JPH0827407B2 - 微細グレーティング形成方法 - Google Patents
微細グレーティング形成方法Info
- Publication number
- JPH0827407B2 JPH0827407B2 JP13196393A JP13196393A JPH0827407B2 JP H0827407 B2 JPH0827407 B2 JP H0827407B2 JP 13196393 A JP13196393 A JP 13196393A JP 13196393 A JP13196393 A JP 13196393A JP H0827407 B2 JPH0827407 B2 JP H0827407B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- forming
- electron beam
- fine grating
- substrate
- mask
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体を用いた
光機能素子の表面に形成された周期的な凹凸よりなるレ
リーフ型のグレーティング作成方法、特に、化合物半導
体基板を空気に曝すことなく真空容器から真空容器に移
動させると共に、それらの真空容器のなかで電子ビーム
などを照射することによるパターン形成する技術を用い
た微細グレーティングの作成方法に関する。
光機能素子の表面に形成された周期的な凹凸よりなるレ
リーフ型のグレーティング作成方法、特に、化合物半導
体基板を空気に曝すことなく真空容器から真空容器に移
動させると共に、それらの真空容器のなかで電子ビーム
などを照射することによるパターン形成する技術を用い
た微細グレーティングの作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光機能素子を用いた光技術、特に、集積
光技術の分野ではグレーティングは不可欠の光素子の一
つである。グレーティングは基板上の光導波路への光の
入力または光導波路からの光の出力のための入出力結合
器として、光導波路間光結合器として、光導波路上での
光路変換器，偏向器，分波器として、光導波路上で光を
コリメートするまたは収束する導波路レンズとして、光
導波路から空中に光を出射させかつ集光する集光カプラ
として、更に透過型のレンズとして、その他多くの光機
能素子として利用されている。
光技術の分野ではグレーティングは不可欠の光素子の一
つである。グレーティングは基板上の光導波路への光の
入力または光導波路からの光の出力のための入出力結合
器として、光導波路間光結合器として、光導波路上での
光路変換器，偏向器，分波器として、光導波路上で光を
コリメートするまたは収束する導波路レンズとして、光
導波路から空中に光を出射させかつ集光する集光カプラ
として、更に透過型のレンズとして、その他多くの光機
能素子として利用されている。
【０００３】このようなグレーティングとしては通常凹
凸の形状を持ったものが利用されているが、この断面形
状を鋸歯（ブレーズ）形状にすることで回折効率等光利
用効率の改善が図れることが知られている。例えば、＋
１次の回折光の効率は格子形状が正弦波の場合は３３
％、矩形状の場合は４１％、理想的にできたブレーズ形
状の時は１００％に達する。しかしこのブレーズ形状を
精度良く造ることは難しく通常は階段状のステップで近
似する多値のデジタルブレージングで置き換えることが
現実的であり、かなり高い効率を得ることができる。例
えば、４値の場合８０％、８値の場合９０％程度の効率
が得られる。
凸の形状を持ったものが利用されているが、この断面形
状を鋸歯（ブレーズ）形状にすることで回折効率等光利
用効率の改善が図れることが知られている。例えば、＋
１次の回折光の効率は格子形状が正弦波の場合は３３
％、矩形状の場合は４１％、理想的にできたブレーズ形
状の時は１００％に達する。しかしこのブレーズ形状を
精度良く造ることは難しく通常は階段状のステップで近
似する多値のデジタルブレージングで置き換えることが
現実的であり、かなり高い効率を得ることができる。例
えば、４値の場合８０％、８値の場合９０％程度の効率
が得られる。
【０００４】以下多値のデジタルブレージングとしては
一番シンプルな２値（単純な凹凸構造）の例に関して図
