［レジストのエッチン
グ速度］）も図２に示すように、それ以外の範囲では
０．５以下であるのに対し、この範囲ではほぼ１に近い
値となる。そこで、このような条件の下で反応性イオン
を基板の斜方から照射し、エッチングを行なうことによ
り、ＳｉＣ基板上に直接、ブレーズド型回折格子を高速
に、しかも、断面形状が正確に所期の形状通りの鋸歯状
になるように、刻線することができる。
ｒ）］が５５〜８５％の範囲にあるときには、ＳｉＣの
エッチング速度が特異的に大きくなり、レジストのエッ
チング速度とほぼ同等程度になる。従って、選択比
（［ＳｉＣのエッチング速度］／［レジストのエッチン
グ速度］）も図２に示すように、それ以外の範囲では
０．５以下であるのに対し、この範囲ではほぼ１に近い
値となる。そこで、このような条件の下で反応性イオン
を基板の斜方から照射し、エッチングを行なうことによ
り、ＳｉＣ基板上に直接、ブレーズド型回折格子を高速
に、しかも、断面形状が正確に所期の形状通りの鋸歯状
になるように、刻線することができる。
【０００９】
【実施例】本発明の一実施例であるブレーズド型ＳｉＣ
回折格子を製造する方法を図３により説明する。まず、
焼結体のＳｉＣ基板３１を用意し（ａ）、その表面に、
ＣＶＤによりβ−ＳｉＣ単結晶層３２をデポジットす
る。この表面を光学研磨し、表面に（２，２，０）配向
面を現わす（ｂ）。更にこの表面に、スピンコーティン
グにより１５０ｎｍの厚さのフォトレジスト（ここでは
東京応化社製ＯＦＰＲ５０００を使用）層３３を形成す
る（ｃ）。コーティング後、基板を９０℃のフレッシュ
エアオーブンに入れ、３０分のベーキングを行なう。な
お、ＣＶＤ−ＳｉＣ層３２はβ−ＳｉＣではなくα−Ｓ
ｉＣとしてもよく、配向面も（２，２，０）には限定さ
れず、（１，１，１）或いは混合配向膜としてもよい。
更には、非晶質ＳｉＣを用いてもよい。また、フォトレ
ジストの材料は上記ＯＦＰＲ５０００に限定されず、そ
の他のフォトレジストを用いても構わない。
回折格子を製造する方法を図３により説明する。まず、
焼結体のＳｉＣ基板３１を用意し（ａ）、その表面に、
ＣＶＤによりβ−ＳｉＣ単結晶層３２をデポジットす
る。この表面を光学研磨し、表面に（２，２，０）配向
面を現わす（ｂ）。更にこの表面に、スピンコーティン
グにより１５０ｎｍの厚さのフォトレジスト（ここでは
東京応化社製ＯＦＰＲ５０００を使用）層３３を形成す
る（ｃ）。コーティング後、基板を９０℃のフレッシュ
エアオーブンに入れ、３０分のベーキングを行なう。な
お、ＣＶＤ−ＳｉＣ層３２はβ−ＳｉＣではなくα−Ｓ
ｉＣとしてもよく、配向面も（２，２，０）には限定さ
れず、（１，１，１）或いは混合配向膜としてもよい。
更には、非晶質ＳｉＣを用いてもよい。また、フォトレ
ジストの材料は上記ＯＦＰＲ５０００に限定されず、そ
の他のフォトレジストを用いても構わない。
【００１０】次に、ブレーズド型回折格子のパターンを
形成するために、ホログラフィック露光を行なう。すな
わち、平面波３４を２方向から照射し、レジスト３３上
で干渉縞を形成することにより、レジスト層３３内に断
面の露光密度が正弦波状である平行線状の潜像を形成す
る（ｄ）。ここでは、露光光として、Ｈｅ−Ｃｄレーザ
光（波長λ＝４４１．６ｎｍ）を使用し、１２００本／
ｍｍの平行線パターンを作成する。露光後、専用の現像
液で処理することにより、基板３２上には平行線状、断
面正弦半波状のレジストマスク３５が残される（ｅ）。
ここで、露光時間及び現像時間を適当に調整することに
より、基板３２上においてレジスト３５で覆われた部分
と覆われていない部分（すなわち、ＳｉＣ基板３２が露
出している部分）との比（Ｌ＆Ｓ比）を任意に設定する
ことができる。ここでは、Ｌ＆Ｓ比を４：１とする。本
実施例の方法では、ホログラフィック露光により回折格
子パターンを作成するため、回折格子の最も重要な特性
である周期誤差が発生しにくく、高精度の回折格子を製
造することができる。なお、ホログラフィック露光の際
の干渉波面には、凹面グレーティングの場合には球面波
を、収差補正型グレーティングの場合には非球面波を用
いる。
形成するために、ホログラフィック露光を行なう。すな
わち、平面波３４を２方向から照射し、レジスト３３上
