JPS5984205A - Preparation of optical integrated circuit - Google Patents
Preparation of optical integrated circuitInfo
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- JPS5984205A JPS5984205A JP19481782A JP19481782A JPS5984205A JP S5984205 A JPS5984205 A JP S5984205A JP 19481782 A JP19481782 A JP 19481782A JP 19481782 A JP19481782 A JP 19481782A JP S5984205 A JPS5984205 A JP S5984205A
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- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（７）発明の目的
この発明は、半導体基板上の任意の場所に、任意の周期
、任意の大きさの回折格子を作製する方法を提供するこ
とを目的とする。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (7) Purpose of the Invention The object of the present invention is to provide a method for manufacturing a diffraction grating of any period and size at any location on a semiconductor substrate.
（イ）導波路形回折格子
半導体レーザ、光尋波路、変調器、分波素子等を七ノリ
シックに半導体基板上に形成する光ＩＣは、光通信、光
情報処理等の分野で出現の待たれている光デバイスであ
る。(a) Optical ICs, in which waveguide-type diffraction grating semiconductor lasers, optical waveguides, modulators, splitting elements, etc. are formed seven-dimensionally on a semiconductor substrate, are expected to emerge in the fields of optical communication, optical information processing, etc. It is an optical device.
光ＩＣを構成する機能素子には、波長多重通信に重要な
コンポーネントとなる波長分波合波素子、分布帰還型レ
ーザ、偏光ミラー等がある。これら機能素子を製作する
ためには、導波路形の回折格子は、特に重要な基本的要
素となる。Functional elements constituting an optical IC include a wavelength demultiplexing/multiplexing element, a distributed feedback laser, a polarizing mirror, etc., which are important components for wavelength division multiplexing communication. In order to manufacture these functional elements, waveguide-shaped diffraction gratings are a particularly important basic element.
半導体基板上の所望の場所に、所望の周期の、所望の大
きさの回折格子を作製する技術の開発は、光ＩＣを実現
するため釦は不可欠である。The development of a technique for producing a diffraction grating of a desired size and a desired period at a desired location on a semiconductor substrate is essential for realizing optical IC buttons.
現在、導波路形の回折格子は、三光束干渉法又は電子ビ
ーム露光法等の方法で作製されている。Currently, waveguide-shaped diffraction gratings are manufactured using methods such as three-beam interference method or electron beam exposure method.
（つ） 電子線ビーム露光法
細い電子線ビームを、集積回路を作製すべき半導体基板
上のフォトレジスト又１４酸化膜に照射して回折格子や
その他の素子を作製するものである。(1) Electron Beam Exposure Method A thin electron beam is irradiated onto a photoresist or 14-oxide film on a semiconductor substrate on which an integrated circuit is to be fabricated to fabricate diffraction gratings and other elements.
電子線ビームの走査は、電子計算機によってあらかじめ
プログラムされたパターンに従ってなされることができ
る。Scanning of the electron beam can be performed according to a preprogrammed pattern by an electronic computer.
電子ビームによって、所望の場所に、所望の寸法の回折
格子を作製することができる。しかし、電子ビームの直
径は有限で、ある程度（例えば０．１μｍφ）以下に絞
ることができない。このため、電子ビーム露光によって
、光ＩＣの回折格子に要求される微細周期のパターンを
描くことは難しい。A diffraction grating with desired dimensions can be produced at a desired location using an electron beam. However, the diameter of the electron beam is finite and cannot be narrowed down to a certain degree (for example, 0.1 μmφ). For this reason, it is difficult to draw a fine periodic pattern required for the diffraction grating of an optical IC by electron beam exposure.
現在、電子ビーム露光によって製作できる回折格子の格
子周期の下限は０．５１１ｍである。Currently, the lower limit of the grating period of a diffraction grating that can be manufactured by electron beam exposure is 0.511 m.
光ＩＣ用回折格子に必要な徽＃Ｉｌ ｋｔ造を得ること
ができない。It is not possible to obtain the structure required for a diffraction grating for optical IC.
