(57)【要約】【課題】誘電体多層膜を反応性イオンエッチングにより加工し、アスペクト比が高く、垂直性の優れた溝を高い加工効率で形成し、２次元もしくは３次元周期構造体を提供する。【解決手段】本発明の溝の加工工程は、１．基体表面にホトレジストを塗布する工程、２．ホトレジストを所望の溝配置に対応するパターンによって露光、現像する工程、３．現像後のホトレジストが付着した基体表面に真空蒸着もしくは方向性スパッタリングにより金属薄膜を成膜する工程、４．残留したホトレジストを除去することによりその上に堆積した金属薄膜を除去する工程、５．残留した金属薄膜をマスクとして基体をＲＩＥによりエッチングする工程、とからなる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応性イオンエッチングにより平板状基体表面に溝を加工し、該溝の側壁が前記基体表面に対して略垂直であり、かつ溝深さ／溝幅の比が１より大きい構造体の形成方法において、
前記溝の加工工程は、前記基体表面にホトレジストを塗布する工程と、該ホトレジストを所望の溝配置に対応するパターンによって露光、現像する工程と、現像後のホトレジストが付着した基体表面に真空蒸着もしくは方向性スパッタリングにより金属膜を成膜する工程と、残留した前記ホトレジストを除去することによりその上に堆積した前記金属膜を除去する工程と、残留した前記金属膜をマスクとして前記基体を反応性イオンエッチングによりエッチングする工程と、からなることを特徴とする構造体の形成方法。
【請求項２】
前記マスクの厚みが１００ｎｍ以上で、マスクの幅の最小値の５倍以下であることを特徴とする構造体の形成方法。
【請求項３】
前記金属膜はＮｉ膜であることを特徴とする請求項１に記載の構造体の形成方法。
【請求項４】
前記反応性イオンエッチングは、エッチング時のガス圧力を１〜０．５Ｐａとして行うことを特徴とする請求項１に記載の構造体の形成方法。
【請求項５】
前記反応性イオンエッチングは、誘導結合プラズマもしくは磁気中性線放電を用いることを特徴とする請求項４に記載の構造体の形成方法。
【請求項６】
前記平板状基体は平板状基板の表面に誘電体多層膜を積層してなることを特徴とする請求項１に記載の構造体の形成方法。
【請求項７】
前記誘電体多層膜は少なくとも窒化シリコン膜を含むことを特徴とする請求項６に記載の構造体の形成方法。
【請求項８】
前記反応性イオンエッチングは、フルオロカーボン系ガス、あるいはフルオロカーボン系ガス、不活性希ガス、酸素、窒素および酸化窒素の混合ガスを用いて行うことを特徴とする請求項７に記載の構造体の形成方法。
【請求項９】
前記溝を多層膜表面の１方向に複数形成することを特徴とする請求項１に記載の構造体の形成方法。
【請求項１０】
前記溝を互いに交わる２方向に複数形成することを特徴とする請求項１に記載の構造体の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細な２次元または３次元周期構造体の形成方法に関し、とくに光の波長分離あるいは偏光分離等に応用される周期構造体を用いた光学素子の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に光情報通信分野で主に使用されている反射ミラーや波長フィルタ等は基板上に成膜された交互多層膜からなる１次元周期構造体によって構成されている。多層膜を用いる理由は膜材、膜厚、膜数を設計することにより、透過あるいは反射する光を自由に制御することができるからである。機能としては例えば吸収のほとんどない広帯域全反射ミラーや狭帯域のバンドパスフィルタ等が実現できる。
【０００３】
これら機能の発現は各膜界面での反射と透過が互いに干渉しあうことによりもたらされるもので、１次元周期構造体を用いた光制御の最も簡単な応用例である。このような１次元周期構造体を一対用意し、その間にキャビティ（空間）を設ければそこで特定の波長のみを共振させることができる。これは例えば面発光型半導体レーザの共振器に応用されている。
【０００４】
さらに周期構造体を２次元に拡張することもできる。このような２次元周期構造体は、例えば特開２００２−８２２２１号公報に開示されているように、多層膜に対してある周期をもった平行溝を基板面に垂直な方向に形成することによって作製することができる。
【０００５】
例えば酸化シリコンとシリコンからなる５層の多層膜に対して、光の波長より小さいいわゆるサブ波長周期をもつ平行溝を形成させた２次元周期構造体は適当な設計により、入射した光のうちＴＥ偏光成分を全反射しＴＭ偏光を透過する偏光分離素子として機能する（Ｊ．　Ｏｐｔ．　Ｓｏｃ．　Ａｍ．　Ａ，　１４巻，　ｐ．１６２７，１９９７年、参照）。さらにこれら平行溝に交差する方向に複数の平行溝を形成すれば、３次元周期構造体も形成できる。
