JPH03253802A - 微細加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学素子の製造に利用する。特に、誘電体光学
材料の微細加工に関する。

〔概　要〕

本発明は、誘電体光学材料基板の表面に微細なパターン
を形成する微細加工方法において、基板の表面に保護膜
を介して金属膜を形成し、この金属膜をエツチングして
マスクとし、このマスクを用いて保護膜および基板をエ
ツチングすることにより、 パターンニングの制御性および安定性を高め、しかも材
料に対して低損傷で加工できるようにするものである。

〔従来の技術〕

誘電体光学材料に微細な回折格子を形成する方法として
、従来から種々の方法が知られている。

しかし、可視光波長と同程度以下のパターン、例えばピ
ッチが３００〜４００ｎｍ程度の回折格子を形成できる
方法は限られている。このような方法の一例を第５図に
示す。この方法は、エレクトロニクス・レターズ第２４
巻第１４号（Ｊ、　Ｓｏｃｈｔｉｇ、’Ｔｉ：ＬｉＮｂ
Ｏ３５ＴＲＩＰＢＷＡＶＥＧＵ［ＤＢ　ＢＲＡＧＧ　Ｒ
ＢＦＬＥＣＴＯＲＧＲＡＴＩＮＧＳ”。

Ｂｌｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、　、　７ｔｈ　ＪｕＩｙ
１９８ｇ、　’　Ｖｏｌ、　２４．　Ｎｏ、　１４）に
示されたものである。

この方法では、ＬｉＮｂＯ３基板５１上に光吸収材料５
２を塗布し、さらにレジスト５３を塗布する（第５図（
ａ））、光吸収材料５２は、Ｌ＋ＮｂＯ３基板５１の裏
面その他からの反射光がレジスト５３に入射することを
防止するためのものである。続いて、干渉露光法により
レジスト５３に回折格子パターンを形成しく同図（ｂ）
）　、ＬｉＮｂＯ３基板５１を斜めにした状態でチタン
Ｔｉを蒸着する（同図（Ｃ））。蒸着方向がＬ＋ＮｂＯ
５基板５１に対して斜めであるため、Ｔｉはレジスト５
３の溝内に入り込むことができず、レジスト５３の山の
部分に沿って金属膜５４が形成される。この金属膜５４
をマスクとして、光吸収材料５２およびレジスト５３の
残りの部分を反応性イオンエツチングによりエツチング
しく同図（ｄ））、さらにいＮｂＯ３基板５■をエツチ
ングする。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし第５図に示した方法では、干渉露光用レジストが
厚いため（上述した論文では５５０ｎｍ）、安定なレジ
スト回折格子を得ることが困難であり、再現性に乏しい
欠点があった。また、レジストをマスクとして使用する
ため、パターンのアスペクト比が大きく、パターンくず
れを起こしやすいと共に、反応性イオンエツチングを行
うときのガスの抜けが悪く、エツチングが不均一となる
欠点があった。

本発明は、以上の課題を解決し、基板に対して低損傷で
微細なパターンのエツチングが可能な微細加工方法を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の微細加工方法は、基板の表面に保護膜および金
属膜の二層構造を形成し、レジストマスクを用いて金属
膜をエツチングし、このエツチングされた金属膜をマス
クとして保護膜および基板をエツチングすることを特徴
とする。

金属膜としては金属Ｔｉの蒸着膜が適している。

レジストマスクへのパターンニングは干渉露光法による
ことが望ましいが、マスクアライナによる密着露光法を
用いてもよい。

基板のエツチングは、反応性ガスＣＦ、と不活性ガス肘
またはＮ２との混合ガスとを使用した反応性イオンエツ
チングにより行うことが望ましい。

〔作　用〕

金属膜と保護膜との二層構造のマスクを用いることによ
り、アスペクト比が小さく、反応性イオンエツチングに
より安定なエツチングを行うことができる。また、金属
膜を用いているので、高い選択比が得られる。さらに、
金属膜と基板との間に保護膜を設けているので、マスク
残の剥離が容易である。また、保護膜を設けることによ
り、エンチングされる領域以外の基板表面に対して損傷
を与えることがない。