に）三光束干渉露光法
第１図は三光束干渉露光法の概略を示す光学系構成図で
ある。B) Three-beam interference exposure method FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an optical system showing an outline of the three-beam interference exposure method.
半導体基板１には、予めフォトレジスト２を（或は酸化
膜）コーティングしである。The semiconductor substrate 1 is coated with a photoresist 2 (or an oxide film) in advance.
レーザ３は例えばＨｅ −Ｃｄレーザで、４４１６λの
波長のコヒーレント光を生ずる。シャッタ４を通す、ミ
ラー５で反射されだレーザ光は、ビームスプリッタ６で
２光束に分けられる。それぞれは、ビームエクヌパンダ
７．７によって、拡径される。The laser 3 is, for example, a He--Cd laser and generates coherent light with a wavelength of 4416λ. The laser beam that passes through the shutter 4 and is reflected by the mirror 5 is split into two beams by the beam splitter 6. Each is expanded in diameter by a beam exunupander 7.7.
拡径された平面波に近いレーザ光は、ミラー８．８によ
って反射され、基板１に対し、反対側から、等しい入射
角θをなして、入射する。The enlarged laser light, which is close to a plane wave, is reflected by a mirror 8.8 and enters the substrate 1 from the opposite side at an equal incident angle θ.
二光束はコヒーレント光を分けたものであるから、入射
方向と直角な方向に干渉縞を作る。との干渉縞がフォト
レジスト２に露光記録される。フォトレジストを現像し
、基板１をエツチングする事によって、基板上に周期的
な凹凸条を形成する。Since the two beams are separated coherent lights, interference fringes are created in a direction perpendicular to the direction of incidence. Interference fringes are recorded on the photoresist 2 by exposure. By developing the photoresist and etching the substrate 1, periodic uneven lines are formed on the substrate.
三光束干渉露光法に於て、干渉縞の周期ｄはλ
で表わされる。ことで、λはレーザ光の波長、ｎはレジ
ストの面する媒質の屈折６率、θはレーザ光の基板への
入射角である。In the three-beam interference exposure method, the period d of interference fringes is represented by λ. Here, λ is the wavelength of the laser beam, n is the 6 index of refraction of the medium facing the resist, and θ is the incident angle of the laser beam onto the substrate.
三光束干渉露光法は、波長の短い可視光レーザ（Ｈｅ−
Ｃｄレーザ等）を使えば、十分に周期の小さい回折格子
を露光することができる。可視光、近赤外光による光通
信に必要なサブミクロン周期（０，２ｐｍ程度）の回折
格子を得ることは可能でるる。The three-beam interference exposure method uses a short-wavelength visible light laser (He-
If a Cd laser or the like) is used, a diffraction grating with a sufficiently small period can be exposed. It is possible to obtain a diffraction grating with a submicron period (about 0.2 pm) necessary for optical communication using visible light and near-infrared light.
しかし、拡径した二光束を干渉させるから、回折格子を
形成する領域を局所的に制限する事は難しい。However, since the two beams with enlarged diameter interfere with each other, it is difficult to locally limit the area in which the diffraction grating is formed.
任意の場所に、任意の形状、寸法の回折格子を作ること
が必要である。このため、第２図に示すように、スリッ
ト、マスク９をフォトレジスト２の上に重ねて、局所的
に露光する方法が試みられている。It is necessary to create a diffraction grating of any shape and size at any location. For this reason, as shown in FIG. 2, a method has been attempted in which a slit and a mask 9 are placed on top of the photoresist 2 to locally expose the photoresist.
しかし、スリット、ガラヌマスク等には厚みがある。開
口部又は透明部を通して、二光束が、レジスト２に入射
するが、開口部、透明部のエツジでレーザ光が回折する
。この回折によって、エツジ近傍では、レーザ光が整っ
た平面波ではなくなシ、干渉縞のパターンが乱れる。こ
のため、良好な回折格子パターンが得られない。However, slits, galanu masks, etc. are thick. Two beams of light enter the resist 2 through the opening or the transparent part, but the laser beam is diffracted at the edges of the opening or the transparent part. Due to this diffraction, the laser beam is no longer a regular plane wave near the edge, and the pattern of interference fringes is disturbed. For this reason, a good diffraction grating pattern cannot be obtained.
