JP2004038162A - テーパ型光導波路製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明によるテーパ型光導波路製造方法は、グレースケールマスク(gray scale mask)を利用してコア層上に傾斜したテーパプロフィールを有するフォトレジストパターンを形成してエッチングし、水平面に傾斜プロフィールを有するコア層を形成する。この場合、フォトレジストパターンとコア層のエッチング選択比を制御することにより、コア層の傾斜を調節し、単純な工程を通じてテーパ型光導波路のプロフィールを精密に制御することができる。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は光導波路製造方法に関し、特に、入出力端の幅が異なる二つの光導波路が光学的に接続されたテーパ型光導波路(tapered optical waveguide)製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光導波路は、超高速光通信ネットワークにおける集積光学素子の必須素子であり、光分配器、光結合器、モジュレータ、干渉計型スイッチ、半導体レーザ及び高密度波長分割多重化(Dense Wavelength Division Multiplexing:DWDM)通信用の平面素子などに広く利用されている。
【0003】
図1はアレイ導波路回折格子(Arranged Waveguide Grating:AWG)を利用した波長分割多重化器の概略図である。これは、入力/出力導波路11a、11bと、二つの平面導波路13a、13bと、アレイ導波路回折格子15と、から構成される。ここで、図1に示した点線の円部分、即ち、素子内の導波路の幅が急激に変わる部分は必ず導波路構造の変化が必要になる。異なる構造の光導波路を直接接続する場合、隣接する光導波路幅の差異が光損失をもたらす。この接合部分の急激な構造変化により、光信号が光導波路に沿って導波されずに輻射(radiation)されるといった現象が生じる。この光信号の輻射は光素子全体の追加損失及びノイズを発生させ、これによって異なるチャネル間のクロストーク(cross talk)を誘発させる。
【0004】
このような問題を解決するために、入出力端の幅が異なる二つの光導波路間を光学的に接続するテーパ型光導波路が主に用用いられている。
【0005】
図2は従来の線形テーパ型導波路(linear tapered waveguide)の概略図である。図示のように線形テーパ型導波路は、テーパ型導波路22が基本導波路21の一端から目標導波路23の他端に向かってその幅を線形的に増加させる構造を有する。しかし、モードミスマッチに起因する低結合損失のため垂直面及び水平面のテーパを同時に形成しなければならない。このようなテーパを形成するための従来方法には、厚さプロフィール(thickness profile)を有する薄膜を蒸着後、シャドウマスク(shadow mask)を利用しエッチングして光導波路を製造する方法、均一な厚さの薄膜をシャドーマスクを利用してエッチングし、エッチング深さを調節することによって厚さプロフィールを形成した後、2次エッチング工程を通じて光導波路を製造する方法がある。しかし、シャドーマスクを利用する従来の方法は、基板上にシャドーマスクを取り付けなければならないので、テーパ部分の位置、傾斜、形態(shape)などの制御や、大量生産が困難であるといった問題がある。
【0006】
従来の他のテーパ型光導波路の製造方法としては、段差のある基板に薄膜を蒸着した後、平坦化工程を通じて厚さプロフィールを生成し、最後にエッチング工程を通じて光導波路を製造する方法がある。しかし、この製造方法は、テーパの傾斜及び形態制御が容易ではなく、独立した平坦化工程が必要である。
【0007】
従来のさらに他のテーパ型光導波路の製造方法として、均一な厚さの導波路を形成した後に局部的な熱を加え、その導波路の所定部分を引伸ばして光導波路を製造する方法もある。しかし、この製造方法は精密制御が不可能であるといった問題がある。
【0008】
上述したように従来技術は複雑な工程が必要で、テーパプロフィール制御に限界があり、大量生産に適用し難い問題があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従って、上述したような従来技術の問題を解決するために本発明は、単純な製造工程を通じて垂直面及び水平面においてテーパ構造を有するテーパ型光導波路の製造方法を提供することにその目的がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成する本発明のテーパ型光導波路製造方法は、基板上に下部クラッド層、コア層を順に形成する段階と、コア層上にグレースケールマスクを利用して傾斜したテーパプロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階と、フォトレジストパターン及びコア層をエッチングして水平面に予定されたテーパ型光導波路と同一の傾斜プロフィールを有するコア層を形成する段階と、コア層上に予定されたテーパ型光導波路の垂直面と同一のテーパプロフィールを有するフォトレジストマスクパターンを形成する段階と、エッチングマスクとしてフォトレジストマスクパターンを利用しコア層をエッチングする段階と、コア層上に上部クラッド層を形成する段階と、からなることを特徴とする。
