(57)【要約】ＲＩＥのごときエッチング対象のデバイスそのものが発熱するようなエッチング伴ってデバイスを製造する際に、エッチング精度を高精度とするとともに、製造コストを抑制させることができるようにした、デバイスの製造方法である。  フェノール系樹脂を主成分とした感光性樹脂をデバイス面上に塗布する塗布工程と、該感光性樹脂が塗布されたデバイス面について、所望のパターンで露光することにより、上記パターンを該感光性樹脂の塗布面に転写する転写工程と、上記パターンが転写されたデバイスについて現像処理を施す現像工程と、該現像処理によって現像された該感光性樹脂のパターンをマスクパターンとして、該デバイス面についてエッチングを行なうエッチング工程と、をそなえて構成する。
2004025342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェノール系樹脂を主成分とした感光性樹脂をデバイス面上に塗布する塗布工程と、
該感光性樹脂が塗布されたデバイス面について、所望のパターンで露光することにより、上記パターンを該感光性樹脂の塗布面に転写する転写工程と、
上記パターンが転写されたデバイスについて現像処理を施す現像工程と、
該現像処理によって現像された該感光性樹脂のパターンをマスクパターンとして、該デバイス面についてエッチングを行なうエッチング工程と、
をそなえて構成されたことを特徴とする、デバイス製造方法。
【請求項２】
該エッチング工程を、反応性イオンエッチングを行なう工程としたことを特徴とする、請求の範囲第１項記載のデバイス製造方法。
【請求項３】
上記の塗布工程において感光性樹脂が塗布されるデバイスが、基板上にクラッド層が形成されるとともに該クラッド層上にコア層が形成されてなり、
且つ、該エッチング工程により、上記のコア層とともに、クラッド層の一部または全てをエッチングすることにより、所望の層形状を形成することを特徴とする、請求の範囲第１項記載のデバイス製造方法。
【請求項４】
上記の塗布工程において感光性樹脂が塗布されるデバイスが、基板上に第１クラッド層が形成され、該第１クラッド層上にコア層が形成されるとともに、該コア層上に第２クラッド層が形成されてなり、
且つ、該エッチング工程により、上記の第１クラッド層，第２クラッド層およびコア層の一部または全てをエッチングすることにより、所望の層形状を形成することを特徴とする、請求の範囲第１項記載のデバイス製造方法。
【請求項５】
該塗布工程において塗布される感光性樹脂には、エポキシ系化合物が添加されていることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項記載のデバイス製造方法。
【請求項６】
上記の感光性樹脂に添加するエポキシ系化合物の割合を、１パーセント〜５パーセントとすることを特徴とする、請求の範囲第５項記載のデバイス製造方法。
【請求項７】
該塗布工程において塗布される感光性樹脂には、メラミン系化合物が添加されていることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第６項のいずれか１項記載のデバイス製造方法。
【請求項８】
上記の感光性樹脂に添加するメラミン系化合物の割合を、１パーセント〜１０パーセントとすることを特徴とする、請求の範囲第７項記載のデバイス製造方法。
【請求項９】
該感光性樹脂の主成分となるフェノール系樹脂の割合を、２５パーセント〜３５パーセントとしたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項記載のデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、デバイス製造方法に関し、例えば光通信分野に用いられる光伝送装置に不可欠な平面光波回路デバイスを製造する際に用いて好適な、デバイス製造方法に関する。
【背景技術】  通信トラフィックの増大に伴い、波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）を用いた大容量光ネットワークの構築が進められている。このＷＤＭ光伝送システムの小型化・低コスト化には、大量生産が可能な平面光波回路（Ｐｌａｎｅｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）型集積素子の適用が有望である。
図４（ａ）〜図４（ｅ）は、従来用いられているＰＬＣ型集積素子としての石英系平面光波回路デバイス１００の製造工程を示す図である。この図４（ａ）〜図４（ｅ）に示す工程により光導波路デバイス１００を製造するにあたっては、まず、火炎堆積（Ｆｌａｍｅ  Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＦＨＤ）法や化学気相堆積（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）法などを用いて基板１１０上に珪素ガラスによる下部クラッド層１２０およびコア層１３０を堆積する〔下板成膜，図４（ａ）参照〕。
ついで、堆積されたコア層１３０上に、フォトリソグラフィにより導波路パターンをなすフォトレジスト１５１，１５２を、次の工程における反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ，ＲＩＥ）法のマスクとして形成する〔図４（ｂ）参照〕。このフォトレジストとしては、例えばノボラック樹脂を主成分とする５μｍ厚単層マスクを用いることができる。
すなわち、このようなフォトレジストがパターニングされたデバイスについて、ＲＩＥ法を用いたＣＦ系ガスのドライエッチングによって加工することにより、マスクされた部分以外の不要部分を除去して導波路コア１３１，１３２を形成する〔ＲＩＥ法によるコア加工，図４（ｃ）参照〕。その後、有機溶剤による洗浄やアッシングなどの手法により、フォトレジスト１５１，１５２を除去する〔図４（ｄ）参照〕。
さらに、ＲＩＥ法により導波路コア１３１，１３２が形成されフォトレジスト１５１，１５２が除去されたデバイスについて、珪素ガラスを堆積することにより上部クラッド層１４０を形成する〔図４（ｅ）参照〕。これにより、導波路コア１３１，１３２を埋め込んで、平面光波回路デバイス１００が形成される。尚、上述のＲＩＥ法によるドライエッチングを行なうにあたって、断熱効果や遮光効果を得るために、クラッド層１３１およびコア層１３２の一部を基板１１０の表面まで、または基板１１０の途中までエッチングする場合もある。
また、上述の導波路コアを形成する際のドライエッチングのためのマスクとしては、図４に示すフォトレジスト１５１，１５２のほかに、高耐熱性樹脂もしくはクロムなどの金属からなる層およびフォトレジスト層からなる、例えば図５（ａ）〜図５（ｃ）の工程により形成される２層マスクを用いることも考えられている。
すなわち、図５（ａ）に示すように、基板１１０上に下部クラッド層１２０およびコア層１３０が形成されたものについて、コア層１３０の全面にポリイミドなどの高耐熱性樹脂もしくはクロム，銅などの金属からなる下層マスクのための層１６０を形成する。次いで、導波路コアパターンをなすフォトレジスト１７１，１７２を、フォトリソグラフィにより層１６０上に形成する。
ついで、図５（ｂ）に示すように、ＲＩＥ法によるエッチングを行なうことにより、導波路コアパターンをなす下層マスク１６１，１６２を形成する。このとき、層１６０が耐熱性樹脂からなる場合は酸素ガスが用いられ、層１６０が金属からなる場合は塩素ガスなどを用いてエッチングが行なわれる。
このように形成された下層マスク１６１，１６２および上層のフォトレジスト１７０によりなる２層のマスク１５１，１５２，１６１，１６２が形成されると、次いで、ＣＦ系ガスを用いたＲＩＥ法によるエッチングを行なうことにより、導波路コア１３１，１３２を形成する〔図５（ｃ）参照〕。尚、特開平１０−１４２４３８号公報においては、図５（ｂ）の下層マスクとして銅を用いる例が記載されている。
しかしながら、上述の図４（ａ）〜図４（ｅ）に示すデバイス製造方法においては、ＲＩＥ工程の際のマスクとして用いられるフォトレジストは、珪素ガラスのドライエッチング中に、基板１１０に発生する熱により熱変形を起こすため、マスクとしてのパターンが変形して、導波路コアの形成精度にバラツキが生じるという課題がある。
換言すれば、上述の図４（ａ）〜図４（ｅ）に示す手法においては、ＲＩＥ工程中において基板１１０に発生する熱により、フォトレジスト幅が収縮して、コア側面形状が上部で傾斜してしまうため、導波路コアの形を安定的に精度高く形成する際に支障が生じていた。
