(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英基板の１面に格子状の凹溝を設け、これを光ファイバー加工用のグレーティングパターンとするチャープ型位相マスクの製造方法において、露光工程において、凹溝と凸条の繰り返しパターンのデータを繰り返しピッチを変調しながら複数配列し、このような配列の複数のパターンデータを描画ステージの走査方向において１回のパスで描画できるようにまとめてデータ間の仕切を取る操作を行った後、この一括化してなる描画データを用い、位相マスクブランク上に電子線レジストを設け、格子状の凹溝に対して垂直方向に連続するように、位相マスクブランクの全描画領域にわたって描画を行うことを特徴とする光ファイバー加工用位相マスクの製造方法。
【請求項２】
電子線描画装置により描画を行うことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法。
【請求項３】
レーザ光描画装置により描画を行うことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法。
【請求項４】
格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンのピッチが０．８５μｍ〜１．２５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法。
【請求項５】
格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンにおける凹溝と凸条の差は、光ファイバー加工用の紫外線が透過する際に位相が略πだけずれる大きさであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法。
【請求項６】
石英基板の１面に格子状の凹溝を設け、これを光ファイバー加工用のグレーティングパターンとするチャープ型位相マスクの製造方法において、露光工程において、凹溝と凸条の繰り返しパターンのデータを繰り返しピッチを変調しながら複数配列し、このような配列の複数のパターンデータを描画ステージの走査方向において１回のパスで描画できるようにまとめてデータ間の仕切を取る操作を行った後、この一括化してなる描画データを用い、位相マスクブランク上に電子線レジストを設け、格子状の凹溝に対して垂直方向に連続するように、位相マスクブランクの全描画領域にわたって描画を行ってなる光ファイバー加工用位相マスク。
【請求項７】
電子線描画装置により描画を行って形成したことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバー加工用位相マスク。
【請求項８】
レーザ光描画装置により描画を行って形成したことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバー加工用位相マスク。
【請求項９】
格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンのピッチが０．８５μｍ〜１．２５μｍであることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバー加工用位相マスク。
【請求項１０】
格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンにおける凹溝と凸条の差は、光ファイバー加工用の紫外線が透過する際に位相が略πだけずれる大きさであることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバー加工用位相マスク。
【請求項１１】
請求項１に記載の製造方法により製造してなる位相マスクを用いて光ファイバーを加工してなるブラッググレーティング付き光ファイバー。
【請求項１２】
±１０ps以下の群遅延ゆらぎ特性を有することを特徴とする請求項１１記載のブラッググレーティング付き光ファイバー。
【請求項１３】
±３ps以下の群遅延ゆらぎ特性を有することを特徴とする請求項１１に記載のブラッググレーティング付き光ファイバー。
【請求項１４】
請求項１に記載の製造方法により製造してなる位相マスクを用いて加工してなるグレーティングからなる分散補償デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等に用いられる光ファイバーに紫外線レーザ光により回折格子を作製するための位相マスクの製造方法、位相マスク並びにブラッググレーティング付き光ファイバー及び分散補償デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバー通信システムにおいては、膨大な量の情報を非常に高速に伝送する必要がある。光ファイバーシステムは、情報を運ぶ光信号のソース、光ファイバー伝送ライン及び光信号が運ぶ情報を復調するための受信機からなる。
【０００３】
