JP2003240997A - 空間反射型構造を有する光集積回路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板上に形成された光導波路層に対して垂直
端面及び斜面を高い精度で効率良く形成できる製造方法
を提供することである。 【解決手段】 光導波路層に形成された垂直端面及び斜
面を有する空間反射型構造の光集積回路の製造方法であ
って、光導波路層上に第１のフォトレジストを塗布し、
斜面に対応する部分を除いて第１のフォトレジストを除
去し、所定温度に加熱して第１のフォトレジストを少な
くとも部分的に溶融し、表面張力によって第１のフォト
レジストを変形させて斜面形状を有する第１のマスクを
形成する。光集積回路の製造方法はさらに、光導波路層
及び第１のマスク上に第２のフォトレジストを塗布し、
端面に対応する位置から斜面の上端に対応する位置まで
の第２のフォトレジストを除去して第２のマスクを形成
するステップを含んでいる。次いで、第１のマスク、第
２のマスク及び光導波路層をＲＩＥによってエッチング
することによって、端面及び斜面を同時に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信等に用いる
光集積回路の製造方法に関し、特に、光導波路と光アク
ティブ素子の間の光結合を空間反射型構造により実現す
る光集積回路の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の爆発的な通信需要の拡大に応える
べく、通信網に対する光ファイバーを用いた高速化、さ
らに、光波長多重（Wavelength Division Multiplexi
ng：ＷＤＭ）を用いた大容量化が全世界レベルで推し進
められている。

【０００３】このようなＷＤＭ光通信での中継やスイッ
チングなどに必要な光機能素子の多くはバルク部品等で
構成され、高速なシステムになる程より高度な光路長調
整等が必要になる。そのため高価な部品となることが多
く、光通信システムを非常に高コストなものにする一因
となっている。

【０００４】このような背景のもと、より細かな光路長
設計が可能で、かつ、一括プロセスを用いた大量生産が
可能な平面光導波路（Planner Lightwave Ciruit：Ｐ
ＬＣ）型機能集積素子が、高機能化、小型低コスト化に
対して有望視されており、現在、活発な研究が世界的に
進められている。

【０００５】また、上記のようなＰＬＣ型ＷＤＭ用デバ
イスの制御と、該デバイスからの光信号の取り出しまた
は送り込みに必要な光アクティブ素子に対する結合とを
簡易かつ高密度、低コストで行うことができる構造及び
その製造技術が極めて重要になってきている。

【０００６】ＰＬＣ型デバイスの光導波路と光アクティ
ブ素子との結合構造としては、例えば、光導波路に対し
４５°前後の斜面を有するミラーを用いて、光導波路と
光アクティブ素子を結合する構造が、簡易な光実装構造
として多く提案されている。

【０００７】ここで、上記のような光導波路と光アクテ
ィブ素子の結合に用いられる斜面ミラーの従来の形成方
法について詳しく説明する。

【０００８】例えば、ハイブリッド斜面ミラー構造によ
る形成方法（以下、従来の形成方法Ａとする）は、Ｓｉ
結晶等の異方性エッチングを用いて斜面ミラーを個別部
品として作成し、その斜面ミラー部品を光導波路に対し
てハイブリッド集積する方法である。この従来の形成方
法Ａは、後述する、他の方法が提案されるまで一般的に
用いられてきた方法である。

【０００９】斜面ダイシングによる形成方法（以下、従
来の形成方法Ｂとする）は、光導波路付基板に対してＶ
字の刃先をもつダイシングブレードを用い、ウェハを斜
めにしてダイシングを行い、ダイシング面の一方を斜面
とし、他方を垂直端面とする方法である。この従来の形
成方法Ｂは、プロセスとして、最も簡易性が高く、製品
の品種が限定されている場合にメリットを有する。

【００１０】レーザー加工による形成方法（以下、従来
の形成方法Ｃとする）は、例えば米国特許第５，８９
４，５３８号明細書等で公知の方法であって、光導波路
に対して４５°方向よりレーザーを照射することによ
り、ＳｉＯ₂を蒸発させる方法、または、レーザーのス
イープによりＳｉＯ₂の蒸発量を照射時間で制御し４５
°エッチングを行う方法である。

【００１１】この従来の形成方法Ｃは、基本的に、ウェ
ハ上のマスク形成を必要とせず、斜面の形成位置をウェ
ハ毎に変えることができるので、多品種少量生産に対し
てメリットを有する。

【００１２】異種レートウェットエッチングによる形成
方法（以下、従来の形成方法Ｄとする）は、例えば米国
特許第５，１３５，６０５号明細書や特開平１１−３２
６６６２号公報等で公知の方法であって、斜面を形成す
る領域に対して、光導波路材よりもエッチングレートの
高い物質を蒸着し、その上よりエッチングマスクを形成
して、ウェットエッチングを行う方法である。

