JPS5984205A - 光集積回路作製法 - Google Patents

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】 （７）発明の目的 この発明は、半導体基板上の任意の場所に、任意の周期
、任意の大きさの回折格子を作製する方法を提供するこ
とを目的とする。

（イ）導波路形回折格子 半導体レーザ、光尋波路、変調器、分波素子等を七ノリ
シックに半導体基板上に形成する光ＩＣは、光通信、光
情報処理等の分野で出現の待たれている光デバイスであ
る。

光ＩＣを構成する機能素子には、波長多重通信に重要な
コンポーネントとなる波長分波合波素子、分布帰還型レ
ーザ、偏光ミラー等がある。これら機能素子を製作する
ためには、導波路形の回折格子は、特に重要な基本的要
素となる。

半導体基板上の所望の場所に、所望の周期の、所望の大
きさの回折格子を作製する技術の開発は、光ＩＣを実現
するため釦は不可欠である。

現在、導波路形の回折格子は、三光束干渉法又は電子ビ
ーム露光法等の方法で作製されている。

（つ）　電子線ビーム露光法 細い電子線ビームを、集積回路を作製すべき半導体基板
上のフォトレジスト又１４酸化膜に照射して回折格子や
その他の素子を作製するものである。

電子線ビームの走査は、電子計算機によってあらかじめ
プログラムされたパターンに従ってなされることができ
る。

電子ビームによって、所望の場所に、所望の寸法の回折
格子を作製することができる。しかし、電子ビームの直
径は有限で、ある程度（例えば０．１μｍφ）以下に絞
ることができない。このため、電子ビーム露光によって
、光ＩＣの回折格子に要求される微細周期のパターンを
描くことは難しい。

現在、電子ビーム露光によって製作できる回折格子の格
子周期の下限は０．５１１ｍである。

光ＩＣ用回折格子に必要な徽＃Ｉｌ　ｋｔ造を得ること
ができない。

に）三光束干渉露光法 第１図は三光束干渉露光法の概略を示す光学系構成図で
ある。

半導体基板１には、予めフォトレジスト２を（或は酸化
膜）コーティングしである。

レーザ３は例えばＨｅ　−Ｃｄレーザで、４４１６λの
波長のコヒーレント光を生ずる。シャッタ４を通す、ミ
ラー５で反射されだレーザ光は、ビームスプリッタ６で
２光束に分けられる。それぞれは、ビームエクヌパンダ
７．７によって、拡径される。

拡径された平面波に近いレーザ光は、ミラー８．８によ
って反射され、基板１に対し、反対側から、等しい入射
角θをなして、入射する。

二光束はコヒーレント光を分けたものであるから、入射
方向と直角な方向に干渉縞を作る。との干渉縞がフォト
レジスト２に露光記録される。フォトレジストを現像し
、基板１をエツチングする事によって、基板上に周期的
な凹凸条を形成する。

三光束干渉露光法に於て、干渉縞の周期ｄはλ で表わされる。ことで、λはレーザ光の波長、ｎはレジ
ストの面する媒質の屈折６率、θはレーザ光の基板への
入射角である。

三光束干渉露光法は、波長の短い可視光レーザ（Ｈｅ−
Ｃｄレーザ等）を使えば、十分に周期の小さい回折格子
を露光することができる。可視光、近赤外光による光通
信に必要なサブミクロン周期（０，２ｐｍ程度）の回折
格子を得ることは可能でるる。

しかし、拡径した二光束を干渉させるから、回折格子を
形成する領域を局所的に制限する事は難しい。

任意の場所に、任意の形状、寸法の回折格子を作ること
が必要である。このため、第２図に示すように、スリッ
ト、マスク９をフォトレジスト２の上に重ねて、局所的
に露光する方法が試みられている。

しかし、スリット、ガラヌマスク等には厚みがある。開
口部又は透明部を通して、二光束が、レジスト２に入射
するが、開口部、透明部のエツジでレーザ光が回折する
。この回折によって、エツジ近傍では、レーザ光が整っ
た平面波ではなくなシ、干渉縞のパターンが乱れる。こ
のため、良好な回折格子パターンが得られない。

