(57)【要約】【課題】下部クラッドのコア溝内に形成されるコアの表面に凹部がない光導波路を提供する。【解決手段】光導波路１０は、コア溝１２を有する下部クラッド１４の一方の面１５に、例えば成膜圧力３１Ｐａ以上１５０Ｐａ以下の条件でコア膜３８を形成し、コア溝１２の外側を含むコア膜３８の表面が略面一となるようにし、このコア膜３８を下部クラッド１４の一方の面１５にまで除去して、残ったコア１６の表面１６Ａと一方の面１５とを面一とし、ここに上部クラッド１８を成膜して完成する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面にコア溝が形成されているＳｉＯ２を主成分とした材料からなる下部クラッドと、ＳｉＯ２を主成分として、前記下部クラッドよりも高屈折率の材料からなり、且つ、前記一方の面と面一になるように、前記コア溝に埋め込まれているコアと、前記下部クラッドと略等しい屈折率の材料からなり、前記一方の面及びこれと面一のコアの表面を覆って設けられた上部クラッドと、を有してなる光導波路。
【請求項２】
請求項１において、前記コアの幅の最大幅Ｗｍａｘが、４μｍ以上８μｍ以下であり、高さＨが、０．９Ｗｍａｘ≦Ｈ≦１．１Ｗｍａｘであることを特徴とする光導波路。
【請求項３】
下部クラッドにコア溝を形成する工程と、このコア溝を含む前記下部クラッドの表面に、該下部クラッドよりも高屈折率の材料からなるコア膜を、前記コア溝部分、及びコア溝外の下部クラッド部分で、表面が略面一となる成膜条件で、ＣＶＤ法により成膜する工程と、前記コア溝を除く下部クラッドの表面から前記コア膜を除去して、コア溝内に残ったコア膜をコアとする工程と、前記コアを含む下部クラッドの表面に上部クラッドを成膜する工程と、を有してなる光導波路の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、前記成膜条件は、成膜圧力を３１Ｐａ以上１５０Ｐａ以下とすることを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４において、前記成膜条件は、前記ＣＶＤ法における原料ガスをＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）及びＯ２とし、且つ、ＴＥＯＳ：Ｏ２＝１：１５以上１：３以下とすることを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項６】
請求項３、４又は５において、前記成膜条件は、ＣＶＤ法における電極間印加高周波電源の、高周波パワー密度を０．０５Ｗ／ｃｍ２以上０．３２Ｗ／ｃｍ２以下とすることを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれかにおいて、前記成膜条件は、前記下部クラッドの温度を２５０℃以上５００℃以下とすることを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項８】
請求項３において、前記成膜条件は、成膜圧力を３１Ｐａ以上１５０Ｐａ以下、前記ＣＶＤ法における原料ガスをＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）及びＯ２とし、且つ、ＴＥＯＳ：Ｏ２＝１：１５以上１：３以下、ＣＶＤ法における電極間印加高周波電源の、高周波パワー密度を０．０５Ｗ／ｃｍ２以上０．３２Ｗ／ｃｍ２以下、前記下部クラッドの温度を２５０℃以上５００℃以下とすることを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項９】
請求項８において、前記原料ガスを、ＴＥＯＳ：Ｏ２＝１：１０以上１：３以下としたことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１０】
請求項８において、前記高周波パワー密度を０．０５Ｗ／ｃｍ２以上０．１６Ｗ／ｃｍ２以下とすることを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１１】
請求項３乃至１０のいずれにおいて、前記コア溝の幅の最大値Ｗｍａｘが、４μｍ以上８μｍ以下であり、高さＨが、０．９Ｗｍａｘ≦Ｈ≦１．１Ｗｍａｘとなるようにコア溝を形成することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１２】
請求項３乃至１１のいずれかにおいて、前記コア溝位置での、該コア溝の表面側の端部からの前記コア膜の厚さｔを、コア溝の幅の平均値をＷとしたとき、ｔ≧Ｗ／２となるように成膜することを特徴とする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】
この発明は、光導波路及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信システムにおいては、石英系材料を用いた光導波路が、光伝送での低損失及び信頼性が高く、且つ複雑な回路を平面基板に一括形成可能であるので、特に注目されている。
【０００３】
この光導波路の製造方法としては、特許文献１に記載されるように、石英基板等の下部クラッド上にコア膜をＣＶＤ法により成膜し、該コア膜を露光、エッチングすることによって所望の導波路パターンのコア部分を凸状に残し、その上から上部クラッドを成膜するものである。
【０００４】
又、この製造方法は、プラズマＣＶＤに用いる原料ガスとして、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）とＯ２、あるいはＴＥＯＳ、Ｏ２にＢ（ＣＨ）３とＰＯ（ＣＨ）３のうち少なくとも１種類を添加したガス等とし、上部クラッドをＣＶＤ法により１〜４０Ｐａの範囲内の成膜圧力で１回形成する上部クラッド形成工程を含んでいる。これにより、アスペクト比の大きなコアパターンの隙間部においてもボイドの発生を防止して、コア間の隙間を埋め込むことができるとしている。
【０００５】
しかしながら、この製造方法によっても、アスペクト比２．５を超えるようなコア間の隙間を、ボイドを生じることなく埋め込むことが困難であるという問題点がある。
【０００６】
これに対して、上部クラッドとして、ボロンと燐を添加したＳｉＯ２膜を作製後、１０００℃程度の高温でリフローさせる工程を付与して、凸状コア間の隙間を埋め込むことが考えられるが、この場合製造時間が長く、製造コストが高くなると共に、コアと上部クラッド間の熱膨張係数の差による膜応力に偏波依存性が生じて、光学特性が劣化してしまうという問題点がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３３７２４１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような、凸状にコアを形成した凸状導波路に対して、下部クラッドに溝を設けて、この溝にコア材料を埋め込む、いわゆる凹状光導波路にすることによって、アスペクト比を１程度にすることができるため、埋め込みが容易になることが考えられる。
【０００９】
しかしながら、この方法では、溝を含んだ下部クラッドの表面にコア膜を成膜する際、コア溝部分が凹んで、コア溝部分以外のコア膜を除去した後に、コア溝表面が凹部となり、ここに、上部クラッドを成膜しても所望の光学特性を得ることができないという問題点がある。また、この凹部を除去するために、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などで研磨すると、高い研磨精度が要求され、工程が複雑になっていた。
【００１０】
この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、コア溝内に形成されるコア表面に凹部がない光導波路を提供することを目的とする。又、このような光導波路を、簡単且つコア溝にボイドが発生することなく、製造する方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究の結果、コア溝の表面にコア膜を成膜する際の条件を選択することによって、コア溝内にコア材料が十分に埋め込まれて、コア表面が下部クラッド表面と面一となるようにできることを見出した。
【００１２】
即ち、以下の本発明により上記目的を達成するものである。
【００１３】
（１）一方の面にコア溝が形成されているＳｉＯ２を主成分とした材料からなる下部クラッドと、ＳｉＯ２を主成分として、前記下部クラッドよりも高屈折率の材料からなり、且つ、前記一方の面と面一になるように、前記コア溝に埋め込まれているコアと、前記下部クラッドと略等しい屈折率の材料からなり、前記一方の面及びこれと面一のコアの表面を覆って設けられた上部クラッドと、を有してなる光導波路。
【００１４】
（２）前記コアの幅の最大幅Ｗｍａｘが、４μｍ以上８μｍ以下であり、高さＨが、０．９Ｗｍａｘ≦Ｈ≦１．１Ｗｍａｘであることを特徴とする（１）の光導波路。
【００１５】
（３）下部クラッドにコア溝を形成する工程と、このコア溝を含む前記下部クラッドの表面に、該下部クラッドよりも高屈折率の材料からなるコア膜を前記コア溝部分、及びコア溝外の下部クラッド部分で、表面が略面一となる成膜条件で、ＣＶＤ法により成膜する工程と、前記コア溝を除く下部クラッドの表面から前記コア膜を除去して、コア溝内に残ったコア膜をコアとする工程と、前記コアを含む下部クラッドの表面に上部クラッドを成膜する工程と、を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【００１６】
（４）前記成膜条件は、成膜圧力を３１Ｐａ以上１５０Ｐａ以下とすることを特徴とする（３）の光導波路の製造方法。
【００１７】
