(57)【要約】【課題】  分岐損失を低減する構造と通常の光導波路の構造とを、同時に簡易かつ高い再現性を有して製造することができる光導波路の製造方法を提供する。【解決手段】  分岐構造近傍の分岐光導波路間のギャップ部分に厚み方向のコア層３の膜厚が変化する構造を形成する場合において、露光マスク５を用いてレジストパターンを形成する際、分岐導波路パターンの導波路間のギャップ部分に、レジスト４が残存するように、マスクパターンと露光条件を選択するとともに、該残存レジストの膜厚が分岐部近傍からの距離に応じて減少するように形成した後、レジストパターンを、ドライエッチングマスクとして、前記コア層３およびクラッド層２をドライエッチング加工した。【選択図】          図１
2005241915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分岐構造を一部に含む光導波路において、
分岐して隣接する光導波路間のギャップ幅の増加率が、分岐部近傍から順に、ｋｃ，ｋｄ，ｋｂと変化していくとすると、ｋｃ＜ｋｄかつｋｄ＞ｋｂを満たすように構成するとともに、前記ギャップ幅の増加率ｋｃが１００μｍあたり０．５μｍ以下であり、しかも前記分岐部に分岐部を起点としてコア層の厚みが減少するテーパ部を有し、このテーパ部の長さが１００μｍ以上であることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
アレイ導波路とスラブ導波路との結合部分に請求項１に記載する光導波路を有することを特徴とするアレイ導波路回折格子。
【請求項３】
分岐構造を一部に含む光導波路の製造方法であって、基板上にクラッド層およびコア層を形成する工程と、コア層の上に露光マスクを用いてレジストパターンを形成する工程と、前記コアおよびクラッド層をドライエッチングにより加工を行う工程を含む製造方法において、
導波路の分岐構造近傍の分岐導波路間のギャップ部分に厚み方向のコア膜厚が変化する構造を形成する手段として、露光マスクを用いてレジストパターンを形成する工程において、分岐導波路パターンの導波路間のギャップ部分に、レジストが残存するように、マスクパターンと露光条件を選択するとともに、該残存レジストの膜厚が分岐部からの距離に応じて減少するように形成した工程と、該形成したレジストパターンを、トライエッチングマスクとして、前記コア層およびクラッド層を、ドライエッチング加工する工程を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項４】
前記請求項３の光導波路の製造方法であって、コア層の膜厚をｔ、ドライエッチング加工工程における、コア層とレジストのエッチングレートの比をｋ（レジストのエッチングレートを１とすると、コア層のエッチングレートがｋとなる）とすると、分岐導波路パターンの分岐起点における導波路間のギャップにおける残存レジストの膜厚をｔｓとすると、ｔｓ≧ｔ／ｋを満たし、かつ残存レジストのテーパ部分の長さＬｔが１００μｍ以上となるように、露光マスク形状および露光条件を選択した工程を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項５】
前記請求項３もしくは４の光導波路の製造方法であって、露光マスクの導波路間のギャップ幅が０．５μｍ以上の場合において、露光マスクの導波路間のギャップ幅に対して、ドライエッチング時のエッチングレートの変動が１０％以下となる条件を選択した工程を含む事を特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項６】
前記請求項３〜５の光導波路の製造方法であって、露光マスクにおける、前記分岐導波路間のギャップ部分の分岐起点における導波路間のギャップパターン幅を０．５μｍ以上、１μｍ以下と設計したマスクを利用した工程を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項７】
前記請求項３〜６の光導波路の製造方法であって、ドライエッチング用のエッチングマスクとして、露光により形成を行った、ネガレジストパターンを用いる工程を含む事を特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項８】
前記請求項７の光導波路の製造方法であって、該光マスクを用いてレジストパターンを形成する工程において、露光時に分岐導波路パターンを含むマスクを利用した露光に加えて、少なくとも導波路の分岐部近傍にパターンを有しない露光を併用する工程を含む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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信、光信号処理もしくはセンサー等の分野に用いられる光分岐を有する光導波路及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、平面基板上に形成された光導波路は、光通信、光信号処理もしくはセンサー等の分野で盛んに用いられている。これらの光回路では、光分岐および合波機能は回路を構成する最も重要な基本要素の一つであり、なくてはならないものとなっている。従来から、これらの光分岐および合波を低損失で形成する技術や設計技術が検討されている。なぜならば、これらの要素は回路の基本要素であり、わずかな損失でも、損失が累積してしまうため、低損失な光回路を実現する妨げとなってしまうからである。
【０００３】
さて、通常これらの分岐回路の損失は、分岐しているコア間の隙間から信号光が散逸することにより生じることが良く知られている。この解決法としては、多数の手法が挙げられるが、そもそもの原因が分岐部の不連続性による信号光の散乱に起因しているため、分岐部の連続性を高める事で損失の低減を図ることができる。
【０００４】
図１０は１×２分岐回路を例にとり、分岐光導波路１０１の分岐損失を低減する為の基本的な構造を示したものである。図１０（ａ）に分岐部パターンの上面図を示す。ここで分岐部の損失を低減する上で非常に重要な部分としては、導波路の分岐構造近傍における分岐導波路間のギャップ部分の遷移領域１０２である。遷移領域１０２のＡ−Ａ’断面の例を、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）に示す。両図に示すように、導波路間のギャップ部分のコア膜厚が、分岐部からの距離に応じて徐々に減少する構造となっている。また、図１０（ｄ）及び図１０（ｅ）に、遷移領域１０２のＢ−Ｂ’断面の例を示す。ここで、図１０（ｄ）と図１０（ｅ）の違いは図１０（ｄ）が凹型で角張った断面形状を有しているのに対して図１０（ｅ）は中央部がＵ字型の丸みを帯びている点である。断面方向に関しては、ギャップ部のコア膜厚は導波路部分のコア膜厚より薄い構造とすればよい。
【０００５】
なお、図中、１は基板、２はクラッド層、３はコア層、６はオーバクラッド層である。
【０００６】
以上に述べたように連続的もしくは、ほぼ連続的な構造とする事により、分岐部近傍では、遷移領域１０２に漏れている光が存在するが、伝播するに従い各々の導波路に光が移行していくため、分岐部の伝播損失を減少させる事ができる。
【０００７】
各領域における光の水平方向のフィールド分布を示すと、入射光のフィールド分布は１０７、遷移領域におけるフィールド分布は１０８、出射導波路におけるフィールド分布は１０９と表され、初期的に遷移領域１０２に漏れていた光が、出射導波路側に引き込まれていくように設計を行う事が重要である。なお、この図では、水平方向の分布のみ示しているが、導波路の連続性の観点からは、膜厚方向のフィールド分布の連続性も重要である。
【０００８】
伝播する光が、光学的に不連続性を感じない程度（長さとして数μｍ程度）であれば、大きな損失の増加を引き起こさない為、図１０（ｆ）に示したように、導波路間のギャップ部分のコア膜厚は多少の起伏を有していても構わない。
【０００９】
また、多数本分岐のスプリッタやアレイ導波路格子（ＡＷＧ）などでは、分岐導波路の本数は増えるもののギャップ部分の形状は１×２スプリッタと同様な遷移領域構造を用いる事で、分岐損失を低減する事ができる。
【００１０】
このように、分岐光導波路１０１の分岐損失を低減する基本的な構造は、特開平３−１９０４２２号公報等に示されるように既に公知であるが、実際にこのような構造を簡易かつ安定して製造を行う事は容易ではない。多くの場合、複雑な製造工程を用いるか、もしくは通常の導波路製造条件とは異なった、管理の難しい不安定な製造条件を利用することが必要になる。この結果、所望の特性が安定して得られないだけでなく、素子コストの上昇を引き起こす要因となっていた。
【００１１】
以下に、従来から報告されている代表的な製造方法について説明を行う。
【００１２】
まず、文献（C.van Dam,at al.,“Loss reduction for phased-array demultiplexers using a double etchtechnique",IPR 1996,pp.52-55) では、ＩｎＧａＡｓＰ系のＡＷＧに２段階のエッチングを用いて、浅くエッチングする遷移領域と深くエッチングする通常の導波路領域の２つの領域を設けることにより、伝播損失の低減を実現している。
【００１３】
しかしながら、この手法では、エッチング深さの異なる２段階のエッチングが必要であり、工程が複雑になるという問題点を有している。また、段差のある構造に精密なパターン形成が必要であり、作製が難しいという問題点を有している。この結果、膜厚の薄い半導体では有効であるが、ガラス導波路などの膜厚の厚い構造では損失低減の効果が小さいという問題がある。
【００１４】
次に、従来技術に係る製造方法の一例としては、特開２０００−１４７２８３号公報における『光導波路回路』に記載する方法が挙げられる。すなわち、従来の製造方法の一例としては、まず、下部クラッド層、およびコア層としてガラス膜を形成する。ガラス膜は、火炎堆積法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより形成することが出来る。次にフォトリソグラフィ技術により、形成したガラス層上にレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとし、例えば反応性イオンエッチングによりガラス層を選択的にエッチングし、各導波路コアを形成する。この時に、各工程の条件の組み合わせ最適化すれば、分岐導波路の導波路間のギャップ部分にテーパ構造が実現できることが述べられている。
【００１５】
しかしながら、上記製造方法では、極めて多くのパラメータが関与しており、これらの全ての最適化を行う事は容易ではなかった。例えば、上記製造方法では、レジストパターンの露光条件およびエッチングに用いるガスの種類、ガスの混合比、エッチング時のガス圧、エッチング時のプラズマ発生のための高周波電力の組み合わせを用いる事が述べられている。
【００１６】
より具体的には、特にドライエッチング条件により、導波路間のギャップパターンのパターン幅に依存してエッチング深さ（残膜率）が変動する条件を用いる事が述べられている。このため、ここに記載されているように、エッチングに関するパラメータがテーパ形状を形成するために非常に重要な働きを示している。パターン幅に対して、エッチング深さが変動する要因については、詳細な記載がないが、一般にパターン密度に依存して、ローディング効果と呼ばれる現象が生じる事が知られている。
【００１７】
ドライエッチングにおいては、活性化したエッチングガスによるエッチングとエッチングガスの分解生成物によるポリマーの堆積によるエッチングの抑制が同時並行的に生じており、そのバランスでエッチング速度が決定される。エッチングとポリマーの堆積の比率は活性化したガスの組成および濃度に依存する、このためガスの混合比、エッチング時のガス圧、エッチング時のプラズマ発生の為の高周波電力、基板の状態による活性化したガスの消費速度などのパラメータに依存する。
【００１８】
この結果、パターン密度を変化させる事でミクロな領域におけるガスの組成や濃度が変化する効果を用いることにより、所望の構造が得られていると推定される。しかしながら、エッチングと堆積のバランスは非常にくずれやすく、安定して作製を行う事は困難であった。さらに、通常の導波路の製造条件と異なる条件を用いる事が必要とされるため、同時に通常の導波路構造を作製する事が困難であり、分割して形成を行う事が必要になるなど、製造上の工程が複雑になるという問題点もあり、より簡易に導波路間のギャップ部分にテーパ構造を形成できる製造方法が必要とされていた。
【００１９】
また、別の手法としては、分岐導波路の作製後に主として分岐の手前部分に領域を限定して光の照射を行い、分岐手前部分の屈折率分布を変化させて、不連続性を低減する手法も報告されている。ただし、本発明で対象とする構造および製造方法とは異なるため、詳しく述べない。
【００２０】
さらに、今回対象とする構造の作製方法ではないが、この他に、導波路のテーパ構造を形成する方法としては、切削によるもの、研磨によるもの、半導体導波路の製造でよく用いられる選択的な成膜（成長）を用いたもの、シャドウマスク法『J.of Lightwave Technology vol.8,no.4,pp.587-593,1990』などの遮蔽物を用いた成膜方法もしくはエッチング方法を用いたもの、およびそれらを組み合わせたもの（一例として『特開平９−１５２５２８』）などさまざまな手法が上げられる。ただし、これらの手法はいずれも広い領域に適用することは容易であるが、今回適用しようとする導波路間のギャップ部分のテーパ構造の形成に適用する事は困難、あるいは複雑な製造工程を必要とすることが問題となっていた。
【００２１】
また、レジストのテーパ構造を形成する方法としても多数の報告例がある。電子ビーム露光やフォーカスイオンビーム照射を用いてレジストのテーパ構造を作製できることが述べられている。しかしながら、これらの方法もある程度広い領域のテーパ構造の形成には適しているものの、導波路の分岐部分などの狭い領域にテーパ構造を作製する事は困難という問題点を有している。実際、場所により露光ドーズ量を変えて露光を行う必要があるなど、少量は作製可能であるが、大量生産に向いた技術とはいえない問題点を有していた。
【００２２】
なお、本願発明に関連する従来技術としては次の特許文献１及び特許文献２を挙げることができる。
【００２３】
【特許文献１】特開平０３−１９０４２２号公報
【特許文献２】特開２０００−１４７２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、分岐損失を低減する構造と通常の光導波路の構造とを、同時に簡易かつ高い再現性を有して製造することができる光導波路及びその製造方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【００２６】
１）  分岐構造を一部に含む光導波路において、
分岐して隣接する光導波路間のギャップ幅の増加率が、分岐部近傍から順に、ｋｃ，ｋｄ，ｋｂと変化していくとすると、ｋｃ＜ｋｄかつｋｄ＞ｋｂを満たすように構成するとともに、前記ギャップ幅の増加率ｋｃが１００μｍあたり０．５μｍ以下であり、しかも前記分岐部に分岐部を起点としてコア層の厚みが減少するテーパ部を有し、このテーパ部の長さが１００μｍ以上であること。
【００２７】
２）  アレイ導波路とスラブ導波路との結合部分に上記１）に記載する光導波路を有するアレイ導波路回折格子を構成したこと。
【００２８】
３）  分岐構造を一部に含む光導波路の製造方法であって、基板上にクラッド層およびコア層を形成する工程と、コア層の上に露光マスクを用いてレジストパターンを形成する工程と、前記コアおよびクラッド層をドライエッチングにより加工を行う工程を含む製造方法において、
導波路の分岐構造近傍の分岐導波路間のギャップ部分に厚み方向のコア膜厚が変化する構造を形成する手段として、露光マスクを用いてレジストパターンを形成する工程において、分岐導波路パターンの導波路間のギャップ部分に、レジストが残存するように、マスクパターンと露光条件を選択するとともに、該残存レジストの膜厚が分岐部からの距離に応じて減少するように形成した工程と、該形成したレジストパターンを、トライエッチングマスクとして、前記コア層およびクラッド層を、ドライエッチング加工する工程を含むこと。
【００２９】
４）  前記３）の光導波路の製造方法であって、コア層の膜厚をｔ、ドライエッチング加工工程における、コア層とレジストのエッチングレートの比をｋ（レジストのエッチングレートを１とすると、コア層のエッチングレートがｋとなる）とすると、分岐導波路パターンの分岐起点における導波路間のギャップにおける残存レジストの膜厚をｔｓとすると、ｔｓ≧ｔ／ｋを満たし、かつ残存レジストのテーパ部分の長さＬｔが１００μｍ以上となるように、露光マスク形状および露光条件を選択した工程を含むこと。
【００３０】
５）  前記３）もしくは４）の光導波路の製造方法であって、露光マスクの導波路間のギャップ幅が０．５μｍ以上の場合において、露光マスクの導波路間のギャップ幅に対して、ドライエッチング時のエッチングレートの変動が１０％以下となる条件を選択した工程を含む事。
【００３１】
６）  前記３）〜５）の光導波路の製造方法であって、露光マスクにおける、前記分岐導波路間のギャップ部分の分岐起点における導波路間のギャップパターン幅を０．５μｍ以上、１μｍ以下と設計したマスクを利用した工程を含むこと。
【００３２】
７）  前記３）〜６）の光導波路の製造方法であって、ドライエッチング用のエッチングマスクとして、露光により形成を行った、ネガレジストパターンを用いる工程を含む事を特徴とする光導波路の製造方法。
【００３３】
８）  前記７）の光導波路の製造方法であって、該光マスクを用いてレジストパターンを形成する工程において、露光時に分岐導波路パターンを含むマスクを利用した露光に加えて、少なくとも導波路の分岐部近傍にパターンを有しない露光を併用する工程を含むこと。
【００３４】
上述の如き本発明においては、上記従来技術の問題点が分岐部分のレジストの形成工程およびドライエッチング工程の改善により、飛躍的に再現性を高められる事を確認した。また、本発明のプロセス工程は従来から用いられているプロセス手順とも非常に親和性が高いため、導波路の分岐部分だけにとどまらず、通常の導波路構造も同時に形成可能となる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の光導波路の製造方法によれば、分岐光導波路の分岐損失を低減する構造と通常の光導波路の構造を、同時かつ簡易かつ高い再現性を有して製造することが可能となるため、簡単なプロセスにより分岐光導波路を含む光回路を低損失かつ高い再現性を持って製造する事が可能になる。これにより、平面型光回路の低コスト化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。まず、図1に基本的な製造手順を示す。なお、本形態においては、分岐光導波路の分岐損失を低減する構造と、通常の光導波路の構造を、同時かつ簡易に製造する必要があるため、各工程の詳細は異なるものの、基本的な製造手順は、従来から用いられる製造手順とほぼ同じものを用いている。このため、以下の実施例においては特徴的な工程を主に記載した。また、以下では簡単の為に１×２分岐回路を例に取り説明を行うが、従来技術で述べたように多数本分岐のスプリッタやアレイ導波路格子などの回路にも適用が可能である。さらに、以下の各図中同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００３７】
以下、本発明の実施例１に係る製造方法を、１×２分岐回路を例に採り説明を行う。本実施例においても、図1に示した基本的な製造手順に従って製造を行った。まず、基板1上に順に下部クラッド層２を形成するとともに、コア層３としてガラス膜を形成した。ガラス膜の形成には、火炎堆積法を用い、下部クラッド層２に対して、コア層３の屈折率が約１．５％高くなるように設定した。コア層３の膜厚としては５μｍとした。次にレジスト４をスピンコートにより塗布し、露光マスク５を用いて露光を行った。
【００３８】
ここで、本実施例のポイントとしては、分岐構造を一部に含む光導波路の製造方法であって、基板１上にクラッド層２およびコア層３を形成する工程と、コア層３の上に露光マスク５を用いてレジストパターンを形成する工程と、前記コア層３およびクラッド層２をドライエッチングにより加工を行う工程を含む製造方法において、導波路の分岐構造近傍の分岐導波路間のギャップ部分に厚み方向のコア膜厚が変化する構造を形成する手段として、露光マスク５を用いてレジストパターンを形成する工程を含み、この工程において、分岐導波路パターンの導波路間のギャップ部分に、レジスト４が残存するように、露光マスク５のマスクパターンと露光条件を選択するとともに、このとき残存するレジスト４の膜厚が分岐部近傍からの距離に応じて減少するように形成する。
【００３９】
次に、このようにして形成したレジストパターンを、ドライエッチングマスクとして、前記コア層３およびクラッド層２を、ドライエッチング加工する。
【００４０】
従来から報告されているプロセスにおいては、露光時にレジスト４が、分岐光導波路１０１間のギャップ部分に残存しないか、もしくはコントロールを行わない条件で作製を行っていた。また、レジスト４が複数の層で構成されている場合には、少なくとも感光性の高い上層は残存しないように作製を行っており、レジスト４のテーパ形状は形成されていなかった。
【００４１】
本実施例に係る工程では、この分岐光導波路１０１間のギャップ部分に残存するレジスト４の形状を意図的にコントロールする事によって、分岐光導波路１０１の分岐損失を低減する構造を安定に作製する点が特徴である。
【００４２】
これらのレジスト４の形状を実現するためには、マスクパターンとしては分岐部の起点として導波路間のギャップ幅が０．５〜１．５μｍ程度に設定を行い、分岐部から離れるに従いギャップ幅が増加するように設定を行った。ここで、分岐部の起点の導波路間のキャップ幅は露光装置の最小解像幅以下に設定することが重要である。なお、ここでは露光により、ギャップ部の一部でもレジストの残膜が生じなくなるマスク幅を最小解像幅と定義した。
【００４３】
また、レジスト４の膜厚としては、５μｍの厚いレジスト４を利用した。３μｍ以上の厚いレジストを用いることにより最小解像幅は広くなる（劣化する）ため、狭いギャップパターンの露光が困難になる一方、良好なテーパ形状を形成することができる。さらに、通常の導波路パターン部は厚いレジストを用いた場合でも良好な形状を保つことができることを確認した。レジストのテーパ長は、顕微鏡等の光学的な観測手法で容易に計測が可能であるので、所望のテーパ長となる露光量を選択することができる。
【００４４】
図２は作製を行ったレジストパターンの模式図および断面図を示したものである。作製されたパターンは、Ａ−Ａ′断面において分岐起点から離れるにつれて分岐光導波路１０１間のギャップ間の遷移領域１０２を形成する為のレジストパターンの膜厚が徐々に減少し、分岐起点から２００μｍ程度でレジスト４の膜厚が０となるようにしている。また、レジスト４のＢ−Ｂ′断面形状はやや丸みを帯びたＶ字形状となった。レジスト４の形状がＶ字型となっているため、凹字形状のレジストパターンと比較して、相対的なギャップ幅が狭くなる効果があるため、高い損失低減効果を得る事が可能となった。また、分岐光導波路１０１の分岐部分の近傍を除くと、レジスト４の形状はほぼ通常のものと変わらないため、同時に通常の導波路構造を作製する事が可能となった。
【００４５】
このような形状を形成するためには、レジスト４の構成としては、２層以上の複数の層で構成されていても構わない。ただし、図に示したように単一の層で構成されているか、もしくは上層の厚みが下層レジストの厚みより薄い方が、条件の安定性の観点から望ましい。
【００４６】
上記のレジストパターン形成工程の後、形成されたレジストパターンをドライエッチング用マスクとして、コア層３ならびにクラッド層２のエッチングを行った。最後にオーバークラッド層６の形成を行い、導波路の製造プロセスを完了させた。
【実施例２】
【００４７】
以下、本発明の実施例２に係る製造方法に関し、同じく１×２分岐回路を例に採って説明を行う。本実施例は、実施例１の光導波路の製造方法において特定の条件を選択する事により、さらに低損失な分岐特性を得る事を可能としたものである。
【００４８】
実施例１のレジスト形成工程において、図３に示すように、コア層３の膜厚をｔ、ドライエッチング加工工程における、コア層３とレジスト４のエッチングレートの比をｋ（レジスト４のエッチングレートを１とすると、コア層３のエッチングレートがｋとなる。）とすると、分岐光導波路１０１のパターンの分岐起点における導波路間のギャップにおける残存レジストの膜厚をｔｓとすると、ｔｓ≧ｔ／ｋを満たし、かつ残存レジストのテーパ部分の長さＬｔが１００μｍ以上となるように、露光マスク形状および露光条件を選択した工程を含む事を特徴とする。具体的にはマスクパターンとしては分岐部から離れるにしたがいギャップ幅が増加するように設定を行う。露光条件にも依存するが、５μｍの厚いレジストを用いた場合、最小解像幅は１〜２μｍ程度とすることができるため、１００μｍ以上のテーパを形成するためには、分岐部起点のギャップ幅を最小解像幅から０．５μｍ程度少なく設定を行い、テーパ終端におけるマスク幅を最小解像幅となるように設定を行う。
【００４９】
本実施例による低損失分岐構造の製造方法においては、分岐前におけるレジスト４の残量ならびに、残存レジストのテーパ部分の長さが良好な特性を得るためには特に重要な働きを有している。分岐部におけるレジスト４の残量をパラメータに採り素子の分岐特性を検討した所、分岐起点の残存レジスト膜厚ｔｓ＜ｔ／ｋと設定した場合には、急速に損失が増加することが分かった。また、ｔｓ≧ｔ／ｋとした場合には、徐々に損失が増加する事が分かった。但し、膜厚ｔｓの変化に対する、損失の増加量はｔｓ＜ｔ／ｋと設定した場合に比べて、ｔｓ≧ｔ／ｋの場合には格段に小さくなることが分かった。
【００５０】
より詳細に検討を行ったところ、ｔｓ≧ｔ／ｋとした場合には、ドライエッチング後に形成される分岐構造の起点が設計したマスクの位置からずれてしまうものの、分岐起点における段差は小さいことがわかった。一方、分岐起点の残存レジスト膜厚ｔｓ＜ｔ／ｋと設定した場合には、分岐起点における段差が大きくなった。すなわち、分岐起点のずれよりも、分岐起点における段差の方が損失の大きな原因となっていることがわかった。
【００５１】
なお、被エッチング対象物とエッチングマスクのエッチングレートの比ｋは、高い方がパターンの変形が無いために好まれるが、今回の加工においては、ｋの値としては１．５〜３となるようにレジストを選択することが望ましいことが分かった。
【００５２】
ｋが１．５以下の場合には、エッチング対象物
とエッチングマスクの厚さがほぼ同程度と、非常に厚くなってしまうために、良好なテーパ形状が形成できないためと考えられる。
【００５３】
また、ｋが３以上の場合には、露光後のレジスト残り量のわずかな変化が、加工物に転写されるときに拡大されるため、散乱損失が増加するものと考えられる。
【００５４】
この傾向は１×２分岐回路よりも、ＡＷＧなどで用いられる１×多数本分岐回路において顕著であった。残存レジストのテーパ部分の長さＬｔが１００μｍ以下の場合、損失が急速に増加した。
【００５５】
図４はテーパ長とＡＷＧの過剰損失との関係を示したグラフであるが、同図を参照すれば１００μｍ以下では損失が急激に増加するのに対して１００μｍ以上では損失の減少がそれほど顕著ではないことが明確に分かる。ここで、テーパ長は２００μｍ以上であることが好ましい。ただ、製造上からはテーパ長をむやみに長くすることは好ましくないので、３００μｍ以下が好ましい。
【００５６】
また、最終的に形成されるコア層のテーパ部分の長さは、残存レジストのテーパ部分の長さＬｔよりも短くなる為、損失の作製ばらつきも大きくなった。以上の結果、残存レジストのテーパ部分の長さは１００μｍを超える長さであることが望ましい事が分かった。
【００５７】
また、マスクパターンとしては、図３中の点線に示したように線形なパターン３０１でも実現が可能ではあるが、図３中の実線のように導波路間のギャップの増加割合が小さくなるようなパターン３０２で設計を行う事がより長いテーパ領域を形成する上で特に有効となる。これにより、従来の設計よりも分岐部近傍に長いテーパ部分が形成され、分岐損失の小さい分岐導波路を作製することができた。
【００５８】
ここで、長いテーパ部分を形成する方法として、２つの導波路の分岐角度を低減させることによっても図３と同様な効果を得る事ができるが、図３のパターン３０２のマスクパターンを用いることにより分岐角度を大きくしても低損失の分岐導波路を作製できる事ができるため、小型化が可能である。
【００５９】
この設計の効果は図５のアレイ導波路格子のように、各々の導波路間の角度が素子の設計上の要因から固定されている場合、特に効果が高い。
【００６０】
本実施例により形成した光導波路を図５に示す。同図に点線で示したように従来パターン４０１が、各アレイ導波路４０４をより速やかに分離するために、分岐近傍のギャップ幅が急速に増加する構造になっているのに対して、本実施例に係る改良パターン４０２は、同図に実線で示すように、逆に分岐近傍のギャップの広がりが抑制される構造となる。さらに、分岐部から離れると今度はよりいっそう急激にギャップが広がるようになっている。すなわち、従来のパターンにおいては、分岐部近傍のギャップ幅の増加率をｋａ、離れた部分の増加率をｋｂとするとｋａ≧ｋｂを満たすようになっているのに対して、本実施例においては、分岐部近傍から、ギャップ幅の増加率がｋｃ，ｋｄ，ｋｂと変化していくとすると、ｋｃ＜ｋｄかつｋｄ＞ｋｂを満たすようになっている。より詳細には、図６に示すように、分岐部近傍のギャップ幅の増加率ｋcの領域の条件として領域長１００μｍ以上、分岐部起点のギャップ幅を最小解像幅から０．５μｍ程度少なく設定を行い、テーパ終端におけるマスク幅を最小解像幅となるように設定を行うことが望ましい。
【００６１】
この結果、分岐近傍ではギャップ幅の増加率が小さく、長いテーパを形成する事ができる。また、分岐から離れると、急激にギャップ幅が広がるようになっている為、テーパ長が長くなりすぎる事を避ける事ができる。テーパ部分の形状および長さを安定して制御できた。この結果、低損失かつ、損失特性の変動が少ないアレイ導波路格子の作製を安定して行う事が可能となった。
【実施例３】
【００６２】
以下、本発明の実施例３に係る製造方法の説明を行う。実施例１もしくは実施例２の光導波路の製造方法においては、コア層３およびクラッド層２を加工するドライエッチング条件については特に述べていなかったが、本実施例においては、特定のドライエッチング条件を選択する事により、作成時の損失特性の再現性および加工の容易性を飛躍的に高めたものである。すなわち、露光マスク５における導波路間のギャップ幅が０．５μｍ以上の場合、露光マスク５の導波路間のギャップ幅に対して、ドライエッチング時のエッチングレートの変動が１０％以下となる条件を選択するドライエッチング工程を含むことを特徴とする。但し、縮小投影露光装置を用いる場合には、同一のパターンを形成するために縮小率に応じて拡大したマスクを用いるものとする。
【００６３】
図７を用いて本実施例の効果について説明する。まず、ドライエッチングにおいては、パターンの密度に応じてエッチングレートが変化する事が良く知られている。これは、活性化したエッチングガスと、エッチングガスの分解生成物による堆積が同時並行的に進行しており、そのバランスによりエッチングレートが決定される為と考えられている。例えば、従来の作製技術によると、露光時のレジストのギャップパターン幅を図７（ｃ）のように変化させた場合、ドライエッチング工程で、図７（ｄ）に示したように、パターン幅によりエッチング深さを変化させる事ができる。
【００６４】
しかしながら、上述のとおりエッチングと堆積が同時並行的に進行しており、そのバランスによりエッチングレートが決定される結果、サンプルの状態などわずかな条件の変動によって作製される形状については大きな変動を生じる事になる。
【００６５】
一方、図７（ａ）の露光工程及び図７（ｂ）のドライエッチング工程に示すように、本実施例に係る製造方法による堆積を抑えたエッチング条件を用いれば、レジスト４のギャップパターン幅に対するエッチングレートの変動を小さく抑える事ができる。これは、堆積を抑えた条件では基本的にエッチングのみを進行させる事が出来るため、サンプルの状態などによるエッチング形状の変動は極めて小さくなった。この結果、露光条件によりレジスト形状を再現性良くテーパ状に作製しておけば、ドライエッチングの条件を固定する事ができるため、プロセス条件の決定を非常に簡略化することができた。
【００６６】
露光条件の維持管理は一つの基板で一括して把握することが可能であり、個別に一つ一つの条件の確認が必要なドライエッチング条件の維持管理に比べて、極めて短時間に把握する事が可能であるため、高い再現性を得ることが可能となった。
【００６７】
ここでギャップ部のマスク幅が０．５μｍ未満の場合においては、主としてレジスト４のパターンの再現性が低いため、再現性を得る事が困難であった。
【００６８】
なお、ギャップ幅に対するエッチングレートの変動が１０％以上の場合には、ギャップパターン幅が狭い領域のエッチングレートがサンプルの状態などにより急激に変化する傾向がみられる。このギャップパターン幅が狭い領域は、分岐の始点として特に重要であるが、エッチングレートの変動により、分岐始点の位置ずれ、もしくは、分岐始点に設計外の段差を生じ、損失を生じる原因となる。
【００６９】
具体的にエッチングレートの変動を１０％以下とする手段としては、エッチングガスの混合比を変える事により実現が可能である。例えば、ガラスのエッチングで一般的なＣＦ系のガスでは、通常主としてエッチングを行うガス（ＣＦ4等）に加えて、ＣやＨを多く含むガス（例えばＣＨ4等）を混合する。ＣやＨを多く含むガスは、ＣＦ系、ＣＨＦ系のポリマーが形成を促進する事が知られている。このため、これらのポリマーの堆積を促すガスの比率を減少させれば良い。
【実施例４】
【００７０】
以下、本発明の実施例４に係る製造方法の説明を行う。本実施例は実施例１〜３の光導波路の作製方法において、マスク設計条件を規定する事により、より低損失特性が得られるようにしたものである。すなわち、前記テーパ形成部分の露光マスク５の分岐起点における導波路ギャップパターンの幅を０．５μｍ以上、１μｍ以下と設計したマスクを利用する工程を用いることにより、顕著に損失を減少させる事ができた。但し、縮小投影露光装置を用いる場合には、同一のパターンを形成するために縮小率に応じて拡大したマスクを用いるものとする。
【００７１】
上述の如く顕著に損失を減少させることが出来た原因としてはまず、狭いギャップを用いるほど、露光マスク５から漏れた光の回折により形成される残存するレジストの膜厚の制御が容易になるためである。次に、作製する遷移領域１０２における導波路ギャップパターンの起点の幅が狭いほど、原理的な損失の低減が図れるためである。このため、ギャップパターン幅としては原理的には０μｍに近いほど好ましい。また、作製上も薄膜のレジストを用い、解像力の高い露光装置により露光を行えば０．５μｍ以下のパターンの製造も容易である。しかしながら、本作製工程においては、エッチング制御性の観点から厚いレジストを用いる事が望ましいため、０．５μｍ以下のパターンを安定して製造を行う事は容易ではない。また、作製を行った場合にも、損失や導波フィールドの乱れを生じるなど、分岐回路の特性上望ましくないことが分かった。また、導波路ギャップパターンの幅を１μｍより大きくした場合、損失の増加が顕著となった。
【００７２】
ここでは、本製造方法の適用例としてアレイ導波路格子素子の作製を行った。コア層３としては５μｍ厚、Δ１．５％とした。なお、通常石英ガラスで用いられているΔの値より高く設定しているが、Δの値が高いほど低損失化が困難であるため、Δの小さいものにおいては一層簡単に低損失な特性を得る事ができる。
【００７３】
図８にマスクギャップ幅に対する、ＡＷＧの透過ピーク波長における損失（最小損失）の変化を示した。横軸は分岐起点における導波路間のマスク上のギャップ幅であり、縦軸は、リファレンスの導波路に対するＡＷＧ回路の過剰損失を示した。ギャップ幅の起点を０．５μｍとした場合には、他の条件と比較して損失が１／２以下の０．６ｄＢと非常に低損失な特性を得られた（露光条件１）。また、ギャップ幅の起点を１μｍとした場合には、露光条件を変化させ、露光条件１よりレジストの残存量を増加させる事により、損失が最低となるギャップ幅を１μｍまで拡大することができた（露光条件２）。
【実施例５】
【００７４】
以下、本発明の実施例５に係る製造方法の説明を行う。本実施例は、実施例１〜４のドライエッチング用のエッチングマスクとして、ネガレジストによる露光パターンを用いる工程を含む事を特徴とする製造方法である。
【００７５】
本製造工程において、ネガレジストを用いた場合とポジレジストを用いる場合を比較すると、通常使用するマスクパターンを反転させておけば、ほぼ同一のパターンを形成することができるが、ポジレジストを用いる場合と比較してネガレジストを用いた方が、分岐光導波路１０１の分岐損失を低減する構造の作製には適しており、より良好な特性が得られる事が分かった。これは、ポジレジストパターンにおいては、導波路部分はマスクとして遮光パターンとなっており、ギャップ部分は光が透過するパターンとなっている。このため、ギャップ部分にテーパ構造を形成するには露光量を通常より減少させることが必要となる。この結果、通常パターンにおいてもパターン等の安定性が低下する。
【００７６】
一方、ネガレジストにおいては、導波路部分は透過パターンとなっており、ギャップ部分を遮光するパターンとなっている。このため、導波路ギャップ部分にテーパ構造を形成するには、露光量を増加させることになるが、露光量が増加するに従い、パターン幅の安定性が増す。この結果、安定した光量で露光する事が可能となり、再現性が向上する。以上の結果、ネガレジストでパターンを作製する事により、ポジレジストで作製する場合に比べ作製条件のトレランスを拡大する事が可能となり、分岐回路の損失の再現性が向上できた。
【実施例６】
【００７７】
以下、本発明の実施例６に係る製造方法の説明を行う。本実施例は実施例５に係る製造方法において、露光時に分岐導波路パターンを含むマスクを利用した露光に加えて、少なくとも導波路の分岐部近傍にパターンを有しない露光を併用する工程を含むことを特徴とする。
【００７８】
