JP2011159824A - Method for forming resin pattern by nanoimprinting method and method for forming diffraction grating - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナノインプリント法による樹脂パターン形成方法及び回折格子の形成方法に関する。 The present invention relates to a resin pattern forming method by a nanoimprint method and a diffraction grating forming method.
下記特許文献1及び下記非特許文献1には、ナノインプリント法による微細パターン形成方法が記載されている。下記特許文献1に記載のナノインプリント法による微細パターン形成方法においては、光透過性材料で構成され、位置参照用のマークが設けられたモールドと、このマークに対応したマークが形成されたウェハを用いている。これにより、ナノインプリント法によるパターニングの際に、モールドとウェハとのアライメントが可能となることが記載されている。
The following
下記非特許文献1には、ステップアンドリピート方式と呼ばれるナノインプリント法の転写方式による微細加工方法が記載されている。この微細加工方法においては、平板状のモールド基体部と、このモールド基体部に設けられ、上面に転写用のマスターパターンが形成された盛り上げ部とを有するモールドが用いられる。この方式によってパターン転写を行う際は、まず、加工対象の基板上に液状の紫外線硬化樹脂からなる樹脂部を形成する。その後、樹脂部の部分領域とモールドのマスターパターンを対向させ、当該部分領域にマスターパターンを押し付け、当該部分領域に光を照射して当該部分領域を硬化させ、モールドを光樹脂層から離間させる、という一連の工程を各部分領域に対して順に繰り返す。これにより、樹脂部にモールドのマスターパターンが転写される。
Non-Patent
上述のステップアンドリピート方式によるナノインプリント法による微細加工は、例えば、分布帰還型半導体レーザの回折格子パターンの形成等に利用される。このステップアンドリピート方式によるナノインプリント法においては、紫外線硬化樹脂からなる樹脂部の部分領域にモールドの盛り上げ部の転写用パターンを押し付けると、樹脂部を構成する紫外線硬化樹脂の一部は、モールドと樹脂部との接触領域の外側へ押し出される。そして、この押し出された紫外線硬化樹脂は、紫外線硬化樹脂が塗布された基体の上面からモールドの盛り上げ部の側面に至る「バリ」を形成することがある。その後の工程において、このバリも、光照射によって硬化する。このように硬化したバリは、完成品(例えば、分布帰還型半導体レーザ)の歩留まり悪化の原因となるため、除去することが好ましい。硬化したバリは、有機溶媒を用いたウェットエッチングによっては除去が難しいため、例えば、酸素プラズマ処理等のドライエッチング法を用いる必要がある。 The fine processing by the nanoimprint method using the step-and-repeat method described above is used, for example, for forming a diffraction grating pattern of a distributed feedback semiconductor laser. In this step-and-repeat nanoimprint method, when the transfer pattern of the raised part of the mold is pressed against a partial region of the resin part made of ultraviolet curable resin, a part of the ultraviolet curable resin constituting the resin part becomes the mold and resin. It is pushed out of the contact area with the part. The extruded ultraviolet curable resin may form a “burr” from the upper surface of the substrate coated with the ultraviolet curable resin to the side surface of the raised portion of the mold. In the subsequent process, this burr is also cured by light irradiation. Since the burrs thus cured cause deterioration of the yield of a finished product (for example, a distributed feedback semiconductor laser), it is preferable to remove the burrs. Since the hardened burrs are difficult to remove by wet etching using an organic solvent, it is necessary to use a dry etching method such as oxygen plasma treatment.
しかしながら、このバリの高さが高いとバリの除去に時間がかかるため、バリを除去する際、バリ周辺の領域(例えば、分布帰還型半導体レーザの回折格子層)にダメージを与えてしまうことがある。このようなダメージを低減させるためには、モールドのマスターパターンを樹脂部に転写する際に形成されるバリの高さを低減させる必要がある。 However, if the height of this burr is high, it takes time to remove the burr. Therefore, when the burr is removed, the area around the burr (for example, the diffraction grating layer of the distributed feedback semiconductor laser) may be damaged. is there. In order to reduce such damage, it is necessary to reduce the height of burrs formed when the master pattern of the mold is transferred to the resin portion.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、バリの高さを低減させることが可能なナノインプリント法による樹脂パターン形成方法、及び、これを利用した回折格子の形成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and provides a resin pattern forming method by a nanoimprint method capable of reducing the height of burrs, and a method of forming a diffraction grating using the resin pattern forming method. With the goal.
上述の課題を解決するため、本発明に係る樹脂パターン形成方法は、ナノインプリント法による樹脂パターン形成方法であって、モールド基体部と、モールド基体部に設けられ、凹凸パターンからなるナノインプリント用のマスターパターンが上面に形成された盛り上げ部とを有するモールドを準備するモールド準備工程と、濡れ性を変更する濡れ性変更工程と、紫外線硬化樹脂からなる樹脂部を基体上に形成する樹脂部形成工程と、樹脂部にモールドを押し付ける押し付け工程と、モールドを樹脂部に押し付けた状態で樹脂部に紫外線を照射して樹脂部を硬化させることにより、マスターパターンを樹脂部に転写する硬化工程と、モールドを樹脂部から離間させることにより、樹脂部に樹脂パターンを形成する離間工程とを備え、濡れ性変更工程では、基体の上面の樹脂部に対する濡れ性を増加させる、及び/又は、モールドの盛り上げ部の側面の樹脂部に対する濡れ性を減少させることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a resin pattern forming method according to the present invention is a resin pattern forming method by a nanoimprint method, and is provided with a mold base part and a master pattern for nanoimprint that is provided on the mold base part and includes a concavo-convex pattern. A mold preparing step for preparing a mold having a raised portion formed on the upper surface, a wettability changing step for changing wettability, and a resin portion forming step for forming a resin portion made of an ultraviolet curable resin on the substrate, A pressing process for pressing the mold against the resin part, a curing process for transferring the master pattern to the resin part by irradiating the resin part with ultraviolet rays while the mold is pressed against the resin part, and a resin molding the mold A separation step of forming a resin pattern on the resin portion by separating the portion from the portion, and changing wettability. In the step, it increases the wettability to the resin portion of the upper surface of the substrate, and / or, wherein the reducing wettability to the resin portion of the side surface of the raised portion of the mold.
本発明に係る樹脂パターン形成方法においては、濡れ性変更工程では、基体の上面の樹脂部に対する濡れ性を増加させる、及び/又は、モールドの盛り上げ部の側面の樹脂部に対する濡れ性を減少させる。 In the resin pattern forming method according to the present invention, in the wettability changing step, the wettability with respect to the resin portion on the upper surface of the substrate is increased and / or the wettability with respect to the resin portion on the side surface of the raised portion of the mold is decreased.
基体の上面の樹脂部に対する濡れ性を増加させた場合、押し付け工程において、樹脂部のうち、モールドのマスターパターンと樹脂部との接触領域の外側へ押し出されたはみ出し部は、より小さい接触角で基体の上面に接する。これにより、はみ出し部が基体の上面からモールドの盛り上げ部の側面まで至ることは抑制される。その結果、このはみ出し部が硬化してバリとなっても、このバリが基体の上面からモールドの盛り上げ部の側面まで至ることを抑制することができるため、バリの高さは抑制される。 When the wettability with respect to the resin part on the upper surface of the substrate is increased, the protruding part of the resin part that is pushed out of the contact area between the master pattern of the mold and the resin part in the pressing process has a smaller contact angle. It contacts the upper surface of the substrate. Thereby, it is suppressed that the protrusion part reaches from the upper surface of a base | substrate to the side surface of the raised part of a mold. As a result, even if the protruding portion is hardened and becomes a burr, the burr can be prevented from reaching the side of the raised portion of the mold from the upper surface of the base, and hence the height of the burr is suppressed.
また、モールドの盛り上げ部の側面の樹脂部に対する濡れ性を減少させた場合、押し付け工程において、樹脂部のうち、モールドのマスターパターンと樹脂部との接触領域の外側へ押し出されたはみ出し部は、モールドの盛り上げ部の側面との接触角が大きい状態でしかモールドの側面と接触し得ない。これにより、このはみ出し部は、モールドの盛り上げ部の側面と接触し難くなるため、はみ出し部が基体の上面からモールドの盛り上げ部の側面まで至ることは抑制される。その結果、このはみ出し部が硬化してバリとなっても、このバリが基体の上面からモールドの盛り上げ部の側面まで至ることを抑制することができるため、バリの高さは抑制される。以上より、本発明に係る樹脂パターン形成方法によれば、樹脂パターンを形成する際に生じるバリの高さを低減させることが可能となる。 In addition, when the wettability to the resin part on the side surface of the raised part of the mold is reduced, in the pressing process, the protruding part pushed out of the contact area between the mold master pattern and the resin part in the resin part is It can contact the side surface of the mold only when the contact angle with the side surface of the raised portion of the mold is large. As a result, the protruding portion is less likely to come into contact with the side surface of the raised portion of the mold, so that the protruding portion is prevented from reaching the side surface of the raised portion of the mold from the upper surface of the base. As a result, even if the protruding portion is hardened and becomes a burr, the burr can be prevented from reaching the side of the raised portion of the mold from the upper surface of the base, and hence the height of the burr is suppressed. As described above, according to the resin pattern forming method of the present invention, it is possible to reduce the height of burrs generated when the resin pattern is formed.
さらに、本発明に係る樹脂パターン形成方法において、濡れ性変更工程では、基体の上面の樹脂部に対する濡れ性と、モールドの盛り上げ部の側面の樹脂部に対する濡れ性との差が増加するように、基体の上面の樹脂部に対する濡れ性を増加させることが好ましい。 Furthermore, in the resin pattern forming method according to the present invention, in the wettability changing step, the difference between the wettability with respect to the resin part on the upper surface of the substrate and the wettability with respect to the resin part on the side surface of the raised part of the mold is increased. It is preferable to increase the wettability with respect to the resin part on the upper surface of the substrate.
基体の上面の樹脂部に対する濡れ性と、モールドの盛り上げ部の側面の樹脂部に対する濡れ性との差が小さい程、押し付け工程において、樹脂部のうち、モールドのマスターパターンと樹脂部との接触領域の外側へ押し出されたはみ出し部が、基体の上面とモールドの盛り上げ部の側面の両方に接触する傾向、即ち、はみ出し部が基体の上面からモールドの盛り上げ部の側面まで至る傾向が強くなってしまう。そのため、濡れ性変更工程において基体の上面の樹脂部に対する濡れ性と、モールドの盛り上げ部の側面の樹脂部に対する濡れ性との差を増加させることにより、樹脂パターンを形成する際に生じるバリの高さをより低減させることが可能となる。 The smaller the difference between the wettability with respect to the resin part on the upper surface of the substrate and the wettability with respect to the resin part on the side surface of the raised part of the mold, the contact area between the master pattern of the mold and the resin part in the pressing part. The protruding part pushed out to the outside of the substrate tends to come into contact with both the upper surface of the base and the side surface of the raised part of the mold, that is, the protruding part tends to reach from the upper surface of the base to the side of the raised part of the mold. . Therefore, by increasing the difference between the wettability with respect to the resin part on the upper surface of the substrate and the wettability with respect to the resin part on the side surface of the raised part of the mold in the wettability changing step, the height of burrs generated when forming the resin pattern is increased. It is possible to further reduce the thickness.
