WO2004074890A1 - 光導波路デバイスの製造方法および光導波路デバイス - Google Patents

光導波路デバイスの製造方法および光導波路デバイス Download PDF

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WO2004074890A1
WO2004074890A1 PCT/JP2003/001728 JP0301728W WO2004074890A1 WO 2004074890 A1 WO2004074890 A1 WO 2004074890A1 JP 0301728 W JP0301728 W JP 0301728W WO 2004074890 A1 WO2004074890 A1 WO 2004074890A1
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optical waveguide
core layer
waveguide device
manufacturing
etching
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Hidehiko Nakata
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Fujitsu Limited
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
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    • G02B2006/12083—Constructional arrangements
    • G02B2006/121—Channel; buried or the like

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide device and an optical waveguide device, and more particularly to a method for manufacturing a planar optical waveguide (Planner Light-wave Circuit) used in the optical communication field.
  • a planar optical waveguide Plant Light-wave Circuit
  • the core diameter for satisfying the single mode condition is small, and the spot size is also smaller than that of the optical fiber. There is a problem that connection loss increases.
  • Patent Document 1 This is a technology that gradually reduces the core diameter in the longitudinal direction of the core.
  • the spot size changes abruptly at the joint where the core diameter becomes smaller, radiation loss occurs at this portion and excess loss at the time of spot size conversion becomes large. Also, many manufacturing processes are not suitable for cost reduction.
  • Patent Document 2 is a technology in which the core diameter is reduced in a tapered (slope) shape, and as described above, the core system is reduced in a stepwise manner. Excess loss at the time of spot size conversion can be reduced as compared with the case where the distance is larger.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view of an optical waveguide with a spot size conversion unit according to the above-described known technology
  • FIGS. 15A to 15E are schematic cross-sectional views showing a method of manufacturing the optical waveguide shown in FIG.
  • FIGS. 16A to 16E show schematic top views corresponding to the steps shown in FIGS. 15A to 15E, respectively.
  • an optical waveguide 100 with a spot size conversion part includes a core 101 made of quartz material and claddings 104, 105 made of a silicon substrate 1.
  • 0 3 is an optical waveguide having a core near the end face 106 of the optical waveguide
  • a part of 101 is machined (tapered) so as to include a tapered portion (spot size converting portion) 102 whose width and thickness gradually decrease as it approaches the end face 106.
  • the optical waveguide 100 with the spot size converter is manufactured as follows. That is, first, as shown in FIG. 15A, a quartz-based film is formed as a lower cladding 104 and a core layer 112 on a silicon substrate 103. At this time, a metal film (metal mask) 107 is buried in the core layer 112 in order to change the thickness of the core layer 112 into a step shape in a later step. This metal film 107 is formed 1.5 ⁇ above the interface with the lower cladding 104, and has a tapered shape whose width gradually decreases toward the tip as shown in FIG. 15A. Form as
  • the core layer 111 is formed by reactive ion etching (RI ⁇ ).
  • Step 2 is etched to form a stepped core 101 having a tapered portion 113 at the tip.
  • the metal film 107 serves as an etching stop layer and the core 107 A step-like step is formed in a part of 1.
  • a metal film (metal mask) 109 is formed on the core 1 except for a portion 113 which is tapered.
  • a quartz-based film 111 with a thickness of about 2 to 3 m is formed on the entire surface by atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD). .
  • APCVD atmospheric pressure chemical vapor deposition
  • the quartz-based film 111 is reflowed by heat to form the core 101 so that the steps of the core 101 are smoothly filled, and further the tapered region of the core 101 is included on the quartz-based film 111.
  • Form a mask At this time, a good reflow shape can be obtained by annealing at a temperature of 800 ° C. or more.
  • the taper portion 113 of the core 101 is masked to remove the excess quartz-based film other than the taper portion 113 by etching. .
  • a spot size converter 102 whose width and thickness smoothly change in a tapered shape is obtained.
  • the present invention has been made in view of such problems, and has a spot size conversion unit for converting a spot size with low loss by gradually reducing a waveguide diameter (core diameter) into a taper (slope) shape.
  • the purpose is to enable optical waveguides to be manufactured in a very simple and low-cost process.
  • Patent Document 2
  • a method for manufacturing an optical waveguide device of the present invention is a method for manufacturing an optical waveguide device having a core layer and a cladding layer surrounding the core layer, wherein the first cladding layer A core layer having a predetermined pattern formed thereon, and an etching mask having a mask pattern for changing an etching rate in a specific direction of the part is formed in a region excluding a part of the core layer, and the etching mask is used as a mask. It is characterized in that the core layer is partially etched. Here, it is preferable to form the etching mask after forming the core layer.
  • the etching mask is removed, and a second cladding layer is formed on the core layer and the first cladding layer. Further, as the above-mentioned etching mask, the opening degree in the width direction of the core layer is gradually increased along the pattern of the core layer from the part where the taper shape whose thickness changes in the specific direction is desired to be formed in the core layer. It is preferable to form a mask pattern that becomes large.
  • the etching mask is preferably formed of a photosensitive resin, and the minimum value of the opening degree is preferably set to be equal to or less than the resolution of photolithography. It is preferable to set the width to be equal to or larger than the width of the layer.
  • the thickness of the etching mask is preferably 10 m or more.
  • RIE reactive ion etching
  • a gas containing 38 or 48 it is preferable to use RIE with a predetermined etching gas, and more preferably, to use a gas containing 38 or 48.
  • the core layer is preferably formed to have a tapered shape in the width direction so as to have a square cross-sectional shape.
  • a semi-transparent portion may be provided such that the amount of light transmission gradually increases from the portion where the mask pattern starts opening to the direction in which the opening becomes wider. It is preferable that the light transmittance is changed by arranging a minute rectangular pattern having a side of 1 m or less and changing its density.
  • the optical waveguide device of the present invention is characterized in that both the core layer and the cladding layer have portions whose thickness changes in the specific direction by the above-described method for manufacturing an optical waveguide device.
  • FIGS. 1A to 1C, 2A to 2C, 3A to 3C, and 4A to 4C respectively show the manufacture of the planar optical waveguide device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a method.
  • 5A to 5C, 6A to 6C, 7A to 7C and 8A to 8C show a method of manufacturing a planar optical waveguide according to the second embodiment of the present invention, respectively. It is a schematic diagram for demonstrating.
  • FIGS. 2C, 13A, and 13B are schematic diagrams for explaining a method of manufacturing a planar optical waveguide according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view of a conventional optical waveguide with a spot size converter.
  • FIGS. 15A to 15E are schematic cross-sectional views showing a method for manufacturing the optical waveguide shown in FIG. 14 for each step.
  • FIGS. 16A to 16E are schematic top views corresponding to the steps shown in FIGS. 15A to 15E.
  • FIGS. 1A to 1C, 2A to 2C, 3A to 3C, and 4A to 4C respectively show the manufacture of the planar optical waveguide device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A and 1B are side views of the planar optical waveguide device corresponding to the arrow D in FIG. 1C
  • FIG. 1C is a top view of the planar optical waveguide device in the process of being manufactured.
  • 2A, 2B, and 2C are a cross-sectional view taken along line AA, a line B-B, and a line C-C in FIG. 1C, respectively.
  • 3A, 3B, and 3C are cross-sectional views corresponding to FIGS. 2A, 2B, and 2C, respectively, and FIGS. 4A, 4B, and 4C are also FIGS.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view corresponding to FIGS. 2B and 2C.
