JP3436608B2 - 光導波路チップの製造方法 - Google Patents

光導波路チップの製造方法

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JP3436608B2
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理 辻
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス等の平板に2次
元パターンを有する光導波路を埋め込んだ光導波路チッ
プ(埋め込み型光導波路とも呼ぶ)の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】光導波路チップ50は、図3に示すよう
に、基板51上に2次元パターンを有する光の光導波路
56を形成したものであり、光通信路における合波、分
波等のために用いられる。
【0003】従来の光導波路チップ50の製造方法を図
4により説明する。まず、ガラス等の基板51にバッフ
ァ層52を形成し、その上にコア層53を形成する
(a)。更に、コア層53の上にWSix等のメタル層
54を形成し(b)、フォトリソグラフィにより光導波
路以外の部分のメタル層54を除去する。次に、残され
たメタル層54をマスクとして、ドライエッチングによ
り光導波路以外の部分のコア層53を除去する。そし
て、コア層53上部のマスク層54を除去した後
(c)、全体をクラッド層55で覆う(d)。これによ
り、周囲をバッファ層52及びクラッド層55で囲まれ
たコア層53から成る光導波路56が形成される。な
お、バッファ層を設けず、基板上に直接コア層を設ける
場合や、クラッド層の上部を削除してコア層の上面を露
出させる場合もある。
【0004】これらバッファ層52、コア層53、クラ
ッド層55は、通常、酸化シリコンで形成されるが、そ
の堆積法としては従来、火炎堆積法やモノシラン(Si
4)系の常圧CVD法、プラズマCVD法が用いられ
ていた。また、この従来のプラズマCVDでは、下部電
極を接地し、上部電極に高周波電力を投入する、いわゆ
るアノード結合プラズマCVD装置が用いられていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】現在の光通信等で用い
られる光の特性より、光導波路チップの各層は約30μ
m程度の厚みが必要とされる。ところが上記従来の方法
ではいずれも層成長速度が最高でも50nm/min程
度であるため、30μm厚の層を形成しようとすると約
600分(10時間)もかかり、非常に生産性が悪かっ
た。また、従来のCVD法ではシリコン系原料としてモ
ノシランが用いられていたが、モノシランの場合、コア
層で光導波路を形成した後のクラッド層成膜の際に、図
5に示すように2本の光導波路56が接近している箇所
では両光導波路56の間にボイド57が生じやすいとい
う問題点があった。
【0006】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、短時間
で高品質の光導波路チップを製造する方法を提供するこ
とにある。
【0007】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記課題
を解決するために成された本発明に係る光導波路チップ
の製造方法は、基板上にコア層を堆積し、エッチングに
より光導波路パターンを形成した後、クラッド層を堆積
する工程を含む光導波路チップの製造方法において、コ
ア層又はクラッド層の堆積工程が a)反応室内に接地上部電極及び下部電極を略平行に設
け、下部電極上に基板を載置し、基板の上表面よりも高
い位置で基板の周囲を囲い、上端が内側に張り出した
地第3電極を設け、 b)屈折率制御用のフッ素系ガスを必要に応じて添加した
シリコンアルコキシド系ガスを含む原料ガスを反応室内
に導入し、 c)下部電極に高周波電力を投入することにより原料ガス
のプラズマを生成し、基板表面に酸化シリコン層を堆積
する、工程を含むことを特徴とするものである。
【0008】まず、本発明に係る方法では、従来のCV
D法と異なり、下部電極を電気的に浮遊状態として上下
電極間にプラズマを生成するため、下部電極が負となる
セルフバイアスが生成され、下部電極(カソード)近傍
にイオンシースが生成される。このイオンシースによ
り、プラズマ中で生成された酸化シリコンのイオンが加
速され、下部電極上に載置した光導波路チップ(の基
板、又はその上にバッファ層、コア層等を積層した基
板)の表面に酸化シリコンの層が高速で堆積する。この
堆積速度はセルフバイアス電圧を大きくするに従って大
きくすることができ、従来のアノード結合プラズマCV
D装置では被コーティング物を約300℃に加熱しても
堆積速度は高々50nm/min程度でしかないのに対
し、本発明の方法によると例えば500nm/min程
度の堆積速度が得られる。なお、セルフバイアス電圧は
下部電極への投入電力量により制御することができる。
このように、本発明に係る方法を用いることにより、光
導波路チップの生産性を大きく向上することができる。