さらに、本発明に係る樹脂パターン形成方法において、濡れ性変更工程では、基体の上面を酸素プラズマ処理することにより、基体の上面の樹脂部に対する濡れ性を増加させることが好ましい。これにより、基体の上面の樹脂部に対する濡れ性を容易に増加させることができる。 Furthermore, in the resin pattern forming method according to the present invention, in the wettability changing step, it is preferable to increase the wettability of the upper surface of the substrate with respect to the resin portion by performing oxygen plasma treatment on the upper surface of the substrate. Thereby, the wettability with respect to the resin part of the upper surface of a base | substrate can be increased easily.
また、本発明に係る樹脂パターン形成方法において、濡れ性変更工程では、モールドの盛り上げ部の側面の樹脂部に対する濡れ性と、基体の上面の樹脂部に対する濡れ性との差が増加するように、モールドの盛り上げ部の側面の樹脂部に対する濡れ性を減少させることが好ましい。 Further, in the resin pattern forming method according to the present invention, in the wettability changing step, the difference between the wettability with respect to the resin part on the side surface of the raised part of the mold and the wettability with respect to the resin part on the upper surface of the base is increased. It is preferable to reduce the wettability of the side surface of the raised portion of the mold to the resin portion.
モールドの盛り上げ部の側面の樹脂部に対する濡れ性と、基体の上面の樹脂部に対する濡れ性との差が小さい程、押し付け工程において、樹脂部のうち、モールドのマスターパターンと樹脂部との接触領域の外側へ押し出されたはみ出し部が、基体の上面とモールドの盛り上げ部の側面の両方に接触する傾向、即ち、はみ出し部が基体の上面からモールドの盛り上げ部の側面まで至る傾向が強くなってしまう。そのため、濡れ性変更工程においてモールドの盛り上げ部の側面の樹脂部に対する濡れ性と、基体の上面の樹脂部に対する濡れ性との差を増加させることにより、樹脂パターンを形成する際に生じるバリの高さをより低減させることが可能となる。 The smaller the difference between the wettability with respect to the resin part on the side surface of the raised part of the mold and the wettability with respect to the resin part on the upper surface of the base, the contact area between the master pattern of the mold and the resin part in the pressing part The protruding part pushed out to the outside of the substrate tends to come into contact with both the upper surface of the base and the side surface of the raised part of the mold, that is, the protruding part tends to reach from the upper surface of the base to the side of the raised part of the mold. . Therefore, by increasing the difference between the wettability with respect to the resin portion on the side surface of the raised portion of the mold and the wettability with respect to the resin portion on the upper surface of the base in the wettability changing step, the height of burrs generated when forming the resin pattern is increased. It is possible to further reduce the thickness.
さらに、本発明に係る樹脂パターン形成方法において、濡れ性変更工程では、モールドの盛り上げ部の側面を、その側面の樹脂部に対する濡れ性よりも樹脂部に対する濡れ性が低いコーティング材料でコーティングすることにより、モールドの盛り上げ部の側面の樹脂部に対する濡れ性を減少させることが好ましい。これにより、モールドの盛り上げ部の側面の樹脂部に対する濡れ性を容易に減少させることができる。 Further, in the resin pattern forming method according to the present invention, in the wettability changing step, the side surface of the raised portion of the mold is coated with a coating material having lower wettability with respect to the resin portion than wettability with respect to the resin portion on the side surface. It is preferable to reduce wettability with respect to the resin portion on the side surface of the raised portion of the mold. Thereby, the wettability with respect to the resin part of the side surface of the raised part of a mold can be reduced easily.
さらに、この場合、コーティング材料は、フッ素系樹脂であることが好ましい。これにより、モールドの盛り上げ部の側面の樹脂部に対する濡れ性を容易に減少させることができる。 Further, in this case, the coating material is preferably a fluororesin. Thereby, the wettability with respect to the resin part of the side surface of the raised part of a mold can be reduced easily.
また、本発明に係る回折格子の形成方法は、ナノインプリント法による回折格子の形成方法であって、基体本体部と、基体本体部上に設けられた絶縁層とを有する基体を形成する基体形成工程と、基体形成工程の後に、上述のいずれかの樹脂パターン形成方法によって、基体上の樹脂部に樹脂パターンを形成する樹脂パターン形成工程と、樹脂パターン形成工程の後に、樹脂部をシリコン含有樹脂層で覆う工程と、シリコン含有樹脂層の一部をエッチングすることにより、樹脂部の樹脂パターンの凸部を露出させる樹脂パターン露出工程と、樹脂パターン露出工程の後に、シリコン含有樹脂層をマスクとして用いて露出した樹脂部の樹脂パターンの凸部をエッチングし、樹脂部を貫通して絶縁層に至る孔部を形成することにより、樹脂パターンの凹凸反転パターンである反転凹凸パターンを樹脂部に形成する反転凹凸パターン形成工程と、反転凹凸パターン形成工程の後に、シリコン含有樹脂層及び樹脂部をマスクとして用いて絶縁層をエッチングすることにより、樹脂部の反転凹凸パターンに対応した絶縁層凹凸パターンを絶縁層に形成する絶縁層凹凸パターン形成工程と、絶縁層凹凸パターン形成工程の後に、シリコン含有樹脂層及び樹脂部を除去する除去工程と、絶縁層凹凸パターン形成工程の後に、絶縁層をマスクとして用いて基体本体部をエッチングすることにより、絶縁層凹凸パターンに対応した回折格子を基体本体部に形成する基体エッチング工程とを備え、紫外線硬化樹脂は、シリコン非含有樹脂であり、絶縁層は、基体本体部の上面の材料とは異なる材料からなり、樹脂パターン露出工程では、樹脂部に対するエッチングレートよりもシリコン含有樹脂層に対するエッチングレートの方が高いエッチング法によってシリコン含有樹脂層の前記一部をエッチングし、反転凹凸パターン形成工程では、絶縁層に対するエッチングレートよりも樹脂部に対するエッチングレートの方が高いエッチング法によって露出した樹脂部の樹脂パターンの凸部をエッチングし、絶縁層凹凸パターン形成工程では、基体本体部の上面の材料に対するエッチングレートよりも絶縁層に対するエッチングレートの方が高いエッチング法によって絶縁層をエッチングすることを特徴とする。 Further, the method for forming a diffraction grating according to the present invention is a method for forming a diffraction grating by a nanoimprint method, and a substrate forming step of forming a substrate having a substrate body and an insulating layer provided on the substrate body. And a resin pattern forming step of forming a resin pattern on the resin portion on the substrate by any one of the resin pattern forming methods described above after the substrate forming step, and a resin portion formed on the silicon-containing resin layer after the resin pattern forming step. And using the silicon-containing resin layer as a mask after the resin pattern exposing step of exposing the convex portions of the resin pattern of the resin portion by etching a part of the silicon-containing resin layer and etching the part of the silicon-containing resin layer By etching the convex part of the resin pattern of the exposed resin part and forming a hole that penetrates the resin part and reaches the insulating layer, the resin pattern After the reverse concavo-convex pattern forming step for forming the reverse concavo-convex pattern, which is the concavo-convex reverse pattern, and the reverse concavo-convex pattern forming step, by etching the insulating layer using the silicon-containing resin layer and the resin portion as a mask, An insulating layer uneven pattern forming step for forming an insulating layer uneven pattern corresponding to the inverted uneven pattern of the resin portion on the insulating layer, and a removing step for removing the silicon-containing resin layer and the resin portion after the insulating layer uneven pattern forming step, After the insulating layer concavo-convex pattern forming step, the substrate main body portion is etched using the insulating layer as a mask to form a diffraction grating corresponding to the insulating layer concavo-convex pattern on the substrate main body portion, and UV curing The resin is a silicon-free resin, and the insulating layer is made of a material different from the material of the upper surface of the base body. In the resin pattern exposure step, the part of the silicon-containing resin layer is etched by an etching method in which the etching rate for the silicon-containing resin layer is higher than the etching rate for the resin portion. Etching the resin pattern protrusions of the resin part exposed by the etching method with a higher etching rate for the resin part than the etching rate, and in the insulating layer uneven pattern forming step, the etching rate for the material on the upper surface of the substrate body part The insulating layer is etched by an etching method having a higher etching rate with respect to the insulating layer.
本発明に係る回折格子の形成方法によれば、上述のいずれかの樹脂パターン形成方法によって、樹脂パターンを形成しているため、樹脂パターンを形成する際に生じるバリの高さを低減させることが可能となる。その結果、回折格子形成時におけるバリの存在に起因する不具合を低減させることができる。 According to the method for forming a diffraction grating according to the present invention, since the resin pattern is formed by any one of the resin pattern forming methods described above, the height of burrs generated when the resin pattern is formed can be reduced. It becomes possible. As a result, it is possible to reduce defects caused by the presence of burrs when forming the diffraction grating.
さらに、本発明に係る回折格子の形成方法においては、絶縁層凹凸パターンが形成された絶縁層をマスクとして用いて基体本体部をエッチングすることにより、回折格子を基体本体部に形成している。ここで、絶縁層凹凸パターンの形成は、樹脂パターン形成工程において樹脂部に樹脂パターンを形成した後、シリコン含有樹脂層、樹脂部、及び、絶縁層をそれぞれ順に選択的にエッチングすることによって、行っている。そのため、基体本体部の上面の平坦性が悪く、その平坦性の悪さに起因して樹脂部の樹脂パターンの厚さにばらつきがあっても、このばらつきが基体本体部に形成される回折格子の形状に与える影響は低減される。その上、基体エッチング工程において基体本体部に形成される回折格子の凹部の深さは、絶縁層をマスクとして用いた基体本体部のエッチング時間によって正確に制御可能である。 Furthermore, in the method for forming a diffraction grating according to the present invention, the diffraction grating is formed on the base body by etching the base body using the insulating layer on which the insulating layer uneven pattern is formed as a mask. Here, the formation of the concave / convex pattern of the insulating layer is performed by selectively etching the silicon-containing resin layer, the resin portion, and the insulating layer in order after forming the resin pattern on the resin portion in the resin pattern forming step. ing. Therefore, even if the flatness of the upper surface of the base body portion is poor and the thickness of the resin pattern of the resin portion varies due to the poor flatness, this variation is caused by the diffraction grating formed on the base body portion. The influence on the shape is reduced. In addition, the depth of the concave portion of the diffraction grating formed in the base body portion in the base body etching step can be accurately controlled by the etching time of the base body portion using the insulating layer as a mask.
また、本発明に係る他の態様の回折格子の形成方法は、ナノインプリント法による回折格子の形成方法であって、上述のいずれかの樹脂パターン形成方法によって、基体上の樹脂部に樹脂パターンを形成する樹脂パターン形成工程と、樹脂パターン形成工程の後に、樹脂部及び基体をエッチングすることにより、樹脂パターンに対応した回折格子を基体に形成する基体エッチング工程とを備えることを特徴とする。 The diffraction grating forming method according to another aspect of the present invention is a method for forming a diffraction grating by a nanoimprint method, and a resin pattern is formed on a resin portion on a substrate by any one of the resin pattern forming methods described above. And a substrate etching step of forming a diffraction grating corresponding to the resin pattern on the substrate by etching the resin portion and the substrate after the resin pattern forming step.
