JPH0685081B2 - 露光方法 - Google Patents

露光方法

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JPH0685081B2
JPH0685081B2 JP60158745A JP15874585A JPH0685081B2 JP H0685081 B2 JPH0685081 B2 JP H0685081B2 JP 60158745 A JP60158745 A JP 60158745A JP 15874585 A JP15874585 A JP 15874585A JP H0685081 B2 JPH0685081 B2 JP H0685081B2
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exposure method
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0005Production of optical devices or components in so far as characterised by the lithographic processes or materials used therefor
    • G03F7/001Phase modulating patterns, e.g. refractive index patterns

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 2つの光束の干渉露光により干渉縞をパターニングする
露光方法において、基板上にフォトレジストを塗布し、
その上に透明体マスクを配置し、前記透明体マスクを通
して露光する場合に、透明体マスクとフォトレジスト間
の多重反射による露光むらを防止するために、フォトレ
ジストの膜厚を、露光用光の波長における光束の入射角
に対して反射率が極小となる値に設定する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、例えばDFB(Distributed Feed-Back、分布帰
還型)レーザの回折格子等を作製する場合のように、2
つの光束を用いて干渉させ、透明体マスクを通してフォ
トレジスト上に干渉露光を行い、ストライプ状のパター
ンを形成する場合の透明体マスクとフォトレジスト間の
反射防止方法に関する。
〔従来の技術〕
第7図に示すようにDFBレーザは、InPなどの半導体チッ
プ7上に回折格子8を形成し、その上側に活性層9、電
極10が形成された構造になっている。このレーザの正負
の電極間に通電すると、回折格子8および活性層9の部
分でレーザ発振を起こし、レーザ光を放出する。
ところが単に回折格子を形成しただけでは、回折格子に
おける位相関係がずれるため、DFBレーザの縦モードが
2つ発生するという不都合がある。
これを解消するために、第8図のように、回折格子8の
ピッチをレーザ発振の中心部Cを境にしてずらし、回折
格子の左右で位相差を設け、位相関係を予めずらしてお
くことが知られている。
このように位相差を持った回折格子の作製方法として、
本発明の出願人は、先に特願昭60-57455号として、第9
図のような露光方法を提案した。第9図の(イ)は基本
構成を示す断面図、(ロ)は回折格子の要部拡大図であ
る。4は回折格子を形成する基板であり、その上にガラ
スなどの透明体マスク3が載置される。
このマスク3は、レジストに形成される回折格子のパタ
ーンのピッチをずらすために用いられるもので、パター
ンは形成されていないが、発振中心部C上で、凸部1と
凹部2間の段差11がつけられており、その両側で光路長
が異なるように構成されている。あるいは発振中心部C
上を境にして、左右の屈折率が異なる構成としてもよ
い。
この基板4の面にフォトレジスト13を塗布した状態で、
前記マスク3を介して、2つの光束5と6が昭射され
る。その際光束5と6が角度2θの角度をなして入射
し、基板4上のフォトレジスト13で、2つの光束の干渉
が行われる。基板4がInPから成り、活性層をInGaAsPと
する長波長レーザでは、活性層の実効屈折率n=3.28
3、ブラッグ波長λ=1.31μmとすると、回折格子の
ピッチΛは1995Åとなる。
He-Cdレーザ光を用いた干渉露光法により、このピッチ
を実現するためには、光束5と6の間の角度2θを109
度(すなわちθ=54.5度)にすればよい。また、マスク
3の段差11で位相をずらすために、2つの光束5と6の
なす中心軸Aは、法線Vに対し角度φだけ傾け、非対称
