JPH0534512A - Formation of grating pattern - Google Patents

Formation of grating pattern

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JPH0534512A
JPH0534512A JP59991A JP59991A JPH0534512A JP H0534512 A JPH0534512 A JP H0534512A JP 59991 A JP59991 A JP 59991A JP 59991 A JP59991 A JP 59991A JP H0534512 A JPH0534512 A JP H0534512A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resist
pattern
grating pattern
substrate
grating
Prior art date
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Pending
Application number
JP59991A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshikatsu Kojima
義克 小島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH0534512A publication Critical patent/JPH0534512A/en
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a grating pattern having excellent smoothness and accuracy by coating a substrate with a positive type novolak resist and carrying out exposure with converged ion beams and development. CONSTITUTION:An Si substrate 1 is spin-coated with a positive type novolak resist 2 and this resist 2 is baked and exposed with converged Be ion beams 3 obtd. from an Au-Si-Be alloy ion source with a prescribed repeating period. The exposed resist is developed with a satd. aq. potassium hydroxide soln. mixed with water in 1:4 ratio as an aq. alkali developer and the developed resist is rinsed with pure water to form a resist pattern 2. Pattern transfer is then carried out by reactive ion etching with CF4 as anisotropic dry etching through the resist pattern 2 as a mask to form a grating pattern in the substrate 1. The taper angle of the grating pattern can be arbitrarily controlled in accordance with the concn. of the aq. alkali developer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子や回折格子の
製造工程などに用いるグレーティングパターン形成方法
に関し、特に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ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a grating pattern used in a manufacturing process of a semiconductor device or a diffraction grating, and more particularly to a method of forming a grating pattern using a focused ion beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】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。
2. Description of the Related Art A grating pattern is used for a light or X-ray diffraction grating, a solid-state laser, or the like, and its diffraction efficiency depends on the smoothness of the pattern wall of the grating pattern, the repetition period, and the angle accuracy.

【0003】従来技術によるグレーティングパターン形
成方法について、図3(a)〜(d)を参照して説明す
る。
A conventional grating pattern forming method will be described with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (d).

【0004】はじめに図3(a)に示すように、基板1
上にノボラック系ポジ型レジスト2を塗布する。
First, as shown in FIG. 3A, the substrate 1
A novolac-based positive resist 2 is applied on top.

【0005】つぎに図3(b)に示すように、マスク4
を通して紫外光5によりノボラック系ポジ型レジスト2
を露光する。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。
Next, as shown in FIG. 3B, the mask 4
Through the ultraviolet light 5 through the novolak positive resist 2
To expose. At this time, the exposure amount is made shorter than in the normal pattern formation.

【0006】つぎに図3(c)に示すように、水酸化カ
リウム水溶液現像液中で現像することにより、波型のレ
ジストパターン2が形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, a corrugated resist pattern 2 is formed by developing in a potassium hydroxide aqueous solution developer.

【0007】用途によってはこのレジストパターン2を
そのまま用いることもできる。
Depending on the application, the resist pattern 2 can be used as it is.

【0008】通常は図3(d)に示すように、レジスト
パターン2をエッチングマスクとしてCF4 反応性イオ
ンエッチングなどの異方性ドライエッチングによってパ
ターンを基板に転写して、グレーティングパターン1を
形成する。
Usually, as shown in FIG. 3D, the pattern is transferred to the substrate by anisotropic dry etching such as CF 4 reactive ion etching using the resist pattern 2 as an etching mask to form the grating pattern 1. ..

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
波型のレジストパターンあるいはそれを転写した基板を
用いている。
DISCLOSURE OF THE INVENTION In the prior art,
A corrugated resist pattern or a substrate on which it is transferred is used.

【0010】いずれにしても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劣り、高い
回折効率が得られないという問題があった。
In any case, there is a problem in that a wavy grating pattern is formed, the smoothness and accuracy of the pattern side wall are poor, and high diffraction efficiency cannot be obtained.

【0011】本発明の目的は、従来技術に比べてパター
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形成方法を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a method of forming a grating pattern, which is superior in smoothness and accuracy of pattern side walls and has high diffraction efficiency as compared with the prior art.

【0012】[0012]

【問題を解決するための手段】本発明のグレーティング
パターン形成方法は、基板上にノボラック系ポジ型レジ
ストを塗布する工程と、集束イオンビームによって前記
レジストを露光する工程と、前記レジストを現像する工
程とを含むものである。
A method for forming a grating pattern according to the present invention comprises a step of applying a novolac-type positive resist on a substrate, a step of exposing the resist with a focused ion beam, and a step of developing the resist. It includes and.

【0013】[0013]

【作用】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べて、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
露光では形成できない微細なパターンを形成することが
できる。
The resist exposure using the focused ion beam is less susceptible to the proximity effect due to the forward and backscattering compared to the resist exposure using the electron beam which is generally used as a fine pattern forming means at present, and thus the electron beam is used. A fine pattern that cannot be formed by exposure can be formed.