光通信システムにおいては、一般に、伝送媒体として、高純度のシリカ光ファイバーが用いられる。従来光通信システムは典型的に光信号をある波長範囲を用いて伝送するように設計されており、そのシステムにおいては、より長い波長成分は、より短い波長成分より若干長い伝搬時間の遅延を受ける。ただし、この分散は、今までは、光信号の情報をそれほど劣化させることはなかった。これは、初期のシステムにおいては、単一のチャネルを分散の小さい波長領域から選んで使用されていたためである。
【０００４】
ところが、光ファイバーを使った高速伝送技術である波長分割多重（ＷＤＭ）システムに見られるように、今日では、より多数の情報を運ぶために、多数のチャネルをより広い波長領域に渡って用いることが必要となっており、これに伴って群速度分散をより精密に補償することが要求されるようになってきた。例えばＷＤＭシステムに関しては、ＷＤＭシステム内に提供されるチャネルの数の増加に伴って分散の補償がますます重要な課題となっている。
【０００５】
また、最近、光ファイバー中に形成するブラッグ回折格子として、格子のピッチが格子状に直交する方向に（格子の繰り返し方向）の位置に応じて線形或いは非線形に増加或いは減少しているチャープ化グレーティングが要求されることになってきた。このようなグレーティングは、例えば反射帯域を広げた高反射ミラー、遅延時間を調整する手段等として用いられる。
【０００６】
本発明者は上記のようなチャープ化グレーティングに対する要求が高まったことに対応して、透明基板の１面に格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンが設けられ、その繰り返しパターンによる回折光を光ファイバーに照射して異なる次数の回折光相互の干渉縞により光ファイバー中に回折格子を作製する光ファイバー加工用位相マスクの製造方法において、ピッチが異なる凹溝と凸条からなる複数のパターンを並列させて描画することにより前記格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンを作製する光ファイバー加工用位相マスクの製造方法を提案した（特開平１１−７２６３１号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法により作成した位相マスクを用いて作製したグレーティングにおいては、反射スペクトルにおいてマスク作製時の描画装置の繋ぎエラーに基づくノイズが発生し、また分散補償用のグレーティングにおいては、群遅延特性におけるリップル（ゆらぎ）、クロストークなどが発生しデバイス特性に悪影響を及ぼしている。
【０００８】
本発明は上記したような従来から要望されている分散の補償という課題ならびに従来技術の問題点に鑑み、その目的は、マスク上のピッチのばらつき及び繋ぎエラーの少ない光ファイバー加工用位相マスクの製造方法及びマスク上のピッチのばらつき及び繋ぎエラーの少ない光ファイバー加工用位相マスクを提供することである。
【０００９】
本発明の第２の目的は、マスク作製時の描画装置の繋ぎエラーに基づくノイズの発生は少なく、群遅延リップル（ゆらぎ）が小さい、ブラッググレーティング付き光ファイバーを提供することである。
さらに本発明の第３の目的は、群遅延リップル（ゆらぎ）が小さく、分散の補償をする分散補償デバイス特性に提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、上記の第１の発明の目的を達成するもので、石英基板の１面に格子状の凹溝を設け、これを光ファイバー加工用のグレーティングパターンとするチャープ型位相マスクの製造方法において、露光工程において、凹溝と凸条の繰り返しパターンのデータを繰り返しピッチを変調しながら複数配列し、このような配列の複数のパターンデータを描画ステージの走査方向において１回のパスで描画できるようにまとめてデータ間の仕切を取る操作を行った後、この一括化してなる描画データを用い、位相マスクブランク上に電子線レジストを設け、格子状の凹溝に対して垂直方向に連続するように、位相マスクブランクの全描画領域にわたって描画を行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法は、特開平１１−７２６３１号の発明のように複数の凹溝と凸条の幅の比が一定のデータのそのピッチを線形あるいは非線形に増加あるいは減少させたものを単に階段状に配列するのではなく、凹溝と凸条の繰り返しパターンのデータを繰り返しピッチを変調しながら複数配列し、コンピュータ処理等により一括化しデータ間の仕切を無くすことを特色とする。これにより描画の繋ぎエラーを低減させ、複製したブラッググレーディングの群遅延特性をよくすることができる。
【００１３】
また、本発明の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法において、描画は電子線描画装置またはレーザ光描画装置により行うことができる。
【００１４】
格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンのピッチは０．８５μｍ〜１．２５μｍの間で変化するものとすることができる。
【００１５】
