JPH11281836A - グレーティング素子の製造方法 - Google Patents
グレーティング素子の製造方法Info
- Publication number
- JPH11281836A JPH11281836A JP8634098A JP8634098A JPH11281836A JP H11281836 A JPH11281836 A JP H11281836A JP 8634098 A JP8634098 A JP 8634098A JP 8634098 A JP8634098 A JP 8634098A JP H11281836 A JPH11281836 A JP H11281836A
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- Japan
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- grating
- film
- sio
- silicon substrate
- thermal oxidation
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 界面グレーティングを精度よく作製すること
ができ、結合効率の高いグレーティング素子の製造方法
を得る。 【解決手段】 シリコン基板１０上にＳｉＯ2膜１６′
を所望のグレーティング段差に相当する膜厚に形成する
（第１の熱酸化工程）。次に、前記ＳｉＯ2膜１６’を
リアクティブイオンエッチング法にて所望のグレーティ
ング形状にパターニングする。さらに、シリコン基板１
０上に所望の光学バッファ層に対応する膜厚のＳｉＯ2
膜１５を形成する。（第２の熱酸化工程）。これにて、
ＳｉＯ2膜１５上にグレーティング１６が作製される。
次に、ＳｉＯ2膜１５上にＺｎＯをスパッタリングして
光導波層２０を形成する。
ができ、結合効率の高いグレーティング素子の製造方法
を得る。 【解決手段】 シリコン基板１０上にＳｉＯ2膜１６′
を所望のグレーティング段差に相当する膜厚に形成する
（第１の熱酸化工程）。次に、前記ＳｉＯ2膜１６’を
リアクティブイオンエッチング法にて所望のグレーティ
ング形状にパターニングする。さらに、シリコン基板１
０上に所望の光学バッファ層に対応する膜厚のＳｉＯ2
膜１５を形成する。（第２の熱酸化工程）。これにて、
ＳｉＯ2膜１５上にグレーティング１６が作製される。
次に、ＳｉＯ2膜１５上にＺｎＯをスパッタリングして
光導波層２０を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、グレーティング素
子の製造方法、詳しくは、基板上に光学バッファ層を介
して光導波層を設け、グレーティングによって外部と光
導波層とを光学的に結合するグレーティング素子の製造
方法に関する。
子の製造方法、詳しくは、基板上に光学バッファ層を介
して光導波層を設け、グレーティングによって外部と光
導波層とを光学的に結合するグレーティング素子の製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】一般に、光導波路は、基板上ある
いは基板に形成した低屈折率の光学バッファ層上に高屈
折率の光導波層を設け、光導波層の表面は空気（低屈折
率層）とし、半導体レーザから放射されたレーザビーム
を光導波層に入力して導波させ、光導波層から出力させ
る。このとき、ＩＤＴ（inter−digital−transducer、
くし型電極）から光導波層に表面弾性波を発生させ、レ
ーザビームを偏向させる。レーザビームを光導波層に入
力又は出力させる結合は、グレーティングを用いること
が実用に供されている。
いは基板に形成した低屈折率の光学バッファ層上に高屈
折率の光導波層を設け、光導波層の表面は空気（低屈折
率層）とし、半導体レーザから放射されたレーザビーム
を光導波層に入力して導波させ、光導波層から出力させ
る。このとき、ＩＤＴ（inter−digital−transducer、
くし型電極）から光導波層に表面弾性波を発生させ、レ
ーザビームを偏向させる。レーザビームを光導波層に入
力又は出力させる結合は、グレーティングを用いること
が実用に供されている。
【０００３】基板にシリコンを用いる場合は、シリコン
