(57)【要約】      （修正有）【課題】基板内部からの発熱を抑制してエッチングレートを安定させることができる回折型光学部品の製造方法を提供する。【解決手段】表面に凹凸構造を有する絶縁性基板からなる回折型光学部品の製造方法。絶縁性基板の電気抵抗率を測定し、所定の値以上の電気抵抗率を有する絶縁性基板を選別する選別工程と、この選別工程で選別された絶縁性基板の表面にドライエッチングにより凹凸を形成するエッチング工程とを含んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹凸構造を有する絶縁性基板からなる回折型光学部品の製造方法であって、
絶縁性基板の電気抵抗率を測定し、所定の値以上の電気抵抗率を有する絶縁性基板を選別する選別工程と、
この選別工程で選別された絶縁性基板の表面にドライエッチングにより凹凸を形成するエッチング工程と
を含むことを特徴とする回折型光学部品の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁性基板がＺｎＳｅからなり、且つ、前記所定の値が１０11Ωｃｍ以上である請求項１に記載の回折型光学部品の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁性基板がＣＶＤ法によって作製されている請求項２に記載の回折型光学部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回折型光学部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折型光学部品（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ：ＤＯＥ）は、従来の屈折・反射を利用する光学部品とは異なり、表面の微細な凹凸構造で発生する光の回折現象を利用し、位相を直接制御するものであり、近年益々高まりつつある電子部品ないしはデバイスの小型化の要求に応えることができる光学部品である。このようなＤＯＥの製造には、高精度で微細な加工を行うことができるドライエッチング方法が用いられている。
【０００３】
ドライエッチングは、光学部品の材料となる、ＺｎＳｅなどからなる絶縁性基板をチャンバ内に配置し、高周波電力を印加する際に発生するプラズマ中の活性種と基板が化学反応して二次生成物を形成し、同じくプラズマ中で発生する正イオンを二次生成物へ衝突させ二次生成物を除去することによって行われる。
【０００４】
ところが従来のドライエッチングでは、絶縁性基板への正イオンの衝突や化学反応が起こった際に当該絶縁性基板の温度が上昇し、エッチングレート（速度）が安定しないという問題があった。エッチングレートにバラツキが生じると、絶縁性基板のエッチング深さにもバラツキが生じてしまい、ＤＯＥとしての所望の性能が得られない。
【０００５】
そこで、この問題を解消するために、特許文献１記載のドライエッチング方法では、絶縁性基板と導電体とを導電グリスによって貼り付けることでエッチングレートを安定させ、複数枚の絶縁性基板を同時にドライエッチングする場合における絶縁性基板間のエッチングレートのバラツキを抑えることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１５７３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１記載のドライエッチング方法でもエッチングレートのバラツキを改善することができるが、本発明者らは、そのバラツキを更に抑えるべく鋭意研究を重ねた結果、光学部品の材料として所定値以上の電気抵抗率を有する絶縁性基板を用いてドライエッチングを行った場合に、基板内部からの発熱を抑制してエッチングレートを安定させ得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の目的は、基板内部からの発熱を抑制してエッチングレートを安定させることができる回折型光学部品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の回折型光学部品の製造方法（以下、単に「製造方法」ともいう）は、表面に凹凸構造を有する絶縁性基板からなる回折型光学部品の製造方法であって、
絶縁性基板の電気抵抗率を測定し、所定の値以上の電気抵抗率を有する絶縁性基板を選別する選別工程と、
