JPS62206501A - 回折格子の製造方法 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は、２光束干渉露光を用いて周期的な凹凸から成
る回折格子を製造する方法に係わり、特に、隣接する二
つの領域において回折格子の凹凸の位相が反転する構造
を有する回折格子の製造方法に関するものである。

（従来技術とその問題点） 周期的な凹凸から成る回折格子は、所望の波長の光のみ
を反射あるいは通過させるため、光通信の分野において
はフィルタとしであるいは分布帰還形半導体レーザ（以
下、ｒＤＦＢレーザ」と略す）の内部等に用いられてい
る。

その中で、発光領域またはその近傍に回折格子を有する
ＤＦＢレーザは、単一軸モードの光を発することから、
光通信の光源として脚光を浴び、従来から種々の提案が
ある。特に最近では、回折格子の中央部付近で凹凸の位
相を反転した方がさらに安定な単一モード動作を行うも
のとして注目されている。

このようなりＦＢレーザの発振波長は回折格子の凹凸の
周期へで決定され、さらに安定な動作は回折格子の製作
精度に依存する。従って、回折格子の製作精度がＤＦＢ
レーザの特性を左右することになる。

凹凸の位相が反転した構造を有する回折格子の従来の製
造方法を述べる前に、まず凹凸の位相が反転しない構造
の回折格子の製造方法について説明する。

第１図は従来の２光束干渉露光法による一様な回折格子
の製造の原理図である；波長λ。なる例えばＨｅ−Ｃｄ
レーザ光３をハーフミラ−４で２つに分渡し、各々の分
波光３はミラー５で反射させ、その分波光３の合成波を
図示のように基板ｌの上に例えばポジタイプのフォトレ
ジスト膜２を塗布した結晶表面に照射したときに生じる
干渉パターンにより露光し、現像とエツチングを行えば
回折格子を形成することができる。ここで、凹凸の周期
Ａはレーザ光３の入射角をαとすれば、で求められる。

一方、レーザの中央で回折格子の位相が反転した構造を
有する回折格子を製造する方法として、コンピュータ制
御を用いた電子ビーム走査露光がある。この方法は、回
折格子の溝に相当する部分に順次電子ビームを走査して
照射することにより露光するものであるが、回折格子の
周期Ａが大きい場合には適用できるが、凹凸の周期Ａが
結晶中の光の波長λの半分である１次の回折格子のよう
に周期Ａが小さい場合（約２０００人）には、解像度の
限界に達し、製造が実質上困難となってしまう。

また、電子ビーム露光法は個別順次走査であるから、回
折格子パターンの全面を走査し終るまでにかなりの時間
を必要とし、これを大量生産工程に適用することは困難
である。

次に、２光束干渉露光を用いて凹凸の位相が隣接領域で
互いに反転する構造を有する回折格子を製造する場合の
問題点について説明する。

（１）第２図は前述した２光束干渉露光により位相が反
転、すなわち１８０°位相シフトした構造を有する回折
格子を製造した場合の模式図であり、ＡとＢの領域をメ
タルマスクを用いて別々に露光する方法である。同図は
領域Ａに周期的な凹凸を製造する場合を示しており、こ
の時領域Ｂは厚さｔ（約５０μｍ）のメタルマスク６に
より覆われている。

なお通常フォトレジスト膜２上に隙間ｄ（約数μｌ１１
）を設けている。干渉パターンが最も領域Ｂに近いとこ
ろを示しているが、同図から明らかなようにレーザ光３
はメタルマスク６の厚さの影響により照射されない部分
、すなわち凹凸が全く製造されない領域Ｃができる。同
様に領域Ａにメタルマスク６を施して領域Ｂに２光束干
渉露光を行っても、凹凸が製造されない領域Ｃができ、
全体としては領域Ｃの２倍に亘って凹凸が形成されない
。

例えば、回折格子の凹凸の周期へを２４００人とし、Ｈ
ｅ−Ｃｄレーザの波長λ。を３２５０人とすれば、入射
角αは となり、マスクの厚さｔを５０μｍとし隙間をｄとすれ
ば、周期的な凹凸が製造されない領域ＣはＣ＝（ｔ＋ｄ
）ｔａｎｔｘ夕ｔ−ｔａｎα＝　４７　（＃ｍ）となる
。

従って、２回の２光束干渉露光により、凹凸が形成され
ない領域Ｃの２倍の領域は９４〔μ−〕となり、発光領
域の全体長が通常数百〔μｍ〕程度であることから、Ｄ
ＦＢレーザの動作電流が大きくなり、また単一波長動作
も不安定となる。この解決策として、メタルマスク６の
厚さｔを薄＜シたり、メタルマスク６の内側端の上面エ
ツジに傾斜を設ければ若干改善ができるが、やはり凹凸
が形成されない領域Ｃができる。

