(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｓｏｌ−ｇｅｌプロセスを利用した有機−無機混成先駆物質によって各レイヤーが形成される、シリコン基板上に積層した多層の導波管素子の製造方法において、
シリコン基板上に、第一バッファーレイヤーを堆積し、
前記第一バッファーレイヤー上に、導波管装置の形成を可能とする対象領域を含む、フォトイニシエータが添加された導波管レイヤーを堆積し、
前記導波管レイヤー上に、第一バッファーレイヤーと同じ屈折率を持ち、フォトイニシエータが添加されない第二バッファーレイヤーを堆積し、
前記第二バッファーレイヤー上に、外部応力から保護するための外部保護レイヤーを堆積する工程を含み、
前記導波管レイヤー中の対象領域を、前記第二バッファーレイヤーを通して紫外線放射あるいはレーザーに露出することにより、光重合された領域の屈折率が上昇して導波管装置が導波管レイヤー中に形成され、
前記導波管装置の周囲の媒体が同じ屈折率を持ち、前記導波管装置付近の屈折率構造を対称としたことを特徴とする、
シリコン基板上に積層した多層の導波管素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法において、
前記第二バッファーレイヤーは、シリコン基板上に堆積した第一バッファーレイヤーと同じ溶液から作成されることを特徴とする、
シリコン基板上に積層した多層の導波管素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の製造方法において、
前記外部保護レイヤーを形成した後に、前記外部保護レイヤーと第二バッファーレイヤーを通して紫外線放射への露出が行われることを特徴とする、
シリコン基板上に積層した多層の導波管素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の製造方法において、
前記導波管レイヤーは、第一バッファーレイヤーと同じ溶液にフォトイニシエータを添加して形成されることを特徴とする、
シリコン基板上に積層した多層の導波管素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の製造方法において、
前記第一バッファーレイヤーは、堆積後に９０度から１２０度の温度で、１５分から１時間乾燥させることを特徴とする、
シリコン基板上に積層した多層の導波管素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の製造方法において、
前記導波管レイヤーは、堆積後に６０度から８０度の温度で、１０分から４５分間乾燥させることを特徴とする、
シリコン基板上に積層した多層の導波管素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の製造方法において、
前記第二バッファーレイヤーは、堆積後に６０度から８０度の温度で、１０分から４５分間乾燥させることを特徴とする、
シリコン基板上に積層した多層の導波管素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の製造方法において、
前記外部保護レイヤーは、堆積後に６０度の温度で、２０分から４５分間乾燥させることを特徴とする、
シリコン基板上に積層した多層の導波管素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の製造方法において、
紫外線放射を３２５nmの波長で数秒から数分間行うことを特徴とする、
シリコン基板上に積層した多層の導波管素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の製造方法において、
紫外線放射による光重合後の素子は、１００度から１２０度の温度で、２０分から４５分アニール化されることを特徴とする、
シリコン基板上に積層した多層の導波管素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の製造方法において、
第二バッファーレイヤー堆積後に、導波管レイヤーが紫外線放射もしくはレーザーにより光重合され、その後第二バッファーレイヤー上に保護レイヤーを堆積することを特徴とする、
シリコン基板上に積層した多層の導波管素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれかに記載された製造方法で製造された導波管素子において、
前記第一バッファーレイヤーと第二バッファーレイヤーとで、導波管レイヤー中に形成された導波管装置の周囲に、同じ屈折率を持つ構造が形成されてあることを特徴とする、
シリコン基板上に積層した多層の導波管素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板上に多層化した、導波管素子（ウエブガイドコンポーネント）の製造方法に関するものであり、基板上に配置したバッファーレイヤーと、前記バッファーレイヤー上に配置した、内部に導波管が形成される導波管レイヤーと、外部応力に対する外部保護レイヤーとを有するタイプの導波管素子に関するものである。また本発明は、本発明方法を利用して製造された導波管素子にも関するものでもある。
