JPH11305023A - シリコン回折格子の製造方法 - Google Patents
シリコン回折格子の製造方法Info
- Publication number
- JPH11305023A JPH11305023A JP11489398A JP11489398A JPH11305023A JP H11305023 A JPH11305023 A JP H11305023A JP 11489398 A JP11489398 A JP 11489398A JP 11489398 A JP11489398 A JP 11489398A JP H11305023 A JPH11305023 A JP H11305023A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- etching
- silicon substrate
- photoresist
- diffraction grating
- gas
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- Pending
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- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 所定の混合をガスを用いたイオンビームエッ
チングにより、シリコン基板に回折格子パターンを刻線
する。 【解決手段】 ＣＨＦ３ガスとＡｒガスとの混合ガスを
エッチングガスとして用いたイオンビームエッチングに
より、選択比が大きくなるので、フォトレジストパター
ン２をエッチングマスクとしてシリコン基板１上にイオ
ンビーム４を照射して、回折格子パターンを直接エッチ
ングすることができる。
チングにより、シリコン基板に回折格子パターンを刻線
する。 【解決手段】 ＣＨＦ３ガスとＡｒガスとの混合ガスを
エッチングガスとして用いたイオンビームエッチングに
より、選択比が大きくなるので、フォトレジストパター
ン２をエッチングマスクとしてシリコン基板１上にイオ
ンビーム４を照射して、回折格子パターンを直接エッチ
ングすることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板上
に、直接、格子溝を刻線した回折格子の製造方法に関す
る。
に、直接、格子溝を刻線した回折格子の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、石英ガラスが回折格子用基板とし
て多く用いられてきたが、シンクロトロン放射光や高出
力レーザーなど光源の高出力化に伴い、熱伝導性の良い
シリコンや炭化ケイ素を基板とした回折格子が昨今要求
されている。
て多く用いられてきたが、シンクロトロン放射光や高出
力レーザーなど光源の高出力化に伴い、熱伝導性の良い
シリコンや炭化ケイ素を基板とした回折格子が昨今要求
されている。
【０００３】このうち、炭化ケイ素（ＳｉＣ）は入手が
困難で、高価な材料である。また、焼結体であるため全
体積あたり、数パーセントの隙間があり、高真空中では
脱ガスの問題が残る。
困難で、高価な材料である。また、焼結体であるため全
体積あたり、数パーセントの隙間があり、高真空中では
脱ガスの問題が残る。
【０００４】それに対して、シリコンは半導体産業用に
大量生産されており入手は容易である。また、結晶であ
るため隙間はなく高真空中での脱ガスの問題もない。そ
こで、回折格子にシリコン基板が使用されている。
大量生産されており入手は容易である。また、結晶であ
るため隙間はなく高真空中での脱ガスの問題もない。そ
こで、回折格子にシリコン基板が使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようなシリコンを
エッチングする方法として、ウェットエッチング法があ
るが、ウェットエッチング法では、微細なパターンであ
る回折格子パターンの加工は困難である。
エッチングする方法として、ウェットエッチング法があ
るが、ウェットエッチング法では、微細なパターンであ
る回折格子パターンの加工は困難である。
【０００６】また、シリコン基板の上に金などの柔らか
い金属を蒸着し、その金属層にルーリングエンジンなど
により、機械的に溝を彫る方法で回折格子を製造する方
法もある。ただし、この方法では回折格子溝が蒸着した
金属であるため、高出力のビームでの使用時において蒸
着した金属の耐熱性に問題がある。
い金属を蒸着し、その金属層にルーリングエンジンなど
により、機械的に溝を彫る方法で回折格子を製造する方
法もある。ただし、この方法では回折格子溝が蒸着した
金属であるため、高出力のビームでの使用時において蒸
着した金属の耐熱性に問題がある。
【０００７】また、イオンビーム法等のドライエッチン
グによりシリコン基板上に設けたフォトレジスト層をマ
スクとして、回折格子パターンを刻線しようとしても、
