JPS59168403A - 露光装置 - 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】 （７）要　約 回折格子を作製するための露光装置で、レーザ光を２光
束に分けて、これを互に反対側から感光性材料に照射し
て干渉縞を露光する。分離した２光束はシングルモード
光ファイバを通過させ、光ファイバの端点から球面波と
して出射する。干渉縞は平行な直線ではなく、球面波に
よる干渉縞となる。しかし、光フアイバ出射端と感光面
が十分離れていれば、干渉縞はほぼ平行な直線群となる
。

（イ）技術分野 光通信の分野に於て、回折格子は重要な一構成要素であ
る。波長選択性の良いことから、反射型として、波長分
波、合波素子に用いられる。また、光導波路に装荷させ
た素子として、フィルタ、分布帰還型レーザ等、重要な
素子を構成できる。

光集積回路の一構成要素としての、導波路上の回折格子
を例にとって考える。この場合、回折格子の周期は、導
波路中を伝搬する光の波長よりなお小さいのが普通であ
る。

このため、回折格子を作製するには、非常に微細で、か
つ高精度の加工技術が要求される。このように微細な回
折格子を機械的方法で作るのは難しい。

そこで、第４図に示すような三光束干渉露光法か用いら
れる。これは、レーザ光を２光束に分け、これを平面波
として、２方向から感光性、（ン眉に入射し、゛１ε行
直線群の干渉縞を露光するものである。

第４図に於て、レーザ光源１１から出た可干渉光は、ミ
ラー１２で反射され、ハーフミラ−１３て２本の光束に
分けられる。この光束は、ヒームエクスパンダＩＡ、、
１５で拡大され、直径の大きい゛（′−面波となる。平
面波となった二元束は、ミラー１Ｂ、１７で反射されて
、基板日の土に塗布された感光性拐利Ａ（例えばフォト
レシス＋−）に互に反対側の斜方向から入射する。基板
日に立てた法線をｍとし、二元束は法線ｍに対し、入射
角θ、−〇をなすようにすることか多い。

二元束は平面波であるから、その先軸と法線ｍとが同−
乎［ｍ上にあるようにすれば、二元束が感光性材料Ａの
上に作る干渉縞は、等間隔の平行直線群になる。

このような配置で露光した後、感光性拐料を適当に７処
理すれば、感光性材料又は基板によって構成される回折
格子を得ることができる。

このような三光束干渉露光法は、レーザ光の波長のオー
ダーの間隔の回折格子を作ることができるし、周期性も
良い。

しかし、なお欠点もある。

（つ）　従来の三光束干渉露光法の欠点このような三光
束干渉露光法の欠点は、まず干渉縞パターンが乱れやす
い、という事である。

コリメート光学系１４．１５に、ミラー１６．１７を用
いるから、レンズやミラーにホコリ、汚汁がイ」遊し、
或は傷がつくこともある。このようなホコリ、傷は露光
面にスペックルパターンを生ずる原因となる。

光の伝搬媒質として空気を用いているが、空気の密度貧
化による屈折率のゆらぎなどが、干渉縞パターンにｔＶ
を生ずる。さらに、レンズ、ミラーなどを組合せている
から、機械的振動の影響を受けやすい。機械的振動の振
幅か僅かであっても、作製すべき回折格子の周期か小さ
いのであるから、干渉縞の形成に悪影響を及ぼす。

さらに、露光装置の全体か大きなスペースを必要とする
、という欠点がある。

ミラー、レンズ等の光学部品を定盤の上に固定したもの
一〇露光装置を構成していたからである。

定盤は重く、犬・きいものであるから、露光装置は犬か
がすなものになる。干渉縞周期は、入射角をθ、レーザ
波長を２１として、ン、／　２　ｓｉｎ　Ｏで与えられ
る。特に干渉縞周期を大きくするため、θを小さくした
い場合かあるが、θを小さくするためにはミラーから基
板Ｂまでの距離が極めて長くなる。