本発明に係る他の態様の回折格子の形成方法によれば、上述のいずれかの樹脂パターン形成方法によって、樹脂パターンを形成しているため、樹脂パターンを形成する際に生じるバリの高さを低減させることが可能となる。その結果、回折格子形成時におけるバリの存在に起因する不具合を低減させることができる。 According to the diffraction grating forming method of another aspect of the present invention, since the resin pattern is formed by any of the above-described resin pattern forming methods, the height of burrs generated when forming the resin pattern is reduced. It can be reduced. As a result, it is possible to reduce defects caused by the presence of burrs when forming the diffraction grating.
さらに、本発明に係る上述の各回折格子の形成方法において、基体は、半導体材料を有し、基体エッチング工程において形成される回折格子は、分布帰還型半導体レーザの回折格子であることができる。 Further, in the above-described method for forming each diffraction grating according to the present invention, the base body may include a semiconductor material, and the diffraction grating formed in the base body etching step may be a diffraction grating of a distributed feedback semiconductor laser.
本発明によれば、バリの高さを低減させることが可能なナノインプリント法による樹脂パターン形成方法、及び、これを利用した回折格子の形成方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the resin pattern formation method by the nanoimprint method which can reduce the height of a burr | flash, and the formation method of a diffraction grating using the same are provided.
以下、実施の形態に係るナノインプリント法による樹脂パターン形成方法及び回折格子の形成方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。 Hereinafter, a resin pattern formation method and a diffraction grating formation method by a nanoimprint method according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used for the same elements when possible. In addition, the dimensional ratios in the components in the drawings and between the components are arbitrary for easy viewing of the drawings.
(第1実施形態)
まず、第1実施形態に係るナノインプリント法による樹脂パターン形成方法及び回折格子の形成方法を利用した分布帰還型半導体レーザの製造方法について説明する。
(First embodiment)
First, a manufacturing method of a distributed feedback semiconductor laser using a resin pattern forming method by a nanoimprint method and a diffraction grating forming method according to the first embodiment will be described.
図1は、本実施形態の回折格子の形成方法を示すフローチャートであり、図2は、本実施形態の樹脂パターン形成方法を示すフローチャートである。 FIG. 1 is a flowchart showing a method for forming a diffraction grating according to this embodiment, and FIG. 2 is a flowchart showing a resin pattern forming method according to this embodiment.
図1に示すように、本実施形態の回折格子の形成方法は、基体形成工程S1と、樹脂パターン形成工程S3と、シリコン含有樹脂層で覆う工程S5と、樹脂パターン露出工程S7と、反転凹凸パターン形成工程S9と、絶縁層凹凸パターン形成工程S11と、除去工程S13と、基体エッチング工程S15と、を備える。ここで、本実施形態の樹脂パターン形成方法は、樹脂パターン形成工程S3に対応する。図2に示すように、樹脂パターン形成工程S3は、モールド準備工程S3−1と、濡れ性変更工程S3−2と、樹脂部形成工程S3−3と、押し付け工程S3−5と、硬化工程S3−7と、離間工程S3−9と、判定工程S3−11と、を有する。また、以下、これらの工程の詳細について説明する。 As shown in FIG. 1, the method of forming a diffraction grating according to the present embodiment includes a base body forming step S1, a resin pattern forming step S3, a step S5 covered with a silicon-containing resin layer, a resin pattern exposing step S7, and an inversion unevenness. A pattern forming step S9, an insulating layer uneven pattern forming step S11, a removing step S13, and a substrate etching step S15 are provided. Here, the resin pattern forming method of the present embodiment corresponds to the resin pattern forming step S3. As shown in FIG. 2, the resin pattern forming step S3 includes a mold preparing step S3-1, a wettability changing step S3-2, a resin part forming step S3-3, a pressing step S3-5, and a curing step S3. -7, separation step S3-9, and determination step S3-11. Details of these steps will be described below.
(基体形成工程)
図3(A)は、基体形成工程を説明するための基体本体部の平面図であり、図3(B)は、図3(A)のIIIB−IIIB線に沿った基体本体部の断面を示す図である。
(Substrate formation process)
3A is a plan view of the base body portion for explaining the base body forming step, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the base body portion taken along the line IIIB-IIIB in FIG. FIG.
基体形成工程S1では、まず図3(B)に示すように、例えば有機金属気相成長法によって、半導体基板1上に、第1クラッド層3、第1光閉じ込め層5、活性層7、第2光閉じ込め層9、及び、半導体層11をこの順に形成する。半導体基板1、第1クラッド層3、第1光閉じ込め層5、活性層7、第2光閉じ込め層9、及び、半導体層11で基体本体部13となる。なお、図3(A)(B)においては、直交座標系2が示されており、半導体基板1の厚さ方向にZ軸を設定し、それと垂直な方向にX軸とY軸をそれぞれ設定している。半導体基板1の主面及び裏面は、それぞれXY平面と平行となり、第1クラッド層3、第1光閉じ込め層5、活性層7、第2光閉じ込め層9、及び、半導体層11の積層方向は、Z軸に沿っている。なお、図3(A)(B)以降の各図においても、必要に応じて直交座標系2を示している。
In the substrate forming step S1, first, as shown in FIG. 3B, the
半導体基板1は、第1導電型(例えばn型)の半導体基板であり、例えば、InPやGaN等のIII-V族化合物半導体からなる。第1クラッド層3は、第1導電型の例えばInPやGaN等のIII-V族化合物半導体からなる。第1光閉じ込め層5は、第1導電型の例えばGaInAsP等のIII−V族化合物半導体からなる。活性層7は、例えば、MQW(多重量子井戸)構造やSQW(単一量子井戸)構造を有する。活性層7は、例えば、GaInAsPやAlGaInAs等のIII-V族化合物半導体からなる。第2光閉じ込め層9は、第2導電型(第1導電型がn型の場合、p型)の例えばGaInAsP等のIII−V族化合物半導体からなる。半導体層11は、第2導電型の例えばGaInAsP等のIII−V族化合物半導体からなる。半導体層11には、後の工程において、回折格子11Pが形成される(図11(A)参照)。なお、第1光閉じ込め層5及び第2光閉じ込め層9を形成しなくてもよい。
The
また、図3(A)に示すように、半導体層11は、複数の仮想領域11Aを有している。後述のように、半導体層11上の樹脂部は、各仮想領域11A上の各領域ごとに、順にナノインプリント法によってモールドのマスターパターンが転写される(即ち、樹脂パターン33が形成される)。半導体基板1が例えば直径2インチの円板形状である場合、仮想領域11AのX軸方向の長さ及びY軸方向の長さは、例えばそれぞれ10mm及び10mmとすることができる。
As shown in FIG. 3A, the
図4は、基体形成工程を説明するための基体の断面を示す図である。上述のように基体本体部13を形成した後、図4に示すように、基体本体部13上に絶縁層15及び密着層17をこの順に形成する。絶縁層15は、例えばプラズマ化学気相成長法によって形成することができる。密着層17は、例えばスピンコーティング法によって形成することができる。このようにして、基体本体部13、絶縁層15、及び、密着層17からなる基体19が形成される。なお、密着層17は形成しなくてもよい。この場合、基体本体部13と絶縁層15とで、基体19となる。
FIG. 4 is a view showing a cross section of a base for explaining the base formation step. After the
絶縁層15は、基体本体部13の上面13uの材料、即ち、本実施形態においては、基体本体部13の最上層の半導体層11を構成する材料とは異なる材料からなる。絶縁層15を構成する材料としては、例えば、酸化シリコン(SiO2)、窒化酸化シリコン(SiON)、や窒化シリコン(SiN)等のシリコン化合物を用いることができる。絶縁層15の厚さは、30nm以上、50nm以下であることが好ましい。絶縁層15の厚さが30nm以上であれば、後述のように、基体エッチング工程S15において、回折格子11Pのライン部11Mの幅が、絶縁層15のライン部15Mの幅よりも細くなることを十分に抑制することができる(図10(A)及び図11(A)参照)。また、絶縁層15の厚さが50nm以下であれば、後述の絶縁層凹凸パターン形成工程S11において、シリコン含有樹脂層37が残存している間に絶縁層15を抜ききって絶縁層凹凸パターン15Pを形成することが容易となる(図10(A)参照)。
The insulating
密着層17は、絶縁層15と後述の樹脂部33(図6(B)参照)との密着性を向上させるために設けられた層である。密着層17を構成する材料としては、例えば、ブリューワサイエンス社製DUV40等のノボラック系樹脂を用いることができる。密着層17の厚さは、50nm以上、80nm以下であることが好ましい。密着層17の厚さが50nm以上であれば、半導体基板1の表面の平坦性が低い場合であっても、密着層17の表面の平坦性を十分に高くすることが可能となる。また、密着層17の厚さが80nm以下であれば、後述の反転凹凸パターン形成工程S9において、シリコン含有樹脂層37が残存している間に密着層17を抜ききって反転凹凸パターン33P2を形成することが容易となる(図9(B)参照)。
The
(樹脂パターン形成工程)
上述のように、樹脂パターン形成工程S3は、モールド準備工程S3−1と、濡れ性変更工程S3−2と、樹脂部形成工程S3−3と、押し付け工程S3−5と、硬化工程S3−7と、離間工程S3−9と、判定工程S3−11と、を含んでいる。
(Resin pattern forming process)
As described above, the resin pattern forming step S3 includes the mold preparing step S3-1, the wettability changing step S3-2, the resin part forming step S3-3, the pressing step S3-5, and the curing step S3-7. And a separation step S3-9 and a determination step S3-11.
(モールド準備工程)
図5(A)は、モールド準備工程で準備されるモールドの断面を示す図であり、図5(B)は、モールド準備工程で準備されるモールドを示す平面図である。モールド準備工程S3−1においては、ナノインプリント法によるパターン転写に使用されるモールドが準備される。
(Mold preparation process)
FIG. 5A is a diagram showing a cross section of the mold prepared in the mold preparation process, and FIG. 5B is a plan view showing the mold prepared in the mold preparation process. In the mold preparation step S3-1, a mold used for pattern transfer by the nanoimprint method is prepared.
