JPH0410345A - Processing method using focused ion beam - Google Patents
Processing method using focused ion beamInfo
- Publication number
- JPH0410345A JPH0410345A JP2110033A JP11003390A JPH0410345A JP H0410345 A JPH0410345 A JP H0410345A JP 2110033 A JP2110033 A JP 2110033A JP 11003390 A JP11003390 A JP 11003390A JP H0410345 A JPH0410345 A JP H0410345A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion beam
- processing
- sample
- pitch
- specimen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、集束イオンビーム加工方法に係ル、%罠、光
集積回路における回折格子や、量子デバイスにおける量
子細線等の極微細な加工を行なう集束イオンビーム加工
方法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a focused ion beam processing method, and is applicable to ultrafine processing of % traps, diffraction gratings in optical integrated circuits, quantum wires in quantum devices, etc. This invention relates to a focused ion beam processing method.
一般に、微細LSIや、光集積回路、量子細線など、微
細なピッチによってくり返えされるくシ返し溝パターン
をもった素子がある。このようなくシ返し溝パターンの
加工法には、干渉露光法、を子ビームリソグラフィ等が
ある。Generally, there are elements such as micro LSIs, optical integrated circuits, quantum wires, etc. that have a repeating groove pattern with a fine pitch. Processing methods for forming such a groove pattern include interference exposure, laser beam lithography, and the like.
ここでは、このような微細なピッチのくり返し溝パター
ンをもった素子として、半導体レーザの内部に回折格子
を設け、その回折格子による波長選択性によって単一モ
ードで発振するレーザとしてD F B (Distr
ibuted Feedbaokbaok :分布帰環
型)レーザ、D RB (Distributed B
ragg Refleotor:分布ブラッグ反射型)
レーザを考える。Here, as an element having such a repeating groove pattern with a fine pitch, a diffraction grating is provided inside the semiconductor laser, and a laser that oscillates in a single mode due to the wavelength selectivity of the diffraction grating is used.
ibuted Feedbaokbaok: Distributed feedback type) laser, DRB (Distributed B
ragg Refleator: Distributed Bragg reflection type)
Think laser.
第2図にDFBレーザに用いる回折格子21を示す、レ
ーザ光は回折格子21から成る導波路層22を方向24
に導波する。FIG. 2 shows a diffraction grating 21 used in a DFB laser.
to guide the wave.
従来、このような回折格子51を製作する方法として、
テクニカル ダイジェスト、ファーストインターナシ冒
ナル ミーティング オン アドバンスト プロセシン
グ アンド キャラクタライゼイシ日ン テクノロジイ
ズ、トウキヨウ。Conventionally, as a method for manufacturing such a diffraction grating 51,
Technical Digest, First International Meeting on Advanced Processing and Characterization, Japan Technologies, Tokyo.
1989(ジャパン ソサエティ オン アプライド
フィジックス アンド アメリカン バキュウム ソサ
エティ)第81頁から第84負(Teoh−nioal
Digest 、 First Internati
onal Meeting onAdvanoed P
rooessing and Charaoteriz
ation Te−chnologiea 、 Tok
yo 、 1989 (Japan 5ooietyo
fApplied Physios and Amer
ioan Vaouum 5oaiet)’)pp81
−84)において論じられている。これはHe −Cd
レーザを用い、レーザ光をハーフミラ−によシニ分
割し、レンズによシ球面波とし、三光束の球面波による
干渉光を用いた露光法で回折格子を製作するものである
。1989 (Japan Society on Applied
Physics and American Vacuum Society) pages 81 to 84 (Teoh-nioal
Digest, First International
onal Meeting onAdvanoed P
rooessing and Charaoteriz
ation Te-chnologiea, Tok
yo, 1989 (Japan 5ooietyyo
fApplied Physios and Amer
ioan Vaouum 5oaiet)')pp81
-84). This is He −Cd
A diffraction grating is manufactured by using a laser, splitting the laser beam into two by a half mirror, converting it into a spherical wave by a lens, and using an exposure method using interference light from three beams of spherical waves.
上記従来技術は、レーザ光の干渉を用いて回折格子のパ
ターニングを行なっているため、回折格子のピッチが非
対称な線形分布(ピッチが線形に変化する)、対称二次
関数分布(ピッチが中心を対称に二次関数的に変化する
)、擬似−様分布等。In the above conventional technology, the diffraction grating is patterned using laser beam interference, so the pitch of the diffraction grating is asymmetrical linear distribution (the pitch changes linearly), symmetric quadratic distribution (the pitch changes linearly), etc. ), pseudo-like distribution, etc.
特定のパターンに限られておシ、任意のピッチからなる
回折格子の製作については困難であるという問題があっ
た。There has been a problem in that it is difficult to manufacture a diffraction grating that is limited to a specific pattern and has an arbitrary pitch.
また、回折格子のピッチもレーザ光の発振波長H,−C
dレーザ、波長525.のV2以下のものは製作不可能
であるという問題があった。In addition, the pitch of the diffraction grating is also determined by the oscillation wavelengths H and -C of the laser beam.
d laser, wavelength 525. There was a problem in that it was impossible to manufacture anything with V2 or lower.