の状態で照射する必要がある。φ=5度とすると、光束
5の入射角は59.5度、光束6の入射角は49.5度となる。
マスク3の厚さは、段差部11を境にして異なり、左側の
厚さt1よりも右側の厚さt2が小さい。そのため段差部11
の左側と右側とでは、光路長が異なり、また2つの光束
5、6が角度φだけ傾き非対称に照射されるので、段差
部11を境にして位相のずれたストライプ状の干渉縞が、
レジスト13上に形成される。このレジストパターンをマ
スクとして基板4をエッチングすることで、第9図
(ロ)に示すように、マスク3の段差部11で位相のずれ
た回折格子8を基板4上に形成することができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところでこのようにマスク3を通して光束5、6でフォ
トレジスト13上に露光を行なう場合に、マスク3とフォ
トレジスト13との間で反射が繰り返され、いわゆる多重
反射が生じる。マスク3側は、そのフォトレジスト13側
の面に、いわゆるARコート14によって反射防止処理を行
ない、反射率を低減できる。しかしながらフォトレジス
ト13側は、露光面となるため、ARコートを施すことは作
製プロセス上望ましくなく、反射率を抑制することが困
難である。その結果、多重反射によって干渉縞の像が乱
れ、所望の回折格子が得られない。レーザの回折格子作
製において、レーザ発振に支障のない程度の反射率とし
ては、5%以下が望ましい。
本発明の技術的課題は、従来の2光束干渉露光方法にお
けるこのような問題を解消し、フォトレジスト側におけ
る反射率を5%以下に低下させ、多重反射による露光む
らを解消することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
第1図は本発明による露光方法の基本原理を説明する特
性図である。基板上に形成されたフォトレジスト中に入
射した光は、フォトレジスト表面と下地基板との反射に
より干渉をおこし、その干渉のおきかたで反射率が変化
する。図中横軸は基板上のフォトレジストの厚さを、縦
軸は反射率を示す。この図に示されるようにフォトレジ
ストの膜厚によって、反射率が異なる。
本発明では、2光束干渉露光方法における上記問題点
が、第2図において以下に示す手段によって解決され
る。なお、図中第9図と同じ番号および記号は相当する
部分を示す。
(1).2つの光束の干渉露光により干渉縞をパターニン
グする露光方法において、基板上にフォトレジストを塗
布し、その上に透明体マスクを配置し、前記透明体マス
クを通して露光する場合に、フォトレジストの厚さを、
露光用光源の波長における光束の入射角に対する反射率
が極小となる複数の膜厚から選定することを特徴とする
露光方法。または、 (2).2つの光束の入射角が異なる場合に、その中間の
角度の入射角に対して反射率が極小となる複数の膜厚の
中からレジスト膜厚を選定することを特徴とする(1)
の露光方法。または、 (3).基板として屈折率が2.5から3.5の半導体を使用
すること特徴とする(1)または(2)記載の露光方
法。
〔作用〕
このようにフォトレジストの厚さに応じて、フォトレジ
ストにおける露光用の光の反射率が変化するので、フォ
トレジストの膜厚を、反射率の低い領域の値とすること
で、多重反射を抑制できる。
また、反射率の極小値が周期的に現れるので、フォトレ
ジストの膜厚を変化させることにより、露光される製品
の種類に応じて、プロセス上最適なフォトレジストの膜
厚を選択することができる。
〔実施例〕
次に第2図に示す本発明による露光方法が実際上どのよ
うに具体化されるかを第3図から第6図を用いて説明す
る。本実施例では、フォトレジストを塗布したInP基板
の反射率rsを5%以下に抑えている。
そこで、どの程度の反射率となるかを見積もるため、ま
ずフォトレジストの複素屈折率を求めた。石英上に塗布
したAZ1350Jフォトレジストについて、透過率、反射率
を求め、数値計算により算出した。その結果、波長3250
Åにおける屈折率は、実部、虚部がそれぞれ1.75、0.04
5となった。次にInPの屈折率については、一般に知られ
ている値として実部、虚部をそれぞれ3.035、1.432を利
用した。
はじめに、これらのパラメータを用い、波長3250ÅのS
偏光が54.5゜で基板に入射した場合の反射率を求める。
この入射角は本実施例で用いる2光束干渉露光の入射角
である49.5゜と59.5゜の平均値をとったものである。第
3図はフォトレジスト厚を変数として理論計算した結果
である。図に示された約2000Åまでの範囲の計算結果で
は約450Åと1500Åに反射率の極小値がある。