基板上に光学バッファ層として熱酸化法によってＳｉＯ
2膜を形成し、このＳｉＯ2膜と光導波層との界面にグレ
ーティングを形成するのが通常である。この界面グレー
ティングは、所望の光学バッファ層に対応する膜厚を残
してＳｉＯ2膜をエッチングすることにより形成され
る。
基板上に光学バッファ層として熱酸化法によってＳｉＯ
2膜を形成し、このＳｉＯ2膜と光導波層との界面にグレ
ーティングを形成するのが通常である。この界面グレー
ティングは、所望の光学バッファ層に対応する膜厚を残
してＳｉＯ2膜をエッチングすることにより形成され
る。
【０００４】図４（Ｂ）はこのようにして形成されたグ
レーティング４６を示す。ＳｉＯ2膜は表面上でのエッ
チングレートのばらつきが比較的大きく、段差Ｄの精度
が悪いという問題点を有している。また、オーバーエッ
チングができず、グレーティング４６の側面形状を正確
な矩形に形成することが困難である。特に、グレーティ
ング４６の根元部にエッチング残り４６ａが生じる。こ
の種のグレーティングカプラに置いてはグレーティング
４６の段差Ｄの精度は結合効率に大きく影響し、側面形
状も結合効率に影響を与える。
レーティング４６を示す。ＳｉＯ2膜は表面上でのエッ
チングレートのばらつきが比較的大きく、段差Ｄの精度
が悪いという問題点を有している。また、オーバーエッ
チングができず、グレーティング４６の側面形状を正確
な矩形に形成することが困難である。特に、グレーティ
ング４６の根元部にエッチング残り４６ａが生じる。こ
の種のグレーティングカプラに置いてはグレーティング
４６の段差Ｄの精度は結合効率に大きく影響し、側面形
状も結合効率に影響を与える。
【０００５】そこで、本発明の目的は、界面グレーティ
ングを精度よく作製することができ、結合効率の高いグ
レーティング素子の製造方法を提供することにある。
ングを精度よく作製することができ、結合効率の高いグ
レーティング素子の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【発明の構成、作用及び効果】以上の目的を達成するた
め、本発明に係るグレーティング素子の製造方法は、シ
リコン基板上にＳｉＯ2膜を所望のグレーティング段差
に相当する膜厚に形成する第１の熱酸化工程と、前記Ｓ
ｉＯ2膜に所望のグレーティング形状をパターニングす
る工程と、前記シリコン基板上に所望の膜厚のＳｉＯ2
膜を形成する第２の熱酸化工程とを備えている。
め、本発明に係るグレーティング素子の製造方法は、シ
リコン基板上にＳｉＯ2膜を所望のグレーティング段差
に相当する膜厚に形成する第１の熱酸化工程と、前記Ｓ
ｉＯ2膜に所望のグレーティング形状をパターニングす
る工程と、前記シリコン基板上に所望の膜厚のＳｉＯ2
膜を形成する第２の熱酸化工程とを備えている。
【０００７】熱酸化工程では表面精度よくＳｉＯ2膜を
形成することができ、第１の熱酸化工程で形成されたＳ
ｉＯ2膜に対しては、ＳｉとＳｉＯ2とのエッチングレー
トの差を利用してシリコン基板でエッチストップをかけ
るまでパターニングを行う。これにて、段差の精度が高
く、側面精度の良好なグレーティングが形成される。第
２の熱酸化工程では光学バッファ層として機能するＳｉ
Ｏ2膜がシリコン基板上に形成される。
形成することができ、第１の熱酸化工程で形成されたＳ
ｉＯ2膜に対しては、ＳｉとＳｉＯ2とのエッチングレー
トの差を利用してシリコン基板でエッチストップをかけ
るまでパターニングを行う。これにて、段差の精度が高
く、側面精度の良好なグレーティングが形成される。第
２の熱酸化工程では光学バッファ層として機能するＳｉ
Ｏ2膜がシリコン基板上に形成される。
【０００８】本発明では、第１の熱酸化工程を行うこ
と、及びここで形成されたＳｉＯ2膜をオーバーエッチ
ングすることで段差の精度が高く、かつ、側面形状の正
確なグレーティングを形成することができ、結合効率の
高いグレーティング素子を得ることができる。
と、及びここで形成されたＳｉＯ2膜をオーバーエッチ
ングすることで段差の精度が高く、かつ、側面形状の正
確なグレーティングを形成することができ、結合効率の
高いグレーティング素子を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るグレーティン
