JPS5983111A - 光集積回路作製法 - 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】 ケ）　　発　　明　　の　　目　　的 この発明は、半導体基板」二の任意の場所に、任意の周
・期、任意の大きさの回路格子を作製する方法を提供す
ることを目的とする。

（イ）導波路形回折格子 半導体レーザ、先導波路、変調器、分波素子等をモノリ
シックに半導体基板上に形成する光ＩＣは、光通信、光
情報処理等の分野で出現の待たれている光デバイスであ
る。

光ＩＣを構成する機能素子には、波長多重通信に重要な
コンポーネントとなる波長分波合波素子、分布帰還型レ
ーザ、偏向ミラー等がある。これら機能素子を製作する
ためには、導波路形の回折格子は、特に重要な基本的要
素となる。

半導体基板上の所望の場所に、所望の周期の、所望の大
きさの回折格子を製作する技術の開発は、光ＩＣを実現
するためには不可欠である。

現在、導波路形の回折格子は、二光束干渉法又は電子ビ
ーム露光法等の方法で作製されている。

（つ）電子線ビーム露光法 細い電子線ビームを、集積回路を作製すべき半導体基板
上のフォトレジスト又は酸化膜に照射して回折格子やそ
の他の素子を作製するものである。

電子線ビームの走査は、電子計算機によってあらかじめ
プログラムされたパターンに従ってなされることができ
る。

電子ビームによって、所望の場所に、所望の寸法の回折
格子を作製することができる。しかし、電子ビームの直
径は有限で、ある程度（例えば０．１μｍφ）以下に絞
ることができない。このだめ、電子ビームＭ光によって
、光ＩＣの回折格子に要求される微細周期のパターンを
描くことは難しい。

現在、電子ビーム露光によって製作できる回折格子の格
子周期の下限は０．５μｍである。

光ＩＣ用回折格子に必要な微細構造を得ることができな
い。

に）二光束干渉露光法 第１図は二光束干渉露光法の概略を示す光学系構成図で
るる。

半導体基板１には、予めフォトレジスト２を（或は酸化
膜）コーティングしである。

レーザ３は例えばＨｅ　−Ｃｄ　ｖ−ザで、４４１６　
Ａの波長のコヒー１．・シト光を生ずる。シャッタ４を
通シ、ミラー５で反射されたレーザ光は、ビームスプリ
ッタ６で２光束に分けられる。それぞれは、ビームエク
ヌパンダ７．７によって、拡径される。

拡径された平面波に近いレーザ光は、ミラー８．８によ
って反射され、基板１に対し、反対側から、等しい入射
角θをなして、入射する。

二元束はコヒーレント光を分けたものであるから、入射
方向と直角な方向に干渉縞を作る。この干渉縞がフォト
レジスト２に露光記録される。フォトレジストを現像し
、基板１をエツチングする事によって、基板上に周期的
な凹凸条を形成する。

二光束干渉露光法に於て、干渉縞の周期ｄは、λ で表わされる。ここで、スはレーザ光の波長、ｎはレジ
ストの面する媒質の屈折率、θはレーザ光の基板への入
射角である。

二光束干渉露光法は、波長の短い可視光レーザ（Ｈｅ−
Ｃｄレーザ等）を使えば、十分に周期の小さい回折格子
を露光することができる。可視光、近赤外光による光通
信に必要なサブミクロン周期（０，２μｍ程度）の回折
格子を得ることは可能である。

しかし、拡径した二元束を干渉させるから、回折格子を
形成する領域を局所的に制限する事は難しい。

任意の場所に、任意の形状、寸法の回折格子を作ること
が必要である。このため、第２図に示すように、スリッ
ト、マスク９をフォトレジスト２の上に重ねて、局所的
に露光する方法が試みられている。

しかし、スリット、ガラスマスク等には厚みがある。開
口部又は透明部を通して、二元束が、レジスト２に入射
するが、開口部、透明部のエツジでレーザ光が回折する
。仁の回折によって、エツジ近傍では、レーザ光が整っ
た平面波ではなくなシ、干渉縞のパターンが乱れる。こ
のだめ、良好な回折格子パターンが得られない。

このような難点があった。

本発明は、このような欠点を解決した、局所的な回折格
子作製方法を与える。

け）薄膜による回折格子作製法 本発明を薄膜としてフォトレジストを使用した場合を例
にとって説明する。

第３図は、相異る性質を有する２種類のフォトレジスト
を用いた回折格子作製法の工程図を示す。

基板１に、第１フオトレジスト１０を塗布し、二元束干
渉露光し、現像して、回折格子のパターンを作製する。

第８図（１）は、これを示す。

次に、回折格子パターン上に、第２フオトレジスト１１
を塗布する。第２フオトレジスト１１は、第１フオトレ
ジストと硬化特性が異なる。たとえば、第１フオトレジ
スト１０がポジ型フォトレジストでめるとすれば、第２
フオトレジスト１１はネガ型フォトレジストとする。逆
に、第１フォトレジスト１０がネガ型であれば、第２フ
ォトレシヌト１１はポジ型である。

次に第８図（８）に示すように、マスク１２を、基板１
、フォトレジスト１０、’ＩＩに密着させて、基板に直
角方向の光を照射し、露光する。この段階に於ける露光
は、回折格子を作製すべき場所の第２フオトレジスト１
１のみを除去し、他の部分（７）第２７オ）レジスト１
１を残すだめのものである。