【００１３】この従来の形成方法Ｄでは、エッチングマ
スク下のアンダーエッチが、上記物質を蒸着した領域の
方が他の領域よりも速く進行するため、その結果、非対
称な斜面形成（例えば垂直端面と斜面の形成）が可能と
なっている。このような従来の形成方法Ｄは、ウェハ毎
の一括プロセスのため、少品種大量生産に対してメリッ
トを有する。

【００１４】斜めＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反
応性イオンエッチング）加工による形成方法（以下、従
来の形成方法Ｅとする）は、例えば特開２０００−１９
９８２７号公報や特開２０００−２３５１２８号公報等
で公知の方法であって、メタルマスク等の膜厚の薄いマ
スク材を用いてパターニングを行い、加工される基板を
ＲＩＥ電極に対して４５°前後（所望の斜面角度）にセ
ットしてＲＩＥ加工を行う方法である。この従来の形成
方法Ｅは、ＲＩＥを用いているため、斜面の平滑性とい
う点に対してメリットを有する。

【００１５】グレーマスク及びＲＩＥによる形成方法
（以下、従来の形成方法Ｆとする）は、例えば米国特許
第５，３１０，６２３号明細書や特開平６−２６５７３
８号公報等で公知の方法であって、露光強度をサブピク
セルサイズでの開口面積で近似したグレースケールのマ
スクを用い、１回の露光及び現像で感光性マスク材料に
斜面の原型を形成し、その後ＲＩＥにて斜面の原型を転
写する方法である。

【００１６】この従来の形成方法Ｆでは、感光性マスク
材料をＲＩＥにかけると、マスク表面が加熱されて、Ｒ
ＩＥ装置内部でのマスク形状の劣化が生じる。このた
め、感光性マスク材料で形成された原型をＲＩＥで転写
するプロセスにおいては、露光現像後のマスク材料を、
ＲＩＥ装置内部で加熱される温度よりも高い温度に加熱
して硬化させ、ＲＩＥ時における軟化を防止し、再加熱
されてもマスク形状が変形しないようにする必要があ
る。

【００１７】このような従来の形成方法Ｆは、ＲＩＥに
よる転写に用いるフォトレジストの３次元（斜面等）の
原型を、グレースケールを構成するサブピクセルサイズ
での露光強度平均に基づいて３次元形状を近似すること
により、１枚の露光マスクを用いた１回の露光で形成す
るため、複数の露光マスクを用いた多重露光で３次元原
型を形成する場合に比べて、原型形成時におけるマスク
の位置合わせずれによる形状劣化の防止という点に対し
てメリットを有する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＰＬＣ型デ
バイスの光導波路と光アクティブ素子との斜面ミラーを
用いた結合形態は、例えば図１及び図２に示すような２
通りの構造に大別することができる。

【００１９】図１の導波路端面反射型の構造は、例えば
米国特許第５，９６６，４７８号明細書等で公知の結合
形態であって、光導波路端面を４５°前後の斜面に加工
し、斜面加工された端面にて全反射させる構造である。

【００２０】この構造では、端面で光を全反射させるた
めに、光導波路よりも屈折率の低い材料を端面近傍に充
填するか、または、端面に金属膜を形成する必要があ
る。一方、図２の空間反射型の構造は光導波路端面から
出射した光を向かい合う４５°前後の斜面にて全反射さ
せる結合形態である。

【００２１】図１及び図２に示した結合形態の選択は、
光アクティブ素子の封止構造を考慮する必要がある。す
なわち、光集積回路に実装される光アクティブ素子は、
水分等から保護するための封止構造が必須である。

【００２２】従来、光アクティブ素子は気密のとれたパ
ッケージに実装され、外部（例えば光ファイバ等）との
光結合はガラス窓を介しレンズ等を利用して行われてい
た。これと同様にして、光集積回路においても、光アク
ティブ素子が実装された光集積回路全体を気密パッケー
ジなどで保護することなどが考えられる。

【００２３】この場合には、基本的には図１及び図２に
示した構造に優劣はないが、光集積回路が大規模化する
と光ファイバ等の接続箇所が多くなるので、パッケージ
外部との光結合のための構造が複雑になり、非常に高価
なものとなってしまう。したがって、光集積回路全体を
気密パッケージなどで保護する方法は、ＰＬＣ型光集積
回路のメリットを損ねることになる。

【００２４】そこで、光アクティブ素子の周辺部に局所
的に樹脂等を用いて封止することにより、光接続部に簡
易なバットジョイントなどの接続方法が採用でき、光集
積回路の大規模化に対応が可能となる。

【００２５】この場合、図１の構造においては、封止材
料が斜面側に流れ込む事が考えられる。封止に用いる樹
脂等は、一般的に空気に比べ高い屈折率を有する。その
ため、斜面に流れ込んだ樹脂により斜面での反射率が大
幅に落ち込むので、金属等を斜面にコーティングする必
要がある。

【００２６】このようなコーティング加工を行う場合、
斜面が光集積回路の端等に位置して外部に露出している
必要がある。このため斜面ミラーの形成場所について大
幅な制限がついてしまい、光集積回路の設計において非
常に不利となる。

【００２７】一方、図２の空間反射型構造においては、
光アクティブ素子搭載前に透明な樹脂等を予め充填する
等の対策が容易に可能であり、上記のような光集積回路
設計に対して制限を加えることがない。

【００２８】上記のように、光集積回路全体の封止構造
を考慮した場合に有利と考えられる空間反射型の構造に
関しては、その形成方法について、次のような課題が想
定される。

【００２９】なお、以下の課題は、斜面ミラーの実用に
耐えうる性能、信頼性、小型低コスト性などを満足する
ためのものであり、光集積回路での光アクティブ集積の
将来的発展に不可欠の課題である。

【００３０】第１の課題は、光導波路の垂直端面と斜面
ミラーとのモノリシック構造についての課題である。こ
の第１の課題は、ミラー構造部の信頼性に寄与する。例
えば、空間反射型構造を個別部品を用いて形成した場
合、使用温度条件の変動等により接着材料の膨張などを
引き起こし、光結合の劣化を発生する可能性がある。こ
のような光結合の劣化は、垂直端面及び斜面ミラーのモ
ノリシック化を図ることにより回避することができる。

【００３１】第２の課題は、光導波路の垂直端面と斜面
ミラーの同時加工についての課題である。一般的に、斜
面領域のような深い溝加工後のウェハに対して、その溝
近傍への再加工のためにマスクを形成することは難し
い。このため、垂直端面の加工と斜面の加工とを両立し
て行うことができるような形成方法の実現が必要であ
る。

【００３２】第３の課題は、光出射端面の光導波路に対
する垂直性（以下、端面垂直性とする）についての課題
である。光導波路の端面の垂直性が良くない場合には、
その端面にて出射光が屈折してしまい、光アクティブ素
子との結合トラレンス（必要な結合効率が許容される搭
載位置ずれ量）が制限される。このため端面垂直性を十
分に確保できる形成方法の実現が求められる。

【００３３】第４の課題は、光導波路の垂直端面と斜面
ミラーとの間の距離（以下、端面斜面間距離とする）に
ついての課題である。端面斜面間距離が長くなると、光
出射端での屈折により斜面における光信号の到達位置の
ずれが大きくなってしまい、光アクティブ素子との結合
トラレンスが制限されることになる。このため端面斜面
間距離を短縮することのできる形成方法の実現が必要で
ある。

【００３４】第５の課題は、光導波路の垂直端面及び斜
面ミラーの反射面の平滑性についての課題である。垂直
端面及び反射面の平滑性が低いと、各面での散乱による
光結合量の低下を招いてしまう。このため、十分な平滑
性を確保できる形成方法の実現が求められる。

【００３５】第６の課題は、斜面ミラー領域の局所化に
ついての課題である。斜面ミラーの配置される領域を局
所化することにより、多チャンネル光導波路における光
結合のインライン化が可能となり、光導波路パターンの
設計自由度が拡大する。

【００３６】上記のような各課題に対して、上述した従
来の形成方法A〜Fは次のような問題点を有する。

【００３７】従来の形成方法Ａは、第１の課題を満足し
ないという問題点がある。すなわち、ハイブリッド斜面
ミラー構造は、Sｉ結晶等の異方性エッチングを用い斜
面ミラーを個別部品として作成し斜面をハイブリッド集
積するため、モノリシックな斜面ミラー構造となってい
ない。また、個別部品を用いるため、量産化及び低コス
ト化等を図ることが難しい。

【００３８】従来の形成方法Ｂは、第６の課題を満足し
ないという問題点がある。すなわち、斜面ダイシングに
よる形成方法は、斜面領域がチップを横断してしまうた
め、斜面領域を局所化させることができない。

【００３９】従来の形成方法Ｃは、第５の課題を満足す
ることが難しいという問題点がある。すなわち、レーザ
ー加工による形成方法では、加工面荒れ、加工面付近で
の熱による変形及び残留応力による光学特性劣化などに
より、斜面の十分な平滑性を確保することが困難であ
る。

【００４０】従来の形成方法Ｄは、第３の課題及び第４
の課題がトレードオフの関係になるので、双方の課題を
同時に満足することが難しいという問題がある。すなわ
ち、ウェットエッチングは、石英などの等方性のある材
料ではエッチング面より同心円上に進行するため、エッ
チングレートの高い物質を蒸着していない光導波路の出
射端面側は、マスク下のアンダーエッチによる同心円の
円周上にあって、端面側の形状が曲面状になる。

【００４１】したがって、例えば、斜面ミラーの底辺部
から光出射端面の上面までの水平距離がクラッド層の厚
さと同じ場合であって、コア層がクラッド層のほぼ中央
に埋め込まれているような場合には、光出射端面側につ
いて約６０°程度の垂直性しか得られない。

【００４２】逆に、光出射端面の垂直性を確保する場合
には、エッチング量を増やしてエッチング半径を大きく
採る、つまり、光出射端面と斜面ミラーとの間の距離を
長くしなければならない。

【００４３】例えば、光出射端面側の角度を８０°以上
にするためには、斜面の底辺部と光出射端面の上面の水
平距離をクラッド層の厚さの約３倍程度にする必要があ
る。このように、従来の形成方法Ｄは、端面垂直性の課
題と端面斜面間距離を短縮する課題とがトレードオフの
関係になり、双方の課題を同時に満足することが困難で
ある。

【００４４】従来の形成方法Ｅは、第２の課題を満足し
ないという問題点がある。すなわち、斜めＲＩＥ加工に
よる形成方法では、垂直端面用に２回目のＲＩＥが必要
になるため、垂直斜面と斜面の同時加工が困難である。
また、斜めＲＩＥ加工での１回目に形成させる溝形状
は、９０°から斜面角度を引いた鋭角状エッジ（逆メ
サ）を有する。

【００４５】このため、深溝のある状態で２回目のＲＩ
Ｅ加工用のマスク形成を行うことは、例えば、噴射状塗
布を低粘膜のレジストで行う場合でも、逆メサ状のエッ
ジによりレジスト切れが高確率で発生すると考えられ、
また、一般的なスピンコーターで高粘度のレジストの塗
布を行った場合でも、溝部での気泡が抜けないといった
問題が発生すると考えられるので、その実現が非常に難
しい。

【００４６】従来の形成方法Ｆは、第３の課題及び第５
の課題がトレードオフの関係になるので、双方の課題を
同時に満足することが難しいという問題がある。すなわ
ち、グレースケールマスクでは、グレースケールを構成
するサブピクセルサイズでの露光強度平均で斜面の３次
元形状を近似しているので、フォトレジスト膜厚が薄い
場合には膜厚（深さ）方向に対して十分な近似となる。

【００４７】しかし、斜面形成に必要な厚膜（光導波路
材料とフォトマスク材のエッチング選択比で決まる）で
は、露光強度と、深さ方向の感光量との線形性が悪くな
り、露光時間が増加する。

【００４８】これにより露光量を少なくしたい斜面の上
部では、フォトマスクの感光が深さ方向により進行し、
ピクセルサイズの凸凹を生じる可能性が高くなる。この
凸凹を平滑化するために、前述の露光現像後の熱硬化ま
での加熱速度を早くすることが考えられる。

【００４９】なお、この方法は、一般的なフォトマスク
材料について、現像後の加熱（ポストベーグ）における
加熱速度を速くした場合に、軟化による現像パターン劣
化が生じることを利用したものである。

【００５０】しかし、この加熱条件では垂直端面側のフ
ォトマスク材料にも軟化が発生し、マスクの垂直性を劣
化させることになる。一方、ポストベークの条件として
加熱速度を非常に遅くした場合には、材料によっては垂
直性を保ったまま硬化させることが可能であるが、その
場合には斜面側の平滑性を得ることはできない。

【００５１】このようにグレーマスク及びＲＩＥによる
形成方法では、出射端面の垂直性の課題と斜面の平滑性
の課題とがトレードオフの関係になり、双方の課題を同
時に満足させることが困難である。

【００５２】上述したように従来のいずれの形成方法で
も、全ての課題を同時に満足するような空間反射型構造
を実現することが難しいという問題があった。

【００５３】よって、本発明の目的は、基板上に形成さ
れた光導波路に対して端面及び斜面を高い精度で効率よ
く形成することのできる空間反射型構造を有する光集積
回路の製造方法を提供することである。

【００５４】

【課題を解決するための手段】本発明によると、基板上
に形成された光導波路層の概略垂直の端面に対して入射
又は反射される光が前記端面に対向する斜面反射される
空間反射型高層を有する光集積回路の製造方法であっ
て、前記光導波路層上に第１のフォトレジストを塗布
し、前記斜面に対応する部分を除いて前記第１のフォト
レジストを除去し、所定温度に加熱して前記第１のフォ
トレジストを少なくとも部分的に溶融し、表面張力によ
って該第１のフォトレジストを変形させて斜面形状を有
する第１のマスクを形成し、前記光導波路層及前記第１
のマスク上に第２のフォトレジストを塗布し、前記端面
に対応する位置から前記斜面の上端に対応する位置まで
の前記第２のフォトレジストを除去して第２のマスクを
形成し、前記第１のマスク、第２のマスク及び光導波路
層を反応性イオンエッチングによってエッチングするこ
とによって、前記端面及び前記斜面を同時に形成する、
各ステップからなることを特徴とする空間反射型構造を
有する光集積光路の製造方法が提供される。

