JPH0690323B2 - Method of manufacturing diffraction grating - Google Patents

Method of manufacturing diffraction grating

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JPH0690323B2
JPH0690323B2 JP61089307A JP8930786A JPH0690323B2 JP H0690323 B2 JPH0690323 B2 JP H0690323B2 JP 61089307 A JP61089307 A JP 61089307A JP 8930786 A JP8930786 A JP 8930786A JP H0690323 B2 JPH0690323 B2 JP H0690323B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、回折格子の製造方法に関し、特に半導体基板
上に回折格子を製造するための回折格子の製造方法に関
する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a diffraction grating, and more particularly to a method for manufacturing a diffraction grating for manufacturing a diffraction grating on a semiconductor substrate.

(従来の技術) 近年長距離大容量光伝送システムの光源として単一軸モ
ード半導体レーザの研究・開発が盛んに行なわれてい
る。その中で分布帰還形(DFB)半導体レーザは、その
単一軸モードの制御性および温度範囲の広さなどの安定
性の面と、他の単一軸モード半導体レーザに比べて製作
し易いという面から注目を集めている。
(Prior Art) In recent years, research and development of single-axis mode semiconductor lasers have been actively conducted as a light source of a long-distance, large-capacity optical transmission system. Among them, the distributed feedback (DFB) semiconductor laser is easy to manufacture compared to other single-axis mode semiconductor lasers because of its stability of single axis mode controllability and wide temperature range. It is getting attention.

DFBレーザは素子内に均一な回折格子を有する構造をと
っており、この回折格子の周期で定まるブラッグ波長近
傍で単一波長で発振する。しかしながら、従来の均一な
回折格子を有するDFBレーザでは、ブラッグ波長に対し
て対称な2本の近接した発振可能なモードが存在する。
このことは2軸モード動作を意味し、単一軸モードレー
ザとしては好ましくない。通常DFBレーザでは、一端は
へきかい面を用い、もう一端はファブリ・ペローモード
を抑制するために、端面反射を抑えた無反射コーティン
グを施した構造がとられる。このように端面反射率が非
対称である構造のDFBレーザの反射鏡損失特性は、ブラ
ッグ波長に対して非対称になり、1つの縦モードが選択
される傾向にある。ところが、反射鏡損失特性は端面反
射鏡の回折格子上の位置によって著しく変化するので、
従来のDFBレーザでは2本のモードで発振する素子も多
数あった。そこで、このような不安定性を除去するため
にDFBレーザの内部で回折格子の周期をλg/4(λgは素
子内を伝播する光の波長)だけずらした構造のDFBレー
ザが試作された。このような構造のDFBレーザはλ/4シ
フト形DFBレーザと呼ばれている。
The DFB laser has a structure with a uniform diffraction grating inside the device, and oscillates at a single wavelength near the Bragg wavelength determined by the period of this diffraction grating. However, in the conventional DFB laser having a uniform diffraction grating, there are two closely oscillating modes that are symmetric with respect to the Bragg wavelength.
This means a biaxial mode operation, which is not preferable for a single axis mode laser. Usually, a DFB laser has a structure in which one end has a concave surface and the other end has a non-reflective coating that suppresses edge reflection in order to suppress Fabry-Perot mode. As described above, the reflection mirror loss characteristic of the DFB laser having the asymmetric end face reflectance is asymmetric with respect to the Bragg wavelength, and one longitudinal mode tends to be selected. However, since the loss characteristic of the reflector significantly changes depending on the position of the end reflector on the diffraction grating,
In the conventional DFB laser, many elements oscillate in two modes. Therefore, in order to eliminate such instability, a prototype DFB laser having a structure in which the period of the diffraction grating is shifted by λg / 4 (where λg is the wavelength of light propagating in the device) inside the DFB laser has been manufactured. The DFB laser having such a structure is called a λ / 4 shift type DFB laser.

λ/4シフト形DFBレーザは、ブラッグ波長に完全に一致
した1本の軸モードで発振することを特徴としている。
このため、従来の素子で見られた2軸モードで発振する
ような素子は極めて少なくなり、歩留り向上の点で大変
有望である。ところで、DFBレーザの回折格子の周期Λ
は発振波長λと次のような関係にある。
The λ / 4-shift type DFB laser is characterized in that it oscillates in a single axial mode that completely matches the Bragg wavelength.
For this reason, the number of elements that oscillate in the biaxial mode found in the conventional elements is extremely small, which is very promising in terms of yield improvement. By the way, the period Λ of the DFB laser diffraction grating
Has the following relationship with the oscillation wavelength λ.