で干渉縞を形成することにより、レジスト層３３内に断
面の露光密度が正弦波状である平行線状の潜像を形成す
る（ｄ）。ここでは、露光光として、Ｈｅ−Ｃｄレーザ
光（波長λ＝４４１．６ｎｍ）を使用し、１２００本／
ｍｍの平行線パターンを作成する。露光後、専用の現像
液で処理することにより、基板３２上には平行線状、断
面正弦半波状のレジストマスク３５が残される（ｅ）。
ここで、露光時間及び現像時間を適当に調整することに
より、基板３２上においてレジスト３５で覆われた部分
と覆われていない部分（すなわち、ＳｉＣ基板３２が露
出している部分）との比（Ｌ＆Ｓ比）を任意に設定する
ことができる。ここでは、Ｌ＆Ｓ比を４：１とする。本
実施例の方法では、ホログラフィック露光により回折格
子パターンを作成するため、回折格子の最も重要な特性
である周期誤差が発生しにくく、高精度の回折格子を製
造することができる。なお、ホログラフィック露光の際
の干渉波面には、凹面グレーティングの場合には球面波
を、収差補正型グレーティングの場合には非球面波を用
いる。
【００１１】このようにして作成した回折格子パターン
のレジスト３５をマスクとして、各平行線に垂直であっ
て、基板３２に垂直な方向から８５°基板３２の方に傾
斜した方向から、ＣＣｌ2Ｆ2とＡｒとの混合ガスを用い
た反応性イオンビーム３６を照射し、ドライエッチング
を行なう（ｆ）。この混合ガスの組成は、［Ａｒ／（Ｃ
Ｃｌ2Ｆ2＋Ａｒ）］＝７５％とする。このイオンビーム
エッチングは、レジストパターン３５がエッチングによ
り消滅するまで行なう。なお、僅かに残存するレジスト
３５を完全に除去するため、レジスト剥離液や溶剤を用
いて最終処理を行なってもよい。これにより、ＳｉＣ基
板３２に直接刻線が施されたブレーズ角２°のブレーズ
ド型回折格子３７が作成される。
のレジスト３５をマスクとして、各平行線に垂直であっ
て、基板３２に垂直な方向から８５°基板３２の方に傾
斜した方向から、ＣＣｌ2Ｆ2とＡｒとの混合ガスを用い
た反応性イオンビーム３６を照射し、ドライエッチング
を行なう（ｆ）。この混合ガスの組成は、［Ａｒ／（Ｃ
Ｃｌ2Ｆ2＋Ａｒ）］＝７５％とする。このイオンビーム
エッチングは、レジストパターン３５がエッチングによ
り消滅するまで行なう。なお、僅かに残存するレジスト
３５を完全に除去するため、レジスト剥離液や溶剤を用
いて最終処理を行なってもよい。これにより、ＳｉＣ基
板３２に直接刻線が施されたブレーズ角２°のブレーズ
ド型回折格子３７が作成される。
【００１２】こうして作成したブレーズド型回折格子３
７は、ＳｉＣの反射率が十分高い波長領域ではそのまま
の表面で用いることができる。また、ＳｉＣの反射率が
低い波長領域では、金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）等のコー
ティングを施すか、或いはＸ線多層膜をコーティングす
ることにより反射率を上げて使用する。
７は、ＳｉＣの反射率が十分高い波長領域ではそのまま
の表面で用いることができる。また、ＳｉＣの反射率が
低い波長領域では、金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）等のコー
ティングを施すか、或いはＸ線多層膜をコーティングす
ることにより反射率を上げて使用する。
【００１３】
【発明の効果】本発明に係る方法では、ＳｉＣのエッチ
ング速度がレジストのエッチング速度と同等程度になる
ため、レジストマスクによるＳｉＣ基板のパターンエッ
チングが可能となる。従って、一般に使用可能な設備を
用いてＳｉＣ基板に直接ブレーズド型回折格子のパター
ンを刻線することが可能となり、耐熱性に優れ、かつ、
冷却効率の良いＳｉＣのみで形成されるブレーズド型回
折格子を製作することができる。また、混合ガス中に含
まれるＡｒは、エッチングの際にチャンバ内からスパッ
タされる不純物を除去し、装置内をクリーニングする作
用も持っている。このため、エッチング装置のメンテナ
ンス間隔が長くなり、メンテナンスも容易となる。
ング速度がレジストのエッチング速度と同等程度になる
ため、レジストマスクによるＳｉＣ基板のパターンエッ
チングが可能となる。従って、一般に使用可能な設備を
用いてＳｉＣ基板に直接ブレーズド型回折格子のパター
