JPH10206665A - Manufacture of quartz type optical waveguide - Google Patents

Manufacture of quartz type optical waveguide

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JPH10206665A
JPH10206665A JP1059897A JP1059897A JPH10206665A JP H10206665 A JPH10206665 A JP H10206665A JP 1059897 A JP1059897 A JP 1059897A JP 1059897 A JP1059897 A JP 1059897A JP H10206665 A JPH10206665 A JP H10206665A
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JP
Japan
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layer
film
etching
pattern
mask
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP1059897A
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Japanese (ja)
Inventor
Taiji Tsuruoka
泰治 鶴岡
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten thickness of a resist film which is equipped for creating pattern of an optical waveguide, and increase of accuracy in relation to the created pattern. SOLUTION: A dummy layer 20 is formed on a quarts film 26 forming a core layer. In the dummy layer 20, several layers are piled such that thickness of one layer is smaller than that of its lower layer in turn. A resist film 34 is formed on the dummy layer 20. An optical waveguide pattern 34a is formed by creating pattern of the resist film 34, and the dummy layer 2 is etched using the pattern 34a as a mask. A quartz film 26 is etched using the etched dummy layer 20 as a mask.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、材質として石英
を用いた平面光導波路の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a planar optical waveguide using quartz as a material.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバと整合する50μm程度の厚
さを有した石英系光導波路は、従来、次のような製造工
程により形成される。すなわち、石英膜の表面に非晶質
シリコン(以下、α−Siと略称する。)膜を形成し、
このα−Si膜の上面に有機レジスト膜を形成する工程
と、フォトリソグラフィおよびエッチングにより有機レ
ジスト膜のパターニングを行う工程と、パターニングし
た有機レジスト膜をマスクとしてα−Si膜のエッチン
グを行う工程と、エッチングしたα−Si膜をマスクと
して石英膜のエッチングを行う工程とで形成される。上
述したα−Si膜のエッチングは、例えば、エッチング
ガスとしてCBrF3 ガスを用いたドライエッチングに
より行える。また、石英膜のエッチングは、例えば、エ
ッチングガスとしてC26 とC24 の混合ガスを用
いたドライエッチングにより行える。
2. Description of the Related Art Conventionally, a silica-based optical waveguide having a thickness of about 50 .mu.m that matches an optical fiber is formed by the following manufacturing process. That is, an amorphous silicon (hereinafter abbreviated as α-Si) film is formed on the surface of the quartz film,
A step of forming an organic resist film on the upper surface of the α-Si film, a step of patterning the organic resist film by photolithography and etching, and a step of etching the α-Si film using the patterned organic resist film as a mask And etching the quartz film using the etched α-Si film as a mask. The above-described etching of the α-Si film can be performed by, for example, dry etching using CBrF 3 gas as an etching gas. The etching of the quartz film can be performed, for example, by dry etching using a mixed gas of C 2 F 6 and C 2 H 4 as an etching gas.

【0003】しかし、上述のエッチングガスを用いたと
き、α−Si膜と石英膜とのエッチング速度比は1:1
0程度であるため、膜厚50μm程度の石英膜をエッチ
ングするには10μm程度の厚さのα−Si膜が必要と
なる。また、α−Si膜と有機レジスト膜とのエッチン
グ速度比は4:1程度であるため、膜厚10μmのα−
Si膜をエッチングするには膜厚3μm程度の有機レジ
スト膜が必要である。一般に、このような厚いレジスト
膜に高精度のパタン形成を施すのは困難である。従っ
て、このレジスト膜を用いて下層のエッチングを行って
も高精度なパタンを形成することができないので、精度
良く光導波路の加工を行うことができない。
However, when the above-mentioned etching gas is used, the etching rate ratio between the α-Si film and the quartz film is 1: 1.
Since it is about 0, an α-Si film having a thickness of about 10 μm is required to etch a quartz film having a thickness of about 50 μm. Further, since the etching rate ratio between the α-Si film and the organic resist film is about 4: 1, the α-Si film and the organic resist film have a thickness of 10 μm.
In order to etch the Si film, an organic resist film having a thickness of about 3 μm is required. Generally, it is difficult to form a pattern with high precision on such a thick resist film. Therefore, even if the lower layer is etched using this resist film, a high-precision pattern cannot be formed, so that the optical waveguide cannot be processed with high accuracy.

【0004】そこで、例えば、文献「特開昭60−25
7407」に開示されているように、石英膜のエッチン
グマスクとして、石英に対して高いドライエッチング選
択比を有するフッ化物が用いられている。
[0004] Therefore, for example, in the document “Japanese Patent Laid-Open No.
7407, a fluoride having a high dry etching selectivity to quartz is used as an etching mask for a quartz film.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フッ化
物を加工するに当たっては、ドライエッチングを行わせ
るための適当な化学反応がないので、高精度なパタン形
成が行えないといった問題がある。上記文献に記載され
ているようにリフトオフ法を用いてもよいが、パタンの
断面形状がドライエッチングに比べて良好に形成できな
い。また、イオンミーリング法は、不活性原子により物
理的にフッ化物原子を叩き出す方式であるが、適当なマ
スク材が無いために用いることができない。
However, when processing a fluoride, there is no suitable chemical reaction for performing dry etching, so that there is a problem that a high-precision pattern cannot be formed. Although a lift-off method may be used as described in the above document, the cross-sectional shape of the pattern cannot be formed better than that of dry etching. Further, the ion milling method is a method in which fluoride atoms are physically beaten by inert atoms, but cannot be used because there is no appropriate mask material.

