(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の露光用の第１〜第ｎのマスクパターン（ｎは自然数）を順番に使用してフォトリソグラフィ技術によってシリコン基板上に第１〜第ｎのレジストパターンを形成し、前記シリコン基板をエッチングすることを繰り返すことによって周期的な段からなる階段構造のリニアグレーティングを形成するリニアグレーティングの形成方法において、
前記第１のマスクパターンを使用して、フォトリソグラフィ技術によって前記シリコン基板上に前記第１のレジストパターンを形成し、前記シリコン基板を１段分だけエッチングして除去する第１工程と、
前記第１のレジストパターンを除去する第２工程と、
を行った前記シリコン基板に対して、
露光のずれに起因する前記第ｘのレジストパターン（ｘ＝２〜ｎ）の位置ずれが発生した場合に、前記第ｘのレジストパターンが形成される前記シリコン基板の前記段よりも、前記第ｘのレジストパターンに隣接する前記シリコン基板の前記段の方が高い所に位置する箇所に突起状欠陥を生じさせるエッジ部が、前記階段構造の最上段に限定されると共に前記エッジ部が前記第ｘのレジストパターンの片側でかつ同じ側に存在するような前記第ｘのマスクパターンを用いて、前記第ｘのマスクパターンの位置を前記片側に若干ずらすことにより、前記第ｘのレジストパターンが、前記突起状欠陥を生じさせる箇所の前記片側でかつ同じ側の表面を覆うように形成する第３工程と、
前記第３工程で前記シリコン基板上に形成された前記第ｘのレジストパターンの表面を前記シリコン基板の加工前の表面と同じ高さになるまで全面エッチングし、前記第ｘのレジストパターンの下部レジストパターンとして残す第４工程と、
前記第３工程で使用した前記第ｘのマスクパターンを用い、前記突起状欠陥を生じさせる前記エッジ部の前記片側でかつ同じ側が前記下部レジストパターン上に位置し、前記エッジ部の反対側のエッジが規定の位置に形成されるように、前記第ｘのマスクパターンの位置合わせ変位を前記片側の反対側にずらすと共に露光量を調整して前記第ｘのレジストパターンの上部レジストパターンを形成し、前記下部レジストパターンと前記上部レジストパターンをマスクとして、前記シリコン基板をエッチングする第５工程と、
前記下部レジストパターンと前記上部レジストパターンとを除去する第６工程と、
を順次繰り返すことを特徴とするリニアグレーティングの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信での波長分割多重等に使用するリニアグレーティング（回折格子）の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを用いた通信では、伝送容量を増加させるため、１本の光ファイバ内に波長の異なる複数の光信号を伝送させるために、光の分波または合波を行うグレーティングを用いる必要がある。リニアグレーティングは、シリコン等の透光性を有する基板の厚さを周期的な階段状構造となるように形成し、波長ごとに光の回折角度を変えることにより分波または合波を行うものである。
【０００３】
図２は、従来のリニアグレーティングの形成方法の一例を示す工程図である。
この例では、グレーティング本体にシリコン基板１を用い、ＬＳＩ製造技術を利用して７段のリニアグレーティングを形成している。
【０００４】
工程１において、まずシリコン基板１の表面を幅７μｍの周期で帯状に区分し、各周期をそれぞれ１μｍの幅に分割してａ〜ｇの７領域とする。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて、７領域の内の領域ｅ，ｆ，ｇにレジストパターン２を形成する。更に、レジストパターン２を用いてシリコン基板１の表面を、３段分だけエッチングして除去する。ここで、１段分の寸法は、最小で０．２μｍ程度である。
【０００５】
工程２において、レジストパターン２を除去する。これにより、図に示したように、領域ａ〜ｄの表面が３段分だけエッチングされたシリコン基板１Ａが得られる。
【０００６】
工程３において、シリコン基板１Ａの表面の領域ｃ，ｄ，ｆ，ｇにレジストパターン３を形成する。そして、レジストパターン３を用いてシリコン基板１Ａの表面を、２段分だけエッチングして除去する。
【０００７】
工程４において、レジストパターン３を除去する。これにより、図に示したように、領域ａ，ｂの表面が５段分、領域ｃ，ｄの表面が３段分、領域ｅの表面が２段分、それぞれエッチングされたシリコン基板１Ｂが得られる。
【０００８】