本発明の目的は、このような回折格子を含め、微細LS
Iパターン、量子細線パターンなど、微細なくシ返し溝
パターンを加工する際、任意のピッチのく少返し溝を、
しかも、微細なピッチで加工する手段を提供することに
ある。The object of the present invention is to provide a fine LS including such a diffraction grating.
When processing fine groove patterns such as I-patterns and quantum wire patterns, it is possible to create grooves with arbitrary pitches.
Moreover, the object is to provide a means for processing at fine pitches.
上記目的を達成するために1本発明はくシ返し溝加工を
液体金属イオン源、イオン源からイオンビームな引き出
し集束させるイオンビーム光字系、イオンビームを試料
上で走査するデフレクタとからなる集束イオンビーム加
工装置によシ、スパッタ加工で行う。In order to achieve the above objects, the present invention consists of a liquid metal ion source, an ion beam optical system for extracting and focusing the ion beam from the ion source, and a deflector for scanning the ion beam on the sample. This is done using ion beam processing equipment and sputter processing.
また、本発明はくシ返し溝のピッチが微細な場合、集束
イオンビームのビーム径の周辺部分の重なシによる加工
を防ぐため、加工すべき試料の上面に薄膜を形成し、*
膜上からくル返し溝加工のためのスパッタ加工を行ない
、加工後、薄膜を除去したものである。In addition, in the case of the present invention, when the pitch of the repeated grooves is fine, in order to prevent processing due to overlapping grooves around the beam diameter of the focused ion beam, a thin film is formed on the upper surface of the sample to be processed.
Sputter processing was performed on the film to form a loop groove, and after processing, the thin film was removed.
本発明は、さらK、試料上に形成する薄膜の厚さhlを
、くシ返し溝加工の加工すべき深さh2.薄膜のスパッ
タ率η1、試料のスパッタ率η2、隣接するイオンビー
ム電流密度の和の最小値と最大値のにした。The present invention further sets the thickness hl of the thin film formed on the sample to the depth h2. The sputtering rate η1 of the thin film, the sputtering rate η2 of the sample, and the minimum and maximum values of the sum of adjacent ion beam current densities were set.
集束イオンビーム加工装置において、イオンビーム光字
系によシイオンビームを、数十nm K集束させ、試料
を直線上に走査し、スパッタ加工すること罠よって、<
シ返し溝加工を行なう、このときデフレクタに印加する
電圧を変化することによって、イオンビームの試料上で
走査ピッチを変化させ、任意のピッチをもったくシ返し
溝加工を行なうことが可能である。In a focused ion beam processing device, an ion beam is focused by an ion beam optical system to a depth of several tens of nanometers, and the sample is scanned in a straight line to perform sputter processing.
By changing the voltage applied to the deflector at this time, it is possible to change the scanning pitch of the ion beam on the sample and to process the back grooves at any desired pitch.
また、微細なピッチを加工する場合、ビーム径の周辺部
分が重な夛あうため、溝の壁部分が加工されてしまう、
そのため、あらかじめ、加工すべき試料に、薄膜を形成
しておき、薄膜上から、スパッタ加工し、加工後、薄膜
を除去する。こうすることによって、ビーム径の周辺部
分の重なシによる加工は薄膜上のみで、加工すべき試料
には到達しない。In addition, when machining fine pitches, the peripheral parts of the beam diameter overlap, resulting in the wall part of the groove being machined.
Therefore, a thin film is formed on the sample to be processed in advance, sputtering is performed on the thin film, and the thin film is removed after processing. By doing so, the processing by overlapping beams in the peripheral portion of the beam diameter is performed only on the thin film and does not reach the sample to be processed.
また、加工すべき試料の上面に形成する薄膜の厚さは、
イオンビーム電流と加工時間とスパッタ率の積が加工法
δに比例fることがら求める。初めに、隣接する加工溝
の加工を行なうイオンビーム電流密度の最大値14.最
小値12とするとその比rはr=12/11 となる
、また、試料上に形成する薄膜の厚さり1、<り返し溝
加工の加工すべき深ざh2、薄膜のスパッタ率ηい試料
のスパッタ率η2とすると、イオンビーム電tItt、
@度が最大値1゜のところでは、薄膜の加工時間はh、
/i、ηい試料の加工時間はh2/i、η2に比例する
。一方、イオンビーム電流密度が最小値12のところで
は、薄膜の加工時間はh、/12η、に比例し、試料の
加工時間は試料が加工されないことから零となる。電流
密度が最大値1.と最小値12での総加工時間が等しい
である。In addition, the thickness of the thin film formed on the top surface of the sample to be processed is
It is determined from the fact that the product of ion beam current, processing time, and sputtering rate is proportional to processing method δ. First, the maximum value 14 of the ion beam current density for processing adjacent processing grooves is determined. If the minimum value is 12, the ratio r becomes r=12/11. Also, if the thickness of the thin film formed on the sample is 1, < the depth h2 to be processed for repeat groove processing, and the sputtering rate of the thin film η is a small sample. When the sputtering rate η2 is, the ion beam electric power tItt,
At the maximum value of 1°, the processing time of the thin film is h,
/i, η The processing time for a small sample is proportional to h2/i, η2. On the other hand, when the ion beam current density is at the minimum value of 12, the thin film processing time is proportional to h,/12η, and the sample processing time becomes zero because the sample is not processed. When the current density reaches the maximum value 1. and the total machining time at the minimum value of 12 are equal.
