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JPH033285A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device

Info

Publication number
JPH033285A
JPH033285A JP13580089A JP13580089A JPH033285A JP H033285 A JPH033285 A JP H033285A JP 13580089 A JP13580089 A JP 13580089A JP 13580089 A JP13580089 A JP 13580089A JP H033285 A JPH033285 A JP H033285A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
mask
diffraction grating
refractive index
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP13580089A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Manabu Matsuda
学 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP13580089A priority Critical patent/JPH033285A/en
Publication of JPH033285A publication Critical patent/JPH033285A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 回折格子形成方法、特に光通信に用いられている半導体
レーザの製造において、単一波長発振の実現のために共
振器内に回折格子を形成して波長選択性をもたせ半導体
レーザを形成するにおいて、半絶縁性化合物基板に回折
格子を形成するためのマスクの製造方法に関し、 回折格子を形成する際に、回折格子を形成したフォトマ
スクにレーザ光を照射し、その透過光と一次透過回折光
との干渉パターンを用いるのであるが、当該回折格子を
形成すべき基板上のレジストと接する面が平滑な平面で
あってレジスト表面を傷つけることのないマスクを形成
する方法を提供することを目的とし、 屈折率n1の基板上に、屈折率n2の層よりなる回折格
子パターンと、該回折格子のパターンを埋め込んで平坦
化する屈折率n1の層とが設けられたフォトマスクを使
用し、該フォトマスクの平坦化された面を半導体基板上
のフォトレジストに接触させた後、レーザ光を照射して
、その透過光と一次透過回折光との干渉パターンを該フ
ォトレジストに転写する工程を含むことを特徴とする半
導体装置の製造方法、および屈折率n1の基板上に、屈
折率n2の層よりなり、位相シフトを行なう領域に対応
して形成されたマスクパターンと、該マスクパターンを
埋め込んで平坦化する屈折率n1の層が設けられたフォ
トマスクを使用し、該フォトマスクの平坦化された面を
半導体基板上のフォトレジストに接触させた後、2本の
レーザ光を照射して、該2本のレーザ光による干渉パタ
ーン及び、該フォトマスクのマスクパターンによって位
相がシフトした干渉パターンを該フォトレジストに転写
する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法
を含み構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] A method for forming a diffraction grating, particularly in the production of semiconductor lasers used in optical communications, in which a diffraction grating is formed in a resonator to select wavelengths in order to achieve single wavelength oscillation. Regarding the manufacturing method of a mask for forming a diffraction grating on a semi-insulating compound substrate, in order to form a semiconductor laser with high performance, when forming the diffraction grating, a photomask on which the diffraction grating is formed is irradiated with laser light. The interference pattern between the transmitted light and the first-order transmitted diffraction light is used, and the surface in contact with the resist on the substrate on which the diffraction grating is to be formed is a flat, smooth surface that does not damage the resist surface. A diffraction grating pattern made of a layer with a refractive index n2 and a layer with a refractive index n1 in which the diffraction grating pattern is embedded and flattened are provided on a substrate with a refractive index n1. Using a photomask, the flattened surface of the photomask is brought into contact with the photoresist on the semiconductor substrate, and then laser light is irradiated to create an interference pattern between the transmitted light and the first-order transmitted diffraction light. A method for manufacturing a semiconductor device characterized by including a step of transferring onto a photoresist, and a mask pattern formed on a substrate with a refractive index of n1 by a layer with a refractive index of n2 and corresponding to a region in which a phase shift is to be performed. Then, using a photomask provided with a layer with a refractive index n1 that embeds and flattens the mask pattern, and after bringing the flattened surface of the photomask into contact with the photoresist on the semiconductor substrate, two A semiconductor device comprising the step of irradiating with laser beams and transferring an interference pattern caused by the two laser beams and an interference pattern whose phase is shifted by a mask pattern of the photomask onto the photoresist. Contains and constitutes a manufacturing method.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は回折格子形成方法、特に光通信に用いられてい
る半導体レーザの製造において、単一波長発振の実現の
ために共振器内に回折格子を形成して波長選択性をもた
せた半導体レーザを形成するにおいて、半絶縁性化合物
基板に回折格子を形成するためのマスクの製造方法に関
する。
The present invention relates to a method for forming a diffraction grating, particularly in the production of semiconductor lasers used in optical communications, in which a semiconductor laser is provided with wavelength selectivity by forming a diffraction grating within a resonator in order to achieve single wavelength oscillation. The present invention relates to a method of manufacturing a mask for forming a diffraction grating on a semi-insulating compound substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第5図はDFB  (分布帰還型、Distribut
ionFeedback)  レーザの構造を示す模式
図で、図中、51は半絶縁性化合物基板であるn−1n
P基板、52はInGaAsP導波路層、53はInG
aAsP活性層、54はp−1nGaAsPバツフア一
層、55はp−1nP層、56はn−1nPJi、57
はp−1nP層、58はInにaAsPキャップ層、5
9はSiO2膜、60はCr/^U電極、61は亜鉛拡
散領域を示す。
Figure 5 shows DFB (distributed feedback type)
ionFeedback) This is a schematic diagram showing the structure of a laser. In the figure, 51 is a semi-insulating compound substrate n-1n.
P substrate, 52 is InGaAsP waveguide layer, 53 is InG
aAsP active layer, 54 p-1nGaAsP buffer layer, 55 p-1nP layer, 56 n-1nPJi, 57
is a p-1nP layer, 58 is an aAsP cap layer on In, 5
9 is a SiO2 film, 60 is a Cr/^U electrode, and 61 is a zinc diffusion region.

