JPS6217702A

JPS6217702A - 回折格子の製造方法

Info

Publication number: JPS6217702A
Application number: JP15523685A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Uko; 宇高　勝之; Shigeyuki Akiba; 重幸秋葉; Yuichi Matsushima; 松島　裕一
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1985-07-16
Filing date: 1985-07-16
Publication date: 1987-01-26
Also published as: JPH0323884B2

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】（発明の技術分野）本発明は、２光束干渉露光を用いて周期的な凹凸から成
る回折格子を製造する方法に係わり、特に、隣接する二
つの領域において回折格子の凹凸の位相が反転する構造
を有する回折格子の製造方法に関するものである。

（従来技術とその問題点）周期的な凹凸から成る回折格子は、所望の波長の光のみ
を反射あるいは通過させるため、光通信の分野において
はフィルタとしであるいは分布帰還形半導体レーザ（以
下、ｒＤＦＢレーザ」と略す）の内部等に用いられてい
る。

その中で、発光領域またはその近傍に回折格子を有する
ＤＦＢレーザは、単一軸モードの光を発することから、
光通信の光源として脚光を浴び、従来から種々の提案が
ある。特に最近では、回折格子の中央部付近で凹凸の位
相を反転した方がさらに安定な単一モード動作を行うも
のとして注目されている。

このようなりＦＢレーザの発振波長は回折格子の凹凸の
周期Δで決定され、さらに安定な動作は回折格子の製作
精度に依存する。従って、回折格子の製作精度がＤＦＢ
レーザの特性を左右することになる。

凹凸の位相が反転した構造を有する回折格子の従来の製
造方法を述べる前に、まず凹凸の位相が反転しない構造
の回折格子の製造方法について説明する。

第１図は従来の２光束干渉露光法による一様な回折格子
の製造の原理図である。波長λ。なる例えばＨｅ　−Ｃ
ｄレーザ光３をハーフミラ−４で２つに分波し、各々の
分波光３はミラー５で反射させ、その分波光３の合成波
を図示のように基板ｌの上に例えばポジタイプのフォト
レジスト膜２を塗布した結晶表面に照射したときに生じ
る干渉パターンにより露光し、現像とエツチングを行え
ば回折格子を形成することができる。ここで、凹凸の周
期Δはレーザ光３０入射角をαとすれば、で求められる
。

一方、レーザの中央で回折格子の位相が反転した構造を
有する回折格子を製造する方法として、コンピュータ制
御を用いた電子ビーム走査露光がある。この方法は、回
折格子の溝に相当する部分に順次電子ビームを走査して
照射することにより露光するものであるが、回折格子の
周期へが大きい場合には通用できるが、凹凸の周期へが
結晶中の光の波長λの半分である１次の回折格子のよう
に周期へが小さい場合（約２０００人）には、解像度の
限界に達し、製造が実質上困難となってしまう。

また、電子ビーム露光法は個別順次走査であるから、回
折格子パターンの全面を走査し終るまでにかなりの時間
を必要とし、これを大量生産工程に適用することは困難
である。

次に、２光束干渉露光を用いて凹凸の位相が隣接領域で
互いに反転する構造を有する回折格子を製造する場合の
問題点について説明する。

（１）　　第２図は前述した２光束干渉露光により位相
が反転、すなわち１８０°位相シフトした構造を有する
回折格子を製造した場合の模式図であり、ＡとＢの領域
をメタルマスクを用いて別々に露光する方法である。同
図は領域Ａに周期的な凹凸を製造する場合を示しており
、この時領域Ｂは厚さ【（約５０μｍ）のメタルマスク
６により覆われている。

なお通常フォトレジスト膜２上に隙間ｄ（約数μｍ）を
設けている。干渉パターンが最も領域Ｂに近いところを
示しているが、同図から明らかなようにレーザ光３はメ
タルマスク６の厚さの影響により照射されない部分、す
なわち凹凸が全く製造されない領域Ｃができる。同様に
領域Ａにメタルマスク６を施して領域Ｂに２光束干渉露
光を行っても、凹凸が製造されない領域Ｃができ、全体
としては領域Ｃの２倍に亘って凹凸が形成されない。