尚、格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンにおける凹溝と凸条の差は、光ファイバー加工用の紫外線が透過する際に位相が略πだけずれる大きさであることが望ましい。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、上記の光ファイバー加工用マスクに関する課題を解決するもので、石英基板の１面に格子状の凹溝を設け、これを光ファイバー加工用のグレーティングパターンとするチャープ型位相マスクの製造方法において、露光工程において、凹溝と凸条の繰り返しパターンのデータを繰り返しピッチを変調しながら複数配列し、このような配列の複数のパターンデータを描画ステージの走査方向において１回のパスで描画できるようにまとめてデータ間の仕切を取る操作を行った後、この一括化してなる描画データを用い、位相マスクブランク上に電子線レジストを設け、格子状の凹溝に対して垂直方向に連続するように、位相マスクブランクの全描画領域にわたって描画を行ってなる光ファイバー加工用位相マスクを要旨とする。
【００１８】
本発明の光ファイバー加工用位相マスクは、電子線描画装置により描画を行って形成することがてきる。また、レーザ光描画装置により描画を行って形成することができる。
【００１９】
本発明の光ファイバー加工用位相マスクにおいては、格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンのピッチを０．８５μｍ〜１．２５μｍとすることができる。
【００２０】
本発明の光ファイバー加工用位相マスクにおいては、格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンにおける凹溝と凸条の差は、光ファイバー加工用の紫外線が透過する際に位相が略πだけずれる大きさとすることができる。
【００２１】
本発明の第２の目的のブラッググレーティング付き光ファイバーは、請求項１に記載の本発明の製造方法により製造してなる位相マスクを用いて光ファイバーを加工することにより提供することができる。
【００２２】
このブラッググレーティング付き光ファイバーは、好ましくは、±１０ps以下の群遅延リップル特性を有し、更に好ましくは±３ps以下の群遅延リップル特性を有する。
【００２３】
本発明の第３の目的の分散補償デバイスは、請求項１に記載の製造方法により製造してなる位相マスクを用いて加工することにより提供することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の光ファイバー加工用マスクの製造方法について実施例に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）に示すように複数のライン１と複数のスペース２とからなり、ライン１間のピッチがピッチ１，ピッチ２、ピッチ３、・・・と異なる複数のパターンデータＤ1 、Ｄ2 、Ｄ3 、Ｄ4 、Ｄ5 、Ｄ6 、・・・を配列する。各パターンデータについて具体的に説明すると０．１２５μｍのアドレスユニットからなり、１０本の走査線からなる１ピッチ分の描画データを基本パターンデータとして（所望の格子ピッチ）／（０．１２５×１０）の縮尺率で縮尺してなるものである。
【００２５】
次いで上記のような配列の複数のパターンデータを一括化して図１（ｂ）に示すようにデータ間の仕切を取る操作をする。
ここにおいて一括化とは、描画ステージの走査方向において一度（回）のパスで描画できるようにデータをまとめることである。
【００２６】
次に上記のようにして形成した一括化描画データによる描画方法について説明する。図２は一括化描画データによる描画方法を説明するための上面図である。位相マスク２１のサンプルされた左端の領域Ａ1 は凹溝２６又は凸条２７のピッチＰ1 、サンプルされた中央の領域Ａ2 は凹溝２６又は凸条２７のピッチＰ2 、サンプルされた右端の領域Ａ3 は凹溝２６または凸条２７のピッチＰ3 を有する。ここで、Ｐ1 ＜Ｐ2 ＜Ｐ3 とする。電子ビームの走査線２８を上から下へ描きながら左端から右端へラスタースキャンにより各凹溝２６部を描画する。その際、領域Ａ1 においても、また、１本の凹溝２６を描画する走査線数を同じにする（図の例の場合は５本）。そして、凸条２７を描画すべき位置においては同じ走査数だけスキャンをブランクにする。そのため、その走査線２８の中心間の距離は、ピッチＰ1 、Ｐ2 、 Ｐ3 に応じて領域Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 で変化する。
【００２７】
以上のように、位相マスク２１の凹溝２６又は凸条２７のピッチを溝２６に直交する方向の位置に応じて線形あるいは非線形に増加あるいは減少させ、凹溝２６と凸条２７の幅をその変化に従って増加あるいは減少させる。そのとき、１本の凹溝２６を描画するラスタースキャンの走査数を何れの位置においても同じにする描画方法を採用すると、描画データとしてマスク２１の１ピッチ分の基本パターンデータと凹溝２６と直交する方向の位置に応じたピッチの変化関数に対応するその基本パターンデータに対する縮尺関数とを用意するだけで、全体の位相マスク２１のパターンを電子ビーム描画できる。