ここで、nは素子内の等価屈折率、mは回折格子の次
数、λgは素子内を伝播する光の波長である。従って、
1次の回折格子(m=1)の周期は で与えられる。このことから、1次の回折格子を使った
λ/4シフト形回折格子は、シフト領域を境にして左右の
回折格子の凹凸を反転させればよいことが判る。従来、
このような回折格子を得るための回折格子の製造方法と
して以下の4つの方法が提案されている。
Here, n e is an equivalent refractive index in the device, m is the order of diffraction gratings, lambda] g is the wavelength of light propagating in the element. Therefore,
The period of the first-order diffraction grating (m = 1) is Given in. From this, it is understood that the λ / 4 shift type diffraction grating using the first-order diffraction grating may be obtained by inverting the concavities and convexities of the left and right diffraction gratings with the shift region as a boundary. Conventionally,
The following four methods have been proposed as a method of manufacturing a diffraction grating for obtaining such a diffraction grating.

第1の製造方法としては、ノボラック系のポジ形フォト
レジストと環化ゴム形のネガ形フォトレジストを重ね塗
りして、両フォトレジストの逆感光性を利用してλ/4シ
フト形回折格子を実現した方法があげられる。この方法
の文献としては、宇高他著の1984年11月22日発行のエレ
クトロニクス・レターズ誌(Electronics Letters)第2
0巻4号1008〜1010頁記載の論文をあげることができ
る。
As a first manufacturing method, a novolac positive photoresist and a cyclized rubber negative photoresist are overcoated, and a λ / 4 shift diffraction grating is formed by utilizing the reverse photosensitivity of both photoresists. The method that has been realized is given. The literature on this method is Utaka et al., Electronics Letters, Vol. 2, November 22, 1984.
The papers listed in Vol. 0, No. 4, pages 1008 to 1010 can be cited.

第2の方法としては、ノボラック系のポジ形フォトレジ
ストとポジ形フォトレジストとは逆感光性のネガ形フォ
トレジストの間に中間層をはさんで、ポジ形フォトレジ
ストとネガ形フォトレジストが混ざり合わないようにし
て干渉露光を行ない、λ/4シフト形回折格子を実現した
方法があげられる。この方法の文献としては、宇高他著
の昭和60年秋季第46回応用物理学関係連合講演会講演予
稿集2a-N-9、202頁記載の論文をあげることができる。
As a second method, an intermediate layer is sandwiched between a novolac-based positive photoresist and a negative photoresist having a photosensitivity opposite to that of the positive photoresist, so that the positive photoresist and the negative photoresist are mixed. A method of realizing a λ / 4 shift type diffraction grating by performing interference exposure so as not to match is given. As a literature of this method, the paper described in Utaka et al., Proc. 2a-N-9, p. 202, Proceedings of the 46th Joint Symposium on Applied Physics in Autumn 1985 can be cited.

第3の方法としては、位相シフトに相当する断差を有す
る石英のコンタクトマスクをフォトレジストを塗布した
半導体基板に密着させて干渉露光を行なう方法があげら
れる。この方法の文献としては、白崎他著の電子通信学
会技術報告OQE85-60巻、57〜64頁記載の論文をあげるこ
とができる。
As a third method, there is a method in which a quartz contact mask having a gap corresponding to a phase shift is brought into close contact with a photoresist-coated semiconductor substrate to perform interference exposure. As a literature of this method, there can be mentioned the papers described by Shirasaki et al., Technical Report OQE 85-60, 57-64, IEICE.

第4の方法としては、位相シフトに相当する段差を有す
る石英のコンタクトマスクを光学系の中に組み入れた方
法があげられる。この方法の文献としては、辻他著の昭
和60年第46回秋季応用物理学関係連合講演会講演予稿集
2a-N-10、22頁記載の論文をあげることができる。
A fourth method is a method in which a quartz contact mask having a step corresponding to the phase shift is incorporated in the optical system. The literature of this method is as follows: Proceedings of Tsuji et al.
2a-N-10, page 22 can be cited.