工程５において、シリコン基板１Ｂの表面の領域ｂ，ｄ，ｅ，ｇにレジストパターン４を形成する。そして、レジストパターン４を用いてシリコン基板１Ｂの表面を、１段分だけエッチングして除去する。
【０００９】
工程６において、レジストパターン４を除去する。これにより、図に示したように、領域ａの表面が６段分、領域ｂの表面が５段分、領域ｃの表面が４段分、領域ｄの表面が３段分、領域ｅの表面が２段分、領域ｆの表面が１段分、それぞれエッチングされ、７段の階段状の表面を有するシリコン基板１Ｃが得られる。
【００１０】
その後、シリコン基板１Ｃの裏面を全面エッチングして適切な厚さに調整し、７段のリニアグレーティングが得られる。
【００１１】
このように、ＬＳＩ製造技術を用いることにより、１辺が０．５ｍｍ角程度の小型のリニアグレーティングを形成することができる。
【００１２】
なお、下記の各特許文献にも、リニアグレーティングではないが、半導体基板のパターン形成方法に関する同様の技術が記載されている。
【００１３】
【特許文献１】特開平６−２５２０３１号公報
【特許文献２】特開平１０−２５４１２１号公報
【特許文献３】特開平１１−２１４２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、前記リニアグレーティング等のパターン形成方法では、次のような問題があった。
【００１５】
図３（ａ），（ｂ）は、従来のパターン形成方法の問題点を説明する説明図である。
例えば、図２の工程３において、シリコン基板１Ａの表面に形成したレジストパターン３の位置が、図３（ａ）に示すように、目的の位置から若干右側にずれていたとする。これにより、シリコン基板１Ａ表面の領域ａ，ｅの一部が、レジストパターン３で覆われてしまう。この状態でシリコン基板１Ａの表面をエッチングし、レジストパターン３を除去すると、図３（ｂ）に示すように、レジストパターン３で覆われた領域ａ，ｅの一部が、シリコン基板１Ｂ上に突起状欠陥Ｘ，Ｙとして残ってしまう。これにより、それ以降の工程に支障が生ずると共に、完成したリニアグレーティングで、所望の特性が得られなくなるおそれがあった。
【００１６】
本発明は、突起状欠陥を発生させずに、特性の良いリニアグレーティングを形成する方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、複数の露光用の第１〜第ｎのマスクパターン（ｎは自然数）を順番に使用してフォトリソグラフィ技術によってシリコン基板上に第１〜第ｎのレジストパターンを形成し、前記シリコン基板をエッチングすることを繰り返すことによって周期的な段からなる階段構造のリニアグレーティングを形成するリニアグレーティングの形成方法において、前記第１のマスクパターンを使用して、フォトリソグラフィ技術によって前記シリコン基板上に前記第１のレジストパターンを形成し、前記シリコン基板を１段分だけエッチングして除去する第１工程と、前記第１のレジストパターンを除去する第２工程と、を行った前記シリコン基板に対して、露光のずれに起因する前記第ｘのレジストパターン（ｘ＝２〜ｎ）の位置ずれが発生した場合に、前記第ｘのレジストパターンが形成される前記シリコン基板の前記段よりも、前記第ｘのレジストパターンに隣接する前記シリコン基板の前記段の方が高い所に位置する箇所に突起状欠陥を生じさせるエッジ部が、前記階段構造の最上段に限定されると共に前記エッジ部が前記第ｘのレジストパターンの片側でかつ同じ側に存在するような前記第ｘのマスクパターンを用いて、前記第ｘのマスクパターンの位置を前記片側に若干ずらすことにより、前記第ｘのレジストパターンが、前記突起状欠陥を生じさせる箇所の前記片側でかつ同じ側の表面を覆うように形成する第３工程と、前記第３工程で前記シリコン基板上に形成された前記第ｘのレジストパターンの表面を前記シリコン基板の加工前の表面と同じ高さになるまで全面エッチングし、前記第ｘのレジストパターンの下部レジストパターンとして残す第４工程と、前記第３工程で使用した前記第ｘのマスクパターンを用い、前記突起状欠陥を生じさせる前記エッジ部の前記片側でかつ同じ側が前記下部レジストパターン上に位置し、前記エッジ部の反対側のエッジが規定の位置に形成されるように、前記第ｘのマスクパターンの位置合わせ変位を前記片側の反対側にずらすと共に露光量を調整して前記第ｘのレジストパターンの上部レジストパターンを形成し、前記下部レジストパターンと前記上部レジストパターンをマスクとして、前記シリコン基板をエッチングする第５工程と、前記下部レジストパターンと前記上部レジストパターンとを除去する第６工程とを順次繰り返すことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、第３工程で、マスクパターンの位置を前記片側に若干ずらすことにより、レジストパターンが突起状欠陥を生じさせる箇所の片側でかつ同じ側の表面を覆うように形成し、第４工程で、前記第３工程で形成されたレジストパターンの表面をシリコン基板の加工前の高さにエッチングして下部レジストパターンとして残し、第５工程で、前記第３工程で使用したマスクパターンを用い、突起状欠陥を生じさせるエッジ部の片側でかつ同じ側が下部レジストパターン上に位置し、このエッジ部の反対側のエッジが規定の位置に形成されるように、マスクパターンの位置合わせ変位を前記片側の反対側にずらすと共に露光量を調整して上部レジストパターンを形成し、第６工程で前記下部レジストパターンと前記上部レジストパターンとを除去するようにしている。
【００１９】
これにより、突起状欠陥を発生させずに、特性の良いリニアグレーティングを形成することができる。また、このような工程のために特別なマスクパターンを必要とせず、従来と同様の必要最小限のマスクパターンで実現できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
第１のマスクパターンを使用して、フォトリソグラフィ技術によってシリコン基板上に第１のレジストパターンを形成し、前記シリコン基板を１段分だけエッチングして除去し、この第１のレジストパターンを除去した前記シリコン基板に対して、階段構造のリニアグレーティングを形成するために考えられる複数のマスクパターンの組み合わせの中で、露光のずれによってレジストパターンの位置ずれが発生した場合に、レジストパターンが形成されるシリコン基板の段よりも、レジストパターンに隣接するシリコン基板の段の方が高い所に位置する箇所に突起状欠陥を生じさせるエッジ部が、階段構造の最上段に限定されると共に、そのレジストパターンの片側でかつ同じ側に位置するようなマスクパターンの組み合わせを選択する。次に、選択されたマスクパターンを用いてシリコン基板上にレジストパターンを形成するときに、このマスクパターンの位置合わせ変位を前記片側に若干ずらすことにより突起状欠陥を生じさせる箇所の片側でかつ同じ側の表面をレジストパターンで覆うようにする。そして、シリコン基板上に形成されたレジストパターンの表面を、加工前のシリコン基板の表面と同じ高さになるまで全面エッチングして、下部レジストパターンとして残す。
【００２１】
更に、同じマスクパターンを用い、突起状欠陥を生じさせるエッジ部の片側でかつ同じ側が下部レジストパターン上に位置し、そのエッジ部の反対側のエッジが規定の位置に形成されるように、マスクパターンの位置合わせを前記片側の反対側にずらすと共に露光量を調整して上部レジストパターンを形成する。その後、下部レジストパターンと上部レジストパターンをマスクとして、シリコン基板をエッチングし、前記下部レジストパターンと前記上部レジストパターンとを除去する。
【００２２】
この発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の実施例を示すリニアグレーティングの形成方法の工程図である。
この実施例は、ＬＳＩ製造技術を利用して、シリコン基板１０上に７段のリニアグレーティングを形成するものである。
【００２４】
工程１において、まず透光性を有するシリコン基板１０の表面を幅７μｍの周期で帯状に区分し、更に各周期を１μｍの幅に分割してａ〜ｇの７領域とする。そして、図示しない１番目のレチクル（露光用のマスクパターンが描かれたマスク）を使用し、フォトリソグラフィ技術を用いて、７領域の内の領域ｂ，ｄ，ｅ，ｇにレジストパターン２１を形成する。更に、レジストパターン２１を用いてシリコン基板１０の表面を、１段分だけエッチングして除去する。ここで、１段分の寸法は、最小で０．２μｍ程度である。
【００２５】
工程２において、レジストパターン２１を除去する。これにより、図に示したように、領域ａ，ｃ，ｆの表面が１段分だけエッチングされたシリコン基板１１が得られる。
【００２６】
工程３において、２番目のレチクルを使用し、シリコン基板１１の表面の領域ｃ，ｄ，ｆ，ｇにレジストパターン２２を形成する。この時、露光パターンの位置を図の左側に若干ずらすことにより、工程１，２で形成された領域ｃ，ｆの溝の中がレジストパターン２２で完全に埋められ、かつ、このレジストパターン２２が領域ａに被さらないように、レチクルの位置を調整して露光する。この時、点線で示すように、レジストパターン２２の一部が領域ｂ，ｅに被さっても問題はない。また、領域ｅ，ｇの一部が、レジストパターン２２からはみ出しても問題はない。
