JP2011209587A

JP2011209587A - 光導波路の形成方法、光導波路、及び露光マスク

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Publication number: JP2011209587A
Application number: JP2010078565A
Authority: JP
Inventors: Kyoko Kotani; 恭子小谷
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】基板面から非平行な方向へ出射された光の発散を防止することができる光導波路を形成する。
【解決手段】まず、ＳＯＩ基板を用意する。次に、ＳＯＩ基板のＳｉ層上に、レジスト層を形成する。次に、レジスト層から、一定方向に沿って順次に厚みが増加していく形状のレジストパターンを、Ｓｉ層のコア形成予定領域を被覆するように形成する。次に、レジストパターンをマスクとして用いてＳｉ層をエッチングすることによって、コア形成予定領域に残存したＳｉ層の残部から、一定方向に沿って順次に厚みが増加していく形状のコア３７を形成する。次に、レジストパターンを除去した後、ＳｉＯ_２層１５の上側全面に、コアを被覆する上部ＳｉＯ_２層３７を形成することによって、ＳｉＯ_２層及び上部ＳｉＯ_２層からクラッド４１を形成する。
【選択図】図４

Description

この発明は、光導波路の形成方法、この形成方法を用いて形成された光導波路、及びこの形成方法に用いられる露光マスクに関する。

光加入者系システムにおいて加入者側に用いられる送受信モジュールとして、ＯＮＵ（ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）が使用されている。現在用いられている多くのＯＮＵは、基板に光導波路を形成するとともに、支持基板上に、例えば波長フィルタ、受光素子、及び発光素子等の種々の部品を搭載して具えた構成となっている。

ＯＮＵでは、例えば素子の小型化を目的として、受光素子を支持基板の基板面と対向させて配置する構成が知られている。そして、このような構成では、光導波路から出射される光を受光素子に入力するために、コアに回折格子を形成することによって、光を光導波路とは非平行な方向へ、すなわち受光素子へ向かう方向へ出射させる技術が周知である（例えば特許文献１参照）。

ところで、近年、例えばＯＮＵの小型化及び量産化を目的として、Ｓｉを光導波路材料として用いる技術が注目されている。

このようなＳｉを材料とした光導波路は、周知の通り、ＳＯＩ基板を用いることによって形成される（例えば特許文献２参照）。

この特許文献２に開示された形成方法によれば、まず、Ｓｉ支持基板、ＳｉＯ_２層、及びＳｉ層がこの順に積層されて構成されたＳＯＩ基板を用意する。

次に、ＳＯＩ基板上にレジスト層を堆積する。そして、このレジスト層を周知の露光技術を用いて露光することによって、コア形成予定領域を被覆するレジストパターンを形成する。

次に、レジストパターンをマスクとして用いて、Ｓｉ層を部分的に除去することによって、コア形成予定領域に残存したＳｉ膜の残部からコアを形成する。

次に、コアを被覆する上部ＳｉＯ_２層を形成することによって、この上部ＳｉＯ_２層及びＳＯＩ基板のＳｉＯ_２層からクラッドを形成する。

以上に説明した各工程を行うことによって、Ｓｉ支持基板上に形成されている、クラッド及びこのクラッドに埋め込まれたコアを具える光導波路を形成することができる。

そして、上述した形成方法を用いて形成された光導波路では、用いるＳＯＩ基板におけるＳｉ層の厚みが、形成されるコアの厚みとなる。そして、通常のＳＯＩ基板において、Ｓｉ層は、一定の厚みを有した平板状の層として設けられている、従って、ＳＯＩ基板を用いて形成された光導波路では、コアの厚みは実質的に一定となる。

特開２００４−０２１２２０号公報特開２００２−０１４２４２号公報

しかしながら、上述した形成方法を用いて形成された光導波路では、光導波路とは非平行な方向へ出射される光の光束特性が劣化する、より具体的には出射される出射光が発散して指向性が悪いという問題がある。そのため、例えば、光導波路を伝搬する光信号が効率良く受光素子に受光されない等の問題が生じていた。

この発明の目的は、光導波路とは非平行な方向へ光を出射させるに当たり、その出射光の発散を抑制して指向性を良好にすることができる光導波路の形成方法、この形成方法を用いて形成された光導波路、及びこの形成方法を行うために用いる露光マスクを提供することにある。

この出願に係る発明者は、鋭意研究を重ねた結果、光導波路を伝搬する光を光導波路とは非平行な方向へ出射させる場合に、光導波路の光伝搬方向に沿ってコアの厚みを順次に増加させて、コアの光の出射する面を順次に高くするように、当該コアを形成することによって、その出射光の発散を抑制することができることをシミュレーションから確認した。なお、このシミュレーションについては後述する。

