(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性膜が被着された基板と、前記感光性膜に接する第１面と、該第１面に隣接し、互いに対向した第２、第３面とを少なくとも有するプリズムと、を備え、前記プリズムの第２面及び第３面に同一波長を有する光線をそれぞれ照射して、前記プリズムの第１面に前記光線による干渉縞を形成し、該干渉縞のパターンを前記感光性膜に転写する干渉露光装置において、少なくとも前記プリズムの第２、及び第３面には、それぞれ反射防止膜が形成されてなることを特徴とする干渉露光装置。
【請求項２】
感光性膜が被着された基板と、前記感光性膜に接する第１面と、該第１面に隣接し、互いに対向した第２、第３面とを少なくとも有するプリズムと、を備え、前記プリズムの第２面及び第３面に同一波長を有する光線をそれぞれ照射して、前記プリズムの第１面に前記光線による干渉縞を形成し、該干渉縞のパターンを前記感光性膜に転写する干渉露光装置において、前記プリズムの第２面及び第３面に近接又は接して、前記プリズムの第１面から離れた位置に遮光手段を配置して、プリズムの第２、第３面に入射する光線を制限してなることを特徴とする干渉露光装置。
【請求項３】
感光性膜が被着された基板と、前記感光性膜に接する第１面と、該第１面に隣接し、互いに対向した第２、第３面とを少なくとも有するプリズムと、を備え、前記プリズムの第２面及び第３面に同一波長を有する光線をそれぞれ照射して、前記プリズムの第１面に前記光線による干渉縞を形成し、該干渉縞のパターンを前記感光性膜に転写する干渉露光装置において、前記プリズムの第２面に入射した後、前記プリズムの第３面内壁に照射されて反射する反射光と、前記プリズムの第３面に入射した後、前記プリズムの第２面内壁に照射されて反射する反射光とはいずれも、それら反射光の向きが前記プリズムの第１面から離れる方向にすすんでなることを特徴とする干渉露光装置。
【請求項４】
請求項２に記載の干渉露光装置は、少なくとも前記プリズムの第２、及び第３面には、それぞれ反射防止膜が形成されてなることを特徴とする干渉露光装置。
【請求項５】
請求項３に記載の干渉露光装置は、前記プリズムの第１、第２、及び第３面に、それぞれ反射防止膜が形成されてなることを特徴とする干渉露光装置。
【請求項６】
感光性膜が被着された基板と、前記感光性膜に接する第１面と、該第１面に隣接し、互いに対向した第２、第３面とを少なくとも有するプリズムと、を備え、前記プリズムの第２面及び第３面に同一波長を有する光線をそれぞれ照射して、前記プリズムの第１面に前記光線による干渉縞を形成し、該干渉縞のパターンを前記感光性膜に転写する干渉露光装置において、前記プリズムの第１面と、前記プリズムの第２、第３面とのなす角φ、φ’は、下記式（１）を満たしていることを特徴とする請求項３または請求項５に記載の干渉露光装置。
【数１】
0003564215.tif 000009
【請求項７】
前記プリズムの第１面と第２面とのなす角φと、前記プリズムの第１面と第３面とのなす角φ’とが等しいことを特徴とする請求項６に記載の干渉露光装置。
【請求項８】
前記プリズムの第１、第２、及び第３面を除く全ての面は、光の入反射に寄与しない粗面であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の干渉露光装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかの装置を用いて干渉露光してなることを特徴とする干渉露光方法。
【請求項１０】
前記プリズムにおいて、
前記第２面および前記第３面のうちの少なくとも一方の一部には、段差あるいは透明薄膜が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載された干渉露光装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の干渉露光装置を用いて干渉露光して回折格子を形成することを特徴とする干渉露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、干渉露光装置およびそれを用いた干渉露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｌＧａＡｓ系の分布帰還型半導体レーザ（以下、「ＤＦＢ−ＬＤ」）をはじめとする短波長のＤＦＢ−ＬＤには、一次の回折格子としてピッチΛが１２０ｎｍ以下となる回折格子が要求される。このようなピッチの小さな回折格子を形成する方法として、図８に示されているプリズムを介した干渉露光法がある。（なお、通常「プリズム」とは「塊状の硝子や石英等の透明物質でできた三角柱形状の光学部品」のことを示すことが多いが、本明細書中では、三角柱形状に限定せず、「塊状の硝子や石英等の透明物質でできた種々な形の面をもつ光学部品」のことを「プリズム」と表現する。）すなわち、まず、図８（ａ）に示されるように、ホトレジスト８０１が塗布された基板８０２を、キシレンなどのホトレジストを侵さない高屈折率の液体８０３を介してプリズム８０４と平行に設置する。