JP2003279775A - 光導波路の製造方法 - Google Patents

光導波路の製造方法

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JP2003279775A
JP2003279775A JP2002081926A JP2002081926A JP2003279775A JP 2003279775 A JP2003279775 A JP 2003279775A JP 2002081926 A JP2002081926 A JP 2002081926A JP 2002081926 A JP2002081926 A JP 2002081926A JP 2003279775 A JP2003279775 A JP 2003279775A
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JP
Japan
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photoresist
core layer
manufacturing
optical waveguide
resist film
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JP2002081926A
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Kouji Omichi
浩児 大道
Takeshi Fukuda
武司 福田
Hirokuni Ogawa
弘晋 小川
Daigo Fujita
大吾 藤田
Takeshi Sakuma
健 佐久間
Hideyuki Hosoya
英行 細谷
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Fujikura Ltd
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Fujikura Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 工程が単純で、導波路の断面形状を矩形状に
することができる光導波路の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板11、下部クラッド層12、コア層
13を順次堆積し、コア層13表面にフォトレジスト1
5を塗布し、フォトレジスト15上に導波路パターンが
形成されたフォトマスクを配置し、フォトレジスト15
上に光を照射して光照射部を化学反応させ、現像して導
波路パターンを有するレジスト膜16を形成する際、レ
ジスト膜16の断面形状を、レジスト膜16の表面から
コア層13の表面に向って次第に幅が狭くなっている逆
テーパ状に形成する光導波路の製造方法。コア層13の
表面に塗布するフォトレジスト15の厚さを1.5〜6
μmとする。フォトレジスト15の粘度を20〜120
ミリパスカル秒とする。フォトレジスト15に照射する
光を、完全にコリメートされていない光とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信において使
用される光受動部品の光導波路の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】代表的な光導波路である平面型光導波路
は、シリコンなどの基板上に、下部クラッド層、コア層
および上部クラッド層を形成して得られるものである。
図3は、従来の単一光モード光導波路の製造方法におい
て、光導波路の製造工程を示す概略断面図である。従来
の光導波路の製造方法では、先ず、図3(a)に示すよ
うに、基板1の表面上に、化学気相堆積法(CVD
法)、火炎堆積法(FHD法)などにより、第1の石英
系膜(以下、「下部クラッド層」と記す。)2、およ
び、この下部クラッド層2よりも屈折率の高い材料から
なる第2の石英系膜(以下、「コア層」と記す。)3を
順次堆積形成する。次いで、図3(b)に示すように、
スパッタリング法、電子ビーム蒸着法などにより、コア
層3の表面上に、多結晶シリコン(以下、「poly−
Si」と記す。)、ケイ化タングステンなどからなるエ
ッチングマスク4を形成する。次いで、図3(c)に示
すように、エッチングマスク4の表面上に、スピンコー
ト法などによりフォトジスト5を塗布する。
【0003】次いで、図3(d)に示すように、フォト
レジスト5の表面に導波路形状が形成されたフォトマス
ク(図示略)を配置し、露光、現像処理を行なって不必
要なフォトレジストを取り除き、導波路形状の開口部を
有するレジスト膜6を形成する。ここで、レジスト膜6
の断面形状は、その表面からエッチングマスク4の表面
に向って次第に幅が広くなっているテーパ状をなしてい
る。次いで、図3(e)に示すように、レジスト膜6を