【００２７】
工程４において、レジストパターン２２の表面を、シリコン基板１１の最上部、即ち、領域ｂ，ｅ等と同じ高さになるようにエッチングする。これにより、図に示すように、領域ｃ，ｆの溝が下部レジストパターン２２Ａで完全に埋められ、領域ａの溝のみが残される。なお、このエッチングに先立って、エッチングに対する耐性を高めたり、次工程でのレジストコーティングを行い易くしたりするために、紫外線等を照射してレジスト膜の硬化を行っても良い。
【００２８】
工程５において、工程３で用いた２番目のレチクルを使用し、シリコン基板１１の表面の領域ｃ，ｄ，ｆ，ｇに上部レジストパターン２３を形成する。このとき、露光パターンと下地のシリコン基板１１の位置関係を、今度は露光パターンが例えば０．２μｍだけ図の右側へずれるようして位置合わせして露光する。この位置合わせの変位量０．２μｍは、シリコン基板上での位置合わせのばらつきの標準偏差が０．１μｍ程度であるので、これに余裕を見込んだ値である。
【００２９】
ここで右側へずらす理由は、上部レジストパターン２３の右側の境界線を、領域ｄ，ｅの境界線、及び領域ｇ，ａの境界線に一致させるためである。このため、レジストに対する露光量を調整し、形成されるレジストパターンの幅を加減する。例えばポジレジストを用いる場合、露光された部分が現像処理で除去されるので、露光量を多くすることにより、レジストパターンの幅を狭くすることができる。予め実験によって露光量とレジストパターンの幅の関係を示すデータを取得しておき、そのデータに基づいて適切な露光量を決めることができる。また、試し焼きを行えば、更に精密を期すことができる。これにより、図中に矢印Ｘで示すように、左端が下部レジストパターン２２Ａ上に位置し、矢印Ｙで示すように、右端が所定の境界線に一致した上部レジストパターン２３が形成される。
【００３０】
更に、下部レジストパターン２２Ａと上部レジストパターン２３を用いてシリコン基板１１の表面を、２段分だけエッチングして除去する。
【００３１】
工程６において、レジストパターン２２Ａ，２３を除去する。これにより、図に示したように、領域ａの表面が３段分、領域ｂ，ｅの表面が２段分、領域ｃ，ｆの表面が１段分、それぞれエッチングされたシリコン基板１２が得られる。
【００３２】
工程７において、３番目のレチクルを使用し、シリコン基板１２の表面の領域ｅ，ｆ，ｇにレジストパターン２４を形成する。この時、工程３と同様に、露光パターンの位置を図の左側に若干ずらすことにより、工程５，６で形成された領域ｅ，ｆの溝の中がレジストパターン２４で完全に埋められ、かつ、このレジストパターン２４が領域ａに被さらないように、レチクルの位置を調整して露光する。
【００３３】
工程８において、レジストパターン２４の表面を、シリコン基板１２の最上部、即ち、領域ｄ等と同じ高さになるようにエッチングする。これにより、図に示すように、領域ｅ，ｆの溝が、エッチングで残った下部レジストパターン２４Ａによって完全に埋められ、領域ａ，ｂ，ｃの溝が残される。
【００３４】
工程９において、工程７で用いた３番目のレチクルを使用し、シリコン基板１２の表面の領域ｅ，ｆ，ｇに上部レジストパターン２５を形成する。このとき、工程５と同様に、露光パターンを図の右側へずらすと共に、露光量を調整する。これにより、左端が下部レジストパターン２４Ａ上に位置し、右端が領域ｇ，ａの境界線に一致した上部レジストパターン２５が形成される。
【００３５】
更に、下部レジストパターン２４Ａと上部レジストパターン２５を用いて、シリコン基板１２の表面を３段分だけエッチングして除去する。
【００３６】
工程１０において、レジストパターン２４Ａ，２５を除去する。これにより、図に示したように、領域ａの表面が６段分、領域ｂの表面が５段分、領域ｃの表面が４段分、領域ｄの表面が３段分、領域ｅの表面が２段分、領域ｆの表面が１段分、それぞれエッチングされ、７段の階段状の表面を有するシリコン基板１３が得られる。
【００３７】
その後、シリコン基板１３の裏面を全面エッチングして適切な厚さに調整し、７段のリニアグレーティングが得られる。
【００３８】
以上のように、本実施例のリニアグレーティングの形成方法では、工程３において、２番目のレチクルを使用して露光パターンの位置を図の左側に若干ずらして露光することにより、工程１，２で形成された領域ｃ，ｆの溝の中がレジストパターン２２で完全に埋められ、かつ、このレジストパターン２２が領域ａに被さらないようにし、工程４において、レジストパターン２２の表面を、シリコン基板１１の最上部と同じ高さになるようにエッチングしている。これにより、領域ｃ，ｆの溝が下部レジストパターン２２Ａで完全に埋められて、レジストパターン２２Ａの左側の位置を領域ｃ，ｄの境界線に正確に合わせることができる。