【００５５】好ましくは、反応性イオンエッチングによ
るエッチングステップは、フッ素系ガスと酸素との混合
ガス雰囲気中で行われる。フッ素系ガスと酸素の流量比
を最適に設定することにより、光導波路層と第１のマス
クのエッチング選択比を最適に制御することができ、反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で精度良く斜面を形成
することができる。

【００５６】第１のフォトレジストを除去するステップ
は、所定パターンのマスクを使用して第１のフォトレジ
ストを露光するステップと、現像するステップを含んで
いる。好ましくは、露光ステップはパターンの大きさの
違う複数のマスクを使用する多重露光ステップから構成
される。

【００５７】好ましくは、第２のマスクを形成した後、
第１及び第２のマスクに対して紫外線が照射される。こ
れにより、第１及び第２のマスクを形成するフォトレジ
ストがキュアされ、第１及び第２のマスクの耐熱性が向
上する。好ましくは、照射する紫外線の波長は２２０ｎ
ｍ〜３２０ｎｍの範囲内である。

【００５８】光集積回路の製造方法はさらに、前記斜面
上に金属膜を形成するステップを含んでいる。金属膜の
形成ステップには、リフトオフ法あるいはエッチング法
のいずれかが採用される。

【００５９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態に係る空間反射型構造を有する光集積回路の製造
方法について詳細に説明する。図３（Ａ）〜図５（Ｂ）
は本発明第１実施形態の製造方法を工程順に示す断面図
である。

【００６０】図３（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１２上
にはアンダークラッド層１４、コア１６及びオーバーク
ラッド層１８からなる光導波路層２０が形成されてい
る。光導波路層２０は石英系の光導波路層であり、例え
ばＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）、ＦＨＤ（Ｆｌａｍｅ Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉ
ｓ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング等により
基板１２上に成膜される。

【００６１】光導波路層２０上には斜面形成用の有機感
光材料からなる第１のフォトレジスト２２を１０μm程
度の厚さになるようにスピンコーターを使用して塗布す
る。第１のフォトレジスト２２としては、例えば、東京
応化工業株式会社製のポジ型レジストＯＦＰＲ−８００
を採用可能である。

【００６２】スピンコーターで塗布された第１のフォト
レジスト２２を所定温度でベークした後、図３（Ｂ）に
示すように、形成すべき斜面に対応する部分に第１のフ
ォトレジスト２２を矩形に残すようにパターニングを行
う。

【００６３】すなわち、斜面に対応する部分を除いて第
１のフォトレジスト２２を除去する。このパターニング
は、所定パターンのマスクを使用した露光と現像からな
るフォトリソグラフィ技術により実施する。露光には例
えばG線を使用する。

【００６４】次いで、図３（Ｃ）に示すように、第１の
フォトレジスト２２を約２００℃に加熱して第１のフォ
トレジスト２２を少なくとも部分的に溶融し、その表面
張力によって第１のフォトレジストを凝集させてなだら
かな斜面形状２４ａを有する第１のマスク２４を形成す
る。斜面形状２４ａは概略円弧状であり、光導波路層２
０の表面に対する斜面の角度は約１０°〜約１３°であ
る。

【００６５】次いで、図４（Ａ）に示すように、垂直端
面形成用の有機感光材料から成る第２のフォトレジスト
２５を１５μｍ程度の厚さになるようにオーバークラッ
ド層１８及び第１のマスク２４上に塗布する。

【００６６】第２のフォトレジスト２５は垂直端面の十
分な垂直性を確保するために高耐熱性フォトレジストが
望ましいが、第１のフォトレジスト２２と同じフォトレ
ジストも使用可能である。なお、同一のフォトレジスト
を使用した場合には、後で説明する紫外線照射処理等の
処理をするのが望ましい。

【００６７】次に、図４（Ｂ）に示すように、垂直端面
を形成したい位置から斜面の上端を形成したい位置の間
の第２のフォトレジスト２５を、所定パターンのマスク
を使用した露光及び現像工程からなるフォトリソグラフ
ィによって除去し、第２のマスク２６を形成する。

【００６８】この際、第１のフォトレジストから形成さ
れた第１のマスク２２は約２００℃程度の高温で熱処理
された後なので感光特性を失っており、本露光現像工程
ではその形状はほとんど変化することはない。

【００６９】次いで、エッチングガスとしてフッ素系の
ガス（例えば、ＣＦ₄，Ｃ₄Ｆ₈）に酸素を少量加えたガ
スを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって
第１及び第２のマスク２２，２６の形状が光導波路層２
０に転写されるようにエッチングを行い、図４（Ｃ）に
示すような垂直端面２８及び垂直端面２８に対向する斜
面３０を形成する。

【００７０】石英系の光導波路層２０は主にフッ素系の
ガスによってエッチングされ、そのエッチングレートは
エッチングガス中の酸素の量にはあまり影響されない。
これに対して、ポジ型有機感光材からなる第１のマスク
２２のエッチングレートは酸素の量によって大きく変化
する（酸素の量が多いとエッチングレートは大きくな
る）。そこで、フッ素系ガスに少量の酸素を混合するこ
とにより、酸素で第１のマスク２２のエッチングレート
を制御する。

【００７１】導入する酸素の量は、酸素導入時の石英系
光導波路層２０と有機感光材料からなる第１のマスク２
２のエッチング選択比をもとに計算される第１のマスク
２２の膜厚が所望の範囲内となるように調整される。本
実施形態では、フッ素系ガスとしてＣ₄Ｆ₈ガスを使用
し、Ｃ₄Ｆ₈ガスと酸素の流量比を１８対１に調整したエ
ッチングガスを使用した。

【００７２】Ｃ₄Ｆ₈ガスと酸素の流量比をこのように調
整したエッチングガスを使用してＲＩＥを行うと、ＲＩ
Ｅ時間に従って石英系の光導波路層２０、第１のマスク
２２及び第２のマスク２６はそれぞれ均一性良く減少し
ていき、垂直端面形成用の第２のマスク２６の形状を転
写した垂直端面２８及び斜面形成用の第１のマスク２２
の形状を転写した斜面３０が形成される。

【００７３】なお、ＲＩＥのエッチングレートの均一性
を高めるためには、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）やアルゴ
ン（Ａｒ）などの不活性ガスを用いてエッチングガスを
希釈すると良い。

【００７４】第１及び第２のマスク２２，２６を用いた
ＲＩＥ工程が完了すると、残存する斜面形成用の第１の
マスク２２及び垂直端面形成用の第２のマスク２６の除
去処理が行われる。

【００７５】この除去処理は、例えば、各マスク２２，
２６に有機系フォトレジストを使用した場合には、酸素
プラズマを用いたアッシング処理によって行うことが可
能である。

【００７６】あるいは、エッチングガスとして酸素を用
いたＲＩＥによっても残存マスクの除去処理が可能であ
る。図５（Ａ）は残存マスクを除去した後の状態を示し
ている。

【００７７】光導波路層２０に対する垂直端面２８及び
斜面３０の形成が完了すると、斜面３０に金属膜ミラー
３２を形成するための図示しない斜面ミラー用マスク
が、基板１２及び光導波路層２０の所要の部位に形成さ
れる。

【００７８】この斜面ミラー用マスクは、基板１２及び
光導波路層２０上に塗布したフォトレジストをフォトリ
ソグラフィによりパターニングして形成することが可能
である。

【００７９】なお、斜面ミラー用マスクの形成処理にお
いては、光導波路層２０上に垂直端面２８及び斜面３０
から画成された溝が形成されているため、一般的なスピ
ンコートによるフォトレジストの塗布では、スピンコー
ト時の遠心力により溝の角にてレジスト切れを発生する
可能性がある。このようなレジスト切れを避けるために
は、例えば、フォトレジストを噴霧状にして塗布するな
どの措置が有効である。

【００８０】斜面ミラー用マスクが形成されると、図５
（Ｂ）に示すように、斜面３０への金属膜ミラー３２の
形成処理が行われる。斜面３０への金属膜ミラー３２の
形成処理により、空間反射型構造を有する光集積回路１
０を得ることができる。

【００８１】この金属膜ミラー３２の形成処理は、例え
ば、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、またはニッケル（Ｎ
ｉ）等の金属を一様に蒸着またはスパットリングし、斜
面ミラー用マスクをリフトオフすることにより形成され
る。

【００８２】図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、本発明第２実
施形態の製造方法の一部の工程を示している。まず、図
６（Ａ）に示すように、光導波路層２０上に斜面形成用
の第１のフォトレジスト２２をスピンコータによって塗
布する。この工程は、図３（Ａ）に示した第１実施形態
の工程と同様である。

【００８３】次いで、斜面形成用の第１のフォトレジス
ト２２を露光領域の異なる複数枚（本実施形態では３
枚）のマスクを使用して、多重露光を行い、最後に現像
することにより斜面を形成する位置に対応した第１のフ
ォトレジストパターン２２´を階段状に残し、他の部分
の第１のフォトレジストを除去する。

【００８４】次に、図６（Ｃ）に示すように、第１のフ
ォトレジストパターン２２´を約２００℃に加熱するこ
とによって第１のフォトレジストパターン２２´を少な
くとも部分的に溶融し、表面張力によって階段状の斜面
を平滑化し、図６（Ｃ）に示すような斜面形状２４ａ´
を有する第１のマスク２４´を形成する。