この選別工程で選別された絶縁性基板の表面にドライエッチングにより凹凸を形成するエッチング工程と
を含むことを特徴としている。
【００１０】
本発明の製造方法では、絶縁性基板の電気抵抗率を測定し、所定の値以上の電気抵抗率を有する絶縁性基板に対しドライエッチングを行い、その表面に凹凸を形成している。電気抵抗（電気抵抗率）が小さいものは、基板の結晶内に自由電子が多く存在するため、高周波電力を印加した際に自由電子が振動して内部から発熱してしまい、当該基板の温度が上昇する。温度が上昇すると基板とエッチングガスとの化学反応が早くなるので、エッチングレートが安定しない。これに対し、所定の値以上の大きな電気抵抗を有する基板は、自由電子の数が少ないため、高周波を印加した場合でも内部からの発熱を抑えることができ、その結果、エッチングレートを安定させることができる。そして、エッチングレートが安定することでエッチング深さも一定となり、ＤＯＥとしての性能を十分に発揮させることができる。
【００１１】
前記絶縁性基板がＺｎＳｅからなり、且つ、前記所定の値が１０11Ωｃｍ以上であるのが好ましい。ＺｎＳｅのドライエッチングは、高周波電界中でプラズマ化された反応性に富んだエッチングガスとＺｎＳｅの化学反応を利用するものである。この化学反応はＺｎＳｅの温度が高くなると加速度的に早くなる。そこで、安定した反応速度を得るためにはエッチング時のＺｎＳｅの温度がある一定温度以下である必要があるが、ＺｎＳｅからなる絶縁性基板の電気抵抗率を１０11Ωｃｍ以上とすることで、結晶内の自由電子の振動に起因する発熱を抑制することができる。その結果、基板の温度上昇を抑えて、エッチングレートを安定させることができる。
【００１２】
前記絶縁性基板をＣＶＤ法によって作製されたものとすることができる。この場合、絶縁性基板は多結晶体となるが、電気抵抗率を１０11Ωｃｍ以上としているので、結晶内の自由電子の振動に起因する発熱を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の製造方法によれば、基板内部からの発熱を抑制してエッチングレートを安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の製造方法を実施することができるドライエッチング装置の一例の説明図である。
【図２】ＤＯＥの製造工程の説明図である。
【図３】電気抵抗率とエッチングレートとの相関関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、分かり易くするために、図１〜２において、構成要素の厚さ方向の寸法などを誇張して描いている。
【００１６】
本発明の製造方法は、所定の値以上の電気抵抗率を有する絶縁性基板の表面にドライエッチングにより凹凸を形成するものである。このドライエッチングは、例えば、図１に示されるドライエッチング装置１を用いて行うことができる。このドライエッチング装置１は、ＲＦ電源２ａ、２ｂと、ＩＣＰコイル３と、チャンバ４とを備えており、ＤＯＥの原材料となる絶縁性基板５が貼付された導電体６と、Ｈｅガスなどによって冷却された電極７とが電気的に密着された状態で前記チャンバ４内に配設されている。なお、図１において、８は接地されたＲＦ電源２ｂと電極７との間に配設されたブロッキングコンデンサである。
【００１７】
前記チャンバ４内にガスが供給され、ＲＦ電源２ａ、２ｂによって高周波電力を印加して発生させたプラズマ９中の正イオンが、絶縁性基板５の上方に発生したシース領域１０における強電界によって当該絶縁性基板５の表面に衝突して、絶縁性基板５のドライエッチングが行われる。
【００１８】
本発明のドライエッチング方法は、例えば、ＩＣＰプラズマ、ＣＣＰプラズマ、ＥＣＲプラズマ、およびＮＬＤプラズマのうち少なくとも１つを用いて行うことができる。この場合、微細で異方性の高いドライエッチングが可能となるため、より高品質のＤＯＥを製造することができる。ここで、ＩＣＰプラズマは誘導結合型プラズマのことであって、ＩＣＰコイルに高周波電力を印加することによって生成したプラズマのことである。また、ＣＣＰプラズマは容量結合型プラズマのことであって、電極上の電荷がつくる静電場によって生成したプラズマのことである。ＥＣＲプラズマは電子サイクトロン共鳴プラズマのことであって、磁場の中でサイクトロン運動をしている電子と正イオンに交流電場を加えることによって生成したプラズマのことである。さらに、ＮＬＤプラズマは磁気中性線放電プラズマのことであって、磁界がゼロとなる磁気中性点のループを形成し、このループに沿って生成したプラズマのことである。