基板８０２とプリズム８０４との間隔は出来るだけ狭くする。プリズム８０４（屈折率ｎＣとする）の２面８０５，８０６を通して２方向から単一波長λを有するレーザ光線８０７，８０８を、面８０９の法線に対してθＣの角度でそれぞれ照射すると、レーザ光線８０７，８０８が干渉し干渉縞を生じる。この干渉縞の明暗に応じて感光されたホトレジスト８０１を現像することにより図８（ｂ）に示されるようにホトレジスト８０１が基板８０２上に所定のピッチΛ（例えば約１２０ｎｍ）の縞状に残ることになる。図８（ｃ）に示されているように縞状に残されたホトレジストをマスクとして基板８０２をエッチングし、ピッチΛの溝を有する回折格子８１０を基板８０２の表面に転写することが出来る。図８（ｂ），（ｃ）では図面を分かりやすくする為に基板８０２の上に８本の縞状のレジスト８０１，溝８１０しか描かれていないが、実際には例えば１〜３インチ径程度のＧａＡｓ基板８０２の上に１２０ｎｍ程度の間隔で非常に多数の縞が露光，転写されることになる。この方法により作製される回折格子のピッチΛは、下記式（２）で決定される。
【０００３】
【数２】
0003564215.tif 000002
【０００４】
露光に用いられる光源としては、特性が安定し、可干渉性が高いＨｅ−Ｃｄレーザ（λ＝３２５ｎｍ），Ａｒレーザ（λ＝３５１．１，３６３．８ｎｍ）等のガスレーザが用いられる。上記式（２）において０°＜θＣ＜９０°である為に、例えばλ＝３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザを光源に用いた場合、プリズムの屈折率をｎＣ＝１．５とすると上記の方法で作製される回折格子のピッチΛとして最小１０８ｎｍまでの回折格子が作製できる。プリズム８０４を用いずに空気中で干渉露光を行う方法の場合（上記式（２）においてｎＣ＝１．０に相当）に作製できる最小ピッチは上記式（２）から１６３ｎｍとなり、よりピッチの小さな回折格子を作製することが出来る点でプリズムを用いた上述の方法は優れた方法である。特に、ＡｌＧａＡｓ等を材料系とする短波長のＤＦＢ−ＬＤに対する一次の回折格子ではピッチΛが１２０ｎｍ前後の小さなものである為、プリズムを用いた干渉露光法が必須の技術となる。
【０００５】
なお、図８においては下記の文献１に基づいて直方体形状のプリズムに関して図示したが、下記の文献２においては、三角柱形状のプリズムが用いられている。
【０００６】
0003564215.tif 000003
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の技術を用いた方法は、可干渉性の高いガスレーザが光学的に作り出す干渉パターンをそのまま転写するものであり、ピッチが非常に均一に揃った回折格子を作製することが出来る点で有効な方法である。しかしながら、従来の直方体形状や三角柱形状のプリズムを用いて回折格子を作製した場合、露光される回折格子の露光状態にモアレ状のムラが生じたり、感光性膜に露光される回折格子パターンのコントラストが悪いという問題があった。本発明の課題は従来のプリズムを用いて露光した場合に生じる、露光状態のムラによる回折格子の品質の低下が生じることのない干渉露光方法及び干渉露光装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る請求項１に記載の干渉露光装置は、
感光性膜が被着された基板と、
前記感光性膜に接する第１面と、該第１面に隣接し、互いに対向した第２、第３面とを少なくとも有するプリズムと、
を備え、
前記プリズムの第２面及び第３面に同一波長を有する光線をそれぞれ照射して、前記プリズムの第１面に前記光線による干渉縞を形成し、該干渉縞のパターンを前記感光性膜に転写する干渉露光装置において、
少なくとも前記プリズムの第２、及び第３面には、それぞれ反射防止膜が形成されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る請求項２に記載の干渉露光装置は、
感光性膜が被着された基板と、
前記感光性膜に接する第１面と、該第１面に隣接し、互いに対向した第２、第３面とを少なくとも有するプリズムと、
を備え、
前記プリズムの第２面及び第３面に同一波長を有する光線をそれぞれ照射して、前記プリズムの第１面に前記光線による干渉縞を形成し、該干渉縞のパターンを前記感光性膜に転写する干渉露光装置において、
前記プリズムの第２面及び第３面に近接又は接して、前記プリズムの第１面から離れた位置に遮光手段を配置して、プリズムの第２、第３面に入射する光線を制限してなることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る請求項３に記載の干渉露光装置は、
感光性膜が被着された基板と、
前記感光性膜に接する第１面と、該第１面に隣接し、互いに対向した第２、第３面とを少なくとも有するプリズムと、
を備え、
前記プリズムの第２面及び第３面に同一波長を有する光線をそれぞれ照射して、前記プリズムの第１面に前記光線による干渉縞を形成し、該干渉縞のパターンを前記感光性膜に転写する干渉露光装置において、