【００８５】このように、第１のフォトレジスト２２を
階段状にパターニングすることによって、多重露光を適
用しない図３（Ｂ）に示した矩形のレジストパターン２
２に比較して、階段状のレジストパターン２２´では、
高温加熱後に第１のマスク２４´の斜面２４ａ´が平坦
になりやすいという効果が得られる。

【００８６】斜面形成用の第１のマスク２４´形成後の
工程は、第１実施形態の図４（Ａ）〜図５（Ｂ）に示す
工程と同一である。

【００８７】図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は本発明第３実施
形態の製造方法の一部の工程を示している。本実施形態
の製造方法は、図４（Ｂ）に示したＲＩＥのマスク２
４，２６を形成する工程までは図３（Ａ）〜図４（Ｂ）
に示した第１実施形態の各工程と同一である。

【００８８】図７（Ａ）に示した工程は、図４（Ｂ）に
示した工程に対応する。次いで、図７（Ｂ）に示すよう
に、第１及び第２のマスク２４，２６全体に紫外線を照
射することによって第１及び第２のマスク２４，２６を
形成しているフォトレジストをキュアする。

【００８９】これにより、第１及び第２のマスク２４，
２６の耐熱性が向上し、次工程のＲＩＥ時に温度が上昇
しても第１及び第２のマスク２４，２６は変形すること
なく、光導波路層２０の良好な垂直端面２８を得ること
ができる。

【００９０】本実施形態では、紫外線照射により第２の
マスク２６を形成する第２のフォトレジスト２５をキュ
アし、その耐熱性を向上させることができるので、第１
及び第２フォトレジスト２２，２５に同一のフォトレジ
ストを使用するのが望ましい。これにより、製造コスト
が安価になり、製造プロセスを簡略化することができ
る。

【００９１】照射する紫外線の波長が約２２０ｎｍ〜約
３２０ｎｍの範囲内のものが特に効果が高い。本工程で
使用するような厚さ１０μｍ以上の厚いフォトレジスト
に紫外線を照射する場合は、減圧下で紫外線照射を行う
ことにより、照射時にフォトレジストが発泡することえ
を抑えることができる。

【００９２】このような、紫外線照射によるフォトレジ
ストのキュアを行えば、第１及び第２のマスク２４，２
６の耐熱性は２５０℃以上となり、長時間ＲＩＥ工程を
行っても第１及び第２のマスク２４，２６の形状が変形
することはなくなる。

【００９３】紫外線によるフォトレジストのキュア工程
が終了した後は、図７（Ｃ）に示すように、エッチング
ガスとしてフッ素系ガスと酸素の混合ガスを使用したＲ
ＩＥを行って光導波路層２０に垂直端面２８及び斜面３
０を形成する。

【００９４】この工程は、図４（Ｃ）に示した第１実施
形態の工程と同様である。本実施形態のその後の工程
は、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）に示した第１実施形態の工
程と同様である。

【００９５】また、斜面ミラー部以外に断熱効果、応力
解放効果、遮光効果等をうるために光導波路層２０を除
去したい場所がある場合は、垂直端面形成用の第２のマ
スク２６を形成する際に、該当箇所のフォトレジストを
パターニングすることによって、同時に光導波路層２０
上に溝形状を形成することができる。

【００９６】上述した各実施形態では、光導波路層を石
英系の材料で形成する例について説明したが、光導波路
を形成できる材料であれば、例えば、ポリイミド等の他
の材料も採用することができ、光導波路層２０は石英系
の光導波路層に限定されるものではない。また、Ｓｉ基
板１２に代えて、光導波路層２０と熱膨張係数を合わせ
るために石英基板を採用してもよい。

【００９７】本発明は以下の付記を含むものである。

【００９８】（付記１） 基板上に形成された光導波路
層の概略垂直の端面に対して入射又は反射される光が前
記端面に対向する斜面で反射される空間反射型構造を有
する光集積回路の製造方法であって、前記光導波路層上
に第１のフォトレジストを塗布し、前記斜面に対応する
部分を除いて前記第１のフォトレジストを除去し、所定
温度に加熱して前記第１のフォトレジストを少なくとも
部分的に溶融し、表面張力によって該第１のフォトレジ
ストを変形させて斜面形状を有する第１のマスクを形成
し、前記光導波路層及前記第１のマスク上に第２のフォ
トレジストを塗布し、前記端面に対応する位置から前記
斜面の上端に対応する位置までの前記第２のフォトレジ
ストを除去して第２のマスクを形成し、前記第１のマス
ク、第２のマスク及び光導波路層を反応性イオンエッチ
ングによってエッチングすることによって、前記端面及
び前記斜面を同時に形成する、各ステップからなること
を特徴とする空間反射型構造を有する光集積回路の製造
方法。

