JPH03284703A

JPH03284703A - 所定の位相差を生じさせる光学ガラス部材及び製造方法

Info

Publication number: JPH03284703A
Application number: JP2086971A
Authority: JP
Inventors: Mikiaki Fujita; 幹明藤田
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-12-16
Anticipated expiration: 2014-06-14
Also published as: JP2904541B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、透過する光にパターン状の位相差を生じさせ
るための段差を有する光学ガラス部材及びその製造方法
に関する。

本発明の光学部材の代表的な例を述べれば、分布帰還型
半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザという。）に内蔵さ
れる、λ／４シフト形の回折格子（λは光の波長）を作
製するための位相マスクである。本発明は、このような
精密な位相マスクに代表される光学ガラス部材であって
、所定の厚さをもつ二酸化シリコン（以下、ＳｉＯ□膜
という。

）でなるパターンを有した光学ガラス部材及びその製造
方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、長距離大容量光伝送システムの光源として、連続
動作、高速変調動作を問わず、常に安定した単一縦モー
ドで発振するＤＦＢレーザの研究が活発に行われている
。ＤＦＢレーザは、レーザ素子内部に回折格子を内蔵し
、この回折格子の周期で決まるブラッグ波長近傍で発振
する。回折格子のブラッグ波長λ。は、λ。＝２ｎΔ／
ｍで与えらる。ここに、ｎはレーザ素子中の等価屈折駄
Δは回折格子の周期、ｍは回折格子の次数である。

しかしながら、均一な回折格子を内蔵したＤＦＢレーザ
は、ブラッグ波長λ。では発振せず、ブラッグ波長λ０
に対称に左右２つのモードで発振し易く、安定な単一モ
ード発振が得にくい。

そこで、ＤＦＢレーザに内蔵される回折格子の周期を１
次として（ｍ＝１）、λ。／（４ｎ）だけずらすことに
より、ブラッグ波長λ。と縦モードとを一致させるもの
が試作されている。この回折格子をλ／４シフト形回折
格子、またこのλ／４シフト形回折格子を内蔵したＤＦ
Ｂレーザをλ／４シフト型ＤＦＢレーザと呼んでいる。

１次の回折格子の場合、周期をλ。／（４ｎ）だけずら
すことは、λ／２だけずらすことに当たり、位相シフト
部において、回折格子の凹凸を反転させればよい。

従来のこのようなλ／４シフト形回折格子の形成方法は
、レーザによる干渉露光時にポジ、ネガ両タイプのレジ
ストの逆感光性を利用したもの（Ｕｔａｋａ　、　Ａｋ
ｉｂａ　、　５ａｋａｉ　、　Ｍａｔｓｕｓｈｉｍａ　
　ＩＥＥＥＪ、（ｌｕａｎｔｕｍ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃｓ　　ｖｏｌ、口Ｅ−２２、ｐｐ、１０４２〜１０
５１　（１９８６））や、レジストを塗布した光学ガラ
ス基板に位相マスクを密着させ、マスクの段差部におい
て光の位相差により位相のずれた干渉縞を発生させる方
法（０崎、隻田、山腰、石川、中島電子通信学会技術研
究報告　０ＱＥ８５−６０、ｐｐ、　５７〜６４　（１
９８５））などが知られている。

ここで位相マスクによる方法の原理を第２図に示す干渉
露光時の原理を示す断面概念図を用いて説明する。以下
の説明において、レジストといえば、光学ガラス基板等
に塗布される物質そのもののことを示し、レジストパタ
ーンといえば、露光の結果により生成されたパターンを
いう。また、アルミ膜（正確にはアルミニウム膜）とい
えば、その物質を示し、アルミ膜パターンといえば、レ
ジストパターンを用いたリフトオフ法で生成されたもの
をいう。