前記プリズムの第２面に入射した後、前記プリズムの第３面内壁に照射されて反射する反射光と、前記プリズムの第３面に入射した後、前記プリズムの第２面内壁に照射されて反射する反射光とはいずれも、それら反射光の向きが前記プリズムの第１面から離れる方向にすすんでなることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に係る請求項４に記載の干渉露光装置は、請求項２に記載の装置のうち、  少なくとも前記プリズムの第２、及び第３面には、それぞれ反射防止膜が形成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係る請求項５に記載の干渉露光装置は、請求項３に記載の装置のうち、前記プリズムの第１、第２、及び第３面に、それぞれ反射防止膜が形成されてなることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明に係る請求項６に記載の干渉露光装置は、請求項３または５に記載の装置のうち、
感光性膜が被着された基板と、
前記感光性膜に接する第１面と、該第１面に隣接し、互いに対向した第２、第３面とを少なくとも有するプリズムと、
を備え、
前記プリズムの第２面及び第３面に同一波長を有する光線をそれぞれ照射して、前記プリズムの第１面に前記光線による干渉縞を形成し、該干渉縞のパターンを前記感光性膜に転写する干渉露光装置において、
前記プリズムの第１面と、前記プリズムの第２、第３面とのなす角φ、φ’が、下記式（１）を満たしていることを特徴とするものである。
【００１４】
【数３】
0003564215.tif 000004
【００１５】
本発明に係る請求項７に記載の干渉露光装置は、請求項６に記載の装置のうち、  前記プリズムの第１面と第２面とのなす角φと、前記プリズムの第１面と第３面とのなす角φ’とが等しいことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る請求項８に記載の干渉露光装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の装置のうち、
前記プリズムの第１、第２、及び第３面を除く全ての面が、光の入反射に寄与しない粗面であることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明に係る請求項９に記載の干渉露光方法は、請求項１〜８のいずれかに記載の装置を用いて干渉露光してなることを特徴とするものである。
本発明に係る請求項１０に記載の干渉露出装置は、請求項１乃至８のいずれか一つに記載の干渉露光装置において、前記プリズムにおいて、前記第２面および前記第３面のうちの少なくとも一方の一部には、段差あるいは透明薄膜が設けられていることを特徴とするものである。
本発明に係る請求項１１に記載の干渉露光方法は、請求項１０に記載の干渉露光装置を用いて干渉露光して回折格子を形成することを特徴とするものである。
【００１８】
ここで、プリズムの第１面に隣接し、互いに対向した第２、第３面とは、例えば縁取りを目的として形成される等、干渉露光に何ら影響を及ぼさない面は含まない。
【００１９】
また、反射防止膜は、少なくともプリズムの第２、及び第３面に形成されると記載したが、その他に感光性膜に接する第１面に形成してもよい。
【００２０】
図９は、従来の直方体プリズム（φ＝φ’＝９０°）を用いた場合の、プリズム内部での光の軌跡を示す上面図である。なお、図９においては面９０５から入射される一方の平行光線しか図示されていないが、実際の干渉露光では面９０４からも左右対称に同一波長の平行光線を入射させて２つの光線を干渉させる。露光に用いる平行光線はガスレーザから発せられる幅の細い光線をレンズを用いて幅の広い平行光線に変換することによって得るが、基板９０２に均一な光強度分布で露光が出来るように平行光線の幅は基板９０２の大きさよりも十分に広く（例えば基板が２０ｍｍφであれば平行光線は５０ｍｍφ程度）する必要がある。
【００２１】
この場合、従来のプリズムを用いた露光においては、９１０，９１１で示される直接的に面９０６に達してレジスト９０１への露光に寄与する光と、９０８，９０９で示されるプリズムの反対側の入射面９０４の内側で一度反射されてから間接的に面９０６に達してレジスト９０１への露光に寄与する光とが存在することになる。この一度反射した後に露光に寄与する９０８，９０９で示される光が、露光状態にムラを生じさせたりコントラストを悪化させる原因になる。プリズム内部での不要な反射光の影響を受けず、高い品質の回折格子を作製する為には、９０８，９０９で示される余分な光が露光に寄与しないことが必須となる。なお、従来から用いられてきた三角柱形状のプリズムでも全く同じ状況が生じる。
【００２２】
