JPH04337701A

JPH04337701A - 回折格子の作成方法

Info

Publication number: JPH04337701A
Application number: JP13822891A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Oguri; 宣明大栗
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-05-14
Filing date: 1991-05-14
Publication date: 1992-11-25

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回折格子の作成方法に
関し、特に位相シフト型回折格子を作成する為の作成方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回折格子は、光エレクトロニクス
の分野において、フィルター、光結合器、分布帰還型（
ＤＦＢ）レーザ、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）レーザ
等の種々の光素子に用いられている。特に、光通信用な
どの光源として、レーザ共振器の反射器として回折格子
を用いたＤＦＢ、ＤＢＲレーザは、直接変調しても波長
安定であると言うその安定な動的単一モード特性から盛
んに研究、開発が成されている。一方、数年前には、こ
れらレーザのより高い単一性の向上を目的としてλ／４
シフト型ＤＦＢレーザが開発されている（特開昭６２−
２６２００４参照）。λ／４シフト型ＤＦＢレーザはブ
ラッグ波長に完全に一致した１本の軸モードで発振する
為、従来構造で問題になっていた２軸モードで発振する
素子は少なくなった。

【０００３】λ／４シフト効果を実現する構造として、
大きく分けると次の方法がある。（１）回折格子の周期を途中で反転させてλ／４だけ位
相シフトさせる。（２）回折格子の幅を変化させるなどして伝搬定数を一
部調整して等価的に光の位相をシフトさせる。

【０００４】これらの中でも、比較的簡単に実現できる
ものが、一般的な回折格子の作成技術を応用して実現で
きる（１）の方法である。

【０００５】また、位相シフト型回折格子の作成方法に
は大きく分けて次の方法が良く知られている。（１）図３に示す様な電子ビーム直接描画法。（２）図４に示すノボラック系の高分解能のポジ型レジ
ストとネガ型レジストを併用し、両レジストの混合を防
ぐ為の中間層を設けた干渉露光法。先ず、基板上にネガ
型レジストであるＯＮＮＲ、中間層（干渉防止剤）であ
るＯＢＣ、ポジ型レジストであるＡＺ層（リソグラフィ
ー用）を順に積層し、初めに素子長に応じたストライプ
を形成する為ホトリソグラフィ法でポジ型レジストＡＺ
層（リソグラフィー用）を露光、現像してパターン形成
を行ない、これをエッチングマスクとしてエッチャント
（Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２）によりネガ型レジストＯＮＮ
Ｒにパターン形成する。次に、ＡＺ層（リソグラフィー
用）のエッチングマスクを除去し、干渉露光用のポジ型
ＡＺレジスト層とＰＶＡ（減感防止用）を積層しポジ／
ネガレジスト層を同時にホログラフィック露光して位相
シフトされた回折格子を作る。（３）図５に示す石英のコンタクトマスク（位相マスク
）を用いる干渉露光法。（４）図６に示す位相マスク（
位相板）の投影像を用いる干渉露光法。（５）通常の干渉露光法を利用し、一部分をＥＣＲ−Ｃ
ＶＤ法によるＳｉＮｘ膜を用いて基板に反転して転写す
る方法。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上述べた位
相シフト型回折格子の作成方法には、次のような問題が
あった。

【０００７】第１の方法（図３）では、微細なパターン
を高精度に直接描画することができるが、反面、隣接す
る格子間で生じる近接効果（格子間隔（例えば０．２５
μｍ）と電子ビーム径（例えば０．１μｍ）との関係に
よる）や、レジストの塗布された基板面での電子ビーム
散乱による後方散乱の為、０．３μｍ以下の周期を持つ
回折格子を厚いレジスト、厚い基板の上に描画すること
は困難であり、更にスループット、歩留まりが低下する
と言う欠点がある。

【０００８】第２の方法（図４）では、複雑な作成プロ
セスを必要とし、感度の異なるポジレジスト、ネガレジ
ストでの露光、現像条件の違いから条件の制御が難しく
、再現性に乏しく、歩留まりが悪い。

【０００９】第３の方法（図５）では、コンタクトマス
ク（位相マスク）の基板表面上に塗布されたホトレジス
ト膜への密着が十分でないと、干渉露光させる為に照射
した光束のフレネル回折によりレーザ共振器の位相遷移
領域が広がってしまう。

