JPS6252506A - グレ−テイング作製方法 - 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】 発明の要約 基板上に導電膜と電子線レジストを順に形成し、電子線
リソグラフィにより所定のレジスト・パターンを形成し
９次にレジスト・パターンをマスクとして導電膜をエツ
チングして導電膜パターンを形成しく第１のドライ・エ
ッチング）、さらに導電膜パターンをマスクとして基板
をエツチングする（第２のドライ・エッチング）。

［技術分野］ この発明は、基板表面に形成された周期的なまたはチャ
ーフ化された凹凸よりなるレリーフ形のグレーティング
の作製方法、とくにマスキングとドライ・エッチング（
たとえば反応性のものを含むイオン・ビーム・エツチン
グ、スパッタ・エツチングなど）の技術を用いたグレー
ティングの作製方法に関する。

［従来技術］ 光波術とくに集積光学の分野ではグレーティングは不可
欠の光素子の１つである。グレーティングは基板上の先
導波路への光の入力または先導波路からの光の出力のた
めの入出力結合器として。

光導波路間光結合器として、光導波路上での光路変換器
、偏向器２分波器として、光導波路における反射器、モ
ード変換器、波長フィルタ、波長分波器として、先導波
路上で光をコリメートするまたはフォカスする導波路レ
ンズとして、光導波路から空中に光を出射させかつ集光
する集光カブラとして、さらに透過形のレンズとして、
その他多くの光機能素子として広く利用されている。

第７図は、レリーフ形グレーティングの従来の作製方法
を示している。

光学基板１１上にフォト・レジスト１２をコーティング
する。基板１１には、ニオブ酸リチウム等の光学結晶ま
たは透明ガラスが用いられる。フォト・レジスト１２に
はたとえばＡ２１３５０Ｂが用いられる。ホログラフィ
ック露光（二光束干渉露光法）とレジストの現像とによ
りレジスト・マスク・パターン１２ａを作製する（第７
図（Ａ）（Ｂ））。ホログラフィック露光にはたとえば
Ｈｅ−Ｃｄレーザの光（λ−４４１６人）が用いられる
。

このレジスト・パターン１２ａをマスクとして基板１１
をイオン・ビーム・エツチングすることによりグレーテ
ィング１３を作製する（第７図（Ｃ）　（Ｄ）　’）。

ブレーズ型（ブレーズ化された。ブレーズド）グレーテ
ィングを作製する場合には、第７図（Ｃ）に示されるよ
うに、エツチング・ビームを基板１１表面に対して斜め
に入射させる。ブレーズ化とは。

回折効率等を高めるために、グレーティング断面形状を
非対称（三角形）にすることである。

イオン・ビームψエツチングには、Ａｒなどの不活性ガ
スまたはＣＦ　、ＣＨＦ３などの反応性ガスが用いられ
る。イオン管ビームφエツチングに代えてスパッタ・エ
ツチングが行なわれることもある。

このような従来のグレーティング作製方法においては次
のような問題点があった。

ホログラフィック露光法によるレジスト・パターンの作
製においては、実際には任意のパターンのマスクの形成
が困難である。

ホログラフィック露光性特有の現象として、第７図（Ｂ
）に示されるように、レジスト・マスクの断面が丸みを
帯び、マスクとして適さない。

とくに、グレーティングをブレーズ化した場合には１作
製されたグレーティングがなめらかな形状となる（第７
図（Ｄ）参照）。このため１回折効率や結合効率等の光
学特性が悪い。　　゛さらに、ホログラフィック露光法
では、その光学系が複雑で、露光条件（振動が無く、温
度が一定で、空気の流れによる光のゆらぎ等が無いこと
）が厳しいので、再現性が悪い。

［発明の目的コ この発明は、上記の諸問題を解決したグレーティング作
製方法を提供するものである。

［発明の構成と効果コ この発明によるグレーティング作製方法は、基板上の所
定領域に、基板と同程度の耐ドライ・エッチング性と導
電性とを有する中間膜を形成し。

この中間膜の上に電子線レジストをコーティングし、電
子線リングラフィにより上記レジストの所定パターンを
形成し、第１のドライ・エッチングにより、上記レジス
ト・パターンをマスクとじて中間膜をエツチングして中
間膜パターンを形成し、そして第２のドライ・エッチン
グにより、上記中間膜パターンをマスクとして基板をエ
ツチングすることを特徴とする。

