DE3687845T2

DE3687845T2 - Raeumliche phasenmodulationsmasken, verfahren zu deren herstellung und verfahren zur bildung von phasenverschobenen beugungsgittern.

Info

Publication number: DE3687845T2
Application number: DE8686400592T
Authority: DE
Inventors: Hirochika Nakajima; Masataka Shirasaki
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-03-20
Filing date: 1986-03-20
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2006-03-21
Also published as: CA1270934C; DE3687845D1; EP0195724B1; US4806442A; EP0195724A2; CA1270934A; EP0195724A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft räumliche Phasenmodulationsmasken, welche als eine Belichtungsmaske oder Expositionsmaske bei der Herstellung von phasenverschobenen Beugungsgittern von Halbleiter-Lasern mit verteilter Rückkoppelung (DFB) besonders brauchbar sind. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung solcher räumlicher Phasenmodulationsmasken und ein Verfahren zur Bildung von phasenverschobenen Beugungsgittern, wobei solche Masken verwendet werden. Der erhaltene Einzel-Longitudinalmodus für die DFB-Laser ist sehr wichtig im Gebiet der optischen Kommunikation, da er eine Verzeichnung der Wellenform, die der Wellenlängendispersion zuzuschreiben ist, verhindern kann, Rauschen reduzieren kann und ihre Brauchbarkeit in der angewandten optischen Instrumentierung erhöhen kann.