【００１９】
本発明の製造方法で用いることができる絶縁性基板５の種類については、本発明において特に限定されるものではなく、例えばＣＶＤで合成したＺｎＳｅの多結晶体をはじめとしてＺｎＳｅ単結晶、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ等の２−６族化合物半導体や、合成石英、溶融石英等のＳｉＯ2や、ＧａＡｓ，ＧａＮ等の３−５族化合物半導体、Ｓｉ、Ｇｅ等の４族半導体等を用いることができる。ＺｎＳｅの多結晶体は、赤外光の透過性が良いので、当該ＺｎＳｅの多結晶体からなるＤＯＥは、赤外光を出射する炭酸ガスレーザを用いた電子部品などの加工に好適に用いることができる。また、ＳｉＯ2からなるＤＯＥは、ＹＡＧレーザ（基本波、二倍波、三倍波または四倍波など）を用いた電子部品の加工に好適に用いることができる。
【００２０】
本発明の特徴は、絶縁性基板５として所定の値以上の電気抵抗率を有するものを選別し、この選別された絶縁性基板５に対しドライエッチングを行い、当該絶縁性基板５の表面に凹凸を形成することである。所定の値以上の大きな電気抵抗率を有する基板は、自由電子の数が少ないため、高周波を印加した場合でも内部からの発熱を抑えることができ、その結果、エッチングレートを安定させることができる。
【００２１】
前記「所定の値」は、絶縁性基板５の種類により異なるが、例えばＺｎＳｅからなる絶縁性基板の場合、後述するように１０11Ωｃｍ以上の電気抵抗率を有するものを用いるのが好ましい。ＺｎＳｅのドライエッチングは、高周波電界中でプラズマ化された反応性に富んだエッチングガスとＺｎＳｅの化学反応を利用するものである。この化学反応はＺｎＳｅの温度が高くなると加速度的に早くなる。そこで、安定した反応速度を得るためにはエッチング時のＺｎＳｅの温度がある一定温度以下である必要があるが、ＺｎＳｅからなる絶縁性基板の電気抵抗率を１０11Ωｃｍ以上とすることで、結晶内の自由電子の振動に起因する発熱を抑制することができる。
【００２２】
また、絶縁性基板５としてＺｎＳｅを用いる場合において、このＺｎＳｅをＣＶＤ法によって作製されたものとすることができる。この場合、絶縁性基板５は多結晶体となるが、電気抵抗率を１０11Ωｃｍ以上としているので、結晶内の自由電子の振動に起因する発熱を抑制することができる。ＺｎＳｅの多結晶体は絶縁性が高いが完全な絶縁体ではなく、その電気抵抗率は１０6〜１０12Ωｃｍとある幅をもっている。そして、電気抵抗率が１０11Ωｃｍよりも小さい場合は、ドライエッチングの際にエッチングレートが安定せず、必要とするエッチング深さの精度を得ることができない。例えば、１０．６μｍの炭酸ガスレーザ用のＤＯＥ場合、凹部の深さを３．７８±０．０４μｍの精度とする必要があるが、電気抵抗率が１０11Ωｃｍよりも小さい場合、この範囲内の精度を得るのが困難である。
【００２３】
次に本発明の製造方法の実施例を説明するが、本発明はもとよりかかる実施例にのみ限定されるものではない。ＣＶＤで合成した種々の電気抵抗率のＺｎＳｅ基板（以下の表３参照）を利用して、次の工程にしたがってＤＯＥを作製した。図２は、ＤＯＥの製造工程の説明図である。
【００２４】
[フォトレジスト膜形成工程]
ＺｎＳｅからなる円盤状の絶縁性基板５（直径：５０．８ｍｍ、厚さ：５．０８ｍｍ）上にＡＺＰ４６２０（商品名。ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製フォトレジスト種）を１Ｈ−ＤＨ（商品名。ミカサ社製スピンコータ）を用いて塗布した。その後、塗布したフォトレジストを窒素雰囲気のベーク炉内で加熱して当該フォトレジストの溶媒を飛ばして固化させ厚さ約５μｍのフォトレジスト膜２０を得た（図２の（ｂ）参照）。塗布条件およびベーク条件は表１の通りである。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
[露光工程]
前記工程で得たフォトレジスト膜２０の表面に、必要な凹凸に対応する２次元パターンをもったフォトマスク２１をＱ−４０００（商品名。クインテル社製コンタクトアライナ）を用いて密着させ、ついで当該フォトレジスト膜２０をＵＶ光で露光（露光量６００ｍＪ＠４０５ｎｍ）した（図２の（ｃ）参照）。
【００２７】
[パターン作製工程]
