(57)【要約】      （修正有）【課題】  エッチング加工精度及び加工コストの問題を解決すると共に同時に異なる形状、寸法を有するエッチング構造体を形成可能なエッチング用マスク及びその形成方法を提案する。【解決手段】被エッチング層２の上に樹脂層３を形成し、樹脂層３にエッチングパターン４を形成し、エッチングパターン４が形成された樹脂層３の表面に下層マスク層５を形成し、下層マスク層５に飛来する上層マスク層９を形成する材料の入射角度を制御して、不要マスク層５ｃの上には形成しないように上層マスク層９を形成し、上層マスク層９をマスク層として、不要マスク層５ｃを除去してエッチング用マスクを作製する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被エッチング層の上に樹脂層を形成し、当該樹脂層にエッチングパターンを形成し、
当該エッチングパターンが形成された樹脂層の表面に第１の薄膜層を形成し、当該第１の薄膜層の表面に第２の薄膜層を形成し、
前記第２の薄膜層をマスク層として、前記第１の薄膜層のうち前記被エッチング層の表面に形成された部分である不要薄膜層を除去することを特徴とするエッチング用マスク形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載するエッチング用マスク形成方法において、
前記第２の薄膜層を形成する際に、前記第１の薄膜層に飛来する当該第２の薄膜層を形成する材料の入射角度を制御して、前記不要薄膜層の上には前記第２の薄膜層を形成しないようにすることを特徴とするエッチング用マスク形成方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載するエッチング用マスク形成方法において、
前記不要薄膜層の除去は、ウエットエッチング又はドライエッチングにより行うことを特徴とするエッチング用マスク形成方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載するエッチング用マスク形成方法において、
前記エッチングパターンは、複数の異なる形状又は寸法のパターンを有するエッチングパターンであることを特徴とするエッチング用マスク形成方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載するエッチング用マスク形成方法において、
前記第１又は第２の薄膜層は、金属材料又は誘電体材料の薄膜層であることを特徴とするエッチング用マスク形成方法。
【請求項６】
被エッチング層に被覆されるエッチング用マスクであって、
複数の異なる形状又は寸法のパターンを有するエッチングパターンが形成された樹脂層と、
当該エッチングパターンが形成された樹脂層における被エッチング層が接する面を除いた表面に形成した薄膜層とからなることを特徴とするエッチング用マスク。
【請求項７】
請求項６に記載するエッチング用マスクにおいて、
前記薄膜層は、金属材料又は誘電体材料の薄膜層であることを特徴とするエッチング用マスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング用マスク及びその形成方法に関し、特に光通信に利用される光スイッチ等の光デバイス、光マイクロマシーン等の製造に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
光デバイス、光マイクロマシーン等を作製する際には、フォトファブリケーション技術により形成されたマスク層を用いて各種層構造のエッチングや光反射面等の構造体のエッチングが行われている。例えば、化合物半導体を用いたエッチドミラーレーザでは、碧開レーザーと同等の光学特性を得るために、光共振器端面では１０μｍ程度の深さに亘り、垂直形状で、かつ碧閉と遜色のない精度で加工された側壁が要求される。
【０００３】
このような加工精度に対して、一般的にはマスク層のエッチング速度と被エッチング層のエッチング速度との比が大きくなるような高選択比のマスク材料を選定すると共に、被エッチング層の上層に垂直かつ平滑な側壁を有するマスク層を形成した後、最適なエッチング条件にて、マスク層下部の被エッチング層をエッチングすることにより、ガラスマスクパターンと同一の寸法で、垂直かつ平滑な側壁を有する構造体をエッチング加工している。ガラスマスクパターンとは、フォトリソグラフィ工程に用いる原図パターンが形成されたガラス板（レチクル）のことである。
【０００４】
図７は、このような場合に適用する一般的なマスク構成を説明する図である。同図に示すように、一般的なマスク構成としては、同図（ａ）の単層マスク、同図（ｂ）の２層マスク、同図（ｃ）の３層マスクに分類される（下記、非特許文献１を参照）。
【０００５】
単層マスクを用いたエッチング加工では、基板２１上に形成された被エッチング層２２の上に高分子材料等のレジストを塗布し、これをマスク層として加工した後、エッチングにより被エッチング層２２に加工を行い、エッチング構造体２５ａを得る。
【０００６】
２層マスクを用いたエッチング加工では、被エッチング層２２の上に下層レジスト２６ｂ及び上層レジスト２７ｂからなるマスク層を加工した後、エッチングにより被エッチング層２２に加工を行い、エッチング構造体２５ｂを得る。また、３層マスクを用いたエッチング加工では、被エッチング層２２の上に下層レジスト２６ｃ、中間層２８及び上層レジスト２７ｃからなるマスク層を加工した後、エッチングにより被エッチング層２２に加工を行い、エッチング構造体２５ｃを得る。なお、下層レジスト26b,26c、中間層２８としては、金属、誘電体材料等が適宜用いられる。
【０００７】
