(57)【要約】【課題】任意の周期や周期分布を持つ光ファイバ回折格子作製用の位相マスクの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】固定台１１上のレール１２に移動ステージ１３を載置し、移動ステージ１３上には、回折格子１４と微動機構１５を介して試料１６とを固定し、カンチレバー１７によって固定台１１と回折格子１４の間の高さ変化を検知する。移動ステージ１３を動かしてカンチレバー１７で回折格子１４の周期を読み取り、その周期に同期して、かつ、予め測定した周期の設計値からのずれ量を基に微動機構１５を駆動させながら、電子線１８を試料１６に照射することにより、移動ステージ１３の速度変化に影響されることなく、試料１６上に正確なパターンの周期を形成でき、また周期分布を任意に変更することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既知の周期分布を有するステージを一方向へ移動させながら所定の方法で周期を読み取り、前記ステージに微動機構を介して固定した電子線レジストを塗布した基板に対し、前記読み取った周期に同期して、かつ予め測定した前記周期の設計値からのずれ量を基に前記微動機構を変位させて、電子線を前記ステージの移動方向と直交する方向に走査して照射すること特徴とする位相マスクの製造方法。
【請求項２】
前記微動機構が、圧電体または電磁気力を用いていることを特徴とする請求項１に記載の位相マスクの製造方法。
【請求項３】
前記既知の周期が、段差、電子密度、電気抵抗、磁気抵抗、透磁率、帯磁率、保持力、分極率、２次電子放出確率の違いのいずれかによって形成されており、かつ、周期を読み取る方法が、段差計、走査プローブ顕微鏡、電子顕微鏡のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の位相マスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、位相マスクの製造方法に関し、特に、光通信用ファイバーを紫外線照射によって加工するために用いられる位相マスクの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
動画や大容量データのやり取りが、身近なものになりつつあり、さらなる大容量光伝送システムの開発が求められている。光ファイバは、光の伝送路として用いられるだけでなく、そのコア中に周期的な屈折率分布を形成することで、ファイバ回折格子と呼ばれる光学素子としても用いることができる。例えば、特開平７−１２８５２４号公報および特開平８−１０１３１０公報では、ファイバ回折格子を用いた分散補償デバイスと可変波長フィルタが報告されている。
【０００３】
波長１．５ミクロン帯用の光ファイバ回折格子では、コア中に約５００ｎｍ間隔の周期構造を形成する必要があり、その形成には、Ｇｅをドープしたコアに位相マスクで周期的な強度分布を形成した紫外線を照射することで屈折率を変化させる方法が主流となっている。
【０００４】
紫外線源をＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、石英の屈折率を１．４４７、周期を１０７８ｎｍ、段差を２７７ｎｍとした２値の位相マスクの場合、段差によって入射光にπラジアンの位相差が作り出されるので、直進する０次光はほぼ消光し、倍周期（５３９ｎｍ）の紫外線の強度分布が形成される。
【０００５】
位相マスクの周期的な段差は、平滑な石英基板上に作製されたパターンを用いた反応性イオンエッチングによって形成され、パターン作製には電子線で描画した小さい領域をステージをステップ移動させて繋ぎ合わせる、ステップ・アンド・リピート方式を用いるのが一般的である。ステップ・アンド・リピート方式では、描画領域を接続時における位置あわせ精度が十分でない場合、光学特性に大きな影響が出るので、特開平１１−７２６３１号公報では、繋ぎエラーを少なくするために、ステージを連続的に送りながら、電子線を送り方向と直交する方向に走査する製造方法が報告されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、中心周期１０７８ｎｍ、周期変化率０．５ｎｍ／ｃｍ、長さ１０ｃｍのファイバー回折格子作製用の位相マスクの場合、マスク両端での周期の差は５ｎｍであり、電子線レジストを塗布した基板を連続的に送る速度が０．０５％変動した場合、周期は０．５ｎｍ変化する。従って、ステージを連続的に送りながら電子線を照射して露光する方法では、ステージの速度安定性に要求される精度は、非常に厳しいものとなる。