【００３９】
また、工程５において、工程３と同じレチクルを使用し、今度は露光パターンを右側へずらすと共に、露光量を制御して、左端が下部レジストパターン２２Ａ上に位置し、右端が所定の境界線に一致した上部レジストパターン２３を形成している。従って、一体化された下部レジストパターン２２Ａと上部レジストパターン２３を、レジストパターンとして用いることにより、突起状欠陥を発生させずに、特性の良いリニアグレーティングを形成することができるという利点がある。
【００４０】
しかも、このような工程５のために特別なマスクパターンを必要とせず、従来と同様の必要最小限のマスクパターンで実現できるという利点がある。
【００４１】
なお、リニアグレーティングの形成に使用するレチクルのパターンとその使用順序の組み合わせは、本実施例及び背景技術として例示したものに限らず、多数の組み合わせが存在する。しかしながら、すべての組み合わせに対して、本発明の形成方法が適用できる訳ではない。
【００４２】
図４（ａ），（ｂ）は、本発明の適用条件の説明図であり、同図（ａ）はこの実施例で説明した適用可能な工程である。一方、図４（ｂ）は、図２において背景技術として説明した工程であり、適用不可能な工程の一例である。以下、レチクルのマスクパターンとその使用順序の組み合わせについて、本発明の適用可能な条件について説明する。
【００４３】
レジストの位置ずれによって突起状欠陥が発生する箇所は、図４（ａ），（ｂ）中に○印を付けたように、レジストパターンが形成される段よりも、このレジストパターンに隣接するシリコン基板の段の方が高い所に位置する箇所、即ち、位置ずれしたレジストパターンが、隣接するシリコン基板の段の上に乗り上げてしまうような箇所である。
【００４４】
図４（ａ）の工程では、○印を付けた箇所が、２番目と３番目のすべてのレジストパターンの同じ側（左側）に位置し、かつ隣接するシリコン基板の段が最上段となっている。
【００４５】
これに対して、図４（ｂ）の工程では、３番目のレジストパターンの一部にしか○印が付いておらず、かつ、それに隣接するシリコン基板の段が最上段とはなっていない。このため、本実施例の工程８で行ったように、３番目のレジストパターンの表面を、隣接するシリコン基板の表面と同じ高さになるようにエッチングして除去することができず、本発明の適用が不可能である。
【００４６】
このように、本発明の形成方法を有効に適用するには、次の２つの条件が同時に満たされることが必要である。
【００４７】
（１）  同一のマスクパターンにおいて突起状欠陥が発生する場合、その発生箇所がすべてのレジストパターンの片側で、かつ同じ側のみに存在する。
【００４８】
（２）  レジストパターンに隣接して突起状欠陥が発生するシリコン基板の段は、最上段に位置している。
【００４９】
以上説明した実施例は、あくまでも、この発明の技術内容を明らかにするためのものである。この発明は、上記実施例にのみ限定して狭義に解釈されるものではなく、この発明の特許請求の範囲に述べる範囲内で、種々変更して実施することができる。例えば、本実施例では、７段のリニアグレーティングの形成方法を説明したが、６段や８段等の任意の段数を有するリニアグレーティングの形成に、同様に適用することができる。
【００５０】
また、材料や寸法形状等は、例示したものに限定されない。更に、マスクパターンの組み合わせも、上記の条件（１），（２）に合致しているものであれば、どのような組み合わせでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施例を示すリニアグレーティングの形成方法の工程図である。
【図２】従来のリニアグレーティングの形成方法の一例を示す工程図である。
【図３】従来のパターン形成方法の問題点を説明する説明図である。
【図４】本発明の適用条件の説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０，１１，１２，１３    シリコン基板
２１，２２    レジストパターン
２２Ａ，２４Ａ    下部レジストパターン
２３，２５    上部レジストパターン
【図１】
0004625643.tif 000002
【図２】
0004625643.tif 000003
【図３】
0004625643.tif 000004
【図４】
0004625643.tif 000005