（２）最初に領域Ａを露光し、次に領域Ｂを露光する時
に凹凸の位相を１８０度反転させるため、基板１を凹凸
の周期への半分だけ（約１０００人）正確に移動しなけ
ればならない。しかし、約１０００人（０，１μｍ）だ
け正確に基板１を移動させることは極めて難しく、再現
性の面からも非常に困難である。

以上のように、周期的な凹凸の位相が反転す、る構造を
有する回折格子を従来の２光束干渉露光で製造するのは
困難であり、電子ビーム露光法でも量産性の面で問題が
あった。

この問題を解決する方法として、本願発明者等によって
「回折格子の製造方法」が提案されている（特願昭６０
−１５５２３６号参照）。その製造方法は絶縁膜（分離
膜）を導入することにより、感光特性が互いに反転した
２種類のフォトレジストを用い、かつ１回の２光束干渉
露光により、第１の領域と第２の領域との凹凸の位相が
反転した回折格子を製造するものであり、製造方法が簡
便でかつ量産性に優れた特徴を有している。

しかし、この製造方法では分離膜をエンチングした後フ
ォトレジストの現像プロセスにおける再現性という点に
問題があり、場合によっては領域の一部で凹凸の形状が
部分的に乱れて形状を劣化させるという欠点があった。

（発明の目的と特徴） 本発明は、上述した従来の欠点を解消するためになされ
たもので、電子ビーム露光に比べて簡便でかつ量産性に
優れた２光束干渉露光を用いて、周期的な凹凸の位相が
反転する構造の回折格子を実現することめできる回折格
子の製造方法を提供　゛することを目的とする。

本発明の特徴は、分離膜を導入して感光特性が互いに反
転した２種類のフォトレジストの混じり合いを防止する
と共に、２光束干渉露光された第１の領域と第２の領域
とのうち少なくとも一方の領域で２種類のうち一方のフ
ォトレジスト膜上に形成されている分離膜を除去したの
ち、分離膜を堆積した際に生じた前記一方のフォトレジ
スト膜表面の変質層を除去する工程を含むことにある。

（発明の構成及び作用） 以下に図面を用いて本発明の詳細な説明する。

（実施例１） 第３図は本願の第１の発明による第りの実施例であり、
凹凸の位相が反転した構造を有する回折格子の製造工程
を概略的に示したものである。本実施例では、第１のフ
ォトレジストとしてポジタイプフォトレジストを用い、
また第２のフォトレジストとしてネガタイプフォトレジ
ストを用い、かつ両者の混合を防止する分離膜としてＳ
ｉＮ膜を用いた場合について述べる。

（１）　　第１の工程 ゛（ａ）基板１上に第１のフォトレジストとしてポジタ
イプフォトレジスト２（以後、「Ｐ膜」と称す）を塗布
した後、通常のフォトリソグラフ法により、領域Ａにの
み残す。この際、領域Ａに残されたポジタイプフォトレ
ジスト２は、未露光の状態のものである。

（ｂ１次に、基板１の全面に本発明の特徴に従って分離
膜、例えばＳｉＮ膜３を形成し、さらに第２フオトレジ
ストとしてネガタイプフォトレジスト膜４（以後、「Ｎ
膜」と称す）を全面に塗布する。なお、ＳｉＮ膜３の形
成には室温での堆積が可能なＥＣＲ法を用いることによ
り、Ｐ膜２への影響を極力小さくすることができる。

蛮−玉ｌ■工程 （Ｃ１基板１の全面に一様な２光束干渉露光を行う。

図中、斜線部分は露光された部分を示している。

また、ＳｉＮ膜３は光の透過度が良好であるため、ｐＨ
２まで同時に露光することができる。

（３）　　第３の工程 （ｄｌ　Ｎ膜４の現像を行う、ここで゛、多層構造とな
っているＡの領域のＮ膜の方がＢ　ｔｒＭ域のＮ膜に比
べて現像の進行が速いため、現像時間を調整することに
より、図のようにＢの領域ではＮ膜４の回折格子が形成
され、Ａの領域ではＳｉＮ膜３が露出した状態にするこ
とができる。

（ｅ）次に、Ｎ膜４の回折格子をマスクとして領域Ａ及
び領域ＢのＳｉＮ膜３を緩衝フン酸により食刻する。領
域ＡにはＰ膜２が露出するが、ここで本発明の特徴であ
るＰ膜２の表面を酸素プラズマでエツチングする。この
エツチングは（ｂ）の工程でＳｉＮ膜をＰ膜２上に堆積
した時、Ｐ膜２表面に僅かな変質層が生じ、この変質層
が凹凸の形状を劣化させる原因となってしまうので、変
質層を除去するために行うものである。