シリコン基板よりもフォトレジストがより速くエッチン
グされる、すなわち、選択比が１より小さいので、フォ
トレジストパターンをエッチングマスクとしてシリコン
基板にエッチングすることは困難であった。
グによりシリコン基板上に設けたフォトレジスト層をマ
スクとして、回折格子パターンを刻線しようとしても、
シリコン基板よりもフォトレジストがより速くエッチン
グされる、すなわち、選択比が１より小さいので、フォ
トレジストパターンをエッチングマスクとしてシリコン
基板にエッチングすることは困難であった。
【０００８】本発明は、所定の混合ガスをエッチングガ
スとして用いたイオンビームエッチングにより、シリコ
ン基板に回折格子パターンを刻線することを目的とす
る。
スとして用いたイオンビームエッチングにより、シリコ
ン基板に回折格子パターンを刻線することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコン基板
の表面に回折格子パターンを有するフォトレジスト層を
形成し、ＣＨＦ３ガスとＡｒガスとを混合したエッチン
グガスを用いたイオンビームエッチングにより、レジス
トパターンをエッチングマスクとしてシリコン基板上に
回折格子パターンをエッチングすることを特徴とする。
の表面に回折格子パターンを有するフォトレジスト層を
形成し、ＣＨＦ３ガスとＡｒガスとを混合したエッチン
グガスを用いたイオンビームエッチングにより、レジス
トパターンをエッチングマスクとしてシリコン基板上に
回折格子パターンをエッチングすることを特徴とする。
【００１０】特に、ＣＨＦ３ガスとＡｒガスとの混合ガ
スをエッチングガスとして使用したイオンビームエッチ
ングにより、これらガスを単体で使用した場合や、他の
エッチングガスでは得られなかった良好な状態で、シリ
コン基板に対して回折格子パターンを刻線できる。
スをエッチングガスとして使用したイオンビームエッチ
ングにより、これらガスを単体で使用した場合や、他の
エッチングガスでは得られなかった良好な状態で、シリ
コン基板に対して回折格子パターンを刻線できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図２に示されたブレーズ型回折格
子の製造方法について説明する。まず、光学研磨を行っ
たシリコン基板１上に、フォトレジスト２をスピンコー
ト法により積層する。
子の製造方法について説明する。まず、光学研磨を行っ
たシリコン基板１上に、フォトレジスト２をスピンコー
ト法により積層する。
【００１２】そして、レーザー３を用いた二光束干渉に
より露光を行った後、現像を行いマスクとなるフォトレ
ジストパターン２をシリコン基板上に形成する（図２
ａ）。
より露光を行った後、現像を行いマスクとなるフォトレ
ジストパターン２をシリコン基板上に形成する（図２
ａ）。
【００１３】次に、フォトレジストパターン２をエッチ
ングマスクとして ＣＨＦ３ガスとＡｒガスとの混合ガ
スでＡｒガスの混合比を４５％とした混合ガスで、フォ
トレジストパターン２の配列方向と垂直でかつ斜め上方
からイオンビーム４でエッチングを行う（図２ｂ）。
ングマスクとして ＣＨＦ３ガスとＡｒガスとの混合ガ
スでＡｒガスの混合比を４５％とした混合ガスで、フォ
トレジストパターン２の配列方向と垂直でかつ斜め上方
からイオンビーム４でエッチングを行う（図２ｂ）。
【００１４】フォトレジストが完全になくなるまでエッ
チングを行うことによりシリコン基板１に直接刻線した
ブレーズ型回折格子が製造できる（図２ｃ）。
チングを行うことによりシリコン基板１に直接刻線した
ブレーズ型回折格子が製造できる（図２ｃ）。
【００１５】なお、図２ａのように、レーザー３を用い
た二光束干渉により露光を行った後、現像を行いマスク
となるフォトレジストパターン２が形成されたシリコン
基板１に対し垂直方向からイオンビーム４を照射してラ
ミナー型回折格子を製作することも可能である。
た二光束干渉により露光を行った後、現像を行いマスク
となるフォトレジストパターン２が形成されたシリコン
基板１に対し垂直方向からイオンビーム４を照射してラ
ミナー型回折格子を製作することも可能である。
【００１６】次に、図３に示されたラミナー型回折格子
の製造方法について説明する。まず、光学研磨を行った
シリコン基板１上に、フォトレジスト２をスピンコート
法により積層する。
の製造方法について説明する。まず、光学研磨を行った
シリコン基板１上に、フォトレジスト２をスピンコート
法により積層する。
【００１７】アライナーを用いて、パターニングされた
クロム製ハードマスク５を用いて光リソグラフィーから
の紫外線６で露光を行った後、現像を行いマスクとなる
フォトレジストパターンをシリコン基板１上に形成する
（図３ａ）。
クロム製ハードマスク５を用いて光リソグラフィーから
の紫外線６で露光を行った後、現像を行いマスクとなる
フォトレジストパターンをシリコン基板１上に形成する
（図３ａ）。
【００１８】そして、フォトレジストパターン２をエッ
