(57)【要約】【課題】犠牲層の平坦化が可能であり、また熱接合によるロッドの変形を低減することが可能となる３次元フォトニック結晶の製造方法を提供する。【解決手段】周期的な２次元パターン構造の積層体による３次元フォトニック結晶の製造方法であって、  基板上に、第１の材料からなる薄膜を形成する第１の工程と（図１（ａ））、  前記薄膜に周期的な２次元パターン構造を形成する第２の工程と（図１（ｂ））、  前記２次元パターン構造上に、第２の材料からなる薄膜を形成する第３の工程と（図１（ｃ））、  前記第２の材料からなる薄膜を平坦化する際に、下地の前記２次元パターン構造が露出する前に該平坦化を停止する第４の工程と（図１（ｄ））、  前記第１の工程から前記第４の工程を少なくとも２回以上繰り返し、前記２次元パターン構造による積層体を形成する第５の工程と（図１（ｆ）、（ｇ））、を含む構成とする。【選択図】            図１
2008286830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的な２次元パターン構造を積層した積層構造による３次元フォトニック結晶の製造方法であって、
基板上に、第１の材料からなる薄膜を形成する第１の工程と、
前記薄膜をエッチングして、前記薄膜に周期的な２次元パターン構造を形成する第２の工程と、
前記２次元パターン構造上に、第２の材料からなる薄膜を形成する第３の工程と、
前記２次元パターン構造上に形成された第２の材料からなる薄膜を平坦化する際に、下地の前記２次元パターン構造が露出する前に該平坦化を停止する第４の工程と、
前記第１の工程から前記第４の工程を少なくとも２回以上繰り返し、前記２次元パターン構造を積層して積層構造を形成する第５の工程と、
を含むことを特徴とする３次元フォトニック結晶の製造方法。
【請求項２】
前記第５の工程において積層構造を形成した後、該積層構造から前記第２の材料からなる薄膜を選択的に除去する第６の工程と、
前記積層構造を形成する前記２次元パターン構造を、一括で接合させる第７の工程と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の３次元フォトニック結晶の製造方法。
【請求項３】
前記第１の材料からなる薄膜が、誘電体による薄膜で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３次元フォトニック結晶の製造方法。
【請求項４】
前記第２の材料からなる薄膜が、犠牲層による薄膜で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の３次元フォトニック結晶の製造方法。
【請求項５】
前記第４の工程における前記第２の材料からなる薄膜の平坦化に、ドライエッチング法を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の３次元フォトニック結晶の製造方法。
【請求項６】
前記第４の工程における前記第２の材料からなる薄膜の平坦化に、化学的機械的研磨法を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の３次元フォトニック結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元フォトニック結晶の製造方法に関し、特に周期的な２次元パターン構造の積層体で構成される３次元構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
３次元フォトニック結晶において、その代表的な構造の一つとして、特許文献１に開示されているウッドパイル構造（あるいはロッドパイル構造）が知られている。
この３次元フォトニック結晶におけるウッドパイル構造は、図３に示すような３次元周期構造１３００を有しており、複数のロッド１３０１を平行且つ所定の面内周期で周期的に配置したストライプ層を積層して構成されている。１３０５はロッドの断面である。
