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JP2005004068A - Method of forming slant rugged pattern and substrate having rugged pattern - Google Patents

Method of forming slant rugged pattern and substrate having rugged pattern Download PDF

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JP2005004068A
JP2005004068A JP2003169469A JP2003169469A JP2005004068A JP 2005004068 A JP2005004068 A JP 2005004068A JP 2003169469 A JP2003169469 A JP 2003169469A JP 2003169469 A JP2003169469 A JP 2003169469A JP 2005004068 A JP2005004068 A JP 2005004068A
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slant
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dry etching
pattern
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JP2003169469A
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Hideaki Morita
英明 森田
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dry etching method by which a slant rugged pattern is formed even on a substrate to be etched having a large area and to provide a substrate on which a slant irregular pattern is formed. <P>SOLUTION: A mask having an opening is provided on the substrate 11 and the substrate 11 is arranged in a slanted manner with respect to the etching direction of a dry etching device. Etching is conducted by relatively moving the substrate 11 with respect to the dry etching apparatus and scanning the surface of the substrate 11. It is desirable to use a RIBE dry etching apparatus 24 for this purpose. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
基板に対して斜めにエッチングするスラント凹凸パターンの形成方法及びスラント凹凸パターンを形成した基板に関し、さらに、スラント凹凸パターンを有する表面レリーフ型回折格子、ホログラフィック光学素子等の光学素子を形成するスラント凹凸パターンの形成方法及び前記光学素子に代表されるスラント凹凸パターンを形成した基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
【0003】
【特許文献1】特開平10−96807号公報
【非特許文献1】Applied Optics Vol.36,No.23,pp.5717−5726
【非特許文献2】Waveguide Grating Couplers S.J.Sheard, Ming Li, Di Liao, Department of Engineering Science, Oxford University, Parks Road, Oxford OX1 3PJ United Kingdom (http://www.eng.ox.ac.uk/` holsjs/research/files/couplers.pdf)
【0004】
平行な溝壁を持ち且つ基板面に対して斜めに傾く複数の溝を形成してなるスラント凹凸パターンを設けたものは、表面レリーフ型回折格子(非特許文献1)として、或いは、ホログラフィック光学素子(特許文献1)として知られている。前記非特許文献1の表面レリーフ型回折格子は、光学的相互接続におけるインプット及びアウトプットのカップラーとして有用であることが示されている。また、前記特許文献1のホログラフィック光学素子は、0次回折光、一次回折光、透過以外の高次回折光がほとんど発生せず、しかも、波長依存性がほとんどない回折格子が示されている。
【0005】
基板にスラント凹凸パターンを形成する方法として、透明基板上にスピンコーティング等により塗布してなるフォトレジスト上に金属薄膜のマスクを設け、目的とするスラントの傾きと同じ角度に傾いた台上に載せ、次いでRIE(リアクティブイオンエッチング)又はRIBE(リアクティブイオンビームエッチング)により直接的にイオンにて書き込みして作製したものである(非特許文献1、特許文献1)。このようにしてドライエッチングされた透明基板には、図1に示されるように、平行な溝壁を持ち且つイオンの方向にエッチングされた基板面に対して斜めに傾く複数の溝を持つスラント凹凸パターンが形成される。
【0006】
しかしながら、非特許文献1或いは特許文献1のようにエッチング方向に対して基板を相対的に斜めに配置すると、基板の面積が大きくなるにつれて、基板中央部と基板周辺部において、イオン生成室出口(電極又はプラズマ出口)と基板との距離に大きな差異が生じるため、基板面の位置によって、イオンビームの放射角度やエッチング強度が一様とはならないことが原因で加工特性にムラが生ずる。例えば、得られたエッチング物のスラント角度や深さが一様とならないため、光学特性にムラが生ずるという問題があった。
【0007】
