JP5887833B2 - Optical fiber processing phase mask and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、光ファイバー加工用位相マスク、特に紫外線を用いて光ファイバー内に回折格子を作製するための位相マスクとその製造方法に関する。   The present invention relates to a phase mask for processing optical fibers, and more particularly to a phase mask for manufacturing a diffraction grating in an optical fiber using ultraviolet rays and a method for manufacturing the same.

近年、光通信システムでは、所望の波長帯域を遮断するためにファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ：Fiber Bragg Grating）を用いた光フィルタが広く使用されている。また、このＦＢＧは、光通信システム以外にも、レーザやセンサーに使用される狭帯域の高反射ミラー、ファイバーアンプにおける余分なレーザ波長を取り除く波長選択フィルタ、温度センサー等としても利用されている。
このようなＦＢＧは、光ファイバーの光が伝搬する領域（コア）に所定の周期で屈折率変化を形成したものであり、屈折率変化の周期をグレーティング周期という。この周期的な屈折率変化は、２光束干渉法または位相マスク法等を用いて形成される（例えば、特許文献１、２）。このような周期的な屈折率変化によって、光ファイバーのコアを伝搬される光のなかで、ブラッグ中心波長領域の光が反射され、結果的にブラッグ中心波長領域の光が遮断されることになる。
しかし、上記の２光束干渉法は、横方向のビームの品質、すなわち空間コヒーレンスに問題があった。一方、位相マスク法は、石英基板の片面に凹溝と凸条からなる格子を所定のピッチで設けた位相マスクを介してエキシマレーザを照射して、光ファイバーのコアに屈折率変化を形成するものであり、上記の２光束干渉法における問題に対応できる方法として注目されている。このような位相マスク法に使用する位相マスクは、例えば、石英基板に電子線感応型のレジストを設け、形成しようとする凹溝の軸方向に沿う方向に電子ビームの走査線を合せ、電子ビームスポットをレジスト上にラスタースキャン方式で描画することにより露光し、その後、現像してレジストパターンを形成し、このレジストパターンを介して石英基板をエッチングして凹溝を形成することにより作製される。 In recent years, in an optical communication system, an optical filter using a fiber Bragg grating (FBG) is widely used to cut off a desired wavelength band. In addition to the optical communication system, the FBG is also used as a narrow-band high-reflection mirror used for lasers and sensors, a wavelength selection filter for removing excess laser wavelengths in a fiber amplifier, a temperature sensor, and the like.
Such an FBG is obtained by forming a refractive index change at a predetermined period in a region (core) in which light of an optical fiber propagates, and the period of the refractive index change is called a grating period. This periodic refractive index change is formed using a two-beam interference method or a phase mask method (for example, Patent Documents 1 and 2). By such a periodic refractive index change, the light in the Bragg center wavelength region is reflected in the light propagating through the core of the optical fiber, and as a result, the light in the Bragg center wavelength region is blocked.
However, the above two-beam interference method has a problem in the quality of the beam in the lateral direction, that is, spatial coherence. On the other hand, the phase mask method irradiates an excimer laser through a phase mask in which a grating composed of grooves and ridges is provided on one side of a quartz substrate at a predetermined pitch to form a refractive index change in the core of the optical fiber. Therefore, it is attracting attention as a method that can cope with the problem in the two-beam interference method. A phase mask used for such a phase mask method is, for example, that an electron beam sensitive resist is provided on a quartz substrate, and an electron beam scanning line is aligned in the direction along the axial direction of the groove to be formed, and the electron beam The spot is exposed by drawing on a resist by a raster scan method, and then developed to form a resist pattern, and the quartz substrate is etched through this resist pattern to form a concave groove.

また、幅約１０ｎｍ程度の広帯域にわたって光を遮断することを目的として、光ファイバー内に形成する回折格子を、格子のピッチが光ファイバーのコアの中心軸方向（格子の繰り返し方向）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しているチャープ型ＦＢＧとすることが行われている。このようなチャープ型ＦＢＧも、上記のような電子ビーム描画で作製されたチャープ位相マスクを用いて形成することができ（特許文献２）、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。
さらに、高密度波長多重伝送技術を導入した光通信システムでは、通信に使う波長の信号光を光通信ネットワークから取り出すフィルタが必要となり、このフィルタとして、光ファイバーのコアの中心軸に対して斜めに回折格子が形成されたスラント型ＦＢＧが使用されている（例えば、特許文献３）。通常のＦＢＧ（光の進行方向に対して垂直に回折格子が形成されている）は、導波モードからそれと逆方向に伝搬する導波モード（反射モード）への結合に比べて、後進クラッドモードへの結合が小さい。しかし、このスラント型ＦＢＧは、反射モードへの結合を抑制し、グレーティング周期で決まる特定波長の光を後進クラッドモードへ結合させることができ、後進クラッドモードに結合した光は、光ファイバー外に放出されるので、特定波長の信号光を取り出すフィルタとして機能する。また、スラント角度を最適化することで、反射モードへの結合は充分に小さくすることができ、通常のＦＢＧで生じる透過損失リップルを抑制することができる。 In addition, for the purpose of blocking light over a wide band of about 10 nm in width, a diffraction grating formed in an optical fiber is linear in accordance with the position of the grating pitch in the central axis direction (grating repetition direction) of the core of the optical fiber. Alternatively, a chirped FBG that increases or decreases nonlinearly is used. Such a chirped FBG can also be formed using a chirped phase mask produced by electron beam lithography as described above (Patent Document 2). For example, a high-reflecting mirror with a wide reflection band, a delay time of Used as a means for adjusting.
Furthermore, an optical communication system using high-density wavelength division multiplexing transmission technology requires a filter that extracts signal light of the wavelength used for communication from the optical communication network. This filter is diffracted obliquely with respect to the central axis of the optical fiber core. A slant type FBG in which a lattice is formed is used (for example, Patent Document 3). Ordinary FBG (a diffraction grating is formed perpendicular to the traveling direction of light) has a reverse cladding mode compared to a coupling from a waveguide mode to a waveguide mode (reflection mode) propagating in the opposite direction. The bond to is small. However, this slant type FBG suppresses the coupling to the reflection mode and can couple the light of a specific wavelength determined by the grating period to the backward cladding mode, and the light coupled to the backward cladding mode is emitted outside the optical fiber. Therefore, it functions as a filter that extracts signal light of a specific wavelength. Further, by optimizing the slant angle, the coupling to the reflection mode can be made sufficiently small, and the transmission loss ripple generated in a normal FBG can be suppressed.

特許第２５２１７０８号Japanese Patent No. 2521708 特開平７−１４０３１１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-140311 特開２００６−１３３６１２号公報JP 2006-133612 A

光ファイバー内での回折格子の形成に用いられる従来の位相マスクの製造では、上述のように、電子ビームスポットをラスタースキャン方式で走査してパターンを描画する工程を有している。しかし、電子ビームスポットのラスタースキャン方式での描画は、例えば、ライン／スペースのパターンのエッチ精度が悪く、このため、位相マスクの格子状パターンを構成する凹溝と凸条の寸法精度が悪いという問題があった。また、エッチ精度を高めるために電子ビームスポットの描画位置間隔（スキャンピッチ）の設定を小さくすると、描画に要する時間が大幅に増加してしまうという問題があった。
また、利得特性が良好なスラント型ＦＢＧを位相マスク法で作製する場合、使用する位相マスクも、その凹溝、凸条からなる格子状パターンが光ファイバーのコアの中心軸方向に対して所望の角度で傾斜するように透明基板に形成されたスラント型とする必要がある。しかし、電子ビームスポットのラスタースキャン方式による電子線描画によりスラント型位相マスクを作製すると、位相マスクの格子状パターンを構成する凹溝と凸条の寸法精度が更に悪くなるという問題があり、実用に供し得るスラント型位相マスクは未だ得られていない。
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンのエッジ精度が高い光ファイバー加工用位相マスクと、このような位相マスクを簡便に製造するための製造方法とを提供することを目的とする。 In manufacturing a conventional phase mask used for forming a diffraction grating in an optical fiber, as described above, there is a step of drawing a pattern by scanning an electron beam spot by a raster scan method. However, the raster scanning method of electron beam spots, for example, has poor line / space pattern etching accuracy, and therefore, the dimensional accuracy of the grooves and ridges constituting the lattice pattern of the phase mask is poor. There was a problem. In addition, if the setting of the electron beam spot drawing position interval (scan pitch) is made small in order to increase the etching accuracy, there is a problem that the time required for drawing greatly increases.
In addition, when a slant type FBG having good gain characteristics is manufactured by the phase mask method, the phase mask to be used also has a lattice-like pattern composed of concave grooves and ridges at a desired angle with respect to the central axis direction of the core of the optical fiber. It is necessary to use a slant type formed on the transparent substrate so as to incline at However, when a slant type phase mask is produced by electron beam drawing by the raster scan method of the electron beam spot, there is a problem that the dimensional accuracy of the grooves and ridges constituting the lattice pattern of the phase mask is further deteriorated, which is practically used. A slant-type phase mask that can be used has not yet been obtained.
The present invention has been made in view of the above situation, and a phase mask for optical fiber processing with high edge accuracy of a repetitive pattern of lattice-shaped concave grooves and ridges, and such a phase mask can be easily manufactured. It aims at providing the manufacturing method for doing.

このような目的を達成するために、本発明は、透明基板の一主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、該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内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、透明基板上の電子線感応型のレジスト層に対して、可変成形ビーム型の電子ビーム描画装置を用いて矩形の電子ビームをベクタースキャン方式で走査してパターンを描画する描画工程と、前記レジスト層を現像してレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、該レジストパターンを介して前記透明基板にエッチングを施して格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンを形成するエッチング工程と、を有し、前記描画工程では、前記レジスト層の電子ビームの描画可能領域内に、矩形のパターンエリアを該パターンエリアの対向する１組の辺が電子ビームのスキャン方向と直交する方向に対して所定の角度をなすように設定し、少なくとも該パターンエリア内の前記レジスト層を描画し、前記エッチング工程後に、前記パターンエリアを包含し、かつ、前記パターンエリアの面積よりも大きな面積であるとともに、対向する１組の辺が前記パターンエリアの前記１組の辺と平行となるように矩形領域を前記透明基板から切り出す加工工程を有するような構成とした。 In order to achieve such an object, according to the present invention, a repetitive pattern of lattice-shaped concave grooves and ridges is provided on one main surface of a transparent substrate, and the optical fiber is irradiated with diffracted light by the repetitive pattern to have different orders In a manufacturing method of a phase mask for optical fiber processing for producing a diffraction grating in an optical fiber by interference fringes of diffracted light, a variable shaped beam type electron beam drawing apparatus for an electron beam sensitive resist layer on a transparent substrate A drawing process for drawing a pattern by scanning a rectangular electron beam using a vector scanning method using a resist, a resist pattern forming process for developing the resist layer to form a resist pattern, and the transparent substrate through the resist pattern an etching step of forming a repeating pattern of grid-like grooves and convex by etching, were perforated in the drawing Engineering Then, the rectangular pattern area in the electron beam drawable region of the resist layer is set so that a pair of opposite sides of the pattern area form a predetermined angle with respect to a direction perpendicular to the scanning direction of the electron beam. Set, draw at least the resist layer in the pattern area, include the pattern area after the etching step, and have an area larger than the area of the pattern area, and a pair of opposing sides the rectangular region in parallel with said pair of sides of the pattern area was configured so as to have a processing step of cutting from the transparent substrate.

本発明は、透明基板の一主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、該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内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、透明基板上の電子線感応型のレジスト層に対して、可変成形ビーム型の電子ビーム描画装置を用いて矩形の電子ビームをベクタースキャン方式で走査してパターンを描画する描画工程と、前記レジスト層を現像してレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、該レジストパターンを介して前記透明基板にエッチングを施して格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンを形成するエッチング工程と、を有し、透明基板として、前記一主面が矩形である透明基板を使用し、前記レジスト層に矩形のパターンエリアを、該パターンエリアを構成する辺が前記透明基板を構成する辺と平行となり、且つ、前記透明基板の面積よりも小さい面積となるように設定し、前記描画工程では、前記パターンエリアを構成する辺が電子ビームのスキャン方向と直交する方向に対して所定の角度をなすように電子ビームの描画可能領域内に前記パターンエリアを位置させて、少なくともパターンエリア内の前記レジスト層を描画するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記透明基板と前記レジスト層との間にハードマスクを介在させ、前記エッチング工程では、形成したレジストパターンを介して前記ハードマスクをエッチングしてハードマスクパターンを形成し、該ハードマスクパターンを介して透明基板にエッチングを施すような構成とした。 In the present invention , a repetitive pattern of lattice-shaped concave grooves and ridges is provided on one main surface of a transparent substrate, and the optical fiber is irradiated with diffracted light by the repetitive pattern to cause interference in the optical fiber by interference fringes of different orders. In a method for manufacturing a phase mask for optical fiber processing that produces a diffraction grating in a rectangular pattern, a vector scan of a rectangular electron beam is performed on an electron beam sensitive resist layer on a transparent substrate using a variable shaped beam type electron beam lithography system. A drawing process of drawing a pattern by scanning in a method; a resist pattern forming process of developing the resist layer to form a resist pattern; and etching the transparent substrate through the resist pattern to form a grid-like groove anda etching process for forming a repeating pattern of convex and, as a transparent substrate, a transparent said one main surface is rectangular Using the plate, a pattern area of the rectangle in the resist layer, Ri Do parallel and side edges constituting the pattern area constituting the transparent substrate, and, that Do smaller area than the area of the transparent substrate In the drawing step, the pattern area is positioned within the electron beam drawable region so that the sides constituting the pattern area form a predetermined angle with respect to a direction orthogonal to the electron beam scanning direction. Thus, at least the resist layer in the pattern area is drawn .
As another aspect of the present invention, a hard mask is interposed between the transparent substrate and the resist layer, and in the etching step, the hard mask is etched through the formed resist pattern to form a hard mask pattern. The transparent substrate is etched through the hard mask pattern.