各ストライプ層に属する各ロッド１３０１が最隣接のストライプ層に属する各ロッドと直交し、また、各ストライプ層に属する各ロッド１３０１が２層離れたストライプ層に属する各ロッド１３０１と平行且つ面内周期の１／２だけずれるように構成されている。
前記フォトニック結晶の構造の周期は、制御したい電磁波の波長の半分程度である。
【０００３】
また、このような３次元フォトニック結晶の製造方法として、特許文献２では、図４に示すような３次元フォトニック結晶の製造方法を開示している。
この特許文献２においては、３次元フォトニック結晶の製造に際し、薄膜形成及び薄膜加工の後、犠牲層を形成する。
そして、化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）で犠牲層を研磨して、加工した薄膜が露出するまで犠牲層を平坦化する。
上記プロセスを繰り返すことによって、犠牲層を用いない製造方法と比べて、高い加工精度で３次元フォトニック結晶を製造可能にしている。
また、特許文献３では、フォトニック結晶の製造方法として、図５に示すような方法を開示している。この特許文献３においては、まず、基板上に設けたストライプ層に平行且つ所定の面内周期で配置したロッドアレイを形成する。
そして、熱接着法で上記ストライプ層同士を層間位置合せしながら接合した後、一方のストライプ層の基板を除去する。
このような工程を繰り返すことによって、接合の回数だけの層数を備えたウッドパイル構造が製造される。
【特許文献１】米国特許第５３３５２４０号明細書
【特許文献２】米国特許第５９９８２９８号明細書
【特許文献３】特開２００４−２１９６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来例における３次元フォトニック結晶の製造方法においては、つぎのような課題を有している。
上記従来例の特許文献２のものにおいては、犠牲層の平坦化工程において、下地ロッド構造層が露出するまで平坦化を行うと、ロッド間の犠牲層の表面が凹むことにより、次に積層するロッドの下面が前記凹み形状にならって平坦にならないという問題が生じる。
また、特許文献３のものにおいては、１層形成毎に熱融着による接合と、一方のストライプ層の基板の不要部分の除去を繰り返し行うことから、熱融着によるロッドの変形が発生するという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、犠牲層の平坦化が可能であり、また熱接合によるロッドの変形を低減することが可能となる３次元フォトニック結晶の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、つぎのように構成した３次元フォトニック結晶の製造方法を提供するものである。
本発明の３次元フォトニック結晶の製造方法は、周期的な２次元パターン構造を積層した積層構造による３次元フォトニック結晶の製造方法であって、
基板上に、第１の材料からなる薄膜を形成する第１の工程と、
前記薄膜をエッチングして、前記薄膜に周期的な２次元パターン構造を形成する第２の工程と、
前記２次元パターン構造上に、第２の材料からなる薄膜を形成する第３の工程と、
前記２次元パターン構造上に形成された第２の材料からなる薄膜を平坦化する際に、下地の前記２次元パターン構造が露出する前に該平坦化を停止する第４の工程と、
前記第１の工程から前記第４の工程を少なくとも２回以上繰り返し、前記２次元パターン構造を積層して積層構造を形成する第５の工程と、
を含むことを特徴とする。
また、本発明の３次元フォトニック結晶の製造方法は、前記第５の工程において積層構造を形成した後、該積層構造から前記第２の材料からなる薄膜を選択的に除去する第６の工程と、
前記積層構造を形成する前記２次元パターン構造を、一括で接合させる第７の工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の３次元フォトニック結晶の製造方法は、前記第１の材料からなる薄膜が、誘電体による薄膜で形成されていることを特徴とする。
また、本発明の３次元フォトニック結晶の製造方法は、前記第２の材料からなる薄膜が、犠牲層による薄膜で形成されていることを特徴とする。