このような状況から、従来のスラント凹凸パターンを形成した基板において、基板に均一な加工を施すことが可能な範囲は微小領域に限られていた。例えば、非特許文献1は、2mm四方角のパターンを形成しているに過ぎない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、ドライエッチング法によりスラント凹凸パターンを形成する方法において、大面積の被エッチング基板に対してもスラント凹凸パターンを形成することができるスラント凹凸パターンを形成する基板のエッチング方法及びスラント凹凸パターンを形成した基板を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決する本発明のスラント凹凸パターンの形成方法は、開口を有するマスクを基板上に設け、ドライエッチング装置のエッチング方向に対して基板面を斜めに傾けて配置し、該ドライエッチング装置と基板を相対的に移動させて基板面をスキャンさせながらエッチングすることを特徴とする。前記ドライエッチング装置はRIE又はRIBEであることが望ましい。
【0010】
また、本発明のスラント凹凸パターンを有する基板は、前記スラント凹凸パターンの形成方法により形成された、基板面に対して中心線が傾斜する複数の溝を形成してなる基板である。本発明のスラント凹凸パターンの形成方法により得られた基板は、図1に示されるように、電離放射線の照射方向にエッチングされた透明基板11面に対して中心線が傾斜する複数の溝12を持つスラント凹凸パターンが形成されている。該溝12の断面形状は平行四辺形、台形、三角形等の中心線が傾斜するものが挙げられる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を挙げて更に説明する。
【0012】
図2及び図3を例に用いて、本発明のスラント凹凸パターンの形成方法を説明する。図2は本発明のスラント凹凸パターンの形成方法の一例を示す工程図である。まず、図2(a)に示すように、光学研磨された石英ガラスのような透明基板11を用意し、その表面上に電離放射線により硬化するレジスト層13をコーティングし、電離放射線照射装置により電離放射線14を照射して所定のパターンをそのレジスト層13に描画する。その後、この描画されたレジスト層13を現像して、図2(b)に示すようなレジストパターン15を透明基板11表面に形成する。
【0013】
次に、図2(c)に示すように、目的とする溝12の傾き角φと同じ角度に傾いた基板台16上にこのレジストパターン15が形成された透明基板11を載せ、RIBEドライエッチング装置によりイオンビーム17を照射してCFとOの混合ガスからなるプラズマを発生させて、透明基板11面の斜め上方からプラズマエッチングを行う。RIBEドライエッチング装置は、例えば、図3に示すような、プラズマ生成室21、エッチング室22、該エッチング室22内に配置される、所定の角度に傾いた透明基板11を載置するための基板台であって、基板面方向に移動可能な基板台23を有するRIBEドライエッチング装置24を用いることができる。
【0014】
このとき、RIBEドライエッチング装置24のイオン出口(プラズマ出口)と透明基板11を相対的に移動させて透明基板11面を、例えば、図4に示す基板面の矢印で示す方向にスキャンしながらイオンビーム17を基板面に対して斜めに照射してエッチングし、且つエッチング時間を精密に制御することにより、エッチングの深さd(図1)を所定の値に制御し、平行な溝壁を持ち、イオンビーム17の方向で、所定の深さに正確にエッチングされた、透明基板11面に対して斜めに傾く複数の繰返し溝12を持つスラント凹凸パターンを、透明基板11面の均一加工領域30内に形成する(図2(d)、図4)。本発明によれば、図4の点線で囲った均一加工領域30の大きさは50mm四方角が可能である。スキャン加工についてスキャン範囲がその領域を含み、かつスキャン間隔とイオンビーム17の影響範囲との兼ね合いでムラが生じないようにスキャン間隔を定めることが必要である。
【0015】
なお、図2(a)に破線で示すエッチングストッパー層18を予め透明基板11中に設けておいて、エッチングの深さdを所定の値になるようにしてもよいし、両者を併用してもよい。
【0016】
最後に、レジストパターン15を灰化除去等により除去することにより、図1に示すようなスラント凹凸パターンを有する基板を得る。
【0017】
なお、以上において、ドライエッチングのためのマスクは、フォトリソグラフィックに形成されたレジストパターン15を用いたが、最初に透明基板11の表面上にクロム層を設け、その上に電離放射線硬化型のレジスト層13をコートし、該電離放射線硬化型のレジスト層13を所定のホログラムの干渉縞に相当するようにパターニングし、そのレジストパターン15の開口から露出したクロム層をCHClとOの混合ガス等からなるエッチングガスによりエッチングし、このレジストパターン15とその下層のクロムパターンとからなるマスク、あるいは、レジストパターン15を除去したクロムパターンのみからなるマスクを用いて透明基板11をエッチングして、同様の斜めに傾いた繰り返し溝12を形成するようにしてもよい。また、ドライエッチングは、リアクティブイオンエッチングやリアクティブイオンビームエッチングに限らず、イオンエッチング、イオンビームエッチング、中性ビームエッチング、フォカストイオンビームエッチング、スパッターエッチング等の他のドライエッチングでももちろんよい。
【0018】
或いは、図5に示す本発明のスラント凹凸パターンの形成のプロセス図のように、透明基板31の表面上にまずホログラフィック露光によるフォトレジスト層32を設け(図5(a))、その上にアルミニウムで陰影コートを行って(図5(b))アルミニウム層33を形成し、酸素プラズマエッチングにより残余のフォトレジストを除去し(図5(c))、その上にアルミニウムでコートし(図5(d))、金属離昇することによりアルミニウム層からなるマスク34を形成し、次いでRIBEによるイオンビームを斜角に照射し(図5(e))、次いで、マスク34を剥がして、図1に示すようなスラント凹凸パターンを有する基板を得る方法を用いてもよい。
【0019】
【発明の効果】
本発明によれば、ドライエッチング装置のエッチング方向を基板面に対して斜めに傾けて配置し、エッチング装置と基板を相対的に移動させて基板面をスキャンさせながらエッチングするので、正確な形状のスラント凹凸パターンの形成において、従来のエッチング装置と基板との相対位置が固定される方法よりも、数百倍以上の大面積の均一加工領域を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】平行な溝壁を持ち且つイオンビームの方向にエッチングされた基板面に対して斜めに傾く複数の溝を持つスラント凹凸パターンを示す図である。
【図2】本発明のスラント凹凸パターンの形成方法の一例を示す工程図である。
【図3】プラズマ生成室、エッチング室を有するRIBEドライエッチング装置を示す図である。