か−るDFBレーザは、n−1nP基板51上に上記し
た結晶を順に成長するのであるが、1−1nP基板(以
下、単に基板という。)51に回折格子を形成する必要
があり、そのためには、第6図(a)に示されるように
、基板51上にフォトレジスト62(以下単にレジスト
という。)を塗布し、そのレジスト62に干渉パターン
64が転写されるようにHe −Cdレーザ63を照射
し、それを現像して得られた第6図ら)に示される回折
格子パターン65をマスクにして第6図(C)に示され
るように基板51をエツチング(転写)して回折格子5
1aを形成するのである。本発明は、基板にか\る回折
格子を形成するに用いるマスクの形成方法に関するもの
である。
In this DFB laser, the above-mentioned crystals are sequentially grown on the n-1nP substrate 51, but it is necessary to form a diffraction grating on the 1-1nP substrate (hereinafter simply referred to as the substrate) 51. As shown in FIG. 6(a), a photoresist 62 (hereinafter simply referred to as resist) is applied onto a substrate 51, and a He-Cd laser 63 is applied so that an interference pattern 64 is transferred onto the resist 62. Using the diffraction grating pattern 65 shown in FIGS. 6(C) as a mask, the substrate 51 is etched (transferred) to form the diffraction grating 5 as shown in FIG. 6(C).
1a. The present invention relates to a method for forming a mask used to form a diffraction grating on a substrate.

上記した回折格子パターンをフォトレジストに記録する
方法としては、従来、 (1)三光束干渉露光法 (2)電子ビーム(EB)直接描画法 (3)透過光−回折光自己干渉法 の三つの方法が知られている。
Conventionally, there are three methods for recording the above-mentioned diffraction grating pattern on photoresist: (1) three-beam interference exposure method, (2) electron beam (EB) direct writing method, and (3) transmitted light-diffracted light self-interference method. method is known.

三光束干渉露光法は、第7図(a)を参照すると、基板
51上に塗布したレジスト62に干渉パターン(干渉縞
)64を転写するように例えばHe −Cdレーザ光6
3を照射する方法である。それには、同図(b)に示さ
れるように、レーザ66から放射されるレーザ光をハー
フミラ−67、ミラー68a、68bを用いて干渉パタ
ーン64を作るのである。
Referring to FIG. 7(a), the three-beam interference exposure method uses, for example, a He-Cd laser beam 6 to transfer an interference pattern (interference fringe) 64 onto a resist 62 coated on a substrate 51.
This is a method of irradiating 3. To do this, as shown in FIG. 6(b), an interference pattern 64 is created using the laser beam emitted from the laser 66 using a half mirror 67 and mirrors 68a and 68b.

EB直接描画法は、第8図を参照すると、基板51上に
塗布されたレジスト62に電子ビーム71で直接回折格
子を描画する方法である。
Referring to FIG. 8, the EB direct writing method is a method of directly writing a diffraction grating on a resist 62 coated on a substrate 51 using an electron beam 71.

透過光−回折光自己干渉法は、第9図を参照すると、回
折格子を刻んだ面をもつマスク41を用い、Fle −
Cdレーザ光63をこのマスクに照射し、マスクの面の
回折格子によって透過光42と一次透過回折光43を作
り、それによって干渉パターン64を得るのである。
Referring to FIG. 9, the transmitted light-diffraction light self-interference method uses a mask 41 with a surface carved with a diffraction grating, and Fle-
Cd laser light 63 is irradiated onto this mask, and transmitted light 42 and first-order transmitted diffraction light 43 are created by the diffraction grating on the surface of the mask, thereby obtaining an interference pattern 64.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

(1)の三光束干渉露光法は最も多く用いられている方
法であるが、第7図(b)に示した光学系の調整が難し
く時間がか\る問題がある。
The three-beam interference exposure method (1) is the most commonly used method, but it has the problem that adjustment of the optical system shown in FIG. 7(b) is difficult and time-consuming.

形成する方法を提供することを目的とする。The purpose is to provide a method for forming.

(2)のEB直接描画法は描画に時間がか−り、EB発
生装置が高価なものであり生産向きでないためにほとん
ど実用に供されていない。
The EB direct writing method (2) takes time to write, the EB generator is expensive, and is not suitable for production, so it is hardly put to practical use.

(3)の透過光−回折光自己干渉性は、第9図に示した
回折格子を刻んだマスク41の面を基板51上のレジス
ト62と直接接触させて用いるために、位置合わせのと
きに回折格子の凹凸によってレジスト62の表面に傷が
つくことがある。さらには、微細な凹凸の表面に無反射
(AR)コートを施すことができないので、基板51の
側からの反射光の影響を排除できない問題がある。
The transmitted light-diffracted light self-coherence (3) is caused by the fact that the surface of the mask 41 in which the diffraction grating shown in FIG. The surface of the resist 62 may be scratched due to the unevenness of the diffraction grating. Furthermore, since it is not possible to apply an anti-reflection (AR) coating to the surface of fine irregularities, there is a problem that the influence of reflected light from the side of the substrate 51 cannot be eliminated.