【0006】従って、従来より、石英系光導波路のパタ
ン形成を精度良く行える製造方法の出現が望まれてい
た。
Therefore, there has been a demand for a manufacturing method capable of accurately forming a pattern of a silica-based optical waveguide with high accuracy.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の石英
系光導波路の製造方法によれば、コア層形成用の石英膜
の上側にダミー層を形成し、このダミー層の上面にレジ
スト膜を形成する工程と、このレジスト膜のパタン形成
を行い、このパタンをマスクとして前記ダミー層のエッ
チングを行う工程と、このエッチング済ダミー層をマス
クとして前記石英膜のエッチングを行う工程とを含む石
英系光導波路の製造方法において、前記ダミー層を、第
1および第2マスク材を交互に重ねた積層として設け、
この積層の、前記石英膜側の下層の膜厚に比べてこの下
層の上側の上層の膜厚が順次に小さくなるように前記積
層の各層を設けることを特徴とする。
Therefore, according to the method of manufacturing a quartz optical waveguide of the present invention, a dummy layer is formed above a quartz film for forming a core layer, and a resist film is formed on the upper surface of the dummy layer. A step of forming a pattern of the resist film, etching the dummy layer using the pattern as a mask, and etching the quartz film using the etched dummy layer as a mask. In the method for manufacturing an optical waveguide, the dummy layer is provided as a stack in which first and second mask materials are alternately stacked,
Each layer of the stack is provided such that the thickness of the upper layer on the lower side of the quartz film is smaller in order than the thickness of the lower layer on the quartz film side.

【0008】このように、第1および第2マスク材を、
下層の膜厚に比べ上層の膜厚が小さくなるように交互に
積層するから、ダミー層の最上部のマスク材(以下、最
上層と略称する。)を適当な膜厚にすることができる。
そして、この最上層の上面にレジスト膜を形成する。最
上層の膜厚に応じて、レジスト膜の膜厚も適当に決める
ことができる。従って、レジスト膜の膜厚を、最上層を
エッチングするためのマスクとして機能する厚さであ
り、かつ、このレジスト膜に充分に高い精度でパタン形
成が行える膜厚とすることができる。このようにしてレ
ジスト膜を薄く形成することができるので、解像度に優
れたパタンを形成することができる。
Thus, the first and second mask materials are
Since the upper layer is alternately laminated so that the upper layer has a smaller thickness than the lower layer, the uppermost mask material (hereinafter abbreviated as the uppermost layer) of the dummy layer can have an appropriate thickness.
Then, a resist film is formed on the upper surface of the uppermost layer. The thickness of the resist film can be appropriately determined according to the thickness of the uppermost layer. Therefore, the thickness of the resist film can be a thickness that functions as a mask for etching the uppermost layer, and that can form a pattern on the resist film with sufficiently high precision. Since the resist film can be formed thin in this manner, a pattern having excellent resolution can be formed.

【0009】また、この発明の石英系光導波路の製造方
法において、好ましくは、前記ダミー層のエッチング
は、このダミー層を構成する上側の層から前記石英膜側
の層へと順次に、エッチング済の上層をマスクとしてこ
の上層の下側の下層へと順次に行い、この下層に対する
エッチング速度を、前記エッチング済の上層に対するエ
ッチング速度よりも大きくして行うのが良い。
In the method of manufacturing a quartz-based optical waveguide according to the present invention, preferably, the dummy layer is etched in order from an upper layer constituting the dummy layer to a layer on the quartz film side. The upper layer is used as a mask to sequentially perform the lower layer below the upper layer, and the etching rate for the lower layer is preferably set to be higher than the etching rate for the etched upper layer.

【0010】このようにすると、第1および第2マスク
材が交互に積層されてなるダミー層を、上側から順次に
一層ずつ、エッチングすることができる。つまり、第1
マスク材の層をエッチングしようとするときには、この
層のすぐ上側にある、既にエッチング済である第2マス
ク材の層をマスクとして用い、第2マスク材に対して第
1マスク材のエッチング速度の方が速くなるようにす
る。例えば、ドライエッチングを使用する場合には、上
述のエッチング速度比が実現されるような特定のエッチ
ングガスを用いる。その結果、第2マスク材のパタン
を、良好な精度で第1マスク材に転写することができ
る。また、第2マスク材の層をエッチングするときに
は、第1マスク材に対して第2マスク材のエッチング速
度の方が速くなるようなエッチングを行えばよい。
In this manner, the dummy layers in which the first and second mask materials are alternately stacked can be etched one by one sequentially from the upper side. That is, the first
When the mask material layer is to be etched, the already etched second mask material layer immediately above this layer is used as a mask, and the etching rate of the first mask material is reduced with respect to the second mask material. To be faster. For example, when dry etching is used, a specific etching gas that achieves the above-described etching rate ratio is used. As a result, the pattern of the second mask material can be transferred to the first mask material with good accuracy. Further, when etching the layer of the second mask material, the etching may be performed such that the etching rate of the second mask material is faster than that of the first mask material.

【0011】従って、エッチングした層を、下層をエッ
チングするためのマスクとして用いることができ、上側
の層から順次にダミー層のパタン形成が行える。そし
て、最終的に、エッチングしたダミー層を用いて石英膜
のパタン形成を行う。このように、レジスト膜に形成し
た良好なパタンを次々に下側の層へと転写することがで
きるので、精度良く石英膜のパタン形成が行える。
Therefore, the etched layer can be used as a mask for etching the lower layer, and the pattern of the dummy layer can be formed sequentially from the upper layer. Finally, a pattern of a quartz film is formed using the etched dummy layer. As described above, since the good patterns formed on the resist film can be sequentially transferred to the lower layer, the quartz film pattern can be accurately formed.

