(57)【要約】【課題】本発明は、反射膜の高反射性、高接着性及び熱安定性を確保可能な薄膜パターン形成装置を提供する。【解決手段】本発明の薄膜パターン形成装置は、予め接着材料を含有させた高反射性を有する金属材料を反射膜として基板上に成膜する手段を備えている。本装置を使用すれば、接着層として必要な量の接着材だけを接着材料層を反射膜上に形成させることができ、過量の接着材料層が反射膜表面に形成されることによる光反射率の低下を回避することができるとともに、反射膜の接着強度を確保することもできる。【選択図】    図７
2004240147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着材料を含有する高反射性の金属材料の薄膜を基板表面に成膜する手段と、
該金属薄膜表面上に透過材料の薄膜を成膜する手段と、を備える薄膜パターン形成装置。
【請求項２】
前記接着材料の薄膜を直接基板に成膜する手段を更に備える、請求項１に記載の薄膜パターン形成装置。
【請求項３】
前記金属材料を加熱する手段を更に備える、請求項１に記載の薄膜パターン形成装置。
【請求項４】
前記基板はガラス材料、Ｓｉ又は化合物半導体のいずれかで構成され、透過材料はＳｉＯ２を主成分とする酸化物又はＳｉＮを主成分とする窒化物で構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜パターン形成装置。
【請求項５】
前記金属材料は概ねＡｕ又はＡｇで構成され、前記接着材料はＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒのいずれか１つの成分又は複数の成分から構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜パターン形成装置。
【請求項６】
前記接着材料は前記金属材料に対して約０．０５〜約５．０原子量パーセント含有する、請求項１、３〜５のいずれか１項に記載の薄膜パターン形成装置。
【請求項７】
前記接着材料を構成する成分は、該成分の酸化物を含む、請求項３〜６のいずれか１項に記載の薄膜パターン形成装置。
【請求項８】
基板と、
該基板表面に付与された第一接着材料層と、
該第一接着材料層の表面に付与された金属薄膜層と、
前記金属薄膜層の表面に付与され、前記第一接着材料層と略同成分の第二接着材料層と、
前記第二接着材料層の表面に付与された透過材料層と、少なくともを有し、
さらに、前記第一接着材料層と第二接着材料層とは、ともに金属薄膜層に対して薄く且つ互いに略同一の厚みを有する、薄膜パターンを用いた電子回路装置。
【請求項９】
前記基板はガラス材料、Ｓｉ又は化合物半導体のいずれかで構成され、透過材料はＳｉＯ２を主成分とする酸化物又はＳｉＮを主成分とする窒化物で構成される、請求項８に記載の薄膜パターンを用いた電子回路装置。
【請求項１０】
前記金属材料は概ねＡｕ又はＡｇで構成され、前記接着材料はＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒのいずれか１つの成分又は複数の成分から構成される、請求項８又は９のいずれか１項に記載の薄膜パターンを用いた電子回路装置。
【請求項１１】
前記接着材料は前記金属材料に対して約０．０５〜約５．０原子量パーセント含有する、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の薄膜パターンを用いた電子回路装置。
【請求項１２】
前記接着材料を構成する成分は、該成分の酸化物を含む、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の薄膜パターンを用いた電子回路装置。
【請求項１３】
前記第一及び第二接着材料層は、約１〜約１０ｎｍの厚みを有する、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の薄膜パターンを用いた電子回路装置。
【請求項１４】
前記接着材料の薄膜を前記基板上に予め薄く形成して構成される、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の薄膜パターンを用いた電子回路装置。
【請求項１５】
前記基板上に予め薄く形成した接着材料が、約１〜約１０ｎｍの厚みを有する、請求項１４に記載の薄膜パターンを用いた電子回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路や電子回路基板等の部品、薄膜回路パターンを有する各種コンピュータ、各種ディスプレイ、表示デバイス、等を始め薄膜回路パターンを有する全ての電子回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
急速に進展する高度情報化社会において、コンピュータ、通信、情報家電、各種表示デバイス、などあらゆる電子回路に薄膜で形成された回路パターンが使用されている。この薄膜のうち、演算プロセッサの高速化・大容量化に伴う電気配線から光配線への転換の要請に対応すべく開発・改良されている光デバイス用回路における反射膜では、使用波長に適した金属反射膜が用いられ、反射率の高いＡｕ又はＡｇ材料を基板上に成膜した反射膜を使用する。例えば、光導波路としてガラス、Ｓｉ材料又は化合物半導体の基板（以下、「ガラス等基板」と称す）上に１００ｎｍ程度のＡｕ又はＡｇの反射膜とその上に０．５μｍ程度のＳｉＯ２薄膜を形成し、さらにその上に複数の光学薄膜を成膜することが望ましい。
【０００３】
ここで反射膜としてのＡｕ及びＡｇ薄膜は、ガラス等基板及びＳｉＯ２薄膜（光導波路）とを強固に接着することが必要である。従来の方法では、図１に示すようにＡｕ等薄膜の接着性を確保するため、接着材としてＣｒ薄膜を使用していた。具体的には、まずガラス等基板上にＣｒを成膜し、次に成膜されたＣｒ薄膜上にＡｕを成膜する。さらに成膜されたＡｕ薄膜上にＳｉＯ２を成膜する。すなわち、順番に基板、Ｃｒ薄膜（正確にはＣｒ薄膜と酸化されたＣｒ２Ｏ３薄膜）、Ａｕ薄膜、  ＳｉＯ２薄膜の層をなすように形成する。その後、この層に光学薄膜を形成する際の最高温度に相当する６７３Ｋ程度の熱処理を加える。熱処理を行うと図１に示すようにＣｒ薄膜（及びＣｒ２Ｏ３薄膜）は、Ａｕ薄膜と基板との接着層として機能するのみならず、ＣｒをＡｕ薄膜内に拡散させ、Ａｕ薄膜のＳｉＯ２側表面に析出させ、析出したＣｒがＡｕ薄膜とＳｉＯ２薄膜との接着層Ｃｒ２Ｏ３として機能する。
【０００４】
しかしながら、上記熱処理を実行した場合、Ａｕ中に所望以上のＣｒが拡散し、高濃度のＣｒを含有したＡｕ合金になるとともに、その表面に過度のＣｒ及びＣｒ２Ｏ３膜を形成する。これにより、反射膜としてのＡｕ薄膜の反射率の低下を招致せしめ、元来、高い反射率を有する材料としてＡｕを選択したにも関わらず各薄膜層の接着性の要請により反射率を低下させるという結果を生じさせていた。一方、過度のＣｒの拡散・析出を回避するために熱処理を行わない又は処理温度を下げることは各薄膜の接着性が低下し、看過できない。また、処理温度の精緻な温度制御を行うことも、確実な接着性を確保しつつ反射率を低下させない程度のＣｒ拡散・析出を求めることは管理上、困難である。これらの問題は、そもそも均一で且つ基板側のみにＣｒ薄膜（接着層）を成膜するためには基板との接着に必要な厚さを大幅に超えた成膜をせざるを得ないことに起因しており、接着層たるＣｒ薄膜を基板上にのみ成膜する以上、必然的に生じる問題である。
【０００５】
【特許文献１】三上修、内田禎二、「光表面実装の進展」、電子情報通信学会論文誌Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｃ，Ｎｏ．９，７１５頁−７１７頁
【特許文献２】社団法人日本プリント回路工業会編、「次世代超小型拘束回路実装技術の動向調査」報告書、３０９頁−３１０頁
【特許文献３】裏升吾、西田竜之、栖原敏明、西原浩、「グレーティング対を用いた導波光−空間光アドドロップ結合」、第１５回エレクトロニクス実装学術講演大会、３３９頁−３４０頁
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ガラス等基板とＡｕ薄膜、及びＡｕ薄膜と光導波路としてのＳｉＯ２薄膜をそれぞれＣｒ等薄膜で確実に接着することができ、且つ熱処理によってＡｕ薄膜表面に反射率を低下させるような厚いＣｒ薄膜を生じさせない薄膜パターン形成装置及びその薄膜パターンを用いた電子回路装置を提供することも目的とする。
【０００７】
【課題を解決しようとする手段】
本発明は、接着材料を含有する高反射性の金属材料の薄膜を基板表面に直接成膜する手段と、該金属薄膜表面上に透過材料の薄膜を成膜する手段と、を備える薄膜パターン形成装置を提供する。
【０００８】
上述するように従来の薄膜パターン形成装置、特に光デバイス用の反射膜としてＡｕやＡｇの金属材料薄膜のパターンを形成するための装置においては、金属材料薄膜と基板又は光導波路を形成する過透材料薄膜とを接着するためのＣｒ等薄膜を基板上に成膜した後に金属薄膜を成膜し、その上に直接、透過材料薄膜を成膜する。これに対して本発明のパターン形成装置では、成膜時に金属材料は基板に直接成膜されるか、非常に薄いＣｒ等の接着材料薄膜を成膜した上に、成膜される。このとき基板上に成膜する金属材料薄膜は高反射性を有する金属材料に接着材料を配合させた合金である。例えば、金属材料がＡｕで構成されたときに接着材料としてＣｒを配合させるがごときである。また、金属材料はＡｕに準ずる高い反射性を有するＡｇで概ね構成され、接着材料をＣｒで構成させても良い。従って、本発明の薄膜パターン形成装置においては基板上に接着材料薄膜を成膜しない、又は非常に薄いＣｒ等の薄膜を成膜する工程で光導波路用の反射膜を形成することができる。
【０００９】
さらに、本発明の薄膜パターン形成装置によれば、従来問題となっており本発明創作の直接的契機となった金属材料薄膜の反射表面への過度な接着材料析出（その結果引き起こされる反射率低下）を回避することができる。なぜなら、本発明の装置を使用すれば金属材料薄膜（反射膜）と透過材料薄膜（光導波路）との接着性を確保するに足る最小限の接着材料のみ金属材料に配合させることができるからである。
【００１０】
また、本装置により基板上に直接成膜される金属材料薄膜に含まれる接着材料は、全てが金属材料薄膜表面に析出したとしても金属材料薄膜の反射率を所定値以上に保持できる程度の量であることが好ましい。金属材料薄膜内部の接着材料は所定温度以上で内部拡散が活発化し金属材料薄膜表面に析出する。
【００１１】
また、本発明の薄膜パターン形成装置は、前記金属材料を加熱する手段を更に備える場合も想定される。金属薄膜内の接着材料の拡散・析出を促進させるために熱処理が必要な場合があるからである。この場合においても本発明は大きな効果を有する。金属材料薄膜は熱処理後、直ちに冷却されるものではなく徐々に冷却されていくものであり、熱処理後の金属材料薄膜内部での接着材料の拡散及び表面析出が継続し、上記反射率の低下を招致させることとなる。一方、これを解決するために温度を制御・管理し又は別途の冷却装置を設置することは現実的ではない。本発明の薄膜パターン形成装置では、接着材料の金属材料の薄膜内部での拡散を管理することなく接着材料の拡散の制御、すなわち適性な接着材料層の形成を行うことができる。
【００１２】
なお、上記基板はガラス材料、Ｓｉ材料及び化合物半導体で構成され、透過材料はＳｉＯ２を主成分とする酸化物、ＳｉＮを主成分とする窒化物で構成されることが好ましい。また、接着材料は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒのいずれか１つ又は複数の成分で構成されることが好ましく、これらの成分は、酸化物でも良い。さらに、接着材料は金属材料に対して約０．０５〜約５．０原子量パーセント含有することが好ましい。
【００１３】
以上、説明してきた本発明の薄膜パターン形成装置で形成された電子回路装置は、基板と、該基板表面に付与された第一接着材料層と、該第一接着材料層の表面に付与された金属薄膜層と、前記金属薄膜層の表面に付与され、前記第一接着材料層と略同成分の第二接着材料層と、前記第二接着材料層の表面に付与された透過材料層と、を少なくとも有し、さらに、前記第一接着材料層と第二接着材料層とは、ともに金属薄膜層に対して薄く且つ互いに略同一の厚みを有する、薄膜パターンを用いて構成されることが特徴である。
【００１４】
上述するように接着材料は成膜時又は熱処理前は薄膜を形成していないか、していても非常に薄く、成膜又は熱処理により金属材料薄膜表面に析出且つ確実に形成される。この析出は金属材料薄膜の両側表面に略均一に生じる。従って、本発明の薄膜パターン形成装置を用いた（用いて作られた）電子回路装置（特に光導波路）においては、金属材料薄膜の両側に形成された接着材料（第一及び第二接着材料層）の厚みが略同一となることが特徴的である。すなわち、電子回路装置の断面を見て反射膜としての金属材料薄膜層を挟む第一及び第二接着材料層の厚さが略同一である場合には、本発明の薄膜パターン形成装置を使用して形成されたものと判断できる。なお、ここで接着材料層の厚みが略同一と称する意味は両接着材料層の膜厚を相対比較して略同一という意味ではなく、反射膜や透過材料薄膜層に対して同程度に薄いという意味である。具体的には、反射膜が約１００ｎｍである場合に、第一及び第二接着材料層が約５〜約１０ｎｍである。なお、本電子回路装置の金属薄膜層は概ねＡｕ又はＡｇで構成されることが好ましい。
【００１５】
以上が本発明の内容である。以下、その具体的な実施形態について説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の薄膜パターン形成装置の具体的な実施の形態を説明する前に、該薄膜パターン形成装置により成膜する薄膜、特に反射膜としてのＡｕ、Ａｇを使用する光デバイスについて概説する。
【００１７】
光配線方法としてＬＳＩチップを搭載したボード内の各ＬＳＩチップ間の情報を伝達するために光導波路を用いたチップ間光インターコネクション技術が近年注目されている。
【００１８】
従来、一般にボード内のＬＳＩチップ間を光配線する方法には、電気→光変換素子であるＥ／Ｏ素子と、光→電気変換素子であるＯ／Ｅ素子と、ＬＳＩとからなるＭＣＭ（マルチチップ・モジュール）を基本単位とし、ボード上に配列した複数のＭＣＭ間を光配線する方法があった。しかしながら、従来の光導波路を用いる光インターコネクション技術では任意の波長の光を選択してアド（ＭＣＭ表面に垂直に進行するＥ／Ｏ素子からの発光を９０°曲げてボード面に沿って伝搬させること）、及びドロップ（ボード面に沿って伝搬してきた光を９０°曲げてＯ／Ｅ素子に入射させること）する機能を有しておらず、光の超並列性を活用した波長多重ができず、高容量の光配線ができない。これを解決すべく開発されてきた光インターコネクション方法としてグレーティングアドドロップ方式を用いた面導波路（以下、「スラブ導波路」と称す）が構想され、高度情報化社会の到来への対応手段として提供され始めてきている。
【００１９】
図１を参照すれば、グレーティングアドドロップ方式のスラブ導波路１００中を光信号が伝搬する様子を模式的に例示している。図に示すようにスラブ導波路１００は複数の光学薄膜１０１〜１０７を積層してなる光導波路である。具体的にはガラス材料からなる基板（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）１０７上に、順にＡｕからなる反射膜（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）１０６、透過性を有するＳｉＯ２からなるバッファ層（Ｂｕｆｆｅｒ  ｌａｙｅｒ）１０５、ＳｉＮからなる第二グレーティング層（ｇｒａｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）１０４、ＳｉＯ２からなるバッファ層１０３、ゲルマニウムがドープされたＳｉＯ２からなる主導波コア層（Ｍａｉｎ  ｃｏｒｅ  ｌａｙｅｒ）１０２、レジストからなる第一グレーティング層１０１が積層されている。
【００２０】
また、ボード状のスラブ導波路１００は、その表面にＬＳＩ１１０が配列され、ＬＳＩ１１０は、その底面にＬＳＩ１１０内での電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏ素子としてのＶＣＳＥＬ（面発光ダイオード）アレイ１１２と、導波路１００内で伝播された光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ素子としてのＰＤ（フォトダイオード）アレイ１１４とを配列させている。
【００２１】
ここで各ＬＳＩ１１０間の光伝搬について、まず図１の右側に位置するＬＳＩ１１０ａからの発信の場合を例にとって説明する。ＬＳＩ１１０ａからの電気信号はＶＣＳＥＬで光信号に変換され空間光としてスラブ導波路１００に入射される。この入射された空間光はＬＳＩ１１０ａの底面に垂直下方、すなわちスラブ導波路の表面に対して垂直方向に進行し、透過性を有する主光導波路１０２、バッファ層１０２を通過し、第二グレーティング層１０４に到達する。第二グレーティング層１０４はＶＣＳＥＬアレイの直下部分、すなわち入射された空間光が到達する部分に入力グレーティングカプラ（ＧＩＣ）が設けられており、このＧＩＣにより空間光は回折され、バッファ層１０３内を伝播するＴＥ１モード光（スーパーモード光）として導波（結合）され、面方向に進行する。ＴＥ１モード光として導波された空間光は、第一グレーティング層１０１に設けられた波長アドグレーティング（ＷＡＧ）において回折によりＴＥ０モード光（基本モード導波光）として主導波コア層１０１内を面方向に導波する。以上が、ＬＳＩからの空間光を主導波コア層１０１内に閉じ込めてＴＥ０モード光として導波し、伝播するプロセスである。
【００２２】
次に、主導波コア層１０１内を伝播するＴＥ０モード光から空間光を選択してＬＳＩのＰＤアレイ１１４に伝達するプロセスについて図１の最左側に位置するＬＳＩ１１０ｂに伝達される場合を例にとって説明する。ＴＥ０モード第一グレーティング層１０１に設けられた波長ドロップグレーティング（ＷＤＧ）１２０により前述の空間光（ＬＳＩからの情報信号）を選択して回折させ、バッファ層１０３内のＴＥ１モード光として導波させる。その後、空間光は第二グレーティング層１０４に設けられた出力グレーティングカプラ（ＧＯＣ）により選択され回折されてＬＳＩ方向に進行する。この回折された空間光が入力信号としてＬＳＩ１１０ｂの底面に設けられたＯ／Ｅ素子としてのＰＤアレイ１１４により電気信号に変換されてＬＳＩ１１４ｂに入力される。これによりＬＳＩから出力した電気信号は他のＬＳＩに電気信号として入力されることとなる。
【００２３】
ここで本発明において問題としている反射膜１０６の作用について説明する。光導波路とは光を所定層に閉じ込めて伝播することができるものであり、光が閉じ込められるからこそＬＳＩチップ相互間での信号伝達することができる。従って、図１を例にとって説明するならば基板側１０７への放射モード光をなくし、空気側すなわちＭＣＭ側への放射モード光を増大させることができなければＬＳＩは適正に作動しない。反射膜１０６は、基板側１０７への放射モード光を回避する作用を有するものである。特に、図１に示すスラブ導波路の場合には、バッファ層１０３とバッファ層１０５とが同質のＳｉＯ２で形成されており両者の屈折率が同一であるから、バッファ層１０５がバッファ層１０３よりも小さい屈折率の材料で形成される場合に比べてバッファ層１０５方向すなわち基板１０７方向への放射モード光が大きい性質を有し、高い反射率を有する反射膜１０６の存在が必須となる。詳細には、反射膜１０６には反射率（Ｒ）が高く、導波光に対する吸収損失（α）が小さい光学的特性が要求される。
【００２４】
ここで反射膜の選定について理論値より検証してみる。まず反射率（Ｒ）の高い材料として知られているＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌについて考えてみる。図２を参照すれば光の波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ：λ）と反射率（Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ：Ｒ）との関係が示されている。本発明で問題となるのはＬＳＩからの空間光、すなわち本実施形態ではＶＣＳＥＬ（アレイ）１１２からの光であり、その発振波長は約８５０ｎｍ程度であるためＡｌは反射膜として適さないことがわかる。
【００２５】
次に図３のグラフはその下方に明記された所定の膜構成をなすスラブ導波路における吸収損失（Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｌｏｓｓ：α）を各種材料の反射膜ごとに示している。該図を参照すれば、吸収損失はＴＥ１モードでの影響が大きく、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕの順に吸収損失が小さい。このうちＣｕはＴＥ１モードでの吸収損失が大きいため看過すべきでないと判断される。従って、Ａｇ、Ａｕが適正材料と判断される。また、本実施形態の場合には、ＳｉＯ２のバッファ層１０５形成は成膜速度を考慮し、珪酸エチルＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４を使用してＯ２プラズマ中でＣＶＤ成膜を行うことを前提にしているため、Ａｇの酸化、凝集等により膜質が変化する事態を回避するため、化学的安定性が高いという観点からも、Ａｕ、Ａｇを選択する。
なお、ここで説明した吸収損失（α）は、
α＝１０・ｌｏｇ１０｛ｅｘｐ（４πＮＩＭ／λ）｝
（α：吸収損失、ＮＩＭ：複素実効屈折率の虚部、λ：波長）
の式を用いて計算した値である。
【００２６】
上述するように本実施の形態で示す導波路は、基板１０７上にＡｕ反射膜１０６を成膜し、その上に順次、バッファ層等１０５〜１０１を成膜したスラブ導波路１００である。ここで問題となるのが上述する理論値のような反射率（Ｒ）と吸収損失（α）とを有するＡｕ反射膜１０６を成膜することができるかということである。これに加え、Ａｕ反射膜１０６が実際の光デバイス製品としての使用に耐え得るだけの接着強度をもって成膜できるかということも問題となる。
【００２７】
まず、接着強度について検証する。図４（ａ）〜（ｃ）を参照すれば反射膜等の各層の接着強度の検証のため使用した各種の成膜構造を示している。
具体的には（ａ）はガラス基板上に直接、Ａｕをスパッタ成膜方式により成膜している。（ｂ）はガラス基板上にＣｒをスパッタ成膜方式により成膜している。このときガラス基板表面上ではＣｒが酸化しＣｒ２Ｏ３薄膜が形成される。（ｃ）は接着性が確保（後述）されているＣｒ薄膜付きガラス基板上にＡｕをスパッタ成膜方式により成膜している。さらに図４においては示していないが（ａ）〜（ｃ）の成膜構造の上表面にバッファ層ＳｉＯ２を成膜したものを準備する。従って、具体的に接着性を検証する成膜構造は、（ａ）＝Ａｕ／Ｇｌａｓｓと、（ａ）＋ＳｉＯ２＝ＳｉＯ２／Ａｕ／Ｇｌａｓｓと、（ｂ）＋ＳｉＯ２＝ＳｉＯ２／Ｃｒ／Ｃｒ２Ｏ３／Ｇｌａｓｓと、（ｃ）＝Ａｕ／Ｃｒ／Ｃｒ２Ｏ３／Ｇｌａｓｓと、（ｃ）＋ＳｉＯ２＝ＳｉＯ２／Ａｕ／Ｃｒ／Ｃｒ２Ｏ３／Ｇｌａｓｓとの５種類である（（ｃ）＝Ｃｒ／Ｃｒ２Ｏ３／Ｇｌａｓｓを除外しているのは接着性を検証するＡｕ又はＳｉＯ２が存在しないからである）。なお、反射膜Ａｕと接着層としてのＣｒとはマグネトロスパッタにより表１の条件で成膜し、バッファ層ＳｉＯ２はＯ２プラズマ中の反応性ＣＶＤにより表２の条件で成膜する。
【００２８】
【表１】
2004240147.tif 000003
【００２９】
【表２】
2004240147.tif 000004
【００３０】
さらに上記各成膜構造の接着性と成膜時の熱処理の有無との関係を検証するために、各成膜構造それぞれ熱処理しないものと、図５に示す４種類の熱処理を加えるものとを準備する。以上、５種類の成膜構造、５種類の熱処理ごとの合計２５種類のサンプルを準備する。
【００３１】
ここで各サンプルの接着性のうち接着強度の評価には接着テープ引き剥がし試験、すなわち成膜表面に貼り付けられた接着テープを引き剥がし、剥がれの有無を検証する。また、接着状態の評価、特に熱処理の接着性への影響の評価には、ＥＳＣＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｆｏｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）及びＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）を用いて接着面近傍を検証することで行う。
【００３２】
以上の検証（評価）を行った結果が表３に示されている。
【００３３】
【表３】
2004240147.tif 000005
【００３４】
この表を参照すれば反射膜はＡｕガラス基板、ＳｉＯ２のいずれに対しても接着層としてのＣｒを介在させない場合は接着性を確保することができないことが示されている。特に、ここでは示していないが反射膜ＡｕにＳｉＯ２を直接成膜した場合（すなわち、ＳｉＯ２／Ａｕ／Ｇｌａｓｓの場合）には容易に剥離することがわかっている。一方、接着層としてＣｒを用いると、ＳｉＯ２、ＳｉＯ２とＣｒは熱処理なしでも接着性を確保できるがＡｕ／Ｃｒ及びＳｉＯ２／Ａｕの界面は、それぞれ各々６２３Ｋ以上及び６７３Ｋ以上の熱処理を行った場合のものしか接着性を確保することができないことがわかる。従って、反射膜Ａｕの接着性には接着層としてのＣｒの存在及び熱処理が必要であることがわかる。
【００３５】
ここで表３のみを参照すれば、ＳｉＯ２／Ａｕ／Ｇｌａｓｓの場合には反射膜Ａｕに直接ＳｉＯ２が成膜された構造おいてはＳｉＯ２の接着性を確保できないのに対して、ＳｉＯ２／Ａｕ／Ｃｒ／Ｃｒ２Ｏ３／Ｇｌａｓｓの場合には反射膜Ａｕが直接ＳｉＯ２に成膜される場合であっても熱処理を加えることを条件として接着性を確保する現象が生じている。これは、上述するＥＳＣＡとＦＩＢ加工断面観察による検証の結果、反射膜Ａｕとガラス基板との間にＣｒ層を成膜した場合には熱処理によりＡｕ／Ｃｒ界面でＣｒとＡｕとが相互拡散し、約２０原子量パーセントのＣｒを含有するＡｕ−Ｃｒ合金になるとともにＳｉＯ２とＡｕとの間に接着層としてのＣｒ２Ｏ３層が形成されるからであるということがわかった。特に、６７３Ｋ以上の熱処理を行った場合にはＡｕとＳｉＯ２との接着性を確保し得る厚みの接着層Ｃｒ２Ｏ３が形成されることがわかっている。すなわち、表３におけるＳｉＯ２／Ａｕ／Ｃｒ／Ｃｒ２Ｏ３／Ｇｌａｓｓの熱処理後の積層状態を略拡大視すれば、図６に示すようなり、その右図は各層内のＣｒ２Ｏ３の含有量を示している。
【００３６】
次に、反射膜Ａｕの反射率について検証する。
上述するようにバッファ層たるＳｉＯ２層と反射膜Ａｕ層とは熱処理を加えたことにより間にＣｒ２Ｏ３層が析出することで、その接着性が確保されることが理解された。従って、接着性のみを問題とするならば予めＳｉＯ２層とＡｕ層との間にＣｒ薄膜層を成膜しておくことも考えられる。しかしながら、通常の均一な厚みのＣｒ薄膜を成膜するためには１００ｎｍ程度は必要であり、反射膜Ａｕ表面上に理論値が０．６３と低反射率であるＣｒ層が厚く形成され、Ａｕの高反射性を発揮することができなくなる。このことはスラブ導波路の光伝播機能を著しく低下させるものであり甘受できない。一方、上述で説明したようなＳｉＯ２／Ａｕ／Ｃｒ／Ｃ２Ｏ３／Ｇｌａｓｓ構造の場合に熱処理でＳｉＯ２層とＡｕ層との間にＣｒ２Ｏ３層を析出させた場合にはＡｕ内を拡散するＣｒ濃度を正確に制御すればＡｕの反射性を低下させずにバッファ層（ＳｉＯ２層）と反射膜（Ａｕ層）とを接着するためのＣｒ層を形成させることが可能である点で優れている。
【００３７】
しかしながら、熱処理でＣｒ層を反射膜Ａｕ層表面に析出させる場合であっても、Ａｕ内のＣｒ濃度の制御は困難であるという問題は残ることとなる。Ｃｒの拡散・析出は熱処理により行われるが図５に示すように処理温度は処理後直ちに下げられるものではなく、時間をかけてクーリング（ｓｌｏｗ  ｃｏｏｌｉｎｇ）されるものであり、この精緻な温度管理を行わなければクーリングの間にＣｒの拡散・析出が進行し、Ａｕ薄膜表面に所望厚さ以上のＣｒ２Ｏ３層が形成され、Ａｕ表面の反射率が低下することとなるからである。なお、Ａｕの高反射率を維持しつつＡｕ層とＳｉＯ２層との接着性を確保し得るＣｒ層の厚さとしては図６に示す通り６６０ｎｍのＳｉＯ２層、１００ｎｍのＡｕ層に対して約５〜１０ｎｍであることが検証されており、以下に述べる薄膜積層構造においても同様の厚みのＳｉＯ２層、Ａｕ層を使用することを前提としている。
【００３８】
図７を参照すれば、上記熱処理時のＡｕ内Ｃｒ濃度の制御を行う必要がないにもかかわらず、接着性及び高反射性を確保できる本発明の実施形態の１つを示している。図７（ａ）に示すように、反射膜としてＡｕにＣｒを配合させたＡｕ（Ｃｒ）合金を準備し、成膜段階ではガラス基板に直接、Ａｕ（Ｃｒ）薄膜７１０を成膜し、その上に直接バッファ層としてのＳｉＯ２薄膜１０５を成膜したＳｉＯ２／Ａｕ（Ｃｒ）／Ｇｌａｓｓ積層構造を形成する。この段階では接着層としてのＣｒ層がＡｕ表面に形成されていないため各層の接着性は確保されていない。この積層構造に熱処理を加える。熱処理を加えるとＡｕ（Ｃｒ）層７１０内のＣｒが該層内を拡散し、Ａｕ層の両表面にＣｒ２Ｏ３として析出する。すなわち、図７（ａ）の積層構造に熱処理を加えるとＡｕ層の両表面にそれぞれガラス基板、バッファ層ＳｉＯ２を接着するための接着層たるＣｒ２Ｏ３層７１２、７１４を形成することとなる。なお、図７（ａ）に示す積層構造を熱処理した後の様子を図７（ｂ）で略示している。
【００３９】
ここで熱処理によるＣｒ拡散・析出工程について考える。従来のようにガラス基板上に成膜しておいたＣｒ層からＡｕ層にＣｒを拡散させ、ＳｉＯ２層側へ析出させる方法の場合、ガラス基板上に成膜されるＣｒ層がＡｕ層とＳｉＯ２層との間に要求するＣｒ層（析出されたＣｒ層）に比して大きく厚いため熱処理が続行されると所望の厚さ（５〜１０ｎｍ）のＣｒ層（成分：Ｃｒ２Ｏ３）が反射膜Ａｕ表面に析出される。従って、温度管理等によりＡｕ層内のＣｒ濃度を正確に制御しなければならず、冷却期間におけるＣｒ析出まで考慮せざるを得ないため、スラブ導波路を安価に量産することを要求する場合には現実的でないことが経験上わかっている。
【００４０】
これに対して、図７に示すようなＡｕ（Ｃｒ）合金を成膜し、Ａｕ層内部のＣｒを拡散させ、析出させる方法の場合、Ａｕに含有されるＣｒ成分の多くが析出された後は新たにＣｒ層を形成させるＣｒ成分が十分存在しないこととなる。従って、Ａｕ層に含有されるＣｒ量を所望厚さのＣｒ層に必要な量だけ含有させさえすれば熱処理時間等の精緻な管理を行う必要がない。従って、Ｃｒ析出が良好な処理温度（上記検証例の場合には少なくとも６２３Ｋ以上、好ましくは６７３Ｋ以上であった）以上させ確保できれば、その他の管理を要求せず安価量産に適している。また、Ａｕ（Ｃｒ）合金を成膜する際、微量の酸素が存在する真空内で行うことで、成膜中にＣｒの一部あるいは前部がＣｒ２Ｏ３を形成し、図８に示すように熱処理がない場合でも接着性を確保でき、各種の光学反射膜へ適用できることもわかってきた。Ａｕ表面近傍のＣｒが酸化し、拡散すれば、非常に薄いが均一なＣｒ２Ｏ３層が形成されるからである。以上、Ａｕ（Ｃｒ）合金のみでガラス基板とＳｉＯ２との接着性が良い反射膜が形成できることが明らかとなった。一方、接着材料としてのＣｒ又はＣｒ２Ｏ３を、熱処理による過度の拡散によって反射率を低下させない１〜１０ｎｍ程度の超薄膜層に限定して形成すれば同様な効果が得られる。特に、図９に示すようにガラス基板との接着には予め５〜１０ｎｍ程度のＣｒを形成し、その上にＡｕ（Ｃｒ）合金を形成すれば熱処理をしなくともより強固な接着が得られることも明らかになっている。逆に、Ａｕ（Ｃｒ）合金の上に同様な厚さのＣｒ又はＣｒ２Ｏ３薄膜を形成した場合には、反射率の低下が無視できないため、好ましくないことも明らかである。
【００４１】
次に、図７に示すようなＡｕに含有させるＣｒ濃度について説明する。
図１０を参照すれば、Ａｕ（Ｃｒ）層内のＣｒ原子量に対する接着強度の相関について略示したグラフである。この図に示す通り接着強度はＣｒ原子量が約０．０５％に達するまでに急激に上昇し、その後、緩やかに上昇する。従って、接着強度について言えば、Ａｕ層内のＣｒ原子量０．０５％以上の範囲であれば十分である。
【００４２】
一方、図１１のグラフを参照すれば反射率（Ｒ）について反射率（Ｒ）と反射膜Ａｕ上のＣｒ２Ｏ３層の厚み（ｄ（ｎｍ））との関係を示している。この実験ではＣｒ２Ｏ３層が０〜１０ｎｍであるときの理論値と実験値とが示されている。このグラフの範囲では０．９４以上の高反射率が得られている。図１１のグラフはＡｕ上にＣｒ２Ｏ３が成膜された状態での反射率を示しているが、他の実験により実際のスラブ導波路と同じようにＣｒ２Ｏ３層の上にＳｉＯ２バッファ層を成膜した場合にも高反射率が得られている。なお、ここで説明してきたＳｉＯ２層は６６０ｎｍであるが、スラブ導波路のような多層光学薄膜においてＳｉＯ２膜厚の変化に対する反射率は膜厚に依存して所定範囲内を周期的に変動する（増加減少を繰り返す）特徴を有するため、上記高反射率を得るにはＳｉＯ２層の厚みが６６０ｎｍの場合に限られるわけではなく、概ねＣｒ２Ｏ３の厚みに大きく依存するといえよう。なお、Ｃｒ２Ｏ３濃度の原子量％と接着強度との関係と同様に、Ａｕ（Ｃｒ）合金内のＣｒ２Ｏ３濃度と反射率との関係で検証した場合、Ｃｒ２Ｏ３原子量濃度が少なくとも約０．０５〜約５．０％であることがわかっている。
【００４３】
以上、電子回路装置として使用されるスラブ導波路に用いる反射膜Ａｕの好ましい成膜方法の１つが例示されたが、本発明の薄膜パターン形成装置においては反射膜に接着材料を含有させた合金を使用することが特徴であり反射膜はＡｕに限るものではなく、熱処理により反射膜内を接着材料としてのＣｒが拡散する場合にその思想を容易に転用することができる。すなわち、高い反射性を確保できる態様であれば本実施形態と異なる各薄膜層の厚みであっても本発明を利用することができることが可能である点、当業者にとって容易に理解できるであろう。また、上述する実施形態は高反射性を有する反射膜Ａｇで置換することも可能であることを確認している。さらに、多層薄膜内に高反射率を有する薄膜を介在させることを要する全ての場合に、本発明を利用することも想定しており、その技術的思想に含有されるものである。
【００４４】
また、上述する本発明の技術的思想及び従来の問題点を鑑みれば、薄膜パターン形成装置により成膜された薄膜（薄膜パターン）の構造を視認すればそれが本発明を用いた結果物か否かを理解することもできる。すなわち、本発明の技術思想及び精神を超える新規な方法及び装置を使用したことが証明されない限り以下の場合は、本発明の薄膜パターン形成装置を使用した薄膜ということが理解されよう。
１）  第一には、反射膜の両表面に形成された接着材料層（Ｃｒ２Ｏ３層）の膜厚が共に１００ｎｍを下回る場合、特に５〜１０ｎｍ程度である場合である。
そもそも従来、均一なＣｒ薄膜を成膜するには１００ｎｍ程度は必要であったため従来の薄膜パターン形成方法及びその装置では、反射膜表面に反射率を低下させるほどの過量のＣｒ接着層が形成されることが問題であった。従って、接着材料層（Ｃｒ２Ｏ３層）の膜厚が共に１００ｎｍを下回る場合、特に５〜１０ｎｍ程度である場合は本発明を利用したものと言える。
２）  第二には、反射膜の両表面に形成された接着材料層（Ｃｒ２Ｏ３層）の膜厚が互いに略等しい場合である。
本発明の薄膜パターン形成装置では、反射膜として均一に接着材料Ｃｒ等が配合された金属材料Ａｕ等を成膜し、反射膜内の接着材料が拡散して反射膜両側表面に析出するため、形成された接着材料層は概ね等しい厚さとなる。これに対して従来の場合には基板側の接着材料層の膜厚がバッファ層側の接着材料層の膜厚に比して著しく大きいものとなる。従って、反射膜の両表面に形成された接着材料層（Ｃｒ２Ｏ３層）の膜厚が互いに略等しい場合には本発明を使用した薄膜であると言える。
３）  第三には、薄膜パターン形成装置用成膜材料に微量の接着材料Ｃｒ等が配合された高反射性を有する金属材料Ａｕ等が準備されている場合である。
上述の通り、本発明は成膜する反射膜材料に接着材料を予め配合した合金を使用することが特徴であるからである。
【００４５】
さらに、上述する本発明の実施形態では基板、透過材料、接着材料として、それぞれガラス材料、ＳｉＯ２、Ｃｒを使用する場合について説明してきたが、この材料に限定されるわけではなく、基板としてはＳｉ又は化学半導体、透過材料としてはＳｉＮ等の光学薄膜、接着材料としてはＴｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒでも良いことがわかっている。
【００４６】
【発明の効果】
以上を総括すれば、本発明の薄膜パターン形成装置及びこれにより形成された薄膜パターンを用いた電子回路装置（光導波路）を使用すれば、反射率及び高接着性を確保することができ、且つ熱処理時の温度制御等を要しない光デバイスを提供することが可能となる。従って、動作周波数が数ＧＨｚに達するＬＳＩ等の作動性を維持しながら光デバイスを安価量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光導波路（スラブ導波路）を用いた電子回路装置の断面を示している。
【図２】種々の反射材料に関して、光の波長と反射率（Ｒ）との相関を示すグラフである。
【図３】所定の膜構成をなすスラブ導波路における吸収損失（α）を各種材料の反射膜ごとに示したグラフである。
【図４】反射膜等の各層の接着強度の検証のため使用した各種の成膜構造を示している。
【図５】反射膜等に加える種々の熱処理工程を示すグラフである。
【図６】従来の光導波路における反射膜近傍の積層構造を示す略図である。
【図７】本発明の実施形態の１つの薄膜パターン形成装置で形成された反射膜等の積層構造を熱処理前後で示した略図である。
【図８】本発明の実施形態の他の薄膜パターン形成装置で形成された反射膜等積層構造を示した略図である。
【図９】本発明の実施形態の更に他の薄膜パターン形成装置で形成された反射膜等積層構造を示した略図である。
【図１０】本発明の薄膜パターン形成装置で成膜されるＡｕ（Ｃｒ）層内のＣｒ原子量に対する接着強度の相関について略示したグラフである。
【図１１】反射膜Ａｕ上のＣｒ接着材料層（Ｃｒ２Ｏ３層）の膜厚と反射率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１００…スラブ導波路（光導波路）
１０１…第一グレーティング層
１０２…主光導波路
１０３…バッファ層
１０４…第二グレーティング層
１０５…バッファ層
１０６…金属材料層（反射膜）
１０７…基板
７１０…接着材料を含有する金属材料層（反射膜Ａｕ（Ｃｒ））
７１２、７１４…接着材料層（Ｃｒ２Ｏ３層）
【図１】
2004240147.tif 000006
【図２】
2004240147.tif 000007
【図３】
2004240147.tif 000008
【図４】
2004240147.tif 000009
【図５】
2004240147.tif 000010
【図６】
2004240147.tif 000011
【図７】
2004240147.tif 000012
【図８】
2004240147.tif 000013
【図９】
2004240147.tif 000014
【図１０】
2004240147.tif 000015
【図１１】
2004240147.tif 000016