(57)【要約】本発明の課題は、高精度の位置合わせが可能なステンシル形成と、エッチングとにより、基板上に数１００μｍ以上の長さのスロープを高精度に形成でき、更に、スロープと共に他のパターンの集積が化可能な、スロープ及びその形成方法を提供することにある。本発明では、基板１上に、有限の厚みを有する支持パターン２を形成し、少なくとも支持パターン２の近傍では支持パターン２の上面のみに接し、一部がその上面からはみ出すように、支持パターンに感光性フィルム３を貼付し、支持パターン２を含むか、あるいは支持パターン２の境界を跨ぐ領域を露光し、感光性フィルム３を現像して、感光性フィルム３の庇パターン３０１を形成し、基板１をドライエッチングし、支持パターン２と庇パターン３０１とを除去する。（図１）
2013022112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、有限の厚みを有する支持パターンを形成する（ａ）と、
少なくとも前記支持パターンの近傍では前記支持パターンの上面のみに接し、一部がその上面からはみ出すように、前記支持パターンに感光性フィルムを貼付する（ｂ）と、
前記支持パターンを含むか、あるいは前記支持パターンの境界を跨ぐ領域を露光する（ｃ）と、
前記感光性フィルムを現像して、前記感光性フィルムの庇パターンを形成する（ｄ）と、
前記基板をドライエッチングする（ｅ）と、
前記支持パターンと前記庇パターンとを除去する（ｆ）と、を含むことを特徴とするスロープの形成方法。
【請求項２】
前記支持パターンが感光性フィルムであることを特徴とする請求項１に記載のスロープの形成方法。
【請求項３】
前記支持パターンの境界を跨ぐ領域を露光する場合に、支持パターンと重なる領域の境界は支持パターンの内側に入れることを特徴とする請求項１に記載のスロープの形成方法。
【請求項４】
前記支持パターンが複数の個別支持パターンを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスロープの形成方法。
【請求項５】
前記（ａ）の前に、前記基板の一部をエッチング耐性膜で保護する（ｇ）を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスロープの形成方法。
【請求項６】
前記（ａ）の前に、前記基板の被エッチング材料を凹凸構造に加工する（ｈ）を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスロープの形成方法。
【請求項７】
支持パターンと該支持パターンの上に庇パターンが形成された基板がドライエッチングされてから、支持パターンと庇パターンが除去されて形成され、
前記支持パターンは、前記基板表面上に有限の厚みを有するものとして形成されたものであり、
前記庇パターンは、前記支持パターン上に貼付された感光性フィルムが、支持パターンを含む又は支持パターンの境界を跨ぐ領域において露光されてから現像して形成されたものであることを特徴とするスロープ。
【請求項８】
前記支持パターンは、感光性フィルムであることを特徴とする請求項７に記載のスロープ。
【請求項９】
前記支持パターンの境界を跨ぐ領域が露光される場合は、支持パターンと重なる領域の境界は、支持パターンの内側に入れられている構成であることを特徴とする請求項７に記載のスロープ。
【請求項１０】
前記支持パターンは、複数の個別支持パターンを有する構成であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のスロープ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスロープ及び該スロープの形成方法に関し、特に、基板表面のスロープ及び該スロープの形成方法に関する。例えば、縦テーパを有するスロープ導波路等のスロープ及び該スロープの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上にスロープを形成する方法の１つとして、ステンシルマスクを用いて基板をエッチングする方法がある。ステンシルマスクの開口パターンの少なくとも境界部が基板表面から僅かに浮いた状態に保持されることにより、基板に対して庇を形成する。
その状態で基板をエッチングすると、庇の下部付近でエッチング深さが緩やかに変化する領域が生じるため、その現象を利用してスロープを形成することができる。
スロープ形成のためのエッチング方法は、ウエットエッチングでもドライエッチングでもよい。
ウエットエッチングの場合、ステンシルマスクの庇の下にもエッチング液が入り込むが、庇の奥に行くほどエッチング液の循環効率が低下する。そのため、エッチング反応をエッチング種の供給律速にしておくと、庇の奥に行くほどエッチング速度が低下し、スロープが形成される。