【0012】また、この発明の石英系光導波路の製造方
法において、好ましくは、前記第1および第2マスク材
をそれぞれ非晶質SiおよびSiO2 とし、前記ダミー
層の最下層を非晶質Siとするのが良い。
In the method for manufacturing a quartz optical waveguide according to the present invention, preferably, the first and second mask materials are made of amorphous Si and SiO 2 , respectively, and the lowermost layer of the dummy layer is made of amorphous Si. Good to be.

【0013】また、この発明の石英系光導波路の製造方
法において、好ましくは、前記非晶質Siのエッチング
を、エッチングガスとしてHBrガスを用いて、行い、
および前記SiO2 のエッチングを、エッチングガスと
してC26 とC24 の混合ガスを用いて、行うのが
良い。
In the method for manufacturing a quartz-based optical waveguide according to the present invention, preferably, the etching of the amorphous Si is performed by using an HBr gas as an etching gas,
The etching of SiO 2 is preferably performed using a mixed gas of C 2 F 6 and C 2 H 4 as an etching gas.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。尚、図は、この発明の方
法、工程および構成が理解できる程度に大きさ、形状お
よび配置関係を概略的に示してあり、また、以下に記載
する数値条件等は単なる一例に過ぎず、従って、この発
明は、この実施の形態に何ら限定されることがない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the figures schematically show the size, shape and arrangement relationship to the extent that the method, process and configuration of the present invention can be understood, and the numerical conditions and the like described below are merely examples, and However, the present invention is not limited to this embodiment.

【0015】この発明の石英系光導波路の製造方法の一
実施の形態の説明に先立ち、この発明の方法で作成され
る光導波路の構造の一例につき簡単に説明する。図4
(A)は、この工程で作成した石英系光導波路の構造を
示す平面図であり、図4(B)は、図4(A)のI−I
線で切った断面の切り口を示す図である。尚、図4
(A)は、上部クラッド層16を取り去って示してあ
る。図4の各図に示すように、光導波路は、基板10の
上側に下部クラッド層12を積層し、下部クラッド層1
2の上側にパタン形成されたコア層14が設けられ、こ
のコア層14の上側が上部クラッド層16で覆われた構
成である。基板10はSiウエハとしてあり、下部クラ
ッド層12、コア層14および上部クラッド層16は石
英(SiO2 )膜である。コア層14には不純物がドー
プされていて、クラッド層14および16より屈折率が
高められている。図4に示すコア層14は、平面的にみ
てY字形状となるようにパタン形成されており、Y分岐
導波路を構成している。
Prior to the description of an embodiment of the method for manufacturing a silica-based optical waveguide of the present invention, an example of the structure of an optical waveguide produced by the method of the present invention will be briefly described. FIG.
FIG. 4A is a plan view showing the structure of the silica-based optical waveguide formed in this step, and FIG. 4B is a plan view taken along line II of FIG.
It is a figure which shows the cut surface of the cross section cut by the line. FIG.
(A) shows the upper cladding layer 16 removed. As shown in FIGS. 4A and 4B, the optical waveguide has a lower clad layer 12
2 is provided with a patterned core layer 14 on the upper side, and the upper side of the core layer 14 is covered with an upper cladding layer 16. The substrate 10 is a Si wafer, and the lower cladding layer 12, the core layer 14, and the upper cladding layer 16 are quartz (SiO 2 ) films. The core layer 14 is doped with impurities, and has a higher refractive index than the cladding layers 14 and 16. The core layer 14 shown in FIG. 4 is formed in a pattern so as to have a Y-shape in plan view, and constitutes a Y-branch waveguide.

【0016】以下、図1、図2および図3を参照して、
実施の形態の製造方法につき説明する。図1、図2およ
び図3は、一例として、上述したY分岐導波路の製造工
程を示す図である。図1〜図3の各図に示す図は、主要
工程段階で得られる構造体の、図4のI−I線で切った
断面に相当する断面での切り口を示したものである。
Hereinafter, with reference to FIGS. 1, 2 and 3,
The manufacturing method according to the embodiment will be described. FIGS. 1, 2 and 3 are views showing, as an example, a process of manufacturing the above-described Y-branch waveguide. FIGS. 1 to 3 show cross-sections of the structure obtained in the main process steps, which are taken along a section corresponding to a section taken along line II of FIG.

【0017】この実施の形態では、コア層形成用の石英
膜26の上側にダミー層20を形成し、このダミー層2
0の上面にレジスト膜34を形成する工程と、このレジ
スト膜34のパタン形成を行い、このパタンをマスクと
してダミー層20のエッチングを行う工程と、このエッ
チング済ダミー層をマスクとして石英膜26のエッチン
グを行う工程とをもって、光導波路の形成を行う。
In this embodiment, a dummy layer 20 is formed above a quartz film 26 for forming a core layer.
0, a step of forming a pattern of the resist film 34, a step of etching the dummy layer 20 using this pattern as a mask, and a step of etching the dummy layer 20 using the etched dummy layer as a mask. The optical waveguide is formed by the step of performing the etching.