本発明はいＮｂＯ，基板への回折格子の形成に適するが
、パイレックスガラスその他の光学材料の基板に対する
微細加工にも利用でき、回折格子以外のパターンの形成
にも利用できる。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例微細加工方法の示す図である。

この方法では、まず、ＬｉＮｂＯ３基板１１の表面に保
護膜１２および金属膜■３の二層構造を形成する。保護
膜１２はレジストを塗布することにより形成され、金属
膜１３は金属Ｔｉを蒸着することにより形成される。金
属膜１３の表面にはさらに、パターンニング用のレジス
Ｈ４が塗布される。この状態を第１図（ａ）に示す。

続いて、干渉露光法によりレジスＨ４に回折格子パター
ンを描画し、レジストマスク１４′を形成する。この状
態を第１図６）に示す。この工程では、高反射膜である
金属膜１３上で干渉露光を行うため、Ｌ＋ＮｂＯ５基板
１１の裏面からの反射の影響を受けることがなく、精度
の高い回折格子パターンを得ることができる。

次に、前の工程で得られたレジストマスク１４′を用い
、反応性イオンエツチングにより金属膜１３をエツチン
グする。これにより、金属マスク１３′が得られる。こ
の状態を第１図（Ｃ）に示す。

さらに、金属マスク１３′を用いて保護膜１２をエツチ
ングし、さらにＬｉＮｂＯ３基板１１を反応性イオンエ
ツチングする。保護膜■２がエツチングされた状態を第
１図（ｄ）に示し、いＮｂＯ３基板１１がエツチングさ
れた状態を同図（ｅ）に示す。ＬｉＮｂＯ３基板１１の
エツチング時には、保護膜１２がエツチング部以外を保
護し、損傷を防止する。

最後に、保護膜１２を剥離し、１ｉＮｂ０３回折格子を
得る。この状態を第１図（ｆ）に示す。

ここで、Ｌ＋ＮｂＯ５基板１１のエツチング方法につい
て説明する。

ＬｉＮｂＯ３を反応性イオンエツチングする方法として
従来は、使用ガスとして四フッ化炭素ＣＦ４を使用し、
反応性イオンビームエツチング（ＲＩＢＥもしくはＩＥ
ｃＲ）により行っていた。本発明においてもこの方法を
利用できるが、エツチング速度やレジストとの選択比そ
の他の値は装置依存性が大きく、面内分布その他の加工
精度についても不十分である。

そこで、反応性ガスのＣＦ、と不活性ガスの八ｒまたは
Ｎ２との混合ガスとを使用して反応性イオンエツチング
を行うことが望ましい。

第２図はＬｉＮｂＯ３のエツチングモデルを示す。反応
性ガスＣＦ、は、 ＣＦ４→ＣＦＩ＋＋Ｆ によりイオン分解する。このとき、Ｆ−がＬ＋ＮｂＬの
リチウムＬｉと反応してしｉＦ　となり、反応性イオン
エツチングが行われる。また、不活性ガスＮ２＋、八ｒ
＋により物理的なエツチングが行われる。すなわち、Ｌ
ｉＮｂＯ３基板の表面にＦ−イオンを反応させ、反応し
た部分をＮ２＋、Ａｒ′−イオンにより物理的にエツチ
ングする。

ＣＦ４　、Ａｒ５Ｎ２の流量および反応圧力条件を変化
させて、いＮｂＯ３のエツチング速度を測定した。この
結果を表に示す。

表において、ＲＦパワーは装置の読みを示し、電極単位
面積あたりの電力（高周波パワー）換算すると、２５０
Ｗが３．１８Ｗ／ｃｍ３である。表に示したように、 ＣＦ、　：Ａｒ　：Ｎ２＝　５　：　５　：２０　ｓｃ
ｃｍ圧力ｌＰａ 高周波パワー２５０Ｗ マグネトロン５０Ｖ、８．９Ａ の条件のとき、１４ｎｍ／分のエツチング速度が得られ
た。