そこで本発明は、回折格子を形成する際に、回折格子を
形成したフォトマスクにレーザ光を照射し、その透過光
と一次透過回折光との干渉パターンを用いるのであるが
、当該回折格子を形成すべき基板上のレジストと接する
面が平滑な平面であってレジスト表面を傷つけることの
ないマスクを〔課題を解決するための手段〕 上記課題は、屈折率n1の基板上に、屈折率n2の層よ
りなる回折格子パターンと、該回折格子のパターンを埋
め込んで平坦化する屈折率n1の層とが設けられたフォ
トマスクを使用し、該フォトマスクの平坦化された面を
半導体基板上のフォトレジストに接触させた後、レーザ
光を照射して、その透過光と一次透過回折光との干渉パ
ターンを該フォトレジストに転写する工程を含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法、および屈折率n1の
基板上に、屈折率n2の層よりなり、位相シフトを行な
う領域に対応して形成されたマスクパターンと、該マス
クパターンを埋め込んで平坦化する屈折率nlの層が設
けられたフォトマスクを使用し、該フォトマスクの平坦
化された面を半導体基板上のフォトレジストに接触させ
た後、2本のレーザ光を照射して、該2本のレーザ光に
よる干渉パターン及び、該フォトマスクのマスクパター
ンによって位相がシフトした干渉パターンを該フォトレ
ジストに転写する工程を含むことを特徴とする半導体装
置の製造方法によって解決される。
Therefore, in the present invention, when forming a diffraction grating, a photomask on which a diffraction grating is formed is irradiated with a laser beam, and an interference pattern between the transmitted light and the first-order transmitted diffraction light is used. [Means for Solving the Problem] The above problem is to provide a mask with a flat surface that is in contact with the resist on the substrate and which does not damage the resist surface. A photomask provided with a diffraction grating pattern made of layers and a layer with a refractive index n1 that embeds and flattens the diffraction grating pattern is used, and the flattened surface of the photomask is exposed to a photoresist on a semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of contacting a resist with a laser beam, and transferring an interference pattern between the transmitted light and the first-order transmitted diffraction light to the photoresist, and a refractive index. A photomask comprising, on a substrate with a refractive index n1, a mask pattern formed of a layer with a refractive index n2 and formed corresponding to a region in which a phase shift is to be performed, and a layer with a refractive index nl that embeds and flattens the mask pattern. is used to bring the flattened surface of the photomask into contact with the photoresist on the semiconductor substrate, and then irradiates with two laser beams to form an interference pattern by the two laser beams and the photomask. The present invention is solved by a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of transferring an interference pattern whose phase is shifted by a mask pattern to the photoresist.

〔作用〕[Effect]

本発明の第一実施例では、屈折率n1の石英基板上に屈
折率n2の物質を埋め込むようにして位相回折格子を形
成し、平滑な表面を得るもので、この方法によると、基
板上のレジストに接する側のマスク表面が平滑に作られ
るので、基板表面のレジストを傷つけることがなく、ま
た基板上のレジストとマスクの密着性も良くなるもので
ある。
In the first embodiment of the present invention, a phase diffraction grating is formed by embedding a substance with a refractive index of n2 on a quartz substrate with a refractive index of n1 to obtain a smooth surface. Since the mask surface on the side in contact with the resist is made smooth, the resist on the substrate surface is not damaged, and the adhesion between the resist on the substrate and the mask is also improved.

また本発明の第二実施例では、位相を部分的にシフトし
た回折格子を基板に形成するに用いるマスクは、回折格
子を形成すべき基板上のレジストと接する面が平滑な平
面であり、しかも、Ti0zがマスク基板のSiO□と
マスク基板上に堆積した5iOtO間に埋め込まれた構
成であるので、位相を部分的にシフトした干渉縞が得ら
れるのである。
Further, in the second embodiment of the present invention, the mask used to form the diffraction grating with a partially shifted phase on the substrate has a flat surface that is in contact with the resist on the substrate on which the diffraction grating is to be formed, and , Ti0z is embedded between SiO□ of the mask substrate and 5iOtO deposited on the mask substrate, interference fringes with partially shifted phases can be obtained.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図示の実施例により具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to illustrated embodiments.

本発明の第一実施例は第1図に示される。A first embodiment of the invention is shown in FIG.

先ず、同図(a)に示されるように、フォトマスク10
を作るための屈折率n1の石英基板11上にレジストの
回折格子パターン12を、例えば0.2〜0.25μm
のピッチで形成する。
First, as shown in FIG.
A resist diffraction grating pattern 12 with a thickness of, for example, 0.2 to 0.25 μm is formed on a quartz substrate 11 with a refractive index n1 to make a
Formed at a pitch of

次に、同図(ロ)に示されるように、石英基板11の全
面に屈折率n2の物質、例えば二酸化チタン↑tO!(
屈折率2〜2.5)を、1000人の厚さに堆積する。
Next, as shown in FIG. 3B, a material having a refractive index of n2, such as titanium dioxide ↑tO!, is applied to the entire surface of the quartz substrate 11. (
refractive index 2-2.5) to a thickness of 1000 nm.

次いで、知られたリフトオフ法によって、レジスト表面
のTi0z膜13を除去し、レジスト12の間のTiO
□膜13を残す(同図(C))。
Next, the TiOz film 13 on the resist surface is removed by a known lift-off method, and the TiOz film 13 between the resists 12 is removed.
□Leave the film 13 ((C) in the same figure).