本発明は、透明基板と、該透明基板の一主面に位置する格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンと、を備え、該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内に回折格子を作製する光ファイバー加工用位相マスクにおいて、前記透明基板の一主面の垂線方向から測長用電子顕微鏡を用いて、凹溝もしくは凸条の幅を凹溝と凸条の境界に沿って長さ２μｍに亘って４ｎｍ間隔で５００点観察した際の幅バラツキの３σ（σ：標準偏差）が１５ｎｍ以下であり、前記一主面が矩形であり、凹溝と凸条の繰り返しパターンは、矩形のパターンエリアであって該パターンエリアを構成する辺が前記一主面を構成する辺と平行となり、且つ、前記一主面の面積よりも小さい面積となるように、前記一主面に設定されているパターンエリア内に位置し、前記凹溝の軸方向に直交する方向が前記一主面の対向する１組の辺に対して所定の角度をなしているような構成とした。 The present invention comprises a transparent substrate, a repetitive pattern of lattice-shaped grooves and ridges located on one main surface of the transparent substrate, and diffracted light of different orders by irradiating an optical fiber with diffracted light by the repetitive pattern. In a phase mask for processing an optical fiber in which a diffraction grating is formed in an optical fiber by mutual interference fringes, the width of the groove or ridge is recessed using a length measuring electron microscope from the perpendicular direction of one main surface of the transparent substrate. grooves and the ridges of 3σ width variations when observed 500 points at 4nm intervals over the length 2μm along the border (sigma: standard deviation) Ri der less 15 nm, said one main surface is rectangular, The repeating pattern of concave grooves and ridges is a rectangular pattern area, and the sides constituting the pattern area are parallel to the sides constituting the one principal surface, and the area is smaller than the area of the one principal surface. To be Located in the pattern area that is set in the one main surface, the direction perpendicular to the axial direction of the groove is not at an angle to the opposing pair of sides of said one main surface so that The configuration was

本発明の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法は、矩形の電子ビームをベクタースキャン方式で走査して電子線感応型のレジスト層をパターン描画するので、形成されるレジストパターンのエッチ精度が高く、これにより、格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンのエッジ精度が極めて高い位相マスクの製造が可能となる。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は、凹溝のピッチが線形あるいは非線形に増加あるいは減少するような位相マスクの製造においても同様の効果が奏される。さらに、透明基板の長手方向に対して凹溝と凸条が傾斜するような位相マスクの製造においても同様の効果が奏されるとともに、従来の電子ビームスポットをラスタースキャン方式で走査してパターンを描画する方法に比べて大幅な製造時間の短縮が可能である。   The method for manufacturing a phase mask for optical fiber processing according to the present invention scans a rectangular electron beam by a vector scan method and draws an electron beam sensitive resist layer, so that the formed resist pattern has high etching accuracy. Thus, it becomes possible to manufacture a phase mask with extremely high edge accuracy of the repetitive pattern of lattice-shaped concave grooves and ridges. The method for manufacturing a phase mask for processing an optical fiber according to the present invention has the same effect in manufacturing a phase mask in which the pitch of the grooves is increased or decreased linearly or nonlinearly. Furthermore, the same effect can be achieved in the manufacture of a phase mask in which the grooves and ridges are inclined with respect to the longitudinal direction of the transparent substrate, and a pattern is obtained by scanning a conventional electron beam spot with a raster scan method. Compared with the drawing method, the manufacturing time can be greatly reduced.

また、本発明の光ファイバー加工用位相マスクは、格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンのエッジ精度が極めて高く、光ファイバー内に高精度で回折格子を作製することが可能である。   In addition, the phase mask for processing an optical fiber of the present invention has extremely high edge accuracy of a repetitive pattern of lattice-shaped concave grooves and ridges, and can produce a diffraction grating with high accuracy in an optical fiber.

本発明の光ファイバー加工用位相マスクの一実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows one Embodiment of the phase mask for optical fiber processing of this invention. 図１に示される光ファイバー加工用位相マスクのＩ−Ｉ線における部分拡大縦断面図である。It is the elements on larger scale in the II line of the optical fiber processing phase mask shown by FIG. 図１に示される光ファイバー加工用位相マスクの部分拡大平面図である。FIG. 2 is a partially enlarged plan view of the optical fiber processing phase mask shown in FIG. 1. 本発明の光ファイバー加工用位相マスクを用いた光ファイバー加工の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the optical fiber processing using the phase mask for optical fiber processing of this invention. 光ファイバーの干渉縞パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the interference fringe pattern of an optical fiber. 本発明の光ファイバー加工用位相マスクの他の実施形態を示す図２相当の部分拡大縦断面図である。FIG. 5 is a partially enlarged longitudinal sectional view corresponding to FIG. 2 showing another embodiment of the optical fiber processing phase mask of the present invention. 本発明の光ファイバー加工用位相マスクの他の実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows other embodiment of the phase mask for optical fiber processing of this invention. 図７に示される光ファイバー加工用位相マスクの部分拡大平面図である。FIG. 8 is a partially enlarged plan view of the optical fiber processing phase mask shown in FIG. 7. 本発明の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法の一実施形態を示す工程図である。It is process drawing which shows one Embodiment of the manufacturing method of the phase mask for optical fiber processing of this invention. 本発明の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法に使用する可変成形ビーム型の電子線描画装置の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the electron beam drawing apparatus of the variable shaping beam type used for the manufacturing method of the phase mask for optical fiber processing of this invention. 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ける電子線ビーム描画を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the electron beam beam drawing in the manufacturing method of the phase mask for optical fiber processing of this invention. 本発明の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法の他の実施形態を示す工程図である。It is process drawing which shows other embodiment of the manufacturing method of the phase mask for optical fiber processing of this invention. 本発明の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法の他の実施形態を示す工程図である。It is process drawing which shows other embodiment of the manufacturing method of the phase mask for optical fiber processing of this invention. 本発明の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法の他の実施形態を示す工程図である。It is process drawing which shows other embodiment of the manufacturing method of the phase mask for optical fiber processing of this invention. 本発明の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法の他の実施形態を示す工程図である。It is process drawing which shows other embodiment of the manufacturing method of the phase mask for optical fiber processing of this invention. 実施例１で作製した光ファイバー加工用位相マスクの凹溝と凸条の境界部位を示す図である。It is a figure which shows the boundary part of the ditch | groove of a phase mask for optical fiber processing produced in Example 1, and a protruding item | line. 比較例１で作製した光ファイバー加工用位相マスクの凹溝と凸条の境界部位を示す図である。It is a figure which shows the boundary part of the ditch | groove of a phase mask for optical fiber processing produced in the comparative example 1, and a protruding item | line.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
［光ファイバー加工用位相マスク］
本発明の光ファイバー加工用位相マスクは、透明基板と、透明基板の一主面に位置する格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンと、を備えるものであり、透明基板の一主面の垂線方向から測長用電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）を用いて、凹溝もしくは凸条の幅を凹溝と凸条の境界に沿って長さ２μｍに亘って４ｎｍ間隔で５００点観察した際の幅バラツキ（ＬＷＲ：Line Width Roughness）の３σ（σ：標準偏差）が１５ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下となるものである。
このような本発明の光ファイバー加工用位相マスクは、透明基板上の電子線感応型のレジスト層に対して、可変成形ビーム（ＶＳＢ：Variable Shaped Beam）型の電子ビーム描画装置を用いて矩形の電子ビームをベクタースキャン方式で走査してパターンを描画し、現像して形成したレジストパターンを介して透明基板にエッチングを施して格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンを形成してなるものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Phase mask for optical fiber processing]
The phase mask for optical fiber processing of the present invention comprises a transparent substrate, a grid-like concave groove located on one main surface of the transparent substrate, and a repeating pattern of ridges, and a perpendicular to one main surface of the transparent substrate. The width when observing the width of a groove or ridge over 500 mm at intervals of 4 nm over a length of 2 μm along the boundary between the groove and ridge using a measuring electron microscope (CD-SEM) from the direction. The 3σ (σ: standard deviation) of the variation (LWR: Line Width Roughness) is 15 nm or less, preferably 10 nm or less.
Such an optical fiber processing phase mask of the present invention uses a variable shaped beam (VSB) type electron beam drawing apparatus on an electron beam sensitive resist layer on a transparent substrate to form rectangular electrons. A pattern is drawn by scanning a beam by a vector scanning method, and a transparent substrate is etched through a resist pattern formed by development to form a repetitive pattern of lattice-shaped concave grooves and ridges. .

図１は、本発明の光ファイバー加工用位相マスクの一実施形態を示す平面図であり、図２は図１の鎖線で囲まれた部位ＡのＩ−Ｉ線における部分拡大縦断面図であり、図３は図１の鎖線で囲まれた部位Ａの部分拡大平面図である。図１〜図３において、本発明の光ファイバー加工用位相マスク１１は、透明基板１２と、この透明基板１２の一主面１２ａに設定されたパターンエリア１３と、パターンエリア１３内に位置する格子状の凹溝１５と凸条１６の繰り返しパターンと、を備えている。尚、図１に示されるパターンエリア１３と部位Ａの寸法比と、図２および図３に示される格子状の凹溝１５と凸条１６の繰り返しパターン数との関係は便宜的に記載したものであり、これに限定されるものではない。また、図３では、凸条１６に斜め鎖線を付して示している。
光ファイバー加工用位相マスク１１を構成する透明基板１２は、例えば、石英基板、ガラス基板等であり、厚みは０．５〜１０ｍｍ程度の範囲で設定することができる。また、透明基板１２の外形およびパターンエリア１３の外形は矩形であることが好ましく、図示例では透明基板１２の外形が長方形であり、一主面１２ａに設定されたパターンエリア１３も長方形であり、透明基板１２の長辺１２Ａ，１２Ａとパターンエリア１３の長辺１３Ａ，１３Ａは平行となっている。そして、透明基板１２の長辺１２Ａ，１２Ａと平行な方向（図示例の矢印ａ方向）に対して、凹溝１５、凸条１６の軸方向（図示例の矢印ｂ方向）が９０°となるように設定されている。また、パターンエリア１３の大きさは適宜設定することができ、例えば、長辺１３Ａ，１３Ａの長さを１〜１６０ｍｍの範囲内で設定することができる。また、透明基板１２の大きさは、一主面１２ａ内にパターンエリア１３が収まるように適宜設定することができ、したがって、一主面１２ａとパターンエリア１３とが一致するものであってもよい。 FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a phase mask for processing an optical fiber of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged longitudinal sectional view taken along a line I-I of a part A surrounded by a chain line in FIG. 3 is a partially enlarged plan view of a portion A surrounded by a chain line in FIG. In FIG. 1 to FIG. 3, a phase mask 11 for processing an optical fiber according to the present invention includes a transparent substrate 12, a pattern area 13 set on one main surface 12 a of the transparent substrate 12, and a lattice shape positioned in the pattern area 13. And a repeating pattern of the ridges 16. The relationship between the dimensional ratio of the pattern area 13 and the part A shown in FIG. 1 and the number of repeated patterns of the grid-like concave grooves 15 and the convex stripes 16 shown in FIGS. 2 and 3 is described for convenience. However, the present invention is not limited to this. Further, in FIG. 3, the ridge 16 is shown with an oblique chain line.
The transparent substrate 12 constituting the optical fiber processing phase mask 11 is, for example, a quartz substrate, a glass substrate or the like, and the thickness can be set in a range of about 0.5 to 10 mm. The outer shape of the transparent substrate 12 and the outer shape of the pattern area 13 are preferably rectangular. In the illustrated example, the outer shape of the transparent substrate 12 is rectangular, and the pattern area 13 set on one main surface 12a is also rectangular. The long sides 12A and 12A of the transparent substrate 12 and the long sides 13A and 13A of the pattern area 13 are parallel to each other. And the axial direction (arrow b direction in the illustrated example) of the groove 15 and the ridge 16 is 90 ° with respect to the direction parallel to the long sides 12A and 12A of the transparent substrate 12 (arrow a direction in the illustrated example). Is set to The size of the pattern area 13 can be set as appropriate. For example, the length of the long sides 13A and 13A can be set within a range of 1 to 160 mm. Further, the size of the transparent substrate 12 can be set as appropriate so that the pattern area 13 can be accommodated in one main surface 12a, and therefore, the one main surface 12a and the pattern area 13 may coincide with each other. .

この位相マスク１１における格子状の凹溝１５と凸条１６の繰り返しパターンでは、凹溝１５が一様なピッチＰで形成されている。このピッチＰが小さくなるほど、後述する光ファイバー加工におけるプラス１次回折光とマイナス１次回折光のなす角度がより大きくなり、干渉縞パターンのピッチが小さくなるので、光ファイバーに形成する干渉縞パターンのピッチに応じて凹溝１５のピッチＰを設定することができる。また、凹溝１５の深さ（凸条１６の高さ）は、光ファイバー加工（干渉縞パターン形成）に使用するエキシマレーザ光の位相をπ(rad)変調可能なように設定することができ、例えば、１５０〜２５０ｎｍの範囲で適宜設定することができる。   In the repetitive pattern of the grid-like concave grooves 15 and the ridges 16 in the phase mask 11, the concave grooves 15 are formed at a uniform pitch P. The smaller the pitch P, the larger the angle formed between plus first-order diffracted light and minus first-order diffracted light in optical fiber processing, which will be described later, and the pitch of the interference fringe pattern becomes smaller. Therefore, depending on the pitch of the interference fringe pattern formed on the optical fiber. Thus, the pitch P of the concave grooves 15 can be set. Further, the depth of the concave groove 15 (height of the ridge 16) can be set so that the phase of the excimer laser light used for optical fiber processing (interference fringe pattern formation) can be modulated by π (rad), For example, it can be appropriately set in the range of 150 to 250 nm.