このような理由で、露光装置を小型にすることかできな
い。

（ｆｆ＝）　　］＃＜白波の干渉縞パターン本うれ［す
］者は、従来の三光束干渉露光法か、ミラーやレンズを
多用するところにその弱点かある事に気付いた。

そこで、本発明者は、ミラーやレンズよりなる光学系を
、シングルモード光ファイバで置換える事を考えた。

コリメート光学系て２光束を平行光に拡大して（平面波
）干渉させると、干渉縞は平行直線群になる。

光ファイバだけを用いる場合、平面波を作ることができ
ないので、球面波となる。光ファイバの出射端からの球
面二元束を干渉させると、とのような干渉縞が平面上に
生ずるのか９まず、この点について述べる。

第２図は球面波の干渉を考察するための構成図である。

２つの点光源Ｐ、Ｑから球面波が出るものとする。ｙｚ
平面上の干渉縞について考察する。Ｘ軸か法線である。

点Ｐ、Ｑと原点Ｏの距離をｌ　、、β　とする。

ｂ ／Ｐｏｘ二θ　、／ＱＯｘ−θ、とする。

干渉縞は、光源Ｐ、Ｑからの距離の差が一定である軌跡
に沿って生ずる。

２点からの距離の差が一定である図形は、回転双曲面で
ある。つまり、Ｐ、Ｑを焦点とする双曲線を、直線ＰＱ
のまわりに回転しててきる図形である。

Ｉｌ′ｊ　ｇ’ｂ３　Ｐ　Ｑと漸開したｙｚ平面上に生
ずる干渉縞　Ａ（Ｚ：は、前記の回転双曲面とｙｚ乎面
の交線として与えられる。これは双曲線に１以でいるか
、双曲線ではない。

さて、１ｌ−ｊＪ　：頂はｙｚ平面での、直線Ｐ　Ｑの
方向への干渉縞の間隔のバラつきである。

つまり、第２図に於て、ｚ軸方向への干渉篇Ｕ　＋ｉａ
隔か問題である。

球面波を干渉させた場合の干渉縞パターンの周期につい
ては、５ｕｚｕｋ　ｉ　Ａ、　＋　Ｋ、ＴａｄａＬｃＦ
ａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆ　Ｃｈｉｒｐｅｄ　Ｇｒａｔ
ｉｎｇ　ｏｎ　ＧａＡｓ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｗａｙｅｑ
ｕｉｄｅｓ、　”Ｔｈ１ｎ　５ｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ、
　ｖｏｌ、７２．　ｌＮｏ、３．ｐ４］９に語・シく説
明されている。

Ｚ軸上の干渉縞周期Ａ　（ｚ）は、２軸上の点Ｒを考え
、ＰＲとＲＱの差Δに屈折率ｎを乗し、これを２で微分
したものでλ０を除すれば求めることかて・・・・・・
（２） となる。

Ｚ軸上で、原点（２＝０　）に於てＡ、　（ｚ）は最小
である。原点より府れるに従って、干渉縞周ｍｊ　Ａ　
（Ｚ）は僅かすつ増加する。

・′〜（ｚ）は一定ではなく、ｚ　＝　０をｊｉ２小と
する下に凸な函数である。しかし、２の値が小さい限り
、Ａ　（０）からのズレは小さい。

第３図はｚ　＝　Ｌ／２の点でのＡ　（Ｚ）の値が、原
点での（ｉ　Ａ　（０）よりどれはと大きいかを示すグ
ラフである。βａ　−九、θａ−０，という条件で、横
軸を変数１　としている。つまり、ｙｚ平血の中心○と
黒光源との距離である。これは０〜８０（１＝について
示した。

縦−１５・１は Ａ　（し’２）−Ａ（０） 一一一一一−−−−−　　・・　・（３）Ａ（０） の値である。

Ｇａ　Ａ　Ｓ分布帰還レーザ用グレーテインク゛を想定
し、７へ（０）二０．３４５μｍ７１、ン１゜−０，３
２５μ？２１、ｎ二１、Ｏａ二〇、＝２８．１°として
、定数を決定した。