スロープ形状の制御性や再現性が求められる場合は、ウエットエッチングよりも細かな時間制御が可能なドライエッチングが適している。ドライエッチングの場合は、ステンシルマスクの庇の近傍を通過したエッチング種が庇の下部に回り込んで拡散する。
その拡散量は庇の奥に行くほど低下するため、庇の下部付近にエッチング深さが緩やかに変化する領域が生じ、その領域がスロープとなる。エッチング種の拡散の程度は、ステンシルマスクのパターン境界部の高さとほぼ同じであるため、必要なスロープ長に応じて、ステンシルマスクの庇の高さを決めればよい。
ステンシルマスクの具体的な形態として、例えば金属製のマスクを基板上に置くことがある。そのようなマスクは、マスクの下部に支持部を設けたり、あるいはマスクの断面を逆テーパ形状にしたりすることよって、基板に置かれた状態で庇を形成する。
このようなマスクは、構造上、庇の部分を基板から離して設置するのが容易なため、大きなスロープを形成するのに適している。また、マスクの材料を選べば再利用が可能という利点もある。
基板表面に置くステンシルマスクの欠点は、基板上でのマスクの位置決め精度が悪く、高い歩留まりで多量に生産するには不向きであることである。本格的な生産用には、フォトレジスト（または簡単に、レジストとも呼ぶ）と、目合わせ露光が可能な露光装置を用いて、基板上に直接、ステンシルマスクを形成できることが望ましい。
レジストによるステンシルマスクの形成は、電極用金属をリフトオフ法で形成する際に多用される。レジストのステンシルマスクもまた、そのパターン境界部に庇を有している。そのため、指向性よく金属を蒸着すると、レジストの側面に金属が付着せず、レジスト上部に付着した金属と基板表面に付着した金属とが分離する。その状態で、有機溶剤などでレジストを溶解すると、レジスト上の金属のみを取り除くことができる。
レジストによるステンシルパターンの形成方法として、従来から、単層レジスト法や２層レジスト法が知られている（特許文献１参照）。単層レジスト法では、露光後に、レジスト表面に難溶層を形成する薬液処理を行う。その処理の後に現像すると、パターン表面の難溶層がその下部よりもせり出して残り、庇を形成する。
単層レジスト法はレジストを一回だけ塗布するので簡便な方法であるが、庇の厚みやアンダーカットの奥行きの制御性は高く無いので、厚膜レジストへの使用は不向きである。
２層レジスト法はこのような単層レジスト法の制御性の課題を解決した方法である。２層レジスト法では上層と下層の２層の膜を重ねて基板に塗布する。上層はレジストであるが、下層は必ずしもレジストでなくてもよく、露光後の現像において上層レジストの非溶解部よりも溶解速度が十分に大きくなるような材料であれば、感光性の有無は問わない。
２層レジスト法では、ステンシルマスクの材料を、庇用の上層と支持部用の下層との２層に分けて形成するため、庇の厚みと、高さと、アンダーカットの奥行きとを独立に制御することができる。
このように、リフトオフ法に用いられている従来技術の２層レジスト法を応用すれば、レジストを用いてある程度の厚さのステンシルパターンを制御性良く形成できる。目合わせ露光装置を用いることができるので、位置精度の問題も解決できる。
そのようにして形成したステンシルマスクを用いて基板のドライエッチングを行うことにより、従来技術によっても、ある程度の長さのスロープを位置精度良く基板上に形成することができていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２１４５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、スロープ形成用のステンシルマスクは、リフトオフ用のステンシルマスクに比べて、庇の高さやアンダーカットの奥行きが格段に大きく、リフトオフ用のステンシルマスクの形成方法をそのまま適用できないことが分かった。
例えば、縦テーパを有するスロープ導波路を作製することを目的として、基板上にスロープを形成するという用途がある。この用途の場合、必要なスロープの長さが数１０μｍ〜数１００μｍであるため、ステンシルマスクの庇の高さや庇のアンダーカットの奥行きも同程度にしなければならない。
リフトオフ法に用いられるステンシルマスクの場合、庇の高さもアンダーカットの奥行きも、サブμｍ〜数μｍの程度であることと比べれば、スロープ形成用途に求められる数値はその１００倍程度にも達する。
しかし、庇の高さやアンダーカットの奥行きがこれだけ大きいと、従来技術の２層レジスト法を用いても、良好なステンシル形状の形成が困難であり、スロープの形成に適用できないことが分かった。具体的には、形成しようとするアンダーカットがある程度以上大きいと、アンダーカットが奥まで形成される前にレジストの溶解が停止してしまう現象が生じることを見出した。