【００２８】
次に上記のようにして形成した一体化描画データに基づいてマスクブランクをエッチングして位相マスクを製造する過程を図３を用いて説明する。図３において、１０は位相マスクのブランク、１１は石英基板、１２はクロム薄膜開口部、１３は電子線レジスト、１３Ａはレジストパターン、１３Ｂはレジスト開口部、１４は電子線、２１は位相マスク、２６は凹溝、２７は凸条である。
【００２９】
先ず、図３（ａ）に示すように、石英基板１１上に１５０Å厚のクロム薄膜１２をスパッタリングにより成膜したマスクブランク１０を用意した。クロム薄膜１２は後工程の電子線レジスト１３に電子線を照射する際にのチャージアップ防止に役立ち、石英基板１１に凹溝２６を作製する際のマスクとなるものであるが、クロム薄膜エッチングにおける解像性の点でもその厚さの制御は重要で、１００〜２００Å厚が適当である。
【００３０】
次いで、図３（ｂ）に示すように、電子線レジスト１３としては、電子線レジスト１３としては、電子線レジストＲＥ５１００Ｐ（日立化成（株）製）を用い、厚さ４００nmに塗布し、乾燥した。
【００３１】
この後、図３（ｃ）に示すように、電子線レジスト１３をラスタースキャン型の電子線描画装置ＭＥＢＥＳ111 （ＥＴＥＣ社製）で露光量１．２μＣ／cm2 で、先に図２を用いて説明したように一体化露光データに基づいて電子ビーム１４の走査線間の幅を順次制御しながら露光した。
【００３２】
露光後、９０℃で５分間ベーク（ＰＥＢ：Post Exposure Baking) した後、２．３８％濃度のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）で電子線レジスト１３を現像し図３（ｄ）に示すように所望のレジストパターン１３Ａを形成した。尚、露光後のベーク（ＰＥＢ）は電子線ビーム１４が照射された部分を選択的に感度アップするためのものである。
【００３３】
次いでレジストパターン１３ＡをマスクとしてＣＨ2 Cl2 ガスを用いてドライエッチングし、図３（ｅ）に示すようにクロム薄膜パターン１２Ａを形成した。次いで、クロム酸パターン１２Ａをマスクとして、図３（ｆ）に示すようにＣＦ4 ガスを用いて深さ２４０nmだけエッチングした。深さの制御はエッチング時間を制御することにより行われ、深さ２００〜４００nmの範囲で制御してエッチングが可能である。尚、前記の深さの制御は、位相マスク２１の凹溝２６の深さ（凸条２７と凹溝２６との高さの差）Ｄは、露光光であるエキシマレーザ光２３の位相をπラジアンだけ変調するように選択されるようにエッチング条件が設定される。
【００３４】
次いで図３（ｇ）に示すように、７０℃の硫酸にてレジストパターン１３Ａを剥離し、次いで図３（ｈ）に示すように、硝酸第二セリウムアンモニウム溶液によりクロム薄膜パターン１２Ａをエッチング除去し、洗浄処理を経て、深さ２４０nm、ピッチが溝２６に直交する方向に０．８５μｍから１．２５μｍへ線形に変化するライン（凸条２７）及びスペース（凹溝２６）の位相マスク２１を完成した。
【００３５】
上記のようにして得られた位相マスクには描画の繋ぎエラーは見られず、この位相マスクを用いて複製したグレーティングは良好な群遅延特性を有するものであった。
【００３６】
図６は電子ビーム描画機により従来の方法により作製した位相マスクの群遅延及び群遅延リップルを示し、図６（ａ）は波長対相対的群遅延のグラフを示し、図６（ｂ）は周波数対群遅延リップルのグラフを示す。また、図７は本発明の描画方法により作製した位相マスクの群遅延及び群遅延リップルを示し、図７（ａ）は波長対相対的群遅延のグラフを示し、図７（ｂ）は周波数対群遅延リップルのグラフを示す。特にレーザ描画マスクの場合、群遅延リップルが小さく、従来の値より小さい。
【００３７】
本発明の製造方法は図２に示すように横方向にパターンデータを配列する描画方法に限定されることなく、縦横にパターンデータを配列する描画方法にも適用し得る。
【００３８】
本発明の製造方法で光ファイバーを加工する場合において、格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンの形成を多重露光により行うことにより、リップル（ゆらぎ）を更に少なくすることができる。
多重露光は、同一箇所で多重描画するか、あるいは図４に示すように描画エリアを任意にずらことにより行うことができる。尚、図４において符号２６1 は隣接するセグメントの一方の凹溝を描画露光した部分（実線）、２６2 は隣接する他方のセグメントの凹溝を描画露光した部分（破線）であり、隣接するセグメント間で起きる位置ずれをΔとすると、このオーバーラップ領域Ａにおいては、１つの凹溝は露光部２６1 と２６2 との重なりとなり、その中心はオーバーラップしない場合の凹溝の中心からΔ／２だけずれることになる。即ち描画エリア間の位置ずれの半分となる。そのため、繋ぎエラーも半分になる。３回以上オーバーラップさせる場合は、繋ぎエラーはその回数分になる。
【００３９】
上記の本発明の製造方法において電子線描画装置としてラスタースキャン型のものを用いたが、ベクタースキャン型のもの、或いはその他の方式を用いる場合にも、本発明を適用することができる。