グ素子の製造方法の実施形態について添付図面を参照し
て説明する。
グ素子の製造方法の実施形態について添付図面を参照し
て説明する。
【００１０】図１、図２は本発明方法によって作製した
グレーティングカプラを備えた光導波路デバイスを示
し、シリコン基板１０上に光学バッファ層としてのＳｉ
Ｏ2膜１５を介してＺｎＯからなる光導波層２０を成膜
し、ＳｉＯ2膜１５と光導波層２０との界面にグレーテ
ィング１６を形成したものである。
グレーティングカプラを備えた光導波路デバイスを示
し、シリコン基板１０上に光学バッファ層としてのＳｉ
Ｏ2膜１５を介してＺｎＯからなる光導波層２０を成膜
し、ＳｉＯ2膜１５と光導波層２０との界面にグレーテ
ィング１６を形成したものである。
【００１１】さらに、光導波層２０上にはＩＤＴ２５が
形成され、電源２６からこのＩＤＴ２５に印加される電
圧で連続的に周波数が変化する表面弾性波を光導波層２
０に発生させることで、導波光を偏向させる。
形成され、電源２６からこのＩＤＴ２５に印加される電
圧で連続的に周波数が変化する表面弾性波を光導波層２
０に発生させることで、導波光を偏向させる。
【００１２】図３はグレーティングカプラを作製するプ
ロセスを示す。まず、図３（１）に示すシリコン基板１
０の表面に、熱酸化法によりＳｉＯ2膜１６′を２，０
００オングストロームの厚さに成膜する（図３（２）参
照）。このＳｉＯ2膜１６’上にレジスト２３を塗布
し、フォトリソグラフィ法、電子線描画法、２光束干渉
法等でレジスト２３を所望のグレーティング形状に加工
する（図３（３）参照）。次に、リアクティブイオンエ
ッチング法によってＳｉＯ 2膜１６′を２，０００オン
グストロームの深さにエッチングする（図３（４）参
照）。このとき、ＳｉＯ2とＳｉとのエッチングレート
の差を利用してＳｉＯ2膜１６’を１０％以上オーバー
エッチングすることでグレーティング１６が形成され
る。
ロセスを示す。まず、図３（１）に示すシリコン基板１
０の表面に、熱酸化法によりＳｉＯ2膜１６′を２，０
００オングストロームの厚さに成膜する（図３（２）参
照）。このＳｉＯ2膜１６’上にレジスト２３を塗布
し、フォトリソグラフィ法、電子線描画法、２光束干渉
法等でレジスト２３を所望のグレーティング形状に加工
する（図３（３）参照）。次に、リアクティブイオンエ
ッチング法によってＳｉＯ 2膜１６′を２，０００オン
グストロームの深さにエッチングする（図３（４）参
照）。このとき、ＳｉＯ2とＳｉとのエッチングレート
の差を利用してＳｉＯ2膜１６’を１０％以上オーバー
エッチングすることでグレーティング１６が形成され
る。
【００１３】エッチングの条件は以下のとおりである。 ブラズマリアクティブイオンエッチング装置： 高周波電源：１３．５６ＭＨｚ（最大出力３００Ｗ） ガス流量：ＣＨＦ3＝１５（ＳＣＣＭ） プロセス圧：４０ｍＴｏｒｒ ＲＦパワー：１００Ｗ エッチング時間：３分 ＳｉＯ2とＳｉとの選択比：１２
【００１４】次に、バレル型のアッシング装置を用いて
レジスト２３を除去する（図３（５）参照）。さらに、
基板１０の表面に熱酸化法によりＳｉＯ2膜１５を８，
０００オングストロームの厚さに成膜する（図３（６）
参照）。ここで形成されるＳｉＯ2膜１５は光学バッフ
ァ層として機能し、ＳｉＯ2膜１５上にグレーティング
１６が形成されたことになる。次に、ＳｉＯ2膜１５上
にＺｎＯをスパッタ法等で成膜し、光導波層２０を形成
する（図３（７）参照）。
レジスト２３を除去する（図３（５）参照）。さらに、
基板１０の表面に熱酸化法によりＳｉＯ2膜１５を８，
０００オングストロームの厚さに成膜する（図３（６）
参照）。ここで形成されるＳｉＯ2膜１５は光学バッフ
ァ層として機能し、ＳｉＯ2膜１５上にグレーティング
１６が形成されたことになる。次に、ＳｉＯ2膜１５上
にＺｎＯをスパッタ法等で成膜し、光導波層２０を形成
する（図３（７）参照）。
【００１５】以上の方法で作製したグレーティングカプ
ラにおいて、グレーティング１６は図４（Ａ）に示す形
状に形成される。本実施形態における段差Ｄのばらつき
を５インチのウエハ上での位置ごとに測定したグラフを
図５に示す。点線が本発明例でのばらつきであり、実線
で示す従来例のばらつきに比べると、大きく改善されて
いることが明らかである。
