JPS6294936A - ドライエツチング方法 - 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】 〔発明の技術範囲〕 本発明はドライエッチング方法、さらに詳細には、光集
積回路などのように積層構造を有する回路部品の製造に
有効なドライエッチング方法に関する。

〔発明の技術的背景〕

近年、光集積回路、３次元集積回路などのように大きな
段差および積層構造を有する回路部品の研究が活発化し
ている。これに伴って、段差、積層構造のある基板の加
工は、従来からあるフォトリソ技術では対応しきれなく
なっており、これに適した精密加工方法開発が必要にな
っている。たとえば、光通信、光情報処理の分野で光集
積回路が期待されている。石英系、光導波路と受発光素
・子とを複合一体化した石英系光導波回路は、光集謳回
路の有効な実現手段である（たとえば特願昭５９−１６
７６７７号、ｈ、にａｗａｃｂｉ　ｅｔ　　ａｌ、［Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｒｒ、、２１，３１４．　　　（
１９８４））　　。

この石英系先導波回路は、従来は多モード用光回路への
適用が検討され、たとえば第１図のようにリッジ状光回
路が制作されてきた。第１図はリッジ状光回路を示す斜
視図であり、図中、１は基板、２は光導波路、３はファ
イバガイド、４はレーザガイド、５は受光素子ガイド、
６はファイバ、７は半導体レーザ、８は微小反射鏡、９
はアバランシュフォトダイオードである。

このような光回路の光導波路２、ファイバガイド３、レ
ーザガイド４、受光素子ガイド５を形成するにあたって
は、第２図に示すような１枚のフォトマスクパターン１
０を用いたドライエッチングにより不要部分の石英系光
導波膜を除去することによって形成させることができる
。光導波路２と、ガイド３．４．５の位置はフォトマス
クパターン１０によって定まっているので、プロセス途
中での一光導波路２とガイド３．４．５との間の位置合
わせは必要ではなく、高い精度で位置合わせが自動的に
実現できる。

ところで、石英系光導波回路を単一モード系に適用する
場合にあっては、第１図に示す光回路のようにリッジ状
ではなく、クラッド層を厚く形成して、第３図のように
コアを埋め込む構造をとることが望まれる。これは単一
モード系の場合には光電界のクラッド層へのしみ出しが
多くなるため、厚いクラッド層を必要とするためである
。すなわち、基板１上に導波路バッファ層２ｂを形成し
、このバッファ層２ｂ上にコア２ａを形成するとともに
、このコア２ａおよびバッファ層２ｂの廻りを厚いクラ
ッド層２ｃで覆って前記コア２８などを埋め込んだ構造
になっている。

このような埋め込み式の光導波回路を製造する場合、従
来は、ガイドと光導波路を１枚のフォトマスクを用いて
同時に製造することはできず、第４図（ａ）から（ｅ）
に示すよな工程に基づき製造していた。

まず、第４図（ａｌに示すように基板１上に形成した石
英系先導波膜２゛にフォトマスクパターン１０ａを用い
たフォトリソグラフィ技術により、マスクパターンを形
成する。なお２１はマスク材である。

次ぎにドライエッチングにより先導波路２を形成しく第
４図（ｂ））、その上に埋め込みクラッド層２Ｃを形成
するとともに（第４図（ｃ））、埋め込みクラット’Ｒ
２ｃで埋め込まれた光導波路２上に、再びマスク材２１
を形成し、フォトマスクパターン１０ｂによりガイド部
２ｄをパターン化する（第４図（ｄ））。

さらに、前記クラッド層２ｃをドライエッチングするこ
とによって光導波路２へのファイバ接続用ガイド２ｄを
形成する（第４図（ｅ））。

このような工程において、第４図（ｄ）に示された工程
においては、ガイドパターン１０ｂを、既に形成された
光導波路２の位置に対し、誤差１μｍ以内の精度で設け
てパターン化する必要がある。しかしながら、前記クラ
ッド層２ｃ上には既にマスクサナ第２１が積層されてい
るため下層に形成されているこのため従来のドライエッ
チング工程では、ガイドと導波路との精密な位置合わせ
を行うことは極めて困難であった。

〔発明の概要〕

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、たとえば
埋め込み石英系光導波路のように、積層構造を有する回
路部品を加工するに際し１．上層構造と下層構造とを精
度良好に位置合わせ可能なドライエッチング方法を提供
することを目的とするものである。

