(57)【要約】【課題】フォトリソグラフィー工程の低価格化及び溝加工やダイシング等の工程を簡単化して、シリコンベンチの製造プロセスの効率を高め、作製工程時間の短縮を図り、作製精度を向上させる。【解決手段】フォトマスクを用いて、シリコン基板上に形成したレジスト層に、複数の形状及び厚みを有するレジストパターンを現像工程により形成した後に、シリコン基板上のレジストパターンをマスクに、レジストパターンと同様の形状で一括に、シリコン基板の表面をエッチング加工する。【選択図】図６
2008089818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜厚が非一様なレジストパターンを形成するための露光用のフォトマスクであって、
透明なマスク基板と、該マスク基板に密接して配列された複数の正方形のマスクセルとを有しており、
前記マスクセルの一辺の長さは、前記フォトマスクが用いられる露光装置の光学系の解像限界となる長さよりも短く設定されており、
前記マスクセルは、光透過領域と、前記マスク基板に設けられている遮光膜で形成されている遮光領域とのいずれか一方又は双方を有しており、
前記マスクセルの透過光の光強度が規格化光強度であり、
前記マスクセルに対する前記光透過領域の面積比によって、前記透過光の光強度を決定しており、
前記フォトマスクを上方から見た平面領域中に、第１長方形領域及び第２長方形領域を区画してあり、
該第１長方形領域に含まれる第１マスクセル群は、第１光強度（但し、０＜第１光強度＜１  である。）を有し、
前記第２長方形領域に含まれる第２マスクセル群は、第２光強度（但し、第１光強度＜第２光強度≦１  である。）を有し、及び、
前記第１及び第２長方形領域外の残りの第３マスクセル群は、第３光強度（但し、０≦第３光強度＜１  である。）を有する
ことを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
膜厚が非一様なレジストパターンを形成するための露光用のフォトマスクであって、
透明なマスク基板と、該マスク基板に密接して配列された複数の正方形のマスクセルとを有しており、
前記マスクセルの一辺の長さは、前記フォトマスクが用いられる露光装置の光学系の解像限界となる長さよりも短く設定されており、
前記マスクセルは、光透過領域と、前記マスク基板に設けられている遮光膜で形成されている遮光領域とのいずれか一方又は双方を有しており、
前記マスクセルの透過光の光強度が規格化光強度であり、
前記マスクセルに対する前記光透過領域の面積比によって、前記透過光の光強度を決定しており、
前記フォトマスクを上方から見た平面領域中に、第１長方形領域及び第２長方形領域を区画してあり、
該第１長方形領域に含まれる第１マスクセル群は、第１光強度（但し、０＜第１光強度＜１  である。）を有し、
前記第２長方形領域に含まれる第２マスクセル群は、該第２長方形領域の長手方向の２辺上では、第２光強度（但し、０≦第２光強度＜第１光強度  である。）を有し、長手方向の中心線上では、該第２光強度よりも大きな第３光強度（但し、第２光強度＜第３光強度＜１  である。）を有し、及び、前記２辺と中心線との間では、前記第２光強度から前記第３光強度へと直線的に変化する光強度を有し、及び、
前記第１及び第２長方形領域外の残りの第３マスクセル群は、前記第２光強度を有している
ことを特徴とするフォトマスク。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のレジストパターン形成用のフォトマスクを用いて、シリコンベンチを製造するにあたり、
前記フォトマスクを用いて、シリコン基板上に形成したレジスト層に、複数の形状及び厚みを有する前記レジストパターンを現像工程により形成した後に、前記シリコン基板上の前記レジストパターンをマスクに、該レジストパターンと同様の形状で一括に、前記シリコン基板の表面をエッチング加工する
ことを特徴とするシリコンベンチの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のシリコンベンチの製造方法において、
前記シリコン基板の表面に、それぞれ深さ形状の異なった分離用の溝と部品配置用のＶ溝と部品配置用のアライメントマークとを同時に形成する
ことを特徴とするシリコンベンチの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信システムに使用される光学部品を搭載するためのシリコンベンチの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムに使用される光学部品を搭載するシリコンベンチは、レーザダイオード、受光ダイオード、レンズ、及び、光ファイバなどを搭載するための基板として使用される。このようなシリコンベンチとして、従来より、一つの溝と電極が形成されているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、この特許文献１に開示されているシリコンベンチの製造方法によれば、複数の溝を有するシリコンベンチを作製する場合には、複数回のエッチングやダイシング工程を行う必要がある。例えば、光ファイバやレンズなどが搭載されるサイズの異なるＶ溝をＫＯＨ等のアルカリ溶液で複数回のフォトリソグラフィーと複数回のウェットエッチング工程により作製しており、さらに、基板表面の中央で交差する分離用の溝はダイシングによって作製している。