上記の問題を回避する方法として、余分な光９０８，９０９がプリズムの内部に入射した後、面９０４に届かない様に十分に幅の広い大きなプリズムを用いる手段が考えられる。例えば基板が２０ｍｍφであれば平行光線は５０ｍｍφ程度となり、プリズムの基板設置面９０６の幅は一辺２００ｍｍ程度にすれば良い。しかし、半導体プロセスでは基板の面積は日進月歩で大面積化が進んでおり、これに対応するには非常に巨大なプリズムが要求されることになりかねない。この場合、高い面精度が要求されるプリズムの加工が難しくなり、コストがかかる等の問題が生じるため、プリズムの大きさは出来るだけ小さく、好ましくは基板の大きさに近いことが望ましい。
【００２３】
高い品質の回折格子を作製する為の手段として、本発明では次の３つの手段を提供する。
（方法１）面９０４（９０５）に反射防止膜を設けることにより、光９０８，９０９が面９０４の内側で反射されることがなくなり、レジスト９０１への露光に寄与しない。
（方法２）面９０５に入射する前に光９０８，９０９を遮光する。
（方法３）光９０８，９０９が面９０４の内側で反射された時に、これらが面９０６の方向ではなく、面９０７の方向（感光性膜９０１から離れる方向）に反射されるような形状のプリズムにする。
【００２４】
（方法３）の条件を満たすプリズムの形状を、簡単な幾何光学的な計算で導出したところ、プリズムの角度φが下記式（３）を満足している必要があることがわかった。
【００２５】
【数４】
0003564215.tif 000005
【００２６】
つまり、式（３）の関係を満たすプリズムは、プリズムの基板設置面９０６が基板９０２と同程度の大きさであっても露光状態にムラを生じたりコントラストを悪化させる内部反射光の影響が露光状態に現われない形状のプリズムである。
【００２７】
また、光を面９０５へ入射する際にその光が面９０５で全反射されないことが必要であり、その為にはプリズムの角度φ’が下記式（４）を満足している必要があることも簡単な幾何光学的な計算で導かれる。
【００２８】
【数５】
0003564215.tif 000006
【００２９】
なお、面９０５から入射される光に関して角度φの条件式（３）と角度φ’の条件式（４）を示したが、図９には記述されていない面９０４から入射される光に関しても全く等価であることから式（３），（４）はそれぞれφ’，φについても成り立ち、結局、式（１）が（方法３）を実現する為のプリズムの形状の条件となる。
【００３０】
また、（方法３）において、面９０７の方向（感光性膜９０１から離れる方向）に反射された余分な光が、更に多重反射を繰り返して最終的に感光性膜９０１に達してしまうことが無いように、面９０４，９０５，９０６以外は、例えばスリガラス等の粗面であることが望ましい。
【００３１】
また、（方法３）において、角度φとφ’が等しい対称な形状のプリズムを用いると露光に用いる光学系全体を左右対称に設置することが出来、光学系の構築が容易になりより望ましい。
【００３２】
なお、光の利用効率を高める観点から、上記３つの方法全てにおいて、面９０４，９０５，９０６に相当する面に反射防止膜を施すことが望ましい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に説明する。
【００３４】
＜実施の形態１＞
図６は、第１の実施の形態で用いたプリズムの形状を示す図である。角度φ，φ’として９０°を有する直方体形状の光学部品（プリズム）である。角度の精度は９０°±５秒以内で作製されている。材質は硼硅酸ガラス（ＢＫ７）から成り、波長３５１．１ｎｍに対して透明であり、屈折率は１．５３９である。また、鏡面研磨された面６０１，６０２，６０３の面精度はλ／２０である。面６０１と６０３及び６０２と６０３の角度の精度は９０°±５秒以内、面６０１と６０２の平行度は５秒以内で作製されている。面６０１，６０２，６０３を除いた面は全てスリガラス状の粗面になっている。プリズムの大きさは、面６０１，６０２，６０３は４０ｍｍ×４０ｍｍとなっている。
【００３５】
図２は後に説明する実施の形態３をの光学系を示す斜視図であるが、ここでは実施の形態１のプリズムを図２に示す光学系において２０７と置き換えて使用した。プリズムの面６０３（図２における２１０に相当）には、厚さ０．１μｍのホトレジストＡｚ１４００（シプレイ社製）が表面に塗布されたガラス基板が、プリズムの面６０３（図２における２１０に相当）に対して平行になるようにキシレンを介して設置した。基板の大きさは、２０ｍｍ×２０ｍｍの角型である。ここに一定の光量の干渉縞をレジストに照射し、現像液ＭＦ３１９（シプレイ社製）で処理すると、基板上に均一なピッチΛを有する回折格子が形成された。図２における全反射ミラー２０５，２０６の角度Ｘ，Ｙを共に２８°とした時、ピッチ１１５ｎｍの回折格子が露光されていた。
【００３６】
本実施の形態においては、角度φ，φ’は式（１）の範囲に含まれない為、面６０１（６０２）から入射した光は面６０２（６０１）の内側で反射されて面６０３に達し、露光に寄与することになる。面６０１，６０２に反射防止膜を施さないプリズムを用いた場合には図３と同様のレジストマスクの幅が周期的変動する露光ムラを有する回折格子が露光された。一方、面６０１，６０２に反射防止膜を施し、反射率を低く抑えた場合、露光ムラが小さい高品質の回折格子が作製されていた。