第２フオトレジヌト１１がネガ型フォトレジストである
場合、マスク１２はネガマスクを使用する。つまり、回
折格子を作製すべき場所に対応するマスクの部分は遮光
部１３に、その他の部分は透明部１４になっている。

この露光によって、透明部１４の直下の部分の第２フオ
トレジストは硬化する。辷光部１３の下の第１フオトレ
ジストはポジ型フォトレジストであるが、この露光に於
ては光照射を受けないので、回折格子パターンが消去さ
れるという事がない。

第３図（４）に示すようにこれを現像すると、回折格子
を作製すべき部分に窓が開く。窓開き部Ａには第１フオ
トレジストの回折格子ノぐターンが鱈出する。その他の
部分は第２フオトレジスト１１で覆われた被覆部Ｂとな
る。

これをエツチングすると、第３図（５）に示すように、
窓開き部Ａの基板が回折格子／＜ターンどおシにエツチ
ングされる。

最後に、フオトレジス）１０．１１を剥離すると、所望
の場所に回折格子１５が残る。

以上の説明は、第１フオトレジストがポジ型、第２フオ
トレジストがネガ型の場合であるが、逆の場合でも、同
様にして、回折格子を作製することができる。この場合
、マスクは遮光、透明部の反対になったポジ型マスクを
使用する。

同一基板上の複数の領域に同じ周期、同一方向の回折格
子を作製するのは、以上の工程を１口実行しただけでで
きる。

複数の領域に、異なる周期、異なる方向の回折格子を設
けるには、同様の工程を何回も繰返すことによってなさ
れる。

また、この発明を、相異なる性質のレジスト薄膜を使用
した場合を例にとって説明したが、この発明は他の薄膜
を使用することによっても実現できる。ただしその場合
、薄膜形成の時点で、第１フオトレジストの回折格子パ
ターンが熱変形を起さない様な低温プロセスである必要
がある。真空蒸着による金属膜等使用することができる
。その場合、金属膜に窓あけを実施するためには、通常
のフォトエツチングプロ士スを行えばよい。

Ｑ）本発明の効果 （１）光ＩＣに使用する回折格子を、基板上の所望の領
域に、所望の大きさで形成できる。

製作したフォトレジストパターン上へ、別種のフォトレ
ジストによシバターニングし限られた区域にのみ回折格
子を作製できるからである。

（ＩＩ）　　同一基板上の数ケ所に、それぞれ異る周期
、異なる方向を持つ回折格子を作製することができる。

本発明は、領域を限定し、局所的に任意の周期、任意の
方向の回折格子を作製できるので、これを繰返すことに
よっていかなる周期、方向の回折格子をも多数製作でき
る。

（（１）　この発明の用途 この発明は、光集積回路、光回路、分布帰還型半導体レ
ーザ、光分波器、光合波器などに応用することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は二元束干渉露光法の光学系構成図。 第２図はスリット、ガラヌマヌクによって露光領域を限
定した例を示す断面図。 第８図は相反する性質の２種類のフォトレジストを用い
る本発明の回折格子枠製法の工程図。（１）は基板上に
、二元束干渉露光によシ回折格子のレジストパターンを
作製する工程、（２）は第２フオトレジストを塗布した
工程、（３）はマスクを通して減光した工程、（４）は
現像工程、（５）はエツチング工程、（６）は剥離工程
を示す。 １　　・・・・・・・・・　　基　　　　　　　　板２
　・・・・・・・・・　フォトレジスト３　　　・・・
・・・・・・　　　し　　　　−　　　　ザ４　　　・
・・・・・・・・　　　シ　　ャ　　　ッ　　　タ５　
　　　　・・・　・・・　・・・　　　　　ミ　　　　
　　　　ラ　　　　　　　　−６・・・・・・・・・　
　ビームスプリッタ１　　・・・・・・・・・　　ビー
ムエクスパンダ８・・・・・・・・・ミラー ９　　・・・・・・・・・　　スリット、ガラスマスク
１０　・・・・・・・・・　　第１フオトレジスト１１
　・・・・・・・・・　　第２フオトレジスト１２　・
・・・・・・・・　　マ　　　　ス　　　　り１３　・
・・・・・・・・　　遮　　　光　　　部１４　・・・
・・・・・・　　透　　　明　　　部１５　・・・・・
・・・・　　回　　折　　格　　子Ａ　　・・・・・・
・・・　　窓　　開　　き　　部Ｂ　　・・・・・・・
・・　　被　　　覆　　　部発　　明　　者　　　　　
岡　　本　　賢　　　川西　　脇　　　由　　　和 松　　岡　　春　　治 西　　浦　　洋　　三 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　コヒーレントな光源と、光源からの出射光を
   三光束に分割するビームスプリッタと、光束を拡径する
   コリメート系と、三光束を基板上で干渉せしめるための
   ミラーとからなる三光束干渉露光装置にょシ、フォトレ
   ジストを塗布した基板を露光し、現像し、エツチングす
   る工程によシ、回折格子を作製する方法に於て、基板上
   に第１フオトレジストを塗布し、三光束干渉露光し、現
   像して、回折格子パターンを作製し、第１フオトレジヌ
   ト上に薄膜をコーティングし、回折格子を作製すべき場
   所以外を残す様に窓開はエツチングし、さらに基板を第
   １フオトレジストの回折格子パターンをマスクとして、
   基板をエツチングすることによシ、基板上の限られた場
   所にのみ、回折格子を作製することを％−徴とする光集
   積回路作製法。