グラフは、下から順（こ、し二〇。４−１１゜Ｏπｆ１
２゜０πにのものを示す。Ｌ／２　Ｇは［回折格子を４
１（三るべき領域のり１・６部までの原点からσ）長ぎ
である。従って回折格子のしぎかしであると考えてよｌ
／′１０元集積回路なとの中には回折格ヨーをイ乍るの
一〇あるから、回折格子の長さＬｌ君／ｊ−ご（ｌ・・
。そして、ファイ７ち・１１１点（こ該轟する点Ｐ２Ｏ
力）らイ各子ＩＪ′ｎまての５ Ａ′Ｉｉ　離Ｌ８か大きけれは、格子ｉ九Ｋｌｊ　ｉ＼
（ＺＪのす２１（１１０以下、こ」テ、、えられる。こ
れ（、才格子ｊ戊Ｊら′］のイ直（・こ鋏算１−ると、
１０　　ハのオーダーである。殆と［台１ｈ〔（こなら
／、′い。

つ・まり、第２１こ於て、２叫１万［白」（こ（言（・
ｊすｉ［司；滴な３１′−打直線群が、干渉縞として／
：Ｊ＝する、とみな１−ことができる。

球面波の干渉縞であるか、Ｃ８が大きく、Ｌか小さいの
で、平面波の干渉縞とほぼ同じものになるのである。

叶）本発明の露光装置 本発明の露光装置は、球面波の干渉を利用する。

第１図は本発明の露光装置の元手系に成因である。

レーザ光源１は可干渉性のある元を生ずる。レーザ光源
１として、例えば、Ｈｅ　　Ｃｄレーザ（波長４４１６
云）を用いる事かて舌る。

レーザ光はハーフミラ−２によって、２本の光求に分け
られる。分＾１三さ２−シた２光火は、集光レンズ３．
４によって集光されて、シングルモート元ファイバ５．
６の端面に入射する。シングルモデド元ファイバ５．６
は、適当に彎曲しており、光束をぎ曲ぎせて、他方の端
面から出射する。

基板Ｂ１感光性拐料Ａのなす面に対して、それぞれのシ
ングルモード光ファイノ（’：）、ｂの出射光が互に異
る入射角で入射する。この例では、面に立てた法ａｍに
関し、２光束は互に斜反対側から入射し、角０、−〇を
なすようになっている。しかし、必ずしも、角度の絶対
値が等しくなけ・ればならないという事はない。

シングルモード晃ファイバ５．６の出射Ｕｌｉ　端点Ｐ
１Ｑは十分狭いので、レーザ光は球面波として、紫間中
へ出射される。

一゛１′−面波ではなく、球面波であるから、２光線が
忠光’Ｉ’！：拐料Ａの上で作る干渉縞は、等間隔の平
行面、腺群ではない。しがし既に説明したように、７娠
Ｐ、、Ｑと干渉平面との距離が長く、干渉領域の長さが
小ざい場合、球面波であっても、干渉冶はは（ミ平行直
線群になる。

？４つて、点Ｐ、Ｑからの球面波レーザ光によって、感
光性材料Ａの上に等間隔、平行直線群よりなる干渉ｒ４
％か露光される。

、感光性材料はフォトレジスト、ザーモブラスチソクな
ど公知のものを使用できる。

露光し、た後、現像、エツチング、その他の通常の工程
により、感光性材料そのものに、或は基板に回折格子を
形成する事ができる。

レーザ光の干渉は、両光束の光路差が、そのレーザ光源
のコヒーレント長以下てないと生じない。

レーザ光源がＨｅ　−Ｃｄレーザ（波長４４１６　Ａ　
）の場合、コヒーレント長は２Ｇ程度である。

ハーフミラ−から光ファイバの入射端までの距離をｄｌ
　、ｄ２　、光ファイバの長さを４１、ｅ２、ファイバ
の出射端から基板までの距離をＬｌ、Ｌ２とする。

光路差ΔＣは Δｇ＝　！　（ｃｂ　＋　１１＋Ｌ１）　　（ｄ２＋β
２　＋　Ｌ２　）　Ｉ−、−ヶえ６２．６゜　　　　　
　　　　°−＝−（”）Δでかコヒーレント長以下であ
る、という制限かある。しかし、これは容易に満足させ
ることができる緩い制限である。