また、本発明の３次元フォトニック結晶の製造方法は、前記第４の工程における前記第２の材料からなる薄膜の平坦化に、ドライエッチング法を用いることを特徴とする。
また、本発明の３次元フォトニック結晶の製造方法は、前記第４の工程における前記第２の材料からなる薄膜の平坦化に、化学的機械的研磨法を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の３次元フォトニック結晶の製造方法によれば、犠牲層の平坦化が可能であり、また熱接合によるロッドの変形を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
つぎに、本発明の実施の形態における３次元フォトニック結晶の製造方法について説明する。
図１に、本実施の形態における３次元フォトニック結晶の製造方法を説明する図を示す。
図１において、１１０は基板、１１１、１１４は誘電体薄膜、１１２、１１５、１１７、１１９はロッドパターン、１１３、１１６、１１８は犠牲層薄膜、１２０、１２１は３次元構造体、１２２はステージ、１２３は３次元フォトニック結晶である。
図１（ｊ）に示した３次元フォトニック結晶を形成するために、図１（ａ）から図１（ｊ）の工程を用いることができる。
本実施の形態では、説明を容易とするため、３次元フォトニック結晶の構造として、ウッドパイル構造の製造工程について説明する。
まず、基板上に、第１の材料からなる薄膜を形成する第１の工程として、図１（ａ）に示すように、基板１１０の上にフォトニック結晶を構成する主材料である誘電体薄膜１１１を形成する（以下において、この工程を誘電体形成工程と記す。）。
必要に応じて、基板１１０と誘電体薄膜１１１との界面に、密着性を向上させるための密着層を形成しても良い。
前記基板１１０としては、例えば、合成石英、サファイア、ガラス、アクリル、Ｓｉ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＴｉＯ２、ＺｎＯの単体、またはこれらの薄膜を有する他の材料を用いることができる。
また、この基板１１０には、成膜面が平坦性を持つものを用いる。
【０００９】
誘電体薄膜１１１の材料としては、例えば、酸化チタン、または、窒化ガリウム、または酸化亜鉛、または、酸化インジウムスズ、酸化シリコン、などを用いることができる。
誘電体薄膜１１１の形成方法として、スパッタ、または真空蒸着、または化学気相堆積、またはエピタキシャル成長、などを用いることができる。
誘電体薄膜１１１の厚さは、数十ｎｍ〜数十μｍとすることが望ましい。
次に、前記誘電体薄膜上にエッチング時のマスクを形成する。
エッチング時のマスクをフォトレジストで行う場合は、フォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィを行うことで、レジストマスクを形成する。
このフォトリソグラフィの露光装置は、ＥＢ描画装置、又はスキャニングステッパ−、又はナノインプリント装置、又は露光装置などが適切である。
このレジストマスクの寸法は、例えば、幅は数十ｎｍから数μｍであり、面内周期は数百ｎｍ〜数μｍで、長さは５μｍ〜１０００μｍ程度である。
また、誘電体薄膜１１１のエッチングに、マスクとのエッチング選択比が必要な場合には、レジストマスクの代りに、例えば、クロム膜や、タングステンなどの金属マスクを使用するのも良い。
【００１０】
次に、上記第１の材料からなる薄膜をエッチングして、該薄膜に周期的な２次元パターン構造を形成する第２の工程として、図１（ｂ）に示すように、誘電体薄膜１１１をエッチングして、マスクを除去することで、ロッドパターン１１２を形成する。
エッチングは、例えば、フッ化炭素系ガスを主体とした反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いる。
このエッチングによって、基板１１０上に、フォトニック結晶第１層目のパターンとして、ロッドパターン１１２を形成する（以下では、この工程をパターン形成工程と記す。）。
【００１１】