【０００６】
光学的機能を目的とした周期構造体における周期長は、使用する光の波長程度か、それ以下である。例えば波長４００ｎｍの光を目標とすると、多層膜の膜周期および溝周期は４００ｎｍ程度となり、溝幅は２００ｎｍ程度が必要とされる。多層膜の各膜厚を１００ｎｍ、総膜数を２０層とし、多層膜全層にわたる溝を形成するとすれば、アスペクト比（溝深さ／溝幅）は１０にも及ぶ。
【０００７】
また成膜、加工精度は最低でも周期の１／１０、つまり数１０ｎｍの精度が必要である。さらに２次元周期構造を形成するためには、溝幅を深さ方向に一定に保つ必要があり、溝の側壁は多層膜の膜面に対して垂直であること（以下、溝の垂直性がよいという）が望まれる。
【０００８】
このような２次元または３次元周期構造体の作製には一般的にホトリソグラフィー技術と気相エッチングを組み合わせた方法が用いられる。その他にもレーザによる直接構造形成や異方性液相エッチング等様々な手法が提案されているが、設計値通り安定した構造体を形成する方法が確立しているとは言えない。そこで、以下にホトリソグラフィー技術と気相エッチングを組み合わせた方法を加工方法と被加工材料（多層膜材料）の側面から整理する。
【０００９】
１．加工方法
まず、基板（多層膜）のエッチング方法について説明する。現在、高アスペクト比の溝加工には反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）が用いられる場合が多い。これは反応性イオン束を基板側に引き出し、高い方向性をもってエッチングを行うため、加工溝の垂直性が優れているためである。しかしイオン束の引き出しと輸送を必要とするため、基本的にエッチング速度が小さい。またエッチング面積が狭いため、面内均一性を向上させるのが難しい。このため全体として加工効率が低い。
【００１０】
これに対し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）はプラズマ中における加工のため加工効率が良く有望である。例えばシリコン酸化膜のエッチング速度はＲＩＢＥの約１０倍になる。また面内均一性も高く直径８インチの基板内において±３％の加工精度が得られる。
【００１１】
２．被加工材料（多層膜材料）
被加工材料の一つとして半導体レーザなどに用いられているＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物半導体がある。これらの加工技術は非常に進んでいる。半導体材料は基本的に気相エッチングによるエッチング速度が大きく加工性が良い。したがって化合物半導体を積層し、それに溝加工することにより、寸法精度の高い周期構造体を形成することは可能である。しかしＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物半導体は可視光域で不透明であり、赤外域での応用しかできない。またこれらの化合物半導体は単結晶薄膜として使用するのが望ましく、エピタキシャル成長を行うには基板に制限があり、また高コストである。
【００１２】
これに対し、上記のように光学的に利用される多層膜は誘電体材料によって構成されるのが一般的である。高屈折率層としては酸化チタンや酸化タンタルなどのような金属酸化物が用いられ、低屈折率層には酸化シリコンなどが用いられる。これらは広い波長範囲で透明で、比較的安価であり、大量生産が可能といった長所を有するため、すでに広く工業的に生産されている。しかし誘電体多層膜に溝を形成した周期構造体の作製例は少なく、加工方法が確立しているとは言えない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように一般に高アスペクト比の溝を効率よく形成するにはＲＩＥが適しているといえる。しかしＲＩＥはプラズマ中で行われるため、エッチング時間が長くなるとマスクが損傷を受けやすく、精度の高い加工が難しいという問題点がある。また高アスペクト比の溝を形成するために基板側にバイアスをかける必要があるため、これによってさらにマスクが損傷を受けやすくなる。このため膜厚の厚い金属マスクを使用することが必須である。
【００１４】
このような金属マスクを作製するためには、膜厚の厚い金属膜を高精度に加工するパターニング技術が非常に重要である。最も一般的な手順は金属膜上にホトレジストパターンを形成し、このホトレジストをマスクとして気相あるいは液相エッチングにより金属膜に開口を開ける方法である。