【図4】基板面を矢印で示す方向にスキャンしながらイオンビーム照射することを示す図である。
【図5】本発明のスラント凹凸パターンの形成のプロセス図である。
【符号の説明】
11 透明基板
12 溝
13 レジスト層
14 電離放射線
15 レジストパターン
16 基板台
17 イオンビーム
18 エッチングストッパー層
21 プラズマ生成室
22 エッチング室
23 基板台
24 RIBEドライエッチング装置
30 均一加工領域
31 透明基板
32 フォトレジスト層
33 アルミニウム層
34 マスク
[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a method for forming a slant uneven pattern that is obliquely etched with respect to a substrate, and a substrate on which a slant uneven pattern is formed. The present invention relates to a pattern forming method and a substrate on which a slant uneven pattern represented by the optical element is formed.
[0002]
[Prior art]
[0003]
[Patent Document 1] JP-A-10-96807 [Non-Patent Document 1] Applied Optics Vol. 36, no. 23, pp. 5717-5726
[Non-patent Document 2] Waveguide Grafting Couplers S. J. et al. Shear, Ming Li, Di Liao, Department of Engineering Science, Oxford University, Parks Road, Oxford OX1 3PJ United Kingdom / hx.
[0004]
A surface relief type diffraction grating (Non-Patent Document 1) or a holographic optical device provided with a slant uneven pattern having parallel groove walls and a plurality of grooves inclined obliquely with respect to the substrate surface. It is known as an element (Patent Document 1). The surface relief type diffraction grating of Non-Patent Document 1 has been shown to be useful as an input and output coupler in optical interconnection. Further, the holographic optical element of Patent Document 1 shows a diffraction grating that hardly generates 0th-order diffracted light, first-order diffracted light, and high-order diffracted light other than transmission, and has almost no wavelength dependency.
[0005]
As a method for forming a slant uneven pattern on a substrate, a metal thin film mask is provided on a photoresist formed by spin coating on a transparent substrate and placed on a table tilted at the same angle as the intended slant tilt. Then, it is fabricated by writing directly with ions by RIE (reactive ion etching) or RIBE (reactive ion beam etching) (Non-patent Document 1, Patent Document 1). As shown in FIG. 1, the transparent substrate thus dry-etched has slant irregularities having parallel groove walls and a plurality of grooves inclined obliquely with respect to the substrate surface etched in the direction of ions. A pattern is formed.
[0006]
However, when the substrate is disposed relatively obliquely with respect to the etching direction as in Non-Patent Document 1 or Patent Document 1, the ion generation chamber exit ( Since the distance between the electrode or the plasma outlet) and the substrate is greatly different, the processing characteristics are uneven because the radiation angle of the ion beam and the etching intensity are not uniform depending on the position of the substrate surface. For example, since the slant angle and depth of the obtained etched product are not uniform, there is a problem that the optical characteristics are uneven.