次に、前記２次元パターン構造上に、第２の材料からなる薄膜を形成する第３の工程として、図１（ｃ）に示すように、犠牲層薄膜１１３を形成する（以下では、この工程を犠牲層形成工程と記す。）。
すなわち、前記第１層目のロッドパターン１１２が形成された構造を含む誘電体薄膜上に、犠牲層薄膜１１３を形成する。
前記犠牲層薄膜１１３は、次の図１（ｄ）に示す工程において前記誘電体薄膜１１１に対して平坦化しやすい材料によって形成されている。
例えば、この犠牲層薄膜１１３として、銅の薄膜が好適である。この銅薄膜の厚みは、例えば、誘電体薄膜パターンの厚みの１．５〜５倍が好ましい。
この銅薄膜の成膜としては、スパッタ、または真空蒸着、または化学気相堆積、またはエピタキシャル成長などの方法を用いることができる。
また、この犠牲層薄膜１１３としては、他には、ポリマーを用いても良い。このときの、ポリマーの厚みは、誘電体薄膜のパターンにもよるが、例えば、誘電体薄膜パターンの厚みの１．５〜５倍が好ましい。ポリマーの成膜は、スピンコートやフィルムレジストの貼り付け等がある。
【００１２】
次に、前記２次元パターン構造上に形成された第２の材料からなる薄膜を平坦化する際に、下地の前記２次元パターン構造が露出する前に該平坦化を停止する第４の工程として、前記犠牲層薄膜を平坦化する（以下では、この工程を平坦化工程と記す。）。
図１（ｄ）に示すように、犠牲層薄膜１１３を平坦化する。
この平坦化工程では、上記犠牲層薄膜１１３が平坦化され、かつ、下地の誘電体薄膜によるロッドパターン１１２が露出する前に、平坦化工程を停止する。
上記平坦化加工法は、犠牲層薄膜材料によるが、犠牲層薄膜に銅を用いる場合には、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ。以下これをＣＭＰと記す）を用いることができる。
また、犠牲層薄膜にポリマーを用いる場合には、例えば、ドライエッチング法を用いることができる。
次に、図１（ｅ）に示す工程において、上記した犠牲層薄膜１１３の素子部の外側部分をエッチングによって除去する。
これは、前に形成した誘電体薄膜１１１と、次の図１（ｆ）で形成する誘電体薄膜１１４を接続するために行う工程である。
【００１３】
次に、図１（ｆ）に示す工程において、１層目のロッドパターン１１２を含む誘電体薄膜１１１上に、前記誘電体形成工程と同様の工程により、誘電体薄膜１１４を成膜する。そして、前記パターン形成工程と同様の工程によりフォトニック結晶の第２層目のパターンとして、ロッドパターン１１５を形成する。
その後、この第２層目の上層にフォトニック結晶の第３層目のロッドパターン１１７を形成するため、前記犠牲層形成工程及び前記平坦化工程と同様の工程を繰り返す。
【００１４】
そして、第５の工程として、前記第１の工程から前記第４の工程を少なくとも２回以上繰り返し、前記２次元パターン構造を積層して積層構造を形成する。
すなわち、上記した誘電体形成工程、パターン形成工程、犠牲層形成工程、及び平坦化工程を繰り返すことで、積層構造を形成する。
例えば、上記工程を３回繰り返すことで、図１（ｇ）に示すような、ロッドパターン１１２、１１５、１１７、１１９が合計４層積層され、さらにそのロッドパターンの上下間に前記犠牲層１１３、１１６、１１８が挟まれた３次元構造体１２０が形成される。
これにより、厚み方向で１周期のウッドパイル構造フォトニック結晶構造が得られる。
但し、最上層の誘電体薄膜パターンを形成する場合、前記犠牲層形成工程と平坦化工程を省いても支障がない。
ここで、層間のパターン位置合せを高い精度で行うために、予め基板や誘電体薄膜上に形成した位置合せマーク（図示なし）を基準にして各層のパターン配置を決めればよい。
【００１５】
ここで、注目すべきことは、２層目以降のパターン形成工程における下地犠牲層パターンの影響についてである。
上記平坦化工程において、下地のパターンが露出するまで平坦化を行うと、例えば、ＣＭＰで行った場合、ディッシングとよばれる凹み形状が、犠牲層上部に形成される。
その上層のパターン形成工程において、その凹み形状に倣って形成されるために、ロッドパターンにこの凹み形状が転写されてしまう。