基板上に導電膜（導電性を有する中間膜）を形成してい
るから、電子線レジスト上への電子線描画とレジストの
現象とによって容易に任意のレジスト・パターンをつく
ることができる。これにより、任意のパターンのグレー
ティングの作製が可能となる。またレジスト・パターン
の断面は矩形でそのエツジをかなりシャープにすること
ができるので、エツチング時にパターン変化が起こりに
くい。第１のドライ・エッチングによって、レジスト・
パターンをマスクとして導電膜をエツチングし、導電膜
（中間膜）パターンを形成しているから、基板のエツチ
ングのために有利なマスク・パターンが得られる。最後
に、導電膜パターンをマスクとして、第２のドライ・エ
ッチングによって基板をエツチングしているから、完成
されたグレーティングの形状を電子線描画したものとほ
ぼ同じに保ちかつエツジのシャープなものとすることが
できる。導電膜は耐ドライ・エッチング性を有するから
、第２のドライ・エッチングによって基板と同じ程度の
エツチング・レートでエツチングされ、基板へのグレー
ティングの深さを深くすることもできる。そうして、第
２のドライ・エッチングでブレーズ化した場合には、シ
ャープな形状のブレーズ型グレーティングを得ることが
できる。

［実施例の説明］ 第１図は、この発明の第１実施例を示すものである。

基板１としては、目的に応じて任意のものを採用するこ
とができる。たとえば、ニオブ酸リチウム等の光学結晶
、Ｓｉｎ、　　コーニング７０５９等のガラス等が用い
られよう。

この基板１上の所定領域に、まず導電膜２を形成し、さ
らにその上に電子線レジスト３をコーティングする（第
１図（Ａ））。所定領域とは、グレーティングを作製し
ようとする箇所を含む領域であり、基板の全表面でもよ
い。

導電膜２の材料としては、ＡＪ、Ｏｒなどの金属、また
は酸化インジウム、酸化スズなどの導電性化合物が用い
られ、これらを蒸着法またはスパッタ法によって基板１
上に膜として形成する。電子線レジスト３としては、Ｃ
ＭＳ−ＥＸ　（Ｒ）。

ＯＥ　Ｂ　Ｒ−１０００などが用いられる。ネガ、ポジ
いずれのタイプのレジストを用いてもよい。

次に、電子線リングラフィによって、レジストのグレー
ティング・パターン３ａを形成する（第１図（Ｂ））。

電子線描画装置のコンピュータをプログラミングするこ
とにより任意のパターンについて電子線描画することが
可能である。電子線描画ののちレジスト３を現像すれば
マスク・パターン３ａが残る。

導電膜２はここでは、電子線描画時に基板１が帯電する
のを防止するために用いられる。

従来のホログラフィック露光法によるマスク・パターン
と異なり、エツジがシャープなレジスト・マスク・パタ
ーン３ａが得られる。

続いて、第１のドライ・エッチング・プロセス、たとえ
ばイオン・スパッタ・エツチング法により、レジスト・
パターン３ａをマスクとして導電膜２をエツチングし、
導電膜によるグレーティング・パターン２ａを得る（第
１図（Ｃ））。このときレジスト３　（パターン３ａ）
もエツチングされる。もちろん、イオン・ビーム・エツ
チング法を利用してもよい。

導電膜２がＡＪ２などの場合には、イオン・スパッタ・
エツチングにおけるガスとしてＢＣＪ３が用いられる。

さらに、第２のドライ・エッチング・プロセス、たとえ
ばイオン・ビーム・エツチング法によって導電膜パター
ン２ａをマスクとして、基板１をエツチングする（第１
図（Ｄ））。このとき導電膜パターン２ａもエツチング
される。イオン・ビームは基板１の表面に対して垂直に
照射されている。

イオン・スパッタ・エツチング法を用いることも可能で
ある。

導電膜によるパターン２ａはここではマスクとして用い
られていることに注目すべきである。

イオン・ビーム中エツチングでは、ガスとして、たとえ
ばＡ「などの不活性ガス、またはＣＦ　　、ＣＨＦ　　
、Ｃ２Ｆ６などの反応性ガスが用いられる。

以上の処理によって、第１図（Ｅ）に示すように、基板
１上にグレーティング４が完成する。このグレーティン
グ４の溝の深さは、導電膜２（パターン２ａ）のエツチ
ング・レートおよび導電膜２の厚さと基板１のエツチン
グ・レートとによって定まり、これらのエツチング・レ
ートが基板よりも導電膜の方が小さければ、深い溝をも
つグレーティングを作製することも可能である。

上述したように電子線リソグラフィによってエツジのシ
ャープなレジスト・パターン３ａが得られ、これによっ
て同様にシャープな導電膜パターン２ａが得られるので
、完成したグレーティング４の形状もシャープなものと
なり、従来のように丸みがほとんどないかまたは少ない
。