【００３７】
しかしながら、面６０１，６０２に反射防止膜を施す加工を行っても、完全に面６０１，６０２の反射率を無くすることは困難であり、数％程度の反射率が残ってしまう。単にプリズムに反射防止膜を施すことによって露光ムラを小さく抑えることは出来たものの、その品質は後に述べる実施の形態３の様に台形形状を底辺とする柱状のプリズムを用いて作製したものよりもやや劣るものであった。
【００３８】
なお、面６０１，６０２に反射防止膜を施した場合、ホトレジストを露光するのに必要な光量は約１５％低減した。面６０３に反射防止膜を施したプリズムを用いた場合には更に３０％も低い光量で露光することができ、露光の効率を大きく向上させ、スループットの向上に寄与することが明らかになった。
【００３９】
＜実施の形態２＞
図７は、第２の実施の形態で用いたプリズムの形状を示す図である。角度φ，φ’として６０°を有する正三角形を底辺とする柱状の光学部品である。角度の精度は６０°±５秒以内で作製されている。材質は合成石英から成り、波長３５１．１ｎｍに対して透明であり、屈折率は１．４７６である。鏡面研磨された面７０１，７０２，７０３の面精度はλ／２０である。また、面７０１，７０２，７０３を除いた面は全てスリガラス状の粗面になっている。光の入射面７０１，７０２の一部には波長３５１．１ｎｍの光に対して不透明な樹脂７０４，７０５の被覆が施されている。プリズムの大きさは、面７０３は３０ｍｍ×３０ｍｍ，面７０１と７０２は３０ｍｍ×５０ｍｍとなっている。
【００４０】
図２は後に説明する実施の形態３の光学系を示す斜視図であるが、ここでは実施の形態２のプリズムを図２に示す光学系において２０７と置き換えて使用した。プリズムの面７０３（図２における２１０に相当）には、厚さ０．１μｍのホトレジストＡｚ１４００（シプレイ社製）が表面に塗布されたガラス基板が、プリズムの面７０３（図２における２１０に相当）に対して平行になるようにキシレンを介して設置した。ここに一定の光量の干渉縞をレジストに照射し、現像液ＭＦ３１９（シプレイ社製）で処理すると、基板上に均一なピッチΛを有する回折格子が形成された。図２における全反射ミラー２０５，２０６の角度Ｘ，Ｙを共に２０°とした時、ピッチ１２０ｎｍの回折格子が露光されていた。
【００４１】
本実施の形態においては、角度φ，φ’は式（１）の範囲に含まれない為、樹脂７０４，７０５の被覆が施されていない場合には面７０１（７０２）から入射した光は面７０２（７０１）の内側で反射されて面７０３に達し、露光に寄与する。この場合には図３と同様のレジストマスクの幅が周期的変動する露光ムラを有する回折格子が露光された。一方で面７０１（７０２）から入射した光のうち、面７０２（７０１）の内側に達する光を遮光するように面７０１，７０２の一部に不透明な樹脂７０４，７０５の被覆を施した場合、露光ムラが少ない高品質の回折格子が作製されていた。
【００４２】
なお、光の一部を遮光する方法としては、上述のようにプリズムの光入射面に直接遮光用のマスクを被覆する方法の他にも、図１０に示された方法が考えられる。すなわち、露光に用いる平行光線１００１〜１００４，１００５〜１００８がプリズムに入射する前に、平行光線の通路の一部に不透明な物体１００９，１０１０を置いて一部を遮光し、影をつくる。遮光する位置は、図２における空間フィルタ２０２・ビームスプリッタ２０４・全反射ミラー２０５，２０６・プリズムの光入射面２０８，２０９に至る光の通路の途中であれば同様の効果を有する。
【００４３】
注意すべきことには、平行光線１００１〜１００４，１００５〜１００８の通路の一部に不透明な物体１００９，１０１０を置いて遮光した場合、平行光は不透明な物体１００９，１０１０のエッジで回折を受け、物体１００３，１００４の近傍を通過した部分（１００２，１００６近傍）の波面が乱れる。その為、不透明な物体１００３，１００４のエッジ近傍を通過した光で露光された部分にはエッジ回折によるモアレ状の露光ムラが見られることがあり、露光された回折格子の品質は後で述べる実施の形態３の様に台形形状を底辺とする柱状のプリズムを用いて作製したものよりもやや劣るものであった。なお、乱れた波面は、光が進むに連れて平行光の全体に広がっていく為、波面の乱れが露光に与える影響が少しでも小さくなるように、感光性膜１０１３に出来だけ近い位置で遮光するのが望ましかった。
【００４４】
＜実施の形態３＞
図１は、第３の実施の形態で用いたプリズムの形状を示す図である。角度φ，φ’として１１０°を有する台形を底辺とする柱状の光学部品である。角度の精度は１１０°±５秒以内で作製されている。材質は硼硅酸ガラス（ＢＫ７）から成り、波長３５１．１ｎｍに対して透明であり、屈折率は１．５３９である。また、鏡面研磨された面１０１，１０２，１０３の面精度はλ／２０であり、面１０１，１０２，１０３の表面には無反射コーティングが施されている。面１０１，１０２，１０３を除いた面は全てスリガラス状の粗面になっている。プリズムの大きさは、面１０３は３０ｍｍ×３０ｍｍ，面１０１と１０２は３０ｍｍ×５０ｍｍとなっている。