【００１５】
膜厚の厚い金属膜を気相エッチングにより加工する場合には、ホトレジストの耐久性が高くなければならない。つまり選択比（金属膜のエッチング速度／ホトレジストのエッチング速度）を大きくする必要があり、そのために塩素系のガスを用いて金属膜をエッチングするのが一般的である。しかし塩素系ガスは廃ガスの処理に注意が必要で環境的な問題が生じやすい。
【００１６】
一方液相エッチングでは選択比の問題は生じない。しかしエッチング液の回り込みのため金属膜の膜厚が厚い場合には適用が困難となる。原理的に金属マスクの厚さは開口幅の１／１０が限界である。
すなわち、従来の方法では膜厚の厚い金属マスクを精度よく作製するのが困難であった。
【００１７】
またＲＩＥはプラズマ中に被加工材料がいわば浸漬された状態で行われるため、ＲＩＢＥに比べて加工溝の側壁もエッチングされやすい。溝が深くなるにつれて、溝の側壁のエッチングが進行し、テーパが形成されてくる。すなわち加工された溝の垂直性が低下するという問題点がある。
このような問題は、複数の溝を周期的に形成する場合にはさらに顕著になる。
【００１８】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、その目的は誘電体多層膜にアスペクト比が高く、垂直性の優れた溝を高い加工効率で形成し、２次元もしくは３次元周期構造体を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の構造体の形成方法は、ＲＩＥにより平板状基体表面に溝を加工するが、その溝の側壁が基体表面に対してほぼ垂直であり、かつ溝深さ／溝幅の比は１より大きい。このような溝の加工工程は、
１．基体表面にホトレジストを塗布する工程、
２．ホトレジストを所望の溝配置に対応するパターンによって露光、現像する工程、
３．現像後のホトレジストが付着した基体表面に真空蒸着もしくは方向性スパッタリングにより金属薄膜を成膜する工程、
４．残留したホトレジストを除去することによりその上に堆積した金属薄膜を除去する工程、
５．残留した金属薄膜をマスクとして基体をＲＩＥによりエッチングする工程、とからなる。
【００２０】
この加工工程、いわゆるリフトオフ法を採用することにより、膜厚の厚い金属薄膜を精度よくパターニングでき、ＲＩＥ用の金属マスクが作製できる。
【００２１】
上記マスクの厚みは１００ｎｍ以上で、マスクの幅の最小値の５倍以下であることが望ましく、金属の材質はニッケル（Ｎｉ）であることが望ましい。マスクの厚みを１００ｎｍ以上とすることにより、ＲＩＥ中に損傷を受けたとしてもマスクパターンが変化するには至らずに済む。またマスクの最小幅の５倍を越える厚みになるとリフトオフといえども加工が困難になる。Ｎｉはリフトオフ法による加工に適しており、またプラズマ耐性の高いマスクを提供できる。
【００２２】
ＲＩＥは、エッチング時のガス圧力を１〜０．５Ｐａとして行うことが望ましい。ガス圧力を低くすることにより、垂直性に優れた溝加工が可能となる。
【００２３】
上記ＲＩＥは、誘導結合プラズマ方式もしくは磁気中性線放電方式を用いることが望ましい。これらの方式は低ガス圧でも高密度プラズマを誘起できるため、均一性、垂直性に優れた溝加工が効率的に可能である。
【００２４】
上記の平板状基体は平板状基板の表面に誘電体多層膜を積層したものであることが望ましい。本発明の方法は多層膜でない被加工材料に対しても適用ができるが、周期的多層膜ではすでに１次元周期構造が形成されているため、これに平行な溝を形成することにより、容易に２次元もしくは３次元周期構造体を形成できる。誘電体多層膜は広い波長範囲で光学多層膜として機能するが、さらに２次元または３次元周期構造体とすることにより、特異な機能を備えた光機能素子を作製することができる。
【００２５】
上記誘電体多層膜は少なくとも窒化シリコン膜を含むのが望ましい。窒化シリコンはＲＩＥによるエッチング速度が大きく、溝加工を効率的に行うことができる。
【００２６】
上記窒化シリコン膜をＲＩＥで加工する場合は、フルオロカーボン系ガス、あるいはフルオロカーボン系ガス、不活性希ガス、酸素、窒素、および酸化窒素の混合ガスを用いて行うことが望ましい。十分なエッチング速度を確保でき、溝加工を効率的に行うことができる。
【００２７】
溝は多層膜表面の１方向に互いに等間隔で複数形成する。これにより２次元周期構造が形成できる。