２層マスク及び３層マスクにおける、上層レジスト27b,27cと中間層２８の役割としては、被エッチング層２２に垂直かつ平滑な側壁を有するエッチング構造体25b,25cを得ることを目的とし、被エッチング層２２上の下層レジスト26b,26cを垂直かつ平滑な形状に形成する役割を有する。
【０００８】
図７に示すように、単層マスクでは、マスク層の後退２４ａが大きく、得られるエッチング構造体２５ａの側壁を垂直とすることが難しいが、２層マスク、更には３層マスクを用いてエッチングすることにより、マスク層の後退24b,24cを小さくすることができるため、エッチング構造体25b,25cの側壁を単層マスクに比べて比較的、垂直に加工することが可能となる。
【０００９】
次に、マスク形成の重要性について、光スイッチを製造する例をとりあげて、詳細に説明する。光デバイスの一種である光スイッチとして、導波路基板中において互いに交差する光導波路の交差点に管路（溝）を設けると共に当該管路に屈折率整合液を注入し、屈折率整合液を移動させて反射状態及び透過状態を切り替えることにより、光路を切り替える、すなわち、屈折率整合液が溝にある場合には光が透過して直進する一方、屈折率整合液が溝にない場合には管路の側壁で全反射するという作用を利用した光スイッチが提案されている（下記、特許文献１を参照）。
【００１０】
このような構成の光スイッチとしては、他に、管路近傍に薄膜ヒーターを備えて適切な箇所を加熱することにより、管路の中の屈折率整合液の表面張力に勾配を与え、屈折率整合液を管路の中で移動させて光路を切り替える光スイッチ（下記、特許文献２を参照）や、管路の断面に狭い部分と広い部分とを設けて、移動した液体が毛管現象により所定の位置で固定・保持される光スイッチ（下記、特許文献３を参照）が提案されている。
【００１１】
これらの光スイッチでは、フォトファブリケーション技術により形成されたマスク層を用いて管路構造の形成が行われており、このマスク形成から管路構造の形成に至るいわゆる管路形成プロセスは、製造された光スイッチの性能を大きく左右するプロセスであり、極めて重要である。
【００１２】
従来、管路形成に用いるマスク層としては、Ｓｉ、ＷＳｉ、Ｃｒ、Ｃｕ等の材料を用い、上記２層マスク、あるいは３層マスクが形成されている。更に、この形成されたマスク層を用いて、反応性イオンエッチング法等を利用したドライエッチング装置により、屈折率整合液が移動する方向に垂直な断面形状において、管路幅が５〜１５μｍ程度、深さが３０〜４０μｍ程度の狭小かつ高アスペクト比を有する管路が製作されている（下記、非特許文献２を参照）。なお、管路において、屈折率整合液が移動する方向の管路の長さは１５０〜数百μｍ程度であり、管路は、光スイッチの上面から見ると、幅５〜１５μｍ程度、長さが１５０〜数百μｍ程度の長方形である。
【００１３】
【非特許文献１】徳山巍，「半導体ドライエッチング技術」，初版，産業図書株式会社，発行年月日（平４年１０月），p.154-158，p.180-190，p.206-211，p.211-212
【非特許文献２】下川房男，「ＮＴＴ  Ｒ＆Ｄ」，vol.44，電気通信協会，1995年，p.683-688
【特許文献１】特開平１０−７３７７５号公報
【特許文献２】特開平８−６２６４５号公報
【特許文献３】特開平９−１３３９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記光スイッチにおいて、現在最も特性が優れ、商用化されている光スイッチである光ファイバ型スイッチの性能（挿入損失１ｄＢ）を実現するためには、少なくとも管路の位置を理想反射面位置から０．５μｍ以下、管路断面の傾きを０．５°以下、管路側壁の粗さが１０ｎｍ以下となるように加工しなければならない等、極めて厳しい加工精度が要求される。
【００１５】
これに対して、上記のようなマスク層を形成する場合、単層マスクの場合には、被エッチング層の上にレジストを塗布して、露光・現像により、最も簡便にマスク層を形成することができるが、一般的にはレジストと被エッチング層との選択比を大きくとれないため、ガラスマスクパターンと同一のパターン形状や垂直な側壁形状、更に平滑な壁面形状を形成することが難しい。この結果、このような理想的に形成できていないマスク層を出発点として、管路構造をエッチングする際のエッチング条件を単に最適化しても、上記の仕様を満足することは難しかった。
【００１６】
２層マスク、３層マスクの場合には、高選択比のエッチングが可能なマスク材料やエッチングガス種を選ぶことができ、より目的とする形状が形成可能となるが、中間層及びマスク層を堆積することに加えて、複数層のエッチングを行う必要があり、マスク形成法としては多くのプロセス工程数を必要とし、また、使用するプロセス装置、プロセス部材（中間層、マスク層の母材、プロセスガス等）が多岐にわたることから、生産コストも高くなってしまう。
【００１７】
また、各層をエッチングで製作するため、エッチングプロセス中に、上層レジストの後退、荒れ、揺らぎ等が下部のマスクに順次転写され、その結果、マスク層が、所望のパターン幅形状とならなかったり、完全な垂直端面形状とならなかったりする。更に、マスク側壁にストライエーションと呼ばれる縦縞が形成され、高平滑な側壁形状とならなかったりする等の根本的な問題が残されている。
【００１８】
更に、一枚のウエハ上に形成される管路構造等のエッチング構造体は、その形状や寸法が異なる複数の構造体である場合が多い。このため、一枚のウエハ上に同一形状や同一寸法を有する複数のエッチング構造体しか作ることができないエッチング用マスクよりも、異なる形状や寸法のエッチング構造体に対応したエッチング用マスクであることが好ましい。
【００１９】