３を用いて従来例を説明する。この例では波長１μｍの
光が３００μｍのＧａＡｓ基板を透過して約１３０μｍ
離れた隣接する素子に光を飛ばすことを想定している。
一番シンプルな２値（単純な凹凸構造）の例に関して図
３を用いて従来例を説明する。この例では波長１μｍの
光が３００μｍのＧａＡｓ基板を透過して約１３０μｍ
離れた隣接する素子に光を飛ばすことを想定している。
【０００５】まず、ＧａＡｓ基板３１上にレジスト３２
を塗布する（図３（ａ））。その後、レジスト３２を露
光し、現像して２値のパターンを形成する（図３
（ｂ））。この時、ピッチは１．９６μｍである。その
レジストをマスクとして下地のＧａＡｓ基板３１にドラ
イエッチングを用いてパターン転写する（図３
（ｃ））。この時のエッチング深さは７１ｎｍとした。
そのあとでレジストを除去し２値のパターンが形成され
る。（図３（ｄ））。
を塗布する（図３（ａ））。その後、レジスト３２を露
光し、現像して２値のパターンを形成する（図３
（ｂ））。この時、ピッチは１．９６μｍである。その
レジストをマスクとして下地のＧａＡｓ基板３１にドラ
イエッチングを用いてパターン転写する（図３
（ｃ））。この時のエッチング深さは７１ｎｍとした。
そのあとでレジストを除去し２値のパターンが形成され
る。（図３（ｄ））。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のように一番簡単
な２値の加工例ですら光学露光法のほとんど限界に近い
精度でのプロセスを行なう必要がある。図４に示すよう
にさらに４値等の加工になると電子ビーム露光を繰り返
して用いるようなプロセスが必要になる。例えば４値の
場合では、ひとつの階段ステップの幅が０．６５ｎｍ、
深さが２３．７ｎｍとなり高精度な加工が要求される。
な２値の加工例ですら光学露光法のほとんど限界に近い
精度でのプロセスを行なう必要がある。図４に示すよう
にさらに４値等の加工になると電子ビーム露光を繰り返
して用いるようなプロセスが必要になる。例えば４値の
場合では、ひとつの階段ステップの幅が０．６５ｎｍ、
深さが２３．７ｎｍとなり高精度な加工が要求される。
【０００７】本発明の目的は、制御性，再現性に優れた
微細グレーティングの形成ができる微細グレーティング
形成方法を提供することにある。
微細グレーティングの形成ができる微細グレーティング
形成方法を提供することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、化合物半導体を用い
た光機能素子の表面に形成された周期的な凹凸よりなる
レリーフ型のグレーティング作成方法、特に、化合物半
導体基板を空気に曝すことなく真空容器から真空容器に
移動させると共に、それらの真空容器の中で電子ビーム
などを照射することによるパターンを形成する技術を用
いた微細グレーティングの形成方法を提供することにあ
る。
た光機能素子の表面に形成された周期的な凹凸よりなる
レリーフ型のグレーティング作成方法、特に、化合物半
導体基板を空気に曝すことなく真空容器から真空容器に
移動させると共に、それらの真空容器の中で電子ビーム
などを照射することによるパターンを形成する技術を用
いた微細グレーティングの形成方法を提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の微細グレーティ
ング形成方法は、真空に排気できる、容器内に化合物半
導体を設置する第１の工程と、前記化合物半導体の基板
表面にマスク層を単原子層ないし数原子層形成す第２の
工程と、前記化合物半導体表面に反応性ガスを照射また
は接触させると同時に、電子ビームを基板表面に照射す
る第３の工程と、前記電子ビームが隣接する領域に移動
後、電子ビーム照射領域が反応性ガスによってエッチン
グが進行する第４工程とを含み、更に第３の工程と第４
の工程とを空間的に繰り返すことで階段状生の加工形状
を得ることを特徴とする。
ング形成方法は、真空に排気できる、容器内に化合物半
導体を設置する第１の工程と、前記化合物半導体の基板
表面にマスク層を単原子層ないし数原子層形成す第２の
工程と、前記化合物半導体表面に反応性ガスを照射また
は接触させると同時に、電子ビームを基板表面に照射す
る第３の工程と、前記電子ビームが隣接する領域に移動