第１、第２のレーザ光１．２を非対称な角度で、段差ｄ
を所定の位置に有する位相マスク３に、入射する。ここ
で０１、θ２はそれぞれ第１のレーザ光ｌ、第２のレー
ザ光２０位相マスク３に対する入射角であり、また、α
は第１のレーザ光１、第２のレーザ光２のなす角の二等
分線の傾斜角度であり、干渉縞は位相マスク３に対して
αだけ傾いて入射される。この干渉縞は、位相マスク３
内で第１のレーザ光１、第２のレーザ光２の屈折により
α　の傾斜角で進行し、段差ｄがある部分を境に光路差
の違いから位相差を住じる。そして、その結果、半導体
基板５上に塗布されたレジスト４には、干渉縞の明暗パ
ターンのずれたものが露光される。レジスト４を現像後
、形成されたレジストパターンをマスクにして半導体基
板５をエツチングすることにより、所定の位置で周期の
ずれた回折格子が形成される。このときの回折格子の周
期Δは、レーザ光の波長をλ、として、八＝λ、／（ｓ
ｉｎθ１＋ｓｉｎθ２）で表わされ、周期のずれΦは、 Φ＝ｄ　（ｔａｎａ−ｔａｎｃｒ　　）となるので、段
差ｄを調整することにより、周期のずれを八／２とする
ことができる。

以下、第３図に基づいて従来の技術によるλ／４シフト
形回折格子の形成に用いられる位相マスクの製造方法（
白崎他、０ＱＥ８５−６０　：第４頁参照）を説明する
。

（ａ）　　まず、光学的な精度で研磨された光学ガラス
基板６上に第１のアルミ膜パターン７をレジストパター
ンのリフトオフ法により作製する。第１のアルミ膜パタ
ーン７は、回折格子の位相シフト部を周期的に配置する
ことを目的とする。

（ｂ）　　次に、その上にスパッタにより低温下で、全
体の領域に、目的とする位相マスク３の段差ｄと同じ厚
さでＳｉＯ□膜８を形成する。

（Ｃ）　　レジスト４をＳ　ｉ　Ｏを膜８の上面全体に
塗布し、光学ガラス基板６の裏側から露光する。

（（至）　この時、第１のアルミ膜パターン７がマスク
の役目をし、現像することにより、第１のアルミ膜パタ
ーン７のある部分のみにレジストパターン９が形成され
る。

（ｅ）　　さらに、レジストパターン９が形成されてい
る領域の上部及びレジストパターン９が形成されていな
い領域の上部にアルミ膜１０を蒸着する。

げ）　レジストパターン９のリフトオフ法により第１の
アルミ膜パターン７とはＳ　ｉ　Ｏを膜８を挟んで互い
違いの位置に、第２のアルミ膜パターン１１を形成する
。

（ｇ）　　次に、ドライエツチング（例えば、反応性イ
オンエツチング）により、第１のアルミ膜パターン７の
上部のＳｉＯ□膜８を、第２のアルミ膜パターン１１を
マスクとし第１のアルミ膜パターン７の部分までエツチ
ングする。この際、第１のアルミ膜パターン７により光
学ガラス基板６の表面力（第２のアルミ膜パターン１１
によりＳｉＯ２膜８の表面がそれぞれ保護される。

（ハ）　最後に、第１のアルミ膜パターン７、第２のア
ルミ膜パターン１１をそれぞれ除去して位相マスク３が
完成する。

〔発明が解決しようとする課題〕

位相マスクの製造方法として、第４頁に記載の０崎らの
方法で代表される従来の技術では、光学ガラス基板上の
Ｓ　ｉ　Ｏｚ膜による段差を、ドライエツチングを用い
て形成するため、それに付随して下記のような課題があ
った。

１）第２のアルミ膜パターン１１は、レジスト４のリフ
トオフ法により形成されるが、それに用いるレジストパ
ターン９は、第１のアルミ膜パターン７をマスクとした
光学ガラス基板６裏側からの露光及び現像により形成さ
れる。