【0014】代表的なノボラック系ポジ型レジスト(シ
プレイ社、MP2400;商品名)の集束イオンビーム
による感光部分と未感光部分のアルカリ水溶液現像液に
対する溶解特性を図2に示す。
FIG. 2 shows the dissolution characteristics of a typical novolac-type positive resist (MP2400; trade name) manufactured by Shipley Co., Ltd. in a photosensitive aqueous solution and an unexposed photosensitive solution in an alkaline aqueous solution by a focused ion beam.

【0015】アルカリ水溶液現像液としては水酸化カリ
ウム飽和水溶液(シプレイ社製MP2401):H2
=1:4を用いる。
As the alkaline aqueous solution developer, a saturated aqueous solution of potassium hydroxide (MP2401 manufactured by Shipley): H 2 O
= 1: 4 is used.

【0016】感光部および未感光部の溶解特性はほぼ直
線的であるが、感光部の残膜率が0%となるとき未感光
部の残膜率も65%まで低下する。パターンに垂直方向
および横方向への侵食による残膜率の低下および側壁の
テーパー形状を生じる傾向を示す。
Although the dissolution characteristics of the exposed portion and the unexposed portion are almost linear, when the remaining film ratio of the exposed portion becomes 0%, the remaining film ratio of the unexposed portion also decreases to 65%. The pattern shows a tendency to cause a reduction in the residual film rate and a side wall taper shape due to erosion in the vertical and lateral directions of the pattern.

【0017】したがって集束イオンビーム露光によるラ
インパターンを一定周期で露光してから、現像すること
により一定周期のグレーティングパターンを形成するこ
とができる。
Therefore, it is possible to form a grating pattern of a constant cycle by exposing the line pattern by the focused ion beam exposure at a constant cycle and then developing it.

【0018】レジストの集束イオンビームによる露光部
分と未露光部分の溶解速度差は、アルカリ水溶液現像液
の濃度に依存するので、アルカリ水溶液現像液の濃度に
よってグレーティングパターンのテーパー角を任意に制
御することができる。
Since the difference in dissolution rate between the exposed portion and the unexposed portion of the resist by the focused ion beam depends on the concentration of the alkaline aqueous solution, the taper angle of the grating pattern can be arbitrarily controlled by the concentration of the alkaline aqueous solution. You can

【0019】[0019]

【実施例】本発明の一実施例について、図1(a)〜
(d)を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to (d).

【0020】はじめに図1(a)に示すように、Si基
板1上に厚さ約1.0μmのノボラック系ポジ型レジス
ト2を回転塗布し、80℃、30分間ベークする。
First, as shown in FIG. 1A, a novolac-based positive resist 2 having a thickness of about 1.0 μm is spin-coated on a Si substrate 1 and baked at 80 ° C. for 30 minutes.

【0021】つぎに図1(b)に示すように、Au−S
i−Be合金イオン源から得られる、加速エネルギー2
60keVのBe集束イオンビーム3を用いてレジスト
の露光を行う。ここでBe集束イオンビーム3のビーム
径および描画線幅はいずれも50nm、繰り返し周期は
1.0μmとした。露光量は4.0×1012ions/
cm2 とした。
Next, as shown in FIG. 1B, Au-S
Acceleration energy 2 obtained from i-Be alloy ion source
The resist is exposed using a Be focused ion beam 3 of 60 keV. Here, the beam diameter and drawing line width of the Be focused ion beam 3 were both 50 nm, and the repetition period was 1.0 μm. The exposure amount is 4.0 × 10 12 ions /
It was set to cm 2 .

【0022】つぎに図1(c)に示すように、アルカリ
水溶液現像液として水酸化カリウム飽和水溶液:H2
=1:4で2分間現像をして、純水で1分間リンスを行
なうことによりレジストパターン2が形成された。
Next, as shown in FIG. 1 (c), a saturated aqueous solution of potassium hydroxide: H 2 O is used as an alkaline aqueous solution developer.
The resist pattern 2 was formed by developing for 2 minutes at = 1: 4 and rinsing with pure water for 1 minute.

【0023】つぎに図1(d)に示すように、レジスト
2をマスクとして異方性ドライエッチングとしてCF4
反応性イオンエッチングによりパターン転写を行なっ
た。ここでCF4 流量は10sccm、高周波電力は2
50W、エッチング時間は20分とした。この結果繰り
返し周期1.0μm、テーパー角約70゜で従来法と比
較して、パターン側面の平滑性および精度の優れたグレ
ーティングパターンを基板1上に形成することができ
た。
Next, as shown in FIG. 1D, CF 4 is used as anisotropic dry etching by using the resist 2 as a mask.
Pattern transfer was performed by reactive ion etching. Here, the flow rate of CF 4 is 10 sccm, and the high frequency power is 2
50 W and etching time was 20 minutes. As a result, it was possible to form a grating pattern on the substrate 1 with a repetition period of 1.0 μm and a taper angle of about 70 °, which was superior in smoothness and accuracy of the pattern side surface to the conventional method.