例えば、回折格子の凹凸の周期へを２４００人とし、Ｈ
ｅ　−Ｃｄレーザの波長λ。を３２５０人とすれば、入
射角αはとなり、マスクの厚さｔを５０μｍとし隙間をｄとすれ
ば、周期的な凹凸が製造されない領域ＣはＣ＝（ｔ＋ｄ
）ｔａｒ＋ｃｒ２ｔ４ａｎα＝４７　（μｍ）となる。

従って、２回の２光束干渉露光により、凹凸が形成され
ない領域Ｃの２倍の領域は９４〔μｍ〕となり、発光領
域の全体長が通常数百〔μｍ〕程度であることから、Ｄ
ＦＢレーザの動作電流が大きくなり、また単一波長動作
も不安定となる。この解決策として、メタルマスク６の
厚さｔを薄くしたり、メタルマスク６の内側端の上面エ
ツジに傾斜を設ければ若干改善ができるが、やはり凹凸
が形成されない領域Ｃができる。

（２）最初に領域Ａを露光し、次に領域Ｂを露光する時
に凹凸の位相を１８０度反転させるため、基板１を凹凸
の周期への半分だけ（約１０００人）正確に移動しなけ
ればならない。しかし、約１０００人（０，１μｍ）だ
け正確に基板１を移動させることは極めて難しく、再現
性の面からも非常に困難である。

以上のように、周期的な凹凸の位相が反転する構造を有
する回折格子を従来の２光束干渉露光で製造するのは困
難であり、電子ビーム露光法でも量産性の面で問題があ
った。

（発明の目的と特徴）本発明は、上述した従来の欠点を解消するためになされ
たもので、電子ビーム露光に比べて簡便でかつ量産性に
優れた２光束干渉露光を用いて、周期的な凹凸の位相が
反転する構造の回折格子を実現することのできる回折格
子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、感光特性が互いに反転した２種類のフ
ォトレジストを用いて、第１の領域及び第２の領域で凹
凸の位相が反転した回折格子を製造する際に、絶縁膜を
導入して両フォトレジストの混じり合いを防止すること
により、どのようなフォトレジストの組合わせでも使用
を可能にした点にある。

（発明の構成及び作用）以下に図面を用いて本発明の詳細な説明する。

（実施例１）第３図は本願の第１の発明による第１の実施例であり、
凹凸の位相が反転した構造を有する回折格子の製造工程
を概略的に示したものである。本実施例では、第１のフ
ォトレジストとしてポジタイプフォトレジストを用い、
また第２のフォトレジストとしてネガタイプフォトレジ
ストを用い、かつ絶縁膜としてＳｉＮ膜を用いた場合に
ついて述べる。

（１）　　第１の工程（ａ）　　基板１上に第１のフォトレジストとしてポジ
タイプフォトレジスト２（以後、「Ｐ膜」と称す）を塗
布した後、通常のフォトリソグラフ法により、領域Ａに
のみ残す。この際、領域Ａに残されたポジタイプフォト
レジスト２は、未露光の状態のものである。

（ｂ）　　次に、基板１の全面に本発明の特徴に従って
絶縁膜、例えばＳｉＮ膜３を形成し、さらに第２フオト
レジストとしてネガタイプフォトレジスト膜４（以後、
「Ｎ膜」と称す）を全面に塗布する。なお５、ＳｉＮ膜
３の形成には室温での堆積が可能なＥＣＲ法を用いるこ
とにより、Ｐ膜２への影響を極力小さくすることができ
る。

（２）第２の工程（Ｃ）　　基板ｌの全面に一様な２光束干渉露光を行う
。

図中、斜線部分は露光された部分を示している。

また、ＳｉＮ膜３は光の透過度が良好であるため、Ｐ膜
２まで同時に露光することができる。

（３）第３の工程（ｄ）　　Ｎ膜４を現像することにより、一様なＮ膜４
の回折格子が形成される。

（ｅ）次に、Ｎ膜４の回折格子をマスクとして領域Ａ及
び領域ＢのＳｉＮ膜３を緩衝フッ酸により食刻する。

（ｆ）　　さらに、領域ＡのＰ膜を現像することにより
、領域Ａ及び領域Ｂで周期的な凹凸の位相が互いに反転
したＰ膜２及びＳｉＮ膜３の回折格子が形成される。こ
の際、ＳｉＮ膜３及びＮ膜４はリフトオフにより同時に
除去することができる。尚、Ｐ膜２の現像の際、領域Ｂ
のＳｉＮ膜３上のＮ膜４が同時に除去されたり、図中の
ように残存したすするが、いずれにしても本工程の成否
に影響を与えるものではない。