【００１０】第４の方法（図６）では、位相シフトに相
当する段差を有する石英板である位相板を光学系の中に
組み込んでこの位相シフターを斜め投影する為（２光束
が斜めに投影される試料面に結像する必要があるから斜
め投影となる）、試料面上で収差を生じ回折格子作成面
積が制限されてしまう。

【００１１】第５の方法（図７）では、レジスト上と基
板上でのＳｉＮｘ膜のエッチング条件の制御が難しく、
また基板のエッチングを２回行なう為、その際の条件の
制御により形状の不整、深さ、寸法精度の安定性に欠け
ると言う欠点があった。

【００１２】従って、本発明は、上記問題点に鑑み、同
一基板上に位相の変化した回折格子を精度良く安定的に
作成できる回折格子作成方法を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明による回折格子作成方法においては、基板上に、基準
となる周期を有する薄膜材料の回折格子パターンを形成
し、前記回折格子パターンの周期とは反転した周期を有
する回折格子を形成する領域の前記薄膜材料上及び前記
基板の露出部に異種材料を被覆し、リフトオフ法により
前記薄膜材料を除去することにより、周期を反転させ前
記基板に前記異種材料で形成した周期の反転した異種材
料の回折格子パターンを得、更に　　前記基準周期を有
する薄膜材料の回折格子パターン及び前記周期の反転し
た異種材料の回折格子パターンをエッチングマスクとし
て基板をエッチングして位相シフト型の回折格子を得る
ことを特徴とする。

【００１４】より具体的には、前記リフトオフ工程にお
ける周期の反転した異種材料の回折格子パターンの形成
と前記基準周期を有する半導体基板の回折格子のエッチ
ング保護膜の形成と回折格子の基準周期領域と周期反転
領域の形成を同時に行なったり、前記回折格子の基準周
期領域とこれとは反転した周期反転領域の形成法におい
て、マスクアライメントを含まなかったり、前記基準と
なる周期を有する薄膜材料の回折格子パターンは矩形状
回折格子パターンであったりする。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は、本発明に基づく回折格子の作成方法の１実
施例の工程を示す工程図である。

【００１６】先ず、初めに、半導体基板１を界面活性剤
で洗浄し、次に有機溶剤による超音波洗浄を２〜３回繰
り返した後、Ｎ２ブローで乾燥して２００°Ｃ、３０分
の熱処理を基板１に行なう。続いて、干渉露光用のフォ
トレジストを所望に希釈したものを全面に塗布してフォ
トレジスト層２を基板３上に形成し、ホットプレートに
よる１１５°Ｃ、４５秒のソフトベークを行なう。本実
施例では、上記干渉露光用フォトレジストの組成物とし
て、丸善石化製のポリビニルフェノール（商品名：マル
カリンカー、平均分子量１５，０００：ポリスチレン換
算）と、ナフトキノンジアジド−５−スルフォニルクロ
リドと２，３，４トリヒドロキシベンゾフェノンのエス
テル化合物（感光剤）を重量比３：１で混合したものを
エチルセロソルブアセートに溶解し、０．２μｍのテフ
ロン製メンブレンフィルターで濾過したものを用いた。フォトレジストの厚さは８００Å〜１０００Å程度が適
当である（図１（ａ））。

【００１７】次に、Ｈｅ−Ｃｄレーザ（波長λ＝３２５
ｎｍ）による２光束干渉露光法で、所望の周期に対応す
る入射角度で２光束を照射して上記フォトレジスト層２
を露光する。その後、フォトレジスト層２をアルカリ系
の現像液で現像し、干渉露光により生じた干渉縞の強度
分布に応じた感光度合に対応したレジストパターン（回
折格子）３を形成する（図１（ｂ））。この回折格子３
は矩形状になっている。この形成方法の詳細については
、本出願人による同日出願（発明者同一）を参照された
い。

【００１８】次に、電子ビーム蒸着法により位相シフト
用に反転マスク層４である、例えば、金属チタンを蒸着
する。この時の条件は、到達真空度：２．０×１０−６
Ｔｏｒｒ、基板温度：室温、加速電圧：１０ｋＶ、エミ
ッション電流：９５ｍＡである。この条件のもと、蒸着
レートを２Å／ｓｅｃとした。また、この時の金属チタ
ンの膜厚は１００〜２００Åが適当である（図１（ｃ）
）。