【００４０】
また、電子線描画装置の代わりにレーザー光描画装置を用いることもできる。
【００４１】
図５は上記のようにして作製した位相マスクを用いたグレーティングの作製を説明するものである。
図５に示すように、石英基板の１面に本発明の製造方法によって製造した位相マスク２１を介して紫外レーザ光、例えばＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８nm）を照射し、コア２２Ａとクラッド２２Ｂからなる光ファイバー２２のコア２２Ａにグレーティングを作製しブラッググレーティング付き光ファイバーを作製する。
【００４２】
先に述べたように、本発明の製造方法により製造した位相マスク２１の凹溝２６の深さ（凸条２７と凹溝２６との高さの差）Ｄは、露光光であるエキシマレーザ光２３の位相をπラジアンだけ変調するように選択されており、図５に示すように、０次光２５Ａは位相マスク２１により５％以下に抑えられ、位相マスク２１からでる主な光は回折光の３５％以上を含むプラス１次の回折光２５Ｂとマイナス１次の回折光２５Ｃに分割される。このため、このプラス１次の回折光２５Ｂとマイナス１次の回折光２５Ｃに分割される。このため、このプラス１次の回折光２５Ｂとマイナス１次の回折光２５C による所定ピッチの干渉縞の照射を行うことにより、このピッチでの屈折率変化が光ファイバー２２内にもたらされる。
【００４３】
上記のようにして得られた本発明のブラッググレーティングは、好ましくは、±１０ps以下の群遅延リップル特性を有し、更に好ましくは±３ps以下の群遅延リップル特性を有する。
【００４４】
本発明の製造方法によって作成したブラッググレーティングを用いて分散補償補償モジュールをつくることができる。
分散補償モジュールは、チャープ化ブラックグレーティングを例えば３ポート型光サーキュレータの第２ポートに接続することにより構成できる。ここで入力光は第１ポートから入射し、出力光は第３ポートから出射する。またチャープ化ブラッググレーティングに温度勾配ヲ付与することにより、チャープ率（分散）の制御も可能である。
【００４５】
本発明の製造方法により製造された位相マスクを用いてなるブラックグレーティングで形成した分散補償デバイスは、群遅延リップル（ゆらぎ）が小さく、優れた分散補償機能を有するものである。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明の製造方法によれば、凹溝と凸条の繰り返しパターンのデータを繰り返しピッチを変調しながら複数配列し、一括化してなる描画データを用い、位相マスクブランク上に電子線レジストを設け、格子状の凹溝に対して垂直方向に連続的に、位相マスクブランクの全描画領域にわたって描画を行うことにより、描画の繋ぎエラーを低減させ、複製したブラッググレーディングの群遅延特性をよくすることができる。
また本発明の位相マスクは描画の繋ぎエラーが少ないという特色を有する。
また、本発明のブラッググレーディング付き光ファイバーは良好な群遅延特性を有する。また繋ぎエラーが少ないのでブラッグピークの両側に不要なピークが発生しない。
また、本発明の分散補償デバイスは、群遅延リップルの振幅が小さく、優れた分散補償機能を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における一括化を説明する略図であり、（ａ）は一括化前の状態を示し、（ｂ）は一括化後の状態を示す。
【図２】本発明の製造方法において用いる描画方法の説明図である。
【図３】本発明の位相マスクの製造方法の実施例の工程を示した断面図である。
【図４】描画エリアをずらして多重描画した状態を説明する略図である。
【図５】光ファイバーの加工を説明するための図である。
【図６】電子ビーム描画機による位相マスクの群遅延及び群遅延リップルを示す。
【図７】レーザ描画機による位相マスクの群遅延及び群遅延リップルを示す。
【符号の説明】
１    ライン
２    スペース
Ｄ1 〜Ｄ6     パターンデータ
１０    位相マスクのブランク
１１    石英基板
１２    クロム薄板
１２Ａ  クロム薄板
１２Ｂ  クロム薄板開口部
１３    電子線レジスト
１３Ａ  レジストパターン
１３Ｂ  レジスト開口部
１４    電子線
２１    位相マスク
２２    光ファイバー
２２Ａ  光ファイバーのコア
２２Ｂ  光ファイバーのクラッド
２４    干渉縞パターン
２５Ａ  ０次光
２５Ｂ  プラス１次回折光
２５Ｃ  マイナス１次回折光
２６    凹溝
２７    凸条
２８    走査線
Ａ1 〜Ａ3   領域
Ｂ1 〜Ｂ8   領域
Ｐ1 〜Ｐ8   ピッチ
２３    エキシマレーザ光
２６1   隣接する描画エリアの一方の凹溝を描画した部分
２６2   隣接する描画エリアの他方の凹溝を描画した部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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