JPH03235331A - Forming method for grating pattern - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、半導体素子あるいは回折格子製造工程等に用
いるグレーティングパターンの形成方法に関し、ざらに
詳しくは集束イオンビームを用いたグレーティングパタ
ーン形成方法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for forming a grating pattern used in a semiconductor device or a diffraction grating manufacturing process, etc., and more specifically relates to a method for forming a grating pattern using a focused ion beam. .
[従来の技術およびその課題1
グレーティングパターンは光やX線の回折格子、あるい
は固体レーザなどに用いられ、その回折効率はグレーテ
ィングパターンのパターン壁面の平滑性や繰り返し周期
、角度の精度に依存する。[Prior art and its problems 1 Grating patterns are used as diffraction gratings for light or X-rays, solid-state lasers, etc., and their diffraction efficiency depends on the smoothness of the pattern wall surface of the grating pattern, the repetition period, and the accuracy of the angle.
従来のグレーティングパターン形成方法を第4図を用い
て説明する。まず、基板42上にノボラック系ポジ型レ
ジスト41を塗布する(第4図(a))。A conventional grating pattern forming method will be explained with reference to FIG. First, a novolak positive type resist 41 is applied onto the substrate 42 (FIG. 4(a)).
次いでマスク43を通して紫外光44によりノボラック
系ポジ型レジスト41を露光する(第4図(b))。Next, the novolak positive type resist 41 is exposed to ultraviolet light 44 through a mask 43 (FIG. 4(b)).
このとき、露光量を通常のパターン形成時よりも不足さ
せる。その後、水酸化カリウム水溶液現像液中にて現像
を行うことにより、第4図(C)に示したような波型の
レジストパターンが形成される。At this time, the amount of exposure is made insufficient compared to that during normal pattern formation. Thereafter, by performing development in an aqueous potassium hydroxide developer, a wavy resist pattern as shown in FIG. 4(C) is formed.
その後、このレジストパターンをエツチングマスクとし
て、CF4反応性イオンエツチングなどの異方性ドライ
エツチングによってパターンを基板に転写することによ
って、第4図(d)に示したようなグレーティングパタ
ーンを形成していた。Thereafter, using this resist pattern as an etching mask, the pattern was transferred to the substrate by anisotropic dry etching such as CF4 reactive ion etching, thereby forming a grating pattern as shown in FIG. 4(d). .
しかしながらこの従来の方法では、波型のレジストパタ
ーンがそのまま基板上に転写されるため、波型のグレー
ティングパターンとなり、パターン側壁の平滑性や精度
が得られず、高い回折効率が得られないという問題点を
有していた。However, in this conventional method, the wave-shaped resist pattern is directly transferred onto the substrate, resulting in a wave-shaped grating pattern, and the problem is that the smoothness and precision of the pattern sidewalls cannot be obtained, and high diffraction efficiency cannot be obtained. It had a point.
本発明の目的は、パターン側壁の平滑性および精度に優
れ、高い回折効率を有するグレーティングパターンの形
成か可能なグレーティングバタン形成方法を提供するこ
とにある。An object of the present invention is to provide a grating batten forming method that allows formation of a grating pattern with excellent smoothness and precision of pattern side walls and high diffraction efficiency.
[課題を解決するための手段]
本発明は、基板上にレジストを塗布する工程と、該基板
およびレジストに対して垂直以外の角度を持つ集束イオ
ンビームによって前記レジストを露光、現像し、傾斜断
面形状を有するレジストバタンを形成する工程と、該レ
ジストパターンをマスクとする異方性トライエツチング
により基板上にパターン転写を行う工程とを備えてなる
ことを特徴とするグレーティングパターン形成方法であ
る。[Means for Solving the Problems] The present invention includes a step of applying a resist on a substrate, exposing and developing the resist with a focused ion beam having an angle other than perpendicular to the substrate and the resist, and forming an inclined cross section. This grating pattern forming method is characterized by comprising a step of forming a resist pattern having a shape, and a step of transferring the pattern onto a substrate by anisotropic tri-etching using the resist pattern as a mask.
[作用] 本発明の原理を第2図および第3図を用いて説明する。[Effect] The principle of the present invention will be explained using FIGS. 2 and 3.