  • planar optical waveguide having a taper (slope) shape as a spot size converter in the thickness direction of the core
  • plane optical waveguide a method of manufacturing a planar optical waveguide device having a taper (slope) shape as a spot size converter in the thickness direction of the core
  • an under cladding layer (first cladding layer) 1 is formed of a quartz-based layer film on a substrate such as a silicon (Si) substrate, and a quartz-based layer film is further formed thereon.
  • a quartz-based layer film is further formed thereon.
  • the core layer 2 As a method for forming the under cladding layer 1 and the core layer 2, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition), FHD (Flame Hydrolysis Deposition), sputtering, or the like can be used.
  • a quartz substrate is used for the substrate in order to match the thermal expansion coefficient with the optical waveguide manufactured on the substrate.
  • the quartz substrate may also serve as the sander / cladding layer 1 in some cases.
  • an optical waveguide structure is formed according to the following steps.
  • an etching mask 3 for forming a predetermined core pattern on the core layer 2 is formed.
  • the method of manufacturing the pattern of the etching mask 3 is as follows. A film of methanol polyimide or the like is formed on the core layer 2, a photoresist is applied thereon, and patterning is performed. A two-layer mask method in which the underlying metal polyimide or the like is etched, or a single-layer mask method in which a photoresist having high heat resistance is applied on the core layer 2 and the photoresist is used as an etching mask 3 Can be applied.
  • FIG. 1A an etching mask 3 for forming a predetermined core pattern on the core layer 2 is formed.
  • the method of manufacturing the pattern of the etching mask 3 is as follows. A film of methanol polyimide or the like is formed on the core layer 2, a photoresist is applied thereon, and patterning is performed. A two-layer mask method in which the underlying metal polyimide or the like is etched, or
  • etching mask 3 As a mask, using the etching mask 3 as a mask, a part of the core layer 2 and the under cladding layer 1 is etched by RIE using an etching gas, and then the remaining etching mask 3 is removed. Remove. As a result, a core pattern 4 corresponding to the pattern of the etching mask 3 (a linear waveguide in FIG. 1C) Is formed.
  • a fluorine-based gas for example, a fluorine-based gas (CF4, C3F8, C4F8, etc.) is used.
  • a taper shape (hereinafter referred to as a vertical taper shape) in a direction perpendicular to the substrate (or the under cladding layer 1) (the thickness direction of the core layer 2).
  • the shape is such that the opening of the mask becomes gradually larger than the width of the core pattern 4 in the direction that you want to engrave deeply as a vertical taper shape.
  • An etching mask 5 (shaded portion) is formed.
  • the etching mask 5 for example, a photosensitive resin (a photosensitive polyimide photoresist) that can be easily formed by spin coating and photolithography is suitable. It is desirable that the thickness of the etching mask 5 be not less than 10 IX m so that an etching rate difference due to a pattern effect is efficiently generated in the etching in the next step.
  • a photosensitive resin a photosensitive polyimide photoresist
  • etching is not performed using the etching mask 5 as a mask, and the core layer 2 and the under cladding layer 1 are etched until the thickness of the core layer 2 becomes a desired thickness at a position where the opening degree of the etching mask 5 is the largest. I do.
  • an etching mask (hereinafter, also simply referred to as a “mask”) may be used as long as the etching rate varies depending on the shape (opening degree) of the shape 5 (5 Etching and dry etching, May be shifted).
  • RI ⁇ has good controllability of etching in the depth (thickness) direction, and has a pattern effect called a microloading effect.
  • the narrow portion of the opening portion of the mask 5 is etched by the microloading effect as shown in FIGS. 3A to 3C due to the pattern effect of the mask 5. Since the microloading effect decreases and the etching rate increases as the opening becomes wider, the core layer 2 where the opening of the etching mask 5 is narrower after RIE becomes thicker and the opening of the etching mask 5 becomes wider after RIE. Core layer 2 A thin vertical taper shape is formed.
  • the core layer 2 and the under cladding layer 1 are also etched to the same extent as the core layer 2, so that the under cladding layer 1 and the mask 5 Has a vertical tapered shape in the direction in which
  • both the core layer 2 and the (clad) cladding layer 1 have portions where the thickness changes in a specific direction (the longitudinal direction of the core pattern 4). It is formed.
  • Such a vertical tapered shape of the clad layer 1 can be confirmed as a boundary between the clad layers 1 and 6 by a microscope or the like even if the over clad layer 6 is formed in a later step.
  • fluorine-based gas is generally used to RIE a quartz-based film, but in order to effectively extract the micro-loading effect, C / F such as C 3 F 8 or C 4 F 8 is used as an etching gas. It is preferable to use a gas having a high F ratio (ratio of carbon to fluorine). Also, if a small amount of oxygen is added, the magnitude of the microphone opening loading effect can be adjusted, so that a small amount of oxygen may be added to obtain a desired shape.
  • the remaining etching mask 5 is removed by oxygen ashes or the like, and as shown in FIGS. 4A to 4C, an over cladding layer 6 is formed and the core pattern 4 is embedded. Note that, for example, C V D, F H D, and sputtering are also used to form the over-cladding layer 6.
  • a planar optical waveguide having the vertical tapered core pattern 4 as a spot size converter is manufactured.
  • the etch mask 5 may be formed before the formation of the core pattern 4.However, since the formation of the core pattern 4 after the formation of the etching mask 5 becomes difficult in terms of accuracy, the shape of the core pattern 4 After formation is preferred.
  • the etching mask 5 having the mask pattern in which the opening gradually increases from the portion of the core pattern 4 where the tapered shape is to be formed,
  • the difference in etching rate due to the microloading effect during RIE is used to form the vertical tapered core pattern 4 in a very simple process. It is possible to
  • 5A to 5C, 6A to 6C, 7A to 7C, and 8A to 8C show a method of manufacturing a planar optical waveguide according to the second embodiment of the present invention, respectively. It is a schematic diagram for demonstrating.
  • 5A and FIG. 5B are side views of the planar optical waveguide corresponding to the views in the direction of arrow D in FIG. 5C
  • FIG. 5C is a top view of the planar optical waveguide in the course of manufacturing.
  • 6A, 6B, and 6C are a sectional view taken along the line AA, a sectional view taken along the line BB, and a sectional view taken along the line CC in FIG. 5C, respectively.
  • FIGS. 7A, 7B, and 7C are cross-sectional views corresponding to FIGS. 6A, 6B, and 6C, respectively, and FIGS. 8A, 8B, and 8C are also FIGS.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view corresponding to FIGS. 6B and 6C.
  • a film is formed on a substrate such as a silicon (Si) substrate by using a film forming method such as CVD, FHD, or sputtering.
  • the under cladding layer 1 is formed of a quartz-based layer film, and the core layer 2 is further formed thereon with a quartz-based layer film.
  • a quartz substrate may be used as the substrate in order to match a thermal expansion coefficient with an optical waveguide manufactured on the substrate.
  • the quartz substrate is under In some cases, it also serves as the cladding layer 1.
  • an etching mask 3a for forming a predetermined core pattern on the core layer 2 is formed.
  • a metal-polyimide film or the like is formed on the core layer 2, a photoresist is applied thereon, and pattern junging is performed.
  • a layer mask method or the like can be applied, however, in this embodiment, as shown in FIG.
  • the etching mask 3a is patterned so as to obtain a tapered core pattern gradually tapering toward the end face 7 of the cut size converter.
  • the narrowing ratio is matched with the vertical taper shape to be finally formed, and the core cross-sectional shape of the tapered portion is adjusted to be almost square anywhere.
  • the core pattern 4a according to the pattern of the etching mask 3a (in FIG. 5C, a tapered waveguide (hereinafter referred to as a horizontal tapered shape) whose width gradually decreases toward the end face 7 of the spot size conversion portion.
