JP3564215B2 - Interference exposure apparatus and interference exposure method using the same - Google Patents

Description

【０００４】
露光に用いられる光源としては、特性が安定し、可干渉性が高いＨｅ−Ｃｄレーザ（λ＝３２５ｎｍ），Ａｒレーザ（λ＝３５１．１，３６３．８ｎｍ）等のガスレーザが用いられる。上記式（２）において０°＜θ_Ｃ＜９０°である為に、例えばλ＝３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザを光源に用いた場合、プリズムの屈折率をｎ_Ｃ＝１．５とすると上記の方法で作製される回折格子のピッチΛとして最小１０８ｎｍまでの回折格子が作製できる。プリズム８０４を用いずに空気中で干渉露光を行う方法の場合（上記式（２）においてｎ_Ｃ＝１．０に相当）に作製できる最小ピッチは上記式（２）から１６３ｎｍとなり、よりピッチの小さな回折格子を作製することが出来る点でプリズムを用いた上述の方法は優れた方法である。特に、ＡｌＧａＡｓ等を材料系とする短波長のＤＦＢ−ＬＤに対する一次の回折格子ではピッチΛが１２０ｎｍ前後の小さなものである為、プリズムを用いた干渉露光法が必須の技術となる。
【０００５】
なお、図８においては下記の文献１に基づいて直方体形状のプリズムに関して図示したが、下記の文献２においては、三角柱形状のプリズムが用いられている。
【０００６】

【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の技術を用いた方法は、可干渉性の高いガスレーザが光学的に作り出す干渉パターンをそのまま転写するものであり、ピッチが非常に均一に揃った回折格子を作製することが出来る点で有効な方法である。しかしながら、従来の直方体形状や三角柱形状のプリズムを用いて回折格子を作製した場合、露光される回折格子の露光状態にモアレ状のムラが生じたり、感光性膜に露光される回折格子パターンのコントラストが悪いという問題があった。本発明の課題は従来のプリズムを用いて露光した場合に生じる、露光状態のムラによる回折格子の品質の低下が生じることのない干渉露光方法及び干渉露光装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る請求項１に記載の干渉露光装置は、
感光性膜が被着された基板と、
前記感光性膜に接する第１面と、該第１面に隣接し、互いに対向した第２、第３面とを少なくとも有するプリズムと、
を備え、
前記プリズムの第２面及び第３面に同一波長を有する光線をそれぞれ照射して、前記プリズムの第１面に前記光線による干渉縞を形成し、該干渉縞のパターンを前記感光性膜に転写する干渉露光装置において、
少なくとも前記プリズムの第２、及び第３面には、それぞれ反射防止膜が形成されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る請求項２に記載の干渉露光装置は、
感光性膜が被着された基板と、
前記感光性膜に接する第１面と、該第１面に隣接し、互いに対向した第２、第３面とを少なくとも有するプリズムと、
を備え、
前記プリズムの第２面及び第３面に同一波長を有する光線をそれぞれ照射して、前記プリズムの第１面に前記光線による干渉縞を形成し、該干渉縞のパターンを前記感光性膜に転写する干渉露光装置において、
前記プリズムの第２面及び第３面に近接又は接して、前記プリズムの第１面から離れた位置に遮光手段を配置して、プリズムの第２、第３面に入射する光線を制限してなることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る請求項３に記載の干渉露光装置は、
感光性膜が被着された基板と、
前記感光性膜に接する第１面と、該第１面に隣接し、互いに対向した第２、第３面とを少なくとも有するプリズムと、
を備え、
前記プリズムの第２面及び第３面に同一波長を有する光線をそれぞれ照射して、前記プリズムの第１面に前記光線による干渉縞を形成し、該干渉縞のパターンを前記感光性膜に転写する干渉露光装置において、
前記プリズムの第２面に入射した後、前記プリズムの第３面内壁に照射されて反射する反射光と、前記プリズムの第３面に入射した後、前記プリズムの第２面内壁に照射されて反射する反射光とはいずれも、それら反射光の向きが前記プリズムの第１面から離れる方向にすすんでなることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に係る請求項４に記載の干渉露光装置は、請求項２に記載の装置のうち、 少なくとも前記プリズムの第２、及び第３面には、それぞれ反射防止膜が形成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係る請求項５に記載の干渉露光装置は、請求項３に記載の装置のうち、前記プリズムの第１、第２、及び第３面に、それぞれ反射防止膜が形成されてなることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明に係る請求項６に記載の干渉露光装置は、請求項３または５に記載の装置のうち、
感光性膜が被着された基板と、
前記感光性膜に接する第１面と、該第１面に隣接し、互いに対向した第２、第３面とを少なくとも有するプリズムと、
を備え、
前記プリズムの第２面及び第３面に同一波長を有する光線をそれぞれ照射して、前記プリズムの第１面に前記光線による干渉縞を形成し、該干渉縞のパターンを前記感光性膜に転写する干渉露光装置において、
前記プリズムの第１面と、前記プリズムの第２、第３面とのなす角φ、φ’が、下記式（１）を満たしていることを特徴とするものである。
【００１４】
【数３】

【００１５】
本発明に係る請求項７に記載の干渉露光装置は、請求項６に記載の装置のうち、 前記プリズムの第１面と第２面とのなす角φと、前記プリズムの第１面と第３面とのなす角φ’とが等しいことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る請求項８に記載の干渉露光装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の装置のうち、
前記プリズムの第１、第２、及び第３面を除く全ての面が、光の入反射に寄与しない粗面であることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明に係る請求項９に記載の干渉露光方法は、請求項１〜８のいずれかに記載の装置を用いて干渉露光してなることを特徴とするものである。
本発明に係る請求項１０に記載の干渉露出装置は、請求項１乃至８のいずれか一つに記載の干渉露光装置において、前記プリズムにおいて、前記第２面および前記第３面のうちの少なくとも一方の一部には、段差あるいは透明薄膜が設けられていることを特徴とするものである。
本発明に係る請求項１１に記載の干渉露光方法は、請求項１０に記載の干渉露光装置を用いて干渉露光して回折格子を形成することを特徴とするものである。
【００１８】
ここで、プリズムの第１面に隣接し、互いに対向した第２、第３面とは、例えば縁取りを目的として形成される等、干渉露光に何ら影響を及ぼさない面は含まない。
【００１９】
また、反射防止膜は、少なくともプリズムの第２、及び第３面に形成されると記載したが、その他に感光性膜に接する第１面に形成してもよい。
【００２０】
図９は、従来の直方体プリズム（φ＝φ’＝９０°）を用いた場合の、プリズム内部での光の軌跡を示す上面図である。なお、図９においては面９０５から入射される一方の平行光線しか図示されていないが、実際の干渉露光では面９０４からも左右対称に同一波長の平行光線を入射させて２つの光線を干渉させる。露光に用いる平行光線はガスレーザから発せられる幅の細い光線をレンズを用いて幅の広い平行光線に変換することによって得るが、基板９０２に均一な光強度分布で露光が出来るように平行光線の幅は基板９０２の大きさよりも十分に広く（例えば基板が２０ｍｍφであれば平行光線は５０ｍｍφ程度）する必要がある。
【００２１】
この場合、従来のプリズムを用いた露光においては、９１０，９１１で示される直接的に面９０６に達してレジスト９０１への露光に寄与する光と、９０８，９０９で示されるプリズムの反対側の入射面９０４の内側で一度反射されてから間接的に面９０６に達してレジスト９０１への露光に寄与する光とが存在することになる。この一度反射した後に露光に寄与する９０８，９０９で示される光が、露光状態にムラを生じさせたりコントラストを悪化させる原因になる。プリズム内部での不要な反射光の影響を受けず、高い品質の回折格子を作製する為には、９０８，９０９で示される余分な光が露光に寄与しないことが必須となる。なお、従来から用いられてきた三角柱形状のプリズムでも全く同じ状況が生じる。
【００２２】
上記の問題を回避する方法として、余分な光９０８，９０９がプリズムの内部に入射した後、面９０４に届かない様に十分に幅の広い大きなプリズムを用いる手段が考えられる。例えば基板が２０ｍｍφであれば平行光線は５０ｍｍφ程度となり、プリズムの基板設置面９０６の幅は一辺２００ｍｍ程度にすれば良い。しかし、半導体プロセスでは基板の面積は日進月歩で大面積化が進んでおり、これに対応するには非常に巨大なプリズムが要求されることになりかねない。この場合、高い面精度が要求されるプリズムの加工が難しくなり、コストがかかる等の問題が生じるため、プリズムの大きさは出来るだけ小さく、好ましくは基板の大きさに近いことが望ましい。
【００２３】
高い品質の回折格子を作製する為の手段として、本発明では次の３つの手段を提供する。
（方法１）面９０４（９０５）に反射防止膜を設けることにより、光９０８，９０９が面９０４の内側で反射されることがなくなり、レジスト９０１への露光に寄与しない。
（方法２）面９０５に入射する前に光９０８，９０９を遮光する。
（方法３）光９０８，９０９が面９０４の内側で反射された時に、これらが面９０６の方向ではなく、面９０７の方向（感光性膜９０１から離れる方向）に反射されるような形状のプリズムにする。
【００２４】
（方法３）の条件を満たすプリズムの形状を、簡単な幾何光学的な計算で導出したところ、プリズムの角度φが下記式（３）を満足している必要があることがわかった。
【００２５】
【数４】