【０００４】
一方、この様な複数回のフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程によらずに、グレー階調を有するマスク（グレーマスクと称する）を用いて作製する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−２５１７２号公報
【特許文献２】特許第３１１７８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このシリコンベンチを特許文献２に開示されているグレーマスクは高価であり、シリコンベンチの作製工程のような低価格化を要求される製造工程には使用されることはなかった。
【０００６】
又、従来のシリコンベンチの作製工程においては、複数回繰り返されるフォトリソグラフィー、エッチング及びダイシング加工等を行うために、各加工されるパターンの位置精度の低下や、加工プロセスの複雑化による高価格化等の問題点が発生した。さらに、シリコンベンチの基板材料として、（１００）面の面方位を持つシリコン基板を使用すると、ウェットエッチング工程によりＶ溝を形成する場合、Ｖ溝の角度が一定角度（５４度）に固定されるため、任意の角度を形成することが極めて困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、この出願に係る発明者は、鋭意研究を行ったところ、共通の一枚のシリコン基板に深さの異なる溝やＶ溝を形成するため、これらの溝を形成するために厚みの異なるレジストパターン、従って、レジスト層に深さの異なる溝や、深さが変化する溝の潜像を投写できるフォトマスクを用いれば、従来の問題点を解決できることを見出した。
【０００８】
そこで、この発明は、上述したような経済的及び技術的課題を解決することであり、その目的は、フォトリソグラフィー工程の低価格化及び溝加工やダイシング等の工程を簡単化して、シリコンベンチ製造プロセスの効率を高め、工程時間の短縮を図り、作製精度を向上させることにある。
【０００９】
第１の発明の第１のフォトマスクは、下記の特徴を有している。
【００１０】
第１のフォトマスクは、膜厚が非一様なレジストパターンを形成するための露光用のフォトマスクであり、この第１のフォトマスクの構成は、透明なマスク基板と、このマスク基板に密接して配列された複数の正方形のマスクセルとを有している。そして、このマスクセルの一辺の長さは、この第１のフォトマスクが用いられる露光装置の光学系の解像限界となる長さよりも短く設定されている。
【００１１】
又、このマスクセルは、光透過領域と、マスク基板に設けられている遮光膜で形成されている遮光領域とのいずれか一方又は双方を有しており、マスクセルの透過光の光強度は、規格化光強度である。そして、マスクセルに対する光透過領域の面積比によって、透過光の光強度を決定している。
【００１２】
さらに、この第１のフォトマスクを上方から見た平面領域中に、第１長方形領域及び第２長方形領域を区画してあって、第１長方形領域に含まれる第１マスクセル群は、第１光強度（但し、０＜第１光強度＜１  である。）を有し、第２長方形領域に含まれる第２マスクセル群は、第２光強度（但し、第１光強度＜第２光強度≦１  である。）を有し、及び、第１及び第２長方形領域外の残りの第３マスクセル群は、第３光強度（但し、０≦第３光強度＜１  である。）を有している。
【００１３】
又、第２の発明の第２のフォトマスクは、下記の特徴を有している。この第２のフォトマスクは、膜厚が非一様なレジストパターンを形成するための露光用のフォトマスクであり、この第２のフォトマスクの構成は、透明なマスク基板と、このマスク基板に密接して配列された複数の正方形のマスクセルとを有している。そして、このマスクセルの一辺の長さは、この第２のフォトマスクが用いられる露光装置の光学系の解像限界となる長さよりも短く設定されている。
【００１４】
又、このマスクセルは、光透過領域と、マスク基板に設けられている遮光膜で形成されている遮光領域とのいずれか一方又は双方を有しており、マスクセルの透過光の光強度は、規格化光強度である。そして、マスクセルに対する光透過領域の面積比によって、透過光の光強度を決定している。
【００１５】
さらに、この第２のフォトマスクを上方から見た平面領域中に、第１長方形領域及び第２長方形領域を区画してあって、第１長方形領域に含まれる第１マスクセル群は、第１光強度（但し、０＜第１光強度＜１  である。）を有し、第２長方形領域に含まれる第２マスクセル群は、第２長方形領域の長手方向の２辺上では、第２光強度（但し、０≦第２光強度＜第１光強度  である。）を有し、長手方向の中心線上では、第２光強度よりも大きな第３光強度（但し、第２光強度＜第３光強度＜１  である。）を有し、及び、この２辺と中心線との間では、第２光強度から第３光強度へと直線的に変化する光強度を有し、及び、第１及び第２長方形領域外の残りの第３マスクセル群は、第２光強度を有している。
【００１６】