本発明は上記状況に鑑みてなされたものであり、従来技術における加工精度及び加工コストの問題を解決し、単層マスクのような簡便な方法で、ガラスマスクパターンと同一の寸法で、垂直かつ平滑な側壁形状のエッチングが可能であると共に、同一のウエハ上に異なる形状又は異なる寸法を有するエッチング構造体を形成することができるエッチング用マスク及びその形成方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決する本発明の概要としては、従来のような複数の薄膜堆積プロセスとエッチングプロセスを用いる方法とは全く異なり、まず、被エッチング層の上に樹脂材料でエッチングパターンを形成した後、この樹脂パターンの全表面又はその一部の表面に金属又は誘電体材料等の薄膜を堆積・被覆させる（下層マスク層）と共に更に下層マスク層の一部分に他の金属又は誘電体材料等の薄膜を堆積・被覆させる（上層マスク層）ことを特徴とする。ここで、樹脂パターンの表面とは、樹脂パターンを構成する樹脂層上面と樹脂層側壁の両面を指す。
【００２１】
まず、本発明では、デバイスのエッチングプロセスに要求されるパターン寸法等から、エッチング用マスクの原型となる構造を形成する。すなわち、被エッチング層の上に、まず樹脂材料を用いてエッチング用マスクの原型となる樹脂パターンを形成する。ここで、樹脂パターンは、例えば、形状や寸法が異なる複数のエッチング構造体に対応して、形状や寸法等が異なる複数の樹脂パターンが形成される。
【００２２】
次に、この複数の樹脂パターンに対して、下層マスク層を形成する材料（元素又は化合物等）を樹脂パターン表面の斜めから入射するようにして下層マスク層を形成する。この結果、予め形成された樹脂パターンの上面及び側壁（樹脂パターンを構成する溝の内部の側壁）にマスク層が選択的に堆積される。
【００２３】
すなわち、樹脂パターンの上面にマスク層が堆積するのは勿論であるが、上記のようなマスク形成を行うと、簡単な相似則から、樹脂パターンに入射する元素等は、樹脂パターンのエッジ部分の影響により、基本的には被エッチング層が露出した部分には堆積することなく、マスク層を形成することが可能となる。
【００２４】
また、元素等が樹脂パターンに入射する方向を変更することにより、樹脂パターンの両側壁に同じ厚さでマスク層を堆積することができる。更に、堆積時間を調整することにより、パターンの上面及び側壁に堆積するマスク層の厚みを制御することができる。
【００２５】
しかしながら、複数の異なる形状、寸法等を有する樹脂パターンに対しては、樹脂パターンのパターン幅やパターンのアスペクト比によって、樹脂パターンの底面に相当する被エッチング層の露出面に下層マスク層が堆積してしまうことがある。下層マスク層のうち、被エッチング層をエッチングする場合に必要のない不要な部分のマスク層を便宜上、不要マスク層と呼ぶ。
【００２６】
そこで、本発明では、下層マスク層の上に堆積させる上層マスク層によって、不要マスク層を除去することにより、形状や寸法等が異なるエッチング構造に対応した樹脂パターンであっても、当該樹脂パターンの上面及び側壁に均一なマスク層（下層マスク層）を形成してエッチング用マスクを得ることができるようにした。
【００２７】
この場合、上層マスク層は、必要な下層マスク層の部分（樹脂パターンの上部、並びに側壁に被覆・堆積された下層マスク層）を保護しながら、不要マスク層を除去するため、結果的に樹脂パターンのパターン幅やパターンのアスペクト比によらず、全てのパターンにおいて、理想的な（マスク位置、マスクの垂直性、マスクの平滑性）マスク層を得ることができる。
【００２８】
このように本発明は、エッチング用マスクの形成に際してマスク層自体の後退、荒れ、揺らぎ等が発生するエッチングプロセスを極力、排除し、フォトリソプロセスと薄膜形成プロセスによって構成した、最も理想的なエッチング用マスクを形成する新しい方法である。
【００２９】
また、当該方法により作製したエッチング用マスクを用いてエッチングプロセスを行うことで、エッチング用マスクの下部に設けられた被エッチング層を高精度・高平滑側壁・垂直形状かつ複数の異なる形状等に対応してエッチングできることになる。この結果、例えば光スイッチの管路形成に適用した場合には、最も理想的な管路形状が実現されるため、光スイッチの性能を向上させることが可能となる。更に、本発明に係るエッチング用マスクの形成方法は、従来法に比べて工程数、必要な装置や部材を大幅に削減できることから、結果的に経済性、量産性に優れたデバイス製造が可能となる。本発明を以下に説明する。
【００３０】
上記課題を解決する本発明にかかるエッチング用マスク形成方法は、
被エッチング層の上に樹脂層を形成し、当該樹脂層にエッチングパターンを形成し、
当該エッチングパターンが形成された樹脂層の表面に第１の薄膜層を形成し、当該第１の薄膜層の表面に第２の薄膜層を形成し、
前記第２の薄膜層をマスク層として、前記第１の薄膜層のうち前記被エッチング層の表面に形成された部分である不要薄膜層を除去することを特徴とするエッチング用マスク形成方法である。
【００３１】
エッチングパターンとしては、さまざまな形状に対応することができ、例えば、正方形、長方形又は円形等に開口された溝形状、エッチングを望まない領域のみを覆うパターン等が挙げられる。
【００３２】
また、本発明にかかる他のエッチング用マスク形成方法は、
上記エッチング用マスク形成方法において、
前記第２の薄膜層を形成する際に、前記第１の薄膜層に飛来する当該第２の薄膜層を形成する材料の入射角度を制御して、前記不要薄膜層の上には前記第２の薄膜層を形成しないようにすることを特徴とするエッチング用マスク形成方法である。
【００３３】
不要薄膜層の上に第２の薄膜層を形成しないようにするためには、第２の薄膜層を形成する材料の入射角度を制御すると共に、あらかじめ樹脂層に形成するエッチングパターンの深さや幅の比を制御するようにしてもよい。
【００３４】
また、本発明にかかる他のエッチング用マスク形成方法は、
上記エッチング用マスク形成方法において、