とのよう々難点があった。There were some difficulties.
本発明は、このような欠点を解決した、局所的な回折格
子作製方法を与える。The present invention provides a local diffraction grating fabrication method that solves these drawbacks.
（４）薄膜を用いる回折格子作製性
基板全体を、エツチングされない薄膜で予め覆い、所望
の場所の薄膜だけを除去して窓を開け、窓の部分だけを
、格子状にエツチングするようにしたものである。(4) Fabrication of diffraction gratings using thin films The entire substrate is covered in advance with a thin film that will not be etched, only the thin film at desired locations is removed to open windows, and only the window portions are etched in a grid pattern. It is.
フォトレジストは基板全面に塗布し、三光束干渉露光も
基板上の広い範囲、或は全体に於て行うが、薄膜がある
ので、所望の場所だけに、回折格子を形成することがで
きる。The photoresist is applied to the entire surface of the substrate, and the three-beam interference exposure is also performed over a wide area or the entire surface of the substrate, but since there is a thin film, the diffraction grating can be formed only in a desired location.
第３図は本発明の回折格子作製方法の工程を示す素子の
断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an element showing the steps of the method for producing a diffraction grating of the present invention.
第３図（１）に於て、半導体基板１の上面に、薄膜１０
が一様に形成される。薄膜１０は、エツチングされない
ものであれば良く、フォトレジスト、ＳｉＯ２などが用
いられる。In FIG. 3(1), a thin film 10 is placed on the upper surface of the semiconductor substrate 1.
is formed uniformly. The thin film 10 may be of any material as long as it is not etched, and photoresist, SiO2, or the like may be used.
次に、回折格子を作製したい箇所に、通常のフォトリソ
グラフィー技術によって、窓開けを行う。Next, a window is opened at a location where a diffraction grating is desired to be made using a normal photolithography technique.
窓１１が開かれた部分人は、基板表面が露出する。For those who have opened the window 11, the surface of the substrate is exposed.
それ以外の部分は、薄膜で覆われる。第３図（２）は窓
開は後の素子基板の断面図で、窓開き部Ａと被覆部Ｂが
図示されている。The other parts are covered with a thin film. FIG. 3(2) is a sectional view of the element substrate after the window opening, and the window opening part A and the covering part B are illustrated.
＆Ｋ、フォトレジスト１２をスピンコーティングする。&K, spin coat photoresist 12.
フォトレジストは基板、薄膜の全体を覆う。フォトレジ
ストは、窓開き部Ａに於て、基板１に密着している。第
３図（３）はフォトレジストコーテイング後の断面図で
ある。The photoresist covers the entire substrate and thin film. The photoresist is in close contact with the substrate 1 at the window opening A. FIG. 3(3) is a cross-sectional view after photoresist coating.
この状態で、三光束干渉露光を行う。In this state, three-beam interference exposure is performed.
第３図（４）は露光工程を示す。FIG. 3(4) shows the exposure process.
さらに現像すると、第３図（５）に示すように、回折格
子のパターンが基板上の全面に形成される。Upon further development, a diffraction grating pattern is formed over the entire surface of the substrate, as shown in FIG. 3(5).
しかし、フォトレジストの回折格子パターンが基板に密
着しているのは、窓開き部Ａに於てのみである。被覆部
Ｂに於て、基板１は薄膜１０によって被覆されたままで
ある。However, the diffraction grating pattern of the photoresist is in close contact with the substrate only at the window opening A. In the covering section B, the substrate 1 remains covered with the thin film 10.