とのよう々難点があった。

本発明は、このような欠点を解決した、局所的な回折格
子作製方法を与える。

（４）薄膜を用いる回折格子作製性 基板全体を、エツチングされない薄膜で予め覆い、所望
の場所の薄膜だけを除去して窓を開け、窓の部分だけを
、格子状にエツチングするようにしたものである。

フォトレジストは基板全面に塗布し、三光束干渉露光も
基板上の広い範囲、或は全体に於て行うが、薄膜がある
ので、所望の場所だけに、回折格子を形成することがで
きる。

第３図は本発明の回折格子作製方法の工程を示す素子の
断面図である。

第３図（１）に於て、半導体基板１の上面に、薄膜１０
が一様に形成される。薄膜１０は、エツチングされない
ものであれば良く、フォトレジスト、ＳｉＯ２などが用
いられる。

次に、回折格子を作製したい箇所に、通常のフォトリソ
グラフィー技術によって、窓開けを行う。

窓１１が開かれた部分人は、基板表面が露出する。

それ以外の部分は、薄膜で覆われる。第３図（２）は窓
開は後の素子基板の断面図で、窓開き部Ａと被覆部Ｂが
図示されている。

＆Ｋ、フォトレジスト１２をスピンコーティングする。

フォトレジストは基板、薄膜の全体を覆う。フォトレジ
ストは、窓開き部Ａに於て、基板１に密着している。第
３図（３）はフォトレジストコーテイング後の断面図で
ある。

この状態で、三光束干渉露光を行う。

第３図（４）は露光工程を示す。

さらに現像すると、第３図（５）に示すように、回折格
子のパターンが基板上の全面に形成される。

しかし、フォトレジストの回折格子パターンが基板に密
着しているのは、窓開き部Ａに於てのみである。被覆部
Ｂに於て、基板１は薄膜１０によって被覆されたままで
ある。

これをエツチングすると、第３図（６）に示すように、
窓開き部Ａのみが、エツチングされる。窓開き部Ａの限
られた領域にのみ所望の回折格子１３が形成される。被
覆部Ｂに於て、薄膜１０がエツチングを妨げるので、基
板１はなんらの影響をも受けない。

最後に、第３図（７）に示すように、レジスト、薄膜を
剥離除去する。回折格子１３が残る。

以上のようにして、本発明によれば、任意の場所に、任
意の寸法の、任意の周期の回折格子を作製することがで
きる。

第３図（３）に於て塗布するレジスト１２は基板露出部
（窓開き部）Ａに於て、薄い方が回折格子のパターン作
製に対して有利である。実際、基板と密着する部分（惑
開き部Ａ）に於ける、レジストこのため、最初、基板上
に形成する薄膜１０もできるだけ薄くしなければならな
い。

薄膜１０カＳｉＯ２テあれば、ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　；気相成長
法）、スパッタ蒸着によシ、基板１上に形成できる。薄
膜がフォトレジストである場合、スピンコード法を利用
できる。

これらの方法によれば、薄厚が０．１１１ｍ以下の薄膜
を容易に作ることができる。

薄膜として、フォトレジストを使用する場合、レジスト
塗布後、加熱、硬化させて、十分な強度を持たせるよう
にする。

基板をエツチングした後の、薄膜の剥離は、Ｓｉｎ、。

の場合、第３図（２）の窓開は工程で使用したエツチン
グ液と同じ溶液（フッ酸ＨＦ　）を使うことができる。

フォトレジストを薄膜１０として使用する場合、窓開は
工程は現像液を使って実行できる。エツチング後に、フ
ォトレジスト薄膜１０を剥離するには、アセトン、又は
剥離液を用いる。フォトレジストは熱硬化されているか
らである。