したがって、本発明によるドライエッチング方法は、第
一の被加工材料表面に所望パターンの埋め込みマスクを
形成したのち、エッチングして不要部分を除去して第一
被加工材料表面に下層構造を形成し、前記埋め込みマス
クを残存させたままこの第一被加工材料表面上に第二の
被加工材料を、、積層形成するとともに、前記第二被加
工材料に所、δもパターンの表面マスクを形成し、この
表面マスクと埋め込みマスクをマスクとしてエッチング
して、不要部分を除去することにより、第一加工材料お
よび第二加工材料表面に所望構造を形成することを特徴
とするものである。

本発明によれば、積層構造を有する、たとえば回路部品
をエッチングするにあたり、マスク材を表面に形成する
のみならず、上層の第二被加工材科と下層の第二被加工
材料との間にもマスク材を形成し、これらの表面マスク
および埋め込みマスクを用いて上層および下層を一括し
てドライエッチングにより加工することができ、このた
め上層構造および下層構造を精度良好に位置合わせ可能
になる。

〔発明の詳細な説明〕

第５図は本発明によるドライエッチング方法をガイド付
埋め込み石英光導波路の製造に適用したときの工程の一
例を示すものであり、図中、３１はアモルフォスＳｉ　
（ａ−Ｓｉ）マスク、３２はＣｒマスクを示し、第４図
と同一の符合は同様なものを示している。

゛　まず、第５図（ａｌに示すように、基板１上に石英
系導波路用薄膜２′を形成するとともに、光導波路およ
びガイド形状にマスクをパターン化する。この実施例に
おいては、光導波路を形成する部分のマスク材としてア
モルフォスＳｉ　（ａ　＝Ｓｉ）マスク３１を用い、ガ
イド部分を形成する部分にはアモルフォスＳｉ　（ａ　
　Ｓｉ）マスク３１にＣｒマスク３２を積層したものを
用いている。

次ぎにアモルフォスＳｉ　（ａ−３ｉ）マスク３１およ
びＣｒマスク３２をマスクとして反応性イオンエッチン
グを行い、前記石英系光導波膜２“の不要部分を除去し
く第５図（ｂ））、光導波路２およびガイド部２ｄを形
成する。このときガイド部２ｄ上のマスクはアモルフォ
スＳｉ　（ａ−Ｓｉ）マスク３１とＣｒマスク３２の二
層になっているので、エッチング終了時において、光導
波路２上のマスクよりも、ガイド部２ｄ上のマスクより
もマスク厚が厚くなっている。こ、のため、エッチング
終了後、導波路２上のアモルフォスＳｉ　（ａ−５ｉ）
マスク３１を除去し、一方ガイド部２ｄ上のマスク３１
を残存させたままにしておくことが可能になる。なお、
導波路２上のアモルフォスＳｔ　（ａ−５ｉ）マスク３
１を除去するために、たとえば反応性イオンエッチング
法を用いることができる。

次ぎに、その」−にクラッド層２ｃを形成し、全体を埋
め込む（第５図（Ｃ））。このクラッドｉ２ｃば、たと
えば５ｉＣＩ４　、ＴｉＣｌ４などの原料ガスを酸水素
炎中で加水分解し、前記基板１上にガラス微粒子を堆積
させ、この後、電気炉中で高温にして透明ガラス化する
方法〔特願昭５８−１４７３号、Ｍ、Ｋａｗａｃｈｉ　
ｅＬ　ａｌ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｌｅｔｔ、、１９　　
（１９８３）　、５８３）によって形成することが可能
である。このようにクラッド層２ｃを形成することによ
り、ガイド部２ｄはマスク３１を装着したまま、クラッ
ドＮ２ｃに埋め込まれ、埋め込みマスク３１ａ　となる
。

このようにクラフト層２ｃを形成した後、少なくとも導
波路２上面を覆うが、ガラス部２ｄ上面は１入・ セないように、アモルフォスＳｉ　（ａ−Ｓｉ）マスク
−′・７ ３１を形成（第５図（ｄ））　Ｌ、反応性イオンエッチ
ングを行い、マスク３１の形成されていないクラッド層
２０部分を除去する（第５図（ｅ））。このとき、ガイ
ド部２ｄ上には埋め込みマスク３１ａが形成されている
のでガイド部２ｄまでエッチング除去されることはない
。この結果、基板１上にガイド２ｄを有し、かつコア２
ａがクラッド層２ｃに埋め込まれたガイド付埋め込み光
導波路を形成できる。