（ｇｌ　　Ｓｉ域ＡのＰ膜２による回折格子と領域Ｂの
絶縁膜３による回折格子をそれぞれマスクとして化学エ
ツチングを行うことにより、中央で凹凸の位相が反転し
た回折格子を基板１に形成することができる。

なお、以上の説明では、第１のフォトレジストとしてＰ
膜２、第２のフォトレジストとしてＮ膜４を用いたが、
逆に第１のフォトレジストとしてＮ膜４、第２のフォト
レジストとしてＰ膜２を用いても良い。

（実施例２）第４図は、本願の第１の発明による第２の実施例であり
、絶縁膜を一方の領域にのみ用いた場合の製造工程の概
略図である。

＋１１　　第１の工程ｔａ＋　　基板１上にＰ膜２を塗布した後、通常のフォ
トリソグラフ法により、領域Ａのみに残し、次に全面に
ＳｉＮ膜３及びＮ膜４を順次形成する。

（ｂｌ　　通常のマスク露光により、領域Ｂのみを軽く
露光した後、領域ＡではＮ膜４を現像し、これをマスク
としてＳｉＮ膜３をエツチングし、Ｐ膜２のみを残す。

尚、マスク露光の際、露光時間を短くすることにより、
現像後にもほとんど未露光に近い特性を有するＮ膜４を
領域Ｂに残すことができる。

（２）第２の工程（Ｃ１基板１の全面に、一様な２光束干渉露光を行う。

尚、斜線部は露光された部分を示している。

（３）　　第３の工程（ｄｌ　　領域ＢのＮ膜４を現像し、これをマスクとし
て、ＳｉＮ膜３をエツチングする。尚、高解像性を有す
るノボラック系ネガタイプフォトレジストの現像液は、
ポジタイプフォトレジスト用のものに比べ、通常ｐＨ値
が小さいため、即ちアルカリ性が弱いので、Ｐ膜２はほ
とんど現像されない。また、もし現像されたとしても支
障はない。

（ｅｌ　　次に領域ＡのＰ膜２を現像する。この際、上
記、ネガタイプフォトレジスト及びポジタイプフォトレ
ジスト現像液のｐ）ｌ値の違いによりＮ膜４が除去され
る場合があるが、何ら問題なく、また、例えＮ膜４がＳ
ｉＮ膜３上に残存したとしても問題がないことは言うま
でもない。以上の工程により、領域Ａ及び領域Ｂで、そ
の周期的凹凸の位相が互いに反転した各々Ｐ膜及びＳｉ
Ｎ膜３の回折格子が形成されるわけである。

ｉｆ）　　これらをマスクとして化学エツチングを行う
ことにより、中央で凹凸の位相が反転した回折格子付基
板ｌが得られる。

（実施例３）第５図は本願の第２の発明による実施例であり、Ｐ膜２
とＮ膜４の両方を用いた領域にのみ絶縁膜を用い、かつ
実施例１の第１のフォトレジスト及び第２のフォトレジ
ストを逆にした場合の製造工程の概略図である。

＋１１　　第１の工程ｆａ）　　基板ｌの全面にＮ膜４．　　ＳｉＮ膜３及び
Ｐ膜２を順次形成し、領域Ｂのみ通常のマスク露光を行
う。なお、図中斜線部分が露光されている。

（ｂ）　　領域ＢのみＰ膜２の現像、　　ＳｉＮ膜３及
びＮ膜４のエツチングを行ったのち、基板１の全面に再
度Ｐ膜２ａを塗布する。この際、領域Ａでは従来のＰ膜
２と塗布しなおしたＰ膜２ａとが混り合い、Ｐ膜２ａの
みが形成されたようになる。但し、説明を解り易くする
ため、Ｐ膜２とＰ膜２ａとの異なった記号を用いたが同
一のポジタイプフォトレジストである。