次に、同図(d)に示されるように、全面に5tOz1
4を1−の厚さに堆積する。続いて、同図(e)に示さ
れるように、石英基板11の表面と5i(hの表面に無
反射膜(^Rコート)15を形成してフォトマスク10
を作る。
Next, as shown in the same figure (d), 5tOz1 was applied to the entire surface.
Deposit 4 to a thickness of 1-. Subsequently, as shown in FIG. 5(e), a non-reflective film (^R coat) 15 is formed on the surface of the quartz substrate 11 and the surface of 5i (h), and the photomask 10 is coated.
make.

上記した方法によって、表面が平滑で、ARコートが両
面に形成された透過光−回折光自己干渉型マスクが得ら
れる。
By the above method, a transmitted light-diffracted light self-interference type mask with a smooth surface and AR coats formed on both sides can be obtained.

ところで、半導体レーザの縦モードを単一化することは
光通信における波長分散による波形歪の防止、雑音の低
減や光応用計測等において極めて重要な課題である。し
かし、ファブリペロ型共振器を有する半導体レーザにお
いては、縦モード選択性が十分でなく、モードの安定性
を保つことは困難である。
By the way, unifying the longitudinal mode of a semiconductor laser is an extremely important issue in preventing waveform distortion due to wavelength dispersion in optical communication, reducing noise, and optical application measurement. However, a semiconductor laser having a Fabry-Perot resonator does not have sufficient longitudinal mode selectivity, making it difficult to maintain mode stability.

このような問題を解決するための一つの方法として、共
振器に回折格子を内蔵したDFBレーザが開発された。
As one method for solving such problems, a DFB laser in which a diffraction grating is built into a resonator has been developed.

しかし、従来、全体に−様な構造のDFBレーザでは2
つの縦モードが発振し得るという問題があった。このよ
うなりFBレーザの2モ一ド発振を抑えるための方法と
して、回折格子の中央付近に区波長相当の位相シフトを
付加した回折格子を用いる方法や、レーザ端面に非対称
な反射を与える方法等が考えられている。これらの方法
のうち、位相シフト回折格子を用いた方法では、回折格
子により形成される共振器でブラッグ波長における発振
が可能なことが理論的に導かれている。位相シフトレー
ザDFBレーザは、まず、電子ビームを使い二次の回折
格子を作製することによって動作が確認された。そこで
、微細な回折格子が安定して作製できるレーザ光の干渉
による露光を基本とし、これに位相シフトを付加する方
法が望まれた。
However, conventional DFB lasers with a similar structure as a whole have 2
There was a problem that two longitudinal modes could oscillate. Methods for suppressing bimodal oscillation of FB lasers include using a diffraction grating that has a phase shift equivalent to the wavelength in the vicinity of the center of the diffraction grating, and giving asymmetrical reflection to the laser end face. is considered. Among these methods, it has been theoretically derived that the method using a phase-shifted diffraction grating allows oscillation at the Bragg wavelength in a resonator formed by the diffraction grating. The operation of the phase shift laser DFB laser was first confirmed by fabricating a second-order diffraction grating using an electron beam. Therefore, there has been a desire for a method that is based on exposure using laser light interference and that adds a phase shift to this exposure, which can stably produce fine diffraction gratings.

現在知られている1つの方法は、ポジ、ネガの2種類の
レジストを使い分けて、これらの各領域の位相を反転さ
せることにより、4波長相当分の位相シフトを生じさせ
るポジ・ネガ法と呼称される方法である。このポジ・ネ
ガ法を模式的な第10図を参照して説明すると、基板5
1上にポジレジスト62aとネガレジスト62bとを併
用し、He −Cdレーザ光を照射する。これらのレジ
ストでは現像時に凹凸のパターンが反転し、λ/4シフ
トが実現される。
One currently known method is called the positive/negative method, which uses two types of resist, positive and negative, and inverts the phase of each of these areas to create a phase shift equivalent to four wavelengths. This is how it is done. This positive/negative method will be explained with reference to a schematic diagram of FIG.
A positive resist 62a and a negative resist 62b are used together on the substrate 1, and He--Cd laser light is irradiated thereon. In these resists, the uneven pattern is reversed during development, and a λ/4 shift is realized.

しかし、ポジ・ネガ法では、それぞれのレジストの感度
が揃わないことと、別々にエツチングによる転写を行わ
なければならないことにより、形状、深さが完全に均一
な回折格子が作られない問題がある。
However, with the positive/negative method, there is a problem that a diffraction grating with a completely uniform shape and depth cannot be created because the sensitivities of each resist are not the same and the transfer must be performed by etching separately. .

一方、位相シフトと同等の効果を得るための手段として
、回折格子の空間的な位相は変えずに、中央付近におい
て光学的な距離を変化させることにより、実効的に位相
シフトを生じさせる方法もある。
On the other hand, as a means to obtain an effect equivalent to a phase shift, there is also a method of effectively producing a phase shift by changing the optical distance near the center without changing the spatial phase of the diffraction grating. be.

本出願人は、位相シフト回折格子をレーザ光の干渉によ
り直接に露光、形成するための簡便な方法を開発した。
The present applicant has developed a simple method for directly exposing and forming a phase shift diffraction grating using laser light interference.