ラにおいて、グレーティング１６は図４（Ａ）に示す形
状に形成される。本実施形態における段差Ｄのばらつき
を５インチのウエハ上での位置ごとに測定したグラフを
図５に示す。点線が本発明例でのばらつきであり、実線
で示す従来例のばらつきに比べると、大きく改善されて
いることが明らかである。
【００１６】リアクティブイオンエッチング法におい
て、エッチングレートの面内のばらつきが５インチウエ
ハで±５％程度である。それに比べて、熱酸化法での面
内のばらつきは±０．６％と極めて小さい。本実施形態
では、リアクティブイオンエッチング工程（図３（４）
参照）でＳｉＯ2とＳｉとのエッチングレートの差（選
択比）を利用してオーバーエッチングすることにより、
グレーティング１６の面内のばらつきを熱酸化工程での
ＳｉＯ2膜の膜厚ばらつき程度に抑えると共に、グレー
ティング１６を垂直性のよい形状としている。その結
果、設計どおりのグレーティング１６を得ることがで
き、光結合効率が向上する。
て、エッチングレートの面内のばらつきが５インチウエ
ハで±５％程度である。それに比べて、熱酸化法での面
内のばらつきは±０．６％と極めて小さい。本実施形態
では、リアクティブイオンエッチング工程（図３（４）
参照）でＳｉＯ2とＳｉとのエッチングレートの差（選
択比）を利用してオーバーエッチングすることにより、
グレーティング１６の面内のばらつきを熱酸化工程での
ＳｉＯ2膜の膜厚ばらつき程度に抑えると共に、グレー
ティング１６を垂直性のよい形状としている。その結
果、設計どおりのグレーティング１６を得ることがで
き、光結合効率が向上する。
【００１７】なお、本発明に係るグレーティング素子の
製造方法は前記実施形態に限定するものではなく、その
要旨の範囲内で種々に変更することができる。特に、グ
レーティングの形状は図４（Ａ）に示した矩形に限ら
ず、斜め方向からのイオンビームエッチング法等で形成
されるブレーズドグレーティングであってもよい。ま
た、グレーティングの平面上での形状も、リニアである
こと以外に、曲線形状としてフォーカシンググレーティ
ングカプラに適用してもよい。
製造方法は前記実施形態に限定するものではなく、その
要旨の範囲内で種々に変更することができる。特に、グ
レーティングの形状は図４（Ａ）に示した矩形に限ら
ず、斜め方向からのイオンビームエッチング法等で形成
されるブレーズドグレーティングであってもよい。ま
た、グレーティングの平面上での形状も、リニアである
こと以外に、曲線形状としてフォーカシンググレーティ
ングカプラに適用してもよい。
【００１８】また、本発明の製造方法はグレーティング
カプラに限らず、シリコン基板上にＳｉＯ2を材料とす
るグレーティングの製造であれば、広く適用することが
できる。即ち、 シリコン基板の表面を熱酸化法でＳｉＯ2膜を形成す
る ＳｉＯ2膜上にレジストを塗布し、フォトリソグラフ
ィ法でグレーティング形状に加工する リアクティブイオンエッチング法によってエッチング
する アッシング装置を用いてレジストを除去する シリコン基板の表面を熱酸化法でＳｉＯ2膜を形成す
る という工程によって、ＳｉＯ2のグレーティングを作製
する。構成は図３の（６）と同じである。各工程の条件
は前述の条件にほぼ同じである。作製されたグレーティ
ングをシリコン基板から取り外せば、透過型回折光学素
子になるし、グレーティングにＡｌをコートして反射型
回折素子として使うこともできる。本発明の製造方法に
よるグレーティングはいずれも段差の精度が高く、側面
形状が正確なグレーティングになる。
カプラに限らず、シリコン基板上にＳｉＯ2を材料とす
るグレーティングの製造であれば、広く適用することが
できる。即ち、 シリコン基板の表面を熱酸化法でＳｉＯ2膜を形成す
る ＳｉＯ2膜上にレジストを塗布し、フォトリソグラフ
ィ法でグレーティング形状に加工する リアクティブイオンエッチング法によってエッチング
する アッシング装置を用いてレジストを除去する シリコン基板の表面を熱酸化法でＳｉＯ2膜を形成す
る という工程によって、ＳｉＯ2のグレーティングを作製
する。構成は図３の（６）と同じである。各工程の条件
は前述の条件にほぼ同じである。作製されたグレーティ
ングをシリコン基板から取り外せば、透過型回折光学素
子になるし、グレーティングにＡｌをコートして反射型