【0018】先ず、基板として膜厚1mmのSiウエハ
22を用い、この基板上に、下部クラッド層を形成す
る。この形成は、テトラエトキシシラン10sccm
(Standard Cubic Centimeter per Minute)および酸素
1sccmに0.2sccmのF2 ガスを混合した雰囲
気中において、基板温度を400℃として、放電電力を
300Wとした条件のプラズマCVD法で行う。この結
果、Siウエハ22上に、膜厚25μmのフッ素ドープ
SiO2 膜24が下部クラッド層として形成される(図
1の(A))。
First, a 1 mm thick Si wafer 22 is used as a substrate, and a lower cladding layer is formed on the substrate. This formation is carried out at 10 sccm of tetraethoxysilane.
(Standard Cubic Centimeter per Minute) and a plasma CVD method with a substrate temperature of 400 ° C. and a discharge power of 300 W in an atmosphere in which F 2 gas of 0.2 sccm is mixed with 1 sccm of oxygen. As a result, a 25 μm-thick fluorine-doped SiO 2 film 24 is formed as a lower clad layer on the Si wafer 22 (FIG. 1A).

【0019】次に、フッ素ドープSiO2 膜24の上面
にコア層を形成するための石英(SiO2 )膜26を形
成する。この形成は、テトラエトキシシラン10scc
mおよび酸素1sccmの混合ガス中で、基板温度を4
00℃としおよび放電電力を300WとしたプラズマC
VD法により行う。これにより、フッ素ドープSiO2
膜24上に、膜厚10μmのSiO2 膜26が形成され
た構造体が得られる(図1の(A))。
Next, a quartz (SiO 2 ) film 26 for forming a core layer is formed on the upper surface of the fluorine-doped SiO 2 film 24. This formation is based on tetraethoxysilane 10 scc
substrate temperature in a mixed gas of m and oxygen 1 sccm.
Plasma C at 00 ° C. and discharge power of 300 W
This is performed by the VD method. Thereby, fluorine-doped SiO 2
A structure in which a 10 μm-thick SiO 2 film 26 is formed on the film 24 is obtained (FIG. 1A).

【0020】次に、SiO2 膜26の上側にダミー層2
0を形成する工程につき説明する。この実施の形態で
は、ダミー層20は、第1および第2マスク材を、石英
膜26側の下層の膜厚に比べて上側の上層の膜厚が順次
に小さくなるように、所要の層数だけ交互に順次に重ね
た積層として各層を形成する。
Next, the dummy layer 2 is formed on the upper side of the SiO 2 film 26.
The step of forming 0 will be described. In this embodiment, the dummy layer 20 has a required number of layers such that the upper and lower layers of the first and second mask materials are sequentially thinner than the lower layer of the quartz film 26. Each layer is formed as a laminate that is alternately and sequentially stacked.

【0021】そのため、先ず、ダミー層の最下層となる
α−Si膜28を形成する。図1(A)の構造体をアル
ゴン(Ar)ガス中にて、Arガスの分圧を1Paとし
および放電電力300Wの条件で、Siターゲットを用
いたスパッタ法により行う。そして、SiO2 膜26の
上面に膜厚1.5μmのα−Si膜28を形成する(図
1の(B))。
For this purpose, first, an α-Si film 28 to be the lowermost layer of the dummy layer is formed. The structure shown in FIG. 1A is formed by sputtering using an Si target in argon (Ar) gas under the conditions of a partial pressure of Ar gas of 1 Pa and a discharge power of 300 W. Then, an α-Si film 28 having a thickness of 1.5 μm is formed on the upper surface of the SiO 2 film 26 (FIG. 1B).

【0022】次に、α−Si膜28の上面に連続的に、
SiO2 膜30を形成する(図1の(B))。このよう
に、第1マスク材をα−Siとし、第2マスク材をSi
2として、これら第1および第2マスク材を交互に積
層させてゆく。このダミー層の第2層目となるSiO2
膜30の形成は、Ar+O2 (15%)ガス(85%A
rガスと15%O2 ガスの混合ガス)中において、Ar
ガスの分圧を1Paとしおよび放電電力を500Wとし
た条件で、Siターゲットを用いたスパッタ法により行
う。形成されたSiO2 膜30の膜厚は0.5μmであ
る。
Next, continuously on the upper surface of the α-Si film 28,
An SiO 2 film 30 is formed (FIG. 1B). Thus, the first mask material is α-Si, and the second mask material is Si
As O 2 , the first and second mask materials are alternately laminated. SiO 2 serving as a second layer of the dummy layer
The film 30 is formed by Ar + O 2 (15%) gas (85% A
r gas and a 15% O 2 gas mixture)
This is performed by a sputtering method using a Si target under the conditions of a gas partial pressure of 1 Pa and a discharge power of 500 W. The thickness of the formed SiO 2 film 30 is 0.5 μm.

【0023】そして、SiO2 膜30の上面に、ダミー
層の最上層として、膜厚0.2μmのα−Si膜32を
形成する(図1の(B))。このα−Si膜32の形成
は、上述したα−Si膜28の形成と同様にして行え
る。以上説明したように、α−Si膜28、SiO2
30およびα−Si膜32からなるダミー層20を、コ
ア層を形成するための石英膜26の上に形成する。そし
て、α−Si膜28、SiO2 膜30およびα−Si膜
32の膜厚は、それぞれ1.5μm、0.5μmおよび
0.2μmである。このように、この例では、ダミー層
20は、α−SiおよびSiO2 を、下層の膜厚に比べ
て上層の膜厚が小さくなるように、交互に3層だけ積層
させた層として形成した。
Then, an α-Si film 32 having a thickness of 0.2 μm is formed on the upper surface of the SiO 2 film 30 as the uppermost layer of the dummy layer (FIG. 1B). The formation of the α-Si film 32 can be performed in the same manner as the formation of the α-Si film 28 described above. As described above, the dummy layer 20 including the α-Si film 28, the SiO 2 film 30, and the α-Si film 32 is formed on the quartz film 26 for forming the core layer. The thicknesses of the α-Si film 28, the SiO 2 film 30 and the α-Si film 32 are 1.5 μm, 0.5 μm and 0.2 μm, respectively. As described above, in this example, the dummy layer 20 is formed as a layer in which α-Si and SiO 2 are alternately stacked only three layers so that the thickness of the upper layer is smaller than the thickness of the lower layer. .