そのために、露光時に位相シフトを付加するためのコン
タクトマスクの概念を新たに導入した。即ち、回折格子
を形成する基板の上に、領域によって相対的に異なる所
定の位相ずれが付加されて露光用のレーザ光が基板に到
達するような位相差発生用のコンタクトマスクを用いる
こと、およびこの方法により、通常の均一な回折格子と
同等の分解能を持つ良好な位相シフト回折格子を作製で
きるのではないかを研究した。まず、このマスクの作製
に不可欠な、深いパターンを形成するための技術を開発
し、次に、この技術によりマスクを作製し、さらに、こ
のマスクを用いてInP基板上に位相シフト回折格子パ
ターンを露光した。
To this end, we newly introduced the concept of a contact mask to add a phase shift during exposure. That is, using a contact mask for generating a phase difference, which adds a predetermined phase shift that varies relatively depending on the region on the substrate forming the diffraction grating so that the exposure laser beam reaches the substrate; We investigated whether this method could produce a phase-shifted diffraction grating with the same resolution as a regular uniform diffraction grating. First, we developed a technology to form a deep pattern, which is essential for manufacturing this mask. Next, we created a mask using this technology, and then used this mask to create a phase-shift grating pattern on an InP substrate. exposed.

本出願人が開発したマスクの基本原理および機能につい
て説明する。干渉露光法において回折格子の位相をずら
す原理は以下の通りである。
The basic principle and function of the mask developed by the applicant will be explained. The principle of shifting the phase of a diffraction grating in interference exposure method is as follows.

干渉用の2つのレーザ光は振幅が等しG)ため、2光線
が存在する空間では第11図に示すような周期的な干渉
パターンができ、電界強度の強い部分が2光線のなす角
の二等分線の方向へ進行する。
Since the amplitudes of the two laser beams for interference are equal (G), a periodic interference pattern as shown in Figure 11 is created in the space where the two beams exist, and the part with strong electric field strength is the angle between the two beams. Proceed in the direction of the bisector.

一方、これら2光線が透明物質に入射すると、その表面
においてそれぞれスネルの法則に従って屈折する。その
時、第12図のようにこれらの光線が透明物質に対して
非対称に入射し、その入射角が異なる場合には、それら
の光線は異なる屈折を受ける。従って、それら2光線の
なす角の二等分線の方向に進行する光強度のピークは、
物質表面においてその進行方向が変化する。しかもS偏
光の電界が空気とガラスの境界において連続であること
から、電界の集中している領域は空気とガラスの境界を
連続的に通り、見かけ上屈折のように第11図の実線に
沿って進むことになる。そこで、透明物質でできた平行
平板に対して非対称にこの2光線を透過させると、その
平板の厚さに比例して干渉パターンが横方向にシフトす
る。従って、第12図に示すように、領域によって厚さ
の異なる透明物質をコンタクトマスクとして用いると、
基板上にできる干渉パターンはマスクの厚さが異なる場
所において相対的な位相シフトを受ける。
On the other hand, when these two light rays are incident on a transparent material, they are each refracted at the surface according to Snell's law. At that time, as shown in FIG. 12, when these light rays are asymmetrically incident on the transparent material and the angle of incidence is different, the light rays undergo different refraction. Therefore, the peak of light intensity traveling in the direction of the bisector of the angle formed by these two rays is
The direction of movement changes on the surface of the material. Moreover, since the electric field of S-polarized light is continuous at the boundary between air and glass, the region where the electric field is concentrated passes continuously through the boundary between air and glass, and appears to follow the solid line in Figure 11, like refraction. I will move on. Therefore, when these two light beams are transmitted asymmetrically through a parallel flat plate made of a transparent material, the interference pattern shifts laterally in proportion to the thickness of the flat plate. Therefore, as shown in FIG. 12, if a transparent material with different thicknesses depending on the region is used as a contact mask,
The interference pattern formed on the substrate undergoes a relative phase shift at locations where the mask thickness differs.

次に、このシフト量を定量的に規定するため、以下に示
す各パラメータを用いた。左右の光線のマスク表面への
入射角を第13図のようにθL、θ1、屈折角をθ、′
、θ7 、光強度ピークの入射角。
Next, in order to quantitatively define this shift amount, the following parameters were used. Let the incident angles of the left and right rays on the mask surface be θL and θ1, and the refraction angles be θ and ′ as shown in Figure 13.
, θ7, incident angle of light intensity peak.

屈折角をθ。、θ。′とする。この時、θ。−(θ、−
θl)/2 θ。′−(θ、′−θm’)/2 となる、また、θ、とθ、′、θ1とθ、′の間にはス
ネルの法則が成り立っている0次に、これらの式に具体
的なパラメータを代入し、設計を行ない、まず、マスク
の材料としては、波長3250人の紫外光を通す合成石
英を用いた。
The angle of refraction is θ. , θ. '. At this time, θ. −(θ, −
θl)/2 θ. '-(θ,'-θm')/2, and Snell's law holds between θ, θ,', θ1 and θ,'. After substituting the following parameters and designing the mask, synthetic quartz, which transmits ultraviolet light with a wavelength of 3,250 nm, was used as the material for the mask.

マスクの形状は第12図に示した通りであるが、実際に
マスクを作製する場合には段差の両側をいずれも平面精
度の高い光学面とし、しかも段差部を急峻に作る必要が
ある。しかし、このような条件を満たす厚い段差を作る
ことは、リフトオフやエツチング等の従来の方法では困
難である。そこで、石英平板の上に石英の膜を領域選択
的に厚さ2、14m積層することを基本とし、第14図
に示すような方法を開発した0次にその手順を図に沿っ
て説明する。
The shape of the mask is as shown in FIG. 12, but when actually manufacturing the mask, both sides of the step must be optical surfaces with high planar accuracy, and the step must be made steeply. However, it is difficult to create a thick step that satisfies these conditions using conventional methods such as lift-off and etching. Therefore, we developed a method as shown in Figure 14, which is based on laminating a quartz film on a quartz plate to a thickness of 2.14 m in area selective manner.Next, we will explain the procedure according to the diagram. .