ここで、本発明では、透明基板の一主面の垂線方向から測長用電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）を用いて、凹溝１５もしくは凸条１６の幅を凹溝１５と凸条１６の境界（測長用電子顕微鏡の観察画像では白く見える細線）に沿って長さ２μｍに亘って４ｎｍ間隔で５００点観察した際の凹溝１５もしくは凸条１６の幅バラツキ（ＬＷＲ：Line Width Roughness）で、位相マスク１１における凹溝１５と凸条１６の境界部位のエッジ精度を判定する。すなわち、上記の凹溝１５もしくは凸条１６の幅バラツキは、凸条１６の側壁面にウネリや凹凸が存在したり、その程度に左右され、凹溝１５もしくは凸条１６の幅バラツキが大きいほど、境界部位の幅のバラツキは大きくなり、エッジ精度が低下する。したがって、上記の凹溝１５もしくは凸条１６の幅バラツキが小さいほどエッジ精度が高いものとする。本発明の位相マスク１１における凹溝１５もしくは凸条１６の幅バラツキの３σ（σ：標準偏差）は１５ｎｍ以下であり、好ましくは１０ｎｍ以下の範囲である。このような本発明の位相マスク１１は、格子状の凹溝１５と凸条１６の繰り返しパターンのエッジ精度が極めて高く、光ファイバー内に高精度で回折格子を作製することが可能である。しかし、上記の幅バラツキの３σが１５ｎｍを超えると、光ファイバー内に作製される回折格子の精度が低下し好ましくない。   Here, in the present invention, the width of the groove 15 or the protrusion 16 is set to the boundary between the groove 15 and the protrusion 16 using a length measuring electron microscope (CD-SEM) from the perpendicular direction of one main surface of the transparent substrate. Width variation (LWR: Line Width Roughness) of the groove 15 or the ridge 16 when 500 points are observed at intervals of 4 nm over a length of 2 μm along (an observation image of an electron microscope for length measurement). The edge accuracy of the boundary portion between the groove 15 and the ridge 16 in the phase mask 11 is determined. That is, the width variation of the groove 15 or the ridge 16 is affected by the presence of undulations or irregularities on the side wall surface of the ridge 16 or the degree of the variation, and the width variation of the groove 15 or the ridge 16 is larger. The variation in the width of the boundary portion is increased, and the edge accuracy is lowered. Accordingly, the edge accuracy is higher as the width variation of the groove 15 or the protrusion 16 is smaller. The width variation 3σ (σ: standard deviation) of the groove 15 or the protrusion 16 in the phase mask 11 of the present invention is 15 nm or less, preferably 10 nm or less. Such a phase mask 11 of the present invention has extremely high edge accuracy of the repetitive pattern of the grating-like concave grooves 15 and ridges 16, and can produce a diffraction grating with high accuracy in an optical fiber. However, if 3σ of the width variation exceeds 15 nm, the accuracy of the diffraction grating produced in the optical fiber is not preferable.

図４は、本発明の光ファイバー加工用位相マスク１１を用いた光ファイバー加工の一例を説明するための図である。図４では、光ファイバー５１は、例えば、ゲルマニウム添加石英ガラスからなるコア５２と、このコア５２を被覆するように設けられた石英ガラスからなるクラッド５３を備えたものである。この光ファイバー５１に光ファイバー加工用位相マスク１１を平行に配置する。すなわち、格子状の凹溝１５と凸条１６の繰り返しパターンが位置する一主面１２ａが光ファイバー５１と平行となるように対向し、かつ、透明基板１２の長辺１２Ａ，１２Ａに沿った方向（格子状の凹溝１５と凸条１６の繰り返し方向）が光ファイバー５１の軸方向と平行となるように位相マスク１１を配置する。この状態で、位相マスク１１を介してＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）６１を光ファイバー５１に照射する。位相マスク１１に照射されたエキシマレーザ光６１は、格子状の凹溝１５と凸条１６の繰り返しパターンによって位相がπ(rad)だけ変調され、０次の光６２と、プラス１次の回折光６３Ａ、マイナス１次の回折光６３Ｂに分割される。そして、プラス１次の回折光６３Ａとマイナス１次の回折光６３Ｂによる所定ピッチの干渉縞が光ファイバー５１のコア５２に照射され、このピッチでの屈折率変化がコア５２に形成される。図５は、図４に示されるコア５２の鎖線で囲まれた部位Ｂの干渉縞パターンを例示する図であり、エキシマレーザ光の照射方向に対して横方向の干渉縞パターン５２Ａが形成される。尚、図４に示されるコア５２と部位Ｂの寸法比と、図５に示される干渉縞パターン数との関係は便宜的に記載したものであり、これに限定されるものではない。   FIG. 4 is a diagram for explaining an example of optical fiber processing using the optical fiber processing phase mask 11 of the present invention. In FIG. 4, the optical fiber 51 includes, for example, a core 52 made of germanium-added quartz glass and a clad 53 made of quartz glass provided so as to cover the core 52. An optical fiber processing phase mask 11 is disposed in parallel with the optical fiber 51. That is, the one main surface 12a where the repetitive pattern of the grid-like concave grooves 15 and the ridges 16 is located is opposed to be parallel to the optical fiber 51, and the direction along the long sides 12A and 12A of the transparent substrate 12 ( The phase mask 11 is arranged so that the repetitive direction of the grid-like concave grooves 15 and the ridges 16 is parallel to the axial direction of the optical fiber 51. In this state, the optical fiber 51 is irradiated with KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) 61 through the phase mask 11. The excimer laser beam 61 irradiated to the phase mask 11 is modulated in phase by π (rad) by the repetitive pattern of the grid-like concave grooves 15 and the ridges 16, and the zero-order light 62 and the plus first-order diffracted light. 63A is divided into minus first-order diffracted light 63B. Then, an interference fringe having a predetermined pitch by the plus first-order diffracted light 63A and the minus first-order diffracted light 63B is irradiated to the core 52 of the optical fiber 51, and a refractive index change at this pitch is formed in the core 52. FIG. 5 is a diagram illustrating the interference fringe pattern of the portion B surrounded by the chain line of the core 52 shown in FIG. 4, and the interference fringe pattern 52 </ b> A is formed in the lateral direction with respect to the irradiation direction of the excimer laser light. . The relationship between the dimensional ratio between the core 52 and the part B shown in FIG. 4 and the number of interference fringe patterns shown in FIG. 5 is described for convenience, and is not limited to this.

図６は、本発明の光ファイバー加工用位相マスクの他の実施形態を示す図２相当の部分拡大縦断面図である。図６において、本発明の光ファイバー加工用位相マスク２１は、透明基板２２と、この透明基板の一主面２２ａに設定されたパターンエリア（図示せず）内に位置する格子状の凹溝２５と凸条２６の繰り返しパターンと、を備えている。この位相マスク２１は、光ファイバーにチャープ型ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を形成するための位相マスクであり、凹溝２５のピッチが線形あるいは非線形に増加あるいは減少している。
光ファイバー加工用位相マスク２１を構成する透明基板２２は、上述の位相マスク１１を構成する透明基板１２と同様の材質であってよく、透明基板２２の厚みは０．５〜１０ｍｍ程度の範囲で設定することができる。また、透明基板２２の外形およびパターンエリア（図示せず）の外形は矩形であることが好ましく、透明基板２２の外形辺とパターンエリア（図示せず）の外形辺が平行となっていることが好ましい。そして、透明基板２２の対向する１組の辺と平行な方向に対して、凹溝２５、凸条２６の軸方向が９０°となるように設定されている。また、パターンエリア（図示せず）の大きさは適宜設定することができ、例えば、矩形の１辺の長さを１〜１６０ｍｍの範囲内で設定することができる。また、透明基板２２の大きさは、一主面２２ａ内にパターンエリア（図示せず）が収まるように適宜設定することができ、したがって、一主面２２ａとパターンエリア（図示せず）とが一致するものであってもよい。 FIG. 6 is a partially enlarged longitudinal sectional view corresponding to FIG. 2 showing another embodiment of the optical fiber processing phase mask of the present invention. In FIG. 6, an optical fiber processing phase mask 21 of the present invention includes a transparent substrate 22 and lattice-shaped grooves 25 located in a pattern area (not shown) set on one main surface 22a of the transparent substrate. A repetitive pattern of ridges 26. The phase mask 21 is a phase mask for forming a chirped FBG (Fiber Bragg Grating) on an optical fiber, and the pitch of the concave grooves 25 increases or decreases linearly or nonlinearly.
The transparent substrate 22 constituting the optical fiber processing phase mask 21 may be made of the same material as the transparent substrate 12 constituting the phase mask 11 described above, and the thickness of the transparent substrate 22 is set in the range of about 0.5 to 10 mm. can do. The outer shape of the transparent substrate 22 and the outer shape of the pattern area (not shown) are preferably rectangular, and the outer side of the transparent substrate 22 and the outer side of the pattern area (not shown) are parallel. preferable. And it sets so that the axial direction of the ditch | groove 25 and the protruding item | line 26 may become 90 degrees with respect to the direction parallel to 1 set of edge | sides which the transparent substrate 22 opposes. The size of the pattern area (not shown) can be set as appropriate. For example, the length of one side of the rectangle can be set within a range of 1 to 160 mm. In addition, the size of the transparent substrate 22 can be set as appropriate so that a pattern area (not shown) fits in one main surface 22a. Therefore, the one main surface 22a and the pattern area (not shown) are separated from each other. It may match.

格子状の凹溝２５と凸条２６の繰り返しパターンでは、凹溝２５のピッチが小さくなるほど、位相マスク２１から射出されるプラス１次回折光とマイナス１次回折光のなす角度がより大きくなり、干渉縞パターンのピッチが小さくなる。また、凹溝２５の深さ（凸条２６の高さ）は、光ファイバー加工（チャープ型ＦＢＧ形成）に使用するエキシマレーザ光の位相をπ(rad)変調可能なように設定することができ、例えば、１５０〜２５０ｎｍの範囲で適宜設定することができる。したがって、光ファイバーに形成するチャープ型ＦＢＧに応じて、凹溝２５の深さ（凸条２６の高さ）とともに、凹溝２５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て設定することができる。例えば、凹溝２５のピッチを、位相マスク２１の中心から周辺に向けて減少するように設定し、このような設定の凹溝２５の配列を、位相マスク２１の中心に対して対称となるように配置することができる。   In the repetitive pattern of the grid-like concave grooves 25 and the ridges 26, the smaller the pitch of the concave grooves 25, the larger the angle formed between the plus first-order diffracted light and the minus first-order diffracted light emitted from the phase mask 21, and interference fringes. The pattern pitch is reduced. Further, the depth of the groove 25 (height of the ridge 26) can be set so that the phase of the excimer laser beam used for optical fiber processing (chirp type FBG formation) can be modulated by π (rad), For example, it can be appropriately set in the range of 150 to 250 nm. Therefore, according to the chirped FBG formed in the optical fiber, the pitch of the concave grooves 25 can be set linearly or non-linearly, or decreased, along with the depth of the concave grooves 25 (height of the ridges 26). For example, the pitch of the concave grooves 25 is set so as to decrease from the center of the phase mask 21 toward the periphery, and the arrangement of the concave grooves 25 having such a setting is symmetric with respect to the center of the phase mask 21. Can be arranged.

このような位相マスク２１における凹溝２５もしくは凸条２６の幅バラツキの３σ（σ：標準偏差）は１５ｎｍ以下であり、好ましくは１０ｎｍ以下の範囲である。そして、このような本発明の位相マスク２１は、格子状の凹溝２５と凸条２６の繰り返しパターンのエッジ精度が極めて高く、光ファイバー内に高精度で回折格子を作製することが可能である。
上記の光ファイバー加工用位相マスク２１を用いた光ファイバー加工では、一主面２２ａが光ファイバーに対向し、格子状の凹溝２５と凸条２６の繰り返し方向が光ファイバーの軸方向と平行となるように位相マスク２１を配置する。そして、上述の図４で説明したように、位相マスク２１を介してＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）６１を光ファイバーに照射する。これにより、光ファイバーにチャープ型ＦＢＧを形成することができる。 In such a phase mask 21, the width variation 3σ (σ: standard deviation) of the groove 25 or the ridge 26 is 15 nm or less, preferably 10 nm or less. Such a phase mask 21 of the present invention has extremely high edge accuracy of the repetitive pattern of the grating-like concave grooves 25 and ridges 26, and can produce a diffraction grating with high accuracy in the optical fiber.
In the optical fiber processing using the optical fiber processing phase mask 21, the phase is such that one principal surface 22a faces the optical fiber, and the repeating direction of the lattice-like concave grooves 25 and the ridges 26 is parallel to the axial direction of the optical fiber. A mask 21 is arranged. Then, as described above with reference to FIG. 4, the optical fiber is irradiated with KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) 61 through the phase mask 21. As a result, a chirped FBG can be formed on the optical fiber.