これはフォトニック結晶構造の加工精度を低下させ、素子特性に影響を及ぼすことになる。
これに対して、本実施の形態の上記平坦化工程において、犠牲層薄膜の平坦化が完了し、かつ、下地の誘電体パターンが表出する前に、平坦化工程を停止することで、この犠牲層に凹み形状の発生を防止することが可能となる。
これにより、ロッドパターンに、凹み形状の転写が抑制されるので、フォトニック結晶構造の加工精度の低下を避けることが可能になる。
【００１６】
次に、前記第５の工程において積層構造を形成した後、該積層構造から前記第２の材料からなる薄膜を選択的に除去する第６の工程として、ロッドパターン間の犠牲層を除去する（以下では、これを犠牲層除去工程と記す。）。
すなわち、図１（ｈ）に示すように、ロッドパターン間の犠牲層を一括で除去する。
この犠牲層の除去方法としては、犠牲層薄膜材料にもよるが、例えば、ウェットエッチング法や、等方性のドライエッチング、などを用いることができる。
この犠牲層除去工程により、ロッドパターン間に、犠牲層厚さ分の空隙ができる。
犠牲層除去工程で、ウェットエッチング法を用いる場合には、エッチング後の乾燥工程で、ロッドパターン間でのスティッキング防止のために、超臨界乾燥を行ってもよい。
【００１７】
次に、前記積層構造を形成する前記２次元パターン構造を、一括で接合させる第７の工程として、各ロッドパターンを一括で接合させる。
すなわち、図１（ｉ）に示すように、基板を接合装置の真空チャンバーにセットし、チャンバー内を例えば、１０−５Ｐａ台に真空引きする。
次に、基板１１０に、ステージ１２２の上側を下降させ、各ロッドパターンを一括で接合させる。このとき、誘電体材料に応じて、応力や温度を設定する。
また、材料に応じて、接合前にロッドパターン表面に清浄化処理を施すのも良い。
各ロッドパターン層ごとに接合させる場合と比較して、本実施の形態の方法によれば、ロッドパターン層を一括で接合するために、熱工程を伴う接合の場合には、熱工程が１回で済むことから、熱によるロッドパターンの変形を最小限にすることができる。
以上の積層工程によって、誘電体薄膜からなる３次元フォトニック結晶構造が作製される。
以上では、説明を容易とするために、３次元ウッドパイル構造だけを示したが、本発明はこれに限られるものではない。本発明においては、それ以外の３次元構造でも容易に形成することが可能である。
【実施例】
【００１８】
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。
［実施例１］
実施例１においては、ウッドパイル型の３次元フォトニック結晶の製造方法について説明する。
本実施例においては、上記本発明の実施の形態で説明した３次元フォトニック結晶の製造方法と、基本的に同じ工程によるものであるから、ここでも図１を用いて説明する。
まず、図１（ａ）に示す誘電体形成工程において、例えば、合成石英からなる基板１１０上に、第１の材料からなる誘電体薄膜１１１として、例えば、酸化チタン薄膜を、例えばスパッタ法により、８０ｎｍ厚さに成膜する。
次に、誘電体薄膜１１１上に、フォトレジスト膜を塗布形成し、フォトリソグラフィを行うことで、所望のレジストパターンを形成する（不図示）。このときに、次の重ね合わせの露光に用いる位置合わせマーク（不図示）のパターンも形成しておく。
次に、このレジストパターンをエッチングマスクとして、誘電体薄膜１１１の酸化チタン薄膜を、例えば、フッ化炭素ガスを主体とする反応性イオンエッチングを用いてパターニングする。
次に、図１（ｂ）に示すパターン形成工程なおいて、つぎのように１層目のロッドパターン１１２を形成する。
すなわち、上記レジストパターン（不図示）を、例えば有機溶剤を用いて除去し、前記基板１１０上に誘電体薄膜１１１の酸化チタンからなる、幅８０ｎｍ、ピッチ２５０ｎｍ、高さ８０ｎｍの１層目のロッドパターン１１２を形成する。
次に、図１（ｃ）に示す犠牲層形成工程において、前記基板１１０上に、スピンコート法で例えばフォトレジスト膜を形成し、ベーク処理を行うことで、第２の材料からなる薄膜として、フォトレジスト膜からなる犠牲層１１３を形成する。ここで、前記犠牲層１１３の平坦性を良くするために、少なくとも２回以上、塗布及び、ベークを繰り返すことで、パターン上のレジストを平坦化させる。このとき塗布するフォトレジスト膜厚は、数μｍ以上が望ましい。