そして、第３の発明は、第１又は第２の発明に記載のレジストパターン形成用のフォトマスクを用いて、シリコンベンチを製造する方法であって、このフォトマスクを用いて、シリコン基板上に形成したレジスト層に、複数の形状及び厚みを有するレジストパターンを現像工程により形成した後に、シリコン基板上のレジストパターンをマスクに、レジストパターンと同様の形状で一括に、シリコン基板の表面をエッチング加工する点に特徴を有している。
【００１７】
さらに、第４の発明は、第３の発明に記載のシリコンベンチの製造方法であって、シリコン基板の表面に、それぞれ深さ形状の異なった分離用の溝と部品配置用のＶ溝と部品配置用のアライメントマークとを同時に形成する点に特徴を有している。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、膜厚が非一様なレジストパターンを形成するための露光用の第１のフォトマスクは、この第１のフォトマスクを上方から見た平面領域中に、第１長方形領域及び第２長方形領域を区画してあり、この二つの長方形領域にそれぞれ含まれる第１マスクセル群及び第２マスクセル群は、それぞれ第１光強度及び第２光強度（但し、０＜第１光強度＜第２光強度≦１  である。）を有している。従って、区画された任意の大きさの長方形領域を有し、かつ、第２長方形領域の方が第１長方形領域よりも深い、任意の深さの異なる二つの縦溝形状のレジストパターンを形成するための第１のフォトマスクが得られるという効果を奏する。
【００１９】
又、第２の発明によれば、膜厚が非一様なレジストパターンを形成するための露光用のこの第２のフォトマスクは、この第２のフォトマスクを上方から見た平面領域中に、第１長方形領域及び第２長方形領域を区画してあり、第１長方形領域に含まれる第１マスクセル群は、第１光強度（但し、０＜第１光強度＜１  である。）を有している。そして、第２長方形領域に含まれる第２マスクセル群は、第２長方形領域の長手方向の２辺上では、第２光強度（但し、０≦第２光強度＜第１光強度  である。）を有し、長手方向の中心線上では、第２光強度よりも大きな第３光強度（但し、第２光強度＜第３光強度＜１  である。）を有し、及び、この２辺と中心線との間では、第２光強度から第３光強度へと直線的に変化する光強度を有している。従って、この第２の発明よれば、第１長方形領域に形成された任意の大きさ及び深さの一つの縦溝形状のレジストパターンと、第２長方形領域に形成された任意の角度及び深さを有する一つのＶ溝形状のレジストパターンを形成するための第２のフォトマスクが得られるという効果を奏する。
【００２０】
第３の発明によれば、第１又は第２の発明のレジストパターン形成用のフォトマスクを使用することで、１回のフォトリソグラフィーとエッチング工程を行うのみにより、従来と同様のシリコンベンチの作製が可能となる。又、従来はＶ溝の終端部分が斜面となりこの部分は光ファイバなどを配置する上で障害となる場合もあったが、この発明によれば、垂直な構造、あるいは任意の角度の構造とすることが可能となるので、光ファイバなどを配置する上での障害も無くなる等の効果を奏する。
【００２１】
さらに、第４の発明によれば、それぞれ深さ形状の異なった分離用の溝と部品配置用のＶ溝と部品配置用のアライメントマークとを、フォトマスクの作製精度で１回のエッチング工程により形成することができるため、高精度に部品搭載のための位置合わせ及び実装が可能となり、シリコンベンチを低価格で提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図を参照して、この発明の実施形態につき説明する。なお、図は、この発明が理解できる程度に構成要素の形状、大きさ及び配置関係を概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的及びその他の条件は単なる好適例であり、この発明はこの発明の実施形態にのみ何等限定されるものではない。なお、図において、図の複雑化を防ぐために、断面を表すハッチング等を一部省略して示してある。
【００２３】
（第１の実施形態：フォトマスク）
図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）を参照して、この発明のレジストパターン形成用のフォトマスクについて説明する。図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）は、フォトマスクを説明するための模式図である。図１（Ａ）は、フォトマスクの一部分を上方から見た模式的な平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った面で切った断面を示す図である。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った方向（Ｘ方向）の位置と、透過光の光強度の関係を説明するための図である。図１（Ｃ）は、横軸にＸ方向の位置を取って示し、縦軸に透過光の光強度を取って示してある。
【００２４】
フォトマスク１０は、石英ガラス等の透明なマスク基板２０上に、複数の、同一の大きさの正方形状のマスクセル４０を備えている。このマスクセル４０は、マスク基板２０の一方の主表面に画成された複数の単位マスクセル領域に設定されている。これら単位マスクセル領域は、互いに直交するＸ方向（又は行方向）及びＹ方向（又は列方向）に引かれた直線である、複数の仮想格子状線４６で、マスク基板２０の一方の主表面に等間隔に仕切られて設定された領域である。従って、これら単位マスクセル領域は、直交マトリクス（行列）配列として、配列されている。