【００４５】
このプリズムを図２に示す光学系に設置して使用した。すなわち、単一波長３５１．１ｎｍのＡｒレーザから発せられたレーザ光は凸レンズ２０１，空間フィルター２０２，凸レンズ２０３を経て５０ｍｍφの円形の平行光線に変換される。５０ｍｍφの平行光線の内、中心部の約２０ｍｍφ程度で光量がほぼ一定であり、露光に用いることが出来る。レンズ２０３を透過した後、ビームスプリッタ２０４で二分された後、全反射ミラー２０５，２０６を経てプリズム２０７の面２０８と２０９とに入射される。プリズムの面２１０には、例えばホトレジスト等の感光性膜２１１が表面に塗布された１０ｍｍ角の正方形のガラス基板２１２が、プリズムの面２１０に対して平行になるように例えばキシレン２１３等のオイルを介して設置されている。二つの平行光線２１４と２１５はプリズムに入射されるとプリズム中で干渉し合い、図２の紙面に垂直方向に平行な干渉縞を形成する。例えば数十［ｍＪ／ｃｍ２］といった一定の光量の干渉縞を感光性膜２１１に照射し、適切な現像液で処理すると、ガラス基板上に均一なピッチΛを有する回折格子が露光された。全反射ミラー２０５，２０６の角度Ｘ，Ｙを共に３５°とした時、ピッチ１１５ｎｍの均一な回折格子が露光されていた。露光された回折格子には露光ムラが一切無く、高品質の回折格子が作製されていた。
【００４６】
本実施の形態においては、下記式（１）
【００４７】
【数６】
0003564215.tif 000007
【００４８】
で与えられる範囲は
９４°  ＜  φ（ｏｒ  φ’）  ＜    １２３°
となる。上記で用いたものは角度φ，φ’として１１０°を有するものであり、この範囲に入っていることから、露光ムラが無く、高品質の回折格子が作製されることになった。また、φとφ’は共に等しく、図２における光学系の設置が容易であった。
【００４９】
比較の為、φとして８０°，８５°，９０°，・・・，１２０°，１２５°，１３０°で５°刻みで異なる１１種類のプリズムを用意し、同一のピッチ１１５ｎｍの回折格子を露光した。いずれもφ’はφに等しい形状とした。８０°，８５°，９０°のプリズムを用いて露光したものに関しては、図３に断面のイラストが示されているように基板上のレジストマスクの幅が数百μｍ間隔で周期的に変調された露光ムラを有する回折格子が露光されていた。図３のように均一でない回折格子では、回折効率が大幅に低下し、回折格子の品質としては良くない。一方で、φ，φ’として９５°から１２０°のプリズムを用いた場合、何れも図３のような露光ムラは見られず、均一で高品質な回折格子が露光されていた。１２５°，１３０°のプリズムの場合には、露光量を数百［ｍＪ／ｃｍ２］以上にまで大きくしても全く回折格子は露光されていなかった。これは、１２５°，１３０°のプリズムの場合には、プリズムに入射する光線が全てプリズムの光入射面で全反射してしまうことによる。
【００５０】
＜実施の形態４＞
図４は、第４の実施の形態で用いたプリズムの形状を示す図である。角度φ，φ’として１００°を有する台形を底辺とする柱状の光学部品（プリズム）である。角度の精度は１００°±５秒以内で作製されている。材質は合成石英から成り、波長３５１．１ｎｍに対に対して透明であり、屈折率は１．４７６である。また、鏡面研磨された面４０１，４０２，４０３の面精度はλ／３０である。面４０１，４０２，４０３を除いた面は全てスリガラス状の粗面になっている。プリズムの大きさは、面４０３は３０ｍｍ×３０ｍｍ，面４０１と４０２は３０ｍｍ×５０ｍｍとなっている。またプリズムの一方の表面４０１にはストライプ状のＰＭＭＡから成る透明薄膜４０４が設けられている。なお、図４にはプリズムの構造がわかりやすくなるように図を簡略し、ストライプ状の透明な薄膜を４本しか表示していないが、実際には厚さ約２５０ｎｍの透明な薄膜４０４が間隔３６μｍ，幅３６μｍで多数本設けられている。
【００５１】
このプリズムを図２に示す光学系において２０７と置き換えて使用した。ただし、ｎ型ＧａＡｓ結晶の上に下クラッド層となるｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓを１μｍ、活性層となるＡｌ０．１４Ｇａ０．８６Ａｓ層を０．０８μｍ、第一上クラッド層なるｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓを０．２μｍ、ガイド層となるｐ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓを０．１μｍを化学気相堆積法によって積層させたものを基板２１２としてプリズムの面２１０に接するように設置した。また、感光性膜２１１として厚さ０．１μｍのホトレジストＡｚ１４００（シプレイ社製）を用いた。ここで約３０［ｍＪ／ｃｍ２］の光量の干渉縞を感光性膜２１１に照射し、現像液ＭＦ３１９（シプレイ社製）で処理すると基板２１２上には回折格子状のホトレジストが残った。
【００５２】