2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik

Beträchtliche Entwicklungsarbeit ist ganz allgemein unterwegs über Halbleiterlaser mit Schwingungswellenlängen von 1,5 bis 1,6 Mikrometern aufgrund des minimalen Lichtverlustes dieses Wellenlängenbandes bei der Übertragung über Lichtwellenleiter.
Falls ein Halbleiterlaser dieses herkömmlichen Typs, zum Beispiel ein Fabry-P rot (FP) Halbleiterlaser, für eine Hochgeschwindigkeitsmodulation verwendet wird, kann er die Wellenlänge nicht monochromatisch aufrechterhalten, und zahlreiche Wellenlängen resultieren.
Falls ein solches Lichtsignal in einen Lichtwellenleiter eingebracht und in ihm übertragen wird, führt sein Lichtausgang zu einer Verschlechterung der Wellenform, da die Brechungsindices, und daher die Fortpflanzungsgeschwindigkeiten, für die jeweiligen Wellenlängen aufgrund der Unterschiede in der Disperson im Material des Lichtwellenleiters selbst, verschieden sind.
Ein solches Signal wird daher an der Empfängerseite mit einem hohen Geräuschpegel empfangen und ist daher nicht brauchbar zur Verwendung.
Seit den letzten Jahren ist daher ein Entwicklung über DFB-Halbleiterlaser unterwegs, und gute Ergebnisse sind erzielt worden.
Ein Halbleiterlaser vom DFB-Typ, der auf der aktiven Schicht selbst, oder auf der ihr angrenzenden Schicht gebildet wird, besitzt ein Beugungsgitter, das als eine "Riefelung" oder einfach als ein "Gitter" bekannt ist, und das Licht bewegt sich zurück und vor und tritt unter dem Einfluß dieses Beugungsgitters in der aktiven Schicht in Resonanz.
Es wird für theoretisch möglich gehalten, in einem solchen DFB-Halbleiterlaser eine monochromatische Wellenlängenschwingung sogar dann aufrecht zu erhalten, wenn mit einer hohen Geschwindigkeit von einigen hundert Mbits/s moduliert wird. In der Praxis ist dies jedoch sehr schwierig.
Dies deshalb, weil die Riefelungen im vorher erwähnten DFB-Laser gleichförmig ausgebildet sind, und daher besitzen die Riefelungen eine gleichförmige Struktur ohne Diskontinuität. Mit anderen Worten, es wird ein sogenannter symmetrischer DFB-Halbleiterlaser gebildet, in welchem, da die Verluste in den zwei Longitudinalmoden, die symmetrisch an den zwei Seiten des Seitenzentrums auftreten, gleich sind, Doppelmodenschwingung stattfinden kann, oder die Schwingung kann sich zwischen zwei Resonanzmoden übertragen, die sich gerade plus oder minus der gleichen Wellenlänge von der Bragg'schen Wellenlänge, die der Periode der Riefelungen entspricht, unterscheidet, was eine instabile Schwingung ergibt.
Daher ist ein sogenannter Λ/2-verschobener DFB-Halbleiterlaser (Λ = Riefelungsperiode) entwickelt worden, um dieses Problem zu beseitigen. Ein herkömmlicher Λ/2-verschobener Halbleiterlaser vom DFB-Typ besitzt eine Struktur, in welcher, vom Seitenzentrum aus gesehen, die Riefelung des rechten Seitenabschnitts oder des linken Seitenabschnitts gerade um Λ/2 verschoben ist. Der Λ/2-verschobene DFB-Halbleiterlaser kann mit einem einzelnen Modus bei der Bragg'schen Wellenlänge schwingen. Die Schwingungscharakteristiken des Λ/2-verschobenen DFB-Halbleiterlasers sind ausgezeichnet.
Es gibt jedoch beträchtliche Probleme bei der Herstellung des Λ/2-verschobenen DFB-Halbleiterlasers. Im besonderen ist die Periode Λ der Riefelung selbst Beispiel so klein wie 0,3 bis 0,4 Mikrometer. Daher ist es sehr schwierig, die zwei Riefelungen rechts und links so herzustellen, daß sie exakt um Λ /2 verschoben, und in der Mitte des DFB-Lasers ohne Diskontinuität der Riefelungen kombiniert sind.
Kürzlich sind einige verbesserte Verfahren vorgeschlagen worden, um zufriedenstellende Viertelwellen (κ/4)-verschoben oder ähnliche phasenverschobene DFB-Halbleiterlaser zu realisieren. Ein solches Verfahren besteht darin, unter Verwendung von Elektronenstrahl-Lithographie phasenverschobene Riefelungen zu fertigen. K. Sekaptedio et al. berichteten in Electronics Letters, 19. Jänner 1984, Band 20, Nr. 2, Seiten 80 bis 81, daß:
"Wir fertigten phasenverschobene DFB-Laser. Die Riefelung der zweiten Ordnung wurde auf dem InP-Substrat gebildet, wobei ein Elektronenstrahl-Expositionssystem mit einer genauen Steuereinheit für den Teilungsabstand verwendet wurde, wo am Zentrum die Phase der Riefelung um Λ/4 verschoben war, was einer Verschiebung um n bei den Raum-Harmonischen der ersten Ordnung entspricht. Die Riefelung wurde in das InP-Substrat durch Ätzen mit HBr + HNO&sub3;+ 10 H&sub2;O umgeschrieben. Die Flüssigphasen-Epitaxie wurde ausgeführt, um nacheinander die n-GaInAsP (λ = 1,35 um)-Puffer-, die aktive undotierte GaInAsP-(λg = 1,55 um)-, dDie p-InP-Hüll- und die p-GaInAsP-Deckschicht zu züchten, wo eine GaAs-Schicht verwendet wurde, die geriefelte Oberfläche vor thermischer Deformation zu bewahren. Laser mit 30 um Oxidstreifen wurden mit gesägten Seiten geschnitten, und die Eintiefung wurde durch Sägen an einem Ende gebildet, um die Fabry-P rot-Moden zu unterdrücken und durch Spalten am anderen Ende, um die Ausgangskristallflächen vorzusehen, so daß der Punkt der Phasenverschiebung am Zentrum der Eintiefung ist."
Die Verwendung der Elektronenstrahl-Lithographie in den phasenverschobenen Riefelungen leidet unter einigen Nachteilen. Zum Beispiel erfordert sie komplizierte und problembeladene Operationen und nimmt eine große Menge an Herstellungszeit in Anspruch. Dazu kommt noch, daß sie nicht für eine Massenproduktion der Riefelungen geeignet ist.
Ein anderes verbessertes Verfahren besteht darin, λ/4-verschobene InGaAsP/InP-DFB-Laser durch gleichzeitige holographische Exposition der positiven und negativen Photoresiste zu fertigen. K. Utaka et al. berichteten in Electronics Letters, 22. November 1984, Band 20, Nr. 24, Seiten 1008 bis 1009, daß:
"Als erstes wurden ein negatives Photoresist (OMR) mit einer Dicke von ungefähr 70 nm (700 Å) und ein positives Photoresist (MP) nacheinander auf einem n-InP-Substrat schleuderbeschichtet. Teile des oberen, positiven Photoresists wurden durch herkömmliche Photolithographie entfernt, und das in den dargebotenen Bereich vorhandene negative Photoresist wurde unter Verwendung von Schwefelsäure abgeätzt. Zweitens wurde nach Entfernen der verbleibenden positiven Photoresiste eine 70 nm (700 Å) dickes, positives Photoresist neuerlich auf eine ganze Oberfläche aufgetragen. In der Folge wurden einige Teile des Substrates mit positivem Photoresist und andere Teile mit negativem und positivem Photoresist bedeckt. Diese getrennt abgelagerten Photoresiste wurden gleichzeitig durch die holographische Exposition unter Verwendung eines 325 nm (3250 Å) He-Cd-Lasers exponiert. Nachdem die Entwicklungen und die Umschreibungen getrennt für jedes Photoresist ausgeführt waren, wurden die Λ/4-verschobenen Riefelungen gebildet."
Es sollte erwähnt werden, daß die kombinierte Verwendung eines positiven und eines negativen Photoresists eine gute Idee ist, aber in der Praxis dieses Verfahrens ist es schwierig, spezifische Photoresiste zu finden, insbesondere negative Photoresiste, die eine hohe Auflösungskraft besitzen. Weiters sind Schritte in einem getrennten Beschichten und gleichzeitigem Bilden von Mustern der positiven und negativen Resiste kompliziert und problembeladen.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und leicht durchzuführendes Verfahren zur Bildung von phasenverschobenen Beugungsgittern oder Riefelungen vorzusehen, die besonders in DFB-Halbleiter-Lasern brauchbar sind. Die erhaltenen Beugungsgitter sind genau phasenverschoben, und das Bildungsverfahren wird mit Zuverlässigkeit ausgeführt.
Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine räumliche phasenmodulierende Kontaktmaske zur Verwendung beim Phasenverschieben der Beugungsgitter vorzusehen, welche Maske eine einfache Struktur besitzt, und daher auf einfache Weise mit einer hohen Genauigkeit hergestellt wird.
Es ist noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Kontaktmasken mit einer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit vorzusehen.
Das erste Ziel der vorliegenden Erfindung wird erreicht, indem gemäß der vorliegenden Erfindung eine räumliche Phasenmodulationsmaske vorgesehen wird, zur Verwendung zur Bildung von Beugungsgittern, wobei Zweistrahlen-Interferenzbelichtung angewendet wird, mit:
einem Material, das für die Strahlung transparent ist, die in einem Belichtungsschritt zur Bildung von Beugungsgittern verwendet wird, welches Material einen ersten und einen zweiten Teil besitzt, die zwei verschiedene optische Wege schaffen und die an ein Schwingungszentrum angrenzend positioniert sind, wobei jeder Teil so strukturiert ist, daß, wenn zwei asymmetrische Strahlungsflüsse unter verschiedenen Winkeln auf das Schwingungszentrum derart eingestrahlt werden, daß eine Mittellinie der Flüsse in Bezug auf eine Normale der Maske geneigt ist, ein phasenverschobenes Muster von Interferenzstreifen, das um das Schwingungszentrum (c) phasenverschoben ist, aus der Maske austritt.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Belichtungsmaske der vorliegenden Erfindung in der Form einer Platte sein, die zwei oder mehre rechteckige quaderförmige Ausnehmungen besitzt, die selektiv auf einer Hauptoberfläche von ihr gebildet sind. Mit anderen Worten, sie kann eine transparente Platte mit streifenförmigen Ausnehmungen und Vorsprüngen sein, die abwechselnd auf ihr gebildet sind.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Belichtungsmaske mit einer Licht abschirmenden Schicht versehen sein, vorzugsweise einer Schicht aus Metall, so wie Nichrom oder ähnlichem, welches als eine Barriere für die Belichtungsstrahlung wirkt. Die Licht abschirmende Schicht ist vorzugsweise in jedem der beiden Kantenbereiche des Bodens der Ausnehmungen angeordnet. Die Licht abschirmende Schicht ist gänzlich oder teilweise in die Maske eingebettet.