【0024】本実施例では集束イオンビーム露光工程に
Au−Si−Be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、
他の加速エネルギーおよび他のLi、Ga、Auなどの
単体金属イオン源、Au−Si、Pt−Sb、Pb−N
i−Bなどの合金イオン源、あるいはHe、H2 、O
2 、F2 などのガスイオン源から得られるイオンからな
る集束イオンビームを用いることもできる。
In this example, a Be focused ion beam with an acceleration energy of 260 keV obtained from an Au-Si-Be alloy ion source was used in the focused ion beam exposure process.
Other acceleration energies and other sources of elemental metal ions such as Li, Ga, Au, Au-Si, Pt-Sb, Pb-N
Alloy ion source such as i-B, or He, H 2 , O
It is also possible to use a focused ion beam composed of ions obtained from a gas ion source such as 2 or F 2 .

【0025】集束イオンビームの露光量は1.5×10
13ions/cm2 としたが、これは用いるレジストに
潜像形成反応を起させ、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任意の露光量とすることができ
る。
The exposure amount of the focused ion beam is 1.5 × 10.
Although it is set to 13 ions / cm 2 , this can be set to an arbitrary exposure amount within the range in which the latent image forming reaction is caused in the resist used and the film reduction of the resist film due to ion bombardment does not occur.

【0026】本実施例ではノボラック系ポジ型レジスト
として、シプレイ社製MP2400を用いたが、これは
他のノボラック系ポジ型レジストを用いることもでき
る。
Although MP2400 manufactured by Shipley Co., Ltd. was used as the novolac-based positive resist in this embodiment, other novolac-based positive resist can be used.

【0027】また現像液として水酸化カリウム飽和水溶
液(シプレイ社製MP2401):H2 O=1:4を用
いたが、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
(TMAH)など他のアルカリ水溶液現像液を用いるこ
ともできる。濃度は所望のテーパー角が得られる範囲で
自由に設定することができる。
Although a potassium hydroxide saturated aqueous solution (MP2401 manufactured by Shipley Co.): H 2 O = 1: 4 was used as the developing solution, other alkaline aqueous solution developing solutions such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH) may also be used. it can. The concentration can be freely set within the range where the desired taper angle is obtained.

【0028】さらに本実施例ではCF4 反応性イオンエ
ッチングによりSi基板上にパターン転写を行ないグレ
ーティングパターンとしたが、基板はこのほかGaA
s、石英などを用いることができ、用途に応じて異方性
ドライエッチングの代りにレジストパターン上にAu、
Al等金属薄膜を蒸着して、グレーティングパターンと
して用いることもできる。
Further, in the present embodiment, the pattern was transferred onto the Si substrate by CF 4 reactive ion etching to form a grating pattern.
s, quartz, etc. can be used, and Au on the resist pattern can be used instead of anisotropic dry etching depending on the application.
It is also possible to deposit a metal thin film such as Al and use it as a grating pattern.

【0029】[0029]

【発明の効果】基板上にノボラック系ポジ型レジストを
塗布し、集束イオンビームで露光してから現像すること
により、従来技術では得ることのできなかった平滑性お
よび精度の優れたグレーティングパターンを形成するこ
とができた。
EFFECTS OF THE INVENTION By coating a novolac-type positive resist on a substrate, exposing it with a focused ion beam, and then developing it, a grating pattern with excellent smoothness and precision, which could not be obtained by the prior art, is formed. We were able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】レジストの現像液に対する溶解特性を示すグラ
フである。
FIG. 2 is a graph showing dissolution characteristics of a resist in a developing solution.

【図3】従来技術によるグレーティングパターン形成方
法を工程順に示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method of forming a grating pattern according to a conventional technique in order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 2 ノボラック系ポジ型レジスト 3 Be集束イオンビーム 4 マスク 5 紫外光 1 Si substrate 2 Novolac positive resist 3 Be focused ion beam 4 Mask 5 Ultraviolet light

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 集束イオンビーム露光による基板上への
グレーティングパターン形成において、基板上にノボラ
ック系ポジ型レジストを塗布する工程と、集束イオンビ
ームによって前記レジストを露光する工程と、前記レジ
ストを現像する工程とを含むことを特徴とするグレーテ
ィングパターン形成方法。
Claim: What is claimed is: 1. In forming a grating pattern on a substrate by focused ion beam exposure, a step of applying a novolac positive resist on the substrate, and a step of exposing the resist by a focused ion beam. And a step of developing the resist, the method for forming a grating pattern.
JP59991A 1991-01-08 1991-01-08 Formation of grating pattern Pending JPH0534512A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7289228B2 (en) 2004-02-25 2007-10-30 Minebea Co., Ltd. Optical displacement sensor, and external force detecting device
JP2012237778A (en) * 2011-05-10 2012-12-06 Adeka Corp Method for manufacturing optical waveguide having optical path conversion function

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