さらに、このような形状のコアは、一定方向、すなわち形成されるべき光導波路の光伝搬方向に沿って順次厚みが増加するレジストパターンをマスクとしてＳｉ層をエッチングすることによって形成できることを見出した。

そこで、上述の目的の達成を図るため、この発明による光導波路の形成方法は、以下の第１工程から第５工程までの各工程を含んでいる。

すなわち、まず、第１工程では、Ｓｉ支持基板、このＳｉ支持基板上に形成されたＳｉＯ_２層、及びこのＳｉＯ_２層上に形成されたＳｉ層から構成されているＳＯＩ基板を用意する。

次に、第２工程では、ＳＯＩ基板のＳｉ層上に、レジスト層を形成する。

次に、第３工程では、レジスト層から、一定方向に沿って順次に厚みが増加していく形状のレジストパターンを、Ｓｉ層のコア形成予定領域を被覆するように形成する。

次に、第４工程では、レジストパターンをマスクとして用いてＳｉ層をエッチングすることによって、コア形成予定領域に残存したＳｉ層の残部から、前記一定方向に沿って連続的に厚みが増加していく形状のコアを形成する。

次に、第５工程では、レジストパターンを除去した後、ＳｉＯ_２層の上側全面に、コアを被覆する上部ＳｉＯ_２層を形成することによって、ＳｉＯ_２層及び上部ＳｉＯ_２層からクラッドを形成する。

また、この発明による光導波路は、上述した光導波路の形成方法を用いて形成された光導波路であって、以下の特徴を有している。

すなわち、この発明による光導波路は、単一のＳｉ支持基板上に形成されている、クラッド及び該クラッドに埋め込まれて形成されたコアを具えている。そして、コアは、光伝搬方向に沿って順次に厚みが増加していく形状で形成されている。

また、この発明による露光マスクは、上述した光導波路の形成方法において用いる露光マスクであって、以下の特徴を有している。

すなわち、この発明による露光マスクは、コア形成予定領域に対応する領域において、遮光領域と光透過領域とが一定方向に沿って交互に各々複数配列されている。そして、各互いに隣接する光透過領域から透過した各光の解像限界がそれぞれ互いに重なり合うように遮光領域と光透過領域のピッチが設定されている。さらに、このピッチにおける光透過領域の割合が、前記一定方向に沿って順次大きくなる。

この発明による光導波路の形成方法によれば、上述したように、順次に厚みが増加していく形状のレジストパターンをマスクとしてＳｉ層をエッチングすることによって、順次に厚み、すなわち光を出射する側の面の高さが増加していく形状でコアを形成できる。

また、この発明による光導波路は、上述したように、コアが光伝搬方向、すなわち上述した一定方向に沿って順次に厚み、すなわち光を出射する側の面の高さが増加していく形状で形成されているため、当該光導波路を伝搬する光をこの光導波路とは非平行な方向へ出射させる場合に、その出射光の発散を従来よりも抑制することができる。その結果、従来よりも出射光の指向性が良好となる。

また、この発明による露光マスクを用いてレジスト層を露光することによって、この発明による光導波路の形成方法では、レジスト層から、順次に厚みが増加していく形状のレジストパターンを形成することができる。

（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第１の実施の形態による光導波路の形成方法を説明する工程図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の第１の実施の形態による光導波路の形成方法を説明する工程図であり、図１（Ｂ）に続く工程図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第１の実施の形態による光導波路の形成方法において用いる露光マスクを説明するための図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第１の実施の形態による光導波路の形成方法を説明する工程図であり、図２（Ｃ）に続く工程図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、第１の実施の形態による光導波路と従来構造による光導波路との光束特性を比較するための図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第１の変形例による光導波路の形成方法を説明する工程図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第１の変形例による光導波路の形成方法を説明する工程図であり、図６（Ｂ）に続く工程図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態に係る光導波路の形成方法、光導波路及び露光マスクについて説明する。なお、各図は、この発明が理解できる程度に、各構成要素の形状、大きさ、及び配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。従って、この発明の構成は、何ら図示の構成例にのみ限定されるものではない。

〈第１の実施の形態〉
第１の実施の形態では、光伝搬方向に沿って順次に厚みが増加していくコアを具えている光導波路の形成方法について説明する。

この形成方法は、第１工程から第５工程までの各工程を含んでいる。以下、第１工程から順に各工程につき説明する。

図１（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第１の実施の形態による光導波路の形成方法を説明する工程図である。また、図２（Ａ）〜（Ｃ）は、図１（Ｂ）に続く工程図である。これらの各図は、それぞれ、各形成段階で得られた構造体を、厚み方向に切り取った断面の切り口で示してある。なお、図１（Ａ）及び（Ｂ）と図２（Ａ）及び（Ｃ）は、後述する一定方向に沿った切り口であり、また、図２（Ｂ）は、この一定方向に直交する面に沿った切り口である。

また、図４（Ａ）及び（Ｂ）は、図２（Ｃ）に続く工程図であり、第１の実施の形態によって形成された光導波路を示す図である。そして、図４（Ａ）は、第１の実施の形態によって形成された光導波路を概略的に示した斜視図である。また、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すＩＩ−ＩＩ線に沿って、厚み方向に切り取った断面の切り口で示してある。

まず、第１工程では、図１（Ａ）に示すような平行平板状の均一の厚みのＳＯＩ基板１１を用意する。

ＳＯＩ基板１１は、Ｓｉ支持基板１３、このＳｉ支持基板１３上に形成されたＳｉＯ_２層１５、及びこのＳｉＯ_２層１５上に形成されたＳｉ層１７から構成されている周知のＳＯＩ基板とする。

そして、この第１の実施の形態では、例えば、ＳｉＯ_２層１５が１〜５μｍの範囲内の均一の厚みで、また、Ｓｉ層１７が１〜０．３μｍの範囲内の均一の厚みで、それぞれ形成されているＳＯＩ基板１１を用いるのが好ましい。

また、ＳＯＩ基板１１の表面、すなわちＳｉ層１７の表面１７ａを、例えば、まず、フッ化水素酸溶液を用いて２０秒程度、次いで、純粋を用いて５分程度洗浄しておくのが好ましい。

次に、第２工程では、ＳＯＩ基板１１のＳｉ層１７上に、レジスト層１９を形成して、図１（Ｂ）に示すような構造体を得る。

レジスト層１９は、周知の塗布技術を用いてレジストを均一な厚みで堆積することによって形成する。

また、この実施の形態では、レジスト層１９を構成するレジストとして、ポジ型またはネガ型のいずれかを設計に応じて任意好適に選択することができる。

次に、第３工程では、第２工程において形成したレジスト層１９からレジストパターン２１を形成して、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すような構造体を得る。

なお、既に説明したように、図２（Ａ）は、後述する一定方向に沿った切り口を示してあり、図２（Ｂ）は、この一定方向に直交する面に沿った（例えば図２（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って切り取った）切り口を示してある。

レジストパターン２１は、周知の露光装置を用いてレジスト層１９を設計に応じて適切に露光することによって、レジスト層１９を部分的に除去し、この除去したレジスト層１９の残部から帯状、すなわちストライプ状に形成する。

レジストパターン２１は、後述する第４工程において、Ｓｉ層１７からコアを形成するためのエッチングを行う際に、マスクとして機能する。そして、この第１の実施の形態では、コアを、一定方向、すなわち形成されるべき光導波路の光伝搬方向に沿って帯状に延在する形状で、かつこの光伝搬方向に沿って順次に厚みが増加していく形状で形成する。

そのために、レジストパターン２１を、図２（Ａ）中に矢印Ｘで示す一定方向に沿って順次に厚みが増加していく形状で、かつＳｉ層１７にこの一定方向に沿って帯状に延在する領域として設定されたコア形成予定領域２３（図２（Ｂ）参照）を被覆するように形成する。この場合、Ｓｉ層１７の表面１７ａは平坦面であるので、Ｓｉ層１７上に形成されるレジストパターン２１の上面２１ａの高さが一定方向に沿って一方向に順次に高くなっている。

そして、より具体的には、レジストパターン２１を、例えば、最も薄い部分の厚みが０μｍ、また、最も厚い部分の厚みが０．２μｍとなるように形成するのが好ましい。

ここで、この実施の形態では、一定方向に沿って順次に厚みが増加していく形状でレジストパターン２１を形成するためには、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すような露光マスク２５を用いて、レジスト層１９に対して露光を行う。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、この第３工程においてレジスト層１９を露光するために用いる露光マスク２５を説明するための図である。

図３（Ａ）は、露光マスク２５の、コア形成予定領域２３に対応する領域を概略的に示す平面図であり、また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示すＩ−Ｉ線に沿って切り取った断面の切り口の端面図である。なお、図３（Ｂ）では一部のハッチングを省略している。そして、これらの各図に矢印Ｘで示した一定方向は、図２（Ａ）に矢印Ｘで示した一定方向に対応している。

露光マスク２５は、コア形成予定領域２３に対応する領域において、遮光領域２７と光透過領域２９とが一定方向に沿って交互に各々複数配列して構成されている。

より具体的には、この露光マスク２５は、例えば石英ガラスによって構成された基板（以下、ガラス基板とも称する）３１上に、例えばクロムで構成された帯状すなわちストライプ状のラインパターン３３が、一定方向に沿って互いに平行にかつ離間して複数載置されて形成されている。そして、ラインパターン３３が載置された領域が、露光マスク２５に対して照射された光を遮断する遮光領域２７として機能する。また、ラインパターン３３が載置されていない領域が、露光マスク２５に対して照射された光を透過する光透過領域２９として機能する。

そして、遮光領域２７と光透過領域２９のピッチは、各互いに隣接する光透過領域２９から透過した各光の解像限界がそれぞれ互いに重なり合うように設定されている。

さらに、遮光領域２７と光透過領域２９のピッチにおける光透過領域２９が占める割合は、一定方向に沿って順次大きくなる。なお、図３（Ａ）及び（Ｂ）では、紙面の右側から左側に向かって、一定方向に沿って光透過領域２９が占める割合が順次大きくなっていく構成例を示している。そして、これら図３（Ａ）及び（Ｂ）の構成例では、各ピッチの一定方向に沿った幅Ｗａ１〜Ｗａ１０を一定として、光透過領域２９の一定方向に沿った幅を紙面の左側から右側に向かって順次小さくし、また、遮光領域２７の一定方向に沿った幅Ｗｂ１〜Ｗｂ１０を紙面の左側から右側に向かって順次大きくすることによって、Ｗａ１〜Ｗａ１０に対する光透過領域２９が占める幅の割合を、紙面の右側から左側に向かって順次大きくしている。この割合をどのような値にするかは、形成されるべきコアの厚みの増加をどのようにするかによって決まる設計事項である。

このように構成された露光マスク２５では、レジスト層１９に対する、各互いに隣接する光透過領域２９を透過した光の照射領域が、それぞれ互いに重なり合う。

そして、一定方向に沿って光透過領域２９が占める割合が順次大きくなっていくに従って、各互いに隣接する光透過領域２９を透過した光が、コア形成領域２３のレジスト層１９に照射される際に、各々互いに重なり合う面積が大きくなる。従って、光透過領域２９が占める割合が順次大きくなっていくに従って、レジスト層１９に照射される光の強度が高くなる。すなわち、コア形成領域２３のレジスト層１９に照射される光は、一定方向に沿って、順次強度が高くなる。

その結果、露光マスク２５において光透過領域２９が占める割合が大きい領域では、光透過領域２９が占める割合が小さい領域と比して、対応するレジスト層１９が高い強度で露光される。

従って、レジスト層１９がポジ型のレジストで形成されている場合には、光透過領域２９が占める割合が大きい領域では、光透過領域２９が占める割合が小さい領域と比して、形成されるレジストパターン２１の厚みが薄くなる。また、レジスト層１９がネガ型のレジストで形成されている場合には、光透過領域２９が占める割合が大きい領域では、光透過領域２９が占める割合が小さい領域と比して、形成されるレジストパターン２１の厚みが厚くなる。

従って、上述した露光マスク２５を用いて、レジスト層１９に対して露光を行うことによって、平坦な下地、すなわちＳｉ層１７上に一面に一定方向に沿って順次に厚みが増加していく形状で、従って高さが順次に増加する傾斜上面を持った形状でレジストパターン２１を形成することができる。なお、ここに示す例では、この厚みは直線的に増加している。

また、既に説明したように、コア形成予定領域２３は、形成するコアの形状に対応して、一定方向に沿って帯状に延在する領域として設定されている。そして、このコア形成予定領域２３を被覆するようにレジストパターン２１を形成するためには、コア形成予定領域２３外の領域に形成されているレジスト層１９の領域部分を除去する必要がある。

そこで、レジスト層１９がポジ型のレジストで形成されている場合には、コア形成予定領域２３外のレジスト層１９を露光するために、露光マスク２５のコア形成予定領域２３に対応する領域外の領域部分を、全面的に光透過領域とする（図示せず）。また、レジスト層１９がネガ型のレジストで形成されている場合には、コア形成予定領域２３外のレジスト層１９が露光されないようにするために、露光マスク２５のコア形成予定領域２３に対応する領域外の領域部分を、全面的に遮光領域とする（図示せず）。

また、第１の実施の形態では、形成されるべき光導波路において、伝搬する光を支持基板の基板面、すなわちＳｉ支持基板１３の基板面１３ａ（図４参照）と非平行な方向へ出射するために、光導波路に回折格子を設けるのが好ましい。そして、周知の通り、回折格子は、コアに溝部を形成し、この溝部にクラッドを埋め込むことによって形成される。

そこで、この実施の形態では、コアに溝部を形成するために、溝部３５を有するレジストパターン２１を形成するのが好ましい（図２（Ａ）参照）。

そのために、レジスト層１９がポジ型のレジストで形成されている場合には、溝部３５を形成する領域のレジスト層１９を露光するために、この溝部３５を形成する領域に対応する露光マスク２５の領域を光透過領域とする（図示せず）。また、レジスト層１９がネガ型のレジストで形成されている場合には、溝部３５を形成する領域のレジスト層１９が露光されないようにするために、この溝部３５を形成する領域に対応する露光マスク２５の領域を遮光領域とする（図示せず）。

次に、第４工程では、レジストパターン２１をマスクとして用いてＳｉ層１７をエッチングする。

これによって、コア形成予定領域２３に残存したＳｉ層１７の残部から、一定方向に沿って順次に厚みが増加していく形状のコア３７を形成して、図２（Ｃ）に示すような構造体を得る。

Ｓｉ層１７のエッチングは、例えば、ＣＦ_４及びＯ_２を４：１の混合比で混合したガスをエッチングガスとして、周知のドライエッチング技術を用いて行うのが好ましい。

また、第３工程において、上述した寸法でレジストパターン２１を形成した場合には、コア３７は、最も薄い部分が０．３μｍの厚みで、また、最も厚い部分が０．５μｍの厚みで、しかも、その間では厚みが連続的に、ここでは連続的に変化する形状で形成される。従って、当然ながら、ＳｉＯ_２層１５の平坦面上にコア３７の上面の高さが連続的に、ここでは直線的に変化している。

また、このエッチングによって同時に、レジストパターン２１の溝部３５の下側の領域では、Ｓｉ層１７が除去されて、コア３７に溝部３６が形成される。

そして、この第４工程におけるエッチングの後に、例えば有機溶剤を用いて、残存したレジストパターン２１の残部を除去する。

次に、第５工程では、ＳｉＯ_２層１５の上側全面に、コア３７を被覆する上部ＳｉＯ_２層３９を形成する。

これによって、ＳｉＯ_２層１５及び上部ＳｉＯ_２層３９からクラッド４１を形成して、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すような光導波路４３を得る。なお、図４（Ａ）では、第１の実施の形態によって形成された光導波路４３を明瞭に示すために、上部クラッドとしての上部ＳｉＯ_２層３９を省略して示してある。

上部ＳｉＯ_２層３９は、例えば周知のプラズマＣＶＤ法、スパッタ法、または蒸着法等用いて形成する。

その結果、下部クラッドとしてのＳｉＯ_２層１５、及び上部クラッドとしての上部ＳｉＯ_２層３９を含むクラッド４１が、コア３７を埋め込んで形成される。そして、これらコア３７及びクラッド４１を含む光導波路４３が形成される。

光導波路４３は、コア３７が上述した一定方向に帯状に延在して形成されている。そして、コア３７の延在方向、すなわち矢印Ｘで示した一定方向が光伝搬方向となる（図４（Ａ）及び（Ｂ）参照）。

また、コア３７に形成された溝部３６は、上部クラッドとしての上部ＳｉＯ_２層３９の形成時において、この上部ＳｉＯ_２層３９によって埋め込まれる。その結果、光導波路４３では、コア３７の光伝搬方向における中途に、コア３７を構成するＳｉとは異なる材質（すなわちＳｉＯ_２）で構成された領域、すなわちコア３７とは異なる屈折率を有する領域が設けられている。そのため、この溝部３６、及び光伝搬方向に沿って溝部３６を挟み込んだコア３７の領域が、図４（Ｂ）にＹで示す方向から入射して光導波路４３を伝搬する光を、光導波路４３とは非平行な方向、すなわち光導波路４３外の受光素子（図示せず）へ向かう方向へ出射するための回折格子として機能する。

なお、この実施の形態では、一例としてコア３７に１つの溝部３６を形成する構成について説明したが、例えば光導波路４３から出射する光の基板面１３ａに対する出射角等、の設計事項に応じて、複数の溝部３６を設ける構成としてもよい。

以上に説明したように、第１の実施の形態による光導波路の形成方法によれば、上述したように、一定方向に沿って順次に厚みが増加していく形状のレジストパターン２１をマスクとしてＳｉ層１７をエッチングすることによって、光伝搬方向に沿って順次に厚みが増加していく形状でコア３７を形成できる。

第１の実施の形態による光導波路の形成方法によって形成された光導波路４３は、単一のＳｉ支持基板１３上に形成されている、クラッド４１及びこのクラッド４１に埋め込まれて形成されたコア３７を具えている。

そして、既に説明した通り、コア３７は、光伝搬方向に沿って順次に厚みが増加していく形状で形成されている（図４（Ａ）及び（Ｂ）参照）。

そのため、伝搬する光を光導波路４３からこの光導波路４３とは非平行な方向へ出射させる場合に、その出射光の発散を抑制することができ、従って、出射光の指向性を従来よりも良好にすることができる。

ここで、この出願に係る発明者は、上述した形成方法によって形成された光導波路４３について、光束特性を評価するためのシミュレーションを行った。

このシミュレーションでは、第１の実施の形態による光導波路４３と、従来の構造による光導波路、すなわちコアの厚みが一定に設定された光導波路とについて、光導波路からこの光導波路とは非平行な方向へ出射した光がどのように伝搬するかを比較した。

図５（Ａ）及び（Ｂ）は、このシミュレーションの結果を示す図であり、光伝搬方向に沿って厚み方向に切り取った断面における光強度分布を示している。

なお、図５（Ａ）及び（Ｂ）において、縦軸は光導波路の厚み方向の寸法をμｍ単位で目盛ってある。また、横軸は光伝搬方向に沿った寸法をμｍ単位で目盛ってある。

そして、図５（Ａ）は、第１の実施の形態による光導波路４３の結果を示している。

この図５（Ａ）に係るシミュレーションでは、上述した光導波路４３について、コア３７の順次に厚みが増加していく形状部分の光伝搬方向に沿って長さを６μｍ、また、コア３７の最も薄い部分の厚みを０．３μｍ、及び最も厚い部分の厚みを０．５μｍに設定した。また、光導波路４３からこれとは非平行な方向へ光を出射するための回折格子として、コア３７に、光伝搬方向に沿った長さが０．６μｍである１つの溝部３６を形成した。そして、コア３７の厚みが薄く設定された側から、１．３１μｍの波長光を入射した。

なお、図５（Ａ）に破線で囲んで示した光強度分布の部分５１は、第１の実施の形態による光導波路４３において、光導波路４３からこの光導波路４３とは非平行な方向に出射された出射光の光強度を示している。

また、図５（Ｂ）は、従来構造による光導波路のシミュレーションの結果を示している。

この図５（Ｂ）に係るシミュレーションでは、従来構造による光導波路として、コアを０．３μｍの厚みとし、全領域において一定の厚みに設定した。そして、その他の寸法及び入射光の波長等の条件は、図５（Ａ）に係るシミュレーションに用いた第１の実施の形態による光導波路４３と同様とした。

なお、図５（Ｂ）に破線で囲んで示した光強度分布の部分５３は、従来構造による光導波路において、光導波路からこの光導波路とは非平行な方向に出射された出射光の光強度を示している。

図５（Ａ）及び（Ｂ）の結果から明らかなように、従来構造による光導波路では、光導波路からこの光導波路とは非平行な方向に出射された出射光の光強度が分散しているのに対し、第１の実施の形態による光導波路４３では、出射光の光強度が集中していることがわかる。

従って、この結果から、第１の実施の形態による光導波路４３では、コア３７の厚みを光伝搬方向に沿って順次に増加させることによって、光導波路とは非平行な方向に出射された出射光の発散を抑制でき、従って、出射光の指向性が従来よりも良好となる。よって受光素子を光導波路に対して受光効率の良い位置へ搭載することができることが確認された。

〈第１の変形例〉
第１の変形例では、上述した第１の実施の形態の変形例として、複数のコアを具える光導波路の形成方法について説明する。

この第１の変形例による光導波路の形成方法が、上述した第１の実施の形態による光導波路の形成方法と相違するのは、複数のコアを互いに異なる厚みで形成する点である。その他の構成要素及び作用効果は、第１の実施の形態と同様であるので、共通する構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

図６（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第１の変形例による光導波路の形成方法を説明する工程図である。これらの各図は、それぞれ、各形成段階で得られた構造体を、第１の実施の形態において上述した一定方向に直交する面に沿って、厚み方向に切り取った断面の切り口で示してある。

また、図７（Ａ）及び（Ｂ）は、図６（Ｂ）に続く工程図であり、第１の変形例によって形成された光導波路を示す図である。そして、図７（Ａ）は、第１の変形例によって形成された光導波路を概略的に示した斜視図である。また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って、厚み方向に切り取った断面の切り口で示してある。

まず、上述した第１の実施の形態と同様の第１工程及び第２工程を行う（図１（Ａ）及び（Ｂ）参照）。

次に、第３工程では、第２工程において形成したレジスト層１９（図１（Ｂ）参照）から、コア形成予定領域６３を被覆する、複数のレジストパターン６１を各々互いに異なる厚みで形成して、図６（Ａ）に示すような構造体を得る。なお、図６（Ａ）では、一例として、２つのコア形成予定領域６３ａ及び６３ｂをそれぞれ被覆する、２つのレジストパターン６１ａ及び６１ｂを形成した構成例を示している。

レジストパターン６１ａ及び６１ｂは、周知の露光装置を用いてレジスト層１９を露光することによって、レジスト層１９を部分的に除去し、この除去したレジスト層１９の残部から形成する。

ここで、複数のレジストパターン６１を各々互いに異なる厚みで形成するためには、以下のように設定された露光マスクを用いて、レジスト層１９に対して露光を行うのが好ましい。

すなわち、第１の実施の形態において上述したように、遮光領域と光透過領域とが一定方向に沿って交互に各々複数配列して構成されている露光マスクにおいて、遮光領域と光透過領域のピッチが、各互いに隣接する光透過領域から透過した各光の解像限界がそれぞれ互いに重なり合うように設定することによって、レジスト層１９に対する、各互いに隣接する光透過領域を透過した光の照射領域が、それぞれ互いに重なり合う。そのため、遮光領域と光透過領域のピッチにおける光透過領域が占める割合に対応させて、レジスト層１９に照射する光の強度を調整することができる。

そして、既に説明したように、遮光領域と光透過領域のピッチにおける光透過領域が占める割合が大きい領域では、光透過領域が占める割合が小さい領域と比して、対応するレジスト層１９が高い強度で露光される。また、遮光領域と光透過領域のピッチにおける光透過領域が占める割合が小さい領域では、光透過領域が占める割合が大きい領域と比して、対応するレジスト層１９が低い強度で露光される。

このような特性を利用して、この第１の変形例では、コア形成予定領域６３ａに対応する領域と、コア形成予定領域６３ｂに対応する領域とで、遮光領域と光透過領域のピッチにおける光透過領域が占める割合が互いに異なる露光マスクを用いてレジスト層１９を露光する。その結果、レジスト層１９を、コア形成予定領域６３ａとコア形成予定領域６３ｂとで、それぞれ異なる強度で露光することができる。

そして、例えば、図６（Ａ）の構成例に示すように、レジストパターン６１ａをレジストパターン６１ｂと比して厚く形成するためには、レジスト層１９がポジ型のレジストで形成されている場合には、露光マスクのコア形成予定領域６３ａに対応する領域の光透過領域が占める割合を、コア形成予定領域６３ｂに対応する領域と比して小さく設定する。

その結果、コア形成予定領域６３ａでは、コア形成予定領域６３ｂと比して、レジスト層１９が低い光強度で露光されるため、レジストパターン６１ａは、レジストパターン６１ｂと比して厚く形成される。

また、レジスト層１９がネガ型のレジストで形成されている場合には、露光マスクのコア形成予定領域６３ａに対応する領域の光透過領域が占める割合を、コア形成予定領域６３ｂに対応する領域と比して大きく設定する。

その結果、コア形成予定領域６３ａでは、コア形成予定領域６３ｂと比して、レジスト層１９が高い光強度で露光されるため、レジストパターン６１ａは、レジストパターン６１ｂと比して厚く形成される。

次に、第４工程では、レジストパターン６１をマスクとして用いてＳｉ層１７をエッチングする。

これによって、コア形成予定領域６３に残存したＳｉ層１７の残部から、複数のコア６５を、各々互いに異なる厚みで形成して、図６（Ｂ）に示すような構造体を得る。なお、図６（Ａ）では、上述した２つのレジストパターン６１ａ及び６１ｂに対応して、２つのコア６５ａ及び６５ｂを形成した構成例を示している。

Ｓｉ層１７のエッチングは、上述した第１の実施の形態と同様に、例えば、ＣＦ_４及びＯ_２を４：１の混合比で混合したガスをエッチングガスとして、周知のドライエッチング技術を用いて行うのが好ましい。

そして、この第４工程におけるエッチングの後に、例えば有機溶剤を用いて、残存したレジストパターン６１の残部を除去する。

次に、第５工程では、ＳｉＯ_２層１５の上側全面に、コア６５を被覆する上部ＳｉＯ_２層３９を形成する。

これによって、ＳｉＯ_２層１５及び上部ＳｉＯ_２層３９からクラッド４１を形成して、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すような光導波路６７を得る。なお、図７（Ａ）では、第１の変形例によって形成された光導波路６７を明瞭に示すために、上部クラッドとしての上部ＳｉＯ_２層３９を省略して示してある。