図5(A)及び図5(B)に示すように、モールド準備工程S3−1で準備されるモールド21は、XY平面に沿って広がる矩形の平板状のモールド基体部23と、モールド基体部23に設けられ、モールド基体部23の厚さ方向(Z軸に沿った方向)に盛り上がる盛り上げ部25と、を有する。本実施形態では、モールド基体部23と盛り上げ部25は一体形成されているが、図5(A)においては、便宜上、これらの境界を破線で示している。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
盛り上げ部25の上面、即ち、盛り上げ部25のZ軸負側の面は、XY平面に沿って延びるパターン面25Fである。パターン面25Fには、凹凸パターンからなるナノインプリント用のマスターパターン25Pが形成されている。パターン面25Fの端部からモールド基体部23に至る面は、盛り上げ部25の側面25Sとなる。
The upper surface of the raised
本実施形態では、マスターパターン25Pは、Z軸に沿った方向に突き出る凸部である複数のライン部25Mと、Z軸に沿った方向に窪む凹部である複数のスペース部25Vとからなる。マスターパターン25Pは、ライン部25Mとスペース部25VとがX軸に沿った方向に交互に周期的に並んだラインアンドスペースパターンである。
In the present embodiment, the
複数のライン部25Mは、それぞれ略同形であり、それぞれY軸に沿った方向に延びている。各ライン部25MのXZ面に沿った断面は、矩形状である。各ライン部25MのX軸に沿った方向の幅L25Mは、後述のように、回折格子11Pのライン部11Mの幅が光通信用半導体レーザで一般に使用される発振波長に対応した幅となるように(図11(A)参照)、100nm〜150nmとすることができる。複数のスペース部25Vは、それぞれ略同形であり、それぞれY軸に沿った方向に延びている。各スペース部25VのXZ面に沿った断面は、矩形状である。各スペース部25VのX軸に沿った方向の幅L25Vは、例えば、70nm〜150nmとすることができる。幅L25Vが70nm以上であれば、後述の離間工程S3−9において、マスターパターン25P内で硬化した樹脂部33をモールド21から容易に離間させることが可能となる(図8(A)参照)。また、幅L25Vが150nm以下であれば、後述のように、回折格子11Pのスペース部11Vの幅が、光通信用半導体レーザで一般に使用される発振波長に対応した幅となるようにすることができる。
The plurality of
本実施形態では、ライン部25Mの幅L25Mとスペース部25Vの幅L25Vは略等しく、ライン部25MのZ軸に沿った方向の高さD25Lは、スペース部25VのZ軸に沿った方向の高さと略等しい。スペース部25Vの形状を矩形状に保つために、スペース部25Vのアスペクト比は2以下であることが好ましい。この観点から、高さD25Lは、140nm〜300nmとすることができる。マスターパターン25PのX軸に沿った方向の凹凸形状の周期λ25(即ち、一つのライン部25Mの幅L25Mと、一つのスペース部25Vの幅L25Vの合計値)は、後述のように、回折格子11Pの周期λ11が光通信用半導体レーザで一般に使用される発振波長に対応した周期となるように、200nm〜250nmとすることができる。マスターパターン25PのX軸方向の長さとY軸方向の長さは、一般的な半導体基板1の平坦度を考慮して、例えばそれぞれ5mm〜20mm及び5mm〜20mmとすることができる。
In the present embodiment, the width L25M of the
盛り上げ部25のZ軸に沿った方向の高さ(即ち、パターン面25Fからモールド基体部23までの長さ)は、例えば、10μm〜20μmとすることができる。パターン面25Fと側面25Sとが成す内角θ25は、例えば、60度〜75度することができる。
The height in the direction along the Z axis of the raised portion 25 (that is, the length from the
モールド基体部23及び盛り上げ部25は、例えば、石英、シリコーン樹脂等の材料で構成されている。石英及びシリコーン樹脂は、後述のように紫外線35(図7(B)参照)を透過させるため、好ましい。
The
(濡れ性変更工程)
図6(A)は、濡れ性変更工程を説明するための基体等の断面を示す図である。本実施形態の濡れ性変更工程S3−2においては、図6(A)に示すように、基体19の上面19uの、後述の樹脂部33(図6(B)参照)に対する濡れ性を増加させる処理を行う。具体的には、例えば、図6(A)に示すように、基体19の上面19uを酸素プラズマ31によって表面処理することにより、基体19の上面19uの樹脂部33に対する濡れ性を増加させる。酸素プラズマ31による表面処理によれば、基体19の上面19uの樹脂部33に対する濡れ性を容易に増加させることができる。この場合における濡れ性の増加は、酸素プラズマ31による表面処理によって、上面19uに親水基である水酸基が形成されることに起因すると考えられる。酸素プラズマ31による表面処理の他に、硫酸と過酸化水素の混合液によるウエット洗浄やアンモニアによるアルカリ処理によって、基体19の上面19uの樹脂部33に対する濡れ性を増加させることもできる。その後、後述の離間工程S3−9において樹脂部33とモールド21とを離間しやすくするために、HMDS(ヘキサメチルジンラザン)を気相又は液相で上面19u上にコーティングしてもよい(図8(A)参照)。また、樹脂部33にフッ素を添加することによっても、同様の効果(樹脂部33とモールド21とを離間しやすくする効果)が得られる。
(Wettability change process)
FIG. 6A is a diagram showing a cross-section of the substrate and the like for explaining the wettability changing step. In the wettability changing step S3-2 of the present embodiment, as shown in FIG. 6A, the wettability of the
(樹脂パターン形成工程)
上述の濡れ性変更工程S3−2の後に、樹脂パターン形成工程S3が行われる。図6(B)は、樹脂パターン形成工程を説明するための基体等の断面を示す図である。樹脂パターン形成工程S3では、図6(B)に示すように、基体19の上面19u上に、紫外線硬化樹脂からなる樹脂部33を形成する。樹脂部33は、液状等の流動性を有する状態である。また、樹脂部33は、後述のシリコン含有樹脂層37(図8(B)参照)とは異なり、シリコンを実質的に含まない紫外線硬化樹脂である。ここで、樹脂部33のシリコン含有率が0.1原子%以下であれば、樹脂部33はシリコンを実質的に含まないとみなすことができる。樹脂部33を構成する紫外線硬化樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂を用いることができる。
(Resin pattern forming process)
Resin pattern formation process S3 is performed after the above-mentioned wettability change process S3-2. FIG. 6B is a diagram showing a cross section of the base body and the like for explaining the resin pattern forming step. In the resin pattern forming step S3, as shown in FIG. 6B, a
本実施形態においては、基体19の上面19uのうち、一つの仮想領域11Aの上方の面に樹脂部33を形成する。樹脂部33の形成は、例えば、液状の紫外線硬化樹脂を、基体19の上面19u上に滴下することにより、行うことができる。本実施形態では、樹脂部33は互いに分離した複数の部分からなるが、樹脂部33は一つの部分からなってもよい。
In the present embodiment, the
(押し付け工程)
樹脂部形成工程S3−3の後に、押し付け工程S3−5が行われる。図7(A)は、押し付け工程を説明するための、基体及びモールド等の断面を示す図である。
(Pressing process)
A pressing step S3-5 is performed after the resin portion forming step S3-3. FIG. 7A is a diagram illustrating a cross section of the base, the mold, and the like for explaining the pressing step.
押し付け工程S3−5では、モールド21のパターン面25Fを、基体19の上面19uのうち、一つの仮想領域11A上の面に対向させた後、図7(A)に示すように、パターン面25Fを樹脂部33に押し付ける。この際、基体19の上面19uとパターン面25Fとは、略平行となるようにする。パターン面25Fを樹脂部33に押し付けた際のモールド21と基体19との間の距離、即ち、パターン面25Fから上面19uまでの距離は、石英等の板状基板のウェットエッチングによる掘り込みで盛り上げ部25を形成する際に生じるサイドエッチングに対するマージンを考慮して、例えば100μm〜200μmとすることができる。パターン面25Fが押し付けられた樹脂部33の一部は、マスターパターン25Pと樹脂部33との接触領域の外側に押し出され、はみ出し部33b1となる。
In the pressing step S3-5, the
上述の濡れ性変更工程S3−2において、基体19の上面19uの樹脂部33に対する濡れ性を増加させているため、濡れ性変更工程S3−2が行われなかった場合と比較して、上面19uに対するはみ出し部33b1の接触角θ33は小さくなる。また、接触角θ33が、5度以上、10度以下となるように、濡れ性変更工程S3−2は行われることが好ましい。何故なら、接触角θ33が5度以上であると、はみ出し部33b1のX軸に沿った方向の幅を十分に短くすることができ、後に形成されるバリ33b2(図7(B)参照)のX軸に沿った方向の幅も十分に短くすることができるからであり、また、接触角θ33が10度以下であると、はみ出し部33b1のZ軸に沿った方向の高さを十分に低くすることができ、後に形成されるバリ33b2のZ軸に沿った方向の高さも十分に低くすることができるからである。
In the above-described wettability changing step S3-2, the wettability with respect to the
(硬化工程)
押し付け工程S3−5の後に、硬化工程S3−7が行われる。図7(B)は、硬化工程を説明するための基体及びモールド等の断面を示す図である。
(Curing process)
A curing step S3-7 is performed after the pressing step S3-5. FIG. 7B is a diagram showing a cross section of the base, the mold, and the like for explaining the curing process.
硬化工程S3−7では、パターン面25Fを樹脂部33に押し付けた状態で、樹脂部33に紫外線を照射し、樹脂部33を硬化させる。モールド21が紫外線を透過させる部材で構成されている場合、硬化工程S3−7において、図7(B)に示すように、モールド21の上方から樹脂部33に向けて紫外線35を照射することができる。紫外線35はモールド21を透過して樹脂部33に到達し、樹脂部33を硬化させる。これにより、はみ出し部33b1も硬化され、バリ33b2となる。このようにして、樹脂部33には、マスターパターン25Pの転写パターンである樹脂パターン33P1が固定化される。
In the curing step S3-7, the
(離間工程)
硬化工程S3−7の後に、離間工程S3−9が行われる。図8(A)は、離間工程を説明するための基体及びモールド等の断面を示す図である。
(Separation process)
After the curing step S3-7, a separation step S3-9 is performed. FIG. 8A is a diagram showing a cross section of the base and the mold for explaining the separation step.
