JPH07193044A - 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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JPH07193044A
JPH07193044A JP4355043A JP35504392A JPH07193044A JP H07193044 A JPH07193044 A JP H07193044A JP 4355043 A JP4355043 A JP 4355043A JP 35504392 A JP35504392 A JP 35504392A JP H07193044 A JPH07193044 A JP H07193044A
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etching
resist
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Masaru Koeda
勝 小枝
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 単純な工程で高速にSiC基板を所望の形状
にエッチングし、しかもスムーズな仕上がり面を得る。 【構成】 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、[Ar/(CCl22+Ar)]=5
5〜85%としたCCl22とArとの混合ガスを用い
て反応性イオンビームエッチングを行なう。 【効果】 SiC基板のエッチング速度がレジストのそ
れと同等程度となるため、リフトオフを行なうことな
く、レジスト上からの直接パターンエッチングが可能と
なる。

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、SiC51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。このAlパタ
ーン56をマスクとしてCF4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 in C
F4 and CF4+O2 mixtures", J. Vac. Sci. Technol. A4
(3), May/Jun 1986, p.590-593)。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ー)、
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(RIB
E)を行なってSiC62上に回折格子パターンを得る
(Shinji Matsui et al.,"Reactive Ion-Beam Etchingo
f Silicon Carbide",Japanese Journal of Applied Phy
sics, Vol. 20, No. 1,January, 1981, pp.L38-L40)。
【0004】
【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、回折格子として使
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。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。
【0005】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。
【0006】
【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基板上にレジスト材料によりパターンマス
クを形成し、(CCl22+Ar)に対するArの分圧
比を55〜85%としたCCl22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。
【0007】
【作用】図1に、各種組成比を有する(CCl22+A
r)混合ガスを用いて反応性イオン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、CCl22
みの場合([Ar/(CCl22+Ar)]=0%)、
或いはArのみの場合([Ar/(CCl22+A
r)]=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C
r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。
【0008】それに対し、[Ar/(CCl22+A
r)]が55〜85%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
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S
iC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。
【0009】
【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。
【0010】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
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、露光時間及び現像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の方法で行なわれる
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。なお、ホログ
ラフィック露光法による露光波面は、収差補正形回折格
子を製造する際等には、球面波や非球面波とする。
【0011】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CCl22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/(CCl22
+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。
【0012】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。
【0013】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、
(CCl22+Ar)反応性イオンビーム45([Ar
/(CCl22+Ar)]=55〜85%)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。
【0014】
【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】 (CCl22+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Si
C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−Si
C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…(CCl22+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)

    【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、(CCl22+Ar)に対するA
    rの分圧比を55〜85%としたCCl22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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