これをエツチングすると、第３図（６）に示すように、
窓開き部Ａのみが、エツチングされる。窓開き部Ａの限
られた領域にのみ所望の回折格子１３が形成される。被
覆部Ｂに於て、薄膜１０がエツチングを妨げるので、基
板１はなんらの影響をも受けない。When this is etched, as shown in Figure 3 (6),
Only the window opening A is etched. A desired diffraction grating 13 is formed only in a limited area of the window opening A. In the covering part B, the thin film 10 prevents etching, so that the substrate 1 is not affected in any way.
最後に、第３図（７）に示すように、レジスト、薄膜を
剥離除去する。回折格子１３が残る。Finally, as shown in FIG. 3 (7), the resist and thin film are peeled off and removed. Diffraction grating 13 remains.
以上のようにして、本発明によれば、任意の場所に、任
意の寸法の、任意の周期の回折格子を作製することがで
きる。As described above, according to the present invention, a diffraction grating of any size and any period can be produced at any location.
第３図（３）に於て塗布するレジスト１２は基板露出部
（窓開き部）Ａに於て、薄い方が回折格子のパターン作
製に対して有利である。実際、基板と密着する部分（惑
開き部Ａ）に於ける、レジストこのため、最初、基板上
に形成する薄膜１０もできるだけ薄くしなければならな
い。The thinner the resist 12 applied in FIG. 3(3) is, the more advantageous it is in forming the pattern of the diffraction grating in the substrate exposed portion (window opening portion) A. In fact, because of the resistance of the resist in the part that comes into close contact with the substrate (the opening part A), the thin film 10 initially formed on the substrate must also be made as thin as possible.
薄膜１０カＳｉＯ２テあれば、ＣＶ Ｄ （Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ；気相成長
法）、スパッタ蒸着によシ、基板１上に形成できる。薄
膜がフォトレジストである場合、スピンコード法を利用
できる。If there are 10 thin films of SiO2, CV D (Chemi
It can be formed on the substrate 1 by vapor deposition (vapor deposition) or sputter deposition. If the thin film is a photoresist, a spin code method can be used.
これらの方法によれば、薄厚が０．１１１ｍ以下の薄膜
を容易に作ることができる。According to these methods, a thin film having a thickness of 0.111 m or less can be easily produced.
薄膜として、フォトレジストを使用する場合、レジスト
塗布後、加熱、硬化させて、十分な強度を持たせるよう
にする。When using a photoresist as a thin film, the resist is applied and then heated and cured to provide sufficient strength.
基板をエツチングした後の、薄膜の剥離は、Ｓｉｎ、。The peeling of the thin film after etching the substrate is Sin.
の場合、第３図（２）の窓開は工程で使用したエツチン
グ液と同じ溶液（フッ酸ＨＦ ）を使うことができる。In this case, the same solution (hydrofluoric acid HF) as the etching solution used in the process can be used for the window opening in FIG. 3(2).
フォトレジストを薄膜１０として使用する場合、窓開は
工程は現像液を使って実行できる。エツチング後に、フ
ォトレジスト薄膜１０を剥離するには、アセトン、又は
剥離液を用いる。フォトレジストは熱硬化されているか
らである。If a photoresist is used as the thin film 10, the windowing process can be performed using a developer. After etching, acetone or a stripping solution is used to strip the photoresist thin film 10. This is because photoresist is thermoset.
また、基板に、特に影響のない場合、５ｉ０２等の膜は
残しておいても良い。Further, if there is no particular influence on the substrate, the film such as 5i02 may be left.
以上、被覆部Ｂの薄膜として、ＳｉＯ２、フォトレジス
トを例にとって述ヘタ。The above description is based on examples of SiO2 and photoresist as the thin film of the covering part B.
しかし、基板を被覆するための薄膜としては、その薄膜
をエツチングする溶液に対して、基板の耐性が充分ある
かどうかによシ他の材料も使用できる。例えば、Ａ７、
’ｒｉ、Ａｕ等の金属薄膜を用いる事もできる。However, other materials may be used as the thin film to coat the substrate, depending on the substrate's sufficient resistance to the solution that etches the thin film. For example, A7,
A metal thin film such as 'ri, Au, etc. can also be used.
