JPH07134216A - テーパ導波路の作製方法 - Google Patents

テーパ導波路の作製方法

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JPH07134216A
JPH07134216A JP5280768A JP28076893A JPH07134216A JP H07134216 A JPH07134216 A JP H07134216A JP 5280768 A JP5280768 A JP 5280768A JP 28076893 A JP28076893 A JP 28076893A JP H07134216 A JPH07134216 A JP H07134216A
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幸夫 倉田
Keiji Sakai
啓至 酒井
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圭男 吉田
Noriaki Okada
訓明 岡田
Koji Minami
功治 南
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 テーパ長が比較的短く、光学的損失の少ない
テーパ導波路を、量産に適した方法で作成する。 【構成】 従来のシャドウマスク法とは異なり、フォト
レジストパターンをマスクのかわりにして、これに垂直
方向からではなく、斜め方向から成膜を行う。テーパ形
状は、成膜装置の構成やフォトレジストパターンの厚さ
によって変わるが、テーパ長はフォトレジストパターン
の厚さと同じ程度で、テーパ比1:10前後の、任意の
形状のものが得られる。 【効果】 ミクロンオーダーのテーパ長で光学的損失の
少ないテーパ導波路が、ICの技術で容易に作製でき、
光導波路素子の集積化、生産性の向上が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基板上にテーパ導波路
を有する光集積回路素子に於ける、上記テーパ導波路の
作製方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光学部品の小型化・集積化が進め
られ、サブミクロンオーダーの微細加工技術も確立され
てきた。通常の成膜やエッチングはその速度をできるだ
け均一にし、成膜厚さやエッチング深さを均一にする
(基板と平行な面での加工を行う)のが一般的である
が、場合によっては、意図的にその速度に分布をもた
せ、テーパ状の構造を得ることがある。特に光導波路中
のテーパ形状部分(テーパ導波路)は、その厚さ方向へ
損失なく光を曲げたり、実効屈折率の異なる領域の境界
を損失なく光を横切らせたりする場合に利用される重要
な構造である。
【0003】図5は従来の光情報記録再生装置(特開平
4ー289531)の側面図である。基板21に形成さ
れた光導波路層23と、この光導波路層23と接続され
た光検出器24と、光導波路層23上に形成されその光
導波路層23よりも低い屈折率をもつ第一ギャップ層2
5と、この第一ギャップ層25上に形成され開口部27
を有し光導波路層23よりも低い屈折率をもつ第二ギャ
ップ層26と、この第二ギャップ層26の開口部27を
満たし第一ギャップ層25と接着し光導波路層23より
も高い屈折率をもつ接着層28と、この接着層28の上
部で接着固定され光導波路層23よりも高い屈折率をも
つ誘電体からなるプリズム29とよりなる光集積検出素
子20を配設している。なお、22はバッファ層であ
る。また、16は半導体レーザ、17はコリメートレン
ズ、18は対物レンズ、19は光ディスクである。第二
ギャップ層26の一部26aがテーパ状の構造になって
いる。
【0004】図6は、光導波路43中の光を受光素子4
5に導入する部分の構造である(特開平4ー5580
2)。41は基板、42はバッファ層、44はテーパ形
状部である。
【0005】次に、これらのテーパ形状の作製方法につ
いて説明する。方法としては公知のスパッタ法、蒸着
法、CVD法で、一部をしゃへいすることにより、しゃ
へい部への粒子のまわり込みを利用して作製したり、ド
ライやウェットのエッチングや、イオンミリング、切
削、研磨、酸化等の方法により作製することが考えられ
る。そのうちのシャドウマスク法とエッチング法の応用
例を図で説明する。
【0006】図7は、シャドウマスクスパッタ法の原理
を示すものである。(Journal of Ligh
twave Technology、Vol.8、N
o.4、pp587−593、April 1990)
金属製のマスク61がシリコンのスペーサ62によって