これは、アンダーカットの奥まで新鮮な現像液が十分に届かないことが原因と考えられ、強制的な薬液循環を行えば、ある程度の改善は可能であった。しかし、過度の溶解度の向上によって庇の形状劣化も同時に進行するため、根本的な解決策とはならなかった。
本発明は、上記従来技術の問題を解決することを目的とし、目合わせ露光が可能な露光装置を用いて、従来用いられていた以上の厚みを有するステンシル形状のレジストパターンを制御性良く形成し、それを用いたエッチングにより、基板上に位置精度よく、十分な長さのスロープを得ること、及びそのようなスロープを形成する方法を実現することを課題とする。
また、本発明は、微細領域への高精度なスロープの形成を可能にし、そのスロープを利用するデバイスの高集積化を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、基板上に、有限の厚みを有する支持パターンを形成する（ａ）と、少なくとも前記支持パターンの近傍では前記支持パターンの上面のみに接し、一部がその上面からはみ出すように、前記支持パターンに感光性フィルムを貼付する（ｂ）と、前記支持パターンを含むか、あるいは前記支持パターンの境界を跨ぐ領域を露光する（ｃ）と、前記感光性フィルムを現像して、前記感光性フィルムの庇パターンを形成する（ｄ）と、前記基板をドライエッチングする（ｅ）と、前記支持パターンと前記庇パターンとを除去する（ｆ）と、を含むスロープの形成方法を提供する。
また、支持パターンと該支持パターンの上に庇パターンが形成された基板がドライエッチングされてから、支持パターンと庇パターンが除去されて形成され、前記支持パターンは、前記基板表面上に有限の厚みを有するものとして形成されたものであり、前記庇パターンは、前記支持パターン上に貼付された感光性フィルムが、支持パターンを含む又は支持パターンの境界を跨ぐ領域において露光されてから現像して形成されたものであることを特徴とするスロープを提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、基板上に、長いスロープを高い位置精度で形成できる。それによって、基板上の集積化されたデバイスの一部に、十分な長さのスロープ構造を適用できるようになる。
例えば、半導体光集積回路の光入出部に微小なスロープ導波路を高精度にかつ高歩留まりで取り付けることにより、光入出力効率を向上することができる。このように、本発明によれば、集積デバイスの高機能化を高い生産性で実現できる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は本発明の実施の形態のスロープ形成方法を、図１（ａ）〜（ｆ）の順に説明する側面図である。
図２は本発明の実施の形態を説明する基板表面の平面図（鳥瞰図）である。図２（ａ）は、図１（ｄ）に対応する、ステンシルマスクを有する基板表面の平面図である。また、図２（ｂ）は、図１（ｆ）に対応し、図２（ａ）に示した基板表面をエッチングした場合に得られる、ステンシルマスク除去後の基板表面の平面図である。
図３は本発明の実施の形態を説明する基板表面の平面図である。図３（ａ）は、ステンシルマスクを有する基板表面の平面図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した基板表面をエッチングした場合に得られる、ステンシルマスク除去後の基板表面の平面図である。
図４は本発明の実施の形態を説明する基板表面の平面図と側面図である。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ステンシルマスクを有する基板表面の平面図と側面図である。また、図４（ｃ）は、図４（ａ）に示した基板表面をエッチングした場合に得られる、ステンシルマスク除去後の基板表面の平面図である。
図５は本発明の実施の形態を説明する基板表面の平面図である。図５（ａ）は、支持パターンを有する基板表面の平面図である。また、図５（ｂ）は、ステンシルマスクを有する基板表面の平面図である。また、図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示した基板表面をエッチングした場合に得られる、ステンシルマスク除去後の基板表面の平面図である。
図６は本発明に係るスロープの形成方法を活用してスポットサイズ変換器を作製する手順を、図６（ａ）〜（ｈ）の順に説明する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明に係るスロープ及び該スロープの形成方法を実施するための形態及び実施例を、図面を参照して、以下説明する。
（実施の形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係る実施の形態のスロープ形成方法を説明する側面図である。
