JPH10104451A - 光導波路用基板及びその作製方法 - Google Patents
光導波路用基板及びその作製方法Info
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- JPH10104451A JPH10104451A JP27885896A JP27885896A JPH10104451A JP H10104451 A JPH10104451 A JP H10104451A JP 27885896 A JP27885896 A JP 27885896A JP 27885896 A JP27885896 A JP 27885896A JP H10104451 A JPH10104451 A JP H10104451A
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Abstract
にガラスウエハを貼着した後、熱処理を行い、次いでガ
ラスウエハを研磨してガラスウエハの厚さを所定の値に
調整して、シリコンウエハ表面に形成した熱酸化膜上に
ガラスウエハを貼着してなる光導波路用基板を得る。 【効果】 本発明によれば、ガラス基板と熱酸化膜を形
成したシリコン基板を貼り合わせた基板を利用すること
により、アンダークラッド層の形成プロセスを省くこと
ができ、工程の短縮化を行うことができる。また、貼り
合わせる前に各々の基板について平坦性を出すことによ
り、その上に形成するコア層との界面の乱れを抑制でき
る。しかも、熱酸化膜を設けたシリコン基板を貼り合わ
せる基板に用いることにより、貼り合わせ後の加熱処理
時にしばしば発生した基板間の剥離やガラス層の割れを
抑制できる。
Description
るための光導波路用基板及びその作製方法に関する。
路はアンダークラッド層、コア層、オーバークラッド層
を積層した構造をとっており、光導波路を形成する基板
にはシリコン(Si)もしくは石英が用いられている。
今後は、光加入者系において、各家庭にはSi基板の上
に光信号の分波/合波の機能を持つ光導波路や、LD,
PDなどを集積化したONU(Optical Net
work Unit)が導入されることが予想され、例
えば、“Application of planar
lightwave circuit platfo
rm to hybrid integratedop
tical WDM transmitter/rec
eiver module”(Y.Yamada et
al.,Electron.Lett.31(1
6),1366−1367(1995))に示されてい
るように既に開発が進められているが、この場合、光導
波路を作製する基板には一般にSiが用いられている。
ずアンダークラッドとなる厚さ約20μmのガラス層を
形成し、その上に光が導波するコア層を形成し、このコ
ア層をリソグラフィー及び異方性エッチングにより光の
導波パターンに加工した後、オーバークラッドとなる厚
さ30μm以上のガラス層を形成することによって行わ
れている。これらのガラス層の形成手段としては、火炎
堆積法や電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、プラズ
マCVD法などが知られているが、厚さ数十μmのガラ
ス膜の作製には一般に火炎堆積法が用いられている。
waveguides on silicon and
their application to int
egrated−optic components”
(M.Kawachi,Optical and Qu
antum Electronics 22,391−
416(1990))に示されているように、SiやG
e,Br,Pなどのハロゲン化合物を酸水素バーナーに
供給してガラス微粒子を生成し、これをテーブルの上に
置かれた基板上に堆積して多孔質のガラス微粒子膜を形
成し、これを電気炉中1200〜1400℃の温度で焼
結することによって透明なガラス膜を作製する方法であ
る。
にはガラス微粒子層の堆積工程と高温下での焼結工程を
必要とし、それを数層積層するため、光導波路デバイス
の作製には多くのプロセスを必要とする。そのため、光
導波路デバイス単体のコストの低下にはプロセスの簡略
化が不可欠である。更に、火炎堆積法では多孔質のガラ
ス微粒子膜から透明ガラス膜を得るため、その界面には
凹凸がしばしばみられるが、例えば火炎堆積法によって
アンダークラッド層を形成し、その上にコア層を形成す
る場合、その界面に凹凸があると、これが導波する光の
散乱要因となり伝搬損失の原因となる。従って、各層の
ガラス膜の界面は平坦であることが好ましい。
術において用いられているSOI(Silicon O
n Insulator)構造を形成する方法の一つで
あるSiウエハ同士の貼り合わせ法を光導波路構造とし
て利用することを既に提案している(特願平8−194
889号)。Siウエハ同士を貼り合わせてSOI用基
板を形成する技術については、例えば「ULSIのため
の貼り合わせSOI技術」(阿部孝夫他,応用物理63
(11),1080(1994))などに述べられてお
り、Siウエハとガラス(SiO2)ウエハのような異
種ウエハの貼り合わせに関しても“Fabricati
on and bonding strength o
f bonded silicon−quartz w
afers”(T.Abe et al.,Jap.
J.Appl.Phys.32,224(1993))
などにおいて述べられている。しかしながら、この文献
で述べられているのはSiO2層は厚く、Si層を薄く
する方法であり、光導波路への適用を目的とした厚いS
i層の上に薄いSiO2層を残す方法については述べら
れていない。これを実現するために、本発明者らは貼り
合わせるSiO2ウエハを所望の厚さにした後、Si基
板に室温で貼り合わせ加熱処理を施すことも提案した
(特願平8−194888号)。この場合、貼り合わせ
るSiO2ウエハの厚みとしては100μm程度として
いるが、厚さ100μmのSiO2ウエハとSiウエハ
を室温で貼り合わせた後、ウエハ間の貼り合わせ強度を
持たせるために加熱処理を行っている途中、しばしばウ
エハの剥離やSiO2ウエハの割れがみられた。
れたもので、加熱処理時の剥離、割れの低減したシリコ
ン/ガラス系の光導波路用基板及びその作製方法を提供
することを目的とする。
発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った
結果、シリコンウエハにガラスウエハを貼着する場合、
シリコンウエハに予め熱酸化膜を形成し、この熱酸化膜
にガラスウエハを貼着することにより、ガラスウエハの
剥離、割れが防止されることを知見した。即ち、ガラス
ウエハとシリコンウエハを貼り合わせて光導波路用基板
を作製する際、室温で貼り合わせた後、貼り合わせ強度
を持たせるため加熱処理を行う必要があるが、シリコン
とガラスとの熱膨張率が異なるため加熱処理中にボイド
の発生や剥離、SiO2層の割れなどがしばしばみられ
た。これはシリコンとガラスとの熱膨張率が異なるため
と考えられ、こうした熱膨張率の差を緩和するために、
貼り合わせるシリコンウエハを予め熱酸化し、表面に酸
化膜を設けておくことにより、シリコンウエハとガラス
ウエハ間の熱膨張率差を緩和でき、貼り合わせ後の加熱
処理における割れや剥離を抑制できることを知見し、本
発明をなすに至ったものである。
スウエハを貼着してなることを特徴とする光導波路用基
板 (2)シリコンウエハ表面に熱酸化膜を形成した後、こ
の熱酸化膜にガラスウエハを貼着することを特徴とする
光導波路用基板の作製方法 (3)シリコンウエハ表面に形成した熱酸化膜にガラス
ウエハを貼着した後、熱処理を行い、次いでガラスウエ
ハを研磨してガラスウエハの厚さを所定の値に調整する
ようにした上記(2)記載の作製方法 (4)熱酸化膜に貼着されるガラスウエハの厚さが20
0μm以下であり、該貼着後の熱処理温度が200〜5
00℃であり、熱処理後ガラスウエハを厚さ10〜50
μmになるまで研磨し、次いで1200〜1350℃で
熱処理するようにした上記(3)記載の作製方法 を提供する。
膜を介してガラスウエハを貼着するので、両ウエハの接
着性が良好であり、上記(3),(4)に示したよう
に、貼着後、熱処理、研磨を行っても剥離、割れが低減
し、最後の1200〜1350℃の熱処理においても剥
離、割れが生じ難いものである。
と、本発明の光導波路用基板は、シリコンウエハにガラ
スウエハを貼着してなるものであるが、この場合、本発
明にあっては、シリコンウエハに熱酸化膜を形成し、こ
の熱酸化膜にガラスウエハを貼着したものである。
する方法は、半導体プロセスにおいて熱酸化膜を形成す
るときと同様であり、O2雰囲気のドライ酸化、H2O雰
囲気のウエット酸化、又はH2とO2を炉内導入するパイ
ロジェニック酸化などにより、1000〜1200℃の
温度で酸化を行うことができる。形成する酸化膜厚とし
ては貼り合わせ界面にかかる応力を緩和するため厚い方
が好ましいが、膜厚が厚くなると酸化膜形成に要する時
間が長くなるため、膜厚としては0.5〜1μmが適当
である。
は、石英基板が使用し得るが、これに限る必要はなく、
予めB,P,Ge,Ti,Fなど通常火炎堆積法に用い
られているドーパントを含んだガラス基板を用いること
もできる。
わせる場合は、貼り合わせるガラスのウエハ及び熱酸化
を行ったシリコンウエハを洗浄した後、室温下でこれら
のウエハを対向させ貼り合わせることによって形成す
る。ただし、この時点でこのウエハは貼り合わせ強度が
小さいという問題がある。また、使用する貼り合わせウ
エハはその上にコア、オーバークラッド層を形成するた
め1200〜1350℃の熱処理プロセスに耐えなけれ
ばならない。貼り合わせの強度を増すには200〜50
0℃、望ましくは300〜450℃の範囲の温度にアニ
ールしてやれば良いことが知られているが、ガラス基板
の厚さが厚いと割れやクラックが発生する。例えば、ガ
ラスのウエハとして厚さ525μmの石英ウエハを使用
すると、100℃前後に加熱したとき割れてしまう。貼
り合わせた基板が割れる温度はガラス基板の厚さに依存
し、ガラス基板の厚さを薄くすればアニール温度を高く
できる。しかし最初に準備するガラスウエハの厚さが厚
いと300〜450℃に加熱する前に割れ、また室温で
貼り合わせた後、ガラス層を研磨しようとしても貼り合
わせ強度を持たないため、貼り合わせ面で剥離し研磨で
きない。
ては、厚さが200μm以下、望ましくは50〜200
μm、より望ましくは80〜120μm、特に100μ
m程度のものが必要である。上記要求を満たすガラスウ
エハとシリコンウエハを貼り合わせた後、貼り合わせ強
度を増すため300〜450℃に加熱し、次にガラスウ
エハを研磨し、ガラス層の厚さを薄くする。こうした熱
処理とガラス層の研磨を繰り返すことにより、1200
〜1350℃のプロセスに用いることのできる貼り合わ
せウエハを形成できる。なお、ガラスウエハの研磨はそ
の厚さが10〜50μm程度、望ましくは20〜30μ
m程度、特には20μm程度になるように行うことが推
奨される。
せ基板が得られるが、この基板上に光導波路を形成する
場合は、貼り合わせ基板のガラス層の上に火炎堆積法や
電子ビーム蒸着法など公知の方法によりコア層を形成
し、レジスト塗布後、所望の光導波路回路パターンをリ
ソグラフィーにより描き、反応性異方エッチングにより
矩形状コアを形成し、その上に火炎堆積法やプラズマC
VD法など公知の方法によりオーバークラッドを形成す
る方法が採用される。
を形成したシリコン基板を貼り合わせた基板を利用する
ことにより、アンダークラッド層の形成プロセスを省く
ことができ、工程の短縮化を行うことができる。また、
貼り合わせる前に各々の基板について平坦性を出すこと
により、その上に形成するコア層との界面の乱れを抑制
できる。しかも、熱酸化膜を設けたシリコン基板を貼り
合わせる基板に用いることにより、貼り合わせ後の加熱
処理時にしばしば発生した基板間の剥離やガラス層の割
れを抑制できる。
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。
m、<100>方位のシリコンウエハを乾燥酸素中12
00℃で酸化処理し、表面に厚さ0.5μm程度の熱酸
化膜を形成した。
の石英のウエハを研磨し、その厚さを0.525mmか
ら0.1mmまで薄くした。
浄にするため、トリクロロエタンで洗浄した後、純水で
5分間洗浄し、更に組成比NH3:H2O2:H2O=1:
1:10(重量比)の溶液中で80℃において10分間
洗浄し、純水で5分間洗浄した後、乾燥し、両ウエハを
室温で対向させて貼り合わせた。
気中300〜450℃の温度で熱処理した。このとき、
基板にはクラックなどは認められなかった。
いて、ガラス層の厚さを20μm程度とするために石英
ウエハ面を研磨し、石英ウエハの厚さを20μm程度と
した。この研磨に際し、基板は上記のように300〜4
50℃の熱処理が施されているため、石英ウエハとシリ
コンウエハとが貼り合わせ面で剥離することはなかっ
た。
処理し、光導波路用基板を得た。なお、この際基板にク
ラックや割れなどは認められなかった。
エハ上に火炎堆積法によってGeをドープした多孔質ガ
ラス膜を形成した後、He:O2=1:1(容量比)の
雰囲気下に1300℃で熱処理を行った。その結果、透
明なガラス膜が形成され、石英ウエハ層にクラック、割
れは認められなかった。
り描写した後、異方性エッチングによりコア層を矩形状
にし、その上から火炎堆積法によりB,Pをドープした
多孔質ガラス層を被覆し、1250℃で熱処理し、透明
なオーバークラッド層を形成した。
成したシリコンのウエハを貼り合わせることによって作
成した基板(貼り合わせウエハ)が、その後の1300
℃前後の熱処理にも耐えて使用できることがわかり、光
導波路を作製する基板として使用し得ることが確認され
た。
ウエハを用いた以外は実施例と同様に操作した。その結
果、貼り合わせウエハ(基板)を大気中300℃で2時
間熱処理すると、石英ウエハ層の割れがしばしば発生
し、シリコンウエハと石英ウエハとを貼り合わせた基板