Si基板63からある間隔を保たれて位置している。こ
の状態で上方からスパッタリングを行うと、マスクの陰
になる部分にスパッタ粒子がまわり込むことによって膜
厚に分布ができ、図示するようにテーパ状の構造部分6
4が得られる。テーパの形状は、マスクの断面形状やマ
スク〜基板間距離、ターゲットの大きさと基板からの距
離などによって決まるが、基本的にはスパッタ粒子の方
向が下方向だけでなく斜め方向のものもあるためにマス
クの陰が不鮮明になることに起因する。
【0007】図8は、エッチングによるテーパ形状作製
工程を示したものである。Si基板51上に熱酸化Si
2膜52があり、その上にエッチング速度を制御でき
る第2のSiO2膜53、さらにその上にはフォトレジ
ストパターン54が形成されている。第2のSiO2
53は、バッファ層52(熱酸化SiO2膜)よりエッ
チング速度が大きいため、フォトレジスト54の内側に
エッチングが進行する。しかし、バッファ層52は比較
的エッチング速度が小さいため、徐々にエッチングが行
われ、エッチング液に触れた時間に比例してエッチング
が行われるようになる。従って、バッファ層52のうち
フォトレジスト54のない外側は大きく、内側は小さく
エッチングされるようになり、結果的に図に示すような
テーパ形状部55が得られることとなる。56は光導波
路である。(特開平4ー55802)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前記のシャドウマスク
法で得られるテーパは、マスクやギャップが〜1mm程
度であるため、テーパ長が数mmになり、素子の小型
化、集積化の妨げになる。また、テーパ作製に用いるシ
ャドウマスクの取り付け、取り外し、洗浄などの作業が
量産を困難にする。
【0009】一方、ウェットエッチングでは、テーパ長
の比較的短いものが得られるが、エッチングされた表面
の状態が成膜時より劣化し、光学的損失の原因になるこ
とがある。
【0010】本発明は上記問題点を解決したテーパ導波
路の作製方法を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のテーパ導波路の
作製方法は、基板上に所定パターンのフォトレジストを
形成し、該フォトレジストが形成された基板に対して垂
直方向からではなく、斜め方向から成膜することによ
り、基板上にテーパ導波路を作製することを特徴とす
る。
【0012】
【作用】斜め方向から成膜することにより、フォトレジ
ストの影になる部分にテーパ形状部分が形成される。こ
れにより、テーパ長の短く(フォトレジスト厚さ程度、
1μm程度)、集積化に適した、光学的損失の少ないテ
ーパ状光導波路が、ICの技術の応用で効率よく作製で
きる。
【0013】
【実施例】図1で本発明の実施例について説明する。成
膜は1例としてスパッタ法により行う。図に示すよう
に、フォトレジストパターン1の形成された基板2は、
装置のターゲット5と試料テーブル6の間に立て掛ける
ように位置してある。立て掛けることにより、冷却され
ている試料テーブル6から基板2が離れてしまうため、
熱伝導性の良い金属製の治具4で基板はセットするよう
にしている。また、治具4と基板2の間は真空グリース
3を充填し、放熱性の向上を図っている。スパッタリン
グ中は、スパッタ粒子9は基板上のフォトレジストパタ
ーン1に対して斜め方向から入射し、フォトレジストの
ない基板表面に、陰に相当する膜厚分布(スパッタレー
ト)をもちながら積層していく。成膜後はリフトオフと
呼ばれる操作を行う。具体的には、フォトレジスト1が
可溶なアセトンなどの溶剤で、フォトレジスト1とその
上に積層した不要な膜8を除去し、目的のテーパ形状端
をもつ膜7が得られる。テーパ形状については後で述べ
るように、ターゲットの大きさ、基板との距離、フォト
レジストパターンの厚みなどでほぼ決定される。
【0014】次に、別の実施例について図2を用いて説
明する。フォトレジストパターン1を形成した基板2
は、ターゲット5の真正面から離れた位置で試料テーブ
ル6上に直接セットしてある。基板と試料テーブルの間
は必要に応じて真空グリースなどを充填することにより
放熱性の向上を図る。第1の実施例と同様に、スパッタ
粒子9は基板上のフォトレジストパターンに対して斜め
方向から入射し、フォトレジストのない基板表面に、陰
に相当する膜厚分布(スパッタレート)をもちながら積
層していく。同様にリフトオフによって不要な部分の膜
8を除去し、目的のテーパ形状端をもつ膜7が得られ
る。この方法では基板を立て掛ける必要がなく、比較的
大きな基板上への成膜が可能である。
【0015】なお、説明では一例としてスパッタ法によ