先ず、基板１の上に有限の厚みを有する支持パターン２を形成する（図１（ａ））。この支持パターン２は、ステンシルパターンの一部となり、ステンシルパターンにおいて支持部としても機能する。この支持パターン２を数１０μｍ〜数１００μｍの厚みで精度良く、簡単に形成するには、高粘度の液状レジストを用いるか、あるいは感光性フィルム（ドライフィルムとも呼ばれる）を用いる。
特に、大面積の基板に形成する場合は、高粘度液状レジストでは塗布が困難になるため、感光性フィルムの使用が適している。
次に、支持パターン２の上面に感光性フィルム３を貼付する（図１（ｂ））。このとき、少なくとも支持パターン２の近傍では支持パターン２の上面のみに接し、一部がその上面からはみ出すように貼付する。感光性フィルムを支持パターンに対してこのような状態にするには、液体のレジストを塗布してから乾燥する方法では困難なため、初めから固体である感光性フィルムを貼付する。
次に、図示はしないが、目合わせの可能な露光装置とフォトマスクとを用いて、感光性フィルム３を露光する（図１（ｃ））。このとき、平面視で、支持パターン２を含むか、あるいは支持パターン２の境界を跨ぐ領域に例えば紫外線４を照射して露光する。感光性フィルムは一般にネガ型であるため、このように露光することにより、感光性フィルム３の内、支持パターン２の上から連続する庇の部分を現像液に対して不溶にすることができる。
支持パターン２を含む領域を露光すると、支持パターン２の外周部の全体にスロープが形成される。一方、支持パターン２の境界を跨ぐ領域を露光すると、支持パターン２の外周部の一部のみにスロープが形成される。図１（ｃ）は、支持パターン２の右側にのみスロープを形成する場合の露光領域を示している。
庇パターンの各辺の内、庇を形成しない辺は、平面視で、支持パターンの辺と重ねるのではなく、支持パターンの少し内側に入れておくのが望ましい。これは、庇パターンを露光するときに、感光性フィルムを透過した光が、下にある支持パターンの辺に当たって乱反射されるのを防ぐためである。もし乱反射されると、強い散乱光であれば、感光性フィルム３の内、庇パターン以外の部分も十分に感光させてしまう。
その結果、庇パターンの露光領域の境界が不明瞭となり、現像すると、境界の荒れを生じることがある。特に、支持パターンの境界を跨ぐ領域を露光する場合に、支持パターンと重なる領域の境界を支持パターンの内側に入れることにより、このような問題を避けることができる。
なお、ポジ型の感光性フィルムを使用する場合は、ネガ型の感光性フィルムの場合と露光領域を反転させればよい。
露光の次は、感光性フィルム３を現像して、感光性フィルム３の庇パターン３０１を形成する（図１（ｄ））。庇パターン３０１の庇５の下のアンダーカット６は、感光性フィルム３を支持パターン２に貼付した時点で存在するため、現像の際にアンダーカットが良好に形成されないといった問題が生じることは無い。支持パターン２と庇パターン３０１とが、ステンシルパターン７を構成する。
続いて、ステンシルパターン７を用いて、基板１をドライエッチングし、スロープ１０１ｃを形成する（図１（ｅ））。
ガスプラズマによるドライエッチングの場合、イオンとラジカルの両方、またはどちらか一方である。この内、イオンは殆ど基板に垂直に入射するが、電荷を有するため、ステンシルパターン７の表面電位分布に引きずられる。その結果、庇５の境界付近を通過するイオンは、イオン９のように庇５の下に拡散する。
イオンがエッチング種であれば、拡散したイオン９は、その濃度分布に応じて、庇５の下部の基板１の表面をスロープ状にエッチングする。一般に、イオンの入射エネルギーが小さい方が、ステンシルパターンの表面電位分布の影響を受け易く、庇の下部へのイオンの拡散量が増加する。
イオンが主要なエッチング種である具体的な例としては、シリカやシリコン酸化膜の、フッ化炭素ガスのプラズマによるドライエッチングがある。この場合、フッ素を含むイオンがエッチング種となり得るが、ラジカルはエッチング種とはならない。従って、上述の仕組みに従って、基板上にスロープが形成される。
一方、ラジカルが主要なエッチング種となるような、被エッチング材料とガスの組み合わせもある。ラジカルは電気的に中性であるため電位分布の影響を受けない。しかし、イオンと違って、元々、色々な方向に向かって飛行しているため、やはり庇５の下に回り込む。従って、ラジカルがエッチング種である場合も、庇５の下部の基板１の表面を、ラジカルの濃度分布に応じてスロープ状にエッチングする。
ラジカルはイオンに比べて、アンダーカット６のより奥まで侵入できるので、ラジカルを利用すれば、イオンを用いる場合に比べて、より緩やかなスロープを形成することができる。ただし、ラジカルの侵入深さ以上に大きなアンダーカットを形成しておく必要がある。
