JPS6314322B2 - - Google Patents
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- JPS6314322B2 JPS6314322B2 JP18907681A JP18907681A JPS6314322B2 JP S6314322 B2 JPS6314322 B2 JP S6314322B2 JP 18907681 A JP18907681 A JP 18907681A JP 18907681 A JP18907681 A JP 18907681A JP S6314322 B2 JPS6314322 B2 JP S6314322B2
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- Japan
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- etching
- diffraction grating
- single crystal
- silicon single
- silicon
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- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 83
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 31
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims 1
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1847—Manufacturing methods
- G02B5/1857—Manufacturing methods using exposure or etching means, e.g. holography, photolithography, exposure to electron or ion beams
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は光分波器用のシリコン回折格子の製
造方法に関するものである。
造方法に関するものである。
光分波器は、光フアイバ通信の波長多重化装置
あるいは波長分波装置として重要であり、これら
の装置の性能として光の損失が少ないこと、分解
能がすぐれていること、および価格が安いことが
とくに重要である。そして、シリコン単結晶から
製造する光分波器用の回折格子は、低価格のもの
を大量つくることができる点で注目されている。
従来のこのようなシリコン回折格子は、光の分散
角度を大きくすることが困難であるために、多重
度の高い光通信システムに適用することが困難と
され、光の分散角度が大きいシリコン回折格子の
製造方法の実現が望まれていた。
あるいは波長分波装置として重要であり、これら
の装置の性能として光の損失が少ないこと、分解
能がすぐれていること、および価格が安いことが
とくに重要である。そして、シリコン単結晶から
製造する光分波器用の回折格子は、低価格のもの
を大量つくることができる点で注目されている。
従来のこのようなシリコン回折格子は、光の分散
角度を大きくすることが困難であるために、多重
度の高い光通信システムに適用することが困難と
され、光の分散角度が大きいシリコン回折格子の
製造方法の実現が望まれていた。
一般に、回折格子の分散角度は入射波長変化
dλに対する回折角度の変化dθとの比で表わすこ
とができ、回折格子の格子間隔ｄを用いて次の関
係式が成立する。
dλに対する回折角度の変化dθとの比で表わすこ
とができ、回折格子の格子間隔ｄを用いて次の関
係式が成立する。
dθ／dλ∝１／ｄ ……(1)
このため、光分波器の分散角度を大きくするに
は、回折格子の格子間隔ｄを狭くする技術の開発
が必要である。
は、回折格子の格子間隔ｄを狭くする技術の開発
が必要である。
しかし、シリコン単結晶による回折格子の格子
間隔ｄの最小限界は、次の２点を主な原因として
制約される。
間隔ｄの最小限界は、次の２点を主な原因として
制約される。
(i) ホトリソグラフイによるエツチングマスクの
微細パターン作成の限界 (ii) 異方性エツチングの再現性、制御性の限界 次に、従来のシリコン単結晶基板から光分波器
用の回折格子を製造する製造方法およびその問題
点について説明する。
微細パターン作成の限界 (ii) 異方性エツチングの再現性、制御性の限界 次に、従来のシリコン単結晶基板から光分波器