また溝を互いに交わる２方向にそれぞれ等間隔で複数形成する。これにより３次元周期構造が形成できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明では溝加工に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いる。ＲＩＥはプラズマ中での加工のためエッチング速度が大きく、また大面積を良好な面内均一性をもってエッチングできる。なかでも磁気中性線放電（ＮＬＤ）を用いたＮＬＤ−ＲＩＥや誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いたＩＣＰ−ＲＩＥは，　数Ｐａ以下の低ガス圧領域でも高密度のプラズマが得られる特徴を持つ。特に高密度低電子温度のＮＬＤプラズマを用いると，シリコン酸化膜に対して直径８インチのウェハの全面にわたって±３％の均一なエッチング速度と良好な垂直性が得られる。このように高密度プラズマＲＩＥを用いることで基板の大量処理が可能となる。
【００２９】
ＲＩＥを用いて深い溝を加工する場合、基板側に高いバイアスを印加する必要があるためマスクの消耗が激しい。そのためマスクの耐久性の向上が求められる。そこで発明者らはマスクの材質の選定とその作製プロセスの開発を行った。
【００３０】
金属膜の材質としてはニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステンシリサイド（Ｗ−Ｓｉ）等が用いられる。なかでもＮｉは酸化耐性があることから酸化膜のエッチングマスク材として好適である。これらの金属膜の成膜には真空蒸着法が一般的であるが、真空蒸着はスパッタリングに比べて成膜成分の平均エネルギーが１桁小さい。このため、膜の緻密さ、密着性からはヘリコンスパッタリング、遠距離スパッタリングがより好適である。
【００３１】
このようなマスク材の選定に加えて、マスク自体の厚さを大きくすることでより高アスペクト比の加工が可能となる。アスペクト比２以上の加工には少なくとも１００ｎｍ以上のマスク厚が必要である。
【００３２】
発明者らが開発した溝加工工程について、以下詳細を説明する。
図１に工程の概要を示す。まず多層膜１０上にホトレジストパターン２０を形成する（図１Ａ）。なお、図では多層膜を堆積した基板は省略している。パターン形成手段は作製したいパターンや線幅等を考慮して選定する必要があるが、ホトレジストの露光には高圧水銀灯のｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ２レーザ等に代表される紫外光（遠紫外、真空紫外、極端紫外）を用いる。
【００３３】
またＸ線による露光、あるいは電子線を用いた直接描画をもちいてもよい。これらの場合、レジストはそれぞれＸ線あるいは電子線により感光するものを使用する必要があるが、以下ではこれらを含めてホトレジストと総称する。周期パターン形成には二光束干渉露光等の露光方法を用いることができるが、特に限定されない。露光したホトレジストは各ホトレジストに適した方法で現像する。後のリフトオフ工程で説明するが、形成されたレジスト断面形状が矩形あるいは逆テーパ形状で、かつ高アスペクト比（２以上）であることが望ましい。
【００３４】
次にホトレジストパターン２０上に金属膜３０、３２を成膜する（図１Ｂ）。その後、ホトレジスト剥離液に浸漬してホトレジストを溶解、剥離し、同時にホトレジスト上の不要な金属膜３０も除去する（リフトオフ法、図１Ｃ）。
【００３５】
金属膜の成膜時に、ホトレジストパターン側壁へ金属が付着すると、リフトオフによるパターン転写の精度を低下させ、最悪の場合、リフトオフが不能になる原因となる。様々な成膜手法を検討した結果、成膜には真空蒸着、ヘリコンスパッタリング、あるいは遠距離スパッタリングが好適であることがわかった。
【００３６】
真空蒸着およびヘリコンスパッタリングは通常のスパッタリングより１桁低い圧力域の真空（１０−２Ｐａ）中で成膜を行うことから金属原子やイオンの平均自由工程が長く、散乱が少ないため原子やイオンは非常に強い方向性を有し、側壁への付着を防ぐことができる。遠距離スパッタリングとは基板−ターゲット間距離を大きくとる（２００ｍｍ以上）ことで飛来原子、イオンの方向性を向上させたスパッタリング手法である。
【００３７】
またリフトオフにおいてはホトレジストの耐熱性が問題となるが、これらのスパッタリングでは基板温度の上昇を１００℃以内に抑えることができ通常のホトレジストが使用でき、基板冷却も不必要である。
【００３８】