【００２６】
つまり、式（３）の関係を満たすプリズムは、プリズムの基板設置面９０６が基板９０２と同程度の大きさであっても露光状態にムラを生じたりコントラストを悪化させる内部反射光の影響が露光状態に現われない形状のプリズムである。
【００２７】
また、光を面９０５へ入射する際にその光が面９０５で全反射されないことが必要であり、その為にはプリズムの角度φ’が下記式（４）を満足している必要があることも簡単な幾何光学的な計算で導かれる。
【００２８】
【数５】

【００２９】
なお、面９０５から入射される光に関して角度φの条件式（３）と角度φ’の条件式（４）を示したが、図９には記述されていない面９０４から入射される光に関しても全く等価であることから式（３），（４）はそれぞれφ’，φについても成り立ち、結局、式（１）が（方法３）を実現する為のプリズムの形状の条件となる。
【００３０】
また、（方法３）において、面９０７の方向（感光性膜９０１から離れる方向）に反射された余分な光が、更に多重反射を繰り返して最終的に感光性膜９０１に達してしまうことが無いように、面９０４，９０５，９０６以外は、例えばスリガラス等の粗面であることが望ましい。
【００３１】
また、（方法３）において、角度φとφ’が等しい対称な形状のプリズムを用いると露光に用いる光学系全体を左右対称に設置することが出来、光学系の構築が容易になりより望ましい。
【００３２】
なお、光の利用効率を高める観点から、上記３つの方法全てにおいて、面９０４，９０５，９０６に相当する面に反射防止膜を施すことが望ましい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に説明する。
【００３４】
＜実施の形態１＞
図６は、第１の実施の形態で用いたプリズムの形状を示す図である。角度φ，φ’として９０°を有する直方体形状の光学部品（プリズム）である。角度の精度は９０°±５秒以内で作製されている。材質は硼硅酸ガラス（ＢＫ７）から成り、波長３５１．１ｎｍに対して透明であり、屈折率は１．５３９である。また、鏡面研磨された面６０１，６０２，６０３の面精度はλ／２０である。面６０１と６０３及び６０２と６０３の角度の精度は９０°±５秒以内、面６０１と６０２の平行度は５秒以内で作製されている。面６０１，６０２，６０３を除いた面は全てスリガラス状の粗面になっている。プリズムの大きさは、面６０１，６０２，６０３は４０ｍｍ×４０ｍｍとなっている。
【００３５】
図２は後に説明する実施の形態３をの光学系を示す斜視図であるが、ここでは実施の形態１のプリズムを図２に示す光学系において２０７と置き換えて使用した。プリズムの面６０３（図２における２１０に相当）には、厚さ０．１μｍのホトレジストＡｚ１４００（シプレイ社製）が表面に塗布されたガラス基板が、プリズムの面６０３（図２における２１０に相当）に対して平行になるようにキシレンを介して設置した。基板の大きさは、２０ｍｍ×２０ｍｍの角型である。ここに一定の光量の干渉縞をレジストに照射し、現像液ＭＦ３１９（シプレイ社製）で処理すると、基板上に均一なピッチΛを有する回折格子が形成された。図２における全反射ミラー２０５，２０６の角度Ｘ，Ｙを共に２８°とした時、ピッチ１１５ｎｍの回折格子が露光されていた。
【００３６】
本実施の形態においては、角度φ，φ’は式（１）の範囲に含まれない為、面６０１（６０２）から入射した光は面６０２（６０１）の内側で反射されて面６０３に達し、露光に寄与することになる。面６０１，６０２に反射防止膜を施さないプリズムを用いた場合には図３と同様のレジストマスクの幅が周期的変動する露光ムラを有する回折格子が露光された。一方、面６０１，６０２に反射防止膜を施し、反射率を低く抑えた場合、露光ムラが小さい高品質の回折格子が作製されていた。
【００３７】
しかしながら、面６０１，６０２に反射防止膜を施す加工を行っても、完全に面６０１，６０２の反射率を無くすることは困難であり、数％程度の反射率が残ってしまう。単にプリズムに反射防止膜を施すことによって露光ムラを小さく抑えることは出来たものの、その品質は後に述べる実施の形態３の様に台形形状を底辺とする柱状のプリズムを用いて作製したものよりもやや劣るものであった。
【００３８】
なお、面６０１，６０２に反射防止膜を施した場合、ホトレジストを露光するのに必要な光量は約１５％低減した。面６０３に反射防止膜を施したプリズムを用いた場合には更に３０％も低い光量で露光することができ、露光の効率を大きく向上させ、スループットの向上に寄与することが明らかになった。
【００３９】
＜実施の形態２＞
図７は、第２の実施の形態で用いたプリズムの形状を示す図である。角度φ，φ’として６０°を有する正三角形を底辺とする柱状の光学部品である。角度の精度は６０°±５秒以内で作製されている。材質は合成石英から成り、波長３５１．１ｎｍに対して透明であり、屈折率は１．４７６である。鏡面研磨された面７０１，７０２，７０３の面精度はλ／２０である。また、面７０１，７０２，７０３を除いた面は全てスリガラス状の粗面になっている。光の入射面７０１，７０２の一部には波長３５１．１ｎｍの光に対して不透明な樹脂７０４，７０５の被覆が施されている。プリズムの大きさは、面７０３は３０ｍｍ×３０ｍｍ，面７０１と７０２は３０ｍｍ×５０ｍｍとなっている。
【００４０】
図２は後に説明する実施の形態３の光学系を示す斜視図であるが、ここでは実施の形態２のプリズムを図２に示す光学系において２０７と置き換えて使用した。プリズムの面７０３（図２における２１０に相当）には、厚さ０．１μｍのホトレジストＡｚ１４００（シプレイ社製）が表面に塗布されたガラス基板が、プリズムの面７０３（図２における２１０に相当）に対して平行になるようにキシレンを介して設置した。ここに一定の光量の干渉縞をレジストに照射し、現像液ＭＦ３１９（シプレイ社製）で処理すると、基板上に均一なピッチΛを有する回折格子が形成された。図２における全反射ミラー２０５，２０６の角度Ｘ，Ｙを共に２０°とした時、ピッチ１２０ｎｍの回折格子が露光されていた。
【００４１】
本実施の形態においては、角度φ，φ’は式（１）の範囲に含まれない為、樹脂７０４，７０５の被覆が施されていない場合には面７０１（７０２）から入射した光は面７０２（７０１）の内側で反射されて面７０３に達し、露光に寄与する。この場合には図３と同様のレジストマスクの幅が周期的変動する露光ムラを有する回折格子が露光された。一方で面７０１（７０２）から入射した光のうち、面７０２（７０１）の内側に達する光を遮光するように面７０１，７０２の一部に不透明な樹脂７０４，７０５の被覆を施した場合、露光ムラが少ない高品質の回折格子が作製されていた。
【００４２】
なお、光の一部を遮光する方法としては、上述のようにプリズムの光入射面に直接遮光用のマスクを被覆する方法の他にも、図１０に示された方法が考えられる。すなわち、露光に用いる平行光線１００１〜１００４，１００５〜１００８がプリズムに入射する前に、平行光線の通路の一部に不透明な物体１００９，１０１０を置いて一部を遮光し、影をつくる。遮光する位置は、図２における空間フィルタ２０２・ビームスプリッタ２０４・全反射ミラー２０５，２０６・プリズムの光入射面２０８，２０９に至る光の通路の途中であれば同様の効果を有する。
【００４３】
注意すべきことには、平行光線１００１〜１００４，１００５〜１００８の通路の一部に不透明な物体１００９，１０１０を置いて遮光した場合、平行光は不透明な物体１００９，１０１０のエッジで回折を受け、物体１００３，１００４の近傍を通過した部分（１００２，１００６近傍）の波面が乱れる。その為、不透明な物体１００３，１００４のエッジ近傍を通過した光で露光された部分にはエッジ回折によるモアレ状の露光ムラが見られることがあり、露光された回折格子の品質は後で述べる実施の形態３の様に台形形状を底辺とする柱状のプリズムを用いて作製したものよりもやや劣るものであった。なお、乱れた波面は、光が進むに連れて平行光の全体に広がっていく為、波面の乱れが露光に与える影響が少しでも小さくなるように、感光性膜１０１３に出来だけ近い位置で遮光するのが望ましかった。
【００４４】
＜実施の形態３＞
図１は、第３の実施の形態で用いたプリズムの形状を示す図である。角度φ，φ’として１１０°を有する台形を底辺とする柱状の光学部品である。角度の精度は１１０°±５秒以内で作製されている。材質は硼硅酸ガラス（ＢＫ７）から成り、波長３５１．１ｎｍに対して透明であり、屈折率は１．５３９である。また、鏡面研磨された面１０１，１０２，１０３の面精度はλ／２０であり、面１０１，１０２，１０３の表面には無反射コーティングが施されている。面１０１，１０２，１０３を除いた面は全てスリガラス状の粗面になっている。プリズムの大きさは、面１０３は３０ｍｍ×３０ｍｍ，面１０１と１０２は３０ｍｍ×５０ｍｍとなっている。
【００４５】
このプリズムを図２に示す光学系に設置して使用した。すなわち、単一波長３５１．１ｎｍのＡｒレーザから発せられたレーザ光は凸レンズ２０１，空間フィルター２０２，凸レンズ２０３を経て５０ｍｍφの円形の平行光線に変換される。５０ｍｍφの平行光線の内、中心部の約２０ｍｍφ程度で光量がほぼ一定であり、露光に用いることが出来る。レンズ２０３を透過した後、ビームスプリッタ２０４で二分された後、全反射ミラー２０５，２０６を経てプリズム２０７の面２０８と２０９とに入射される。プリズムの面２１０には、例えばホトレジスト等の感光性膜２１１が表面に塗布された１０ｍｍ角の正方形のガラス基板２１２が、プリズムの面２１０に対して平行になるように例えばキシレン２１３等のオイルを介して設置されている。二つの平行光線２１４と２１５はプリズムに入射されるとプリズム中で干渉し合い、図２の紙面に垂直方向に平行な干渉縞を形成する。例えば数十［ｍＪ／ｃｍ^２］といった一定の光量の干渉縞を感光性膜２１１に照射し、適切な現像液で処理すると、ガラス基板上に均一なピッチΛを有する回折格子が露光された。全反射ミラー２０５，２０６の角度Ｘ，Ｙを共に３５°とした時、ピッチ１１５ｎｍの均一な回折格子が露光されていた。露光された回折格子には露光ムラが一切無く、高品質の回折格子が作製されていた。
【００４６】
本実施の形態においては、下記式（１）
【００４７】
【数６】