用の回折格子を製造する製造方法およびその問題
点について説明する。
ある種の組成の薬品は、シリコン単結晶を化学
エツチングする際に、エツチング速度がシリコン
単結晶の結晶面方位に対して著しい違いを呈す
る。例えばKOH水溶液をエツチヤントとして使
用した場合には、シリコン単結晶の面方位が100
面のエツチング速度は、111面の10倍以上の速さ
で変化する。
エツチングする際に、エツチング速度がシリコン
単結晶の結晶面方位に対して著しい違いを呈す
る。例えばKOH水溶液をエツチヤントとして使
用した場合には、シリコン単結晶の面方位が100
面のエツチング速度は、111面の10倍以上の速さ
で変化する。
第１図ａに示すように、面方位が＜100＞方向
からθ゜傾いた結晶面の基板であるシリコン単結晶
ウエハ１に格子状のエツチングマスク２を形成
し、次に前記異方性エツチヤントを用いて、エツ
チングを行ない、第１図ｂに示す傾斜したＶ字状
の断面形状をもつ回折格子を形成する。ここで露
出する単結晶面はエツチング速度が最も遅い111
面（以下この面をＡ面という）である。さらに、
エツチングを続けて行くと、第１図ｃに示すよう
に、Ａ面は徐々にエツチングが進行し、符号３に
示すようにエツチングマスク２下方のシリコン単
結晶もエツチングされ、サイドエツチングが進行
する。またさらに、エツチングを続けて行くと、
第１図ｄに示すように、最終段階に達し、エツチ
ングマスク２下方部分の両側からサイドエツチン
グが進み、遂にエツチングマスク２下方のシリコ
ン単結晶の表面がすべてエツチングされてなくな
り、エツチングマスク２自体が剥離してエツチン
グを終了する。
からθ゜傾いた結晶面の基板であるシリコン単結晶
ウエハ１に格子状のエツチングマスク２を形成
し、次に前記異方性エツチヤントを用いて、エツ
チングを行ない、第１図ｂに示す傾斜したＶ字状
の断面形状をもつ回折格子を形成する。ここで露
出する単結晶面はエツチング速度が最も遅い111
面（以下この面をＡ面という）である。さらに、
エツチングを続けて行くと、第１図ｃに示すよう
に、Ａ面は徐々にエツチングが進行し、符号３に
示すようにエツチングマスク２下方のシリコン単
結晶もエツチングされ、サイドエツチングが進行
する。またさらに、エツチングを続けて行くと、
第１図ｄに示すように、最終段階に達し、エツチ
ングマスク２下方部分の両側からサイドエツチン
グが進み、遂にエツチングマスク２下方のシリコ
ン単結晶の表面がすべてエツチングされてなくな
り、エツチングマスク２自体が剥離してエツチン
グを終了する。
しかし、前述した第１図ａ〜ｄに示す従来の方
法では以下に述べる２つの大きな問題がある。
法では以下に述べる２つの大きな問題がある。
第１図の問題は、エツチヤントとして用いる薬
品に対し極めて耐久性のあるエツチングマスクを
用いることが必要であるため、回折格子パターン
の微細化が困難になることである。
品に対し極めて耐久性のあるエツチングマスクを
用いることが必要であるため、回折格子パターン
の微細化が困難になることである。
すなわち、第１図ａの段階からｂの段階へのエ
ツチングは短時間で終るが、ｂの段階からｃ、ｄ
の段階ではエツチング時間が非常に長くなるた
め、エツチングマスクは極めて耐薬品性が強いも
のが必要となり、通常このような場合にはエツチ
ングマスクの膜厚を厚くして対処している。した
がつて、回折格子パターンの微細化が困難にな
る。
ツチングは短時間で終るが、ｂの段階からｃ、ｄ
の段階ではエツチング時間が非常に長くなるた
め、エツチングマスクは極めて耐薬品性が強いも
のが必要となり、通常このような場合にはエツチ
ングマスクの膜厚を厚くして対処している。した
がつて、回折格子パターンの微細化が困難にな
る。
従来の方法の第２図の問題は異方性エツチヤン
トによるエツチング条件をきわめて厳密にしなけ
ればならないことである。
トによるエツチング条件をきわめて厳密にしなけ
ればならないことである。
すなわち、第１図ｂの段階からｃ，ｄの段階で
は、長いエツチング時間が要求されるが、オーバ
エツチングやアンダエツチングが起らないよう
に、エツチング速度はきわめて厳密に制御されて
いなければならない。第２図はエツチングの制御
性の欠除を原因とする欠陥例を示す。第２図にお
いて、４はアンダエツチングであり、サイドエツ
チングが未だ不十分な状態である。５は正常なエ
ツチング状態を示す。また６はオーバエツチング
を示し、正常なエツチング状態からさらにエツチ
ングを続けていると、第２の回折格子６ａが発生
する。そして、第２の回折格子６ａのような欠陥
が発生すると、回折格子の分解能の低下や回折損
失の増大を招き、回折格子の性能を大きく損な
う。
は、長いエツチング時間が要求されるが、オーバ