  • a fluorine-based gas CF 4, C 3 F 8, C 4 F 8, etc.
  • the core pattern 4a other than the portion where the vertical taper shape is to be formed is masked, and a vertical taper shape is formed in a direction in which deep engraving is desired. Then, an etching mask 5 (shaded portion) having a width larger than the width of the core pattern 4 and gradually increasing the opening of the mask is formed.
  • etching is performed by RIE or the like using the etching mask 5 as a mask, and the opening degree of the etching mask 5 is the largest.
  • the core layer 2 and the underclad layer 1 are etched until the desired thickness is obtained.
  • the pattern effect of the mask 5 narrows the opening of the mask 5, and in some cases, the etching rate is slowed by the microphone opening loading effect, and the micro opening effect is reduced as the opening becomes wider. Since the etching rate becomes faster, the core layer 2 where the opening of the etching mask 5 is narrow is thicker after RIE, and the core layer 2 becomes thinner as the opening of the etching mask 5 becomes wider. Will be formed.
  • the core layer 2 has a tapered shape in which both the thickness and the width gradually decrease to the same extent toward the end face 7 of the spot size conversion part, that is, the core cross-sectional shape of the tapered part is almost square everywhere. Will have the following shape. Also in this case, as shown in FIG. 7A to FIG. Since the layer 1 is also etched to the same extent as the core layer 2, the under cladding layer 1 also has a vertical taper shape in the direction in which the opening degree of the mask 5 increases.
  • a portion whose width changes in the longitudinal direction is formed in the core layer 2, and both the core layer 2 and the (under) cladding layer 1 have: A portion where the thickness changes in the longitudinal direction of the core pattern 4 is formed.
  • the vertical tapered shape of the cladding layer 1 can be confirmed by a microscope or the like after the device is manufactured, similarly to the first embodiment.
  • a gas having a high C / F ratio ratio of carbon to fluorine
  • C 3 F 8 or C 4 F 8 as an etching gas. It is advisable to add a small amount (about 1 to 2%) of oxygen to adjust the size and obtain the desired shape.
  • the remaining etching mask 5 is removed by oxygen asshing or the like, and as shown in FIGS. 8A to 8C, the over cladding layer 6 is formed and the core pattern 4 is embedded.
  • C V D, F H D, and sputtering are also used for forming the over cladding layer 6.
  • a planar optical waveguide having both vertical and horizontal tapered spot size converters is manufactured.
  • the cross-sectional shape of the core layer 2 is reduced toward the end face 7 while maintaining a substantially square shape, the loss due to the difference in the mode (TM, TE mode) of the light propagating through the core layer 2
  • the difference polarization dependence of loss
  • a planar optical waveguide having a spot size converter with lower loss than that in the first embodiment can be realized by simple steps.
  • connection loss with the optical fiber can be reduced.
  • FIG. 8 is a schematic view for explaining a method for manufacturing a planar optical waveguide according to a third embodiment of the present invention.
  • 9A and 9B are side views of the planar optical waveguide corresponding to the view in the direction of arrow E in FIG. 9C, and FIG. It is a top view in the middle of manufacture.
  • Fig. 1 OA, Fig. 10B and Fig. 10C are A-A cross-section, BB cross-section and C-C cross-section in Fig. 9C, respectively, and Fig. 10D is the frame 8 in Fig. 9C.
  • FIGS. 11A, 11B, and 11C are cross-sectional views corresponding to FIGS. 1OA, 10B, and 10C, respectively, and FIGS. 12A, 12B, and 12C are also FIGS. 1OA, 10B, and 10C, respectively.
  • FIG. 10C is a cross-sectional view corresponding to FIG. 10C.
  • FIG. 13A is a schematic top view of a photomask used when forming the etching mask shown in FIG. 9C
  • FIG. 13B is an enlarged view of a portion surrounded by a frame 8 in FIG. 13A.
  • planar optical waveguide of the third embodiment will be described with reference to these drawings.
  • a quartz film is formed on a substrate such as a silicon (Si) substrate by using a film forming method such as CVD, FHD, or sputtering.
  • An under-cladding layer 1 is formed from a base layer film, and a core layer 2 is further formed thereon from a quartz-based layer film.
  • a quartz substrate may be used as the substrate in order to match a thermal expansion coefficient with an optical waveguide manufactured on the substrate.
  • the quartz substrate is under In some cases, it also serves as the cladding layer 1.
  • an etching mask 3a for forming a predetermined core pattern on the core layer 2 is formed.
  • a metal or polyimide is formed on the core layer 2, a photoresist is applied thereon, and patterning is performed. Thereafter, the photoresist is used as an etching mask.
  • a two-layer mask method in which the underlayer is etched by etching the polyimide or the like.
  • a high-heat-resistant photoresist is applied on the core layer.
  • a single-layer mask is formed by patterning to make the photoresist an etching mask. The law can be applied. Then, as shown in FIG.
  • etching mask 3a As a mask, using the etching mask 3a as a mask, a part of the core layer 2 and the under cladding layer 1 are etched by RIE using an etching gas, and then the remaining etching mask 3a is removed. Remove. As a result, a core pattern 4a (horizontal taper shape in FIG. 9C) corresponding to the pattern of the etching mask 3a is formed.
  • etching gas For example, use a fluorine-based gas (CF4C3F8, C4F8, etc.).
  • the core pattern 4a other than the portion where the vertical tapered shape is to be formed is masked, and the vertical tapered shape is formed.
  • An etching mask 5 (shaded portion) is formed in such a shape that the opening of the mask becomes larger in the direction in which the engraving is to be performed.
  • the photomask 9 for patterning the etching mask 5 in the photomask 9 for patterning the etching mask 5, light is gradually emitted from a portion where the mask pattern starts opening to a direction where the opening becomes wider.
  • a semi-transparent part (semi-transparent mask; a part surrounded by a frame 8) is formed so that the amount of transmitted light increases.
  • the above-mentioned translucent portion 8 is formed by arranging minute rectangular patterns having a side force S of 1 ⁇ m or less and changing the density thereof. To change the transmittance.
  • the etching mask 5 has a slope shape 5a.
  • the core layer 2 at the boundary between the opening and the non-opening of the etching mask 5 is formed by the following etching process. Furthermore, it is possible to form a vertical taper shape at a smooth angle, and it is possible to reduce radiation loss at the time of spot size conversion.
  • etching is performed by RIE or the like using the etching mask 5 (5a) as a mask, and the opening degree of the etching mask 5 is reduced.
  • the remaining etching mask 5 (5a) is removed by oxygen ashing or the like, and As shown in FIGS. 12A to 12C, the over cladding layer 6 is formed and the core pattern 4 is embedded.
  • the core layer 2 has both vertical and horizontal tapered shapes that are reduced toward the end face 7 while maintaining a substantially square cross-sectional shape, and the etching mask A plane having a spot size converter in which a portion of the core layer 2 corresponding to a boundary between the opening and the non-opening of FIG. 5 has a vertical tapered shape at a smoother angle.
  • An optical waveguide is manufactured by a very simple process.
  • planar optical waveguide having a spot size converter with even smaller loss than in the second embodiment can be realized and provided at low cost.
  • the boundary between the opening and the non-opening is connected by the translucent mask 8, but by narrowing the opening degree of this portion to the resolution of the photolithography one or less, a photolithography defect is intentionally caused.
  • the photoresist By leaving the photoresist in a vertical tape shape, the same function and effect as described above can be obtained.
  • the case where a quartz-based material is used for each of the core layer 2 and the cladding layers 1 and 6 has been described. It is not limited to system materials. Further, the above-described mask pattern for changing the etching rate is not limited to the above-described example, and may be appropriately changed according to a shape to be provided in the thickness direction of the core layer 2.