る成膜を示したが、蒸着法、CVD法など、その他の方
法でも行える。
【0016】次に、これらの方法で作製されるテーパの
形状について説明する。第2実施例に示した場合を例に
とって図3を用いて説明する。
【0017】フォトレジストパターン1の厚さをd、フ
ォトレジストパターン1とターゲット5の距離をl、タ
ーゲットの直径をrとする。また、フォトレジストパタ
ーンのエッジ部分の位置を原点Oにとり、試料テーブル
面に投影したときのターゲットの縁と原点Oとの距離を
xとする。試料テーブル面からターゲットを見たとき、
フォトレジストパターンのエッジでターゲットがかくれ
る(ターゲットからのスパッタ粒子がエッジによって陰
になる)領域がa〜b間で、この間がスパッタレートに
分布をもつテーパ領域となる。
【0018】 (a〜b)=dtanθr−dtanθx=dr/l テーパの先端をa点、終点をb点で示しているが、実際
にはターゲットから放出されるスパッタ粒子の角度分布
がターゲット材料やスパッタ条件(圧力など)によって
変化したり、またスパッタ中にフォトレジストパターン
1上にも成膜されて見かけのdが徐々に増加したり、さ
らには基板に到達した粒子が基板上で移動するなどの理
由から、a、b点ははっきりとは現れず、断面はゆるや
かな曲線状になる。テーパ形状は、図3に示したr,
x,l,d,スパッタ粒子の角度分布,成膜厚さを変え
ることで制御できる。また、上述した理由から、テーパ
部分の先端がフォトレジストパターンと接しないように
するには、距離xを十分にとる必要がある。x≦0、例
えばμmオーダーの厚さのフォトレジストパターンに垂
直方向から成膜した場合は、フォトレジストパターンの
壁面まで成膜されてしまい、リフトオフが困難になり、
テーパ導波路は得られない。
【0019】実際に得られたテーパ導波路の断面形状測
定結果を図4に示す。測定は、フォトレジストを除去し
た後、表面粗さ計を用いて行った。成膜に用いた装置に
おけるそれぞれの値は次のようであった。
【0020】 ターゲット直径(r) 75mm ターゲットの縁と原点O間の距離(x) 55mm ターゲットから基板までの距離(l) 105mm フォトレジストパターン厚さ(d) 1μm この数値をもとに計算したテーパ長さと、作製したテー
パの実測値は、表1に示す値であり、ほぼ設定通りの形
状が得られることがわかる。(実測値はリフトオフ後に
測定したもので、O点がはっきりしないためO〜b間の
距離は求められない。)
【0021】
【表1】
【0022】テーパ角度は成膜厚さとテーパ長によって
制御することができる。図4は約80nmの厚さに成膜
した場合の例であり、テーパ比は1:10程度である。
【0023】
【発明の効果】本発明の方法により導波路を作製するこ
とで、テーパ長1μm程度と比較的短い、なめらかな任
意の形状が得られる。このようなテーパ導波路を用いる
ことにより、光学的損失が少なく、従来より微小なテー
パ導波路の作製が可能となる。また、従来のICの技術
を応用していることで、量産性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す側面図である。
【図2】本発明の別の実施例を示す側面図である。
【図3】本発明の実施例における機構を示す断面図であ
る。
【図4】本発明で得られたテーパ導波路の断面形状を表
す図である。
【図5】従来例を示す断面図である。
【図6】従来例を示す断面図である。
【図7】従来のシャドウマスク法を示す構成図である。
【図8】ウェットエッチング法によるテーパ形状作製手
順を示す図である。
【符号の説明】
1 フォトレジストパターン 2 基板 5 ターゲット 7 テーパ導波路 9 スパッタ粒子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 圭男 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 岡田 訓明 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 南 功治 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上にテーパ導波路を作製する方法に
    おいて、上記基板上に所定パターンのフォトレジストを
    形成し、該フォトレジストが形成された基板に対して斜
    め方向から成膜することにより、基板上にテーパ導波路
    を作製することを特徴とする、テーパ導波路の作製方
    法。
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