(57)【要約】本発明の光導波路の製造方法は、コア層の表面にマスクを設け、次にドライエッチングを行なう光導波路の製造方法において、ドライエッチング工程が、エッチングとアッシングを有することを特徴とする。これにより、光導波路製造時に、コアパターンの外周部に形成される凹凸が解消され、光伝達損失の小さい光導波路を提供できる。
2003067293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一クラッド上にコアを有する光導波路の製造方法であって、
前記第一クラッド上にコア層を形成する工程と、
前記コア層の表面にマスクパターンを形成するマスク形成工程と、
ドライエッチングを用いて前記コア層をパターニングするコアエッチング工程を有し、
前記コアエッチング工程が、エッチング工程とアッシング工程を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項２】
前記コアエッチング工程が、１または２以上の前記エッチング工程または前記アッシング工程を有し、かつ、最後の工程が前記アッシング工程である請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項３】
前記コアエッチング工程の後に、第二クラッド形成工程をさらに有し、前記第二クラッドが前記コアを覆う請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項４】
前記第二クラッド形成工程が、ＳｉＯ２またはガラス材料をスパッタリングして前記コアを覆う前記第二クラッドを形成する工程である請求項３記載の光導波路の製造方法。
【請求項５】
前記ドライエッチングが反応性イオンエッチングである請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項６】
前記エッチング工程が、フルオロカーボンを含むガスを用いて行なわれる請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項７】
前記エッチング工程が、前記フルオロカーボンを含むガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて行なわれる請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項８】
前記アッシング工程が、酸素を含むガスを用いて行なわれる請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項９】
前記ドライエッチングが、真空処理室内で、発生させたプラズマを用いて行なう請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項１０】
前記マスクがレジスト膜、金属膜および半導体膜の何れか１または２以上の組み合わせである請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項１１】
前記マスクがタングステンとシリコンを含有する材料で形成される請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項１２】
前記マスク形成工程が、スパッタリングによりマスク層を成膜する工程を有する請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項１３】
前記マスク形成工程が、形成されたマスク層をドライエッチングによりパターニングする工程を有する請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項１４】
前記ドライエッチングが反応性イオンエッチングである請求項１３記載の光導波路の製造方法。
【請求項１５】
前記ドライエッチングが、真空処理室内で、発生させたプラズマを用いて行なう請求項１３記載の光導波路の製造方法。
【請求項１６】
前記マスク層のドライエッチングと前記コア層のドライエッチングとを、同一の処理室で行なう請求項１３記載の光導波路の製造方法。
【請求項１７】
前記コア層の形成をスパッタリングを利用して行なう請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項１８】
前記光導波路が基板上に形成され、前記第一クラッド板はスパッタリングを用いて前記基板上に形成される請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項１９】
前記コア層が、アルカリ元素、アルカリ土類元素、および希土類元素から選ばれる１または２以上の元素を含有するガラス材料である請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項２０】
前記コア層が、アルカリ元素、アルカリ土類元素、遷移元素および希土類元素から選ばれる１または２以上の元素を含有する単結晶材料である請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項２１】
前記プラズマが、誘導結合方式プラズマ源、表面波方式プラズマ源、アンテナ方式プラズマ源、マグネトロン方式プラズマ源、ヘリコン波方式プラズマ源、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ源、磁気中性線方式プラズマ源の少なくとも一つを用いて発生させたプラズマである請求項１５記載の光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は光伝達損失の少ない光導波路の製造方法に関する。
背景技術
従来の光導波路のコア層は、石英ガラス系の材料を使っていたので、その屈折率や熱膨張係数などの材料の物性値は石英ガラスの値によりほぼ決定されていた。近年の要望としてコア層の物性値を変えることがある。そのために、アルカリ元素、アルカリ土類元素、または希土類元素などの元素を含有する多成分ガラスを用いて、光導波路を形成することが提案されている。多成分ガラスで光導波路のコア層を形成すると、ガラス組成を適当に変化させることにより、屈折率、熱膨張係数、あるいはガラス転移温度といったガラスの物性値をより広い範囲で自由に設計できる。具体的な方法は、第一クラッド上に、アルカリ元素を含有するガラスを用いてコア層を形成し、次に、コア層をドライエッチングにより加工し、その後に、第二クラッドを形成する。
上記多成分ガラスでコア層を形成したもので問題となるのは、光導波路の光伝達損失が大きくなることであった。すなわち、従来の多成分ガラスで形成したコア層からコアパターンを作る際には、コア層の上にマスクまたはレジストのパターンを設け、ドライエッチングにより加工を行なう。その際、形成されたコアパターンの外周部に大きな凹凸ができ、これによって、光導波路の光伝達損失が大きくなってしまうものであった。
発明の開示
本発明は光伝達損失の少ない光導波路を提供することを目的とする。この目的を達成するために、本発明の光導波路の製造方法は、コア層の表面にパターニングしたマスクまたはレジストを設け、次にドライエッチングを行なう光導波路の製造方法であって、前記ドライエッチングが、エッチングとアッシングを有することを特徴とする。ドライエッチングが、エッチングだけでなくアッシングを含むことによって、エッチングを行なった場合に形成される凹凸形状をアッシングによって少なくすることが可能となる。これによって、光伝達損失の少ない光導波路を提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の製造工程の一過程を示す斜視図である。基板１は例えばシリコンＳｉや各種ガラスである。ここで各種ガラスとは、例えば、アルカリ元素、アルカリ土類元素、または希土類元素の内、少なくとも一つ以上の元素を含有するガラスである。第一クラッド２はＳｉＯ２や各種ガラスを用いて形成される。
基板１と第一クラッド２の熱膨張係数が異なる場合、熱応力を生じることがある。従って、それらの熱膨張係数が等しいことが望まれるが、それらの値が近似して使用できる。なお、基板１がＳｉであるとき、Ｓｉを酸化させてＳｉＯ２を形成し、これを第一クラッドとしても良い。また、基板１と第一クラッド２が同じ材料であっても良い。コアパターン３は、ＳｉＯ２や各種ガラスを用いて形成し、第一クラッド２よりも僅かに屈折率を大きくする。
第一クラッド２上に、コアパターン３を覆う第二クラッド４を形成し、光導波路を形成する。形成された光導波路の分解斜視図が図２である。なお、コアパターン３の断面は必ずしも矩形でなくて良く、台形などでも良い。コアパターンは図１、図２では一本しか示していないが、このような直線状、曲線状のパターンが複数本形成される。第二クラッド４にはコアパターン３の材料よりも僅かに屈折率が小さい材料を用いる。第二クラッド４には、第一クラッド２と同じ材料を用いることが出来る。
コアパターン３の屈折率は、第一クラッド２の屈折率および第二クラッド４の屈折率のどちらよりも大きいため、屈折率の差によって光がコアパターンに閉じ込められ、光伝達が可能になる。コアパターン３の外周部表面に凹凸形状があると、その凹凸形状によって光が散乱され、その結果、光伝達損失を生じる。したがって、光が導波していく部分であるコアパターン３の外周部表面は、滑らかであることが望ましい。
次に、光導波路の製造方法について、図３を用いて説明する。基板準備工程３０１では、基板１を準備する。第一クラッド形成工程３０２で、基板１に第一クラッド２を形成する。なお、基板１が第一クラッド２と同一の材料であっても良く、その場合、第一クラッド形成工程３０２は省略できる。次にコア層形成工程３０３では、各種ガラスでコア層５を形成する。次のマスク層形成工程３０４で、マスク層６を形成する。マスク層６は、シリコンやチタン、タングステン、ニッケルまたはクロムなどの金属、半導体またはそれらの合金である。スパッタリングや蒸着などの各種の方法で成膜する。
次にレジスト工程３０５で、レジストを塗布してフォトリソグラフィーによりレジストパターン７を形成する。その後、マスク加工工程３０６では、ドライエッチングにより、レジストパターン７をマスクとしてマスク層６を加工し、マスクパターン８を得る。なお、一般にレジストパターン７は薄い方がパターン精度を高くしやすい。したがって、エッチング時にはマスク層６のエッチングレートに対するレジストパターン７のエッチングレートの比が小さい方が望ましい。次に、コアエッチング工程３０７で、マスクパターン８をマスクとしてコア層５をドライエッチングにより加工する。コアエッチング工程３０７について、以下に詳しく説明する。
ドライエッチングは、反応性イオンエッチングを例として用いることにする。エッチングガスとしては、ＣＦ４、ＣＨＦ３、またはＣ４Ｆ８などのフルオロカーボンを含むガス、ＳＦ６などの硫黄化合物系のガス、ＡｒまたはＸｅなどの不活性ガス、酸素、水素、あるいはそれらを含む混合ガスなどが考えられる。なお、マスクパターン８は、コア層５をエッチングしてパターン形成する際のマスクである。このマスクパターン８は、コア層５がエッチングされる際に実質的に同時にエッチングされる。一般にマスクパターン８は薄い方がパターン精度を高くしやすい。
したがって、エッチング時には、マスクパターン８のエッチングレートに対するコア層５のエッチングレートの比（以下、選択比）が高い方が望ましい。マスクパターン８がタングステンとシリコンを含有する材料である場合、この選択比を高くすることができた。この場合、マスク層６は、タングステンとシリコンを含有する材料を成膜する必要がある。この多元素材料の成膜にはスパッタリングを用いて行なった。また、エッチングガスとして、ＣＦ４、ＣＨＦ３、またはＣ４Ｆ８などのフルオロカーボンを含むガスを用いてエッチングを行なった場合、さらに高い選択比が得られた。
ドライエッチングによって、コアパターン３を形成する際には以下のような問題がある。すなわち、アルカリ元素、アルカリ土類元素、または希土類元素などの元素を含有するガラスをフルオロカーボンを含むガスでエッチングする場合、これらの元素に起因する凹凸形状が、コアパターン３の外周部表面に発生することがある。つまり、これらの元素を含まない第一のガラスＡとこれらの元素を含む第二のガラスを同じ条件でエッチングすると、第一のガラスは凹凸形状を発生せず平坦にエッチングできるのに対し、第二のガラスには凹凸形状が発生し、平坦にエッチングすることができないことがある。
ＳｉＯ２を主成分とし、アルカリ元素であるナトリウムを含有するガラスをＣＦ４をエッチングガスとしてエッチングする場合を例に凹凸の発生機構を説明する。ガラス中に含まれるシリコン元素はＣＦ４と反応してフッ化シリコンとして除去される。フッ化シリコンは沸点が低く揮発性が高いために除去されやすい。一方、ガラス中に含まれるナトリウム元素はＣＦ４と反応してフッ化ナトリウムとして除去される。このフッ化ナトリウムは沸点が高く揮発性が低いために除去されにくい。フッ化ナトリウムとフッ化シリコンの除去のされやすさの差が、凹凸発生の主因である。
このようにして、アルカリ元素、アルカリ土類元素、または希土類元素などの元素を含有するガラスをエッチングする場合、エッチング進行中に凹凸形状が発生することがある。その凹凸形状は、形成されたコアパターンの外周部表面にも発生し、これによって、光導波路の光伝達損失が大きくなってしまう。その凹凸形状を低減するために、元素間でエッチングレートの差が少ない物理的なエッチングを優勢にすることが効果的である。ＡｒまたはＸｅなどの不活性ガスをエッチングガスに混合し、さらに誘導結合方式プラズマ源、表面波方式プラズマ源、アンテナ方式プラズマ源、マグネトロン方式プラズマ源、ヘリコン波方式プラズマ源、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ源、あるいは磁気中性線方式プラズマ源などを用いて発生させた高密度プラズマを用いてエッチングを行なうことで物理的エッチングが優勢となり、凹凸形状を低減することが可能になる。
ところが、上記のエッチングを行なってもなお、エッチングの進行中に、凹凸形状が発生することがある。エッチング進行中にガラス表面に付着物が堆積し、その堆積物が被エッチング材であるガラスの表面に凹凸形状を発生させる原因となる。
付着物の堆積について図４を用いて説明する。コア層５をエッチングしてコアパターン３を形成する際には、図４には示していないがマスクパターン８もコア層５と同時にエッチングされることになる。コア層５に含まれる元素の反応生成物や、マスクパターン８に含まれる元素の反応生成物は、エッチングガスとともに除去される。このとき、これらの反応生成物の一部が除去しきれずに、コア層５やコアパターン３の表面に付着してしまい、付着物９を形成する。
図４において、Ｘ−Ｘ’の断面を示したものが図７である。付着物９は、図７に示すように、エッチング中にはマスクのようにふるまう。そのため、エッチングが進行すると、図８に示すように、コア層５の表面に凹凸形状１０が形成されることになる。図４において、Ｙ−Ｙ’の断面を示したものが図６である。付着物９が無ければ、図５のようにコアパターンは例えば矩形などのような所望の形状をしている。ところが付着物９がコアパターン３の外周部表面にも付着してしまう。その結果、エッチングが進行すると、図６に示すように、コアパターン３の外周部表面に凹凸形状１０が形成されることになる。
光が導波していく部分であるコアパターン３の外周部表面は、滑らかであることが望ましい。凹凸形状１０があった場合、この凹凸形状１０によって光が散乱されて、光伝達損失を生じる。光伝達損失を少なくするためには、その凹凸形状１０を除去、若しくは少なくとも低減する必要がある。凹凸形状１０を低減するためには、エッチング中に発生する付着物９を除去する必要がある。これらの付着物９はアッシングによって除去できる。コア層５をＣＦ４をエッチングガスとしてエッチングする場合、酸素ガスを用いてアッシングを行なうと凹凸形状１０を低減することができた。
ＣＦ４とＡｒの混合ガスを用いて、エッチング条件を設定し、１０分間エッチングを行ない、エッチングの進行中に付着物９が表面に堆積し、凹凸形状１０が形成してしまったとする。この場合、同じ条件設定で３分間エッチングを行ない、その後、３分間アッシングして付着物９を除去した。
以上説明したようにコアエッチング工程３０７が、エッチングとアッシングを含むことによって凹凸形状１０を低減することができる。
凹凸形状１０を低減しながらエッチング量を増やすためには、先ず３分間エッチングを行ない、次に３分間アッシングを行ない、さらにその後に３分間のエッチングと３分間のアッシングを行なうといったように、エッチングおよびアッシングを交互に繰り返し行なうことが効果的である。
なお、このときのエッチング時間は例として３分間としたが、任意に決めることができ、また、エッチング時間およびアッシング時間が異なっても良い。また、異なる２つ以上のエッチング条件およびアッシング条件を任意の時間ずつ繰り返し行なっても良い。例えば、第一の工程では、所定の条件Ｅ０１で８分間エッチングを行ない、その後、他の条件Ｅ０２で２分間エッチングを行ない、その後、素定の条件Ａ０１で３分間アッシングを行なう。その後の第二の工程では、再び条件Ｅ０１での５分間のエッチングと、条件Ｅ０２での１分間のエッチングと、条件Ａ０１での２分間のアッシングをこの順に行なう、というものである。さらにその後、第二の工程をもう一度行なうといったように、エッチングおよびアッシングを交互に繰り返し行なうことも出来る。エッチングとアッシングを効果的に組み合わせた処理により、凹凸形状１０を低減して、所望の形状のコアパターン３に加工することができる。
以上、反応性イオンエッチングを例として説明したが、真空装置中でプラズマを発生させて行なう他のエッチング方法およびアッシング方法を用いても同様な効果が得られる。
以上説明したコアエッチング工程３０７に続いて、マスク除去工程３０８では、マスクパターン８を除去してコアパターン３を露出させる。コアパターン３が形成された状態の一例を図１に示す。その後、図３の第二クラッド形成工程３０９で、第二クラッド４を形成し、光導波路を得る。図３において、２本のコアパターンを例示している。完成した光導波路を説明する図２にはコアパターンは１本だけ例示している。
以上、実施の形態１を要約すると以下のようである。
すなわち、第一クラッド板２上にコア層５を形成し、次にコア層５の表面にマスクパターン８を設ける、次にドライエッチングを行なってコアパターン３を形成し、その後、第一クラッド２上においてこのコアパターン３を覆うごとく第二クラッド４を形成する。
（実施の形態２）
図９を用いて、他の実施の形態を説明する。
すなわち、基板準備工程９０１に続いて、第一クラッド形成工程９０２で基板１１上に第一クラッド１２を形成する。コア層形成工程９０３で第一クラッド板２上にコア層１５を形成し、次にレジスト工程９０４でコア層１５の表面にレジストパターン１７を設ける。次に、コアエッチング工程９０５で、コア層１５をドライエッチングしてコアパターン１３を形成しする。レジスト除去工程９０６でレジストパターン１７を除去後、第二クラッド形成工程９０７では第一クラッド１２上にコアパターン１３を覆うごとく第二クラッド１４を形成することにより光導波路を形成する。すなわち、実施の形態２では、レジストパターン１７自体が、ドライエッチング時のマスクの役割を果たす。
実施の形態１及び２では、アルカリ元素、アルカリ土類元素、または希土類元素などの元素を含有するガラス材料からなるコア層を用いた光導波路の製造方法の例を説明した。
コア層の部分を、ガラス材料でなく単結晶材料に代えた場合でも同様の効果が得られる。すなわち、アルカリ元素、アルカリ土類元素、遷移元素、または希土類元素などの元素を含有する単結晶材料からなるコア層を用いた光導波路を、図３において基板準備工程３０１からマスク除去工程３０９に示すごとく光導波路を形成する。
なお、図２に示すように、光導波路の第二クラッド４としてＳｉＯ２などの材料形成する代わりに、空気を第二クラッドとみなして用いる場合がある。この場合には、マスク除去工程３０９または９０７を行なわなければよい。
すなわち、本発明は、コア層の表面にパターニングしたマスクまたはレジストを設け、次にドライエッチングを行なってコアパターンを形成する光導波路の製造方法において、コア層をドライエッチングする工程でエッチングだけでなくアッシングを含むことを特徴としている。これによって、エッチングを行なった場合に形成される凹凸形状をアッシングによって少なく出来る。前述のコア層としては、アルカリ元素、アルカリ土類元素、または希土類元素の内少なくとも一つ以上の元素を含有するガラス材料を用いることが出来る。若しくは、コア層として、アルカリ元素、アルカリ土類元素、遷移元素、または希土類元素の内少なくとも二つ以上の元素を含有する単結晶材料を用いても良い。
また、エッチングとアッシングを繰り返すことによって、凹凸形状を少なく保ったままエッチング量を大きくすることができる。
上記のコア層を形成する材料をエッチングする際に、マスクまたはレジストのエッチングレートに対するコア層のエッチングレートの比を選択比とよぶ。上記エッチングに際し、ＣＦ４、ＣＨＦ３、またはＣ４Ｆ８などのフルオロカーボンを含むガスを用いることによって、選択比を比較的大きくとることが可能になる。
また、用いるマスクとしてタングステンとシリコンを含有する材料を用いることによっても、選択比を比較的大きくとることが可能になる。
また、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの不活性ガスを加えた混合ガスを用いることによって、エッチングを行なった場合に形成される凹凸形状をより少なくできる。一方、アッシング時に酸素を含むガスを用いることによって、エッチングを行なった場合に形成される凹凸形状をさらに少なくできる。
二種類以上の元素を含有する材料をマスクに用いた場合には、スパッタリングにより容易にマスク層を形成できる。また、ドライエッチングによりマスクの加工形成することで、良好な形状を有するマスクを形成することができる。
真空処理室内での、プラズマ発生源としては誘導結合方式プラズマ源、表面波方式プラズマ源、アンテナ方式プラズマ源、マグネトロン方式プラズマ源、ヘリコン波方式プラズマ源、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ源、磁気中性線方式プラズマ源の少なくとも一つを用いることが出来る。真空処理室内で発生させたプラズマを用いてドライエッチングを行なうことによって、エッチングを行なった場合に形成される凹凸形状を少なくできる。ドライエッチングの中でも、異方性エッチングが可能な反応性イオンエッチングを用いることで、コア層をエッチングする際に、所望の形状を得ることが可能となる。
また、マスクのドライエッチングによる加工とコア層のドライエッチングによる加工を同一の処理室で行なうことによって、連続処理が可能となり、作業性を高めることができる。
例えば、アルカリ元素、アルカリ土類元素、または希土類元素の内少なくとも一つ以上の元素を含有する多成分ガラス、若しくは、アルカリ元素、アルカリ土類元素、遷移元素または希土類元素の内少なくとも二つ以上の元素を含有する単結晶材料を用いて形成する光導波路の製造方法において、第一クラッド板、第二クラッド板またはコア層の形成をスパッタリングを利用して行なうことができる。
さらに本発明は、コア層の表面にマスクまたはレジストを設け、次にドライエッチングを行なってコアパターンを形成する光導波路の製造方法において、ドライエッチングにエッチングだけでなくアッシングを含むことによって、エッチングを行なった場合に形成される凹凸形状をアッシングによって少なくできる。
産業上の利用可能性
以上のように本発明は、コア層の表面にマスクまたはレジストを設け、次にドライエッチングを行なう光導波路の製造方法において、前記ドライエッチング工程が、エッチング処理とアッシング処理を有する光導波路の製造方法である。ドライエッチング工程に、エッチング処理後のアッシング処理を含むことによって、エッチングを行なった場合に形成される凹凸形状をアッシングによって少なくすることが可能となる。これによって、光伝達損失の少ない光導波路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の製造工程の一過程を示す射視図。
図２は本発明の一実施形態を示す分解斜視図。
図３は本発明の一実施形態の製造工程を示す断面図。
図４は従来例を示す斜視図。
図５は本発明の製造工程の一過程を示す断面図。
図６は図４のＹ−Ｙ’線を含む面での断面図。
図７は従来例の一過程を示す断面図。
図８は図４のＸ−Ｘ’線を含む面での断面図。
図９は本発明の一実施形態の製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
１、１１  基板
２、１２  第一クラッド
３、１３  コアパターン
４、１４  第二クラッド
５、１５  コア層
６  マスク層
７、１７  レジストパターン
８  マスクパターン
９  付着物
１０  凹凸形状
３０１、９０１  基板準備工程
３０２、９０２  第一クラッド形成工程
３０３、９０３  コア層形成工程
３０４  マスク層形成工程
３０５、９０４  レジスト工程
３０６  マスク加工工程
３０７  コアエッチング工程
３０８  マスク除去工程
３０９、９０７  第二クラッド形成工程
９０６  レジスト除去工程
【図１】
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【図２】
2003067293.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2003067293.tif 000010
【図９】
2003067293.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月21日(2003.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一クラッド上にコアを有する光導波路の製造方法であって、
前記第一クラッド上にコア層を形成する工程と、
前記コア層の表面にマスクパターンを形成するマスク形成工程と、
ドライエッチングを用いて前記コア層をパターニングするコアエッチング工程を有し、
前記コアエッチング工程が、エッチング工程とアッシング工程を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項２】
前記コアエッチング工程が、１または２以上の前記エッチング工程または前記アッシング工程を有し、かつ、最後の工程が前記アッシング工程である請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項３】
前記コアエッチング工程の後に、第二クラッド形成工程をさらに有し、前記第二クラッドが前記コアを覆う請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項４】
前記第二クラッド形成工程が、ＳｉＯ2またはガラス材料をスパッタリングして前記コアを覆う前記第二クラッドを形成する工程である請求項３記載の光導波路の製造方法。
【請求項５】
前記ドライエッチングが反応性イオンエッチングである請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項６】
前記エッチング工程が、フルオロカーボンを含むガスを用いて行なわれる請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項７】
前記エッチング工程が、前記フルオロカーボンを含むガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて行なわれる請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項８】
前記アッシング工程が、酸素を含むガスを用いて行なわれる請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項９】
前記ドライエッチングが、真空処理室内で、発生させたプラズマを用いて行なう請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項１０】
前記マスクがレジスト膜、金属膜および半導体膜の何れか１または２以上の組み合わせである請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項１１】
前記マスクがタングステンとシリコンを含有する材料で形成される請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項１２】
前記マスク形成工程が、スパッタリングによりマスク層を成膜する工程を有する請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項１３】
前記マスク形成工程が、形成されたマスク層をドライエッチングによりパターニングする工程を有する請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項１４】
前記ドライエッチングが反応性イオンエッチングである請求項１３記載の光導波路の製造方法。
【請求項１５】
前記ドライエッチングが、真空処理室内で、発生させたプラズマを用いて行なう請求項１３記載の光導波路の製造方法。
【請求項１６】
前記マスク層のドライエッチングと前記コア層のドライエッチングとを、同一の処理室で行なう請求項１３記載の光導波路の製造方法。
【請求項１７】
前記コア層の形成をスパッタリングを利用して行なう請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項１８】
前記光導波路が基板上に形成され、前記第一クラッド板はスパッタリングを用いて前記基板上に形成される請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項１９】
前記コア層が、アルカリ元素、アルカリ土類元素、および希土類元素から選ばれる１または２以上の元素を含有するガラス材料である請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項２０】
前記コア層が、アルカリ元素、アルカリ土類元素、遷移元素および希土類元素から選ばれる１または２以上の元素を含有する単結晶材料である請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項２１】
前記プラズマが、誘導結合方式プラズマ源、表面波方式プラズマ源、アンテナ方式プラズマ源、マグネトロン方式プラズマ源、ヘリコン波方式プラズマ源、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ源、磁気中性線方式プラズマ源の少なくとも一つを用いて発生させたプラズマである請求項１５記載の光導波路の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光伝達損失の少ない光導波路の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光導波路のコア層は、石英ガラス系の材料を使っていたので、その屈折率や熱膨張係数などの材料の物性値は石英ガラスの値によりほぼ決定されていた。近年の要望としてコア層の物性値を変えることがある。そのために、アルカリ元素、アルカリ土類元素、または希土類元素などの元素を含有する多成分ガラスを用いて、光導波路を形成することが提案されている。多成分ガラスで光導波路のコア層を形成すると、ガラス組成を適当に変化させることにより、屈折率、熱膨張係数、あるいはガラス転移温度といったガラスの物性値をより広い範囲で自由に設計できる。具体的な方法は、第一クラッド上に、アルカリ元素を含有するガラスを用いてコア層を形成し、次に、コア層をドライエッチングにより加工し、その後に、第二クラッドを形成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記多成分ガラスでコア層を形成したもので問題となるのは、光導波路の光伝達損失が大きくなることであった。すなわち、従来の多成分ガラスで形成したコア層からコアパターンを作る際には、コア層の上にマスクまたはレジストのパターンを設け、ドライエッチングにより加工を行なう。その際、形成されたコアパターンの外周部に大きな凹凸ができ、これによって、光導波路の光伝達損失が大きくなってしまうものであった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は光伝達損失の少ない光導波路を提供することを目的とする。この目的を達成するために、本発明の光導波路の製造方法は、コア層の表面にパターニングしたマスクまたはレジストを設け、次にドライエッチングを行なう光導波路の製造方法であって、前記ドライエッチングが、エッチングとアッシングを有することを特徴とする。ドライエッチングが、エッチングだけでなくアッシングを含むことによって、エッチングを行なった場合に形成される凹凸形状をアッシングによって少なくすることが可能となる。これによって、光伝達損失の少ない光導波路を提供することができる。
【発明の効果】
【０００５】
以上のように本発明は、コア層の表面にマスクまたはレジストを設け、次にドライエッチングを行なう光導波路の製造方法において、前記ドライエッチング工程が、エッチング処理とアッシング処理を有する光導波路の製造方法である。ドライエッチング工程に、エッチング処理後のアッシング処理を含むことによって、エッチングを行なった場合に形成される凹凸形状をアッシングによって少なくすることが可能となる。これによって、光伝達損失の少ない光導波路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【０００７】
（実施の形態１）
図１は本発明の製造工程の一過程を示す斜視図である。基板１は例えばシリコンＳｉや各種ガラスである。ここで各種ガラスとは、例えば、アルカリ元素、アルカリ土類元素、または希土類元素の内、少なくとも一つ以上の元素を含有するガラスである。第一クラッド２はＳｉＯ2や各種ガラスを用いて形成される。
【０００８】
基板１と第一クラッド２の熱膨張係数が異なる場合、熱応力を生じることがある。従って、それらの熱膨張係数が等しいことが望まれるが、それらの値が近似して使用できる。なお、基板１がＳｉであるとき、Ｓｉを酸化させてＳｉＯ2を形成し、これを第一クラッドとしても良い。また、基板１と第一クラッド２が同じ材料であっても良い。コアパターン３は、ＳｉＯ2や各種ガラスを用いて形成し、第一クラッド２よりも僅かに屈折率を大きくする。
【０００９】
第一クラッド２上に、コアパターン３を覆う第二クラッド４を形成し、光導波路を形成する。形成された光導波路の分解斜視図が図２である。なお、コアパターン３の断面は必ずしも矩形でなくて良く、台形などでも良い。コアパターンは図１、図２では一本しか示していないが、このような直線状、曲線状のパターンが複数本形成される。第二クラッド４にはコアパターン３の材料よりも僅かに屈折率が小さい材料を用いる。第二クラッド４には、第一クラッド２と同じ材料を用いることが出来る。
【００１０】
コアパターン３の屈折率は、第一クラッド２の屈折率および第二クラッド４の屈折率のどちらよりも大きいため、屈折率の差によって光がコアパターンに閉じ込められ、光伝達が可能になる。コアパターン３の外周部表面に凹凸形状があると、その凹凸形状によって光が散乱され、その結果、光伝達損失を生じる。したがって、光が導波していく部分であるコアパターン３の外周部表面は、滑らかであることが望ましい。
【００１１】
次に、光導波路の製造方法について、図３を用いて説明する。基板準備工程３０１では、基板１を準備する。第一クラッド形成工程３０２で、基板１に第一クラッド２を形成する。なお、基板１が第一クラッド２と同一の材料であっても良く、その場合、第一クラッド形成工程３０２は省略できる。次にコア層形成工程３０３では、各種ガラスでコア層５を形成する。次のマスク層形成工程３０４で、マスク層６を形成する。マスク層６は、シリコンやチタン、タングステン、ニッケルまたはクロムなどの金属、半導体またはそれらの合金である。スパッタリングや蒸着などの各種の方法で成膜する。
【００１２】
次にレジスト工程３０５で、レジストを塗布してフォトリソグラフィーによりレジストパターン７を形成する。その後、マスク加工工程３０６では、ドライエッチングにより、レジストパターン７をマスクとしてマスク層６を加工し、マスクパターン８を得る。なお、一般にレジストパターン７は薄い方がパターン精度を高くしやすい。したがって、エッチング時にはマスク層６のエッチングレートに対するレジストパターン７のエッチングレートの比が小さい方が望ましい。次に、コアエッチング工程３０７で、マスクパターン８をマスクとしてコア層５をドライエッチングにより加工する。コアエッチング工程３０７について、以下に詳しく説明する。
【００１３】
ドライエッチングは、反応性イオンエッチングを例として用いることにする。エッチングガスとしては、ＣＦ4、ＣＨＦ3、またはＣ4Ｆ8などのフルオロカーボンを含むガス、ＳＦ6などの硫黄化合物系のガス、ＡｒまたはＸｅなどの不活性ガス、酸素、水素、あるいはそれらを含む混合ガスなどが考えられる。なお、マスクパターン８は、コア層５をエッチングしてパターン形成する際のマスクである。このマスクパターン８は、コア層５がエッチングされる際に実質的に同時にエッチングされる。一般にマスクパターン８は薄い方がパターン精度を高くしやすい。
【００１４】
したがって、エッチング時には、マスクパターン８のエッチングレートに対するコア層５のエッチングレートの比(以下、選択比)が高い方が望ましい。マスクパターン８がタングステンとシリコンを含有する材料である場合、この選択比を高くすることができた。この場合、マスク層６は、タングステンとシリコンを含有する材料を成膜する必要がある。この多元素材料の成膜にはスパッタリングを用いて行なった。また、エッチングガスとして、ＣＦ4、ＣＨＦ３、またはＣ4Ｆ8などのフルオロカーボンを含むガスを用いてエッチングを行なった場合、さらに高い選択比が得られた。
【００１５】
ドライエッチングによって、コアパターン３を形成する際には以下のような問題がある。すなわち、アルカリ元素、アルカリ土類元素、または希土類元素などの元素を含有するガラスをフルオロカーボンを含むガスでエッチングする場合、これらの元素に起因する凹凸形状が、コアパターン３の外周部表面に発生することがある。つまり、これらの元素を含まない第一のガラスＡとこれらの元素を含む第二のガラスを同じ条件でエッチングすると、第一のガラスは凹凸形状を発生せず平坦にエッチングできるのに対し、第二のガラスには凹凸形状が発生し、平坦にエッチングすることができないことがある。
【００１６】
ＳｉＯ2を主成分とし、アルカリ元素であるナトリウムを含有するガラスをＣＦ4をエッチングガスとしてエッチングする場合を例に凹凸の発生機構を説明する。ガラス中に含まれるシリコン元素はＣＦ4と反応してフッ化シリコンとして除去される。フッ化シリコンは沸点が低く揮発性が高いために除去されやすい。一方、ガラス中に含まれるナトリウム元素はＣＦ4と反応してフッ化ナトリウムとして除去される。このフッ化ナトリウムは沸点が高く揮発性が低いために除去されにくい。フッ化ナトリウムとフッ化シリコンの除去のされやすさの差が、凹凸発生の主因である。
【００１７】
このようにして、アルカリ元素、アルカリ土類元素、または希土類元素などの元素を含有するガラスをエッチングする場合、エッチング進行中に凹凸形状が発生することがある。その凹凸形状は、形成されたコアパターンの外周部表面にも発生し、これによって、光導波路の光伝達損失が大きくなってしまう。その凹凸形状を低減するために、元素間でエッチングレートの差が少ない物理的なエッチングを優勢にすることが効果的である。ＡｒまたはＸｅなどの不活性ガスをエッチングガスに混合し、さらに誘導結合方式プラズマ源、表面波方式プラズマ源、アンテナ方式プラズマ源、マグネトロン方式プラズマ源、ヘリコン波方式プラズマ源、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ源、あるいは磁気中性線方式プラズマ源などを用いて発生させた高密度プラズマを用いてエッチングを行なうことで物理的エッチングが優勢となり、凹凸形状を低減することが可能になる。
【００１８】
ところが、上記のエッチングを行なってもなお、エッチングの進行中に、凹凸形状が発生することがある。エッチング進行中にガラス表面に付着物が堆積し、その堆積物が被エッチング材であるガラスの表面に凹凸形状を発生させる原因となる。
【００１９】
付着物の堆積について図４を用いて説明する。コア層５をエッチングしてコアパターン３を形成する際には、図４には示していないがマスクパターン８もコア層５と同時にエッチングされることになる。コア層５に含まれる元素の反応生成物や、マスクパターン８に含まれる元素の反応生成物は、エッチングガスとともに除去される。このとき、これらの反応生成物の一部が除去しきれずに、コア層５やコアパターン３の表面に付着してしまい、付着物９を形成する。
【００２０】
図４において、Ｘ−Ｘ’の断面を示したものが図７である。付着物９は、図７に示すように、エッチング中にはマスクのようにふるまう。そのため、エッチングが進行すると、図８に示すように、コア層５の表面に凹凸形状１０が形成されることになる。図４において、Ｙ−Ｙ’の断面を示したものが図６である。付着物９が無ければ、図５のようにコアパターンは例えば矩形などのような所望の形状をしている。ところが付着物９がコアパターン３の外周部表面にも付着してしまう。その結果、エッチングが進行すると、図６に示すように、コアパターン３の外周部表面に凹凸形状１０が形成されることになる。
【００２１】
光が導波していく部分であるコアパターン３の外周部表面は、滑らかであることが望ましい。凹凸形状１０があった場合、この凹凸形状１０によって光が散乱されて、光伝達損失を生じる。光伝達損失を少なくするためには、その凹凸形状１０を除去、若しくは少なくとも低減する必要がある。凹凸形状１０を低減するためには、エッチング中に発生する付着物９を除去する必要がある。これらの付着物９はアッシングによって除去できる。コア層５をＣＦ4をエッチングガスとしてエッチングする場合、酸素ガスを用いてアッシングを行なうと凹凸形状１０を低減することができた。
【００２２】
ＣＦ4とＡｒの混合ガスを用いて、エッチング条件を設定し、１０分間エッチングを行ない、エッチングの進行中に付着物９が表面に堆積し、凹凸形状１０が形成してしまったとする。この場合、同じ条件設定で３分間エッチングを行ない、その後、３分間アッシングして付着物９を除去した。
【００２３】
以上説明したようにコアエッチング工程３０７が、エッチングとアッシングを含むことによって凹凸形状１０を低減することができる。
【００２４】
凹凸形状１０を低減しながらエッチング量を増やすためには、先ず３分間エッチングを行ない、次に３分間アッシングを行ない、さらにその後に３分間のエッチングと３分間のアッシングを行なうといったように、エッチングおよびアッシングを交互に繰り返し行なうことが効果的である。
【００２５】
なお、このときのエッチング時間は例として３分間としたが、任意に決めることができ、また、エッチング時間およびアッシング時間が異なっても良い。また、異なる２つ以上のエッチング条件およびアッシング条件を任意の時間ずつ繰り返し行なっても良い。例えば、第一の工程では、所定の条件Ｅ０１で８分間エッチングを行ない、その後、他の条件Ｅ０２で２分間エッチングを行ない、その後、素定の条件Ａ０１で３分間アッシングを行なう。その後の第二の工程では、再び条件Ｅ０１での５分間のエッチングと、条件Ｅ０２での１分間のエッチングと、条件Ａ０１での２分間のアッシングをこの順に行なう、というものである。さらにその後、第二の工程をもう一度行なうといったように、エッチングおよびアッシングを交互に繰り返し行なうことも出来る。エッチングとアッシングを効果的に組み合わせた処理により、凹凸形状１０を低減して、所望の形状のコアパターン３に加工することができる。
【００２６】
以上、反応性イオンエッチングを例として説明したが、真空装置中でプラズマを発生させて行なう他のエッチング方法およびアッシング方法を用いても同様な効果が得られる。
【００２７】
以上説明したコアエッチング工程３０７に続いて、マスク除去工程３０８では、マスクパターン８を除去してコアパターン３を露出させる。コアパターン３が形成された状態の一例を図１に示す。その後、図３の第二クラッド形成工程３０９で、第二クラッド４を形成し、光導波路を得る。図３において、２本のコアパターンを例示している。完成した光導波路を説明する図２にはコアパターンは１本だけ例示している。
【００２８】
以上、実施の形態１を要約すると以下のようである。
【００２９】
すなわち、第一クラッド板２上にコア層５を形成し、次にコア層５の表面にマスクパターン８を設ける、次にドライエッチングを行なってコアパターン３を形成し、その後、第一クラッド２上においてこのコアパターン３を覆うごとく第二クラッド４を形成する。
【００３０】
（実施の形態２）
図９を用いて、他の実施の形態を説明する。
【００３１】
すなわち、基板準備工程９０１に続いて、第一クラッド形成工程９０２で基板１１上に第一クラッド１２を形成する。コア層形成工程９０３で第一クラッド板２上にコア層１５を形成し、次にレジスト工程９０４でコア層１５の表面にレジストパターン１７を設ける。次に、コアエッチング工程９０５で、コア層１５をドライエッチングしてコアパターン１３を形成しする。レジスト除去工程９０６でレジストパターン１７を除去後、第二クラッド形成工程９０７では第一クラッド１２上にコアパターン１３を覆うごとく第二クラッド１４を形成することにより光導波路を形成する。すなわち、実施の形態２では、レジストパターン１７自体が、ドライエッチング時のマスクの役割を果たす。
【００３２】
実施の形態１及び２では、アルカリ元素、アルカリ土類元素、または希土類元素などの元素を含有するガラス材料からなるコア層を用いた光導波路の製造方法の例を説明した。
【００３３】
コア層の部分を、ガラス材料でなく単結晶材料に代えた場合でも同様の効果が得られる。すなわち、アルカリ元素、アルカリ土類元素、遷移元素、または希土類元素などの元素を含有する単結晶材料からなるコア層を用いた光導波路を、図３において基板準備工程３０１からマスク除去工程３０９に示すごとく光導波路を形成する。
【００３４】
なお、図２に示すように、光導波路の第二クラッド４としてＳｉＯ2などの材料形成する代わりに、空気を第二クラッドとみなして用いる場合がある。この場合には、マスク除去工程３０９または９０７を行なわなければよい。
【００３５】
すなわち、本発明は、コア層の表面にパターニングしたマスクまたはレジストを設け、次にドライエッチングを行なってコアパターンを形成する光導波路の製造方法において、コア層をドライエッチングする工程でエッチングだけでなくアッシングを含むことを特徴としている。これによって、エッチングを行なった場合に形成される凹凸形状をアッシングによって少なく出来る。前述のコア層としては、アルカリ元素、アルカリ土類元素、または希土類元素の内少なくとも一つ以上の元素を含有するガラス材料を用いることが出来る。若しくは、コア層として、アルカリ元素、アルカリ土類元素、遷移元素、または希土類元素の内少なくとも二つ以上の元素を含有する単結晶材料を用いても良い。
【００３６】
また、エッチングとアッシングを繰り返すことによって、凹凸形状を少なく保ったままエッチング量を大きくすることができる。
【００３７】
上記のコア層を形成する材料をエッチングする際に、マスクまたはレジストのエッチングレートに対するコア層のエッチングレートの比を選択比とよぶ。上記エッチングに際し、ＣＦ4、ＣＨＦ3、またはＣ4Ｆ8などのフルオロカーボンを含むガスを用いることによって、選択比を比較的大きくとることが可能になる。
【００３８】
また、用いるマスクとしてタングステンとシリコンを含有する材料を用いることによっても、選択比を比較的大きくとることが可能になる。
【００３９】
また、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの不活性ガスを加えた混合ガスを用いることによって、エッチングを行なった場合に形成される凹凸形状をより少なくできる。一方、アッシング時に酸素を含むガスを用いることによって、エッチングを行なった場合に形成される凹凸形状をさらに少なくできる。
【００４０】
二種類以上の元素を含有する材料をマスクに用いた場合には、スパッタリングにより容易にマスク層を形成できる。また、ドライエッチングによりマスクの加工形成することで、良好な形状を有するマスクを形成することができる。
【００４１】
真空処理室内での、プラズマ発生源としては誘導結合方式プラズマ源、表面波方式プラズマ源、アンテナ方式プラズマ源、マグネトロン方式プラズマ源、ヘリコン波方式プラズマ源、電子サイクロトロン共鳴方式プラズマ源、磁気中性線方式プラズマ源の少なくとも一つを用いることが出来る。真空処理室内で発生させたプラズマを用いてドライエッチングを行なうことによって、エッチングを行なった場合に形成される凹凸形状を少なくできる。ドライエッチングの中でも、異方性エッチングが可能な反応性イオンエッチングを用いることで、コア層をエッチングする際に、所望の形状を得ることが可能となる。
【００４２】
また、マスクのドライエッチングによる加工とコア層のドライエッチングによる加工を同一の処理室で行なうことによって、連続処理が可能となり、作業性を高めることができる。
【００４３】
例えば、アルカリ元素、アルカリ土類元素、または希土類元素の内少なくとも一つ以上の元素を含有する多成分ガラス、若しくは、アルカリ元素、アルカリ土類元素、遷移元素または希土類元素の内少なくとも二つ以上の元素を含有する単結晶材料を用いて形成する光導波路の製造方法において、第一クラッド板、第二クラッド板またはコア層の形成をスパッタリングを利用して行なうことができる。
【００４４】
さらに本発明は、コア層の表面にマスクまたはレジストを設け、次にドライエッチングを行なってコアパターンを形成する光導波路の製造方法において、ドライエッチングにエッチングだけでなくアッシングを含むことによって、エッチングを行なった場合に形成される凹凸形状をアッシングによって少なくできる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように本発明は、コア層の表面にマスクまたはレジストを設け、次にドライエッチングを行なう光導波路の製造方法において、前記ドライエッチング工程が、エッチング処理とアッシング処理を有する光導波路の製造方法である。ドライエッチング工程に、エッチング処理後のアッシング処理を含むことによって、エッチングを行なった場合に形成される凹凸形状をアッシングによって少なくすることが可能となる。これによって、光伝達損失の少ない光導波路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の製造工程の一過程を示す射視図
【図２】本発明の一実施形態を示す分解斜視図
【図３】本発明の一実施形態の製造工程を示す断面図
【図４】従来例を示す斜視図
【図５】本発明の製造工程の一過程を示す断面図
【図６】図４のＹ−Ｙ’線を含む面での断面図
【図７】従来例の一過程を示す断面図
【図８】図４のＸ−Ｘ’線を含む面での断面図
【図９】本発明の一実施形態の製造工程を示す断面図
【符号の説明】
【００４７】
１、１１  基板
２、１２  第一クラッド
３、１３  コアパターン
４、１４  第二クラッド
５、１５  コア層
６  マスク層
７、１７  レジストパターン
８  マスクパターン
９  付着物
１０  凹凸形状
３０１、９０１  基板準備工程
３０２、９０２  第一クラッド形成工程
３０３、９０３  コア層形成工程
３０４  マスク層形成工程
３０５、９０４  レジスト工程
３０６  マスク加工工程
３０７  コアエッチング工程
３０８  マスク除去工程
３０９、９０７  第二クラッド形成工程
９０６  レジスト除去工程
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2003067293.tif 000012
【図２】
2003067293.tif 000013
【図３】
2003067293.tif 000014
【図４】
2003067293.tif 000015
【図５】
2003067293.tif 000016
【図６】
2003067293.tif 000017
【図７】
2003067293.tif 000018
【図８】
2003067293.tif 000019
【図９】
2003067293.tif 000020
【国際調査報告】
2003067293.tif 000021
2003067293.tif 000022
2003067293.tif 000023
2003067293.tif 000024