以下、本発明の一実施例を第1図によシ説明する。 An embodiment of the present invention will be explained below with reference to FIG.
第1図に示すように、本実施例の集束イオンビーム加工
装置は、試料7、イオンビーム光学系、t@・コントロ
ーラとからなる。As shown in FIG. 1, the focused ion beam processing apparatus of this embodiment includes a sample 7, an ion beam optical system, and a t@ controller.
イオンビーム光学系は、試料7を載せる試料ステージ8
、試料7の上方に位置する高輝度液体金属イオン源1.
液体金属イオン源1よシイオンと一ムを引出す引出し電
極2と、引き出されたイオンビーム6t−集束する嬉−
レンズ電極3と第二レンズ電極5、試料7の加工領域を
走査するための偏向電・極4、試料7から発生する二次
電子を検出する二次電子ディテクタ9とからなる。The ion beam optical system includes a sample stage 8 on which the sample 7 is placed.
, a high-intensity liquid metal ion source located above the sample 7 1.
An extraction electrode 2 for extracting ions from the liquid metal ion source 1, and an extraction electrode 2 for extracting ion beams from the liquid metal ion source 1, and an extraction electrode 2 for extracting ion beams from the liquid metal ion source 1, and an extraction electrode 2 for extracting ion beams from the liquid metal ion source 1.
It consists of a lens electrode 3, a second lens electrode 5, a deflection electrode/pole 4 for scanning the processing area of the sample 7, and a secondary electron detector 9 for detecting secondary electrons generated from the sample 7.
電源・コントローラは、引出し電極2に引出し電圧を印
加fる引出し電源10.引出されたイオンビームを加速
する加速電源17.#c−レンズ電極5、第二レンズ電
極5にレンズ電圧を印加する第一レンズ電源11、第二
レンズ電源15、偏向信号を増幅して、偏向電圧を偏向
電極4に印加する偏向電圧増幅器12、加工条件を設定
するマイクロコンピュータ15、加工条件にあった偏向
信号を発生する偏向信号発生器14、二次電子ディテク
タ8からの二次電子信号を走査イオン顕微鏡像として表
示するモニタ16とからなる。The power source/controller includes an extraction power source 10 that applies an extraction voltage to the extraction electrode 2. Acceleration power source for accelerating the extracted ion beam 17. #c-Lens electrode 5, a first lens power supply 11 that applies a lens voltage to the second lens electrode 5, a second lens power supply 15, a deflection voltage amplifier 12 that amplifies the deflection signal and applies a deflection voltage to the deflection electrode 4. , a microcomputer 15 for setting processing conditions, a deflection signal generator 14 for generating a deflection signal matching the processing conditions, and a monitor 16 for displaying the secondary electron signal from the secondary electron detector 8 as a scanning ion microscope image. .
次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.
イオンビームによって加工する試料は第5図に示すDF
B半導体レーザの回折格子21の部分である。第5図に
示す半導体レーザキ、基板51に対し、下クラッド層3
2、活性層23、導波路層22と下層から順に液相エピ
タキシャル成長によ多形成し、第4図(a)に示すよう
な積層構造を形成した後、第4図(b)に示すように、
集束イオンビーム加工装置によって、導波路層22に回
折格子21をスパッタ加工によ多形成する。その後、第
5図に示すように、上クラッド層55以降を液相エピタ
キシャル成長によ多形成し、活性層23として必要な幅
だけ残すように横方向をエツチングしてストライブ状と
し、エツチング後光を閉じ込めるため、レーザストライ
プ部分を、液相エピタキシャル成長によル埋込む。The sample processed by the ion beam is DF shown in Figure 5.
This is a portion of the diffraction grating 21 of the B semiconductor laser. In the semiconductor laser beam shown in FIG. 5, the lower cladding layer 3 is
2. The active layer 23 and the waveguide layer 22 are sequentially formed from the bottom layer by liquid phase epitaxial growth to form a laminated structure as shown in FIG. 4(a), and then as shown in FIG. 4(b). ,
A diffraction grating 21 is formed on the waveguide layer 22 by sputtering using a focused ion beam processing device. Thereafter, as shown in FIG. 5, the upper cladding layer 55 and subsequent layers are formed by liquid phase epitaxial growth, and laterally etched to form stripes so as to leave only the necessary width as the active layer 23. In order to confine the laser stripe, the laser stripe portion is buried by liquid phase epitaxial growth.