しかし、第１のアルミ膜パターン７とレジストパターン
９との間にはＳｉＯ２膜８が形成されているために、こ
のＳｉＯ２膜の厚さがレジストパターン９のパターン精
度を大きく左右する。

つまり、ＳｉＯ□膜８の厚さ、すなわち第２図で示す段
差ｄは、傾斜角度αを５°とした場合、２〜３μｍ以上
必要となり、その結果、マスクとなる第１のアルミ膜パ
ターン７とレジストパターン９との間隔は２〜３μｍ以
上あることになり、レジストパターン９のパターン精度
が悪くなる。

よって、この方式で露光及び現像されたレジストパター
ン９のリフトオフ法によって形成される第２のアルミ膜
パターン１１の精度も悪くなる。

２）ドライエツチングを用いてＳｉＯ□膜８のパターン
を形成するために、第２のアルミ膜パターン１１のエツ
ジ部分の下で進行するＳｉＯ□膜８のサイドエツチング
を最小限に抑えなければならない。　そのためには、精
密なガス流量の制御及び条件出しが必要になる。サイド
エツチングの進行によるＳｉＯ２膜８の段差形状の劣化
は、位相シフト型回折格子のシフト部の遷移領域（形成
不良部分）を広げてしまう。

３）低温下においてスパッタにより形成したＳｉ０を膜
８の上下に第１、第２のアルミ膜パターン７．１１があ
るために、ドライエツチング時に５ｉＯｔ膜８内へのア
ルミの混入の可能性がある。アルミが混入した場合、５
ｉｆｔ膜８のレーザ光に対する屈折率や透過率が変化す
る。従って、このＳ　ｉ　Ｏ，膜８のパターンを有した
位相マスク３を用いて干渉露光を行った場合、所定の位
相差が得られないばかりか、レジスト４への露光量が不
足するので、レジストパターン９のパターン切れが悪く
なり、良好な形状の回折格子が形成されない。

４）前述したように、ドライエツチングを用いるため、
エツチングしてはならない光学ガラス基板６の表面及び
Ｓｉｎｇ膜８の表面を同時に第１のアルミ膜パターン７
及び第２のアルミ膜パターン１１によって保護するため
に工程が複雑になり歩留りも低い。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、従来の方法が、第１のアルミ膜パターン７上
に、低温下でＳｊＯ□膜８を形成できるスパッタ法を用
いるのに対して、敢えて光学ガラ大基板６の加熱を必要
とする電子ビーム蒸着を用い、蒸着終了後の冷却時に、
アルミとＳｉＯ□の熱膨張係数の違いから発生する第１
のアルミ膜パターン７の上部の５ｉｎ２膜８の亀裂を利
用して、第１のアルミ膜パターン７を酸またはアルカリ
で溶解することにより、第１のアルミ膜パターン７の上
部のＳｉＯ□膜８を除去し、第１のアルミ膜パターン７
のなかった領域にＳｉＯ２膜８の反転パターンを形成す
るものである。

従って本発明は、位相マスク３の製造において、極めて
簡単で、良好な形状のものを、再現性良（得る方法を提
供するものである。

〔作用〕

本発明による位相マスクの製造方法では、マスク露光が
第１のアルミ膜パターン形成時に用いるリフトオフ用の
レジストパターンを形成する時のみであるため、パター
ン精度が優れている。また、ＳｉＯ□膜のパターン形成
がＳｉＯ２膜のエツチングによるものでないため、サイ
ドエツチングの問題、エツチング時にマスクとなるアル
ミ膜パターンの形成する必要などがなく、しかもＳｉｎ
。

膜へのアルミの混入の可能性もない。

以上の作用により、本発明は良質な位相マスクを、極め
て簡単に、再現性良く製造するものである。

〔実施例〕

第１図を用いて本発明の詳細な説明する。上から工程順
に（ｉ）、（ｉｉ　）、（ｉｉｉ）、（１ｖ）へと進む
。

ここで、第１の領域１４はその上部にアルミ膜パターン
７が生成される領域である。また、第２の領域１５は高
さが第１の領域１４より高く、その上部に第２のＳｉｎ
ｇ膜１３膜体３される領域である。