In einem noch anderen Aspekt kann die Belichtungsmaske eine Antireflexions-Schicht oder eine sogenannte "AR-Schicht" besitzen, die auf beiden ihrer Hauptoberflächen aufgetragen ist.
In einem noch ganz anderen Aspekt kann die Belichtungsmaske der vorliegenden Erfindung in der Form einer Platte sein, die auf einer Hauptoberfläche von ihr zwei oder mehrere rechtwinkelig quaderförmig geformte Vorsprünge selektiv gebildet besitzt, welche aus einem Material bestehen, das für die im Belichtungsschritt zur Bildung der Beugungsgitter verwendete Strahlung transparent ist. Das Material der Vorsprünge kann das gleiche sein oder verschieden sein von jenem der Platte.
Als eine Modifikation dieser Struktur kann jeder der rechtwinkeligen, quaderförmig geformten Räume, der zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen ist, mit einem Material ausgefüllt sein, welches für die in einem Belichtungsschritt zur Bildung von Beugungsgittern verwendete Strahlung transparent ist, aber einen Brechungsindex besitzt, der von jenem der Vorsprünge verschieden ist.
Weiters, wie oben beschrieben, können die eben beschriebenen Belichtungsmasken der vorliegenden Erfindung mit einer Licht abschirmenden Schicht und/oder einer Antireflexions- Schicht versehen sein.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Belichtungsmaske auch in Form einer Platte sein, von der eine Hauptoberfläche phasenverschobene Beugungsgitter besitzt, die auf ihr gebildet sind. Die Beugungsgitter dieser Maske können gebeugte und durchgelassene Lichter erzeugen, die den gleichen Emissionswinkel und die gleiche Intensität besitzen, nachdem eine einfallende Belichtungsstrahlung dasselbe passiert hat. Vorzugsweise besitzen sie eine Phase, die um den Betrag einer Hälfte ihrer Periode verschoben ist. Beide Hauptoberflächen der Maske sind vorzugsweise mit einer Antireflexions-Schicht, wie oben diskutiert, versehen.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Belichtungsmaske in der Form eines dreieckigen Prismas sein mit zwei oder mehreren rechtwinkeligen, quaderförmig geformten Ausnehmungen, die auf einer Hauptoberfläche von ihm selektiv gebildet sind. Vorzugsweise besitzen alle der drei Hauptoberflächen des Prismas eine Anti-Lichthof-Schicht, wie oben diskutiert, die auf jeder der Oberflächen aufgetragen ist. Wie für das vorher erwähnte Material kann er eine flache Oberfläche besitzen und eine gegenüberstehende Oberfläche mit zumindest einer Stufe, die darin gebildet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das zweite Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht, indem ein Verfahren zur Herstellung einer räumlichen Phasenmodulationsmaske vorgesehen wird, mit einem Substrat, das zwei oder mehrere Vorsprünge und Ausnehmungen besitzt, die abwechselnd auf einer Oberfläche von ihm gebildet sind, welches Verfahren die Schritte umfaßt:
Bilden - auf einer Oberfläche des Substrats - einer ersten maskierenden Schicht, deren Muster einem Muster der Ausnehmung entspricht, die auf dem Substrat gebildet werden soll;
Beschichten der ersten maskierenden Schicht und der unbeschichteten Oberfläche des Substrates mit einem Material, das Vorsprünge bildet;
Bilden auf einer Beschichtung des Materials, das Vorsprünge bildet, einer zweiten maskierenden Schicht, deren Muster einem Muster der Vorsprünge entspricht, die auf dem Substrat gebildet werden sollen;
Ätzen der unmaskierten Beschichtung des Materials, das Vorsprünge bildet, bis die darunterliegende, erste maskierende Schicht gerade freigelegt ist; und Entfernen der ersten und der zweiten maskierenden Schicht.
Zur Bildung der zweiten maskierenden Schicht, in welcher sowohl das Substrat als auch die Beschichtung des die Vorsprünge bildenden Materials transparent sind, ist es bevorzugt, daß ein Photoresistmuster, welches einem Muster der Ausnehmungen entspricht, die auf dem Substrat gebildet werden sollen, früher auf der Beschichtung des die Vorsprünge bildenden Materials gebildet wird, wobei ein selbst-ausrichtendes Verfahren angewendet wird, worin eine Muster-bildende Belichtung von der Rückseite des transparenten Substrates durch dasselbe und die transparente Beschichtung des die Vorsprünge bildenden Materials ausgeführt wird, und worin das Photoresistmuster während der Bildung der zweiten maskierenden Schicht entfernt wird.
Weiters ist es auch bevorzugt, daß sowohl das Substrat als auch das die Vorsprünge bildende Material Siliziumdioxid (SiO&sub2;) ist, und daß die unmaskierte Beschichtung des Siliziumdioxids, als das die Vorsprünge bildende Material, abgeätzt wird unter Verwendung eines Ionenstrahl-Ätzens in einem gemischten Gas aus CF&sub4; und O&sub2;, während die erste und die zweite maskierende Schicht Aluminium sind.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Herstellungsverfahren der Belichtungsmaske den weiteren Schritt des Füllens der auf dem Substrat gebildeten Ausnehmungen mit einem Material umfassen, das einen Brechungsindex besitzt, der von jenem der Vorsprünge, die auch auf dem Substrat gebildet sind, verschieden ist.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Herstellungsverfahren der Expositionsmaske den weiteren Schritt des Beschichtens beider Oberflächen des Substrates umfassen, das heißt einer geformten Oberfläche (die die Vorsprünge und die Ausnehmungen enthaltende Oberfläche) und einer dieser gegenüberstehenden Oberfläche, mit einer Antireflexions-Schicht.
In einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das in der Herstellung der Maske verwendete Substrat eine Licht abschirmende Schicht besitzen, die an seiner Oberfläche in einem Zwischenflächen-Gebiet zwischen Vorsprung und Ausnehmung, die beide benachbart sind und gebildet werden sollen, angeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das dritte Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht, indem ein Verfahren zur Bildung von phasenverschobenen Beugungsgittern vorgesehen wird, welches Verfahren den Schritt des Exponierens einer Oberfläche des Substrates einer Expositionsstrahlung umfaßt, an welcher Oberfläche Beugungsgitter gefertigt werden, durch eine räumliche Phasenmodulationsmaske, welche aus einem Material besteht, das für die in einem Expositionsschritt zur Bildung von Beugungsgittern verwendete Strahlung transparent ist, welches Material einen ersten und einen zweiten Teil besitzt, wobei zwei verschiedene optische Wege vorgesehen sind, die angrenzend an ein Schwingungszentrum positioniert sind, wobei jeder Teil so strukturiert ist, daß, wenn zwei asymmetrische Strahlungsflüsse unter verschiedenen Winkeln auf das Schwingungszentrum derart eingestrahlt werden, daß eine Mittellinie der Flüsse in Bezug auf eine Normale der Maske geneigt ist, ein phasenverschobenes Muster von Interferenzstreifen, das heißt phasenverschoben um das Schwingungszentrum, aus der Maske austritt, und eine geformte Oberfläche welcher Maske der Oberfläche des Substrates gegenübersteht und mit ihr in Kontakt steht.
Die räumlichen Phasenmodulationsmasken, welche vorteilhaft in der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, wurden in den obigen Absätzen allgemein beschrieben und werden hiernach im Detail beschrieben.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Expositionsstrahlungen in einer Richtung fliehende Strahlungsflüsse umfassen, und die geformte Oberfläche der Maske kann phasenverschobene Beugungsgitter aufweisen, während seine gegenüberliegende Oberfläche flach ist.
In jedem Fall ist es allgemein bevorzugt, daß ein Muster der in einer Photoresist-Schicht auf dem Substrat gebildeten Interferenzstreifen, als ein Ergebnis der musterbildenden Exposition, auf das darunterliegende Substrat durch Ätzen übertragen wird.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Schichtdicke des Photoresists auf dem Substrat in Abhängigkeit von einer Wellenlänge der Expositionsstrahlung, dem Typ des polarisierten Lichtes, einem Einfallswinkel des Lichtes und einem Brechungsindex des Substrates ausgewählt sein, so daß das niedrigste Reflexionsvermögen erhalten wird.
In der Praxis dieses Bildungsverfahrens ist das verwendete Material vorzugsweise ein Halbleitermaterial mit einem Brechungsindex von 2,5 bis 3,5, bevorzugter zum Beispiel InP. Vorzugsweise wird ein S-polarisiertes Licht in eine Schicht des Photoresists, so wie AZ-1350 J (Handelsname von Azoplate-Shipley, U.S.) unter einem Einfallswinkel von 30º bis 70º eingetragen werden. Weiters wird bevorzugt als Expositionsstrahlung einer Ultraviolettstrahlung verwendet, und die Schichtdicke des Photoresists ist aus dem Dickenbereich ausgewählt, was zur Reflexionsstärke des zweiten Minimums führt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obigen Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen klarer ersichtlich, in denen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Hauptteils eines herkömmlichen DFB-Halbleiter-Lasers ist;
Fig. 2A ein Graph ist, der eine unerwünschte Doppel-Modus- Schwingung in dem in Fig. 1 gezeigten Laser erklärt;
Fig. 2B ein Graph ist, der eine erwünschte Einzelmodus- Schwingung in dem in Fig. 1 gezeigten Laser erklärt;