前記不要薄膜層の除去は、ウエットエッチング又はドライエッチングにより行うことを特徴とするエッチング用マスク形成方法である。
【００３５】
また、本発明にかかる他のエッチング用マスク形成方法は、
上記エッチング用マスク形成方法において、
前記エッチングパターンは、複数の異なる形状又は寸法のパターンを有するエッチングパターンであることを特徴とするエッチング用マスク形成方法である。
【００３６】
また、本発明にかかる他のエッチング用マスク形成方法は、
上記エッチング用マスク形成方法において、
前記第１又は第２の薄膜層は、金属材料又は誘電体材料の薄膜層であることを特徴とするエッチング用マスク形成方法である。
【００３７】
第１又は第２の薄膜層に採用する金属材料又は誘電体材料としては、各薄膜層で異なる材料を採用してエッチングに対する選択比が異なるようにしておくことが好ましい。
【００３８】
上記課題を解決する本発明にかかるエッチング用マスクは、
被エッチング層に被覆されるエッチング用マスクであって、
複数の異なる形状又は寸法のパターンを有するエッチングパターンが形成された樹脂層と、
当該エッチングパターンが形成された樹脂層における被エッチング層が接する面を除いた表面に形成した薄膜層とからなることを特徴とするエッチング用マスクである。
【００３９】
また、本発明にかかる他のエッチング用マスクは、上記エッチング用マスクにおいて、
前記薄膜層は、金属材料又は誘電体材料の薄膜層であることを特徴とするエッチング用マスクである。
【発明の効果】
【００４０】
本発明に係るエッチング用マスクの形成方法は、マスクパターンの骨格となる構造をまず樹脂材料で形成した後、この垂直かつ平滑に形成された樹脂パターンを覆うようにマスク層を堆積するために、従来のようなエッチング法を用いてマスク層を形成する方法では実現困難な高精度（所望のパターン幅等）かつ垂直・高平滑なマスク構造を有するエッチング用マスクを形成することが可能な方法である。
【００４１】
更に、エッチングパターンの深さと幅の比（アスペクト比）を制御したり、エッチングパターンが形成された樹脂層に薄膜層を形成する際に、樹脂層に飛来する薄膜を形成する元素等の入射角度を制御したりすることにより、マスク層として薄膜層をより最適に形成することができる。
【００４２】
この高精度かつ垂直・高平滑なマスク構造を有するエッチング用マスクを用いて、被エッチング材料にエッチング加工を行うことで、従来にない高精度・高平滑側壁・垂直形状を有する構造体の形成が可能となる。
【００４３】
従来のマスク形成方法の中で、最も理想的なマスク形成が可能な３層マスク法では、（１）マスク層の堆積、（２）中間層の堆積、（３）エッチングパターンのフォトリソプロセス、（４）中間層のエッチング、（５）マスク層のエッチング、（６）被エッチング層をエッチングした後に残存するマスク層の除去等、本発明と比較して遥かに多くの工程を必要とし、かつ使用するプロセス装置が多岐に亘ることから、最終的に製造されるデバイスの価格等に大きな影響を与えることは言うまでもない。
【００４４】
これに対して、本発明によれば、フォトリソプロセス、薄膜形成プロセス及び不要マスク層の除去プロセスからなる極めてシンプルな３つのプロセスにより、上述する理想的なマスク構造を有するエッチング用マスクを作製可能なため、大幅な工程数の削減、並びに処理時間の低減を実現することができ、結果的に経済性、量産性に優れたマスク形成方法を提供することができる。
【００４５】
また、一枚のウエハ上に形成されるエッチング構造体は、その形状や寸法が異なる複数の構造体であったり、種々の配置位置を有していたりする場合が多いが、本発明にかかるエッチング用マスクよれば、同一のウエハ上に異なる形状又は異なる寸法等を有するエッチング構造体を形成することができるため、適用範囲は極めて広い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
＜第１の実施形態＞
以下に、図１から図５に基づいて第１の実施形態を説明する。なお、図１，３，４，５は、基板および基板上に形成された各層の断面図を用いて説明してある。図１は、本実施形態に係るエッチング用マスクの形成方法における、樹脂パターン形成までの工程を説明する工程図である。
【００４７】
同図に示すように、基板１の上に形成された被エッチング層２（同図（ａ））の上に、スピンコーターを用いて必要な膜厚となる量の樹脂材料を塗布した後、プリベークを行い膜厚ｔ1の樹脂層３を形成する（同図（ｂ））。ここで、膜厚ｔ1は６μｍとした。なお、樹脂材料としては、通常のレジスト材料を用いることができ、更にポリイミド等の感光性樹脂を用いることもできる。
【００４８】
次に、樹脂層３に対して、露光・現像・ポストベーク等の一連のフォトリソプロセスにより、エッチング用マスクの原型となるパターンである樹脂パターン４（エッチングパターン）を形成した（同図（ｃ））。
【００４９】
本実施形態では、樹脂パターン４として、深さが６μｍ（＝樹脂層の膜厚ｔ1）、幅Ｗ1が１０μｍ、長軸方向の長さ（奥行き）が１５０μｍの直方体形状の空間からなるトレンチ（溝）パターン４ａと、深さが６μｍ（＝樹脂層の膜厚ｔ1）、幅Ｗ2が１００μｍ、長軸方向の長さ（奥行き）が１５０μｍの直方体形状の空間からなるトレンチ（溝）パターン４ｂとを形成した。
【００５０】
すなわち、樹脂パターン４を上面から見ると、幅Ｗ1が１０μｍ、長さが１５０μｍの長方形の溝４ａと、幅Ｗ2が１００μｍ、長さが１５０μｍの長方形の溝４ｂとして観察される。この樹脂パターン４の側壁面は平滑であり、かつ樹脂層３の表面と樹脂パターン４の側壁面とのなす角は垂直であり、幅Ｗ1と幅Ｗ2は後に形成するエッチング構造体の幅と同じ幅に形成することができた。
【００５１】