[0007]
From such a situation, in the conventional substrate on which the slant uneven pattern is formed, the range in which the substrate can be uniformly processed is limited to a minute region. For example, Non-Patent Document 1 merely forms a 2 mm square pattern.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention relates to a method for forming a slant uneven pattern by a dry etching method, and a method for etching a substrate and a slant for forming a slant uneven pattern capable of forming a slant uneven pattern even on a substrate to be etched having a large area. It aims at providing the board | substrate which formed the uneven | corrugated pattern.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the method for forming a slant uneven pattern of the present invention that solves the above-described problems, a mask having an opening is provided on a substrate, and the substrate surface is disposed obliquely with respect to the etching direction of the dry etching apparatus. Etching while relatively moving the substrate and scanning the substrate surface. The dry etching apparatus is preferably RIE or RIBE.
[0010]
In addition, the substrate having the slant uneven pattern of the present invention is a substrate formed by the method for forming a slant uneven pattern and formed with a plurality of grooves whose center lines are inclined with respect to the substrate surface. As shown in FIG. 1, the substrate obtained by the slant uneven pattern forming method of the present invention has a plurality of grooves 12 whose centerlines are inclined with respect to the surface of the transparent substrate 11 etched in the irradiation direction of ionizing radiation. A slant uneven pattern is formed. Examples of the cross-sectional shape of the groove 12 include parallelograms, trapezoids, triangles and the like whose centerlines are inclined.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of the present invention will be further described.
[0012]
The method for forming a slant uneven pattern according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a process diagram showing an example of a method for forming a slant uneven pattern according to the present invention. First, as shown in FIG. 2A, a transparent substrate 11 such as optically polished quartz glass is prepared, and a resist layer 13 that is hardened by ionizing radiation is coated on the surface, and ionized radiation irradiation apparatus is used for ionization. A predetermined pattern is drawn on the resist layer 13 by irradiating the radiation 14. Thereafter, the drawn resist layer 13 is developed to form a resist pattern 15 as shown in FIG. 2B on the surface of the transparent substrate 11.
[0013]
Next, as shown in FIG. 2C, the transparent substrate 11 on which the resist pattern 15 is formed is placed on the substrate table 16 inclined at the same angle as the inclination angle φ of the target groove 12, and RIBE dry etching is performed. The apparatus is irradiated with an ion beam 17 to generate plasma composed of a mixed gas of CF 4 and O 2 , and plasma etching is performed obliquely from above the surface of the transparent substrate 11. The RIBE dry etching apparatus, for example, as shown in FIG. 3, a plasma generation chamber 21, an etching chamber 22, and a substrate for placing a transparent substrate 11 disposed in the etching chamber 22 and inclined at a predetermined angle. A RIBE dry etching apparatus 24 that is a table and has a substrate table 23 movable in the substrate surface direction can be used.
[0014]
At this time, the ion exit (plasma exit) of the RIBE dry etching apparatus 24 and the transparent substrate 11 are relatively moved to scan the surface of the transparent substrate 11 in, for example, the direction indicated by the arrow on the substrate surface shown in FIG. Etching is performed by irradiating the beam 17 obliquely with respect to the substrate surface, and by controlling the etching time precisely, the etching depth d (FIG. 1) is controlled to a predetermined value, and there are parallel groove walls. In the direction of the ion beam 17, a slant uneven pattern having a plurality of repetitive grooves 12 inclined obliquely with respect to the surface of the transparent substrate 11 that has been accurately etched to a predetermined depth is formed into a uniform processing region 30 on the surface of the transparent substrate 11. (FIGS. 2D and 4). According to the present invention, the size of the uniform processing region 30 surrounded by the dotted line in FIG. 4 can be 50 mm square. Regarding the scan processing, it is necessary to determine the scan interval so that the scan range includes the region and unevenness does not occur due to the balance between the scan interval and the influence range of the ion beam 17.
[0015]
Note that an etching stopper layer 18 shown by a broken line in FIG. 2A may be provided in the transparent substrate 11 in advance, and the etching depth d may be set to a predetermined value, or both may be used in combination. Also good.
