【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.26】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23NM0001
利用課題名 / Title
シリコンフォトニクスデバイスの開発
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
フォトニクス・プラズモニクス/ Photonics and Plasmonic, 電子線描画（EB）/ Electron beam lithography,電子線リソグラフィ/ EB lithography,フォトニクス/ Photonics
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
渥美 裕樹
所属名 / Affiliation
産業技術総合研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
吉田 知也
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
渡辺英一郎,吉田美沙,簑原郁乃,大里啓孝,津谷大樹,宍戸麻美子
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-615：ICP-RIE装置 [RIE-101iPH]
NM-617：ICP-RIE装置 [RV-APS-SE]
NM-629：ダイシングソー [DAD322]
NM-606：UVオゾンクリーナー [UV-1]
NM-661：電子ビーム描画装置 [JBX-8100FS]
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
CMOS材料であるシリコンを光導波路として用いるシリコンフォトニクスは、高密度な光電子集積システムを可能する技術として、既にデータセンターを中心に市場導入が進んでいる。その中で、シリコン導波路は数百ナノメートル四方程度以下の微細な断面構造を有しており、数ナノメートルオーダでの側壁荒れが光の伝搬に大きな影響をあたえるため、リソグラフィからエッチングまで一貫したプロセス条件出しが必要となる。今回、加速電圧200keVの電子線描画装置を用い、シリコン導波路の試作を行った。
実験 / Experimental
ダイシングソー(NM-629)を用いてSOIウエハ(厚さTop Si/BOX/Si sub. =220nm/3000nm/725um)を2cm角チップに切り出し、硫酸加水、希フッ酸、シュウ酸等を用いて基板表面洗浄を行った。さらに、電子線ポジレジストであるZEP-520Aをスピンコート(500rpm/5sec, 5000rpm/120sec)し、180℃のホットプレートでプリベークした。その後、加速電圧200keVの電子線描画装置(NM-661)を用いて、電流1nA、ドーズ量300u~450C/cm2、フィールドサイズ500umの条件でシリコン導波路の構造ダミーパターンを露光した。そして、描画したサンプルに対し、ZED-N50を用いて現像(23℃/60sec)し、自機関のICP-RIE装置を用いてシリコン転写を行うことで試料を完成せた。
結果と考察 / Results and Discussion
図1に作製したシリコン導波路の電子線顕微鏡像を示す。今回はポジレジストを使用しているため、導波路の両脇を露光することで細線構造を形成している。5umのトレンチ幅においては、露光量420uC/cm2の時、側壁荒れの小さい導波路構造が得られた。それよりも小さい露光量では側壁ノイズが多く発生した。また、10umトレンチ幅においても420uC/cm2の時に良好な導波路構造が得られた。本装置の非常に高い加速電圧が、近接効果を十分抑制している結果と考える。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1:各露光量におけるシリコン導波路(上面)の電子線顕微鏡観察像
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
■本課題を行うに当たり、丁寧な技術援助を行っていただいた上記のARIM実施機関支援担当者をはじめとする技術・事務スタッフの皆様に感謝を致します。
■その他ARIM支援機関：産総研ナノプロセッシング施設
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件