離間工程S3−9では、図8(A)に示すように、モールド21を樹脂部33から離間させる。このようにして、樹脂部33には、樹脂パターン33P1が形成される。樹脂パターン33P1は、マスターパターン25Pの転写パターンであるため、本実施形態では、樹脂パターン33P1はラインアンドスペースパターンである。具体的には、樹脂パターン33P1は、Z軸に沿った方向に突き出る凸部である複数のライン部33M1と、Z軸に沿った方向に窪む凹部である複数のスペース部33V1とからなる。樹脂パターン33P1は、ライン部33M1とスペース部33V1とがX軸に沿った方向に交互に周期的に並んだラインアンドスペースパターンである。
In the separation step S3-9, the
各ライン部33M1は、それぞれ略同形であり、それぞれY軸に沿った方向に延びている。各ライン部33M1のXZ面に沿った断面は、矩形状である。各ライン部33M1のX軸に沿った方向の幅及びZ軸に沿った方向の高さは、それぞれマスターパターン25Pのスペース部25Vの幅L25V及び高さD25Lに略等しい(図5(A)(B)参照)。複数のスペース部33V1は、それぞれ略同形であり、それぞれY軸に沿った方向に延びている。各スペース部33V1のXZ面に沿った断面は、矩形状である。各スペース部33V1のX軸に沿った方向の幅L及びZ軸に沿った方向の高さは、それぞれマスターパターン25Pのライン部25Mの幅L25M及び高さD25Lに略等しい(図5(A)(B)参照)。また、樹脂パターン33P1のX軸に沿った方向の凹凸形状の周期λ331(即ち、一つのライン部33M1の幅と、一つのスペース部33V1の幅の合計値)は、マスターパターン25Pの周期λ25(図5(B)参照)と等しい。
Each line portion 33M1 has substantially the same shape, and extends in the direction along the Y axis. The cross section along the XZ plane of each line portion 33M1 is rectangular. The width in the direction along the X axis and the height in the direction along the Z axis of each line portion 33M1 are substantially equal to the width L25V and the height D25L of the
(判定工程)
上述のように、一つの仮想領域11Aの上方の樹脂部33に樹脂パターン33P1を形成した後、判定工程S3−11において、他の仮想領域11Aの上方の樹脂部33に、樹脂パターン33P1を形成すべき領域が残っているか否かを判定する。樹脂パターン33P1を形成すべき領域が残っている場合、図2に示すように、樹脂パターン33P1を形成すべき領域について、濡れ性変更工程S3−2から離間工程S3−9までの一連の工程を繰り返す。ここで、他の仮想領域11Aについて、既に濡れ性変更工程S3−2が行われている場合、樹脂パターン33P1を形成すべき領域について、樹脂部形成工程S3−3から離間工程S3−9までの一連の工程を繰り返せばよい。また、他の仮想領域11Aについて、既に濡れ性変更工程S3−2及び樹脂部形成工程S3−3が行われている場合、樹脂パターン33P1を形成すべき領域について、押し付け工程S3−5から離間工程S3−9までの一連の工程を繰り返せばよい。樹脂パターン33P1を形成すべき領域が残っていない場合、樹脂パターン形成工程S3は終了となる。なお、離間工程S3−9と判定工程S3−11との間、又は、判定工程S3−11とシリコン含有樹脂層で覆う工程S5との間に、バリ33b2を除去する工程を行ってもよい。バリ33b2の除去は、例えば、酸素プラズマ処理法等のドライエッチング法を用いることができる。
(Judgment process)
As described above, after the resin pattern 33P1 is formed on the
(シリコン含有樹脂層で覆う工程)
樹脂パターン形成工程S3の後に、シリコン含有樹脂層で覆う工程S5が行われる。図8(B)は、シリコン含有樹脂層で覆う工程を説明するための基体等の断面を示す図である。シリコン含有樹脂層で覆う工程S5においては、樹脂部33をシリコン含有樹脂層37で覆う。これにより、樹脂パターン33P1は、シリコン含有樹脂層37によって埋め込まれる。
(Process of covering with silicon-containing resin layer)
After the resin pattern forming step S3, a step S5 of covering with the silicon-containing resin layer is performed. FIG. 8B is a diagram showing a cross section of the base body and the like for explaining the step of covering with the silicon-containing resin layer. In step S5 of covering with the silicon-containing resin layer, the
シリコン含有樹脂層37を構成するシリコン含有樹脂としては、例えば、有機珪素化合物等を用いることができる。また、シリコン含有樹脂層37を構成するシリコン含有樹脂中のシリコン(Si)の割合は、10原子%以上、30原子%以下であることが好ましい。何故なら、シリコン含有樹脂中のシリコンの割合が10原子%以上であれば、樹脂パターン露出工程S7において、シリコン含有樹脂層37の樹脂部33に対するエッチング選択比を10以上とすることができるからであり、シリコン含有樹脂中のシリコンの割合が30原子%以下であれば、シリコン含有樹脂層37中のシリコンが酸化してSiO2が形成されることに起因してシリコン含有樹脂層37が脆くなることを十分に抑制することができるからである。
As the silicon-containing resin constituting the silicon-containing
(樹脂パターン露出工程)
続いて、樹脂パターン露出工程S7が行われる。図9(A)は、樹脂パターン露出工程を説明するための基体等の断面を示す図である。樹脂パターン露出工程S7では、シリコン含有樹脂層37の一部をエッチングすることにより、樹脂部33の樹脂パターン33P1のライン部33M1を露出させる。この際、樹脂部33に対するエッチングレートよりも、シリコン含有樹脂層37に対するエッチングレートの方が高いエッチング法を用いる。このようなエッチング法をしては、例えば、図9(A)に示すように、CF4(四フッ化メタン)ガスとO2(酸素)ガスの混合ガスプラズマをエッチングガス32として用いた反応性イオンエッチング法を挙げることができる。樹脂部33に対するエッチングレートよりも、シリコン含有樹脂層37に対するエッチングレートの方が高いエッチング法を用いるため、ライン部33M1が露出した時点で容易にこのエッチングを止めることができる。
(Resin pattern exposure process)
Subsequently, a resin pattern exposure step S7 is performed. FIG. 9A is a view showing a cross section of a base body and the like for explaining the resin pattern exposure step. In the resin pattern exposing step S7, a part of the silicon-containing
混合ガスプラズマをエッチングガス32として用いた反応性イオンエッチング法によってシリコン含有樹脂層37の一部をエッチングする際のCF4(四フッ化メタン)ガスとO2(酸素)ガスの混合比は、分圧比で10:1〜5:1の範囲内であることが好ましい。何故なら、これらの混合比が、分圧比で5:1であるか、又は、これらの混合比が5:1であるときよりもO2(酸素)ガスの割合が小さいと、シリコン含有樹脂層37中のシリコンが酸化してSiO2が形成されることに起因してシリコン含有樹脂層37が脆くなることを十分に抑制することができるからであり、これらの混合比が分圧比で10:1であるか、又は、これらの混合比が10:1であるときよりもCF4(四フッ化メタン)ガスの割合が小さいと、フルオロカーボン系の生成物によりシリコン含有樹脂層37のエッチングが妨害されることを十分に抑制することができる。
The mixing ratio of CF 4 (tetrafluoromethane) gas and O 2 (oxygen) gas when etching a part of the silicon-containing
(反転凹凸パターン形成工程)
続いて、反転凹凸パターン形成工程S9を行う。図9(B)は、反転凹凸パターン形成工程を説明するための基体等の断面を示す図である。反転凹凸パターン形成工程S9では、シリコン含有樹脂層37をマスクとして用いて、樹脂部33の樹脂パターン33P1のライン部33M1をエッチングする。この際、絶縁層15に対するエッチングレートよりも樹脂部33に対するエッチングレートの方が高いエッチング法を用いる。このようなエッチングとしては、例えば、O2(酸素)ガスをエッチングガス34として用いた反応性イオンエッチング法を用いることができる。絶縁層15に対するエッチングレートよりも樹脂部33に対するエッチングレートの方が高いエッチング法を用いているため、絶縁層15が露出した時点で容易にこのエッチングを止めることができる。
(Inverted uneven pattern forming process)
Subsequently, a reverse concavo-convex pattern forming step S9 is performed. FIG. 9B is a diagram showing a cross-section of the base body and the like for explaining the reverse concavo-convex pattern forming step. In the reverse concavo-convex pattern forming step S9, the line portion 33M1 of the resin pattern 33P1 of the
このエッチングにより、図9(B)に示すように、樹脂部33と密着層17の一部を除去し、樹脂部33及び密着層17を貫通して絶縁層15に至る孔部33hを形成する。これにより、樹脂部33に反転凹凸パターン33P2が形成される。反転凹凸パターン33P2は、Z軸に沿った方向に突き出る凸部である複数のライン部33M2と、Z軸に沿った方向に窪む凹部である複数のスペース部33V2とからなる。各ライン部33M2は、それぞれ略同形であり、それぞれY軸に沿った方向に延びている。各ライン部33M2のXZ面に沿った断面は、矩形状である。各スペース部33V2は、それぞれ略同形であり、それぞれY軸に沿った方向に延びている。各スペース部33V2のXZ面に沿った断面は、矩形状である。反転凹凸パターン33P2は、ライン部33M2とスペース部33V2とがX軸に沿った方向に交互に周期的に並んだラインアンドスペースパターンである。
By this etching, as shown in FIG. 9B, a part of the
反転凹凸パターン33P2は、樹脂パターン33P1(図8(A)(B)、図9(A)参照)の凹凸反転パターンである。具体的には、反転凹凸パターン33P2のスペース部33V2は、樹脂パターン33P1のライン部33M1の下に形成され、反転凹凸パターン33P2のライン部33M2は、樹脂パターン33P1のスペース部33V1の下に形成されている。そして、反転凹凸パターン33P2のX軸に沿った方向の凹凸形状の周期λ332(即ち、一つのライン部33M2の幅と、一つのスペース部33V2の幅の合計値)は、樹脂パターン33P1の周期λ331(図8(A)参照)と等しい。 The reverse concavo-convex pattern 33P2 is the concavo-convex reverse pattern of the resin pattern 33P1 (see FIGS. 8A and 8B and FIG. 9A). Specifically, the space portion 33V2 of the inverted uneven pattern 33P2 is formed below the line portion 33M1 of the resin pattern 33P1, and the line portion 33M2 of the inverted uneven pattern 33P2 is formed below the space portion 33V1 of the resin pattern 33P1. ing. The period λ 332 of the concavo-convex shape in the direction along the X axis of the inverted concavo-convex pattern 33P2 (that is, the total value of the width of one line portion 33M2 and the width of one space portion 33V2) is the period λ 331 of the resin pattern 33P1. (See FIG. 8A).
(絶縁層凹凸パターン形成工程)
反転凹凸パターン形成工程S9の後に、絶縁層凹凸パターン形成工程S11が行われる。図10(A)は、絶縁層凹凸パターン形成工程を説明するための基体等の断面を示す図である。絶縁層凹凸パターン形成工程S11では、シリコン含有樹脂層37及び樹脂部33をマスクとして用いて、絶縁層15の露出している領域をエッチングする。
(Insulating layer uneven pattern forming process)
After the inverted concavo-convex pattern forming step S9, an insulating layer concavo-convex pattern forming step S11 is performed. FIG. 10A is a diagram showing a cross-section of the base body and the like for explaining the insulating layer unevenness pattern forming step. In the insulating layer uneven pattern forming step S11, the exposed region of the insulating
この際、基体本体部13の上面13uの材料(即ち、基体本体部13の最上層(半導体層11)を構成する材料)に対するエッチングレートよりも絶縁層15に対するエッチングレートの方が高いエッチング法を用いる。このようなエッチングとしては、例えば、CF4(四フッ化メタン)ガスをエッチングガス36として用いた反応性イオンエッチング法を用いることができる。基体本体部13の上面13uの材料に対するエッチングレートよりも絶縁層15に対するエッチングレートの方が高いエッチング法を用いているため、基体本体部13が露出した時点で容易にこのエッチングを止めることができる。
At this time, an etching method in which the etching rate for the insulating
このエッチングにより、図10(A)に示すように、絶縁層15の一部除去し、絶縁層凹凸パターン15Pを絶縁層15に形成する。絶縁層凹凸パターン15Pは、Z軸に沿った方向に突き出る凸部である複数のライン部15Mと、Z軸に沿った方向に窪む凹部である複数のスペース部15Vとからなる。各ライン部15Mは、それぞれ略同形であり、それぞれY軸に沿った方向に延びている。各ライン部15MのXZ面に沿った断面は、矩形状である。各スペース部15Vは、それぞれ略同形であり、それぞれY軸に沿った方向に延びている。各スペース部15VのXZ面に沿った断面は、矩形状である。絶縁層凹凸パターン15Pは、ライン部15Mとスペース部15VとがX軸に沿った方向に交互に周期的に並んだラインアンドスペースパターンである。
By this etching, as shown in FIG. 10A, a part of the insulating
絶縁層凹凸パターン15Pは、反転凹凸パターン33P2(図9(B)参照)に対応する。具体的には、絶縁層凹凸パターン15Pのライン部15Mは、反転凹凸パターン33P2のライン部33M2の下に形成され、絶縁層凹凸パターン15Pのスペース部15Vは、反転凹凸パターン33P2のスペース部33V2の下に形成されている。そして、絶縁層凹凸パターン15PのX軸に沿った方向の凹凸形状の周期λ15(即ち、一つのライン部15Mの幅と、一つのスペース部15Vの幅の合計値)は、反転凹凸パターン33P2の周期λ332(図9(B)参照)と等しい。
The insulating layer
(除去工程)
絶縁層凹凸パターン形成工程S11の後に、除去工程S13が行われる。図10(B)は、除去工程を説明するための、基体本体部等の断面を示す図である。図10(B)に示すように、絶縁層凹凸パターン形成工程S11では、シリコン含有樹脂層37、樹脂部33、及び、密着層17を除去する。シリコン含有樹脂層37、樹脂部33、及び、密着層17の除去は、例えば、半導体層11及び絶縁層15に対するエッチングレートよりもシリコン含有樹脂層37、樹脂部33、及び、密着層17に対するエッチングレートの方が高いエッチング法を用いたエッチングによって行うことができる。このようなエッチング法としては、例えば、図10(B)に示すように、O2(酸素)ガスをエッチングガス38として用いた反応性イオンエッチング法を挙げることができる。
(Removal process)
After the insulating layer uneven pattern forming step S11, a removing step S13 is performed. FIG. 10B is a view showing a cross section of the base body portion and the like for explaining the removing step. As shown in FIG. 10B, in the insulating layer uneven pattern forming step S11, the silicon-containing
(基体エッチング工程)
除去工程S13の後に、基体エッチング工程S15が行われる。図11(A)は、基体エッチング工程を説明するための基体本体部等の断面を示す図である。
(Substrate etching process)
Substrate etching step S15 is performed after removal step S13. FIG. 11A is a view showing a cross section of the base body portion and the like for explaining the base body etching step.