(発明が解決しようとする問題点) 上述した従来の回折格子の製造方法には次のような欠点
が存在する。すなわち、第1の方法では、ネガ形フォト
レジストとして環化ゴム系のフォトレジストを用いてい
るために解像度が悪く、再現性よく形状が良好な回折格
子を製作することができないという欠点が存在する。
(Problems to be Solved by the Invention) The above-described conventional method for manufacturing a diffraction grating has the following drawbacks. That is, in the first method, since a cyclized rubber type photoresist is used as the negative type photoresist, there is a drawback that the resolution is poor and a diffraction grating having a good shape with good reproducibility cannot be manufactured. .

第2の方法では、ネガ形フォトレジストとしてノボラッ
ク系のフォトレジストを用いているので解像度はよい
が、現像工程2回、エッチング工適2回と工数が多く、
なおかつ製作条件が大変厳しく歩留りが悪いという欠点
が存在する。第3の方法では、コンタクトマスクと半導
体基板との密着性に問題があり、半導体基板全面に回折
格子を形成することが難しい。第4の方法では、収差の
ために回折格子形成面積が約7mm2(半径1.5mmの円)と
極端に小さくなり、量産性に欠けるいう欠点が存在し
た。
In the second method, since a novolac-based photoresist is used as the negative photoresist, the resolution is good, but the number of man-hours is large, such as two development processes and two etching processes.
Moreover, there are drawbacks that the production conditions are very strict and the yield is low. In the third method, there is a problem in adhesion between the contact mask and the semiconductor substrate, and it is difficult to form the diffraction grating on the entire surface of the semiconductor substrate. In the fourth method, the diffraction grating formed area was extremely small, about 7 mm 2 (circle with a radius of 1.5 mm) due to aberration, and there was a drawback that mass productivity was lacking.

本発明の目的は、λ/4シフト形DFBレーザに用いるため
の回折格子として形状が良好で、かつ溝の深い、すなわ
ち結合定数の大きな回折格子を半導体基板全面に歩留り
よく得ることのできる回折格子の製造方法を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a diffraction grating having a good shape as a diffraction grating for use in a λ / 4 shift type DFB laser and having a deep groove, that is, a large coupling constant, with good yield over the entire surface of a semiconductor substrate. It is to provide a manufacturing method of.

(問題点を解決するための手段) 本発明による回折格子の製造方法は、基板の全面に塗布
したフォトレジストの上部に選択的にネガ形フォトレジ
スト薄膜を形成した後、前記基板の法線に対し傾いた方
向を中心軸として対称な角度から2本のレーザ光を照射
して干渉露光を行なう回折格子の製造方法において、前
記フォトレジストと前記ネガ形フォトレジスト薄膜との
混合あるいは反応を防止する役目を有する中間層を前記
フォトレジストと前記ネガ形フォトレジスト薄膜との間
に形成する工程を有することに特徴がある。
(Means for Solving the Problems) In the method for manufacturing a diffraction grating according to the present invention, after the negative photoresist thin film is selectively formed on the photoresist applied to the entire surface of the substrate, the normal line of the substrate is applied. In a method of manufacturing a diffraction grating in which two laser beams are irradiated from a symmetrical angle with respect to a tilted direction as a central axis to perform interference exposure, mixing or reaction of the photoresist and the negative photoresist thin film is prevented. The method is characterized by including a step of forming an intermediate layer having a role between the photoresist and the negative photoresist thin film.

(作用) 本発明の原理を説明する。本発明の目的は、先にも述べ
たように形状が良好で溝の深い回折格子を歩留りよく半
導体基板全面に形成することにある。では、形状が良好
で溝の深い回折格子を形成するにはどうしたらよいだろ
うか。そのためには、解像度がよいフォトレジストを用
いればよい。本発明の方法では、解像度のよいフォトレ
ジストを1種類だけ用いることにより前記第1の方法の
欠点を除去することに成功した。
(Operation) The principle of the present invention will be described. An object of the present invention is to form a diffraction grating having a good shape and a deep groove on the entire surface of a semiconductor substrate with a high yield as described above. Then, how can we form a diffraction grating with a good shape and a deep groove? For that purpose, a photoresist having a good resolution may be used. The method of the present invention succeeded in eliminating the drawbacks of the first method by using only one type of photoresist having good resolution.