次に、集束イオンビーム加工装置によって、導波路層2
2に回折格子21をスパッタ加工によ多形成する方法に
ついて述べる。Next, the waveguide layer 2 is
2, a method for forming the diffraction grating 21 by sputtering will be described.
試料7は、第4図(a)に示すように、基板51に導波
路層22まで積層したものを用いる。第1図において引
出し電源10によシ引出し電極2に10KV前後の引出
し電圧を印加して、液体金属イオン源1からイオンビー
ム6を引出す、ここでは液体金属イオン源としてG、を
用いる。引出されたイオンビーム6は加速電源17によ
って、二十数KVK加速され、第一レンズ電源11、第
二レンズ電源13によって、それぞれ、第一レンズ電極
3、第二レンズ電極5 K、 10KV前後の第一レ
ンズ電圧、第二レンズ電圧を印加し、試料7面上に集束
する。試料面上のビーム径は、60.程度となる。As the sample 7, as shown in FIG. 4(a), a substrate 51 with layers up to the waveguide layer 22 is used. In FIG. 1, an extraction voltage of about 10 KV is applied to the extraction electrode 2 by the extraction power supply 10 to extract the ion beam 6 from the liquid metal ion source 1. Here, G is used as the liquid metal ion source. The extracted ion beam 6 is accelerated by an acceleration power source 17 of more than 20 KV, and the first lens power source 11 and the second lens power source 13 accelerate the first lens electrode 3 and the second lens electrode 5 at around 10 KV. A first lens voltage and a second lens voltage are applied to focus on the surface of the sample 7. The beam diameter on the sample surface is 60. It will be about.
偏向電極4には試料7面上、イオンビーム6がY方向に
直線上に走査するような電圧(X方向偏向電圧vxニ一
定、Y方向偏向電圧v、:鋸歯状波)を偏向電圧増幅器
12によって印加する。これによシ回折格子−本が加工
される。加工時間は、回折格子の溝の深さと加工試料の
スパッタ率から設定ちれる。加工終了後、図に示嘔れて
いないかブラッキング電極に電圧を印加して、プランキ
ングアパチャによh、イオンビームtm断する。そして
、あらかじめ設定されたピッチに相当する電圧(Δvx
ニ一定)をX方向偏向電圧vxに加算して(vx+Δv
x)、偏向電圧増幅器12により印加し、再び、ブラン
キング電極(I−OFFにして加工を始める。The deflection electrode 4 is connected to a deflection voltage amplifier 12 which applies a voltage (X-direction deflection voltage vx is constant, Y-direction deflection voltage v: sawtooth wave) so that the ion beam 6 scans linearly in the Y direction on the surface of the sample 7. Apply by. This produces a diffraction grating. The processing time is determined based on the depth of the grooves of the diffraction grating and the sputtering rate of the processed sample. After the processing is completed, a voltage is applied to the blacking electrode (not shown) to cut the ion beam through the planking aperture. Then, a voltage (Δvx
(d constant) is added to the X-direction deflection voltage vx to obtain (vx+Δv
x) is applied by the deflection voltage amplifier 12, and the blanking electrode (I-OFF) is turned off to start processing again.
これをくシ返↑こと釦よシ、第4図(b)K示fように
導波路/1i22に回折格子211に加工することがで
きる。By pressing the button ↑ and clicking the button, the waveguide/1i22 can be processed into the diffraction grating 211 as shown in FIG. 4(b)K.
なお、加工する回折格子21の位置、長さ、ピッチ、本
数%深さはマイクロコンピュータ15にあらかじめ入力
しておく、マイクロコンピュータ15では1位置、長き
、ピッチからY方向偏向電圧V、、X方向偏向電圧vx
1ピッチ電圧Δv、 1計算する。また、回折格子の溝
の深さと試料のスパッタ率から加工時間t+it算し、
本数から加工終了時点を検出する。In addition, the position, length, pitch, number % depth of the diffraction grating 21 to be processed are inputted in advance to the microcomputer 15. deflection voltage vx
1 Pitch voltage Δv, 1 Calculate. Also, calculate the processing time t + it from the depth of the grooves of the diffraction grating and the sputtering rate of the sample,
The end point of machining is detected from the number of pieces.
また、任意のピッチの回折格子を加工するには、あらか
じめ、ピッチの値、あるいは、胸像式をマイクロコンピ
ュータ15に入力しておき、それを用いて加工毎にピッ
チを変えていく。In addition, in order to process a diffraction grating with an arbitrary pitch, the pitch value or bust formula is input into the microcomputer 15 in advance, and the pitch is changed each time the process is performed.