【０００７】
ステージの速度安定性は、光干渉計や光学スケールを用いることにより向上するが、真空中での光干渉計を用いた測定は非常に大がかりで時間がかかり、また、ナノメートル以下の領域では光学スケール自体の線形性や測定精度が問題となるので、正確な周期を持つ位相マスクの作製するための露光方法には大きな課題がある。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するのもであり、正確な周期を持つ光ファイバ回折格子作製用の位相マスクを簡便に作製することのできる位相マスクの製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の位相マスクの製造方法は、既知の周期分布を有するステージを一方向へ移動させながら所定の方法で周期を読み取り、前記ステージに微動機構を介して固定した電子線レジストを塗布した基板に対し、前記読み取った周期に同期して、かつ予め測定した前記周期の設計値からのずれ量を基に前記微動機構を変位させて、電子線をステージの移動方向と直交する方向に走査して照射すること特徴とするものであり、基板に対して電子線走査を行う際に、微動機構により既知の周期からのずれを修正するので、基板に正確な周期のパターンを形成することができ、所望の周期の位相マスクを製造することができる。
【００１０】
また、本発明の位相マスクの製造方法は、前記微動機構が、圧電体または電磁気力を用いていることを特徴とするものであり、圧電体または電磁気力により微動機構を高精度に駆動することができる。
【００１１】
また、本発明の位相マスクの製造方法は、前記既知の周期が、段差、電子密度、電気抵抗、磁気抵抗、透磁率、帯磁率、保持力、分極率、２次電子放出確率の違いのいずれかによって形成されており、かつ、周期を読み取る方法が、段差計、走査プローブ顕微鏡、電子顕微鏡のいずれかであることを特徴とするものであり、既知の周期が、段差、電子密度、電気抵抗、磁気抵抗、透磁率、帯磁率、保持力、分極率、２次電子放出確率の違いのいずれかによって形成されていることにより、段差計、走査プローブ顕微鏡、電子顕微鏡のいずれかの方法で既知の周期を容易に読み取ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態における光ファイバ回折格子作製用の位相マスクの製造方法の概略図である。本実施の形態では、周期を１０００ｎｍの回折格子を作製する方法について示す。固定台１１の上に敷設された２本の平行なレール１２上に移動ステージ１３が乗っており、移動ステージ１３の上には、回折格子１４が固定され、さらに微動機構１５を介して試料１６が固定されている。移動ステージ１３および微動機構１５は、Ｘ方向にのみ自由度があり、それぞれ図示されないリニアモータおよび圧電素子によって駆動される。また、固定台１１と回折格子１４との間の高さの変化を検知できるように原子間力顕微鏡のカンチレバー１７が回折格子１４の表面に接触している。
【００１３】
回折格子１４は、設計値における周期１０００ｎｍ、段差２７７ｎｍ、長さ１００ｍｍである２値の位相マスクであり、予め、ヘリウムネオンレーザーを用いた偏向角度の位置依存性、およびファイバ回折格子を作製して群遅延速度の測定を行い、回折格子１４の右端からｘｍｍの位置において周期の設計値からのずれを関数Ｆ（ｘ）として求めた。回折格子１４は、移動ステージ１３の上に固定されるが、電子線１８の走査方向Ｙと回折格子１４の溝が平行となるように調節した。
【００１４】
試料１６は、厚さ１ミクロンのクロムを蒸着した石英基板上に２００ｎｍ厚の電子線レジストＳＡＬ６０１−ＳＲ２（シプレイ社）を塗布されたものであり、まず、表面のゴミを取り除くために、基板を回転させながらイソプロピルアルコールを吹きかけた後、スピンドライを行い、次に、基板全面にＳＡＬ６０１−ＳＲ２を滴下し、４０００ｒｍｐで２０秒回転させて塗布を行い、さらに、９５度のホットプレート上でプリベークを３０分間行った。プリベーク終了後に、試料１６を微動機構１５上に回折格子１４とほぼ平行の位置に取り付けた。
【００１５】
電子線露光は、加速電圧３０ｋＶ、プローブ電流０．４ｎＡ、倍率１００倍で行い、Ｘ方向に直交するＹ方向にのみ電子線を走査できるように設定した。
【００１６】