集束イオンビームを用いたレジスト露光は、現在微細パ
ターン形成手段として一般的に用いられている電子ビー
ムによるレジスト露光と比較した場合、前方および後方
散乱による近接効果の影響を受けにくく、電子ビーム露
光では形成不可能な微細かつパターン側面の垂直なパタ
ーンを形成することかできる。したがって、第2図(a
)および(b)に示したように、基板22およびレジス
ト21に対して垂直以外の角度を持つ集束イオンビーム
23で露光を行うことにより、第2図(C)に示したよ
うなビームの入射角度を正確に反映した、斜め断面形状
を有するレジストパターンを形成することかできる。Resist exposure using a focused ion beam is less susceptible to proximity effects due to forward and backward scattering, compared to resist exposure using an electron beam, which is currently commonly used as a means for forming fine patterns. It is possible to form fine patterns that would otherwise be impossible to form, with perpendicular pattern sides. Therefore, Fig. 2 (a
) and (b), by performing exposure with the focused ion beam 23 having an angle other than perpendicular to the substrate 22 and the resist 21, the incidence of the beam as shown in FIG. 2(C) is achieved. It is possible to form a resist pattern having an oblique cross-sectional shape that accurately reflects the angle.
ここで、まず第3図(a)に示したように、レジストパ
ターンの開口幅Waとレジストパターンの頂部と底部の
幅Wbとか等しくなるようにレジスト厚、パターン幅、
入射角度を選び、レジストパターン31を基板32上に
形成する。次いで、このレジストパターン31をマスク
に、垂直方向の異方性に優れる反応性イオンエツチング
(RIE)などのドライエツチング33を用いて基板3
2上にバタン転写を行うと、第3図(b)および(C)
に示すように、エツチングによるレジストマスクの後退
に伴い、垂直方向から見て基板面が露出し、基板32の
エツチングが進行する。従って基板32の露出した部分
の順にエツチング深さか深くなり、結果として第3図(
d)に示したようなV字型の溝32aが基板32上に形
成される。First, as shown in FIG. 3(a), the resist thickness and pattern width are adjusted so that the opening width Wa of the resist pattern is equal to the width Wb of the top and bottom of the resist pattern.
A resist pattern 31 is formed on a substrate 32 by selecting an incident angle. Next, using this resist pattern 31 as a mask, the substrate 3 is etched using dry etching 33 such as reactive ion etching (RIE), which has excellent vertical anisotropy.
3 (b) and (C)
As shown in FIG. 3, as the resist mask retreats due to etching, the substrate surface is exposed when viewed from the vertical direction, and etching of the substrate 32 progresses. Therefore, the etching depth becomes deeper in the order of exposed parts of the substrate 32, and as a result, as shown in FIG.
A V-shaped groove 32a as shown in d) is formed on the substrate 32.
上記の工程において、レジストパターン31の側壁は集
束イオンビーム露光の特徴により、非常に直線性に優れ
ており、ドライエツチングによるレジストパターンの後
退も直線的に進行するため、結果として基板32上に形
成されたV字型の溝32aの側壁も直線性に優れた平滑
な面が形成される。In the above process, the sidewalls of the resist pattern 31 have excellent linearity due to the characteristics of focused ion beam exposure, and the receding of the resist pattern due to dry etching also progresses linearly, resulting in the formation of a The side walls of the V-shaped groove 32a thus formed also have smooth surfaces with excellent linearity.
またレジストパターン31と基板32のエツチング速度
の差を適当に選択することにより、形成されるV字型の
溝の深さも正確に制御することができる。Furthermore, by appropriately selecting the difference in etching speed between the resist pattern 31 and the substrate 32, the depth of the V-shaped groove to be formed can also be accurately controlled.
従ってこれらの結果をふまえ、レジストパターンの繰り
返し周期を1:]として多数パターンを形成し、パター
ン転写を行うことにより、■字型の溝の繰り返し、すな
わちグレーティングパターンを形成することかできる。Therefore, based on these results, by forming a large number of patterns with the repetition period of the resist pattern set to 1:] and performing pattern transfer, it is possible to form repeating ■-shaped grooves, that is, a grating pattern.
ここで露光手段として、集束イオンビーム以外の光ある
いは電子ビーム等の露光方法を用いた場合、回折や前方
および後方散乱等の影響により、入射ビームに対して平
行性のよいパターンプロファイルを得ることが困難なた
め、本方式に適用することは困難である。If an exposure method such as light other than a focused ion beam or an electron beam is used as the exposure means, it is difficult to obtain a pattern profile with good parallelism to the incident beam due to the effects of diffraction, forward and backward scattering, etc. Because of the difficulty, it is difficult to apply this method.
[実施例]
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例を工程順に示したもので、ま
す、基板12上にレジストとしてポリメチルメタクリレ
ート11を厚さ約1.0調でスピン塗布し、170°C
,30分間ベイクする(第1図(a))。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention in the order of steps. First, polymethyl methacrylate 11 is spin-coated as a resist on a substrate 12 to a thickness of about 1.0, and heated at 170°C.
, and bake for 30 minutes (Figure 1(a)).
次いて集束カラムを14度傾斜させ、Au−3Be合金
イオン源から得られる加速エネルギ260 keVのB
e集束イオンビーム13を用いてレジストの露光を行う
(第1図(b))。この時、Be集束イオンビームのビ
ーム径は約0.1庫、描画線幅ハ0.25 /J、繰り
返し周期は0,5IJJnとした。またレジストの露光
量は1.5xlO13ions /cm2程度とした。The focusing column was then tilted 14 degrees and the B
The resist is exposed using the e-focused ion beam 13 (FIG. 1(b)). At this time, the beam diameter of the Be focused ion beam was approximately 0.1 mm, the writing line width was 0.25/J, and the repetition period was 0.5 IJJn. Further, the exposure amount of the resist was approximately 1.5xlO13ions/cm2.
その後、メチルイソブチルケトン:イソプロビルアルコ
ール−1:3の混液中にて3分間現像を行い、イソプロ
ピルアルコールにて1分間リンスを行うことにより、第
1図(C)に示したようなレジストパターン11aが形
成された。このとき、基板12の法線方向からみた実効
的な基板の開口線幅はほぼ○てめった。Thereafter, the resist pattern 11a as shown in FIG. was formed. At this time, the effective opening line width of the substrate 12 as viewed from the normal direction of the substrate 12 was approximately 0.
次いでこのレジストパターン11aをマスクに異方性ド
ライエツチングとしてCF4反応性イオンエツチング1
4によりパターン転写を行った(第1図(d))。この
ときCF4流量は10 SCCM、高周波電力は250
W 、エツチング時間は20分であった。Next, using this resist pattern 11a as a mask, CF4 reactive ion etching 1 is performed as anisotropic dry etching.
Pattern transfer was performed using Step 4 (FIG. 1(d)). At this time, the CF4 flow rate is 10 SCCM, and the high frequency power is 250 SCCM.
W, etching time was 20 minutes.
この結果、第1図(e)に示すような繰り返し周期0、
5如で従来法に比較して、パターン側面の平滑性および
精度に優れたグレーティングパターンを基板12上に形
成することができた。As a result, as shown in FIG. 1(e), the repetition period is 0,
In comparison with the conventional method, it was possible to form a grating pattern on the substrate 12 with excellent smoothness and precision on the side surfaces of the pattern.
本実施例では傾斜方法として集束カラムを傾斜させる方
法を用いたが、これに限らずレジストか塗布された基板
を傾斜させる方法、あるいはこの両方を用いてもよい。In this embodiment, a method of tilting a focusing column is used as the tilting method, but the method is not limited to this, and a method of tilting a resist or a coated substrate, or both may be used.
また傾斜角度、レジスト膜厚およびレジスト上への描画
線幅は、基板上に所望の周期のグレーティングパターン
を形成できる範囲で自由に設定することかできる。Further, the inclination angle, the resist film thickness, and the line width drawn on the resist can be freely set within a range that allows a grating pattern with a desired period to be formed on the substrate.
さらに本実施例では、集束イオンビーム露光工程にAu
−3i −1ee合金イオン源から得られる加速エネル
ギー260keVのBe集束イオンビームを用いたが、
他のhO速エネルギーでもよく、また他のLi、Ga、
Au等の単体金属イオン源、Au−3i 、 Pt−3
b、 Pb−N i −B等の合金−1’;t’/I、
あルイはHe、H2,02、F2等のガスイオン源から
1qられるイオン種の組み合わせによる集束イオンビー
ムを用いてもよい。集束イオンビーム露光の露光量は、
1.5 X1013ions、/ C1n 2としたか
、これは用いるレジストに像形成反応を起こさせ、かつ
イオン衝撃によるレジストの膜減りが起こらない範囲で
あれば任意の大きさの露光量としてもよい。Furthermore, in this example, Au was used in the focused ion beam exposure process.
A Be focused ion beam with an acceleration energy of 260 keV obtained from a -3i -1ee alloy ion source was used.