エツチングやアンダエツチングが起らないよう
に、エツチング速度はきわめて厳密に制御されて
いなければならない。第２図はエツチングの制御
性の欠除を原因とする欠陥例を示す。第２図にお
いて、４はアンダエツチングであり、サイドエツ
チングが未だ不十分な状態である。５は正常なエ
ツチング状態を示す。また６はオーバエツチング
を示し、正常なエツチング状態からさらにエツチ
ングを続けていると、第２の回折格子６ａが発生
する。そして、第２の回折格子６ａのような欠陥
が発生すると、回折格子の分解能の低下や回折損
失の増大を招き、回折格子の性能を大きく損な
う。
この発明は、前述した従来の方法の問題を解決
しようとするものであつて、第１工程でシリコン
単結晶基板に所定深さと所定幅をもつ矩形溝を形
成した後、第２工程で面方位依存性のエツチング
を前記矩形溝部から行ない、サイドエツチング速
度を速めることにより、エツチング時間を短縮
し、しかもエツチング量の制御を高精度で行なえ
るようにした、シリコン回折格子の製造方法を提
供することを目的としている。
しようとするものであつて、第１工程でシリコン
単結晶基板に所定深さと所定幅をもつ矩形溝を形
成した後、第２工程で面方位依存性のエツチング
を前記矩形溝部から行ない、サイドエツチング速
度を速めることにより、エツチング時間を短縮
し、しかもエツチング量の制御を高精度で行なえ
るようにした、シリコン回折格子の製造方法を提
供することを目的としている。
以下、この発明の一実施例につき第３図ａ〜ｄ
を参照して詳述する。
を参照して詳述する。
まず、第３図ａに示すように、前述した従来の
方法と同様に、基板であるシリコン単結晶ウエハ
１上に格子状のエツチングマスク２を形成する。
次に、第１工程として、第３図ｂに示すように、
シリコン単結晶ウエハ１のエツチングマスク２間
の部分に、深さｈ、幅ｌの矩形溝７を形成する。
この矩形溝７の側面はエツチングマスク２の側と
平坦で垂直であることが好ましく、このような矩
形溝７はイオンミーリング法などの方法でつくる
ことができる。なお、以下前述のような矩形溝の
垂直な側面をＳ面という。次に、第２工程とし
て、シリコン単結晶のエツチング速度の結晶面方
位依存性を利用したエツチングを前記矩形溝７部
から行なう。すなわち、前述した従来の方法と同
様な異方性エツチヤントを用いてエツチングを行
ない、第３図ｃに示す断面形状のエツチング状態
を経て、第３図ｄに示す断面形状の回折格子を完
成させる。この第２工程でのサイドエツチング量
をx0とする。また、回折格子の完成時にシリコン
単結晶ウエハがエツチング液と直接接触している
面はすべてＡ面であり、このために回折格子の完
成以後のエツチングマスク２下方部分のエツチン
グ速度が急激に遅くなる。
方法と同様に、基板であるシリコン単結晶ウエハ
１上に格子状のエツチングマスク２を形成する。
次に、第１工程として、第３図ｂに示すように、
シリコン単結晶ウエハ１のエツチングマスク２間
の部分に、深さｈ、幅ｌの矩形溝７を形成する。
この矩形溝７の側面はエツチングマスク２の側と
平坦で垂直であることが好ましく、このような矩
形溝７はイオンミーリング法などの方法でつくる
ことができる。なお、以下前述のような矩形溝の
垂直な側面をＳ面という。次に、第２工程とし
て、シリコン単結晶のエツチング速度の結晶面方
位依存性を利用したエツチングを前記矩形溝７部
から行なう。すなわち、前述した従来の方法と同
様な異方性エツチヤントを用いてエツチングを行
ない、第３図ｃに示す断面形状のエツチング状態
を経て、第３図ｄに示す断面形状の回折格子を完
成させる。この第２工程でのサイドエツチング量
をx0とする。また、回折格子の完成時にシリコン
単結晶ウエハがエツチング液と直接接触している
面はすべてＡ面であり、このために回折格子の完
成以後のエツチングマスク２下方部分のエツチン
グ速度が急激に遅くなる。
次に、この発明の前述した実施例による光分波
器用のシリコン回折格子の製造方法の作用につい
て、従来の方法と比較して述べる。第４図は異方
性エツチヤントによるサイドエツチング量とエツ
チング時間の関係を示す。第４図において、線８
はこの発明の方法によるエツチング特性、線９は
従来の方法によるエツチング特性である。Ａ面
（線９）のサイドエツチング速度をＲとし、Ｓ面
（線８）のサイドエツチング速度をmRとする。
ｍはエツチング速度の結晶面方位依存性を示すも
のであり、通常ｍは１に比べてかなり大きい。従
来の方法による線９では、エツチング開始後、時
刻t′でＳ面のエツチングが終了し、Ａ面のエツチ
ングに移り、したがつてエツチング速度もＲにな
る。この時のサイドエツチング量をx0とする。こ