(1)まず、両面が光学研磨された石英の平行平板31
に、フォトレジストのリフトオフを用いてストライプ状
の1層目のAl膜32を付ける。このストライプは幅3
00n、間隔300nの600n周期とする(第14図
(a))。
(1) First, a parallel flat plate 31 of quartz whose both sides are optically polished.
Then, a striped first layer Al film 32 is applied using photoresist lift-off. This stripe is 3 wide
00n and a period of 600n with an interval of 300n (FIG. 14(a)).

(2)その上に5iO1膜33をスパッタにより2.1
4m積層する(同図(b))。
(2) Sputter a 5iO1 film 33 on top of the 2.1
Stack 4 meters (Fig. 1(b)).

(3)次に、その上にフォトレジスト34を塗布し、裏
面から露光し現象すると、セルファラインによってへ2
膜のある領域だけフォトレジスト34が残る(同図(C
))。
(3) Next, a photoresist 34 is applied on top of the photoresist 34, and when it is exposed to light from the back side, the self-alignment will cause the photoresist 34 to appear.
The photoresist 34 remains only in the area where the film is present (Fig.
)).

(4)この上に2層目のAll膜35を付け、前に形成
したフォトレジストパターンを利用してリフトオフを行
い、1層目のA1膜32のない領域だけ2層目のAff
i膜35を残す(同図(d) )。
(4) A second layer of Al film 35 is attached on top of this, and lift-off is performed using the previously formed photoresist pattern, so that only the area where the first layer A1 film 32 is not formed is covered with the second layer Aff.
The i-film 35 is left (FIG. 4(d)).

(5)反応性イオンエツチング(CF4+0□)を用い
、2層目のAII!iのない部分の5iftを1層目の
AIl膜の面までエツチングする。この時、へ2膜によ
りその下の部分のSingおよび石英基板は保護され、
エツチングされない(同図(e))。
(5) Use reactive ion etching (CF4+0□) to create the second layer of AII! Etch 5 ift of the portion without i to the surface of the first layer Al film. At this time, the Sing and quartz substrate in the lower part are protected by the He2 film,
It is not etched ((e) in the same figure).

(6)ケミカルエツチングによりAIl膜を除去する。(6) Remove the Al film by chemical etching.

以上のプロセスに従って、石英マスク36を作製した。A quartz mask 36 was produced according to the above process.

このマスクの段差を触針測定で調べた結果、2.15−
であり、設計値2.14mと極めてよく一致した(同図
(f))。
As a result of examining the level difference of this mask by stylus measurement, it was found to be 2.15-
This was in very good agreement with the design value of 2.14 m ((f) in the same figure).

以上のプロセスに従って作製したマスクの段差を触針測
定で調べたところ2.15μmであり、設計値に極めて
よ(一致した。上記した位相マスクは、石英の段差によ
って、図にΦ、−Φ、Φで示すように空間的な位置シフ
トを得ている。第4図には第14図の石英マスク36の
使用例が示される。基板51上のレジスト62に図示の
干渉パターンを転写するのであるが、基板51と石英マ
スク36の位置合わせのとき、レジスト62と石英マス
ク36の段差が形成された面とは密着せしめられ、この
ときに、石英マスクの段差の角によってレジストに傷が
つくことがあり、本発明の第二実施例は、この問題を解
決する位相シフトマスクを形成する方法に関し、当該マ
スクに段差が生じないようにするものである。
When the step difference of the mask manufactured according to the above process was investigated by stylus measurement, it was 2.15 μm, which was in close agreement with the design value. A spatial position shift is obtained as shown by Φ. FIG. 4 shows an example of the use of the quartz mask 36 shown in FIG. 14. The illustrated interference pattern is transferred to the resist 62 on the substrate 51. However, when aligning the substrate 51 and the quartz mask 36, the resist 62 and the surface of the quartz mask 36 on which the step is formed are brought into close contact, and at this time, the resist may be scratched by the corner of the step of the quartz mask. The second embodiment of the present invention relates to a method of forming a phase shift mask that solves this problem, and is intended to prevent the mask from having a step.

か\る問題点を解決するための手段としては、屈折率n
1の石英基板上に屈折率n2の物質を埋め込むように形
成し、平滑な表面をもった回折格子パターンの位相シフ
トを得る。そしてこの方法によれば、基板に接する側の
マスク平面を平滑に形成するので、基板表面のレジスト
を傷つけることがないだけでなく、基板とマスクの密着
性も改善されるのである。
As a means to solve this problem, the refractive index n
A material having a refractive index of n2 is embedded in a quartz substrate of No. 1 to obtain a phase shift of a diffraction grating pattern with a smooth surface. According to this method, the plane of the mask on the side in contact with the substrate is formed to be smooth, so that not only the resist on the surface of the substrate is not damaged, but also the adhesion between the substrate and the mask is improved.

第2図には本発明の第二実施例である位相シフトマスク
の製造における当該マスクの要部が断面図で示される。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the main parts of a phase shift mask according to a second embodiment of the present invention.