ところで、このようにスパッタによる加工を行なう場合
、加工深8tri、イオンビームの電流密度分布に比例
すると考えられる。一般に、イオンビーム電流密度分布
り第5図(a)に示すようにカワス分布と仮定され最大
値の1/2となる半値全幅(FWHM)であるd。50
のことをビーム径とよぶ、従って、第5図(a)に示す
ように、電流密度が最大値の10チとなるビーム径d、
は1.82 doとなル、この部分でもおよそ10%は
加工されると考えられる。この場合、ビーム径qdo=
60nmであるから、d、:1109nでも中心の加工
探さ1100nとすると10nru加工嘔れる。By the way, when performing processing by sputtering in this way, the processing depth is 8tri, which is considered to be proportional to the current density distribution of the ion beam. Generally, the ion beam current density distribution is assumed to be a Kawass distribution as shown in FIG. 5(a), and the full width at half maximum (FWHM) d is 1/2 of the maximum value. 50
is called the beam diameter. Therefore, as shown in Figure 5(a), the beam diameter d at which the current density reaches the maximum value of 10 cm,
is 1.82 do, and it is thought that approximately 10% of this part is processed. In this case, beam diameter qdo=
Since it is 60 nm, even if d:1109n, if the center processing depth is 1100n, 10nru processing will be required.
ところで、イオンビームklI接して走査した場合、試
料の加工深さは、隣接したイオンビームの電流密度分布
の和に比例すると考えられる。その場合、隣接して走査
するイオンビームのピッチをd2とするとd2が小さく
なるにつれ、電流密度分布の重なシは大きくなシ加工量
も大きくなる。但しsg5図(b)に示すように、d2
==130nmのとき、電流密度分布の和は、最大値を
14、最小値を12とすると12 /i+ = [10
8で、中心部を深−g 1100n加工したとき、周辺
は深さ8nrn加工され、 d2=120nm位まで
は、周辺の加工深さは小さい。By the way, when the ion beam klI is scanned in contact with the ion beam, the machining depth of the sample is considered to be proportional to the sum of the current density distributions of adjacent ion beams. In this case, if the pitch of adjacently scanning ion beams is d2, as d2 becomes smaller, the amount of processing becomes larger when the current density distributions overlap. However, as shown in sg5 diagram (b), d2
==130 nm, the sum of the current density distribution is 12 /i+ = [10, where the maximum value is 14 and the minimum value is 12
8, when the center is machined to a depth of -g 1100n, the periphery is machined to a depth of 8nrn, and the processing depth at the periphery is small until about d2=120nm.
次に、本発明の第二の実施例について第6図によシ説明
する。Next, a second embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG.
本実施例における集束イオンビーム加工vcIfは第一
の実施例と同一である。また、加工すべき試料7も第一
の実施例と同様、基板31に対し、下クラッド層52、
活性層23、導波路層22と下層から順に液相エピタキ
シャル成長によシ形成したもの(第5図(a)には上二
層を示す)であるが、集束イオンビーム加工装置によっ
て、導波路層22に回折格子21をスパッタ加工する際
、?!45図(b)に示fように、導波路層22の上に
、−時保繰膜41を形成する点が異なる。The focused ion beam processing vcIf in this embodiment is the same as that in the first embodiment. Further, as in the first embodiment, the sample 7 to be processed also has a lower cladding layer 52, a substrate 31,
The active layer 23 and the waveguide layer 22 are formed by liquid phase epitaxial growth in order from the bottom layer (the top two layers are shown in FIG. 5(a)). When sputtering the diffraction grating 21 on the 22,? ! The difference is that, as shown in FIG. 45(b), a time-saving film 41 is formed on the waveguide layer 22.
ところで、一般に1第2図に示すように、DFBλ
レーザの回折格子21のピッチ△は△=m−n
(ここでλ:発振波長、n:屈折率9m:次数)で第一
次回折格子のピッチはG、 A、系130nm。By the way, generally, as shown in Fig. 1, the pitch △ of the diffraction grating 21 of the DFBλ laser is △=m−n (where λ: oscillation wavelength, n: refractive index, 9m: order), and the pitch △ of the first-order diffraction grating 21 is The pitch is G, A, 130 nm.
InP系24Dnm となる、従って、第1図に示す
集束イオンビーム加工装置で、G、A、系の第一次回折
格子のスパッタ加工を行なう場合、第一の実施例で述べ
たように%清の凸部分の加工を行なうことなく加工が可
能である。Therefore, when sputtering a G, A, first order diffraction grating using the focused ion beam processing apparatus shown in FIG. Processing is possible without machining the convex portion.
しかし、イオンビームのビーム径、ビーム位置が何らか
の原因で変動すると、@7図(a)に示すようにビーム
径が重なシあい、第7図(b) K示すように、回折格
子の凸部分が加工される。However, if the beam diameter and beam position of the ion beam change for some reason, the beam diameters overlap as shown in Figure 7 (a), and the convexity of the diffraction grating as shown in Figure 7 (b) K. parts are processed.
また、回折格子のピッチが1+Onmよシ小さい加工が
必要な場合も、第7図(b)に示すような加工が行なわ
れる。Further, when the pitch of the diffraction grating requires processing smaller than 1+Onm, processing as shown in FIG. 7(b) is performed.
ここで、ピッチがson、、の場合について述べる。Here, we will discuss the case where the pitch is son.