次に、実際のフォトレジストの膜厚と反射率の関係を求
める。
フォトレジストをスピンコート(遠心力を利用した塗布
方法)する場合は、スピナの回転数によってフォトレジ
ストの厚さを制御できる。実際にフォトレジストをスピ
ンコートして、エリプソメータで測定した結果を第4図
に示す。
2000回転/分以下では急激に膜厚が厚くなるため、膜厚
の制御が困難になることと、逆に、8000回転/分以上に
しても膜厚を1000Å以下にすることが困難であることが
わかる。
次に、スピナの回転数を変えたときの反射率の変化を第
5図に示す。図示例では、1500回転/分と4000回転/分
のところで反射率が極小となっている。
しかし、前記したように1500回転/分では膜厚の制御が
困難であり、逆に回転数をあげて前記計算結果で出た反
射率が極小となる膜厚450Åを得ることも困難である。
したがって、反射率が極小となる最適なレジスト膜厚
は、4000回転/分で得られる1500Åであることがわか
る。
本実施例における2光束干渉露光法では、位相差を形成
するために異なる入射角の二つの光を用いているため、
その両方に対して反射率を低くする必要がある。
そこで、この最適条件の試料について、反射率の入射角
依存性を測定した。このフォトレジストを塗布したInP
基板に、波長3250ÅのS偏光を照射した際の反射率を測
定した。その結果第6図に示すように、入射角45゜から
60゜の範囲で反射率を5%以下に下げることができるこ
とがわかる。
したがって、第2図に示すような本発明の実施例の露光
方法で露光する場合に、レジスト膜13の厚さを1500Åと
することで、光束5、6を非対称照射する場合の入射角
49.5゜および59.5゜における反射率rsを5%以下にする
ことができ、多重反射を抑制することが可能となる。
上記実施例では、最適なレジスト膜厚を導出する入射角
として、2つの光束の入射角の平均値を用いたが、必ず
しも平均値である必要はない。2つの光束の入射角の反
射率が所望の反射率よりも低くなるのであれば、レジス
ト膜厚を導出するための角度は何度でもかまわない。し
かし、第6図に示したように、入射角度を変えたときの
反射率の変化は、下に凸の曲線になるため、2つの入射
角の間の角度を用いることで、2つの入射角でともに反
射率の低いレジスト膜厚条件を導出することが可能とな
る。
もちろん、二つの光束の入射角が等しい場合には、その
入射角を用いて反射率が極小となるレジスト膜厚を用い
ればよいことは言うまでもない。また、反射率が極小と
なるレジスト膜厚は、周期的に多数存在するため、プロ
セスや装置の条件によって適宜選択すればよい。
基板4の屈折率も反射率に影響する。InPの屈折率nは
3.035であるが、nが2.5〜3.5の範囲であれば、反射率
を有効に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による露光方法の基本原理を説明する特
性図、第2図は本発明の実施例における説明図、第3図
は本発明方法の実施例における反射率特性図、第4図は
スピナの回転数とフォトレジスト膜厚の関係図、第5図
はスピナ回転数とフォトレジストの反射率との関係を示
す特性図、第6図は露光用光の入射角とフォトレジスト
の反射率との関係を示す特性図である。 第7図はDFBレーザの断面図、第8図はDFBレーザの位相
差回折格子を示す断面図、第9図(イ)、第9図(ロ)
は位相差回折格子の形成方法を示す断面図である。 図において、4は基板、5、6は光束、8は回折格子、
13はフォトレジスト、14はARコートをそれぞれ示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2つの光束の干渉露光により干渉縞をパタ
    ーニングする露光方法において、基板上にフォトレジス
    トを塗布し、その上に透明体マスクを配置し、前記透明
    体マスクを通して露光する場合に、フォトレジストの厚
    さを、露光用光源の波長における光束の入射角に対する
    反射率が極小となる複数の膜厚から選定することを特徴
    とする露光方法。
  2. 【請求項2】2つの光束の入射角が異なる場合に、その
    中間の角度の入射角に対して反射率が極小となる複数の
    膜厚の中からレジスト膜厚を選定することを特徴とする
    特許請求の範囲第(1)項記載の露光方法。
  3. 【請求項3】基板として屈折率が2.5から3.5の半導体を
    使用することを特徴とする請求の範囲第(1)項または
    第(2)項記載の露光方法。
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