上記の露光、成膜およびリフトオフ工程は厚膜のマスク形成に非常に有効である。なぜなら本工程を用いればマスク厚はレジスト厚に比例して大きくすることができるからである。最小マスク幅が５０ｎｍ以上の場合、上記の成膜手法を用いることにより、マスク厚はその上限をマスク幅の５倍まで厚くすることができ、その範囲内であればレジスト厚の９０％の厚さを得ることができる。またマスク幅に依存せずマスク断面形状は常に矩形とすることができ、これは後工程のエッチングにおいて垂直性の良好な溝を得るうえ望ましい。ただしここでいうマスク厚とは基板垂直方向の金属膜の厚さであり、マスク幅とは基板面方向のいわゆるパターン幅を意味する。
【００３９】
発明者らは例えば溝幅２５０ｎｍ、膜厚５００ｎｍ（アスペクト比２）のホトレジストの線状パターンを用いて、金属ソース−基板間距離を２５ｍｍとした蒸着により幅２５０ｎｍ、膜厚４５０ｎｍの矩形ニッケルマスクの形成を確認した。
【００４０】
次にＲＩＥにより多層膜２０のエッチングを行う（図１Ｄ）。その結果、深い溝４０が形成され、平板状の多層膜１２が残る。多層膜表面の金属膜３４はエッチング前より厚みが減少するとしても最終的に形状を維持する必要がある。もちろん完成した周期構造体を使用する際は金属膜３４は除去してもよい。
【００４１】
深い溝４０を加工するうえで重要な点は、多層膜のエッチング速度を大きくすることと使用ガスのラジカル種による側壁のエッチングを防止することである。多層膜材料およびエッチング条件の両観点から検討した結果、形状の良好で高アスペクト比をもつ溝の加工が可能となった。以下詳細を述べる。
【００４２】
ＲＩＥのよるエッチングの状態を決めるパラメータとしては投入高周波電力と電極間バイアス、加工ガスの種類とその流量、反応器内圧力、基板温度（設定温度）がある。
【００４３】
溝が深くなるにつれて加工ガスが溝底部に到達できる入射角度は小さくなり、アスペクト比が５を越えるとほぼ垂直に近い入射が必要となる。このため高真空域での加工が重要である。また溝の垂直性を向上させるためにはある程度電極間にバイアスを印加することが必要である。
【００４４】
バイアスは基板垂直方向に活性イオン種を引き込む役割を持ち、イオン衝撃により表面反応が促進される。したがって基板垂直方向のエッチング速度はバイアスに比例して増加する。バイアス不足は加工時間を増加させ、ひいては側壁のサイドエッチング等の悪影響を及ぼす。検討の結果、以下の条件で側壁のエッチングの少ない良好な垂直溝形状を得ることができることがわかった。
【００４５】
すなわち、エッチング装置に図２に示すようなＩＣＰ−ＲＩＥを用いる場合、コイル状の上部電極５０に高周波電源５２から投入する高周波電力を５００〜１５００Ｗ、下部電極６０に高周波電源６２から投入する高周波電力を３００〜７００Ｗの範囲に設定する。反応器５８内の圧力は１〜０．５Ｐａの範囲とし、被加工基板５４の温度は２５℃（室温）とする。
【００４６】
加工ガスとしては、フルオロカーボン（フッ炭素）系ガス（ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８等）を単独で用いるか、あるいはこれらと不活性希ガス（Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等）、酸素、窒素、酸化窒素との混合ガスを用いるのが望ましい。ガス流量は３０〜２００ｍｌ／分（標準状態）の範囲とする。
なお、上記のバイアスの値は下部電極６０に投入する高周波電力を調整することで等価的に適正値を得ている。ＩＣＰ−ＲＩＥ装置の構成は必ずしも図のようなものでない場合でもよく、例えば上部電極が反応器外に設置されているような場合もある。またＮＬＤ−ＲＩＥの場合でも同様なことが言える。
【００４７】
多層膜を構成する誘電体材料には酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム等が挙げられる。一般に光学用の多層膜は低屈折率材料と高屈折率材料の対で形成され、上記の例では低屈折率材料が酸化シリコン、フッ化カルシウム、およびフッ化マグネシウム、高屈折率材料が窒化シリコン、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウムである。
【００４８】
多層膜基板を気相エッチングにより加工するにあたって問題となるのは、高屈折率材料として主に用いられる金属酸化物のエッチング速度が小さいことである。例えば酸化シリコンと比較すると方法や条件によって変化するがエッチング速度が半分以下となる場合も多い。
【００４９】