同一基板上の複数の領域に同じ周期、同一方向の回折格
子を作製するのは、以上の工程を１回実行しただけでで
きる。Diffraction gratings having the same period and direction in multiple regions on the same substrate can be produced by performing the above steps only once.
複数の領域に、異なる周期、異なる方向の回ｒ格子を設
けるには、同様の工程を何回も繰返すことによってなさ
れる。To provide gratings with different periods and directions in a plurality of regions, the same process is repeated many times.
（ロ）本発明の効果
（１）光ＩＣに使用する回折格子を、基板上の所望の領
域に、所望の大きさで形成できる。(B) Effects of the present invention (1) A diffraction grating used in an optical IC can be formed in a desired area and in a desired size on a substrate.
薄膜で遮蔽することにより限られた区域のみフォトレジ
ストパターンを形成し、これをエツチングするからであ
る。This is because a photoresist pattern is formed only in a limited area by shielding with a thin film and then etched.
（１１） 同一基板上の数ケ所に、それぞれ異る周期
、異る方向を持つ回折格子を作製することができる。(11) Diffraction gratings with different periods and directions can be fabricated at several locations on the same substrate.
本発明は、領域を限定し、局所的に任意の周期、任意の
方向の回折格子を作製できるので、これを繰返すことに
よっていかなる周期、方向の回折格子を多数製作できる
。In the present invention, a diffraction grating with any period and any direction can be locally produced by limiting the area, so by repeating this process, a large number of diffraction gratings with any period and any direction can be produced.
（ａ との発明の用途
この発明は、光簗積回路、光回路、分布帰還型半導体レ
ーザ、光分波器、光合波器などに応用することができる
。(a) Application of the invention This invention can be applied to optical filter circuits, optical circuits, distributed feedback semiconductor lasers, optical demultiplexers, optical multiplexers, etc.
第１図は二光束干渉露光法の光学系構成図。
第２図はスリット、ガラスマスクによって露光、 領域
を限定した例を示す断面図。
第８図は薄膜を用いる本発明の回折格子作製法の工程図
。（１）は基板上に薄膜を形成する工程、（２）は窓開
は工程、（３）はフォトレジヌト塗布工程、（４）は三
光束干渉露光工程、（５）は現像工程、（６）はエツチ
ング工程、（７）はレジスト、薄膜の剥離工程を示す。
１ ・・・・・・・・・ 基 板２
・・・・・・・・・ フォトレジヌト３ ・・・
・・・ ・・・ し − ザ４
・・・・・・・・・ シ ャ ツ
タ５・・・・・・・・・ミラー
６ ・・・・・・・・・ ビームヌプリツタ７ ・
・・・・・・・・ ビームエクスパンダ８・・・・・
・・・・ミラー
９ ・・・・・・・・・ スリット、ガラスマスク１
０ ・・・・・・・・・ 薄 膜１１
・・・・・・・・・窓
１２ ・・・・・・・・・ フォトレジヌト１３・・
・・・・・・・回折格子
Ａ ・・・・・・・・・ 窓 開 き 部Ｂ
・・・・・・・・・ 被 覆 部発
明 者 岡 本 賢 司西 脇 由
和
松 岡 春 治
西 浦 洋 三
（１１）
第１図
（１２）
第３図
昭和５８年３ 月９日
１、事件の表示
特願昭５７−１９４８１７号
２、発明の名称
光集積回路作製法
３、補正をする者
事件との関係 特許出願人
居 所大阪市東区北浜５丁目１５番地
名 称（２１３）住友電気工業株式会社代表者社長 川
上 哲 部
４、代 理 人
曇５３７FIG. 1 is a diagram of the optical system configuration of the two-beam interference exposure method. Figure 2 is a cross-sectional view showing an example in which the exposure area is limited using a slit and a glass mask. FIG. 8 is a process diagram of the method for manufacturing a diffraction grating of the present invention using a thin film. (1) is the process of forming a thin film on the substrate, (2) is the window opening process, (3) is the photoresin coating process, (4) is the three-beam interference exposure process, (5) is the development process, (6) (7) shows the etching process, and (7) shows the resist and thin film peeling process. 1 ・・・・・・・・・ Board 2
・・・・・・・・・ Photoresinuto 3 ・・・
・・・ ・・・ し - THE 4
・・・・・・・・・ Shirt
Ta 5...Mirror 6... Beam Nuprita 7 ・
・・・・・・・・・ Beam expander 8・・・・・・
...Mirror 9 ...... Slit, glass mask 1
0... Thin film 11
・・・・・・・・・Window 12 ・・・・・・・・・ Photo resin 13...
