JP2003262749A - 光導波路基板の製造方法及び光導波路基板、並びに光導波路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光導波路基板の製造方法において、石英膜形
成の際に生じる基板の反りを抑制し、反りの小さい光導
波路基板を製造する方法及び光導波路基板、並びにこの
光導波路基板を用いて製造された、反りが極めて小さく
高品質の光導波路を提供する。 【解決手段】 シリコン基板上に石英膜を形成して光導
波路基板を製造する方法であって、前記シリコン基板と
して基板の表面及び裏面が鏡面研磨されたシリコン基板
を用い、該シリコン基板を熱酸化法により酸化すること
によって前記シリコン基板全体に石英膜を形成すること
を特徴とする光導波路基板の製造方法。またシリコン基
板と該シリコン基板上に形成された石英膜からなる光導
波路基板であって、前記シリコン基板の表面及び裏面が
鏡面研磨されており、該鏡面研磨されているシリコン基
板の表面及び裏面上に石英膜が形成されているものであ
ることを特徴とする光導波路基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板上に
石英膜を形成して光導波路基板を製造する方法、及び製
造された光導波路基板、並びにこの光導波路基板を用い
て製造された光導波路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高速度、高密度の光通信用のデバイスに
おいては、より低価格で高品質なものが求められてい
る。特に、最近は光導波路と半導体集積回路とが形成さ
れた光導波路型のデバイスが多く用いられている。この
ような光導波路型のデバイスの中でも、ファイバの接続
に容易なシリコン基板の表面に石英膜、すなわち二酸化
シリコンを主成分とした石英ガラス膜を形成した石英系
光導波路が注目されている。

【０００３】従来用いられている光導波路デバイスの一
例として、方向性結合器を説明する。これは図３の
（ａ）、（ｂ）に示すように、シリコン基板２１上に形
成された３層構造の石英ガラス膜からなり、シリコン基
板２１上に形成されたアンダクラッド膜２２とオーバク
ラッド膜２５との間に、光導波路を構成する２つ以上の
コア部２４が数μｍの間隔で近接して埋設されており、
光結合部２８を形成している。このような方向性結合器
２７は、導波路型光回路の基本回路であり、光分岐部や
光合波部等に広く用いられている。

【０００４】一般に、このような光導波路を製造する際
に、シリコン基板の表面に石英ガラス膜を堆積する方法
としては、四塩化シリコンを主体とする原料ガスを酸水
素火炎中で加熱し、加水分解して得られるガラス微粒子
を基板上に吹き付けて石英ガラス膜を堆積する火炎堆積
法（以下、ＦＨＤ法という）や、ケイ素を含むガスをプ
ラズマ内やオゾンを含む雰囲気で酸素と反応させて石英
ガラス膜を堆積するＣＶＤ法等がある。

【０００５】以下に、光導波路を製造する従来の方法の
一例を、図４を参照しながら説明する。最初に、四塩化
硅素等を出発原料にして、上記ＦＨＤ法もしくはＣＶＤ
法等により、図４（ａ）に示すシリコン基板２１上に厚
さが５〜３０μｍ程度の石英ガラス膜を堆積し、その後
熱処理を行うことによって、シリコン基板２１上にアン
ダクラッド膜として石英ガラス膜２２が形成された光導
波路基板２６を作製することができる（図４（ｂ））。

【０００６】次に、この光導波路基板２６に形成したア
ンダクラッド膜（石英ガラス膜）２２上に、屈折率を該
アンダクラッド膜よりも大きくしたコア膜２３を５〜１
０μｍ形成する（図４（ｃ））。このコア膜２３は、ア
ンダクラッド膜２２よりも屈折率を高くできる添加物、
例えばＧｅ、Ｔｉを含む化合物を硅素化合物とともに反
応させることで、上記ＦＨＤ法、もしくはＣＶＤ法等で
作製することができる。その後、所望の光回路のパター
ンが得られるように不要なコア膜２３をエッチング法等
により除去して、光を伝搬するコア部２４を形成する
（図４（ｄ））。続いて、オーバクラッド膜２５をＦＨ
Ｄ法もしくはＣＶＤ法等によりコア部２４を覆うように
５〜３０μｍ堆積し、熱処理を行うことにより、方向性
結合器２７が作製される（図４（ｅ））。

【０００７】しかしながら、このとき、シリコン基板と
基板表面に形成する二酸化シリコンを主成分とした石英
ガラス膜とでは熱膨張率が１０倍近く異なるため、上記
のように石英ガラス膜を形成する際に熱処理を数百℃以
上で行うことによって、基板がガラス膜を上にして凸状
に大きく反ってしまう問題がある。例えば、直径１００
ｍｍ、厚さ１ｍｍのシリコン基板上に、厚さ２０μｍの
石英ガラス膜をＦＨＤ法により堆積し、１２００℃の熱
処理を行って光導波路基板を作製した場合、得られた光
導波路基板には約２００μｍの反りが生じてしまう。