ンを刻線することが可能となり、耐熱性に優れ、かつ、
冷却効率の良いＳｉＣのみで形成されるブレーズド型回
折格子を製作することができる。また、混合ガス中に含
まれるＡｒは、エッチングの際にチャンバ内からスパッ
タされる不純物を除去し、装置内をクリーニングする作
用も持っている。このため、エッチング装置のメンテナ
ンス間隔が長くなり、メンテナンスも容易となる。
【図１】 （ＣＣｌ2Ｆ2＋Ａｒ）混合ガスを用いた反応
性イオンエッチングにおける、混合ガス中のＡｒ含有量
と、イオン電流密度で規格化したフォトレジスト及びＳ
ｉＣのエッチング速度との関係のグラフ。
性イオンエッチングにおける、混合ガス中のＡｒ含有量
と、イオン電流密度で規格化したフォトレジスト及びＳ
ｉＣのエッチング速度との関係のグラフ。
【図２】 図１のデータを、選択比を縦軸にプロットし
直したグラフ。
直したグラフ。
【図３】 本発明の一実施例である、ブレーズド型Ｓｉ
Ｃ回折格子を作成する工程の説明図。
Ｃ回折格子を作成する工程の説明図。
【図４】 ＳｉＣ基板上のＡｕ層に平行線を刻線した従
来のＳｉＣ回折格子の断面図。
来のＳｉＣ回折格子の断面図。
３１…ＳｉＣ基板 ３２…β−Ｓｉ
Ｃ単結晶層 ３３、３５…フォトレジスト ３４…ホログラ
フィック露光用平面波 ３６…（ＣＣｌ2Ｆ2＋Ａｒ）反応性イオンビーム ３７…ブレーズド型回折格子
Ｃ単結晶層 ３３、３５…フォトレジスト ３４…ホログラ
フィック露光用平面波 ３６…（ＣＣｌ2Ｆ2＋Ａｒ）反応性イオンビーム ３７…ブレーズド型回折格子
Claims (1)
- 【請求項１】 ＳｉＣ基板上に平行線状の回折格子パタ
ーンを有するレジストマスクをデポジットし、（ＣＣｌ
2Ｆ2＋Ａｒ）に対するＡｒの分圧比を５５〜８５％とし
たＣＣｌ2Ｆ2とＡｒとの混合ガスから生成される反応性
イオンビームを、平行線に垂直で、かつ、基板の法線に
対して傾斜した方向から照射することにより該ＳｉＣ基
板を断面鋸歯状にエッチングすることを特徴とするＳｉ
Ｃブレーズド型回折格子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35504492A JP2639297B2 (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | ＳｉＣブレーズド型回折格子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35504492A JP2639297B2 (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | ＳｉＣブレーズド型回折格子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06186411A JPH06186411A (ja) | 1994-07-08 |
| JP2639297B2 true JP2639297B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=18441609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35504492A Expired - Fee Related JP2639297B2 (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | ＳｉＣブレーズド型回折格子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2639297B2 (ja) |
-
1992
- 1992-12-16 JP JP35504492A patent/JP2639297B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 東海大学産業科学研究所研究報告、第２１号（１９９１−３−１０）Ｐ．５９−６２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06186411A (ja) | 1994-07-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |