JP2679565B2 - 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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- JP2679565B2 JP2679565B2 JP5026739A JP2673993A JP2679565B2 JP 2679565 B2 JP2679565 B2 JP 2679565B2 JP 5026739 A JP5026739 A JP 5026739A JP 2673993 A JP2673993 A JP 2673993A JP 2679565 B2 JP2679565 B2 JP 2679565B2
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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しとているとはいえ、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との熱膨脹率の差に
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しとているとはいえ、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との熱膨脹率の差に
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)を行うのが効果的である
が、SiC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
にすることが困難であった。
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)を行うのが効果的である
が、SiC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
にすることが困難であった。
【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。
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。
【0006】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。
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。
【0007】
【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のブレーズド型回折格子
製造方法は、SiCの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、(CBr
F3 +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のブレーズド型回折格子
製造方法は、SiCの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、(CBr
F3 +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。
【0008】
【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
F3 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
反応性イオンビームエッチン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。
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
F3 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
反応性イオンビームエッチン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。
【0009】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
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
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。
【0010】
【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。
【0011】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。
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。
【0012】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2光束の球面波
を、収差補正型グレーティングの場合には2光束のうち
少なくとも一方に非球面波を用いる。また、露光光はH
e−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。
面には凹面グレーティングの場合には2光束の球面波
を、収差補正型グレーティングの場合には2光束のうち
少なくとも一方に非球面波を用いる。また、露光光はH
e−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。
【0013】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、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/(C
BrF3 +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、僅かに残在するレジスト
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1200本/mmの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ガ作成される。
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、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/(C
BrF3 +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、僅かに残在するレジスト
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1200本/mmの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ガ作成される。
【0014】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。
【0015】
【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】(CBrF3 +Ar)混合ガスを用いた反応性
イオンビーム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SiCのエッチング速度との関係のグラフ。
イオンビーム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SiC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。
したグラフ。
【図3】本発明の一実施例である、ブレーズド型SiC
回折格子を作成する工程の説明図。
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。
のSiC回折格子の断面図。
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…ブレーズド型回折格子
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…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、(CBr
F3 +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 |
---|---|---|---|
JP5026739A JP2679565B2 (ja) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | 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 |
---|---|---|---|
JP5026739A JP2679565B2 (ja) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | SiCブレーズド型回折格子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06244154A JPH06244154A (ja) | 1994-09-02 |
JP2679565B2 true JP2679565B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=12201675
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5026739A Expired - Fee Related JP2679565B2 (ja) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | SiCブレーズド型回折格子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2679565B2 (ja) |
-
1993
- 1993-02-16 JP JP5026739A patent/JP2679565B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06244154A (ja) | 1994-09-02 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |