(57)【要約】【課題】本発明は、コア膜厚のバラツキを低減させ、且つコア膜厚への不純物混入及び物理的損傷を防止することで光学特性を向上させることができる石英系光導波路の製造方法を提供することにある。【解決手段】本発明にあっては、アンダークラッド層１１上にコア層１２を堆積後、このコア層１２上にアンダークラッド層１１と同材質からなる第１のオーバークラッド層１を堆積させる。これによりコアエッチング後、コア上に残存しているｐｏｉｙ−Ｓｉ膜５を除去する際にコアの表面がエッチングされることを防止できるので、予め設計されたコア寸法を有するコア７を形成することができる。【選択図】  図１
2004198589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の屈折率を有する平板型のアンダークラッド層上に、前記第１の屈折率より高い屈折率を有するコア層を堆積し、該コア層をエッチングしてなるリッジの外周を前記第１の屈折率と同屈折率を有するオーバークラッド層で覆って形成する光導波路の製造方法であって、
前記アンダークラッド層上に前記第１の屈折率よりも高い屈折率を有するコア層を堆積した後に、引き続き前記アンダークラッド層と同屈折率を有する第１のオーバークラッド層を堆積し、続いて該オーバークラッド層とコア層をフォトリソグラフィー技術とドライエッチングプロセスによりリッジを形成し、次いで前記リッジを前記アンダークラッド層及び第１のオーバークラッド層と同屈折率を有する第２のオーバークラッド層で覆う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】
前記第１のオーバークラッド層の膜厚は、０．２μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項３】
前記第１のオーバークラッド層の膜厚は、０．２〜２μｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野において使用される平面光導波路型光部品の製造方法に関し、特に埋め込み型光導波路のコア厚を高い精度で製造することができる光導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な光導波路は、平坦な表面を有する基板上にアンダークラッド層及びコア層を順に積層し、このコア層上に配置したマスクを利用してコア層をエッチングすることで、所望の形状のコアを有する光導波路を製造している。
【０００３】
半導体等の製造方法においては、フォトレジストで作製したマスクをもとにエッチングを行うことで所望の形状を得ているが、光導波路の製造方法においては、コア層上に金属膜を形成し、この金属膜をエッチングして得られた金属製マスクを利用してコア層をエッチングし、所望の形状のコアを得ている。
【０００４】
図２は、従来の光導波路の製造工程を示す図である。同図を参照しながら従来の製造方法を説明する。
【０００５】
まず、図２（Ａ）に示すように、平坦な表面を有する基板１０を配置し、この基板１０面上にアンダークラッド層１１及びコア層１２を順に堆積する。
【０００６】
次いで、図２（Ｂ）に示すように、図２（Ａ）の工程で積層したコア層１２上にコアエッチングマスクとなる多結晶シリコン（以下、ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜１３（金属膜）をスパッタ法等で成膜する。
【０００７】
次いで、図２（Ｃ）に示すように、図２（Ｂ）の工程で成膜したｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１３上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層１４を形成する。
【０００８】
続いて、図２（Ｄ）に示すように、図２（Ｃ）の工程で形成したフォトレジスト層１４をフォトリソグラフィー技術を用いて露光・現像して、導波路パターン１５を形成する。
【０００９】
次いで、図２（Ｅ）に示すように、図２（Ｄ）の工程で形成された導波路パターン１５をマスクにして、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１３をドライエッチングする。そしてパターン化されたｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１６上に残存する導波路パターン１５を除去する。
【００１０】
次いで、図２（Ｆ）に示すように、図２（Ｅ）の工程でパターン化されたｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１６をマスクにして、コア層１２をドライエッチングする。そして図２（Ｇ）に示すように、パターン化されたコア１７上に残存するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１６をドライエッチングで除去する。
【００１１】
最後に、図２（Ｈ）に示すように、図２（Ｇ）の工程でパターン化されたコア１７の周囲を埋めるためにオーバークラッド層１８を堆積させて光導波路を完成する。
【００１２】
【特許文献１】
特開平８−３２７８４０号公報
【００１３】
【非特許文献１】
井藤幹隆、外３名、「アレイ導波路回折格子のクロストーク特性に対する屈折率・膜厚揺らぎの影響」、１９９９年電子情報通信学会総合大会、ｐ．２７３
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光導波路のコアは所望の光学特性を得るために予め設計されたコアサイズ通り精度良く加工される必要がある。例えば、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）デバイスにおいては、クロストーク特性を−４０ｄＢ以下に押さえるために膜厚の揺らぎをコア膜厚の０．５％以下に押える必要性があるとされている。また、膜厚の揺らぎをより小さくすることができれば、より大きなクロストーク特性を得られることも報告されている。（井藤幹隆氏、他３名、”アレイ導波路回折格子のクロストーク特性に対する屈折率・膜厚揺らぎの影響”１９９９年電子情報通信学会総合大会、第２７３頁）。
【００１５】
例えばＡＷＧのコアサイズを６×６μｍとした場合、コア膜厚に対する０．５％以下の膜厚揺らぎは６μｍ±０．０３μｍ以下と算出される。揺らぎが０．０３μｍ以上となるとクロストーク特性が−３０、−２０ｄＢと悪くなっていく。
【００１６】
一方、コア幅の制御に関しては、特開平８−３２７８４０号公報で開示されているように、コアエッチングマスク種とエッチャントガスの選択によりサイドエッチングを抑止することで所望のコア幅を有する光導波路を制御性良く加工できることが知られている。
【００１７】
コア幅に関しては、既に上述したように精密な製造制御が行われているが、コア膜厚に関する精密な製造制御は成膜時のみの精密制御に限られており、最終的に仕上がったコア膜厚の精密制御はなされていない。
【００１８】
すなわち、図２（Ｆ）のコアエッチング後、残存したコアエッチングマスク（ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１６）を除去する工程において、コアエッチングマスク（ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１６）と石英（コア１７）のエッチング速度の比（対石英選択比）を∞に取れないため、コアエッチングマスク（ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１３）成膜時の膜厚面内バラツキ、コアエッチング時の対コアエッチングマスク（ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１６）選択比の面内バラツキ、コアエッチングマスクエッチング時のエッチング速度の面内バラツキにより、コアがオーバーエッチングされてしまう領域が存在するので、このオーバーエッチングされたコア上に配置された素子はコア膜厚が減少してしまい、結果的に光学特性を劣化させてしまうという問題がある。
【００１９】
つまり、コア１７上に残存している金属膜（ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１６）を除去する際に、金属膜を全てをエッチングする際にコア１７の表面までエッチングされてしまうので、設計された通りのコア寸法が得られず設計通りの光学特性を十分に得られない。
【００２０】
また、金属膜（ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１６）のみを選択的に除去しようとすると、非常に毒性の強い特殊なガスと特殊なエッチング条件を要し、この場合はエッチャントガス、ドライエッチング装置が高価なため、製造コストが高くなり、さらにはこういった手法でも対石英選択比を∞に取ることができない。
【００２１】
更に、金属膜の除去工程において、暴露されたコア表面にコアエッチングマスク材やフォトレジスト等の不純物が混入する問題がある。また、コア表面をプラズマ照射下に暴露させることでコア表面に物理的な損傷を与え、結果として素子の光学特性を劣化させてしまう問題もある。
【００２２】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、エッチングプロセス時におけるコア膜厚の減少を防止し、且つコアへの不純物混入及び物理的損傷を防止することで光学特性を向上させることができる石英系光導波路の製造方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、第１の屈折率を有する平板型のアンダークラッド層上に、前記第１の屈折率より高い屈折率を有するコア層を堆積し、該コア層をエッチングしてなるリッジの外周を前記第１の屈折率と同屈折率を有するオーバークラッド層で覆って形成する光導波路の製造方法であって、前記アンダークラッド層上に前記第１の屈折率よりも高い屈折率を有するコア層を堆積した後に、引き続き前記アンダークラッド層と同屈折率を有する第１のオーバークラッド層を堆積し、続いて該オーバークラッド層とコア層をフォトリソグラフィー技術とドライエッチングプロセスによりリッジを形成し、次いで前記リッジを前記アンダークラッド層及び第１のオーバークラッド層と同屈折率を有する第２のオーバークラッド層で覆う工程を有することを要旨とする。
【００２４】
本発明にあっては、アンダークラッド層上にコア層を堆積後、このコア層上にアンダークラッド層と同材質からなる第１のオーバークラッド層を堆積させる。これによりコアエッチング後、コア上に残存しているコアエッチングマスクを除去する際にコアがエッチングされることを防止できるので、予め設計されたコア寸法を有するコアを形成することができる。
【００２５】
また、このようにコア層上に第１のオーバークラッド層を堆積させることでコアの表面を保護することができるので、エッチング工程において発生するコアエッチングマスク材等の不純物混入や物理的損傷がコア層に影響を与えることを防止できる。
【００２６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光導波路の製造方法において、前記第１のオーバークラッド層の膜厚を０．２μｍ以上とすることを要旨とする。
【００２７】
本発明にあっては、第１のオーバークラッド層の膜厚を０．２μｍ以下にすると、コアエッチングマスク材を除去する際のオーバーエッチング量が大きいときにコアまでオーバーエッチングされたり、プロセス時に不純物の混入や物理的損傷を受けるので適切でない。そこで、第１のオーバークラッド層の膜厚を０．２μｍ以上とすることで、コアエッチングマスク材を除去する際にコア表面が暴露されることを防止する。
【００２８】
更に、請求項３記載の発明は、請求項１記載の光導波路の製造方法において、前記第１のオーバークラッド層の膜厚を、０．２〜２μｍの範囲であることを要旨とする。
【００２９】
本発明にあっては、請求項２で第１のオーバークラッド層の膜厚を０．２μｍ以上と規定したが、望ましくは０．２〜２μｍの範囲とする。尚、２μｍ以下としたのは、これ以上膜厚が厚くなると、エッチング時間が必要以上に長くなり生産性が悪くなるためである。また、リッジの高さが高くなるとコアの物理的な強度が弱くなり、後工程の歩留まりを低下させてしまう問題がある。そこで上記点を踏まえて、前記第１のオーバークラッド層の膜厚を０．２〜２μｍの範囲と規定した。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３１】
本発明の石英系光導波路は、基板にアンダークラッド層とコア層を成膜後、引き続き第１のオーバークラッド層を１μｍ程度堆積することによりコア層の膜厚を精密に制御することを特徴とする。
【００３２】
すなわち、コア層に予め１μｍ程度のオーバークラッド層を堆積させておくことにより、コア上に残ったコアエッチングマスクを除去する工程において、コアの膜厚を減少させるオーバーエッチングを防止することができる。また、エッチング工程において生じるコアエッチングマスク材等の不純物混入や物理的損傷を防ぐことができる。
【００３３】
図１は、本発明の実施の形態に係る石英系光導波路の製造工程を示す図である。
【００３４】
まず、図１（Ａ）に示すように、平坦な表面を有する基板１０上にアンダークラッド層１１を堆積し、続いてコア層１２を設計コアサイズ通りに精密に堆積する。ここで基板１０は、単結晶シリコンウェーハ又は石英系ガラスウェーハ等からなるものである。しかし基板材料は単結晶シリコンウェーハ又は石英系ガラスウェーハに限らず、光導波路用の基板として使用されるものであればいかなるものでもよい。一方アンダークラッド層１１は、純粋石英ガラス（ＳｉＯ2）膜である。またコア層１２は、アンダークラッド層１１よりも屈折率が高く、ゲルマニウム添加石英ガラス（ＧｅＯ2 −ＳｉＯ2）やチタン添加石英ガラス（ＴｉＯ2−ＳｉＯ2）等の材質からなる石英系ガラス膜である。尚、これら層の堆積方法は、化学気相堆積法（ＣＶＤ）又は火炎堆積法（ＦＨＤ）等を利用して堆積される。
【００３５】
次いで、図１（Ｂ）に示すように、図１（Ａ）の工程で堆積されたコア層１２上に、アンダークラッド層１１と同屈折率を有する第１のオーバークラッド層１を堆積する。前記第１のオーバークラッド層膜厚は０．２μｍ以上、さらに望ましくは０．２〜２μｍの範囲内とする。第１のオーバークラッド層１は、アンダークラッド層１１と同屈折率を有していれば基本的にいかなる石英系ガラス材料でも構わない。しかし出来ればアンダークラッド層１１と同材質であることが望ましい。
【００３６】
次いで、図１（Ｃ）に示すように、図１（Ｂ）の工程で形成された第１のオーバークラッド層１上にコアエッチングマスク膜２をスパッタ法又は電子ビーム蒸着法を用いて成膜する。コアエッチングマスク膜２はｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＷＳｉ等の材質からなる金属膜である。ここではｐｏｌｙ−Ｓｉをコアエッチングマスク材とする。次に、コアエッチングマスク（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜２上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層３を形成する。
【００３７】
続いて、図１（Ｄ）に示すように、図１（Ｃ）の工程で形成したフォトレジスト層３をフォトリソグラフィー技術を用いて露光・現像して、導波路パターン４を形成する。
【００３８】
次いで、図１（Ｅ）に示すように、図１（Ｄ）の工程で形成された導波路パターン４をマスクにして、コアエッチングマスク（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜２をドライエッチングする。そしてパターン化されたｐｏｌｙ−Ｓｉ膜５上に残存する導波路パターン４を除去してｐｏｌｙ−Ｓｉ膜５を形成する。
【００３９】
次いで、図１（Ｆ）に示すように、図１（Ｅ）の工程で形成されたｐｏｌｙ−Ｓｉ膜５をマスクにして図１（Ｆ）に示すように第１のオーバークラッド層１とコア層１２とを連続してドライエッチングし、次いで図１（Ｇ）に示すように、パターン化された第１のオーバークラッド層６上に残存するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜５を除去してコア７を形成する。
【００４０】
そして最後に、図１（Ｈ）に示すように、図１（Ｇ）の工程で形成されたコア７を埋め込むために、ＣＶＤ、又はＦＨＤ等を用いて、第２のオーバークラッド層８をコア７の周囲に堆積させれば、所望の埋め込み型石英系光導波路を作製することができる。
【００４１】
ここで第２のオーバークラッド層８は、第１のオーバークラッド層１と同屈折率を有するものであれば、いかなる材質でも構わない。尚具体的には、これらオーバークラッド層に用いる材質として、ボロン・リン添加石英ガラス（Ｂ2 Ｏ3 −Ｐ2 Ｏ5 −ＳｉＯ2 ）が一般に良く用いられている。
【００４２】
本実施の形態においては、第１のオーバークラッド層１の膜厚を０．２μｍ以上としたが、これは第１のオーバークラッド層１の積層厚を０．２μｍ以下にするとコアエッチング後に残存するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜５を除去する際のオーバーエッチング量が大きい場合に、コアまでオーバーエッチングしてしまうためである。また、オーバーエッチングにより暴露されたコア表面に不純物が混入したり、物理的損傷を受ける可能性もある。
【００４３】
また、第１のオーバークラッド層１の積層厚を２μｍ以下としたのは、リッジの高さが高くなるとエッチング時間が長くなり、生産性が悪くなるためである。更に、リッジの高さと幅の比（アスペクト比）が大きくなるとコアの物理的強度が弱くなり、後工程の歩留まりを低下させる可能性があるためである。
【００４４】
従って、本発明の埋め込み型石英系光導波路の製造方法によれば、アンダークラッド層１１上にコア層１２を堆積後、アンダークラッド層１１と同材質からなる第１のオーバークラッド層１をコア層１２上に堆積させることで、図１（Ｇ）に示すように、コアエッチング後の第１のオーバークラッド層６上のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜５を除去する際に、例えオーバーエッチングしても第１のオーバークラッド層１がコア７表面を保護しているので、コア７はオーバーエッチングされない。また、このようにコア表面が第１のオーバークラッド層１で保護されているため、オーバーエッチングしてもコア７の表面が暴露されないので、コア７表面に不純物が混入することや、物理的損傷を受けることを防止することができる。
【００４５】
（変形例）
本発明の光導波路の製造方法は、石英系光導波路のみならず高分子光導波路を含めたすべての埋め込み型光導波路にも応用できる。基本的に高分子光導波路の製造方法は石英系光導波路と同じである。異なる点は、成膜時にスピンコート法を用いる点のみである。
【００４６】
従って、高分子光導波路の製造においても、コアエッチング前に予めオーバークラッド層を成膜しておくことで、コアエッチング工程におけるコア層の膜厚減少が生じない。また、エッチング工程においてコア最表面が暴露されていないため、コア層への不純物混入、物理的損傷がない光学特性の優れた高分子系光導波路を形成することができる。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、アンダークラッド層にアンダークラッド層の屈折率よりも高い屈折率を有するコア層を堆積した後に、引き続きアンダークラッド層と同屈折率を有する第１のオーバークラッド層を堆積することで、コアエッチング後、コア上に残存しているコアエッチングマスクを除去する際にコアがエッチングされることを防止できるの。その結果、予め設計された通りのコア寸法を有する光導波路を製造することができるので、光学特性の高い光導波路を提供することができる。
【００４８】
また、コアの表面を保護することで、エッチング工程において発生するコアエッチングマスク材等の不純物混入や物理的損傷をコアに影響を与えることを防止できるので、光学特性の高い光導波路を提供することができる。
【００４９】
請求項２記載の本発明によれば、請求項１記載の光導波路の製造方法において、オーバークラッド層の積層厚を０．２μｍ以上とすることで、コアエッチング後に残存するコアエッチングマスク材を除去する際のオーバーエッチング量が大きいときにコアまでオーバーエッチングされたり、暴露されたコア表面に不純物が混入したり、物理的損傷を受けることを防止することができる。
【００５０】
請求項３記載の本発明によれば、請求項１記載の光導波路の製造方法において、オーバークラッド層の積層厚を０．２〜２μｍの範囲とすることで、コア表面を十分保護しつつエッチング時間を必要以上に長くなることを防止できるので製造コストを低減させることができる。
【００５１】
また、オーバークラッド層の積層厚を０．２〜２μｍの範囲とすることで、リッジの高さが必要以上に高くなることを防止できるので、コア自身の物理的強度が低下するのを防止することができる。更にこれに伴い、後工程の歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る石英系光導波路の製造工程を示す図である。
【図２】従来の石英系光導波路の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
１   第１のオーバークラッド層
２   コアエッチングマスク膜（ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜）
３   フォトレジスト層
４   導波路パターン
５   パターン化されたｐｏｉｙ−Ｓｉ膜
６  パターン化された第１のオーバークラッド層
７  コア
８  第２のオーバークラッド層
１０  基板
１１  アンダークラッド層
１２  コア層
１３  ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜
１４  フォトレジスト層
１５  導波路パターン
１６  パターン化されたｐｏｌｙ−Ｓｉ膜
１７  パターン化されたコア
１８  オーバークラッド層
【図１】
2004198589.tif 000003
【図２】
2004198589.tif 000004