この場合、隣接するイオンビームの電流密度の和は、第
5図(c)に示すように、a2=sonmであるから、
ビーム径の重なシあいが大きくなシ最大値を11、最小
値を12とすると12/i、= 158となシ、第7図
(a)に示すようなビームの重なシによって、第7図(
b) K示すように、回折格子の凸部分が加工される。In this case, since the sum of the current densities of adjacent ion beams is a2=sonm, as shown in FIG. 5(c),
If the maximum value of beam diameters with large overlaps is 11 and the minimum value is 12, then 12/i = 158.With the overlap of beams as shown in Fig. 7(a), Figure 7 (
b) As shown in K, the convex portion of the diffraction grating is processed.
このような微細な加工を行なう場合、本実施例では、第
6図(b)に示すように、導波路層22の上に一時保農
膜41を形成する。−時保護膜41の厚さは、−時保護
膜41の材料のイオンビームによるスパッタ率と導波路
層22のスパッタ率と電流密度の比12/i、とから決
定される。When performing such fine processing, in this embodiment, a temporary maintenance film 41 is formed on the waveguide layer 22, as shown in FIG. 6(b). The thickness of the - protection film 41 is determined from the sputtering rate of the material of the - protection film 41 by the ion beam and the ratio of the sputtering rate of the waveguide layer 22 to the current density, 12/i.
−時保護膜41の厚さh、は、回折格子の加工深8 h
2 m−時保護膜41のスパッタ率ηい導波路層22の
スパッタ率η2%電流密度の比r=i2/11η1r
とすると、h、≧π闇7h2 として求めることができ
る。- The thickness h of the protective film 41 is the machining depth of the diffraction grating 8 h.
When the sputtering rate η of the protective film 41 is 2% and the sputtering rate η2% of the waveguide layer 22 is the current density ratio r=i2/11η1r, it can be determined as h, ≧π7h2.
これを用いて初めに、−時保護膜41と導波路層22の
材料のスパッタ率が同程度の場合、導波路層220回折
格子の深さを1100nとすると。Using this, when the sputtering rates of the materials of the protective film 41 and the waveguide layer 22 are approximately the same, the depth of the diffraction grating of the waveguide layer 220 is set to 1100 nm.
電流密度の比i2/1から、−時保護膜41の厚さ15
0nm (但し最小138nm必要)が得られる。From the current density ratio i2/1, the thickness of the protective film 41 is 15 when -
0 nm (however, a minimum of 138 nm is required).
また、−時保護膜41の材料のスパッタ率が導波路層2
2の1/2と小さいものを採用すると。Moreover, when the sputtering rate of the material of the protective film 41 is -, the sputtering rate of the material of the protective film 41 is
If you adopt something as small as 1/2 of 2.
時保S膜41の厚さは7 snmとなる。The thickness of the time protection S film 41 is 7 nm.
−時保護膜41形成後、第6図(b)に示すように、溝
加工を行なう、加工の手順は第一の実施例と同一である
。但し、加工は一時保農膜41、導波路層22の二層と
なるため、加工時間を長くする必要がある。- After the protective film 41 is formed, grooves are formed as shown in FIG. 6(b).The processing procedure is the same as in the first embodiment. However, since the processing involves two layers, the temporary protection film 41 and the waveguide layer 22, it is necessary to increase the processing time.
イオンビームによる加工深さは、スパッタ率とイオンビ
ームによる電流密度に比例するので、第6図(0)に示
すようにイオンと一ムの中心では導波路層22を深さ1
100n加工したとき、回折格子の1/2ピツチに相当
する部分では、−時保ii!膜41を、はぼ、加工し、
導波路層220部分は加工していない状態となる。但し
、一般に、イオンビームによるスパッタ加工では、スパ
ッタ率は、イオンビームの入射角度による依存性があシ
、イオンビームの中心部分が鋭角に深く加工される傾向
がある。そのため、−時保護膜41の厚さを上に述べた
場合より小さくできる。The processing depth by the ion beam is proportional to the sputtering rate and the current density by the ion beam. Therefore, as shown in FIG.
When 100n is processed, in the part corresponding to 1/2 pitch of the diffraction grating, -Tokiho ii! The membrane 41 is processed,
The waveguide layer 220 portion remains unprocessed. However, in general, in sputter processing using an ion beam, the sputtering rate is dependent on the incident angle of the ion beam, and the central portion of the ion beam tends to be processed deeply at an acute angle. Therefore, the thickness of the - protection film 41 can be made smaller than in the case described above.
加工後、第6図(d)に示すような形状が得られる。After processing, a shape as shown in FIG. 6(d) is obtained.
次に%第6図(e) K示すように、−時保護膜41を
導波路層221C対して選択的に除去し、微細な回折格
子21が得られる。Next, as shown in FIG. 6(e), the protective film 41 is selectively removed from the waveguide layer 221C, and a fine diffraction grating 21 is obtained.