後、電子ビーム照射領域が反応性ガスによってエッチン
グが進行する第４工程とを含み、更に第３の工程と第４
の工程とを空間的に繰り返すことで階段状生の加工形状
を得ることを特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明では、超高真空中で電子ビームと反応性
ガスを照射することで、加工を行なうため１μｍ以下の
加工サイズでも十分対処可能である。また、電子ビーム
照射時間と反応性ガス照射時間とを最適化することでセ
ルフアライン的に深さ制御することも可能であり、制御
性，再現性に優れた微細グレーティングの形成ができ
る。
ガスを照射することで、加工を行なうため１μｍ以下の
加工サイズでも十分対処可能である。また、電子ビーム
照射時間と反応性ガス照射時間とを最適化することでセ
ルフアライン的に深さ制御することも可能であり、制御
性，再現性に優れた微細グレーティングの形成ができ
る。
【００１１】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。
説明する。
【００１２】図１は本発明の第１の実施例を示す工程図
である。
である。
【００１３】図１（ａ）に示すようにＧａＡｓ基板１１
上に酸化膜マスク１２をＥＣＲプラズマ酸化法で形成す
る。ＥＣＲプラズマ酸化は基板温度を室温、酸素分圧を
５×１０-5Ｔｏｒｒとし、マイクロ波の出力を１２０Ｗ
として、２分間で形成した。その時の厚さは約３ｍｍ程
度であった。酸化マスク形成後、超高真空試料搬送機構
を用いて試料表面を大気中に曝すことなくエッチング室
に搬送する。
上に酸化膜マスク１２をＥＣＲプラズマ酸化法で形成す
る。ＥＣＲプラズマ酸化は基板温度を室温、酸素分圧を
５×１０-5Ｔｏｒｒとし、マイクロ波の出力を１２０Ｗ
として、２分間で形成した。その時の厚さは約３ｍｍ程
度であった。酸化マスク形成後、超高真空試料搬送機構
を用いて試料表面を大気中に曝すことなくエッチング室
に搬送する。
【００１４】続いて図１（ｂ）に示すように、電子ビー
ム１３と塩素ガス１４とを同時に照射して階段状ステッ
プの最初の段の酸化マスク１２をエッチングする。この
時のパターン幅は、図４に示すように４値の場合を考え
ると０．６５μｍである。この加工の時の条件は、電子
ビームの加速電圧２５ｋＶ、ドーズ２×１０18ｃｍ-2あ
り、塩素ガス圧は５×１０-5Ｔｏｒｒ、基板温度１００
℃であった。
ム１３と塩素ガス１４とを同時に照射して階段状ステッ
プの最初の段の酸化マスク１２をエッチングする。この
時のパターン幅は、図４に示すように４値の場合を考え
ると０．６５μｍである。この加工の時の条件は、電子
ビームの加速電圧２５ｋＶ、ドーズ２×１０18ｃｍ-2あ
り、塩素ガス圧は５×１０-5Ｔｏｒｒ、基板温度１００
℃であった。
【００１５】続いて図１（ｃ）に示すように電子ビーム
が所定の領域を描画した後、隣接する次の領域に移動し
て行く。すでに描画が終わった領域では、塩素ガスによ
るガスエッチングが進行する。この条件でのガスエッチ
ング速度は３．６ｎｍ／ｍｉｎであり、この条件を基に
エッチング深さを決める。この場合では、ひとつのステ
ップの段差が２３．７ｎｍであることから６．６分とし
た。以上の工程を繰り返すことで多値の階段状ステップ
が形成できる。
が所定の領域を描画した後、隣接する次の領域に移動し
て行く。すでに描画が終わった領域では、塩素ガスによ
るガスエッチングが進行する。この条件でのガスエッチ
ング速度は３．６ｎｍ／ｍｉｎであり、この条件を基に
エッチング深さを決める。この場合では、ひとつのステ
ップの段差が２３．７ｎｍであることから６．６分とし
た。以上の工程を繰り返すことで多値の階段状ステップ
が形成できる。
【００１６】最終的には図１（ｄ）に示すような階段状
の加工ができ、４値のデジタルブレージングが形成され
る。
の加工ができ、４値のデジタルブレージングが形成され
る。
【００１７】引き続き第２の実施例について図２を用い
て説明する。
て説明する。
【００１８】図２（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板２
１上にＩｎＧａＡｓエピマスク２２をＭＢＥ成長法で形
成する。この時、ＩｎＧａＡｓとＧａＡｓ基板とは格子