【0011】
望ましくは、コア層上に傾斜プロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階は、グレースケールマスクの紫外線透過率を調節することにより、フォトレジストパターンのプロフィールを調節するとよい。
【0012】
より望ましくは、フォトレジストパターン及びコア層をドライエッチングして水平面に予定されたテーパ型導波路と同一のテーパプロフィールを有するコア層を形成する段階は、フォトレジストパターンとコア層のエッチング選択比を制御することにより、コア層の傾斜を調節するとよい。
【0013】
また、本発明の他のテーパ型光導波路製造方法は、基板上に下部クラッド層を形成する段階と、下部クラッド層上にグレースケールマスクを利用して傾斜したテーパプロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階と、フォトレジストパターン及び下部クラッド層をエッチングして水平面に予定されたテーパ型光導波路と同一の傾斜プロフィールを有する下部クラッド層を形成する段階と、下部クラッド層上にコア層を蒸着した後平坦化する段階と、コア層上に予定されたテーパ型光導波路の垂直面と同一のテーパプロフィールを有するフォトレジストマスクパターンを形成する段階と、エッチングマスクとしてフォトレジストマスクパターンを利用しコア層をエッチングする段階と、コア層上に上部クラッド層を形成する段階と、からなることを特徴とする。
【0014】
この製造方法における下部クラッド層上に傾斜プロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階は、グレースケールマスクの紫外線透過率を調節することにより、フォトレジストパターンのプロフィールを調節すると好ましい。
【0015】
さらに、フォトレジストパターン及び下部クラッド層をエッチングして水平面に予定されたテーパ型光導波路と同一のテーパプロフィールを有する下部クラッド層を形成する段階は、フォトレジストパターンと下部クラッド層のエッチング選択比を制御することにより、下部クラッド層の傾斜を調節するとなおよい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい一実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
【0017】
図3(a)〜図3(g)は本発明の一実施形態によるテーパ型光導波路の製造過程を示す工程側断面図(図3(f)は平面図)であり、垂直面及び水平面において傾斜したプロフィールを有するコア層が形成される過程を示している。詳述すると、“垂直面において傾斜した(テーパが形成された)(tapered in the vertical side)”との表現は、プロフィールが図の側面から手前方向又は手前方向とは反対方向に傾斜されていることを意味し、“水平面おいて傾斜した(テーパが形成された)(tapered in the horizontal side)”との表現は、プロフィールが図の平面から下方向に傾斜されていることを意味する。
【0018】
先ず、図3(a)に示したように、基板31上に下部クラッド層32、コア層33を順に蒸着する。その後、図3(b)に示したように、コア層33上をフォトレジスト34で覆った後、グレースケールマスク(gray scale mask)100を利用して露光する。この時、グレースケールマスク100の紫外線(UV)透過率を漸進的に増加または減少させることにより、所望形態のフォトレジストプロフィールを得ることができる。
【0019】
図3(c)はグレースケールマスク100を利用して露光及び現像しフォトレジストパターン34’を形成した状態を示している。このようにフォトレジストの露光レベル、露光時間を制御することによって、除去されるフォトレジストの深さが変わり傾斜したテーパプロフィールを得ることができる。
【0020】