なお、この犠牲層に用いるフォトレジスト膜は、次にロッド構造を形成する際のエッチングマスクとなるフォトレジストを除去する際に、除去されない材料を選択する。なおかつ、この犠牲層を除去する際に、ロッド構造が除去されない材料を選択する。
【００１９】
次に、図１（ｄ）に示す平坦化工程において、前記犠牲層１１３を、酸素ガスを主体とした反応性イオンエッチングで、誘電体薄膜１１１の酸化チタン薄膜の表面から、例えば１０ｎｍ高さになるまでエッチバックする。
この犠牲層の残膜厚の制御には、エッチング時間制御に加え、エリプソメーターによる膜厚測定を組み合わせても良い。
次に、図１（ｅ）に示すように、前記犠牲層１１３に、レジストパターン（不図示）をフォトリソグラフィで形成する。
そして、素子部の外側の前記犠牲層１１３を、例えば酸素ガスを主体とした反応性イオンエッチングで除去し、素子部の外側の誘電体薄膜１１１を露出させる。  次に、図１（ｆ）に示す工程において、１層目のロッドパターン１１２を含む誘電体薄膜１１１上に、前記誘電体形成工程と同様の工程により、誘電体薄膜１１４を成膜する。そして、前記パターン形成工程と同様の工程によりフォトニック結晶の第２層目のパターンとして、ロッドパターン１１５を形成する。
具体的には、まず、１層目のロッドパターン１１２を含む誘電体薄膜１１１上に、誘電体薄膜１１４として、例えば、酸化チタンをスパッタ法で、例えば８０ｎｍの膜厚になるように成膜する。
次に、この誘電体薄膜１１４上に、フォトレジスト膜を塗布形成し、前記した誘電体薄膜１１１に形成された位置合わせマーク（不図示）を用いて位置合わせを行いながら、フォトリソグラフィを行うことで、所望のレジストパターンを形成する（不図示）。
次に、このレジストパターンをエッチングマスクとして、上記した誘電体薄膜１１４の酸化チタン薄膜を、例えば、フッ化炭素ガス系を主体とする反応性イオンエッチングを用いてパターニングする。
次に、このレジストパターン（不図示）を、例えば有機溶剤を用いて除去し、前記基板１１０上に、幅８０ｎｍ、ピッチ２５０ｎｍ、高さ８０ｎｍの２層目のロッドパターン１１５が形成される。
このとき、図１（ｅ）の工程で、素子部の外側の前記犠牲層１１３を除去しているので、第１の材料からなる誘電体薄膜１１１、１１３は、素子部の外側部分で繋がっている。
その後、この第２層目の上層にフォトニック結晶の第３層目のロッドパターン１１５を形成するため、前記犠牲層形成工程及び前記平坦化工程と同様の工程を繰り返す。
このように、誘電体形成工程、パターン形成工程、犠牲層形成工程、及び平坦化工程を３回繰り返すことで、図１（ｇ）に示す３次元構造体１２０が形成される。
すなわち、ロッドパターン１１２、１１５、１１７、１１９が合計４層積層され、さらにそのロッドパターンの上下間に前記犠牲層１１３、１１６、１１８が挟まれた３次元構造体１２０が形成される。
【００２０】
次に、前記３次元構造体１２０が形成された基板１１０を真空チャンバー内にセットし、例えば酸素ガスを用いた等方性のアッシング法で、犠牲層１１３、１１６、１１８を除去する。
これにより、図１（ｈ）に示すようにロッドパターン１１２、１１５、１１７、１１９間に、犠牲層厚さとほぼ同等の空隙がある３次元構造体１２１が形成される。
【００２１】
次に、図１（ｉ）に示すように、基板を接合装置の真空チャンバーのステージ１２２にセットし、チャンバー内を例えば、１０−５Ｐａ台に真空引きする。
次に、前記３次元構造体１２１の上部に、ステージ１２２の上側を下降させて接触させ、前記３次元構造体１２１に荷重を印加し、この工程により、前記３次元構造体１２０の各ロッドパターン１１２、１１５、１１７、１１９を一括で接合させる。
このときの荷重範囲は、例えば、１０〜５００ｋｇ／ｃｍ２ｆであり、この接合時の温度範囲は、例えば２００〜８００℃である。
【００２２】