【００４８】
で与えられる範囲は
９４° ＜ φ（ｏｒ φ’） ＜ １２３°
となる。上記で用いたものは角度φ，φ’として１１０°を有するものであり、この範囲に入っていることから、露光ムラが無く、高品質の回折格子が作製されることになった。また、φとφ’は共に等しく、図２における光学系の設置が容易であった。
【００４９】
比較の為、φとして８０°，８５°，９０°，・・・，１２０°，１２５°，１３０°で５°刻みで異なる１１種類のプリズムを用意し、同一のピッチ１１５ｎｍの回折格子を露光した。いずれもφ’はφに等しい形状とした。８０°，８５°，９０°のプリズムを用いて露光したものに関しては、図３に断面のイラストが示されているように基板上のレジストマスクの幅が数百μｍ間隔で周期的に変調された露光ムラを有する回折格子が露光されていた。図３のように均一でない回折格子では、回折効率が大幅に低下し、回折格子の品質としては良くない。一方で、φ，φ’として９５°から１２０°のプリズムを用いた場合、何れも図３のような露光ムラは見られず、均一で高品質な回折格子が露光されていた。１２５°，１３０°のプリズムの場合には、露光量を数百［ｍＪ／ｃｍ^２］以上にまで大きくしても全く回折格子は露光されていなかった。これは、１２５°，１３０°のプリズムの場合には、プリズムに入射する光線が全てプリズムの光入射面で全反射してしまうことによる。
【００５０】
＜実施の形態４＞
図４は、第４の実施の形態で用いたプリズムの形状を示す図である。角度φ，φ’として１００°を有する台形を底辺とする柱状の光学部品（プリズム）である。角度の精度は１００°±５秒以内で作製されている。材質は合成石英から成り、波長３５１．１ｎｍに対に対して透明であり、屈折率は１．４７６である。また、鏡面研磨された面４０１，４０２，４０３の面精度はλ／３０である。面４０１，４０２，４０３を除いた面は全てスリガラス状の粗面になっている。プリズムの大きさは、面４０３は３０ｍｍ×３０ｍｍ，面４０１と４０２は３０ｍｍ×５０ｍｍとなっている。またプリズムの一方の表面４０１にはストライプ状のＰＭＭＡから成る透明薄膜４０４が設けられている。なお、図４にはプリズムの構造がわかりやすくなるように図を簡略し、ストライプ状の透明な薄膜を４本しか表示していないが、実際には厚さ約２５０ｎｍの透明な薄膜４０４が間隔３６μｍ，幅３６μｍで多数本設けられている。
【００５１】
このプリズムを図２に示す光学系において２０７と置き換えて使用した。ただし、ｎ型ＧａＡｓ結晶の上に下クラッド層となるｎ型Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓを１μｍ、活性層となるＡｌ_０．１４Ｇａ_０．８６Ａｓ層を０．０８μｍ、第一上クラッド層なるｐ型Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓを０．２μｍ、ガイド層となるｐ型Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ａｓを０．１μｍを化学気相堆積法によって積層させたものを基板２１２としてプリズムの面２１０に接するように設置した。また、感光性膜２１１として厚さ０．１μｍのホトレジストＡｚ１４００（シプレイ社製）を用いた。ここで約３０［ｍＪ／ｃｍ^２］の光量の干渉縞を感光性膜２１１に照射し、現像液ＭＦ３１９（シプレイ社製）で処理すると基板２１２上には回折格子状のホトレジストが残った。
【００５２】
本実施の形態に用いたプリズムでは、プリズムの面４０１を透過した光のうち、薄膜４０４を通過した部分と通過していない部分との光の位相が反転するように薄膜４０４の厚さを設定していることから、ホトレジスト上に作製される回折格子は図５に５０３で示されるように途中で空間的な位相が反転する部分を有するものとなった。また回折格子のピッチは、全反射ミラー２０５，２０６の角度Ｘ，Ｙを共に３０°とした時に１２０ｎｍであった。
【００５３】
引き続いて湿式エッチングにより回折格子のパターンを基板５０１の表面に転写した後、ホトレジストを剥離し、第２上クラッド層となるｐ型Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ層を０．８μｍ、コンタクト層となるｐ型ＧａＡｓ層を０．５μｍを化学気相堆積法により積層させた。作製された基板を厚さ約１００μｍに研磨し、上下に適切な電極を付けた後、位相反転部の一つが中央になる様に３００μｍ角のチップ状に劈開分割し、劈開した両端面に無反射コートを施して半導体レーザとした。上下の電極を通して電流を注入したところ、回折格子のピッチに対応するブラッグ波長で単一スペクトルを有するレーザ光が出射された。
【００５４】
本実施の形態においては、下記式（１）
【００５５】
【数７】