【０００８】このように大きな反りが生じている光導波
路基板に光回路を形成して光導波路を製造した場合、こ
の光導波路に多芯のファイバテープ線を接続する際、フ
ァイバコアと光導波路に形成されたコア面がサブミクロ
ン乃至数ミクロン程度ずれてしまうため、ファイバコア
とコア面との接合面で光が漏れて接続損失が大きくな
り、デバイス特性の低下を引き起こしてしまう問題があ
った。

【０００９】また、導波路デバイスチップに接続する多
芯ファイバアレイは、通常１２７μｍもしくは２５４μ
ｍピッチのＶ溝ガラス基板の上にファイバが高精度に平
面状に整列固定されている。仮にその多芯ファイバが３
２芯ならば、１芯目のファイバコア中心から３２芯目の
コア中心までの長さが４ｍｍもしくは８ｍｍとなる。

【００１０】一方、直径１００ｍｍのシリコン基板上に
形成された導波路デバイスのコアピッチをファイバアレ
イと同じピッチで形成したとしても、例えば直径１００
ｍｍのシリコン基板に４００μｍの反りが生じている場
合は、基板端面のコアの位置ずれがコア間で１６μｍも
しくは３２μｍ生じてしまう。一般にファイバコアの直
径が８μｍであるため、このように大きな反りが生じて
しまうとファイバコアと基板端面のコアの位置が合わな
いこともありうる。そのため、ファイバコアに光を入れ
て、ファイバを調芯しながらファイバ位置を調製する必
要があり、非常に高精度な調芯装置と調芯工程が必要と
なり、結果として生産性の低下とコストアップを招いて
いた。さらに、今後ファイバアレイの芯数が増加してい
くことが予想され、上記のような調芯工程を行っても、
基板の反りによる位置ずれを修正しきれなくなる可能性
も考えられる。

【００１１】最近では、上記のような光導波路基板の反
りを低減する方法として、リンやボロンを多量にガラス
膜に添加する方法（１９９７年電子情報通信学会エレク
トロニクスソサイエティ大会Ｃ−３−１１６）が提案さ
れているが、この場合、添加した元素のガラス膜内の均
一性を制御することが非常に困難であり、品質の良好な
光導波路基板を安定に製造することが難しかった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は上記問
題点を解決するためになされたものであって、本発明の
目的は、光導波路基板の製造方法において、石英膜形成
の際に生じる基板の反りを抑制し、反りの小さい光導波
路基板を製造する方法及び光導波路基板、並びにこの光
導波路基板を用いて製造された、反りが極めて小さく高
品質の光導波路を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、シリコン基板上に石英膜を形成し
て光導波路基板を製造する方法であって、前記シリコン
基板として基板の表面及び裏面が鏡面研磨されたシリコ
ン基板を用い、該シリコン基板を熱酸化法により酸化す
ることによって前記シリコン基板全体に石英膜を形成す
ることを特徴とする光導波路基板の製造方法が提供され
る（請求項１）。

【００１４】このように、シリコン基板として基板の表
面及び裏面が鏡面研磨されたシリコン基板を用い、該シ
リコン基板を熱酸化法により酸化してシリコン基板全体
に石英膜を形成することによって、シリコン基板の表面
と裏面に膜厚の等しい石英膜を同じように形成できるた
め、基本的に熱酸化工程中に基板が反ることはなく、反
りが極めて低減された基板両面に石英膜を有する光導波
路基板を製造することができる。

【００１５】このとき、前記シリコン基板の表面粗さ
が、表面及び裏面ともに１０ｎｍ以下であるものを用い
ることが好ましい（請求項２）。このように、シリコン
基板として基板の表面及び裏面の表面粗さがともにＲａ
で１０ｎｍ以下であるものを用いることによって、上記
の熱酸化工程の際に、シリコン基板の表面と裏面との酸
化速度の違いをなくすことができる。それによって、基
板の表面及び裏面ともに膜厚の等しい酸化膜を形成する
ことが可能となり、基板の反りを確実に低減することが
できる。