一時保睦膜41は、例えば、高耐熱性ポリイミド樹脂を
用い、−時保#I膜41形成方法は、スピナによる塗布
、加工時の一時保譲膜41の除去は、有機溶媒による溶
解、あるいは02プラズマアツ7ングによって行なう、
また、金属でも、スパッタ率が小さく、導波路層22に
対して1選択的にエツチング可能な材料であれば、スパ
ッタ蒸着等によって、−時保護膜41を形成し、イオン
ビームによる加工後、RIE(反応性イオンエツチング
)マタハ、ウェットエツチングによって、−時保龜膜4
1が除去可能である。The temporary retention film 41 is made of, for example, a highly heat-resistant polyimide resin, and the method of forming the retention #I film 41 is coating with a spinner, and the removal of the temporary retention film 41 during processing is by dissolving with an organic solvent or 02 Performed by plasma heating,
In addition, even if it is a metal, if the material has a low sputtering rate and can be etched selectively to the waveguide layer 22, the protective film 41 is formed by sputter deposition or the like, and after processing with an ion beam, it is etched by RIE. (Reactive ion etching) By wet etching, the time-retaining film 4
1 is removable.
ところで、本実施例、及び、第一の実施例において、イ
オンビームによるスパッタ加工箇所では、入射イオンに
よって、結晶の格子欠陥が発生する恐れがある。この場
合、熱処理によるアニール、又は、エツチングによって
、損傷部分を除去する方法がある。エツチングによる損
傷部分の除去は、第一の実施例では、第8図(a)に示
すように、イオンビームによる加工前、導波路層22を
あらかじめ厚くしておき、加工後、導波路層22の全面
をエツチングによって除去部51を除去する。また、第
二の実施例では、第8区(b)に示すように、イオンビ
ームによる加工後、−時保#!に腺41を除去する前に
除去部51をエツチングする、あるいは、−時保@膜4
1と除去部51(i−同時にエツチングすることによっ
て除去する。Incidentally, in this embodiment and the first embodiment, there is a possibility that crystal lattice defects may occur due to incident ions at the location where sputtering is performed using an ion beam. In this case, there is a method of removing the damaged portion by annealing by heat treatment or etching. In the first embodiment, as shown in FIG. 8(a), the portion damaged by etching is removed by making the waveguide layer 22 thicker before processing with an ion beam, and after processing, the waveguide layer 22 is thickened. The removed portion 51 is removed by etching the entire surface. In addition, in the second embodiment, as shown in Section 8 (b), after processing with the ion beam, -Jibo #! etching the removed part 51 before removing the gland 41, or
1 and removed portion 51 (i--removed by etching at the same time.
以上、回折格子について述べたが、本発明は、微細LS
Iパターン、皺子細線パターン、その他のくり返し溝パ
ターンの加工にも適用できることは明らかである。Although the diffraction grating has been described above, the present invention also provides a fine LS
It is clear that the present invention can also be applied to processing I patterns, wrinkled thin line patterns, and other repeating groove patterns.
本発明によれば、集束イオンビーム加工装置によるスパ
ッタ加工によってくり返し溝加工を行なうため、任意の
ピッチの加工ができる。According to the present invention, since grooves are repeatedly formed by sputtering using a focused ion beam processing device, processing at an arbitrary pitch can be performed.
また、くり返し溝加工のピッチが微細なときは。Also, when the pitch of repeated groove machining is fine.
加工すべき試料の上面に薄膜形成後、スパッタ加工を行
なうため、ビーム径の賞なシの影I#を受けることなく
微細な加工を行なうことができる。Since sputtering is performed after forming a thin film on the upper surface of the sample to be processed, fine processing can be performed without being affected by the beam diameter I#.
第1図は本発明の一実施例である集束イオンビ−ム加工
装置の系統図、第2図は回折格子の斜視図、第5図は本
発明の実施例の加工対象の半導レーザの斜視図、第4図
は本発明の一実施例の加工方法の説明図、第5図は本発
明の一実施例、第二の実施例のイオンビーム電流密度を
示す説明図、第6図は本発明の第二の実施例の加工方法
を示す説明図、第7図は本発明の第二の実施例の一時保
饅膜のないときの加工状態を示す説明図、第8図は本発
明の第−及び第二の実施例の損傷部分をエツチングする
方法を示す説明図である。Fig. 1 is a system diagram of a focused ion beam processing device that is an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a perspective view of a diffraction grating, and Fig. 5 is a perspective view of a semiconductor laser to be processed in an embodiment of the present invention. 4 is an explanatory diagram of the processing method according to one embodiment of the present invention, FIG. 5 is an explanatory diagram showing the ion beam current density of one embodiment of the present invention and the second embodiment, and FIG. An explanatory diagram showing the processing method of the second embodiment of the invention, FIG. 7 is an explanatory diagram showing the processing state of the second embodiment of the invention without the temporary protective film, and FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a method of etching the damaged portion of the first and second embodiments.