（５）前記成膜条件は、前記ＣＶＤ法における原料ガスをＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）及びＯ２とし、且つ、ＴＥＯＳ：Ｏ２＝１：１５以上１：３以下とすることを特徴とする（３）又は（４）の光導波路の製造方法。
【００１８】
（６）前記成膜条件は、ＣＶＤ法における電極間印加高周波電源の、高周波パワー密度を０．０５Ｗ／ｃｍ２以上０．３２Ｗ／ｃｍ２以下とすることを特徴とする（３）、（４）又は（５）の光導波路の製造方法。
【００１９】
（７）前記成膜条件は、前記下部クラッドの温度を２５０℃以上５００℃以下とすることを特徴とする（３）乃至（６）のいずれかの光導波路の製造方法。
【００２０】
（８）前記成膜条件は、成膜圧力を３１Ｐａ以上１５０Ｐａ以下、前記ＣＶＤ法における原料ガスをＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）及びＯ２とし、且つ、ＴＥＯＳ：Ｏ２＝１：１５以上１：３以下、ＣＶＤ法における電極間印加高周波電源の、高周波パワー密度を０．０５Ｗ／ｃｍ２以上０．３２Ｗ／ｃｍ２以下、前記下部クラッドの温度を２５０℃以上５００℃以下とすることを特徴とする（３）の光導波路の製造方法。
【００２１】
（９）前記原料ガスを、ＴＥＯＳ：Ｏ２＝１：１０以上１：３以下としたことを特徴とする（８）の光導波路の製造方法。
【００２２】
（１０）前記高周波パワー密度を０．０５Ｗ／ｃｍ２以上０．１６Ｗ／ｃｍ２以下とすることを特徴とする（８）の光導波路の製造方法。
【００２３】
（１１）前記コア溝の幅の最大値Ｗｍａｘが、４μｍ以上８μｍ以下であり、高さＨが、０．９Ｗｍａｘ≦Ｈ≦１．１Ｗｍａｘとなるようにコア溝を形成することを特徴とする（３）乃至（１０）のいずれかの光導波路の製造方法。
【００２４】
（１２）前記コア溝位置での、該コア溝の表面側端部からの前記コア膜の厚さｔを、コア溝の幅の平均値をＷとしたとき、ｔ≧Ｗ／２となるように成膜することを特徴とする（３）乃至（１１）のいずれかの光導波路の製造方法。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態の例を図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１に示されるように、この実施の形態の例に係る光導波路１０は、一方の面（図において上面）にコア溝１２が形成されているＳｉＯ２からなる基板兼下部クラッド１４と、ＳｉＯ２を主成分として、前記下部クラッド１４よりも屈折率が高く、且つ、前記一方の面１５と面一となるように、前記コア溝１２に埋め込まれているコア１６と、前記下部クラッド１４と略等しい屈折率の材料からなり、前記一方の面１５及びこれと面一のコア１６の表面１６Ａを覆って設けられた上部クラッド１８と、を有して構成されている。
【００２７】
次に、上記光導波路１０を製造する工程について説明する。
【００２８】
この実施の形態の例において、光導波路１０は、図２に示されるプラズマＣＶＤ装置２０によって製造される。
【００２９】
このプラズマＣＶＤ装置２０は、チャンバ２２と、原料タンク２４Ａ、２４Ｂ及び原料ガスボンベ２６からの原料ガスをチャンバ２２に導入するためのガス導入部２８と、前記ガス導入部２８からの原料ガスを放出させるシャワー状のガス穴（図示省略）を有する上部電極３０と、基板である下部クラッド１４を載置するための下部電極３２と、前記上部及び下部電極３０、３２間に１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加するための高周波電源３４と、前記下部電極３２内に収納されるか若しくは下部電極３２の下面に配置された基板である下部クラッド１４を加熱するヒータ３６と、を備えて構成されている。
【００３０】
前記原料タンク２４ＡにはＴＥＯＳが、２４ＢにはＴＭＯＧ（テトラメトキシゲルマニウム）が、又原料ガスボンベ２６にはＯ２ガスがそれぞれ蓄えられていて、これらからのＴＥＯＳガスとＯ２ガスとを混合して、ガス導入部２８を通して、前記上部電極３０のガス穴からチャンバ２２内に供給し、プラズマ３１を発生させて、下部クラッド１４上に膜を堆積したり、あるいはエッチングをするようにされている。
【００３１】
次に、上記プラズマＣＶＤ装置２０によって光導波路１０を製造する過程を、図３及び図４を参照して説明する。
【００３２】
まず、ステップ１０１（図４参照）で、図３（Ａ）に示されるような薄板状の下部クラッド１４にコア溝をパターニングする。次に、ステップ１０２において、下部クラッド１４上に反応性イオンエッチングによって、図３（Ｂ）に示されるように、コア形状に対応する厚さのコア溝１２を作成する。
【００３３】
次に、ステップ１０３に進み、前記コア溝１２が形成された下部クラッド１４上に、図３（Ｃ）に示されるように、コア膜３８をＣＶＤ法を用いて成膜する。このときの成膜条件については、後に詳述する。