続いて、この樹脂パターン４が形成された樹脂層３に第１の薄膜層である下層マスク層を形成した（下層マスク層形成工程）。図２は、樹脂パターンにマスク層を形成する装置（イオンビームスパッタ装置）の概略構成図である。同図に示すように、イオンビームスパッタ装置には、少なくとも、イオンビーム１２を放出するイオン源１１と、下層マスク層を形成する材料となる元素成分（本実施形態ではＣｕ）からなるターゲット１０（直径６ｃｍの円板型ターゲット）と、樹脂パターン４が形成された被エッチング層２を有する基板１とが設置される。
【００５２】
ここで、イオンビームスパッタ装置におけるターゲット１０の配置方法としては、イオン源１１から放出されたイオンビーム１２が所定の入射角でターゲット１０の表面に入射するようにターゲット１０を設置した。
【００５３】
また、基板１の配置方法としては、ターゲット１０におけるイオンビーム１２が入射する面が向く方向において、円板状のターゲット１０の平面と基板１の平面とが所定の角度をなすように、ターゲット１０から所定距離、離して配置した。
【００５４】
このような配置により、イオン源１１よりイオンビーム１２を放出すると、イオンビーム１２はターゲット１０に所定の角度で入射した後、ターゲット１０をスパッタリングする。ターゲット１０がスパッタリングされて飛び出したターゲット１０を構成する元素（下層マスク層を形成する材料Ｃｕ）は、樹脂パターン４を有する樹脂層３の表面に対して斜め方向（図２における、「元素飛行（入射）方向」を参照）から堆積していく。
【００５５】
この工程を一定時間行った後、基板１を回転させて、基板１のＢ側とターゲット１０との距離が所定距離となるように配置し、同様にターゲット１０をスパッタリングする。
【００５６】
図３は、本実施形態に係る方法により被エッチング層の上に形成された下層マスク層であり、元素飛行（入射）方向Ｘから形成した下層マスク層（同図（ａ））と、元素飛行（入射）方向Ｙから形成した下層マスク層（同図（ｂ））である。本実施形態では、図２に示す配置とすることにより、図３（ａ）に示すように、樹脂パターン４を有する樹脂層３の表面に対して元素飛行（入射）方向Ｘからターゲット１０を構成する元素を堆積させた。
【００５７】
すなわち、幅Ｗ1１０μｍパターン４ａの底面に相当する被エッチング層２の露出面にはターゲット１０の元素が堆積しないような元素飛行（入射）方向Ｘとすることにより、樹脂パターン４の上面及び側壁には上面マスク層５ａ及び側壁マスク層５ｂが堆積されると共に、幅Ｗ2１００μｍパターン４ｂの底面に相当する被エッチング層２の露出面には不要薄膜層である不要マスク層（底面マスク層）５ｃが堆積される。
【００５８】
これは、幅Ｗ1１０μｍパターン４ａに対する元素飛行（入射）方向Ｘからの堆積の場合には、１０μｍパターン４ａの底面に相当する被エッチング層２の露出面は、１０μｍパターン４ａを構成する両側の側壁の影となって堆積されない一方、幅Ｗ2１００μｍパターン４ｂの底面に相当する被エッチング層２の露出面は両側の側壁の影とはならないためである。なお、上面マスク層５ａ、側壁マスク層５ｂ及び不要マスク層５ｃはいずれも厚さ０．５μｍ（＝ｔ2）のマスク層であった。
【００５９】
図３（ａ）に示すような、樹脂パターン４の全表面、すなわち樹脂パターン４の側壁及び上面に下層マスク層５を形成すると共に、後の工程で不要マスク層５ｃを除去することにより、より好ましい形態のエッチング用マスクとすることができる。これは、樹脂パターンの上面はもちろん、側壁にも完全にマスク層を形成できているためである。
【００６０】
しかしながら、不要マスク層５ｃは、後の工程で除去するマスク層であるため、最初から形成されないような方法が好ましい。例えば、図３（ｂ）に示すように、元素飛行（入射）方向Ｘよりも更に樹脂層３の表面と平行に近い方向である元素飛行（入射）方向Ｙからスパッタリングをした場合には、不要マスク層の形成を回避することができる。一方、この方向Ｙからのスパッタリングでは、幅Ｗ1１０μｍパターン４ａを構成する両側の側壁に形成されるマスク層は、パターン４ａを構成する両側の樹脂層のエッジ部分のみに形成されることになる。
【００６１】
図７を用いて説明したように、エッチング用マスクの課題の一つとして、マスク層におけるエッジ部分の後退現象の緩和がある。この観点から見れば、最低限、図３（ｂ）に示すような、樹脂パターン４の一部の表面、すなわち樹脂パターン４の側壁におけるエッジ部分及び上面に下層マスク５を形成すればよい。この方法によれば、後の工程である不要マスク層の除去工程をなくしたり、除去工程の時間を短縮することができる。
【００６２】
なお、下層マスク層５の形成方法としては、元素飛行（入射）方向を調整する方法の他に、パターンを構成する側壁の影を利用するという原理を用いて、例えば、樹脂層３の厚さ（すなわち、側壁の高さ）を調整する方法でもよい。
【００６３】
次に、必要な下層マスク層（上面マスク層５ａ及び側壁マスク層５ｂ）を保護すると共に、不要マスク層５ｃを除去するためのマスク層である、上層マスク層（第２の薄膜層）を形成した。図４（ａ）は、本実施形態に係る方法により下層マスク層の上に形成された上層マスク層である。
【００６４】
同図に示すように、上層マスク層９は、図２に示すイオンビームスパッタ装置において、ターゲット１０として上層マスク層を形成する材料となる元素成分（本実施形態ではＴｉ）からなるものに変更すると共に、ターゲット１０と基板１の配置関係を基板１への元素飛行（入射）方向Ｙとなるように調整して形成した。
【００６５】
元素飛行（入射）方向Ｙは、図３（ｂ）を用いて説明したように、元素飛行（入射）方向Ｘよりも更に樹脂層３の表面と平行に近い方向であり、元素飛行（入射）方向Ｙから基板１にスパッタリングすることにより、不要マスク層５ｃの上には（当然、幅Ｗ1１０μｍパターン４ａにおける被エッチング層２の露出面にも）マスク層を形成せずに、下層マスク層５の一部である上面マスク層５ａの上に上層マスク層９の一部である上面マスク層９ａを、下層マスク層５の一部である側壁マスク層５ｂの上に上層マスク層９の一部である側壁マスク層９ｂを形成することができた。