以上の工程により、図１（ｊ）に示すように、４層のロッドパターン１１２、１１５、１１７、１１９が積層されたウッドパイル構造の酸化チタンからなる３次元フォトニック結晶１２３が形成される。
【００２３】
以上の本実施例によるフォトニック結晶の製造方法によれば、犠牲層埋め込み時の平坦化で発生する凹みによるロッドパターンの形状劣化を、下地の構造体層が露出前に平坦化を停止することで低減できる。
また、フォトニック結晶を構成する各ロッド層の接合を一括で行うことで、熱の印加を伴う接合工程が１回で済むことから、フォトニック結晶を構成するロッドの変形が最小限で済むので、高精度にフォトニック結晶を製造することが可能となる。
【００２４】
［実施例２］
実施例２においては、実施例１とは異なる形態のウッドパイル型の３次元フォトニック結晶の製造方法について説明する。
図２に、本実施例の３次元フォトニック結晶の製造方法を説明する図を示す。
図２において、２１０は基板、２１１、２１４は誘電体薄膜、２１２、２１５、２１７、２１９はロッドパターン、２１３、２１６、２１８は犠牲層薄膜、２２０、２２１は３次元構造体、２２２はステージ、２２３は３次元フォトニック結晶である。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示す誘電体形成工程において、例えば、合成石英からなる基板２１０上に、第１の材料からなる誘電体薄膜２１１として、例えば、酸化チタン薄膜を、例えばスパッタ法により、８０ｎｍ厚さに成膜する。
次に、誘電体薄膜２１１上に、フォトレジスト膜を塗布形成し、フォトリソグラフィを行うことで、所望のレジストパターンを形成する（不図示）。このときに、次の重ね合わせの露光に用いる位置合わせマーク（不図示）のパターンも形成しておく。
次に、このレジストパターンをエッチングマスクとして、誘電体薄膜２１１の酸化チタン薄膜を、例えば、フッ化炭素系ガスを主体とする反応性イオンエッチングを用いてパターニングする。
次に、図２（ｂ）に示すパターン形成工程において、つぎのように１層目のロッドパターン２１２を形成する。
すなわち、上記レジストパターン（不図示）を、例えば有機溶剤を用いて除去して、前記基板２１０上に誘電体薄膜２１１の酸化チタンからなる、幅８０ｎｍ、ピッチ２５０ｎｍ、高さ８０ｎｍの１層目のロッドパターン２１２を形成する。次に、図２（ｃ）に示すパターン形成工程において、前記基板２１０上に、第２の材料からなる薄膜とし、犠牲層２１３としての、例えばスパッタリング法で、例えば銅薄膜を形成する。
この銅薄膜の厚さは、例えば、３００ｎｍであり、第１の材料からなる薄膜２１１との密着性向上のため、銅薄膜成膜前にチタン薄膜を例えば５ｎｍ厚さに成膜する。
なお、この犠牲層２１３に用いる材料は、最終的にこの犠牲層を除去するときに、第１の材料がエッチングされにくい材料を選択する必要がある。
次に、図２（ｄ）に示す平坦化工程において、前記犠牲層２１３を、化学的機械的研磨法により研磨し、この犠牲層２１３の厚さが、第１の材料からなる薄膜２１１の酸化チタン薄膜の表面から、例えば１０ｎｍ高さになるまで研磨する。
この残膜厚の制御は、例えば、研磨時間で制御する。
次に、図２（ｅ）に示すように、前記犠牲層２１３に、レジストパターン（不図示）をフォトリソグラフィで形成し、素子部の外側の前記犠牲層２１３を、例えば、塩化鉄を含むエッチング溶液で除去し、素子部の外側の第１の材料からなる薄膜２１１を露出させる。
【００２６】
次に、図２（ｆ）に示す工程において、１層目のロッドパターン２１２を含む誘電体薄膜２１１上に、前記誘電体形成工程と同様の工程により、誘電体薄膜２１４を成膜する。そして、前記パターン形成工程と同様の工程によりフォトニック結晶の第２層目のパターンとして、ロッドパターン２１５を形成する。
具体的には、まず、１層目のロッドパターン２１２を含む誘電体薄膜２１１上に、誘電体薄膜２１４として、例えば、酸化チタンをスパッタ法で、例えば８０ｎｍの膜厚になるように成膜する。
次に、誘電体薄膜２１４上に、フォトレジスト膜を塗布形成し、上記した誘電体薄膜２１１に形成された位置合わせマーク（不図示）を用いて位置合わせを行いながら、フォトリソグラフィを行うことで、所望のレジストパターンを形成する（不図示）。