図11(A)に示すように、基体エッチング工程S15では、絶縁層凹凸パターン15Pが形成された絶縁層15をマスクとして用いて基体本体部13の半導体層11をエッチングすることにより、基体本体部13の半導体層11に、回折格子11Pを形成する。この際に用いるエッチング法としては、例えば、CH4(メタン)ガスとH2(水素)ガスの混合ガスプラズマをエッチングガス40として用いた反応性イオンエッチング法を挙げることができる。
As shown in FIG. 11A, in the base body etching step S15, the base body body portion is etched by etching the
回折格子11Pは、Z軸に沿った方向に突き出る凸部である複数のライン部11Mと、Z軸に沿った方向に窪む凹部である複数のスペース部11Vとからなる。各ライン部11Mは、それぞれ略同形であり、それぞれY軸に沿った方向に延びている。各ライン部11MのXZ面に沿った断面は、矩形状である。各スペース部11Vは、それぞれ略同形であり、それぞれY軸に沿った方向に延びている。各スペース部11VのXZ面に沿った断面は、矩形状である。回折格子11Pは、ライン部11Mとスペース部11VとがX軸に沿った方向に交互に周期的に並んだラインアンドスペースパターンである。
The
回折格子11Pは、絶縁層凹凸パターン15Pに対応する。具体的には、回折格子11Pのライン部11Mは、絶縁層凹凸パターン15Pのライン部15Mの下に形成され、回折格子11Pのスペース部11Vは、絶縁層凹凸パターン15Pのスペース部15Vの下に形成されている。そして、回折格子11PのX軸に沿った方向の凹凸形状の周期λ11(即ち、一つのライン部11Mの幅と、一つのスペース部11Vの幅の合計値)は、絶縁層凹凸パターン15Pの周期λ15(図10(A)参照)と等しい。
The
なお、基体エッチング工程S15は、絶縁層凹凸パターン形成工程S11と除去工程S13との間に行われてもよい。 The base body etching step S15 may be performed between the insulating layer uneven pattern forming step S11 and the removing step S13.
以上の工程を経ることにより、回折格子11Pが形成される。
The
図11(B)は、絶縁層の除去工程を示すための基体本体部の断面を示す図である。基体エッチング工程S15の後、絶縁層15が不要である場合、図11(B)に示すように、絶縁層15を除去する工程を行う。絶縁層15の除去は、例えば、フッ酸水溶液による洗浄によって行うことができる。
FIG. 11B is a view showing a cross section of the base body portion for illustrating the step of removing the insulating layer. When the insulating
図12は、本実施形態に係るナノインプリント法による樹脂パターン形成方法及び回折格子の形成方法を利用して製造される分布帰還型半導体レーザの部分断面斜視図である。 FIG. 12 is a partial cross-sectional perspective view of a distributed feedback semiconductor laser manufactured by using a resin pattern forming method by a nanoimprint method and a diffraction grating forming method according to the present embodiment.
上述の一連の工程の後、図12に示すように、例えば有機金属気相成長法によって、回折格子11Pを形成した半導体層11上に埋め込み層41を形成する。埋め込み層41は回折格子11Pを埋め込んでいる。また、埋め込み層41は、第2導電型の例えばInP等のIII−V族化合物半導体からなる。埋め込み層41は、半導体層11と同様の材料から構成されていてもよいし、異なる材料から構成されていてもよい。半導体層11と埋め込み層41とで、第2クラッド層42となる。
After the series of steps described above, as shown in FIG. 12, a buried
その後、第2クラッド層42、第2光閉じ込め層9、活性層7、第1光閉じ込め層5及び第1クラッド層3をウェットエッチングすることにより半導体メサを形成する。さらに、その半導体メサを埋め込むメサ埋め込み層43を形成した後、メサ埋め込み層43及び第2クラッド層42上に第3クラッド層45を形成する。メサ埋め込み層43は、例えばFeがドープされたInP等の半絶縁性III-V族化合物半導体からなる。メサ埋め込み層43は、第1導電型のInP等からなるIII-V族化合物半導体層及び第2導電型のInP等からなるIII-V族化合物半導体層とが積層された積層構造を有してもよい。第3クラッド層45は、例えば第2導電型のInP等のIII-V族化合物半導体からなる。なお、第3クラッド層45を形成しなくてもよい。
Thereafter, the second cladding layer 42, the second
その後、第3クラッド層45上に、コンタクト層47及び上部電極49をこの順に形成する。コンタクト層47は、例えば第2導電型のGaInAs等のIII-V族化合物半導体からなる。上部電極49は、例えばTi/Pt/Auからなる積層構造を有する。また、半導体基板1の裏面上に下部電極51を形成する。下部電極51は、例えばAuGeNi合金からなる。上述の各工程を経ることによって、回折格子11Pを有する分布帰還型半導体レーザ60を製造することができる。
Thereafter, the contact layer 47 and the
上述のような本実施形態に係る樹脂パターン形成方法においては、濡れ性変更工程S3−2では、基体19の上面19uの樹脂部33に対する濡れ性を増加させている(図2及び図6(A)参照)。
In the resin pattern forming method according to this embodiment as described above, in the wettability changing step S3-2, the wettability with respect to the
そのため、押し付け工程S3−5において、樹脂部33のうち、モールド21のマスターパターン25Pと樹脂部33との接触領域の外側へ押し出されたはみ出し部33b1は、より小さい接触角θ33で基体19の上面19uに接する(図7(A)参照)。これにより、はみ出し部33b1が基体19の上面19uからモールド21の盛り上げ部25の側面25Sまで至ることは抑制される。そのため、このはみ出し部33b1が硬化してバリ33b2となっても、このバリ33b2が基体19の上面19uからモールド21の盛り上げ部25の側面25Sまで至ることを抑制することができるため、バリ33b2の高さは抑制される(図7(B)参照)。その結果、本実施形態に係る樹脂パターン形成方法によれば、樹脂パターン33P1を形成する際に生じるバリ33b2の高さを低減させることが可能となる。
Therefore, in the pressing step S3-5, the protruding portion 33b1 pushed out of the contact area between the
さらに、本実施形態に係る樹脂パターン形成方法において、濡れ性変更工程S3−2では、以下のような理由により、基体19の上面19uの樹脂部33に対する濡れ性と、モールド21の盛り上げ部25の側面25Sの樹脂部33に対する濡れ性との差が増加するように、基体19の上面19uの樹脂部33に対する濡れ性を増加させることが好ましい(図6(A)及び図7(A)参照)。
Furthermore, in the resin pattern forming method according to the present embodiment, in the wettability changing step S3-2, the wettability with respect to the
即ち、基体19の上面19uの樹脂部33に対する濡れ性と、モールド21の盛り上げ部25の側面25Sの樹脂部33に対する濡れ性との差が小さい程、押し付け工程S3−5において、樹脂部33のうち、モールド21のマスターパターン25Pと樹脂部33との接触領域の外側へ押し出されたはみ出し部33b1が、基体19の上面19uとモールド21の盛り上げ部25の側面25Sの両方に接触する傾向、言い換えると、はみ出し部33b1が基体19の上面19uからモールド21の盛り上げ部25の側面25Sまで至る傾向が強くなってしまう。そのため、濡れ性変更工程S3−2において基体19の上面19uの樹脂部33に対する濡れ性と、モールド21の盛り上げ部25の側面25Sの樹脂部33に対する濡れ性との差を増加させることにより、樹脂パターン33P1を形成する際に生じるバリ33b2の高さをより低減させることが可能となる(図7(B)参照)。
That is, the smaller the difference between the wettability of the
また、本実施形態に係る回折格子の形成方法によれば、上述のような本実施形態に係る樹脂パターン形成方法によって、樹脂パターン33P1を形成しているため、樹脂パターン33P1を形成する際に生じるバリ33b2の高さを低減させることが可能となる。その結果、回折格子11P形成時におけるバリ33b2の存在に起因する不具合を低減させることができる。
Further, according to the method for forming a diffraction grating according to the present embodiment, the resin pattern 33P1 is formed by the resin pattern forming method according to the present embodiment as described above, and thus occurs when the resin pattern 33P1 is formed. It becomes possible to reduce the height of the burr 33b2. As a result, it is possible to reduce problems caused by the presence of the burr 33b2 when forming the
さらに、本実施形態に係る回折格子の形成方法においては、絶縁層凹凸パターン15Pが形成された絶縁層15をマスクとして用いて基体本体部13をエッチングすることにより、回折格子11Pを基体本体部13に形成している(図10(B)及び図11(A)参照)。ここで、絶縁層凹凸パターン15Pの形成は、樹脂パターン形成工程S3において樹脂部33に樹脂パターン33P1を形成した後、シリコン含有樹脂層37、樹脂部33、及び、絶縁層15をそれぞれ順に選択的にエッチングすることによって、行っている(図7(A)〜図11(A)参照)。そのため、基体本体部13の上面13uの平坦性が悪く、その平坦性の悪さに起因して樹脂部33の樹脂パターン33P1の厚さにばらつきがあっても(図8(A)参照)、このばらつきが基体本体部13に形成される回折格子11Pの形状に与える影響は低減される。その上、基体エッチング工程S15において基体本体部13に形成される回折格子11Pの凹部(本実施形態では、スペース部11V)の深さは、絶縁層15をマスクとして用いた基体本体部13のエッチング時間によって正確に制御可能である(図11(A)参照)。
Furthermore, in the method for forming a diffraction grating according to the present embodiment, the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係るナノインプリント法による樹脂パターン形成方法及び回折格子の形成方法を利用した分布帰還型半導体レーザの製造方法について説明する。以降の各実施形態の説明においては、第1実施形態における符号と同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する場合がある。
(Second Embodiment)
Next, a distributed feedback semiconductor laser manufacturing method using the resin pattern forming method by the nanoimprint method and the diffraction grating forming method according to the second embodiment will be described. In the following description of each embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment are attached, and the detailed description thereof may be omitted.
本実施形態は、濡れ性変更工程S3−2の内容の点において、第1実施形態と異なる。 This embodiment is different from the first embodiment in terms of the content of the wettability changing step S3-2.