整合系でないため臨界膜厚をこえない範囲で結晶成長す
る必要がある。ここでは基板温度５１０℃、Ｉｎ組成
０．１５で行ない、その時の膜厚は約５ｎｍ程度であっ
た。ＩｎＧａＡｓエピマスク形成後、超高真空試料搬送
機構を用いて試料表面を大気中に曝すことなくエッチン
グ室に搬送する。
１上にＩｎＧａＡｓエピマスク２２をＭＢＥ成長法で形
成する。この時、ＩｎＧａＡｓとＧａＡｓ基板とは格子
整合系でないため臨界膜厚をこえない範囲で結晶成長す
る必要がある。ここでは基板温度５１０℃、Ｉｎ組成
０．１５で行ない、その時の膜厚は約５ｎｍ程度であっ
た。ＩｎＧａＡｓエピマスク形成後、超高真空試料搬送
機構を用いて試料表面を大気中に曝すことなくエッチン
グ室に搬送する。
【００１９】続いて図２（ｂ）に示すように、電子ビー
ム２３と塩素ガス２４とを同時に照射して階段状ステッ
プの最初の段ＩｎＧａＡｓエピマスクをエッチングす
る。この時のパターン幅は、図４に示すように４値の場
合を考えると０．６５μｍである。この加工の時の条件
は、電子ビームの加速電圧２５ｋＶ、ドーズ１×１０18
ｃｍ-2あり、塩素ガス圧は５×１０-5Ｔｏｒｒ、基板温
度１００℃であった。
ム２３と塩素ガス２４とを同時に照射して階段状ステッ
プの最初の段ＩｎＧａＡｓエピマスクをエッチングす
る。この時のパターン幅は、図４に示すように４値の場
合を考えると０．６５μｍである。この加工の時の条件
は、電子ビームの加速電圧２５ｋＶ、ドーズ１×１０18
ｃｍ-2あり、塩素ガス圧は５×１０-5Ｔｏｒｒ、基板温
度１００℃であった。
【００２０】続いて図２（ｃ）に示すように、電子ビー
ムが所定の領域を描画した後、隣接する次の領域に移動
していく。すでに描画が終わった領域２５では塩素ガス
によるガスエッチングが進行する。この条件でのガスエ
ッチング速度は３．６ｎｍ／ｍｉｎであり、この条件を
基にエッチング深さを決める。この場合では、ひとつの
ステップの段差が２３．７ｎｍであることから６．６分
とした。以上の工程を繰り返すことで多値の階段状ステ
ップが形成できる。
ムが所定の領域を描画した後、隣接する次の領域に移動
していく。すでに描画が終わった領域２５では塩素ガス
によるガスエッチングが進行する。この条件でのガスエ
ッチング速度は３．６ｎｍ／ｍｉｎであり、この条件を
基にエッチング深さを決める。この場合では、ひとつの
ステップの段差が２３．７ｎｍであることから６．６分
とした。以上の工程を繰り返すことで多値の階段状ステ
ップが形成できる。
【００２１】最終的には図２（ｄ）に示すような階段状
の加工ができ、４値のデジタルブレージングが形成され
る。
の加工ができ、４値のデジタルブレージングが形成され
る。
【００２２】本実施例ではＧａＡｓ基板への加工例を示
したが、他の化合物半導体例えばＩｎＰ，ＩｎＧａＡ
ｓ，ＩｎＧａＡｓＰ等の材料にも適用できることは言う
までもない。
したが、他の化合物半導体例えばＩｎＰ，ＩｎＧａＡ
ｓ，ＩｎＧａＡｓＰ等の材料にも適用できることは言う
までもない。
【００２３】
【発明の効果】以上のように本発明の微細グレーティン
グ形成方法によれば、４値以上の微細なデジタルブレー
ジングでも作成可能となり回折効率の良好な制御性，再
現性に優れた微細グレーティング形成が実現できた。
グ形成方法によれば、４値以上の微細なデジタルブレー
ジングでも作成可能となり回折効率の良好な制御性，再
現性に優れた微細グレーティング形成が実現できた。
【図１】本発明の第１の実施例の工程図である。
【図２】本発明の第２の実施例の工程図である。
【図３】従来例による作成方法の工程図である。
【図４】多値のデジタルブレージングと理想的なブレー
ジングの説明図である。
ジングの説明図である。
１１，２１，３１ ＧａＡｓ基板 １２ 酸化膜マスク １３，２３ 電子ビーム １４，２４ 塩素ガス １５，２５ 電子ビーム照射終了領域 ２２ ＩｎＧａＡｓエピマスク
Claims (4)
- 【請求項１】真空に排気できる容器内に、化合物半導体
を設置する第１の工程と、前記化合物半導体の基板表面
にマスク層を単原子層ないし数原子層形成する第２の工
程と、 前記化合物半導体表面に反応性ガスを照射または接触さ
せると同時に、電子ビームを基板表面に照射する第３の
工程と、 前記電子ビームが隣接する領域に移動後、電子ビーム照