のx0は第３図ｂに示す矩形溝７の深さｈと幅とに
よつて規定される大きさである。
器用のシリコン回折格子の製造方法の作用につい
て、従来の方法と比較して述べる。第４図は異方
性エツチヤントによるサイドエツチング量とエツ
チング時間の関係を示す。第４図において、線８
はこの発明の方法によるエツチング特性、線９は
従来の方法によるエツチング特性である。Ａ面
（線９）のサイドエツチング速度をＲとし、Ｓ面
（線８）のサイドエツチング速度をmRとする。
ｍはエツチング速度の結晶面方位依存性を示すも
のであり、通常ｍは１に比べてかなり大きい。従
来の方法による線９では、エツチング開始後、時
刻t′でＳ面のエツチングが終了し、Ａ面のエツチ
ングに移り、したがつてエツチング速度もＲにな
る。この時のサイドエツチング量をx0とする。こ
のx0は第３図ｂに示す矩形溝７の深さｈと幅とに
よつて規定される大きさである。
ここで、シリコン回折格子の製造における再現
性および歩留りについて考えると、第２図に示し
前述したように、異方性エツチングの再現性、制
御性は回折格子の製造の再現性、歩留り性能に大
きく影響する。エツチング速度は、異方性エツチ
ヤントに限られることなく、一般に組成、温度お
よびエツチング液の流れ具合などにより変化し、
この傾向がシリコン単結晶の異方性エツチヤント
としてKOH水溶液を用いた場合にも生ずる。何
らかの原因でエツチング速度が全体にαだけ増加
した時のサイドエツチング量の時間変化を第４図
の線１０，１１に示す。次に、サイドエツチング
量について検討する。エツチング条件の変化によ
つてサイドエツチング量は下記のとおり変化す
る。
性および歩留りについて考えると、第２図に示し
前述したように、異方性エツチングの再現性、制
御性は回折格子の製造の再現性、歩留り性能に大
きく影響する。エツチング速度は、異方性エツチ
ヤントに限られることなく、一般に組成、温度お
よびエツチング液の流れ具合などにより変化し、
この傾向がシリコン単結晶の異方性エツチヤント
としてKOH水溶液を用いた場合にも生ずる。何
らかの原因でエツチング速度が全体にαだけ増加
した時のサイドエツチング量の時間変化を第４図
の線１０，１１に示す。次に、サイドエツチング
量について検討する。エツチング条件の変化によ
つてサイドエツチング量は下記のとおり変化す
る。
Ａ面のサイドエツチング速度は（１＋α）Ｒ
Ｓ面のサイドエツチング速度は（１＋α）mR
ここでα≪１とする。
この状態で所定の時間t′〜t″エツチングを行な
うとオーバエツチングされる。第４図に示すよう
に、それぞれのオーバエツチング量をΔx′、
Δx″とすると、 従来の方法では単純な計算で Δx″＝αx0 ……(2) となる。次に線１０のこの発明による方法では、
サイドエツチング量がx0に達すると、エツチング
速度が変化する。その時の時刻をt′−Δt′とすれ
ば、 x0＝（１＋α）mR（t′−Δt′） これからΔt′≒α／mRx0 したがつて、オーバエツチング量は Δx′＝（１＋α）RΔt′＝（１＋α）Rαx0／mR ≒αx0／ｍ ……(3) となり、前記(2)、(3)式からΔx′≒１／ｍ・Δx″ となる。すなわち、この発明の方法では、オーバ
エツチング量が従来の方法のほぼ１／ｍに減少する ことがわかる。
うとオーバエツチングされる。第４図に示すよう
に、それぞれのオーバエツチング量をΔx′、
Δx″とすると、 従来の方法では単純な計算で Δx″＝αx0 ……(2) となる。次に線１０のこの発明による方法では、
サイドエツチング量がx0に達すると、エツチング
速度が変化する。その時の時刻をt′−Δt′とすれ
ば、 x0＝（１＋α）mR（t′−Δt′） これからΔt′≒α／mRx0 したがつて、オーバエツチング量は Δx′＝（１＋α）RΔt′＝（１＋α）Rαx0／mR ≒αx0／ｍ ……(3) となり、前記(2)、(3)式からΔx′≒１／ｍ・Δx″ となる。すなわち、この発明の方法では、オーバ
エツチング量が従来の方法のほぼ１／ｍに減少する ことがわかる。
以上説明したように、この発明による光分波器
用のシリコン回折格子の製造方法は、第１工程で
シリコン単結晶基板に矩形溝を形成した後、第２
工程で面方位依存のエツチングを前記矩形溝部か
ら行ない、エツチングマスク下方部分のサイドエ
ツチング速度を速めることにより、エツチング時
間が短くてすみ、微細パターンのエツチングマス
クを用いることが可能となり、またエツチング量
の制御性にすぐれているので、分散角度の大きい
シリコン回折格子の製造に好適するという効果が
ある。
用のシリコン回折格子の製造方法は、第１工程で
シリコン単結晶基板に矩形溝を形成した後、第２
工程で面方位依存のエツチングを前記矩形溝部か