  • the present invention it is possible to form a vertical tapered core pattern in a very simple process by utilizing the difference in the etching rate, so that the cost is lower than before.
  • An optical waveguide device having a vertical taper-shaped spot size converter can be realized and provided. Therefore, the present invention is considered to be extremely useful in the field of optical communication.

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Abstract

本発明は、光導波路デバイスの製造方法及び光導波路デバイスに関し、第１のクラッド層（１）の上に、所定パターンのコア層（２）を形成するとともに、該コア層（２）の一部分を除く領域に、該一部分の特定方向にエッチングレートを変化させるマスクパターンを有するエッチングマスク（５）を形成し、該エッチングマスク（５）をマスクとして該コア層（２）を部分的にエッチングするという極めて簡易な製造工程により、低コストでコア層２に縦型テーパ形状に設けることができる。

Description

明 細 書 光導波路デバィスの製造方法およぴ光導波路デバィス 技術分野
本発明は、光導波路デバィスの製造方法および光導波路ディバスに関し、特に、 光通信分野で用いられる平面光導波路 （Planner Light-wave Circu ） の製造方 法に関する。 背景技術
近年、通信容量が爆発的に増大しており、これに応えるため WDM (Wavelength Division Multiplexing) を用いた大容量のフォトエックネットワークの構築が進 められている。 この WDM伝送システムの小型 ·低コスト化には、 一括プロセス を用い大量生産が可能な平面光導波路 （Planner Light-wave Circuit) 型機能集 積素子の適用が有望視されている。
特に、 高密度集積化による高機能 ·低コスト化に向けて、 コアとクラッドの比 屈折率差を大きくして （屈折率差 =0.8〜4%) 導波路の曲率半径が大きくても曲 がり損失を小さくできる平面光導波路が有望である。
しかしながら、 上記のように屈折率差の高い光導波路では、 シングルモード条 件を満たすためのコア径が小さく、 スポッ トサイズも光ファイバに比較して小さ くなるため、 光ファイバとの接続に於いて接続損失が大きくなつてしまうという 問題がある。
そこで、 線路状のコアの径 (コア径) を長手方向に徐々に小さくしてゆくこと によって、 スポットサイズを拡大して光フアイバの径とスボットサイズの径とを 整合させて接続損失を低減する方法が知られている。 このようなスポットサイズ 変換導波路に関する技術としては、 例えば、 特許文献 1 (特開平 8— 1 7 1 0 2 0号公報） 及び特許文献 2 〔特開 2 0 0 0— 1 3 7 1 2 9号公報 （特許第 3 2 7 9 2 7 0号公報）〕 等により提案されているものがある。
これらのうち、 例えば、 特許文献 1により開示されている技術は、 段階的 （階 段状） にコアの長手方向のコア径を小さくしてゆく技術である。 し力 し、 かかる 技術では、 コア径が小さくなる繋ぎの部分でスポットサイズが急激に変化するの で、 この部分で放射損失を生じ、 スポットサイズ変換時の過剰損失が大きくなる とう課題がある。 また、 製造工程も多く低コスト化には向かない。
また、 特許文献 2に開示されている技術 （以下、 公知技術という） は、 テーパ (スロープ） 状にコア径を小さくしてゆく技術であり、 上述のごとく階段状にコ ァ系を小さくしてゆく場合に比して、 スポットサイズ変換時の過剰損失を小さく することができる。
図 1 4に上記公知技術におけるスポットサイズ変換部付き光導波路の模式的斜 視図、 図 1 5 A〜図 1 5 Eに図 1 4に示す光導波路の製造方法を工程ごとに示す 模式的断面図、 図 1 6 A〜図 1 6 Eに図 1 5 A〜図 1 5 Eに示す各工程に対応す る模式的上面図をそれぞれ示す。
まず、 図 1 4に示すように、 本公知技術におけるスポットサイズ変換部付き光 導波路 1 0 0は、 石英材料からなるコア 1 0 1及ぴクラッド 1 0 4 , 1 0 5をシ リコン基板 1 0 3上に有する光導波路であり、 光導波路の端面 1 0 6付近のコア
1 0 1の一部が、 端面 1 0 6に近づくにつれて、 幅及び厚さともに徐々に縮小す るテーパ部 (スポットサイズ変換部) 1 0 2をそなえるように加工 (テーパ加工) されている。
そして、 かかるスポットサイズ変換部付き光導波路 1 0 0は、 次のようにして 製作される。 即ち、 まず、 図 1 5 Aに示すように、 シリコン基板 1 0 3上に下層 クラッド 1 0 4及びコア層 1 1 2として石英系膜を成膜する。 この際、 後の工程 でコア層 1 1 2の厚さをステツプ状に変化させるために、 金属膜 (金属マスク) 1 0 7をコア層 1 1 2中に埋め込んでおく。 この金属膜 1 0 7は、 下層クラッド 1 0 4との界面から 1 . 5 μ ηι上に形成し、 また、 図 1 5 Aに示すように、 先端 に向かって幅が徐々に狭くなるテーパ形状として形成する。
次に、 図 1 5 Β及び図 1 6 Βに示すように、 金属膜 1 0 7及びマスク 1 0 8の 下で、 反応性イオンエッチング （R I Ε ： Reactive Ion Etching) によって、 コ ァ層 1 1 2をエッチングして、 テーパ部 1 1 3を先端に有する階段状のコア 1 0 1を形成する。 この際、 金属膜 1 0 7がエッチングストップ層となり、 コア 1 0 1の一部にステップ状の段差が形成される。
さらに、 図 1 5 C及び図 1 6 Cに示すように、 コア 1上に、 テーパ状に加工さ れた部分 1 1 3を除いて金属膜 （金属マスク） 1 0 9を形成し、 図 1 5 D及び図 1 6 Dに示すように、 常圧化学的気相堆積 （A P C V D： Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition) により膜厚 2〜 3 m程度の石英系膜 1 1 1を全 面に成膜する。 そして、 石英系膜 1 1 1を熱によるリフローさせてコア 1 0 1の 段差が滑らかに埋まるように成形し、 さらに、 石英系膜 1 1 1上にコア 1 0 1の テーパ領域を含むようにマスクを形成する。 なお、 この際、 800°C以上の温度で のァニールにより良好なリフロー形状を得ることができる。
最後に、 図 1 5 E及び図 1 6 Eに示すように、 コア 1 0 1のテーパ部 1 1 3を マスクしてテ一パ部 1 1 3以外の余分な石英系膜をエッチングにより除去する。 以上の工程により、 幅及び厚さともにテーパ状に滑らかに変化するスポットサイ ズ変換部 1 0 2が得られる。
しかしながら、 かかる製造方法では、 以下のような工程がスポットサイズ変換 部分無しの導波路形成に比較して増加するため、 低コスト化が難しい。
(1)コア層 1 0 1の成膜が 2段階必要
(2)コア層 1 0 1の途中に付けるストップ層 （金属マスク 1 0 7 ) の成膜 （フォ トリソグラフ工程を含む)