【００５６】
で与えられる範囲は
９４° ＜ φ（ｏｒ φ’） ＜ １２５°
となる。上記で用いたものは角度φ，φ’として１００°を有するものであり、この範囲に入っていることから、露光ムラが無く、高品質の回折格子が作製されることになった。また、φとφ’は共に等しく、図２における光学系の設置が容易であった。
【００５７】
＜実施の形態５＞
図１１は、第５の実施の形態で用いたプリズムの形状を示す図である。角度φ，φ’として１１０゜を有する六角形を底辺とする柱状の光学部品である。角度φ，φ’の精度は１１０゜±５秒以内で作製されている。面１１０４と面１１０５とは５秒以内の精度で平行であり、面１１０４と面１１０３及び面１１０５と面１１０３とは９０゜±５秒の精度で垂直になるように作製されている。材質は硼硅酸ガラス（ＢＫ７）から成り、波長３５１．１ｎｍに対して透明であり、屈折率は１．５３９である。また、鏡面研磨された面１１０１，１１０２，１１０３，１１０４，１１０５の面精度はλ／２０であり、面１１０１，１１０２，１１０３の表面には無反射コーティングが施されている。面１１０１，１１０２，１１０３，１１０４，１１０５を除く他の面は全てスリガラス状の粗面になっている。つまり、本実施例で用いた図１１のプリズムは、図１に示した第３の実施の形態で用いたプリズムに、面１１０３と垂直の角度を成す面１１０４，１１０５を含む部分を付け足した形状となっている。プリズムの大きさは、面１１０３は３０ｍｍ×３０ｍｍ，面１１０１と１１０２は３０ｍｍ×５０ｍｍ，面１１０４と１１０５は３０ｍｍ×３０ｍｍとなっている。
【００５８】
このプリズムを、面１１０１，１１０２が光の入射面、面１１０３が基板を設置する面となるように、図２に示す光学系において２０７と置き換えて使用した。面１１０１，１１０２，１１０３に対応する部分は第３の実施の形態で用いたプリズムと等価な作用を及ぼし、回折格子の露光結果に与える効果に関しては第３の実施の形態と同等であった。
【００５９】
図１１のプリズムにおいては、面１１０３に垂直になるように付け加えられた面１１０４，１１０５から成る部分があることにより、プリズムを光学系に取り付ける時のアライメントが精度良く容易に出来るようになった。図１２に示す様にアライメント用のＨｅ−Ｎｅレーザ１２０１の光線を土台の光学定盤に平行かつ基板１２０６の方向と平行にプリズム１２０４のアライメント用の面１２０５（図１１における面１１０４に相当）に当たる様に設定しておき、その反射光の位置をピンホールの開いたスクリーン１２０２の上でモニターすることによって位置ずれを検知し、プリズムの位置，角度のずれを修正すると、プリズムのアライメントが高精度で出来た。
【００６０】
プリズムのアライメントは、図１１における面１１０１または１１０２にアライメント用のＨｅ−Ｎｅのレーザ光を当てて、上述と同様の方法で行うことも可能であった。しかしながら、面１１０１，１１０２は光学系の基準となる方向（例えば基板の面の方向）に対して１１０°に傾いた面であり、アライメント用のＨｅ−Ｎｅレーザ自体を光学系の基準となる方向に対して１１０°に傾けて精度良く設定することが難しかった。これは、光学定盤の上には碁盤の目状に光学部品を取り付けるネジ穴が切られている為に、光学部品を４５°，９０°，・・・といった区切りの良い方向にアライメントすることは非常に容易であるが、それ以外の角度に精度良くアライメントすることは難しい事に寄っている。基準となる面に対して４５゜，９０゜，・・・といった区切りの良い角度の面をアライメント用の面としてプリズムに付加することは、実用上効果的となる。
【００６１】
ところで、ここまでに説明した実施の形態は図２に示された光学系を用いたものであるが、２本の平行光線がプリズムに至るまでに通過する空間フィルタ・凸レンズ・ビームスプリッタ・全反射ミラー等からなる光学系は、図２に示されたものと同等の機能を有するものであれば光学部品の構成・配置に変更があってもよいことは明らかである。
【００６２】
また、光源には何れもＡｒガスレーザによる紫外光を用いたものを示したが、Ｈｅ−Ｃｄガスレーザ等の他の光源による紫外光によっても効果は同じであり、可視光・深紫外光を用いることも出来る。
【００６３】
また、プリズムの材質・基板の種類・感光性膜の種類・プリズムと基板との間に満たすオイルの種類についても上記の実施の形態で用いたものに限定されることはない。
【００６４】
また、本発明で得られる回折格子の応用例としてλ／４シフト型屈折率結合ＤＦＢ−ＬＤに関して説明したが、利得結合ＤＦＢ−ＬＤ等の他のタイプのＤＦＢ−ＬＤや、ＤＢＲ−ＬＤ・波長フィルター・グレーティングカップラー等の他の用途にも応用することが可能である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明による干渉露光装置およびそれを用いた干渉露光方法によれば、ピッチの小さな回折格子を露光ムラが無く、高品質に露光することができ、また、光の利用効率が向上し、露光のスループットが向上する。
【００６６】
また、φとφ’とを等しくすることにより、光学系全体が対称な配置となり、光学系の設置が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第３の実施の形態の回折格子の製造方法で用いたプリズムの形状を示す斜視図である。
【図２】第３の実施の形態の回折格子の製造方法で用いた光学系を示す模式図である。
【図３】第３の実施の形態の比較例の製造方法で作製された品質の低い回折格子を示す断面図である。
【図４】第４の実施の形態の回折格子の製造方法で用いたプリズムの形状を示す斜視図である。
【図５】第４の実施の形態の回折格子の製造方法で作製された回折格子を示す斜視図である。
【図６】第１の実施の形態の回折格子の製造方法で用いたプリズムの形状を示す斜視図である。
【図７】第２の実施の形態の回折格子の製造方法で用いたプリズムの形状を示す斜視図である。
【図８】従来の回折格子の製造方法を示す図である。
【図９】従来の回折格子の製造方法の問題点を示す上面図である（プリズムに入射する２本の平行光線の内、一方だけが表示されている。）。
【図１０】第２の実施の形態の回折格子の製造方法を示す上面図である。
【図１１】第５の実施の形態の回折格子の製造方法で用いたプリズムの形状を示す斜視図である。
【図１２】第５の実施の形態の回折格子の製造方法で用いたプリズムのアライメントの方法を示す上面図である。
【符号の説明】
１０１，１０２ 光入射面
１０３ 基板設置面
２０１ 凸レンズ
２０２ 空間フィルタ
２０３ 凸レンズ
２０４ ビームスプリッタ
２０５，２０６ 全反射ミラー
２０７ プリズム
２０８，２０９ 光入射面
２１０ 基板設置面
２１１ 感光性膜
２１２ 基板
２１３ オイル
２１４，２１５ 平行光線
３０１ 基板
３０２ レジスト
４０１ 透明な薄膜が設けられた光入射面
４０２ 光入射面
４０３ 基板設置面
４０４ 透明な薄膜
５０１ 基板
５０２ 感光性膜
５０３ 位相反転部
６０１，６０２ 光入射面
６０３ 基板設置面
７０１，７０２ 光入射面
７０３ 基板設置面
７０４，７０５ 不透明な遮光用の膜
８０１ 感光性膜
８０２ 基板
８０３ オイル
８０４ プリズム
８０５，８０６ 光入射面
８０７，８０８ 平行光線
８０９ 基板設置面
８１０ 回折格子
９０１ 感光性膜
９０２ 基板
９０３ オイル
９０４ 光入射面
９０５ 光入射面
９０６ 基板設置面
９０７ プリズム
９０８，９０９，９１０，９１１ 入射光
１００１〜１００８ 入射光
１００９，１０１０ 遮光用の不透明な物体
１０１１ 直方体形状のプリズム
１０１２ 基板
１０１３ 感光性膜
１０１４ オイル
１１０１，１１０２ 光入射面
１１０３ 基板設置面
１１０４，１１０５ アライメント面
１２０１ Ｈｅ−Ｎｅレーザ
１２０２ ピンホールの開いたスクリーン
１２０３ 全反射ミラー
１２０４ プリズム
１２０５ アライメント用の面
１２０６ 基板
１２０７ 感光性膜
１２０８ オイル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an interference exposure apparatus and an interference exposure method using the same.
[0002]
[Prior art]
Short-wavelength DFB-LDs such as an AlGaAs-based distributed feedback semiconductor laser (hereinafter, “DFB-LD”) require a diffraction grating having a pitch Λ of 120 nm or less as a primary diffraction grating. As a method of forming a diffraction grating having such a small pitch, there is an interference exposure method via a prism shown in FIG. (Note that usually, the “prism” often indicates “a triangular prism-shaped optical component made of a transparent substance such as massive glass or quartz”, but is not limited to a triangular prism shape in the present specification. “Optical components having various shapes made of a transparent material such as massive glass or quartz” are referred to as “prisms.” That is, first, as shown in FIG. A substrate 802 coated with 801 is placed in parallel with a prism 804 via a liquid 803 having a high refractive index that does not attack photoresist such as xylene. The distance between the substrate 802 and the prism 804 is made as narrow as possible. Prism 804 (refractive index n_CLaser light 807, 808 having a single wavelength λ from two directions through two surfaces 805, 806._CRespectively, the laser beams 807 and 808 interfere to generate interference fringes. By developing the photoresist 801 exposed according to the light and dark of the interference fringes, the photoresist 801 remains on the substrate 802 in the form of stripes having a predetermined pitch Λ (for example, about 120 nm) as shown in FIG. become. As shown in FIG. 8C, the substrate 802 can be etched using the photoresist left in a striped pattern as a mask, and the diffraction grating 810 having grooves at a pitch of Λ can be transferred to the surface of the substrate 802. In FIGS. 8B and 8C, only eight striped resists 801 and grooves 810 are drawn on the substrate 802 for easy understanding of the drawing. A large number of stripes are exposed and transferred on the GaAs substrate 802 at intervals of about 120 nm. The pitch の of the diffraction grating manufactured by this method is determined by the following equation (2).
[0003]
(Equation 2)