次に歩留りよく回折格子を製作するにはどうしたらよい
であろうか。そのためには、現像、エッチング工程を各
1回と少なくし、なおかつ現像、エッチング条件に余裕
があることが望ましい。本発明の方法では、1種類のフ
ォトレジストを用いているために現像、エッチング工程
は各1回であり、また2種類のフォトレジストを用いた
第2の方法に比べて、現像、エッチング条件の許容度が
大きいという利点があり、第2の方法における問題点は
解決される。
Next, how can we make a diffraction grating with high yield? For that purpose, it is desirable that the development and etching steps be reduced to once, and that the development and etching conditions have a margin. In the method of the present invention, since one type of photoresist is used, the development and etching steps are each performed once, and compared with the second method using two types of photoresist, the development and etching conditions are It has the advantage of high tolerance and solves the problem of the second method.

最後に基板全面に回折格子を形成するという点について
は、本発明の方法でば、膜をフォトレジストの上に形成
するので、前記第3の方法で問題となった密着性は大変
良く、これで前記第3の欠点は克服される。また、本発
明の方法では光学系はミラー、レンズ、ビームスプリッ
ター、ビームエクスパンダーのみから形成されており、
収差の影響で回折格子の形成面積が制限されるといった
ようなことはない。
Finally, in terms of forming a diffraction grating on the entire surface of the substrate, since the method of the present invention forms a film on a photoresist, the adhesion problematic in the third method is very good. Thus, the third drawback is overcome. Further, in the method of the present invention, the optical system is formed by only a mirror, a lens, a beam splitter, and a beam expander,
The formation area of the diffraction grating is not limited by the influence of aberration.

すなわち、前記第4の方法において存在した欠点は本発
明の方法には存在しない。
That is, the defect existing in the fourth method does not exist in the method of the present invention.