本実施の形態に用いたプリズムでは、プリズムの面４０１を透過した光のうち、薄膜４０４を通過した部分と通過していない部分との光の位相が反転するように薄膜４０４の厚さを設定していることから、ホトレジスト上に作製される回折格子は図５に５０３で示されるように途中で空間的な位相が反転する部分を有するものとなった。また回折格子のピッチは、全反射ミラー２０５，２０６の角度Ｘ，Ｙを共に３０°とした時に１２０ｎｍであった。
【００５３】
引き続いて湿式エッチングにより回折格子のパターンを基板５０１の表面に転写した後、ホトレジストを剥離し、第２上クラッド層となるｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層を０．８μｍ、コンタクト層となるｐ型ＧａＡｓ層を０．５μｍを化学気相堆積法により積層させた。作製された基板を厚さ約１００μｍに研磨し、上下に適切な電極を付けた後、位相反転部の一つが中央になる様に３００μｍ角のチップ状に劈開分割し、劈開した両端面に無反射コートを施して半導体レーザとした。上下の電極を通して電流を注入したところ、回折格子のピッチに対応するブラッグ波長で単一スペクトルを有するレーザ光が出射された。
【００５４】
本実施の形態においては、下記式（１）
【００５５】
【数７】
0003564215.tif 000008
【００５６】
で与えられる範囲は
９４°  ＜  φ（ｏｒ  φ’）  ＜  １２５°
となる。上記で用いたものは角度φ，φ’として１００°を有するものであり、この範囲に入っていることから、露光ムラが無く、高品質の回折格子が作製されることになった。また、φとφ’は共に等しく、図２における光学系の設置が容易であった。
【００５７】
＜実施の形態５＞
図１１は、第５の実施の形態で用いたプリズムの形状を示す図である。角度φ，φ’として１１０゜を有する六角形を底辺とする柱状の光学部品である。角度φ，φ’の精度は１１０゜±５秒以内で作製されている。面１１０４と面１１０５とは５秒以内の精度で平行であり、面１１０４と面１１０３及び面１１０５と面１１０３とは９０゜±５秒の精度で垂直になるように作製されている。材質は硼硅酸ガラス（ＢＫ７）から成り、波長３５１．１ｎｍに対して透明であり、屈折率は１．５３９である。また、鏡面研磨された面１１０１，１１０２，１１０３，１１０４，１１０５の面精度はλ／２０であり、面１１０１，１１０２，１１０３の表面には無反射コーティングが施されている。面１１０１，１１０２，１１０３，１１０４，１１０５を除く他の面は全てスリガラス状の粗面になっている。つまり、本実施例で用いた図１１のプリズムは、図１に示した第３の実施の形態で用いたプリズムに、面１１０３と垂直の角度を成す面１１０４，１１０５を含む部分を付け足した形状となっている。プリズムの大きさは、面１１０３は３０ｍｍ×３０ｍｍ，面１１０１と１１０２は３０ｍｍ×５０ｍｍ，面１１０４と１１０５は３０ｍｍ×３０ｍｍとなっている。
【００５８】
このプリズムを、面１１０１，１１０２が光の入射面、面１１０３が基板を設置する面となるように、図２に示す光学系において２０７と置き換えて使用した。面１１０１，１１０２，１１０３に対応する部分は第３の実施の形態で用いたプリズムと等価な作用を及ぼし、回折格子の露光結果に与える効果に関しては第３の実施の形態と同等であった。
【００５９】
図１１のプリズムにおいては、面１１０３に垂直になるように付け加えられた面１１０４，１１０５から成る部分があることにより、プリズムを光学系に取り付ける時のアライメントが精度良く容易に出来るようになった。図１２に示す様にアライメント用のＨｅ−Ｎｅレーザ１２０１の光線を土台の光学定盤に平行かつ基板１２０６の方向と平行にプリズム１２０４のアライメント用の面１２０５（図１１における面１１０４に相当）に当たる様に設定しておき、その反射光の位置をピンホールの開いたスクリーン１２０２の上でモニターすることによって位置ずれを検知し、プリズムの位置，角度のずれを修正すると、プリズムのアライメントが高精度で出来た。
【００６０】
プリズムのアライメントは、図１１における面１１０１または１１０２にアライメント用のＨｅ−Ｎｅのレーザ光を当てて、上述と同様の方法で行うことも可能であった。しかしながら、面１１０１，１１０２は光学系の基準となる方向（例えば基板の面の方向）に対して１１０°に傾いた面であり、アライメント用のＨｅ−Ｎｅレーザ自体を光学系の基準となる方向に対して１１０°に傾けて精度良く設定することが難しかった。これは、光学定盤の上には碁盤の目状に光学部品を取り付けるネジ穴が切られている為に、光学部品を４５°，９０°，・・・といった区切りの良い方向にアライメントすることは非常に容易であるが、それ以外の角度に精度良くアライメントすることは難しい事に寄っている。基準となる面に対して４５゜，９０゜，・・・といった区切りの良い角度の面をアライメント用の面としてプリズムに付加することは、実用上効果的となる。
【００６１】
ところで、ここまでに説明した実施の形態は図２に示された光学系を用いたものであるが、２本の平行光線がプリズムに至るまでに通過する空間フィルタ・凸レンズ・ビームスプリッタ・全反射ミラー等からなる光学系は、図２に示されたものと同等の機能を有するものであれば光学部品の構成・配置に変更があってもよいことは明らかである。