次に、このレジストパターンをエッチングマスクとして、誘電体薄膜２１４の酸化チタン薄膜を、例えば、フッ化炭素ガス系を主体とする反応性イオンエッチングを用いてパターニングする。
次に、このレジストパターン（不図示）を、例えば有機溶剤を用いて除去して、前記１層目のロッドパターン２１２を含む誘電体薄膜２１１上に、幅８０ｎｍ、ピッチ２５０ｎｍ、高さ８０ｎｍの２層目のロッドパターン２１５を形成する。このとき、図２（ｅ）の工程で、素子部の外側の前記犠牲層２１３を除去しているので、第１の材料からなる薄膜２１１、２１４は、素子部の外側部分で繋がっている。
その後、この第２層目の上層にフォトニック結晶の第３層目のロッドパターン２１５を形成するため、前記犠牲層形成工程及び前記平坦化工程と同様の工程を繰り返す。
このように、誘電体形成工程、パターン形成工程、犠牲層形成工程、及び平坦化工程を３回繰り返すことで、図２（ｇ）に示す構造２２０が形成される。
すなわち、ロッドパターン２１２、２１５、２１７、２１９が合計４層積層され、さらにそのロッドパターンの上下間に前記犠牲層２１３、２１６、２１８が挟まれた構造２２０が形成される。
【００２７】
次に、前記３次元構造体２２０が形成された基板２１０の犠牲層２１３、２１６、２１８を例えば、塩化鉄を含むエッチング溶液で除去する。エッチング後の乾燥は、例えば超臨界乾燥で行う。
これにより、図２（ｈ）に示すようにロッドパターン２１２、２１５、２１７、２１９間に、犠牲層厚さとほぼ同等の空隙がある構造２２１が形成される。
【００２８】
次に、図２（ｉ）に示すように、基板を接合装置の真空チャンバーのステージ２２２にセットし、チャンバー内を真空引きする。このときの圧力範囲は、例えば、１０−２台〜１０−６Ｐａ台である。
次に、前記３次元構造体２２１の上部に、ステージ２２２の上側を下降させて接触させ、前記３次元構造体２２１に荷重を印加し、この工程により、前記３次元構造体２２０の各ロッドパターン２１２、２１５、２１７、２１９を一括で接合させる。
このときの荷重範囲例えば、１０〜５００ｋｇ／ｃｍ２ｆであり、この接合時の温度範囲は、例えば２００〜８００℃である。
以上の工程により、図２（ｊ）に示すように、４層のロッドパターン２１２、２１５、２１７、２１９が積層されたウッドパイル構造の酸化チタンからなる３次元フォトニック結晶２２３を形成できる。
【００２９】
以上の本実施例によるフォトニック結晶の製造方法によれば、犠牲層埋め込み時の平坦化で発生する凹みによるロッドパターンの形状劣化を、下地の構造体層が露出前に平坦化を停止することで低減できる。
また、フォトニック結晶を構成する各ロッド層の接合を一括で行うことで、熱の印加を伴う接合工程が１回で済むことから、フォトニック結晶を構成するロッドの変形が最小限で済むので、高精度にフォトニック結晶を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態及び実施例１におけるフォトニック結晶の製造方法を説明する図である。
【図２】本発明の実施例２におけるフォトニック結晶の製造方法を説明する図である。
【図３】３次元フォトニック結晶を説明する図である。
【図４】従来の３次元フォトニック結晶の製造方法を説明する図である。
【図５】従来の３次元フォトニック結晶の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１０、２１０：基板
１１１、１１４、２１１、２１４：誘電体薄膜
１１２、１１５、１１７、１１９：ロッドパターン
２１１、２１５、２１７、２１９：ロッドパターン
１１３、１１６、１１８、２１３、２１６、２１８：犠牲層薄膜
１２０、２２０：３次元構造体
１２１、２２１：３次元構造体
１２２、２２２：ステージ
１２３、２２３：３次元フォトニック結晶
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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