第２図は第２の実施例を示すもので、プレーズ化された
グレーティングの作製方法を示している。

第１実施例の第１図（Ａ）〜（Ｃ）までの工程と全く同
じ処理を行なったのち、第２のドライ・エッチング・プ
ロセスにおいて、斜めイオン・ビーム・エツチング法が
採用され、イオン・ビームが基板１の表面に対して所定
の角度で斜めに照射される（第２図（Ｄ））。

これにより、第２図（Ｅ）に示されるようにブレーズ化
されたグレーティングが完成する。従来のホログラフィ
ック露光法に比べてシャープなブレーズド・パターンが
得られる。

斜めイオン・ビーム・エツチング法における条件の一例
を第３図を用いて説明すると次のようになる。

導電膜マスク２ａと基板１のエツチング・レートがほぼ
等しいこと。

たとえば、導電膜にＡで、基板としてニオブ酸リチウム
結晶、エツチング◆ガスとしてＣＨＦ３を用いること、
これらのエツチング・レートがほぼ同じになる。

導電膜マスク２ａのパターンが等比なライン・アンド・
スペース・パターンであること。

すなわち、マスク・パターンは凸条（導電膜部分）とそ
の間の凹溝とから構成され、凸条の巾Δ　と凹溝の巾へ
　がほぼ等しい（Δ　−Ａｓ）。

Ｌ　　　　　　　　　　　　Ｓ　　　　　　　　　　　
　　　　　Ｌ形成されるべきエツチングの深さく最も深
い部分）ｈ２とマスクの厚さｈｌとがほぼ等しいこと（
ｈ２−ｈｌ）。

イオンの入射角θ　がθ　−ｔａｎ　””　（ｈ　　／
ＡＬ）であること。

このようなブレーズ型のグレーティングは、第４図に示
されているように、光カプラとして利用することができ
る。

第４図において、基板１上には先導波路１ａが形成され
ており、この先導波路ｌａ上にブレーズ型グレーティン
グ５が形成されている。先導波路１ａを伝播してきた光
は、グレーティング５を通して空中に出射する（エア・
カップリング）。

第５図はこの発明によりつくられたグレーティングを分
波器として使用した例を示している。基板１上に二次元
光導波路（光導波層）　ｌａが形成され、ここに２つの
グレーティング４Ａ、４Ｂが形成されている。このグレ
ーティング４Ａ、４Ｂは第１図に示す方法で形成された
ものである。光ファイバ２０から光導波層１ａに入射し
た光の一部はグレーティング４Ａで回折され受光器２２
に達する。グレーティング４Ａを通過した光の一部はグ
レーティング４Ｂで回折され受光器２３に達し、残りの
非回折光は受光器２１に受光される。

第１図の作製方法において、レジスト・パターンの周期
を連続的に変化させて、チャーブ型（チャーブト）グレ
ーティングをつくることもできる。このようなチャーブ
型グレーティング６が基板１の先導波層ｌａ上に設けら
れ１分波器として用いられた例が第６図に示されている
。入射光の光の一部はそれぞれグレーティング６で回折
されて受光器２２〜２４に向い、残りの非回折光が受光
器２１に受光される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示すグレーティング
作製工程図である。 第２図はこの発明の第２の実施例を示すグレーティング
作製工程図の一部である。 第３図はブレーズ化されたグレーティングの作製条件を
説明するための図である。 第４図はブレーズ化されたグレーティングを光カブラと
して用いた例を示す断面図である。 第５図および第６図は、グレーティングを分波器として
用いた例を示す斜視図である。 第７図は従来のグレーティング作製工程を示す図である
。 １・・・基板、　　　　　２・・・導電膜（中間膜）。 ２ａ・・・導電膜（中間膜）パターン（マスク）。 ３・・・レジスト。 ３ａ・・・レジスト・パターン（マスク）。 ４、４Ａ、　４Ｂ、　　５．　６・・・グレーティング
。 以　　上 特許出願人　　立石電機株式会社 代　理　人　　弁理士　牛久健司（外１名）第１図 （日） （Ｃ） （Ｄ） 第２図 （Ｄ） 第３図 第４図 １５図 第６図 り　　　　１０１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上の所定領域に、基板と同程度の耐ドライ・エッチ
   ング性と導電性とを有する中間膜を形成し、 この中間膜の上に電子線レジストをコーティングし、 電子線リソグラフィにより上記レジストの所定パターン
   を形成し、 第１のドライ・エッチングにより、上記レジスト・パタ
   ーンをマスクとして中間膜をエッチングして中間膜パタ
   ーンを形成し、そして 第２のドライ・エッチングにより、上記中間膜パターン
   をマスクとして基板をエッチングする、グレーティング
   作製方法。