本発明の効果を、図９を用いて説明する。まず、通常工程に基づき分岐導波路パターンの露光マスク５を用いて露光を行う（図９（ａ））。次に、少なくとも、導波路の分岐部近傍にパターンを有しない露光を行う（図９（ｂ））。この時、導波路分岐部近傍に遮光する遮光パターン５ａを有しない露光マスク５を用いても構わないし、露光マスク５を用いずに露光を行っても構わない。通常の露光マスク５のみを利用した露光においては、露光マスク５に配置された導波路ギャップ部分の遮光パターンから漏れてきた光により、分岐部近傍の導波路間のギャップ部分も若干感光する。これにより、残存するレジストの厚さがギャップ部分の幅に依存して変化する（図９（ｃ））。一方、本実施例に係る製造方法では、さらにパターンを有しない露光を併用して実施する事により、遮光されていた領域にも均一に光が露光される。この結果、遮光された領域の露光量をかさ上げする効果が生じるため、同一のマスクを利用しても、導波路間のギャップ幅に対してレジストの残量を増加させることが可能となった（図９（ｄ））。これまでの記述では、分岐部起点のギャップ幅を最小解像度以下にすることによりテーパ形状の形成を行っていたが、本実施例に係る製造方法を用いることにより、最小解像度以上のマスク幅でもテーパ形状を形成することが可能となった。また、導波路間のギャップ幅に対するレジストの残存厚の依存性を検討すると、これも依存性を減少させる事が可能となった。これにより、同一のマスクを用いても、より長いテーパ部分を形成する事が可能となった。
【００７９】
さらに、パターンを有しない露光の露光量を変化させる事により、テーパの長さの制御も可能となった。これにより、同一の露光マスク５を用いても、より長いテーパを形成することが可能となるため、分岐損失の低減を図ることができた。なお、パターンを有しない露光においては、露光量を過大にしすぎると、全面が露光されることになり、通常の導波路パターンへの悪影響を生じるため、ネガレジストが解像する露光量の半分以下に抑えることが、良好なパターン形成のためには好ましい。また、パターンを有する露光量を調整すると、テーパの長さとテーパ起点のレジスト厚の両方を制御する事が可能になり有効である。
【００８０】
なお、ここで分岐部近傍とは、テーパが形成される領域に光を照射することができればよい為、分岐光導波路１０１の起点から５００μｍ以下程度の領域を示している。なお、露光時の合わせ精度を考えると、分岐光導波路１０１の分岐起点の手前部分１０μｍ程度にも露光を行う露光マスク５を用いれば、露光時の位置ずれが生じた場合の影響を抑える事ができる。また、テーパの分岐点の透過率が高く、分岐点から離れるに従い透過率が減少するグレーマスクを使用すると、露光条件に対するトレランスを更に拡大する事が可能となる。本製造方法を用いる事により、より確実に導波路ギャップ部に所望のレジストテーパ形状を得る事が可能となるため、分岐光導波路の分岐損失を安定して提言することが可能となる。
【００８１】
以上の説明では、説明の簡略化のため、マスクパターン幅として縮小を用いない場合の値を示しているが、縮小投影露光装置を用いた場合には、マスクパターン幅としては、縮小率に応じて拡大した値に設定するものとする。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、光通信、光信号処理又はセンサー等の産業分野で有効に利用し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態に係る基本的な製造工程を概念的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施例１に係る製造方法により得るレジストパターンを示す模式図及び断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係る製造方法により得るレジストパターンを示す模式図及び断面図である。
【図４】上記実施例２において、テーパ長に対するＡＷＧ過剰損失特性を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例２に係る製造方法をアレイ導波路格子に適用した場合の態様を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例２において、ギャップ幅の増加率を従来技術との比較において示すグラフである。
【図７】本発明の実施例３に係る製造方法を従来技術との比較において示す説明図である。
【図８】本発明の実施例４に係る製造方法により得るアレイ導波路格子におけるマスクギャップ幅に対する損失特性を示す特性図である。
【図９】本発明の第６の実施例に係る製造方法を示す説明図である。
【図１０】従来技術に係る分岐光導波路の分岐損失を低減する構造を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
１        基板
２        クラッド層
３        コア層
４        レジスト
５        露光マスク
６        オーバークラッド層
１０１      分岐光導波路
１０２      遷移領域
４０１      従来パターン
４０２      改良パターン
４０３      スラブ導波路
４０４      アレイ導波路
４０５      入力導波路
４０６      出力導波路  ４０１  線形なパターン
【図１】
2005241915.tif 000003
【図２】
2005241915.tif 000004
【図３】
2005241915.tif 000005
【図４】
2005241915.tif 000006
【図５】
2005241915.tif 000007
【図６】
2005241915.tif 000008
【図７】
2005241915.tif 000009
【図８】
2005241915.tif 000010
【図９】
2005241915.tif 000011
【図１０】
2005241915.tif 000012