では、以下に本発明の原理を数式を用いて説明する。1
種類のフォトレジストを用いてλ/4シフト形回折格子を
製作するためには、露光に用いる2本のレーザ光の干渉
によって生ずる干渉縞の明暗が2つの領域間で反転した
状態が得られなければならない。このような状態は、1
つの領域に入射する2本のレーザ光の光路差Δl1と、も
う1つの領域に入射する2本のレーザ光の光路差Δl2
の差Δlが という関係を満足する時に実現される。但し、ここでは
λeはレーザ光の波長である。この具体的な方法を第2
図に示す。半導体基板1の上にフォトレジスト2を塗布
した後、フォトレジスト2を覆うように屈折率n2、厚さ
d2の薄膜3(中間層)を形成する。膜3の上に部分的に
屈折率n1、厚さd1のネガ形フォトレジスト薄膜4(以下
誘電体膜と記す)を形成する。このようにすれば、コン
タクトマスクを用いた場合と違って密着性は充分よく、
半導体基板全面に回折格子を形成することができる。半
導体基板1を角度Ψだけ傾け、上方から水平面に対して
入射角θの2本のレーザ光を照射して干渉露光する。第
2図において、破線は誘電体膜4が存在しないときの2
本のレーザ光の光路を示したものであり、実線は誘電体
膜4が存在する場合の2本のレーザ光の光路を示したも
のである。今、誘電体膜4が存在するとき、2本のレー
ザ光が交わる点Cで左右の光路長が等しく、光が強め合
う(Δl1=0)と仮定すると +n1+n2=n2+n1 …(1) ただし、ここでは、計算を簡単にするために点Fにおけ
る光の位相が点Hにおける光の位相と等しくなるように
点Fを決定した。すなわち、式(1)から =n1(−)+n2(−) …(2) となるように点Fを決定した。ここで、第2図からわか
るように である。式(3)においてθ1は左からレーザ光が
それぞれ膜、フォトレジスト2に入射する際の水平面に
対する入射角であり、θ4は右からレーザ光がそれ
ぞれ膜3、フォトレジスト2に入射する際の水平面に対
する入射角である。式(2)に式(3)を代入すると、 となる。次に誘電体膜4が存在しない時、2本のレーザ
光の光路長の差がλe/2であると仮定する(Δ12=λe/
2)。このようにすれば、 Δ1=|Δ11−Δ12|=λe/2 が満たされ、誘電体膜4が存在する領域と誘電体膜4が
存在しない領域とでは、干渉縞の明暗が反転した状態を
得ることができる。上の仮定を式で表わすと、 となる。但し、ここで、 =+cos(θ−θ) (6−a) =cod(θ−θ) (6−b) である。式(5)に式(3),(4),(6)を代入し
て整理すると となり、式(7)によって誘電体膜4の膜厚d1が決定さ
れる。また、スネルの法則から sin(θ−Ψ)=n1sin(θ−Ψ)=n2sin(θ
Ψ) (8) sin(θ+Ψ)=n1sin(θ+Ψ)=n2sin(θ
Ψ) (9) であり、式(8),(9)から となる。式(7),(10),(11)とから屈折率n1、レ
ーザ光の水平面に対する入射角θ、基板1の傾き角Ψ、
レーザ光の波長λeを決定すると、誘電体膜4の膜厚d1
を決定することができる。また、この場合回折格子の周
期Λは となる。第3図、第4図はそれぞれΛ=2000Å,2400Å
のλ/4シフト形回折格子を波長3250ÅのHe-Cdレーザ光
を用いて製作するための基板1の傾き角Ψと誘電体膜4
の膜厚d1、左右のレーザ光の入射角θの関係を表した図
である。ただし、ここで屈折率n1=1.55とおいた。誘電
体膜4の厚みを2μmとした時、図からΛ=2000Åのと
きはθ=54.6゜,Ψ=5.0゜,Λ=2400Åのときはθ=4
3.0゜,Ψ=7.0とすればよいことがわかる。
Now, the principle of the present invention will be described below by using mathematical expressions. 1
In order to fabricate a λ / 4 shift type diffraction grating using different types of photoresist, it is necessary to obtain a state in which the contrast of the interference fringes caused by the interference of two laser beams used for exposure is reversed between the two regions. I have to. Such a state is 1
The difference Δl between the optical path difference Δl 1 of the two laser beams entering one area and the optical path difference Δl 2 of the two laser beams entering the other area is Will be realized when the relationship is satisfied. However, here, λe is the wavelength of the laser light. This concrete method is the second
Shown in the figure. After applying the photoresist 2 on the semiconductor substrate 1, the refractive index n 2 and the thickness are set so as to cover the photoresist 2.
A thin film 3 (intermediate layer) of d 2 is formed. A negative photoresist thin film 4 (hereinafter referred to as a dielectric film) having a refractive index n 1 and a thickness d 1 is partially formed on the film 3. By doing this, unlike the case where a contact mask is used, the adhesion is sufficiently good,
The diffraction grating can be formed on the entire surface of the semiconductor substrate. The semiconductor substrate 1 is tilted by an angle ψ, and two laser beams with an incident angle θ are irradiated onto the horizontal plane from above to perform interference exposure. In FIG. 2, the broken line indicates 2 when the dielectric film 4 does not exist.
The optical paths of the two laser lights are shown, and the solid line shows the optical paths of the two laser lights when the dielectric film 4 is present. Now, assuming that the dielectric film 4 exists, assuming that the left and right optical path lengths are equal at the point C where the two laser beams intersect and the lights are mutually strengthened (Δl 1 = 0), + n 1 + n 2 = n 2 + n 1 (1) However, here, in order to simplify the calculation, the point F is determined so that the light phase at the point F becomes equal to the light phase at the point H. That is, from equation (1) = n 1 (- ) + n 2 (-) ... and to determine the point F so (2). Here, as can be seen from FIG. Is. In Expression (3), θ 1 and θ 2 are incident angles of the laser light from the left with respect to the film and the horizontal plane when entering the photoresist 2, and θ 4 and θ 3 are laser light from the right to the film 3 and the photo, respectively. It is an incident angle with respect to a horizontal plane when entering the resist 2. Substituting equation (3) into equation (2), Becomes Next, when the dielectric film 4 is not present, it is assumed that the difference in optical path length between the two laser beams is λe / 2 (Δ1 2 = λe /
2). By doing so, Δ1 = | Δ1 1 −Δ1 2 | = λe / 2 is satisfied, and the brightness and darkness of the interference fringes are inverted in the region where the dielectric film 4 is present and the region where the dielectric film 4 is not present. You can get the status. Expressing the above assumptions as an equation, Becomes However, here, it is = + cos ((theta)-(theta) 1 ) (6-a) = cod ((theta)-(theta) 4 ) (6-b). Substituting equations (3), (4), and (6) into equation (5) and rearranging Therefore, the film thickness d 1 of the dielectric film 4 is determined by the equation (7). Also, from Snell's law, sin (θ−Ψ) = n 1 sin (θ 1 −Ψ) = n 2 sin (θ 2
Ψ) (8) sin (θ + Ψ) = n 1 sin (θ 4 + Ψ) = n 2 sin (θ 3 +
Ψ) (9) and from equations (8) and (9) Becomes From equations (7), (10), and (11), the refractive index n 1 , the incident angle θ of the laser beam with respect to the horizontal plane, the tilt angle Ψ of the substrate 1,
When the wavelength λe of the laser light is determined, the film thickness d 1 of the dielectric film 4
Can be determined. In this case, the period Λ of the diffraction grating is Becomes Figures 3 and 4 show Λ = 2000Å and 2400Å respectively.
Angle Ψ of the substrate 1 and the dielectric film 4 for manufacturing the λ / 4-shifted diffraction grating of 3D using the He-Cd laser light of wavelength 3250Å
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the film thickness d 1 and the incident angles θ of the left and right laser beams. However, the refractive index n 1 = 1.55 is set here. When the thickness of the dielectric film 4 is 2 μm, from the figure, when Λ = 2000Å, θ = 54.6 °, Ψ = 5.0 °, and when Λ = 2400Å, θ = 4.
It can be seen that 3.0 ° and Ψ = 7.0 are sufficient.

