(57)【要約】【課題】光学素子とアレイ導波路との接合部分に発生する不整合による光信号損失を防止し、製造が容易で、バーティカルテーパの構造及び形態調整が容易であるバーティカルテーパ構造を有する平面光波回路の製造方法を提供する。【解決手段】コア層及びアンダークラッド層からなる基板を含み、この基板上に光学素子と多数のアレイ導波路が結合された構造を有する平面光波回路の製造方法は、コア層に平面光波回路のマスクパターンを形成するためのハード層を積層する過程と、ハード層にマスクパターンを形成する過程と、マスクパターン上にフォトレジスト層を積層する過程と、フォトレジスト層にグレースケールマスクを使用してバーティカルテーパ構造を形成する過程と、を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　コア層及びアンダークラッド層からなる基板を含み、該基板上に光学素子と多数のアレイ導波路が結合された構造を有する平面光波回路の製造方法において、
　前記コア層に前記平面光波回路のマスクパターンを形成するためのハード層を積層する過程と、
　該ハード層にマスクパターンを形成する過程と、
　該マスクパターン上にフォトレジスト層を積層する過程と、
　該フォトレジスト層にグレースケールマスクを使用してバーティカルテーパ構造を形成する過程と、を含むことを特徴とするバーティカルテーパ構造を有する平面光波回路の製造方法。
【請求項２】
　前記バーティカルテーパ構造のフォトレジスト層及び前記マスクパターンを使用して、前記コア層をエッチングする過程をさらに含む請求項１記載のバーティカルテーパ構造を有する平面光波回路の製造方法。
【請求項３】
　前記フォトレジスト層及び前記コア層のエッチング選択比を調整することによって前記バーティカルテーパの傾斜度を調整する請求項１記載のバーティカルテーパ構造を有する平面光波回路の製造方法。
【請求項４】
　前記グレースケールマスクの透過率変化幅を調節することによって前記バーティカルテーパの傾斜度を調整する請求項１記載バーティカルテーパ構造を有する平面光波回路の製造方法。
【請求項５】
　前記ハード層上にマスクパターンを形成する過程は、
　該ハード層の上面にマスクパターンの形態を有する層を積層する過程と、
　該マスクパターンの形態を有する層が積層された前記ハード層をエッチングする過程と、を含む請求項１記載のバーティカルテーパ構造を有する平面光波回路の製造方法。
【請求項６】
　前記フォトレジスト層にバーティカルテーパ構造を形成した後、バーティカルテーパ構造が形成されていない前記マスクパターンの一部に残存するフォトレジスト層を除去する過程をさらに含む請求項１記載のバーティカルテーパ構造を有する平面光波回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、平面光波回路の製造方法に関し、特に、バーティカルテーパ構造を有する平面光波回路の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　一般的に、平面光波回路(planar light waveguide circuit: ＰＬＣ)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、半導体レーザー及び高密度波長分割多重化(Dense Wavelength Division Multiplexing : ＤＷＤＭ)通信用回路などに幅広く利用されている。
【０００３】
　図１は、一般的な平面光波回路の斜視図である。平面光波回路は、スラブ(slab)１１１、アレイ導波路(Arrayed Waveguide)１１２、スラブ１１１とアレイ導波路１１２との接合部である分岐部から構成される。しかしながら、スラブ１１１とアレイ導波路１１２との間の分岐部の不整合は、光信号損失の原因になる。つまり、異なる構造を有する多数のアレイ導波路１１２とスラブ１１１との間の分岐部のサイズ差が光信号の損失の原因になる。例えば、アレイ導波路回折格子(Arrayed Waveguide Gratings)のスラブとアレイ導波路との結合、又は、光パワースプリッタ(Optical Power Splitter)のＹ字状ブラントとアレイ導波路(Arrayed Waveguide)との不整合は、他のチャネルの光信号とのクロストーク(Cross talk)を生じさせるので、光信号損失の原因になる。なお、符号１０１はアンダークラッド層、符号１０２はオーバークラッド層、符号１１０はコア層である。
【０００４】
　図２Ａ〜図２Ｃは、バーティカルテーパ構造を有する平面光波回路の製造過程のそれぞれの段階を示す斜視図である。図２Ｃを参照すると、平面光波回路は、アレイ導波路２２２、スラブ２２１、スラブ２２１とアレイ導波路２２２との連結部分である分岐部から構成される。この分岐部はシャドーマスク(shadow mask)２５０（図２Ｂ）を使用して形成されたバーティカルテーパ構造２２３である。つまり、平面光波回路は、スラブ２２１とアレイ導波路２２２とが連結された分岐部に、アレイ導波路２２２の長手方向に線形的に減少する傾斜を有するバーティカルテーパ構造２２３を有する。なお、符号２１２はアレイ導波路、符号２１１はスラブである。
【０００５】
　図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、シャドーマスク２５０を使用したバーティカルテーパ構造２２３の平面光波回路の製造過程は、ハード層２１０を積層する過程、ハード層２１０にマスクパターンを形成する過程、シャドーマスク２５０を設置する過程、及びコア層２２０をドライエッチング(dry etching)する過程からなる。
【０００６】
　図２Ａを参照すると、マスクパターン形成過程は、コア層２２０上にハード層２１０を積層した後、成形しようとするマスクパターンをハード層２１０上に形成する過程である。ハード層２１０としては、金属又は無機質薄膜などを使用することができる。コア層２２０の下部はアンダークラッド層２３０である。
【０００７】
　図２Ｂ及び図２Ｄを参照すると、シャドーマスク２５０の設置過程は、平面光波回路のスラブ２２１とアレイ導波路２２２との間の分岐部に所定の高さ２５２を有するダミーマスク２５１を設置した後、ダミーマスク２５１の上部にシャドーマスク２５０を設置する過程である。このシャドーマスク２５０の設置過程は、バーティカルテーパ構造２２３の傾斜度（又は勾配）を決定する過程である。ダミーマスク２５１の高さ２５２及びシャドーマスク２５０のサイズ２５３を調整することによって、バーティカルテーパの傾斜度、長さ、形態などを調整する。
【０００８】
　しかしながら、シャドーマスクを使用したバーティカルテーパ構造は、シャドーマスクと平面光波回路との離隔間隔を調節することが容易でない。さらに、ダミーマスクを分岐部に正確に整列することが困難である。従って、製品の再現性が低下し、大量生産に適さない。
【０００９】
　図２Ｃを参照すると、ドライエッチング過程は、シャドーマスク２５０の高さ２５２及びサイズ２５３を調節することによってバーティカルテーパ構造２２３が調整される。微細パターン加工のために、ドライエッチング過程においてガス(主に、イオンプラズマ)が使用される。このガスとしては、ＳＦ6、ＣＦ4、ＢＣｌ3、Ｃｌ2、ＳｉＣｌ2などが使用される。
【００１０】
　このように、従来のバーティカルテーパ構造を成形する方法は、平面光波回路の分岐部にシャドーマスクを正確に配置することが容易でない。さらに、バーティカルテーパ構造の傾斜度及び長さなどの形態調整が困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
　従って、本発明の目的は、光学素子とアレイ導波路との接合部分に発生する不整合によって光信号が損失するのを防止し、製造が容易であり、バーティカルテーパの構造及び形態調整が容易なバーティカルテーパ構造を有する平面光波回路の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
　このような目的を達成するために、本発明によるコア層及びアンダークラッド層からなる基板を含み、この基板上に光学素子と多数のアレイ導波路が結合された構造を有する平面光波回路を形成する方法は、コア層に平面光波回路のマスクパターンを形成するためのハード層を積層する過程と、ハード層にマスクパターンを形成する過程と、マスクパターン上にフォトレジスト層を積層する過程と、フォトレジスト層にグレースケールマスクを使用してバーティカルテーパ構造を形成する過程と、を含む。
【００１３】
　この製造方法では、バーティカルテーパ構造のフォトレジスト層及びマスクパターンを使用して、コア層をエッチングする過程をさらに含むとよい。
【００１４】
　フォトレジスト層及びコア層のエッチング選択比を調整することによってバーティカルテーパの傾斜度を調整するとよい。
【００１５】
　また、グレースケールマスクの透過率変化幅を調節することによってバーティカルテーパの傾斜度を調整するようにしてもよい。
【００１６】
　さらに、この方法においてハード層上にマスクパターンを形成する過程は、ハード層の上面にマスクパターンの形態を有する層を積層する過程と、マスクパターンの形態を有する層が積層されたハード層をエッチングする過程と、を含むようにするとよい。
【００１７】
　さらにまた、この方法では、フォトレジスト層にバーティカルテーパ構造を形成した後、バーティカルテーパ構造が形成されていないマスクパターンの一部に残存するフォトレジスト層を除去する過程をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００１８】
　本発明に従うグレースケールマスクを使用するバーティカルテーパ構造を有する平面光波回路の製造方法によれば、光学素子とアレイ導波路との間の不整合による光信号の損失を防止できる平面光波回路を製造することができ、また、バーティカルテーパ構造の製造工程を容易にすることができる。また、本発明によれば、グレースケールマスクの透過量の変化幅を調整することによって、バーティカルテーパの長さ及び傾斜度などの調節が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
　以下、本発明に従う好適な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確にする目的で、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。
【００２０】
　一般的に、平面光波回路は、シリコン又はガラス材質の基板上にアンダークラッド層(under clad layer)及びコア層を積層した後、多数のアレイ導波路及び光学素子をエッチングすることによって製造される。例えば、平面光学素子は、多数のアレイ導波路とスラブとが結合されて構成されるか、又は、光パワースプリッタ及びＹ字状ブランチから構成される。この多分岐結合構造は、不整合の原因になり、光信号強度の損失及び他のチャネルの光信号とのクロストークを生じさせる。このような問題点を解決するためのシャドーマスクを使用する製造方法は、平面光導波路上にシャドーマスクを正位置に接合しなければならず、さらに、バーティカルテーパの長さ、傾斜度、及び形態などを調節することが難しい。従って、本発明の一実施形態では、スラブとアレイ導波路との間の不整合による光損失を最小化し、傾斜度及び長さなどの構造の調整及び製造が容易なバーティカルテーパ構造を有する平面光波回路の製造方法を提供する。
【００２１】
　図３に示すように、グレースケールマスク５００を使用するバーティカルテーパ構造を有する平面光波回路の製造方法は、ハード層の積層過程(段階３００:LAYERING HARD LAYER)、ハード層にマスクパターンを形成する過程(段階３１０:FABRICATING MASK PATTERN)、フォトレジスト層の積層過程(段階３２０:LYAERING PHOTORESIST LAYER)、グレースケールを使用したバーティカルテーパの形成過程(段階３３０:FORMAING VERTICAL TAPER)及びコア層のエッチング過程(段階３４０:ETCHING)から構成される。
【００２２】
　ハード層の積層過程(段階３００)は、基板のコア層上に、エッチング過程においてエッチングマスクの役割をするハード層を蒸着する過程であり、このようなハード層としては、金属又は無機質薄膜などを使用することができる。
【００２３】
　図４Ａ〜図４Ｃを参照すると、マスクパターンの形成過程(段階３１０)は、まず、アンダークラッド層４０１及びコア層４０２からなる基板４００に蒸着されたハード層４２０の上面にフォトレジスト層４１０を積層した後、このフォトレジスト層４１０に、露光及び現像方法によるリソグラフィ工程を通してアレイ導波路４１２及びスラブ４１１を含む光回路パターン、つまりマスクパターンを形成する。そして、光回路パターンが形成されたフォトレジスト層４１０をエッチングすることによって、ハード層４２０に光回路パターンを形成する。その後、残留するフォトレジスト層４１０をストリップ(strip)工程によって除去する。このような過程によって、ハード層４２０にアレイ導波路４２１及びスラブ４２２を含むマスクパターンを形成する。
【００２４】
　図４Ｄは、ハード層４２０のマスクパターン上にフォトレジスト層４３０を積層する過程を示す(段階３２０)。このフォトレジスト層４３０は、スラブ４２２とアレイ導波路４２１との間の分岐部分にテーパ構造を具現化するのに必要とされる。フォトレジスト層４３０の厚さは、バーティカルテーパの長さ及び傾斜度、及びコア層のエッチング比を考慮して設定される。
【００２５】
　図４Ｅ、図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、バーティカルテーパ形成過程(段階３３０)は、フォトレジスト層４３０の積層過程(段階３２０)の後、フォトレジスト層４３０をグレースケールマスク５００を利用して露光する過程である。グレースケールマスク５００は、所望する形態のフォトレジストプロファイルを得るために紫外線透過率を次第に増加又は減少させる。つまり、露光の程度によって除去されるフォトレジスト層４３０の深さは、グレースケールマスク５００の紫外線透過量によって変化するので、そのフォトレジスト層４３０は傾いたプロファイルを得ることができるようになる。図５Ａを参照すると、Ｓ１からＳ２に進行するにつれて紫外線の透過量が減少するように、フォトレジスト層４３０の上部にグレースケールマスク５００が位置する。さらに、グレースケールマスク５００の透過量の変化幅を選択的に調節することによって、バーティカルテーパ構造の傾斜度又は形態を調整することが容易になる。
【００２６】
　図４Ｅ〜図４Ｆを参照すると、エッチング過程(段階３４０)は、光回路パターンのハード層４２０及びバーティカルテーパ構造のフォトレジスト層４３０が積層されたコア層４０２をドライエッチングする過程である。バーティカルテーパ構造のフォトレジスト層４３０が積層されたコア層４０２の部分には、バーティカルテーパ構造が形成される。つまり、ハード層４２０に形成された光回路パターンと同一形態の光回路パターンをコア層４０２に形成し、バーティカルテーパ構造のフォトレジスト層４３０もコア層４０２の光回路パターン分岐部にバーティカルテーパ構造４４０を形成する。
【００２７】
　以後、残存するハード層４２０及びフォトレジスト層４３０をストリップした後、オーバークラッド層を積層して平面光波回路を製造する。
【００２８】
　前述の如く、本発明を具体的な一実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲は前述の一実施形態によって限られるべきではなく、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来の平面光波回路の斜視図。
【図２】Ａは従来のバーティカルテーパ構造成形のためのマスクパターン形成過程を示す斜視図。Ｂは従来のバーティカルテーパ構造成形のために平面光波回路の分岐部にシャドーマスクを設置する過程を示す斜視図。Ｃは従来のシャドーマスクを使用して形成されたバーティカルテーパ構造を示す斜視図。Ｄは図２Ｂのシャドーマスクが設置された平面光波回路の側面を示す側面図。
【図３】本発明の一実施形態によるグレースケールマスクを使用したバーティカルテーパ構造を有する平面光波回路成形過程を示すフローチャート。
【図４】Ａは本発明の一実施形態によるバーティカルテーパ構造の成形のためにハード層上にフォトレジストマスクパターンを形成する過程を示す斜視図。Ｂは本発明の一実施形態によるバーティカルテーパ構造成形のためのハードマスク層形成過程を示す斜視図。Ｃは本発明の一実施形態によるバーティカルテーパ構造成形のためにハードマスク層上にマスクパターンを形成する過程を示す斜視図。Ｄは本発明の一実施形態によるバーティカルテーパ構造成形のためにアレイ導波路と光学素子との接合部分にフォトレジスト層を積層する過程を示す斜視図。Ｅは本発明の一実施形態によるバーティカルテーパ構造の成形のためにフォトレジスト層にグレースケールマスクを使用してテーパ構造を成形する過程を示す斜視図。Ｆは本発明の一実施形態によるバーティカルテーパ構造を有する平面光波回路の形態を示す斜視図。
【図５】Ａは本発明の一実施形態によるバーティカルテーパ構造の成形のためにフォトレジスト層にグレースケールマスクを使用して紫外線を露光する過程を示す側面図。Ｂは本発明の一実施形態によるグレースケールを使用してバーティカルテーパ構造で成形されたフォトレジスト層を示す側面図。
【符号の説明】
【００３０】
４００　基板
４０１　アンダークラッド層
４０２　コア層
４１０，４３０　フォトレジスト層
４１１，４２２　スラブ
４１２，４２１　アレイ導波路
４２０　ハード層
４４０　テーパ構造
５００　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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