回折素子として使うこともできる。本発明の製造方法に
よるグレーティングはいずれも段差の精度が高く、側面
形状が正確なグレーティングになる。
【図１】本発明方法で作製したグレーティングカプラを
備えた光導波路デバイスを示す斜視図。
備えた光導波路デバイスを示す斜視図。
【図２】本発明方法で作製したグレーティングを示す断
面図。
面図。
【図３】本発明に係る製造方法の一実施形態の工程説明
図。
図。
【図４】グレーティングの断面図、（Ａ）は本発明例、
（Ｂ）は従来例を示す。
（Ｂ）は従来例を示す。
【図５】グレーティング段差のばらつきを示すグラフ。
１０…シリコン基板 １５…ＳｉＯ2膜（光学バッファ層） １６…グレーティング ２０…光導波層
Claims (2)
- 【請求項１】 シリコン基板の上にＳｉＯ2を材料とす
るグレーティングを作製するグレーティング素子の製造
方法において、 シリコン基板上にＳｉＯ2膜を所望のグレーティング段
差に相当する膜厚に形成する第１の熱酸化工程と、 前記ＳｉＯ2膜に所望のグレーティング形状をパターニ
ングする工程と、 前記シリコン基板上に所望の膜厚のＳｉＯ2膜を形成す
る第２の熱酸化工程と、 を備えたことを特徴とするグレーティング素子の製造方
法。 - 【請求項２】 シリコン基板に形成されたＳｉＯ2膜上
にグレーティングを形成し、さらに光導波層を積層した
グレーティング素子の製造方法において、 シリコン基板上にＳｉＯ2膜を所望のグレーティング段
差に相当する膜厚に形成する第１の熱酸化工程と、 前記ＳｉＯ2膜に所望のグレーティング形状をパターニ
ングする工程と、 前記シリコン基板上に所望の光学バッファ層に対応する
膜厚のＳｉＯ2膜を形成する第２の熱酸化工程と、 を備えたことを特徴とするグレーティング素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8634098A JPH11281836A (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | グレーティング素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8634098A JPH11281836A (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | グレーティング素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11281836A true JPH11281836A (ja) | 1999-10-15 |
Family
ID=13884133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8634098A Pending JPH11281836A (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | グレーティング素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11281836A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109031534A (zh) * | 2018-08-28 | 2018-12-18 | 中山大学 | 一种热调谐光栅耦合器 |
-
1998
- 1998-03-31 JP JP8634098A patent/JPH11281836A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109031534A (zh) * | 2018-08-28 | 2018-12-18 | 中山大学 | 一种热调谐光栅耦合器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040220 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040309 |
|
| A02 | Decision of refusal |
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