JP2004287173A

JP2004287173A - 光導波路の製造方法

Info

Publication number: JP2004287173A
Application number: JP2003080274A
Authority: JP
Inventors: Naoki Tachihata; 直樹立畠
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】本発明は小型化に対応し、かつ微細化コアパターンが作製できる光導波路の製造方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】下部クラッド層２の上にコア層５を形成し、このコア層５の上に少なくとも８０ｗｔ％以上のタングステンおよびシリコンとを含む材料からなるマスクパターン８を形成し、ドライエッチングによりコアパターン３を形成する光導波路の製造方法であり、タングステンを８０ｗｔ％以上含むようにすることにより、長時間のドライエッチングにおいてマスクパターン８の周縁部が取り除かれないため、コアパターン３の側壁の垂直性を高めることができ、微細化が実現できる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信システムに用いられる光導波路の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光導波路の製造方法としては、図７に示すものがある。
【０００３】
図７（ａ）〜（ｇ）は従来の光導波路の製造方法を示す断面図である。図７（ａ）に示すように光導波路のクラッド層に相当する第１のガラス素材１１に、図７（ｂ）に示すように光導波路のコア層に相当する第２のガラス素材１２を接合し、第２のガラス素材１２を所望の厚さとする。そして図７（ｃ）に示すように第２のガラス素材１２にフォトレジスト１３を塗布し、図７（ｄ）に示すように露光および現像処理される。次に図７（ｅ）に示すようにこのフォトレジスト１３により第２のガラス素材１２がエッチング処理され、図７（ｆ）に示すようにフォトレジスト１３が除去され、所望する光導波路のコアに相当する部分の第２のガラス素材１２のみが残存する。そして図７（ｇ）に示すように残存した第２のガラス素材１２が露出している面に第３のガラス素材が接続され、図７（ｆ）の第２のガラス素材１２が除去された部分に第３のガラス素材１４が充填される。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３０４６５２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光導波路の製造方法では、多成分ガラス成分からなるコア層をエッチングによりコアパターンを形成する場合、コア層上にマスクパターンを形成し、ドライエッチングによりコアパターンを形成する。しかしながらマスクパターンのエッチングレートに対するコア層のエッチングレートの比である選択比が石英系ガラスよりも低い多成分ガラス材料をコア層に用いる場合、エッチングにおいてマスクパターン全体またはマスクパターンの周縁部がなくなり、作製されたコアパターンの断面形状が台形となる。そのため小型化や隣接するコアパターンの作製を目的としてコアパターンのファイン（微細）化が困難となる。
【０００７】
本発明は小型化に対応し、かつ微細化のコアパターンが作製できる光導波路の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を解決するために、以下の構成を有する。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、下部クラッド層上にコア層を形成し、このコア層上に少なくとも８０ｗｔ％以上のダングステンおよびシリコンとを含む材料からなるマスクパターンを形成し、ドライエッチングによりコアパターンを形成する光導波路の製造方法であり、タングステンを８０ｗｔ％以上含むようにすることにより、長時間のドライエッチングにおいてマスクパターンの周縁部が取り除かれないため、コアパターンの側壁の垂直性を高めることができ、微細化が実現できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、コア層にアルカリ元素成分、アルカリ土類元素成分、遷移元素成分、希土類元素成分の少なくとも１種類以上の元素を含む多成分ガラス材料を用いた請求項１に記載の光導波路の製造方法であり、ガラス軟化温度を低くすることができるため、製造工程が簡素化でき低コストが図れる