(3)コアパターン形成後のストップ層 （金属マスク 1 0 7 ) の除去
(4)テーパ部 1 1 3以外の部分への金属マスク 1 0 9の形成（フォトリソグラフ 工程を含む）
(5)テーパ部 1 0 2形成のための薄膜層 （石英径膜） 1 1 1の成膜及ぴァニール
(6)テーパ部 1 0 2へのエッチングマスク形成 (フォトリソグラフ工程を含む)
(7)テーパ部 1 0 2以外の薄膜層 1 1 1除去のためのエッチング
(8)エツチングマスクの除去
本発明は、 このような課題に鑑み創案されたもので、 テーパ （スロープ） 形状 に導波路径 （コア径） を徐々に小さくして低損失でスポットサイズを変換するス ポットサイズ変換部付きの光導波路を、 非常に簡易で低コストな工程で製造でき るようにすることを目的とする。 特許文献 1
特開平 8— 1 7 1 0 2 0号公報
特許文献 2
特開 2 0 0 0— 1 3 7 1 2 9号公報 （特許第 3 2 7 9 2 7 0号公報） 発明の開示
上記の目的を達成するために、 本発明の光導波路デバイスの製造方法は、 コア 層と該コア層の周囲を覆うクラッド層とを有する光導波路デバイスの製造方法で あって、 第 1のクラッド層の上に、 所定パターンのコア層を形成するとともに、 該コア層の一部分を除く領域に、 該一部分の特定方向にエッチングレートを変化 させるマスクパターンを有するエッチングマスクを形成し、 該エッチングマスク をマスクとして該コア層を部分的にエッチングすることを特^ [としている。 ここで、 上記のエッチングマスクは、 該コア層を形成した後に形成するのが好 ましい。 また、 上記のエッチング後に、 該エッチングマスクを除去し、 該コア層 及び該第 1のクラッド層の上に第 2のクラッド層を形成することが好ましい。 さらに、 上記のエッチングマスクとしては、 該コァ層に該特定方向に厚みの変 化するテーパ形状を形成したい該一部分から徐々に該コア層のパターンに沿って 該コア層の幅方向に開口度が大きくなるマスクパターンを形成することが好まし い。
また、 上記のエッチングマスクは、 感光性を有する樹脂で形成されるのが好ま しく、 さらに、 上記の開口度の最小値は、 フォトリソグラフィ一の解像度以下に 設定するのが好ましく、また、該コア層の幅以上に設定するのが好ましい。また、 上記エッチングマスクの厚みは 1 0 m以上であるのが好ましい。
さらに、 上記コア層のエッチングには、 所定のエッチングガスによる R I Eを 用いるのが好ましく、 より好ましくは、 〇3 8又は〇4 8を含むガスを用ぃ るのがよい。
また、 上記コア層は、 正方断面形状を有するよう幅方向にもテーパ形状を有し て形成するのが好ましい。
さらに、 上記のエッチングマスクをフォトリソグラフィ一で形成する際に使用 するフォトマスクにおいて、 該マスクパターンが開口を始める部分から開口部が 広くなる方向に向かって徐々に光の透過量が多くなるような半透明部分を設けて もよく、 この半透明部分は、 1辺が 1 m以下の微小矩形パターンを配列してそ の密度を変化させることによつて光の透過率を変化させるように構成されている のが好ましい。
また、 本発明の光導波路デバイスは、 上述した光導波路デバイスの製造方法に よって、 コア層及びクラッド層の両方に、 該特定方向に厚みの変化する部分が形 成されていることを特徴としている。 図面の簡単な説明
図 1 A〜図 1 C, 図 2 A〜図 2 C, 図 3 A〜図 3 C及び図 4 A〜図 4 Cはそれ ぞれ本発明の第 1実施形態に係る平面光導波路デバイスの製造方法を説明するた めの模式図である。
図 5 A〜図 5 C, 図 6 A〜図 6 C, 図 7 A〜図 7 C及び図 8 A〜図 8 Cはそれ ぞれ本発明の第 2実施形態に係る平面光導波路の製造方法を説明するための模式 図である。
図 9A〜図 9 C, 図 1 0A〜図 1 0D， 図 1 1 A〜図 1 1 C， 図 1 2 A〜図 1
2 C, 図 1 3 A及び図 1 3 Bはそれぞれ本発明の第 3実施形態に係る平面光導波 路の製造方法を説明するための模式図である。
図 1 4は従来のスポットサイズ変換部付き光導波路の模式的斜視図である。 図 1 5 A〜図 1 5 Eは図 1 4に示す光導波路の製造方法を工程ごとに示す模式 的断面図である。
図 1 6 A〜図 1 6 Eは図 1 5 A〜図 1 5 Eに示す各工程に対応する模式的上面 図である。 発明を実施するための最良の形態
〔A〕 第 1実施形態の説明
図 1 A〜図 1 C, 図 2 A〜図 2 C, 図 3 A〜図 3 C及び図 4 A〜図 4 Cはそれ ぞれ本発明の第 1実施形態に係る平面光導波路デバイスの製造方法を説明するた めの模式図である。 なお、 図 1 A及ぴ図 1 Bはそれぞれ図 1 Cの D矢視図に相当 する平面光導波路デバイスの側面図、 図 1 Cは平面光導波路デバイスの製造途中 の上面図である。 また、 図 2 A， 図 2 B， 図 2 Cはそれぞれ図 1 Cにおける A— A断面図， B— B断面図， C— C断面図である。 また、 図 3 A, 図 3 B , 図 3 C はそれぞれ図 2 A， 図 2 B， 図 2 Cに対応する断面図であり、 図 4 A， 図 4 B , 図 4 Cもそれぞれ図 2 A, 図 2 B， 図 2 Cに対応する断面図である。
以下、 これらの図面に基づいて、 コアの厚み方向にテーパ （スロープ） 形状を スポットサイズ変換部として有する平面光導波路デバイス （以下、 単に 「平面光 導波路」 と略記する場合がある） の製造方法について説明する。
まず、 図 1 Aに示すように、 シリコン （S i ) 基板等の基板上に石英系層膜で アンダークラッ ド層 (第 1のクラッド層） 1を形成し、 その上にさらに石英系層 膜でコア層 2を形成する。 これらのアンダークラッド層 1及びコア層 2の成膜方 法としては、 例えば、 C V D (Chemical Vapor Deposition) や、 F H D (Flame Hydrolysis Deposition)、 スパッタリングなどを用いることができる。 なお、 前 記基板には、 基板上に製作される光導波路と熱膨張係数を合わせるために石英基 板を用いる場合もある。 また、 石英基板を用レ、た場合は当該石英基板がァンダ一 クラッド層 1を兼ねる場合もある。
次に、 以下の工程に従って光導波路構造を形成する。
まず、 図 1 Aに示すように、 コア層 2上に所定のコアパターンを形成するため のエッチングマスク 3を形成する。 このエッチングマスク 3のパターンの製作方 法としては、 コア層 2上にメタノレゃポリイミ ド等を成膜し、 その上にフォトレジ ストを塗布してパターニングを行ない、 その後、 このフォトレジストをエツチン グマスクとして下地の前記メタルゃボリイミド等をエッチングして形成する 2層 マスク法や、 コア層 2上に耐熱性の高いフォトレジストを塗布'パターエングし てフォトレジストをエッチングマスク 3とする単層マスク法等が適用できる。 次に、 図 1 Bに示すように、 前記エッチングマスク 3をマスクとして、 エッチ ングガスを用いた R I Eによりコア層 2及びアンダークラッド層 1の一部をエツ チングし、 その後、 残ったエッチングマスク 3を除去する。 これにより、 エッチ ングマスク 3のパターンに応じたコアパターン 4 (図 1 Cではライン状の導波路） が形成されることになる。 なお、 上記エッチングガスには、 例えば、 フッ素系の ガス （C F 4や C 3 F 8， C 4 F 8等） を用いる。
次に、 図 1 C及び図 2 A〜図 2 Cに示すように、 基板 （又はアンダークラッド 層 1 ) に垂直な方向 （コア層 2の厚み方向） にテーパ形状 （以下、 縦型テーパ形 状という） を形成したい部分以外のコアパターン 4をマスクするとともに、 縦型 テーパ形状として深く彫り込みたい方向に向けて、 コアパターン 4の幅以上の幅 でマスクの開口部が徐々に大きくなるような形状のエッチングマスク 5 (網掛け 部） を形成する。
このエッチングマスク 5としては、 例えば、 スピンコートとフォトリ ソグラフ ィ一で簡単に形成が可能である、 感光性を有する樹脂 （感光性ポリイミ ドゃフォ トレジスト等) が適している。 エツチングマスク 5の厚みは次工程のェッチング でパターン効果によるエッチングレート差が効率良く生じるように 1 0 IX m以上 にするのが望ましい。
次に、 前記エッチングマスク 5をマスクとしてエッチングを ί亍ない、 エツチン グマスク 5の開口度が最も大きい場所でコア層 2の厚さが所望の厚さとなるまで コア層 2及びアンダークラッド層 1をエッチングする。 このエッチングにはエツ チングマスク （以下、 単に 「マスク」 ともいう） 5の形状 （開口度） の違いによ つてエッチングレートに違いが生じるエッチング方法であれば良い （ゥエツトェ ッチング及びドライエツチングのレ、ずれでもよい）。
最適なエッチング方法としては R I Εが挙げられる。 R I Εは深さ (厚み) 方 向のエツチングの制御性が良く、 かつ、 マイクロロ一ディング効果と呼ばれる、 パターン効果があり、 エッチングマスク 5の開口度が小さいほど底面のエツチン ダレ一トが低下する。
したがって、 このようなエッチングマスク 5を用いてエツチングを行なうと、 マスク 5のパターン効果により、 図 3 Α〜図 3 Cに示すように、 マスク 5の開口 部分の狭いところはマイクロローディング効果によってエッチングレートが遅く なり、 開口部分が広くなるに従ってマイクロロ一ディング効果が低減してエッチ ングレートが速くなるため、 R I E後にはエッチングマスク 5の開口部の狭い所 のコア層 2は厚く、 エッチングマスク 5の開口部が広くなるに従ってコア層 2が 薄くなる縦型テーパ形状が形成されることになる。
なお、 この際、 図 3 A〜図 3 Cに示すように、 コア層 2とともにアンダークラ ッド層 1もコア層 2と同程度にエッチングされるので、 アンダークラッド層 1も マスク 5の開口度が大きくなる方向に縦型テーパ形状を有することになる。 つま り、本製造方法によって作製される平面光導波路デバイスには、コア層 2及び（ァ ンダ一） クラッド層 1の両方に、 特定方向 （コアパターン 4の長手方向） に厚み の変化する部分が形成されるのである。 かかるクラッド層 1の縦型テーパ形状は 後の工程でオーバークラッド層 6が形成されても、顕微鏡などで各クラッド層 1 , 6の境目として確認することができる。
ところで、 一般に石英系の膜を R I Eするにはフッ素系のガスを使用するが、 マイクロ口ーディング効果を効果的に引き出すためには、 エツチングガスとして C 3 F 8や C 4 F 8等の C / F比 （フッ素に対する炭素の割合） の高いガスを用 いるのが好ましい。 また、 酸素を少量添加すればマイク口ローディング効果の大 きさを調整することが可能となるので、 所望の形状を得るためには酸素を少量添 加すると良い。
さて、 上記エッチング終了後は、 残ったエッチングマスク 5を酸素アツシング 等で除去し、 図 4 A〜図 4 Cに示すように、 オーバークラッド層 6を成膜してコ ァパターン 4を埋め込む。 なお、 オーバ一クラッド層 6の成膜にも、 例えば、 C V D , F H D , スパッタリングなどが用いられる。
以上の工程により、 縦型テ一パ形状のコアパターン 4をスポットサイズ変換部 として有する平面光導波路が作製される。 なお、 上記のエッチンダマスク 5は、 コアパターン 4の形成前に形成してもよいが、 エッチングマスク 5形成後のコア パターン 4の形成は精度上難しくなるため、 上述したようにコアパターン 4の形 成後の方が好ましい。
このように、 本実施形態の平面光導波路の製造方法によれば、 テーパ形状を形 成したいコアパターン 4の部分から徐々に開口部分が大きくなつていくマスクパ ターンを有するエッチングマスク 5を形成し、 それをマスクにコア層 2を R I E することにより、 R I E時のマイクロローデイング効果によるエッチングレート の差を利用して、 非常に簡易な工程で縦型テーパ形状のコアパターン 4を形成す ることが可能である。
したがって、 従来よりも低コストで縦型テーパ形状のスポットサイズ変換部を もつ平面光導波路を実現 ·提供することができる。
〔B〕 第 2実施形態の説明
図 5 A〜図 5 C， 図 6 A〜図 6 C， 図 7 A〜図 7 C及び図 8 A〜図 8 Cはそれ ぞれ本発明の第 2実施形態に係る平面光導波路の製造方法を説明するための模式 図である。 なお、 図 5 A及び図 5 Bはそれぞれ図 5 Cの D矢視図に相当する平面 光導波路の側面図、 図 5 Cは平面光導波路の製造途中の上面図である。 また、 図 6 A, 図 6 B , 図 6 Cはそれぞれ図 5 Cにおける A— A断面図， B— B断面図， C— C断面図である。 また、図 7 A， 図 7 B , 図 7 Cはそれぞれ図 6 A, 図 6 B， 図 6 Cに対応する断面図であり、 図 8 A， 図 8 B， 図 8 Cもそれぞれ図 6 A, 図 6 B , 図 6 Cに対応する断面図である。
以下、 これらの図面に基づいて、 第 2実施形態の平面光導波路の製造方法につ いて説明する。
まず、 本実施形態においても、 第 1実施形態と同様に、 図 5 Aに示すように、 C V Dや F H D， スパッタリングなどの成膜方法を用いて、 シリコン （S i ) 基 板等の基板上に石英系層膜でアンダークラッド層 1を形成し、 その上にさらに石 英系層膜でコア層 2を形成する。 なお、 この場合も、 前記基板には、 基板上に製 作される光導波路と熱膨張係数を合わせるために石英基板が用いられる場合もあ り、 石英基板を用いた場合は当該石英基板がアンダークラッド層 1を兼ねる場合 もある。
次に、 図 5 Aに示すように、 コア層 2上に所定のコアパターンを形成するため のエッチングマスク 3 aを形成する。 このエッチングマスク 3 aのパターンにつ いても、 例えば、 コア層 2上にメタルゃボリイミ ド等を成膜し、 その上にフォト レジストを塗布してパターユングを行ない、 その後、 このフォトレジストをエツ チングマスクとして下地の前記メタルゃポリイミ ド等をエッチングして形成する 2層マスク法やコア層上に耐熱 1"生の高いフォトレジストを塗布 ·パターニングし てフォトレジストをエッチングマスク 3 aとする単層マスク法等が適用できる。 ただし、 本実施形態においては、 図 5 Cに示すように、 コアパターン幅がスポ ットサイズ変換部端面 7に向けて徐々に細くなるテーパ形状のコアパターンが得 られるようにエッチングマスク 3 aをパターニングする。 細くなる割合は最終的 に形成される縦型テーパ形状と合わせてあり、 テーパ部分のコァ断面形状が何処 でもほぼ正方形となるように調整してある。