【0024】次に、ダミー層20の上面すなわちα−S
i膜32の上面に有機レジスト膜34を形成する(図1
の(C))。有機レジスト膜34には東京応用化学工業
株式会社製のレジスト材料OFPR8600(商品名)
を用いており、スピンコータにより膜厚が0.2μmと
なるように塗布して形成する。そして、有機レジスト膜
34のパタン形成を行う(図1の(D))。このパタン
形成は、通常のフォトリソグラフィおよびエッチングの
技術を用いて行い、レジスト膜34から導波路パタン3
4aを形成する。
Next, the upper surface of the dummy layer 20, that is, α-S
An organic resist film 34 is formed on the upper surface of the i-film 32 (FIG. 1).
(C)). For the organic resist film 34, a resist material OFPR8600 (trade name) manufactured by Tokyo Applied Chemical Industry Co., Ltd.
Is applied by a spin coater so as to have a thickness of 0.2 μm. Then, a pattern is formed on the organic resist film 34 (FIG. 1D). This pattern is formed by using ordinary photolithography and etching techniques.
4a is formed.

【0025】次に、形成された導波路パタン34aをマ
スクとしてダミー層20のエッチングを行う工程につき
説明する。このダミー層20のエッチングは、ダミー層
20を構成する上側の層から順次に、被エッチング層の
上面にあるエッチング済の層をマスクとして行い、被エ
ッチング層のエッチング速度を、エッチング済の層のエ
ッチング速度よりも大きくして行う。
Next, a process of etching the dummy layer 20 using the formed waveguide pattern 34a as a mask will be described. The etching of the dummy layer 20 is performed in order from the upper layer constituting the dummy layer 20 using the etched layer on the upper surface of the layer to be etched as a mask, and the etching rate of the layer to be etched is reduced. The etching is performed at a speed higher than the etching rate.

【0026】先ず、ダミー層20の最上層であるα−S
i膜32のエッチングを行う。これには、リアクティブ
イオンエッチング(RIE)法を用いる。また、エッチ
ングガスとしてはHBrガスを用い、そのガス圧を5P
aとし、放電電力を200Wとして行う。このエッチン
グにより、α−Si膜32は、レジスト膜34から形成
した導波路パタン34aに従いパタン形成される(図2
の(A))。このときのα−Siに対する有機レジスト
のエッチング選択比は1/3であり、エッチングにより
形成した断面がほぼ矩形形状となる。また、レジストパ
タン34aの下側へのサイドエッチング量は実質的に皆
無であり、従って、エッチングにより残存したα−Si
膜32a(残存α−Si膜と称する。)のパタン形状と
レジストのパタン形状との間での寸法変化は実質的にな
いとみなすことができる。このようにして、導波路パタ
ン34aが残存α−Si膜(第1α−Si膜パタンとも
称する。)32aに転写される。尚、残存しているレジ
スト膜34の部分すなわちレジストパタン34aは、残
存α−Si膜パタン32aと共に、SiO2 膜30をエ
ッチングするためのマスクとして用いる。
First, α-S which is the uppermost layer of the dummy layer 20
The i-film 32 is etched. For this, a reactive ion etching (RIE) method is used. Further, HBr gas is used as an etching gas, and the gas pressure is set to 5P.
a, and the discharge power is set to 200 W. By this etching, the α-Si film 32 is patterned according to the waveguide pattern 34a formed from the resist film 34 (FIG. 2).
(A)). At this time, the etching selectivity of the organic resist to α-Si is 3, and the cross section formed by the etching has a substantially rectangular shape. Further, the amount of side etching on the lower side of the resist pattern 34a is substantially negligible.
It can be considered that there is substantially no dimensional change between the pattern shape of the film 32a (referred to as a residual α-Si film) and the pattern shape of the resist. Thus, the waveguide pattern 34a is transferred to the remaining α-Si film (also referred to as a first α-Si film pattern) 32a. The remaining portion of the resist film 34, that is, the resist pattern 34a is used as a mask for etching the SiO 2 film 30 together with the remaining α-Si film pattern 32a.

【0027】そして、第1α−Si膜パタン32aをマ
スクとして用いて、下層のSiO2膜30のエッチング
を行う。このエッチングは、エッチングガスとしてC2
6ガスとC24 ガスとの混合ガスを用い、この混合
のガス圧を6Paとしおよび放電電力を200Wとした
条件でRIE法により行う。この場合には、SiO2
対するα−Siのエッチング選択比は1/10である。
このように、被エッチング層であるSiO2 膜30の上
面にあるエッチング済のα−Si膜32の部分すなわち
第1α−Si膜パタン32aをマスクとして、被エッチ
ング層30のエッチング速度を、エッチング済の層32
aのエッチング速度よりも大きくしてエッチングを行
う。上述したような膜厚関係と選択比であるから、良好
な精度でパタン形成が行える。従って、このエッチング
工程により、第1α−Si膜パタン32aの導波路パタ
ンがSiO2 膜パタン30aに転写される(図2の
(B))。尚、残存しているα−Si膜パタン32a
は、SiO2 膜パタン30aと共に、下層のα−Si膜
28をエッチングするためのマスクとして用いる。
Then, the lower SiO 2 film 30 is etched using the first α-Si film pattern 32a as a mask. This etching uses C 2 as an etching gas.
The mixed gas of F 6 gas and C 2 H 4 gas is used, and the gas pressure of the mixture is set to 6 Pa and the discharge power is set to 200 W by the RIE method. In this case, the etching selectivity of α-Si to SiO 2 is 1/10.
As described above, the etching rate of the layer 30 to be etched is reduced by using the portion of the etched α-Si film 32 on the upper surface of the SiO 2 film 30 as the layer to be etched, that is, the first α-Si film pattern 32a as a mask. Layer 32 of
Etching is performed at a rate higher than the etching rate a. Since the film thickness and the selection ratio are as described above, pattern formation can be performed with good accuracy. Therefore, by this etching step, the waveguide pattern of the first α-Si film pattern 32a is transferred to the SiO 2 film pattern 30a (FIG. 2B). The remaining α-Si film pattern 32a
Is used together with the SiO 2 film pattern 30a as a mask for etching the underlying α-Si film 28.

【0028】そして、SiO2 膜パタン30aをマスク
として用いて、α−Si膜28のエッチングを行う。こ
のエッチングもRIE法により行い、エッチングガスと
してはHBrガスを用いる。この場合、α−Siに対す
るSiO2 のエッチング選択比は1/20である。この
ように、被エッチング層であるα−Si膜28の上面に
あるエッチング済のSiO2 膜30の部分すなわちSi
2 膜パタン30aをマスクとして、被エッチング層2
8のエッチング速度を、エッチング済の層30aのエッ
チング速度よりも大きくしてエッチングを行う。このエ
ッチング工程により、SiO2 膜30の残存部分からな
る導波路パタンが第2α−Si膜パタン28aに転写さ
れる(図2の(C))。尚、残存しているSiO2 膜3
0の部分30aは、第2α−Si膜パタン28aと共
に、SiO2 膜26をエッチングしてコア層を形成する
ためのマスクとして用いる。
Then, the α-Si film 28 is etched using the SiO 2 film pattern 30a as a mask. This etching is also performed by the RIE method, and an HBr gas is used as an etching gas. In this case, the etching selectivity of SiO 2 to α-Si is 1/20. As described above, the portion of the etched SiO 2 film 30 on the upper surface of the α-Si film 28 as the layer to be etched, that is, the Si
Using the O 2 film pattern 30a as a mask, the layer to be etched 2
The etching is performed at an etching rate of 8 higher than the etching rate of the etched layer 30a. By this etching step, the waveguide pattern composed of the remaining portion of the SiO 2 film 30 is transferred to the second α-Si film pattern 28a (FIG. 2C). The remaining SiO 2 film 3
The 0 portion 30a is used as a mask for forming the core layer by etching the SiO 2 film 26 together with the second α-Si film pattern 28a.

【0029】次に、上述したようにダミー層20をエッ
チングして得られた最下層のα−Si膜パタン28aを
マスクとしてその下側の石英(SiO2 )膜26のエッ
チングを行う(図3の(A))。SiO2 膜26は、エ
ッチングガスとしてC26ガスとC24 ガスとの混
合ガスを用い、RIE法によりエッチングする。上述し
たように、SiO2 に対するα−Siのエッチング選択
比は1/10である。従って、各層は上述した膜厚であ
るから、α−Si膜28の残存部分からなる導波路パタ
ン28aを、良好な精度で以てSiO2 膜パタンすなわ
ちコア層26aに転写することができる。この結果、導
波路パタン形状のコア層26a(すなわち図4の(A)
および(B)に示すコア層14に対応する。)が形成さ
れる。
Next, to etch the dummy layer 20 and the lower quartz alpha-Si film pattern 28a of the bottom layer obtained by etching a mask (SiO 2) film 26 as described above (FIG. 3 (A)). The SiO 2 film 26 is etched by RIE using a mixed gas of C 2 F 6 gas and C 2 H 4 gas as an etching gas. As described above, the etching selectivity of α-Si to SiO 2 is 1/10. Accordingly, since each layer has the above-mentioned film thickness, the waveguide pattern 28a comprising the remaining portion of the α-Si film 28 can be transferred to the SiO 2 film pattern, that is, the core layer 26a with good accuracy. As a result, the waveguide pattern-shaped core layer 26a (ie, FIG. 4A)
And (B) correspond to the core layer 14. ) Is formed.

【0030】尚、導波路パタン化されたSiO2 膜の残
存部分26aの上面に残存するα−Si膜パタン28a
等は、10PaのSFガスをエッチングガスとし、10
0Wの放電電力によるRIEにより、コア層に影響を与
えることなく選択的に除去することができる(図3の
(B))。
The α-Si film pattern 28a remaining on the upper surface of the remaining portion 26a of the SiO 2 film converted into the waveguide pattern is used.
For example, 10 Pa SF gas is used as an etching gas, and
By RIE with a discharge power of 0 W, it can be selectively removed without affecting the core layer (FIG. 3B).