Fig. 3A eine Querschnittsansicht ist, die das Grundprinzip des Verfahrens zur Bildung von Beugungsgittern gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 3B eine teilweise vergrößerte Ansicht des in Fig. 3A dargestellten Grundprinzips ist;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht ist, die ein Beispiel des Verfahrens zur Bildung der Beugungsgitter gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 5 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der Expositionsmaske gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6 bis 10 Querschnittsansichten der Expositionsmaske gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
Fig. 11 eine Querschnittsansicht ist, die das Grundprinzip des Verfahrens zur Bildung der Beugungsmuster unter Verwendung der Expositionsmaske von Fig. 10 ist;
Fig. 12 eine Querschnittsansicht ist, die ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung der Expositionsmasken ist, wobei ein herkömmlicher Ätzprozesses angewendet wird;
Fig. 13A und 13B Querschnittsansichten sind, die, aufeinanderfolgend, ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung der Expositionsmasken darstellen, wobei ein herkömmliches Abhebungsverfahren angewendet wird;
Fig. 14A bis 14E Querschnittsansichten sind, die, aufeinanderfolgend, das Grundprinzip des Verfahrens zur Herstellung der Expositionsmasken gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 15A bis 15F Querschnittsansichten sind, die, aufeinanderfolgend, ein Beispiel des Herstellungsverfahrens der Expositionsmasken gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 16A bis 16C Querschnittsansichten sind, die, aufeinanderfolgend, ein Beispiel des Herstellungsverfahrens der Expositionsmasken gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 17A bis 17G Querschnittsansichten sind, die, aufeinanderfolgend, ein Beispiel des Herstellungsverfahrens der Expositionsmasken gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 18 ein Graph ist, der das Grundprinzip der Beziehung zwischen der Schichtdicke des Photoresists und seines Reflexionsvermögens zeigt;
Fig. 19 ein Graph ist, der ein Beispiel der Beziehung zwischen der Schichtdicke des Photoresists und seines Reflexionsvermögens zeigt;
Fig. 20 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der Rotationszahl der Schleuder und der Schichtdicke des Photoresists zeigt;
Fig. 21 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der Rotationszahl der Schleuder und dem Reflexionsvermögen des Photoresists zeigt;
Fig. 22 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel der Belichtungsstrahlung oder Expositionsstrahlung und dem Reflexionsvermögen des Photoresists zeigt;
Fig. 23 eine Querschnittsansicht der Expositionsmaske gemäß einer anderen, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 24 eine Querschnittsansicht ist, die das Grundprinzip des Verfahrens zur Bildung der Beugungsgitter unter Verwendung der Expositionsmaske von Fig. 23 ist; und
Fig. 25 eine Querschnittsansicht ist, die ein Beispiel des Verfahrens zur Bildung der Beugungsgitter darstellt, wobei die Expositionsmaske von Fig. 23 verwendet wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bevor die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, wird ein herkömmlicher A/2-verschobener DFB-Halbleiterlaser mit Bezug auf die Fig. 1, 2A und 2B beschrieben.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptteils eines herkömmlichen Λ/2-verschobenen DFB-Halbleiterlasers. In Fig. 1 ist 1 ein InP-Substrat vom n&spplus;-Typ, 2 eine InP-Pufferschicht vom n-Typ, 3 eine InP-Überzugsschicht vom n-Typ, 4 eine undotierte, aktive InGaAsP-Schicht zum Leiten von Licht mit einer Schwingungswellenlänge λg gleich 1,3 um, 5 eine optische Leiterschicht aus InGaAsP vom p-Typ zum Leiten von Licht mit einer Schwingungswellenlänge λg gleich 1,2 um, 6 Beugungsgitter oder Riefelungen, 6S eine phasenverschobene Riefelung, 6N eine nichtverschobene Riefelung, 7 eine InP-Überzugsschicht vom p-Typ, 8 eine InGaAsP-Kontaktschicht vom p&spplus;-Typ, 9 eine n-Seitenelektrode und 10 ist eine p-Seitenelektrode.
Bevor der Λ/2-verschobene DFB-Halbleiterlaser entwickelt wurde, wurde die nichtverschobene Riefelung 6N, wie in der strichlierten Kurve dargestellt ist, angewendet. Die Riefelung 6N ist in Bezug auf die Riefelung 6 auf dem dargestellten Abschnitt der linken Seite von der Mittellinie ML nicht verschoben. Wegen dieser Struktur weist der nichtverschobene DFB-Laser einen Nachteil der instabilen Schwingung auf, wie oben erwähnt. Das heißt, wie in Fig. 2A dargestellt, schwingt der nichtverschobene DFB-Laser schwingt theoretisch mit einer Zweifachmodenschwingung mit zwei Frequenzen λB±α, wo λB die Bragg'sche Frequenz und a eine Konstante ist. Aufgrund eines geringfügigen Unterschieds in den physikalischen Charakteristiken der Riefelung 6 auf dem Abschnitt der linken Seite und der nichtverschobenen Riefelung 6N auf dem Abschnitt der rechten Seite, kann sich die Schwingung in der Praxis zwischen den zwei Resonanzmoden der Wellenlängen λg±α übertragen.
Im herkömmlichen Λ/2-verschobenen DFB-Halbleiterlaser besitzt die Riefelung 6S auf dem Abschnitt der rechten Seite eine Phase, welche genau um Λ/2 von der Phase der Riefelung 6 auf dem Abschnitt der linken Seite mit Bezug auf die Mittellinie ML verschoben ist. Die Bezeichnung "Λ" stellt die Periode der Riefelung 6 dar. Der dargestellte Λ/2-verschobene DFB-Halbleiterlaser schwingt mit einem Primärmodus, in welchem die Länge von zwei Perioden 2Λ der Riefelung 6 gleich ist einer Wellenlänge λ des Lichtes, das hier erzeugt wird. Im Primärmodus führt die Verschiebung der Riefelung um genau Λ/2 zu einer Verschiebung der Lichtphase um λ/4.
Ein Λ/4-verschobener DFB-Halbleiterlaser (nicht gezeigt) schwingt mit einem Sekundärmodus, in welchem die Länge einer Periode Λ der Riefelung gleich ist einer Wellenlänge λ des Lichtes, das hier erzeugt wird. Im Sekundärmodus führt die Verschiebung der Riefelung um genau Λ/4 zu einer Verschiebung der Lichtphase um λ/4.
Falls die Riefelung 6S auf der rechten Seite so hergestellt werden kann, daß sie genau um Λ/2 verschoben und mit der Riefelung 6 auf dem Abschnitt der linken Seite ohne Diskontinuität verbunden ist, würde der oben erwähnte Nachteil im herkömmlichen, nichtverschobenen DFB-Laser verschwinden, so daß der herkömmliche Λ/2-verschobene DFB-Halbleiterlaser überragende Schwingungscharakteristiken einer Einzelmodusschwingung, wie in Fig. 2B gezeigt, liefern würde.
Da jedoch die Periode Λ der Riefelung 6 oder 6N so klein ist wie 0,3 bis 0,4 um, wie oben beschrieben, ist es sehr schwierig, die rechte Riefelung 6S herzustellen, wobei die linke Riefelung genau um Λ/2 verschoben und an der Mittelinie ML ohne Diskontinuität der Riefelungen verbunden ist.
Nun werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Durchgehend durch die Beschreibung und die Zeichnungen sind die gleichen Teile mit den gleichen Bezugssymbolen dargestellt.
Bezugnehmend auf die Fig. 3A und 3B wird nun ein Grundprinzip des Verfahrens zur Bildung von Beugungsgittern oder Riefelungen gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Fig. 3A ist eine Querschnittsansicht des ganzen Teils der Anordnung zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens, und Fig. 3B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Hauptteils der Anordnung von Fig. 3A, außer daß in Fig. 3B phasenverschobene Beugungsgitter auf einer Oberfläche des Substrates bereits gefertigt sind.
Ein Substrat 12 mit einer darauf aufgetragenen Photoresistschicht 13 ist ein Mittel auf einer Hauptoberfläche, auf der phasenverschobene Beugungsgitter gefertigt sind. Zuerst wird ein Muster de beabsichtigten Gitter in der Photoresistschicht 13 gebildet, und dann wird das Muster der Gitter auf das darunterliegende Substrat 12 übertragen. Eine Expositionsmaske 11, von der eine gestufte Oberfläche der Photoresistschicht 13 des Substrates 12 gegenübersteht, enthält ein transparentes Material, so wie Glas. Die Maske 11, wie dargestellt ist, besitzt eine Stufe 14, die mit einem Wellenzentrum C übereinstimmt, wobei sie dadurch zwei verschiedene optische Wege besitzt. Ein optischer Weg des Abschnitts der linken Seite oder des hervorstehenden Bereichs 21 ist länger, als jener des Abschnittes der rechten Seite oder des ausgenommenen Bereichs 22. Anstelle der dargestellten Struktur kann die Maske 11 eine zusammengesetzte Struktur aus der rechten und linken Hälfte besitzen, welche verschiedene Brechungsindices besitzen, um zwei verschiedene optische Wege vorzusehen.
Bei der Bildung der phasenverschobenen Beugungsgitter werden zwei nichtsymmetrische Strahlungsflüsse 15 und 16 auf die Photoresistschicht 13 des Substrates 12 durch die Expositionsmaske 11 eingestrahlt. Ein Einfallswinkel der Strahlungsflüsse 15 und 16 ist θL plus θR, und die zentrale Achse A der Flüsse 15 und 16 ist ziemlich geneigt in Bezug auf die Normale V auf die flache Oberfläche der Maske 11 (im dargestellten Fall ist ein Neigungswinkel mit "Φ" angegeben). Nach der Einstrahlung der Flüsse 15 und 16 werden diese Flüsse in der Photoresistschicht 13 überlagert, wobei dadurch darin ein Muster der Interferenzstreifen (nicht gezeigt) resultiert.
Die zwei Strahlungsflüsse 15 und 16, die als die Belichtungsstrahlungen verwendet werden, werden erzeugt wie es in der Fig. 3A dargestellt ist. Ein einzelner Laserstrahl 20 wird auf einen Halbspiegel 17 gestrahlt, und dann wird der durch den Halbspiegel 17 durchgelassene Laserstrahl 20a bei Strahlung auf die Oberfläche des Spiegels 18 reflektiert. Ein erster Strahlungsfluß 15 wird auf diese Weise erzeugt. Ein zweiter Strahlungsfluß 16 wird erzeugt, nachdem ein auf dem Halbspiegel 17 reflektierter Laserstrahl 20b wieder auf einem Spiegel 19 reflektiert wurde.