チングマスクとしてＣＨＦ３ガスとＡｒガスとの混合ガ
スでＡｒの混合比が４５％となるエッチングガスで、基
板に垂直な方向からのイオンビーム７でエッチングを行
う（図３ｂ、図３ｃ）。
チングマスクとしてＣＨＦ３ガスとＡｒガスとの混合ガ
スでＡｒの混合比が４５％となるエッチングガスで、基
板に垂直な方向からのイオンビーム７でエッチングを行
う（図３ｂ、図３ｃ）。
【００１９】エッチングマスクとして利用した、残存フ
ォトレジストパターン２を酸素プラズマにより灰化除去
する。これによりシリコン基板１に直接刻線したラミナ
ー型回折格子が製造される（図３ｄ）。
ォトレジストパターン２を酸素プラズマにより灰化除去
する。これによりシリコン基板１に直接刻線したラミナ
ー型回折格子が製造される（図３ｄ）。
【００２０】なお、図２のブレーズ型回折格子の製造方
法、及び図３のラミナー型回折格子の製造方法に用いた
イオンビームエッチングにおいて、ＣＨＦ３ガス単体で
は、レジストとシリコンのエッチングレートの比である
選択比は０．４６で、Ａｒガス単体では、選択比は０．
２１である。すなわち、これらのガスを単体で使用した
場合、シリコン基板よりもレジストの方が約２〜５倍も
速くエッチングされてしまうので、微細パターン加工は
困難である。
法、及び図３のラミナー型回折格子の製造方法に用いた
イオンビームエッチングにおいて、ＣＨＦ３ガス単体で
は、レジストとシリコンのエッチングレートの比である
選択比は０．４６で、Ａｒガス単体では、選択比は０．
２１である。すなわち、これらのガスを単体で使用した
場合、シリコン基板よりもレジストの方が約２〜５倍も
速くエッチングされてしまうので、微細パターン加工は
困難である。
【００２１】しかしながら、シリコン基板に対して、Ｃ
ＨＦ３とＡｒガスとの混合ガスを使用することで図１に
示したような選択比が得られた。すなわち、Ａｒガスが
２０〜７０％のＣＨＦ３ガスとの混合ガスを用いたイオ
ンビームエッチングでは、選択比が１より大きくなるの
で、フォトレジストパターンをエッチングマスクとして
シリコン基板上に回折格子パターンを直接エッチングす
ることができる。さらに、Ａｒガスが４０〜５０％の混
合比のとき、選択比が２より大きくなり、極めて良好な
エッチングが可能である。
ＨＦ３とＡｒガスとの混合ガスを使用することで図１に
示したような選択比が得られた。すなわち、Ａｒガスが
２０〜７０％のＣＨＦ３ガスとの混合ガスを用いたイオ
ンビームエッチングでは、選択比が１より大きくなるの
で、フォトレジストパターンをエッチングマスクとして
シリコン基板上に回折格子パターンを直接エッチングす
ることができる。さらに、Ａｒガスが４０〜５０％の混
合比のとき、選択比が２より大きくなり、極めて良好な
エッチングが可能である。
【００２２】また、ＣＨＦ３ガスとＡｒガスの混合ガス
を用いたイオンビームエッチングによる回折格子の製造
は、ＳｉＣからなる基板に対しても行われているが、図
１に示すように、ＳｉＣ基板に対する選択比に比べ、シ
リコン基板に対して良好な選択比が得られた。さらに、
シリコン基板に対して、他にエッチングガスとして使用
されている、ＣＦ４＋Ａｒ、ＳＦ６＋Ａｒ、ＣＣｌ２Ｆ
２＋Ａｒの混合ガスについても試みたが、いずれも、Ｃ
ＨＦ３＋Ａｒの混合ガスほど良好な選択比は得られなか
った。すなわち、イオンビームエッチングにより、熱伝
導性の良い回折格子を製造する場合、シリコン基板とＣ
ＨＦ３＋Ａｒの混合ガスとの組み合わせが、最適な選択
比が得られる最も相性が良い組み合わせと言える。
を用いたイオンビームエッチングによる回折格子の製造
は、ＳｉＣからなる基板に対しても行われているが、図
１に示すように、ＳｉＣ基板に対する選択比に比べ、シ
リコン基板に対して良好な選択比が得られた。さらに、
シリコン基板に対して、他にエッチングガスとして使用
されている、ＣＦ４＋Ａｒ、ＳＦ６＋Ａｒ、ＣＣｌ２Ｆ
２＋Ａｒの混合ガスについても試みたが、いずれも、Ｃ
ＨＦ３＋Ａｒの混合ガスほど良好な選択比は得られなか
った。すなわち、イオンビームエッチングにより、熱伝
導性の良い回折格子を製造する場合、シリコン基板とＣ
ＨＦ３＋Ａｒの混合ガスとの組み合わせが、最適な選択
比が得られる最も相性が良い組み合わせと言える。
【００２３】なお、回折格子に対し使用する波長域にお
いて、高い反射率が得られるように、適当な材質（Ａ
ｕ、Ｐｔなどの金属やＷ−Ｃ等の多層膜）を基板表面に
コーティングすることも可能である。
いて、高い反射率が得られるように、適当な材質（Ａ
ｕ、Ｐｔなどの金属やＷ−Ｃ等の多層膜）を基板表面に
コーティングすることも可能である。
【００２４】
【発明の効果】ＣＨＦ３ガスとＡｒガスとの混合ガスを
エッチングガスとして用いることにより、イオンビーム
エッチングの際のシリコンのエッチング速度がレジスト
のエッチング速度より大きくなる、すなわち、選択比が
大きくなるので、レジストをマスクとしたシリコン基板