・・・・・・Diffraction grating A ・・・・・・・・・ Window opening B
・・・・・・・・・ Covering part
Author Ken Okamoto Yu Nishiwaki
Haru Wamatsu Oka Haruji Nishiura Yozo (11) Figure 1 (12) Figure 3 March 9, 1981 1. Indication of the incident Patent Application No. 1988-1948 2. Name of the invention Method for manufacturing optical integrated circuits 3. Relationship with the case of the person making the amendment Patent Applicant Residence 5-15 Kitahama, Higashi-ku, Osaka Name (213) Sumitomo Electric Industries Co., Ltd. Representative President Tetsu Kawakami Department 4 Agent Kumo 537
Claims (1)
三光束に分割するビームスプリッタと、光束を拡径する
コリメート糸と、三光束を基板上で干渉せしめるための
ミラーとからなる三光束干渉露光装置により、フォトレ
シヌトを塗布した基板を露光し、現像し、エツチングす
る工程によシ、回折格子を作製する方法に於て、基板」
二に薄膜をコーティングし、所望の場所に於て薄膜に窓
開けをした後、該薄膜の上にフオトレジスト層を形成し
、三光束干渉露光を行い、現像し、エツチングする事に
よシ、基板」−の眠られた所望の場所にのみ回折格子を
作製することを特徴とする光集積回路作製法。(1) Three-beam interference exposure consisting of a coherent light source, a beam splitter that splits the light emitted from the light source into three beams, a collimating thread that expands the diameter of the beam, and a mirror that causes the three beams to interfere on the substrate. A method for producing a diffraction grating by exposing, developing, and etching a substrate coated with photoresinut using an apparatus.
Second, a thin film is coated, a window is opened in the thin film at a desired location, a photoresist layer is formed on the thin film, three-beam interference exposure is performed, development is performed, and etching is performed. 1. A method for manufacturing an optical integrated circuit, which comprises manufacturing a diffraction grating only at a desired location on a substrate.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19481782A JPS5984205A (en) | 1982-11-06 | 1982-11-06 | Preparation of optical integrated circuit |
| EP83110986A EP0110184B1 (en) | 1982-11-04 | 1983-11-03 | Process for fabricating integrated optics |
| DE8383110986T DE3370078D1 (en) | 1982-11-04 | 1983-11-03 | Process for fabricating integrated optics |
| US06/548,591 US4517280A (en) | 1982-11-04 | 1983-11-03 | Process for fabricating integrated optics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19481782A JPS5984205A (en) | 1982-11-06 | 1982-11-06 | Preparation of optical integrated circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5984205A true JPS5984205A (en) | 1984-05-15 |
Family
ID=16330747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19481782A Pending JPS5984205A (en) | 1982-11-04 | 1982-11-06 | Preparation of optical integrated circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5984205A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6226428B1 (en) | 1997-07-30 | 2001-05-01 | Nec Corporation | Optical multiplexer/demultiplexer with optical waveguides and a diffraction grating |
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| JPS5434253A (en) * | 1977-08-23 | 1979-03-13 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method of manufacturing diffraction grating |
-
1982
- 1982-11-06 JP JP19481782A patent/JPS5984205A/en active Pending
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