レーザ光源は、短波長レーザを用いる必要がある。光フ
アイバ中での伝送損失を少くするため、石英系のシング
ルモード光ファイバを使用するのがよい。

波長ン、のマイナス４乗（λ　）に比例するレイリー散
乱により、０．４μｍ程度の波長の光は散乱されて、伝
送損失は３０〜５０　ｄＢ／ｈである。しかし、光ファ
イバの長さ１１．４□は数十α程度であるから、ここで
の伝送損失は極めて僅かである。

（力）　　効　　　　　果 シングルモード光ファイバを用いて２光束を匂曲させて
露光すべき面を照射するようにしている。

レンＶズやミラーを用いていないから、レンズ、ミラー
につくホコリ、汚れによるスペックルノぐターンが殆ど
現われない。また、レンズ、ミラーを固シ？するための
定盤などを要しないから１．光学系の全体を小さくする
ことかできる。

空気中を伝搬する部分が小さくなるから、空気の屈折率
のゆらぎの影響も受は難くなる。

（１）　　用　　　　　途 本発明は、光集積回路の中の回折格子、反射型の回折格
子その他を作製するための露光装置として用いる事がで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の露光装置の光学系構成図。 第２図は球面波の干渉を説明するための略図。 Ｐ、Ｑは点光源、ｚ軸は干渉平面の内ＰＱの方向にとっ
た座標、Ｘ軸は干渉平面の法線に平行にとっである。 第３図は球面波の作る干渉縞の周期が、ｚ＝０とｚ　＝
　Ｌ／　２の点で、どれほど異るかを示すグラフ。 横軸は点光源と平面の原点０との距離ら、縦軸は、干渉
縞周期の差をｚ　＝　Ｏに於ける干渉島周期で除した（
　Ａ　（Ｌ／２）　−Ａ（０）　）　／　Ａ（０）の値
を示す。Ｌ−０，４１１＝、１゜０關、２．０閂の場合
を図示した。 第４図は従来例に係る三光束干渉露光装置の光学系構成
図。 １　・・・・・・・・・　レーザ、光源２　・・・・・
・・・・　ハーフ　ミ７−３．４・・・・・・集光レン
ズ ５．６・・・・・・　　シングルモード光ファイバＡ　
・・・・・・・・・感光性材料 Ｂ　　・・・・・・・・・　　基　　　　　　　　板ｍ
　・・・・・・・・・　基板に立てた法線θ　　・・・
・・・・・・　　入　　　射　　　角ｄ１、ｄ２・・・
・・・　　ハーフミラ−から光ファイノ＜端までの距離 ４１．４□・・・・・・　光ファイバの長さＬｌ、Ｌ２
・・・・・・　光ファイバ端から基板中心までの距離 発　　明　　者　　　　　　　岡　　　本　　　賢　　
　司第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　可干渉性を有するレーザ光源と、レーザ光を
   ２光束に分離するハーフミラ−と、前記２光束を集光す
   る２の集光レンズと、集光レンズからの光束を導き感光
   性材料に対し互に異なる入射角をなすよう照射させ該感
   光性材料の上に球面波状の干渉縞を露光する２本のシン
   グルモード光ファイバとよりなる」ｉを待機とする露光
   装置。 （２）　　レーザ光源がＨｅ　−Ｃｄレーザである特許
   請求の範囲第（１）項記載の露光装置６゜（３）　　レ
   ーザ光源がＡｒレーザである特許請求の範囲第（１）項
   記載の露光装置。 （４）　　シングルモード光ファイバは石英系ファイバ
   である特許請求の範囲第（１）項記載の露光装置。