次に、移動ステージ１３を固定台１１のＸ方向左端に移動させた後、秒速１０ミクロンで右端に向かって一定速度で移動させた。ステージ１３が移動するに従って、原子間力顕微鏡のカンチレバー１７が回折格子１４に接触している位置も移動するため、回折格子１４の凹凸情報が得られる。凹凸の高さは、ほぼ５００ｎｍ移動するごとに変化するので、５０ミリ秒ごとにカンチレバー１７からの高さ情報が変化することとなる。なお、移動ステージ１３は、Ｘ方向に移動する際にＺ方向にも微妙に移動するので、正確な回折格子１４上の高低差を読み取ることができないが、段差の位置を検出が目的であるので、本質的な問題とはならない。
【００１７】
周期１０００ｎｍからのずれの関数Ｆ（ｘ）を参照し、微動機構１５を−Ｆ（ｘ）に変位させ、原子間力顕微鏡のカンチレバー１７が凸の段差を検出したことをトリガーにして、Ｙ方向に電子線走査を行い、試料１６に電子線１８を照射する。このように、微動機構１５をＸ方向に変位させることによって、回折格子１４の周期からのずれを修正して、試料１６には、正確な周期のパターンを形成することができる。
【００１８】
上記の電子線照射条件では、１．２ｍｍの距離を４０ミリ秒かけて一度だけ走査することによって、幅５００ｎｍの領域が露光される。電子線１８の照射量によって、露光される幅が変化するので、露光される部分とされない部分の幅を等しくするために、描画する周期によって電子線１８の走査時間を変化させた。
【００１９】
長さ１００ｍｍの露光が終了した後、試料１６を取り外し、１１５度のホットプレート上で３０ｍｉｎ加熱を行った後、専用の現像液（ＣＤ−２６（シプレイ社製））中で３分間攪拌し、純水で洗浄を行った。試料１６の表面に残ったレジストパターンを用いて、抜けを目視しながらクロムのエッチングを行い、エッチング後には、レジストパターンと同じ領域にクロムの薄膜が残った。エッチング液には、硝酸第２セリウムアンモン：過塩素酸（７０％）：純水＝１６５ｇ：４２ｍｌ：１０００ｍｌの溶液を用いた。
【００２０】
さらに、クロムのパターンを用いて、反応性イオンエッチングで石英を選択的に除去することにより、２７７ｎｍの段差の作製を行った。最後に、凸領域に残っているクロム薄膜を、クロムのエッチング液を用いて除去することにより、目的とする位相マスクが完成した。
【００２１】
このように作製した位相マスクを、ヘリウムネオンレーザーを用いた偏向角度の位置依存性、およびファイバ回折格子を作製して群遅延速度の測定を行った結果、基準として用いた回折格子１４では観察された周期からのずれが非常に小さくなっていることが確認された。
【００２２】
なお、本実施の形態では、試料１６上に周期１０００ｎｍの位相マスクを形成しているが、微動機構１５を電子線走査ごとに一定量変位させることによって、異なる周期の位相マスクも作製することができる。例えば、７８ｎｍの変位を一定量加えることによって、周期１０７８ｎｍの位相マスクを作製することができた。さらに、微動機構１５の電子線走査ごとの変位量を任意に変えることにより、所望の周期分布を有する位相マスクを作製することができる。
【００２３】
また、本実施の形態では、微動機構１５として圧電体を用いているが、電磁気力を用いても同様の結果が得られた。
【００２４】
また、本実施の形態では、既知の周期を有する基板の周期は、段差であったが、電子密度、電気抵抗、磁気抵抗、透磁率、帯磁率、保持力、分極率、２次電子放出確率違いのなどのいずれかによって形成されていても同様の結果が得られた。
【００２５】
また、本発明の形態では、既知の周期を有する基板の周期を読み取る方法に原子間力顕微鏡を用いたが、走査電子顕微鏡、走査プローブ顕微鏡、段差計のいずれかを用いても同様の結果が得られた。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の位相マスクの製造方法は、既知の周期分布を有するステージを一方向へ移動させながら所定の方法で周期を読み取り、ステージに微動機構を介して固定した電子線レジストを塗布した基板に対し、読み取った周期に同期して、かつ予め測定した周期の設計値からのずれ量を基に微動機構を変位させて、電子線をステージの移動方向と直交する方向に走査して照射するようにしたので、基板に対して電子線走査を行う際に、微動機構により既知の周期からのずれを修正することができ、基板に対して正確な周期のパターンを形成することができる。また、既知の周期分布を参照して微動機構を駆動させることにより、電子線露光されるパターンの周期および周期分布を任意に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における位相マスクの製造方法を説明するための装置構成を示す概略斜視図
【符号の説明】
１１　固定台
１２　レール
１３　移動ステージ
１４　回折格子
１５　微動機構
１６　試料
１７　カンチレバー
１８　電子線
【図１】
2004053627.tif 000003