そして、 図 5 Bに示すように、 前記エッチングマスク 3 aをマスクとして、 ェ ツチングガスを用いた R I Eによりコア層 2及びアンダークラッド層 1の一部を エッチングし、 その後、 残ったエッチングマスク 3 aを除去する。 これにより、 エッチングマスク 3 aのパターンに応じたコアパターン 4 a (図 5 Cではスポッ トサイズ変換部端面 7に向けて幅が徐々に細くなるテーパ形状 （以下、 横型テー パ形状という) の導波路が形成されることになる。 なお、 上記エッチングガスに ついても、例えば、 フッ素系のガス （C F 4や C 3 F 8 , C 4 F 8等) を用いる。 次に、 図 5 C及び図 6 A〜図 6 Cに示すように、 第 1実施形態と同様に、 縦型 テ一パ形状を形成したい部分以外のコアパターン 4 aをマスクするとともに、 縦 型テーパ形状として深く彫り込みたい方向に向けて、 コアパターン 4の幅以上の 幅でマスクの開口部が徐々に大きくなるような形状のエッチングマスク 5 (網掛 け部） を形成する。
続いて、 図 7 A〜図 7 Cに示すように、 前記ェッチングマスク 5をマスクとし て R I E等によりエッチングを行ない、 エッチングマスク 5の開口度が最も大き Vヽ場所でコア層 2の厚さが所望の厚さとなるまでコア層 2及びァンダークラッド 層 1をエッチングする。 すると、 この場合も、 マスク 5のパターン効果により、 マスク 5の開口部分の狭レ、ところはマイク口ローディング効果によってエツチン グレートが遅くなり、 開口部分が広くなるに従ってマイクロ口一ディング効果が 低減してエッチングレートが速くなるため、 R I E後にはェッチングマスク 5の 開口部の狭い所のコア層 2は厚く、 エッチングマスク 5の開口部が広くなるに従 つてコア層 2が薄くなる縦型テーパ形状が形成されることになる。
したがって、 コア層 2は、 その厚み及び幅のいずれもがスポットサイズ変換部 端面 7に向けて同程度に徐々に細くなるテーパ形状を有する、 つまり、 テーパ部 分のコア断面形状が何処でもほぼ正方形となる形状を有することになる。 なお、 この場合も、 図 7 A〜図 7 Cに示すように、 コア層 2とともにアンダークラッド 層 1もコア層 2と同程度にエッチングされるため、 アンダークラッド層 1もマス ク 5の開口度が大きくなる方向に縦型テーパ形状を有することになる。
つまり、 本製造方法によって作製される平面光導波路デバイスには、 コア層 2 にその長手方向に幅の変化する部分が形成されるとともに、 コア層 2及び （アン ダー） クラッド層 1の両方に、 コアパターン 4の長手方向に厚みの変化する部分 が形成されるのである。 かかる、 クラッド層 1についての縦型テーパ形状も、 第 1実施形態と同様に、 デバイス製造後に顕微鏡などで確認することができる。 また、 本実施系形態においても、 エッチングガスとして C 3 F 8や C 4 F 8等 の C / F比 (フッ素に対する炭素の割合) の高いガスを用いるのが好ましく、 ま た、 マイクロローデイング効果の大きさを調整して所望の形状を得るために酸素 を少量 （1〜2 %程度） 添加すると良い。
さて、 上記エッチング終了後は、 残ったエッチングマスク 5を酸素アツシング 等で除去し、 図 8 A〜図 8 Cに示すように、 オーバークラッド層 6を成膜してコ ァパターン 4を埋め込む。 なお、 オーバークラッド層 6の成膜にも、 例えば、 C V D , F H D , スパッタリングなどが用いられる。
以上により、 縦型及び横型双方のテーパ形状のスポットサイズ変換部を有する 平面光導波路が作製される。 かかる平面光導波路では、 コア層 2の断面形状がほ ぼ正方形を保つたまま端面 7に向けて縮小してゆくので、 コア層 2を伝播する光 のモード （TM， T Eモード） の違いによる損失差 （損失の偏光依存性） を低減 することができ、 第 1実施形態におけるものよりも低損失なスポットサイズ変換 部をもつ平面光導波路を簡易な工程で実現できる。
かかるスポットサイズ変換部を、 高屈折率差を有する平面光導波路デバイスと 光ファイバとの接続部分に用レ、れば、 光ファイバとの接続損失を低減することが できる。
〔C〕 第 3実施形態の説明
図 9 A〜図 9 C， 図 1 0 A〜図 1 0 D， 図 1 1 A〜図 1 1 C， 図 1 2 A〜図 1 2 C , 図 1 3 A及び図 1 3 Bはそれぞれ本発明の第 3実施形態に係る平面光導波 路の製造方法を説明するための模式図である。 なお、 図 9 A及ぴ図 9 Bはそれぞ れ図 9 Cの E矢視図に相当する平面光導波路の側面図、 図 9 Cは平面光導波路の 製造途中の上面図である。 図 1 OA,. 図 10 B, 図 10Cはそれぞれ図 9 Cにお ける A— A断面図， B— B断面図， C一 C断面図であり、 図 10Dは図 9 Cにお ける枠 8で囲んだ部分の D— D断面を拡大して示す図である。 図 11A, 図 1 1 B，図 1 1 Cはそれぞれ図 1 OA,図 10B,図 10 Cに対応する断面図であり、 図 12A, 図 12B, 図 12 Cもそれぞれ図 1 OA, 図 10B, 図 10 Cに対応 する断面図である。 図 13 Aは図 9 Cに示すエッチングマスクを形成する際に用 いるフォトマスクの模式的上面図、 図 13Bは図 1 3 Aの枠 8で囲んだ部分の拡 大図である。
以下、 これらの図面に基づいて、 第 3実施形態の平面光導波路の製造方法につ いて説明する。
まず、 本実施形態においても、 第 2実施形態と同様に、 図 9Aに示すように、 CVDや FHD， スパッタリングなどの成膜方法を用いて、 シリコン （S i) 基 板等の基板上に石英系層膜でアンダークラッド層 1を形成し、 その上にさらに石 英系層膜でコア層 2を形成する。 なお、 この場合も、 前記基板には、 基板上に製 作される光導波路と熱膨張係数を合わせるために石英基板が用いられる場合もあ り、 石英基板を用いた場合は当該石英基板がアンダークラッド層 1を兼ねる場合 もある。
次に、 図 9 Aに示すように、 コア層 2上に所定のコアパターンを形成するため のエッチングマスク 3 aを开$成する。 このエッチングマスク 3 aのパターンにつ いても、 例えば、 コア層 2上にメタルやボリイミド等を成膜し、 その上にフォト レジストを塗布してパターニングを行ない、 その後、 このフォトレジストをエツ チングマスクとして下地の前記メタルゃポリイミ ド等をエッチングして形成する 2層マスク法ゃコァ層上に耐熱性の高ぃフォトレジストを塗布 ·パターユングし てフォトレジストをエッチングマスク 3 aとする単層マスク法等が適用できる。 そして、 図 9 Bに示すように、 前記エッチングマスク 3 aをマスクとして、 ェ ツチングガスを用いた R I Eによりコア層 2及びアンダークラッド層 1の一部を エッチングし、 その後、 残ったエッチングマスク 3 aを除去する。 これにより、 エッチングマスク 3 aのパターンに応じたコアパターン 4 a (図 9 Cでは横型テ ーパ形状） が形成されることになる。 なお、 上記エッチングガスについても、 例 えば、 フッ素系のガス （C F 4 C 3 F 8， C 4 F 8等） を用いる。
次に、 図 9 C及び図 1 O A〜図 1 O Cに示すように、 第 2実施形態と同様に、 縦型テーパ形状を形成したい部分以外のコアパターン 4 aをマスクするとともに、 縦型テーパ形状として深く彫り込みたい方向に向けてマスクの開口部が大きくな るような形状でエッチングマスク 5 (網掛け部） を形成する。
ただし、 本実施形態では、 図 1 3 Aに示すように、 このエッチングマスク 5を パター-ングするフォトマスク 9において、 マスクパターンが開口を始める部分 から開口部が広くなる方向に向かって徐々に光の透過量が多くなるような半透明 部分 （半透明マスク ；枠 8で囲んだ部分） が形成してある。 具体的に、 上記の半 透明部分 8は、 例えば図 1 3 Bに示すように、 1辺力 S 1 μ m以下の微小矩形パタ —ンを配列してその密度を変化させることによつて光の透過率を変化させるよう になっている。
