(57)【要約】【課題】  種々の光学分野で利用し得るようにＤＬＣ（ダイアモンド状カーボン）膜を簡便かつ低コストで改質する。【解決手段】  ＤＬＣ膜（２）の改質方法においは、ＤＬＣ膜（２）の少なくとも一部の領域（２ｂ）に粒子線またはエネルギ線（６）を照射することによって、その領域（２ｂ）の屈折率を高めるように改質することを特徴としている。【選択図】        図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイアモンド状カーボン（ＤＬＣ）膜の少なくとも一部の領域に粒子線またはエネルギ線を照射することによって、その領域の屈折率を高めるように改質することを特徴とするＤＬＣ膜の改質方法。
【請求項２】
前記粒子線はイオンビームまたは電子線から選択され、前記エネルギ線はＸ線またはγ線から選択されることを特徴とする請求項１に記載のＤＬＣ膜の改質方法。
【請求項３】
前記イオンビームはヘリウムまたは水素のイオンビームであることを特徴とする請求項２に記載のＤＬＣ膜の改質方法。
【請求項４】
前記電子線の加速エネルギが１〜３０ｋｅＶの範囲内にあることを特徴とする請求項２に記載のＤＬＣ膜の改質方法。
【請求項５】
前記イオンビームは、注入されるイオンの大部分が前記ＤＬＣ膜の表面から浅い第１深さからその第１深さより深くかつそのＤＬＣ膜の底面より浅い第２深さまでの間に留まるように設定された加速エネルギが付与されることを特徴とする請求項２または３に記載のＤＬＣ膜の改質方法。
【請求項６】
前記改質の前において、前記ＤＬＣ膜は１．５０以上１．５５以下の屈折率を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のＤＬＣ膜の改質方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の方法によって改質されたＤＬＣ膜であって、所定のパターンで屈折率が高められた領域を含むことを特徴とするＤＬＣ膜。
【請求項８】
請求項５に記載の方法によって改質されたＤＬＣ膜であって、前記ＤＬＣ膜の表面から浅い第１深さからその第１深さより深くかつＤＬＣ膜の底面より浅い第２深さまでの間に屈折率の高い領域を含んでいることを特徴とするＤＬＣ膜。
【請求項９】
少なくとも一部の領域において屈折率が高められていることを特徴とするＤＬＣ膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の光学分野で利用し得るようにＤＬＣ（ダイアモンド状カーボン）膜を改質する方法に関する。たとえば、ＤＬＣ膜を局所的に改質することによって、光通信分野において利用される光導波路を形成することができる。
【背景技術】
【０００２】
光導波路は、基板表面に光を閉じ込めて、その光波を導くためのものである。そのような光導波路は、光通信分野において、たとえば光分岐回路、光結合回路、さらには光電子集積回路（ＯＥＩＣ）などに利用され得るものである。先行技術による光導波路の形成方法の一例が、図１２から図１７の模式的な断面図で図解されている（特開平５−２１００１９号公報参照）。
【０００３】
図１２において、シリコン基板１１の一主面上に、下部クラッド層としてのシリコン酸化膜１１ａが熱酸化によって形成される。シリコン酸化膜１１ａ上には、コア層としてのシリコン酸化膜１２が火炎堆積（ＦＨＤ）法を利用して形成される。火炎加水分解反応を利用するＦＨＤ法においては、多孔質のシリコン酸化膜が形成され、これを加熱することによって緻密化と透明化が行われる。また、コア層１２には、その屈折率を高めるために、たとえばＧｅがドープされる。コア層１２上には、後でコア層１２をドライエッチングするときのマスクを形成するために利用されるマスク層１３として、たとえば非晶質シリコン層がたとえば化学気相堆積（ＣＶＤ）法によって形成される。
【０００４】
図１３においては、コア層１２をパターン化するために利用されるレジストパターン１４が、マスク層１３上でフォトリソグラフィを利用して形成される。そして、このレジストパターン１４をマスクとして非晶質シリコンのマスク層１３がエッチングされ、図１４に示されているようにマスクパターン１３ａが形成される。
【０００５】
図１５においては、非晶質シリコンのマスクパターン１３ａをマスクとして、コア層１２がドライエッチングによってパターン化される。その後に、図１６に示されているように、マスク１３ａが除去される。ここで、形成されたコア部１２ａは、図面の紙面に直交する方向に延びている。
【０００６】
図１７においては、コア部１２ａを覆うように上部クラッド層１５が形成される。この上部クラッド層１５としては、たとえばフッ素をドープして低屈折率にされたシリコン酸化膜をＦＨＤ法で形成することができる。
【特許文献１】特開平５−２１００１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のような先行技術による光導波路を形成する方法においては、図１２におけるようにＦＨＤ法でコア層１２を堆積する場合に、広い面積にコア層１２を形成するためには、その広い面積全体に火炎トーチを走査しなければならない。また、ＦＨＤ法で堆積されるシリコン酸化物層は多孔質なので、これを緻密化して透明化するために、熱処理をしなければならない。このように、コア層１２としてシリコン酸化物層を形成する従来の方法は、結構手間とコストを要するものである。
【０００８】
また、図１５におけるようにシリコン酸化物層１２をドライエッチングしてコア部１２ａを形成するとき、エッチングガスとして、一般にＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、ＳＦ6、ＮＦ3などが用いられる。これらのガスは、地球温暖化作用のあるガスとして知られており、また極めて反応性が高くて毒性の強いフッ素を含んでいる。すなわち、シリコン酸化物層のドライエッチング装置は高い耐腐食性を有していなければならず、また排ガスを完全に無毒化できてかつ耐腐食性の排ガス処理装置をも必要とする。このように、シリコン酸化物層のドライエッチングも、手間とコストを要するものである。
【０００９】
以上のような先行技術の例示に鑑み、本発明は、種々の光学分野で利用し得るようにＤＬＣ（ダイアモンド状カーボン）膜を比較的簡便にかつ低コストで改質することを主要目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるＤＬＣ膜の改質方法においては、ダイアモンド状カーボン（ＤＬＣ）膜の少なくとも一部の領域に粒子線またはエネルギ線を照射することによって、その領域の屈折率を高めるように改質することを特徴としている。
【００１１】
そのような粒子線はイオンビームまたは電子線から選択され、エネルギ線はＸ線またはγ線から選択され得る。また、イオンビームは、ヘリウムまたは水素のイオンビームであり得る。電子線の加速エネルギは、１〜３０ｋｅＶの範囲内にあることが好ましい。
【００１２】
イオンビームに関しては、注入されるイオンの大部分がＤＬＣ膜の表面から浅い第１深さからその第１深さより深くかつそのＤＬＣ膜の底面より浅い第２深さまでの間に留まるように設定された加速エネルギを付与することもできる。
【００１３】
上述のような改質の前において、ＤＬＣ膜は１．５０以上１．５５以下の屈折率を有していることが好ましい。
【００１４】
以上のような改質方法によって、所定のパターンで屈折率が高められた領域を含むＤＬＣ膜を簡便かつ低コストで得ることができる。また、イオンビームのエネルギを調節することによって、ＤＬＣ膜の表面から浅い第１深さからその第１深さより深くかつＤＬＣ膜の底面より浅い第２深さまでの間に屈折率の高い領域を含んでいるＤＬＣ膜を得ることもできる。そして、本発明の結果として、少なくとも一部の領域において屈折率が高められているＤＬＣ膜を簡便かつ低コストで得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、種々の光学分野で利用し得るようにＤＬＣ（ダイアモンド状カーボン）膜を比較的簡便にかつ低コストで改質することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施形態１）
図１から図６において、本発明の実施形態１による光導波路の形成方法が、模式的な断面図で図解されている。なお、本願の各図において、長さ、幅、厚さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わしてはいない。また、各図において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わしている。
【００１７】
図１において、たとえば石英ガラスの基板１上にダイアモンド状カーボン（ＤＬＣ）層２がＣＶＤ（化学気相堆積）法によって堆積される。このＤＬＣ層は、光通信においておもに利用される波長１．０μｍ〜１．５μｍの光に対して良好な透過性を有し得る。ＤＬＣ層２をＣＶＤ法で堆積する場合、シリコン酸化物層をＦＨＤ法で堆積する場合のように火炎トーチを走査する必要がなく、大きな面積の基板上においても均一な質と厚さのＤＬＣ層を堆積することができる。純粋の石英ガラスは１．４４の屈折率を有するのに対して、ＤＬＣ層は遥かに大きな１．５０の屈折率を有し得るので、石英ガラス基板１は下部クラッド層として利用でき、ＤＬＣ層２はコア層として利用し得る。
【００１８】
ＤＬＣ層２上には、後でＤＬＣ層２をドライエッチングするときのマスクを形成するために利用されるマスク層３が堆積される。このようなマスク層３は、たとえばＡｌ層で形成することができ、Ａｌ層はたとえば真空蒸着によって容易に堆積させることができる。
【００１９】
図２においては、マスク層３上に、フォトレジストパターン４がフォトリソグラフィを利用して形成される。そして、このレジストパターン４をマスクとしてＡｌ層３をエッチングし、図３に示されているように、Ａｌマスクパターン３ａが形成される。この場合、Ａｌマスク３ａは、図３の紙面に直交する方向に延びている。
【００２０】
図４において、Ａｌマスク３ａを利用しながら、ＤＬＣ層２をドライエッチングし、パターン化されたコア部２ａが形成される。このとき、エッチングガスとしては、たとえば酸素ガスを用いることができる。当然ながら、酸素ガスは、従来技術のたとえばＣＦ4エッチングガスように地球温暖化作用を有さず、また腐食性が強くかつ有害なフッ素を含んでもいない。したがって、ドライエッチング装置が高い耐腐食性を有する必要がなく、高コストの排ガス処理装置を備えることをも必要としない。ドライエッチングによってコア部２ａが形成された後には、図５に示されているように、Ａｌマスク３ａが除去される。
【００２１】
図６において、コア部２ａを覆うように上部クラッド層５が堆積される。この上部クラッド層５として、シリコン酸化膜をＦＨＤ法またはＣＶＤ法で堆積することができる。こうして、実施形態１による光導波路を得ることができる。
【００２２】
ただし、上部クラッド層５として、ＤＬＣ膜を堆積させてもよい。ＤＬＣ膜は、それに含まれる水素（または窒素）の含有量を調整することによってその屈折率を制御することができる。より具体的には、水素濃度を高めることによってＤＬＣ膜の屈折率を低減させることができる。すなわち、コア部とクラッド部の双方をＤＬＣで形成することも可能である。したがって、図１から図６において基板１の石英ガラスが下部クラッド層として用いられていたが、適当な基板上に形成されたＤＬＣ膜の下部クラッド層上にＤＬＣコア部を有する光導波路を形成することもできる。
【００２３】
（実施形態２）
図７から図９は、本発明の実施形態２による光導波路の形成方法を模式的な断面図で図解している。まず、図７において、たとえば石英ガラスの基板１上に、所定の屈折率を有するＤＬＣ層２が堆積される。本実施形態２においては、実施形態１におけるようなマスク層３を必ずしも必要としない。
【００２４】
図８において、ＤＬＣ層２の所定領域に粒子線またはエネルギ線６を照射することによって、パターン化されたコア部２ｂが形成される。すなわち、ＤＬＣは、粒子線またはエネルギ線を照射することによって、その照射領域における屈折率を高めることが可能である。そのような粒子線として、たとえばイオンビームや電子ビームを利用することができる。イオンビームとしては、たとえばヘリウムや水素のイオンを利用することができる。また、エネルギ線としては、Ｘ線やγ線を利用することができる。
【００２５】
イオンビームや電子ビームのような荷電粒子線６を照射する場合、荷電粒子線は電界または磁界によって収束させて走査させることができるので、パターン化されたコア部２ｂを形成するときに、必ずしもパターン化のためのシールドマスクを必要としない。Ｘ線やγ線のようなエネルギ線６を照射する場合でも、エネルギ線はスリットやコリメータを通すことによって細束化できる。そして、その細束エネルギ線に対して相対的にコア層２を走査させることによって、パターン化されたコア部２ｂを形成することができるので、必ずしもパターン化のためのシールドマスクを必要としない。ただし、粒子線やエネルギ線の照射に際して、望まれる場合には適当なシールドマスクを用いてもよいことは言うまでもない。
【００２６】
なお、図８においては、コア部２ｂの底面がＤＬＣ層２の底面より浅くなっている。この場合、コア部２ｂの底面下に存在するＤＬＣ層部分が下部クラッド層として作用し得る。ただし、ＤＬＣ層２の底面に至るようにコア部２ｂが形成されてもよいことは言うまでもなく、その場合には石英ガラス基板１が下部クラッド層として作用する。コア部２ｂの底面の深さは、照射する粒子線またはエネルギ線６のエネルギレベルを調節することによって制御することができる。
【００２７】
図９においては、実施形態１の場合と同様に、シリコン酸化膜またはＤＬＣ膜からなる上部クラッド層５ａが堆積される。こうして、実施形態２による光導波路を得ることができる。
【００２８】
（実施形態３）
図１０と図１１は、本発明の実施形態３による光導波路の形成方法を模式的な断面図で図解している。まず、図１０において、たとえば石英ガラスの基板１上に、所定の屈折率を有するＤＬＣ層２が堆積される。本実施形態３においても、実施形態１におけるようなマスク層３を必ずしも必要としない。
【００２９】
図１１において、実施形態２の場合に類似して、ＤＬＣ層２に対して所定のパターンでイオンビーム６ａを走査しながら照射することによって、所定のパターン化されたコア部２ｃが形成される。図１１におけるコア部２ｃが図８におけるコア部２ｂと異なる点は、図８においてはコア部２ｂがＤＬＣ層２の表面から所定深さまで形成されるのに対して、図１１においてはコア部２ｃがＤＬＣ層２の表面下の第１深さからそれより深い第２深さまで形成されることである。
【００３０】
一般に、イオンを物体の表面から注入する場合、そのイオンの加速エネルギが小さいときには、注入されたイオンのほとんどがその物体の表面に極めて近い領域のみに留まる。しかし、イオンの加速エネルギが大きい場合には、注入されたイオンの大部分は物体表面に極めて近い領域には留まらず、一定深さ以上貫通する。そして、或る深さ以上でイオンの滞留密度が増大し、深さの増大に伴ってイオンの滞留密度の極大値を生じた後にその密度が急減する。
【００３１】
したがって、注入されるイオンの加速エネルギの大きさを適切に調節することによって、図１１に示されているように、ＤＬＣ層２の表面下の第１深さからそれより深い第２深さまでのコア部２ｃを形成することが可能である。この場合、コア部２ｃの上面上にＤＬＣ層２の一部が存在し、これが上部クラッド層として作用し得るので、実施形態１や２における上部クラッド層５や５ａを別途に形成することを省略することができる。こうして、実施形態３による光導波路が得られる。
【００３２】
なお、図８に類似して、図１１においてもコア部２ｃの底面がＤＬＣ層２の底面より浅くなっているが、ＤＬＣ層２の底面に至るようにコア部２ｃが形成されてもよいことは言うまでもなく、その場合には石英ガラス基板１が下部クラッド層として作用し得る。
【実施例】
【００３３】
本発明の実施例による光導波路の一例として、実施形態２に対応するいくつかの光導波路が作製された。まず、図７を参照して、１０ｍｍ×１０ｍｍの主面を有するＳｉＯ2基板１上に、厚さ１０μｍのＤＬＣ層２がプラズマＣＶＤによって堆積された。
【００３４】
次に、図８に図解されているように、幅１０μｍの電子ビーム６を走査しながら照射することによって、長さ１０ｍｍのコアライン２ｂを形成した。このとき、電子線照射前のＤＬＣ層２は１．５５の屈折率を有していたが、電子線照射後のコアライン２ｂは１．５６に高められた屈折率を有していた。
【００３５】
その後、図９に図解されているように、ＳｉＯ2の上部クラッド層５ａがプラズマＣＶＤで形成された。こうして得られた光導波路のコアライン２ｂの一方端から光ファイバによって波長１．５５μｍの光を導入したところ、伝送損失が１０ｄｂ／ｃｍの光導波路が得られた。
【００３６】
なお、ＤＬＣの屈折率を高めるために電子線を利用する場合、その加速エネルギは約１〜３０ｋｅＶ程度であることが好ましい。当然に電子の加速エネルギが大きくなればＤＬＣ内への電子の侵入は深くなり得るが、ＤＬＣ中の原子との相互作用はむしろ小さくなると考えられる。たとえば２ＭｅＶのように非常に高い加速エネルギを有する電子線を照射した場合、その照射領域におけるＤＬＣの屈折率の上昇はほとんど観察されなかった。
【００３７】
他方、電子ビームはイオンビームに比べて容易に得ることができ、かつその収束や走査などの制御が容易である。したがって、複雑なコアパターンを形成する場合に、電子線照射は好ましく利用され得る。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、種々の光学分野で利用し得るようにＤＬＣ（ダイアモンド状カーボン）膜を比較的簡便にかつ低コストで改質することができる。そして、たとえば、光通信分野において利用される光導波路を簡便かつ低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態１による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態１による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施形態１による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図４】本発明の実施形態１による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図５】本発明の実施形態１による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図６】本発明の実施形態１による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図７】本発明の実施形態２による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図８】本発明の実施形態２による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図９】本発明の実施形態２による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図１０】本発明の実施形態３による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図１１】本発明の実施形態３による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図１２】先行技術による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図１３】先行技術による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図１４】先行技術による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図１５】先行技術による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図１６】先行技術による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【図１７】先行技術による光導波路の形成方法を図解する模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  石英ガラス基板、２  ＤＬＣ層、２ａ、２ｂ、２ｃ、  コア部、３  Ａｌマスク層、３ａ  Ａｌマスク、４  フォトレジストパターン、５、５ａ  上部クラッド層、６  粒子線またはエネルギ線。
【図１】
2005031694.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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