図７は、本発明の光ファイバー加工用位相マスクの他の実施形態を示す平面図であり、図８は図７の鎖線で囲まれた部位Ａの部分拡大平面図である。図７および図８において、本発明の光ファイバー加工用位相マスク３１は、外形が長方形である透明基板３２と、この透明基板３２の一主面３２ａに設定されたパターンエリア３３と、パターンエリア３３内に位置する格子状の凹溝３５と凸条３６の繰り返しパターンと、を備えている。この位相マスク３１は、光ファイバーにスラント型ＦＢＧを形成するための位相マスクであり、透明基板３２（一主面３２ａ）の長辺３２Ａ，３２Ａに平行な方向（図８に線分Ｌ１で示される方向）に対して、凹溝３５の軸方向に直交する方向（図８に線分Ｌ２で示される方向）が、角度θをなしている。尚、図７に示されるパターンエリア３３と部位Ａの寸法比と、図８に示される格子状の凹溝３５と凸条３６の繰り返しパターン数との関係は便宜的に記載したものであり、これに限定されるものではない。また、図８では、凸条３６に斜め鎖線を付して示している。   FIG. 7 is a plan view showing another embodiment of the optical fiber processing phase mask of the present invention, and FIG. 8 is a partially enlarged plan view of a portion A surrounded by a chain line in FIG. 7 and 8, an optical fiber processing phase mask 31 of the present invention includes a transparent substrate 32 having a rectangular outer shape, a pattern area 33 set on one main surface 32a of the transparent substrate 32, and a pattern area 33. And a repetitive pattern of the ridges 36 and the grid-like grooves 35 located on the surface. This phase mask 31 is a phase mask for forming a slant type FBG on an optical fiber, and is in a direction parallel to the long sides 32A and 32A of the transparent substrate 32 (one main surface 32a) (indicated by a line segment L1 in FIG. 8). A direction (direction indicated by a line segment L2 in FIG. 8) perpendicular to the axial direction of the groove 35 forms an angle θ. The relationship between the dimensional ratio of the pattern area 33 and the part A shown in FIG. 7 and the number of repeated patterns of the grid-like concave grooves 35 and the convex stripes 36 shown in FIG. 8 is described for convenience. It is not limited to this. Further, in FIG. 8, the ridge 36 is shown with an oblique chain line.

光ファイバー加工用位相マスク３１を構成する透明基板３２は、上述の位相マスク１１を構成する透明基板１２と同様の材質であってよく、透明基板３２の厚みは０．５〜１０ｍｍ程度の範囲で設定することができる。また、図示例では、透明基板３２の外形およびパターンエリア３３の外形は長方形であり、透明基板３２の外形辺とパターンエリア３３の外形辺が平行となっている。また、パターンエリア３３の大きさは適宜設定することができ、例えば、長辺３３Ａ，３３Ａの長さを１〜１６０ｍｍの範囲内で設定することができる。また、透明基板３２の大きさは、一主面３２ａ内にパターンエリア３３が収まるように適宜設定することができ、したがって、一主面３２ａとパターンエリア３３とが一致するものであってもよい。
格子状の凹溝３５と凸条３６の繰り返しパターンでは、凹溝３５のピッチが小さくなるほど、位相マスク３１から射出されるプラス１次回折光とマイナス１次回折光のなす角度がより大きくなり、干渉縞パターンのピッチが小さくなる。また、凹溝３５の深さ（凸条３６の高さ）は、光ファイバー加工（スラント型ＦＢＧ形成）に使用するエキシマレーザ光の位相をπ(rad)変調可能なように設定することができ、例えば、１５０〜２５０ｎｍの範囲で適宜設定することができる。したがって、光ファイバーに形成するスラント型ＦＢＧに応じて、上記の角度θ、凹溝３５のピッチ、凹溝３５の深さ（凸条３６の高さ）を設定することができる。 The transparent substrate 32 constituting the optical fiber processing phase mask 31 may be made of the same material as the transparent substrate 12 constituting the phase mask 11 described above, and the thickness of the transparent substrate 32 is set in the range of about 0.5 to 10 mm. can do. In the illustrated example, the outer shape of the transparent substrate 32 and the outer shape of the pattern area 33 are rectangular, and the outer side of the transparent substrate 32 and the outer side of the pattern area 33 are parallel. The size of the pattern area 33 can be set as appropriate. For example, the lengths of the long sides 33A and 33A can be set within a range of 1 to 160 mm. Further, the size of the transparent substrate 32 can be set as appropriate so that the pattern area 33 can be accommodated in the one main surface 32a. Therefore, the one main surface 32a and the pattern area 33 may coincide with each other. .
In the repetitive pattern of the grid-like concave grooves 35 and ridges 36, the smaller the pitch of the concave grooves 35, the larger the angle formed between the plus first-order diffracted light and the minus first-order diffracted light emitted from the phase mask 31, and interference fringes. The pattern pitch is reduced. Further, the depth of the groove 35 (the height of the ridge 36) can be set so that the phase of the excimer laser light used for the optical fiber processing (formation of the slant type FBG) can be modulated by π (rad), For example, it can be appropriately set in the range of 150 to 250 nm. Therefore, according to the slant type FBG formed on the optical fiber, the angle θ, the pitch of the concave grooves 35, and the depth of the concave grooves 35 (the height of the ridges 36) can be set.

例えば、波長λのブラッグ反射を可能とするためには、コアに形成されたスラント型ＦＧＢの繰り返し方向とコアの中心軸とがなすスラント角度αと、光ファイバー加工用位相マスク３１における上記の角度θと、光ファイバー加工用位相マスク３１の凹溝３５のピッチＰ（図８参照）と、コアの波長λ光に対する屈折率ｎと、の間に下記の関係式が成立するように設定する。すなわち、スラント角度α、角度θおよび凹溝３５のピッチＰのいずれか１つを予め設定し、下記の関係式が成立するように他の２つを設定することができる。
λ＝２ｎ・Ｄ・ｃｏｓα、
Ｄ＝（Ｐ／２ｃｏｓθ）ｃｏｓα For example, in order to enable Bragg reflection at the wavelength λ, the slant angle α formed by the repetitive direction of the slant type FGB formed on the core and the central axis of the core, and the angle θ described above in the optical fiber processing phase mask 31. And the pitch P (see FIG. 8) of the concave grooves 35 of the optical fiber processing phase mask 31 and the refractive index n of the core wavelength λ light are set so that the following relational expression is established. That is, any one of the slant angle α, the angle θ, and the pitch P of the groove 35 can be set in advance, and the other two can be set so that the following relational expression is satisfied.
λ = 2n · D · cos α,
D = (P / 2 cos θ) cos α

このような光ファイバー加工用位相マスク３１における凹溝３５もしくは凸条３６の幅バラツキの３σ（σ：標準偏差）は１５ｎｍ以下であり、好ましくは１０ｎｍ以下の範囲である。そして、このような本発明の位相マスク３１は、格子状の凹溝３５と凸条３６の繰り返しパターンのエッジ精度が極めて高く、光ファイバー内に高精度で回折格子を作製することが可能である。
上記の光ファイバー加工用位相マスク３１を用いた光ファイバー加工では、一主面３２ａが光ファイバーに対向し、透明基板３２（一主面３２ａ）の長辺３２Ａ，３２Ａに平行な方向（図８に線分Ｌ１で示される方向）が光ファイバーの軸方向と平行となるように位相マスク３１を配置する。そして、上述の図４で説明したように、位相マスク３１を介してＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）６１を光ファイバーに照射する。これにより、光ファイバーにスラント型ＦＢＧを形成することができる。
このような本発明の光ファイバー加工用位相マスク１１，２１，３１は、格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンの精度が極めて高く、光ファイバー内に高精度で回折格子を作製することが可能である。
上述の光ファイバー加工用位相マスクの実施形態は例示であり、本発明はこれらに限定されるものではない。 In such a phase mask 31 for processing an optical fiber, the width variation 3σ (σ: standard deviation) of the groove 35 or the ridge 36 is 15 nm or less, preferably 10 nm or less. Such a phase mask 31 of the present invention has extremely high edge accuracy of the repetitive pattern of the grating-like concave grooves 35 and ridges 36, and can produce a diffraction grating in an optical fiber with high accuracy.
In the optical fiber processing using the phase mask 31 for optical fiber processing, one main surface 32a faces the optical fiber and is parallel to the long sides 32A and 32A of the transparent substrate 32 (one main surface 32a) (a line segment in FIG. 8). The phase mask 31 is arranged so that the direction indicated by L1) is parallel to the axial direction of the optical fiber. Then, as described above with reference to FIG. 4, the optical fiber is irradiated with KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) 61 through the phase mask 31. Thereby, slant type FBG can be formed in an optical fiber.
Such optical fiber processing phase masks 11, 21, and 31 of the present invention have extremely high accuracy of the repetitive pattern of the grating-like concave grooves and ridges, and can produce a diffraction grating in the optical fiber with high accuracy. is there.
The above-described embodiments of the optical fiber processing phase mask are examples, and the present invention is not limited thereto.

［光ファイバー加工用位相マスクの製造方法］
図９は、上述の位相マスク１１の製造を例とする本発明の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法の一実施形態を示す工程図である。
本発明では、描画工程において、透明基板１２の一主面１２ａ上の電子線感応型のレジスト層１７に対して、可変成形ビーム（ＶＳＢ：Variable Shaped Beam）型の電子ビーム描画装置（図示せず）を用いて矩形の電子ビーム（以下、ＥＢとも記す）をベクタースキャン方式で走査してパターンを描画する（図９（Ａ））。この描画工程では、後述する１つの凸条形成部位の描画を１回の矩形電子ビームの走査で行うことが好ましい。すなわち、矩形電子ビームを凸条形成部位の短辺または長辺の大きさに合わせ、凸条形成部位に長辺方向または短辺方向に沿って走査してパターンを描画することが好ましい。
透明基板１２は、例えば、石英基板、ガラス基板等であり、厚みは０．５〜１０ｍｍ程度の範囲で設定することができる。また、電子線感応型のレジスト層１７は、公知のネガ型の電子線感応レジスト、あるいは、ポジ型の電子線感応レジストからなるものであり、このような電子線感応レジストをスピンコート法等の公知の塗布手段で塗布、乾燥したもの、あるいは、このような電子線感応レジストのフィルムをラミネートしたものであってよい。図示例では、レジスト層１７はネガ型の電子線感応レジストを使用しており、レジスト層１７の凸条形成部位１６′に対して矩形の電子ビームで描画している。この電子線感応型のレジスト層１７の厚みは、後述するレジストパターン形成工程で形成されるレジストパターンが、エッチング工程において、透明基板１２に所望の深さの凹溝１５を形成するためのマスクとして機能し得るように設定することができ、例えば、０．２〜２μｍ程度の範囲で設定することができる。また、透明基板１２と電子線感応型のレジスト層１７との間に、クロム薄膜等のハードマスクを介在させてもよい。このようなハードマスクは、電子ビームを用いた描画におけるチャージアップを抑制する作用をなし、また、後述するエッチング工程において透明基板１２に対するハードマスクパターンとして機能するものであり、厚みは５０〜１２００ｎｍの範囲が好ましい。 [Method of manufacturing phase mask for optical fiber processing]
FIG. 9 is a process diagram showing an embodiment of a method for manufacturing a phase mask for optical fiber processing according to the present invention, taking the manufacturing of the phase mask 11 as an example.
In the present invention, a variable shaped beam (VSB) type electron beam drawing apparatus (not shown) is applied to the electron beam sensitive resist layer 17 on one main surface 12a of the transparent substrate 12 in the drawing process. ) Is used to scan a rectangular electron beam (hereinafter also referred to as EB) by the vector scan method to draw a pattern (FIG. 9A). In this drawing step, it is preferable to draw one ridge forming portion, which will be described later, by scanning the rectangular electron beam once. That is, it is preferable that a rectangular electron beam is matched with the size of the short side or the long side of the ridge formation site, and the pattern is drawn by scanning the ridge formation site along the long side direction or the short side direction.
The transparent substrate 12 is, for example, a quartz substrate, a glass substrate, or the like, and the thickness can be set in a range of about 0.5 to 10 mm. The electron beam sensitive resist layer 17 is made of a known negative type electron beam sensitive resist or a positive type electron beam sensitive resist. Such an electron beam sensitive resist is spin coated or the like. It may be coated and dried by a known coating means, or may be a laminate of such an electron beam sensitive resist film. In the illustrated example, the resist layer 17 uses a negative electron beam sensitive resist, and is drawn with a rectangular electron beam on the ridge forming portion 16 ′ of the resist layer 17. The thickness of the electron beam sensitive resist layer 17 is such that a resist pattern formed in a resist pattern forming process, which will be described later, serves as a mask for forming a concave groove 15 having a desired depth in the transparent substrate 12 in the etching process. For example, it can be set in a range of about 0.2 to 2 μm. Further, a hard mask such as a chromium thin film may be interposed between the transparent substrate 12 and the electron beam sensitive resist layer 17. Such a hard mask functions to suppress charge-up in writing using an electron beam, and functions as a hard mask pattern for the transparent substrate 12 in an etching process described later, and has a thickness of 50 to 1200 nm. A range is preferred.

図１０は、本発明の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法に使用する可変成形ビーム型の電子線描画装置の一例を説明するための図である。図１０において、電子線描画装置１００は図示しない真空チャンバー内に配置されており、電子銃１０１、集光レンズ１０２、第１成形アパーチャ１０３、投影レンズ１０４、成形偏向器１０５、第２成形アパーチャ１０６、副偏向器１０７、対物レンズ１０８、主偏向器１０９を、図面の上方から下方に順次有しており、さらに、電子線感応型のレジスト層１７を備えた透明基板１２を載置するステージ１１１と、このステージ１１１をＸＹ水平駆動するための駆動機構（図示せず）を備えている。このような電子線描画装置１００では、電子銃１０１から放出された電子は集光レンズ１０２により集光され、所望の矩形の開口を有する第１成形アパーチャ１０３を通り、矩形に成形される。次いで、成形されたビームは投影レンズ１０４、成形偏向器１０５にて、第２成形アパーチャ１０６の所定位置に投影され、第１成形アパーチャ１０３による成形形状と、第２成形アパーチャ１０６の開口形状により、第２成形アパーチャ１０６を通過した時点では所望の矩形に成形される。そして、副偏向器１０７、主偏向器１０９により偏向された位置で、対物レンズ１０８により焦点が制御され、電子線感応型のレジスト層１７に照射される。   FIG. 10 is a diagram for explaining an example of a variable shaped beam type electron beam drawing apparatus used in the method of manufacturing a phase mask for optical fiber processing of the present invention. In FIG. 10, the electron beam drawing apparatus 100 is disposed in a vacuum chamber (not shown), and includes an electron gun 101, a condenser lens 102, a first shaping aperture 103, a projection lens 104, a shaping deflector 105, and a second shaping aperture 106. , A sub-deflector 107, an objective lens 108, and a main deflector 109 in order from the top to the bottom of the drawing, and a stage 111 on which a transparent substrate 12 having an electron beam sensitive resist layer 17 is placed. And a drive mechanism (not shown) for horizontally driving the stage 111 in the XY direction. In such an electron beam drawing apparatus 100, electrons emitted from the electron gun 101 are collected by the condenser lens 102, and are shaped into a rectangle through a first shaping aperture 103 having a desired rectangular opening. Next, the shaped beam is projected onto a predetermined position of the second shaping aperture 106 by the projection lens 104 and the shaping deflector 105, and by the shaping shape by the first shaping aperture 103 and the opening shape of the second shaping aperture 106, When it passes through the second shaping aperture 106, it is shaped into a desired rectangle. Then, the focus is controlled by the objective lens 108 at the position deflected by the sub deflector 107 and the main deflector 109, and the electron beam sensitive resist layer 17 is irradiated.