[0004]
As a light source used for exposure, a gas laser such as a He—Cd laser (λ = 325 nm) or an Ar laser (λ = 351.1, 363.8 nm) having stable characteristics and high coherence is used. In the above formula (2), 0 ° <θ_C<90 °, for example, when a He—Cd laser with λ = 325 nm is used as a light source, the refractive index of the prism is n._CWhen 1.5 is set, a diffraction grating having a minimum pitch of 108 nm can be manufactured as the pitch の of the diffraction grating manufactured by the above method. In the case of performing the interference exposure in the air without using the prism 804 (in the above equation (2), n_C(Equivalent to 1.0) is 163 nm from the above equation (2), and the above method using a prism is an excellent method in that a diffraction grating with a smaller pitch can be manufactured. In particular, in a primary diffraction grating for a short-wavelength DFB-LD using AlGaAs or the like as a material, the pitch Λ is as small as about 120 nm, so that an interference exposure method using a prism is an essential technique.
[0005]
Although FIG. 8 illustrates a prism having a rectangular parallelepiped shape based on the following document 1, a prism having a triangular prism shape is used in the following document 2.
[0006]

[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The method using the above-described technique is to transfer an interference pattern optically created by a highly coherent gas laser as it is, and is effective in that a diffraction grating having a very uniform pitch can be manufactured. Is the way. However, when a diffraction grating is manufactured using a conventional rectangular or triangular prism, a moire-like unevenness occurs in the exposure state of the diffraction grating to be exposed, or the contrast of the diffraction grating pattern exposed to the photosensitive film is increased. There was a problem that was bad. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an interference exposure method and an interference exposure apparatus that do not cause deterioration in the quality of a diffraction grating due to unevenness in an exposure state that occurs when exposure is performed using a conventional prism.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The interference exposure apparatus according to claim 1 according to the present invention,
A substrate having a photosensitive film deposited thereon,
A prism having at least a first surface in contact with the photosensitive film, and second and third surfaces adjacent to the first surface and facing each other;
With
Light beams having the same wavelength are irradiated on the second surface and the third surface of the prism, and interference fringes due to the light beams are formed on the first surface of the prism, and the pattern of the interference fringes is transferred to the photosensitive film. Interference exposure apparatus,
An anti-reflection film is formed on at least the second and third surfaces of the prism.
[0009]
The interference exposure apparatus according to claim 2 according to the present invention,
A substrate having a photosensitive film deposited thereon,
A prism having at least a first surface in contact with the photosensitive film, and second and third surfaces adjacent to the first surface and facing each other;
With
Light beams having the same wavelength are irradiated on the second surface and the third surface of the prism, and interference fringes due to the light beams are formed on the first surface of the prism, and the pattern of the interference fringes is transferred to the photosensitive film. Interference exposure apparatus,
A light blocking means is arranged at a position close to or in contact with the second surface and the third surface of the prism and away from the first surface of the prism to limit light rays incident on the second and third surfaces of the prism. It is characterized by becoming.
[0010]
The interference exposure apparatus according to claim 3 according to the present invention,
A substrate having a photosensitive film deposited thereon,
A prism having at least a first surface in contact with the photosensitive film, and second and third surfaces adjacent to the first surface and facing each other;
With
Light beams having the same wavelength are irradiated on the second surface and the third surface of the prism, and interference fringes due to the light beams are formed on the first surface of the prism, and the pattern of the interference fringes is transferred to the photosensitive film. Interference exposure apparatus,
After being incident on the second surface of the prism, the reflected light is irradiated and reflected on the inner surface of the third surface of the prism. After being incident on the third surface of the prism, the reflected light is irradiated on the inner surface of the second surface of the prism. The reflected light is characterized in that the direction of the reflected light proceeds in a direction away from the first surface of the prism.
[0011]
An interference exposure apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the interference exposure apparatus according to the second aspect, wherein an anti-reflection film is formed on at least the second and third surfaces of the prism. It is a feature.
[0012]
An interference exposure apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the interference exposure apparatus according to the third aspect, wherein an anti-reflection film is formed on each of the first, second, and third surfaces of the prism. It is characterized by the following.
[0013]
The interference exposure apparatus according to claim 6 of the present invention is the apparatus according to claim 3 or 5,
A substrate having a photosensitive film deposited thereon,
A prism having at least a first surface in contact with the photosensitive film, and second and third surfaces adjacent to the first surface and facing each other;
With
Light beams having the same wavelength are irradiated on the second surface and the third surface of the prism, and interference fringes due to the light beams are formed on the first surface of the prism, and the pattern of the interference fringes is transferred to the photosensitive film. Interference exposure apparatus,
Angles [phi] and [phi] 'formed between the first surface of the prism and the second and third surfaces of the prism satisfy the following expression (1).
[0014]
(Equation 3)

[0015]
An interference exposure apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the apparatus according to the sixth aspect, wherein an angle φ between the first surface and the second surface of the prism, and a first surface and a second angle of the prism. It is characterized in that the angles φ ′ formed by the three surfaces are equal.
[0016]
The interference exposure apparatus according to claim 8 according to the present invention is the apparatus according to any one of claims 1 to 7,
All surfaces except the first, second, and third surfaces of the prism are rough surfaces that do not contribute to the incidence and reflection of light.
[0017]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an interference exposure method comprising performing interference exposure using the apparatus according to any one of the first to eighth aspects.
An interference exposure apparatus according to a tenth aspect of the present invention is the interference exposure apparatus according to any one of the first to eighth aspects, wherein the prism has at least one of the second surface and the third surface. One part is provided with a step or a transparent thin film.
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided an interference exposure method comprising forming a diffraction grating by interference exposure using the interference exposure apparatus according to the tenth aspect.
[0018]
Here, the second and third surfaces adjacent to the first surface of the prism and facing each other do not include surfaces that do not affect interference exposure at all, for example, are formed for the purpose of edging.
[0019]
In addition, although the antireflection film is described as being formed on at least the second and third surfaces of the prism, it may be formed on the first surface in contact with the photosensitive film.
[0020]
FIG. 9 is a top view showing the trajectory of light inside the prism when a conventional rectangular prism (φ = φ ′ = 90 °) is used. Although FIG. 9 shows only one parallel light beam incident from the surface 905, in the actual interference exposure, parallel light beams having the same wavelength are incident on the surface 904 symmetrically from the surface 904 so that the two light beams interfere with each other. . The parallel light beam used for exposure is obtained by converting a narrow light beam emitted from a gas laser into a wide parallel light beam using a lens. The width of the parallel light beam is adjusted so that the substrate 902 can be exposed with a uniform light intensity distribution. Needs to be sufficiently larger than the size of the substrate 902 (for example, if the substrate is 20 mmφ, the parallel light beam is about 50 mmφ).
[0021]
In this case, in the exposure using the conventional prism, the light directly reaching the surface 906 indicated by 910 and 911 and contributing to the exposure of the resist 901 and the incident light on the opposite side of the prism 908 and 909 are used. Light that is reflected once inside the surface 904 and then indirectly reaches the surface 906 and contributes to exposure of the resist 901 is present. The light indicated by 908 and 909 that contributes to the exposure after being reflected once causes unevenness in the exposure state and deteriorates the contrast. In order to produce a high-quality diffraction grating without being affected by unnecessary reflected light inside the prism, it is essential that extra light 908 and 909 do not contribute to exposure. Note that the same situation occurs in a conventionally used triangular prism.
[0022]
As a method of avoiding the above-mentioned problem, it is conceivable to use a large prism having a width sufficiently large so that extra light 908 and 909 do not reach the surface 904 after entering the inside of the prism. For example, if the substrate is 20 mmφ, the parallel rays are about 50 mmφ, and the width of the substrate installation surface 906 of the prism may be about 200 mm on each side. However, in the semiconductor process, the area of the substrate is becoming larger and larger, and a very large prism may be required to cope with this. In this case, it is difficult to process the prism that requires high surface accuracy, and problems such as cost increase arise. Therefore, it is desirable that the size of the prism be as small as possible, and preferably close to the size of the substrate.
[0023]
The present invention provides the following three means as means for producing a diffraction grating of high quality.
(Method 1) By providing an anti-reflection film on the surface 904 (905), the light 908 and 909 are not reflected inside the surface 904, and do not contribute to exposure of the resist 901.
(Method 2) Light 908 and 909 are blocked before entering the surface 905.
(Method 3) A prism having such a shape that when the light 908 and 909 are reflected inside the surface 904, they are reflected not in the direction of the surface 906 but in the direction of the surface 907 (the direction away from the photosensitive film 901). To
[0024]
When the shape of the prism that satisfies the condition of (Method 3) was derived by a simple geometrical optical calculation, it was found that the angle φ of the prism had to satisfy the following expression (3).
[0025]
(Equation 4)