【００６２】
また、光源には何れもＡｒガスレーザによる紫外光を用いたものを示したが、Ｈｅ−Ｃｄガスレーザ等の他の光源による紫外光によっても効果は同じであり、可視光・深紫外光を用いることも出来る。
【００６３】
また、プリズムの材質・基板の種類・感光性膜の種類・プリズムと基板との間に満たすオイルの種類についても上記の実施の形態で用いたものに限定されることはない。
【００６４】
また、本発明で得られる回折格子の応用例としてλ／４シフト型屈折率結合ＤＦＢ−ＬＤに関して説明したが、利得結合ＤＦＢ−ＬＤ等の他のタイプのＤＦＢ−ＬＤや、ＤＢＲ−ＬＤ・波長フィルター・グレーティングカップラー等の他の用途にも応用することが可能である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明による干渉露光装置およびそれを用いた干渉露光方法によれば、ピッチの小さな回折格子を露光ムラが無く、高品質に露光することができ、また、光の利用効率が向上し、露光のスループットが向上する。
【００６６】
また、φとφ’とを等しくすることにより、光学系全体が対称な配置となり、光学系の設置が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第３の実施の形態の回折格子の製造方法で用いたプリズムの形状を示す斜視図である。
【図２】第３の実施の形態の回折格子の製造方法で用いた光学系を示す模式図である。
【図３】第３の実施の形態の比較例の製造方法で作製された品質の低い回折格子を示す断面図である。
【図４】第４の実施の形態の回折格子の製造方法で用いたプリズムの形状を示す斜視図である。
【図５】第４の実施の形態の回折格子の製造方法で作製された回折格子を示す斜視図である。
【図６】第１の実施の形態の回折格子の製造方法で用いたプリズムの形状を示す斜視図である。
【図７】第２の実施の形態の回折格子の製造方法で用いたプリズムの形状を示す斜視図である。
【図８】従来の回折格子の製造方法を示す図である。
【図９】従来の回折格子の製造方法の問題点を示す上面図である（プリズムに入射する２本の平行光線の内、一方だけが表示されている。）。
【図１０】第２の実施の形態の回折格子の製造方法を示す上面図である。
【図１１】第５の実施の形態の回折格子の製造方法で用いたプリズムの形状を示す斜視図である。
【図１２】第５の実施の形態の回折格子の製造方法で用いたプリズムのアライメントの方法を示す上面図である。
【符号の説明】
１０１，１０２  光入射面
１０３  基板設置面
２０１  凸レンズ
２０２  空間フィルタ
２０３  凸レンズ
２０４  ビームスプリッタ
２０５，２０６  全反射ミラー
２０７  プリズム
２０８，２０９  光入射面
２１０  基板設置面
２１１  感光性膜
２１２  基板
２１３  オイル
２１４，２１５  平行光線
３０１  基板
３０２  レジスト
４０１  透明な薄膜が設けられた光入射面
４０２  光入射面
４０３  基板設置面
４０４  透明な薄膜
５０１  基板
５０２  感光性膜
５０３  位相反転部
６０１，６０２  光入射面
６０３  基板設置面
７０１，７０２  光入射面
７０３  基板設置面
７０４，７０５  不透明な遮光用の膜
８０１  感光性膜
８０２  基板
８０３  オイル
８０４  プリズム
８０５，８０６  光入射面
８０７，８０８  平行光線
８０９  基板設置面
８１０  回折格子
９０１  感光性膜
９０２  基板
９０３  オイル
９０４  光入射面
９０５  光入射面
９０６  基板設置面
９０７  プリズム
９０８，９０９，９１０，９１１  入射光
１００１〜１００８  入射光
１００９，１０１０  遮光用の不透明な物体
１０１１  直方体形状のプリズム
１０１２  基板
１０１３  感光性膜
１０１４  オイル
１１０１，１１０２  光入射面
１１０３  基板設置面
１１０４，１１０５  アライメント面
１２０１  Ｈｅ−Ｎｅレーザ
１２０２  ピンホールの開いたスクリーン
１２０３  全反射ミラー
１２０４  プリズム
１２０５  アライメント用の面
１２０６  基板
１２０７  感光性膜
１２０８  オイル
【図１】
0003564215.tif 000010
【図２】
0003564215.tif 000011
【図３】
0003564215.tif 000012
【図４】
0003564215.tif 000013
【図５】
0003564215.tif 000014
【図６】
0003564215.tif 000015
【図７】
0003564215.tif 000016
【図８】
0003564215.tif 000017
【図９】
0003564215.tif 000018
【図１０】
0003564215.tif 000019
【図１１】
0003564215.tif 000020
【図１２】
0003564215.tif 000021