（ｆ）さらに、領域ＡのＰ膜を現像することにより、領
域Ａ及び領域Ｂで周期的な凹凸の位相が互いに反転した
Ｐ膜２及びＳｉＮ膜３の回折格子が形成される。尚、Ｐ
膜２の現像の際、領域ＢのＳｉＮ膜３上のＮ膜４が図中
のように同時に除去されたり、残存したりするが、いず
れにしても本工程の成否に影響を与えるものではない。

（明領域ＡのＰ膜２による回折格子と領域Ｂの分離膜３
による回折格子をそれぞれマスクとして化学エツチング
を行うことにより、中央で凹凸の位相が反転し、かつ凹
凸の形状が良好な回折格子を基板１に形成することがで
きる。

なお、以上の説明では、第１のフォトレジストとしてＰ
膜２、第２のフォトレジストとしてＮ膜４を用いたが、
逆に第１のフォトレジストとしてＮ膜４、第２のフォト
レジストとしてＰ膜２を用いても良い。

（実施例２） 第４図は、本願の第１の発明による第２の実施例であり
、分離膜を一方の領域にのみ用いた場合の製造工程の概
略図である。

（１）　　第１の工程 （ａ）基板１上にＰ膜２を塗布した後、通常のフォトリ
ソグラフ法により、領域Ａのみに残し、次に全面にＳｉ
Ｎ膜３及びＮ膜４を順次形成する。

（ｂ）通常のマスク露光により、領域Ｂのみを軽く露光
した後、領域ＡではＮ膜４を現像し、これをマスクとし
て５ｉＮｌｉ３をエツチングし、Ｐ膜２のみを残す。尚
、マスク露光の際、露光時間を短くすることにより、現
像後にもほとんど未露光に近い特性を有するＮ膜４を領
域Ｂに残すことができる。

（２）　　第２の工程 （Ｃ１基板１の全面に、一様な２光束干渉露光を行う。

尚、斜線部は露光された部分を示している。

（３）　　第３の工程 （ｄ）　＠Ｍ域ＢのＮ膜４を現像し、これをマスクとし
て、ＳｉＮ膜３をエツチングする。尚、高解像性を有す
るノボラック系ネガタイプフォトレジストの現像液は、
ポジタイプフォトレジスト用のものに比べ、通常ｐＨ値
が小さいため、即ちアルカリ性が弱いので、Ｐ膜２はほ
とんど現像されない。また、もし現像されたとしても支
障はない。

（ｅ）第１の実施例と同様にプラズマエツチングにより
Ｐ膜表面の僅かな変質層を除去した後領域ＡのＰ膜２を
現像する。この際、上記、ネガタイプフォトレジスト及
びポジタイプフォトレジスト現像液のｐＨ値の違いによ
りＮ膜４が除去される場合があるが、何ら問題なく、ま
た、例えＮ膜４がＳｉＮ膜３上に残存したとしても問題
がないことは言うまでもない。以上の工程により、領域
Ａ及び領域Ｂで、凹凸の形状が良好でかつその周期的凹
凸の位相が互いに反転した各々Ｐ膜及びＳｉＮ膜３の回
折格子が形成されるわけである。

（ｆｌ　これらをマスクとして化学エツチングを行うこ
とにより、中央で凹凸の位相が反転した回折格子付基板
１が得られる。

（実施例３） 第５図は本願の第２の発明による実施例であり、Ｐ膜２
とＮ膜４の両方を用いた領域にのみ分離膜を用い、かつ
実施例１の第１のフォトレジスト及び第２のフォトレジ
ストを逆にした場合の製造工程の概略図である。

（１）　　第１の工程 （ａ）基板ｌの全面にＮ膜４．　　ＳｉＮ膜３及びＰ膜
２を順次形成し、領域Ｂのみ通常のマスク露光を行う。

なお、図中斜線部分が露光されている。

（ｂ）領域ＢのみＰ膜２の現像、　　ＳｉＮ膜３及びＮ
膜４のエツチングを行ったのち、基板１の全面に再度Ｐ
膜２ａを塗布する。この際、領域Ａでは従来のＰ膜２と
塗布しなおしたＰ膜２ａとが混り合い、Ｐ膜２ａのみが
形成されたようになる。