Wie aus Fig. 3B offensichtlich ist, wird die Dicke der Expositionsmaske 11 von t&sub1; (linker Abschnitt) auf t&sub2; (rechter Abschnitt) an einer Stelle der Stufe 14 oder dem Schwingungszentrum C verringert. Das bedeutet, daß die vom Schwingungszentrum C zweigeteilte Expositionsmaske 11 zwei verschiedene optische Wege besitzt, das heißt einen längeren optischen Weg im Abschnitt 21 der linken Seite und einen kürzeren optischen Weg im verbleibenden Abschnitt 22 der rechten Seite. Aufgrund dieser Tatsache, und da zwei nichtsymmetrische Strahlungsflüsse 15 und 16 auf die Expositionsmaske 11 eingestrahlt werden, wird ein Muster von phasenverschobenen Interferenzstreifen in der Resistschicht (nicht gezeigt) erzeugt. Danach wird das Resistmuster der phasenverschobenen Interferenzstreifen, welches einem erwünschten Muster der phasenverschobenen Beugungsgitter entspricht, auf das Substrat 12 durch einen herkömmlichen Übertragungsprozeß, so wie Ätzen, übertragen, um Beugungsgitter 23 mit einer Phasenverschiebung an der Position des Schwingungszentrums C zu bilden.
Eine praktische Bildung der phasenverschobenen Beugungsgitter gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch Bezugnahme auf Fig. 4 mehr geschätzt, welche hier aufgenommen wird, um eine gleichzeitige Erzeugung einer Vielzahl von phasenverschobenen DFB-Lasern zu erklären. Eine transparente Maske 11, wie dargestellt ist, besitzt eine Vielzahl von Vorsprüngen mit Stufen 14, und die Vorsprünge sind in einem Intervall oder in einem Teilungsabstand 1 angeordnet, dessen Länge die gleiche ist, wie eine Größe oder Eintiefungslänge des gewünschten DFB-Lasers. Bei Exposition den Expositionsstrahlungen 15 und 16 und bei nachfolgenden Verfahrensschritten wird das Substrat 12, welches Beugungsgitter auf ihm gebildet besitzt, die periodische Phasenverschiebungen aufweisen, erzeugt (nicht gezeigt). Die Positionen der resultierenden Phasenverschiebungen stimmen mit beiden Stufen 14 jedes Vorsprungs überein. Schließlich wird das Substrat mit den phasenverschobenen Gittern an der Schnittlinie D abgeschnitten. Jedes der Schnittstücke des Substrats besitzt eine Phasenverschiebung in einem Zentrum seiner Riefelung.
In der Praxis des vorliegenden Verfahrens ist es wichtig, die Höhe der Vorsprünge der Expositionsmaske zu bestimmen, weil sie Einzelheiten der resultierenden Beugungsgitter und Phasenverschiebungen beeinflussen kann. Die Bestimmung der Vorsprungshöhe oder der Stufenlänge wird hier mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben, in welcher t eine Höhe des Vorsprungs oder der Länge der Stufe 14 ist, und in welcher 1 eine Breite des Vorsprungs oder einer Größe (Eintiefungslänge) des gewünschten DFB-Lasers ist: Als eine Expositionsmaske 11 wird Glasmaterial verwendet, weil es Ultraviolettstrahlung durchlassen kann, das heißt, ein He-Cd-Laserstrahl mit einer Wellenlänge λ von 325 nm (3250 Å) als eine Expositionsquelle. Das verwendete Glasmaterial besitzt einen Brechungsindex von 1,5. Jeder der Einfallswinkel θL und θR ist 54,3º und ein Neigungswinkel Φ ist 5º (siehe Fig. 4). Aus diesen Parametern und der folgenden Gleichung:
2ΛsinθcosΦ = λ
wird die Periode oder der Teilungsabstand Λ der Beugungsgitter mit 200,3 nm (2003 Å) berechnet. Dementsprechend ist es offensichtlich, daß, falls das Glasmaterial (n = 1,5) als die Maske 11 verwendet wird, die Höhe t des Vorsprungs von 2,03 um wirksam ist, eine Phase der Gitter an Positionen beider Stufen 14 umzukehren.
Ein typisches Beispiel der Glasmaterialien, die als Expositionsmaske brauchbar sind, ist Quarz, weil er weniger Absorption der ultravioletten Strahlung anzeigt. Weiters ist daran gedacht, eine Antireflexions-Schicht oder Beschichtung oder, kurz, eine sogenannte "AR-Schicht" auf beide Oberflächen des Glases oder anderer Masken aufzutragen. Die AR-Schicht ist wirksam, eine Bildung der ungeordneten Gitter, die multipler Reflexionen oder Streuung der Strahlungen innerhalb der Maske zuzuschreiben sind, zu verhindern.
Räumliche Phasenmodulationsmasken der vorliegenden Erfindung können verschiedene Formen und Strukturen annehmen, so wie zum Beispiel jene der Fig. 6 bis 10.
Eine Expositionsmaske gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt. Die dargestellte Maske besitzt die Form einer Platte 11, welche aus einem Material besteht, das für die Expositionsstrahlungen transparent ist, so wie Quarzglas, wobei die Platte 11 an einer Hauptoberfläche von ihr selektiv gebildete rechtwinkelige, parallelepipedisch-geformte Vorsprünge 24 besitzt, welche auch aus einem Material bestehen, die für die Expositionsstrahlungen transparent sind, so wie Siliziumdioxid (SiO&sub2;). Die SiO&sub2;-Vorsprünge 24 haben jeweils eine Breite 1 und eine Dicke t&sub1;-t&sub2; (das heißt, die Länge der Stufe 14). Diese Vorsprünge können auf einer Oberfläche der Platte 11 auf irgendeine herkömmliche Art und Weise, so wie Vakuumablagerung, Sprühen, Sputtern oder ähnliche Techniken, abgelagert werden.
Eine andere bevorzugte Expositionsmaske gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 7 gezeigt. Im Gegensatz zur Maske von Fig. 6 besitzt die Maske geätzte Ausnehmungen mit einer Tiefe t. Selektives Ätzen der transparenten Platte 11 wird ausgeführt, um Stufen 14 zu bilden.
Noch eine andere bevorzugte Expositionsmaske gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 8 gezeigt. Die Maske besitzt keine Stufen, wie jene der Fig. 6 und 7, führt jedoch zu ähnlichen Effekten. Dies deswegen, wie dargestellt ist, weil die Maske eine transparente Platte 11, so wie Quarzglas, umfaßt, mit zwei transparenten Schichten 24 und 25, die abwechselnd ohne Lücke auf einer Oberfläche von ihr aufgetragen sind und die verschiedene Brechungsindices besitzen, zum Beispiel SiO&sub2; oder ZrO&sub2;-Schichten. Die Maske besitzt die Form einer transparenten Platte mit einer gleichförmigen Dicke, besitzt aber zwei verschiedene optische Wege, wegen zwei verschiedenen Schichten, die abwechselnd auf ihrer Oberfläche gebildet sind.
Die Expositionsmaske von Fig. 8 kann in der in den Fig. 16A, 16B und 16C abfolgend gezeigten Art und Weise hergestellt werden, zum Beispiel: Eine Platte 11 aus Quarzglas wird vorgesehen (Fig. 16A). Dann, wie in Fig. 16B dargestellt ist, wird eine Schicht 25, die transparent ist, aber einen Brechungsindex besitzt, der von jenem der Platte 11 verschieden ist, zum Beispiel eine ZrO&sub2;-Schicht, auf eine Oberfläche der Platte 11 aufgetragen. Danach, wie in Fig. 16C, wird an jedem der Räume zwischen den zwei benachbarten Schichten 25 ein Material 24 abgelagert, welches transparent ist, und einen Brechungsindex besitzt, der identisch ist mit jenem der Platte 11, zum Beispiel SiO&sub2;. Die Schichten 24 und 25 werden eingeebnet.
Fig. 9 zeigt eine spezielle Form der Expositionsmaske gemäß der vorliegenden Erfindung. Die dargestellte Maske 11 besitzt die Form eines dreieckigen Prismas, das durch drei Oberflächen 26, 27 und 28 definiert ist. Die Oberfläche 26 der Maske besitzt abwechselnd gefertigte Vorsprünge 21 und Ausnehmungen 22. Bei dieser Maske kann eine unerwünschte Reflexion der einfallenden Strahlungen 15 und 16 auf den Oberflächen 27 und 28 wirksam verhindert werden, weil die Strahlungen 15 und 16 senkrecht auf die Oberflächen 27 bzw. 28 geführt werden.
Als eine Modifikation der oben diskutierten Expositionsmasken, gemäß der vorliegenden Erfindung, wird eine eine Licht abschirmende Schicht enthaltende Expositionsmaske vorgesehen, wie zum Beispiel in Fig. 10 gezeigt ist. Eine Licht abschirmende Schicht 29, vorzugsweise eine Metallschicht, zum Stoppen eine Fortschreitens der Expositionsstrahlungen, ist an einer Position der Stufe 14 oder ihrer Nachbarschaft der Maske 11 angeordnet. Die Licht abschirmende Schicht 29 kann gänzlich oder teilweise in die Maske 11 eingebettet sein.
Die Funktion der Licht abschirmenden Schicht 29 in der Maske 11 wird aus Fig. 11 leicht verstanden, welche der Fig. 3B entspricht, außer der Licht abschirmenden Schicht 29 und dem so gebildeten Nicht-Riefelungsbereich 30. Wenn die Expositionsstrahlungen 15 und 16 durch die Maske 11 auf das Substrat 12 eingestrahlt werden, werden sie teilweise durch die Licht abschirmende Schicht 29 gestoppt und werden daher nicht auf einen Bereich 30 des Substrates 12 eingestrahlt (der Bereich 30 ist in Übereinstimmung mit einem Bereich der Licht abschirmenden Schicht 29). Auf diese Weise wird der dargestellte Nicht- Riefelungsbereich 30 gebildet. Die Verwendung einer derartigen Licht abschirmenden Schicht ist wirksam, einen ungünstigen Einfluß der Lichtstreuung im Stufenbereich der Maske auf der darunterliegenden Substratoberfläche zu hemmen und daher einer Bildung der ungeordneten Interferenzstreifen vorzubeugen. Dazu kommt noch, daß diese beachtenswerten Effekte erzielt werden können, sogar obwohl der Stufenteil der Maske aufgrund seines Herstellungsverfahrens unbefriedigend ist. Eine verbesserte Effizienz der Laserschwingung kann konstant aufrechterhalten werden.
Herkömmliche Ätz- oder ähnliche Verfahren sind nicht geeignet in der Herstellung der Expositionsmasken, die oben diskutiert werden, gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Gründe, warum die herkömmlichen Verfahren in der Praxis der vorliegenden Erfindung nicht brauchbar sind, werden hiernach mit Bezug auf Fig. 12 und die Fig. 13A und 13B beschrieben.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung von Expositionsmasken, wobei ein herkömmliches Ätzverfahren verwendet wird. Ein Abschnitt 21, der Vorsprünge bildet, der transparenten Platte 11 ist mit einer Maske 31 bedeckt, und die exponierten Bereiche der Platte 11 werden durch ein chemisches oder ein trockenes Ätzen abgeätzt, um die Ausnehmungen 22 zu bilden. Die Maske 31 wird nach der Bildung der Ausnehmungen 22 entfernt. Unerwünschterweise ist jedoch die resultierende Stufe 14 nicht scharf, sondern bildet einen sanften Abhang. Die Stufe 14 mit ihrem Abhang tendiert dazu, eine unregelmäßige Reflexion oder Streuung der einfallenden Strahlungen zu verursachen, wobei dadurch eine Bildung der erwünschten Interferenzstreifen nicht sichergestellt wird.