(実施例) 以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第1図(a)〜(f)は本発明の一実施例である回折格
子の製造方法をその工程順に説明する図である。第1図
(a)に示す工程では、InP半導体基板1上にノボラッ
ク系ネガ形フォトレジストであるODUR-120膜2(東京応
化社製)を膜厚500Åとなるように塗布する。第1図
(b)に示す工程では、ODUR-120膜2を覆うように中間
層3として窒化シリコン膜をECRデポジション装置(日
電アネルバ製)を使って形成する。第1図(c)に示す
工程では、窒化シリコン膜3上に環化ゴム系ネガ形フォ
トレジストであるNNR膜4(ナガセ社製)を膜厚が2μ
mとなるように塗布した後、300μmパターンのCrマス
クで覆い水銀露光する。水銀露光後NNR専用現像液(ナ
ガセ社製)でNNR膜を現像した後、波長3250Åの2本の
レーザ光を用いて水平面に対する入射角54.6゜、基板の
傾き角5.0゜で干渉露光する。これはΛ=2000Åのλ/4
シフト回折格子に対応している。Λ=2400Åのλ/4シフ
ト回折格子を製作するときは波長3250Åの2本のレーザ
光を用いて水平面に対する入射角43.0゜,Ψ=7.0゜で
干渉露光する。第1図(d)に示す工程では、NNR膜4
(ナガセ社製)をH2O:H2SO4:H2O2=1:5:1(30℃)の混
合液を用いて除去した後、窒化シリコン膜3をHF7%の
バッファッード・フッ酸で除去する。第1図(e)に示
す工程では、ODUR-120膜2(東京応化社製)をODUR専用
現像液(東京応化社製)を用いて現像した後、ODUR専用
リンス液(東京応化社製)を用いてリンスする。第1図
(f)に示す工程では、周期状に形成されたODUR-120膜
2をエッチングマスクとしてInP半導体基板1をHBr:H2O
2:H2O=10:0.1:100の混合液でエッチングし、回折格子
5を得ることができた。
(Example) Hereinafter, the Example of this invention is described in detail using drawing.
FIGS. 1 (a) to 1 (f) are views for explaining a method of manufacturing a diffraction grating according to an embodiment of the present invention in the order of steps thereof. In the step shown in FIG. 1A, an ODUR-120 film 2 (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.), which is a novolac-based negative photoresist, is applied on an InP semiconductor substrate 1 so as to have a film thickness of 500 Å. In the step shown in FIG. 1B, a silicon nitride film is formed as an intermediate layer 3 so as to cover the ODUR-120 film 2 by using an ECR deposition device (manufactured by Nichiden Anelva). In the step shown in FIG. 1C, an NNR film 4 (manufactured by Nagase), which is a cyclized rubber-based negative photoresist, is formed on the silicon nitride film 3 to a thickness of 2 μm.
After being coated so as to have a thickness of m, it is covered with a 300 μm pattern Cr mask and exposed to mercury. After exposure to mercury, the NNR film is developed with an NNR-dedicated developer (made by Nagase Co., Ltd.), and then interference exposure is performed using two laser beams having a wavelength of 3250Å at an incident angle of 54.6 ° with respect to a horizontal plane and a substrate inclination angle of 5.0 °. This is λ = 2000Åλ / 4
It corresponds to the shift diffraction grating. When making a λ / 4 shift diffraction grating with Λ = 2400Å, two laser beams with a wavelength of 3250Å are used to perform interference exposure at an incident angle of 43.0 ° to the horizontal plane and Ψ = 7.0 °. In the step shown in FIG. 1D, the NNR film 4
(Manufactured by Nagase) is removed using a mixed solution of H 2 O: H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 1: 5: 1 (30 ° C.), and then the silicon nitride film 3 is subjected to HF 7% buffered fluoride. Remove with acid. In the step shown in FIG. 1 (e), ODUR-120 film 2 (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) is developed using a developer for ODUR (manufactured by Tokyo Ohka), and then rinse solution for ODUR (manufactured by Tokyo Ohka). Rinse with. In the step shown in FIG. 1 (f), the InP semiconductor substrate 1 is subjected to HBr: H 2 O using the periodically formed ODUR-120 film 2 as an etching mask.
The diffraction grating 5 could be obtained by etching with a mixed solution of 2 : H 2 O = 10: 0.1: 100.

