JPH052201B2 - - Google Patents

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イルタとしてあるいは分布帰
還形半導体レーザ（以下、「DFB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DFBレーザの発振波長は回折格子
の凹凸の周期Λ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。従つて、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λ₀なる例え
ばHe−Cdレーザ光３をハーフミラー４で２つに
分波し、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１の上
に例えばポジタイプのフオトレジスト膜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Λはレーザ光３の入射角をαとすれば、 Λ＝λ₀／2sinα ……(1) 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、
コンピユ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Λが大き
い場合には適用できるが、凹凸の周期Λ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Λが小さい場合（約2000Å）には、解像度
の限界に達し、製造が実質上困難となつてしま
う。また、電子ビーム露光法は個別順次走査であ
らるから、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。なお通常フオトレジスト膜２上
に隙間ｄ（約数μｍ）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光束干渉露光を行つても、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倍に亘つて凹凸が形成されない。

例えば、回折格子の凹凸の周期Λを2400Åと
し、He−Cdレーザの波長λ₀を3250Åとすれ
ば、 入射角αは α＝sin^-1（λ₀／2A） ＝sin^-1（3250／4800）43〔度〕 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）tanαｔ・tanα ＝47〔μｍ〕 となる。

従つて、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〔μｍ〕
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、DFB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を薄くしたり、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Ａの半分だけ（約1000Å）に
正確に移動しなければならない。しかし、約
1000Å（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つた。

この問題を解決する方法として、本願発明者等
によつて「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種類のフオトレジストを用
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ツチング
した後フオ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、場合によつては領域
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つた。

（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
実現することの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、透明な分離膜を導入して感光
特性が互いに反転した２種類のフオトレジストの
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オトレジスト
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オトレジ
スト膜表面の変質層を除去する工程を含むことに
なる。

（発明の構成及び作用） 以下に図面を用いて本発明を詳細に説明する。

実施例 １ 第３図は本願の第１の発明による第１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のフオトレジストとしてポジタ
イプフオトレジストを用い、また第２のフオトレ
ジストとしてネガタイプフオトレジストを用い、
かつ両者の混合を防止する透明な分離膜として
SiN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のフオトレジストとしてポ
ジタイプフオトレジスト２（以後、「Ｐ膜」
と称す）を塗布した後、通常のフオトリソグ
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オトレジスト
２は、未露光の状態のものである。

(b) 次に、基板１の全面に本発明の特徴に従つ
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オト
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。

(2) 第２の工程 (c) 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、Ｐ膜２まで同時に露光すること
ができる。

(3) 第３の工程 (d) Ｎ膜４の現像を行う。ここで、多層構造と
なつているＡの領域のＮ膜の方がＢ領域の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を緩衝フツ酸によ
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
なつてしまうので、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。

(g) 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のフオトレジスト
としてＰ膜２、第２のフオトレジストとしてＮ膜
４を用いたが、逆に第１のフオトレジストとして
Ｎ膜４、第２のフオトレジストとして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
オトリソグラフ法により、領域Ａのみに残
し、次に全面にSiN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SiN膜３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 (c) 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) 領域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ツク系ネガタイプフオト
レジストの現像液は、ポジタイプフオトレジ
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、もし現像されて
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、
ネガタイプフオトレジスト及びポジタイプフ
オ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。

(f) 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ち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のフオトレジス
ト及び第２のフオ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１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のエツチングを行つたのち、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２
ａ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との異なつた記号を用
いたが同一のポジタイプフオトレジストであ
る。

(2) 第２の工程 (c) 基板１の全面に一様な２光束干渉露光を行
う。

(3) 第３の工程 (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。

(e) 領域Ａの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。

(g) 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
びポジタイプフオトレジスト間に２つのフオトレ
ジストが混合するのを防止するための透明な分離
膜を堆積した際に生じるフオ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SiN膜などの誘電体膜、金属、
もしくはフオ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
のまま重ね塗つたのでは混り合つてしまう高解像
性を有するノボラツク系ポジタイプ及びネガタイ
プフオ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オトレジストとの間に分離
膜を挿入するとともにフオトレジストの上に分離
膜を堆積して生じるフオ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。従つて、安定でかつ特性の良いDFBレ
ーザ等に応用ができその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。 １……基板、２，２ａ……ポジタイプフオトレ
ジスト、３……SiN膜（分離膜）、４……ネガタ
イプフオトレジスト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上の第１の領域に第１のフオトレジスト
   膜を形成し該第１のフオトレジスト膜上及び該第
   １の領域とは別の第２の領域には透明でかつ前記
   第１のフオトレジスト膜と他のレジスト膜との混
   合を防止するための分離膜及び第１のフオトレジ
   ストと感光特性が反転した第２のフオトレジスト
   膜を順次形成する第１の工程と、該第１の工程を
   行つた前記基板に２光束干渉露光を行う第２の工
   程と、該第２のフオトレジストの現像、前記分離
   膜のエツチング、前記第１のフオトレジストの変
   成された表面のプラズマエツチングおよび該第１
   のフオトレジストの現像を各々行うことにより前
   記第１の領域では前記第１のフオトレジストの回
   折格子が形成されるとともに前記第２の領域では
   該分離膜による回折格子が形成され前記第１の領
   域の前記第１のフオトレジストによる回折格子と
   前記第２の領域の前記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前記第１の領域
   と前記第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 基板上の第１の領域に第１のフオトレジスト
   膜を形成し該第１のフオトレジスト膜上及び該第
   １の領域とは別の第２の領域には透明でかつ前記
   第１のフオトレジスト膜と他のレジスト膜との混
   合を防止するための分離膜及び第１のフオトレジ
   ストと感光特性が反転した第２のフオトレジスト
   膜を順次形成する第１の工程と、前記第１の領域
   に形成された前記第２のフオトレジスト膜と前記
   分離膜を除去する第２の工程と、前記第２の工程
   を行つた前記基板に２光束干渉露光を行う第３の
   工程と、該第２のフオトレジストの現像、前記分
   離膜のエツチング、前記第１のフオトレジスト表
   面のプラズマエツチングおよび該第１のフオトレ
   ジストの現像を各々行うことにより前記第１の領
   域では前記第１のフオトレジストの回折格子が形
   成されるとともに前記第２の領域では該分離膜に
   よる回折格子が形成され前記第１の領域の前記第
   １のフオトレジストによる回折格子と前記第２の
   領域の前記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前記第１の領域と前記第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４の工程とを含む回折格子の製造方
   法。 ３ 基板上の第１の領域にネガタイプフオトレジ
   スト膜を形成するとともに透明でかつ前記ネガタ
   イプフオトレジスト膜と他のレジスト膜との混合
   を防止するための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オトレ
   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
   プフオトレジストの現像、分離膜のエツチング、
   ネガタイプフオトレジスト表面のプラズマエツチ
   ングおよび該ネガタイプフオ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
   オトレジストの回折格子、第２の領域ではポジタ
   イプフオ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。