【0031】続いて、コア層26aの上側を覆うよう
に、上部クラッド層36を形成する(図3の(C))。
上部クラッド層36は、下部クラッド層24の形成と同
様の条件で形成することができる。ここでは、上部クラ
ッド層36として、膜厚20μmのフッ素ドープSiO
2 膜36を形成している。
Subsequently, an upper clad layer 36 is formed so as to cover the upper side of the core layer 26a (FIG. 3C).
The upper cladding layer 36 can be formed under the same conditions as the formation of the lower cladding layer 24. Here, as the upper cladding layer 36, a fluorine-doped SiO of 20 μm thickness is used.
Two films 36 are formed.

【0032】以上説明した工程を経て、石英系の平面型
光導波路が形成される。この実施の形態によれば、従
来、光導波路のパタン形成のためのレジスト膜が厚くな
ってしまい、高い精度でエッチングすることができない
といった点を解決することができる。すなわち、上述し
たように、ダミー層を、上層の膜厚が下層の膜厚に比べ
て小さくなるように、2種類のマスク材を交互に積層さ
せたので、ダミー層の上面に形成するレジスト膜を従来
に比べ薄くすることができる。従って、フォトリソ工程
の際に、解像度を大幅に上げることができる。通常、広
い面の一部にパタンが形成される場合、10μm幅の導
波路を高精度に形成する露光条件と、図4(A)に示す
Y分岐導波路を形成する条件とは、レジストの膜厚が小
さい程近づく。よって、両者の同時高精度パタン形成が
可能となる。このようにして形成した光導波路を用いる
と、マッハツェンダ型フィルタ、N×Nスターカプラ、
加入者用光回路ユニット素子、アレイ導波路格子型合分
波回路素子などの種々の光素子における光の伝播損失を
低減させることができる。
Through the steps described above, a quartz-based planar optical waveguide is formed. According to this embodiment, it is possible to solve the conventional problem that the resist film for forming the pattern of the optical waveguide becomes thick and cannot be etched with high accuracy. That is, as described above, the dummy layer is formed by alternately laminating two types of mask materials such that the thickness of the upper layer is smaller than the thickness of the lower layer. Can be made thinner than before. Therefore, the resolution can be greatly increased during the photolithography process. Usually, when a pattern is formed on a part of a wide surface, the exposure conditions for forming a 10 μm-wide waveguide with high precision and the conditions for forming a Y-branch waveguide shown in FIG. The smaller the film thickness, the closer it is. Therefore, simultaneous high-precision pattern formation of both becomes possible. Using the optical waveguide formed in this way, a Mach-Zehnder filter, an N × N star coupler,
Light propagation loss in various optical elements such as a subscriber optical circuit unit element and an arrayed waveguide grating type multiplexing / demultiplexing circuit element can be reduced.

【0033】尚、この実施の形態では、ダミー層を構成
するマスク材の組合せとしてα−SiおよびSiO2
用いたが、これに限られることなく、TiおよびSiO
2 、CrおよびSiO2 、AlおよびSi、Alおよび
SiO2 等の組合せとしてもよい。また、これらの組合
せにおいて、α−Siの代りにpoly(ポリ)−Si
(多結晶シリコン)を用いてもよいし、SiO2 の代り
にSiNx (但し、xは組成比を表す。x>0の値であ
る。)を用いてもよい。尚、TiおよびAlに対するエ
ッチングでは、Cl2 ガスをエッチングガスとして用い
るのが好適である。そして、上述した実施の形態では、
SiO2 に対するエッチングガスとしてC26 ガスと
24 ガスの混合ガスを用いたが、CHF3 ガスを用
いても好適である。
In this embodiment, α-Si and SiO 2 are used as a combination of the mask material constituting the dummy layer. However, the present invention is not limited to this.
2 , Cr and SiO 2 , Al and Si, Al and SiO 2, and the like. In these combinations, poly (poly) -Si is used instead of α-Si.
(Polycrystalline silicon) may be used, or SiN x (where x represents a composition ratio; x> 0) may be used instead of SiO 2 . In the etching of Ti and Al, it is preferable to use Cl 2 gas as an etching gas. And in the above-described embodiment,
Although a mixed gas of C 2 F 6 gas and C 2 H 4 gas was used as an etching gas for SiO 2 , CHF 3 gas is also suitable.

【0034】[0034]

【発明の効果】この発明の石英系光導波路の製造方法に
よれば、第1および第2マスク材を、下層の膜厚に比べ
上層の膜厚が小さくなるように交互に積層するから、ダ
ミー層の最上部のマスク材を適当な膜厚にすることがで
きる。そして、この最上層の上面にレジスト膜を形成す
る。最上層の膜厚に応じて、レジスト膜の膜厚も適当に
決めることができる。従って、レジスト膜の膜厚を、最
上層をエッチングするためのマスクとして機能する厚さ
であり、かつ、このレジスト膜に充分に高い精度でパタ
ン形成が行える膜厚とすることができる。このようにし
てレジスト膜を薄くできるので、解像度に優れたパタン
を形成することができる。
According to the method for manufacturing a quartz optical waveguide of the present invention, the first and second mask members are alternately stacked so that the upper layer has a smaller thickness than the lower layer. The mask material at the top of the layer can be of a suitable thickness. Then, a resist film is formed on the upper surface of the uppermost layer. The thickness of the resist film can be appropriately determined according to the thickness of the uppermost layer. Therefore, the thickness of the resist film can be a thickness that functions as a mask for etching the uppermost layer, and that can form a pattern on the resist film with sufficiently high precision. Since the resist film can be made thinner in this manner, a pattern having excellent resolution can be formed.