また、Ａｒの流量を多くした場合には、基板表面のＬｉ
が抜けて黒色化してしまった。したがって、肘の流量に
ついては、被加工物（この実施例ではＬｉＮｂＯ３）の
損傷を考慮して調整することが望ましい。

第３図は高周波パワーに対するＬｉＮｂ０．エツチング
速度およびＬｉＮｂ０．とレジス）　　（Ｐ、Ｒ，）　
　との選択比の測定結果を示す。この測定は、上述の条
件で、高周波パワーだけを変化させて行った。レジスト
としてはＭＰ１４００−１７を使用した。

第４図は同じ条件で高周波パワーを２５０Ｗとして作製
した１ｉＮｂ０３回折格子の走査電子顕微鏡写真を示す
。回折格子のピッチは３６０ｎｍ　、エツチングの深さ
は約１１００ｎである。

以上の説明では基板としてＬｉＮｂＯ５を用いた例を示
したが、同じ方法により、パイレックスガラス上にピッ
チ４５０　ｎｍ、深さ２００ｎｍ程度の回折格子を形成
することができた。さらに本発明は、ＳｉＯ□その他の
光学材料を微細加工する場合にも同様に実施できる。

また、金属膜をエツチングするためのレジストマスクの
パターンニング方法としては、干渉露光法の他に、マス
クアライナによる密着露光などのフォトリソグラフィ法
や、電子描画法を用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の微細加工方式は、低アス
ペクト比のマスクでエツチングできるため、反応性イオ
ンエツチングにより安定で高精度のエツチングが可能と
なる。また、金属をマスク材と０ １ して使用しているため、選択比を高くすることができる
。さらに、保護膜の使用によりマスク残の剥離が容易で
あり、しかもこの膜により、エツチング領域以外の損傷
を防止でき、低損傷の微細加工が可能となる。

また、混合ガスによる反応性イオンエツチングを行う場
合には、物理的エツチングを主体にエツチングが行われ
るため、エツチング条件の安定性を高めることができ、
面内分布の少ない均一なエツチングを行うことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例微細加工方法を示す図。 第２図はいＮｂＯ，のエツチングモデルを示す図。 第３図は高周波パワーに対するいＮｂＯ３エツチング速
度およびＬｉＮｂＯ３とレジストとの選択比の測定結果
を示す図。 第４図はＬ＋ＮｂＯ３回折格子の結晶構造を示す走査電
子顕微鏡写真。 第５図は従来例微細加工方法を示す図。 １１．５１・・・ＬｉＮｂ０．基板、１２・・・保護膜
、１３．５４・・・金属膜、１３’・・・金属マスク、
１４．５３・・・レジスト、１４′・・・レジストマス
ク、５２・・・光吸収材料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学材料の基板に可視光波長と同程度以下の寸法で
   パターンを形成する微細加工方法において、前記基板の
   表面に保護膜および金属膜の二層構造を形成し、 レジストマスクを用いて前記金属膜をエッチングし、 このエッチングされた金属膜をマスクとして前記保護膜
   および前記基板をエッチングすることを特徴とする微細
   加工方法。 ２、金属膜は金属Ｔｉの蒸着膜である請求の範囲１記載
   の微細加工方法。 ３、光学材料はＬｉＮｂＯ＿３であり、エッチングによ
   り基板表面に回折格子を形成する請求項１記載の微細加
   工方法。 ４、基板のエッチングは反応性ガスＣＦ＿４と不活性ガ
   スＡｒまたはＮ＿２との混合ガスとを使用した反応性イ
   オンエッチングにより行う請求項１記載の微細加工方法
   。