上記実施例において、第５図（ａｌの工程におけるアモ
ルフォスＳｉ　（ａ　　Ｓｉ）マスク３１およびＣｒマ
スク３２を形成する方法としては、たとえば第６図に示
した方法を用いることができる。

第６図において、３１’　はアモルフォスＳｉ膜、３２
゛　はＣｒ膜、４０．４１はフォトマスク、３３はフォ
トレジストパターンである。

まず第６図（ａ）に示すように基板１上に光導波膜２゛
を形成したのち、アモルフォスＳｉ膜３１′　を全面に
形成したのち、フォトマスク４０を用いて、リフトオフ
法によりＣｒマスク膜３２”を形成する。

成する。このフォトマスク４１には、光導波路部分とガ
イド部分が描かれており、したがって加工プロセス中で
ガイドと導波路との位置合ねせを行う必要がなく、自動
的に高精度の位置合わせが実現できる。なお、ここでは
ガイドパターンはＣｒ膜３２゛上に、導波路パターンは
アモルフォスＳｉ膜３１゜上に形成されるように、若干
の位置合わせが必要であるが、下層のＣｒパターンが単
純な形状であり、位置づれの許容量も大きいので極めて
容易である（第６図（ｂ））。

次ぎにレジストパターン３３をマスクとして不要部分の
Ｃｒ膜３２゛　を除去し、ガイド部２ｄのみＣｒ膜３２
”が残るようにする（第６図（Ｃ））。最後にこのレジ
ストパターン３３をマスクとして反応性イオンエッチン
グにより不要部分のアモルフォスＳｉ膜３１゜を除去す
ることにより、第５図（ａ）の状態を形成することが可
能である。

また、上述の実施例における第５図（ｄｌの工程におい
て、導波路２上部にのみ、アモルフォスＳｉ　（ａ　−
５ｉ）マスク３１を形成し、ガイド２ｄ上部にはアモル
フォスＳｉ　（ａ−３ｉ）マスクが形成されないように
するためには、たとえば第７図に示す方法を用いるとよ
い。

第７図は、第５図および第６図を側面より見た図である
が、まず始めに第７図（ａ）にように、第５［ｍ　（Ｃ
＋の状態のクラッド層２Ｃ上にアモルフォスＳ＋膜３１
゛　を形成する。この結果、資料情報より埋め込みＳｉ
マスク３１ａを直接目視できなくなる。しかしガイド部
２ｄとして充分大きなパターンを形成しておくと、クラ
フト層２ｃを形成した場合、表面は平坦にならず、ガイ
ド部分２ｄに若干の盛り上がりを生じる。したがって、
これを目印としてレジスト膜３３を塗布したのち、フォ
トマスク４０を用いて位置合わせを行い、フォトリソ技
術を適用すると、第７図ｆｂ）のように導波路２上邪の
みにレジストマスク３３が形成される。このときフォト
マスク４０の位置づれ許容量は充分大きいので、上述の
ような手段でフォトマスク４０を設けても差支えがない
。

、また基板表面の段差の影響も問題にならない。

二→、 す、第５図（ｄｌの状態を実現できる。

このように本発明によれば、高い位置精度を有するガイ
ド付埋め込み導波路が容易に製造できるという利点を生
じる。

なお、この実施例においては、マスク材としてレジスト
、アモルフォスＳｉ　（ａ−Ｓｔ）およびＣｒ膜の３種
類を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない
。このようなマスク材としては、ドライエッチングプロ
セスで、被加工材料、たとえば石英に対し充分なエッチ
ング選択比を有し、かつパターン化可能なものであれば
いかなるものでもよい。前述のような光導波路を製造す
る場合にあっては、ガラス透明化温度にさらされても安
定であり、ガラス中に拡散しない材料であるのが好まし
い。

いずれにしても、このようなマスク材は、被加工材料の
種類などを勘案し、機能的に選択するのがよい。

このように、本実施例においては、ガイド付埋め込み導
波路制作するにあたり、ガイド上にマスクを装着したま
ま、上部Ｃｒ層を積層して、前記マスクを埋め込み、こ
れを埋め込みマスクとしてＣｒ層表面に形成した表面マ
スクとともに、ドライエッチングにより一括加工可能で
あり、このため、従来困難であったガイドと埋め込み導
波路の精密位置合わせが容易に達成できた。