【0009】次に、本発明に係る方法では、基板の上表
面よりも高い位置で基板の周囲を囲い、上端が内側に張
り出した接地第3電極を設けているため、下部電極の上
部に生成されるイオンシースの外側への膨出が抑制され
る。イオンシースが外側に膨出すると、その部分で堆積
が生じ、それが厚くなるとパーティクル状に剥離して基
板上に落下することにより光導波路チップの品質を低下
させる。本発明に係る方法では、接地第3電極によりイ
オンシースを閉じ込め、このような余分な箇所への堆積
を防止する。また、このような閉じ込めにより、基板上
の平均堆積が上昇するとともに、中央と周辺との間の堆
積速度の差が解消され、均一な堆積を行なうことができ
る。
【0010】原料としては、TEOS(Tetraethoxy Si
lane)、TMOS(Tetramethoxy Silane)等のシリコ
ンアルコキシド系を含む有機ケイ素化合物を用いる。こ
のような原料を用いることにより、従来のようなモノシ
ランを用いる場合と比較するとステップカバレージが良
好となるため、図5のように光導波路56が近接した部
分でもボイド57の発生が防止される。なお、このよう
な近接部分がない場合には、もちろんモノシランを用い
てもよい。この場合でも、堆積速度が大きいという利点
は同様に得ることができる。
【0011】a)〜c)の方法は、光導波路チップのコア層
及びクラッド層のいずれについても使用することがで
き、更に、コア層の下にバッファ層を設ける場合にはも
ちろん、バッファ層の堆積にもこの方法を使用すること
ができる。なお、堆積層がコア層であるかクラッド層で
あるか或いはバッファ層であるかによって、屈折率制御
用のフッ素系ガス(フッ化炭素ガス)を必要に応じて添
加するが、望ましくは、クラッド層(及び、存在する場
合にはバッファ層)の方にフッ素系ガスを添加して屈折
率を低くし、コア層堆積の際には何も添加しないように
する。こうすることにより、コア層を光導波路のパター
ンにエッチングする(図4(c)の工程の)際、コア層
の側面の荒れを最小限に抑えることができる。
【0012】フッ素系ガスを添加することにより、屈折
率は(非添加の酸化シリコン層と比較すると)最大約3
%変化させることができる。コア層とクラッド層(又は
バッファ層)との屈折率の差Δを大きくすることにより
全反射臨界角がより大きくなり、光導波路チップでは光
導波路の屈曲部の曲率半径を小さくすることができるよ
うになるため、チップのサイズを小さくすることができ
るようになる。
【0013】上記方法で堆積を行なう際は、少なくとも
下部電極を加熱することが望ましい。光導波路チップの
ように30μmという厚い層を堆積すると層内に亀裂が
生じやすいが、下部電極を加熱しておくことによりこの
ような亀裂を防止することができる。なお、これに加
え、上部電極を加熱してもよい。反応室内のプラズマC
VDプロセスにより生成される酸化シリコンは、上記の
ような電極構造によりほとんどが光導波路チップ上に堆
積するが、一部は反応室内のその他の箇所にも堆積す
る。上部電極に堆積した酸化シリコンは、パーティクル
状に剥離して光導波路チップ上に落下する可能性が高
い。そこで、上部電極を加熱することによりそのような
剥離を防止し、光導波路チップの歩留まりを向上させる
ことができる。
【0014】パーティクルの問題は、下部電極に投入す
る高周波電力をパルス駆動することによっても防止する
ことができる。これについては、渡辺等「RFシランプ
ラズマ中のパウダー生成とその抑制」(応用物理誌第6
2巻(1993年)第7号p.699〜)に詳しい記載があ
る。
【0015】
【実施例】本発明の一実施例である光導波路チップ成膜
用CVD装置の構成を図1及び図2により説明する。密
閉された反応室11中に上部電極12及び下部電極13
を略平行に配し、上部電極12は接地し、下部電極13
は整合回路23を介して高周波電源24(13.56MHz)に
接続する。光導波路チップを作製する基板(ウエハ)1
8は下部電極13の上に載置する。下部電極13の下に
は絶縁層14を介して接地台15を設け、接地台15の
周囲は上部に突出させ、その上端から内側に張り出す第
3電極16を設けて下部電極13の周囲を覆うようにす
る。上部電極12を吊り下げる棒17にはガス通路を設
け、上部電極12の下面に設けた穴から原料ガスをシャ
ワー状に反応室11内に供給する。接地台15を支える
ステム19にはガス排出口20を設け、ポンプ21によ
り反応室11内の圧力を調整する。
【0016】上部電極12、下部電極13及び第3電極
16の周辺を拡大して図2に示す。上部電極12の下側
には多数の孔を有する上部電極カバー26を固定する。
この上部電極カバー26は原料ガスの分散板であり、成
膜の均一性を改善するためのものである。上部電極12
及び接地台15の内部にはそれぞれヒータ(図示せず)
を設け、下部電極13の中心にはヘリウムガスを下部電
極13の上面に供給するための通路28を設ける。ヘリ
ウムガスは熱伝導率が極めて良好な物質であるため、こ
のヘリウムガス噴出により接地台15内部のヒータの熱
は速やかに基板18に伝達されるようになる。なお、接
地台15のヒータは下部電極13に内蔵させるようにし
てもよい。下部電極13の基板18を載置した箇所の周
辺には絶縁体の下部電極カバー27を設け、この部分か
ら堆積物の剥離が生じてパーティクルが基板18上に落
下することを防止する。
【0017】図4で説明した工程で光導波路チップ50
のバッファ層52、コア層53、クラッド層55の各層
を成膜する際の手順を次に説明する。多数のチップを形
成すべき基板(ウエハ)18をこのCVD装置の下部電
極13の上に載置する。そして、原料としてTEOS、
TMOS等のシリコンアルコキシドと酸素ガスとの混合
ガスを使用し、コア層53を堆積する際には何も添加せ
ずそのまま、また、バッファ層52及びクラッド層55
を堆積する際には屈折率調整用ガスとしてフッ化炭素ガ
スを添加する。なお、シリコンアルコキシドは常温常圧
で液体であるものの方が取り扱いに便であるが、固体の
ものを昇華させてガス化してもよい。
【0018】整合回路23を介して下部電極13に高周
波電力を投入すると、上部電極12の下面から供給され
る原料ガスがプラズマ化し、酸化シリコンが生成され
る。そして、下部電極13の近傍にイオンシースが生成
され、このイオンシースにより加速されたイオンが基板
18上に高速で衝突し、緻密な酸化シリコン層が高速で
堆積してゆく。堆積速度は下部電極13に投入する高周
波電力により制御することができる。また、セルフバイ
アスの値は、下部電極13に設けた電圧計22により測
定することができる。
【0019】一例として、バッファ層/クラッド層とコ
ア層のCVD条件を表1に示す。
【表1】
【0020】表1に示す通り、本発明に係る方法のプロ
セスにより、各層は500nm/minという速い速度
で堆積され、30μmの層も60分程度で成膜すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例で用いる光導波路チップ成
膜用CVD装置の概略構成図。
【図2】 同CVD装置の電極周辺の拡大図。
【図3】 光導波路チップの平面図(a)及び断面図
(b)。
【図4】 光導波路チップの製造方法の説明図。
【図5】 光導波路が近接している箇所におけるボイド
の生成を説明する図。
【符号の説明】
11…プラズマCVD反応室 12…接地上部電極 13…下部電極 14…絶縁層 15…接地台 16…接地第3電極 18…基板 26…上部電極カバー 27…下部電極カバー 50…光導波路チップ 51…基板 52…バッファ層 53…コア層 54…メタル(マスク)層 55…クラッド層 56…光導波路 57…ボイド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−326410(JP,A) 特開 平6−333849(JP,A) 特開 平6−347657(JP,A) 特開 平3−220506(JP,A) 実開 平4−69465(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/13 C23C 16/50

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上にコア層を堆積し、エッチングに
    より光導波路パターンを形成した後、クラッド層を堆積
    する工程を含む光導波路チップの製造方法において、コ
    ア層又はクラッド層の堆積工程が a)反応室内に接地上部電極及び下部電極を略平行に設
    け、下部電極上に基板を載置し、基板の上表面よりも高
    い位置で基板の周囲を囲い、上端が内側に張り出した
    地第3電極を設け、 b)屈折率制御用のフッ素系ガスを必要に応じて添加した
    シリコンアルコキシド系ガスを含む原料ガスを反応室内
    に導入し、 c)下部電極に高周波電力を投入することにより原料ガス
    のプラズマを生成し、基板表面に酸化シリコン層を堆積
    する、 工程を含むことを特徴とする光導波路チップの製造方
    法。
  2. 【請求項2】 原料ガスに含まれるガスとして、シリコ
    ンアルコキシド系ガスの代わりにモノシランを用いるこ
    とを特徴とする請求項1記載の光導波路チップの製造方
    法。
  3. 【請求項3】 少なくとも下部電極を加熱することを特
    徴とする請求項1又は2に記載の光導波路チップの製造
    方法。
  4. 【請求項4】 下部電極に加え、上部電極も加熱するこ
    とを特徴とする請求項3に記載の光導波路チップの製造
    方法。
  5. 【請求項5】 下部電極に投入される高周波電力がパル
    ス駆動されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか
    に記載の光導波路チップの製造方法。
  6. 【請求項6】 基板とコア層との間にバッファ層が設け
    られ、バッファ層の堆積工程が上記a)〜c)の工程を含む
    ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光導
    波路チップの製造方法。
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