次に中間層3として窒化シリコン膜以外の膜を用いた実
施例について説明する。第1図(a)に示す工程では、
前記実施例と同様にInP半導体基板1上にノボラック系
フォトレジスト膜2を膜厚1500Åとなるように塗布す
る。第1図(b)に示す工程では、ノボラック系フォト
レジスト膜2を覆うように中間層3としてOBC膜(東京
応化社製)を膜厚1μmとなるように塗布する。第1図
(c)に示す工程では、OBC膜3上に水溶性フォトレジ
ストであるNONCRON膜4(東京応化社製)を膜厚が0.8μ
mとなるように塗布した後、300μmパターンのCrマス
クで覆い水銀露光する。水銀露光後、水でNONCRON膜4
を現像した後、波長3250Åで2本のレーザ光を用いて干
渉露光する。第1図(d)に示す工程では、OBC膜3とN
ONCRON膜4とを同時に除去する。第1図(e)に示す工
程では、ノボラック系フォトレジスト膜2を現像した
後、リンスする。第1図(f)に示す工程では、周期状
に形成されたノボラック系フォトレジスト膜2をエッチ
ングマスクとしてInP半導体基板1をエッチングし、回
折格子5を得ることができた。このように今回2つの実
施例によって本発明の方法が有効であることがわかっ
た。
Next, an example in which a film other than the silicon nitride film is used as the intermediate layer 3 will be described. In the step shown in FIG. 1 (a),
As in the above-mentioned embodiment, the novolac photoresist film 2 is applied on the InP semiconductor substrate 1 so as to have a film thickness of 1500 Å. In the step shown in FIG. 1B, an OBC film (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) is applied as the intermediate layer 3 so as to cover the novolac photoresist film 2 so as to have a film thickness of 1 μm. In the step shown in FIG. 1 (c), a NONCRON film 4 (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.), which is a water-soluble photoresist, is formed on the OBC film 3 with a film thickness of 0.8 μm.
After being coated so as to have a thickness of m, it is covered with a 300 μm pattern Cr mask and exposed to mercury. After exposure to mercury, the NONCRON film with water 4
Is developed, and interference exposure is performed using two laser beams with a wavelength of 3250Å. In the step shown in FIG. 1D, the OBC film 3 and N
The ONCRON film 4 is removed at the same time. In the step shown in FIG. 1E, the novolac-based photoresist film 2 is developed and then rinsed. In the step shown in FIG. 1F, the InP semiconductor substrate 1 was etched using the novolac photoresist film 2 formed in a periodic pattern as an etching mask, and the diffraction grating 5 could be obtained. Thus, this time, it was found that the method of the present invention is effective by the two examples.

なお、ここではフォトレジスト膜2と誘電体膜4との混
合あるいは反応を抑えることのできる膜3として窒化シ
リコン膜やOBC膜を用いているが、これ以外に例えばフ
ォトレジスト膜、SiO2膜、アモルファスシリコン膜など
であってもよい。また、ここでは誘電体膜4として環化
ゴム系のネガ形フォトレジストであるNNR膜や水溶性フ
ォトレジストNONCRONを用いたが、これ以外のネガ形フ
ォトレジスト膜でもよい。
Here, a silicon nitride film or an OBC film is used as the film 3 capable of suppressing the mixing or reaction of the photoresist film 2 and the dielectric film 4, but other than this, for example, a photoresist film, a SiO 2 film, It may be an amorphous silicon film or the like. Although the NNR film, which is a cyclized rubber type negative photoresist, and the water-soluble photoresist NONCRON are used as the dielectric film 4 here, other negative photoresist films may be used.