Other hO rate energies may be used, and other Li, Ga,
Single metal ion source such as Au, Au-3i, Pt-3
b, Alloy-1' such as Pb-Ni-B; t'/I,
Alternatively, a focused ion beam using a combination of ion species obtained from a gas ion source such as He, H2, 02, F2, etc. may be used. The exposure dose of focused ion beam exposure is
The exposure amount may be set to 1.5 X 1013 ions, /C1n 2, or may be set to any value as long as it causes an image forming reaction in the resist used and does not reduce the resist film due to ion bombardment.
また本実施例では、ポジ型レジストおよび現像液として
、ポリメチルメタクリレートおよびメチルイソブチルケ
トン:イソプロピルアルコール=1:3の混液の組み合
わせを用いたが、これに限らずノボラック系ポジ型レジ
ストとアルカリ水溶液現像液等、他のポジ型レジストと
現像液の組み合わせ、あるいはクロロメチル化ポリスチ
レンと酢酸イソアミル:エチルセロソルブ=15:85
の混液等、ネガ型レジストと現像液の組み合わせを用い
てもよい。Further, in this example, a combination of polymethyl methacrylate and a mixture of methyl isobutyl ketone and isopropyl alcohol = 1:3 was used as a positive resist and a developer, but the combination is not limited to this. combination of other positive resist and developer, or chloromethylated polystyrene and isoamyl acetate: ethyl cellosolve = 15:85
A combination of a negative resist and a developer may be used, such as a mixed solution of.
また異方性ドライエツチングとしてCF4反応性イオン
エツチングを用い、10SCCH,250W、20分間
の条件を用いたが、これに限らず他の異方性が得られる
エツチング方法および条件を用いてもよい。Although CF4 reactive ion etching was used as the anisotropic dry etching under the conditions of 10 SCCH, 250 W, and 20 minutes, the etching method and conditions are not limited thereto, and other etching methods and conditions that provide anisotropy may be used.
[発明の効果]
以上説明したように、本発明によれば従来の方法では得
ることのできなかったパターンの平滑性および精度に優
れたグレーティングパターンを形成することができる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, it is possible to form a grating pattern with excellent pattern smoothness and precision that could not be obtained by conventional methods.
第1図は本発明の一実施例を工程順に説明するための基
板の部分断面図、第2図および第3図は本発明の詳細な
説明するための基板の部分断面図、第4図は従来例によ
るグレーティングパターン形成方法を工程順に説明する
ための基板の部分断面図である。
11・・・ポリメチルメタクリレート
11a 、 31・・・レジストパターン12、22.
32.42・・・基板
13・・・Be集束イオンビーム
14・・・CF4反応性イオンエツチング21・・・レ
ジスト
23・・・集束イオンビーム
32a・・・溝
33・・・ドライエツチング
41・・・ノボラック系ポジ型レジスト43・・・マス
ク
44・・・紫外光FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a substrate for explaining an embodiment of the present invention in the order of steps, FIGS. 2 and 3 are partial cross-sectional views of a substrate for explaining the present invention in detail, and FIG. FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a substrate for explaining a conventional grating pattern forming method step by step. 11... Polymethyl methacrylate 11a, 31... Resist pattern 12, 22.
32.42... Substrate 13... Be focused ion beam 14... CF4 reactive ion etching 21... Resist 23... Focused ion beam 32a... Groove 33... Dry etching 41...・Novolac positive resist 43...mask 44...ultraviolet light
Claims (1)
びレジストに対して垂直以外の角度を持つ集束イオンビ
ームによって前記レジストを露光、現像し、傾斜断面形
状を有するレジストパターンを形成する工程と、該レジ
ストパターンをマスクとする異方性ドライエッチングに
より基板上にパターン転写を行う工程とを備えてなるこ
とを特徴とするグレーテイングパターン形成方法。(1) A step of applying a resist onto a substrate, and a step of exposing and developing the resist with a focused ion beam having an angle other than perpendicular to the substrate and the resist to form a resist pattern having an inclined cross-sectional shape. A method for forming a grating pattern, comprising the steps of: transferring a pattern onto a substrate by anisotropic dry etching using the resist pattern as a mask.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2964990A JPH03235331A (en) | 1990-02-13 | 1990-02-13 | Forming method for grating pattern |
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- 1990-02-13 JP JP2964990A patent/JPH03235331A/en active Pending
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