次に、露光した絶縁性基板５をＡＺ−Ｄｅｖｅｒｏｐｐｅｒ（商品名。ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製現像液）を用いて２３℃で４分間揺動させて現像し、フォトレジスト膜２０の露光された部分を除去した。現像後、絶縁性基板５を純水中で２分間揺動させて洗浄した。ついで、絶縁性基板５を窒素雰囲気で３０分間、１１０℃でポストベークしてフォトレジストパターンを作製した（図２の（ｄ）参照）。
【００２８】
[ドライエッチング工程]
フォトレジストパターンを作製した絶縁性基板５を、エッチング深さ３．７８μｍをターゲットとしてドライエッチングした。ＩＣＰ高周波電界でエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマ化されたエッチングガスとＺｎＳｅとの化学反応およびスパッタによってエッチングをした（図２の（ｅ）参照）。エッチング条件は表２の通りである。なお、エッチング深さはエッチング時間で制御した。すなわち、前バッチでエッチングレートの確認を行い、そのレートを元に３．７８μｍの深さとなるエッチング時間を算出した。但し、このエッチングレート確認用には電気抵抗率が１×１０11Ωｃｍ以上の絶縁性基板を使用した。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
[フォトレジスト除去工程]
ドライエッチング終了後、ＡＺリムーバ２００（商品名。ＡＺリムーバ２００エレクトロニックマテリアルズ社製レジスト用剥離液）にて残存しているフォトレジストを除去した（図２の（ｆ）参照）。
【００３１】
絶縁性基板の電気抵抗率と得られたエッチング深さとの関係を表３に示す。電気抵抗率が１×１０11Ωｃｍ未満のものは、エッチングレートが非常に早くなっており、必要とする精度が得られていないことが分かる。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
また、エッチング時のフォトレジスト膜表面の最高温度を表４に示す。表２に示される条件でエッチングを行いつつ、フォトレジスト膜の表面に貼り付けたＷＡＨＬ  Ｔｅｍｐ  Ｐｌａｔｅ  Ｒｅｃｏｒｄｅｒ（表品名。アイピー技研社製サーモラベル）で温度を調べた。サーモラベルは温度に応じて色が灰色から黒色に変化し、一度変化すれば元には戻らないため最高温度が判る。表４より、電気抵抗率が小さいものは、電気抵抗率が大きいものよりも最高温度が高いことが分かる。これは電気抵抗率が小さい基板は自由電子が多く存在し、この自由電子がドライエッチング時の１３．５６ＭＨｚの高周波電界によって振動して結晶格子と繰り返し衝突する結果、温度が上昇するものと考えられる。ＺｎＳｅのエッチング反応は、化学反応とスパッタ反応とで進行するものであり、温度が高いと化学反応が促進されて、暴発的に進むためエッチングレートが大きく、しかも不安定になるものと考えられる。
【００３４】
【表４】
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【００３５】
また、図３は電気抵抗率とエッチングレートとの相関関係を示すグラフである。図３において、同一のマーカは同一のサンプルを示している。図３より、電気抵抗率の小さいものは同一条件下でエッチングしてもエッチング毎にエッチングレートが大きく異なっていることが分かる。これに対し、電気抵抗率が１×１０11Ωｃｍ以上のものは安定したエッチングレートが得られることが分かる。
【００３６】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点において単なる例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３７】
１          ドライエッチング装置
２ａ、２ｂ  ＲＦ電源
３          ＩＣＰコイル
４          チャンバ
５          絶縁性基板
６          導電体
７          電極
８          ブロッキングコンデンサ
９          プラズマ
１０          シース領域
２０          フォトレジスト膜
２１          フォトマスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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