[0026]
In other words, the prism that satisfies the relationship of the formula (3) is not affected by the internal reflection light that causes unevenness in the exposure state or deteriorates the contrast even if the substrate installation surface 906 of the prism is almost the same size as the substrate 902 The prism has a shape that does not appear in the state.
[0027]
Further, when light is incident on the surface 905, it is necessary that the light is not totally reflected by the surface 905, and for that purpose, the angle φ ′ of the prism needs to satisfy the following expression (4). Is also derived by simple geometric optics calculations.
[0028]
(Equation 5)

[0029]
Although conditional expression (3) of angle φ and conditional expression (4) of angle φ ′ are shown for light incident from surface 905, light incident from surface 904 not shown in FIG. Since they are completely equivalent, equations (3) and (4) also hold for φ ′ and φ, respectively. Eventually, equation (1) is a condition for the prism shape for realizing (method 3).
[0030]
Further, in (method 3), the extra light reflected in the direction of the surface 907 (in the direction away from the photosensitive film 901) does not reach the photosensitive film 901 after repeated multiple reflections. As described above, it is preferable that the surfaces other than the surfaces 904, 905, and 906 are rough surfaces such as ground glass.
[0031]
In (method 3), if a prism having a symmetrical shape having the same angle φ and φ ′ is used, the entire optical system used for exposure can be installed symmetrically, which facilitates the construction of the optical system, which is more desirable.
[0032]
In addition, from the viewpoint of improving the light use efficiency, it is desirable to apply an antireflection film to the surfaces corresponding to the surfaces 904, 905, and 906 in all of the three methods.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below.
[0034]
<Embodiment 1>
FIG. 6 is a diagram illustrating the shape of the prism used in the first embodiment. It is a rectangular parallelepiped optical component (prism) having angles φ and φ ′ of 90 °. The angle accuracy is made within 90 ° ± 5 seconds. The material is made of borosilicate glass (BK7), transparent to a wavelength of 351.1 nm, and has a refractive index of 1.539. The surface precision of the mirror-polished surfaces 601, 602, 603 is λ / 20. The surfaces 601 and 603 and the angles of the surfaces 602 and 603 are manufactured within 90 ° ± 5 seconds, and the parallelism between the surfaces 601 and 602 is manufactured within 5 seconds. The surfaces except for the surfaces 601, 602, and 603 are all ground glass-like rough surfaces. As for the size of the prism, the surfaces 601, 602, and 603 are 40 mm × 40 mm.
[0035]
FIG. 2 is a perspective view showing an optical system according to a third embodiment described later. Here, the prism according to the first embodiment is used by replacing the prism 207 in the optical system shown in FIG. On the prism surface 603 (corresponding to 210 in FIG. 2), a glass substrate coated with a 0.1 μm-thick photoresist Az1400 (manufactured by Shipley) is coated on the prism surface 603 (corresponding to 210 in FIG. 2). Was installed via xylene so as to be parallel to. The size of the substrate is a square of 20 mm × 20 mm. The resist was irradiated with a certain amount of interference fringes and treated with a developing solution MF319 (manufactured by Shipley Co.) to form a diffraction grating having a uniform pitch に on the substrate. When the angles X and Y of the total reflection mirrors 205 and 206 in FIG. 2 were both set to 28 °, the diffraction grating having a pitch of 115 nm was exposed.
[0036]
In the present embodiment, since the angles φ and φ ′ are not included in the range of Expression (1), light incident from the surface 601 (602) is reflected inside the surface 602 (601) and reaches the surface 603. , And contribute to exposure. When a prism without an anti-reflection film was used on the surfaces 601 and 602, a diffraction grating having exposure unevenness in which the width of a resist mask periodically fluctuated was exposed as in FIG. On the other hand, when the antireflection film is applied to the surfaces 601 and 602 to suppress the reflectance, a high-quality diffraction grating with small exposure unevenness has been manufactured.
[0037]
However, it is difficult to completely eliminate the reflectance of the surfaces 601 and 602 even if the surface 601 and 602 are subjected to an anti-reflection film, and the reflectance of about several percent remains. Although exposure unevenness could be reduced by simply applying an anti-reflection film to the prism, the quality was lower than that of a prism manufactured using a columnar prism having a trapezoidal base as in a third embodiment described later. It was somewhat inferior.
[0038]
When the surfaces 601 and 602 were provided with an antireflection film, the amount of light required to expose the photoresist was reduced by about 15%. When a prism having an anti-reflection film applied to the surface 603 is used, it is possible to perform exposure with a light amount as low as 30%, which significantly improves the exposure efficiency and contributes to an improvement in throughput.
[0039]
<Embodiment 2>
FIG. 7 is a diagram illustrating the shape of the prism used in the second embodiment. It is a columnar optical component having a base of an equilateral triangle having angles φ and φ ′ of 60 °. The angle accuracy is made within 60 ° ± 5 seconds. The material is made of synthetic quartz, transparent to a wavelength of 351.1 nm, and has a refractive index of 1.476. The surface accuracy of the mirror-finished surfaces 701, 702, 703 is λ / 20. In addition, all surfaces except the surfaces 701, 702, and 703 are ground glass-like rough surfaces. Part of the light incident surfaces 701 and 702 are coated with resins 704 and 705 which are opaque to light having a wavelength of 351.1 nm. The size of the prism is 30 mm × 30 mm for the surface 703 and 30 mm × 50 mm for the surfaces 701 and 702.
[0040]
FIG. 2 is a perspective view showing an optical system according to a third embodiment described later. Here, the prism according to the second embodiment is used by replacing the prism 207 in the optical system shown in FIG. On a prism surface 703 (corresponding to 210 in FIG. 2), a glass substrate coated with a 0.1 μm-thick photoresist Az1400 (manufactured by Shipley) is coated on the prism surface 703 (corresponding to 210 in FIG. 2). Was installed via xylene so as to be parallel to. The resist was irradiated with a certain amount of interference fringes and treated with a developing solution MF319 (manufactured by Shipley Co.) to form a diffraction grating having a uniform pitch に on the substrate. When the angles X and Y of the total reflection mirrors 205 and 206 in FIG. 2 were both set to 20 °, the diffraction grating having a pitch of 120 nm was exposed.
[0041]
In the present embodiment, since the angles φ and φ ′ are not included in the range of the expression (1), when the resin 704 or 705 is not coated, light incident from the surface 701 (702) is The light is reflected inside 702 (701) to reach the surface 703, and contributes to exposure. In this case, a diffraction grating having exposure unevenness in which the width of the resist mask fluctuates periodically as in FIG. 3 was exposed. On the other hand, when the opaque resins 704 and 705 are coated on a part of the surfaces 701 and 702 so as to block light reaching the inside of the surface 702 (701) among the light incident from the surface 701 (702), A high-quality diffraction grating with less exposure unevenness has been manufactured.
[0042]
As a method of blocking part of the light, a method shown in FIG. 10 can be considered in addition to the method of directly covering the light incident surface of the prism with the light shielding mask as described above. That is, before the parallel rays 1001 to 1004 and 1005 to 1008 used for exposure enter the prism, the opaque objects 1009 and 1010 are placed in a part of the path of the parallel rays to partially shield the light, thereby forming a shadow. The same effect can be obtained if the light is shielded in the middle of the light path to the spatial filter 202, the beam splitter 204, the total reflection mirrors 205 and 206, and the light incident surfaces 208 and 209 of the prism in FIG.
[0043]
It should be noted that if the opaque objects 1009, 1010 are placed in a part of the path of the parallel rays 1001 to 1004, 1005 to 1008 and shaded, the parallel rays are diffracted at the edges of the opaque objects 1009, 1010. In addition, the wavefronts of the portions (near 1002 and 1006) passing near the objects 1003 and 1004 are disturbed. Therefore, moire-like exposure unevenness due to edge diffraction may be seen in a portion exposed by light passing near the edges of the opaque objects 1003 and 1004, and the quality of the exposed diffraction grating will be described later. It was slightly inferior to that produced using a columnar prism having a trapezoidal base as in the third embodiment. Since the disturbed wavefront spreads over the entire parallel light as the light travels, light is shielded at a position as close as possible to the photosensitive film 1013 so that the influence of the disturbance on the wavefront on exposure is reduced as much as possible. I wanted to.
[0044]
<Embodiment 3>
FIG. 1 is a diagram showing the shape of a prism used in the third embodiment. It is a columnar optical component whose base is a trapezoid having angles of 110 ° as φ and φ ′. The angle accuracy is made within 110 ° ± 5 seconds. The material is made of borosilicate glass (BK7), transparent to a wavelength of 351.1 nm, and has a refractive index of 1.539. The surface accuracy of the mirror-polished surfaces 101, 102, and 103 is λ / 20, and the surfaces of the surfaces 101, 102, and 103 are coated with an anti-reflection coating. All of the surfaces except the surfaces 101, 102, and 103 are ground glass-like rough surfaces. The size of the prism is 30 mm × 30 mm for the surface 103 and 30 mm × 50 mm for the surfaces 101 and 102.
[0045]
This prism was installed in the optical system shown in FIG. 2 and used. That is, a laser beam emitted from an Ar laser having a single wavelength of 351.1 nm is converted into a 50 mmφ circular parallel light beam through a convex lens 201, a spatial filter 202, and a convex lens 203. The amount of light is almost constant at about 20 mmφ at the center of the parallel rays of 50 mmφ, and can be used for exposure. After passing through the lens 203, it is split into two by the beam splitter 204, and then enters the surfaces 208 and 209 of the prism 207 via total reflection mirrors 205 and 206. On the prism surface 210, for example, a 10 mm square glass substrate 212 having a photosensitive film 211 such as photoresist coated on the surface is coated with oil such as xylene 213 so as to be parallel to the prism surface 210. Has been installed through. When the two parallel rays 214 and 215 are incident on the prism, they interfere with each other in the prism, and form interference fringes parallel to the plane of FIG. For example, several tens [mJ / cm²When the photosensitive film 211 was irradiated with a constant amount of interference fringes and processed with an appropriate developer, a diffraction grating having a uniform pitch に was exposed on the glass substrate. When the angles X and Y of the total reflection mirrors 205 and 206 were both 35 °, a uniform diffraction grating having a pitch of 115 nm was exposed. The exposed diffraction grating had no exposure unevenness, and a high-quality diffraction grating was produced.
[0046]
In the present embodiment, the following equation (1)
[0047]
(Equation 6)