具体的な例として、シリコンをフッ素系ガスのプラズマでドライエッチングすると、プラズマ中で発生する、フッ素を含むイオンとフッ素を含むラジカルとの両方がエッチング種と成り得る。そのため、シリコンへのスロープ形成のために、それら両方を利用することができる。
ガス圧が約０．１Ｐａ以下であれば、イオンが主要なエッチング種となるが、ガス圧を約１Ｐａ以上とすることによって、ラジカル濃度がイオン濃度よりも大きくなり、ラジカルが主要なエッチング種となる。その結果、同じエッチング深さであっても、イオンが主要なエッチング種である場合に比べて、よりなだらかで長いスロープを形成できる。尚、ガス圧が０．１〜１Ｐａの範囲の場合は、一般に、イオンとラジカルとが、エッチング種として同程度に働く。
ドライエッチングが終了して、最後にステンシルパターン７を除去すれば、スロープ１０１ｃが形成された基板１０１が得られる（図１（ｆ））。支持パターン２と庇パターン３０１とが共に感光性フィルムであれば、有機溶剤や、または硫酸と過酸化水素水の混合液などを用いて、それらを同時に除去することができる。
本発明の実施の形態は上述の通りであるが、基板上にスロープを高集積化したい場合は、特に、ステンシルパターンの形成に対して、工夫を加えることができる。その実施の形態について、図面を用いて更に詳細に説明する。
図２（ａ）は、図１（ｄ）に対応する、基板表面の平面図である。図２（ａ）では、支持パターン２の右側の辺に跨って、庇パターン３０１が形成されている。また、図２（ｂ）は、図１（ｆ）に対応する、基板１０１の表面を示す平面図である。
図２（ｂ）において、表面１０１ａが未エッチング基板表面、表面１０１ｂがエッチング済み基板表面、表面１０１ｃがスロープ面（または簡単にスロープ）である。図２（ｂ）に示すように、単純に庇パターンを支持パターンから大きくせり出すだけでは、せり出した前方の辺だけではなく、その側方の２辺にもスロープが形成される。
しかし、側方への不要なスロープの形成は、前方のスロープだけを利用したいデバイスの集積化を妨げることがある。
この問題を避けるには、図３（ａ）に示すようなステンシルパターンを形成すればよい。すなわち、テーパを形成したくない辺では、支持パターン１２の内側に庇パターン１３の境界を入れておく。
庇パターン１３の庇のせり出しの長さは、形成したいスロープの長さに対して少し大きめにしておけば十分である。このように支持パターンと庇パターンを適切に設計することによって、図３（ｂ）に示すように、庇パターン１３の側方のテーパ形成を最小化すことができる。
図３（ａ）、（ｂ）は、スロープが支持部から突き出している場合について説明する平面図であったが、図４（ａ）〜（ｃ）は、スロープが支持パターンに食い込んでいる場合のスロープ及び該スロープの形成方法について説明する平面図と側面図である。
図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、ステンシルパターンを構成する支持パターン２２と庇パターン２３との重なりの様子を示す、基板表面の平面図と側面図である。スロープを形成しない辺では、庇パターン２３の境界を支持パターン２２の境界の内側に入れてある。図４（ａ）に示すように、庇パターン２３で実際に庇となっているのは、庇２４と庇２５の２つである。
図４（ｃ）は、このようなステンシルパターンを用いて基板をエッチングし、ステンシルマスクを除去した後の、基板表面の平面図である。未エッチング基板表面１２１ａにスロープ１２１ｃ１とスロープ１２１ｃ２とが食い込んだ状態が形成される。
更に、図５（ａ）〜（ｃ）は、スロープが基板の未エッチング領域の内側に内包される場合の、スロープ及び該スロープの形成方法について説明する、基板表面の平面図である。
図５（ａ）は、基板３１に支持パターン３２を形成した状態を示す。支持パターン３２は３つの凹部３３、３４、３５を有している。特に、凹部３５は通路３６を有している。通路３６の役割は、支持パターン３２の表面に感光性フィルムを貼付した時に、凹部３５に空気穴を用意することである。
感光性フィルムの貼付後に密着性の増加などを目的として昇温、冷却を行うと、閉じ込められた空気やガスが膨張、収縮し、それに応じて、感光性フィルムが膨らんだり、下に垂れたりすることがある。通路３６を設けることにより、このような問題を避けることができる。
支持パターン３２の上に貼付した感光性フィルムを露光、現像すると、図５（ｂ）に示すようなステンシルパターン、すなわち、支持パターン３２と庇パターン３７とを重ねた構造を得ることができる。図５（ｂ）は、庇３９、庇４０、庇４１、庇４２が形成されている状態を示している。通路３６の上には、庇パターン３７を被せておく。
このようなステンシルパターンを用いて基板をエッチングすると、図５（ｃ）に示すような基板表面が得られる。図５（ｃ）に示すように、スロープ１３１ｃ１とスロープ１３１ｃ２とが、未エッチング基板表面１３１ａの周囲に形成される。
また、スロープ１３１ｃ３とスロープ１３１ｃ４とは、未エッチング基板表面１３１ａの内部に形成される。通路３６の幅をスロープの長さに対して十分に細くしておけば、通路３６の奥までスロープが形成されることは無い。
図５（ａ）では、凹部３５の、図に向かって下側に１つだけ通路を設けたが、凹部３５の、図に向かって上側にも通路を設ければ、支持パターン３２を左右に分離したことと同じになる。その場合でも、図５（ｂ）に示したのと同じ庇パターン３７を用い、全ての通路に庇パターンを被せておけば、図５（ｃ）に示したのとほぼ同じ状態の基板表面を得ることができる。
言い換えれば、未エッチング領域の内側に内包されたスロープを形成する場合、支持パターンは複数の分離した個別支持パターンから成っていてもよく、その複数の個別支持パターンに跨るように露光してもよい。
エッチングされる基板の表面は、被エッチング材料とは異なる材料や、何らかの構造を有していてもよい。
例えば、支持パターンを形成する前に、膜堆積、リソグラフィ、ドライエッチングを行うなどして、事前に、基板の一部を、エッチング耐性を有する有機膜や無機膜で保護してもよい。それによって、支持パターンと庇パターンの形状にかかわらず、スロープと同時に、明瞭なエッチングパターン境界を形成することができる。
また、リソグラフィとドライエッチングを行うなどして、事前に、基板の被エッチング材料に凹凸構造を形成しておいてもよい。そして、その後のスロープ形成の際に、ドライエッチングの主なエッチング種をイオンにすれば、平面構造を維持したまま、凹凸構造の厚みをスロープ状にすることができる。
勿論、先に基板にスロープを形成しておき、後で、そのスロープに凹凸構造を形成しても、同様の加工形状を得ることができる。
【実施例】
【０００９】
次に本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。本実施例では、スポットサイズ変換器を付加したシリコンのリブ導波路を作製するために、本発明のスロープ及び該スロープの形成方法を適用した。スポットサイズ変換器は、導波路中を伝搬する光のモードフィールドを拡大（逆向きには縮小）する機能を有する。
そのための構造として、本実施例では、リブ導波路のコアの断面形状を長さ方向に沿って徐々に縮小し、最終的に細線状に変化させた構造を作製した。このように、モードフィールドの拡大のために、逆に、コアの断面形状を縮小するスポットサイズ変換器は、逆テーパ型と呼ばれる。
図６（ａ）〜（ｇ）は、スポットサイズ変換器の作製の手順を説明する斜視図である。
基板として、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハを用いた。図６（ａ）に示すように、ＳＯＩウエハは、最上層のシリコン層５１と、その下の埋め込みシリコン酸化膜層５２と、その下のシリコン支持基板５３と、を有する。シリコン層５１の厚みは１．５μｍ、埋め込みシリコン酸化膜層５２の厚みは３．０μｍとした。
先ず、ＳＯＩウエハの上に厚み２００μｍのネガ型ドライフィルムを貼付した。ｉ線ステッパとフォトマスクを用いて紫外線を照射し、更に、現像することによって、支持パターン５４を形成した（図６（ａ））。
次に、支持パターン５４の上に更に２００μｍ厚のドライフィルムを貼付し、ｉ線ステッパとフォトマスクを用いて、紫外線を照射し、現像することによって、庇パターン５５を形成した（図６（ｂ））。支持パターン５４と庇パターン５５とが、ステンシルパターンを構成する。
事前に基板上に形成したマークを用いて目合わせ露光を行うことにより、±０．１μｍ以下の誤差で、基板上に支持パターン５４と庇パターン５５とを形成できた。
また、庇のアンダーカットはドライフィルムを貼付した時点で既に存在していたので、ドライフィルムの厚みが２００μｍでも、通常の現像時間で良好な庇形状を形成できた。また、アンダーカットの奥行きは５００μｍとしたが、厚み２００μｍのドライフィルムで強度が十分であったため、庇が垂れ下がることは無かった。
次に、シリコン層５１をフッ素系のガスを用いてドライエッチングし、スロープを形成した（図６（ｃ））。エッチングガスとして、Ｃ４Ｆ８（パーフルオロシクロブタン）とＳＦ６（六フッ化硫黄）の混合ガスを用い、ガス圧を３Ｐａに設定した。
エッチング後、有機溶剤を用いてステンシルパターンを溶解すると、図６（ｄ）に示すようなスロープ５７が得られた。ステンシルマスクから離れたエッチング基板表面５６において、エッチング深さは１．４μｍであった。また、スロープ５７は、高低差１．４μｍに対して、長さが約３００μｍであった。
次に、未エッチング面５８からスロープ５７に亘って、フォトレジストで導波路パターン５９を形成した（図６（ｅ））。導波路パターン５９は、スロープ５７を下るにつれて細くなる横テーパのパターンとした。横テーパの幅は、１．５μｍから０．１μｍまで変化させた。導波路パターン５９の形成には、通常のスピンコートによるレジスト塗布と、電子線描画装置による目合わせ露光とを行った。
このように、本実施例では、ステンシルパターンの形成も含めて、全てのパターニングを、高精度の目合わせが可能な露光装置で行った。この点で、同程度の大きさのスロープを形成するために基板上にステンシルマスクを置く従来技術に比べて、本発明のスロープの作製方法は格段に高い作製精度を有している。
また、基板上にマスクを置く従来技術では、マスクによって基板表面を傷つけてしまう可能性が高いが、本発明による方法では、その可能性は全くない。
次に、導波路パターン５９をマスクとして、スロープの形成されたシリコン層５６を異方性ドライエッチングした（図６（ｆ））。エッチングガスとして、スロープ形成のときと同じく、Ｃ４Ｆ８とＳＦ６の混合ガスを用いたが、ガス圧を０．７Ｐａと低く設定することによって、ラジカルの濃度を低減した。
また、Ｃ４Ｆ８とＳＦ６の混合割合は、スロープ形成のときに比べてＣ４Ｆ８を多めにした。Ｃ４Ｆ８は分解により堆積膜を生じ易く、多めにすると側壁保護膜が堆積されて、ラジカルに因るサイドエッチングが抑制される。そのため、ガスの混合割合を調節することによって、側壁保護膜の堆積速度をサイドエッチングの速度とバランスさせれば、シリコンの垂直エッチングが可能である。エッチング時間は、均一表面の場合のエッチング深さが１．０μｍとなる時間とした。
次に、有機溶剤を用いてレジストの導波路パターン５９を溶解し、導波路形状を得た（図６（ｇ））。図６（ｇ）において、スラブ６１とリブ６３とがリブ導波路のコアを成す。また、スロープ６０とリブスロープ６４とが、高さと幅が共に減少する縦横テーパ型のリブ導波路のコアを成す。
更に、細線６５が縦横テーパ型の細線導波路のコアを成す。結果として、リブ導波路からテーパ導波路を経過し、最終的に細線導波路へと構造が徐々に変化する、導波路のコアが形成できた。
最後に、基板上にシリコン酸化膜６７を堆積することによって、スポットサイズ変換器付きリブ導波路が完成した（図６（ｈ））。図６（ｈ）に示すように、このスポットサイズ変換器のコアは、縦と横の両方でテーパ形状を有している。
そのため、コアの断面の縦横比を約１に保ったまま、約３００μｍの長さに亘って、徐々に断面サイズを縮小することができた。そのため、導波光の偏波がどの向きであっても高い透過率を示し、結果として、偏波依存性の無い高効率のスポットサイズ変換器を実現できた。
以上説明したように、本発明によって、数１００μｍ以上の長さのスロープが、高い位置精度での形成できるようになったことにより、それを利用した高性能なデバイスの作製が可能となった。
なお、本実施例では、具体的な説明のために材料を限定して説明したが、本発明のスロープの形成方法で使用する、基板の被エッチング材料や、感光性フィルムや、エッチングガスは、本発明の趣旨の範囲で任意であることは言うまでもない。
以上、本発明に係るスロープ及び該スロープの形成方法を実施するための形態及び実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施するための形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施するための形態及び実施例があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
本発明に係るスロープ及び該スロープの形成方法は、半導体光集積回路の光入出部に微小なスロープ導波路を高精度にかつ高歩留まりで取り付けること等、集積デバイスの高機能化のために有用な技術である。
上記した実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
基板上に、有限の厚みを有する支持パターンを形成する（ａ）と、
少なくとも前記支持パターンの近傍では前記支持パターンの上面のみに接し、一部がその上面からはみ出すように、前記支持パターンに感光性フィルムを貼付する（ｂ）と、
前記支持パターンを含むか、あるいは前記支持パターンの境界を跨ぐ領域を露光する（ｃ）と、
前記感光性フィルムを現像して、前記感光性フィルムの庇パターンを形成する（ｄ）と、
前記基板をドライエッチングする（ｅ）と、
前記支持パターンと前記庇パターンとを除去する（ｆ）と、を含むことを特徴とするスロープの形成方法。
（付記２）
前記支持パターンが感光性フィルムであることを特徴とする付記１に記載のスロープの形成方法。
（付記３）
前記支持パターンの境界を跨ぐ領域を露光する場合に、支持パターンと重なる領域の境界は支持パターンの内側に入れることを特徴とする付記１に記載のスロープの形成方法。
（付記４）
前記支持パターンが複数の個別支持パターンを有することを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載のスロープの形成方法。
（付記５）
前記複数の個別支持パターンに跨る領域に露光することを特徴とする付記４に記載のスロープの形成方法。
（付記６）
前記（ａ）の前に、前記基板の一部をエッチング耐性膜で保護する（ｇ）を含むことを特徴とする付記１乃至５のいずれかに記載のスロープの形成方法。
（付記７）
前記（ａ）の前に、前記基板の被エッチング材料を凹凸構造に加工する（ｈ）を含むことを特徴とする付記１乃至６のいずれかに記載のスロープの形成方法。
（付記８）
前記基板の被エッチング材料がシリコンであることを特徴とする付記１に記載のスロープの形成方法。
（付記９）
前記基板の被エッチング材料がシリカであることを特徴とする付記１に記載のスロープの形成方法。
（付記１０）
前記（ｅ）にフッ素系のガスを用いることを特徴とする付記１に記載のスロープの形成方法。
（付記１１）
前記フッ素系のガスは六フッ化硫黄を含むことを特徴とする付記１０に記載のスロープの形成方法。
（付記１２）
支持パターンと該支持パターンの上に庇パターンが形成された基板がドライエッチングされてから、支持パターンと庇パターンが除去されて形成され、
前記支持パターンは、前記基板表面上に有限の厚みを有するものとして形成されたものであり、
前記庇パターンは、前記支持パターン上に貼付された感光性フィルムが、支持パターンを含む又は支持パターンの境界を跨ぐ領域において露光されてから現像して形成されたものであることを特徴とするスロープ。
（付記１３）
前記支持パターンは、感光性フィルムであることを特徴とする付記１２に記載のスロープ。
（付記１４）
前記支持パターンの境界を跨ぐ領域が露光される場合は、支持パターンと重なる領域の境界は、支持パターンの内側に入れられている構成であることを特徴とする付記１２に記載のスロープ。
（付記１５）
前記支持パターンは、複数の個別支持パターンを有する構成であることを特徴とする付記１２乃至１４のいずれかに記載のスロープ。
（付記１６）
前記複数の個別支持パターンに跨る領域が露光されることを特徴とする付記１５に記載のスロープ。
（付記１７）
前記支持パターンを形成される前に、前記基板の一部は、エッチング耐性膜で保護されていることを特徴とする付記１２乃至１６のいずれかに記載のスロープ。
（付記１８）
前記支持パターンを形成される前に、前記基板の被エッチング材料が凹凸構造に加工されていることを特徴とする付記１２乃至１７のいずれかに記載のスロープ。
（付記１９）
前記基板の被エッチング材料は、シリコンであることを特徴とする付記１２に記載のスロープ。
（付記２０）
前記基板の被エッチング材料は、シリカであることを特徴とする付記１２に記載のスロープ。
（付記２１）
前記ドライエッチングには、フッ素系のガスが用いられていることを特徴とする付記１２に記載のスロープ。
（付記２２）
前記フッ素系のガスは、六フッ化硫黄を含むことを特徴とする付記２１に記載のスロープ。
なお、本出願は、２０１１年８月８日に出願された、日本国特許出願第２０１１−１７２７２１号からの優先権を基礎として、その利益を主張するものであり、その開示はここに全体として参考文献として取り込む。
【符号の説明】
【００１１】
１、１１、１０１、２１、３１  基板
２、１２、２２、３２、５４  支持パターン
３  感光性フィルム
４  紫外線
５、２４、２５、３９、４０、４１、４２  庇
６  アンダーカット
７  ステンシルパターン
８、９  イオン
１３、２３、３７、５５、３０１  庇パターン
２１ａ  基板表面
３３、３４、３５  凹部
３６  通路
３８  開口部
４３  通路カバー部
５１  シリコン層
５２  埋め込みシリコン酸化膜層
５３  シリコン支持基板
５６、１０１ｂ、１１１ｂ、１２１ｂ  エッチング済み基板表面
１３１ｂ１、１３１ｂ２  エッチング済み基板表面
５７、１０１ｃ、１１１ｃ、１２１ｃ１、１２１ｃ２  スロープ
１３１ｃ１、１３１ｃ２、１３１ｃ３、１３１ｃ４  スロープ
５８、１０１ａ、１１１ａ、１２１ａ、１３１ａ  未エッチング基板表面
５９  導波路パターン
６１  スラブ
６３  リブ
６４  リブスロープ
６５  細線
６７  シリコン酸化膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2013022112.tif 000009
2013022112.tif 000010
2013022112.tif 000011
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