JPH01224767A - レジストパターン形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レジストパターン形成方法に関するものであ
り、特に、長距離光通信や光センサ等の光源として必要
となる半導体レーザの制作法に関するものである。

〔従来の技術〕

光通信や光センサ等では安定な波長で発振する光源が必
要である。特に光通信に使用するファイバは、伝送速度
に対して波長分散特性を有しているため、変調時におけ
るレーザは単一縦モードで発振することが要求される。

しかし通常のレーザでは変調時に多モード発振するため
問題となる。

従ってファイバ自体の波長分散をなくすことはもとより
、変調時に単一縦モードで発振するレーザが必要となる
。そのため半導体レーザに回折格子を利用したものが提
案され、この代表的なものとして、分布帰還型レーザ（
ＤＦＢ）や分布反射型レーザ（ＯＢＲ）がある。分布帰
還型レーザは、本質的に二つの縦モードで発振する可能
性があり、高速な変調時のモードの安定性は、レーザ端
面での回折格子の位相に依存している。これに対して、
中央部での位相がλ／４シフトした回折格子を持つ分布
帰還型レーザは端部の位相に係わりなく安定発振が得ら
れる。回折格子のパターン形成法としては、従来から電
子ビームやレーザ光を使用した方法がある。電子ビーム
露光の場合、回折格子のピッチ及びλ／４位相シフトさ
せるためには試料の方をステップ移動させることによっ
て簡単に行えるが、その精度は、装置性能に大きく依存
する。また、電子ビームで１回に描画できるフィールド
には制限があり、ウェーハ全面を一度描画できないため
、描画に時間を要してしまう問題等からまだ実用的なデ
バイスは実現していない。

一方、レーザ光によるパターン形成方法は、三光束干渉
露光法によって比較的簡単に大面積にわたって一括露光
できる利点がある。またこの方法とプロセス工程を工夫
することによってλ／４位相シフトパターンが実現でき
ることから研究も盛んである。

第３図に文献（１）に示す代表的なポジ・ネガレジスト
を併用したλ／４位相シフトパターン形成例を示す。

（ａ）は基板（例えばＩｎｐ）１にネガレジスト（例え
ば環化ゴム系の０ＭＲ８３等）６を塗布し、プリベーキ
ングを行う。その上にポジレジスト（例えばノボラック
系のＭＰ　１４００等）７を塗布し、ブリベーキングを
行う。この場合、両レジストを重ね塗りしてもＯＭＲレ
ジストとＭＰレジストは互いのまじりが非常に小さい。

（ｂｌは上層のポジレジスト部を通常の紫外線（Ｈｇラ
ンプを使用したアライナ等）５で適当な幅のストライプ
状に露光し、現像によって光の当った部分を除去する。

（Ｃ）は、上層のポジレジスト７をマスクにして、Ｈｚ
　Ｓ　０４　　：　Ｈｚ　Ｏｚ系のエツチング液で下層
のネガレジスト６をエツチングする。Ｔｄ）は上層のポ
ジレジスト部を除去（例えば０□のドライエツチング）
し、再度全面にポジレジスト７を塗布する。

（ｅ）は三光束干渉露光（例えばＨｅ−Ｃｄレーザ等）
４を行うことによって周期的に露光されアルカリ可溶層
２′が形成される。この場合下層であるネガレジスト６
も一括露光される。（ｆ）は露光されたポジレジスト７
を現像したものである。この場合ネガレジスト６はポジ
レジストの現像液には反応しない。（ｇｌは（ｆｌによ
って現像されたポジレジスト部をマスクとして基板１で
あるＩｎＰｔ−飽和臭素水（ＨＢ　ｒ　：　Ｈｚ　Ｏ）
等でエツチングしてポジレジスト部の回折格子を制作す
る。

（ｈ）は（ｇ）のエツチング後にポジレジスト７を除去
し、その後にネガレジスト６を現像する。この場合（ｅ
）の露光工程によって光の照射れた部分７′は現像され
ない。すなわちポジレジスト７が残っていた部分が現像
される。（１）はネガレジスト６をマスクとして（ｇｌ
と同様に飽和臭素水でエツチングし、ネガレジストを除
去すればネガレジスト６の端部においてλ／４位相シフ
トした回折格子が形成できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、露光、現像、エツチング等のプロセスを繰り返
えすことにより実現しているため非常に複雑なプロセス
工程を持つ欠点があった。

また、この他文献（２）、（３）に同様な位相シフトパ
ターン形成法が報告されている。しかしこれらの何れの
方法も文献（２）ではポジレジストとの重ね塗りによる
影響を防止するための中間層の形成が必要、文献（３）
では位相シフトさせるための専用の位相マスクを製作す
る等プロセス工程が複雑であり、これらの複雑な工程に
もかかわらずシフト部の遷移領域が広がってしまう欠点
があった。

文献（１）　　　Ｋ、ＵＴＡＫＡｅｔａＣ，Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、、２０゜ｐｐ１００８〜１０１０　
（１９８４）文献（２）　　　Ｍ、０ＫＡＩ　ｅｔ　　
ａｌ、、　Ｅｌｅｔｒｏｎ、　ｔ、ｅｔｔ、＋２３゜ｐ
ｐ３７０〜３７１　（１９８７） 文献（３）　　　Ｍ、５ＨＩＲＡＳＡＫＩ　ｅｔ　ａ　
Ｅ　、Ｔｅｃｈ、ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ１００Ｃ−ＥＣＯ
Ｃ８５，ｐｐ２５〜２８（１９８５）〔課題を解決する
ための手段〕 本発明は、半導体レーザにおける回折格子を製作するに
当り、画像反転可能なポジ型レジストを単層に形成した
のみで、回折格子の位相を簡単にλ／４シフトさせるこ
とを可能としたものである。

この結果、安定な発振を有する半導体レーザを提供する
ものである。

本発明は、画像反転が可能なポジ型レジスト単層膜で形
成し、そのレジスト表面上の一部を露光させない遮光板
で覆うのみで、その遮光板を境にλ／４位相シフトパタ
ーン形成を可能にすることを特徴とするものである。従
って、従来技術のように複数のレジストの使用による複
雑なプロセス工程や専用の位相マスクの製作等が省ける
ため、生産性や再現性に優れた方法である。

〔実施例の説明〕

以下に本発明をさらに詳しく説明するための画像反転の
概念について述べる。

第１図は画像反転が可能なポジ型レジストを使用した反
転パターン形成例である。

（ａ）は、基板（ＴｎＰなど）１に画像反転が可能なポ
ジ型レジスト（ヘキストジャバン製ＡＺ５２００シリー
ズ）２を塗布し、プリベーク（ホットプレート上で９０
℃、５分）する。

次に紫外線（例えばＨｇ灯）５によって通常の露光（例
えばＬＳＩで使用しているステッパ、アライナ等）を行
う。この結果、光の照射された部分は光によって分解し
アルカリ可溶層２′に変化する。

（′ｂ）は、画像反転させるためのりバーサルベーク工
程である。このベーク処理条件の最適化（例えばホット
プレート上で〜１１０°ｃ、　　３〜５分）を図れば、
（ａ）の工程において光が照射された部分がアルカリ水
溶液にとけにくい不′溶化層２″　となり、また光が照
射されなかった部分には何ら問題を起′さずに反転パタ
ーンが可能となる。

（Ｃ）は紫外線５によってレジスト全面を照射する工程
である。この工程は、反転パターンを得るためには基本
的に必ずしも必要としないが、この後行う現像において
高濃度の現像液を用いる必要があり、またスカム発生の
可能性がある。したがって通常は採用することによって
スカムのないパターンが形成できる。なおこの照射によ
って、不溶化Ｎ２“は何ら影響を受けず、（ａ）におけ
る未露光部がアルカリ可溶Ｎ２′となる。

（ｄ）は、現像を行った結果で、（ａ）の露光によって
光の照射された部分が最終的に残り、ポジーネガ反転パ
ターンが形成できる。

以上が基本的な画像反転パターンを形成する工程である
。次に、この基本原理を用いてλ／４位相シフトパター
ンを得るための実施例について述べる。第２図は本発明
によるパターン形成例である。

（ａｌは、基板（例えばＩｎＰ）１に画像反転可能なポ
ジ型レジスト２を塗布しプリベークを行う。

次に位相シフト領域を作るため露光させないレジスト面
に遮光板３を配置する。露光は、大きい面積で一括露光
が可能な三光束干渉露光（Ｈｅ−Ｃｄレーザ等）４によ
って行う。

この結果、光の照射された部分がアリカル可溶層２′と
なる。

（ｂ）はリバーサルベークであり、温度を加える（例え
ば〜１１０℃、３〜５分）ことによって、アルカリ可溶
層２′がアルカリ不溶化層２″に変わる。なお遮光板３
のある領域については何ら変化を生じない。またこの工
程においては、基板１を露光装着に装楊した状態でも行
える。すなわち基板１を固定するための治具自体をホッ
トプレートとして使用できる構造としておくか、又はレ
ジストの表面を赤外線ランプで加熱（赤外線はレジスト
を感光させない）することによって可能である。

またこの場合でも遮光板３を取り去る必要はない。

（Ｃ）は現像後のスカムを低減させるための全面露光工
程であり、紫外線（例えばＨｇ灯）５を照射することに
よって（ａ）の工程で露光されなかった未露光部をアル
カリ可溶層２′にしている。また紫外線５の変わりに三
光束干渉露光で用いたＨｅ−Ｃｄレーザ光のうち、一方
の光路を遮断すれば、光の干渉がなくなりもう一方の光
路で基板全面に照射することが可能となる。

ｆｄｌは遮光板３を取り去り、その後に再度三光束干渉
露光４によってパターン形成したものである。

この結果、今まで遮光板３のあった部分が（ａ）と同等
の露光量によって露光され、光の照射された部分がアリ
カリ可溶層２′となる。

なお、この露光では、基板１及び露光装置（光学系）等
はいっさいいしくる必要がないため、（ａｌの状態とま
ったく同じ位置に再現性よく　（遮光板のない部分は２
重露光）パターン形成ができ、回折周期長の揃った露光
が可能である。

ｔｅｌは現像を行った結果で、１回の現像工程で遮光板
３のエツジ部分を境界にしてλ／４位相シフトしたパタ
ーンが形成できる。

（ｆ）は（ｅ）のレジストをマスクに基板ｌをエツチン
グした結果である。

なお、このプロセス工程において、遮光板３に適当な間
隔で窓を設けておけば、その間隔毎にλ／４位相シフト
したパターンが形成できることはいうまでもない。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明は基板上に画像反転可能な
ポジ型レジストを単層膜で形成し、そのレジスト表面の
一部に露光しない遮光板を設けるだけで、その遮光板を
境界にしてλ／４の位相シフトパターンが形成できるも
のである。

また、本プロセス工程では、レジストの現像段階まで、
いっさい基板の取りはずしなしで行えるため、再現性に
優れたパターン形成が可能である。

さらにプロセス工程が簡単であるため、生産性に優れ、
特性のよい通信用半導体レーザが提供できるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　（ｂｌ　（Ｃ１（ｄｌは、本発明に係る
基本プロセスの概念工程図である。 第２図（ａｌ〜（ｆ）は、本発明によるλ／４位相シフ
トを得るための工程図である。 第３図（ａｌ〜（１１は、従来のポジ・ネガレジストを
使用したλ／４位相シフトパターン形成例である。 １・・・基板、２・・・ポジ型レジスト、２′・・・ア
ルカリ可溶層、２−・・不溶化層、３・・・遮光板、４
・・・三光束干渉露光、５・・・紫外線、６・・・ネガ
レジスト、７・・・ポジレジスト 特許出願人　　日本電信電話株式会社 代理人　弁理士　玉　蟲　久五部 （外２名） ＋＋ＪＪ＋ｌＪＪ＋Ｊｌ！Ｊ−５ 本発明に係る基本プロセスの概念工程図画　　１　　図 一 兄 、：、　　　　　　　　　。　　　　　　　、−認−−
−朝 トス−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ウェーハ上に塗布した画像反転可能な単層レジスト
   膜上に位相シフトパターンを形成することを特徴とする
   レジストパターン形成方法。 ２、上記ウェーハ上に塗布した上記画像反転可能な単層
   レジスト膜上にパターン形成する露光工程において、露
   光しない領域を設けるための遮光板を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のレジストパターン形
   成方法。 ３、上記ウェーハ上に塗布した上記画像反転可能な単層
   レジスト膜上において上記遮光板を取り除いた後に、上
   記パターン形成する露光を再度行うことを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載のレジストパターン形成方法。 ４、上記２回の露光において、上記遮光板を有した領域
   と上記遮光板の無い領域を境にして、位相シフトパター
   ンが形成できることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のレジストパターン形成方法。