先ず、同図(a)に示されるように、屈折率n1の石英
(Sing)基板21 C51O,の屈折率は1.47
5)を用意する。後の工程で屈折率n2の物質、例えば
二酸化チタン(TiOz、屈折率2〜2.5)を埋め込
まない基板21の領域21aに、^i膜22を形成する
。TiO□を埋める基板21の領域21bは領域21a
の間にある。かかる構造を得るには、石英基板全面にA
4を1000人の厚さに蒸着し、前記したTi01を埋
め込まない領域21aのAfを残すようにへl膜をパタ
ーニングする。
First, as shown in the same figure (a), the refractive index of the quartz (Sing) substrate 21 C51O with a refractive index n1 is 1.47.
5) Prepare. In a later step, an ^i film 22 is formed in a region 21a of the substrate 21 in which a material having a refractive index n2, for example, titanium dioxide (TiOz, a refractive index 2 to 2.5) is not embedded. The region 21b of the substrate 21 filled with TiO□ is the region 21a.
It's between. To obtain such a structure, A is applied to the entire surface of the quartz substrate.
4 is deposited to a thickness of 1000 nm, and the film is patterned so as to leave Af in the region 21a where Ti01 is not buried.

次に、同様(b)に示されるように、全面にTie、膜
23を3 ptaの厚さに堆積すると、TiO2を埋め
込む領域21b上だけでなく、それを埋め込まない領域
21a上のAj2膜2膜上2上TiO□膜23膜形3さ
れる。
Next, as similarly shown in (b), when the Tie film 23 is deposited to a thickness of 3 pta over the entire surface, the Aj2 film 23 is deposited not only on the region 21b where TiO2 is buried, but also on the region 21a where TiO2 is not buried. A TiO□ film 23 is formed on the film 2.

次に、同図(C)に示されるように、All膜種4、第
2図(a)のパターンとは逆になるように、2000人
の膜厚に蒸着によって形成する。
Next, as shown in FIG. 2(C), an All film type 4 is formed by vapor deposition to a thickness of 2000 mm so as to be opposite to the pattern shown in FIG. 2(a).

次いで、A2膜24をマスクに、ドライエツチングによ
って、Ti01膜23をエツチングして同図(d)に示
される段差を作る。この工程で、領域22b上にのみr
iot膜23aが残された構造が得られる。
Next, using the A2 film 24 as a mask, the Ti01 film 23 is etched by dry etching to form a step as shown in FIG. 4(d). In this step, r is applied only on the region 22b.
A structure in which the IoT film 23a remains is obtained.

次に、同図(e)に示されるように、A1.膜22とへ
l膜24とを剥離し、TiO2膜23の上にのみi膜2
5を1000人の膜厚に蒸着によって形成する。
Next, as shown in the same figure (e), A1. The film 22 and the Hel film 24 are peeled off, and the I film 2 is deposited only on the TiO2 film 23.
5 is formed by vapor deposition to a thickness of 1000 mm.

次に、SiO□膜26膜間6(f)に示されるように3
nの厚さに堆積すると、Tie、膜23の上にSiO□
膜26aが、また基板の上にもSiO□膜26bが形成
される。
Next, as shown in the interlayer 6(f) of the SiO□ film 26, 3
When deposited to a thickness of n, SiO
A film 26a and an SiO□ film 26b are also formed on the substrate.

続いて、同図(e)のA1膜25のパターンとは逆のパ
ターンで^2膜27を2000人の膜厚に蒸着法で形成
する (同図(F6)。
Subsequently, a ^2 film 27 is formed to a thickness of 2000 mm by vapor deposition in a pattern opposite to that of the A1 film 25 shown in FIG.

次いで、ドライエツチングでTiO□膜23膜形3Si
ng膜26aをxッチングし、基板上のSing膜26
bは残す(同図(h))。続いてAj2膜2膜上5!膜
27を剥離して同図(i)に示すフォトマスク20を作
る。このマスク20を第4図の従来例と比較すると、従
来例の石英マスク36に形成された段差部は中空であっ
たものが、第二実施例ではTie、で埋め込まれた構造
になっていて、段差がなくなり、マスクのレジストに接
する面が平滑になっている。
Next, by dry etching, a TiO□ film of 23 film type 3Si
The NG film 26a is x-etched, and the Sing film 26 on the substrate is
b remains ((h) in the same figure). Next, Aj2 membrane 2 membrane top 5! The film 27 is peeled off to form a photomask 20 shown in FIG. 2(i). Comparing this mask 20 with the conventional example shown in FIG. 4, the stepped portion formed in the quartz mask 36 of the conventional example was hollow, but in the second embodiment it is filled with a tie. , there are no steps, and the surface of the mask in contact with the resist is smooth.

第4図の従来例の300nの幅の空隙部分が300Qの
幅のTi0z膜23で埋められたこの第二実施例におい
て、図にΦ、−Φ、Φで示すように従来例と同様に位相
がシフトすることが確認、された、なお、1個の半導体
レーザを作るときには、図の1点鎖線に沿って1辺30
0n口の半導体レーザを得る。
In this second embodiment, in which the 300n wide gap in the conventional example shown in FIG. It has been confirmed that there is a shift in
A semiconductor laser with a 0n opening is obtained.