射領域が反応性ガスによってエッチングが進行する第４
の工程とを含み、 更に第３の工程と第４の工程とを空間的に繰り返すこと
で階段状の加工形状を得ることを特徴とする微細グレー
ティング形成方法。 - 【請求項２】前記マスク層を形成する第２の工程におい
て、光照射下で形成した光酸化膜、あるいは、プラズマ
で解離された酸素ラジカルを用いて形成するプラズマ酸
化膜等の酸化物マスクを用いることを特徴とする請求項
１記載の微細グレーティング形成方法。 - 【請求項３】前記マスク層を形成する第２の工程におい
て、反応性ガスに対するエッチング耐性の高いエピタキ
シャル成長した半導体マスクを用いることを特徴とする
請求項１記載の微細グレーティング形成方法。 - 【請求項４】前記電子ビームを基板表面に照射する第３
の工程において、微小寸法に絞った電子ビームを基板表
面で走査することにより、その走査領域で選択的にガス
と反応させて前記マスク層を除去し、パターンを形成す
ることを特徴とする請求項１記載の微細グレーティング
形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13196393A JPH0827407B2 (ja) | 1993-06-02 | 1993-06-02 | 微細グレーティング形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13196393A JPH0827407B2 (ja) | 1993-06-02 | 1993-06-02 | 微細グレーティング形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06342103A JPH06342103A (ja) | 1994-12-13 |
| JPH0827407B2 true JPH0827407B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=15070319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13196393A Expired - Lifetime JPH0827407B2 (ja) | 1993-06-02 | 1993-06-02 | 微細グレーティング形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0827407B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4625643B2 (ja) * | 2004-03-02 | 2011-02-02 | Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 | リニアグレーティングの形成方法 |
| JP4777006B2 (ja) * | 2004-08-10 | 2011-09-21 | 富士通株式会社 | ３次元微細領域元素分析方法 |
| JP2007073558A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-03-22 | Kochi Prefecture Sangyo Shinko Center | 薄膜トランジスタの製法 |
| DE102017100997A1 (de) * | 2017-01-19 | 2018-07-19 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterlaser und Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterlasers |
| CN111819497B (zh) | 2018-03-06 | 2024-02-27 | 应用材料公司 | 构建3d功能性光学材料堆叠结构的方法 |
-
1993
- 1993-06-02 JP JP13196393A patent/JPH0827407B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06342103A (ja) | 1994-12-13 |
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