[0048]
The range given by
94 ° <φ (or φ ') <123 °
It becomes. The one used above has an angle φ and φ ′ of 110 °, and since it falls within this range, there is no exposure unevenness, and a high-quality diffraction grating is produced. Further, both φ and φ ′ were equal, and the installation of the optical system in FIG. 2 was easy.
[0049]
For comparison, 11 types of prisms are prepared at φ of 80 °, 85 °, 90 °,..., 120 °, 125 °, and 130 ° in increments of 5 °, and a diffraction grating having the same pitch of 115 nm is exposed. did. In each case, φ ′ was formed in a shape equal to φ. With respect to those exposed using the 80 °, 85 °, and 90 ° prisms, the width of the resist mask on the substrate is periodically modulated at intervals of several hundred μm as shown in the cross-sectional illustration in FIG. The diffraction grating having the uneven exposure was exposed. With a non-uniform diffraction grating as shown in FIG. 3, the diffraction efficiency is greatly reduced, and the quality of the diffraction grating is not good. On the other hand, when the prisms of 95 ° to 120 ° were used as φ and φ ′, the exposure unevenness as shown in FIG. 3 was not observed, and a uniform and high-quality diffraction grating was exposed. In the case of 125 ° and 130 ° prisms, the exposure amount is several hundred [mJ / cm²], The diffraction grating was not exposed at all. This is because in the case of the prisms of 125 ° and 130 °, all light rays incident on the prism are totally reflected on the light incident surface of the prism.
[0050]
<Embodiment 4>
FIG. 4 is a diagram showing the shape of the prism used in the fourth embodiment. It is a columnar optical component (prism) having a base of a trapezoid having angles φ and φ ′ of 100 °. The angle accuracy is made within 100 ° ± 5 seconds. The material is made of synthetic quartz, transparent to the pair at a wavelength of 351.1 nm, and has a refractive index of 1.476. The surface precision of the mirror-polished surfaces 401, 402, and 403 is λ / 30. All of the surfaces except the surfaces 401, 402, and 403 are ground glass-like rough surfaces. The size of the prism is 30 mm × 30 mm for the surface 403 and 30 mm × 50 mm for the surfaces 401 and 402. A transparent thin film 404 made of stripe-shaped PMMA is provided on one surface 401 of the prism. Although FIG. 4 is a simplified view of the structure of the prism to make the structure of the prism easy to understand, only four transparent thin films in the form of stripes are shown. A large number are provided with a size of 36 μm and a width of 36 μm.
[0051]
This prism was used in place of 207 in the optical system shown in FIG. However, on the n-type GaAs crystal, an n-type Al_0.5Ga_0.51 μm As, Al to be an active layer_0.14Ga_0.860.08 μm As layer, p-type Al to be the first upper cladding layer_0.5Ga_0.50.2 μm As, p-type Al serving as a guide layer_0.25Ga_0.75As having a thickness of 0.1 μm deposited by a chemical vapor deposition method was set as a substrate 212 so as to be in contact with the prism surface 210. Further, a photoresist Az1400 (manufactured by Shipley) having a thickness of 0.1 μm was used as the photosensitive film 211. Here, about 30 [mJ / cm²When the photosensitive film 211 was irradiated with the interference fringes having the light amount of [1] and processed with the developing solution MF319 (manufactured by Shipley Co., Ltd.), a diffraction grating photoresist remained on the substrate 212.
[0052]
In the prism used in this embodiment, the thickness of the thin film 404 is set so that the phase of the light passing through the thin film 404 and the light not passing through the thin film 404 in the light transmitted through the prism surface 401 are inverted. Therefore, the diffraction grating formed on the photoresist has a portion where the spatial phase is inverted in the middle as shown by 503 in FIG. The pitch of the diffraction grating was 120 nm when the angles X and Y of the total reflection mirrors 205 and 206 were both 30 °.
[0053]
Subsequently, after transferring the pattern of the diffraction grating to the surface of the substrate 501 by wet etching, the photoresist is peeled off, and the p-type Al to be the second upper clad layer is formed._0.5Ga_0.50.8 μm of an As layer and 0.5 μm of a p-type GaAs layer serving as a contact layer were laminated by a chemical vapor deposition method. The fabricated substrate is polished to a thickness of about 100 μm, and appropriate electrodes are attached to the upper and lower sides. The substrate is cleaved and divided into chips of 300 μm square so that one of the phase inversion portions is located at the center. A semiconductor laser was formed by applying a reflection coating. When current was injected through the upper and lower electrodes, a laser beam having a single spectrum at a Bragg wavelength corresponding to the pitch of the diffraction grating was emitted.
[0054]
In the present embodiment, the following equation (1)
[0055]
(Equation 7)