（２）第２の工程（Ｃ）　　基板１の全面に一様な２光束干渉露光を行う
。

（３）　　第３の工程（ｄ）　　両頭域のＰ膜２ａを現像し、領域Ａ及び領域
Ｂの表面にＰ膜２ａの回折格子を形成する。

（ｅ）　　８５域ＡのＳｉＮ膜３をエツチングにより完
全に除去する。

（ｆ）　　領域ＡのＮ膜４を現像する。以上の工程で、
領域Ａ及び領域Ｂで、その周期的凹凸の位相が互いに反
転した各々Ｎ膜４及びＰ膜２ａの回折格子が形成される
わけである。

（ｇ）　　これらをマスクとして化学エツチングを行う
ことにより、中央で凹凸の位相が反転した回折格子付基
板１が得られる。

以上のように、本発明により、ネガタイプ及びポジタイ
プフォトレジスト間に絶縁膜を介在させることにより、
そのままでは、混り易いフォトレジストの組合わせを用
いても、左右の凹凸の位相が反転した構造を有する回折
格子を製造することができる。尚、以上の実施例では、
絶縁膜としてＳｉＮ膜を用いて説明したが、代りにＳｉ
Ｏ□鱒などの誘電体膜、金属、もしくはフォトレジスト
との混り合いのない有機物薄膜を用いることも可能であ
る。

（発明の効果）以上の工程から明らかなように、本発明ではそのまま重
ね塗ったのでは混り合ってしまう高解像性を有するノボ
ラック系ポジタイプ及びネガタイプフォトレジストを同
時に使用できるようにネガタイプとポジタイプフォトレ
ジストとの間に絶縁膜を挿入することにより、製作が容
易でかつ高解像度の左右の凹凸が反転した回折格子が製
造できる。従って、安定でかつ特性の良いＤＦＢレーザ
等に応用ができその効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の２光束干渉露光法の原理図、第２図は従
来の２光束干渉露光により部分的に凹凸の位相が反転す
る回折格子製造の模式図、第３図。第４図及び第５図は本発明による回折格子の製造工程を
説明する断面図である。 ■・・・基板、２，２ａ・・・ポジタイプフォトレジス
ト、３・・・ＳｉＮ膜、４・・・ネガタイプフォトレジ
スト。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上の第１の領域に少なくとも第１のフォトレ
ジスト膜を形成し該第１の領域とは別の第２の領域には
絶縁膜及び第１のフォトレジストと感光特性が反転した
第２のフォトレジスト膜を順次形成する第１の工程と、
前記基板に２光束干渉露光を行う第２の工程と、該第２
のフォトレジストの現像、絶縁膜のエッチング、第１の
フォトレジストの現像を各々行うことにより、第１の領
域では第１のフォトレジストの回折格子、第２の領域で
は少なくとも該絶縁膜による回折格子が形成され、前記
第１の領域の第１のフォトレジストによる回折格子と前
記第２の領域の絶縁膜による回折格子をそれぞれをマス
クとして、該基板上に第１と第２の領域で凹凸の位相が
互いに反転した回折格子を形成する第３の工程とを含む
回折格子の製造方法。
（２）基板上の第１の領域にネガタイプフォトレジスト
膜及び絶縁膜を形成しさらに第１及び第２の領域を含む
基板全面にポジタイプフォトレジスト膜を形成する第１
の工程と、前記基板上に２光束干渉露光を行う第２の工
程と、該ポジタイプフォトレジストの現像、絶縁膜のエ
ッチング、ネガタイプフォトレジストの現像を各々行う
ことにより、第１の領域ではネガタイプフォトレジスト
の回折格子、第２の領域ではポジタイプフォトレジスト
の回折格子が形成され、これをマスクとして該基板上に
第１の領域と第２の領域で凹凸の位相が互いに反転した
回折格子を形成する第３の工程とを含む回折格子の製造
方法。
（３）前記絶縁膜として、誘電体、金属もしくは有機物
を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項及び第
２項記載の回折格子の製造方法。