図１１は、矩形の電子ビームを用いたベクタースキャン方式での描画を説明するための図面である。図１１（Ａ）に示されるように、電子線感応型のレジスト層１７の凸条形成部位１６′の幅Ｗ１（短辺の大きさ）が矩形の電子ビーム（鎖線で示している）の成形可能な範囲内であれば、ステージ１１１をＹ方向に駆動させ、凸条形成部位１６′の長手方向（図示のＹ方向（凸条形成部位１６′の長辺に沿った方向））に矩形の電子ビームを走査させて描画することができる。また、図１１（Ｂ）に示されるように、電子線感応型のレジスト層１７の凸条形成部位１６′の幅Ｗ２が矩形の電子ビーム（鎖線で示している）の成形可能な範囲よりも大きい場合、Ｙ方向へのステージ１１１の駆動と、Ｘ方向へのステージ１１１の移動を組み合わせて、凸条形成部位１６′の全域を描画することができる。このように、本発明では、矩形の電子ビームを用いたベクタースキャン方式で描画するので、凸条形成部位１６′の幅方向の両端における描画領域と、その外側の非描画領域の境界が直線形状となる。   FIG. 11 is a diagram for explaining drawing in a vector scan method using a rectangular electron beam. As shown in FIG. 11A, the electron beam sensitive resist layer 17 is formed with an electron beam (indicated by a chain line) in which the width W1 (the size of the short side) of the ridge forming portion 16 ′ of the resist layer 17 is rectangular. If it is within the possible range, the stage 111 is driven in the Y direction, and a rectangular shape is formed in the longitudinal direction of the ridge forming portion 16 '(the Y direction in the drawing (the direction along the long side of the ridge forming portion 16')). Drawing can be performed by scanning an electron beam. Further, as shown in FIG. 11B, the width W2 of the ridge forming portion 16 ′ of the electron beam sensitive resist layer 17 is larger than the range in which a rectangular electron beam (shown by a chain line) can be formed. When it is larger, the entire area of the ridge forming portion 16 ′ can be drawn by combining the driving of the stage 111 in the Y direction and the movement of the stage 111 in the X direction. As described above, in the present invention, since the drawing is performed by the vector scan method using the rectangular electron beam, the boundary between the drawing region at both ends in the width direction of the ridge forming portion 16 ′ and the non-drawing region outside thereof is linear. It becomes.

次に、レジストパターン形成工程において、電子線感応型のレジスト層１７を現像してレジストパターン１７′を形成する（図９（Ｂ））。レジスト層１７の現像は、使用する電子線感応レジストに応じて公知の手法により行うことができ、また、現像前に必要に応じてベーク処理等を施してもよい。描画工程において矩形の電子ビームを用いたベクタースキャン方式で描画された凸条形成部位１６′の幅方向の両端における描画領域と、その外側の非描画領域の境界が直線形状であるため、形成されたレジストパターン１７′は、エッジ精度が高いものとなる。
次いで、エッチング工程において、レジストパターン１７′を介して透明基板１２にエッチングを施して凹溝１５を形成し（図９（Ｃ））、その後、レジストパターン１７′を除去することにより格子状の凹溝１５と凸条１６の繰り返しパターンを備えた本発明の光ファイバー加工用位相マスク１１を得ることができる（図９（Ｄ））。レジストパターン１７′を介した透明基板１２のエッチングは、例えば、透明基板１２が石英基板の場合、エッチングガスとしてＣＦ4ガス等を使用することができる。 Next, in the resist pattern forming step, the electron beam sensitive resist layer 17 is developed to form a resist pattern 17 '(FIG. 9B). The development of the resist layer 17 can be performed by a known method according to the electron beam sensitive resist to be used, and a baking treatment or the like may be performed as necessary before the development. Since the boundary between the drawing area at both ends in the width direction of the ridge forming portion 16 ′ drawn by the vector scan method using a rectangular electron beam in the drawing process and the non-drawing area outside thereof is a linear shape, it is formed. Further, the resist pattern 17 'has a high edge accuracy.
Next, in the etching process, the transparent substrate 12 is etched through the resist pattern 17 'to form the concave grooves 15 (FIG. 9C), and then the resist pattern 17' is removed to remove the lattice-shaped concaves. An optical fiber processing phase mask 11 of the present invention having a repeating pattern of grooves 15 and ridges 16 can be obtained (FIG. 9D). For example, when the transparent substrate 12 is a quartz substrate, the etching of the transparent substrate 12 via the resist pattern 17 ′ can use CF 4 gas or the like as an etching gas.

また、上述のように、透明基板１２と電子線感応型のレジスト層１７との間に、クロム薄膜等のハードマスクを介在させる場合、まず、レジストパターン１７′を介してハードマスクにＣＨ2Ｃｌ2ガス等を用いてエッチング処理を施してハードマスクパターンを形成し、このハードマスクパターンを介して透明基板１２にエッチングを施して凹溝１５を形成することができる。このように形成したハードマスクパターンのエッチ精度は、レジストパターン１７′のエッジ精度を反映して高いものとなる。
このように製造された光ファイバー加工用位相マスク１１では、凹溝１５と凸条１６のエッジ精度は、レジストパターン１７′のエッジ精度、あるいは、ハードマスクパターンのエッチ精度を反映して高いものとなり、凹溝１５もしくは凸条１６の幅バラツキの３σ（σ：標準偏差）が１５ｎｍ以下であるような極めて高いエッジ精度が可能となる。 Further, as described above, when a hard mask such as a chromium thin film is interposed between the transparent substrate 12 and the electron beam sensitive resist layer 17, first, CH 2 Cl is applied to the hard mask via the resist pattern 17 ′. Etching is performed using two gases or the like to form a hard mask pattern, and the concave groove 15 can be formed by etching the transparent substrate 12 through the hard mask pattern. The etching accuracy of the hard mask pattern thus formed becomes high reflecting the edge accuracy of the resist pattern 17 '.
In the optical fiber processing phase mask 11 manufactured in this way, the edge accuracy of the grooves 15 and the ridges 16 becomes high reflecting the edge accuracy of the resist pattern 17 'or the etch accuracy of the hard mask pattern, Extremely high edge accuracy is possible in which 3σ (σ: standard deviation) of the width variation of the groove 15 or the ridge 16 is 15 nm or less.

図１２は、上述の位相マスク２１の製造を例とする本発明の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法の他の実施形態を示す工程図である。
本実施形態では、描画工程において、透明基板２２の一主面２２ａ上の電子線感応型のレジスト層２７に対して、可変成形ビーム型の電子ビーム描画装置（図示せず）を用いて矩形の電子ビームをベクタースキャン方式で走査してパターンを描画する（図１２（Ａ））。電子線感応型のレジスト層２７は、上述の電子線感応型のレジスト層１７と同様とすることができる。図示例では、レジスト層２７はネガ型の電子線感応レジストを使用し、レジスト層２７の凸条形成部位２６′に対して矩形の電子ビームで描画している。この凸条形成部位２６′は、後述するエッチング工程において形成される凹溝２５のピッチが線形あるいは非線形に増加あるいは減少するように設定されている。したがって、凸条形成部位２６′の幅は複数種存在することとなり、凸条形成部位２６′の幅が矩形の電子ビームの成形可能な範囲であれば、上述の図１１（Ａ）に示したのと同様に、ステージ１１１をＹ方向に駆動させ、凸条形成部位２６′の長手方向に矩形の電子ビームを走査させて描画することができる。また、凸条形成部位２６′の幅が矩形の電子ビームの成形可能な範囲よりも大きい場合、図１１（Ｂ）に示したのと同様に、Ｙ方向へのステージ１１１の駆動と、Ｘ方向へのステージ１１１の移動を組み合わせて、凸条形成部位２６′の全域を描画することができる。このように、本発明では、矩形の電子ビームを用いたベクタースキャン方式でパターンを描画するので、凸条形成部位２６′の幅方向の両端の描画領域と、その外側の非描画領域の境界が直線形状となる。尚、透明基板２２と電子線感応型のレジスト層２７との間に、クロム薄膜等のハードマスク用の金属層を介在させてもよいことは、上述の位相マスク１１の製造を例とする光ファイバー加工用位相マスクの製造方法と同様である。 FIG. 12 is a process diagram showing another embodiment of a method for manufacturing a phase mask for optical fiber processing according to the present invention, which is an example of manufacturing the phase mask 21 described above.
In the present embodiment, in the drawing process, the electron beam sensitive resist layer 27 on the one principal surface 22a of the transparent substrate 22 is rectangular with a variable shaped beam type electron beam drawing apparatus (not shown). A pattern is drawn by scanning the electron beam with a vector scan method (FIG. 12A). The electron beam sensitive resist layer 27 can be the same as the electron beam sensitive resist layer 17 described above. In the illustrated example, the resist layer 27 uses a negative electron beam sensitive resist, and is drawn with a rectangular electron beam on the ridge forming portion 26 ′ of the resist layer 27. The ridge forming portion 26 'is set so that the pitch of the concave grooves 25 formed in an etching process described later increases or decreases linearly or nonlinearly. Therefore, there are a plurality of types of widths of the ridge forming portion 26 ′. If the width of the ridge forming portion 26 ′ is within a range in which a rectangular electron beam can be formed, as shown in FIG. 11A described above. Similarly to the above, the stage 111 can be driven in the Y direction, and a rectangular electron beam can be scanned in the longitudinal direction of the ridge forming portion 26 ′ for drawing. Further, when the width of the ridge forming portion 26 'is larger than the range where the rectangular electron beam can be formed, the driving of the stage 111 in the Y direction and the X direction are performed as shown in FIG. By combining the movement of the stage 111 to the front, it is possible to draw the entire region of the ridge forming portion 26 ′. As described above, in the present invention, since the pattern is drawn by the vector scan method using the rectangular electron beam, the boundary between the drawing area at both ends in the width direction of the ridge forming portion 26 ′ and the outside non-drawing area is It becomes a linear shape. It is to be noted that a hard mask metal layer such as a chromium thin film may be interposed between the transparent substrate 22 and the electron beam sensitive resist layer 27. This is the same as the manufacturing method of the processing phase mask.

次に、レジストパターン形成工程において、電子線感応型のレジスト層２７を現像してレジストパターン２７′を形成し（図１２（Ｂ））、次いで、エッチング工程において、レジストパターン２７′を介して透明基板２２にエッチングを施して凹溝２５を形成し（図１２（Ｃ））、その後、レジストパターン２７′を除去することにより格子状の凹溝２５と凸条２６の繰り返しパターンを備えた本発明の光ファイバー加工用位相マスク２１を得ることができる（図１２（Ｄ））。このようなレジストパターン形成工程、エッチング工程は、上述の位相マスク１１の製造を例とする光ファイバー加工用位相マスクの製造方法と同様である。また、レジストパターン２７′を介してハードマスクにエッチング処理を施してハードマスクパターンを形成すること、このハードマスクパターンを介して透明基板２２にエッチングを施して凹溝２５を形成できることは、上述の位相マスク１１の製造を例とする光ファイバー加工用位相マスクの製造方法と同様である。
このように製造された光ファイバー加工用位相マスク２１では、凹溝２５と凸条２６のエッジ精度が、レジストパターン２７′のエッジ精度、あるいは、ハードマスクのエッチ精度を反映して高いものとなり、凹溝２５もしくは凸条２６の幅バラツキの３σ（σ：標準偏差）が１５ｎｍ以下であるような極めて高いエッジ精度が可能となる。 Next, in the resist pattern forming step, the electron beam sensitive resist layer 27 is developed to form a resist pattern 27 '(FIG. 12B). Then, in the etching step, the resist pattern 27' is transparent through the resist pattern 27 '. The substrate 22 is etched to form a concave groove 25 (FIG. 12C), and then the resist pattern 27 'is removed to provide a repetitive pattern of lattice-shaped concave grooves 25 and convex stripes 26. The optical fiber processing phase mask 21 can be obtained (FIG. 12D). Such a resist pattern formation process and an etching process are the same as the manufacturing method of the phase mask for optical fiber processing which makes the manufacture of the above-mentioned phase mask 11 an example. In addition, it is possible to form the hard mask pattern by etching the hard mask through the resist pattern 27 ', and to form the concave groove 25 by etching the transparent substrate 22 through the hard mask pattern. This is the same as the manufacturing method of the phase mask for optical fiber processing taking the manufacture of the phase mask 11 as an example.
In the optical fiber processing phase mask 21 manufactured in this way, the edge accuracy of the concave grooves 25 and the ridges 26 becomes high reflecting the edge accuracy of the resist pattern 27 'or the hard mask etch accuracy, and the concave portions Extremely high edge accuracy is possible in which 3σ (σ: standard deviation) of the width variation of the groove 25 or the ridge 26 is 15 nm or less.