は用意することが困難であった。
Claims (4)
- 【請求項1】 シリコンウエハ表面に形成した熱酸化膜
上にガラスウエハを貼着してなることを特徴とする光導
波路用基板。 - 【請求項2】 シリコンウエハ表面に熱酸化膜を形成し
た後、この熱酸化膜にガラスウエハを貼着することを特
徴とする光導波路用基板の作製方法。 - 【請求項3】 シリコンウエハ表面に形成した熱酸化膜
にガラスウエハを貼着した後、熱処理を行い、次いでガ
ラスウエハを研磨してガラスウエハの厚さを所定の値に
調整するようにした請求項2記載の作製方法。 - 【請求項4】 熱酸化膜に貼着されるガラスウエハの厚
さが200μm以下であり、該貼着後の熱処理温度が2
00〜500℃であり、熱処理後ガラスウエハを厚さ1
0〜50μmになるまで研磨し、次いで1200〜13
50℃で熱処理するようにした請求項3記載の作製方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27885896A JP3659278B2 (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 光導波路用基板の作製方法 |
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---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10104451A true JPH10104451A (ja) | 1998-04-24 |
JP3659278B2 JP3659278B2 (ja) | 2005-06-15 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27885896A Expired - Fee Related JP3659278B2 (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 光導波路用基板の作製方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003012497A1 (en) * | 2001-07-31 | 2003-02-13 | Asahi Optronics, Ltd. | Quartz-plane light circuit element and process for producing the same |
WO2020138053A1 (ja) * | 2018-12-26 | 2020-07-02 | 日本電信電話株式会社 | 光信号処理装置および光信号処理装置の製造方法 |
-
1996
- 1996-09-30 JP JP27885896A patent/JP3659278B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2003012497A1 (en) * | 2001-07-31 | 2003-02-13 | Asahi Optronics, Ltd. | Quartz-plane light circuit element and process for producing the same |
WO2020138053A1 (ja) * | 2018-12-26 | 2020-07-02 | 日本電信電話株式会社 | 光信号処理装置および光信号処理装置の製造方法 |
JP2020106608A (ja) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | 日本電信電話株式会社 | 光信号処理装置および光信号処理装置の製造方法 |
US12032231B2 (en) | 2018-12-26 | 2024-07-09 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical signal processing apparatus and manufacturing method thereof |
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JP3659278B2 (ja) | 2005-06-15 |
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