【0035】また、この発明の石英系光導波路の製造方
法の好適例によれば、第1および第2マスク材が交互に
積層されてなるダミー層を、上側から順次に一層ずつ、
エッチングすることができる。すなわち、エッチングし
た層を、下層をエッチングするためのマスクとして用い
ることができ、上側の層から順次にダミー層のパタン形
成が行える。そして、最終的に、エッチングしたダミー
層を用いて石英膜のパタン形成を行う。よって、レジス
ト膜に形成した良好なパタンを次々に下側の層へ転写す
ることができ、精度良く石英膜のパタン形成が行える。
Further, according to the preferred embodiment of the method for manufacturing a quartz optical waveguide of the present invention, the dummy layers formed by alternately laminating the first and second mask materials are sequentially stacked one by one from the upper side.
Can be etched. That is, the etched layer can be used as a mask for etching the lower layer, and the pattern formation of the dummy layer can be performed sequentially from the upper layer. Finally, a pattern of a quartz film is formed using the etched dummy layer. Therefore, good patterns formed on the resist film can be successively transferred to the lower layer, and a quartz film pattern can be formed with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施の形態の製造工程を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing process of an embodiment.

【図2】図1に続く、実施の形態の製造工程を示す図で
ある。
FIG. 2 is a view showing a manufacturing step of the embodiment, following FIG. 1;

【図3】図2に続く、実施の形態の製造工程を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing step of the embodiment, following FIG. 2;

【図4】実施の形態の光導波路の構造を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of an optical waveguide according to an embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:基板 12:下部クラッド層 14:コア層 16:上部クラッド層 20:ダミー層 22:Siウエハ 24,36:フッ素ドープSiO2 膜 26,30:SiO2 膜 26a:コア層 28,32:α−Si膜 34:有機レジスト膜 28a:第2α−Si膜パタン 30a:SiO2 膜パタン 32a:残存α−Si膜(第1α−Si膜パタン) 34a:導波路パタン10: substrate 12: a lower cladding layer 14: core layer 16: upper clad layer 20: Dummy layer 22: Si wafer 24, 36: fluorine-doped SiO 2 film 26, 30: SiO 2 film 26a: core layer 28, 32: alpha -Si film 34: Organic resist film 28a: Second α-Si film pattern 30a: SiO 2 film pattern 32a: Residual α-Si film (first α-Si film pattern) 34a: Waveguide pattern

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 コア層形成用の石英膜の上側にダミー層
を形成し、該ダミー層の上面にレジスト膜を形成する工
程と、該レジスト膜のパタン形成を行い、該パタンをマ
スクとして前記ダミー層のエッチングを行う工程と、該
エッチング済ダミー層をマスクとして前記石英膜のエッ
チングを行う工程とを含む石英系光導波路の製造方法に
おいて、 前記ダミー層を、第1および第2マスク材を交互に重ね
た積層として設け、 該積層の、前記石英膜側の下層の膜厚に比べて該下層の
上側の上層の膜厚が順次に小さくなるように前記積層の
各層を設けることを特徴とする石英系光導波路の製造方
法。
1. A step of forming a dummy layer on a quartz film for forming a core layer, forming a resist film on an upper surface of the dummy layer, forming a pattern of the resist film, and using the pattern as a mask, A method for manufacturing a silica-based optical waveguide, comprising: a step of etching a dummy layer; and a step of etching the quartz film using the etched dummy layer as a mask, wherein the dummy layer is formed by first and second mask materials. It is provided as alternately stacked layers, and each layer of the layer is provided such that the film thickness of the upper layer above the lower layer is sequentially smaller than the film thickness of the lower layer of the quartz film side of the layer. Of producing a silica-based optical waveguide.
【請求項2】 請求項1に記載の石英系光導波路の製造
方法において、 前記ダミー層のエッチングは、該ダミー層を構成する上
側の層から前記石英膜側の層へと順次に、エッチング済
の上層をマスクとして該上層の下側の下層へと順次に行
い、 該下層に対するエッチング速度を、前記エッチング済の
上層に対するエッチング速度よりも大きくして行うこと
を特徴とする石英系光導波路の製造方法。
2. The method for manufacturing a quartz-based optical waveguide according to claim 1, wherein the etching of the dummy layer is performed in order from an upper layer constituting the dummy layer to a layer on the quartz film side. Using the upper layer as a mask, sequentially to the lower layer below the upper layer, and performing the etching at a lower rate than the etching rate for the etched upper layer. Method.
【請求項3】 請求項1に記載の石英系光導波路の製造
方法において、 前記第1および第2マスク材をそれぞれ非晶質Siおよ
びSiO2 とし、前記ダミー層の最下層を非晶質Siと
することを特徴とする石英系光導波路の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the first and second mask materials are made of amorphous Si and SiO 2 , respectively, and the lowermost layer of the dummy layer is made of amorphous Si. A method for manufacturing a silica-based optical waveguide.
【請求項4】 請求項3に記載の石英系光導波路の製造
方法において、 前記非晶質Siのエッチングを、エッチングガスとして
HBrガスを用いて、行い、および前記SiO2 のエッ
チングを、エッチングガスとしてC26 とC24
混合ガスを用いて、行うことを特徴とする石英系光導波
路の製造方法。
4. The method for manufacturing a quartz optical waveguide according to claim 3, wherein the etching of the amorphous Si is performed using an HBr gas as an etching gas, and the etching of the SiO 2 is performed using an etching gas. Using a mixed gas of C 2 F 6 and C 2 H 4 .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000028536A1 (en) * 1998-11-09 2000-05-18 Seiko Instruments Inc. Near-field optical head and production method thereof

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