【００１９】次に、位相領域（基準周期領域）、位相シ
フト領域（反転周期領域）を形成する為の、例えば、フ
ォトレジスト層５（商品名ＲＤ−２０００Ｎ：日立化成
社製）を半導体基板１全面に塗布形成し、８０°Ｃ、２
０分の乾燥を行なう（図１（ｄ））。この時のフォトレ
ジストの厚さは１．５〜２．０μｍが適当である。

【００２０】続いて、通常のフォトリソグラフィー技術
を用いてフォトマスク６によりマスク露光する（図１（
ｅ））。更に、前記フォトレジスト層５の専用現像液（
商品名ＲＤ−デベロッパー（Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ）：日
立化成社製）と専用リンス液（商品名ＲＤ−ポストリン
ス（Ｐｏｓｔｒｉｎｓｅ））で、順次、現像、リンスを
行なう。これにより、半導体基板１上にストライプパタ
ーン７が形成される（図１（ｆ））。前記ストライプパ
ターン７は位相領域エッチング時の位相シフト領域のエ
ッチング保護層と位相領域の保護膜形成用のリフトオフ
層を兼ねている。

【００２１】次に、位相領域の半導体基板１エッチング
の為に、不要な金属チタンを、例えば、バッファフッ酸
を用いエッチングする（図２（ａ））。これにより位相
領域にフォトレジストの回折格子パターン３のみ残存す
る。

【００２２】次に、前記位相領域上のフォトレジストの
回折格子パターン３をエッチングマスクとして、半導体
基板１を、例えば、塩素系のリアクティブイオンビーム
エッチング（ＲＩＢＥ）でエッチングを行なう（図２（
ｂ））。この時、位相シフト領域はストライプパターン
７がエッチング保護層となってカバーされる。

【００２３】続いて、上記エッチングマスクをウェット
或はドライで除去すると半導体基板１の位相領域に半導
体回折格子８を得ることができる（図２（ｃ））。

【００２４】次に、電子ビーム蒸着法により前記半導体
回折格子８のエッチングマスク層９として、例えば、金
属チタンを全面に蒸着する。この時の条件は、到達真空
度：２．０×１０−６Ｔｏｒｒ以下、基板温度：室温、
加速電圧：１０ｋＶ、エミッション電流：９５Ａであり
、上記条件のもと、蒸着レートを２Å／ｓｅｃとした。また、この時の金属チタンの膜厚は２０００Å〜３００
０Å程度が適当である（図２（ｄ））。ここで、位相領
域と位相シフト領域の形成は、マスクアライメントを含
まず、ストライプパターン７を用いたセルフアライメン
トで行なわれる。

【００２５】次に、位相シフト領域に回折格子を形成す
る為にリフトオフ法により金属チタンの反転マスク層４
を形成する。この時、フォトレジストの回折格子パター
ン３と共に不要となったストライプパターン７のフォト
レジスト、また前工程で蒸着したリフトオフ用の金属チ
タン９を同時にリフトオフする。この時の条件は、剥離
液（商品名　　マイクロポジット　　リムーバ（Ｍｉｃ
ｒｏｐｏｓｉｔＲｅｍｏｖｅｒ）１４０：シプレー（Ｓ
ｈｉｐｌｅｙ）社製）をホットプレートで８０°Ｃ〜９
０°Ｃに加熱し、その後、超音波洗浄で２〜３回リフト
オフを繰り返す。こうして、位相領域上の半導体回折格
子８は金属チタン９によって保護され、位相シフト領域
には金属チタンの反転マスク層４が形成される（図２（
ｅ））。

【００２６】次に、位相シフト領域上の前記反転マスク
層４をエッチングマスクとして、半導体基板１を、例え
ば、塩素系のリアクティブイオンビームエッチング（Ｒ
ＩＢＥ）でエッチングを行ない、位相領域に作製したも
のとは周期反転した回折格子１０を得る。この時、位相
領域上の半導体回折格子８は金属チタンのエッチングマ
スク層９で保護される（図２（ｆ））。

【００２７】続いて、不要な上記反転マスク層４とエッ
チングマスク層９の金属チタンを、例えば、バッファフ
ッ酸を用いて除去すると、半導体基板１に位相シフト型
回折格子１１を得ることができる（図２（ｇ））。