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、コア層にアルカリ元素成分、アルカリ土類元素成分、遷移元素成分、希土類元素成分の少なくとも２種類以上の元素を含む単結晶材料を用いた請求項１に記載の光導波路の製造方法であり、ガラス軟化温度を低くすることができるため、製造工程が簡素化でき低コストが図れる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、厚さ３μｍ以上のマスクパターンを形成する請求項１に記載の光導波路の製造方法であり、タングステンおよびシリコンからなるマスクパターンの層厚を３μｍ以上とすることにより、長時間のドライエッチングにおいてマスクパターンの周縁部が取り除かれないため、コアパターンの側壁の垂直性を高めることができ、微細化が実現できる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、マスクパターンとして、スパッタリングによりマスク層を形成し、このマスク層上に厚みを４μｍ以上とするレジストパターンを形成し、前記マスク層をドライエッチングにより形成するようにした請求項１に記載の光導波路の製造方法であり、４μｍ以上のレジストパターンを形成することにより、マスク層から長時間のドライエッチングにも耐えうるマスクパターンを形成することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、マスク層の形成におけるスパッタリングの圧力を４Ｐａ以上８Ｐａ以下とする請求項１に記載の光導波路の製造方法であり、層厚３μｍ以上のマスク層を圧力４Ｐａ以上８Ｐａ以下で形成することにより、圧縮応力が低減できると共にマスク層の緻密な膜質が形成できる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、アルカリ元素成分、アルカリ土類元素成分、遷移元素成分、希土類元素成分の少なくとも１種類以上の元素を含む多成分ガラス単結材料からなるコア層上に形成するマスク層において、スパッタリングの温度を２００℃以下とする請求項１に記載の光導波路の製造方法であり、マスク層のスパッタリング温度を２００℃以下で形成することにより、圧縮応力が低減できると共にマスク層の緻密な膜質が形成できる。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、少なくともニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのいずれかを含む材料からなるコア層上に形成するマスク層において、スパッタリングの温度を２００℃以上とする請求項１に記載の光導波路の製造方法であり、マスク層のスパッタリング温度を２００℃以下で形成することにより、圧縮応力が低減できると共にマスク層の緻密な膜質が形成できる。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、チタン酸ジルコン酸、チタン酸ジルコン酸鉛などの少なくとも酸および鉛とを含む結晶材料からなるコア層上に形成するマスク層において、スパッタリングの温度を３００℃以上とする請求項１に記載の光導波路の製造方法であり、マスク層のスパッタリング温度を３００℃以上で形成することにより、圧縮応力が低減できると共にマスク層の緻密な膜質が形成できる。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、第１のエッチングのイオン衝撃ＥＩと第２のエッチングのイオン衝撃Ｅ２がＥ１＞Ｅ２の関係となるようにエッチングする請求項１０に記載の光導波路の製造方法であり、膜厚をモニタしながらイオン衝撃が制御できるため、生産性を高めることができる。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、レーザー光を用いてマスク層の層厚を検知し、この検出結果に基づいて第１のエッチングから第２のエッチングに切り換えてイオン衝撃を制御するようにした請求項５に記載の光導波路の製造方法であり、膜厚をモニタしながらイオン衝撃が制御できるため、生産性を高めることができる。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、検出結果をマスク層全体の膜厚の６０％から９５％の範囲とする請求項１０に記載の光導波路の製造方法であり、膜厚をモニタしながらイオン衝撃が制御できるため、生産性を高めることができる。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、第２のエッチングのイオン衝撃を圧力またはバイアスパワー密度の少なくともいずれか一方を制御するようにした請求項１０に記載の光導波路の製造方法であり、イオン衝撃を圧力またはバイアスパワー密度の少なくともいずれか一方の制御により小さくできる。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、第１のエッチングをバイアスパワー密度０．２Ｗ／ｃｍ^２以上、第２のエッチングをバイアスパワー密度０．２Ｗ／ｃｍ^２以下とする請求項１０に記載の光導波路の製造方法であり、バイアスパワー密度の制御によりイオン衝撃を大きい状態から小さい状態にすることができるため、生産性を高めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は本発明の実施の形態において製造される光導波路の一例を示す斜視図である。
【００２５】
基板１は、例えばシリコン、半導体基板、各種の多成分ガラス、各種単結晶材料である。ここで各種の多成分ガラスは、例えばアルカリ元素成分、アルカリ土類元素成分、希土類元素成分の少なくとも一種類以上の元素を含有するガラスであり、ホウケイクラウンガラス、フッ素クラウンガラスなどのホウケイ酸塩系の多成分ガラスが良く知られている。下部クラッド層２はＳｉＯ_２や各種の多成分ガラスを用いて、例えばスパッタ、蒸着、ＦＨＤ（ＦｌａｍｅＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、あるいはＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの堆積処理、あるいは材料どうしの接合、すなわち陽極接合、常温接合、直接接合などを利用して形成される。
【００２６】
基板１と下部クラッド層２の線膨張係数が異なる場合、熱応力によりクラックや剥離が生じ易くなるため、両者の線膨張係数は近いほうが望ましい。
【００２７】
なお、基板１がＳｉである場合は、Ｓｉを酸化させたＳｉＯ_２を下部クラッド層２として用いても良い。また基板１と下部クラッド層２が同じ材料であっても良い。
【００２８】
コアパターン３は下部クラッド層２の上に形成される光の線路であり、下部クラッド層２よりも僅かに屈折率が大きいものである。なおコアパターン３と下部クラッド層２との線膨張係数が異なる場合、熱応力によりクラックや剥離が生じ易くなるため、両者の線膨張係数は近いほうが望ましい。
【００２９】
コアパターン３を形成する材料として、アルカリ元素成分、アルカリ土類元素成分、希土類元素成分の少なくとも一種類以上の元素を含有するガラスであり、ホウケイクラウンガラス、フッ素クラウンガラスなどのホウケイ酸塩系の多成分ガラスが良く知られている。多成分ガラスで光導波路のコアパターン３を形成すると、ガラス組成を適当に変化させることにより、屈折率、熱膨張係数、あるいはガラス転移温度といったガラスの物性値をより広い範囲で自由に設計することができ、製造工程を簡素化できるため、低コスト化が実現できる。
【００３０】
なお、コアパターン３は実際に光を閉じ込めて導波させる部分である。したがって、このコアパターン３に機能性ガラスを用いることにより、種々の機能性デバイスが作製できる。機能性ガラスとしては、シリケートガラス、フッ化物ガラスにエルビウム、プラセオジミウム、ツリウムなどの希土類元素を含有させて光アンプ用に用いられるガラス、バリウムクラウンガラスにネオジミウムを含有させたレーザーガラス、ホウ酸塩またはリン酸塩ガラスにテルビウム、プラセオジミウム、セリウムなどを含有させて大きな磁気光学効果を有するガラス、ガリウムまたは鉛を含有させた大きな電気光学効果を有するガラスなどが考えられる。
【００３１】
また、ガラス中にＣｄＳ，ＭｎＳ，ＥｕＳ，ＣｕＣｌなどの半導体微粒子や磁性半導体微粒子、あるいはＡｕなどの金属微粒子を分散させた複合材料にしたものも考えられる。これらの微粒子を分散させたガラスを光学材料として用いた場合、強度の増大や光電場の集中による光学効果の増大、あるいは光の閉じ込めによる光学効果の増大などが期待でき、非常に優れた材料となる可能性がある。
【００３２】
すなわち、ガラスそのものに機能を持たせる場合と結晶材料や金属材料との複合材料を形成して利用する場合とを含め、ガラスの利用方法は多種多様である。
【００３３】
アルカリ元素成分、アルカリ土類元素成分、希土類元素成分の少なくとも一種類以上の元素を含有するガラスは、これらの機能性ガラスを総称したものであり、石英ガラス、石英ガラスにＧｅＯ_２，Ｐ_２Ｏ_５，Ｂ_２Ｏ_３などをドープした石英ガラス系の材料は含まれない。これらはアルカリ元素成分、アルカリ土類元素成分、希土類元素成分のいずれの元素も含有しないガラスだからである。
【００３４】
次に、図１に示した光導波路のコアパターン３を覆うように上部クラッド層４を形成した光導波路について、図を用いて説明する。
【００３５】
図２は本発明の実施の形態において製造される光導波路の主要部分を示す斜視図である。
【００３６】
下部クラッド層２の上において、コアパターン３を覆うように上部クラッド層４を形成して光導波路を形成する。コアパターン３は図１，図２では一本しか示していないが、このような直線状または曲線状のパターンが複数本形成され、上部クラッド層４はコアパターン３よりも僅かに屈折率が小さい材料である。上部クラッド層４は下部クラッド層２と同じ材料でも良い。また上部クラッド層４の線膨張係数はコアパターン３や下部クラッド層２の線膨張係数と近いほうが望ましく、等しいほうが良い。
【００３７】
コアパターン３の屈折率は、下部クラッド層２の屈折率および上部クラッド層４の屈折率よりも大きく、この屈折率の差によって光がコアパターン３に閉じ込められて光が伝搬する。例えばコアパターン３の外周部の表面に凹凸形状があった場合、この凹凸形状によって光が散乱して光伝達損失を生じる。したがって光が伝搬するコアパターン３の外周部の表面も平滑であることが望ましい。
【００３８】
コアパターン３が一本のパターンの場合、その断面は必ずしも矩形でなくても良く、台形などでも良い場合がある。すなわち光導波路のコアパターン３の一本のみが独立しているパターンの場合、コアパターン３の側壁の垂直性は高いほうが望ましいが、必ずしも厳密に垂直である必要は無い。
【００３９】
しかし、光導波路を用いて方向性結合器などのデバイスを作製する場合、二本以上のコアパターン３が接触はしないが非常に近い間隔で平行に配置されることがある。このような断面形状において側壁の垂直性が極端に低いと、コアパターン３が接触してしまうか、場合によっては所望のデバイスが作製できないことになる。したがってコアパターン３の側壁の垂直性は高いほうが望ましく、できる限り垂直にする必要がある。
【００４０】
次に、本発明の実施の形態１における光導波路の製造方法について、図を用いて説明する。
【００４１】
図３（ａ）〜（ｉ）は本発明の実施の形態１における光導波路の製造工程を示す断面図である。
【００４２】
図３（ａ）に示すように基板１を準備し、図３（ｂ）に示すように基板１に下部クラッド層２を重合する。下部クラッド層２は多成分ガラスを用いて、例えばスパッタ、蒸着、ＦＨＤ（ＦｌａｍｅＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、あるいはＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの堆積処理、あるいは材料間の接合、すなわち陽極接合、常温接合、直接接合などを利用して形成する。なお基板１が下部クラッド層２と同一の材料であっても良く、その場合は図３（ｂ）は省略することができる。
【００４３】
次に、図３（ｃ）に示すように下部クラッド層２の表面にコア層５を形成する。このコア層５は多成分ガラスを用いて、例えばスパッタ、蒸着、ＦＨＤ（ＦｌａｍｅＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、あるいはＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの堆積処理、あるいは材料間の接合、すなわち陽極接合、常温接合、直接接合などを利用して形成する。
【００４４】
次に図３（ｄ）に示すように、コア層５の上にマスク層６を形成し、図３（ｅ）に示すように、このマスク層６の上にレジストを塗布してフォトリソグラフィーによりレジストパターン７を形成する。レジストは例えばスピンコートにより塗布する。レジストの膜厚は粘度と回転数により制御することができる。そしてフォトリソグラフィーにより露光および現像してレジストパターン７を形成する。
【００４５】
そして、図３（ｆ）に示すように、ドライエッチングによりレジストパターン７をマスクとしてマスク層６を加工してコア層５の上にマスクパターン８を形成する。
【００４６】
次に、図３（ｇ）に示すように、マスクパターン８をマスクとして用いてコア層５をドライエッチングにより加工してコアパターン３を形成する。そして図３（ｈ）に示すように、マスクパターン８を除去する。そして図３（ｉ）に示すように、下部クラッド層２の上に形成したコアパターン３を覆うように上部クラッド層４を形成して光導波路を構成する。
【００４７】
図３（ｆ）に示すように、コア層５からコアパターン３を形成するためには、コア層５の上にマスクパターン８を設け、ドライエッチングによりコア層５を加工する。この場合マスクパターン８のエッチングレートに対するコア層５のエッチングレートの比としての選択比が高いとマスクパターン８は薄くてもコア層５を十分にエッチングすることができる。この選択比の高いマスク材料として、Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｔａ，Ｗやそれらの合金等が考えられる。マスク材料は高精度に加工される必要がある。そのため選択比が高くかつ加工性に優れたタングステンとシリコンとを含む材料が用いられる。それら二つの合金（以下、Ｗ−Ｓｉと称する）がよく用いられる。
【００４８】
次にマスク層６について説明する。
【００４９】
スパッタや蒸着、あるいはＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの各種の方法で成膜する。スパッタを利用した場合、安価にマスク層を形成できるため好ましい。スパッタを利用した場合について、以下で詳しく説明する。
【００５０】
図４は圧力に対するマスク層の内部応力の特性図である。但し、成膜条件として、バイアスパワー密度を約０．２Ｗ／ｃｍ^２、基板１の加熱温度を１００℃とする。
【００５１】
図４に示すように、圧力を４Ｐａ以下で成膜した場合、圧縮応力が大きくなり、膜厚３μｍ以上のＷ−Ｓｉを成膜すると剥離が生じてしまう。また圧力を８Ｐａ以上で成膜した場合は圧縮応力は小さくなるが、緻密な膜を作製することが困難となるため、圧力を４Ｐａ以上８Ｐａ以下とした。
【００５２】
なお、バイアスパワー密度が０．２ｗ／ｃｍ^２よりも低い場合は成膜レートが低くなり生産性が低下するという点で好ましくない。バイアスパワー密度が０．２Ｗ／ｃｍ^２よりも高い場合は成膜レートは高くなり生産性は高くなるが圧縮応力も増加する。そのため、特に０．４Ｗ／ｃｍ^２よりも高い場合は３μｍ以上の膜厚のＷ−Ｓｉを成膜すると剥離を生じてしまうことが多かった。
【００５３】
以上の結果より、バイアスパワー密度は０．２Ｗ／ｃｍ^２よりも高く、０．４Ｗ／ｃｍ^２よりも低い範囲が好ましい。この範囲のバイアスパワー密度においては、成膜時の圧力を変化させて成膜した場合、図４に示す特性とほぼ同じ傾向を示した。すなわちスパッタによってマスク層６を成膜するときにおいて、圧力は４Ｐａ以上８Ｐａ以下の範囲が好ましい。これによりスパッタによるＷ−Ｓｉの成膜において、３μｍ以上の膜厚を高い歩留まりで形成することができる。
【００５４】
なお、基板１の加熱温度は、基板１と下部クラッド層２とコア層５との線膨張係数によって好ましい条件が異なる。実施の形態１では基板１と下部クラッド層２が同一のガラス材料であり、この下部クラッド層２を形成するガラス材料の線膨張係数は約９０×１０^−７Ｋ^−１であり、コア層５を形成するガラス材料の線膨張係数も約９０×１０^−７Ｋ^−１である。マスク層６のＷ−Ｓｉの線膨張係数はＷの含有量によって多少変化をするが、約５０×１０^−７Ｋ^−１である。そして成膜時の温度が室温以上であって、成膜後に室温まで冷却されると、Ｗ−Ｓｉに比べて下部クラッド層２やコア層５のほうが縮むことになり、Ｗ−Ｓｉには圧縮応力がかかることになる。したがって、基板１の加熱温度を例えば３００℃で成膜すると、成膜後の圧縮応力が大きくなり、３μｍ以上の膜厚のＷ−Ｓｉを成膜すると剥離を生じてしまう。以上の結果により、下部クラッド層２およびコア層５の線膨張係数が約５０×１０^−７Ｋ^−１よりも大きい場合、基板１の加熱温度は高すぎると好ましくない。この場合、２００℃以下が好ましい。
【００５５】
なお、多成分ガラスの組成によって線膨張係数は異なるが、例えばホウケイ酸塩ガラスのＢＫ７については、約８６×１０^−７Ｋ^−１である。多成分ガラスの組成において、ＳｉＯ_２の割合が高いと線膨張係数が小さくなる傾向がある。ガラスの線膨張係数がＷ−Ｓｉの線膨張係数である約５０×１０^−７Ｋ^−１よりも小さい場合は基板加熱温度を高くすると良い。具体的には３００℃で成膜すると良い。成膜時の温度が３００℃であって、成膜後に室温まで冷却されると、下部クラッド層２やコア層５に比べてＷ−Ｓｉのほうが縮むことになり、Ｗ−Ｓｉにかかっていた圧縮応力を低減することが可能になるためである。
【００５６】
また、基板１の加熱温度を高くすることによって、コア層５とＷ−Ｓｉとの密着性が高くなるため、剥離が抑制できる。
【００５７】
また、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどをコア層５の材料として用いた場合、線膨張係数が、約５０×１０^−７Ｋ^−１よりも大きいため、基板加熱温度は２００℃以下が好ましい。チタン酸ジルコン酸ランタン鉛などの、少なくとも鉛と酸素とを含む結晶材料の場合、線膨張係数が約５０×１０^−７Ｋ^−１よりも小さいため、基板１の加熱温度は高いほうが好ましく、例えば３００℃で成膜すると良い。
【００５８】
次に、ドライエッチングによりレジストパターン７をマスクとして用いて、間スク層６を加工してマスクパターン８を形成する方法について説明する。
【００５９】
マスク層６の上に４μｍ以上の厚みとするレジストパターン７を形成する。マスクパターン８を形成するためには３μｍ以上の厚みを有するマスク層６のエッチングが必要になるが、レジストパターン７の膜厚が薄い場合、マスク層６をドライエッチングで加工する際にマスク層６の加工が終わるより前にレジストパターン７が無くなってしまう。そこでレジストパターン７を４μｍ以上の厚みにすることにより、このことを防ぐことができる。これによりマスクパターン８の側壁の垂直性を高めることが可能となり、その結果コアパターン３の側壁の垂直性を高めることができる。また異方性エッチングが可能なドライエッチング、例えば反応性イオンエッチングによってマスク層６を加工し、マスクパターン８を形成することにより、マスクパターン８の側壁の垂直性を高めることができるため、コアパターン３の側壁の垂直性を高めることができる。
【００６０】
Ｗ−Ｓｉを含む材料からなるマスク層６と多成分ガラスまたは単結晶材料からなるコア層５とは、形状において側壁の垂直性を高めるための最適エッチング条件が一般には異なるため、コア層５の上に形成されているマスク層６のエッチングがコア層５に到達したところでエッチングを一度止めることが望ましい。そのためにマスク層６のドライエッチングによる加工はマスク層６の厚みの６０〜９５％を加工する第一のエッチングと、残りのマスク層６を加工する第二のエッチングとに分割し、第二のエッチングは第一のエッチングよりもイオン衝撃を小さくする。
【００６１】
Ｗ−Ｓｉを含む材料からなるマスク層６のエッチングに比べてた成分ガラスまたは単結晶材料からなるコア層５のエッチングはマスク層６より大きくイオン衝撃を必要とするため、第二のエッチングのイオン衝撃を小さくすることによりコア層５に到達したところでエッチングを実質的に止めることができる。
【００６２】
その結果、マスク層６のエッチングとコア層５のエッチングとを別々に行なうことができ、コア層５の加工条件を最適にすることにより、コアパターン３の形状において、側壁の垂直性を高めることができる。
【００６３】
なお、イオン衝撃を小さくしてマスク層６を加工すると、エッチングレートが低く加工時間が大きくなってしまい生産性が悪化する。そのためマスク層６の厚みの６０〜９５％はイオン衝撃を大きくしてエッチングを行なうことにより、生産性を高めることができる。
【００６４】
なお、イオン衝撃を変化させるには、例えば圧力を変化させると良い。圧力を上げることによりイオンの平均自由行程が短くなり、その結果イオン間の衝突が増加するため、エッチングのイオン衝撃を小さくすることができる。
【００６５】
また、バイアスパワー密度を下げることによりイオンの引き込みパワーを減少させてイオン衝撃を小さくすることができる。バイアスパワー密度として、例えば第一のエッチングはバイアスパワー密度を０．２Ｗ／ｃｍ^２以上で行ない、次に第二のエッチングはバイアスパワー密度を０．２Ｗ／ｃｍ^２以下で行なう。
【００６６】
以下、エッチングについて図を用いて説明する。図５はバイアスパワー密度に対するガラスとＷ−Ｓｉのエッチングレートとの選択比を示す特性図である。
【００６７】
マスク層６のＷ−Ｓｉをエッチングしてガラスをエッチングしないようにするため、選択比が小さいほうが良い。例えば選択比が０．０１以下の場合、１００倍以上のエッチングレートの差があることになる。
【００６８】
図５に示すように、０．２Ｗ／ｃｍ^２以下において、二種類のガラスは選択比が０．００５以下となり、レートは０．１ｎｍ／ｍｉｎ以下になっているため、１０分間程度余分にエッチングが行なわれたとしてもエッチング量は１ｎｍ程度ということになる。したがって第二のエッチングは０．２Ｗ／ｃｍ^２以下のバイアスパワー密度でエッチングを行なうと、ガラスのエッチングの前に停止させることができる。そして第一のエッチングはエッチングレートを高めとして０．２Ｗ／ｃｍ^２以上のバイアスパワー密度でエッチングを行ない、エッチング時間の短縮化が図れる。なお、マスク層６の厚みの６０〜９５％は第一のエッチングを行ない、残りのマスク層６は第二のエッチングを行う。
【００６９】
このマスク層６の厚みの認識方法はいくつかの方法がある。例えばエッチングレートを予め計測し、エッチング量を逆算することによって必要なエッチング時間を求め、エッチング時間によって第１のエッチングと第二のエッチングを切り換える方法が考えられる。またレーザー光をマスク層６にあてることによって、マスク層６の厚みをモニタしながら第一のエッチングと第二のエッチングとの切り換えを行なう方法も考えられる。この方法はマスク層６の厚みをモニタしながら行なうことにより、第一のエッチングでのエッチング量をより高い精度で検知することができるため、第一のエッチングでのエッチング量を大きくすることが可能となり、生産性を高めることができる。
【００７０】
次に、コア層５の加工について詳しく説明する。
【００７１】
ドライエッチングについて、反応性イオンエッチングを用いて説明する。
【００７２】
エッチングガスとしては、ＣＦ_４，ＣＨＦ_３、またはＣ_４Ｆ_８などのフッ化炭素を含むガス、ＳＦ_６などの硫黄化合物系のガス、ＡｒまたはＸｅなどの不活性ガス、酸素、水素、あるいはそれらを含む混合ガスなどが考えられる。なおマスクパターン８はコア層５をエッチングしてパターン形成する際のマスクである。
【００７３】
マスクパターン８のエッチングレートに対するコア層５のエッチングレートの比を選択比とすると、コア層５が多成分ガラスである場合には、コア層５が石英ガラスの場合と比較して選択比が低い。すなわち多成分ガラスは石英ガラスと比較してエッチングが低く、必要なエッチングの深さを確保するためにエッチング時間を長くする必要があり、そのためエッチング中にマスクパターン８が先に無くなってしまう。マスクパターン８の断面を見ると、一般にパターンの周縁部から無くなるため、形成されたコアパターン３の側壁の垂直性が大きく低下する。
【００７４】
コアパターンの作製について、図を用いて説明する。
【００７５】
図６（ａ）〜（ｃ）はコアパターンの製造工程を示す断面図である。図６（ａ）は従来の選択比が高い場合であり、エッチング中でもマスクパターン８が十分残っている。コア層５がエッチングによりコアパターン３が形成されるが、まだ周縁部を含めマスクパターン８は残っているため、形成されたコアパターン３の側壁の垂直性が高い。
【００７６】
図６（ｂ）は従来の選択比が低い場合であり、エッチング中にマスクパターン８が大きく加工されていく場合である。マスクパターン８が加工され、マスクパターン８の周縁部から加工され無くなっていく。そのためコア層５がエッチングされコアパターン３が形成されるが、形成されたコアパターン３の側壁の垂直性が低下する。
【００７７】
そこで本発明は、タングステンの含有量を８０ｗｔ％以上とすることによって、この選択比を高めることが可能となる。その結果長時間のエッチングを行ってもマスクパターン８あるいはマスクパターン８が残ることになり、コアパターン３の形状において側壁の垂直性を高めることができる。
【００７８】
また、図６（ｃ）に示すように、マスクパターン８の厚みを３μｍ以上とし、コア層５として多成分ガラスのようにエッチングレートの低い材料を用いた場合は、長時間のエッチングが必要になるが、マスクパターン８の厚みを３μｍ以上により、長時間のエッチングを行なっても十分にマスクパターン８は残っているためコアパターン３の側壁の垂直性を高めることができる。
【００７９】
なお、マスクパターン８はタングステンとシリコンを含有する材料であり、例えば、タングステンを９０ｗｔ％、シリコンを１０ｗｔ％含む材料が考えられる。
【００８０】
以上、反応性イオンエッチングを例として説明したが、真空装置中でプラズマを発生させて行なう他のエッチング方法も同様である。
【００８１】
次に、上部クラッド層４はスパッタ、蒸着、ＦＨＤ（ＦｌａｍｅＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、あるいはＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの堆積処理、あるいは材料同士の接合、すなわち陽極接合、常温接合、直接接合などを利用して形成される。屈折率を調整した上部クラッド層４を形成することにより、コアパターン３に光を閉じ込めることができ、光伝達損失を小さくすることができる。またコアパターン３が露出することなく覆われるため、信頼性を高めることができる。
【００８２】
以上、下部クラッド層２、コア層５、コアパターン３、および上部クラッド層４の材料として多成分ガラスを用いた光導波路の製造方法に関して、その一実施の形態を例として示した。下部クラッド層２、コア層５、コアパターン３、および上部クラッド層４の材料は多成分ガラスに限定されるものではない。
【００８３】
なお、以上のようにしてできた光導波路の上部クラッド層４は、図３に示すように覆う場合の他に、空気を上部クラッド層４とみなす場合がある。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように本発明は、下部クラッド層上にコア層を形成し、このコア層上に少なくとも８０ｗｔ％以上のタングステンおよびシリコンとを含む材料からなるマスクパターンを形成し、ドライエッチングによりコアパターンを形成する光導波路の製造方法であり、タングステンを８０ｗｔ％以上含むようにすることにより、長時間のドライエッチングにおいてマスクパターンの周縁部が取り除かれないため、コアパターンの側壁の垂直性を高めることができ、微細化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態において製造される光導波路の一例を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態において製造される光導波路の主要部分を示す斜視図
【図３】（ａ）〜（ｉ）本発明の実施の形態１における光導波路の製造工程を示す断面図
【図４】圧力に対するマスク層の内部応力の特性図
【図５】バイアスパワー密度に対するガラスとＷ−Ｓｉのエッチングレートとの選択比を示す特性図
【図６】（ａ）〜（ｃ）コアパターンの製造工程を示す断面図
【図７】（ａ）〜（ｇ）従来の光導波路の製造方法を示す断面図
【符号の説明】
１基板
２下部クラッド層
３コアパターン
４上部クラッド層
５コア層
６マスク層
７レジストパターン
８マスクパターン

Claims

下部クラッド層上にコア層を形成し、このコア層上に少なくとも８０ｗｔ％以上のタングステンおよびシリコンとを含む材料からなるマスクパターンを形成し、ドライエッチングによりコアパターンを形成する光導波路の製造方法。
コア層にアルカリ元素成分、アルカリ土類元素成分、遷移元素成分、希土類元素成分の少なくとも１種類以上の元素を含む多成分ガラス材料を用いた請求項１に記載の光導波路の製造方法。
コア層にアルカリ元素成分、アルカリ土類元素成分、遷移元素成分、希土類元素成分の少なくとも２種類以上の元素を含む単結晶材料を用いた請求項１に記載の光導波路の製造方法。
厚さ３μｍ以上のマスクパターンを形成する請求項１に記載の光導波路の製造方法。
マスクパターンとして、スパッタリングによりマスク層を形成し、このマスク層上に厚みを４μｍ以上とするレジストパターンを形成し、前記マスク層をドライエッチングにより形成する請求項１に記載の光導波路の製造方法。
マスク層の形成におけるスパッタリングの圧力を４Ｐａ以上８Ｐａ以下とする請求項２に記載の光導波路の製造方法。
アルカリ元素成分、アルカリ土類元素成分、遷移元素成分、希土類元素成分の少なくとも１種類以上の元素を含む多成分ガラス単結材料からなるコア層上に形成するマスク層において、スパッタリングの温度を２００℃以下とする請求項１に記載の光導波路の製造方法。
少なくともニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのいずれかを含む材料からなるコア層上に形成するマスク層において、スパッタリングの温度を２００℃以下とする請求項１に記載の光導波路の製造方法。
チタン酸ジルコン酸、チタン酸ジルコン酸鉛などの少なくとも酸および鉛とを含む結晶材料からなるコア層上に形成するマスク層において、スパッタリングの温度を３００℃以上とする請求項１に記載の光導波路の製造方法。
第１のエッチングのイオン衝撃ＥＩと第２のエッチングのイオン衝撃Ｅ２がＥ１＞Ｅ２の関係となるようにエッチングする請求項１０に記載の光導波路の製造方法。
レーザー光を用いてマスク層の膜厚を検知し、この検出結果に基づいて第１のエッチングから第２のエッチングに切り換えてイオン衝撃を制御するようにした請求項５に記載の光導波路の製造方法。
検出結果をマスク層全体の膜厚の６０％から９５％の範囲とする請求項１０に記載の光導波路の製造方法。
第２のエッチングのイオン衝撃をバイアスパワー密度の少なくともいずれか一方を制御するようにした請求項１０に記載の光導波路の製造方法。
第１のエッチングをバイアスパワー密度０．２Ｗ／ｃｍ^２以上、第２のエッチングをバイアスパワー密度０．２Ｗ／ｃｍ^２以下とする請求項１０に記載の光導波路の製造方法。