[0056]
The range given by
94 ° <φ (or φ ') <125 °
It becomes. The one used above had an angle φ and φ ′ of 100 °, and since it was within this range, a high-quality diffraction grating was produced without exposure unevenness. Further, both φ and φ ′ were equal, and the installation of the optical system in FIG. 2 was easy.
[0057]
<Embodiment 5>
FIG. 11 is a diagram showing the shape of the prism used in the fifth embodiment. It is a columnar optical component whose base is a hexagon having angles 110 ° as φ and φ ′. The angles φ and φ ′ are manufactured within 110 ° ± 5 seconds. The surface 1104 and the surface 1105 are parallel to each other with an accuracy of 5 seconds or less, and the surface 1104 and the surface 1103 and the surface 1105 and the surface 1103 are manufactured to be perpendicular with an accuracy of 90 ° ± 5 seconds. The material is made of borosilicate glass (BK7), transparent to a wavelength of 351.1 nm, and has a refractive index of 1.539. The surface accuracy of the mirror-polished surfaces 1101, 1102, 1103, 1104, and 1105 is λ / 20, and the surfaces of the surfaces 1101, 1102, and 1103 are coated with an anti-reflection coating. Except for the surfaces 1101, 1102, 1103, 1104, and 1105, all the surfaces are ground glass-like rough surfaces. In other words, the prism of FIG. 11 used in this example has a shape obtained by adding a portion including surfaces 1104 and 1105 perpendicular to the surface 1103 to the prism used in the third embodiment shown in FIG. It has become. The size of the prism is 30 mm × 30 mm for the surface 1103, 30 mm × 50 mm for the surfaces 1101 and 1102, and 30 mm × 30 mm for the surfaces 1104 and 1105.
[0058]
This prism was used in place of 207 in the optical system shown in FIG. 2 so that the surfaces 1101 and 1102 were the light incident surfaces and the surface 1103 was the surface on which the substrate was placed. The portions corresponding to the surfaces 1101, 1102, and 1103 have an effect equivalent to that of the prism used in the third embodiment, and the effect on the exposure result of the diffraction grating is equivalent to that of the third embodiment.
[0059]
In the prism shown in FIG. 11, since there is a portion composed of surfaces 1104 and 1105 added so as to be perpendicular to the surface 1103, alignment at the time of attaching the prism to the optical system can be easily performed with high accuracy. As shown in FIG. 12, the light beam of the He-Ne laser 1201 for alignment impinges on the alignment surface 1205 (corresponding to the surface 1104 in FIG. 11) of the prism 1204 in parallel with the optical surface plate of the base and in the direction of the substrate 1206. In this way, the position of the reflected light is monitored on a screen 1202 having a pinhole to detect the position shift, and the position and angle of the prism are corrected. Made of
[0060]
The prism alignment could be performed in the same manner as described above, by irradiating the surface 1101 or 1102 in FIG. 11 with He-Ne laser light for alignment. However, the surfaces 1101 and 1102 are inclined at an angle of 110 ° with respect to a reference direction of the optical system (for example, the direction of the surface of the substrate), and the alignment He-Ne laser itself is used as a reference direction of the optical system. However, it was difficult to accurately set the angle by inclining to 110 °. This is because the optical surface plate has screw holes for mounting the optical components in a grid pattern, so that the optical components can be aligned in a well-defined direction such as 45 °, 90 °, etc. Is very easy, but it is difficult to precisely align to other angles. It is practically effective to add a plane having a good angle of 45 °, 90 °,... To the reference plane as a plane for alignment to the prism.
[0061]
By the way, the embodiment described so far uses the optical system shown in FIG. 2. However, a spatial filter, a convex lens, a beam splitter, a total reflection, through which two parallel light beams pass before reaching the prism. It is apparent that the configuration and arrangement of the optical components may be changed as long as the optical system including the mirror and the like has the same function as that shown in FIG.
[0062]
In addition, although all the light sources use ultraviolet light from an Ar gas laser, the effect is the same with ultraviolet light from another light source such as a He-Cd gas laser, and visible light and deep ultraviolet light are used. Can also be.
[0063]
Further, the material of the prism, the type of the substrate, the type of the photosensitive film, and the type of the oil filled between the prism and the substrate are not limited to those used in the above embodiment.
[0064]
In addition, although the description has been given of the λ / 4 shift type refractive index coupled DFB-LD as an application example of the diffraction grating obtained in the present invention, other types of DFB-LD such as gain coupled DFB-LD, DBR-LD, wavelength It can be applied to other uses such as a filter and a grating coupler.
[0065]
【The invention's effect】
According to the interference exposure apparatus and the interference exposure method using the same according to the present invention, a diffraction grating with a small pitch can be exposed with high quality without exposure unevenness, and the light use efficiency is improved, Throughput is improved.
[0066]
Further, by making φ and φ ′ equal, the entire optical system is arranged symmetrically, and the installation of the optical system becomes easy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a shape of a prism used in a method of manufacturing a diffraction grating according to a third embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an optical system used in a method of manufacturing a diffraction grating according to a third embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a low-quality diffraction grating manufactured by a manufacturing method according to a comparative example of the third embodiment.
FIG. 4 is a perspective view illustrating a shape of a prism used in a method of manufacturing a diffraction grating according to a fourth embodiment.
FIG. 5 is a perspective view showing a diffraction grating manufactured by a method of manufacturing a diffraction grating according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a perspective view showing the shape of a prism used in the method for manufacturing a diffraction grating according to the first embodiment.
FIG. 7 is a perspective view showing a shape of a prism used in a method of manufacturing a diffraction grating according to the second embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a conventional method for manufacturing a diffraction grating.
FIG. 9 is a top view showing a problem of a conventional method of manufacturing a diffraction grating (only one of two parallel rays incident on a prism is shown).
FIG. 10 is a top view illustrating the method for manufacturing the diffraction grating according to the second embodiment.
FIG. 11 is a perspective view showing a shape of a prism used in a method of manufacturing a diffraction grating according to a fifth embodiment.
FIG. 12 is a top view showing a prism alignment method used in the diffraction grating manufacturing method according to the fifth embodiment.
[Explanation of symbols]
101,102 Light incident surface
103 Board installation surface
201 convex lens
202 Spatial filter
203 convex lens
204 beam splitter
205,206 Total reflection mirror
207 Prism
208,209 Light incidence surface
210 Board installation surface
211 Photosensitive film
212 substrate
213 oil
214,215 parallel rays
301 substrate
302 resist
401 Light incident surface provided with transparent thin film
402 Light incident surface
403 Board installation surface
404 transparent thin film
501 substrate
502 Photosensitive film
503 Phase inversion unit
601, 602 Light incidence surface
603 Board installation surface
701,702 Light incidence surface
703 Board installation surface
704,705 Opaque light-shielding film
801 Photosensitive film
802 substrate
803 oil
804 prism
805,806 Light incident surface
807,808 Parallel rays
809 PCB installation surface
810 diffraction grating
901 Photosensitive film
902 substrate
903 oil
904 Light incidence surface
905 Light incident surface
906 Board installation surface
907 prism
908,909,910,911 Incident light
1001 to 1008 Incident light
1009,1010 Opaque object for shading
1011 rectangular prism
1012 substrate
1013 Photosensitive film
1014 oil
1101, 1102 Light incident surface
1103 Board installation surface
1104, 1105 Alignment surface
1201 He-Ne laser
1202 Screen with pinhole
1203 Total reflection mirror
1204 prism
1205 Alignment surface
1206 substrate
1207 Photosensitive film
1208 oil

Claims (11)

A substrate having a photosensitive film adhered thereto, a first surface in contact with the photosensitive film, and a prism having at least second and third surfaces adjacent to the first surface and facing each other, Light beams having the same wavelength are irradiated on the second and third surfaces of the prism, respectively, to form interference fringes due to the light beams on the first surface of the prism, and the pattern of the interference fringes is transferred to the photosensitive film. An interference exposure apparatus, wherein an antireflection film is formed on at least the second and third surfaces of the prism. A substrate having a photosensitive film adhered thereto, a first surface in contact with the photosensitive film, and a prism having at least second and third surfaces adjacent to the first surface and facing each other, Light beams having the same wavelength are irradiated on the second and third surfaces of the prism, respectively, to form interference fringes due to the light beams on the first surface of the prism, and the pattern of the interference fringes is transferred to the photosensitive film. In the interference exposure apparatus, a light-shielding unit is arranged at a position close to or in contact with the second and third surfaces of the prism and away from the first surface of the prism, and is incident on the second and third surfaces of the prism. An interference exposure apparatus characterized by limiting a light beam. A substrate having a photosensitive film adhered thereto, a first surface in contact with the photosensitive film, and a prism having at least second and third surfaces adjacent to the first surface and facing each other, Light beams having the same wavelength are irradiated on the second and third surfaces of the prism, respectively, to form interference fringes due to the light beams on the first surface of the prism, and the pattern of the interference fringes is transferred to the photosensitive film. In the interference exposure apparatus, the reflected light irradiating and reflecting on the inner wall of the third surface of the prism after being incident on the second surface of the prism and the second surface of the prism after being incident on the third surface of the prism An interference exposure apparatus, wherein the direction of any of the reflected light radiated and reflected on the inner wall proceeds in a direction away from the first surface of the prism. Interference exposure apparatus according to claim 2, the second, and the third surface of at least the prism, interference exposure apparatus you, wherein each anti-reflection film is formed. The interference exposure apparatus according to claim 3, wherein an anti-reflection film is formed on each of the first, second, and third surfaces of the prism. A substrate having a photosensitive film adhered thereto, a first surface in contact with the photosensitive film, and a prism having at least second and third surfaces adjacent to the first surface and facing each other, Light beams having the same wavelength are irradiated on the second and third surfaces of the prism, respectively, to form interference fringes due to the light beams on the first surface of the prism, and the pattern of the interference fringes is transferred to the photosensitive film. 4. The interference exposure apparatus according to claim 3, wherein angles [phi] and [phi] 'between the first surface of the prism and the second and third surfaces of the prism satisfy the following expression (1). An interference exposure apparatus according to claim 5.

7. The interference exposure apparatus according to claim 6, wherein an angle φ between the first surface and the second surface of the prism is equal to an angle φ ′ between the first surface and the third surface of the prism. . The interference exposure apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein all surfaces of the prism except the first, second, and third surfaces are rough surfaces that do not contribute to the incidence and reflection of light. . An interference exposure method, comprising performing interference exposure using the apparatus according to claim 1. In the prism,
9. The interference exposure apparatus according to claim 1, wherein a step or a transparent thin film is provided on at least a part of at least one of the second surface and the third surface. An interference exposure method comprising forming a diffraction grating by interference exposure using the interference exposure apparatus according to claim 10.

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