また、基板に、特に影響のない場合、５ｉ０２等の膜は
残しておいても良い。

以上、被覆部Ｂの薄膜として、ＳｉＯ２、フォトレジス
トを例にとって述ヘタ。

しかし、基板を被覆するための薄膜としては、その薄膜
をエツチングする溶液に対して、基板の耐性が充分ある
かどうかによシ他の材料も使用できる。例えば、Ａ７、
’ｒｉ、Ａｕ等の金属薄膜を用いる事もできる。

同一基板上の複数の領域に同じ周期、同一方向の回折格
子を作製するのは、以上の工程を１回実行しただけでで
きる。

複数の領域に、異なる周期、異なる方向の回ｒ格子を設
けるには、同様の工程を何回も繰返すことによってなさ
れる。

（ロ）本発明の効果 （１）光ＩＣに使用する回折格子を、基板上の所望の領
域に、所望の大きさで形成できる。

薄膜で遮蔽することにより限られた区域のみフォトレジ
ストパターンを形成し、これをエツチングするからであ
る。

（１１）　　同一基板上の数ケ所に、それぞれ異る周期
、異る方向を持つ回折格子を作製することができる。

本発明は、領域を限定し、局所的に任意の周期、任意の
方向の回折格子を作製できるので、これを繰返すことに
よっていかなる周期、方向の回折格子を多数製作できる
。

（ａ　との発明の用途 この発明は、光簗積回路、光回路、分布帰還型半導体レ
ーザ、光分波器、光合波器などに応用することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は二光束干渉露光法の光学系構成図。 第２図はスリット、ガラスマスクによって露光、　領域
を限定した例を示す断面図。 第８図は薄膜を用いる本発明の回折格子作製法の工程図
。（１）は基板上に薄膜を形成する工程、（２）は窓開
は工程、（３）はフォトレジヌト塗布工程、（４）は三
光束干渉露光工程、（５）は現像工程、（６）はエツチ
ング工程、（７）はレジスト、薄膜の剥離工程を示す。 １　　・・・・・・・・・　　基　　　　　　　　板２
　・・・・・・・・・　フォトレジヌト３　　　・・・
・・・　・・・　　　し　　　　　−　　　　　ザ４　
　　・・・・・・・・・　　　シ　　ャ　　　ツ　　　
タ５・・・・・・・・・ミラー ６　　・・・・・・・・・　ビームヌプリツタ７　　・
・・・・・・・・　　ビームエクスパンダ８・・・・・
・・・・ミラー ９　　・・・・・・・・・　スリット、ガラスマスク１
０　・・・・・・・・・　　薄　　　　　　　　膜１１
・・・・・・・・・窓 １２　　・・・・・・・・・　フォトレジヌト１３・・
・・・・・・・回折格子 Ａ　　・・・・・・・・・　　窓　　開　　き　　部Ｂ
　　・・・・・・・・・　　被　　　覆　　　部発　　
明　　者　　　岡　　本　　賢　　司西　　脇　　由　
　和 松　　岡　　春　　治 西　　浦　　洋　　三 （１１） 第１図 （１２） 第３図 昭和５８年３　月９日 １、事件の表示 特願昭５７−１９４８１７号 ２、発明の名称 光集積回路作製法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 居　所大阪市東区北浜５丁目１５番地 名　称（２１３）住友電気工業株式会社代表者社長　川
　上　哲　部 ４、代　理　人 曇５３７

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　コヒーレントな光源と、光源からの出射光を
   三光束に分割するビームスプリッタと、光束を拡径する
   コリメート糸と、三光束を基板上で干渉せしめるための
   ミラーとからなる三光束干渉露光装置により、フォトレ
   シヌトを塗布した基板を露光し、現像し、エツチングす
   る工程によシ、回折格子を作製する方法に於て、基板」
   二に薄膜をコーティングし、所望の場所に於て薄膜に窓
   開けをした後、該薄膜の上にフオトレジスト層を形成し
   、三光束干渉露光を行い、現像し、エツチングする事に
   よシ、基板」−の眠られた所望の場所にのみ回折格子を
   作製することを特徴とする光集積回路作製法。