JP2663824B2 - SiCのパターンエッチング方法 - Google Patents

SiCのパターンエッチング方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば青色半導体レー
ザ用材料や耐環境性半導体材料としてのSiCやSiC
回折格子等を作成する際に用いることのできるSiC
(シリコンカーバイド)の高効率なエッチング方法に関
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、次のような方法が
考案されていた。
【0003】一つは図5に示すように、SiC5l上に
一旦フォトマスク54によりレジストパターン55(5
3は原レジスト層)を形成した後、リフトオフによりA
l逆パターン56を形成するものである。
【0004】このAlパターン56をマスクとしてCF
4 とCF4 +O2 イオンビーム57による反応性イオン
エッチング(RIE)を行なうことにより、SiC上に
所望のパターン58を得る( J. W. Palmour et al.,"
Dry Etching of β-SiC inCF4 and CF4+02 mixtures",
J. Vac. Sci.Technol. A4(3), May/Jun 1986, p.590-5
93 )。
【0005】別の方法では、図6に示すように、SiC
基板62上にPMMA63を塗布し、回折格子パターン
を形成するように電子ビーム65を照射することにより
(電子ビームリソグラフィ)、PMMAの回折格子パタ
ーン64を作成する。このレジストパターン64から同
様にリフトオフによりCrの逆パターン66を形成し、
CF4 +O2 の反応性イオンビーム67による反応性イ
オンビームエッチング(RIBE)を行なってSiC6
2上に回折格子パターンを得る( Shinji Matsui et a
l.,"Reactive Ion-Beam Etching of Silicon Carbid
e",Japanese Journal of Applied Physics,Vol. 20,No.
1, January, 1981, pp.L38-L40)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図5の方法では、Si
CのエッチングをRIEで行なっているため、エッチン
グ中にSiC51がプラズマにさらされており、エッチ
ング表面が非常に荒れる。このため、回折格子しとて使
用した場合、高精度の分光を行なうことができないとい
う問題がある。
【0007】また、図6の方法では、レジストパターン
64の形成を電子ビームリソグラフィーで行なっている
ため、パターンの描画に時間がかかるという欠点があ
る。特に、SR(放射光)用の回折格子は大面積のもの
が必要であるため、電子ビームリソグラフィーの使用は
生産能率の点から採用することが難しい。また、図5、
図6の両方法とも、マスクに対するSiC基板のエッチ
ング選択比([SiC基板のエッチング速度]/[マス
クのエッチング速度])を上げるために、フォトレジス
ト55、64からリフトオフによりAl或いはCrのマ
スク56、66を作成しており、このためのリフトオフ
工程が余分に必要であるという欠点を有する。
【0008】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、単純な
工程で迅速にSiC基板を所望のパターンにエッチング
することができるSiCのパターンエッチング方法を提
供することにある。
【0009】
【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のパターンエッチング方
法は、SiCの基板上にレジスト材料によりパターンマ
スクを形成し、(CBrF3 +Ar)に対するArの分
圧比を50〜95%としたCBrF3 とArとの混合ガ
スから生成される反応性イオンビーム等の異方性プラズ
マエッチングを該基板の垂直上方から照射することによ
りSiC基板のエッチングを行なうというものである。
【0010】
【作用】図1に、各種組成比を有する(CBrF3 +A
r)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、CBr
3 のみの場合([Ar/(CBrF3 +Ar)]=0
%)、或いはArのみの場合([Ar/(CBrF3
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
上の速度でエッチングされてゆくという状態となる。こ
のため従来は、上記の通り、リフトオフによりAl又は
Crのマスクを形成するという余分な工程を入れてい
た。このような現象は、SiCに対して反応性イオンビ
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。
【0011】それに対し、[Ar/(CBrF3 +A
r)]が50〜95%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
ビームエッチングを行なうことにより、リフトオフとい
う余分な工程を必要とすることなく、フォトレジストの
みでSiC基板のパターンエッチングを高速に行なうこ
とができる。
【0012】
【実施例】本発明の第1実施例として、ラミナー型Si
C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300nm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−
SiC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。
【0013】次に、ラミナー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/
m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、露光時間及び現象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1:1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(図6の方法で行われる電
子ビームリソグラフィーではこれが生じやすい)、高精
度の回折格子を製造することができる。
【0014】なお、ホログラフィック露光法による露光
波面は、凹面回折格子では2光束球面波、収差補正形回
折格子を製造する際等には、2光束のうち少なくとも一
方を非球面波とする。また、露光光はHe−Cdレーザ
に限定されず、レジストの感度があり、コヒーレンシイ
ーを有するホログラフィック露光が可能な光源であれば
よい。
【0015】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、基板32に垂直な方向
からCBrF3 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/(CBrF3
+Ar)]=75%とする。このイオンビームエッチン
グは、エッチング溝が所定の深さ(10nm)となるま
で(予め、エッチング時間と溝深さとの関係を実験によ
り求めておく)行なう。最後に、表面に残存するフォト
レジスト35をO2 プラズマで灰化除去し(レジスト剥
離液又は溶剤を用いてもよい)、目的とするラミナー型
回折格子37を得る。
【0016】こうして作成したラミナー型回折格子37
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。
【0017】本発明に係る方法は、ラミナー型回折格子
を作成する場合に限らず、任意のパターンを作成するた
めに用いることができる。例えば、図4に示すように、
上記実施例の工程(c)で作成したレジスト膜付のSi
C基板32(図4(a))に、任意のパターンのフォト
マスク41によりパターン露光を行ない、所期のパター
ンのレジスト44を形成する(c)。そして、同様に、
(CBrF3 +Ar)反応性イオンビーム45([Ar
/(CBrF3 +Ar)]=50〜95%)でエッチン
グを行なうことにより、従来は困難であったSiC基板
32上に、簡単かつ高能率にパターン46を作成するこ
とができる。
【0018】
【発明の効果】本発明に係るSiCのパターンエッチン
グ方法では、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、リフトオフという余
分な工程を含めることなく、レジストマスクによる直接
のSiC基板のパターンエッチングが可能となる。ま
た、SiC基板がプラズマにさらされることがないた
め、スムーズな表面が得られる。このため、簡単かつ短
時間の工程によりSiC上に所望のパターンのエッチン
グを行なうことができ、例えば、耐熱性に優れ、かつ、
冷却効率の良いSiCのみで形成されるラミナー型回折
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】(CBrF3 +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。
【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。
【図3】本発明の第1実施例である、ラミナー型SiC
回折格子を作成する工程の説明図。
【図4】本発明の第2実施例である、SiC基板上に任
意のパターンを作成する工程の説明図。
【図5】従来の方法でSiC基板上にパターンエッチン
グを行なう工程の説明図。
【図6】別の従来の方法でSiC基板上にパターンエッ
チングを行なう工程の説明図。
【符号の説明】
31…SiC基板 32…β−SiC
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…(CBrF3 +Ar)反応性イオンビーム 37…ラミナー型回折格子 41…フォトマス
ク 44…フォトレジストパターン 46…SiC基板
上のパターン

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SiC基板上にレジスト材料によりパタ
    ーンマスクを形成し、(CBrF3 +Ar)に対するA
    rの分圧比を50〜95%としたCBrF3とArとの
    混合ガスから生成される反応性イオンビーム等の異方性
    プラズマエッチングを該基板の垂直上方から照射するこ
    とによりSiC基板のエッチングを行なうことを特徴と
    するSiCのパターンエッチング方法。
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