〔発明の効果] 以上のように本発明によれば、表面が平滑で、無反射膜
がマスク両面に形成された透過光−回折光自己干渉型マ
スクと、表面が平滑な位相シフト型回折格子マスクが得
られ、これらのマスクは、基板上に形成されたフォトレ
ジストと段差なしに接触するのでフォトレジストの表面
を傷つけることがなくなり、基板に正確に回折格子を形
成するに有効である。
[Effects of the Invention] As described above, the present invention provides a transmitted light-diffraction light self-interference type mask with a smooth surface and a non-reflection film formed on both sides of the mask, and a phase shift type diffraction grating with a smooth surface. Masks are obtained, and these masks are in contact with the photoresist formed on the substrate without any steps, so the surface of the photoresist is not damaged, and these masks are effective in accurately forming a diffraction grating on the substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明第一実施例断面図、 第2図は本発明第二実施例断面図、 第3図は本発明第二実施例の使用を示す図、第4図は従
来例の使用を示す図、 第5図はλ/4シフ)DFBレーザの構造を示す図、 第6図は回折格子の形成方法を示す図、第7図は三光束
干渉露光法を示す図、 第8図はEB直接描画法を示す図、 第9図は透過光−回折光自己干渉法を示す図、第10図
はポジ・ネガ法の図、 第11図は位相シフトの原理を示す図、第12図は位相
マスクの構成図、 第13図は角度の定義を示す図、 第14図はマスク製造方法の断面図である。 図中、 10、20はフォトマスク、 11.21は石英基板、 12はレジストの回折格子パターン、 13.23.23a はTiO2膜、 14.26.26a 、26b 、 33はSi0g膜
、15はARコート、 21aはTiO□を埋め込まない基板の領域、21bは
TiO2を埋める基板の領域、22.24.25.27
.32.35はA!膜、31は平行平板、 34.62はレジスト(フォトレジスト)、36は石英
マスク、 42は透過光、 43は一次透過回折光、 51はn−1nP基板、 64は干渉パターン を示す。
Fig. 1 is a sectional view of the first embodiment of the present invention, Fig. 2 is a sectional view of the second embodiment of the invention, Fig. 3 is a diagram showing the use of the second embodiment of the invention, and Fig. 4 is the use of the conventional example. Figure 5 is a diagram showing the structure of a λ/4 shift) DFB laser, Figure 6 is a diagram showing a method of forming a diffraction grating, Figure 7 is a diagram showing a three-beam interference exposure method, and Figure 8 is a diagram showing a method of forming a diffraction grating. Figure 9 is a diagram showing the EB direct writing method, Figure 9 is a diagram showing the transmitted light-diffracted light self-interference method, Figure 10 is a diagram showing the positive/negative method, Figure 11 is a diagram showing the principle of phase shift, and Figure 12 is a diagram showing the principle of phase shift. 13 is a diagram showing the configuration of the phase mask, FIG. 13 is a diagram showing the definition of angles, and FIG. 14 is a sectional view of the mask manufacturing method. In the figure, 10 and 20 are photomasks, 11.21 is a quartz substrate, 12 is a resist grating pattern, 13.23.23a is a TiO2 film, 14.26.26a, 26b, 33 is a Si0g film, and 15 is an AR. Coat, 21a is a region of the substrate where TiO□ is not buried, 21b is a region of the substrate where TiO2 is buried, 22.24.25.27
.. 32.35 is A! 31 is a parallel plate, 34.62 is a resist (photoresist), 36 is a quartz mask, 42 is transmitted light, 43 is first-order transmitted diffraction light, 51 is an n-1nP substrate, and 64 is an interference pattern.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)屈折率n1の基板上に、屈折率n2の層よりなる
回折格子パターンと、該回折格子のパターンを埋め込ん
で平坦化する屈折率n1の層とが設けられたフォトマス
クを使用し、 該フォトマスクの平坦化された面を半導体基板上のフォ
トレジストに接触させた後、レーザ光を照射して、その
透過光と一次透過回折光との干渉パターンを該フォトレ
ジストに転写する工程を含むことを特徴とする半導体装
置の製造方法。
(1) Using a photomask in which a diffraction grating pattern made of a layer with a refractive index n2 and a layer with a refractive index n1 in which the diffraction grating pattern is embedded and flattened are provided on a substrate with a refractive index n1, A step of bringing the flattened surface of the photomask into contact with a photoresist on a semiconductor substrate, and then irradiating the laser beam to transfer an interference pattern between the transmitted light and the first-order transmitted diffraction light onto the photoresist. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
(2)屈折率n1の基板上に、屈折率n2の層よりなり
、位相シフトを行なう領域に対応して形成されたマスク
パターンと、該マスクパターンを埋め込んで平坦化する
屈折率n1の層が設けられたフォトマスクを使用し、 該フォトマスクの平坦化された面を半導体基板上のフォ
トレジストに接触させた後、2本のレーザ光を照射して
、該2本のレーザ光による干渉パターン及び、該フォト
マスクのマスクパターンによって位相がシフトした干渉
パターンを該フォトレジストに転写する工程を含むこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。
(2) On a substrate with a refractive index n1, a mask pattern formed of a layer with a refractive index n2 corresponding to the region where the phase shift is to be performed, and a layer with a refractive index n1 in which the mask pattern is embedded and flattened. Using the provided photomask, the planarized surface of the photomask is brought into contact with the photoresist on the semiconductor substrate, and then two laser beams are irradiated to form an interference pattern by the two laser beams. and a step of transferring an interference pattern whose phase has been shifted by a mask pattern of the photomask to the photoresist.
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