上部ＳｉＯ_２層３９は、上述した第１の実施の形態と同様に、例えば周知のプラズマＣＶＤ法、スパッタ法、または蒸着法等用いて形成する。

その結果、下部クラッドとしてのＳｉＯ_２層１５、及び上部クラッドとしての上部ＳｉＯ_２層３９を含むクラッド４１が、コア６５を埋め込んで形成される。そして、これらコア６５及びクラッド４１を含む光導波路６７が形成される。

光導波路６７は、複数のコア６５ａ及び６５ｂが上述した一定方向に帯状に延在して形成されている。そして、コア６５の延在方向、すなわち一定方向が光伝搬方向となる（図７（Ａ）及び（Ｂ）参照）。

以上に説明したように、第１の変形例による光導波路の形成方法によれば、上述したように、露光マスクの、遮光領域と光透過領域のピッチにおける光透過領域が占める割合を調節することによって、各々互いに異なる厚みで形成された複数のレジストパターン６１を形成することができる。そして、レジストパターン６１をマスクとして、Ｓｉ層１７をエッチングすることによって、互いに異なる厚みで複数のコア６５を形成できる。

１１：ＳＯＩ基板
１３：Ｓｉ支持基板
１５：ＳｉＯ_２層（下部クラッド）
１７：Ｓｉ層
１９：レジスト層
２１、６１、６１ａ、６１ｂ：レジストパターン
２３、６３、６３ａ、６３ｂ：コア形成予定領域
２５：露光マスク
２７：遮光領域
２９：光透過領域
３１：ガラス基板
３３：ラインパターン
３５、３６：溝部
３７、６５、６５ａ、６５ｂ：コア
３９：上部ＳｉＯ_２層（上部クラッド）
４１：クラッド
４３、６７：光導波路

Claims

Ｓｉ支持基板、該Ｓｉ支持基板上に形成されたＳｉＯ_２層、及び該ＳｉＯ_２層上に形成されたＳｉ層から構成されているＳＯＩ基板を用意する第１工程と、
該ＳＯＩ基板の前記Ｓｉ層上に、レジスト層を形成する第２工程と、
該レジスト層から、一定方向に沿って順次に厚みが増加していく形状のレジストパターンを、前記Ｓｉ層のコア形成予定領域を被覆するように形成する第３工程と、
該レジストパターンをマスクとして用いて前記Ｓｉ層をエッチングすることによって、前記コア形成予定領域に残存した該Ｓｉ層の残部から、前記一定方向に沿って順次に厚みが増加していく形状のコアを形成する第４工程と、
前記レジストパターンを除去した後、前記ＳｉＯ_２層の上側全面に、前記コアを被覆する上部ＳｉＯ_２層を形成することによって、該ＳｉＯ_２層及び上部ＳｉＯ_２層からクラッドを形成する第５工程と
を含むことを特徴とする光導波路の形成方法。
請求項１に記載の光導波路の形成方法であって、
前記第３工程において、前記レジストパターンを形成する露光マスクとして、
前記コア形成予定領域に対応する領域において、遮光領域と光透過領域とが前記一定方向に沿って交互に各々複数配列され、各互いに隣接する該光透過領域から透過した各光の解像限界がそれぞれ互いに重なり合うように該遮光領域と該光透過領域のピッチが設定されており、かつ該ピッチにおける前記光透過領域の割合が、該一定方向に沿って順次大きくなる当該露光マスクを用いて、前記レジスト層に対して露光を行う
ことを特徴とする光導波路の形成方法。
請求項１又は２に記載の光導波路の形成方法を用いて形成した光導波路であって、
単一のＳｉ支持基板上に形成されている、クラッド及び該クラッドに埋め込まれて形成されたコアを具えており、
該コアは、光伝搬方向に沿って順次に厚みが増加していく形状で形成されている
ことを特徴とする光導波路。
請求項１又は２に記載の光導波路の形成方法において、レジストパターンを形成するために使用する露光マスクであって、
前記コア形成予定領域に対応する領域において、前記遮光領域と前記光透過領域とが一定方向に沿って交互に各々複数配列され、各互いに隣接する該光透過領域から透過した各光の解像限界がそれぞれ互いに重なり合うように該遮光領域と該光透過領域のピッチが設定されており、かつ該ピッチにおける前記光透過領域の割合が、該一定方向に沿って順次大きくなる
ことを特徴とする露光マスク。