【００６６】
なお、上面マスク層９ａ、側壁マスク層９ｂはいずれも厚さ０．０２μｍ（＝ｔ3）のマスク層であった。また、幅Ｗ1１０μｍパターン４ａを構成する両側の側壁には、完全な上層マスク層９は形成されず、上側の一部分のみに形成される。
【００６７】
続いて、上層マスク層９をマスクとして、必要な下層マスク層（上面マスク層５ａ及び側壁マスク層５ｂ）を保護すると共に、不要マスク層５ｃを除去した。上述するように、上層マスク層９及び下層マスク層５は、一般的な２層マスクを用いたエッチング除去の考えに基づいて選定した材料で形成されており、イオンビームエッチング装置を用いたエッチングプロセスにより、下層マスク層５の中でも不要マスク層５ｃのみを選択的に除去することができた。エッチングに用いたガスは窒素ガスであり、エッチング時の選択比は約５０倍（下層マスク層のＣｕの方が上層マスク層のＴｉよりも約５０倍エッチングされやすい）である。
【００６８】
なお、上層マスク層及び下層マスク層の組み合わせは、上述する材料に限定されるものではなく、またエッチング方法も、材料の組み合わせ等によって、ドライエッチング、あるいはウエットエッチング等を適宜選択して用いることができる。例えば、下層マスク層５を形成する材料としては、金属材料又は誘電体材料等が考えられ、金属材料であれば、Ｓｉ、ＷＳｉ、Ｃｒ、Ｃｕ等を、誘電体材料であれば、アルミナ等を適用することができる。同様に上層マスク層６を形成する材料としては、金属材料又は誘電体材料等が考えられ、材料選択は上述するように下層マスク層６の材料との関係で決定される。
【００６９】
図４（ｂ）は、上述するマスク層形成工程の結果、被エッチング層の上に被覆して形成されたエッチング用マスクの概略断面図である。同図に示すように、樹脂パターン４を有する樹脂層３の全表面に下層マスク層５が形成され、樹脂パターン４の溝形状を維持してマスクパターン６が形成されている。すなわち、樹脂層３の上面は上面マスク層５ａにより被覆されている共に、樹脂層３における樹脂パターン４を構成する直方体形状の溝の側壁は側壁マスク層５ｂにより被覆されている。
【００７０】
本実施形態では、最終的に被エッチング層２に形成するエッチング構造体の寸法（深さ５０μｍ）を考慮して、樹脂層３の表面に上面マスク層５ａ及び側壁マスク層５ｂを厚さｔ2が０．５μｍとなるように形成した。これは、被エッチング層２のエッチング速度は、マスク層５のエッチング速度の約１００倍であり、この選択比を考慮すると、被エッチング層２に深さが５０μｍの構造体をエッチング形成する場合には、マスク層５の厚さとして、少なくとも０．５μｍ以上の厚さが必要だからである。
【００７１】
本実施形態に係るエッチング用マスク形成方法により形成した下層マスク層５及びマスクパターン６を観察したところ、マスクパターン６として、幅Ｗ3が９μｍの直方体形状の溝及び幅Ｗ4が９９μｍの直方体形状の溝が観察された。すなわち、樹脂パターン４の溝４ａ（幅Ｗ1＝１０μｍ）及び溝４ｂ（幅Ｗ2＝１００μｍ）のそれぞれの両側壁に厚さｔ2が０．５μｍの側壁マスク層５ｂを形成したことを考慮すると、所望のパターン幅を有するマスクパターンが形成されていることが確認できた。
【００７２】
また、樹脂パターン４の溝形状を維持してマスクパターン６が形成されているため、樹脂パターン４の側壁面の高い平滑性、及び樹脂層３の表面に対する樹脂パターン４の側壁面の垂直性が反映されて、マスクパターン６の側壁マスク層５ｂは平滑であり、上面マスク層５ａの表面と側壁マスク層５ｂのなす角は垂直に形成することができた。すなわち、下層マスク層５における側壁マスク層５ｂは、予め形成した垂直性及び平滑性に優れた樹脂パターン４の側壁面を被覆するように形成されるため、極めて良好な垂直形状かつ平滑面の側壁として形成できていることがわかった。
【００７３】
特に側壁マスク層５ｂの平滑性は、走査型電子顕微鏡を用いたマスクパターン６の断面形状観察から評価したが、数万倍の倍率でも、ストライエーションは全く観察されず、基板１の表面の平坦度と遜色のない極めて平滑なマスクパターン６が形成できていることが確認できた。より具体的には、側壁マスク層５ｂの平滑性は、平均粗さＲａが数ｎｍ（＜１０ｎｍ）という極めて平滑な面であった。
【００７４】
また、同一の基板上における異なる形状や異なる寸法のエッチング構造体を形成するためのマスクパターンを形成することができた。すなわち、本実施形態を例に説明すれば、幅Ｗが１０μｍ及び１００μｍと異なる寸法の複数のエッチング構造体を形成するための樹脂パターン４ａ，４ｂと当該樹脂パターンを覆って形成された上面マスク層５ａ、側壁マスク層５ｂとからなるマスクパターン６を形成することができた。
【００７５】
図５は、本実施形態に係る方法により被エッチング層に形成されたエッチング構造体の概略断面図であり、エッチング用マスク（図４（ｂ））を用いて行った、被エッチング層のエッチング工程を示す図（図５（ａ））と、エッチング工程終了後、樹脂層を除去して完成したエッチング構造体を示す図（図５（ｂ））である。
【００７６】
図５（ａ）に示すように、樹脂層３を被覆して形成されたマスク層５は、エッチング工程において消耗し、所望のエッチング構造体７が形成される頃には消失している。この後、被エッチング層２の上に残った樹脂層３を除去して、被エッチング層２にエッチング構造体７を形成することができた。
【００７７】