【００１６】また、前記表面及び裏面が鏡面研磨された
シリコン基板を、シリコン基板の表面及び裏面を同時に
研磨することによって作製することが好ましい（請求項
３）。通常、光導波路基板に使用されるシリコン基板
は、表面を鏡面研磨する場合、片面のみが研磨される。
また、基板の両面を鏡面研磨する場合は、先に片方の面
を研磨した後にもう一方の面を研磨する方法が考えられ
る。しかしながら、このように片面ずつ順番に研磨を行
う場合では、２回の研磨工程を必要とするため煩雑とな
り、また最初に片面を研磨した際にシリコン基板に反り
が生じてしまうと、他方の面を研磨する際に、基板の鏡
面を一旦定盤のフラットな基準面に矯正してから研磨を
行うため、表裏両面を研磨した後も基板の反りが残って
しまい、反りの小さなシリコン基板を得ることが困難と
なる。しかしながら、上記のように表面及び裏面が鏡面
研磨されたシリコン基板を、シリコン基板の表面及び裏
面を同時に研磨すること（両面研磨法）により作製する
ことによって、研磨加工の際に基板に反りが生じること
がないため、反りの小さい鏡面研磨されたシリコン基板
を容易に得ることができる。

【００１７】またこのとき、前記光導波路基板の反りを
２０μｍ以下とすることができる（請求項４）。このよ
うに、本発明によれば、シリコン基板全体に石英膜を形
成した光導波路基板の反りを２０μｍ以下とすることが
できるため、反りが極めて小さい光導波路基板を得るこ
とができる。

【００１８】そして、本発明によれば、本発明の光導波
路基板の製造方法により光導波路基板を製造し、該光導
波路基板の一面に形成された石英膜をアンダクラッド膜
として、該アンダクラッド膜上に、屈折率が前記アンダ
クラッド膜より大きいコア部、及び前記コア部を埋め込
むオーバクラッド膜を順次形成することによって光導波
路を製造することができる（請求項５）。

【００１９】本発明の光導波路基板の製造方法により製
造された光導波路基板は、上述のように、反りが極めて
小さく、表面及び裏面に石英膜を有する光導波路基板と
することができ、この光導波路基板の一面に形成された
石英膜をアンダクラッド膜として、このアンダクラッド
膜上にコア部及びオーバクラッド膜を順次形成すること
によって、コア部及びオーバクラッド膜を高精度に形成
できるとともに、膜形成時に行われる熱処理の際に生じ
る反りを抑制することができる。それによって、反りが
小さく高品質の光導波路を製造することができる。

【００２０】さらに、本発明によれば、シリコン基板と
該シリコン基板上に形成された石英膜からなる光導波路
基板であって、前記シリコン基板の表面及び裏面が鏡面
研磨されており、該鏡面研磨されているシリコン基板の
表面及び裏面上に石英膜が形成されているものであるこ
とを特徴とする光導波路基板を提供することができる
（請求項６）。

【００２１】このようなシリコン基板の表面及び裏面が
鏡面研磨されおり、この鏡面研磨されているシリコン基
板の表面及び裏面上に石英膜が形成されている光導波路
基板は、シリコン基板の表面及び裏面に石英膜があると
ともに、形成されたそれぞれの石英膜の膜厚に差がない
ため、反りが極めて小さい光導波路基板である。

【００２２】このとき、前記シリコン基板上に形成され
た石英膜の厚さが５μｍ以上であることが好ましい（請
求項７）。通常、光導波路のアンダクラッド膜としては
５〜３０μｍの厚さを有していれば良い。したがって、
このようにシリコン基板上に形成された石英膜の厚さが
５μｍ以上であれば、光導波路基板を用いて光導波路を
製造する際、光導波路基板に形成された石英膜をアンダ
クラッド膜として用いることができるため、容易に光導
波路の製造を行うことができる。

【００２３】さらに、このとき、前記シリコン基板の表
面及び裏面上に形成されている石英膜が、シリコン基板
を熱酸化させて形成した熱酸化膜からなることが好まし
い（請求項８）。このように、シリコン基板の表面及び
裏面上に形成されている石英膜が、シリコン基板を熱酸
化させて形成した熱酸化膜からなるものであれば、添加
物等を含まない純石英膜とすることができる。また、シ
リコン基板表面及び裏面上の石英膜は熱酸化により同時
に形成されたものであるため、石英膜形成の際に反りは
ほとんど生じることがなく、反りが極めて小さい高品質
の光導波路基板とすることができる。

【００２４】このように、本発明によれば、基板の反り
が２０μｍ以下である光導波路基板を提供することがで
き、反りが極めて小さい高品質の光導波路基板とするこ
とができる（請求項９）。

【００２５】さらに、本発明は、上記本発明の光導波路
基板に形成されている石英膜の一面に、光を伝播するコ
ア部と、該コア部を埋め込むオーバクラッド膜が形成さ
れていることを特徴とする光導波路を提供することがで
きる（請求項１０）。このような光導波路は、反りが極
めて小さい光導波路基板に形成されている石英膜の一面
に、高精度にコア部とオーバクラッド膜が形成されたも
のであり、また光導波路基板の両面に石英膜が形成され
ているため、コア部及びオーバクラッド膜の形成の際に
生じる反りを抑制できるので、反りが小さく高品質の光
導波路とすることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発
明者等は、反りがない高品質の光導波路基板を製造でき
る方法として、シリコン基板の表面及び裏面に膜厚の等
しい石英膜を同時に形成することによって、反りが著し
く低減された光導波路基板を製造することができること
を見出し、また、このように反りが小さく、両面に石英
膜を有する光導波路基板を用いて、該光導波路基板上に
光を伝播するコア部とコア部を埋め込むオーバクラッド
膜を形成することによって、反りが小さく高品質の光導
波路を製造できることを見出し、鋭意検討を重ねること
により本発明を完成させるに至った。

【００２７】すなわち、本発明の光導波路基板の製造方
法は、シリコン基板上に石英膜を形成して光導波路基板
を製造する方法であって、前記シリコン基板として基板
の表面及び裏面が鏡面研磨されたシリコン基板を用い、
該シリコン基板を熱酸化法により酸化することによって
前記シリコン基板全体に石英膜を形成することを特徴と
する光導波路基板の製造方法であり、それによって、反
りが極めて小さい光導波路基板を製造することができ
る。

【００２８】さらに、本発明は、上記本発明の方法によ
り光導波路基板を製造し、この光導波路基板の一面に形
成された石英膜をアンダクラッド膜として、該アンダク
ラッド膜上に屈折率が前記アンダクラッド膜より大きい
コア部、及び前記コア部を埋め込むオーバクラッド膜を
順次形成することによって、反りが小さく高品質の光導
波路を製造することができるものである。

【００２９】以下、本発明の光導波路基板の製造方法及
び光導波路の製造方法について図面を参照しながら詳細
に説明する。しかしながら、本発明はこれらに限定され
るものではない。ここで、図１は、本発明の光導波路基
板及び光導波路を製造する方法の一例を示すフロー図を
示しており、また図２は本発明で使用される熱酸化装置
の一例を示す概要図である。（なお、図１はその概念を
説明するために用いているものであり、断面における各
膜の厚さ等の大きさは実際と必ずしも一致しするもので
はない）。

【００３０】まず、図１（ａ）は、出発材料となるシリ
コン基板１を示している。このとき、シリコン基板１
は、例えばＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ）法やＣ
Ｚ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法により育成した単結晶
から作製した直径１００ｍｍで厚さ１ｍｍのシリコン基
板を用いることができ、本発明では特に基板の表面及び
裏面が鏡面研磨されたシリコン基板を用いる。

【００３１】通常、半導体デバイスに使用されるシリコ
ン基板では、基板表面の表面粗さが１０ｎｍ以下のいわ
ゆる鏡面状態であるが、一方基板の裏面はエッチング面
もしくはラッピング面であることが多く、鏡面状態では
ない。そのため、裏面に存在する加工歪層は基板表面に
比べて厚く、その表面粗さは数μｍとなる。光導波路も
シリコン基板の片面に形成されるため、片面が鏡面研磨
されたものが用いられていた。このような基板表面と裏
面との表面粗さが異なるシリコン基板に対して熱酸化を
行う場合、酸化の際に表面及び裏面の酸化速度が異なる
ため、それぞれの面に形成される酸化膜の膜厚に差が生
じてしまう。例えば、表面が鏡面状態であり裏面がエッ
チング面であるシリコン基板に対して、厚さ５μｍの酸
化膜を熱酸化法により形成する場合、表面と裏面に形成
された酸化膜の厚さに約０．１μｍの差が生じ、この酸
化膜厚の違いからシリコン基板に反りが生じてしまう。

【００３２】したがって、上記のように、出発材料とな
るシリコン基板として、基板の表面だけではなく裏面も
鏡面研磨されたシリコン基板を用いることによって、そ
の後熱酸化を行う際に酸化膜厚の違いから生じるシリコ
ン基板の反りを抑制することができる。またこのとき、
表面及び裏面が鏡面研磨されたシリコン基板の表面粗さ
が、表面及び裏面ともにＲａで１０ｎｍ以下であるもの
を用いることによって、表面状態による酸化速度の違い
をなくすことができ、熱酸化を行う際のシリコン基板の
反りを確実に抑制することができる。