Anstelle des Ätzverfahrens, das oben mit Bezug auf Fig. 12 diskutiert wird, kann ein herkömmliches Abhebungsverfahren bei der Herstellung der Expositionsmasken verwendet werden, obwohl es unter Problemen leidet, die den Stufenteil betreffen. Für dieses Verfahren wird eine Expositionsmaske durch Bilden einer Maske 32 auf einem vorbestimmten Bereich (Ausnehmungen-bildenden Bereich) auf der transparenten Platte 11 unter Verwendung einer herkömmlichen Art gebildet wird. Die erhaltene Maske 32 und die exponierte Oberfläche der Platte 11 wird dann mit einer Schicht 33 desjenigen Materials bedeckt, welches identisch ist mit oder ähnlich jenem der Platte 11 (Fig. 13A). Eine Bildung der Schicht 33 wird vorzugsweise unter Verwendung einer herkömmlichen Art, so wie Ablagerung, ausgeführt. Die ein Sandwich bildende Maske 32 wird dann mit irgendeinem geeigneten Lösungsmittel entfernt, um gleichzeitig das darüberliegende Material zu entfernen. Als Ergebnis wird die Expositionsmaske erzeugt, welche darauf abwechselnd gebildete Vorsprünge 21 und Ausnehmungen 22 besitzt (Fig. 13B).
Die obige Expositionsmaske, die unter Verwendung des Abhebungsverfahrens hergestellt wurde, besitzt Ausnehmungen 22 mit einer Bodenoberfläche, die eine hohe Oberflächengenauigkeit besitzt. Eine solche hohe Genauigkeit ist jedoch im Hinblick auf die Bedingungen des Abhebungsverfahrens nur dann erzielbar, wenn die Schicht 33 mit den Vorsprüngen eine Dicke von ungefähr 0,2 um besitzt, während eine Dicke der Schicht 33 der vorliegenden Expositionsmaske im allgemeinen in einem Größenbereich von 2 bis 3 um sein muß. Tatsächlich ist es schwierig, falls das Abhebungsverfahren angewendet wird, um die Schicht 33 der vorliegenden Expositionsmaske selektiv zu entfernen, die Maske 33 in den ausgewählten Bereichen vollständig zu entfernen, sogar falls die Maske 32 entfernt werden kann. Weiters ist es aus Fig.
13B offensichtlich, daß unannehmbare Sprünge 34 in der Stufe 14 oder in anderen Teilen der erhaltenen Expositionsmaske gebildet sind. Aufgrund dieser Mängel kann die Expositionsmaske gemäß dem Abhebungsverfahren die optischen Charakteristiken der Beugungsgitter des DFB-Lasers nachteilig beeinflussen. Es ist daher wünschenswert, Fehlern der Stufen oder anderer Teile, die während der Herstellung der Expositionsmaske hervorgerufen werden, vorzubeugen.
Wir fanden nun, daß zufriedenstellende Expositionsmasken zur Verwendung zur Bildung der phasenverschobenen Beugungsgitter gemäß einem neuen Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können.
Das Grundprinzip des Herstellungsverfahrens für die Expositionsmasken gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als Abfolge in den Fig. 14A bis 14E dargestellt. Die Herstellung der Expositionsmaske von Fig. 14E wird von Fig. 14A gestartet, in welcher ein Substrat 11 für die Expositionsmaske eine erste Maske 35 besitzt, die in Übereinstimmung mit den Ausnehmungen 22 der Fig. 14E positioniert ist. Nach der Bildung der ersten Maske 35 wird eine Schicht 24 über eine obere Oberfläche des Substrates 11 beschichtet, wie in Fig. 14B. Danach, wie in Fig. 14C, wird eine zweite Maske 37 über die ausgewählten Bereiche der Schicht 24 aufgetragen, welche den Bereichen 21 mit den Vorsprüngen von Fig. 14E entsprechen. Nachdem die zweite Maske 37 aufgetragen wurde, wird die Schicht 24, die über der ersten Maske 35 liegt, selektiv abgeätzt. Das Ergebnis ist in Fig. 14D dargestellt. Schließlich werden die erste und die zweite Maske 35 und 37 entfernt, um die Expositionsmaske von Fig. 14E zu erhalten. Eine Kombination dieser Verfahrensschritte ist wirksam, die Expositionsmaske mit einer verbesserten Oberflächengenauigkeit zu erhalten.
Insbesondere kann das in den Fig. 14A bis 14E im Prinzip dargestellte Verfahren bevorzugt ausgeführt werden, wie in den Fig. 15A bis 15F zum Beispiel dargestellt ist.
Zuerst, wie in Fig. 15A, wird auf einer oberen Oberfläche einer 1 mm dicken Quarzplatte 11 mit optisch polierten Oberflächen als ein Substrat für die Expositionsmaske eine streifengeformte Aluminium (Al) Schicht 35 als eine erste Maske abgelagert. Die Ablagerung der Aluminium-Schicht 35 wird vorzugsweise unter Verwendung eines herkömmlichen Abhebungsverfahrens erreicht. Die Aluminium-Schicht 35 hat eine Dicke von 70 nm (700 Å), eine Breite von 300 um und ein Intervall von 300 m (Periode von 600 um).
Zweitens, wie in Fig. 15B, wird eine SiO&sub2;-Schicht 24 von 2,14 um über die Quarzplatte 11 laminiert, wobei eine Sputter- Technik verwendet wird. Das Sputtern kann durch andere Laminierungstechniken, so wie Ablagerung, ersetzt werden.
Nachdem eine Bildung der SiO&sub2;-Schicht 24 beendet wurde, wird ein Photoresist über die SiO&sub2;-Schicht 24 aufgetragen. Die Schicht des Photoresists, wie in Fig. 15C gezeigt ist, wird einem Muster von Expositionsstrahlen von der Rückseite der Platte exponiert, und dann wird nur der exponierte Teil der Photoresist-Schicht selektiv entfernt, um ein Muster des Photoresists 36 herzustellen, welches mit dem Muster der ersten Aluminiummaske 35 übereinstimmt. Das Ausbilden der Muster des Photoresists wird unter Verwendung eines herkömmlichen Selbstausrichtungsverfahrens ausgeführt.
Beim Folgen des Selbstausrichtungsschrittes, um eine zweite Maske zu bilden, wird eine Aluminium-Schicht mit einer Dicke von 120 nm (1200 Å) über der gesamten Oberfläche der Platte 11 abgelagert und mit einem herkömmlichen Abhebungsverfahren selektiv entfernt, wobei das früher abgelagerte Muster des Photoresists 36 verwendet wird. Wie in Fig. 15D gezeigt wird, bleibt eine zweite Aluminiummaske 37 zurück, deren Muster jenen Bereichen entspricht, die anders sind, als die der ersten Aluminiummaske 35.
Danach wird ein Reaktivion-Ätzen oder sogenanntes "RIE" in einer Atmosphäre aus Kohlenstofftetrafluorid (CF&sub4;), die 5% Sauerstoff (O&sub2;) enthält, ausgeführt, um die nicht maskierte SiO&sub2;-Schicht 24 zu entfernen, bis die darunterliegende erste Maske 35 gerade freigelegt ist (siehe Fig. 15E). Eine SiO&sub2;-Schicht 24 unter der zweiten Maske 37 und die Quarzplatte 11 werden nicht abgeätzt, weil sie durch die Masken 37 bzw. 35 geschützt sind.
Schließlich werden die verbleibenden Masken 35 und 37 zum Beispiel mit chemischem Ätzen entfernt. Eine Expositionsmaske, welche die Quarzplatte 11 mit SiO&sub2;-Vorsprüngen 24 umfaßt, ist hergestellt (siehe Fig. 15F). Sie besitzt optische Oberflächen mit einer hohen Oberflächengenauigkeit, weil, wie oben eben beschrieben wurde, ihre Vorsprünge 21 und Ausnehmungen 22 mit den Masken 37 und 35 geschützt wurden. Zusätzlich ist ihre Stufe 14 scharf und senkrecht wegen der Verwendung von RIE im Ätzschritt von Fig. 15E.
Die so hergestellte Quarzmaske kann wirksam als eine transparente Maske in der Herstellung der phasenverschobenen Beugungsgitter verwendet werden, ohne unter der Reflexion und Streuung von Strahlungen zu leiden.
Im oben mit Bezug auf die Fig. 15A bis 15F beschriebenen Beispiel wurde ein Selbstausrichtungsverfahren verwendet, um das Muster des Photoresists 36 zu bilden, zur Verwendung bei der Herstellung der zweiten Maske 37, obwohl natürlich jedes herkömmliche Verfahren in der Herstellung der zweiten Maske 37 verwendet werden kann. Ferner, während das vorliegende Verfahren im obigen Beispiel über die Bildung der Vorsprünge und Ausnehmungen in der Expositionsmaske zur Verwendung in der Herstellung der DFB-Laser als ein besonderes Beispiel erklärt wurde, kann es in vielen anderen Anwendungen zum Zweck der Bildung der Vorsprünge und Ausnehmungen angewendet werden. Das vorliegende Verfahren kann zum Beispiel wirksam verwendet werden, um ein epipaxiales Wachstum mit einer hohen Genauigkeit an der Bodenoberfläche der Ausnehmungen 22 zu erzielen (siehe Fig. 15F).
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel die Expositionsmaske von Fig. 10 gemäß der Art und Weise, wie sie schematisch als Abfolge in den Fig. 17A bis 17G gezeigt ist, hergestellt werden.
Als ein erster Schritt des Herstellungsverfahrens wird eine 1 mm dicke Quarzplatte 11 mit optisch polierten Oberflächen hergestellt. Die Platte 11, wie in Fig. 17A dargestellt, enthält eine früher eingebettete, Licht abschirmende Schicht 29 an einer Position von jedem der Stufen 14 von Fig. 17G, welche hiernach beschrieben werden. In diesem Fall ist die Licht abschirmende Schicht 29 vollständig in die Platte 11 eingebettet, während sie teilweise von oder auf einer Oberfläche der Platte 11 vorgebaut bzw. aufgetragen sein kann. Die Platte 11 wird als ein Substrat für die Expositionsmaske verwendet.
Die nachfolgenden Herstellungsschritte, die in den Fig. 17B bis 17G dargestellt sind, sind im wesentlichen die gleichen, wie jene der Fig. 15A bis 15F, die oben diskutiert wurden, außer mit der Maßgabe, daß, in den vorherigen Schritten die Quarzplatte 11 die Licht abschirmenden Schichten 29 enthält, und jeweils die erste Maske, das Resistmuster, dessen Position jener der ersten Maske entspricht und die zweite Maske die neuen Bezugsziffern "38", "39" bzw. "40" besitzen. Diese Schritte werden nun kurz so beschrieben:

Fig. 17B

Eine erste Aluminium-(Al)-Maske 38 wird auf die Quarzplatte 11 abgelagert.

Fig. 17C

Eine Schicht aus Siliziumdioxid (SiO&sub2;) 24 wird mit einer Schichtdicke von 2,14 um gesputtert.

Fig. 17D

Ein Muster des Photoresists 39 zur Verwendung zur Bildung einer zweiten Maske im nächsten Schritt wird auf der SiO&sub2;- Schicht 24 gebildet.

Fig. 17E

Eine zweite Aluminium-(Al)-Maske 40 wird unter Verwendung des Photoresistmusters 39 und in Entsprechung mit einem herkömmlichen Abhebungsverfahren gebildet.

Fig. 17F

Eine nicht-maskierte SiO&sub2;-Schicht 24 wird selektiv in Gegenwart der ersten und der zweiten Al-Masken 38 und 40 in Entsprechung mit einem herkömmlichen RIE-Verfahren geätzt.

Fig. 17G

Die verbleibenden Masken 38 und 40 werden chemisch geätzt. Die dargestellte Expositionsmaske, die in sich die Licht abschirmenden Schichten 29 eingebettet besitzt, wird hergestellt.
Das Material, das als eine Licht abschirmende Schicht in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist vorzugsweise ein Material, das in der Lage ist, einem chemischen Ätzen im Schritt von Fig. 17G zu widerstehen. Eine Breite der streifengeformten Licht abschirmenden Schicht kann weit variiert werden, falls es aber erwünscht ist, eine Expositionsmaske für die phasenverschobenen Interferenzstreifen mit einem Teilungsabstand von 300 um und einer Dicke von 2 um herzustellen, ist die Verwendung der Licht abschirmenden Schicht mit einer Breite von 2 bis 3 um am wirksamsten.
Die Expositionsmaske, die nach den obigen Verfahrensschritten hergestellt ist, besitzt optische Oberflächen mit einer hohen Oberflächengenauigkeit, da ihre Vorsprünge 21 und Ausnehmungen 22 während des Ätzschrittes der Fig. 17F von den Masken 38 und 40 geschützt waren. Unter Verwendung dieser Expositionsmaske zur Bildung der phasenverschobenen Beugungsgitter kann die Streuung der einfallenden Strahlungen 15 und 16 an der Stufe 14 dieser Maske wirksam verhindert werden, und zusätzlich können ausgezeichnete Gitter 23 mit einer hohen Genauigkeit hergestellt werden, wegen der Anwesenheit des Nicht-Riefelungsbereiches 30 (siehe Fig. 11).
Zusätzlich besprochen kann eine Licht abschirmende Schicht einem Stufenteil der Expositionsmaske bei irgendeinem geeigneten Schritt der Herstellung angewendet werden, obwohl sie im obigen Beispiel bereits in die Quarzplatte eingebettet wurde. Falls zum Beispiel die Expositionsmaske in einer in den Fig. 15A bis 15E dargestellen Art und Weise hergestellt ist, kann eine Licht abschirmende Schicht der Stufe 14 der Maske nach der Bildung der Vorsprünge 21 und der Ausnehmungen 22 aufgetragen werden.
Details der Exposition im Verfahren für die phasenverschobenen Beugungsgitter gemäß der vorliegenden Erfindung wurden dargestellt in und hier oben mit Bezug auf die Fig. 3A und 3B beschrieben. Bezugnehmend wieder auf Fig. 3A werden zwei Expositionsstrahlungsflüsse 15 und 16 durch die Maske 11 auf das Substrat 12 eingestrahlt, welches eine Photoresist-Schicht 13 besitzt, unter den Einfallungswinkeln θL bzw. θR. Die einfallenden Strahlungen 15 und 16 interferieren in der Photoresist-Schicht 13, um phasenverschobene Interferenzstreifen zu bilden. Die Interferenzstreifen werden dann auf das darunterliegende Substrat 12 übertragen, um phasenverschobene Beugungsgitter oder Riefelungen darin zu bilden.
In einem solchen Fall, und falls der zu fertigende Laser ein DFB-Halbleiterlaser des langen Wellenlängentyps ist, in welchem das Substrat aus InP besteht und seine aktive Schicht aus InGaAsP gemacht ist, ist die Periode oder der Teilungsabstand Λ der Gitter des resultierenden Halbleiter-Lasers 199,5 nm (1995 Å), wobei angenommen wird, daß der wirksame Brechungsindex n des aktiven Lasers 3,283 und die Bragg'sche Wellenlänge λ&sub0; 1,31 um ist. Der Teilungsabstand Λ von 199,5 nm (1995 Å) des Gitters wird erhalten, falls He-Cd-Laserstrahlen mit einer Wellenlänge von 325 nm (3250 Å) als die Expositionsstrahlungen 15 und 16 auf eine Oberfläche der Expositionsmaske 11 unter einem Einfallswinkel von θL = θR = 54,5º eingestrahlt werden. Diese Strahlungen werden ferner unsymmetrisch in bezug auf die Normale V der Maske 11 eingestrahlt, da ihre zentrale Achse A unter dem Winkel Φ von der Normalen V geneigt ist. Falls daher der Neigungswinkel Φ 5º ist, ist ein Einfallswinkel der Strahlung 15 θL + Φ, das heißt 59,5º, und der der Strahlung 16 ist θR - Φ, das heißt 49,5º.
Die Exposition der Photoresist-Schicht 13 durch die Maske 11 der Strahlungen 15 und 16 sollte idealerweise ohne wiederholte Reflexionen, nämlich sogenannte "multiple Reflexionen" zwischen der Maske 11 und des Photoresists 13 geführt werden. Es ist jedoch der Fall, daß solche multiplen Reflexionen notwendigerweise während der Muster-weisen Exposition der Photoresist-Schicht verursacht werden. Eine Reflexion der Strahlung an beiden Oberflächen der Maske 11 kann verhindert oder auf ein vernachlässigbares Ausmaß reduziert werden, falls eine oder beide Obverflächen der Maske 11 mit einer Antireflexions-Schicht (nicht gezeigt) beschichtet ist, aber eine Reflexion der Strahlung an einer exponierten Oberfläche der Photoresist-Schicht 13 kann weder verhindert noch reduziert werden, weil eine Anwendung einer derartigen Antireflexions- Schicht auf die Schichtoberfläche aus technischen Gründen und insbesondere aus nachteiligen Effekten der Antireflexions- Schicht auf die Expositionsergebnisse nicht erlaubt ist. Multiple Reflexionen verursachen eine Unausgeglichenheit und Unordnung im Muster der resultierenden Interferenzstreifen und schließlich unerwünschte Gitter im gefertigen Halbleiter-Laser. Es ist daher wünschenswert, eine Reflexion der Strahlung an der Oberfläche des Substrates auf ein Ausmaß zu steuern, welches eine Laserschwingung in der Herstellung der Muster des Lasers nicht behindert, mit anderen Worten, ein Reflexionsvermögen von ungefähr 5% oder weniger.
Um unerwünschte Reflexionen an einer Oberfläche des Substrates zu verringern, studierten wir eine Verbesserung des Expositionsverfahrens, und fanden ein neues Expositionsverfahren, von dem ein Grundprinzip in einem Graph von Fig. 18 gezeigt ist. Der Graph wurde gewonnen durch Einstrahlen von S-polarisierten Lichtern unter einem Einfallswinkel von 54,5º auf ein mit einer Photoresist-Schicht beschichtetes InP- Substrat, wobei das Reflexionsvermögen für die Strahlung als eine Funktion der Schichtdicke der Photoresist-Schicht bestimmt und die Ergebnisse aufgetragen wurden.
Der Graph von Fig. 18 zeigt an, daß das Reflexionsvermögen für die Strahlung an der Oberfläche des Substrates in Abhängigkeit von der Dicke der Photoresist-Schicht variiert. Dies lehrt, daß, gemäß der vorliegenden Erfindung, multiple Reflexionen der Expositionsstrahlung wirksam gehemmt werden können, indem eine Dicke der Photoresist-Schicht auf eine solche justiert wird, die zu einer reduzierten Reflexionsvermögen der Strahlung an der Substratoberfläche führt. In dieser Erfindung wird nämlich eine Dicke der Photoresist-Schicht auf dem Substrat in Abhängigkeit von einer Wellenlänge der Expositionsstrahlung, der Type des polarisierten Lichts, einem Einfallswinkel der Lichter und einem Brechungsindex des Substrates ausgewählt, so daß sie das niedrigste Reflexionsvermögen für die Strahlung an der Oberfläche des Substrates erzielt.
Das neue Expositionsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird aus den folgenden Beschreibungen und den zugehörigen Fig. 19 bis 22 mehr anerkannt werden.
Es ist eine Prämisse in der Praxis des Expositionsverfahrens der vorliegenden Erfindung, daß es für eine Oberfläche des Substrates, insbesondere eines InP-Substrates, absolut notwendig ist, eine Photoresist-Schicht darauf beschichtet zu besitzen, um ein Reflexionsvermögen von 5% oder weniger aufzuweisen. Um daher sicherzustellen, ob ein derartiges Reflexionsvermögen praktisch erzielt werden kann oder nicht, wurde ein komplexer Brechungsindex der Strahlung im Photoresist: AZ-1350 J (oben beschrieben), das auf das Quarzsubstrat aufgetragen ist, zuerst aus Messungen der Durchlässigkeit und des Reflexionsvermögens gerechnet. Es wurde gefunden, daß die Brechungsindices der Strahlungen (Wellenlänge 325 nm (3250 Å)) im Photoresist: AZ-1350 J 1,75 (Realteil) und 0,045 (Imaginärteil) waren. Zusätzlich wurden die Brechungsindices der gleichen Strahlung im InP-Substrat aus der Literatur bestätigt, daß sie 3,035 (Realteil) und 1,432 (Imaginärteil) sind. Unter Verwendung dieser Parameter wurde ein Reflexionsvermögen des InP-Substrates, auf welches ein S-polarisiertes Licht unter einem Einfallswinkel von 54,5º eingestrahlt wurde, berechnet als eine Funktion der Schichtdicke des Photoresists. Die Ergebnisse sind in Fig. 19 aufgetragen, welche angibt, daß ein minimales Reflexionsvermögen bei Schichtdicken von ungefähr 45 nm (450 Å) und ungefähr 150 nm (1500 Å) erhalten wird. Die Schichtdicke von ungefähr 45 nm (450 Å) ist nicht geeignet, da eine derartig dünne Schicht technische und andere Probleme besitzt. Es ist daher mehr vorzuziehen, eine Schichtdicke des Photoresists von ungefähr 150 nm (1500 Å) in der Praxis der vorliegenden Erfindung zu verwenden.
Weiters fanden wir in den Fällen, in denen das Photoresist auf das Substrat schleuderbeschichtet ist, daß die Schichtdicke des Photoresists mit der Steuerung der Rotation der verwendeten Schleuder steuerbar ist. Diese Tatsache ist aus Fig. 20 ersichtlich, welche unter Verwendung experimenteller Ergebnisse aufgetragen wurde, die beim Schleuder-Beschichten des Photoresists: AZ-1350 J auf dem InP-Substrat erhalten wurden. Der Graph der Fig. 20 gibt an, daß die Photoresist-Schicht mit einer Dicke von 150 nm (1500 Å) bei einer Schleuderrotation von ungefähr 4000 Umdrehungen/min erhalten wird. Auf ähnliche Weise ist das Reflexionsvermögen der Strahlung an der Oberfläche des Substrates mit der Steuerung der Rotationen der Schleuder steuerbar. Der Graph von Fig. 21 wurde unter Verwendung experimenteller Ergebnisse aufgetragen und gibt an, daß ein minimales Reflexionsvermögen bei den Rotationen der Schleuder von ungefähr 1500 Umdrehungen/min und ungefähr 4000 Umdrehungen/min erhalten wird. Daher kann geschlossen werden, daß ein minimales Reflexionsvermögen erzielt wird, falls das Photoresist bei ungefähr 4000 Umdrehungen/min schleuderbeschichtet wird, um eine Schichtdicke von ungefähr 150 nm (1500 Å) zu erhalten.
Als nächstes wurde die Abhängigkeit des Reflexionsvermögens des Substrates vom Einfallswinkel der Strahlung bestimmt. Dies wurde durchgeführt durch Messen des Reflexionsvermögens des mit dem Photoresist: AZ-1350 J beschichteten InP-Substrates unter verschiedenen Einfallswinkeln des S-polarisierten Lichtes mit einer Wellenlänge von 325 nm (3250 Å). Die Schichtdicke des Photoresists betrug 150 nm (1500 Å). Die Ergebnisse sind in Fig. 22 zusammengefaßt. Der Graph von Fig. 22 gibt an, daß, wenn die Strahlungen 15 und 16 unter den Einfallswinkeln von 59,5º bzw. 49,5º eingestrahlt werden, wie oben mit Bezug auf Fig. 3A diskutiert, zufriedenstellende Ergebnisse, nämlich ein Reflexionsvermögen von 5% oder weniger, erhalten werden, wobei dadurch ein Vorbeugen vor multiplen Reflexionen der Strahlung zwischen der Maske und dem Substrat ermöglicht wird.
Um zusätzlich eine wirksame Feldinterferenz der zwei Flüsse der einfallenden Strahlung zu erzielen, ist es bevorzugt, ein S-polarisiertes Licht oder Komponente als Einfallsstrahlung zu verwenden, weil die am Substrat ausgetragene Photoresist-Schicht einem Schwingungsfeld der Strahlung exponiert ist. Das S-polarisierte Licht wird in die Photoresist-Schicht vorzugsweise unter einem Einfallswinkel von 30º bis 70º eingebracht.
Um außerdem eine effektive Hemmung der Reflexion an der Oberfläche des Substrates zu erzielen, ist es bevorzugt, das Substrat mit einem Brechungsindex von 2,5 bis 3,5, vorzugsweise ungefähr 3,0 (InP = 3,035) zu verwenden. Dies deshalb, weil das Reflexionsvermögen an der Oberfläche des Substrates auch vom Brechungsindex des Substrates beeinflußt wird.
Als eine spezielle Modifikation der phasenverschobenen Beugungsgitter der vorliegenden Erfindung, werden gemäß der vorliegenden Erfindung auch eine Expositionsmaske, ihr Herstellungsverfahren und ihre Verwendung zur Bildung von weiteren, phasenverschobenen Beugungsgittern vorgesehen. Diese Erfindungen werden hiernach mit Bezug auf die Fig. 23 bis 25 beschrieben.
Fig. 23 ist eine Querschnittsansicht der Expositionsmaske gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt ist, liegt die Expositionsmaske in der Form einer transparenten Platte 42 vor, von der eine Hauptoberfläche phasenverschobene Beugungsgitter 43 besitzt, die auf ihr gebildet sind. Eine Phasenverschiebung der Gitter 43 ist in Übereinstimmung mit dem Schwingungszentrum C positioniert (andere Linien der Schwingungszentren wurden einfachheitshalber von dieser Zeichnung weggelassen). Die Gitter besitzen Phasenverschiebungen, von denen jede vorzugsweise um einen Betrag einer halben ihrer Periode verschoben ist. Ferner haben eine Beugungsgitter-gefertigte Oberfläche 43 der Platte 42 und eine andere Oberfläche, die ihr gegenübersteht, eine Antireflexions- Schicht (nicht gezeigt), die auf jede der Oberflächen beschichtet ist.
Die obigen Expositionsmasken der vorliegenden Erfindung können gemäß der Art und Weise hergestellt werden, die ähnlich jener ist, die zum Beispiel oben mit Bezug auf die Fig. 3A und 3B, und die Fig. 4 und die Fig. 11 beschrieben sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung können daher die die phasenverschobenen Gitter enthaltenden Expositionsmasken auf einfache Weise massenproduziert werden, indem wiederholt die erste hergestellte Expositionsmaske mit der gleichen Struktur verwendet wird. Falls es ferner erwünscht ist, können die Gitter auf einer Oberfläche der Expositionsmaske mit einer Elektronenstrahl-Lithographie gefertigt werden.
Die so hergestellten, die phasenverschobenen Gitter enthaltenden Masken gemäß der vorliegenden Erfindung können zur Bildung der phasenverschobenen Beugungsgitter der DFB-Laser oder ähnlicher Vorrichtungen verwendet werden. Tatsächlich ist es bei Verwendung solcher Masken möglich, ein einfacheres und kleineres optisches Expositionssystem bei der Herstellung von phasenverschobenen Beugungsgittern, im Vergleich mit den herkömmlichen Expositionssystemen, zu verwenden. Die optischen Expositionssysteme, die im vorliegenden Verfahren verwendet werden, besitzen einen Vibrationswiderstand und sind aufgrund ihrer einfachen Struktur leicht verwendbar.
Fig. 24 ist eine Querschnittsansicht, die das Grundprinzip des Verfahrens für die Bildung der Beugungsgitter unter Verwendung der Expositionsmaske von Fig. 23 darstellt. Ein Substrat 12 mit einer Oberfläche für die zu fertigenden Beugungsgitter besitzt eine Schicht 13 des Photoresists. Eine Gitter-gefertigte Oberfläche 43 der Expositionsmaske 42 wird der Photoresist-Schicht 13 des Substrates 12 gegenübergestellt. Die Gitter der Maske 42, wie dargestellt ist, haben periodisch angeordnete Phasenverschiebungspunkte, von denen jeder mit dem Oszillationszentrum C übereinstimmt. Einfallende Lichter, die in einer Richtung fließen, als die Expositionsstrahlungen, werden von der Bezugsziffer 44 identifiziert.
Die einfallenden Lichter 44, nachdem sie durch die Maske 42 passiert haben, erzeugen zwei verschiedene Lichter, das heißt die durchgelassenen Lichter 45 und die gebeugten Lichter 46, welche den gleichen Emissionswinkel und die gleiche Intensität besitzen. Die durchgelassenen Lichter 45 entsprechend den Strahlungen 16, und die gebeugten Lichter 46 den Strahlungen 15 (siehe zum Beispiel Fig. 4A und 3B).
Die in zwei Richtungen fließenden Lichter 45 und 46 werden dann auf die Photoresist-Schicht 13 eingestrahlt, in welcher auf diese Weise ein Muster von Interferenzstreifen (nicht gezeigt) gebildet wird. Das Muster der Interferenzstreifen wird dann auf das darunterliegende Substrat 12 übertragen, um Beugungsgitter (nicht gezeigt) auf seiner Oberfläche zu fertigen. Die erhaltenen, phasenverschobenen Beugungsgitter entsprechen jenen der Maske 42 und natürlich die phasenverschiebenden Punkte des früheren, jenen des letzten.
Das oben beschriebene Verfahren zur Gitterbildung der vorliegenden Erfindung wird mehr anerkannt werden von Fig. 25, welche ein Beispiel des vorliegenden Verfahrens darstellt.
Eine Gitter-gefertigte Oberfläche 43 der Maske 42 wird mit einer Photoresistschicht 13 des InP-Substrates 12 in Kontakt gebracht. Dann werden S-polarisierte Lichter 44 als die Expositionsstrahlen eingestrahlt, welche in die durchgelassenen Lichter 45 und in die hauptsächlich gebrochenen Lichter 46 geteilt werden, von welchen jede die gleiche Intensität und den gleichen Emissionswinkel besitzen. Die auf die Photoresistschicht 13 einfallenden Lichter 45 und 46 bilden ein Muster von Interferenzstreifen (nicht gezeigt), welches dann auf eine Oberfläche des Substrates 12 übertragen wird, unter Anwendung von Ätzen oder einem ähnlichen Verfahren, um darin Beugungsgitter zu bilden. In diesem Übertragungsverfahren, falls die Gitter der Maske 42 eine Phasenverschiebung von einem halben Teilungsabstand an jedem der Positionen besitzen, die dem Schwingungszentrum C entsprechen, werden auch solche Phasenverschiebungen auf die Oberfläche des Substrates 12 übertragen, wobei dadurch λ/4-verschobene Beugungsgitter resultieren. Dies ist deshalb, weil eine Phase der gebeugten Lichter 46 umgekehrt wurde, obwohl jene der durchgelassenen Lichter 45 nicht geändert wurde.