【背景技術】
【０００２】
前記保護レイヤーが、導波レイヤー上に直接堆積されるというタイプの素子の一般的なものは既に公知である。したがってここではあえて従来技術の説明を省略する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、これらの既知の導波管素子を改良することにあり、より詳細には、ウエイブ送信の特性を改良し、より高い集積密度を持つ素子の製造を可能とすることにある。
【０００４】
この目的を達成するために、本発明の製造方法は、導波管レイヤー上に追加レイヤーを堆積させることによって、導波管レイヤー中に形成された導波管装置の周囲に同じ屈折率を持つ、対称的な構体を得ることが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明は、ｓｏｌ−ｇｅｌプロセスを利用した有機−無機混成先駆物質によって各レイヤーが形成される、シリコン基板上に積層した多層の導波管素子の製造方法において、シリコン基板上に、第一バッファーレイヤーを堆積し、前記第一バッファーレイヤー上に、導波管装置の形成を可能とする対象領域を含む、フォトイニシエータが添加された導波管レイヤーを堆積し、前記導波管レイヤー上に、第一バッファーレイヤーと同じ屈折率を持ち、フォトイニシエータが添加されない第二バッファーレイヤーを堆積し、前記第二バッファーレイヤー上に、外部応力から保護するための外部保護レイヤーを堆積する工程を含み、前記導波管レイヤー中の対象領域を、前記第二バッファーレイヤーを通して紫外線放射あるいはレーザーに露出することにより、光重合された領域の屈折率が上昇して導波管装置が導波管レイヤー中に形成され、前記導波管装置の周囲の媒体が同じ屈折率を持ち、前記導波管装置付近の屈折率構造を対称としたことを特徴とするシリコン基板上に積層した多層の導波管素子の製造方法を提供することを特徴としている。
【０００６】
また本発明は、前記第二バッファーレイヤーが、シリコン基板の上に堆積した第一バッファーレイヤーと同じ溶液から形成されることも特徴とする。
【０００７】
更に、本発明の導波管装置は、前記外部保護レイヤーを形成した後に、前記外部保護レイヤーと第二バッファーレイヤーを通して紫外線放射への露出が行われることも特徴とする。
【０００８】
更に、本発明は、前記導波管レイヤーが、第一バッファーレイヤーと同じ溶液にフォトイニシエータを添加して形成されることも特徴とする。
【０００９】
また、本発明の導波管素子は、前記第一バッファーレイヤーと第二バッファーレイヤーとで、導波管レイヤー中に形成された導波管装置の周囲に、同じ屈折率を持つ構造が形成されてあることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の他の目的、特徴、詳細、そして効果については、添付した概略図を参照して行う説明によってより明かとなるが、これは本発明の一例として示したものであり、本発明を限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
前記の図面に図示されるように、本発明の導波管素子は、本質的に、シリコン基板１上に積層された、第一バッファーレイヤー２と、導波管装置６を収納する為の導波管レイヤー３と、第二バッファーレイヤー４と、外部保護レイヤー５とから構成されている。
【００１２】
第一バッファーレイヤー２の機能は、導波管装置６をシリコン基板１から光重合し、導波管レイヤー６と比較して非常に高い屈折率を有するシリコン基板１が、放射モードにより大きなロスとならないようにすることである。
このバッファーレイヤーの素材は、他のレイヤーのように、有機―無機混成であり、特に光重合性、屈折率の差、機械抵抗といったことに関して希望の特性を持つように選択するものである。
【００１３】
ｓｏｌ−ｇｅｌプロセスという技術を使い、液相先駆物質（ＬＩＱＵＩＤ  ＰＨＡＳＥ  ＰＲＥＣＵＲＳＯＲ）を利用し、シリコンのような固体基板上の固体堆積を行う。
【００１４】
本発明のこの技術によると、シリコン基板は、液体先駆物質の溶液中に浸される。そして、その液体から一定の速度で引き出すことで、液体レイヤーが、基板上で獲得される。液体レイヤーは、その後加熱によって固められる。
【００１５】
本発明において、第一バッファーレイヤー２を作成する液体は、３−（トリメトキシシリル）プロピルメタクリル酸（ＭＡＰＴＭＳ）と、ジルコニウム・ｎ−プロポデキサイドとメタクリル酸（Ｚｒ（ＯＰｒ）４：ＭＡＡ）の間の反応生成物の二つの有機−無機先駆物質を含むものである。いずれも、有機ネットワークとミネラルネットワークの両方を構成することが可能である。
【００１６】
前記バッファーレイヤーには、ミネラルネットワークのみが、加水分解とアルコクサイドグループ（ＡＬＣＯＸＩＤＥ  ＧＲＯＵＰ）のポリ縮合（ＰＯＬＹＣＯＮＤＥＮＳＡＴＩＯＮ）により形成される。
【００１７】
バッファーレイヤー２は、９０度から１２０度までの温度、より効果的には１００度の温度で１５分から１時間の間、より効果的には３０分間乾燥させる。
【００１８】
導波管レイヤー３を製造するには、バッファーレイヤーに使われた溶液と同じものが使われが、ＭＡＰＴＭＳＳ＋ＭＡＡの重量の２．５％のフォトイニシエータが加えられる。導波管レイヤーは、第一バッファーレイヤー２上に、前記バッファーレイヤーと同じ液浸―回収技術を使い、堆積させる。
【００１９】
導波管レイヤーは、その後６０度から８０度までの温度、より効果的には６０度で１０分から４５分の間、より効果的には３０分間乾燥させる。
【００２０】
第二バッファーレイヤー４は、フォトイニシエータを添加せずに、第一バッファーレイヤー２と導波管レイヤー３と同じ溶液から形成される。前記第二バッファーレイヤーは、また液浸―回収技法を使い、導波管レイヤー上に堆積され、その後６０度から８０度までの間の温度、より効果的には６０度で１０分から４５分間、より効果的には、３０分間乾燥させる。
【００２１】
このバッファーレイヤー４上に、保護レイヤー５が堆積され、それは疎水性とおよび傷防止の性質を有したレイヤーであり、外部の応力に対して素子を保護する役目を果たし、紫外線に対して透過的である必要がある。
例えば、トリメトキシシラン等の環境に対して不活性な、強い抵抗レイヤーを製造するためには、有機ミネラル先駆物質を選択すると有益である。
後者は、単に水成０．０１ＮのＨＣＩ溶液と加水分解したものである
前記外部保護レイヤーが堆積された後、６０度の温度で２０分から４５分の間、より効果的には３０分間乾燥される。
レイヤーが積層された後、堆積層は、保護レイヤー上に位置したマスクを通して、紫外線放射により光重合され、より効果的には、使われるフォトイニシエータによっては、数秒から数分間、３２５ｎｍの波長で放射されるとよい。
【００２２】
この光重合作業の前は、バッファーレイヤーと導波管レイヤーが、同じ屈折率を持っている。しかし、この光重合作用の間、放射作用下の導波管レイヤーの照射領域において、有機ネットワークが（重合）ポリマライゼーションにより形成される。
【００２３】
重合した時、前記領域は、その周りの物質に比べて屈折率が高いものである。そのため、照射領域が、導波管レイヤー内において、導波管装置を形成することとなる。
【００２４】
その後、堆積層は、１００度から１２０度の間の温度、より効果的には１００度の温度を２０分から４５分間、より効果的には３０分間の加熱処理で以って安定させることとなる。
ミネラルネットワークは、その後充分にクロスリンクされ、例えば太陽光線等による、更なる紫外線による活性化を防ぐものである。
【００２５】
選択された素子、ガイドの横寸法、放射状態、すなわち、時間と強度によって、特に可視状態から１．５５μｍまでの範囲の波長に合う素子を製作することが可能である。
【００２６】
本発明において、光重合は全てのレイヤーが堆積した後に行われる。また、マスクを使用した紫外線放射という形の光重合ではなく、レーザーを直接使用することで実行されることが好ましい。
【００２７】
導波管レイヤー内で起こる重合は、この紫外線、あるいはレーザーを通して行われ、それにより屈折率を変えて、光重合した部分の中で導波管の形成を可能とする。
【００２８】
本発明のその他の実施例によると、導波管レイヤーは、光重合部分を耐溶剤性部とするために、堆積された直後に光重合する。
光重合されなかった部分は、その後アルコール溶剤、より効果的には、ベタノール１を使い、紫外線写真石版術の原理を利用して溶解される。続いて、第二バッファーレイヤーが堆積され、保護レイヤーに続く。
【００２９】
光重合は、第二バッファーレイヤーを堆積した後に行うことも可能である。
【００３０】
バッファーレイヤーを通じた光重合は、エッチング作業を回避可能とし、素子製造方法を簡素化するものである。
エッチングの省略によって、エッチングが原因となっていた鮮明度喪失を避けることが可能である。エッチングが行われないことで、ガイドには、散乱による伝搬喪失の大きな一因となる表面の粗さがない。
【００３１】
本発明の方法にとって、レイヤー３と、４と、５とが部分的に乾燥されることは非常に重要なことであることに注意されたい。そうでなければ、有機ネットワークの重合が不十分なように、満足できる品質の導波管を光重合（ＦＵＴＵＲＥ  ＩＮＳＵＬＡＴＩＯＮ）によって形成することは不可能であろう。
上述の方法を参照すると、本発明の構成要素は対称的構成であるため、導波管レイヤー内に形成された、導波管の周囲の媒体が、同じ屈折率を持つこととなる。
【００３２】
第二バッファーレイヤーを導波管レイヤー上に堆積されて、二つの同一の光重合バッファーレイヤー間に位置させることによって、複数の導波管レイヤーを夫々が積層し合った素子、または高集積密度を持った複雑な構成のその他の素子を製作することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係わる多層導波管素子の断面図。
【図１】
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