第９図は、本発明によるドライエッチング方法の他の実
施例の工程を示す図であり、第８図における光導波路を
製造するためのものである。

第８図は、第９図に示される工程によって製造された２
層積層光導波路の斜視図であり、図中、５０は下層先導
波路、５１はそのコア層、６０は上層先導波路、６１は
そのコア層、６２はクラフト層である。

この図より明らかなように、基板１上の図における長手
方向にコア層５１を有する光導波路５０が平行に複数設
けられており、この光導波路５０に直角にクラッド層６
２上にコア層６１を形成した上層光導波、路６０が複数
設けられている。

ア層５１を形成するためのコア膜５１ａを形成して下層
先導波路５０となる部分５０ａを形成する（第７図（ａ
））。

次ぎに、所定形状のパターンを有するフォトマスクマス
ク７０とマスク材２１を用い、ドライエッチングによっ
て下層光導波路５０を形成する（第７図（ｂ））。

さらに、上層先導波路６０を構成するクラッド層６２ａ
、コア層６１ａ、クラッド層６２ａを順次積層して上層
光導波路６０を形成する層６０ａを設ける（第９図（Ｃ
））。このとき、下層先導波路６０上に設けられたマス
ク２１はそのまま埋め込まれ、埋め込みマスク２１ａ　
となる。

次ぎに上層先導波膜層６０ａの表面上に所定パターンを
有するフォトマスクマスク７１によって上層光導波路パ
ターン形状に、前記上層導波膜層６０ａ上に設けられて
マスク材２１を加工する（第９図ｆｄｌす・ −や、 νこのように構成したのち、前記上層光導波膜層６０ａ
に形成したマスク２１および埋め込みマスク２１−ａを
マスクとしてドライエッチングを行い、不要部分を除去
することにより、第８図に示した２層積層先導波路を製
造できる。

なお、この実施例において、第９図（ｄｉの工程で、下
層構造に合わせて上層構造パターンの若干のマスク合わ
せが必要であるが、この場合でもマスク合わせの誤差許
容量は大きく、前記マスク合わせは容易に行うことが可
能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のドライエッチング方法に
よれば、表面に形成したマスクと下層構造上に形成し、
埋め込んだマスクとの２層のマスクを用い、ドライエッ
チングにより上層および下層構造を一括して形成できる
という利点があり、従来の方法で困難であった大きな段
差あるいは積層構造を有する回路部品の制作が容易に行
えるという利点がある。したがって、本発明によるドラ
イエッチング方法は、特におきな段差を生じる光集積回
路の制作に有利である。

図面の簡単な説明 第１図は、従来の石英系光導波回路の斜視図、第２図は
前記第１図の光導波回路を製造するために用いるフォト
マスクパターンを示す図、第３図は埋め込み導波路の断
面図、第４図は従来のガイド付埋め込み導波路の製造工
程を示す図、第５図は本発明によるドライエッチングの
一実施例の工程を示す工程図、第６図はガイドおよび光
導波路形状にマスク材をパターン化する工程図、第７図
は導波路上部にのみマスクを形成する工程を説明するた
めの工程図、第８図は２層積層光導波路の斜視図、第９
図は本発明によるドライエッチング方法の他の実施例の
工程図である。

１　・・・基板、２　・・・先導波路、２ｄ・・・ガイ
ド部、３１・・・マスク、３１ａ　　・・・埋め込みマ
スク。

出願人代理人　　雨　宮　　正　子 弟１図 第３図 第４図 第５図 第５図 第６図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第一の被加工材料表面に所望パターンの埋め込み
   マスクを形成したのち、エッチングして不要部分を除去
   して第一被加工材料表面に下層構造を形成し、前記埋め
   込みマスクを残存させたままこの第一被加工材料表面上
   に第二の被加工材料を積層形成するとともに、前記第二
   被加工材料に所望パターンの表面マスクを形成し、この
   表面マスクと埋め込みマスクをマスクとしてエッチング
   して不要部分を除去することにより、第一加工材料およ
   び第二加工材料表面に所望構造を形成することを特徴と
   するドライエッチング方法。