図１３および図１４は、上述の位相マスク３１の製造を例とする本発明の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法の他の実施形態を示す工程図である。
本実施形態では、描画工程において、まず、透明基板３２の一主面３２ａ上の電子線感応型のレジスト層３７に矩形のパターンエリア３３を設定する。この矩形のパターンエリア３３は、レジスト層３７の電子ビームの描画可能領域３８内に位置し、かつ、パターンエリア３３の対向する１組の辺３３Ａ，３３Ａが電子ビームのスキャン方向（図示のＹ方向）に直交する方向（図示のＸ方向）に対して所定の角度θをなすように設定する（図１３（Ａ））。図示例では、描画可能領域３８を二点鎖線で囲み示し、描画可能領域３８内における電子ビームのスキャン方向を鎖線にて便宜的に示している。次いで、パターンエリア３３内のレジスト層３７に対して、可変成形ビーム型の電子ビーム描画装置（図示せず）を用いて矩形の電子ビームをベクタースキャン方式で走査してパターンを描画する（図１３（Ｂ）、図１４（Ａ））。図示例では、パターンエリア３３よりも広く、描画可能領域３８よりも狭い領域が描画されているが、本発明では、少なくともパターンエリア３３内のレジスト層３７に対して描画すればよく、したがって、パターンエリア３３のみを描画してもよく、また、描画可能領域３８の全域を描画してもよい。 FIGS. 13 and 14 are process diagrams showing another embodiment of the method for manufacturing a phase mask for optical fiber processing according to the present invention, taking the manufacture of the above-described phase mask 31 as an example.
In the present embodiment, in the drawing process, first, a rectangular pattern area 33 is set in the electron beam sensitive resist layer 37 on the one principal surface 32a of the transparent substrate 32. The rectangular pattern area 33 is located in the electron beam drawable area 38 of the resist layer 37, and a pair of opposing sides 33A and 33A of the pattern area 33 is in the electron beam scanning direction (Y direction shown in the figure). ) Is set so as to form a predetermined angle θ with respect to a direction (X direction in the figure) orthogonal to () (FIG. 13A). In the illustrated example, the drawable area 38 is surrounded by a two-dot chain line, and the scanning direction of the electron beam in the drawable area 38 is indicated by a chain line for convenience. Next, a pattern is drawn on the resist layer 37 in the pattern area 33 by scanning a rectangular electron beam by a vector scanning method using a variable shaped beam type electron beam drawing apparatus (not shown) (FIG. 13). (B), FIG. 14 (A)). In the illustrated example, a region that is wider than the pattern area 33 and narrower than the drawable region 38 is drawn. However, in the present invention, it is sufficient to draw at least the resist layer 37 in the pattern area 33. Only the area 33 may be drawn, or the entire drawable area 38 may be drawn.

電子線感応型のレジスト層３７は、上述の電子線感応型のレジスト層１７と同様とすることができる。図示例では、レジスト層３７はネガ型の電子線感応レジストを使用し、レジスト層３７の凸条形成部位３６′に対して矩形の電子ビームで描画しており、図１３（Ｂ）では、電子ビームの描画部位を一点鎖線で便宜的に示している。このような矩形の電子ビームを用いたベクタースキャン方式での描画では、凸条形成部位３６′の幅が矩形の電子ビームの成形可能な範囲にある場合には、上述の図１１（Ａ）に示したのと同様に、ステージ１１１をＹ方向に駆動させ、凸条形成部位３６′の長手方向に矩形の電子ビームを走査させてパターンを描画することができる。また、凸条形成部位３６′の幅が矩形の電子ビームの成形可能な範囲よりも大きい場合、図１１（Ｂ）に示したのと同様に、Ｙ方向へのステージ１１１の駆動と、Ｘ方向へのステージ１１１の移動を組み合わせて、凸条形成部位３６′の全域を描画することができる。このように、本発明では、矩形の電子ビームを用いたベクタースキャン方式で描画するので、凸条形成部位３６′の幅方向の両端の描画領域と、その外側の非描画領域の境界が直線形状となる。尚、透明基板３２と電子線感応型のレジスト層３７との間に、クロム薄膜等のハードマスクを介在させてもよいことは、上述の位相マスク１１の製造を例とする光ファイバー加工用位相マスクの製造方法と同様である。   The electron beam sensitive resist layer 37 can be the same as the electron beam sensitive resist layer 17 described above. In the illustrated example, a negative electron beam sensitive resist is used for the resist layer 37, and the resist layer 37 is drawn with a rectangular electron beam with respect to the ridge forming portion 36 'of the resist layer 37. In FIG. The drawing part of the beam is indicated by a one-dot chain line for convenience. In the drawing by the vector scan method using such a rectangular electron beam, when the width of the ridge forming portion 36 ′ is within the range where the rectangular electron beam can be formed, the above-described FIG. In the same manner as shown, the stage 111 is driven in the Y direction, and a pattern can be drawn by scanning a rectangular electron beam in the longitudinal direction of the ridge forming portion 36 ′. Further, when the width of the ridge forming portion 36 'is larger than the range in which the rectangular electron beam can be formed, the driving of the stage 111 in the Y direction and the X direction, as shown in FIG. By combining the movement of the stage 111 to the front, it is possible to draw the entire region of the ridge forming portion 36 ′. Thus, in the present invention, drawing is performed by a vector scan method using a rectangular electron beam, so that the boundary between the drawing region at both ends in the width direction of the ridge forming portion 36 ′ and the non-drawing region outside thereof is linear. It becomes. It is to be noted that a hard mask such as a chromium thin film may be interposed between the transparent substrate 32 and the electron beam sensitive resist layer 37 because the phase mask for optical fiber processing is an example of manufacturing the phase mask 11 described above. This is the same as the manufacturing method.

次に、レジストパターン形成工程において、電子線感応型のレジスト層３７を現像してレジストパターン３７′を形成し（図１４（Ｂ））、次いで、エッチング工程において、レジストパターン３７′を介して透明基板３２にエッチングを施して凹溝３５を形成し（図１４（Ｃ））、その後、レジストパターン３７′を除去することにより格子状の凹溝３５と凸条３６の繰り返しパターンを形成する（図１４（Ｄ））。このようなレジストパターン形成工程、エッチング工程は、上述の位相マスク１１の製造を例とする光ファイバー加工用位相マスクの製造方法と同様である。また、レジストパターン３７′を介してハードマスクにエッチング処理を施してハードマスクパターンを形成すること、このハードマスクパターンを介して透明基板３２にエッチングを施して凹溝３５を形成できることは、上述の位相マスク１１の製造を例とする光ファイバー加工用位相マスクの製造方法と同様である。
本実施形態では、上述のエッチング工程後に、加工工程において、パターンエリア３３を包含するとともに、対向する１組の辺３２Ａ，３２Ａがパターンエリア３３の上記の１組の辺３３Ａ，３３Ａと平行となるように矩形領域３９を透明基板３２から切り出す（図１３（Ｃ））。これにより、透明基板３２の長辺３２Ａ，３２Ａに平行な方向に対して、凹溝３５の軸方向に直交する方向が角度θをなす本発明の光ファイバー加工用位相マスク３１を得ることができる。 Next, in the resist pattern forming step, the electron beam sensitive resist layer 37 is developed to form a resist pattern 37 '(FIG. 14B). Next, in the etching step, the resist pattern 37' is transparent through the resist pattern 37 '. The substrate 32 is etched to form the concave grooves 35 (FIG. 14C), and then the resist pattern 37 'is removed to form a repetitive pattern of lattice-shaped concave grooves 35 and ridges 36 (FIG. 14). 14 (D)). Such a resist pattern formation process and an etching process are the same as the manufacturing method of the phase mask for optical fiber processing which makes the manufacture of the above-mentioned phase mask 11 an example. In addition, it is possible to form the hard mask pattern by etching the hard mask via the resist pattern 37 ′, and to form the concave groove 35 by etching the transparent substrate 32 via the hard mask pattern. This is the same as the manufacturing method of the phase mask for optical fiber processing taking the manufacture of the phase mask 11 as an example.
In the present embodiment, after the above-described etching step, in the processing step, the pattern area 33 is included, and the pair of opposing sides 32A and 32A are parallel to the pair of sides 33A and 33A of the pattern area 33. Thus, the rectangular area 39 is cut out from the transparent substrate 32 (FIG. 13C). Thereby, the optical fiber processing phase mask 31 of the present invention in which the direction orthogonal to the axial direction of the groove 35 forms an angle θ with respect to the direction parallel to the long sides 32A and 32A of the transparent substrate 32 can be obtained.

また、図１５は、上述の位相マスク３１の製造を例とする本発明の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法の他の実施形態を示す工程図である。
本実施形態では、透明基板３２として、一主面３２ａが矩形である透明基板３２を使用し、一主面３２ａ上の電子線感応型のレジスト層３７に矩形のパターンエリア３３を、パターンエリア３３を構成する辺３３Ａ，３３Ａが透明基板３２を構成する辺３２Ａ，３２Ａと平行となるように設定する（図１５（Ａ））。
そして、描画工程において、パターンエリア３３を構成する辺３３Ａ，３３Ａが電子ビームのスキャン方向（図示のＹ方向）に直交する方向（図示のＸ方向）に対して所定の角度θをなすように、電子ビームの描画可能領域３８内にパターンエリア３３を位置させる（図１５（Ｂ））。図示例では、描画可能領域３８を二点鎖線で囲み示し、描画可能領域３８内における電子ビームのスキャン方向を鎖線にて便宜的に示している。次いで、パターンエリア３３内のレジスト層３７に対して、可変成形ビーム型の電子ビーム描画装置（図示せず）を用いて矩形の電子ビームをベクタースキャン方式で走査してパターンを描画する（図１５（Ｃ））。図示例では、パターンエリア３３よりも広く、描画可能領域３８よりも狭い領域が描画されているが、本発明では、少なくともパターンエリア３３内のレジスト層３７に対して描画すればよく、したがって、パターンエリア３３のみを描画してもよく、また、描画可能領域３８の全域を描画してもよい。 FIG. 15 is a process diagram showing another embodiment of the method for manufacturing a phase mask for optical fiber processing according to the present invention, taking the manufacture of the phase mask 31 as an example.
In this embodiment, a transparent substrate 32 having a rectangular principal surface 32a is used as the transparent substrate 32, and a rectangular pattern area 33 is formed on the electron beam sensitive resist layer 37 on the principal surface 32a. Are set to be parallel to the sides 32A and 32A constituting the transparent substrate 32 (FIG. 15A).
In the drawing step, the sides 33A and 33A constituting the pattern area 33 form a predetermined angle θ with respect to a direction (X direction shown) orthogonal to the electron beam scanning direction (Y direction shown). The pattern area 33 is positioned in the electron beam drawable area 38 (FIG. 15B). In the illustrated example, the drawable area 38 is surrounded by a two-dot chain line, and the scanning direction of the electron beam in the drawable area 38 is indicated by a chain line for convenience. Next, a pattern is drawn on the resist layer 37 in the pattern area 33 by scanning a rectangular electron beam by a vector scanning method using a variable shaped beam type electron beam drawing apparatus (not shown) (FIG. 15). (C)). In the illustrated example, a region that is wider than the pattern area 33 and narrower than the drawable region 38 is drawn. However, in the present invention, it is sufficient to draw at least the resist layer 37 in the pattern area 33. Only the area 33 may be drawn, or the entire drawable area 38 may be drawn.

電子線感応型のレジスト層３７は、上述の電子線感応型のレジスト層１７と同様とすることができる。図示例では、レジスト層３７はネガ型の電子線感応レジストを使用し、レジスト層３７の凸条形成部位３６′に対して矩形の電子ビームで描画しており、図１５（Ｃ）では、電子ビームの描画部位を一点鎖線で便宜的に示している。このような矩形の電子ビームを用いたベクタースキャン方式での描画は、図１３および図１４で説明した実施形態と同様とすることができる。また、透明基板３２と電子線感応型のレジスト層３７との間に、クロム薄膜等のハードマスクを介在させてもよいことも同様である。
次に、レジストパターン形成工程において、電子線感応型のレジスト層３７を現像してレジストパターンを形成し、次いで、エッチング工程において、レジストパターンを介して透明基板３２にエッチングを施して凹溝３５を形成し、その後、レジストパターンを除去することにより、格子状の凹溝３５と凸条３６の繰り返しパターンを備えた本発明の光ファイバー加工用位相マスク３１を得ることができる。このようなレジストパターン形成工程、エッチング工程は、上述の実施形態と同様とすることができる。 The electron beam sensitive resist layer 37 can be the same as the electron beam sensitive resist layer 17 described above. In the illustrated example, a negative electron beam sensitive resist is used for the resist layer 37, and the resist layer 37 is drawn with a rectangular electron beam on the ridge forming portion 36 'of the resist layer 37. In FIG. The drawing part of the beam is indicated by a one-dot chain line for convenience. Drawing by the vector scan method using such a rectangular electron beam can be the same as the embodiment described in FIGS. Similarly, a hard mask such as a chromium thin film may be interposed between the transparent substrate 32 and the electron beam sensitive resist layer 37.
Next, in the resist pattern forming step, the electron beam sensitive resist layer 37 is developed to form a resist pattern. Next, in the etching step, the transparent substrate 32 is etched through the resist pattern to form the concave grooves 35. By forming and then removing the resist pattern, the optical fiber processing phase mask 31 of the present invention having a repetitive pattern of lattice-shaped concave grooves 35 and ridges 36 can be obtained. Such a resist pattern formation process and an etching process can be made the same as that of the above-mentioned embodiment.