（ｉ）光学的な精度で研磨された光学ガラス基板６の第
１の領域の表面に第１のアルミ膜パターン７を、マスク
露光によって形成したレジストパターンをリフトオフす
る工程を経て形成する。第１のアルミ膜パターン７の厚
さは、少なくとも後に形成される第２のＳｉＯ□膜１３
膜厚３になるように形成する。

（ｉｉ　）次に、電子ビーム蒸着により、光学ガラス基
板６を加熱しながら、第１のアルミ膜パターン７の上部
及び光学ガラス基板６の上部に、第１のＳ　ｉ　Ｏを膜
１２、第２のＳｉＯ□膜１３膜厚３ぞれ形成する。コノ
第１のＳ　ｉ　Ｏｚ膜１２、第２（７）Ｓｉ０２膜１３
の厚さは目的とする位相マスク３０段差分の厚さ（第２
図の段差ｄ）に設定する。

（ｊ］）この第１のＳｉＯ□膜１２、第２のＳ　ｉ　Ｏ
ｚ膜１３を形成後、光学ガラス基板６を室温まで冷却す
ることにより、第１のアルミ膜パターン７の上の第１の
ＳｉＯ２膜１２だけに亀裂を発生させる。

この亀裂は、アルミがＳｉＯ□より熱膨張係数が非常に
大きいために光学ガラス基板６の冷却時に、第１のアル
ミ膜パターン７が収縮する際、その上の第１のＳｉＯ２
膜１２に歪が生じるために発生するものである。亀裂が
発生した第１のアルミ膜パターン７上の第１のＳｉＯ□
膜１２は、温度の低下とともに剥がれてくるが、膜の全
てが剥がれるわけではなく、一部が剥がれずに残る。

（ｉｖ　）そこで、光学ガラス基板６を酸もしくはアル
カリに浸漬する。ここで使用できる酸を挙げれば、比較
的高濃度の塩酸、硫酸、硝酸などであり、またアルカリ
は苛性ソーダ、苛性カリウム、アンモニア等の水溶液で
ある。例えば、３５％の塩酸に浸漬することにより、一
部側がれずに残った第１のＳ　ｊ　Ｏｚ　Ｍ１２ととも
に、第１のアルミ膜パターン７を熔解し除去する。この
とき、光学ガラス基板６上に直接形成された第２のＳｉ
Ｏ□膜１３膜厚３学ガラス基板６との密着が強いために
剥がれることはない。従って第１のアルミ膜パターン７
を反転した第２のＳ　ｉ　Ｏを膜１３が光学ガラス基板
６の上に形成される。

重要なことは、第１のアルミ膜パターン７上の除去すべ
き第１のＳ　ｉ　Ｏ２［１２と光学ガラス基板６上に残
すべき第２のＳｉＯ２膜１３とのパターン切れの精度は
第１のアルミ膜パターン７の厚さに依存することである
。最初の工程（ｉ）で第１のアルミ膜パターン７の厚さ
を少なくとも所定の位相マスク３に形成される第２のＳ
ｉＯ□膜１３膜厚３に形成した理由はここにある。

以上の工程（ｉ）から（ｉｖ）により、所定の段差を有
した位相マスク３が極めて簡単な工程で、再現性良く製
造できる。

また、前記実施例では、第１のＳｉＯ２膜１２、第２の
Ｓ　ｉ　Ｏを膜１３を電子ビーム蒸着を用いて形成して
いるが、例えば、アルミ膜パターンを形成した光学ガラ
ス基板にスパッタ、プラズマＣＶＤ、イオンブレーティ
ングなどを用いて加熱下で５ｉＯ７膜を形成すれば本発
明を適用することができる。