(濡れ性変更工程)
図13は、本実施形態の濡れ性変更工程を説明するためのモールドの断面を示す図である。本実施形態の濡れ性変更工程S3−2では、モールド21の盛り上げ部25の側面25Sの樹脂部33に対する濡れ性を減少させる処理を行う。具体的には、本実施形態においては、図13に示すように、モールド21の盛り上げ部25の側面25Sを、側面25Sの樹脂部33に対する濡れ性よりも樹脂部33に対する濡れ性が低いコーティング材料63でコーティングする。このようにして、側面25Sにコーティング材料63がコーティングされたモールド21Bを準備する。この場合、コーティング材料63の表面が、新たにモールド21Bの盛り上げ部25の側面25S2となる。
(Wettability change process)
FIG. 13 is a view showing a cross section of a mold for explaining the wettability changing step of the present embodiment. In the wettability changing step S <b> 3-2 of the present embodiment, a process of reducing wettability with respect to the
コーティング材料63としては、例えば、ダイキン工業社製オプツールDSX等のフッ素や、スリーエム製NovecEGC−1720やテフロン(登録商標)等のフッ素系樹脂等を用いることができる。特に、コーティング材料63としてフッ素系樹脂を用いた場合、モールド21の盛り上げ部25の側面25S2の樹脂部33に対する漏れ性を容易に減少させることができる。
As the
(押し付け工程)
図14は、本実施形態の押し付け工程を説明するための基体等の断面を示す図である。図14に示すように、本実施形態の押し付け工程S3−5においては、モールド21Bのパターン面25Fを、基体19の上面19uのうち、一つの仮想領域11A上の面に対向させた後、図16に示すように、パターン面25Fを樹脂部33に押し付ける。パターン面25Fが押し付けられた樹脂部33の一部は、パターン面25Fと樹脂部33との接触領域の外側に押し出され、はみ出し部33b1となる。
(Pressing process)
FIG. 14 is a view showing a cross section of a base body and the like for explaining the pressing step of the present embodiment. As shown in FIG. 14, in the pressing step S <b> 3-5 of the present embodiment, the
(硬化工程)
本実施形態の硬化工程S3−7は、第1実施形態の硬化工程S3−7と同様の工程である。即ち、押し付け工程S3−5の後に、硬化工程S3−7は行われる。図15は、硬化工程を説明するための基体等の断面を示す図である。
(Curing process)
The curing step S3-7 of the present embodiment is the same as the curing step S3-7 of the first embodiment. That is, the curing step S3-7 is performed after the pressing step S3-5. FIG. 15 is a view showing a cross section of a substrate and the like for explaining the curing step.
図15に示すように、硬化工程S3−7では、パターン面25Fを樹脂部33に押し付けた状態で、樹脂部33に紫外線を照射し、樹脂部33を硬化させる。これにより、はみ出し部33b1も硬化され、バリ33b2となる。このようにして、樹脂部33には、マスターパターン25Pの転写パターンである樹脂パターン33P1が固定化される。
As shown in FIG. 15, in the curing step S <b> 3-7, the
上述のような本実施形態に係る樹脂パターン形成方法においては、濡れ性変更工程S3−2では、モールド21の盛り上げ部25の側面25Sの樹脂部33に対する濡れ性を減少させている(図13参照)。
In the resin pattern forming method according to the present embodiment as described above, in the wettability changing step S3-2, the wettability of the
そのため、押し付け工程S3−5において、樹脂部33のうち、モールド21のマスターパターン25Pと樹脂部33との接触領域の外側へ押し出されたはみ出し部33b1は、モールド21の盛り上げ部25の側面25S2との接触角が大きい状態でしかモールド21の側面25S2と接触し得ない(図15参照)。これにより、このはみ出し部33b1は、モールド21の盛り上げ部25の側面25S2と接触し難くなるため、はみ出し部33b1が基体19の上面19uからモールド21の盛り上げ部25の側面25S2まで至ることは抑制される。その結果、このはみ出し部33b1が硬化してバリ33b2となっても、このバリ33b2が基体19の上面19uからモールド21の盛り上げ部25の側面25S2まで至ることを抑制することができるため、バリ33b2の高さは抑制される(図17参照)。その結果、本実施形態に係る樹脂パターン形成方法によれば、樹脂パターン33P1を形成する際に生じるバリ33b2の高さを低減させることが可能となる。
Therefore, in the pressing step S <b> 3-5, in the
さらに、本実施形態に係る樹脂パターン形成方法において、濡れ性変更工程S3−2では、以下のような理由により、モールド21の盛り上げ部25の側面25Sの樹脂部33に対する濡れ性と、基体19の上面19uの樹脂部33に対する濡れ性との差が増加するように、モールド21の盛り上げ部25の側面25Sの樹脂部33に対する濡れ性を減少させることが好ましい。
Furthermore, in the resin pattern forming method according to the present embodiment, in the wettability changing step S3-2, the wettability with respect to the
即ち、モールド21の盛り上げ部25の側面25Sの樹脂部33に対する濡れ性と、基体19の上面19uの樹脂部33に対する濡れ性との差が小さい程、押し付け工程S3−5において、樹脂部33のうち、モールド21のマスターパターン25Pと樹脂部33との接触領域の外側へ押し出されたはみ出し部33b1が、基体19の上面19uとモールド21の盛り上げ部25の側面25S(又は、側面25S2)の両方に接触する傾向、言い換えると、はみ出し部33b1が基体19の基体19からモールド21の盛り上げ部25の側面25S(又は、側面25S2)まで至る傾向が強くなってしまう。そのため濡れ性変更工程S3−2においてモールド21の盛り上げ部25の側面25Sの樹脂部33に対する濡れ性と、基体19の上面19uの樹脂部33に対する濡れ性との差を増加させることにより、樹脂パターン33P1を形成する際に生じるバリ33b2の高さをより低減させることが可能となる(図17参照)。
That is, the smaller the difference between the wettability of the
また、上述のような本実施形態に係る回折格子の形成方法によれば、上述のような本実施形態に係る樹脂パターン形成方法によって、樹脂パターン33P1を形成しているため、樹脂パターン33P1を形成する際に生じるバリ33b2の高さを低減させることが可能となる。その結果、回折格子11P形成時におけるバリ33b2の存在に起因する不具合を低減させることができる。
Further, according to the diffraction grating forming method according to the present embodiment as described above, the resin pattern 33P1 is formed by the resin pattern forming method according to the present embodiment as described above, and thus the resin pattern 33P1 is formed. It is possible to reduce the height of the burr 33b2 that is generated during the process. As a result, it is possible to reduce problems caused by the presence of the burr 33b2 when forming the
さらに、第1実施形態に係る回折格子の形成方法と同様の理由により、基体本体部13の上面13uの平坦性が悪く、その平坦性の悪さに起因して樹脂部33の樹脂パターン33P1の厚さにばらつきがあっても(図8(A)参照)、このばらつきが基体本体部13に形成される回折格子11Pの形状に与える影響は低減される。その上、基体エッチング工程S15において基体本体部13に形成される回折格子11Pの凹部(スペース部11V)の深さは、絶縁層15をマスクとして用いた基体本体部13のエッチング時間によって正確に制御可能である(図11(A)参照)。
Furthermore, for the same reason as the method for forming a diffraction grating according to the first embodiment, the flatness of the
なお、本実施形態においては、濡れ性変更工程S3−2において、上述のようにモールド21の盛り上げ部25の側面25Sの樹脂部33に対する濡れ性を減少させる処理に加えて、第1実施形態の濡れ性変更工程S3−2における場合と同様の工程、即ち、基体19の上面19uの、樹脂部33に対する濡れ性を増加させる処理をさらに行ってもよい。これにより、樹脂パターン33P1を形成する際に生じるバリ33b2の高さをさらに低減させることが可能となる。
In the present embodiment, in the wettability changing step S3-2, in addition to the process of reducing the wettability of the
(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係るナノインプリント法による樹脂パターン形成方法及び回折格子の形成方法を利用した分布帰還型半導体レーザの製造方法について説明する。
(Third embodiment)
Next, a distributed feedback semiconductor laser manufacturing method using the resin pattern forming method by the nanoimprint method and the diffraction grating forming method according to the third embodiment will be described.
図16は、本実施形態の回折格子の形成方法を示すフローチャートである。 FIG. 16 is a flowchart showing a method for forming a diffraction grating according to this embodiment.
図16に示すように、本実施形態の回折格子の形成方法は、シリコン含有樹脂層で覆う工程S5、樹脂パターン露出工程S7、反転凹凸パターン形成工程S9、絶縁層凹凸パターン形成工程S11、及び、除去工程S13を含まない点において、第1実施形態の回折格子の形成方法と異なる(図1参照)。本実施形態の樹脂パターン形成方法は、第1実施形態の樹脂パターン形成方法と同様である(図2参照)。 As shown in FIG. 16, the diffraction grating forming method of the present embodiment includes a step S5 of covering with a silicon-containing resin layer, a resin pattern exposing step S7, a reverse concavo-convex pattern forming step S9, an insulating layer concavo-convex pattern forming step S11, and The method is different from the diffraction grating forming method of the first embodiment in that the removal step S13 is not included (see FIG. 1). The resin pattern formation method of this embodiment is the same as the resin pattern formation method of 1st Embodiment (refer FIG. 2).
(基体形成工程)
本実施形態の基体形成工程S1においては、第1実施形態の基体形成工程S1における場合と同様に、基体本体部13を形成するが、基体本体部13上に絶縁層15及び密着層17は形成しない(図4及び図17(A)参照)。そのため、本実施形態においては、基体本体部13は、基体19にも対応する。なお、半導体層11と樹脂部33との密着性を向上させるために、密着層17を半導体層11と樹脂部33との間に形成してもよい。
(Substrate formation process)
In the substrate forming step S1 of the present embodiment, the substrate
(樹脂パターン形成工程)
図17(A)は、本実施形態の樹脂パターン形成工程を説明するための基体本体部等の断面を示す図である。本実施形態の樹脂パターン形成工程S3は、基体19が基体本体部13に変更されている点以外は、第1実施形態における樹脂パターン形成工程S3と同様である。本実施形態においては、図17(A)に示すように、基体本体部13の半導体層11上に樹脂パターン33P1を有する樹脂部33が形成される。
(Resin pattern forming process)
FIG. 17A is a view showing a cross section of the base body portion and the like for explaining the resin pattern forming step of the present embodiment. The resin pattern forming step S3 of the present embodiment is the same as the resin pattern forming step S3 of the first embodiment, except that the
(基体エッチング工程)
図17(B)は、本実施形態の基体エッチング工程を示すための基体本体部の一部の断面を示す図である。図17(B)に示すように、本実施形態の基体エッチング工程S15においては、樹脂部33及び半導体層11をエッチングすることにより、樹脂パターン33P1に対応した形状を半導体層11に形成する。これは、例えば、O2(酸素)ガスによる反応性イオンプラズマエッチング法によって樹脂パターン33P1のスペース部33V1に対応する領域において半導体層11が露出するまで樹脂部33をエッチングし、その後、CH4(メタン)とH2(水素)の混合ガスによる反応性イオンエッチング法によって半導体層11をエッチングすることにより達成される。これにより、半導体層11に回折格子11Pを形成する。
(Substrate etching process)
FIG. 17B is a view showing a partial cross section of the base body portion for illustrating the base body etching process of the present embodiment. As shown in FIG. 17B, in the substrate etching step S15 of the present embodiment, the
回折格子11Pは、樹脂パターン33P1に対応した凹凸形状となるが、樹脂部33と半導体層11のエッチングレートの差に起因して、回折格子11Pの凹凸形状のZ軸方向の長さは、樹脂パターン33P1の凹凸形状のZ軸方向の長さと異なる場合がある。
The
上述のような本実施形態に係る樹脂パターン形成方法によれば、第1実施形態係る樹脂パターン形成方法における場合と同様の理由により、樹脂パターン33P1を形成する際に生じるバリ33b2の高さを低減させることが可能となる(図17(A)参照)。その結果、パターン形成時におけるバリの存在に起因する不具合を低減させることができる。 According to the resin pattern forming method according to the present embodiment as described above, the height of the burr 33b2 generated when the resin pattern 33P1 is formed is reduced for the same reason as in the resin pattern forming method according to the first embodiment. (See FIG. 17A). As a result, it is possible to reduce problems caused by the presence of burrs during pattern formation.