このような光ファイバー加工用位相マスク３１を、凹溝３５の軸方向と可変成形電子ビームの走査方向とが角度θをなすような設定でベクタースキャン方式にて描画することにより製造する場合、例えば、角度θが１０°であると、０°の場合に比べて電子ビームの成形図形数が１００００倍以上となり、結果的に描画時間が１０倍以上必要となり、あるいは、描画自体が困難となることがある。また、非描画領域との境界に位置する描画領域が多数の図形で構成されるため、境界の形状が複雑なものとなり、結果的に凹溝３５と凸条３６のエッジ精度が悪化することになる。図１３〜図１５に例示した本発明は、このようなベクタースキャン方式の描画の欠点を解消したものであり、光ファイバーにスラント型ＦＢＧを形成するための光ファイバー加工用位相マスク３１を、その凹溝３５もしくは凸条３６の幅バラツキの３σ（σ：標準偏差）が１５ｎｍ以下であるような極めて高いエッジ精度で製造可能としたものである。
上述の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法の実施形態は例示であり、本発明はこれらに限定されるものではない。 When manufacturing such an optical fiber processing phase mask 31 by drawing with a vector scan method in such a way that the axial direction of the groove 35 and the scanning direction of the variable shaped electron beam form an angle θ, for example, When the angle θ is 10 °, the number of shaped figures of the electron beam is 10000 times or more compared to 0 °, and as a result, the drawing time is required 10 times or more, or the drawing itself is difficult. is there. In addition, since the drawing area located at the boundary with the non-drawing area is composed of a large number of figures, the shape of the boundary becomes complicated, and as a result, the edge accuracy of the grooves 35 and the ridges 36 deteriorates. Become. The present invention illustrated in FIGS. 13 to 15 eliminates the drawbacks of such vector scan drawing, and includes an optical fiber processing phase mask 31 for forming a slanted FBG on an optical fiber. 35 or 3 36 (σ: standard deviation) of the width variation of the ridge 36 can be manufactured with extremely high edge accuracy such that it is 15 nm or less.
The above-described embodiments of the method for manufacturing the optical fiber processing phase mask are exemplary, and the present invention is not limited to these.

次に、より具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１］
透明基板として、厚み６．３５ｍｍの石英基板（１５２ｍｍ×１５２ｍｍの長方形）を準備し、この石英基板の一方の主面に電子線感応型のネガ型レジスト（住友化学（株）製 ＮＥＢ２２）をスピンコート法で塗布し、乾燥して厚み０．４μｍのレジスト層を形成した。このレジスト層上に長方形（８０ｍｍ×３０ｍｍ）のパターンエリアを設定した。
（描画工程）
次いで、可変成形ビーム型の電子ビーム描画装置（日本電子（株）製 ＪＢＸ９０００）を用いて、矩形（最大矩形サイズ２０００ｎｍ×２０００ｎｍ）の電子ビームをベクタースキャン方式で走査して、レジスト層にパターンを描画した。すなわち、ピッチが１１００ｎｍの回折格子を形成するための光ファイバー加工用位相マスクを作製することを目的として、５５０ｎｍ（Ｘ方向）×２０００ｎｍ（Ｙ方向）の矩形の電子ビームを、上記のパターンエリアの短辺に沿った方向（Ｙ方向）を走査方向とし、１回の矩形電子ビームの走査で１つの凸条部形成部位の描画を行い、電子ビームの走査線をパターンエリアの長辺に沿った方向（Ｘ方向）で１１００ｎｍ移動させるように制御して、レジスト層に設定した上記のパターンエリアに対して描画を行った。尚、露光量は２５μＣ／ｃｍ2とした。 Next, the present invention will be described in more detail by showing more specific examples.
[Example 1]
A 6.35 mm thick quartz substrate (152 mm × 152 mm rectangle) is prepared as a transparent substrate, and an electron beam sensitive negative resist (NEB22 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) is spun on one main surface of the quartz substrate. It was applied by a coating method and dried to form a resist layer having a thickness of 0.4 μm. A rectangular (80 mm × 30 mm) pattern area was set on the resist layer.
(Drawing process)
Next, using a variable shaped beam type electron beam lithography system (JBX9000, manufactured by JEOL Ltd.), a rectangular (maximum rectangular size 2000 nm × 2000 nm) electron beam is scanned by a vector scan method, and a pattern is formed on the resist layer. Drawn. That is, for the purpose of producing a phase mask for processing an optical fiber for forming a diffraction grating having a pitch of 1100 nm, a rectangular electron beam of 550 nm (X direction) × 2000 nm (Y direction) is used to shorten the pattern area. A direction along the side (Y direction) is set as the scanning direction, one ridge forming portion is drawn by one scanning of the rectangular electron beam, and the scanning line of the electron beam is a direction along the long side of the pattern area. Drawing was performed on the pattern area set in the resist layer by controlling to move 1100 nm in the (X direction). The exposure amount was 25 μC / cm 2 .

（レジストパターン形成工程）
上記のように描画を行ったレジスト層に対してベーク処理（１１０℃、３０分間）を施し、その後、アルカリ現像液でレジスト層を現像して、レジストパターンを形成した。
（エッチング工程）
上記のように形成したレジストパターンをマスクとして、ＣＦ4ガスを用いて石英基板を深さ１８０ｎｍまでエッチングした。
その後、硫酸過水溶液を用いてレジストパターンを除去して、格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンを有する光ファイバー加工用位相マスクを作製した。
この位相マスクについて、石英基板の一主面の垂線方向から、測長用電子顕微鏡（ライカ社製 ＬＷＭ９０００）を用いて、凹溝もしくは凸条の幅を凹溝と凸条の境界部位（図１６に示した観察画像で白く見える細線部位）に沿って長さ２μｍに亘って４ｎｍ間隔で５００点観察した際の幅バラツキ（ＬＷＲ：Line Width Roughness）の３σ（σ：標準偏差）は１２ｎｍであり、凹溝と凸条の境界部位のエッジ精度が極めて高いものであることが確認された。 (Resist pattern formation process)
The resist layer on which drawing was performed as described above was baked (110 ° C., 30 minutes), and then the resist layer was developed with an alkali developer to form a resist pattern.
(Etching process)
Using the resist pattern formed as described above as a mask, the quartz substrate was etched to a depth of 180 nm using CF 4 gas.
Thereafter, the resist pattern was removed using an aqueous sulfuric acid solution to prepare a phase mask for processing an optical fiber having a repetitive pattern of lattice-shaped concave grooves and ridges.
With respect to this phase mask, from the perpendicular direction of one main surface of the quartz substrate, the length of the groove or the ridge is set to the boundary portion between the groove and the ridge (FIG. 16) using a length measuring electron microscope (LWM9000 manufactured by Leica). The 3σ (σ: standard deviation) of the width variation (LWR: Line Width Roughness) when 500 points are observed at intervals of 4 nm over a length of 2 μm along the thin line portion that appears white in the observation image shown in FIG. It was confirmed that the edge accuracy of the boundary portion between the groove and the ridge is extremely high.

［実施例２］
実施例１と同様の石英基板を準備し、この石英基板の一方の主面に厚み５００ｎｍのクロム薄膜をスパッタリング法で成膜してハードマスクを形成し、このハードマスク上に実施例１と同様にしてレジスト層を形成した。また、このレジスト層上に実施例と同様にパターンエリアを設定した。
（描画工程）
実施例１と同様にして、矩形の電子ビームをベクタースキャン方式で走査して、レジスト層にパターンを描画した。
（レジストパターン形成工程）
実施例１と同様にレジスト層を現像して、レジストパターンを形成した。 [Example 2]
A quartz substrate similar to that in Example 1 is prepared, a chromium thin film having a thickness of 500 nm is formed on one main surface of the quartz substrate by sputtering, and a hard mask is formed. Thus, a resist layer was formed. Further, a pattern area was set on the resist layer in the same manner as in the example.
(Drawing process)
In the same manner as in Example 1, a rectangular electron beam was scanned by the vector scan method to draw a pattern on the resist layer.
(Resist pattern formation process)
The resist layer was developed in the same manner as in Example 1 to form a resist pattern.

（エッチング工程）
上記のように形成したレジストパターンをマスクとして、ＣＨ2Ｃｌ2ガスを用いてハードマスクをドライエッチングしてハードマスクパターンを形成した。
次に、このハードマスクパターンを介して、ＣＦ4ガスを用いて石英基板を深さ１８０ｎｍまでエッチングした。
その後、硫酸過水溶液を用いてレジストパターンを除去し、硝酸第二セリウムアンモニウムを用いてハードマスクパターンを除去して、格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンを有する光ファイバー加工用位相マスクを作製した。
この位相マスクについて、石英基板の一主面の垂線方向から凹溝もしくは凸条の幅を実施例１と同様に観察、測定した結果、幅バラツキの３σは１１ｎｍであり、凹溝と凸条の境界部位のエッジ精度が極めて高いものであることが確認された。 (Etching process)
Using the resist pattern formed as described above as a mask, the hard mask was dry-etched using CH 2 Cl 2 gas to form a hard mask pattern.
Next, the quartz substrate was etched to a depth of 180 nm using CF 4 gas through this hard mask pattern.
After that, the resist pattern is removed using an aqueous solution of sulfuric acid, and the hard mask pattern is removed using ceric ammonium nitrate to produce a phase mask for optical fiber processing having a repetitive pattern of grid-like grooves and ridges. did.
With respect to this phase mask, the width of the groove or protrusion was observed and measured in the same manner as in Example 1 from the direction perpendicular to the main surface of the quartz substrate. As a result, the width variation 3σ was 11 nm. It was confirmed that the edge accuracy of the boundary part was extremely high.

［比較例１］
実施例１と同様の石英基板を準備し、この石英基板の一方の主面に実施例１と同様にしてレジスト層を形成した。また、このレジスト層上に実施例１と同様にパターンエリアを設定した。
（描画工程）
次いで、電子ビーム描画装置（ＥＴＥＣ社製 ＭＥＢＥＳ４５００）を用いて、電子ビームスポット（直径１３４ｎｍ）をレジスト層上にラスタースキャン方式で走査してパターンを描画した。すなわち、上記のパターンエリアの短辺に沿った方向をスキャン方向（スキャンピッチ１３４ｎｍ）とし、ラスタースキャンの走査線数を４本として１つの凸条部形成部位の描画を行い、形成される回折格子のピッチが１１００ｎｍとなるように制御して、レジスト層に設定した上記のパターンエリアに対して描画を行った。尚、露光量は２５μＣ／ｃｍ2とした。 [Comparative Example 1]
A quartz substrate similar to that in Example 1 was prepared, and a resist layer was formed on one main surface of the quartz substrate in the same manner as in Example 1. Further, a pattern area was set on this resist layer in the same manner as in Example 1.
(Drawing process)
Next, using an electron beam drawing apparatus (MEBES 4500 manufactured by ETEC), an electron beam spot (diameter 134 nm) was scanned on the resist layer by a raster scan method to draw a pattern. That is, the direction along the short side of the pattern area is the scan direction (scan pitch 134 nm), the number of scan lines of raster scan is four, and one ridge portion forming part is drawn, and the diffraction grating formed The pitch was controlled to 1100 nm, and drawing was performed on the pattern area set in the resist layer. The exposure amount was 25 μC / cm 2 .

（レジストパターン形成工程）
実施例１と同様にレジスト層を現像して、レジストパターンを形成した。
（エッチング工程）
上記のように形成したレジストパターンをマスクとして、ＣＦ4ガスを用いて石英基板を深さ１８０ｎｍまでエッチングした。
その後、硫酸過水溶液を用いてレジストパターンを除去して、格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンを有する光ファイバー加工用位相マスクを作製した。
この位相マスクについて、石英基板の一主面の垂線方向から凹溝と凸条の境界部位の幅を実施例１と同様に観察した画像を図１７に示した。そして、凹溝もしくは凸条の幅を実施例１と同様に観察、測定した結果、幅バラツキの３σは、２０ｎｍであり、実施例１に比べてエッジ精度が低いものであることが確認された。 (Resist pattern formation process)
The resist layer was developed in the same manner as in Example 1 to form a resist pattern.
(Etching process)
Using the resist pattern formed as described above as a mask, the quartz substrate was etched to a depth of 180 nm using CF 4 gas.
Thereafter, the resist pattern was removed using an aqueous sulfuric acid solution to prepare a phase mask for processing an optical fiber having a repetitive pattern of lattice-shaped concave grooves and ridges.
FIG. 17 shows an image obtained by observing the width of the boundary portion between the groove and the ridge in the same manner as in Example 1 from the perpendicular direction of one main surface of the quartz substrate. Then, as a result of observing and measuring the width of the groove or ridge in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the 3σ of the width variation was 20 nm, and the edge accuracy was lower than that in Example 1. .

［実施例３］
実施例１と同様の石英基板を準備し、この石英基板の一方の主面に実施例１と同様にしてレジスト層を形成した。次に、このレジスト層上に矩形のパターンエリアを設定した。この矩形のパターンエリアは、レジスト層の電子ビームの描画可能領域内に位置し、かつ、パターンエリアの対向する１組の長辺が電子ビームのスキャン方向（Ｙ方向）に直交する方向（Ｘ方向）に対して１０°をなすものとした。（図１３（Ａ）参照）
（描画工程）
次いで、実施例１と同様の可変成形ビーム型の電子ビーム描画装置を用いて、矩形（最大矩形サイズ２０００ｎｍ×２０００ｎｍ）の電子ビームをベクタースキャン方式で走査して、レジスト層にパターンを描画した。すなわち、ピッチが１１００ｎｍの回折格子を形成するための光ファイバー加工用位相マスクを作製することを目的として、５５０ｎｍ（Ｘ方向）×２０００ｎｍ（Ｙ方向）の矩形の電子ビームを、上記のスキャン方向（Ｙ方向）に１回スキャンすることにより１つの凸条部形成部位の描画を行い、電子ビームの走査線を上記のスキャン方向（Ｙ方向）に直交する方向（Ｘ方向）で１１００ｎｍ移動させるように制御して、レジスト層に設定した上記のパターンエリアに対して描画を行った。尚、露光量は２５μＣ／ｃｍ2とした。
（レジストパターン形成工程）
実施例１と同様にレジスト層を現像して、レジストパターンを形成した。 [Example 3]
A quartz substrate similar to that in Example 1 was prepared, and a resist layer was formed on one main surface of the quartz substrate in the same manner as in Example 1. Next, a rectangular pattern area was set on the resist layer. This rectangular pattern area is located within the electron beam drawable region of the resist layer, and a pair of long sides facing each other in the pattern area is perpendicular to the electron beam scanning direction (Y direction) (X direction). ) To 10 °. (See FIG. 13A)
(Drawing process)
Next, using a variable shaped beam type electron beam drawing apparatus similar to that in Example 1, a rectangular (maximum rectangular size 2000 nm × 2000 nm) electron beam was scanned by a vector scan method to draw a pattern on the resist layer. That is, for the purpose of producing a phase mask for optical fiber processing for forming a diffraction grating having a pitch of 1100 nm, a rectangular electron beam of 550 nm (X direction) × 2000 nm (Y direction) is applied to the scanning direction (Y (One direction) is drawn once to draw one ridge formation site, and the electron beam scanning line is controlled to move 1100 nm in the direction (X direction) perpendicular to the scanning direction (Y direction). Then, drawing was performed on the pattern area set in the resist layer. The exposure amount was 25 μC / cm 2 .
(Resist pattern formation process)
The resist layer was developed in the same manner as in Example 1 to form a resist pattern.