(発明の効果) 本発明の回折格子の製造方法では、1種類のフォトレジ
スト2を縞状に露光して用いているので、遷移領域の両
側で形状が等しく、なおかつ形状が良好な回折格子5を
半導体基板全面に得ることができる。また、誘電体膜4
とフォトレジスト2との間に薄膜3を入れたことによ
り、フォトレジスト2に悪影響を与えることなく、誘電
体膜4を形成または除去することができる。
(Effects of the Invention) In the method of manufacturing a diffraction grating of the present invention, since one type of photoresist 2 is used by being exposed in stripes, the diffraction grating 5 having the same shape on both sides of the transition region and having a good shape is used. Can be obtained over the entire surface of the semiconductor substrate. In addition, the dielectric film 4
By inserting the thin film 3 between the photoresist 2 and the photoresist 2, the dielectric film 4 can be formed or removed without adversely affecting the photoresist 2.

コンタクト・マスクを用いた回折格子の製造方法では、
フォトレジストとコンタクト・マスクの密着性が問題と
なるが、本発明の回折格子の製造方法ではそのような密
着性を気にする必要もない。以上本発明には3つの効果
がある。
In the method of manufacturing the diffraction grating using the contact mask,
Although the adhesion between the photoresist and the contact mask becomes a problem, it is not necessary to care about such adhesion in the method of manufacturing the diffraction grating of the present invention. As described above, the present invention has three effects.

本発明により、周期2000Å、深さ1000Åののこぎり状の
回折格子と周期2400Å、深さ1200Åののこぎり状の回折
格子を不整や架橋もなく得ることができた。この回折格
子を用いて半導体レーザを製作したところ、従来の方法
で形成された回折格子に比べてしきい値電流が数mA低下
し、また歩留りが98%と向上し本発明の回折格子の製造
方法が有効であることが判った。
According to the present invention, it was possible to obtain a saw-tooth diffraction grating with a period of 2000Å and a depth of 1000Å and a saw-like diffraction grating with a period of 2400Å and a depth of 1200Å without irregularities or bridges. When a semiconductor laser was manufactured using this diffraction grating, the threshold current was reduced by several mA compared with the diffraction grating formed by the conventional method, and the yield was improved to 98%. The method proved to be effective.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(a)〜(f)は、本発明の一実施例の工程図で
ある。第1図において、1は半導体基板、2はフォトレ
ジスト、3は中間層、4は誘電体膜、5は回折格子であ
る。第2図は本発明による回折格子の製造方法の原理を
説明する図である。図中の数字は第1図中の数字に対応
している。第3図、第4図はそれぞれ周期2000Å、周期
2400Åのλ/4シフト形回折格子を得るための基板の傾き
角Ψと誘電体膜の厚さd1、水平面に対するレーザ光の入
射角θとの関係を示す図である。
1A to 1F are process drawings of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a photoresist, 3 is an intermediate layer, 4 is a dielectric film, and 5 is a diffraction grating. FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the method of manufacturing a diffraction grating according to the present invention. The numbers in the figure correspond to the numbers in FIG. Figures 3 and 4 show a cycle of 2000Å and cycle, respectively.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a substrate inclination angle Ψ for obtaining a 2400 Å λ / 4 shift diffraction grating, a thickness d 1 of a dielectric film, and an incident angle θ of laser light with respect to a horizontal plane.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板の全面に塗布したフォトレジストの上
部に選択的にネガ形フォトレジスト薄膜を形成した後、
前記基板の法線に対し傾いた方向を中心軸として対称な
角度から2本のレーザ光を照射して干渉露光を行なう回
折格子の製造方法であって、前記フォトレジストと前記
ネガ形フォトレジスト薄膜との混合あるいは反応を防止
する役目を有する中間層を前記フォトレジストと前記ネ
ガ形フォトレジスト薄膜との間に形成する工程を有する
ことを特徴とする回折格子の製造方法。
1. A negative photoresist thin film is selectively formed on the photoresist coated on the entire surface of the substrate.
A method of manufacturing a diffraction grating, which comprises performing interference exposure by irradiating two laser beams from a symmetrical angle with a central axis being a direction inclined with respect to a normal line of the substrate, wherein the photoresist and the negative photoresist thin film are provided. A method of manufacturing a diffraction grating, comprising the step of forming an intermediate layer having a function of preventing mixing or reaction with the photoresist between the photoresist and the negative photoresist thin film.
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