また、上述のような本実施形態に係る回折格子の形成方法によれば、上述のような本実施形態に係る樹脂パターン形成方法によって、樹脂パターン33P1を形成しているため、樹脂パターン33P1を形成する際に生じるバリ33b2の高さを低減させることが可能となる。その結果、回折格子11P形成時におけるバリ33b2の存在に起因する不具合を低減させることができる。
Further, according to the diffraction grating forming method according to the present embodiment as described above, the resin pattern 33P1 is formed by the resin pattern forming method according to the present embodiment as described above, and thus the resin pattern 33P1 is formed. It is possible to reduce the height of the burr 33b2 that is generated during the process. As a result, it is possible to reduce problems caused by the presence of the burr 33b2 when forming the
さらに、第1実施形態に係る回折格子の形成方法と同様の理由により、基体本体部13の上面13uの平坦性が悪く、その平坦性の悪さに起因して樹脂部33の樹脂パターン33P1の厚さにばらつきがあっても(図8(A)参照)、このばらつきが基体本体部13に形成される回折格子11Pの形状に与える影響は低減される。その上、基体エッチング工程S15において基体本体部13に形成される回折格子11Pの凹部(スペース部11V)の深さは、絶縁層15をマスクとして用いた基体本体部13のエッチング時間によって正確に制御可能である(図11(A)参照)。
Furthermore, for the same reason as the method for forming a diffraction grating according to the first embodiment, the flatness of the
さらに、上述のような本実施形態に係る回折格子の形成方法によれば、第1実施形態に係る回折格子の形成方法よりも必要な工程数が少ないため、パターン形成に必要な一連の工程を簡略化することができる。 Furthermore, according to the method for forming a diffraction grating according to the present embodiment as described above, the number of steps required is smaller than that for the method for forming a diffraction grating according to the first embodiment, and therefore a series of steps necessary for pattern formation is performed. It can be simplified.
なお、本実施形態の樹脂パターン形成方法においては、濡れ性変更工程S3−2において、基体19の上面19uの、樹脂部33に対する濡れ性を増加させる処理に加えて、又は、この処理に代えて、第2実施形態の濡れ性変更工程S3−2における場合と同様の工程、即ち、モールド21の盛り上げ部25の側面25Sの樹脂部33に対する濡れ性を減少させる処理を行ってもよい。
In addition, in the resin pattern formation method of this embodiment, in addition to the process which increases the wettability with respect to the
19・・・基体、13・・・基体本体部、19u・・・上面、21・・・モールド、25・・・盛り上げ部、25P・・・マスターパターン、33・・・樹脂部、33P1・・・樹脂パターン、S1・・・基体形成工程、S3・・・樹脂パターン形成工程、S3−1・・・モールド準備工程、S3−2・・・濡れ性変更工程、S3−3・・・樹脂部形成工程、S3−3−1・・・濡れ性増加工程、S3−5・・・押し付け工程、S3−7・・・硬化工程、S3−9・・・離間工程、S3−11・・・判定工程、S5・・・シリコン含有樹脂層で覆う工程、S7・・・樹脂パターン露出工程、S9・・・反転凹凸パターン形成工程、S11・・・絶縁層凹凸パターン形成工程、S13・・・除去工程、S15・・・基体エッチング工程。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
モールド基体部と、前記モールド基体部に設けられ、凹凸パターンからなるナノインプリント用のマスターパターンが上面に形成された盛り上げ部と、を有するモールドを準備するモールド準備工程と、
濡れ性を変更する濡れ性変更工程と、
紫外線硬化樹脂からなる前記樹脂部を基体上に形成する樹脂部形成工程と、
前記樹脂部に前記モールドを押し付ける押し付け工程と、
前記モールドを前記樹脂部に押し付けた状態で前記樹脂部に紫外線を照射して前記樹脂部を硬化させることにより、前記マスターパターンを前記樹脂部に転写する硬化工程と、
前記モールドを前記樹脂部から離間させることにより、前記樹脂部に前記樹脂パターンを形成する離間工程と、
を備え、
前記濡れ性変更工程では、前記基体の上面の前記樹脂部に対する濡れ性を増加させる、及び/又は、前記モールドの前記盛り上げ部の側面の前記樹脂部に対する濡れ性を減少させることを特徴とする樹脂パターン形成方法。 A resin pattern forming method by a nanoimprint method,
A mold preparation step of preparing a mold having a mold base part and a raised part provided on the upper surface of a master pattern for nanoimprint, which is provided on the mold base part and formed of a concavo-convex pattern,
A wettability changing step for changing the wettability;
A resin part forming step of forming the resin part made of an ultraviolet curable resin on a substrate;
A pressing step of pressing the mold against the resin part;
A curing step of transferring the master pattern to the resin portion by irradiating the resin portion with ultraviolet rays while the mold is pressed against the resin portion, and curing the resin portion;
A separation step of forming the resin pattern on the resin portion by separating the mold from the resin portion;
With
In the wettability changing step, the wettability of the upper surface of the base with respect to the resin portion is increased and / or the wettability of the side surface of the raised portion of the mold with respect to the resin portion is reduced. Pattern forming method.
基体本体部と、前記基体本体部上に設けられた絶縁層と、を有する基体を形成する基体形成工程と、
前記基体形成工程の後に、請求項1〜6のいずれか一項に記載の樹脂パターン形成方法によって、前記基体上の前記樹脂部に前記樹脂パターンを形成する樹脂パターン形成工程と、
前記樹脂パターン形成工程の後に、前記樹脂部をシリコン含有樹脂層で覆う工程と、
前記シリコン含有樹脂層の一部をエッチングすることにより、前記樹脂部の前記樹脂パターンの凸部を露出させる樹脂パターン露出工程と、
前記樹脂パターン露出工程の後に、前記シリコン含有樹脂層をマスクとして用いて露出した前記樹脂部の前記樹脂パターンの前記凸部をエッチングし、前記樹脂部を貫通して前記絶縁層に至る孔部を形成することにより、前記樹脂パターンの凹凸反転パターンである反転凹凸パターンを前記樹脂部に形成する反転凹凸パターン形成工程と、
前記反転凹凸パターン形成工程の後に、前記シリコン含有樹脂層及び前記樹脂部をマスクとして用いて前記絶縁層をエッチングすることにより、前記樹脂部の前記反転凹凸パターンに対応した絶縁層凹凸パターンを前記絶縁層に形成する絶縁層凹凸パターン形成工程と、
前記絶縁層凹凸パターン形成工程の後に、前記シリコン含有樹脂層及び前記樹脂部を除去する除去工程と、
前記絶縁層凹凸パターン形成工程の後に、前記絶縁層をマスクとして用いて前記基体本体部をエッチングすることにより、前記絶縁層凹凸パターンに対応した前記回折格子を前記基体本体部に形成する基体エッチング工程と、
を備え、
前記紫外線硬化樹脂は、シリコン非含有樹脂であり、
前記絶縁層は、前記基体本体部の上面の材料とは異なる材料からなり、
前記樹脂パターン露出工程では、前記樹脂部に対するエッチングレートよりも前記シリコン含有樹脂層に対するエッチングレートの方が高いエッチング法によって前記シリコン含有樹脂層の前記一部をエッチングし、
前記反転凹凸パターン形成工程では、前記絶縁層に対するエッチングレートよりも前記樹脂部に対するエッチングレートの方が高いエッチング法によって露出した前記樹脂部の前記樹脂パターンの前記凸部をエッチングし、
前記絶縁層凹凸パターン形成工程では、前記基体本体部の前記上面の材料に対するエッチングレートよりも前記絶縁層に対するエッチングレートの方が高いエッチング法によって前記絶縁層をエッチングすることを特徴とする回折格子の形成方法。 A method of forming a diffraction grating by a nanoimprint method,
A base body forming step of forming a base body having a base body portion and an insulating layer provided on the base body portion;
A resin pattern forming step of forming the resin pattern on the resin portion on the substrate by the resin pattern forming method according to any one of claims 1 to 6 after the substrate forming step;
After the resin pattern formation step, the step of covering the resin portion with a silicon-containing resin layer,
A resin pattern exposing step of exposing a convex portion of the resin pattern of the resin portion by etching a part of the silicon-containing resin layer;
After the resin pattern exposing step, etching the convex portion of the resin pattern of the resin portion exposed using the silicon-containing resin layer as a mask, and penetrating the resin portion to reach the insulating layer A reversal concavo-convex pattern forming step of forming a reverse concavo-convex pattern, which is a concavo-convex reverse pattern of the resin pattern, on the resin portion
After the reverse concavo-convex pattern forming step, the insulating layer concavo-convex pattern corresponding to the reverse concavo-convex pattern of the resin portion is insulated by etching the insulating layer using the silicon-containing resin layer and the resin portion as a mask. An insulating layer uneven pattern forming step to be formed on the layer;
After the insulating layer uneven pattern forming step, a removal step of removing the silicon-containing resin layer and the resin portion,
Substrate etching step for forming the diffraction grating corresponding to the insulating layer concavo-convex pattern in the base body portion by etching the base body portion using the insulating layer as a mask after the insulating layer concavo-convex pattern forming step. When,
With
The ultraviolet curable resin is a silicon-free resin,
The insulating layer is made of a material different from the material of the upper surface of the base body portion,
In the resin pattern exposing step, etching the part of the silicon-containing resin layer by an etching method having a higher etching rate for the silicon-containing resin layer than an etching rate for the resin portion,
In the inverted concavo-convex pattern forming step, etching the convex portions of the resin pattern of the resin portion exposed by an etching method having an etching rate higher than that of the insulating layer relative to the resin portion,
In the insulating layer uneven pattern forming step, the insulating layer is etched by an etching method in which an etching rate for the insulating layer is higher than an etching rate for the material of the upper surface of the base body portion. Forming method.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の樹脂パターン形成方法によって、前記基体上の前記樹脂部に前記樹脂パターンを形成する樹脂パターン形成工程と、
前記樹脂パターン形成工程の後に、前記樹脂部及び前記基体をエッチングすることにより、前記樹脂パターンに対応した前記回折格子を前記基体に形成する基体エッチング工程と、
を備えることを特徴とする回折格子の形成方法。 A method of forming a diffraction grating by a nanoimprint method,
A resin pattern forming step of forming the resin pattern on the resin portion on the base by the resin pattern forming method according to claim 1,
Substrate etching step of forming the diffraction grating corresponding to the resin pattern on the substrate by etching the resin portion and the substrate after the resin pattern forming step;
A method of forming a diffraction grating, comprising:
前記基体エッチング工程において形成される前記回折格子は、分布帰還型半導体レーザの回折格子であることを特徴とする請求項7又は8に記載の回折格子の形成方法。 The substrate comprises a semiconductor material;
9. The method of forming a diffraction grating according to claim 7, wherein the diffraction grating formed in the substrate etching step is a diffraction grating of a distributed feedback semiconductor laser.
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