Claims

1. Räumliche Phasenmodulationsmaske (11) zur Verwendung zur Bildung von Beugungsgittern (23), wobei eine Zweistrahlen- Interferenzbelichtung angewendet wird, mit:

einem Material, das für die Strahlung transparent ist, die in einem Belichtungsschritt zur Bildung von Beugungsgittern verwendet wird, welches Material einen ersten und einen zweiten Teil besitzt, die zwei verschiedene optische Wege vorsehen, die an ein Schwingungszentrum (C) angrenzend positioniert sind, wobei jeder Teil so strukturiert ist, daß, wenn zwei asymmetrische Strahlungsflüsse (15, 16) unter verschiedenen Winkeln auf das Schwingungszentrum derart eingestrahlt werden, daß eine Mittellinie (A) der Flüsse in Bezug auf eine Normale (V) der Maske (11) geneigt ist, ein phasenverschobenes Muster von Interferenzstreifen, das um das Schwingungszentrum (C) phasenverschoben ist, aus der Maske austritt.

2. Maske wie in Anspruch 1 in der Form einer Platte mit zwei oder mehreren rechtwinkeligen, quaderförmig geformten Ausnehmungen, die selektiv auf einer Hauptoberfläche von ihr gebildet sind.

3. Maske wie in Anspruch 2, in welcher eine Licht abschirmende Schicht in jeder der zwei Kanten des Bodens der Ausnehmungen angeordnet ist.

4. Maske wie in Anspruch 3, in welcher die Licht abschirmende Schicht eine Metallschicht ist.

5. Maske wie in Anspruch 3, in welcher die ganze oder ein Teil der Licht abschirmenden Schicht in der Maske eingebettet ist.

6. Maske wie in Anspruch 2, in welcher eine mit Ausnehmungen gefertigte Oberfläche der Platte und eine andere Oberfläche, die ihr gegenübersteht, eine Antireflexionsschicht besitzen, die auf jeder der Oberflächen aufgetragen ist.

7. Maske wie in Anspruch 1 in der Form einer Platte, welche selektiv an einer Hauptoberfläche von ihr zwei oder mehrere rechtwinkelige, quaderförmig geformte Vorsprünge besitzt, welche aus einem Material bestehen, das für die in einem Belichtungsschritt zur Bildung der Beugungsgitter verwendeten Strahlungen transparent ist, wobei jeder der rechtwinkeligen, quaderförmig geformten Räume zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen mit einem Material ausgefüllt ist, welches für die in einem Belichtungsschritt zur Bildung der Beugungsgitter verwendeten Strahlungen transparent ist, welches aber einen Brechungsindex besitzt, der verschieden ist von jenem der Vorsprünge.

8. Maske wie in Anspruch 7, in welcher eine Licht abschirmende Schicht in jedem der beiden Kantenbereiche des Bodens der Vorsprünge angeordnet ist.

9. Maske wie in Anspruch 8, in welcher die Licht abschirmende Schicht eine Metallschicht ist.

10. Maske wie in Anspruch 8, in welcher die ganze oder ein Teil der Licht abschirmenden Schicht in die Maske eingebettet ist.

11. Maske wie in Anspruch 7, in welcher eine mit Vorsprüngen gefertigte Oberfläche der Platte und eine andere Oberfläche, die ihr gegenübersteht, eine Antireflexionsschicht besitzen, die auf jede der Oberflächen aufgetragen ist.

12. Maske wie in Anspruch 1 in der Form einer Platte, auf deren einer Hauptoberfläche phasenverschobene Beugungsgitter gebildet sind.

13. Maske wie in Anspruch 12, in welcher die Beugungsgitter gebeugte und durchgelassene Lichter erzeugen, die den gleichen Emissionswinkel und die gleiche Stärke besitzen, nachdem eine einfallende Belichtungsstrahlung durch sie hindurchgeführt wurde.

14. Maske wie in Anspruch 12, in welcher die Beugungsgitter eine Phase besitzen, die um den Betrag ihrer halben Periode verschoben ist.

15. Maske wie in Anspruch 12, in welcher eine mit Beugungsgittern gefertigte Oberfläche der Platte und eine andere Oberfläche, die ihr gegenübersteht, eine Antireflexionsschicht besitzen, die auf jede der Oberflächen aufgetragen ist.

16. Maske wie in Anspruch 1 in der Form eines dreiseitigen Prismas, auf dessen einer Hauptoberfläche selektiv zwei oder mehrere rechtwinkelige, quaderförmig geformte Ausnehmungen gebildet sind.

17. Maske wie in Anspruch 16, in welcher alle der drei Hauptoberflächen des Prismas eine Antireflexionsschicht besitzen, die auf jeder der Oberflächen aufgetragen ist.

18. Maske wie in Anspruch 1, worin das Material eine flache Oberfläche besitzt und eine gegenüberliegende Oberfläche mit zumindest einer darin gebildeten Stufe.

19. Verfahren zur Herstellung einer räumlichen Phasenmodulationsmaske mit einem Substrat, das zwei oder mehrere Vorsprünge und Ausnehmungen besitzt, die abwechselnd auf einer Oberfläche desselben gebildet sind, welches Verfahren die Schritte umfaßt:

Bilden - auf einer Oberfläche des Substrats - einer ersten maskierenden Schicht mit einem Muster, welches einem Muster der Ausnehmungen entspricht, die auf dem Substrat gebildet werden sollen;

Beschichten der ersten maskierenden Schicht und der unbeschichteten Oberfläche des Substrates mit einem Vorsprünge bildenden Material;

Bilden auf einer Beschichtung des Materials, das Vorsprünge bildet, einer zweiten maskierenden Schicht, welche ein Muster aufweist, das einem Muster der Vorsprünge entspricht, die auf dem Substrat gebildet werden sollen;

Abätzen der unmaskierten Beschichtung des Materials, das Vorsprünge bildet, bis die darunterliegende, erste maskierende Schicht gerade freigelegt ist; und

Entfernen der ersten und der zweiten maskierenden Schicht.

20. Verfahren wie in Anspruch 19, in welchem sowohl das Substrat als auch die Beschichtung des Materials, das die Vorsprünge bildet, transparent sind, und in welchem, bei der Bildung der zweiten maskierenden Schicht, ein Photoresistmuster, welches einem Muster der auf dem Substrat zu bildenden Ausnehmungen entspricht, auf der Beschichtung des Materials, das die Vorsprünge bildet, unter Anwendung eines selbst-ausrichtenden Verfahrens gebildet wird, indem eine Muster-bildende Belichtung von der Rückseite des transparenten Substrates durch dasselbe hindurch und durch die transparente Beschichtung des Materials, das die Vorsprünge bildet, vorgenommen wird.

21. Verfahren wie in Anspruch 19, in welchem das Substrat und das Material, das die Vorsprünge bildet, Siliziumdioxid sind.

22. Verfahren wie in Anspruch 19, in welchem Siliziumdioxid als das die Vorsprünge bildende Material verwendet wird, und in welchem die unmaskierte Beschichtung der die Vorsprünge bildenden Siliziumdioxidschicht mit einem Ionenstrahlätzen in einem Mischgas aus CF&sub4; und O&sub2; geätzt wird, während die erste und die zweite maskierende Schicht Aluminium sind.

23. Verfahren wie in Anspruch 19, welches den weiteren Schritt des Füllens der Ausnehmungen mit einem Material umfaßt, das einen Brechungsindex besitzt, der verschieden ist von jenem des die Vorsprünge bildenden Materials.

24. Verfahren wie in Anspruch 19, welches den weiteren Schritt des Beschichtens beider Oberflächen des Substrates, das die Vorsprünge und Ausnehmungen aufweist, mit einer Antireflexionsschicht umfaßt.

25. Verfahren wie in einem der Ansprüche 19 bis 24, in welchem das Substrat eine Licht abschirmende Schicht besitzt, die an seiner Oberfläche in einem Grenzflächenbereich zwischen dem zu bildenden Vorsprung und der zu bildenden Ausnehmung, die beide benachbart sind, angeordnet ist.

26. Verfahren zur Bildung phasenverschobener Beugungsgitter, welches Verfahren den Schritt des Belichtens mit einer Belichtungsstrahlung einer Oberfläche des Substrates umfaßt, auf der die Beugungsgitter gefertigt werden, durch eine räumliche Phasenmodulationsmaske, welche aus einem Material besteht, das für die Strahlung, die in einem Belichtungsschritt zur Bildung der Beugungsgitter verwendet wird, durchlässig ist, wobei das Material einen ersten und einen zweiten Teil umfaßt, die zwei verschiedene optische Wege schaffen und die angrenzend an ein Schwingungszentrum (C) positioniert sind, wobei jeder Teil so strukturiert ist, daß, wenn zwei asymmetrische Strahlungsflüsse (15, 16) unter verschiedenen Winkeln auf das Schwingungszentrum (C) derart eingestrahlt werden, daß eine Mittellinie (A) der Flüsse in Bezug auf eine Normale (V) der Maske (11) geneigt ist, ein phasenverschobenes Muster von Interferenzstreifen, das um das Schwingungszentrum (C) phasenverschoben ist, aus der Maske austritt, wobei eine geformte Oberfläche dieser Maske einer Oberfläche des Substrates gegenübersteht und in Kontakt steht.

27. Verfahren wie in Anspruch 26, in welchem die Belichtungsstrahlung in einer Richtung laufende Strahlungsflüsse umfaßt, und die geformte Oberfläche der Maske phasenverschobene Beugungsgitter besitzt, wogegen seine gegenüberliegende Oberfläche flach ist.

28. Verfahren wie in Anspruch 26, in welchem ein Muster von Interferenzstreifen, die in einer Schicht aus Photoresist auf dem Substrat als ein Ergebnis der Muster-bildenden Belichtung gebildet sind, auf das darunterliegende Substrat durch Ätzen übertragen wird.

29. Verfahren wie in Anspruch 28, in welchem eine Schichtdicke des Photoresists auf dem Substrat ausgewählt wird in Abhängigkeit von einer Wellenlänge der Belichtungsstrahlung, eines Typus des polarisierten Lichtes, einem Einfallswinkels des Lichtes und einem Brechungsindex des Substrates, so daß das niedrigste Reflexionsvermögen erzielt wird.

30. Verfahren wie in Anspruch 29, in welchem das verwendete Substrat ein Halbleitermaterial mit einem Brechungsindex von 2,5 bis 3,5 ist.

31. Verfahren nach Anspruch 29, in welchem ein s-polarisiertes Licht in die Photoresistschicht unter einem Einfallswinkel von 30º bis 70º eingebracht wird.

32. Verfahren nach Anspruch 29, in welchem die verwendete Belichtungsstrahlung eine Ultraviolettstrahlung ist, und die Schichtdicke des Photoresists ausgewählt ist aus demjenigen Dickenbereich, der das Reflexionsvermögen des zweiten Minimums ergibt.