ら行ない、エツチングマスク下方部分のサイドエ
ツチング速度を速めることにより、エツチング時
間が短くてすみ、微細パターンのエツチングマス
クを用いることが可能となり、またエツチング量
の制御性にすぐれているので、分散角度の大きい
シリコン回折格子の製造に好適するという効果が
ある。
第１図ａ〜ｄは従来のシリコン回折格子の製造
方法を工程順に示す部分斜視断面図、第２図はシ
リコン回折格子の欠陥例を示す部分斜視断面図、
第３図ａ〜ｄはこの発明の一実施例によるシリコ
ン回折格子の製造方法を工程順に示す部分斜視断
面図、第４図はサイドエツチング量とエツチング
時間の関係を、従来の方法とこの発明による方法
とを比較して示す図である。 １……シリコン単結晶ウエハ（基板）、２……
エツチングマスク、７……矩形溝。
方法を工程順に示す部分斜視断面図、第２図はシ
リコン回折格子の欠陥例を示す部分斜視断面図、
第３図ａ〜ｄはこの発明の一実施例によるシリコ
ン回折格子の製造方法を工程順に示す部分斜視断
面図、第４図はサイドエツチング量とエツチング
時間の関係を、従来の方法とこの発明による方法
とを比較して示す図である。 １……シリコン単結晶ウエハ（基板）、２……
エツチングマスク、７……矩形溝。
Claims (1)
- １ シリコン単結晶のエツチング速度の結晶面方
位依存性を利用した光分波器用のシリコン回折格
子の製造方法において、第１工程でシリコン単結
晶基板上に格子状のエツチングマスクを形成した
後、該マスク間のシリコン単結晶基板に所定深さ
と所定幅をもつ矩形溝を形成し、その後第２工程
で化学エツチング液にて面方位依存性のエツチン
グを前記矩形溝部から行ない、エツチングマスク
下方部分のサイドエツチング速度を速めることを
特徴とするシリコン回折格子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18907681A JPS5891407A (ja) | 1981-11-27 | 1981-11-27 | シリコン回折格子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18907681A JPS5891407A (ja) | 1981-11-27 | 1981-11-27 | シリコン回折格子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5891407A JPS5891407A (ja) | 1983-05-31 |
| JPS6314322B2 true JPS6314322B2 (ja) | 1988-03-30 |
Family
ID=16234899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18907681A Granted JPS5891407A (ja) | 1981-11-27 | 1981-11-27 | シリコン回折格子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5891407A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6180822A (ja) * | 1984-09-27 | 1986-04-24 | Nec Corp | ブレ−ズド回折格子の作成方法 |
| NO941307L (no) * | 1993-04-12 | 1994-10-13 | Hughes Aircraft Co | Fremgangsmåte ved fremstilling av mikro-optiske elementer |
| US6517734B1 (en) * | 2000-07-13 | 2003-02-11 | Network Photonics, Inc. | Grating fabrication process using combined crystalline-dependent and crystalline-independent etching |
| JP2003075622A (ja) * | 2001-09-05 | 2003-03-12 | Toshiba Corp | 回折格子、回折格子の加工方法及び光学要素 |
-
1981
- 1981-11-27 JP JP18907681A patent/JPS5891407A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5891407A (ja) | 1983-05-31 |
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