【００２５】
マスクセル４０には、光透過領域４４と遮光領域４２のいずれか一方又は双方が設定されている。マスク基板２０上の遮光領域４２には、例えば、クロムを蒸着するなどして遮光膜３０が形成されている。マスクセル４０が、フォトマスク１０を透過する光強度を制御する基本単位である。同じ面積のマスクセル４０の場合、マスクセル４０に対する光透過領域４４の面積比により、マスクセル４０を透過する光強度が与えられる。すなわち、マスクセル４０中の、光透過領域４４の面積が大きいほど、当該マスクセル４０を透過する光強度が大きくなる（図１（Ｃ））。
【００２６】
このマスクセル４０の透過光の光強度は、規格化光強度とすることができる。すなわち、規格化光強度とは、多数のマスクセルのうち、いずれかのマスクセルを透過した光の強度が最大であるとき、この最大光強度を１として決まる他のマスクセルを透過する光の強度の値である。従って、規格化光強度は、１と０とをそれぞれ含むその間のいずれかの値を取る。各マスクセルには、それぞれ設計上決められる規格化光強度が割り当てられることになる。
【００２７】
尚、図１（Ａ）は、光透過領域４４と遮光領域４２の双方が設定されているマスクセル４０が、Ｙ方向の仮想二分線４８で二分され、仮想二分線４８の一方の側（図中、仮想二分線の右側）に光透過領域４４が設定され、他方の側（図中、仮想二分線の左側）に遮光領域４２が設定されている例を示している。各マスクセルについて、光透過領域４４が仮想二分線４８に対して同じ側に設定されているのが良い。これは、以下の理由による。
【００２８】
目標とされるレジストパターンの形状が、連続的に膜厚が変化する曲面状の場合、レジスト層の膜厚の変化が緩やかな領域では、同一の光強度のマスクセル４０が連続して設定されることがある。各マスクセル４０について、仮想二分線４８に対して、同じ側に光透過領域４４が設定される構成にすると、Ｙ方向に連続して設けられる同一の光強度のマスクセル４０については、遮光領域は、一つの矩形として構成される。マスクパターンを構成する矩形の数の増減に応じて、マスクパターンの生成に必要なデータも量も増減する。従って、各マスクセル４０の遮光膜３０を、一括して一つの矩形として形成すると、マスクパターンの生成に必要なデータ量を削減することができる。この結果、フォトマスクの製造にかかる時間を短縮するとともに、コストを削減することができる。
【００２９】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）では、全てのマスクセル４０について光透過領域４４と遮光領域４２が設定されている例を示しているが、この例に限定されない。すなわち、フォトマスクは、光透過領域４４だけが設定された、すなわち遮光領域４２が無いマスクセル、あるいは、マスクセル４０に遮光領域４２だけが設定された、すなわち光透過領域４４が無いマスクセルを備える構成でも良い。ここで、光透過領域（スペース）４４の幅をＤ、及び、遮光領域（ライン）４２の幅をＷとする。
【００３０】
マスクセル４０の一辺の長さ（以下、マスクピッチと称することもある。）Ｐは、このフォトマスク１０が用いられる露光装置の光学系の解像限界となる長さより短く設定されている。このため、このフォトマスク１０を用いてレジストを露光した場合、フォトマスクのマスクパターンを解像できるだけのコントラストが得られない。このフォトマスク１０を用いてレジストを露光した後、現像すると、レジストは分離することなく、連続して膜厚が変化する。
【００３１】
従って、以上説明したように、上記のレジストパターン形成用のフォトマスクによれば、マスクセル毎に透過する光強度を設定することができる。
【００３２】
次に、この発明の第１の発明による第１のフォトマスクについて、図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）を参照して説明する。図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は、この第１のフォトマスクを説明するための模式図である。図２（Ａ）は、この第１のフォトマスク１００の上方から見た模式的な平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った面で切った断面図を示す図である。図２（Ｃ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った方向（Ｘ方向）の位置と、透過光の光強度の関係を説明するための図である。図２（Ｃ）は、横軸にＸ方向の位置を取って示し、縦軸に透過光の光強度を取って示してある。
【００３３】
第１のフォトマスク１００は、石英ガラス等の透明なマスク基板１０２上に区画された、第１長方形領域１１０及び第２長方形領域１２０を有している。この実施形態では、一例として、第１長方形領域１１０に、４行及び１１列の行列配列でマスクセルを設定してあり、一方、第２長方形領域１２０に、６行及び１１列の行列配列でマスクセルを設定してあるが、何らこれらの配列に限定されるものではない。