[0016]
Finally, the resist pattern 15 is removed by ashing or the like to obtain a substrate having a slant uneven pattern as shown in FIG.
[0017]
In the above description, the resist pattern 15 formed by photolithography is used as a mask for dry etching. First, a chromium layer is provided on the surface of the transparent substrate 11, and an ionizing radiation curable resist is provided thereon. The layer 13 is coated, the ionizing radiation curable resist layer 13 is patterned so as to correspond to the interference fringes of a predetermined hologram, and the chromium layer exposed from the opening of the resist pattern 15 is formed of CH 2 Cl 2 and O 2 . Etching is performed with an etching gas composed of a mixed gas, and the transparent substrate 11 is etched using a mask composed of the resist pattern 15 and the underlying chromium pattern, or a mask composed only of the chromium pattern from which the resist pattern 15 has been removed. The same obliquely inclined groove 12 may be formed. Good. The dry etching is not limited to reactive ion etching or reactive ion beam etching, but may be other dry etching such as ion etching, ion beam etching, neutral beam etching, focal ion beam etching, and sputter etching.
[0018]
Alternatively, as shown in the process diagram for forming the slant uneven pattern of the present invention shown in FIG. 5, a photoresist layer 32 is first provided on the surface of the transparent substrate 31 by holographic exposure (FIG. 5 (a)), and then on it. A shadow coating is performed with aluminum (FIG. 5B), an aluminum layer 33 is formed, the remaining photoresist is removed by oxygen plasma etching (FIG. 5C), and aluminum is coated thereon (FIG. 5B). (D)) A mask 34 made of an aluminum layer is formed by raising the metal, and then an ion beam by RIBE is irradiated at an oblique angle (FIG. 5 (e)), and then the mask 34 is peeled off. A method of obtaining a substrate having a slant uneven pattern as shown in FIG.
[0019]
【The invention's effect】
According to the present invention, the etching direction of the dry etching apparatus is inclined with respect to the substrate surface, and the etching apparatus and the substrate are moved relatively to perform the etching while scanning the substrate surface. In forming the slant uneven pattern, a uniform processing region having a large area of several hundred times or more can be achieved as compared with the conventional method in which the relative position between the etching apparatus and the substrate is fixed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a slant uneven pattern having a plurality of grooves having parallel groove walls and inclined obliquely with respect to a substrate surface etched in the direction of an ion beam.
FIG. 2 is a process diagram showing an example of a method for forming a slant uneven pattern according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing a RIBE dry etching apparatus having a plasma generation chamber and an etching chamber.
FIG. 4 is a diagram showing ion beam irradiation while scanning a substrate surface in a direction indicated by an arrow.
FIG. 5 is a process diagram of forming the slant uneven pattern of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Transparent substrate 12 Groove 13 Resist layer 14 Ionizing radiation 15 Resist pattern 16 Substrate stand 17 Ion beam 18 Etching stopper layer 21 Plasma generation chamber 22 Etch chamber 23 Substrate stand 24 RIBE dry etching apparatus 30 Uniform processing region 31 Transparent substrate 32 Photoresist layer 33 Aluminum layer 34 Mask

Claims (3)

開口を有するマスクを基板上に設け、ドライエッチング装置のエッチング方向に対して基板面を斜めに傾けて配置し、該ドライエッチング装置と基板を相対的に移動させて基板面をスキャンさせながらエッチングすることを特徴とするスラント凹凸パターンの形成方法。A mask having an opening is provided on the substrate, the substrate surface is tilted with respect to the etching direction of the dry etching apparatus, and the dry etching apparatus and the substrate are moved relatively to perform etching while scanning the substrate surface. A method of forming a slant uneven pattern characterized by the above. 前記ドライエッチング装置がRIE又はRIBEである請求項1記載のスラント凹凸パターンの形成方法。The method for forming a slant uneven pattern according to claim 1, wherein the dry etching apparatus is RIE or RIBE. 請求項1又は2記載のスラント凹凸パターンの形成方法により形成された、基板面に対して中心線が傾斜する複数の溝を形成してなるスラント凹凸パターンを有する基板。A substrate having a slant concavo-convex pattern formed by the method for forming a slant concavo-convex pattern according to claim 1 or 2 and formed with a plurality of grooves whose centerlines are inclined with respect to the substrate surface.
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