【００９９】（付記２） 前記反応性イオンエッチング
によるエッチングステップは、フッ素系ガスと酸素の混
合ガス雰囲気中で行われる付記１記載の光集積回路の製
造方法。

【０１００】（付記３） 前記第１のフォトレジストと
前記第２のフォトレジストは同一のフォトレジストであ
る付記１記載の光集積回路の製造方法。

【０１０１】（付記４） 前記第１のフォトレジストを
除去するステップは、所定パターンのマスクを使用して
前記第１のフォトレジストを露光し、現像するステップ
を含んでいる付記１記載の光集積回路の製造方法。

【０１０２】（付記５） 前記露光ステップはパターン
の大きさの違う複数のマスクを使用する多重露光ステッ
プから構成される付記４記載の光集積回路の製造方法。

【０１０３】（付記６） 前記第２のマスクを形成後
に、前記第１及び第２マスクに紫外線を照射するステッ
プをさらに具備した付記１記載の光集積回路の製造方
法。

【０１０４】（付記７） 前記紫外線は約２２０ｎｍ〜
約３２０ｎｍの波長を有している付記６記載の光集積回
路の製造方法。

【０１０５】（付記８） 前記斜面上に金属膜を形成す
るステップをさらに具備した付記１記載の光集積回路の
製造方法。

【０１０６】（付記９） 前記第２のマスク形成におい
て、断熱効果、応力解放、遮光効果等の為に、基板上の
他の場所に溝構造を形成するためのパターンを同時に形
成し、一度の反応性イオンエッチングによって、斜面ミ
ラー構造と前記溝構造の両方を製作する付記１記載の光
集積回路の製造方法。

【０１０７】

【発明の効果】本発明の光集積回路の製造方法によれ
ば、垂直性の良い光導波路端面と平滑な斜面とを有する
空間反射型構造を、モノリシック化及び局所化された形
態でウェハ一括プロセスにて製造することが可能にな
る。これにより、ＰＬＣ型ＷＤＭデバイスの低コスト化
及び高機能化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】導波路端面反射型の光結合形態を示す断面図で
ある。

【図２】空間反射型の光結合形態を示す断面図である。

【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は本発明第１実施形態
の製造方法を工程順に示した断面図である。

【図４】本発明第１実施形態の製造方法を工程順に示し
た断面図である。

【図５】本発明第１実施形態の製造方法を工程順に示し
た断面図である。

【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は本発明第２実施形態
の製造方法の一部の工程を示す断面図である。

【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は本発明第３実施形態
の製造方法の一部の工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１２ Ｓｉ基板 １４ アンダークラッド層 １６ コア １８ オーバークラッド層 ２０ 光導波路層 ２２ 第１のフォトレジスト ２４ 第１のマスク ２４ａ 斜面形状 ２５ 第２のフォトレジスト ２６ 第２のマスク ２８ 垂直端面 ３０ 斜面 ３２ 金属膜ミラー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された光導波路層の概略垂
   直の端面に対して入射又は反射される光が前記端面に対
   向する斜面で反射される空間反射型構造を有する光集積
   回路の製造方法であって、 前記光導波路層上に第１のフォトレジストを塗布し、 前記斜面に対応する部分を除いて前記第１のフォトレジ
   ストを除去し、 所定温度に加熱して前記第１のフォトレジストを少なく
   とも部分的に溶融し、表面張力によって該第１のフォト
   レジストを変形させて斜面形状を有する第１のマスクを
   形成し、 前記光導波路層及前記第１のマスク上に第２のフォトレ
   ジストを塗布し、 前記端面に対応する位置から前記斜面の上端に対応する
   位置までの前記第２のフォトレジストを除去して第２の
   マスクを形成し、 前記第１のマスク、第２のマスク及び光導波路層を反応
   性イオンエッチングによってエッチングすることによっ
   て、前記端面及び前記斜面を同時に形成する、 各ステップからなることを特徴とする空間反射型構造を
   有する光集積回路の製造方法。
2. 【請求項２】 前記反応性イオンエッチングによるエッ
   チングステップは、フッ素系ガスと酸素の混合ガス雰囲
   気中で行われる請求項１記載の光集積回路の製造方法。
3. 【請求項３】 前記第１のフォトレジストを除去するス
   テップは、所定パターンのマスクを使用して前記第１の
   フォトレジストを露光し、現像するステップを含んでい
   る請求項１記載の光集積回路の製造方法。
4. 【請求項４】 前記露光ステップはパターンの大きさの
   違う複数のマスクを使用する多重露光ステップから構成
   される請求項３記載の光集積回路の製造方法。
5. 【請求項５】 前記第２のマスクを形成後に、前記第１
   及び第２マスクに紫外線を照射するステップをさらに具
   備した請求項１記載の光集積回路の製造方法。