JPH0233106A - 光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は散乱損失の小さい光導波路の製造方法に関する
ものである。

［従来の技術］ 光フアイバ通信の進展に伴い、光デバイスには、１）大
量生産性、２）高信頼性、３）結合の無調整Ａヒ、４）
自動組立、５）低損失化などが要求されるようになり、
これらの課題を解決するために導波路型の光デバイスが
注目されるようになってきた９ 光導波路の中で石英系ガラス光導波路は低損失であり、
また、光ファイバとの接続損失も非常に小さいため、将
来の光導波路として有望視されている。従来、石英系ガ
ラス光導波路の製法とし、て、本発明者らは第３図に示
す方法を提案した（に、ｌｌｌ０ｔＯ，ｅｔ　ａｔ、、
　　”Ｇｕｉｄｅｄ−ｗａｖｅ　ｎｕｌｔｉ／ｄｅｍｕ
ｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ｈｉＯｈ　５ｔｏｐ
ｂａｎｄ　ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ、”Ａｐｐｌｉｅｄ　０
ｐｔｉｃｓ　Ｖｏｌ、２６．Ｎｏ、１９．Ｏｃｔ、１９
８７．ＰＰ、４２１４−４２１９）。

これは、まず第３図のａ）において、基板１（Ｓｉ０２
ガラス）上に、コア用ガラスＪｌ！２（Ｓｉｈ−Ｔｉ０
２系ガラス）を形成させる。このガラスＭ２の基板１と
の間の屈折率差は約０，２５％、膜厚Ｔは約８μｍであ
る。次にａ）で得た試料を約１２００℃で高温熱処理し
て緻密な膜にする（第３図ｂ））、その後、第３図Ｃ）
に示すようにＷＳｉｘ膜３を形成させる。これは厚膜（
Ｔ＝８μｍ）のコア用ガラス膜２をエツチングするのに
ホトレジストだけではもたないので用いたものであり、
その膜厚は厚い程よい、しかし１、厚くすると基板１が
応力によって反りを生ずるため１μｍ程度が上限値であ
る。

次に、このＷ　Ｓ　１ｘＷＡＢ上にホトレジストを塗布
し１、ホトリソグラフィによりバターニングを行う（第
３図（ｄ））、その後、そのホトレジストの１４をマス
クにしてドライエツチングによりＷＳｉＸ膜３のバター
ニングを行なう（第３図ｅ）　）。次に、ホトレジスト
膜４およびＷ　Ｓ　ｉｘｌｌｇ　３をマスクにし。

て、Ｓｉｈ　−Ｔｉ０２１１ｉ　２をドライエツチング
によりバターニングを行なう（第３図ｆ）　）。その後
、ホトレジストＩ］ｉ４およびＷＳｉｘ１ｌｉ３を除去
してコア層１２としく第３図９））、最後にその上にク
ラッド層５　（Ｓｉ０２−Ｔｉ０２−８２０３系ガラス
）を形成させて完了する（第３図ｈ）　）。

このクラッド層５の屈折率は５ｉ０２の屈折率と等しく
してあり、またその膜厚は２０〜３０μｍである。

作成した光導波路の構造寸法は、たとえば、−＝１０μ
ｎ　、　Ｔ＝８　μｌｌ　、　Ｓ＝２　、ｔｔｌｍ、：
２７層１２とクラッド層５の屈折率差４＝０．２５％で
ある。

［発明が解決しようとする課題］ 上記第３図の製造方法は、コア層１２の厚みＴが５μｌ
以下の場合には問題がないが、厚みＴが８μｍ以上にな
ると、次のような問題点が生ずる二とが分かった。

すなわち、コア層１２の厚みＴが８μｍ以上になると、
コア用ガラスＷＡ２をドライエツチングによりパターン
化する第３図で）の工程において、ホトレジストｗＡ４
およびＷＳｉｘ１ｌｉ３のエツチング選択比が大きくと
れないために、エツチングガス（Ｃ２Ｆ６とＣＨＦ３の
混合ガス）により上記２つの［４および３も徐々にエツ
チングされ、８μ翔の厚みのコア用ガラスＷ４２をパタ
ーン化し終えた段階で、上記ホトレジスト１１５！４お
よびＷ　Ｓ　１ｘｌｉ　３もエツチングされなくなり、
ＷＳｉｘ１ｌｉ３の下地のコア用ガラス膜２の表面７も
エツチングされ、ひどいときにはその膜厚Ｔが７μｍ程
度に減少し、た。

また、ＷＳｉｘ膜３の下地のコア用ガラス膜２の表面７
はエツチングにより、微小な凹凸面に変化し。

てしまった。このようにコア層１２の表面７が荒れてい
ると、光導波路の散乱損失を増大させるという問題点が
生じな５ これを解決させるためにＷＳｉｘ膜３の厚みを厚くする
方法が考えられたが、これをすると、膜形成時の応力に
より基板１が反りを生じ、ホトリソグラフィによるバタ
ーニングの際の解像度の劣化に伴うパターン寸法精度を
低下させるという問題点につながった。

別の方法として、ホトレジストの厚みを厚く（従来の０
．８μｌのものを１．５μｍに厚く）する方法を試みた
が、これもホトリソグラフィによるバターニングの際の
パターン寸法精度を低下させた。また、上記Ｗ　Ｓ　１
ｘｆｆｌ！　３の下地のコア層１２の表面７の荒れは、
基板１の寸法が大きい程（通常、２インチ直径を用いて
いたが、これを３インチ直径に変更すると）、基板面内
での上記表面７の荒れはひどいことがわかった。この基
板面内での表面７の荒れのバラツキは光学特性（損失特
性、分光特性、など）に非対称性を発生させてし、よい
、実用上使えないことが分った。

本発明の目的は、前記し、た従来技術の欠点を解消し、
散乱損失の非常に小さい光導波路の製造方法を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の光導波路の製造方法は、基板上に光の伝搬する
コア用膜とその膜の上に低屈折率で所望厚みのクラッド
用膜を形成させた後、ホトリソグラフィ、ドライエツチ
ングプロセスにより上記クラッド用膜付きのコア用膜を
パターン化させ、その後で最初に形成させたクラッド用
膜と同じ屈折率の膜を上記パターン化させた表面全体に
形成させるものである。

基板とコア用膜の間には、予めコア用膜の屈折率よりも
低いバッファ用膜が形成されていてもよい。

［作用〕 まず、基板上にコア用膜を形成させ、その上に予め薄い
クラッド用膜を形成させた後、高温熱処理工程、ＷＳｉ
ＸＷＡ形成工程、ホトリソグラフィおよびドライエツチ
ングによるパターン化工程、ホトレジストおよびＷＳｉ
ｘ膜除去工程を経て、最後に最初に形成されたクラッド
用膜と同じ材質の膜を上記パターン化した表面全体に形
成させる方法により、コア層表面における荒れをなくし
、散乱損失の極めて小さい光導波路を実現する。

従来の方法は、基板上にコア用膜を形成し、それをパタ
ーン化した後、クラッド用膜でそのパターン化した表面
を覆うなめ、パターン化したコア層の表面７が荒れ易く
、コア層１２とクラッド層５の界面の構造不一致性によ
る散乱損失が増大する。この散乱損失の値は数ｄＢ程度
にもなり、光導波路の吸収損失（＜０．１ｄＢ／ｃｍ）
をはるかにしのぐもので、実用化を困難にするものであ
った。

これに対し、本発明の方法は基板上にコア用膜と薄いク
ラッド用膜を形成し１、それをパターン化した後、予め
形成したクラ、ラド用膜と同じ材°質の膜でそのパター
ン化した表面を覆う方法である。

従って、パターン化の際に表面が荒れても、それは薄い
クラッド表面であり、コアとクラッドの界面は均一に保
たれている。よって、散乱損失はほとんど生じない、こ
こで予めコアの上に形成するクラッド用膜の厚みは１μ
ｍ以上が好ましい。あまり厚くすると、パターン化のた
めのエツチング時間が長くかかり得策ではない。

本発明は種々の光導波路の製法に適用できる。

たとえば、ｌｎＰ、ＧａＡｓ、Ｓｉなどの半導体基板を
用いた光導波路、石英ガラス以外のガラス（カルコゲナ
イド、パイレックス、ソーダガラス、コーニング７０５
９ガラスなど）、電気光学結晶基板（ＬｉｌＯａ。

Ｌ　ｉ　ＴａＯ２など）、などを用いた光導波路の製法
に適用できる。

［実施例］ 第１図に本発明の光導波路の製造方法の実施例を示す。

これは石英ガラス基板１に石英系ガラス単一モード光導
波路を製造する方法の実施例を示し、たちのである。

まず第１図ａ）に示すように、石英ガラス基板１（直径
２インチ）上に、電子ビーム蒸着により、コア用ガラス
＄　２　（５ｉ０２−　ＴｉＯ２系ガラス膜）を８μｌ
と、クラッド用ガラス膜６　（５ｉ０２−　Ｔｉｈ　−
Ｂ２０　］系ガラス膜）を２μｍの厚みに、順次連続的
に形成させる。したがって、コア用ガラス膜２とクラッ
ド用ガラス膜６の界面は非常に均一に保たれている。