すなわち、ＲＩＥ法のごときエッチングによる珪素ガラスエッチングプロセスにおいては、マスクの熱変形による精度劣化の抑制、およびコア幅のバラツキ低減が不可欠である。特に、ＲＩＥ法によりアレイ導波回路格子（Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ，ＡＷＧ）を製造する際には、上述のマスクの熱変形に起因するコア幅のバラツキによって、規定された波長間隔の光の分波・合波を行なうための正確な光路長差を設けることが困難となる場合がある。
また、高速大容量通信にむけてＰＬＣの低コスト化・高集積化が要求される中、コア部分とクラッド部分の比屈折率差が大きい構造（高Δ構造）を用いることにより、高集積化されたＰＬＣデバイスを実現できるが、この高Δ構造においてはコア幅を小さくしなければならないため、上述のごとき光導波路の加工バラツキをより小さくする必要がある。
そこで、ＲＩＥ工程の際のマスクとして、上述の図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、金属もしくはポリイミドなどの高耐熱性樹脂の層１６１，１６２上にフォトレジスト１７１，１７２を配した２層構造マスクを用いることで、導波路コアの形成精度を改善することも考えられている。
しかしながら、この手法においても、下層マスク１６１，１６２のパターニングのために別途のＲＩＥ工程が必要となり、低コスト化が困難となるほか、工程数が多いことから単層マスクに比べて下層マスクのＲＩＥ工程でのプロセス誤差が累積し、加工バラツキが増大するという課題もある。
すなわち、下層マスク１６１，１６２のＲＩＥにより、下層マスク１６１，１６２の膜厚のバラツキ、下層マスク１６１，１６２のエッチレートのバラツキ、又はマスク層横方向エッチングのバラツキなどが累積するのである。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ＲＩＥのごときエッチング対象のデバイスそのものが発熱するようなエッチング伴ってデバイスを製造する際に、エッチング精度を高精度とするとともに、製造コストを抑制させることができるようにした、デバイス製造方法を提供することを目的とする。
【発明の開示】
このため、本発明のデバイス製造方法は、フェノール系樹脂を主成分とした感光性樹脂をデバイス面上に塗布する塗布工程と、該感光性樹脂が塗布されたデバイス面について、所望のパターンで露光することにより、上記パターンを該感光性樹脂の塗布面に転写する転写工程と、上記パターンが転写されたデバイスについて現像処理を施す現像工程と、該現像処理によって現像された該感光性樹脂のパターンをマスクパターンとして、該デバイス面についてエッチングを行なうエッチング工程と、をそなえて構成されたことを特徴としている。
これにより、塗布工程，転写工程および現像工程により、デバイスを製造するに際して、エッチング工程の前段において形成されるマスクとして、従来よりのフォトレジストよりも熱変形が少なくかつパターニング精度の高い感光性樹脂を単層マスクを形成することができるので、反応性イオンエッチングのごときデバイスに対する発熱を伴うエッチングを行なう際に、マスクとして単層マスクを用いた場合であっても当該発熱によるマスクの熱変形を抑制させることができる。即ち、この熱変形によるエッチング精度劣化、即ち製造されたデバイスの製造誤差を抑制させ、エッチング精度を大幅に向上させることができる利点がある。
また、２層マスクの場合よりも、下層マスクをエッチングするための反応性イオンエッチングのための工程を省略できるため、作業工数を少なくして製造コストを低減させることができるほか、さらにプロセス誤差の累積も小さくなり、加工精度を大幅に向上させることができる利点もある。
特に、平面光波回路デバイスを製造する際においては、平面光波回路デバイスとしての高性能化、高集積化を図ることも可能となる。
この場合においては、好ましくは、エッチング工程を、反応性イオンエッチングを行なう工程とすることができる。
さらに、好ましくは、上記の塗布工程において感光性樹脂が塗布されるデバイスが、基板上にクラッド層が形成されるとともに該クラッド層上にコア層が形成されてなり、且つ、該エッチング工程により、上記のコア層とともに、クラッド層の一部または全てをエッチングすることにより、所望の層形状を形成することとしてもよい。
また、上記の塗布工程において感光性樹脂が塗布されるデバイスが、基板上に第１クラッド層が形成され、該第１クラッド層上にコア層が形成されるとともに、該コア層上に第２クラッド層が形成されてなり、且つ、該エッチング工程により、上記の第２クラッド層およびコア層とともに、第１クラッド層の一部または全てをエッチングすることにより、所望の層形状を形成することとしてもよい。
さらに、該塗布工程において塗布される感光性樹脂には、エポキシ系化合物を添加することができ、これにより、耐熱性をより高めることができるようになっている。この場合において、好ましくは、上記の感光性樹脂に添加するエポキシ系化合物の割合を、１パーセント〜５パーセントとする。
また、該塗布工程において塗布される感光性樹脂には、メラミン系化合物を添加することができ、これにより、耐熱性をより高めることができるようになっている。この場合において、好ましくは、上記の感光性樹脂に添加するメラミン系化合物の割合を、１パーセント〜１０パーセントとする。
さらに、好ましくは、該感光性樹脂の主成分となるフェノール系樹脂の割合を、２５パーセント〜３５パーセントとする。
【図面の簡単な説明】  図１（ａ）〜図１（ｄ）および図２（ａ）〜図２（ｄ）は本発明の第１実施形態にかかるデバイス製造方法を説明するための模式図である〜である。
図３（ａ）〜図３（ｄ）は本発明の第２実施形態にかかるデバイス製造方法を説明するための模式図である。
図４（ａ）〜図４（ｅ）および図５（ａ）〜図５（ｃ）は、従来用いられているＰＬＣ型集積素子としての石英系平面光波回路デバイス１００の製造工程を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
［Ａ］本発明の第１実施形態の説明
図１（ａ）〜図１（ｄ）および図２（ａ）〜図２（ｄ）は本発明の第１実施形態にかかるデバイス製造方法を説明するための模式図であるが、これらの図１（ａ）〜図１（ｄ）および図２（ａ）〜図２（ｄ）に示す製造方法においては、平面光波回路デバイス２００を製造するに際して、エッチング工程の前段において形成されるマスクとして、従来よりのフォトレジストよりも熱変形が少なくかつパターニング精度の高い感光性樹脂を単層マスクとして用いることにより、製造工程における工数を削減させるとともに、加工精度を向上させるようになっている。
ここで、第１実施形態における方法により平面光波回路デバイス２００を製造するにあたっては、まず図１（ａ）に示すように、例えば１ｍｍ厚程度で直径６インチ程度のシリコン基板２１０上に、常圧ＣＶＤ装置を用いることにより（常圧ＣＶＤ法で）、厚さ２０μｍの程度のホウ素燐ケイ酸ガラス（Ｂｏｒｏ−ＰｈｏｓｐｈｏＳｉｌｉｃａｔｅｄ  Ｇｌａｓｓ：ＢＰＳＧ）膜による下部クラッド層２２０とともに、厚さ４μｍ〜７μｍ程度のゲルマニウム燐ケイ酸ガラス（Ｇｅｒｍａｎ−Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅｄ  Ｇｌａｓｓ：ＧＰＳＧ）膜によるコア層２３０を堆積する。
ついで、フェノール系樹脂を主成分とした感光性樹脂２５０を、デバイス面上、即ち堆積されたコア層２３０上に塗布する〔塗布工程，図１（ｂ）参照〕。この感光性樹脂２５０としては、例えばスピンコータを用いることにより３〜４μｍ程度塗布することができる。次いで、塗布した感光性樹脂２５０を乾燥させるためにベーク炉等でプリベーク工程を行なう。ここで、感光性樹脂２５０は、フェノール系樹脂を主成分としたものであるため、後段の工程におけるＲＩＥ法によるエッチングにおいて発生する熱に対する耐性が強く、形状の変化がフォトレジストよりも小さいものである。
このとき、上述のコア層２３０上に塗布された感光性樹脂２５０としては、低分子量フェノール系樹脂を１〜１０％、架橋ゴム（ＮＢＲ系）を１〜５％とし、トリアジン系感光剤を０．１〜２％、乳酸エチルを５０〜６０％とするとともに、本願発明の特徴的なフェノール系の樹脂を、２５パーセントから３５パーセントの比で構成する。
さらには、メラミン系化合物を添加したり、エポキシ系化合物を添加したりすることにより、これらの化合物を添加しない場合に比して、耐熱性を高めることができるようになっている。尚、上述のメラミン系化合物は好ましくは１〜１０％の成分比とし、エポキシ系化合物は好ましくは１〜５％の成分比とする。又、これらの化合物の添加割合は多くなるほど耐熱性が高まる。
また、上述のごとく感光性樹脂２５０をコア層２３０上に塗布すると、続いて、フォトリソグラフィにより導波路パターンをなすマスク２５１，２５２を形成する〔図１（ｃ），図１（ｄ）および図２（ａ）参照〕。
すなわち、転写工程として、感光性樹脂２５０が塗布されたデバイス２００ａについて、感光性樹脂２５０が塗布されたデバイス面を、形成すべき導波路のパターンで露光することにより、導波路パターンを感光性樹脂２５０の塗布面に転写する〔紫外線照射、図１（ｃ）参照〕。
具体的には、感光性樹脂２５０が塗布されたデバイス２００ａについて、等倍投影露光機等を用いることにより、マスクパターンとして残したい部分にのみ光（紫外線）を照射して、コアパターンを感光性樹脂２５０上に転写する。換言すれば、ガラスマスク２７０を通じて、感光性樹脂２５０の塗布面におけるマスクパターン（導波路パターン）として残したい部分にのみ紫外線の照射させて、導波路パターンを感光性樹脂２５０の塗布面に転写するのである。
次いで、露光後のデバイスについて露光を受けた感光性樹脂２５０のうち、露光された部分のみを架橋反応させ、マスクパターン２５１，２５２を転写するためにホットプレートやベーク炉などでベークを行なう場合もある。
上述のごとき露光処理により、導波路パターンを感光性樹脂２５０の塗布面に転写すると、次いで、現像工程として、この導波路パターンが転写されたデバイス２００ｂについて現像処理を施す〔現像、図１（ｄ）参照〕。例えば、２．３８ｗｔ％（重量濃度）程度の水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液にてパターンを現像する。これにより、後段におけるＲＩＥの際の保護膜としてのマスク２５１，２５２を形成する。
さらに、現像後のデバイス２００ｂに対して、マスク２５１，２５２を固めるために、ポスト露光としてマスク２５１，２５２が形成されているデバイス面について全面に紫外線を照射し、更にベーク炉にてポストベークを行なう〔全面紫外線照射、図２（ａ）参照〕。
上述したように、フォトリソグラフイにより導波路パターンをなすマスク２５１，２５２を形成すると、次に、エッチング工程として、現像処理によって現像された感光性樹脂２５０のパターン（マスク２５１，２５２のパターン）をマスクパターンとして、上述のデバイス面についてエッチングを行なう〔図２（ｂ），図２（ｃ）参照〕。
すなわち、ＲＩＥ装置を用いて、ＣＦ系ガスとしてのＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２混合ガスにてドライエッチングを行なうことにより、コアパターンをコア層に転写する〔ＲＩＥによるコア層エッチング、図２（ｂ）参照。即ち、コア層２３０のうちで、マスク２５１，２５２が上層として形成されている部分については、所望の層形状としての２つの導波路コア２３１，２３２として残るが、それ以外の部分については削られることになる。
このとき、ドライエッチング中には、２００℃〜３００℃程度の発熱が生ずるが、前述したように、マスク２５１，２５２は、従来よりのフォトレジストよりも耐熱性があるため、マスクパターン幅の変化量は例えば０．１μｍ以下程度と少なくさせることができる。
その後、ＲＩＥの施されたデバイスについて、酸素プラズマアッシング装置においてアッシング処理を施すことにより、感光性樹脂としてのマスク２５１，２５２を除去する〔感光性樹脂除去、図２（ｃ）参照〕。更に、マスク２５１，２５２が除去されたデバイスについて再度常圧ＣＶＤ装置にかけて、上部クラッド層２８０としての例えば２０μｍ程度の厚さのＢＰＳＧ膜を堆積する。
光導波路コアのバラツキを、同一基板内において同一幅で設計された導波路コアにおいて、コア幅の実測値の最大値と最小値との差で定義すると、上述のごとく製造された平面光波回路デバイス２００を構成する光導波路コア幅のバラツキは、例えば０．１９μｍとすることができるのに対して、前述の図５に示す手法で製造された光導波路デバイスにおいては、例えば０．６６μｍとなる。即ち、第１実施形態による製造方法で製造することにより、前述の図５による製造方法で製造した場合に比べてコア幅の製造誤差を大幅に改善させている。
このように、本発明の第１実施形態にかかるデバイス製造方法によれば、塗布工程，転写工程および現像工程により、光導波路デバイスである平面光波回路デバイス２００を製造するに際して、エッチング工程の前段において形成されるマスクとして、従来よりのフォトレジストよりも熱変形が少なくかつパターニング精度の高い感光性樹脂を単層マスクを形成することができるので、ＲＩＥのごとき基板に対する発熱を伴うエッチングを行なう際に、マスクとして単層マスクを用いた場合であっても当該発熱によるマスクの熱変形を抑制させることができる。即ち、この熱変形によるガラスのエッチング精度劣化、即ち製造されたデバイスの製造誤差を抑制させ、エッチング精度を大幅に向上させることができる利点がある。
また、２層マスクの場合よりも、下層マスクをエッチングするためのＲＩＥ工程を省略できるため、作業工数を少なくして製造コストを低減させることができるほか、さらにプロセス誤差の累積も小さくなり、加工精度を大幅に向上させることができる利点もある。
特に、第１実施形態のごとき平面光波回路デバイス２００を製造する際においては、コア幅の精度を高めて製造誤差を大幅に抑制し、平面光波回路デバイスとしての高性能化、高集積化を図ることも可能となる。
なお、上述の第１実施形態において、エッチング工程により、上記のコア層とともに、クラッド層の一部または全てをエッチングすることとしてもよい。
なお、感光性樹脂２５０を構成する乳酸エチルは、溶剤としてのレジストの粘度等を調節するために用いられる。即ち、乳酸エチルの成分比割合を低くすることで粘度を高め、感光性樹脂２５０を層厚に塗布することができる一方、乳酸エチルの成分比割合を高くすることで粘度を低くして、感光性樹脂２５０を層薄に塗布することができるようになっている。
特に、コア層２３０とともに下部クラッド層２２０についてもエッチングにより除去すべきデバイスを製造する場合のように、ＲＩＥにより比較的深い層を削る場合には、乳酸エチルの成分比割合を低くして、マスク２５１，２５２としての層を厚くする。逆に、ＲＩＥにより削るべき層が比較的浅いデバイスを製造する場合には、乳酸エチルの成分比割合を高くして、マスク２５１，２５２としての層を薄くする。
［Ｂ］本発明の第２実施形態の説明
図３（ａ）〜図３（ｄ）は本発明の第２実施形態にかかるデバイス製造方法を説明するための模式図であるが、この図３（ａ）〜図３（ｄ）に示す製造方法においても、前述の第１実施形態の場合と同様に、エッチング工程の前段において形成されるマスクとして、従来よりのフォトレジストよりも熱変形が少なくかつパターニング精度の高い感光性樹脂を単層マスクとして用いることにより、デバイスを製造するためのものである。
第２実施形態における平面光波回路デバイス３００は、前述の第１実施形態の場合と同様の工程を含んで製造された光導波路基板３００ａについて、本願発明の特徴的な工程、即ち、塗布工程，転写工程，現像工程およびエッチング工程によるプロセスを通じて製造されるようになっている。
ここで、光導波路基板３００ａは、シリコン基板３１０上に導波路コア３３１とともに、導波路コア３３１を包囲する上下部のクラッド層３２０，３４０が形成され、更に、上部クラッド層３４０を介した導波路コア３３１上部に、加熱用のヒータ部材３５０が積層されたものであるが、この光導波路基板３００ａについても、前述の第１実施形態におけるものとほぼ同様の工程に続けてヒータ部材を積層する工程を付加することにより製造することができる。
すなわち、光導波路基板３００ａを製造するにあたっては、常圧ＣＶＤ法等により、下部クラッド層３２０およびコア層３３０を基板３１０上に形成したものについて、塗布工程によりフェノール系樹脂を主成分とした感光性樹脂をコア層３３０面に塗布し、転写工程により一つの導波路コア３３１を形成するためのパターンで露光し、現像工程により上述のパターンが転写されたデバイスについて現像処理を施し、現像処理によって現像された感光性樹脂のパターンをマスクパターンとして、デバイス面についてＲＩＥを行なう。更に、常圧ＣＶＤ法等により上部クラッド層３４０を形成するとともに、この上部クラッド層３４０上に、加熱ヒータ部材３５０を積層するのである。
また、第２実施形態における平面光波回路デバイス３００は、例えば図３（ａ）〜図３（ｄ）に示すような工程により製造されるようになっている。
まず、塗布工程として、フェノール系樹脂を主成分とした感光性樹脂３６０を、デバイス面上、即ち導波路基板３００ａにおける堆積された上部クラッド層３４０およびヒータ部材３５０上に塗布する〔感光性樹脂塗布，図３（ａ）参照〕。
この感光性樹脂３６０としては、例えばスピンコータを用いることにより、２０μｍ程度塗布することができる。ここで、感光性樹脂３６０についても、フェノール系樹脂を主成分としたものであるため、後段の工程におけるＲＩＥ法によるエッチングにおいて発生する熱に対する耐性が強く、形状の変化がフォトレジストよりも小さいものである。
また、第２実施形態における感光性樹脂３６０についても、前述の第１実施形態の場合と同様、低分子量フェノール系樹脂，架橋ゴム（ＮＢＲ系），トリアジン系感光剤，乳酸エチルおよび本願発明の特徴的なフェノール系の樹脂で構成することができるが、この感光性樹脂３６０は、前述の第１実施形態の場合よりも乳酸エチルの割合を相対的に少なくして構成されている。これにより、樹脂としての粘度を高めて、前述の第１実施形態における感光性樹脂２５０の場合よりも厚く塗布することができるようになっている。
更には、前述の第１実施形態の場合と同様に、この感光性樹脂３６０には、メラミン系化合物を添加したり、エポキシ系化合物を添加したりすることにより、これらの化合物を添加しない場合に比して、耐熱性を高めることができるようになっている。尚、これら添加すべきメラミン系化合物は好ましくは１〜１０％の成分比とし、エポキシ系化合物は好ましくは１〜５％の成分比とする。又、これらの化合物の添加割合を多くすることで耐熱性をより高めることができるようになっている。
また、上述のごとく感光性樹脂３６０を上部クラッド層３４０およびヒータ部材３５０上に塗布すると、続いて、フォトリソグラフィにより、第２実施形態にかかる平面光波回路デバイス３００の形状にするためのエッチングマスク３６１を形成する〔感光性樹脂パターニング，図３（ｂ）参照〕。
すなわち、転写工程として、感光性樹脂３６０が塗布された導波路基板３００ａについて、感光性樹脂３６０が塗布されたデバイス面を、形成すべき平面光波回路デバイス３００のパターンで露光することにより、パターンを感光性樹脂３６０の塗布面に転写する。
具体的には、前述の第１実施形態の場合に準じて、感光性樹脂３６０が塗布された導波路基板３００ａについて、等倍投影露光機等を用いて露光する。即ち、図示しないガラスマスク等を用いることにより、マスクパターンとして残したい部分にのみ光（紫外線）を照射して、パターンを感光性樹脂３６０上に転写する。
上述の導波路基板３００ａについて後段のＲＩＥを行なう際にマスクパターンとして残したい部分は、少なくとも導波路コア３３１およびヒータ部材３５０とともに、導波路コア３３１を包囲する必要な幅を有する上下部クラッド層３２０，３６０である。換言すれば、光導波路基板３００ａにおける図３（ａ）中左右両端の上下部クラッド３２０，３６０を、後段のＲＩＥにより削るようになっている。
なお、転写工程として、上述の露光後に、露光を受けた感光性樹脂３６０のうち、露光された部分のみを架橋反応させ、マスクパターンを転写するためにホットプレートやベーク炉などでベークを行なう場合もある。
上述のごとき露光処理により、マスクパターンを感光性樹脂３６０の塗布面に転写すると、次いで、現像工程として、このマスクパターンが転写されたデバイス３００ｂについて現像処理を施す。例えば、前述の第１実施形態の場合と同様に、２．３８ｗｔ％（重量濃度）程度の水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液にてパターンを現像する。これにより、後段におけるＲＩＥの際の保護膜としてのマスク３６１を形成する〔感光性樹脂パターニング、図３（ｂ）参照〕。
上述したように、フォトリソグラフィにより導波路パターンをなすマスク３６１を形成すると、次に、エッチング工程として、上述のマスク３６１が形成されたデバイス面についてエッチングを行なうことにより、図３（ｃ）に示すようなの層形状を得る。具体的には、エッチングにより、図中、光導波路基板３００ａをなす左右端のシリコン基板３１０の部分が露出するまでドライエッチングを行なうことにより、上部クラッド層３６０と下部クラッド層３２０を除去する。
すなわち、ＲＩＥ装置を用いて、ＣＦ系ガスとしてのＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２混合ガスにてドライエッチングを行なうことにより、マスクパターン３６１を除く上下部クラッド層３２０，３６０の部分を削る〔クラッド部分エッチング〕。即ち、図中シリコン基板３１０，導波路コア３３１，ヒータ部材３５０および導波路コア３３１を包囲する近傍周囲の上下クラッド層３２０，３６０については、ＲＩＥによってもマスク３６１により保護されて残るが、それ以外の部分については削られることになる。
このとき、ドライエッチング中には、２００℃〜３００℃程度の発熱が生ずるが、前述したように、マスク３６１は、従来よりのフォトレジストよりも耐熱性があるため、マスクパターン幅の変化量を少なくさせることができる。
その後、ＲＩＥの施されたデバイスについて、酸素プラズマアッシング装置においてアッシング処理を施すことにより、感光性樹脂としてのマスク３６１を除去する〔感光性樹脂の除去、図３（ｄ）参照〕。
上述のごとく製造された平面光波回路デバイス３００は、導波路コア３３１上部に形成されたヒータ部材３５０を発熱させることにより、当該発熱された部分の屈折率を変化させることにより、伝搬すべき光の方路を切り替えるための光スイッチ機能や伝搬する光を減衰させる光減衰機能を有する平面光波回路デバイス３００とすることができるようになっている。
また、この平面光波回路デバイス３００においては、ＲＩＥにより、導波路コア３３１を包囲する近傍周囲以外の、図３（ａ）における左右両端の上下クラッド層３２０，３６０の部分を削っているので、ヒータ部材３５０による熱伝搬効率を高めている。換言すれば、導波路コア３３１の直近のクラッド層３２０，３６０を除去することによって、導波路コア３３１の屈折率を変化させるためのヒータの消費電力を低減することが出来るのである。
このとき、導波光が損失しない範囲において、残すクラッド層（マスク３６１によって保護するクラッド層）３２０，３６０の幅を小さくすることで、低損失かつ低消費電力のデバイスの製造が可能となるが、本発明によれば、ＲＩＥによる発熱によってもマスク３６１の変形を抑制させることができるので、極めて高精度に、低損失かつ低消費電力の平面光波回路デバイスとすることができる。
このように、本発明の第２実施形態にかかるデバイス製造方法によれば、塗布工程，転写工程および現像工程により、光導波路デバイスである平面光波回路デバイス３００を製造するに際して、エッチング工程の前段において形成されるマスクとして、従来よりのフォトレジストよりも熱変形が少なくかつパターニング精度の高い感光性樹脂を単層マスクを形成することができるので、前述の第１実施形態の場合と同様の利点がある。
なお、上述の第２実施形態においては、エッチング工程において、上下部のクラッド層３２０，３６０についてエッチングにより削っているが、本発明によればこれに限定されず、上述のクラッド層３２０，３６０およびコア層のうちの一部又は全てをエッチングすることとしてもよい。
また、上述の第２実施形態においては、ヒータ部材３５０を設けた導波路コア３３１部分の両側の上下部クラッド層３２０，３６０をエッチングしているが、本発明によればこれに限定されず、遮光や応力開放などのために他の部分のエッチングを行う場合にも、本発明が有効であることはいうまでもない。
［Ｃ］その他
なお、上述した実施形態に関わらず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、本発明のデバイス製造方法によれば、光導波路デバイス以外においても、少なくともデバイスそのものが発熱するようなＲＩＥ等のエッチング工程を含んで製造されるものについても適用できることはいうまでもない。
さらに、本発明のデバイス製造方法によれば、エッチング工程においてなされるエッチングとしては、ＲＩＥに限定されるものではなく、少なくともデバイスそのものの発熱によるマスク形状が変形することが想定されるエッチング処理を行なう際にも、もちろん適用することができる。
なお、本発明の各実施形態が開示されていれば、当業者によって製造することが可能である。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本発明のデバイス製造方法は、少なくともデバイスそのものの発熱によるマスク形状が変形することが想定されるエッチング処理を伴ってデバイスを製造する際に有用であり、特に光通信分野における平面光波回路デバイスを製造する際に適している。
2004025342.tif 000003
2004025342.tif 000004
2004025342.tif 000005
2004025342.tif 000006
2004025342.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月12日(2005.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェノール系樹脂を主成分とした感光性樹脂をデバイス面上に塗布する塗布工程と、
該感光性樹脂が塗布されたデバイス面について、マスク部材を用いて、導波路のパターンで露光することにより、上記導波路のパターンを該感光性樹脂の塗布面に転写する転写工程と、
上記パターンが転写されたデバイスについて現像処理を施す現像工程と、
該現像処理によって現像された該感光性樹脂のパターンをマスクパターンとして、該デバイス面についてエッチングを行ない、該感光性樹脂の下部に導波路を形成するエッチング工程と、
をそなえて構成されたことを特徴とする、デバイス製造方法。
【請求項２】
該エッチング工程を、反応性イオンエッチングを行なう工程としたことを特徴とする、請求の範囲第１項記載のデバイス製造方法。
【請求項３】
上記の塗布工程において感光性樹脂が塗布されるデバイスが、基板上にクラッド層が形成されるとともに該クラッド層上にコア層が形成されてなり、
且つ、該エッチング工程により、上記のコア層とともに、クラッド層の一部または全てをエッチングすることにより、所望の層形状を形成することを特徴とする、請求の範囲第１項記載のデバイス製造方法。
【請求項４】
上記の塗布工程において感光性樹脂が塗布されるデバイスが、基板上に第１クラッド層が形成され、該第１クラッド層上にコア層が形成されるとともに、該コア層上に第２クラッド層が形成されてなり、
且つ、該エッチング工程により、上記の第１クラッド層，第２クラッド層およびコア層の一部または全てをエッチングすることにより、所望の層形状を形成することを特徴とする、請求の範囲第１項記載のデバイス製造方法。
【請求項５】
該塗布工程において塗布される感光性樹脂には、エポキシ系化合物が添加されていることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項記載のデバイス製造方法。
【請求項６】
上記の感光性樹脂に添加するエポキシ系化合物の割合を、１パーセント〜５パーセントとすることを特徴とする、請求の範囲第５項記載のデバイス製造方法。
【請求項７】
該塗布工程において塗布される感光性樹脂には、メラミン系化合物が添加されていることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第６項のいずれか１項記載のデバイス製造方法。
【請求項８】
上記の感光性樹脂に添加するメラミン系化合物の割合を、１パーセント〜１０パーセントとすることを特徴とする、請求の範囲第７項記載のデバイス製造方法。
【請求項９】
該感光性樹脂の主成分となるフェノール系樹脂の割合を、２５パーセント〜３５パーセントとしたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項記載のデバイス製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、デバイス製造方法に関し、例えば光通信分野に用いられる光伝送装置に不可欠な平面光波回路デバイスを製造する際に用いて好適な、デバイス製造方法に関する。
【０００２】
背景技術
通信トラフィックの増大に伴い、波長分割多重(Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ)を用いた大容量光ネットワークの構築が進められている。このＷＤＭ光伝送システムの小型化・低コスト化には、大量生産が可能な平面光波回路（Planer Lightwave Circuit：ＰＬＣ）型集積素子の適用が有望である。
【０００３】
図４（ａ）〜図４（ｅ）は、従来用いられているＰＬＣ型集積素子としての石英系平面光波回路デバイス１００の製造工程を示す図である。この図４（ａ）〜図４（ｅ）に示す工程により光導波路デバイス１００を製造するにあたっては、まず、火炎堆積（Flame Hydrolysis Deposition，ＦＨＤ）法や化学気相堆積（Chemical Vapor Deposition，ＣＶＤ）法などを用いて基板１１０上に珪素ガラスによる下部クラッド層１２０およびコア層１３０を堆積する〔下板成膜，図４（ａ）参照〕。
【０００４】
ついで、堆積されたコア層１３０上に、フォトリソグラフィにより導波路パターンをなすフォトレジスト１５１，１５２を、次の工程における反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching，ＲＩＥ）法のマスクとして形成する〔図４（ｂ）参照〕。このフォトレジストとしては、例えばノボラック樹脂を主成分とする５μm厚単層マスクを用いることができる。
【０００５】
すなわち、このようなフォトレジストがパターニングされたデバイスについて、ＲＩＥ法を用いたＣＦ系ガスのドライエッチングによって加工することにより、マスクされた部分以外の不要部分を除去して導波路コア１３１，１３２を形成する〔ＲＩＥ法によるコア加工，図４（ｃ）参照〕。その後、有機溶剤による洗浄やアッシングなどの手法により、フォトレジスト１５１，１５２を除去する〔図４（ｄ）参照〕。
【０００６】
さらに、ＲＩＥ法により導波路コア１３１，１３２が形成されフォトレジスト１５１，１５２が除去されたデバイスについて、珪素ガラスを堆積することにより上部クラッド層１４０を形成する〔図４（ｅ）参照〕。これにより、導波路コア１３１，１３２を埋め込んで、平面光波回路デバイス１００が形成される。尚、上述のＲＩＥ法によるドライエッチングを行なうにあたって、断熱効果や遮光効果を得るために、クラッド層１３１およびコア層１３２の一部を基板１１０の表面まで、または基板１１０の途中までエッチングする場合もある。
【０００７】
また、上述の導波路コアを形成する際のドライエッチングのためのマスクとしては、図４に示すフォトレジスト１５１，１５２のほかに、高耐熱性樹脂もしくはクロムなどの金属からなる層およびフォトレジスト層からなる、例えば図５（ａ）〜図５（ｃ）の工程により形成される２層マスクを用いることも考えられている。
【０００８】
すなわち、図５（ａ）に示すように、基板１１０上に下部クラッド層１２０およびコア層１３０が形成されたものについて、コア層１３０の全面にポリイミドなどの高耐熱性樹脂もしくはクロム，銅などの金属からなる下層マスクのための層１６０を形成する。次いで、導波路コアパターンをなすフォトレジスト１７１，１７２を、フォトリソグラフィにより層１６０上に形成する。
【０００９】
ついで、図５（ｂ）に示すように、ＲＩＥ法によるエッチングを行なうことにより、導波路コアパターンをなす下層マスク１６１，１６２を形成する。このとき、層１６０が耐熱性樹脂からなる場合は酸素ガスが用いられ、層１６０が金属からなる場合は塩素ガスなどを用いてエッチングが行なわれる。
【００１０】
このように形成された下層マスク１６１，１６２および上層のフォトレジスト１７０によりなる２層のマスク１５１，１５２，１６１，１６２が形成されると、次いで、ＣＦ系ガスを用いたＲＩＥ法によるエッチングを行なうことにより、導波路コア１３１，１３２を形成する〔図５（ｃ）参照〕。尚、特開平１０−１４２４３８号公報においては、図５（ｂ）の下層マスクとして銅を用いる例が記載されている。
【００１１】
しかしながら、上述の図４（ａ）〜図４（ｅ）に示すデバイス製造方法においては、ＲＩＥ工程の際のマスクとして用いられるフォトレジストは、珪素ガラスのドライエッチング中に、基板１１０に発生する熱により熱変形を起こすため、マスクとしてのパターンが変形して、導波路コアの形成精度にバラツキが生じるという課題がある。
【００１２】
換言すれば、上述の図４（ａ）〜図４（ｅ）に示す手法においては、ＲＩＥ工程中において基板１１０に発生する熱により、フォトレジスト幅が収縮して、コア側面形状が上部で傾斜してしまうため、導波路コアの形を安定的に精度高く形成する際に支障が生じていた。
【００１３】
すなわち、ＲＩＥ法のごときエッチングによる珪素ガラスエッチングプロセスにおいては、マスクの熱変形による精度劣化の抑制、およびコア幅のバラツキ低減が不可欠である。特に、ＲＩＥ法によりアレイ導波回路格子（Arrayed Waveguide Grating，ＡＷＧ）を製造する際には、上述のマスクの熱変形に起因するコア幅のバラツキによって、規定された波長間隔の光の分波・合波を行なうための正確な光路長差を設けることが困難となる場合がある。
【００１４】
また、高速大容量通信にむけてＰＬＣの低コスト化・高集積化が要求される中、コア部分とクラッド部分の比屈折率差が大きい構造(高Δ構造)を用いることにより、高集積化されたＰＬＣデバイスを実現できるが、この高Δ構造においてはコア幅を小さくしなければならないため、上述のごとき光導波路の加工バラツキをより小さくする必要がある。
そこで、ＲＩＥ工程の際のマスクとして、上述の図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、金属もしくはポリイミドなどの高耐熱性樹脂の層１６１，１６２上にフォトレジスト１７１，１７２を配した２層構造マスクを用いることで、導波路コアの形成精度を改善することも考えられている。
【００１５】
しかしながら、この手法においても、下層マスク１６１，１６２のパターニングのために別途のＲＩＥ工程が必要となり、低コスト化が困難となるほか、工程数が多いことから単層マスクに比べて下層マスクのＲＩＥ工程でのプロセス誤差が累積し、加工バラツキが増大するという課題もある。
【００１６】
すなわち、下層マスク１６１，１６２のＲＩＥにより、下層マスク１６１，１６２の膜厚のバラツキ、下層マスク１６１，１６２のエッチレートのバラツキ、又はマスク層横方向エッチングのバラツキなどが累積するのである。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ＲＩＥのごときエッチング対象のデバイスそのものが発熱するようなエッチング伴ってデバイスを製造する際に、エッチング精度を高精度とするとともに、製造コストを抑制させることができるようにした、デバイス製造方法を提供することを目的とする。
発明の開示
【００１７】
このため、本発明のデバイス製造方法は、フェノール系樹脂を主成分とした感光性樹脂をデバイス面上に塗布する塗布工程と、該感光性樹脂が塗布されたデバイス面について、マスク部材を用いて、導波路のパターンで露光することにより、上記パターンを該感光性樹脂の塗布面に転写する転写工程と、上記導波路のパターンが転写されたデバイスについて現像処理を施す現像工程と、該現像処理によって現像された該感光性樹脂のパターンをマスクパターンとして、該デバイス面についてエッチングを行ない、該感光性樹脂の下部に導波路を形成するエッチング工程と、をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１８】
これにより、塗布工程，転写工程および現像工程により、デバイスを製造するに際して、エッチング工程の前段において形成されるマスクとして、従来よりのフォトレジストよりも熱変形が少なくかつパターニング精度の高い感光性樹脂の単層マスクを形成することができるので、反応性イオンエッチングのごときデバイスに対する発熱を伴うエッチングを行なう際に、マスクとして単層マスクを用いた場合であっても当該発熱によるマスクの熱変形を抑制させることができる。即ち、この熱変形によるエッチング精度劣化、即ち製造されたデバイスの製造誤差を抑制させ、エッチング精度を大幅に向上させることができる利点がある。
【００１９】
また、２層マスクの場合よりも、下層マスクをエッチングするための反応性イオンエッチングのための工程を省略できるため、作業工数を少なくして製造コストを低減させることができるほか、さらにプロセス誤差の累積も小さくなり、加工精度を大幅に向上させることができる利点もある。
【００２０】
特に、平面光波回路デバイスを製造する際においては、平面光波回路デバイスとしての高性能化、高集積化を図ることも可能となる。
この場合においては、好ましくは、エッチング工程を、反応性イオンエッチングを行なう工程とすることができる。
【００２１】
さらに、好ましくは、上記の塗布工程において感光性樹脂が塗布されるデバイスが、基板上にクラッド層が形成されるとともに該クラッド層上にコア層が形成されてなり、且つ、該エッチング工程により、上記のコア層とともに、クラッド層の一部または全てをエッチングすることにより、所望の層形状を形成することとしてもよい。
【００２２】
また、上記の塗布工程において感光性樹脂が塗布されるデバイスが、基板上に第１クラッド層が形成され、該第１クラッド層上にコア層が形成されるとともに、該コア層上に第２クラッド層が形成されてなり、且つ、該エッチング工程により、上記の第２クラッド層およびコア層とともに、第１クラッド層の一部または全てをエッチングすることにより、所望の層形状を形成することとしてもよい。
【００２３】
さらに、該塗布工程において塗布される感光性樹脂には、エポキシ系化合物を添加することができ、これにより、耐熱性をより高めることができるようになっている。この場合において、好ましくは、上記の感光性樹脂に添加するエポキシ系化合物の割合を、１パーセント〜５パーセントとする。
【００２４】
また、該塗布工程において塗布される感光性樹脂には、メラミン系化合物を添加することができ、これにより、耐熱性をより高めることができるようになっている。この場合において、好ましくは、上記の感光性樹脂に添加するメラミン系化合物の割合を、１パーセント〜１０パーセントとする。
さらに、好ましくは、該感光性樹脂の主成分となるフェノール系樹脂の割合を、２５パーセント〜３５パーセントとする。
【００２５】
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
［Ａ］本発明の第1実施形態の説明
図１（ａ）〜図１（ｄ）および図２（ａ）〜図２（ｄ）は本発明の第１実施形態にかかるデバイス製造方法を説明するための模式図であるが、これらの図１（ａ）〜図１（ｄ）および図２（ａ）〜図２（ｄ）に示す製造方法においては、平面光波回路デバイス２００を製造するに際して、エッチング工程の前段において形成されるマスクとして、従来よりのフォトレジストよりも熱変形が少なくかつパターニング精度の高い感光性樹脂を単層マスクとして用いることにより、製造工程における工数を削減させるとともに、加工精度を向上させるようになっている。
【００２６】
ここで、第１実施形態における方法により平面光波回路デバイス２００を製造するにあたっては、まず図１（ａ）に示すように、例えば１mm厚程度で直径6インチ程度のシリコン基板２１０上に、常圧ＣＶＤ装置を用いることにより（常圧ＣＶＤ法で）、厚さ２０μｍの程度のホウ素燐ケイ酸ガラス(Boro-Phospho Silicated Glass：ＢＰＳＧ)膜による下部クラッド層２２０とともに、厚さ４μｍ〜７μｍ程度のゲルマニウム燐ケイ酸ガラス(German-Phospho Silicated Glass：ＧＰＳＧ)膜によるコア層２３０を堆積する。
【００２７】
ついで、フェノール系樹脂を主成分とした感光性樹脂２５０を、デバイス面上、即ち堆積されたコア層２３０上に塗布する〔塗布工程，図１（ｂ）参照〕。この感光性樹脂２５０としては、例えばスピンコータを用いることにより３〜４μｍ程度塗布することができる。次いで、塗布した感光性樹脂２５０を乾燥させるためにベーク炉等でプリベーク工程を行なう。ここで、感光性樹脂２５０は、フェノール系樹脂を主成分としたものであるため、後段の工程におけるＲＩＥ法によるエッチングにおいて発生する熱に対する耐性が強く、形状の変化がフォトレジストよりも小さいものである。
【００２８】
このとき、上述のコア層２３０上に塗布された感光性樹脂２５０としては、低分子量フェノール系樹脂を１〜１０％、架橋ゴム（ＮＢＲ系）を１〜５％とし、トリアジン系感光剤を０．１〜２％、乳酸エチルを５０〜６０％とするとともに、本願発明の特徴的なフェノール系の樹脂を、２５パーセントから３５パーセントの比で構成する。
【００２９】
さらには、メラミン系化合物を添加したり、エポキシ系化合物を添加したりすることにより、これらの化合物を添加しない場合に比して、耐熱性を高めることができるようになっている。尚、上述のメラミン系化合物は好ましくは１〜１０％の成分比とし、エポキシ系化合物は好ましくは１〜５％の成分比とする。又、これらの化合物の添加割合は多くなるほど耐熱性が高まる。
【００３０】
また、上述のごとく感光性樹脂２５０をコア層２３０上に塗布すると、続いて、フォトリソグラフィにより導波路パターンをなすマスク２５１，２５２を形成する〔図１（ｃ），図１（ｄ）および図２（ａ）参照〕。
すなわち、転写工程として、感光性樹脂２５０が塗布されたデバイス２００ａについて、感光性樹脂２５０が塗布されたデバイス面を、形成すべき導波路のパターンで露光することにより、導波路パターンを感光性樹脂２５０の塗布面に転写する〔紫外線照射、図１（ｃ）参照〕。
【００３１】
具体的には、感光性樹脂２５０が塗布されたデバイス２００ａについて、等倍投影露光機等を用いることにより、マスクパターンとして残したい部分にのみ光（紫外線）を照射して、コアパターンを感光性樹脂２５０上に転写する。換言すれば、ガラスマスク２７０を通じて、感光性樹脂２５０の塗布面におけるマスクパターン（導波路パターン）として残したい部分にのみ紫外線を照射させて、導波路パターンを感光性樹脂２５０の塗布面に転写するのである。
【００３２】
次いで、露光後のデバイスについて露光を受けた感光性樹脂２５０のうち、露光された部分のみを架橋反応させ、マスクパターン２５１，２５２を転写するためにホットプレートやベーク炉などでベークを行なう場合もある。
上述のごとき露光処理により、導波路パターンを感光性樹脂２５０の塗布面に転写すると、次いで、現像工程として、この導波路パターンが転写されたデバイス２００ｂについて現像処理を施す〔現像、図１（ｄ）参照〕。例えば、２．３８ｗｔ％（重量濃度）程度の水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液にてパターンを現像する。これにより、後段におけるＲＩＥの際の保護膜としてのマスク２５１，２５２を形成する。
【００３３】
さらに、現像後のデバイス２００ｂに対して、マスク２５１，２５２を固めるために、ポスト露光としてマスク２５１，２５２が形成されているデバイス面について全面に紫外線を照射し、更にベーク炉にてポストベークを行なう〔全面紫外線照射、図２（ａ）参照〕。
上述したように、フォトリソグラフィにより導波路パターンをなすマスク２５１，２５２を形成すると、次に、エッチング工程として、現像処理によって現像された感光性樹脂２５０のパターン（マスク２５１，２５２のパターン）をマスクパターンとして、上述のデバイス面についてエッチングを行なう〔図２（ｂ），図２（ｃ）参照〕。
【００３４】
すなわち、ＲＩＥ装置を用いて、ＣＦ系ガスとしてのＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２混合ガスにてドライエッチングを行なうことにより、コアパターンをコア層に転写する〔ＲＩＥによるコア層エッチング、図２（ｂ）参照。即ち、コア層２３０のうちで、マスク２５１，２５２が上層として形成されている部分については、所望の層形状としての２つの導波路コア２３１，２３２として残るが、それ以外の部分については削られることになる。
【００３５】
このとき、ドライエッチング中には、２００℃〜３００℃程度の発熱が生ずるが、前述したように、マスク２５１，２５２は、従来よりのフォトレジストよりも耐熱性があるため、マスクパターン幅の変化量は例えば０．１μｍ以下程度と少なくさせることができる。
その後、ＲＩＥの施されたデバイスについて、酸素プラズマアッシング装置においてアッシング処理を施すことにより、感光性樹脂としてのマスク２５１，２５２を除去する〔感光性樹脂除去、図２（ｃ）参照〕。更に、マスク２５１，２５２が除去されたデバイスについて再度常圧ＣＶＤ装置にかけて、上部クラッド層２８０としての例えば２０μｍ程度の厚さのＢＰＳＧ膜を堆積する。
【００３６】
光導波路コアのバラツキを、同一基板内において同一幅で設計された導波路コアにおいて、コア幅の実測値の最大値と最小値との差で定義すると、上述のごとく製造された平面光波回路デバイス２００を構成する光導波路コア幅のバラツキは、例えば０．１９μｍとすることができるのに対して、前述の図５に示す手法で製造された光導波路デバイスにおいては、例えば０．６６μｍとなる。即ち、第１実施形態による製造方法で製造することにより、前述の図５による製造方法で製造した場合に比べてコア幅の製造誤差を大幅に改善させている。
【００３７】
このように、本発明の第１実施形態にかかるデバイス製造方法によれば、塗布工程，転写工程および現像工程により、光導波路デバイスである平面光波回路デバイス２００を製造するに際して、エッチング工程の前段において形成されるマスクとして、従来よりのフォトレジストよりも熱変形が少なくかつパターニング精度の高い感光性樹脂の単層マスクを形成することができるので、ＲＩＥのごとき基板に対する発熱を伴うエッチングを行なう際に、マスクとして単層マスクを用いた場合であっても当該発熱によるマスクの熱変形を抑制させることができる。即ち、この熱変形によるガラスのエッチング精度劣化、即ち製造されたデバイスの製造誤差を抑制させ、エッチング精度を大幅に向上させることができる利点がある。
【００３８】
また、２層マスクの場合よりも、下層マスクをエッチングするためのＲＩＥ工程を省略できるため、作業工数を少なくして製造コストを低減させることができるほか、さらにプロセス誤差の累積も小さくなり、加工精度を大幅に向上させることができる利点もある。
特に、第１実施形態のごとき平面光波回路デバイス２００を製造する際においては、コア幅の精度を高めて製造誤差を大幅に抑制し、平面光波回路デバイスとしての高性能化、高集積化を図ることも可能となる。
【００３９】
なお、上述の第１実施形態において、エッチング工程により、上記のコア層とともに、クラッド層の一部または全てをエッチングすることとしてもよい。
なお、感光性樹脂２５０を構成する乳酸エチルは、溶剤としてのレジストの粘度等を調節するために用いられる。即ち、乳酸エチルの成分比割合を低くすることで粘度を高め、感光性樹脂２５０を層厚に塗布することができる一方、乳酸エチルの成分比割合を高くすることで粘度を低くして、感光性樹脂２５０を層薄に塗布することができるようになっている。
【００４０】
特に、コア層２３０とともに下部クラッド層２２０についてもエッチングにより除去すべきデバイスを製造する場合のように、ＲＩＥにより比較的深い層を削る場合には、乳酸エチルの成分比割合を低くして、マスク２５１，２５２としての層を厚くする。逆に、ＲＩＥにより削るべき層が比較的浅いデバイスを製造する場合には、乳酸エチルの成分比割合を高くして、マスク２５１，２５２としての層を薄くする。
【００４１】
［Ｂ］本発明の第２実施形態の説明
図３（ａ）〜図３（ｄ）は本発明の第２実施形態にかかるデバイス製造方法を説明するための模式図であるが、この図３（ａ）〜図３（ｄ）に示す製造方法においても、前述の第１実施形態の場合と同様に、エッチング工程の前段において形成されるマスクとして、従来よりのフォトレジストよりも熱変形が少なくかつパターニング精度の高い感光性樹脂を単層マスクとして用いることにより、デバイスを製造するためのものである。
【００４２】
第２実施形態における平面光波回路デバイス３００は、前述の第１実施形態の場合と同様の工程を含んで製造された光導波路基板３００ａについて、本願発明の特徴的な工程、即ち、塗布工程，転写工程，現像工程およびエッチング工程によるプロセスを通じて製造されるようになっている。
【００４３】
ここで、光導波路基板３００ａは、シリコン基板３１０上に導波路コア３３1とともに、導波路コア３３１を包囲する上下部のクラッド層３２０，３４０が形成され、更に、上部クラッド層３４０を介した導波路コア３３１上部に、加熱用のヒータ部材３５０が積層されたものであるが、この光導波路基板３００ａについても、前述の第１実施形態におけるものとほぼ同様の工程に続けてヒータ部材を積層する工程を付加することにより製造することができる。
【００４４】
すなわち、光導波路基板３００ａを製造するにあたっては、常圧ＣＶＤ法等により、下部クラッド層３２０およびコア層３３０を基板３１０上に形成したものについて、塗布工程によりフェノール系樹脂を主成分とした感光性樹脂をコア層３３０面に塗布し、転写工程により一つの導波路コア３３１を形成するためのパターンで露光し、現像工程により上述のパターンが転写されたデバイスについて現像処理を施し、現像処理によって現像された感光性樹脂のパターンをマスクパターンとして、デバイス面についてＲＩＥを行なう。更に、常圧ＣＶＤ法等により上部クラッド層３４０を形成するとともに、この上部クラッド層３４０上に、加熱ヒータ部材３５０を積層するのである。
【００４５】
また、第２実施形態における平面光波回路デバイス３００は、例えば図３（ａ）〜図３（ｄ）に示すような工程により製造されるようになっている。
まず、塗布工程として、フェノール系樹脂を主成分とした感光性樹脂３６０を、デバイス面上、即ち導波路基板３００ａにおける堆積された上部クラッド層３４０およびヒータ部材３５０上に塗布する〔感光性樹脂塗布，図３（ａ）参照〕。
【００４６】
この感光性樹脂３６０としては、例えばスピンコータを用いることにより、２０μｍ程度塗布することができる。ここで、感光性樹脂３６０についても、フェノール系樹脂を主成分としたものであるため、後段の工程におけるＲＩＥ法によるエッチングにおいて発生する熱に対する耐性が強く、形状の変化がフォトレジストよりも小さいものである。
【００４７】
また、第２実施形態における感光性樹脂３６０についても、前述の第１実施形態の場合と同様、低分子量フェノール系樹脂，架橋ゴム（ＮＢＲ系），トリアジン系感光剤，乳酸エチルおよび本願発明の特徴的なフェノール系の樹脂で構成することができるが、この感光性樹脂３６０は、前述の第１実施形態の場合よりも乳酸エチルの割合を相対的に少なくして構成されている。これにより、樹脂としての粘度を高めて、前述の第１実施形態における感光性樹脂２５０の場合よりも厚く塗布することができるようになっている。
【００４８】
更には、前述の第１実施形態の場合と同様に、この感光性樹脂３６０には、メラミン系化合物を添加したり、エポキシ系化合物を添加したりすることにより、これらの化合物を添加しない場合に比して、耐熱性を高めることができるようになっている。尚、これら添加すべきメラミン系化合物は好ましくは１〜１０％の成分比とし、エポキシ系化合物は好ましくは１〜５％の成分比とする。又、これらの化合物の添加割合を多くすることで耐熱性をより高めることができるようになっている。
【００４９】
また、上述のごとく感光性樹脂３６０を上部クラッド層３４０およびヒータ部材３５０上に塗布すると、続いて、フォトリソグラフィにより、第２実施形態にかかる平面光波回路デバイス３００の形状にするためのエッチングマスク３６１を形成する〔感光性樹脂パターニング，図３（ｂ）参照〕。
【００５０】
すなわち、転写工程として、感光性樹脂３６０が塗布された導波路基板３００ａについて、感光性樹脂３６０が塗布されたデバイス面を、形成すべき平面光波回路デバイス３００のパターンで露光することにより、パターンを感光性樹脂３６０の塗布面に転写する。
具体的には、前述の第１実施形態の場合に準じて、感光性樹脂３６０が塗布された導波路基板３００ａについて、等倍投影露光機等を用いて露光する。即ち、図示しないガラスマスク等を用いることにより、マスクパターンとして残したい部分にのみ光（紫外線）を照射して、パターンを感光性樹脂３６０上に転写する。
【００５１】
上述の導波路基板３００ａについて後段のＲＩＥを行なう際にマスクパターンとして残したい部分は、少なくとも導波路コア３３１およびヒータ部材３５０とともに、導波路コア３３１を包囲する必要な幅を有する上下部クラッド層３２０，３６０である。換言すれば、光導波路基板３００ａにおける図３（ａ）中左右両端の上下部クラッド３２０，３６０を、後段のＲＩＥにより削るようになっている。
【００５２】
なお、転写工程として、上述の露光後に、露光を受けた感光性樹脂３６０のうち、露光された部分のみを架橋反応させ、マスクパターンを転写するためにホットプレートやベーク炉などでベークを行なう場合もある。
上述のごとき露光処理により、マスクパターンを感光性樹脂３６０の塗布面に転写すると、次いで、現像工程として、このマスクパターンが転写されたデバイス３００ｂについて現像処理を施す。例えば、前述の第１実施形態の場合と同様に、２．３８ｗｔ％（重量濃度）程度の水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液にてパターンを現像する。これにより、後段におけるＲＩＥの際の保護膜としてのマスク３６１を形成する〔感光性樹脂パターニング、図３（ｂ）参照〕。
【００５３】
上述したように、フォトリソグラフィにより導波路パターンをなすマスク３６１を形成すると、次に、エッチング工程として、上述のマスク３６１が形成されたデバイス面についてエッチングを行なうことにより、図３（ｃ）に示すようなの層形状を得る。具体的には、エッチングにより、図中、光導波路基板３００ａをなす左右端のシリコン基板３１０の部分が露出するまでドライエッチングを行なうことにより、上部クラッド層３６０と下部クラッド層３２０を除去する。
【００５４】
すなわち、ＲＩＥ装置を用いて、ＣＦ系ガスとしてのＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２混合ガスにてドライエッチングを行なうことにより、マスクパターン３６１を除く上下部クラッド層３２０，３６０の部分を削る〔クラッド部分エッチング〕。即ち、図中シリコン基板３１０，導波路コア３３１，ヒータ部材３５０および導波路コア３３１を包囲する近傍周囲の上下クラッド層３２０，３６０については、ＲＩＥによってもマスク３６１により保護されて残るが、それ以外の部分については削られることになる。
【００５５】
このとき、ドライエッチング中には、２００℃〜３００℃程度の発熱が生ずるが、前述したように、マスク３６１は、従来よりのフォトレジストよりも耐熱性があるため、マスクパターン幅の変化量を少なくさせることができる。
その後、ＲＩＥの施されたデバイスについて、酸素プラズマアッシング装置においてアッシング処理を施すことにより、感光性樹脂としてのマスク３６１を除去する〔感光性樹脂の除去、図３（ｄ）参照〕。
【００５６】
上述のごとく製造された平面光波回路デバイス３００は、導波路コア３３１上部に形成されたヒータ部材３５０を発熱させることにより、当該発熱された部分の屈折率を変化させることにより、伝搬すべき光の方路を切り替えるための光スイッチ機能や伝搬する光を減衰させる光減衰機能を有する平面光波回路デバイス３００とすることができるようになっている。
【００５７】
また、この平面光波回路デバイス３００においては、ＲＩＥにより、導波路コア３３１を包囲する近傍周囲以外の、図３（ａ）における左右両端の上下クラッド層３２０，３６０の部分を削っているので、ヒータ部材３５０による熱伝搬効率を高めている。換言すれば、導波路コア３３１の直近のクラッド層３２０，３６０を除去することによって、導波路コア３３１の屈折率を変化させるためのヒータの消費電力を低減することが出来るのである。
【００５８】
このとき、導波光が損失しない範囲において、残すクラッド層（マスク３６１によって保護するクラッド層）３２０，３６０の幅を小さくすることで、低損失かつ低消費電力のデバイスの製造が可能となるが、本発明によれば、ＲＩＥによる発熱によってもマスク３６１の変形を抑制させることができるので、極めて高精度に、低損失かつ低消費電力の平面光波回路デバイスとすることができる。
【００５９】
このように、本発明の第２実施形態にかかるデバイス製造方法によれば、塗布工程，転写工程および現像工程により、光導波路デバイスである平面光波回路デバイス３００を製造するに際して、エッチング工程の前段において形成されるマスクとして、従来よりのフォトレジストよりも熱変形が少なくかつパターニング精度の高い感光性樹脂を単層マスクを形成することができるので、前述の第１実施形態の場合と同様の利点がある。
【００６０】
なお、上述の第２実施形態においては、エッチング工程において、上下部のクラッド層３２０，３６０についてエッチングにより削っているが、本発明によればこれに限定されず、上述のクラッド層３２０，３６０およびコア層のうちの一部又は全てをエッチングすることとしてもよい。
【００６１】
また、上述の第２実施形態においては、ヒータ部材３５０を設けた導波路コア３３１部分の両側の上下部クラッド層３２０，３６０をエッチングしているが、本発明によればこれに限定されず、遮光や応力開放などのために他の部分のエッチングを行う場合にも、本発明が有効であることはいうまでもない。
【００６２】
［Ｃ］その他
なお、上述した実施形態に関わらず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、本発明のデバイス製造方法によれば、光導波路デバイス以外においても、少なくともデバイスそのものが発熱するようなＲＩＥ等のエッチング工程を含んで製造されるものについても適用できることはいうまでもない。
さらに、本発明のデバイス製造方法によれば、エッチング工程においてなされるエッチングとしては、ＲＩＥに限定されるものではなく、少なくともデバイスそのものの発熱によるマスク形状が変形することが想定されるエッチング処理を行なう際にも、もちろん適用することができる。
なお、本発明の各実施形態が開示されていれば、当業者によって製造することが可能である。
【００６３】
産業上の利用可能性
以上のように、本発明のデバイス製造方法は、少なくともデバイスそのものの発熱によるマスク形状が変形することが想定されるエッチング処理を伴ってデバイスを製造する際に有用であり、特に光通信分野における平面光波回路デバイスを製造する際に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１実施形態にかかるデバイス製造方法を説明するための模式図である。
【図２】
（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１実施形態にかかるデバイス製造方法を説明するための模式図である。
【図３】
（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２実施形態にかかるデバイス製造方法を説明するための模式図である。
【図４】
（ａ）〜（ｅ）は、従来用いられているＰＬＣ型集積素子としての石英系平面光波回路デバイス１００の製造工程を示す図である。
【図５】
（ａ）〜（ｃ）は、従来用いられているＰＬＣ型集積素子としての石英系平面光波回路デバイス１００の製造工程を示す図である。
【国際調査報告】
2004025342.tif 000008
2004025342.tif 000009
2004025342.tif 000010
2004025342.tif 000011