エッチング構造体７は、幅Ｗ5が１０μｍ（エッチングパターン幅Ｗ1と同じ幅）、深さｄが５０μｍ、長軸方向の長さ（奥行き）が１５０μｍの直方体形状の溝７ａと、幅Ｗ6が１００μｍ（エッチングパターン幅Ｗ2と同じ幅）、深さｄが５０μｍ、長軸方向の長さ（奥行き）が１５０μｍの直方体形状の溝７ｂとからなり、垂直度８（被エッチング層２の上平面とエッチング構造体７を形成する側壁７ｃとのなす角度）が９０°、側壁７ｃの平滑性が数ｎｍ（＜１０ｎｍ）の高精度・高平滑側壁・垂直形状の溝であった。
【００７８】
上記第１の実施形態に係るエッチング用マスク形成方法では、マスク層形成工程においてイオンビームスパッタ装置を用いたが、マスク層を形成する材料の樹脂層３（樹脂パターン４）への入射方向が制御可能な薄膜形成装置であれば、これに限定する必要はない。例えば、電子ビーム蒸着装置でも、ビーム蒸着源と基板配置等の位置関係を上述するような適切な位置とすることにより、容易に対応することができる。
【００７９】
＜第２の実施形態＞
本実施形態は、本発明に係るエッチング用マスク形成方法により作製したエッチング用マスクを用いて、光スイッチを作製することに関する。光スイッチの作製にあたっては、基本的には、特開平１０−０７３７７５（光スイッチ及び組立方法）に記載の発明に基づいて作製した。この際に、前記エッチング用マスクを用いて、屈折率整合液を封入する管路を形成した。本実施形態に係る光スイッチについて以下に説明する。
【００８０】
シリコン基板の上にガラス層である光導波路層が堆積されると共にこの光導波路層には光導波路が埋め込まれている。この光導波路は、通常、次のようにして作製される。
【００８１】
先ず、シリコン基板上に下部クラッド層と呼ばれるガラス層を堆積させる。ガラス層の堆積は、火炎堆積法、イオンビームスパッタ法、電子ビームスパッタ法等が用いられる。次に、その下部クラッド層の上に、ゲルマニウム等のドーパントを添加したコア層を堆積させる。通常、屈折率差の比率は、０．３％程度である。
【００８２】
このコア層をフォトリソグラフの手法により必要な部分を残して除去し、導波路構造を作製する。一般に、光導波路の断面寸法は、７〜８μｍ角である。これは屈折率とも関係があり、伝播する光のモードフィールドを光ファイバと一致させるために、このような寸法となっている。更に、その上にガラスを堆積させて上部クラッド層を形成し、埋め込み型の光導波路を完成させる。本実施形態においては、２本の直線導波路が光導波路層内において交差してなる光導波路が形成されている。
【００８３】
ここで、本発明に係るエッチング用マスク形成方法を用いて作成されたエッチング用マスクにより、その交差部に複数のスリット（管路）を形成する。スリットは、光導波路層の上面から彫り込まれ、その底面はシリコン基板に達していないが、モードフィールドの広がりを考慮して下部クラッド層に達しており、スリット全体の深さは４０μｍ程度となっている。スリットの壁面は、交差した光導波路間で光を交換できるように、双方の光導波路に対して同一角度となるよう配置されている。更に、スリット壁面は、光導波路の含まれる平面に対して直角である。
【００８４】
スリット内には、コア部と比屈折率を等しく調整された屈折率整合液（シリコンオイル等）が約半分程度封入されている。ここで、スリットの光導波路の交差部に当たる部分に屈折率整合液が存在するとき、一方の光導波路に光スイッチ外部から入力された光信号は、スリットを横切って直進する。これに対して、スリットの光導波路の交差部に当たる部分に屈折率整合液が存在しないとき、一方の光導波路に光スイッチ外部から入力された光信号は、スリット壁面で全反射し、屈折して他の光導波路へと伝搬する。これにより、互いに交差する二本の光導波路間で光路の切り替えを行うことができる。
【００８５】
このスリットは、蓋側基板により蓋がされている。この蓋側基板は、信頼性の立場から、光導波路側基板と膨張係数の近い材料を用いることが望ましい。また、スリットの両端付近には、ヒーター（一端側のヒーターと他端側のヒーターとする）が形成されている。このヒーターは、光導波路層の上に、チタン、クロム等の比較的高抵抗の金属薄膜をスパッタ法等で堆積させてフォトリソグラフにより作製したものである。
【００８６】
スリット内での屈折率整合液の移動は、次のようにヒーターへの通電により行われる。いま、スリットの長軸方向に沿って一端側（又は他端側）の半分に屈折率整合液が存在していたとすると、反対の他端側（又は一端側）には気泡（気体）が存在することになる。
【００８７】
この状態で、一端側のヒーター（又は他端側のヒーター）に通電すると、当該ヒーターの温度が上昇し、スリット内に一端側と他端側とで温度勾配が生じる。気泡の表面にも温度勾配が生じる。屈折率整合液と気泡との界面、即ち、気泡の表面の表面張力は温度の上昇と共に減少する。そのため、気泡の表面で表面張力の勾配が発生し、気泡表面の液体が温度の低い側へ移動する。結果として、気泡は温度の高い所へ移動し、最終的には屈折率整合液は他端側（又は一端側）へ移動すると共に気泡は反対の一端側（又は他端側）へ移動する。最初の状態からみると、屈折率整合液と気泡とが入れ替わったことになる。この入れ替わりは、本実施形態の寸法のスリットでは１０ｍｓ以下（約数ミリ秒）で完了する。
【００８８】
本発明に係るエッチング用マスク形成方法を用いて作成されたエッチング用マスクにより、光導波路の交差部に形成された複数のスリット（管路）について、更に詳細に説明する。スリット（管路）の幅は、上述したように約５〜１５μｍの寸法の範囲で設計され、他のスリットについては約１００μｍの寸法で設計される。この範囲の寸法を有するスリットは、第１の実施形態で説明するように、ターゲット１０からの元素飛行（入射）方向の調整や、樹脂パターン４のアスペクト比を適切に制御する等して垂直性、平滑性の高いエッチング用マスク（マスクパターン６）を用意することにより、エッチング加工することが可能である。また、５〜１５μｍの幅、約１００μｍの幅以外にも、あらゆるパターン幅に適用できることは言うまでもない。