エッチング速度が小さことは、所定形状を得る加工時間が長くなることを意味し、マスクの損傷や加工溝の側壁のエッチングが進行するなど望ましくない現象が助長される原因となる。発明者らは窒化シリコンが適切なエッチング条件を用いることで加工性のよい高屈折率材料として好ましいことを見出した。
【００５０】
図３には酸化シリコン／窒化シリコンおよび酸化シリコン／酸化チタン多層膜における開口幅と平均エッチング速度の関係を示す。また参考のため、あわせて酸化シリコン単層のデータも示してある。これらのデータはつぎの条件でエッチングを行って測定した。
【００５１】
エッチング装置には図２に示すような構成のＩＣＰ−ＲＩＥを用い、上部電極５０には８００Ｗ、下部電極６０には４００Ｗの高周波電力をそれぞれ投入した。高周波電源５２、６２の周波数はともに１３．５６ＭＨｚである。反応器５８内の圧力は０．６Ｐａとし、基板５４は冷却して温度を２５℃に維持した。加工ガスにはＣ３Ｆ８を使用し、流量を４０ｍｌ／分（標準状態）とした。
【００５２】
図３から明らかなように酸化チタン多層膜に比較して窒化シリコン多層膜は３μｍ以上の開口幅において１．４倍もの高いエッチング速度を示している。これは溝加工を施す高屈折率材料として窒化シリコンが有効であることを示すものである。
【００５３】
窒化シリコンは例えばモノシランガスを原料ガスとしたプラズマ化学的気相成長法（プラズマＣＶＤ）やシリコンをターゲットとした反応性スパッタリング等により作製できる。また酸化シリコンとの多層膜は例えばプラズマＣＶＤでは窒素あるいはアンモニアガスの導入を断続することにより作製できる。反応性スパッタリングでも雰囲気ガスを酸素と窒素あるいはアンモニアとに交互に切り換えることで作製できる。
【００５４】
以下にシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜からなる多層膜を加工して周期構造体を作製した本発明の実施例を詳細に説明する。
【００５５】
（実施例）
シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜からなる多層膜はつぎのように作製した。プラズマＣＶＤにおいて共通の原料ガスをモノシランとし、酸化膜では酸化窒素、窒化膜ではアンモニアを添加して成膜し、膜厚１００ｎｍ、１０対（２０層）の多層膜を作製した。
【００５６】
図４には作製した多層膜の垂直透過スペクトルの測定値を示す。また同図には計算によって求めたフィッティング曲線を合わせて示すが、酸化シリコンと窒化シリコンの屈折率をそれぞれ１．５０と１．９８としたとき、直径８インチの基板内において光学膜厚にして約１０％の誤差範囲でスペクトルの再現ができることを確認した。十分広い成膜面積において高い膜厚精度が得られることがわかる。
【００５７】
つぎに作製した多層膜に対して溝加工を行った。エッチング装置には上述の試験に用いたものと同様にＩＣＰ−ＲＩＥを用い、上部電極５０に８００Ｗ、下部電極６０に４００Ｗの高周波電力を投入し、反応器５８内の圧力０．６Ｐａ、基板温度を２５℃とした。加工ガスＣ３Ｆ８の流量４０ｍｌ／分（標準状態）の条件において加工を実施した。
【００５８】
図５には加工後の断面形状を写真（ａ）と模式図（ｂ）により示した。溝４０の幅２５０ｎｍ、パターン周期５００ｎｍ、深さ２μｍ、アスペクト比８の２次元周期構造体が形成されていることがわかる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、誘電体多層膜基板に対して高アスペクト比の垂直溝を容易に形成させることができ、さらには２次元または３次元周期構造体を形成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加工工程の概要を示す図である。
【図２】誘導結合プラズマ式反応性イオンエッチング装置の構成の一例を示す模式図である。
【図３】多層膜材料に対するエッチング速度の比較を示す図である。
【図４】多層膜の透過スペクトルを示す図である。
【図５】本発明の方法で多層膜を加工した周期構造体の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０　多層膜
１２　加工された多層膜
２０　ホトレジストパターン
３０、３２、３４　金属膜
４０　溝
５０　上部電極
５２、６２　高周波電源
５４　被加工基板
５８　反応器
６０　下部電極
【図１】
2004093634.tif 000003
【図２】
2004093634.tif 000004
【図３】
2004093634.tif 000005
【図４】
2004093634.tif 000006
【図５】
2004093634.tif 000007