【００３４】
次のステップ１０４において、前記コア膜３８を、図３（Ｄ）に示されるように、下部クラッド１４の一方の面１５にまでドライエッチングする。これにより、コア溝１２内に残ったコア膜３８はコア１６となり、その表面１６Ａは、前記ドライエッチングによって露出した一方の面１５と面一となる。
【００３５】
次に、ステップ１０５に進み、前記下部クラッド１４における一方の面１５とコア１６の表面１６Ａに、ＣＶＤ法により上部クラッド１８を成膜する（図４（Ｅ）参照）。更に、窒素又は酸素雰囲気中において、７００〜１２００℃で熱処理する（ステップ１０６）。これによって光導波路１０が完成する。
【００３６】
ここで、前記コア膜３８を下部クラッド１４の一方の面１５及びコア溝１２表面に形成する際に、コア溝部分及びその周囲の下部クラッド１４部分でのコア膜３８の膜厚が等しくなり、コア膜３８がコア溝１２部分で凹部が形成されることなく平坦に成膜されるための、且つ、コア１６にボイドが発生しないための成膜条件は、次のように設定した。
【００３７】
なお、この成膜条件は、次の各条件の１又は２以上を充足すればよい。
【００３８】
成膜条件１は、成膜圧力を３１Ｐａ以上１５０Ｐａ以下とする。成膜条件２は、ＣＶＤ法における原料ガスをＴＥＯＳ：Ｏ２＝１：１５以上１：３以下とする。成膜条件３は、ＣＶＤ法における電極間印加高周波電源の、高周波パワー密度を０．０５Ｗ／ｃｍ２以上０．３２Ｗ／ｃｍ２以下とする。成膜条件４は、前記下部クラッド１４の温度を２５０℃以上５００℃以下とする。
【００３９】
なお、前記原料ガスにおけるＴＥＯＳ：Ｏ２は、望ましくは１：１０以上１：３以下とする。更に、高周波パワー密度は、望ましくは０．０５Ｗ／ｃｍ２以上０．１６Ｗ／ｃｍ２とする。
【００４０】
ここで、前記コア溝１２の形状、即ちコア１６の形状は、正方形又は長方形が望ましいが、逆台形あるいは逆三角形であってもよい。又、コア溝１２、即ちコア１６のサイズ（コアサイズ）は、最大幅の部分で４μｍ以上８μｍ以下、高さ（溝の深さ）Ｈは、上記最大幅０．９Ｗｍａｘ≦Ｈ≦１．１Ｗｍａｘとするのがよい。
【００４１】
更に又、前記コア膜３８の、前記コア溝１２の端部からの厚さｔは、コア幅の平均値Ｗに対してｔ≧Ｗ／２とする。コア膜３８がＷ／２よりも薄いと、コア溝１２の中央付近に凹部が発生し易い。
【００４２】
又、コア溝１２のサイズが上記の範囲外の場合は、コア膜３８の材料がコア溝１２内に入り込むことが不可能であったり、又凹部が発生したりする。
【００４３】
【実施例】
成膜圧力、原料ガスにおけるＯ２／ＴＥＯＳ、高周波パワー密度、基板（下部クラッド）温度の条件のうち、１つの条件を、他の条件を一定にして変化させた場合の実施例を表１に示す。
【００４４】
【表１】
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ここで、使用基板（下部クラッド）は、アスペクト比が１．０５（幅６μｍ、高さ６．３μｍ）の溝付ＳｉＯ２基板、ボイド評価はＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により、又平坦性評価はＳＥＭによる凹み量評価によっている。
【００４５】
表１からも分かるように、ボイド及び平坦性に問題がない条件は、成膜圧力が３１Ｐａ以上、１５０Ｐａ以下であり、又、ＴＥＯＳ：Ｏ２は１：１５以上１：３以下である。更に、パワー密度は０．０５Ｗ／ｃｍ２以上０．３２Ｗ／ｃｍ２以下であり、基板温度は２５０℃以上５００℃以下となった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、コア溝内にコア材料を成膜するとき、表面をほぼ面一にして、コア溝にボイドの発生がない低損失の光導波路を提供することができる。又、製造工程を簡略化し、低コストで光導波路を製造することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の例に係る光導波路を拡大して示す断面図
【図２】同光導波路を製造するためのプラズマＣＶＤ装置を示す略示断面図
【図３】同プラズマＣＶＤ装置により光導波路を製造する過程を模式的に示す断面図
【図４】同製造過程を示すフローチャート
【符号の説明】
１０…光導波路
１２…コア溝
１４…下部クラッド
１５…一方の面
１６…コア
１６Ａ…表面
１８…上部クラッド
２０…プラズマＣＶＤ装置
２２…チャンバ
２４Ａ、２４Ｂ…原料ガスタンク
２６…原料ガスボンベ
２８…ガス導入部
３０…上部電極
３２…下部電極
３４…高周波電源
３６…ヒータ
３８…コア膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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