【００２８】ところで、本発明は上記実施例のみに限定
されるものではなく、例えば、干渉露光用の紫外線レー
ザの種類や波長は仕様に応じて定めれば良い。また、上
記実施例では半導体基板を用いたが、ガラス、光学ガラ
スなどでもよい。更に、薄膜材料２として、上記実施例
では、フォトレジストを用いたが、基準周期を有した回
折格子パターンを形成すれば形成方法は問わず、また材
料も、例えば、ＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４膜の酸化膜や窒化
膜若しくは他の金属材料を用いても良い。

【００２９】また、リフトオフ層として用いているフォ
トレジスト層５は、上記実施例ではネガタイプのＲＤ−
２０００Ｎを用いたが、種類やポジ、ネガのタイプは仕
様に応じて定めれば良い。更に、反転マスク層４やエッ
チングマスク層９として金属チタンを用いたが、例えば
、ＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４膜の酸化膜や窒化膜若しくは他
の金属材料でも良く、膜厚比やエッチング時の選択性及
び仕様に応じて定めれば良い。

【００３０】更には、反転マスク層４やエッチングマス
ク層９の金属チタンの形成方法に電子ビーム蒸着法を用
いたが、仕様に応じてスパッタ蒸着や抵抗加熱蒸着でも
良く、材料に合わせて選べば良い。加えて、上記実施例
では半導体基板１のエッチングにドライな方法である塩
素ガスを用いたリアクティブイオンビームエッチングを
用いたが、エッチングの種類及びガス種は限定されるも
のではなく、材料や選択性等、仕様に応じて定めれば良
い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、前
記従来技術と比較して、位相シフト型回折格子を作成す
る上で、（１）簡単な作成方法で作成できる。（２）エ
ッチングマスク層が厚くできるので深い溝の回折格子を
作成できる。（３）パターン精度、形状の安定性が向上
する。（４）遷移領域を短く出来る。等の効果がもたら
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の前半の工程を説明する断面
図である。

【図２】本発明の１実施例の後半の工程を説明する断面
図である。

【図３】従来の第１の回折格子作成方法を説明する図で
ある。

【図４】従来の第２の回折格子作成方法を説明する図で
ある。

【図５】従来の第３の回折格子作成方法を説明する図で
ある。

【図６】従来の第４の回折格子作成方法を説明する図で
ある。

【図７】従来の第５の回折格子作成方法を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１　　　　　　　　半導体基板２　　　　　　　　フォトレジスト層３　　　　　　　　フォトレジスト層の回折格子パター
ン４　　　　　　　　反転マスク層５　　　　　　　　フォトレジスト層６　　　　　　　　フォトマスク７　　　　　　　　ストライプパターン８　　　　　　
　　半導体回折格子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　基板上に、基準となる周期を有する薄
膜材料の回折格子パターンを形成し、前記回折格子パタ
ーンの周期とは反転した周期を有する回折格子を形成す
る領域の前記薄膜材料上及び前記基板の露出部に異種材
料を被覆し、リフトオフ法により前記薄膜材料を除去す
ることにより、周期を反転させ前記基板に前記異種材料
で形成した周期の反転した異種材料の回折格子パターン
を得、更に　　前記基準周期を有する薄膜材料の回折格
子パターン及び前記周期の反転した異種材料の回折格子
パターンをエッチングマスクとして基板をエッチングし
て位相シフト型の回折格子を得ることを特徴とする回折
格子の作成方法。
【請求項２】　　前記リフトオフ工程における周期の反
転した異種材料の回折格子パターンの形成と前記基準周
期を有する半導体基板の回折格子のエッチング保護膜の
形成と回折格子の基準周期領域と周期反転領域の形成を
同時に行なうことを特徴とする請求項１記載の回折格子
の形成方法。
【請求項３】　　前記回折格子の基準周期領域とこれと
は反転した周期反転領域の形成法において、マスクアラ
イメントを含まないことを特徴とする請求項１記載の回
折格子の形成方法。
【請求項４】　　前記基準となる周期を有する薄膜材料
の回折格子パターンは矩形状回折格子パターンであるこ
とを特徴とする請求項１記載の回折格子の形成方法。