Claims (1)
し集束させるイオンビーム光学系、前記イオンビームを
試料上で走査する偏向系とからなる集束イオンビーム加
工装置で、偏向系の印加電圧の変化によって、前記イオ
ンビームを前記試料上、任意のピッチで走査してスパッ
タ加工することにより、任意のピッチのくり返し溝加工
を行なうことを特徴とする集束イオンビーム加工方法。 2、請求項1において、前記イオンビームを試料上、走
査してスパッタ加工する際、前記試料面に、一時、保護
膜を形成し、前記保護膜の形成後、任意の微細なピッチ
で走査して、加工後、一時、前記保護膜を選択的に除去
して、任意の微細なピッチのくり返し溝加工を行なう集
束イオンビーム加工方法。 3、請求項2において、前記試料面に形成する一時保護
膜の厚さを、くり返し溝加工の加工深さh、前記一時保
護膜のスパッタ率η_1、試料のスパッタ率η_2、隣
接するイオンビームの電流密度の和の最小値と最大値の
比にとしたとき、η_1/η_2(r/1−r)h以上
とする集束イオンビーム加工方法。[Scope of Claims] 1. A focused ion beam processing device consisting of an ion source, an ion beam optical system that extracts and focuses an ion beam from the ion source, and a deflection system that scans the ion beam on a sample. A focused ion beam processing method, characterized in that the ion beam is scanned and sputtered on the sample at an arbitrary pitch by changing an applied voltage, thereby repeatedly forming grooves at an arbitrary pitch. 2. In claim 1, when performing sputter processing by scanning the ion beam over the sample, a protective film is temporarily formed on the sample surface, and after the formation of the protective film, scanning is performed at an arbitrary fine pitch. A focused ion beam processing method in which the protective film is temporarily removed after processing to perform repeated groove processing at an arbitrary fine pitch. 3. In claim 2, the thickness of the temporary protective film formed on the sample surface is determined by the processing depth h of the repeated groove processing, the sputtering rate η_1 of the temporary protective film, the sputtering rate η_2 of the sample, and the thickness of the adjacent ion beam. A focused ion beam processing method in which the ratio of the minimum value and the maximum value of the sum of current densities is η_1/η_2(r/1−r)h or more.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2110033A JPH0410345A (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Processing method using focused ion beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2110033A JPH0410345A (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Processing method using focused ion beam |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0410345A true JPH0410345A (en) | 1992-01-14 |
Family
ID=14525411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2110033A Pending JPH0410345A (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Processing method using focused ion beam |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0410345A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100377026B1 (en) * | 1993-07-07 | 2003-06-18 | 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 | Focused ion beam apparatus, focused ion beam observation method and focused ion beam processing method |
-
1990
- 1990-04-27 JP JP2110033A patent/JPH0410345A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100377026B1 (en) * | 1993-07-07 | 2003-06-18 | 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 | Focused ion beam apparatus, focused ion beam observation method and focused ion beam processing method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6007969A (en) | Ultra-fine microfabrication method using an energy beam | |
| DE68918363T2 (en) | Method and device for end point detection in a semiconductor wafer etching system. | |
| Chen et al. | Interferometric lithography of sub‐micrometer sparse hole arrays for field‐emission display applications | |
| EP0651266A2 (en) | Method and arrangement for arbitrary angle mirrors in substrates for use in hybrid optical systems | |
| TW201001852A (en) | Semiconductor buried grating fabrication method | |
| EP0151811B1 (en) | Method for maskless ion implantation | |
| Byrne et al. | Infrared mesh filters fabricated by electron‐beam lithography | |
| EP0321144A2 (en) | Patterning method in the manufacture of miniaturized devices | |
| Gale | Direct writing of continuous-relief micro-optics | |
| CA2242634C (en) | Three-dimensional etching process | |
| JPH0410345A (en) | Processing method using focused ion beam | |
| Aubry et al. | Polymer gratings achieved by focused ion beam | |
| US5858256A (en) | Method of forming small aperture | |
| JPH08238426A (en) | Energy beam processing method | |
| Cheng et al. | Focused ion beam fabricated microgratings for integrated optics applications | |
| Yin | Fabrication of high‐aspect‐ratio submicron‐to‐nanometer range microstructures in LiNbO3 for the next generation of integrated optoelectronic devices by focused ion beams (FIB) | |
| JPH10144249A (en) | Ion beam projection method and ion beam projection apparatus | |
| McClelland et al. | Nanostructure fabrication by reactive-ion etching of laser-focused chromium on silicon | |
| JPH0511436A (en) | Mask correcting method, apparatus used therefor, and mask | |
| JPH09162098A (en) | Ion beam processing method and apparatus | |
| Rarity | Design and Fabrication of a Mid Infra-Red Photonic Crystal Defect Laser in Indium Antimonide | |
| JP2942825B1 (en) | Method of manufacturing optical integrated circuit having out-of-plane branch mirror | |
| JPS63281488A (en) | How to manufacture optical components | |
| Shank et al. | Multiple‐level phase gratings fabricated using focused ion‐beam milling and electron‐beam lithography | |
| Brückner et al. | Fabrication of nonlinearly shaped optical waveguide tapers on InP with precise design‐parameter control |