このような半透明部分 8を有するフォトマスク 9を使用すると、 図 1 0 Dに示 すように、 光の透過量に応じてフォトレジス トが斜面状に残り、 少なくとも半透 明マスクにあたるところのエッチングマスク 5が斜面形状 5 aとなる。 かかる斜 面形状 5 aを有するエッチングマスク 5を枠 8で囲んで示す開口部に形成すると、 下記のエッチング工程により、 エッチングマスク 5の開口部と非開口部との境目 にあたる部分のコア層 2を更に滑らかな角度で縦型テーパ形状に形成することが 可能となり、 スポッ トサイズ変換の際の放射損失を低減することができる。
以降は、 第 2実施形態と同様、 図 1 1 A〜図 1 1 Cに示すように、 前記エッチ ングマスク 5 ( 5 a ) をマスクとして R I E等によりエッチングを行ない、 エツ チングマスク 5の開口度が最も大きレ、場所でコア層 2の厚さが所望の厚さとなる までコア層 2及びアンダークラッド層 1をエッチングした後、 残ったエッチング マスク 5 ( 5 a ) を酸素ァッシング等で除去し、 図 1 2 A〜図 1 2 Cに示すよう に、 オーバークラッド層 6を成膜してコアパターン 4を埋め込む。
これにより、 第 2実施形態と同様に、 コア層 2の断面形状がほぼ正方形を保つ たまま端面 7に向けて縮小してゆく縦型及び横型双方のテーパ形状を有するとと もに、 エッチングマスク 5の開口部と非開口部との境目にあたる部分のコア層 2 を更に滑らかな角度で縦型テーパ形状としたスポットサイズ変換部を有する平面 光導波路が極めて簡易な工程で作製される。
したがって、 第 2実施形態に比してさらに損失の小さいスポットサイズ変換部 を有する平面光導波路を低コストで実現 ·提供することができる。
なお、上述した例では、開口部と非開口部の境目を半透明マスク 8で繋いだが、 この部分の開口度をフォトリソグラフィ一の解像度以下にまで狭めることにより 意図的にフォトリソグラフィー不良を引き起こして、 フォトレジストを縦型テー パ形状に残すことによって上記と同様の作用効果を得ることもできる。
また、 上述した各実施形態では、 コア層 2 , クラッド層 1， 6として、 いずれ も、 石英系の材料を適用した場合について説明したが、 光導波路構造を形成でき る材料であれば、 特に石英系の材料に限られるものではない。 さらに、 上述した エッチングレートを変化させるマスクパターンは、 上述した例に限られず、 コア 層 2の厚み方向に設けたい形状に応じて適宜変更すればよい。
そして、 本発明は、 上述した各実施形態に限定されず、 本発明の趣旨を逸脱し な 、範囲で種々変形して実施できることはいうまでもない。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明によれば、 エッチングレートの差を利用して、 非常に簡 易な工程で縦型テーパ形状のコアパターンを形成することができるので、 従来よ りも低コス トで縦型テ一パ形状のスポッ トサイズ変換部をもつ光導波路デバィス を実現 ·提供することができる。 したがって、 光通信分野において本発明は極め て有用なものと考えられる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. コア層 （2) と該コア層 （2) の周囲を覆うクラッド層 （1， 6) とを有 する光導波路デバイスの製造方法において、
第 1のクラッド層 （1) の上に、 所定パターンのコア層 （2) を形成するとと もに、 該コア層 （2) の一部分を除く領域に、 該一部分の特定方向にエッチング レートを変化させるマスクパターンを有するエッチングマスク （5) を形成し、 該エッチングマスク (5) をマスクとして該コア層 (2) を部分的にエツチン グすることを特徴とする、 光導波路デバイスの製造方法。
2. 該コア層 （2) を形成した後に、 該エッチングマスク (5) を形成するこ とを特徴とする、 請求の範囲第 1項に記載の光導波路デバィスの製造方法。
3. 該エッチング後に、 該エッチングマスク (5) を除去し、
該コア層 (2) 及び該第 1のクラッド層 (1) の上に第 2のクラッド層 (6) を形成することを特徴とする、 請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の光導波路デ バイスの製造方法。
4. 該エッチングマスク （5) として、 該コア層 （2) に該特定方向に厚みの 変化するテーパ形状を形成したい該一部分から徐々に該コア層 (2) のパターン に沿って該コア層 （2) の幅方向に開口度が大きくなるマスクパターンを形成す ることを特徴とする、 請求の範囲第 1〜 3項のいずれか 1項に記載の光導波路デ バイスの製造方法。
5. 該エッチングマスク (5) が、 感光性を有する樹脂で形成されることを特 徴とする、 請求の範囲第 1〜 3項のいずれか 1項に記載の光導波路デバィスの製 造方法。
6. 該エッチングマスク (5) 、 感光性を有する樹脂で形成されることを特 徴とする、 請求の範囲第 4項に記載の光導波路デバィスの製造方法。
7. 該開口度の幅が、 フォトリソグラフィ一の解像度以下に設定されることを 特徴とする、 請求の範囲第 6項に記載の光導波路デバィスの製造方法。
8. 該開口度の幅が、 該コア層 （2) の幅以上に設定されていることを特徴と する、 請求の範囲第 4, 6, 7項のいずれか 1項に記載の光導波路デバイスの製 造方法。
9. 該コア層 （2) 、 正方断面形状を有するよう幅方向にもテーパ形状を有 して形成されていることを特徴とする、 請求の範囲第 4, 6〜8項のいずれか 1 項に記載の光導波路デバイスの製造方法。
10. 該エッチングマスク (5) をフォトリソグラフィーで形成する際に使用 するフォトマスクにおいて、 該マスクパターンが開口を始める部分から開口部が 広くなる方向に向かって徐々に光の透過量が多くなるような半透明部分 （8) が 存在することを特徴とする、 請求の範囲第 4〜 9項のいずれか 1項に記載の光導 波路デバイスの製造方法。
1 1. 該半透明部分 （8) が、 1辺が 1 μ m以下の微小矩形パターンを配 列してその密度を変化させることによって光の透過率を変化させるように 構成されていることを特徴とする、 請求の範囲第 1 0項に記載の光導波路 デバイスの製造方法。
12. 該エッチングマスク （5) の厚みが 10 以上であることを特徴とす る、 請求の範囲第 1〜11項のいずれか 1項に記載の光導波路デバイスの製造方 法。
1 3. 該コア層 （2) のエッチングに、 所定のエッチングガスによる R I Eを用いることを特徴とする、 請求の範囲第 1〜 1 2項のいずれか 1項に 記載の光導波路デバィスの製造方法。
1 4 . 該エッチングガスとして、 C 3 F 8又は C 4 F 8を含むガスを用い ることを特徴とする、 請求の範囲第 1 3項に記載の光導波路デバイスの製 造方法。
1 5 . 請求の範囲第 1〜 1 4のいずれか 1項に記載の光導波路デバイスの製造方 法よつて、 コア層 （2 ) 及びクラッド層 （1 , 6 ) の両方に、 該特定方向に厚み の変化する部分が形成されていることを特徴とする、 光導波路デバイス。
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