【００３４】
この第１長方形領域１１０に含まれている複数のマスクセルからなる第１マスクセル群１１２は、同一の光強度、すなわち第１光強度を有する光を透過する光透過領域を持つマスクセルの集合体から成り立っている。そして、この第１光強度の規格化光強度は、０＜第１光強度＜１の光強度を有している。
【００３５】
又、第２長方形領域１２０に含まれている複数のマスクセルからなる第２マスクセル群１２２は、第１光強度とは異なる光強度、すなわち第２光強度を有する光を透過する光透過領域を持つ同一のマスクセルの集合体から成り立っている。そして、この第２光強度の規格化光強度は、第１光強度＜第２光強度≦１の光強度を有している。
【００３６】
さらに、第１及び第２長方形領域以外の領域１３０の第３マスクセル群１３２は、第１及び第２光強度とは異なる第３光強度を有する光を透過する光透過領域を持つ同一のマスクセルの集合体から成り立っている。この第３光強度の規格化光強度は、０≦第３光強度＜１の光強度を有している。この実施形態の場合、第３光強度＝０としており、この領域は遮光領域となっている。
【００３７】
図２（Ｃ）は、このフォトマスクの第１及び第２長方形領域の透過光の光強度分布を示す図である。第１長方形領域１１０内の透過光の光強度は、一定であって、第１光強度である。又、第２長方形領域内の透過光の光強度は、第２光強度（第１光強度よりも大きい）であって、一定である。これら第１及び第２長方形領域外の領域の透過光の光強度は、第３光強度であって、一定であり、かつ光強度はゼロである。
【００３８】
従って、このフォトマスク１００を用いてレジスト層にフォトマスクパターンを投写して感光させ、然る後、レジスト層を現像すると、区画された第１長方形領域１１０及び第２長方形領域１２０が形成され、第２長方形領域の方が第１長方形領域よりも深い、光強度に応じた深さの異なる二つの縦溝形状パターンを有するレジストパターンを得ることができる。
【００３９】
次に、この発明の第２の発明による第２のフォトマスクについて、図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）を参照して説明する。図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）は、第２のフォトマスクを説明するための模式図である。図３（Ａ）は、この第２のフォトマスク２００の上方から見た模式的な平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った面で切った断面図を示す図である。図３（Ｃ）は、Ｃ−Ｃ線に沿った方向（Ｘ方向）の位置と、透過光の光強度の関係を説明するための図である。図３（Ｃ）は、横軸にＸ方向の位置を取って示し、縦軸に透過光の光強度を取って示してある。
【００４０】
第２のフォトマスク２００は、石英ガラス等の透明なマスク基板２０２上に区画された、第１長方形領域２１０及び第２長方形領域２２０を有している。この実施形態では、一例として、第１長方形領域２１０に、４行及び１１列の行列配列でマスクセルを設定してあり、一方、第２長方形領域２２０に、７行及び１１列の行列配列でマスクセルを設定してあるが、何らこれらの配列に限定されるものではない。
【００４１】
この第１長方形領域２１０に含まれている複数のマスクセルからなる第１マスクセル群２１２は、同一の光強度、すなわち第１光強度を有する光を透過する光透過領域を持つマスクセルの集合体から成り立っている。そして、この第１光強度の規格化光強度は、０＜第１光強度＜１の光強度を有している。
【００４２】
又、第２長方形領域２２０に含まれている複数のマスクセルからなる第２マスクセル群２２２の構成は、第２長方形領域の長手方向の２辺上では、第２光強度（但し、規格化光強度は、０≦第２光強度＜第１光強度  である。）を有している。そして、長手方向の中心線上では、第２光強度よりも大きな第３光強度（但し、規格化光強度は、第２光強度＜第３光強度＜１である。）を有し、第２長方形領域の長手方向の２辺と中心線との間では、第２光強度から第３光強度へと直線的に変化する光強度を有している。
【００４３】
さらに、第１及び第２長方形領域以外の領域２３０の第３マスクセル群２３２は、第２光強度を有する光を透過する光透過領域を持つ同一のマスクセルの集合体から成り立っている。この第２光強度の規格化光強度は、０≦第２光強度＜１の光強度を有している。この実施形態の場合、第２光強度＝０としており、この領域は遮光領域となっている。
【００４４】
図３（Ｃ）は、このフォトマスクの第１及び第２長方形領域の透過光の光強度分布を示す図である。第１長方形領域２１０内の透過光の光強度は、一定であって、第１光強度である。又、第２長方形領域内の透過光の光強度は、第２長方形領域の長手方向の２辺上では、第２光強度（但し、規格化光強度は、０≦第２光強度＜第１光強度  である。）を有している。そして、長手方向の中心線上では、第２光強度よりも大きな第３光強度（但し、規格化光強度は、第２光強度＜第３光強度＜１である。）を有し、第２長方形領域の長手方向の２辺と中心線との間では、第２光強度から第３光強度へと直線的に変化する光強度を有している。これら第１及び第２長方形領域外の領域の透過光の光強度は、第２光強度であって、一定であり、かつ光強度はゼロである。