【００３３】しかしながら、熱酸化を行う前に出発材料
であるシリコン基板に既に反りが生じている場合、その
後熱酸化工程においてシリコン基板の両面に酸化膜を形
成しても、熱酸化前の基板の反りがそのまま保持されて
しまい問題となる。そのため、表面及び裏面が鏡面研磨
されたシリコン基板を、基板の表面及び裏面を同時に研
磨すること、いわゆる両面研磨法によって作製すること
が好ましい。このように両面研磨法によってシリコン基
板を作製することによって、鏡面研磨の際にシリコン基
板に反りが発生することを防止できるため、反りがなく
両面が鏡面研磨されたシリコン基板を容易に得ることが
できる。今回用いたシリコン基板１は、両面研磨法によ
って作製したものであり、この両面が鏡面研磨されたシ
リコン基板１の反りをニデック社製測定装置ＦＴ−９で
測定したところ５μｍであり、またシリコン基板の表面
粗さは、表面及び裏面ともに１ｎｍであった。

【００３４】この基板の表面及び裏面が鏡面研磨された
シリコン基板１を、図２に示した熱酸化装置１０を用い
て熱酸化法により酸化することによって、シリコン基板
１の全体に石英膜を形成する。ここで熱酸化装置１０
は、炭化ケイ素製の炉心管１８の外周に加熱炉１７と耐
熱容器１３とが配置されている。シリコン基板１５は炭
化ケイ素製の試料台１６に設けられた切り込み溝に保持
され、炉心管１８に投入された。炉心管１８の一端を排
気管２０が取り付けられた蓋１９で被う。炉心管１８の
封鎖されている他の一端を水蒸気等の酸化性のガスの導
入管１１に接続する。

【００３５】ガス導入管１１の経路途中に配置されたガ
スの導入を制御する開閉弁１２を開き、ガスを導入す
る。熱電対からなる温度センサ１４で検知される炉心管
１８内の温度が１１００〜１３００℃となるまで加熱炉
１７により炉心管１８をゆっくり加熱する。この温度を
維持しながら酸化性のガスの導入を継続する。シリコン
基板１５の表面シリコンは、酸化性のガス、例えば水蒸
気が熱分解して生じた活性な酸素により、下記化学式 Ｓｉ ＋ Ｏ_２ → ＳｉＯ_２ のように酸化され、シリコン基板１５の表裏面全体に純
粋の石英膜を形成する。シリコン基板の酸化を２０００
０ｍｉｎ行った後、酸化性のガスの導入を停止し、炉心
管１８をゆっくり冷却する。

【００３６】このようにシリコン基板を上記熱酸下法に
よって酸化することによって、図１（ｂ）に示すよう
な、鏡面研磨されているシリコン基板１の表面及び裏面
上に、不純物を含まない純粋な石英膜２が全く同じ厚さ
で形成された光導波路基板６を作製することができる。

【００３７】このような光導波路基板６は、熱酸化によ
りシリコン基板１の表面及び裏面に膜厚の等しい石英膜
２が形成された光導波路基板であるため、熱酸化工程中
に生じる基板の反りが確実に抑制されており、反りが２
０μｍ以下と極めて小さい光導波路基板とすることがで
きる。今回作製した光導波路基板の反りをニデック社製
測定装置ＦＴ−９で測定したところ、石英膜を形成する
前のシリコン基板（図１（ａ））と同じ向きで８μｍで
あった。

【００３８】このような光導波路基板であれば、その後
この光導波路基板を用いて光導波路を製造する際に、基
板の反りが２０μｍ以下と小さいことから、コア部及び
オーバクラッド膜を高精度に形成することができ、また
光導波路基板の表面及び裏面に石英膜が形成されている
ことから、コア部及びオーバクラッド膜形成の際に熱処
理を行っても基板の反りを抑制することができる。

【００３９】このとき、光導波路基板に形成する石英膜
の厚さは５μｍ以上であることが好ましい。一般に光導
波路を形成する際のアンダクラッド膜としては、５〜３
０μｍの厚さを有する石英膜が用いられる。したがっ
て、このように光導波路基板に形成する石英膜の厚さが
５μｍ以上であれば、光導波路基板に形成した石英膜の
うちの一面をそのままアンダクラッド膜として用いるこ
とができ、それによって強度に問題のない良好な光導波
路を容易に製造することができる。今回作製した光導波
路基板の石英膜厚を測定しところ１５μｍであった。

【００４０】次に、この作製した光導波路基板６を用い
て、該光導波路基板の一面（表面側）に形成された膜厚
５μｍ以上の石英膜２をアンダクラッド膜とし、このア
ンダクラッド膜上にＦＨＤ法によりＳｉＯ_２、Ｇｅ
Ｏ_２、Ｐ_２Ｏ_５、Ｂ_２Ｏ_３等からなり、屈折率がアンダ
クラッド膜より大きいコア膜を堆積し、その後１１５０
℃の熱処理を行って透明ガラス化することによって、図
１（ｃ）に示すような、アンダクラッド膜上にコア膜３
を形成したものを作製した。このとき、コア膜３を堆積
する方法としては、上記ＦＨＤ法の他にＣＶＤ法やスパ
ッタリング法を用いても良い。