また、他の実施例として、アルミ膜を微細な周期のスト
ライプパターンとすれば、その反転したＳｉＯ□膜のス
トライプパターンを形成することもできる。ここでも光
学的な精度で研磨された光学ガラス基板６の表面、すな
わちパターンの凹部及び、Ｓ　ｉ　Ｏｚ膜の表面、すな
わちパターンの凸部がともに損傷を受けることがない。

従って、このままで透過形回折格子を製造することも、
また金属反射膜をコーティングすることにより反射形回
折格子が簡単に製造することもできる。

また、アルミ膜をストライプパターンに限らず、任意の
形状もしくは図形にすれば、その反転したＳ　ｉ　Ｏ，
膜パターンを光学ガラス基板表面及び、Ｓ　ｉ　Ｏｚ膜
表面ともに損傷を与えずに作製することができる。

また、本発明では、アルミと５ｉＯｚといった熱膨張係
数に差のある１つの組合せを例としで説明したが、熱膨
張係数の差に着目すれば、この他に、銀（Ａｇ）、銅（
Ｃｕ）、金（Ａｕ）、鉄（Ｆｅ）等の熱膨張係数の大き
なグループに対して窒化膜（ＳｉｓＮ４）、シリコン（
Ｓｉ）等の熱膨張係数の小さなグループの組合せで加熱
条件等を用いて調整すれば、本発明を適用することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、アルミ膜上に形
成したＳｉＯ，膜に亀裂を生せしめるようにしているの
で、従来技術では必要とされたエツチング工程を省くこ
とが可能になり、その上、マスク露光の回数も一回にす
ることができた。

その結果、マスク露光を第１のアルミ膜パターン７を形
成するときのみにしか行わないので、パターン精度に優
れている。

また、ドライエツチングをする必要がなくなったので、
サイドエツチングの発生を抑える必要がなくなった。

また、ドライエツチング時におけるＳ　ｉ　Ｏ！膜への
アルミの混入のおそれも全くない。

そして、工程が減少した分だけは確実に再現性も向上し
た。

パターン精度に優れ、サイドエツチングの発生のおそれ
がないこの製造方法では、段差の形状について、良好な
段差形状を得ることができ、この良好な段差形状を有し
た位相マスクは工程数が減った分だけは確実に再現性が
良くなるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例による位相マスクの製造工程
を示す断面図、第２図は、位相マスクを用いたλ／４シ
フト形回折格子の形成方法における干渉露光時の原理を
示す断面概念図、第３図は従来の技術による位相マスク
の製造工程を示す断面図である。１・・・第１のレーザ光、２・・・第２のレーザ光、３
・・・位相マスク、４・・・レジスト、５・・・半導体
基板、６・・・光学ガラス基板、７・・・第１のアルミ膜パタ
ーン、８・・・ＳｉＣ２膜、９・・・レジストパターン
、１０・・・アルミ膜、１１・・・第２のアルミ膜パタ
ーン、１２・・・第１のＳｉＯ□艮１３・・・第２のＳ
ｉＯ□膜。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光学的な精度で研磨された光学ガラス基板上に第
１の領域とそれに比して高さが高い第２の領域とで成る
段差を有する光学ガラス部材の製造方法において、（ｉ）前記第１の領域上にアルミ膜を少なくとも前記第
１の領域と前記第２の領域との段差の厚み分だけ形成す
る段階と、（ｉｉ）アルミ膜が形成された前記第１の領域と前記第
２の領域との各々に加熱下で、前記第１の領域と前記第
２の領域との段差の厚み分だけＳｉＯ＿２膜を形成する
段階と、（ｉｉｉ）光学ガラス基板を冷却することにより前記第
１の領域上のアルミ膜の上部のＳｉＯ＿２膜に亀裂を生
じさせる段階と、（ｉｖ）酸もしくはアルカリを加えて全てのアルミ膜を
除去する段階とからなる、光学ガラス基板の表面に段差
を有し、所定の位相差を生じさせる光学ガラス部材の製
造方法。
（２）請求項（１）の製造方法で生成される光学ガラス
部材。