但し、説明を解り易くするため、Ｐ膜２とＰ膜２ａとの
異なった記号を用いたが同一のポジタイプフォトレジス
トである。

層二」」１１ニロ檻 （Ｃ）基板１の全面に一様な２光束干渉露光を行う。

皿−員主立工■ （ｄ）両領域のＰ膜２ａを現像し、領域Ａ及び領域Ｂの
表面にＰ膜２ａの回折格子を形成する。

ｆｅ）　Ｎ域Ａ１７）ＳｉＮ膜３をエツチングにより完
全に除去する。

（ｆ）ここで、前述した実施例と同様にプラズマエツチ
ングにより、Ｎ膜表面の僅かな変質層を除去した後領域
ＡのＮ膜４を現像する。以上の工程で、領域Ａ及び領域
Ｂで、その周期的凹凸の位相が互いに反転した各々Ｎ膜
４及びＰ膜２ａの回折格子が形成されるわけである。

（明これらをマスクとして化学エツチングを行うことに
より、中央で凹凸の位相が反転し、かつ凹凸の形状が良
好な回折格子付基板１が得られる。

以上のように、本発明によれば、ネガタイプ及びポジタ
イプフォトレジスト間に２つのフォトレジストが混合す
るのを防止するための分離膜を堆積した際に生じるフォ
トレジスト表面の変質層を除去することにより、凹凸の
形状が均一で良好な回折格子を製造することができる。

尚、以上の実施例では、分離膜としてＳｉＮ膜を用いて
説明したが、代りにＳｉＯ！膜などの誘電体膜、金属、
もしくはフォトレジストとの混り合いのない有機物薄膜
を用いることも可能である。

（発明の効果） 以上の工程から明らかなように、本発明ではそのまま重
ね塗ったのでは混り合ってしまう高解像性を有するノボ
ラック系ポジタイプ及びネガタイプフォトレジストを同
時に使用できるようにネガタイプとポジタイプフォトレ
ジストとの間に分離膜を挿入するとともにフォトレジス
トの上に分離膜を堆積して生じるフォトレジスト表面の
変質層を除去することにより、２光束干渉露光による製
作の容易性を保ちつつ、凹凸の形状が良好で°かつ高解
像度の左右の凹凸が反転した回折格子が製造できる。従
って、安定でかつ特性の良いＤＦＢレーザ等に応用がで
きその効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の２光束干渉露光法の原理図、第２図は従
来の２光束干渉露光により部分的に凹凸の位相が反転す
る回折格子製造の模式図、第３図。 第４図及び第５図は本発明による回折格子の製造工程を
説明する断面図である。 ｌ・・・基板、２．２ａ・・・ポジタイプフォトレジス
ト、３・・・ＳｉＮ膜（分離膜）、４・・・ネガタイプ
フォトレジスト。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上の第１の領域に少なくとも第１のフォトレ
   ジスト膜を形成し該第１の領域とは別の第２の領域には
   分離膜及び第１のフォトレジストと感光特性が反転した
   第２のフォトレジスト膜を順次形成する第１の工程と、
   前記基板に２光束干渉露光を行う第２の工程と、該第２
   のフォトレジストの現像、分離膜のエッチング、第１の
   フォトレジスト表面のプラズマエッチングおよび該第１
   のフォトレジストの現像を各々行うことにより第１の領
   域では第１のフォトレジストの回折格子、第２の領域で
   は少なくとも該分離膜による回折格子が形成され前記第
   １の領域の第１のフォトレジストによる回折格子と前記
   第２の領域の分離膜による回折格子をそれぞれをマスク
   として該基板上に第１と第２の領域で凹凸の位相が互い
   に反転した回折格子を形成する第３の工程とを含む回折
   格子の製造方法。
2. （２）基板上の第１の領域にネガタイプフォトレジスト
   膜及び分離膜を形成しさらに第１及び第２の領域を含む
   基板全面にポジタイプフォトレジスト膜を形成する第１
   の工程と、前記基板上に２光束干渉露光を行う第２の工
   程と、該ポジタイプフォトレジストの現像、分離膜のエ
   ッチング、ネガタイプフォトレジスト表面のプラズマエ
   ッチングおよび該ネガタイプフォトレジストの現像を各
   々行うことにより第１の領域ではネガタイプフォトレジ
   ストの回折格子、第２の領域ではポジタイプフォトレジ
   ストの回折格子が形成されこれをマスクとして該基板上
   に第１の領域と第２の領域で凹凸の位相が互いに反転し
   た回折格子を形成する第３の工程とを含む回折格子の製
   造方法。
3. （３）前記分離膜として、誘電体、金属もしくは有機物
   を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項及び第
   ２項記載の回折格子の製造方法。