JP2006501523A - ポリマー微細構造及びポリマー導波路の製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、（ａ）基板、（ｂ）基板上に重なる第１のポリマー層、（ｃ）第１のポリマー層上に重なる第２のポリマー層、（ｄ）第２のポリマー層上に重なる金属ハードマスク層、及び（ｅ）金属ハードマスク層上に重なる感光性層を備える前駆体物品は、フォトリソグラフィのイメージング、現像、及びプラズマエッチング工程が施され、基板及びフォトリソグラフィのイメージングに使用されるフォトマスクのパターンに対応するパターンに配置されている第１のポリマー層の一部を含む物品を形成する、光導波路等の物品を準備するための微細加工プロセスに関する。

Description

本明細書に言及されている全ての特許及び特許出願は、各々の個別の特許、特許出願、又は公報が具体的かつ個別に引用によって本明細書に組み込まれているのと同じ範囲で、引用によって本明細書に組み込まれている。
本発明は、全体的に、ポリマーの微細構造を形成するためのフォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術の使用に関する。また、本発明は、光ポリマー導波路デバイスの製造方法に関する。
無機及び有機材料内に微細構造を形成するためにフォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を使用することは、超小型電子技術、半導体、及びフォトニクス分野の当業者には公知である。図１を参照すると、一般に微細構造は以下の工程によって材料中に生成される。
１）基板（１４）の上に置かれた材料（１２）上のノボラック樹脂を含む市販の任意のフォトレジストとすることができるフォトレジスト組成物（１０）を、フォトレジストの一部を放射線から遮蔽するフォトマスク（１８）を通して放射線（１６）に露光させる工程。放射線（２２）から遮蔽された部分に対して、組成物の放射線（２０）に露光された部分は化学変化する。
２）フォトレジスト層の一部を除去して（「現像」と呼ばれる場合もある）、材料（１２）の一部を曝して材料（１２）上にフォトマスクパターンを形成する工程。
３）材料（１２）の曝された部分を処理して、反応性イオンプラズマ（２４）を使用してフォトレジスト部（２２）を残し、フォトマスクパターンを基板（１４）に転写する工程。
５）残存フォトレジストを除去して材料（１２）の裏側を残し（「剥離」と呼ばれる場合もある）、フォトマスクパターンを基板（１４）に転写する工程。
微細構造の形成は、光通信システム及び方法で使用できる光ポリマー導波路の製造では非常に重要な工程である。光ポリマー導波路は、クラッディング領域（クラッディング又はクラッドと呼ばれる場合もある）によって取り囲まれた少なくとも１つのコア領域（導波路コア又はコアと呼ばれる場合もある）で構成される。導波路を通って進行する光の大部分はコアに滞在するが、一部はクラッディングに滞在する。フォトリソグラフィ及びドライエッチングは、光ポリマー導波路を形成するために使用されている。例えば、米国特許第５，２６３，１１１号、第５，３８１，５０６号、第６，０６１，４８７号、及び第６，３０６，５６３号を参照されたい。詳細には、図２を参照すると、フォトリソグラフィ及びドライエッチングは、リブコア（２８）、擬似リブコア（３０）、又はトレンチ（３２）をクラッド（３４）の上又は中に形成するために使用される。図３を参照すると、導波路コアを作るための一般的なプロセスは以下の工程を含む。
１）フォトレジスト（３６）、コアポリマー（３８）、クラッドポリマー（４０）、及び基板（４２）を含む少なくとも４層の構造体を準備する工程。
２）フォトマスク（４６）を通してフォトレジストを放射線（４４）に露光させる工程。
３）コアポリマー（３８）上のフォトレジスト（３６）内に導波路パターンを現像する工程。
４）反応性イオンプラズマ（３９）を用いてコアポリマー（３８）及びフォトレジスト（３６）をドライエッチングして、残存フォトレジスト（３６）で覆われた導波路コア（３８）を形成する工程。
５）残存フォトレジストを除去して、クラッドポリマー（４０）上に導波路コア（３８）を形成する工程。
フォトレジストはコアポリマーのエッチングの間にドライエッチングされるので、一般にフォトレジスト層は最終の導波路コアの厚さよりも厚い。
一般の導波路コア形成プロセスにおいて、フォトレジストの厚さが約１ミクロンを超えるとフォトリソグラフィ・プロセスで問題が生じる。通常、厚いフォトレジストに使用される長い露光時間は、光の散乱、回折、及び逆反射現象を増幅する場合がある。この問題に対する１つの解決策は、反射防止コーティングを使用することであろうが、反射防止コーティングの硬化温度は１８０°Ｃを超えるので分極ポリマー内で電気光学活性損失が発生する場合がある。従って、電気光学的に活性なポリマー導波路コアを形成するプロセスの間に、長い露光時間による問題を最小限にすると同時に電気光学活性損失を引き起こす可能性がある反射防止コーティングの使用を避けるために、薄いフォトレジスト層を使用することが望ましい。
厚い構造体を形成するためのフォトレジスト薄膜の使用は、超小型電子技術分野では公知のドライエッチストップとして機能するハードマスクを使用して実現でき、例えば、米国特許第５，２１９，７８８号、及び米国特許第６，０１９，９０６号を参照されたい。ハードマスクは「ハードマスク層」、「バリア層」、「エッチストップ」、又は「界面膜」と呼ばれる場合もある。ハードマスクは、ポリマードライエッチング・プロセスの間にエッチストップの機能を果たす。ハードマスクを使用して微細構造を形成するプロセスを図４に示す。最初に、フォトレジスト（４８）、基板（５２）上にパターン化されることになるポリマー（５０）、及びポリマーとフォトレジストとの間のハードマスク層（５４）の薄膜層を含む４層構造体を準備する。フォトレジストは、フォトマスク（５８）を通して放射線（５６）に露光されて現像され、残存フォトレジスト（４８）のパターンをハードマスク層（５４）上に写す。次に、ハードマスク層（５４）は、反応性イオンプラズマ（５９）を使用してドライエッチングされ、ハードマスク層（５４）の一部が除去される。次に、ポリマー及びフォトレジストは、ハードマスク層（５４）をエッチングしない第２の反応性イオンプラズマ（６０）を用いて選択的にドライエッチングされ、残存ハードマスク層（５４）及び残存ポリマー層（５０）から構成されるパターンを基板（５２）上に形成する。所望であれば、ハードマスク層は、ドライエッチング又はウエットエッチングを使用して除去できる。ハードマスクはポリマーのエッチング時にドライエッチストップとして機能するので、フォトレジスト層はポリマー層よりも厚くする必要がなく、約１ミクロン又はそれ以下の厚さとすることができる。
最新の超小型電子ハードマスク技術は、ハードマスクが化学気相蒸着法（ＣＶＤ）によって堆積されるので、電子光学的に活性な導波路を形成するのに用いることができない。ＣＶＤは、一般に２００°Ｃを超える温度を必要とするので、整列発色団の発色団分解又は温度ランダム化のいずれかに起因して、分極した２次非線形光学（ＮＬＯ）ポリマーの大部分において、電気光学活性損失が発生する場合がある。ポリマーマトリックスの開発、導波路の製造、及び光学デバイスの製造を含む２次ＮＬＯ発色団の開発及び使用は、米国特許第５，２７２，２１８号、第５，２７６，７４５号、第５，２８６，８７２号、第５，２８８，８１６号、第５，２９０，４８５号、第５，２９０，６３０号、第５，２９０，８２４号、第５，２９１，５７４号、第５，２９８，５８８号、第５，３１０，９１８号、第５，３１２，５６５号、第５，３２２，９８６号、第５，３２６，６６１号、第５，３３４，３３３号、第５，３３８，４８１号、第５，３５２，５６６号、第５，３５４，５１１号、第５，３５９，０７２号、第５，３６０，５８２号、第５，３７１，１７３号、第５，３７１，８１７号、第５，３７４，７３４号、第５，３８１，５０７号、第５，３８３，０５０号、第５，３８４，３７８号、第５，３８４，８８３号、第５，３８７，６２９号、第５，３９５，５５６号、第５，３９７，５０８号、第５，３９７，６４２号、第５，３９９，６６４号、第５，４０３，９３６号、第５，４０５，９２６号、第５，４０６，４０６号、第５，４０８，００９号、第５，４１０，６３０号、第５，４１４，７９１号、第５，４１８，８７１号、第５，４２０，１７２号、第５，４４３，８９５号、第５，４３４，６９９号、第５，４４２，０８９号、第５，４４３，７５８号、第５，４４５，８５４号、第５，４４７，６６２号、第５，４６０，９０７号、第５，４６５，３１０号、第５，４６６，３９７号、第５，４６７，４２１号、第５，４８３，００５号、第５，４８４，５５０号、第５，４８４，８２１号、第５，５００，１５６号、第５，５０１，８２１号、第５，５０７，９７４号、第５，５１４，７９９号、第５，５１４，８０７号、第５，５１７，３５０号、第５，５２０，９６８号、第５，５２１，２７７号、第５，５２６，４５０号、第５，５３２，３２０号、第５，５３４，２０１号、第５，５３４，６１３号、第５，５３５，０４８号、第５，５３６，８６６号、第５，５４７，７０５号、第５，５４７，７６３号、第５，５５７，６９９号、第５，５６１，７３３号、第５，５７８，２５１号、第５，５８８，０８３号、第５，５９４，０７５号、第５，６０４，０３８号、第５，６０４，２９２号、第５，６０５，７２６号、第５，６１２，３８７号、第５，６２２，６５４号、第５，６３３，３３７号、第５，６３７，７１７号、第５，６４９，０４５号、第５，６６３，３０８号、第５，６７０，０９０号、第５，６７０，０９１号、第５，６７０，６０３号、第５，６７６，８８４号、第５，６７９，７６３号、第５，６８８，９０６号、第５，６９３，７４４号、第５，７０７，５４４号、第５，７１４，３０４号、第５，７１８，８４５号、第５，７２６，３１７号、第５，７２９，６４１号、第５，７３６，５９２号、第５，７３８，８０６号、第５，７４１，４４２号、第５，７４５，６１３号、第５，７４６，９４９号、第５，７５９，４４７号、第５，７６４，８２０号、第５，７７０，１２１号、第５，７７６，３７４号、第５，７７６，３７５号、第５，７７７，０８９号、第５，７８３，３０６号、第５，７８３，６４９号、第５，８００，７３３号、第５，８０４，１０１号、第５，８０７，９７４号、第５，８１１，５０７号、第５，８３０，９８８号、第５，８３１，２５９号、第５，８３４，１００号、第５，８３４，５７５号、第５，８３７，７８３号、第５，８４４，０５２号、第５，８４７，０３２号、第５，８５１，４２４号、第５，８５１，４２７号、第５，８５６，３８４号、第５，８６１，９７６号、第５，８６２，２７６号、第５，８７２，８８２号、第５，８８１，０８３号、第５，８８２，７８５号、第５，８８３，２５９号、第５，８８９，１３１号、第５，８９２，８５７号、第５，９０１，２５９号、第５，９０３，３３０号、第５，９０８，９１６号、第５，９３０，０１７号、第５，９３０，４１２号、第５，９３５，４９１号、第５，９３７，１１５号、第５，９３７，３４１号、第５，９４０，４１７号、第５，９４３，１５４号、第５，９４３，４６４号、第５，９４８，３２２号、第５，９４８，９１５号、第５，９４９，９４３号、第５，９５３，４６９号、第５，９５９，１５９号、第５，９５９，７５６号、第５，９６２，６５８号、第５，９６３，６８３号、第５，９６６，２３３号、第５，９７０，１８５号、第５，９７０，１８６号、第５，９８２，９５８号、第５，９８２，９６１号、第５，９８５，０８４号、第５，９８７，２０２号、第５，９９３，７００号、第６，００１，９５８号、第６，００５，０５８号、第６，００５，７０７号、第６，０１３，７４８号、第６，０１７，４７０号、第６，０２０，４５７号、第６，０２２，６７１号、第６，０２５，４５３号、第６，０２６，２０５号、第６，０３１，９４５号、第６，０３３，７７３号、第６，０３３，７７４号、第６，０３７，１０５号、第６，０４１，１５７号、第６，０４５，８８８号、第６，０４７，０９５号、第６，０４８，９２８号、第６，０５１，７２２号、第６，０６１，４８１号、第６，０６１，４８７号、第６，０６７，１８６号、第６，０７２，９２０号、第６，０８１，６３２号、第６，０８１，６３４号、第６，０８１，７９４号、第６，０８６，７９４号、第６，０９０，３２２号、第６，０９１，８７９号、及び第６，２１０，８６７号に説明されている。
最新の超小型電子ハードマスク技術を能動的導波路又は受動的導波路の製造に用いることができない別の理由は、ハードマスクがウエットエッチング又はドライエッチングのいずれかによる除去を必要とするからである。導波路コア材料上に直接堆積されたハードマスクのウエットエッチング又はドライエッチングは、導波路上の表面粗さの原因になる場合があり、許容できない高い光損失につながる可能性がある。
全体的に、本発明は、１つの態様において、物品（例えば、変調器、結合器、スイッチ等の光学部品）を準備する微細加工プロセスを特徴にしており、（ａ）基板、（ｂ）基板上に重なる第１のポリマー層、（ｃ）第１のポリマー層上に重なる第２のポリマー層、（ｄ）第２のポリマー層上に重なる金属ハードマスク層、及び（ｅ）金属ハードマスク層上に重なる感光性層を備える前駆体物品は、フォトリソグラフィのイメージング、現像、及びプラズマエッチング工程が施され、基板及びフォトリソグラフィのイメージングに使用されるフォトマスクのパターンに対応するパターンに配置されている第１のポリマー層の一部を含む物品を形成するようになっている。金属ハードマスクは、第２のポリマー層上にスパッタ堆積され、結果的に、例えばＣＶＤプロセスに関連する高い温度を避けることが好ましい。
第２のポリマー層は保護層として機能するので、処理時に第１のポリマー層内に形成された微細構造に損傷を与えることなく金属ハードマスクを除去することができる。更に、比較的薄い（例えば約１．５ミクロンよりも薄い）感光性層を使用することが可能である。これらの利点は、第１のポリマー層が導波路コアを形成し、クラッディングを形成する基板よりも高い屈折率を有する電気光学的に活性な架橋性ポリマーである場合、光導波路等の物品を準備するのに特に有用である。
本明細書で使用される用語「層」は連続層及び不連続層を含む。更に、用語「重なる」は、相互に直接接触する層及び例えば追加層によって相互に分離された層の両方の層を含む。
本発明の他の特徴及び利点は、以下の好適な実施形態の説明及び請求項から明らかになるであろう。
図５を参照すると、以下の工程を含む微細加工プロセスが示されている。
１）基板（１００）、第１のポリマー層（１０２）、第１のポリマー層上の厚さが約１．５ミクロンよりも薄い第２のポリマー層（１０４、保護ポリマー層と呼ばれる場合もある）、約０．０３５ミクロン以下の厚さで好適には約０．０２５ミクロン厚さの、第２のポリマー層上の金属ハードマスク層（１０６）、及び金属ハードマスク層上の厚さが約１．５ミクロン以下の感光性層（１１０）を含む前駆体物品を準備する工程。
２）フォトマスク（１１４）を通して放射線（１１２）を感光性層に露光させる工程。
３）感光性層を現像して金属ハードマスク層（１０６）上にフォトマスクのパターンを形成する工程。
４）残存感光性層（１１０）を通してエッチングしない第１のプラズマ（１１５）を用いて、金属ハードマスク層（１０６）をエッチングして、第２のポリマー層（１０４）にパターンを転写する工程。
５）残存金属ハードマスク層（１０６）をエッチングしない第２のプラズマ（１１６）を用いて、残存感光性層、第２のポリマー層、及び第１のポリマー層をエッチングして、基板（１００）にパターンを転写する工程。
６）残存金属ハードマスク層（１０６）及び残存第２のポリマー層（１０４）を除去する工程。
第２のポリマー層の厚さは約１ミクロン、感光性層の厚さは約１ミクロンであることが好ましい。
前駆体物品は、基板（１００）上に第１のポリマー層（１０２）をスピン堆積し、第１のポリマー層（１０２）上に第２のポリマー層（１０４）をスピン堆積し、第２のポリマー層上に金属ハードマスク層（１０６）をスパッタリングし、金属ハードマスク層上に感光性層（１１０）をスピン堆積することによって準備することができる。また、基板がポリマーの場合、基板（１００）はスピン堆積されることができる。また、任意のポリマー層は、浸漬コーティング、印刷、及びブラッシング等の当業者には公知の別の方法によって堆積されることができる。
例えば、本プロセスが光導波路を準備するために使用される特定の実施形態において、基板（１００）は第１のポリマー層（１０２）の屈折率よりも小さい屈折率を有する。
基板（１００）についての最適な材料の実施例は、有機ポリマー（好適には架橋性有機ポリマー）、ゾル−ゲル、及び有機的に修飾されたゾル−ゲル（ＯＲＭＯＳＩＬ）を含む。架橋性有機ポリマー、ゾル−ゲル、及びＯＲＭＯＳＩＬは当業者には公知である。例えば、米国特許第６，３０６，５６３号、第６，３２３，３６１号、第６，１２６，８６７号、第６，００２，８２８号、第５，７８３，３１９号、第６，４１９，９８９号、第５，１２０，３３９号、第６，３０３，７３０号、及び第５，４８０，６８７号を参照されたい。
金属ハードマスク（１０６）についての好適な金属の実施例は、感光性層（１１０）を通してエッチングしない活性イオンプラズマを用いてエッチングすることができ、第１のポリマー層（１０２）に悪影響を及ぼさない方法でもって第２のポリマー層（１０４）上に堆積されることができる任意の金属を含む。例えば、第１のポリマー層（１０２）が電子光学的に活性なポリマーの場合、金属ハードマスクは、１００°Ｃ以下の温度で（例えば、スパッタリングによって）堆積されることができる金属から成るであろうことが好ましい。金属は、遷移金属、グループＩ−ＩＩＩ金属、及び合金を含むことが好ましい。第１のポリマー層（１０２）は、電気光学的に活性なポリマーを含むことが好ましい。電気光学的に活性なポリマーは架橋性であることが好ましい。電気光学的に活性な架橋性ポリマーは当業者には公知である。例えば、米国特許第５，７７６，３７４号、第５，７１４，３０４号、第５，２２３，３５６号、第５，４３３，８９５号、第６，２９４，５７３号、第６，１２６，８６７号、第５，８１１，５０７号、第５，６３５，５７６号、Ｃｈｅｍ． Ｍａｓｔｅｒ ２０００，１２，１１８７、Ｊ． Ａｍ Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． ２００１，１２３，９８６、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ １９９２，２５，４０３２、及びＣｈｅｍ． Ｍａｓｔｅｒ １９９８，１０，１４６を参照されたい。
１つの実施形態において、感光性層はノボラック樹脂である。別の実施形態において、感光性層は、明色フォトレジスト又は暗色フォトレジストである。明色フォトレジスト又は暗色フォトレジストは当業者には公知である。例えば、米国特許第５，２９６，３３２号、第５，３４０，６９７号、第５，８２７，６３４号、及び第５，２２５，３１６号を参照されたい。
種々のパターンのフォトマスクを使用することができる。１つの好適な実施形態において、フォトマスクのパターンは、マッハツェンダ変調器又は方向性結合器を形成する。
第１のプラズマは６フッ化硫黄から成ることができる。第２のプラズマは酸素から成ることができる。
１つの好適な実施形態において、基板は有機的に修飾されたゾル−ゲルであり、第１のポリマー層は電気光学的に活性で架橋性であり基板の屈折率よりも高い屈折率を有し、第２のポリマー層はノボラック樹脂であり、金属ハードマスクはチタニウムであり、感光性層はノボラック樹脂であり、光マスクのパターンはマッハツェンダ変調器又は方向性結合器を形成し、第１のプラズマは６フッ化硫黄から成り、第２のプラズマは酸素から成る。
別の実施形態において、本プロセスは、第１のクラッド層が電気光学的に活性なポリマーの屈折率よりも低い屈折率を有する場合、第１のクラッド層上にある電気光学的に活性なポリマーの少なくとも１つのパターンをプラズマエッチングするために金属ハードマスクを使用する工程と、第２のポリマークラッド層が電気光学的に活性なポリマーの屈折率よりも低い屈折率を有する場合、エッチングされた電気光学的に活性なポリマー上の第２のクラッド層と第１のクラッド層とを準備する工程とを含む。
以下の実施例は例示的なものであり請求項を限定するものではない。
本実施例は、基板（１７０）がＯＲＭＯＳＩＬであり、第１のポリマー層（１７５）が電気光学的に活性な架橋性ポリマーであり、第２のポリマー層（１８０）がＳｈｉｐｌｅｙ社のＭｅｇａｐｏｓｉｔ２２０−１．２フォトレジストであり、スパッタ金属ハードマスク（１８５）がチタニウムであり、感光性層（１９０）がＳｈｉｐｌｅｙ社のＭａｇａｐｏｓｉｔ２２０−１．２フォトレジストである前駆体導波路を使用したポリマー導波路の前処理を示す。
導波路の前駆体は以下の工程で準備した。
１）シクロヘキサン中の３８重量％のＯＲＭＯＳＩＬ溶液を、０．２ミクロンのナイロンフィルタで濾過し、濾過された溶液を毎分５００回転で５秒間、毎分２９００回転で３０秒間６インチのウエーハ上にスピン堆積し、真空度５０トールの条件下で、１００°Ｃで６０分間（加熱速度５°Ｃ／分）、１５０°Ｃで６０分間（加熱速度３°Ｃ／分）、１９０°Ｃで９０分間（加熱速度５°Ｃ／分）ウエーハを加熱し、冷却速度０．５°Ｃ／分で室温までウエーハを冷却して基板（１７０）を得る工程。
２）イソプロピルアルコール中の１重量％のポリ（Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルメチル−ジメトキシシラン）溶液を、０．２ミクロンのナイロンフィルタで濾過し、濾過された溶液を毎分５００回転で５秒間、毎分３０００回転で３０秒間ウエーハ上にスピン堆積し、１００°Ｃで５分間だけホットプレート上で加熱して、基板（１７０）及び第１のポリマー層（１７５）のための接着促進剤を得る工程。