【００８９】
本実施形態に係る光スイッチは、その要であるスリット構造の加工精度（位置ずれ、垂直性、平滑性）について、本発明に係るエッチング用マスク形成方法により作製したエッチング用マスクを用いることにより、高い加工精度かつ良好な垂直形状・平滑形状を有するスリットを形成することが可能なため、結果的に目的とする光スイッチの性能を実現できる。
【００９０】
次に、本実施形態に係る光スイッチを量産する場合について説明する。光スイッチにおける複数のスリット構造は、上述するように幅が５〜１５μｍ程度、長さは１５０〜数百μｍ程度の長方形と、幅が約１００μｍ、長さは１５０〜数百μｍ程度の長方形である。そこで、この光スイッチを量産するため、図６に図示するように、被エッチング層上に形成した樹脂層３において、幅Ｗ1が５〜１５μｍ程度、長軸方向の長さが１５０〜数百μｍ程度の上方から観察すると長方形の樹脂パターン４ａと、幅Ｗ2が約１００μｍ、長軸方向の長さが１５０〜数百μｍ程度の上方から観察すると長方形の樹脂パターン４ｂとからなる樹脂パターン４をウエハ内で同一方向に並ぶように、すなわち、長軸方向が同一方向を向くようにして形成する。
【００９１】
１枚のウエハには、１個あたり２つの樹脂パターン４が形成された光スイッチのチップ１３が複数個並び、樹脂パターン４については、２つの異なる形状からなる樹脂パターン４（エッチングパターン）が複数個、全て同一方向を向いて配置されていることになる。
【００９２】
次に、図２に示すマスク層形成工程を実施する際に、下層マスク層５の堆積に必要な時間の半分は基板１のＡ側がターゲット１０に最も近い位置とし、残りの半分の時間は基板１を１８０°回転させて、基板１のＢ側をターゲット１０に最も近い位置として下層マスク層５の堆積を行った。また同様にして、上層マスク層９の堆積を行った。次に、上層マスク層９をマスクとして下層マスク層５における不要マスク層５ｃのエッチング除去を行った。
【００９３】
この結果、すべての光スイッチのチップ１３において、樹脂層３の上面及び樹脂パターン４の溝を形成する側壁の両側に均一にマスク層を形成することができた。このエッチング用マスクを用いることにより、本実施形態に係る光スイッチの性能を左右するスリット構造を高精度かつ経済的に形成することができた。
【００９４】
なお、本発明に係るエッチング用マスク形成方法及びエッチング用マスクは、上述した実施形態に限定されることなく、全反射型の能動、受動デバイスの光反射面、半導体レーザーの光反射面の形成等、高精度かつ良好な垂直形状・平滑形状を有する光反射面はもちろんのこと、このような加工精度が要求される様々なデバイスの製作に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】第１の実施形態に係るエッチング用マスクの形成方法における、樹脂パターン形成までの工程を説明する工程図である。
【図２】樹脂パターンにマスク層を形成する装置の概略構成図である。
【図３】第１の実施形態に係る方法により被エッチング層の上に形成された下層マスク層であり、元素飛行（入射）方向Ｘから形成した下層マスク層（同図（ａ））と、元素飛行（入射）方向Ｙから形成した下層マスク層（同図（ｂ））である。
【図４】第１の実施形態に係る方法により下層マスク層の上に形成された上層マスク層（同図（ａ））、上層マスク層をマスクとする不要マスク層のエッチング除去により被エッチング層の上に形成されたエッチング用マスク（同図（ｂ））である。
【図５】第１の実施形態に係る方法により被エッチング層に形成されたエッチング構造体の概略断面図であり、エッチング用マスク（図４（ｂ））を用いて行った、被エッチング層のエッチング工程を示す図（図５（ａ））と、エッチング工程終了後、樹脂層を除去して完成したエッチング構造体を示す図（図５（ｂ））である。
【図６】光スイッチを量産する際のウエハ上の樹脂パターンの概略配置図である。
【図７】従来の一般的なマスク構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００９６】
１  基板
２  被エッチング層
３  樹脂層
４  樹脂パターン
４ａ  １０μｍパターン
４ｂ  １００μｍパターン
５  下層マスク層
５ａ  上面マスク層
５ｂ  側壁マスク層
５ｃ  不要マスク層（底面マスク層）
６  マスクパターン
７  エッチング構造体
７ａ  １０μｍエッチング構造体
７ｂ  １００μｍエッチング構造体
７ｃ  側壁
８  垂直度
９  上層マスク層
９ａ  上面マスク層
９ｂ  側壁マスク層
Ｘ  元素飛行（入射）方向
Ｙ  元素飛行（入射）方向
ｔ1  樹脂層の厚さ
ｔ2  上面マスク層の厚さ
ｔ3  側壁マスク層の厚さ
Ｗ1  樹脂パターンの幅
Ｗ2  マスクパターンの幅
Ｗ3  エッチング構造の幅
ｄ  エッチング構造の深さ
１０  ターゲット
１１  イオン源
１２  イオンビーム
１３  光スイッチのチップ
２１  基板
２２  被エッチング層
２３  レジスト
24a,24b,24c  レジストの後退
25a,25b,25c  エッチング構造体
26b,26c  下層レジスト
27b,27c  上層レジスト
２８  中間層
【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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【図６】
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【図７】
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