次に第１図ｂ）においては、上記試料を１２００℃の温
度で酸素雰囲気中（０２＝５　Ｊ！／ｍ１ｎ）で３時間
熱処理し１、緻密な膜にする。この段階でのコア用ガラ
スＷＡ２とクラッド用ガラス膜６の屈折率差は０．２５
％になるように調合されている。またクラッド用ガラス
ＪＩ５１６の屈折率と石英ガラス基板１の屈折率は等し
くなるように調合されている。

次に第１図Ｃ）に示すように、クラッド用ガラス膜６の
上に、ＷＳｉｘ膜３をスパッタリングにより厚さ１μｍ
形成させる。そして第１図ｄ）に示すように、そのＢ３
の上にホトレジストＭ４を塗布し、マスクを通して紫外
線照射によりホトリソグラフィを行ない、所望のホトレ
ジスト膜のパターンを形成させる。

次に、このホトレジスト膜４のパターンをマスクにして
ドライエツチング（エツチングガスＮＦ３　）を行ない
、ＷＳｉｘ１ｌｉ３のパターン化をはかる（第１図ｅ）
）。

その後、第１図ｆ）に示すように、このＷＳｉｘ膜３の
パターンをマスクにしてクラッド用ガラスｒ！Ａ６とコ
ア用ガラス膜２のパターン化をはかる。

二のパターン化もドライエツチング（エツチングガスＣ
２「６と　ＣｒＢ２の混合ガス）により行なう゛。

次いで、ホトレジスト膜４とＷＳｉｘ１ｌｉ３の除去を
行なう（第１図ｇ））。

そし、て最後に、第１［ｈ）で示すように、クラッド用
ガラスＷＡ６と材質、屈折率の等しいクラッド層５を被
覆して完了する。

ここで、上記ｆ）の工程でホトレジストＭ４およびＷＳ
ｉＸ膜３がエツチングガスによりエツチングされて、ク
ラッド層上面８の表面が荒れるが、この部分が荒れても
光の伝搬に支配する部分ではないので、はとんど問題な
い。従来のようにコア層上面７が荒れると、この部分は
光の伝搬を支配する部分であるので問題であった。

以上のように、本発明の方法では、光の伝搬を支配する
コア層１２の上面とクラッド層６との界面が均一に保持
されているので、散乱損失を小さくすることができる。

−例として、Ｗ＝１０μｍ、Ｔ＝８μｍ、コアとクラッ
ドとの屈折率差０．２５％の光導波路（長さ４０ＩＩ１
１の直線導波路）の挿入損失を比較して見ると、第３図
の従来法では１０個の光導波路に対し、１．５〜３ｄＢ
の範囲でバラツキをもち、かつその値も大きかったが、
本発明の方法ではすべてが１ｄＢ以下の値であった。

第２図は本発明の光導波路の製造方法の別の実施例を示
したものである。

これは基板１にＳｉを用いたもので、その基板１上にバ
ッファ用ガラス膜９が形成されていることが第１図の場
合と異なる点である。このバッファ用ガラス１１１９は
５ｉ０２ガラスであり、クラッド用ガラス膜６の屈折率
はこのバッファ用ガラス膜９の屈折率に等しくなるよう
に形成される。製造方法の工程は第１図の場合と同じで
あるので、その説明は省略する。

本発明の光導波路の製造方法は上記実施例に限定されな
い。すなわち、前述したように１本発明は、基板１に半
導体、電気光学結晶、ガラス、有機材料、磁性材料など
を用いた光導波路の製造方法に全て適用できるものであ
る。

［発明の効果］ 本発明の光導波路の製造方法によれば、コア層上面とク
ラッド層との界面を均一に保ったまま製造することがで
きるので、上記界面での散乱損失を非常に小さく抑えら
れる。また、これにより低損失光導波路を実現すること
ができ、種々の光回路素子（光合分波器、光カプラ、光
スィッチ、光変調器など）を高性能に作れる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の光導波路の製造方法の実
施例を示し、た概略図、第３図は従来の光導波路の製造
方法を示した概略図である。 図中、１は基板、２はコア用ガラス膜、３はＷＳｉｘ１
．４はホトレジスト膜、５はクラツド膜。 ６はクラッド用ガラス膜、８はクラッド層上面、９はバ
ッファ用ガラス膜を示す。 特許出願人　　日立電線株式会社 代理人弁理士　　絹　谷　信　雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に光の伝搬するコア用膜とその膜の上に低屈
   折率で所望厚みのクラッド用膜を形成させた後、ホトリ
   ソグラフィ、ドライエッチングプロセスにより上記クラ
   ッド用膜付きのコア用膜をパターン化させ、その後で最
   初に形成させたクラッド用膜と同じ屈折率の膜を上記パ
   ターン化させた表面全体に形成させたことを特徴とする
   光導波路の製造方法。 ２、基板とコア用膜の間には予めコア用膜の屈折率より
   も低いバッファ用膜が形成されてい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。