３）シクロペンタノン中の３０％（全固形物重量）の発色団及び架橋性ポリマー（架橋性ポリマーに対する発色団の濃度が２５重量％）溶液を、０．２ミクロンのナイロンフィルタで濾過し、濾過された溶液を、毎分３００回転で２秒間、次に毎分５００回転で５秒間、次に毎分１０００回転で２０秒間スピン堆積し、８０°Ｃで１０分間だけホットプレート上で加熱し、１ミリトールの条件下で、７０°Ｃで４８０分間だけ加熱し、１８０°Ｃで１０分間にわたって加熱しながらウエーハに４．５ｋＶのコロナ電圧を印加し、１８０°Ｃ４．５ｋＶの状態を１０分間保持し、コロナ電圧を７．５ｋＶまで上昇させて１８０°Ｃで１０分間保持し、２５分間にわたって室温まで冷却して、電気光学的に活性な第１のポリマー層（１７５）を得る工程。
４）Ｓｈｉｐｌｅｙ社のＭｅｇａｐｏｓｉｔ２２０−１．２フォトレジストを、毎分１００回転で５秒間、次に毎分５００回転で５秒間、次に毎分３０００回転で３０秒間スピン堆積し、２５ミリトール未満の条件下で、５０°Ｃで３時間加熱し、少なくとも２０分間空気中に放置できるようにして、第２のポリマー層（１８０）を得る工程。
５）ウエーハをスパッタリングチャンバ内に装填し、圧力を２×１０−６トール未満に低下させ、７０Ｗの電力、２６７Ｖの電圧、及び２５０ｍＡの電流で３６０秒間の予備スパッタリング時間の間に７．５ミリトールに保持し、チタニウム金属を基板上に１００秒間スパッタリングして、スパッタ金属ハードマスク層（１８５）を得る工程。
６）Ｓｈｉｐｌｅｙ社のＭｅｇａｐｏｓｉｔ２２０−１．２フォトレジストを、毎分１００回転で５秒間、次に毎分５００回転で５秒間、次に毎分３０００回転で３０秒間スピン堆積し、２５ミリトール未満の条件下で、５０°Ｃで４時間加熱し、少なくとも２０分間空気中に放置できるようにして、感光性層（１９０）を得る工程。
前述のようにして得られた層の厚さは、基板（１７０）、第１のポリマー層（１７５）、第２のポリマー層（１８０）、スパッタ金属ハードマスク層（１８５）、及び感光性層（１９０）に対してそれぞれ１．９ミクロン、３．０ミクロン、１．０ミクロン、０．０２５ミクロン、及び１．０ミクロンであった。
感光性層は、Ｋａｒｌ Ｓｕｓｓ ＭＡ−６マスクアライナ上で、輝度が３２ｍＷ／ｃｍ２の３６５ｎｍの光にフォトマスクを通して３秒間だけ露光させた。露光された感光性層は、露光後に少なくとも２０分間常温で放置した。フォトマスクは感光性層に対して強固に接触し、フォトマスクのパターンはマッハツェンダ変調器を構成した。
感光性層は、Ｓｈｉｐｌｅｙ社のＭｅｇａｐｏｓｉｔ ＭＦ−２４Ａ現像剤を用いて４５秒間現像し、脱イオン水を使用して毎分３０００回転で３０秒間スピン洗浄し、Ｎ２ガスの存在下で、毎分２０００回転で３０秒間乾燥させた。
スパッタチタニウムハードマスクのエッチングは、ＴｅｋＶａｃ ＤＲＩＥ−１２００−ＬＬ−ＩＣＰ中でＳＦ６／Ｎｅプラズマを使用して行った。エッチングチャンバの作動圧力は２０ミリトール、ＳＦ６及びＮｅの流速はそれぞれ１２．５ｓｃｃｍ、４ｓｃｃｍであった。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ユニットの順方向出力は、６２７ｎＦのＣｔキャパシタンス及び３７５ｎＦのＣｌキャパシタンスで５００Ｗ（２９Ｗが反射）であった。反応性イオンエッチングユニットは、１２１ｎＦのＣｔキャパシタンス及び８１５ｎＦのＣｌキャパシタンスで１７０Ｖのバイアスにおいて５７Ｗ（１Ｗが反射）の順方向出力であった。ウエーハは４．５分間エッチングを行った。
第１のポリマー層及び第２のポリマー層のエッチングは、酸素プラズマを使用して行った。エッチングチャンバの作動圧力は５．５ミリトール、酸素の流速は３６ｓｃｃｍであった。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ユニットの順方向出力は、６２９ｎＦのＣｔキャパシタンス及び３５７ｎＦのＣｌキャパシタンスで５００Ｗ（２３Ｗが反射）であった。反応性イオンエッチングユニットは、１２１ｎＦのＣｔキャパシタンス及び８１５ｎＦのＣｌキャパシタンスで１７０Ｖのバイアスにおいて３３Ｗ（１Ｗの反射）の順方向出力であった。ウエーハは７０分間エッチングを行った。
残存スパッタチタニウムハードマスク及び残存ポリマー層は、３．５分間のＳＦ６／Ｎｅプラズマを用いたスパッタチタニウムハードマスクのエッチング、Ｃｙａｎｔｅｋ社のＲＳ１１２剥離剤を用いた第２のポリマー層の剥離（合計４分間）、及び後続のイソプロピルアルコール及び脱イオン水を用いた洗浄（合計２分間）によって除去した。
図６は、前述のプロセスによって有機的に修飾されたゾル−ゲル上で得られた電気光学ポリマーのマッハツェンダ変調器のパターンを示し、図６Ａは導波路の垂直壁のＳＥＭ画像であり、図６Ｂは３０ｎｍ未満の粗さを示す側壁のＳＥＭであり、図６Ｃはマッハツェンダ分光器の１００倍の顕微鏡画像である。
その他の実施形態は請求項の範囲内にある。
従来技術のフォトリソグラフィ・プロセスの断面図における説明図である。 従来技術のリブ、擬似リブ、及びトレンチ導波路の断面図における説明図である。 従来技術のポリマー導波路のリソグラフィ及びドライエッチング製造プロセスの断面図における説明図である。 ハードマスクを使用した従来技術のリソグラフィ及びドライエッチング・プロセスの断面図における説明図である。 本発明によるリソグラフィ及びドライエッチング・プロセスの好適な実施形態の断面図における説明図である。 図５に示すプロセスによって形成された電気光学的に活性なポリマーのマッハツェンダ変調器パターンの特性を示す。

Claims (18)

  1. （Ａ）（ａ）基板と、
    （ｂ）前記基板に重なる第１のポリマー層と、
    （ｃ）前記第１のポリマー層に重なる第２のポリマー層と、
    （ｄ）前記第２のポリマー層に重なる金属ハードマスク層と、
    （ｅ）前記金属ハードマスク層に重なる感光性層と、
    を備える前駆体物品を準備する段階と、
    （Ｂ）規定されたパターンを有するフォトマスクを通る放射線に前記感光性層を露光させる段階と、
    （Ｃ）露光に続いて前記感光性層を現像して、前記パターンによって規定された前記感光性層を除去し、下に横たわる前記金属ハードマスク層の対応部分を曝す段階と、
    （Ｄ）第１のプラズマを使用して前記金属ハードマスク層の曝された部分をエッチングして、残存感光性層を通してエッチングすることなく、下に横たわる前記第２のポリマー層の対応部分を曝す段階と、
    （Ｅ）（ｉ）前記感光性層の残存部分と、
    （ｉｉ）前記第２のポリマー層の曝された部分と、
    （ｉｉｉ）前記金属ハードマスク層の残存部分をエッチングしない第２のプラズマを用いて、前記第２のポリマー層の曝された部分に対応する下に横たわる前記第１のポリマー層の一部と、
    をエッチングして、前記基板の対応部分を曝す段階と、
    （Ｆ）前記金属ハードマスク層の残存部分及び前記第２のポリマー層の残存部分を除去して、前記基板と、前記基板に重なり前記フォトマスクのパターンに対応するパターンに配列された前記第１のポリマー層の一部とを備える物品を生成する段階と、
    を含むことを特徴とする微細加工プロセス。
  2. 前記基板は、前記第１のポリマー層の屈折率よりも小さい屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  3. 前記基板は、有機ポリマー、架橋可能な有機ポリマー、ゾル−ゲル、及び有機的に修飾されたゾル−ゲルからなるグループから選択されることを特徴とする請求項２に記載のプロセス。
  4. 前記金属ハードマスク層は、チタニウムを含むことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  5. 前記第１のポリマー層は、電気光学的に活性なポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  6. 前記電気光学的に活性なポリマーは、架橋性であることを特徴とする請求項５に記載のプロセス。
  7. 前記感光性層は、ノボラック樹脂を含むことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  8. 前記感光性層は、明色フォトレジストを含むことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  9. 前記感光性層は、暗色フォトレジストを含むことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  10. 前記金属ハードマスク層は、約０．０３５ミクロン以下の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  11. 前記第２のポリマー層は、約１．５ミクロン以下の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  12. 前記感光性層は、約１．５ミクロン以下の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  13. 前記フォトマスクのパターンは、マッハツェンダ変調器又は方向性結合器を形成することを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  14. 前記第１のプラズマは、６フッ化硫黄から成ることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  15. 前記第２のプラズマは、酸素から成ることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  16. 前記基板は有機的に修飾されたゾル−ゲルから成り、
    前記第１のポリマー層は、電気光学的に活性な架橋性ポリマーから成り、前記基板の屈折率より高い屈折率を有し、
    前記第２のポリマー層は、ノボラック樹脂から成り、
    前記金属ハードマスク層は、チタニウムから成り、
    前記感光性層は、ノボラック樹脂から成り、
    前記フォトマスクのパターンは、マッハツェンダ変調器又は方向性結合器を形成し、
    前記第１のプラズマは、６フッ化硫黄から成り、
    前記第２のプラズマは、酸素から成る、
    ことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  17. （Ａ）（ａ）屈折率を有するポリマー基板と、
    （ｂ）前記基板の屈折率よりも高い屈折率を有する、前記基板に重なる電気光学的に活性なポリマー層と、
    （ｃ）前記電気光学的に活性なポリマー層に重なる第２のポリマー層と、
    （ｄ）厚さが約０．０３５ミクロン以下で前記第２のポリマー層に重なる金属ハードマスク層と、
    （ｅ）前記金属ハードマスク層に重なる感光性層と、
    を備える光導波路前駆体を準備する段階と、
    （Ｂ）規定されたパターンを有するフォトマスクを通る放射線に前記感光性層を露光させる段階と、
    （Ｃ）露光に続いて前記感光性層を現像して、前記パターンによって規定された前記感光性層を除去し、下に横たわる前記金属ハードマスク層の対応部分を曝す段階と、
    （Ｄ）第１のプラズマを使用して前記金属ハードマスク層の曝された部分をエッチングして、残存感光性層を通してエッチングすることなく、下に横たわる前記第２のポリマー層の対応部分を曝す段階と、
    （Ｅ）（ｉ）前記感光性層の残存部分と、
    （ｉｉ）前記第２のポリマー層の曝された部分と、
    （ｉｉｉ）前記金属ハードマスク層の残存部分をエッチングしない第２のプラズマを用いて、前記第２のポリマー層の曝された部分に対応する下に横たわる前記電気光学的に活性なポリマー層の一部と、
    をエッチングして、前記ポリマー基板の対応部分を曝す段階と、
    （Ｆ）前記ポリマー基板と、前記フォトマスクのパターンに相当するパターンで配列された、前記基板に重なっている前記電気光学的に活性なポリマー層の部分を含むポリマー光導波路を産出するために、前記金属ハードマスク層の残存部分と前記第２のポリマー層の残存部分を除去する、
    ことを特徴とするポリマー光導波路を加工するための微細加工プロセス。
    （Ｆ）前記金属ハードマスク層の残存部分及び前記第２のポリマー層の残存部分を除去して、前記ポリマー基板と、前記基板に重なり前記フォトマスクのパターンに対応するパターンに配列された前記電気光学的に活性なポリマー層の一部とを備えるポリマー光導波路を生成する段階と、
    を含むことを特徴とする微細加工プロセス。
  18. （ａ）屈折率を有するポリマー基板と、
    （ｂ）前記基板の屈折率よりも高い屈折率を有する、前記基板に重なる電気光学的に活性なポリマー層と、
    （ｃ）前記電気光学的に活性なポリマー層に重なる第２のポリマー層と、
    （ｄ）厚さが約０．０３５ミクロン以下で前記第２のポリマー層に重なる金属ハードマスク層と、
    （ｅ）前記金属ハードマスク層に重なる感光性層と、
    を備えることを特徴とする光導波路前駆体。
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