【００４１】次いで、エッチング法等を用いて、所望の
光回路のパターンが得られるように不要なコア膜３を除
去して、光を伝搬するコア部４を形成する（図１
（ｄ））。その後、形成したコア部４を埋め込むように
して、ＦＨＤ法等によりＳｉＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、Ｂ_２Ｏ_３
等からなるオーバクラッド膜５を堆積し、熱処理を行う
ことによって、図１（ｅ）に示すような、光導波路７を
製造した。

【００４２】このようにして、本発明によれば、反りが
小さく、表面及び裏面に石英膜が形成された光導波路基
板を用いて、この光導波路基板に形成されている石英膜
の一面に、光を伝播するコア部とコア部を埋め込むオー
バクラッド膜が形成されている光導波路を得ることがで
きる。

【００４３】このような光導波路であれば、光導波路基
板の反りが小さいため上記コア部を高精度に形成するこ
とができ、また光導波路基板の両面に石英膜が形成され
ているために、コア膜及びオーバクラッド膜を堆積後、
熱処理を行っても大きな反りが生じることがなく、した
がって、反りが小さく、コア部が高精度に形成された高
品質の光導波路とすることができる。それによって、そ
の後、例えばファイバ等を接続する際に優れた調芯精度
で接続することが可能となり、接続損失の小さい高品質
のデバイスを歩留り良く製造することが可能となる。

【００４４】

【実施例】以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて本
発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定され
るものではない。 （実施例１）ＦＺ法により育成したシリコン単結晶をス
ライスし、面取り、ラッピング、エッチングを施した
後、得られたシリコン基板に片面ずつ順番に鏡面研磨を
行い、直径１００ｍｍで厚さ１ｍｍの表面と裏面が鏡面
研磨されたシリコン基板を作製した。この時、鏡面研磨
されたシリコン基板の表面粗さは表面及び裏面ともにＲ
ａで１ｎｍであり、またシリコン基板の反りをニデック
社製測定装置ＦＴ−９で測定したところ、１０μｍであ
った。

【００４５】次に、作製した表面及び裏面が鏡面研磨さ
れたシリコン基板３枚に、図２に示した熱酸化装置１０
を用いて熱酸化を行った。まず、３枚のシリコン基板１
５を炭化ケイ素製の試料台１６の溝に等間隔に保持す
る。加熱炉１７としてカンタルヒータ管状炉Ｋａｎｔｈ
ａｌ ＡＰＭ２４０φ（カンタル社製）が外周に配置さ
れている炭化ケイ素製の炉心管１８に試料台１６を挿入
し、排気管２０を有する蓋１９で被った。また、耐熱容
器１３は、ガス導入管１１を介して、純水を沸騰させる
ことにより水蒸気を発生させる石英容器（不図示）に繋
がっており、ガス導入管１１の経路途中に配置された開
閉弁１２を開いて、１Ｌ／ｍｉｎの流量の水蒸気を炉心
管１８に導入した。その後、急激な温度変化で炉心管１
８が破損しないように３℃／ｍｉｎの緩やかな昇温速度
で、炉心管１８内の温度が１２００℃になるまで加熱し
た。水蒸気の導入を継続しながら、この温度で２０００
０ｍｉｎ維持してシリコン基板１５を酸化し、シリコン
基板全体に熱酸化膜（石英膜）を形成した。

【００４６】２００００ｍｉｎ経過後、水蒸気の導入を
停止し、炉心管１８を３℃／ｍｉｎの降温速度で冷却し
た。充分冷却した後、試料台１６を炉心管１８から引き
出し、シリコン基板の表面及び裏面に厚さ１５．１μｍ
の石英膜が形成された光導波路基板を得た。この作製し
た光導波路基板の反りを、反り測定検査装置ＦＴ−９
（ニデック（株）製）により測定したところ、酸化を行
う前のシリコン基板と同じ向きで、平均１２μｍであ
り、小さかった。

【００４７】その後、この光導波路基板に形成した石英
膜の一面をアンダクラッド膜として、このアンダクラッ
ド膜上にＦＨＤ法により、ＳｉＯ_２、ＧｅＯ_２、Ｐ_２Ｏ
_５、Ｂ_２Ｏ_３等からなるコア膜を８μｍ堆積し、１１５
０℃の熱処理を行うことによって、アンダクラッド膜上
にコア膜を形成した。このときの比屈折率差は０．４５
％であった。次に、コア膜にエッチングを行って、１０
０ＧＨｚ間隔３２波長回折格子のアレイ導波路格子（Ａ
ＷＧ）の回路を作製し、その後、回路を埋め込むように
ＦＨＤ法によりＳｉＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、Ｂ_２Ｏ_３等からな
るオーバクラッド膜を２０μｍ堆積し、１０５０℃の熱
処理を行って光導波路を作製した。このとき基板全体の
反りを測定したところ、回路を作成した側に反ってお
り、その平均値は１２０μｍであった。

【００４８】その後、３０ｍｍ×３０ｍｍのチップサイ
ズに切断し、切断した端面を研磨した。ＡＷＧの回路の
端面に、石英ガラス基板上に直径１２５μｍのファイバ
芯線が２５４μｍ間隔でＶ溝中に平面上に整列固定し接
着したファイバテープを接続した。このとき、ファイバ
に光を入れて、ＡＷＧの回路の端面からモニターしなが
ら接続を行ったところ、３２芯ともにファイバ端面での
接続損失は０．２ｄＢ以下であった。

【００４９】（実施例２）上記実施例１と同様にシリコ
ン単結晶を育成し、スライス、面取り、ラッピング、エ
ッチングを施した後、得られたシリコン基板に両面を同
時に鏡面研磨する両面研磨を行って、表面と裏面が鏡面
研磨されたシリコン基板を作製した。この時、鏡面研磨
されたシリコン基板の表面粗さは表面及び裏面ともに
０．８ｎｍであり、またシリコン基板の反りをニデック
社製測定装置ＦＴ−９で測定したところ、３μｍであっ
た。

【００５０】その後、上記実施例１と同様の熱酸化処理
を行って、シリコン基板の表面及び裏面に厚さ１５．１
μｍの石英膜が形成された光導波路基板を作製した。こ
の作製した光導波路基板の反りを、反り測定検査装置Ｆ
Ｔ−９（ニデック（株）製）により測定したところ、酸
化を行う前のシリコン基板と同じ向きで、平均４μｍで
あり、熱酸化によりほとんど反りは変わらず非常に小さ
かった。

【００５１】その後、この光導波路基板に形成した石英
膜の一面をアンダクラッド膜として、実施例１と同様
に、１００ＧＨｚ間隔３２波長回折格子のアレイ導波路
格子（ＡＷＧ）の回路を作成し、オーバクラッド膜を形
成して光導波路を作製した。このとき基板全体の反りを
測定したところ、回路を作製した側に反っており、その
平均値は８０μｍであった。その後、３０ｍｍ×３０ｍ
ｍのチップサイズに切断し、切断した端面を研磨し、Ａ
ＷＧの回路の端面に、実施例１と同様のファイバテープ
を接続したところ、３２芯ともにファイバ端面での接続
損失は０．１５ｄＢ以下であった。

【００５２】（比較例）上記実施例１と同様にシリコン
単結晶を育成し、スライス、面取り、ラッピング、エッ
チングを施した後、得られたシリコン基板の片面のみを
鏡面研磨し、他方の面はエッチング面のままにしたシリ
コン基板を作製した。この時、得られたシリコン基板の
表面粗さは、鏡面側で１ｎｍ、エッチング面側で１μｍ
であった。このときのシリコン基板の反りをニデック社
製測定装置ＦＴ−９で測定したところ、１０μｍであっ
た。

【００５３】その後、上記実施例１と同様の熱酸化処理
を行って、シリコン基板に石英膜を形成して光導波路基
板を作製した。その際、形成された石英膜の膜厚を測定
したところ、基板の鏡面側には膜厚１５．１μｍの石英
膜が形成されており、またエッチング面側には膜厚１
５．３μｍの石英膜が形成されていた。この作製した光
導波路基板の反りを、反り測定検査装置ＦＴ−９（ニデ
ック（株）製）により測定したところ、酸化を行う前の
シリコン基板と同じ向きで、平均４０μｍであり、大き
な値を示した。

【００５４】その後、上記実施例と同様に、ＡＷＧ及び
オーバクラッド膜を形成して光導波路を作製し、基板全
体の反りを測定したところ、回路を作製した側に反って
おり、その平均値は２５０μｍと大きかった。その後、
上記と同様に３０ｍｍ×３０ｍｍのチップサイズに切断
し、ファイバテープを接続したところ、あるファイバ端
面での接続損失は０．８ｄＢと非常に大きな値を示し、
全ファイバの平均値は０．５ｄＢであった。

【００５５】以上のように、本発明により作製された光
導波路基板（実施例１及び２）は、反りが２０μｍ以下
と極めて小さい光導波路基板とすることができ、またこ
の反りが小さく、両面に石英膜が形成された光導波路基
板を用いて光導波路を製造することによって、反りが小
さく高品質の光導波路を製造することができた。このよ
うに本発明によって製造された光導波路であれば、上記
のようにファイバテープを接続しても接続損失を小さく
抑えることができ、高品質のデバイスを提供することが
できる。

【００５６】それに対して、シリコン基板として両面が
鏡面研磨されていないものを用いて光導波路基板を作製
した場合（比較例）、得られた光導波路基板の反りは、
実施例１及び２に比べて大きかった。また、その後この
光導波路基板を用いて光導波路を製造し、得られた光導
波路にファイバテープを接続しても、光導波路の反りが
大きい為にファイバ端面での接続損失も大きくなってし
まい、デバイス特性の低下を招いてしまった。

【００５７】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本
発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的
に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、
いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含され
る。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シリコン基板として基板の表面及び裏面が鏡面研磨され
たシリコン基板を用い、該シリコン基板を熱酸化法によ
り酸化することによってシリコン基板全体に石英膜を形
成して光導波路基板を製造することによって、反りが２
０μｍと小さい光導波路基板を得ることができる。ま
た、この本発明により得られた表面及び裏面に石英膜を
有する光導波路基板を用いて光導波路を製造することに
よって、反りが小さく高品質の光導波路を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の光導波路基板及び
光導波路を製造する方法の一例を示すフロー図である。

【図２】本発明においてシリコン基板を熱酸化する際に
使用する熱酸化装置の一例を示す説明図である。

【図３】従来の方向性結合器の一例を示す概要図であ
る。（ａ）方向性結合器の平面図、 （ｂ）（ａ）のＡ
−Ａ線断面図。

【図４】（ａ）〜（ｅ）は、従来の光導波路基板及び光
導波路を製造する方法の一例を示すフロー図である。

【符号の説明】

１…シリコン基板、 ２…石英膜、３…コア膜、 ４…
コア部、 ５…オーバクラッド膜、６…光導波路基板、
７…光導波路、１０…熱酸化装置、 １１…ガス導入
管、 １２…開閉弁、１３…耐熱容器、 １４…温度セ
ンサ、 １５…シリコン基板、１６…試料台、 １７…
加熱炉、 １８…炉心管、１９…蓋、 ２０…排気管、
２１…シリコン基板、 ２２…石英ガラス膜（アンダク
ラッド膜）、２３…コア膜、 ２４…コア部、 ２５…
オーバクラッド膜、２６…光導波路基板、 ２７…光導
波路（方向性結合器）、２８…光結合部。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板上に石英膜を形成して光導
   波路基板を製造する方法であって、前記シリコン基板と
   して基板の表面及び裏面が鏡面研磨されたシリコン基板
   を用い、該シリコン基板を熱酸化法により酸化すること
   によって前記シリコン基板全体に石英膜を形成すること
   を特徴とする光導波路基板の製造方法。
2. 【請求項２】 前記シリコン基板の表面粗さが、表面及
   び裏面ともに１０ｎｍ以下であるものを用いることを特
   徴とする請求項１に記載の光導波路基板の製造方法。
3. 【請求項３】 前記表面及び裏面が鏡面研磨されたシリ
   コン基板を、シリコン基板の表面及び裏面を同時に研磨
   することによって作製することを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２に記載の光導波路基板の製造方法。
4. 【請求項４】 前記光導波路基板の反りを２０μｍ以下
   とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
   れか一項に記載の光導波路基板の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか一項
   に記載の製造方法により光導波路基板を製造し、該光導
   波路基板の一面に形成された石英膜をアンダクラッド膜
   として、該アンダクラッド膜上に屈折率が前記アンダク
   ラッド膜より大きいコア部、及び前記コア部を埋め込む
   オーバクラッド膜を順次形成することによって光導波路
   を製造することを特徴とする光導波路の製造方法。
6. 【請求項６】 シリコン基板と該シリコン基板上に形成
   された石英膜からなる光導波路基板であって、前記シリ
   コン基板の表面及び裏面が鏡面研磨されており、該鏡面
   研磨されているシリコン基板の表面及び裏面上に石英膜
   が形成されているものであることを特徴とする光導波路
   基板。
7. 【請求項７】 前記シリコン基板上に形成された石英膜
   の厚さが５μｍ以上であることを特徴とする請求項６に
   記載の光導波路基板。
8. 【請求項８】 前記シリコン基板の表面及び裏面上に形
   成されている石英膜が、シリコン基板を熱酸化させて形
   成した熱酸化膜からなることを特徴とする請求項６また
   は請求項７に記載の光導波路基板。
9. 【請求項９】 前記光導波路基板の反りが２０μｍ以下
   であることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいず
   れか一項に記載の光導波路基板。
10. 【請求項１０】 請求項６ないし請求項９のいずれか一
    項に記載の光導波路基板に形成されている石英膜の一面
    に、光を伝播するコア部と、該コア部を埋め込むオーバ
    クラッド膜が形成されていることを特徴とする光導波
    路。