【００４５】
従って、このフォトマスク２００を用いてレジスト層を露光してフォトマスクパターンの潜像を作り、レジスト層を現像することによって顕在化すると、区画された第１長方形領域２１０及び第２長方形領域２２０が形成され、第１長方形領域に形成された任意の大きさ及び深さの一つの縦溝形状のレジストパターンと、第２長方形領域に形成された任意の角度及び深さを有する一つのＶ溝形状のレジストパターンを得ることができる。
【００４６】
（第２の実施形態：フォトマスクを用いたシリコンベンチの製造方法  その１）
この発明の第３の発明を説明するためのシリコンベンチ製造方法の一例として、図４に示すようなシリコンベンチ３００を作製する例について説明する。図４において、図４（Ａ）は、シリコンベンチ３００の上面から見た平面図である。このシリコンベンチ３００の構成としては、全体としては矩形形状をしていて、矩形の中心を直交して交差するする分離用の溝３０２と、この分離用の溝３０２より深さが浅いＶ溝３０４から構成されている。図４（Ｂ）は、シリコンベンチ３００の一方の端面のＡ方向から見た側面図である。分離用の溝３０２の左側にＶ溝３０４が形成されている。これらの分離用の溝３０２及びＶ溝３０４の大きさをそれぞれ、幅１００μｍ、深さ２００μｍ、及び、幅１５０μｍ、深さ１０３μｍとする。
【００４７】
以上のような形状を有するシリコンベンチ３００を作製する。使用したシリコン基板は、６インチ径である。塗布したレジスト厚みは３．５μｍで、レジストは、ポジ型レジスト（例えば、ＪＳＲ社製、商品名ＩＸ４１０）をスピンコータで塗布したものである。露光装置は、ｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）ステッパ（例えば、Ｎｉｋｏｎ社製、商品名ＮＳＲ−２２０５ｉ１１Ｄ）を用い、露光条件を投影レンズの開口数ＮＡ＝０．５、コヒーレンスファクタσ＝０．５、縮小投影倍率を５倍とした。又、図１（Ｂ）におけるマスクセル４０の一辺の長さ、すなわち、マスクピッチＰを４００ｎｍとする。
【００４８】
図５を参照して、フォトマスクのマスクパターン配置手順をについて説明する。マスクパターンの配置を決めるためには、マスクセルのスペース幅と残存するレジスト層の膜厚（以下、単にレジスト膜厚と称する）との関係が必要となる。図５は、スペース幅（図１（Ｂ）参照。）に対する露光及び現像後の残存するレジスト膜厚を示す図であり、２８０ミリ秒の露光時間でのレジスト膜厚を示している。図５において、横軸にマスクセルのスペース幅（単位：ｎｍ）を取って示し、縦軸に露光及び現像後の残存するレジスト膜厚（単位：μｍ）を取って示してある。
【００４９】
図５に示す特性曲線によれば、２８０ミリ秒の露光時間で１２０ｎｍのスペース幅、すなわち最小のスペース幅のときに、３．５μｍのレジスト膜厚を得、一方、同じ露光条件で、２８０ｎｍのスペース幅、すなわち最大のスペース幅のときに０μｍのレジスト膜厚を得ることができる。従って、例えば、スペース幅を１０ｎｍ刻みで制御することにより、１６段階の諧調数で、目標とされる０〜３．５μｍのレジスト膜厚の設定が可能である。
【００５０】
この発明の実施形態のシリコンベンチ３００の分離用の溝３０２は、前述したように深さが２００μｍである。塗布したレジスト膜厚は、３．５μｍである。レジスト形状をシリコン基板に転写して、立体形状を作製する。段差の調整は、シリコンのエッチング条件から求めたレジストとシリコンとの選択比を微調整することにより、レジスト膜厚３．５μｍ段差が２００μｍに拡大転写加工される。
【００５１】
この場合のフォトマスクは、第１の実施形態において説明した第２の発明による第２のフォトマスクの場合と同じ条件であり、さらにこの場合は、規格化光強度として、第３光強度＜第１光強度≦１の条件が付加される場合となる。
【００５２】
図６は、各レジストパターンの形状に対するマスクセルの配置、露光及び現像後のレジストパターンの形状、及び、シリコンエッチング後のエッチングされたシリコン表面に形成された各溝のパターンの形状を示したものである。図６（Ａ）は、各レジストパターンの形状に対するマスクセルの配置を説明するための図である。図６（Ｂ）は、各マスクセル群によって露光及び現像した後のレジストパターンの形状を示す図である。図６（Ｃ）は、各マスクセルによって露光及び現像した後の各レジストパターンの形状を有するレジストパターンをマスクにエッチングした後のシリコン基板の断面を示す図である。
【００５３】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）において、最小スペース幅Ｄｍｉｎが１２０ｎｍのマスクセルからなるマスクセル群の領域４０４は、露光及び現像後のレジスト残存率は１００％、すなわち、レジスト層が現像されずに完全にシリコン基板４００上に残る領域４０２となる。従って、この領域４０２は分離用の溝及びＶ溝以外の領域となる。
【００５４】
又、最大スペース幅Ｄｍａｘが２８０ｎｍのマスクセルからなるマスクセル群の領域４０６は、露光及び現像後のレジスト残存率は０％、すなわちレジスト層が局部的に現像工程によって除去されてレジスト層に開口が形成される領域であり、シリコン基板４００のエッチングが２００μｍの深さまで加工される分離用の溝４１０の領域となる。
