電子ビーム露光による回折格子周期のナノメートルサイズ精密制御

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1. 研究目的本研究の目的は、分布帰還型半導体レーザ等の波長選択性を特徴とした光デバイスに応用するため0.1nmの高精度でパターン周期を変化させた回折格子を、電子ビーム露光を用いて作製することを目的とする。2. 研究方法電子ビーム露光は、加速電圧50keV、ビーム電流0.5nAで行った。Siウェハにポジ型電子ビームレジスト(ZEP520A)を100nm塗布したものを試料として使用し、露光、現像の後、電子顕微鏡により観察した。(1) 回折格子を露光する際に、電子ビームの偏向によるフォーカスの誤差がパターン形状に変化を与えず均一な露光が可能な偏向範囲を確認するための実験を行った。(2) 電子ビーム露光による最小分解能0.1nm単位の周期をもつ回折格子を露光するために、電子ビームを偏向させるための電圧を発生させるDAコンバータ出力の後に挿入された可変増幅器のゲインを微妙に加減することにより0.1nmの分解能での回折格子の周期を制御する方法により実験を行った。3. 研究成果(1) 均一な露光が可能である偏向範囲を確認するため、周期250nmの回折格子を露光量1.2nC/cmで露光した。偏向中心での回折格子の線幅が41nmに対し、±250μm偏向では、線幅が88.5μmとなり偏向による影響で線幅が増大したが、±100μm偏向したときには回折格子全域で線幅が均一となり、偏向範囲は±100μmが最適であることを確認した。(2) 回折格子周期の0.1nm精密制御は、偏向電圧を制御することにより周期100.1nmの回折格子を露光し行った。基準とした周期100nmと周期100.1nmの回折格子を偏向電圧0Vのフィールドの中心から、1,000周期、露光量0.6nC/cmで露光し比較した。その結果、回折格子の全長は周期100nmでは100μm、周期100.1nmでは100.1μmとなり0.1μm増加した。そのことから1周期当たり0.0001μm(0.1nm)増加し、周期が100nmから100.1nmに変化し精密に制御されていることを確認した。この結果は、波長選択性を特徴とした光デバイス等に応用することができる。