マスクとして、ドライエッチングにより、レジスト膜6
の形成されていない部分のエッチングマスク4を除去
し、エッチングマスク4を導波路形状に形成し、次いで
残ったレジスト膜を灰化(アッシング)する。次いで、
図3(f)に示すように、エッチングマスク4をマスク
として、ドライエッチングにより、エッチングマスク4
の形成されていない部分のコア層3を除去し、所望の導
波路形状に形成されたコア層3を得る。次いで、導波路
形状に形成されたコア層3の表面上に、CVD法、FH
D法などにより、上部クラッド層(図示略)を堆積し、
光導波路を得る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】単一モード光導波路で
は、コア層3が設計通りの導波路形状に、精度良く加工
されている必要がある。通常、導波路の形状は矩形状で
あることが望ましく、この導波路の形状により、偏波依
存損失などの偏波特性が良好となり、さらには所望する
デバイスの解析、設計が容易かつ精密となり、設計に極
めて近い光学特性を実現できる。ところで、従来の光導
波路の製造方法では、エッチングマスク4をコア層3の
表面上に形成することにより、コア層3のドライエッチ
ングによって、コア層3に形成された導波路の断面形状
が、レジスト膜6の断面形状に影響され、レジスト膜6
と同様に、その表面から下部クラッド層の表面に向って
次第に幅が広くなっているテーパ状をなすのを防止して
いた。
【0005】しかしながら、従来の光導波路の製造方法
では、エッチングマスク4を形成する工程、これらをド
ライエッチングする工程、さらには、ドライエッチング
後に残ったエッチングマスク4を除去する工程が必要で
あるため、工程数が多く、工程が複雑になるという問題
があった。また、レジスト膜6のテーパ角度が極端に大
きくなってしまうと、テーパ角の大きなエッチングマス
ク4が形成されてしまい、図3(f)に示したように、
最終的に、コア層3に形成された導波路の断面形状が矩
形状にならずに、テーパ状になってしまうという問題が
あった。このように、導波路の断面形状が矩形状に形成
されないと、偏波特性が悪く、設計からずれた光学特性
を示す光導波路となってしまう。
【0006】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、工程が単純で、導波路の断面形状を矩形状にするこ
とができる光導波路の製造方法を提供することを課題と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題は、基板の表面
に下部クラッド層を形成し、該下部クラッド層の表面に
コア層を形成し、該コア層の表面にフォトレジストを塗
布し、該フォトレジスト上に導波路パターンが形成され
たフォトマスクを配置し、前記フォトレジストに光を照
射した後、前記フォトレジストを現像することによって
前記導波路パターンが形成されたレジスト膜を形成し、
該レジスト膜をマスクとして、エッチングにより前記コ
ア層に導波路を形成する光導波路の製造方法において、
前記導波路パターンが形成された前記レジスト膜の断面
形状を、前記レジスト膜の表面から前記コア層の表面に
向って次第に幅が狭くなっている逆テーパ状に形成する
光導波路の製造方法によって解決できる。前記コア層の
表面に塗布する前記フォトレジストの厚さを1.5〜6
μmとすることが好ましい。前記フォトレジストの粘度
を20〜120ミリパスカル秒とすることが好ましい。
上記光導波路の製造方法において、前記フォトレジスト
に照射する光を、完全にコリメートされていない光とす
ることが好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図1は、本発明の光導波路の製造方法において、光導波
路の製造工程を示す概略断面図である。本発明の光導波
路の製造方法では、先ず、図1(a)に示すように、基
板11の表面上に、化学気相堆積法(CVD法)、火炎
堆積法(FHD法)などにより、下部クラッド層12、
および、コア層13を順次堆積形成する。基板11とし
ては、光導波路の基板として用いられるものであれば、
いかなるものも使用可能であるが、一般的には、厚さ3
50〜1000μm程度の石英ウェーハ、単結晶シリコ
ンウェーハなどが用いられる。下部クラッド層12とし
ては、厚さ10〜25μm程度の二酸化ケイ素(SiO
2)膜、二酸化ケイ素−三酸化二ホウ素−五酸化二リン
(SiO2−B23−P25)膜などが好ましい。コア
層13としては、厚さ4.5〜8.0μm程度の二酸化
ケイ素−二酸化ゲルマニウム(SiO2−GeO2)膜、
二酸化ケイ素−二酸化チタン(SiO2−TiO2)膜な
どが好ましい。また、コア層13は、下部クラッド層1
2よりも、屈折率が0.3〜1.5%程度大きくなって
いる。
【0009】次いで、図1(b)に示すように、コア層
13の表面上に、スピンコート法などによりフォトジス
ト15を塗布する。このとき、フォトレジスト15を塗
布する厚さは1.5〜6μm程度が好ましく、より好ま
しくは1.5〜4μm程度である。フォトレジスト15
の厚さを上記の範囲内とすれば、後述のフォトレジスト
15の露光において、フォトレジスト15の表面上に配
置されたマスクを通過した光が、フォトレジスト15の
表面からコア層13の表面に向って次第に幅が広くなっ
ているテーパ状に広がる。よって、後述のレジスト膜1
6に形成される導波路パターンの断面形状を、レジスト
膜16の表面からコア層16の表面に向って次第に幅が
狭くなっている逆テーパ状に形成することができる。
【0010】また、ここで用いられるフォトレジスト1
5としては、光や紫外線照射により感度よく化学反応を
起こし、未反応部が可溶化(ネガ型)する樹脂、また
は、反応部が溶媒に可溶化(ポジ型)する樹脂であり、
高解像度の任意形状を形成することができる樹脂が用い
られる。本発明の光導波路の製造方法では、特に、ポジ
型フォトレジストが好ましく用いられる。また、フォト
レジスト15としては、厚塗り可能な、粘度20〜12
0ミリパスカル秒程度の高粘度のものが好ましい。粘度
が20ミリパスカル秒未満および120ミリパスカル秒
を超えるフォトレジストは、コア層13の表面上に、フ
ォトレジスト15を上記所定の厚みに塗布することが難
しくなる。
【0011】次いで、このフォトレジスト15をプリベ
ークして、予備硬化した後、フォトレジスト15上に任
意の導波路パターンを有するポジ型フォトマスク(図示
略)を配置し、フォトレジスト15に光や紫外線を照射
し(フォトレジスト15の露光)、現像、リンスするこ
とにより、図1(c)に示すような断面形状のレジスト
膜16を形成する。このレジスト膜16には、導波路パ
ターンが形成されており、その断面形状はレジスト膜1
6の表面からコア層13の表面に向って次第に幅が狭く
なっている逆テーパ状になっている。ここで、フォトレ
ジスト15の露光方法は、マスクをコア層13に接触さ
せて露光するコンタクト法、またはマスクとコア層13
との間に一定の間隔を空けて露光するプロキシミティー
法のうちいずれの方法であってもよいが、投影露光法の
ように、コリメート光をフォトレジストに照射する露光
法は適さない。
【0012】図2は、本発明の光導波路の製造方法にお
いて、フォトレジストの露光時に、マスクを通過した光
がフォトレジスト中を透過していく様子を示す断面模式
図である。上述のように、コア層13の表面上に、フォ
トレジスト15を厚塗りし、非コリメート光を照射する
ことによって、フォトマスク20を通過した光21が、
コア層13に近付くにしたがって、次第にテーパ状に広
がりながらフォトレジスト15内を透過する。そして、
フォトレジスト15は、光21の透過した部分が化学反
応を起こす。次いで、フォトレジスト15の露光された
部分を、用いたフォトレジストに適した現像液により溶
解して除去すれば、図1(c)に示すように、断面形状
が、その表面からコア層13の表面に向って次第に幅が
狭くなっている逆テーパ状のレジスト膜16が形成され
る。このように、マスクの上方からフォトレジスト15
に照射する光を、完全にコリメートされていない光とす
れば、この光がフォトレジスト15内でテーパ状に広が
り、その結果として、フォトレジスト15が、その断面
形状が逆テーパ状となるように露光される。
【0013】次いで、レジスト膜16をマスクとして、
ドライエッチングにより、レジスト膜16の形成されて
いない部分のコア層13を除去し、次いで、残ったフォ
トレジストを灰化することにより、図1(d)に示すよ
うな所望の導波路形状に形成されたコア層13を得る。
得られたコア層13は、断面形状が矩形状の導波路が形
成されたものとなる。次いで、コア層13の表面上に、
CVD法、FHD法などにより、上部クラッド層(図示
略)を堆積し、光導波路を得る。
【0014】このように、本発明の光導波路の製造方法
によれば、エッチングマスクを用いることなく、断面形
状が矩形状の導波路を形成することができる。したがっ
て、本発明の光導波路の製造方法で製造された光導波路
は、設計に極めて近い光学特性を示す光導波路となる。
また、従来の光導波路の製造方法におけるエッチングマ
スクの形成、エッチングおよび除去の工程が無くなるの
で、製造工程が簡略化され、結果として製造コストを低
減することができる。
【0015】また、本発明によれば、石英系光導波路の
みならず、高分子光導波路の製造においても、導波路を
断面形状が矩形になるように容易に形成することができ
る。さらには、レジスト厚、露光条件を適当に選択すれ
ば、同様の原理を用いて半導体光導波路にも適用でき
る。したがって、本発明の光導波路の製造方法は、低偏
波依存損失、単一モード伝搬を実現する全ての光導波路
の製造に適用することができる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光導波路
の製造方法は、基板の表面に下部クラッド層を形成し、
該下部クラッド層の表面にコア層を形成し、該コア層の
表面にフォトレジストを塗布し、該フォトレジスト上に
導波路パターンが形成されたフォトマスクを配置し、前
記フォトレジストに光を照射した後、前記フォトレジス
トを現像することによって前記導波路パターンが形成さ
れたレジスト膜を形成し、該レジスト膜をマスクとし
て、エッチングにより前記コア層に導波路を形成する光
導波路の製造方法において、前記導波路パターンが形成
された前記レジスト膜の断面形状を、前記レジスト膜の
表面から前記コア層の表面に向って次第に幅が狭くなっ
ている逆テーパ状に形成することにより、エッチングマ
スクを用いることなく、断面形状が矩形状の導波路を形
成することができる。したがって、本発明の光導波路の
製造方法で製造された光導波路は、設計に極めて近い優
れた光学特性を示す光導波路となる。また、本発明の光
導波路の製造方法によれば、光導波路の製造における製
造工程が簡略化され、結果として製造コストを低減する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光導波路の製造方法において、光導
波路の製造工程を示す概略断面図である。
【図2】 本発明の光導波路の製造方法において、フォ
トレジストの露光時に、マスクを通過した光がフォトレ
ジスト中を透過していく様子を示す断面模式図である。
【図3】 従来の単一光モード光導波路の製造方法にお
いて、光導波路の製造工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
11・・・基板、12・・・下部クラッド層、13・・・コア
層、15・・・フォトレジスト、16・・・レジスト膜、20
・・・フォトマスク、21・・・光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 弘晋 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 藤田 大吾 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 佐久間 健 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 細谷 英行 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 Fターム(参考) 2H047 KA04 PA05 PA21 PA24 QA02 QA04 TA41

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の表面に下部クラッド層を形成し、
    該下部クラッド層の表面にコア層を形成し、該コア層の
    表面にフォトレジストを塗布し、該フォトレジストの上
    に導波路パターンが形成されたフォトマスクを配置し、
    前記フォトレジストに光を照射した後、前記フォトレジ
    ストを現像することによって前記導波路パターンが形成
    されたレジスト膜を形成し、該レジスト膜をマスクとし
    て、エッチングにより前記コア層に導波路を形成する光
    導波路の製造方法において、 前記導波路パターンが形成された前記レジスト膜の断面
    形状を、前記レジスト膜の表面から前記コア層の表面に
    向って次第に幅が狭くなっている逆テーパ状に形成する
    ことを特徴とする光導波路の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記コア層の表面に塗布する前記フォト
    レジストの厚さを1.5〜6μmとすることを特徴とす
    る請求項1記載の光導波路の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記フォトレジストの粘度を20〜12
    0ミリパスカル秒とすることを特徴とする請求項1また
    は2記載の光導波路の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の光
    導波路の製造方法において、 前記フォトレジストに照射する光を、完全にコリメート
    されていない光とすることを特徴とする光導波路の製造
    方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100678977B1 (ko) * 2004-05-25 2007-02-05 강준모 더미 패턴을 이용한 광도파로의 제조 방법
JP2009031587A (ja) * 2007-07-27 2009-02-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 光デバイスの製造方法

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