【００５５】
さらに、Ｖ溝の領域におけるマスクセル群の領域４０８を構成しているマスクセルのスペース幅は、最小スペース幅Ｄｍｉｎの１２０ｎｍから最大スペース幅Ｄｍａｘの２８０ｎｍの中間の、段階的に変化するスペース幅の値を取る。一例として、２つのスペース幅の値Ｄ１及びＤ２を示してある。その段階的な順次のスペース幅の値はＶ溝領域の一方の長辺において最小スペース幅Ｄｍｉｎから直線的に増加し、Ｖ溝尖端で極大値Ｄ２をとり、そして他方の長辺である最小スペース幅Ｄｍｉｎへと直線的に減少する変化を有する。このように、Ｖ溝の領域を形成するフォトマスク領域は、連続するスペース幅の値（スペース幅１０ｎｍ刻み）が設定されているマスクセル群の領域である。従って、レジスト層の現像後の形状はＶ溝状に膜厚が変化しているレジスト領域となる。エッチングによりレジストパターンの形状を保ったままでレジストパターンはエッチングされ、最終的にＶ溝形状のパターンにシリコン基板がエッチングされＶ溝４１２が形成される。
【００５６】
以上の結果、分離用の溝とＶ溝とを有するシリコンベンチが作製される。
【００５７】
レジスト塗布工程からエッチングまでの処理工程は以下の通りである。レジスト塗布後、雰囲気温度９０℃で６０秒間のプリべーク処理を行った後、ｉ線ステッパを用いて２８０ミリ秒間の露光を行い、その後、雰囲気温度１１０℃で１００秒間の露光後ベーク処理を行う。次に、アルカリ現像液（例えば、東京応化社製、商品名ＮＭＤ−３）を用いて９０秒間の現像処理を行った後、雰囲気温度１２０℃で１００秒間の現像後べーク処理を行うことにより、レジストパターンが得られる。エッチングは、マイクロマシンの作製で一般に使用されている誘導結合型反応性イオンエッチング（Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching：ＩＣＰ−ＲＩＥ）装置を用いた。
【００５８】
（第３の実施形態：フォトマスクを用いたシリコンベンチの製造方法  その２）
第３の実施形態として、この発明の第４の発明について説明する。すなわち、シリコンベンチの製造方法において、シリコン基板の表面に、それぞれ深さ形状の異なった分離用の溝と部品配置用のＶ溝と部品配置用のアライメントマークとを同時に形成する形態について説明する。
【００５９】
部品配置用のアライメントマークは、矩形状のパターンを基本として、シリコンベンチの表面上に分離用の溝や部品配置用のＶ溝と比較すると浅い深さの形状を有している。従って、第２の実施形態で説明した方法と同様の方法で、フォトマスクのマスクパターン配置手順を実行する。
【００６０】
使用したシリコン基板、レジストパターン形成条件、ｉ線ステッパの露光条件、マスクセルのパターンピッチなどは、第２の実施形態と全く同様の条件である。先ず、図５の特性曲線から分離用の溝、部品配置用のＶ溝、及び、部品配置用のアライメントマークの対応する各々のマスクセルのスペース幅とそれぞれの現像後のレジスト残膜厚を決定する。
【００６１】
図５に示す特性曲線によれば、第２の実施形態で説明したように、２８０ミリ秒の露光時間で１２０ｎｍのスペース幅、すなわち最小のスペース幅のときに、３．５μｍのレジスト膜厚を得、一方、同じ露光条件で、２８０ｎｍのスペース幅、すなわち最大のスペース幅のときに０μｍのレジスト膜厚を得ることができる。従って、例えば、スペース幅を１０ｎｍ刻みで制御することにより、１６段階の諧調数で、目標とされる０〜３．５μｍのレジスト膜厚の設定が可能である。
【００６２】
図７は、各レジストパターンの形状に対するマスクセルの配置、露光及び現像後のレジストパターンの形状、及び、シリコンエッチング後のエッチングされたシリコン表面に形成された各溝のパターンの形状を示したものである。図７（Ａ）は、各レジストパターンの形状に対するマスクセルの配置を説明するための図である。図７（Ｂ）は、各マスクセル群によって露光及び現像した後のレジストパターンの形状を示す図である。図７（Ｃ）は、各マスクセルによって露光及び現像した後の各レジストパターンの形状を有するレジストパターンをマスクにエッチングした後のシリコン基板の断面を示す図である。
【００６３】
図７（Ａ）、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）において、最小スペース幅Ｄｍｉｎが１２０ｎｍのマスクセルからなるマスクセル群の領域５０４は、露光及び現像後のレジスト残存率は１００％、すなわち、レジスト層が現像されずに完全にシリコン基板５００上に残る領域５０２となる。従って、この領域５０２は分離用の溝、部品配置用のＶ溝及び部品配置用のアライメントマーク以外の領域となる。従って、この領域は、シリコン基板のエッチングされない領域になる。
【００６４】
又、最大スペース幅Ｄｍａｘが２８０ｎｍのマスクセルからなるマスクセル群の領域５０６は、露光及び現像後のレジスト残存率は０％、すなわちレジスト層が局部的に現像工程によって除去されてレジスト層に開口が形成される領域であり、シリコン基板５００のエッチングが２００μｍの深さまで加工される分離用の溝５１２の領域となる。
【００６５】