に直接溝を刻線した回折格子の製造が可能となる。
エッチングガスとして用いることにより、イオンビーム
エッチングの際のシリコンのエッチング速度がレジスト
のエッチング速度より大きくなる、すなわち、選択比が
大きくなるので、レジストをマスクとしたシリコン基板
に直接溝を刻線した回折格子の製造が可能となる。
【図１】シリコン基板、及びＳｉＣ基板に対する、ＣＨ
Ｆ３ガスとＡｒガスの混合比と選択比との関係を示すグ
ラフ。
Ｆ３ガスとＡｒガスの混合比と選択比との関係を示すグ
ラフ。
【図２】シリコン基板に直接ブレーズ型回折格子を製造
する工程の説明図。
する工程の説明図。
【図３】シリコン基板に直接ラミナー型回折格子を製造
する工程の説明図。
する工程の説明図。
１…シリコン基板 ２…フォトレジスト、フォトレジストパターン ３…レーザー波面 ４，７…イオンビーム ５…クロムハードマスク ６…紫外線もしくは電子線
Claims (1)
- 【請求項１】 シリコン基板の表面に回折格子パターン
を有するフォトレジスト層を形成し、ＣＨＦ３ガスとＡ
ｒガスとを混合したエッチングガスを用いたイオンビー
ムエッチングにより、前記回折格子パターンをマスクと
してエッチングすることを特徴とするシリコン回折格子
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11489398A JPH11305023A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | シリコン回折格子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11489398A JPH11305023A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | シリコン回折格子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11305023A true JPH11305023A (ja) | 1999-11-05 |
Family
ID=14649293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11489398A Pending JPH11305023A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | シリコン回折格子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11305023A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012157697A1 (ja) | 2011-05-19 | 2012-11-22 | 株式会社日立製作所 | 回折格子製造方法、分光光度計、および半導体装置の製造方法 |
| RU2643220C1 (ru) * | 2016-12-06 | 2018-01-31 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | Способ изготовления дифракционных решеток |
-
1998
- 1998-04-24 JP JP11489398A patent/JPH11305023A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012157697A1 (ja) | 2011-05-19 | 2012-11-22 | 株式会社日立製作所 | 回折格子製造方法、分光光度計、および半導体装置の製造方法 |
| RU2643220C1 (ru) * | 2016-12-06 | 2018-01-31 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") | Способ изготовления дифракционных решеток |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041112 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071023 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20080115 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080314 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20080527 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20080930 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |