(57)【要約】【課題】入出力端の幅が異なる光導波路が光学的に接続されたテーパ型光導波路の製造方法を提供する。【解決手段】本発明によるテーパ型光導波路製造方法は、グレースケールマスク（ｇｒａｙ　ｓｃａｌｅ　ｍａｓｋ）を利用してコア層上に傾斜したテーパプロフィールを有するフォトレジストパターンを形成してエッチングし、水平面に傾斜プロフィールを有するコア層を形成する。この場合、フォトレジストパターンとコア層のエッチング選択比を制御することにより、コア層の傾斜を調節し、単純な工程を通じてテーパ型光導波路のプロフィールを精密に制御することができる。【選択図】　図３
2004038162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に下部クラッド層、コア層を順に形成する段階と、
前記コア層上にグレースケールマスクを利用して傾斜したテーパプロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターン及び前記コア層をエッチングして水平面に予定されたテーパ型光導波路と同一の傾斜プロフィールを有するコア層を形成する段階と、
前記コア層上に予定されたテーパ型光導波路の垂直面と同一のテーパプロフィールを有するフォトレジストマスクパターンを形成する段階と、
エッチングマスクとして前記フォトレジストマスクパターンを利用し前記コア層をエッチングする段階と、
前記コア層上に上部クラッド層を形成する段階と、からなることを特徴とするテーパ型光導波路製造方法。
【請求項２】
前記コア層上に傾斜プロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階は、前記グレースケールマスクの紫外線透過率を調節することにより、フォトレジストパターンのプロフィールを調節する請求項１記載のテーパ型光導波路製造方法。
【請求項３】
前記フォトレジストパターン及びコア層をエッチングして水平面に予定されたテーパ型光導波路と同一のテーパプロフィールを有するコア層を形成する段階は、前記フォトレジストパターンとコア層のエッチング選択比を制御することにより、コア層の傾斜を調節する請求項１記載のテーパ型光導波路製造方法。
【請求項４】
基板上に下部クラッド層を形成する段階と、
前記下部クラッド層上にグレースケールマスクを利用して傾斜したテーパプロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターン及び前記下部クラッド層をエッチングして水平面に予定されたテーパ型光導波路と同一の傾斜プロフィールを有する下部クラッド層を形成する段階と、
前記下部クラッド層上にコア層を蒸着した後平坦化する段階と、
前記コア層上に予定されたテーパ型光導波路の垂直面と同一のテーパプロフィールを有するフォトレジストマスクパターンを形成する段階と、
エッチングマスクとして前記フォトレジストマスクパターンを利用し前記コア層をエッチングする段階と、
前記コア層上に上部クラッド層を形成する段階と、からなることを特徴とするテーパ型光導波路製造方法。
【請求項５】
前記下部クラッド層上に傾斜プロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階は、前記グレースケールマスクの紫外線透過率を調節することにより、フォトレジストパターンのプロフィールを調節する請求項４記載のテーパ型光導波路製造方法。
【請求項６】
前記フォトレジストパターン及び前記下部クラッド層をエッチングして水平面に予定されたテーパ型光導波路と同一のテーパプロフィールを有する下部クラッド層を形成する段階は、前記フォトレジストパターンと下部クラッド層のエッチング選択比を制御することにより、下部クラッド層の傾斜を調節する請求項４記載のテーパ型光導波路製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光導波路製造方法に関し、特に、入出力端の幅が異なる二つの光導波路が光学的に接続されたテーパ型光導波路（ｔａｐｅｒｅｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路は、超高速光通信ネットワークにおける集積光学素子の必須素子であり、光分配器、光結合器、モジュレータ、干渉計型スイッチ、半導体レーザ及び高密度波長分割多重化（Ｄｅｎｓｅ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＤＷＤＭ）通信用の平面素子などに広く利用されている。
【０００３】
図１はアレイ導波路回折格子（Ａｒｒａｎｇｅｄ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｇｒａｔｉｎｇ：ＡＷＧ）を利用した波長分割多重化器の概略図である。これは、入力／出力導波路１１ａ、１１ｂと、二つの平面導波路１３ａ、１３ｂと、アレイ導波路回折格子１５と、から構成される。ここで、図１に示した点線の円部分、即ち、素子内の導波路の幅が急激に変わる部分は必ず導波路構造の変化が必要になる。異なる構造の光導波路を直接接続する場合、隣接する光導波路幅の差異が光損失をもたらす。この接合部分の急激な構造変化により、光信号が光導波路に沿って導波されずに輻射（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）されるといった現象が生じる。この光信号の輻射は光素子全体の追加損失及びノイズを発生させ、これによって異なるチャネル間のクロストーク（ｃｒｏｓｓ　ｔａｌｋ）を誘発させる。
【０００４】
このような問題を解決するために、入出力端の幅が異なる二つの光導波路間を光学的に接続するテーパ型光導波路が主に用用いられている。
【０００５】
図２は従来の線形テーパ型導波路（ｌｉｎｅａｒ　ｔａｐｅｒｅｄ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）の概略図である。図示のように線形テーパ型導波路は、テーパ型導波路２２が基本導波路２１の一端から目標導波路２３の他端に向かってその幅を線形的に増加させる構造を有する。しかし、モードミスマッチに起因する低結合損失のため垂直面及び水平面のテーパを同時に形成しなければならない。このようなテーパを形成するための従来方法には、厚さプロフィール（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｐｒｏｆｉｌｅ）を有する薄膜を蒸着後、シャドウマスク（ｓｈａｄｏｗ　ｍａｓｋ）を利用しエッチングして光導波路を製造する方法、均一な厚さの薄膜をシャドーマスクを利用してエッチングし、エッチング深さを調節することによって厚さプロフィールを形成した後、２次エッチング工程を通じて光導波路を製造する方法がある。しかし、シャドーマスクを利用する従来の方法は、基板上にシャドーマスクを取り付けなければならないので、テーパ部分の位置、傾斜、形態（ｓｈａｐｅ）などの制御や、大量生産が困難であるといった問題がある。
【０００６】
従来の他のテーパ型光導波路の製造方法としては、段差のある基板に薄膜を蒸着した後、平坦化工程を通じて厚さプロフィールを生成し、最後にエッチング工程を通じて光導波路を製造する方法がある。しかし、この製造方法は、テーパの傾斜及び形態制御が容易ではなく、独立した平坦化工程が必要である。
【０００７】
従来のさらに他のテーパ型光導波路の製造方法として、均一な厚さの導波路を形成した後に局部的な熱を加え、その導波路の所定部分を引伸ばして光導波路を製造する方法もある。しかし、この製造方法は精密制御が不可能であるといった問題がある。
【０００８】
上述したように従来技術は複雑な工程が必要で、テーパプロフィール制御に限界があり、大量生産に適用し難い問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、上述したような従来技術の問題を解決するために本発明は、単純な製造工程を通じて垂直面及び水平面においてテーパ構造を有するテーパ型光導波路の製造方法を提供することにその目的がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成する本発明のテーパ型光導波路製造方法は、基板上に下部クラッド層、コア層を順に形成する段階と、コア層上にグレースケールマスクを利用して傾斜したテーパプロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階と、フォトレジストパターン及びコア層をエッチングして水平面に予定されたテーパ型光導波路と同一の傾斜プロフィールを有するコア層を形成する段階と、コア層上に予定されたテーパ型光導波路の垂直面と同一のテーパプロフィールを有するフォトレジストマスクパターンを形成する段階と、エッチングマスクとしてフォトレジストマスクパターンを利用しコア層をエッチングする段階と、コア層上に上部クラッド層を形成する段階と、からなることを特徴とする。
【００１１】
望ましくは、コア層上に傾斜プロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階は、グレースケールマスクの紫外線透過率を調節することにより、フォトレジストパターンのプロフィールを調節するとよい。
【００１２】
より望ましくは、フォトレジストパターン及びコア層をドライエッチングして水平面に予定されたテーパ型導波路と同一のテーパプロフィールを有するコア層を形成する段階は、フォトレジストパターンとコア層のエッチング選択比を制御することにより、コア層の傾斜を調節するとよい。
【００１３】
また、本発明の他のテーパ型光導波路製造方法は、基板上に下部クラッド層を形成する段階と、下部クラッド層上にグレースケールマスクを利用して傾斜したテーパプロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階と、フォトレジストパターン及び下部クラッド層をエッチングして水平面に予定されたテーパ型光導波路と同一の傾斜プロフィールを有する下部クラッド層を形成する段階と、下部クラッド層上にコア層を蒸着した後平坦化する段階と、コア層上に予定されたテーパ型光導波路の垂直面と同一のテーパプロフィールを有するフォトレジストマスクパターンを形成する段階と、エッチングマスクとしてフォトレジストマスクパターンを利用しコア層をエッチングする段階と、コア層上に上部クラッド層を形成する段階と、からなることを特徴とする。
【００１４】
この製造方法における下部クラッド層上に傾斜プロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階は、グレースケールマスクの紫外線透過率を調節することにより、フォトレジストパターンのプロフィールを調節すると好ましい。
【００１５】
さらに、フォトレジストパターン及び下部クラッド層をエッチングして水平面に予定されたテーパ型光導波路と同一のテーパプロフィールを有する下部クラッド層を形成する段階は、フォトレジストパターンと下部クラッド層のエッチング選択比を制御することにより、下部クラッド層の傾斜を調節するとなおよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい一実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
【００１７】
図３（ａ）〜図３（ｇ）は本発明の一実施形態によるテーパ型光導波路の製造過程を示す工程側断面図（図３（ｆ）は平面図）であり、垂直面及び水平面において傾斜したプロフィールを有するコア層が形成される過程を示している。詳述すると、“垂直面において傾斜した（テーパが形成された）（ｔａｐｅｒｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｓｉｄｅ）”との表現は、プロフィールが図の側面から手前方向又は手前方向とは反対方向に傾斜されていることを意味し、“水平面おいて傾斜した（テーパが形成された）（ｔａｐｅｒｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｓｉｄｅ）”との表現は、プロフィールが図の平面から下方向に傾斜されていることを意味する。
【００１８】
先ず、図３（ａ）に示したように、基板３１上に下部クラッド層３２、コア層３３を順に蒸着する。その後、図３（ｂ）に示したように、コア層３３上をフォトレジスト３４で覆った後、グレースケールマスク（ｇｒａｙ　ｓｃａｌｅ　ｍａｓｋ）１００を利用して露光する。この時、グレースケールマスク１００の紫外線（ＵＶ）透過率を漸進的に増加または減少させることにより、所望形態のフォトレジストプロフィールを得ることができる。
【００１９】
図３（ｃ）はグレースケールマスク１００を利用して露光及び現像しフォトレジストパターン３４’を形成した状態を示している。このようにフォトレジストの露光レベル、露光時間を制御することによって、除去されるフォトレジストの深さが変わり傾斜したテーパプロフィールを得ることができる。
【００２０】
次に、図３（ｄ）に示したように、フォトレジストパターン３４’及びコア層３３をドライエッチング工程でエッチングして傾斜プロフィールを有するコア層３３’を形成する。この時、フォトレジストパターン３４’の形態がコア層３３に転写される。ここで、フォトレジスト３４とコア層３３との間のエッチング選択比に従って転写の程度が変化する。例えば、フォトレジスト３４とコア層３３との間のエッチング選択比が１：１であると、フォトレジストパターン３４’のプロフィールがコア層３３に正しく転写される。従って、所望のプロフィールを得るためにはフォトレジストパターン３４’のプロフィールとエッチング選択比を同時に考慮すべきである。
【００２１】
次に、図３（ｅ）に示したように、垂直面から見た場合に水平面においてテーパが形成されたコア層３３’上をフォトレジストで覆った後、一般的なフォトリソグラフィー（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程を通じて垂直面にテーパを有する光導波路形成のためのフォトレジストマスクパターン３５を形成する。
【００２２】
図３（ｆ）は図３（ｅ）の平面図であり、水平面から見た場合に垂直面においてテーパを有する光導波路形成のためのフォトレジストマスクパターン３５の形態である。
【００２３】
最後に、図３（ｇ）に示したように、フォトレジストマスクパターン３５をエッチングマスクとして利用しエッチング工程を通じて下部のコア層３３’をエッチングして導波路３３”が形成される。その後、上部クラッド層３６を蒸着する。この時、フォトレジストマスクパターン３５がエッチングマスクとして作用する。必要によってハードエッチングマスク（ｈａｒｄ　ｅｔｃｈｉｎｇ　ｍａｓｋ）を利用することもできる。即ち、マスクパターン形成用フォトレジストの被覆前にコア層上にハードマスクとして作用することができる金属又は無機物質を蒸着し、その上にフォトリソグラフィー工程を通じてフォトレジストマスクパターンを形成する。このように形成されたフォトレジストマスクパターンを利用して下部の金属または無機物質をエッチングしハードマスクパターンを形成する。このハードマスクパターンはコア層をエッチングするエッチングマスクとして利用することができる。
【００２４】
図４は図３（ａ）〜図３（ｇ）の工程を通じて垂直面（側面）及び水平面（平面）がテーパされたコア層を、下部クラッド層上に形成した状態を示す斜視図である。
【００２５】
図５（ａ）〜図５（ｆ）は本発明の他の実施形態によるテーパ型光導波路の製造過程を示す工程側断面図であり、下部クラッド層に傾斜したプロフィールを形成してテーパ型導波路を製造する過程を示したものである。
【００２６】
先ず、図５（ａ）に示したように、基板５１上に下部クラッド層５２を蒸着する。
【００２７】
次に、図５（ｂ）に示したように、下部クラッド層５２上をフォトレジスト５４で覆った後、グレースケールマスク１００を利用して露光する。この時、グレースケールマスク１００の紫外線（ＵＶ）透過率を漸進的に増加又は減少させることにより、所望形態のフォトレジストプロフィールを得ることができる。
【００２８】
図５（ｃ）はグレースケールマスク１００を利用して露光及び現像しフォトレジストパターン５４’を形成した状態を示している。このようにフォトレジストの露光程度によって、除去されるフォトレジストの深さが変わり傾斜したテーパプロフィールを得ることができる。
【００２９】
次に、図５（ｄ）に示したように、エッチングマスクとしてフォトレジストパターン５４’を利用し下部クラッド層５２をドライエッチング工程でエッチングすることで傾斜プロフィールを有する下部クラッド層５２’を形成する。この時、フォトレジストパターン５４’の形態が下部クラッド層５２に転写される。ここで、フォトレジスト５４と下部クラッド層５２との間のエッチング選択比に従って転写の程度が変化する。例えば、フォトレジスト５４と下部クラッド層５２のエッチング選択比が１：１であると、フォトレジストパターン５４’のプロフィールが下部クラッド層５２に正確に転写される。従って、所望の下部クラッド層５２のプロフィールを得るためにはフォトレジストパターン５４’のプロフィールとエッチング選択比を同時に考慮すべきである。
【００３０】
次に、図５（ｅ）に示したように、傾斜プロフィールを有する下部クラッド層５２’上にコア層５３を蒸着した後、平坦化工程を通じてその蒸着したコア層を平坦化する。
【００３１】
最後に、図５（ｆ）に示したように、コア層５３をエッチングして導波路５３”を形成した後、上部クラッド層５６を蒸着する。この時、コア層のエッチングは上述した一実施形態のように垂直面において傾斜したプロフィールを有するフォトレジストマスクパターン、又は、ハードエッチングマスクを利用したエッチング工程を通じて遂行される。
【００３２】
以上の説明では、本発明を具体的な実施形態に基づいて説明したが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。したがって、本発明の範囲は上述の実施形態に限られるものでなく、特許請求の範囲のみならず、その範囲と均等なものにより定められるべきである。
【００３３】
【発明の効果】
上述したように、本発明はグレースケールマスクを利用して傾斜プロフィールを有するテーパ型光導波路を形成するので、製造工程が単純であり、光導波路の形態を精密に制御することができる。従って、石英系光集積回路、複合化光半導体、光ファイバ間のスポット（ｓｐｏｔ）サイズ不整合（ｍｉｓｍａｔｃｈ）による結合損失を大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アレイ導波路回折格子多重化器の概略図。
【図２】一般的な線形テーパ型導波路の構造を示す図。
【図３】本発明の一実施形態によるテーパ型光導波路の製造過程を示す工程側断面図。
【図４】本発明の一実施形態に従って形成されたテーパ型光導波路を示す斜視図。
【図５】本発明の他の実施形態によるテーパ型光導波路の製造過程を示す工程側断面図。
【符号の説明】
３１，５１　基板
３２，５２　下部クラッド層
３３，５３　コア層
３３’　傾斜プロフィールを有するコア層
３４，５４　フォトレジスト
３４’，５４’　フォトレジストパターン
３５　フォトレジストマスクパターン
３６，５６　上部クラッド層
５２’　傾斜プロフィールを有する下部クラッド層
５３”　導波路
１００　グレースケールマスク
【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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