さらに、部品配置用のＶ溝の領域におけるマスクセル群の領域５０８を構成しているマスクセルのスペース幅は、最小スペース幅Ｄｍｉｎの１２０ｎｍから最大スペース幅Ｄｍａｘの２８０ｎｍの中間の、段階的に変化するスペース幅の値を取る。一例として、２つのスペース幅の値Ｄ２及びＤ３を示してある。その段階的な順次のスペース幅の値は部品配置用のＶ溝領域の一方の長辺において最小スペース幅Ｄｍｉｎから直線的に増加し、Ｖ溝尖端で極大値Ｄ３をとり、そして他方の長辺である最小スペース幅Ｄｍｉｎへと直線的に減少する変化を有する。このように、部品配置用のＶ溝の領域を形成するフォトマスク領域は、連続するスペース幅の値（スペース幅１０ｎｍ刻み）が設定されているマスクセル群の領域である。従って、レジスト層の現像後の形状はＶ溝状に膜厚が変化しているレジスト領域となる。エッチングによりレジストパターンの形状を保ったままでレジストパターンはエッチングされ、最終的にＶ溝形状のパターンにシリコン基板がエッチングされＶ溝５１４が形成される。
【００６６】
次に、部品配置用のアライメントマーク領域におけるマスクセル群の領域５１０を構成しているマスクセルのスペース幅Ｄ１の値は、Ｄｍｉｎ＜Ｄ１＜Ｄ２の範囲の値を取る。すなわち、この領域のレジスト現像後のレジストパターンの形状は、部品配置用のＶ溝レジストパターンより浅い縦溝状の形状を有し、エッチングによりレジストパターンの形状を保ったままでレジストはエッチングされ、シリコン基板のエッチング後は、部品配置用のアライメントマーク５１６が形成される。
【００６７】
以上の結果、シリコン基板の表面に、それぞれ深さ形状の異なった分離用の溝と部品配置用のＶ溝と部品配置用のアライメントマークとを同時に形成したシリコンベンチを作製することができる。
【００６８】
部品配置用のアライメントマークは、シリコンベンチに光素子、電子部品及び光ファイバなどを実装する際に、所望の部品をＶ溝などの所定の位置に実装するために高精度のアライメント精度をもって実装するためのものである。従って、シリコンベンチの作製において分離用の溝やＶ溝と同時に形成することにより、実装精度は従来技術に比較して格段の向上が見込まれる。
【００６９】
尚、上述した各実施形態においては、好適な形態を例示したものであり、その内容に限定されるものではない。ここでは、露光装置にｉ線ステッパを用いたが、ｇ線（波長４３６ｎｍ）ステッパ、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）ステッパ、及び、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）ステッパなどを用いても良い。
【００７０】
又、レジストとしてポジ型のレジストを用いた形態について説明したが、ネガ型のレジストを用いて、照射される光強度が強くなるほどレジスト残膜厚を増加させる構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】この発明のフォトマスクを説明するための模式図である。
【図２】この発明の第１の発明を説明するための模式図である。
【図３】この発明の第２の発明を説明するための模式図である。
【図４】この発明の第３の発明によるシリコンベンチの製造方法を説明するための図である。
【図５】この発明のスペース幅に対する露光及び現像後のレジスト膜厚を説明するための図である。
【図６】この発明の第３の発明を説明するための各レジストパターンの形状に対するマスクセル配置、露光及び現像後のレジストパターンの形状、及び、シリコンエッチング後のエッチングされたシリコン表面に形成された各溝のパターンの形状を説明するための図である。
【図７】この発明の第４の発明を説明するための各レジストパターンの形状に対するマスクセル配置、露光及び現像後のレジストパターンの形状、及び、シリコンエッチング後のエッチングされたシリコン表面に形成された各溝のパターンの形状を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０、１００、２００：フォトマスク
２０、１０２、２０２：マスク基板
３０：遮光膜
４０：マスクセル
４２：遮光領域
４４：光透過領域
４６：仮想格子状線
４８：仮想二分線
１１０、２１０：第１長方形領域
１１２、２１２：第１マスクセル群
１２０、２２０：第２長方形領域
１２２、２２２：第２マスクセル群
１３０、２３０：第１及び第２長方形領域以外の領域
１３２、２３２：第３マスクセル群
３００：シリコンベンチ
３０２、４１０、５１２：分離用の溝
３０４、４１２、５１４：Ｖ溝
４００、５００：シリコン基板
４０２、５０２：レジスト
４０４、５０４：最小スペース幅Ｄｍｉｎが１２０ｎｍのマスクセルからなるマスクセル群の領域
４０６、５０６：最大スペース幅Ｄｍａｘが２８０ｎｍのマスクセルからなるマスクセル群の領域
４０８、５０８：Ｖ溝の領域におけるマスクセル群の領域
５１０：アライメントマーク領域におけるマスクセル群の領域
５１６：アライメントマーク
【図１】
2008089818.tif 000003
【図２】
2008089818.tif 000004
【図３】
2008089818.tif 000005
【図４】
2008089818.tif 000006
【図５】
2008089818.tif 000007
【図６】
2008089818.tif 000008
【図７】
2008089818.tif 000009