（エッチング工程）
上記のように形成したレジストパターンをマスクとして、ＣＦ4ガスを用いて石英基板を深さ１８０ｎｍまでエッチングした。
次に、硫酸過水溶液を用いてレジストパターンを除去し、その後、上記のパターンエリアを包含するとともに、対向する長辺が上記のパターンエリアの長辺と平行となるように長方形領域（８０ｍｍ×８０ｍｍ）を石英基板から切り出した。これにより、石英基板の長辺に平行な方向に対して、凹溝の軸方向に直交する方向が１０°傾斜した状態で格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンを有する光ファイバー加工用位相マスクを作製した。
この位相マスクについて、石英基板の一主面の垂線方向から凹溝もしくは凸条の幅を実施例１と同様に観察、測定した結果、幅バラツキの３σは、１０ｎｍであり、凹溝と凸条の境界部位のエッジ精度が極めて高いものであることが確認された。 (Etching process)
Using the resist pattern formed as described above as a mask, the quartz substrate was etched to a depth of 180 nm using CF 4 gas.
Next, the resist pattern is removed using an aqueous sulfuric acid solution, and then a rectangular area (80 mm × 80 mm) is included so as to include the pattern area and have the long sides facing each other parallel to the long side of the pattern area. ) Was cut from the quartz substrate. Thereby, a phase mask for processing an optical fiber having a repetitive pattern of lattice-like grooves and ridges in a state in which the direction orthogonal to the axial direction of the grooves is inclined by 10 ° with respect to the direction parallel to the long side of the quartz substrate Was made.
With respect to this phase mask, the width of the groove or protrusion was observed and measured from the direction perpendicular to the principal surface of the quartz substrate in the same manner as in Example 1. As a result, the width variation 3σ was 10 nm. It was confirmed that the edge accuracy of the boundary part of was extremely high.

［比較例２］
実施例１と同様の石英基板を準備し、この石英基板の一方の主面に実施例１と同様にしてレジスト層を形成した。また、このレジスト層上に実施例３と同様にパターンエリアを設定した。
（描画工程）
次いで、比較例１と同様の電子ビーム描画装置を用いて、電子ビームスポット（直径１３５ｎｍ）をレジスト層上にラスタースキャン方式で走査してパターンを描画した。すなわち、実施例３と同様に、Ｙ方向をスキャン方向とし、ラスタースキャンの走査線数を４本として１つの凸条部形成部位の描画を行い、形成される回折格子のピッチが１１００ｎｍとなるように制御して、レジスト層に設定した上記のパターンエリアに対して描画を行った。尚、露光量は２５μＣ／ｃｍ2とした。
（レジストパターン形成工程）
実施例１と同様にレジスト層を現像して、レジストパターンを形成した。 [Comparative Example 2]
A quartz substrate similar to that in Example 1 was prepared, and a resist layer was formed on one main surface of the quartz substrate in the same manner as in Example 1. Further, a pattern area was set on the resist layer in the same manner as in Example 3.
(Drawing process)
Next, using the same electron beam writing apparatus as in Comparative Example 1, an electron beam spot (135 nm in diameter) was scanned on the resist layer by a raster scan method to draw a pattern. That is, as in Example 3, the Y direction is the scanning direction, the number of scanning lines of the raster scan is four, and one ridge formation site is drawn, so that the pitch of the diffraction grating to be formed is 1100 nm. Then, drawing was performed on the pattern area set in the resist layer. The exposure amount was 25 μC / cm 2 .
(Resist pattern formation process)
The resist layer was developed in the same manner as in Example 1 to form a resist pattern.

（エッチング工程）
上記のように形成したレジストパターンをマスクとして、ＣＦ4ガスを用いて石英基板を深さ１８０ｎｍまでエッチングした。
その後、硫酸過水溶液を用いてレジストパターンを溶解除去して、格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンを有する光ファイバー加工用位相マスクを作製した。
次に、実施例３と同様にして、長方形領域（８０ｍｍ×３０ｍｍ）を石英基板から切り出した。これにより、石英基板の長辺に平行な方向に対して、凹溝の軸方向に直交する方向が１０°傾斜した状態で格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンを有する光ファイバー加工用位相マスクを作製した。
この位相マスクについて、石英基板の一主面の垂線方向から凹溝もしくは凸条の幅を実施例１と同様に観察、測定した結果、幅バラツキの３σは、３０ｎｍであり、実施例３に比べてエッジ精度が低いものであることが確認された。 (Etching process)
Using the resist pattern formed as described above as a mask, the quartz substrate was etched to a depth of 180 nm using CF 4 gas.
Thereafter, the resist pattern was dissolved and removed using an aqueous solution of sulfuric acid to prepare an optical fiber processing phase mask having a repetitive pattern of lattice-shaped concave grooves and ridges.
Next, in the same manner as in Example 3, a rectangular region (80 mm × 30 mm) was cut out from the quartz substrate. Thereby, a phase mask for processing an optical fiber having a repetitive pattern of lattice-like grooves and ridges in a state in which the direction orthogonal to the axial direction of the grooves is inclined by 10 ° with respect to the direction parallel to the long side of the quartz substrate Was made.
As a result of observing and measuring the width of the groove or ridge from the perpendicular direction of one main surface of the quartz substrate in the same manner as in Example 1, the width variation 3σ is 30 nm, which is compared with Example 3. It was confirmed that the edge accuracy was low.

光通信システム等に用いられる光ファイバー内への回折格子の作製に利用可能である。   It can be used for producing a diffraction grating in an optical fiber used in an optical communication system or the like.

１１，２１，３１…光ファイバー加工用位相マスク
１２，２２，３２…透明基板
１３，３３…パターンエリア
１５，２５，３５…凹溝
１６，２６，３６…凸条
３８…描画可能領域
１００…可変成形ビーム型の電子ビーム描画装置 11, 21, 31 ... Optical fiber processing phase mask 12, 22, 32 ... Transparent substrate 13, 33 ... Pattern area 15, 25, 35 ... Concave groove 16, 26, 36 ... Convex strip 38 ... Drawable area 100 ... Variable molding Beam type electron beam lithography system

Claims (4)

透明基板の一主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、該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内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、
透明基板上の電子線感応型のレジスト層に対して、可変成形ビーム型の電子ビーム描画装置を用いて矩形の電子ビームをベクタースキャン方式で走査してパターンを描画する描画工程と、
前記レジスト層を現像してレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
該レジストパターンを介して前記透明基板にエッチングを施して格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンを形成するエッチング工程と、を有し、
前記描画工程では、前記レジスト層の電子ビームの描画可能領域内に、矩形のパターンエリアを該パターンエリアの対向する１組の辺が電子ビームのスキャン方向と直交する方向に対して所定の角度をなすように設定し、少なくとも該パターンエリア内の前記レジスト層を描画し、
前記エッチング工程後に、前記パターンエリアを包含し、かつ、前記パターンエリアの面積よりも大きな面積であるとともに、対向する１組の辺が前記パターンエリアの前記１組の辺と平行となるように矩形領域を前記透明基板から切り出す加工工程を有する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。 A repetitive pattern of lattice-shaped concave grooves and ridges is provided on one main surface of the transparent substrate, and diffracted light from the repetitive pattern is irradiated onto the optical fiber, and the diffraction grating is formed in the optical fiber by interference fringes of different orders of diffracted light. In the manufacturing method of the optical fiber processing phase mask to be manufactured,
A drawing process of drawing a pattern by scanning a rectangular electron beam by a vector scanning method using a variable shaped beam type electron beam drawing apparatus on an electron beam sensitive resist layer on a transparent substrate;
A resist pattern forming step of developing the resist layer to form a resist pattern;
Possess an etching step of forming a repeating pattern of grid-like grooves and convex by etching the transparent substrate through the resist pattern, and
In the drawing step, a rectangular pattern area is placed within a region where the electron beam can be drawn on the resist layer at a predetermined angle with respect to a direction perpendicular to the electron beam scanning direction. Set at least to draw the resist layer in the pattern area,
After the etching step, a rectangular shape is included so as to include the pattern area and have an area larger than the area of the pattern area, and so that one set of opposite sides is parallel to the one set of sides of the pattern area. method of manufacturing an optical fiber processing phase mask, characterized by have a machining step of cutting the area from the transparent substrate. 透明基板の一主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、該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内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、
透明基板上の電子線感応型のレジスト層に対して、可変成形ビーム型の電子ビーム描画装置を用いて矩形の電子ビームをベクタースキャン方式で走査してパターンを描画する描画工程と、
前記レジスト層を現像してレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
該レジストパターンを介して前記透明基板にエッチングを施して格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンを形成するエッチング工程と、を有し、
透明基板として、前記一主面が矩形である透明基板を使用し、前記レジスト層に矩形のパターンエリアを、該パターンエリアを構成する辺が前記透明基板を構成する辺と平行となり、且つ、前記透明基板の面積よりも小さい面積となるように設定し、前記描画工程では、前記パターンエリアを構成する辺が電子ビームのスキャン方向と直交する方向に対して所定の角度をなすように電子ビームの描画可能領域内に前記パターンエリアを位置させて、少なくともパターンエリア内の前記レジスト層を描画する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。 A repetitive pattern of lattice-shaped concave grooves and ridges is provided on one main surface of the transparent substrate, and diffracted light from the repetitive pattern is irradiated onto the optical fiber, and the diffraction grating is formed in the optical fiber by interference fringes of different orders of diffracted light. In the manufacturing method of the optical fiber processing phase mask to be manufactured,
A drawing process of drawing a pattern by scanning a rectangular electron beam by a vector scanning method using a variable shaped beam type electron beam drawing apparatus on an electron beam sensitive resist layer on a transparent substrate;
A resist pattern forming step of developing the resist layer to form a resist pattern;
Possess an etching step of forming a repeating pattern of grid-like grooves and convex by etching the transparent substrate through the resist pattern, and
As the transparent substrate, a transparent substrate having a rectangular principal surface is used, a rectangular pattern area is formed on the resist layer, sides constituting the pattern area are parallel to sides constituting the transparent substrate, and The area of the electron beam is set to be smaller than the area of the transparent substrate, and in the drawing process, the side of the pattern area forms an angle with respect to a direction perpendicular to the scanning direction of the electron beam. A method of manufacturing a phase mask for optical fiber processing , wherein the pattern area is positioned in a drawable region and at least the resist layer in the pattern area is drawn . 前記透明基板と前記レジスト層との間にハードマスクを介在させ、前記エッチング工程では、形成したレジストパターンを介して前記ハードマスクをエッチングしてハードマスクパターンを形成し、該ハードマスクパターンを介して透明基板にエッチングを施すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法。 A hard mask is interposed between the transparent substrate and the resist layer, and in the etching step, the hard mask is etched through the formed resist pattern to form a hard mask pattern. The method for producing a phase mask for processing an optical fiber according to claim 1 or 2 , wherein the transparent substrate is etched. 透明基板と、該透明基板の一主面に位置する格子状の凹溝と凸条の繰り返しパターンと、を備え、該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内に回折格子を作製する光ファイバー加工用位相マスクにおいて、
前記透明基板の一主面の垂線方向から測長用電子顕微鏡を用いて、凹溝もしくは凸条の幅を凹溝と凸条の境界に沿って長さ２μｍに亘って４ｎｍ間隔で５００点観察した際の幅バラツキの３σ（σ：標準偏差）が１５ｎｍ以下であり、
前記一主面が矩形であり、
凹溝と凸条の繰り返しパターンは、矩形のパターンエリアであって該パターンエリアを構成する辺が前記一主面を構成する辺と平行となり、且つ、前記一主面の面積よりも小さい面積となるように前記一主面に設定されているパターンエリア内に位置し、
前記凹溝の軸方向に直交する方向が前記一主面の対向する１組の辺に対して所定の角度をなしていることを特徴とする光ファイバー加工用位相マスク。 A transparent substrate, and a repetitive pattern of lattice-shaped grooves and ridges located on one main surface of the transparent substrate, and diffracted light by the repetitive pattern is irradiated onto an optical fiber to interfere with diffracted light of different orders In a phase mask for optical fiber processing that creates a diffraction grating in an optical fiber by fringes,
Using a length-measuring electron microscope from the perpendicular direction of one principal surface of the transparent substrate, the width of the groove or ridge is observed at 500 points at intervals of 4 nm over a length of 2 μm along the boundary between the groove and the ridge. width variation of 3σ when you: Ri der (sigma standard deviation) 15nm or less,
The one principal surface is rectangular;
The repeating pattern of concave grooves and ridges is a rectangular pattern area, and the sides constituting the pattern area are parallel to the sides constituting the one principal surface, and the area is smaller than the area of the one principal surface. Located within the pattern area set on the one principal surface,
Fiber processing phase mask direction perpendicular to the axial direction, characterized that you have a predetermined angle with respect to a set of opposite sides of said one main surface of the groove.
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