光ファイバー加工用位相マスクおよびその製造方法
【課題】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。
【解決手段】描画工程において、透明基板１２上の電子線感応型のレジスト層１７に対して、可変成形ビーム型の電子ビーム描画装置１００を用いて矩形の電子ビームをベクタースキャン方式で描画し、レジストパターン形成工程において、レジスト層１７を現像してレジストパターン１７′を形成し、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格子状の凹溝１５と凸条１６の繰り返しパターンを形成する。
【解決手段】描画工程において、透明基板１２上の電子線感応型のレジスト層１７に対して、可変成形ビーム型の電子ビーム描画装置１００を用いて矩形の電子ビームをベクタースキャン方式で描画し、レジストパターン形成工程において、レジスト層１７を現像してレジストパターン１７′を形成し、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格子状の凹溝１５と凸条１６の繰り返しパターンを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２５２１７０８号
【特許文献２】特開平７−１４０３１１号公報
【特許文献３】特開２００６−１３３６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、を有するような構成とした。
【０００７】
本発明の他の態様として、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するとともに、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。
本発明の他の態様として、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、前記描画工程では、前記エッチング工程で形成される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に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。
【０００８】
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以下であるような構成とした。
【０００９】
本発明の他の態様として、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し、現像して形成した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前記の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ような構成とした。
本発明の他の態様として、前記一主面が矩形であり、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。
本発明の他の態様として、前記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しているような構成とした。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】光ファイバーの干渉縞パターンの一例を示す図である。
【図６】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７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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
【００２４】
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。
【００２５】
［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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【実施例】
【００３８】
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。
【００３９】
（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。
【００４０】
［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。
【００４１】
（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。
【００４２】
［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。
【００４３】
（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。
【００４４】
［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。
【００４５】
（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。
【００４６】
［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。
【００４７】
（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。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２５２１７０８号
【特許文献２】特開平７−１４０３１１号公報
【特許文献３】特開２００６−１３３６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、を有するような構成とした。
【０００７】
本発明の他の態様として、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するとともに、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。
本発明の他の態様として、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、前記描画工程では、前記エッチング工程で形成される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に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。
【０００８】
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以下であるような構成とした。
【０００９】
本発明の他の態様として、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し、現像して形成した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前記の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ような構成とした。
本発明の他の態様として、前記一主面が矩形であり、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。
本発明の他の態様として、前記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しているような構成とした。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】光ファイバーの干渉縞パターンの一例を示す図である。
【図６】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７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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
【００２４】
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。
【００２５】
［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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【実施例】
【００３８】
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。
【００３９】
（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。
【００４０】
［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。
【００４１】
（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。
【００４２】
［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。
【００４３】
（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。
【００４４】
［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。
【００４５】
（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。
【００４６】
［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。
【００４７】
（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。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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するとともに、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請求項１に記載の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法。
【請求項３】
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請求項１に記載の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法。
【請求項４】
前記描画工程では、前記エッチング工程で形成される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に描画することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法。
【請求項５】
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乃至請求項４のいずれかに記載の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法。
【請求項６】
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以下であることを特徴とする光ファイバー加工用位相マスク。
【請求項７】
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し、現像して形成した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前記の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ことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバー加工用位相マスク。
【請求項８】
前記一主面が矩形であり、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請求項６または請求項７に記載の光ファイバー加工用位相マスク。
【請求項９】
前記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していることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の光ファイバー加工用位相マスク。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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するとともに、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請求項１に記載の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法。
【請求項３】
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請求項１に記載の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法。
【請求項４】
前記描画工程では、前記エッチング工程で形成される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に描画することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法。
【請求項５】
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乃至請求項４のいずれかに記載の光ファイバー加工用位相マスクの製造方法。
【請求項６】
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以下であることを特徴とする光ファイバー加工用位相マスク。
【請求項７】
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し、現像して形成した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前記の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ことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバー加工用位相マスク。
【請求項８】
前記一主面が矩形であり、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請求項６または請求項７に記載の光ファイバー加工用位相マスク。
【請求項９】
前記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していることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の光ファイバー加工用位相マスク。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−９７０１５（Ｐ２０１３−９７０１５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６７７４（Ｐ２０１１−２３６７７４）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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