次に、図3(d)に示したように、フォトレジストパターン34’及びコア層33をドライエッチング工程でエッチングして傾斜プロフィールを有するコア層33’を形成する。この時、フォトレジストパターン34’の形態がコア層33に転写される。ここで、フォトレジスト34とコア層33との間のエッチング選択比に従って転写の程度が変化する。例えば、フォトレジスト34とコア層33との間のエッチング選択比が1:1であると、フォトレジストパターン34’のプロフィールがコア層33に正しく転写される。従って、所望のプロフィールを得るためにはフォトレジストパターン34’のプロフィールとエッチング選択比を同時に考慮すべきである。
【0021】
次に、図3(e)に示したように、垂直面から見た場合に水平面においてテーパが形成されたコア層33’上をフォトレジストで覆った後、一般的なフォトリソグラフィー(photolithography)工程を通じて垂直面にテーパを有する光導波路形成のためのフォトレジストマスクパターン35を形成する。
【0022】
図3(f)は図3(e)の平面図であり、水平面から見た場合に垂直面においてテーパを有する光導波路形成のためのフォトレジストマスクパターン35の形態である。
【0023】
最後に、図3(g)に示したように、フォトレジストマスクパターン35をエッチングマスクとして利用しエッチング工程を通じて下部のコア層33’をエッチングして導波路33”が形成される。その後、上部クラッド層36を蒸着する。この時、フォトレジストマスクパターン35がエッチングマスクとして作用する。必要によってハードエッチングマスク(hard etching mask)を利用することもできる。即ち、マスクパターン形成用フォトレジストの被覆前にコア層上にハードマスクとして作用することができる金属又は無機物質を蒸着し、その上にフォトリソグラフィー工程を通じてフォトレジストマスクパターンを形成する。このように形成されたフォトレジストマスクパターンを利用して下部の金属または無機物質をエッチングしハードマスクパターンを形成する。このハードマスクパターンはコア層をエッチングするエッチングマスクとして利用することができる。
【0024】
図4は図3(a)〜図3(g)の工程を通じて垂直面(側面)及び水平面(平面)がテーパされたコア層を、下部クラッド層上に形成した状態を示す斜視図である。
【0025】
図5(a)〜図5(f)は本発明の他の実施形態によるテーパ型光導波路の製造過程を示す工程側断面図であり、下部クラッド層に傾斜したプロフィールを形成してテーパ型導波路を製造する過程を示したものである。
【0026】
先ず、図5(a)に示したように、基板51上に下部クラッド層52を蒸着する。
【0027】
次に、図5(b)に示したように、下部クラッド層52上をフォトレジスト54で覆った後、グレースケールマスク100を利用して露光する。この時、グレースケールマスク100の紫外線(UV)透過率を漸進的に増加又は減少させることにより、所望形態のフォトレジストプロフィールを得ることができる。
【0028】
図5(c)はグレースケールマスク100を利用して露光及び現像しフォトレジストパターン54’を形成した状態を示している。このようにフォトレジストの露光程度によって、除去されるフォトレジストの深さが変わり傾斜したテーパプロフィールを得ることができる。
【0029】
次に、図5(d)に示したように、エッチングマスクとしてフォトレジストパターン54’を利用し下部クラッド層52をドライエッチング工程でエッチングすることで傾斜プロフィールを有する下部クラッド層52’を形成する。この時、フォトレジストパターン54’の形態が下部クラッド層52に転写される。ここで、フォトレジスト54と下部クラッド層52との間のエッチング選択比に従って転写の程度が変化する。例えば、フォトレジスト54と下部クラッド層52のエッチング選択比が1:1であると、フォトレジストパターン54’のプロフィールが下部クラッド層52に正確に転写される。従って、所望の下部クラッド層52のプロフィールを得るためにはフォトレジストパターン54’のプロフィールとエッチング選択比を同時に考慮すべきである。
【0030】
次に、図5(e)に示したように、傾斜プロフィールを有する下部クラッド層52’上にコア層53を蒸着した後、平坦化工程を通じてその蒸着したコア層を平坦化する。
【0031】
最後に、図5(f)に示したように、コア層53をエッチングして導波路53”を形成した後、上部クラッド層56を蒸着する。この時、コア層のエッチングは上述した一実施形態のように垂直面において傾斜したプロフィールを有するフォトレジストマスクパターン、又は、ハードエッチングマスクを利用したエッチング工程を通じて遂行される。
【0032】
以上の説明では、本発明を具体的な実施形態に基づいて説明したが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。したがって、本発明の範囲は上述の実施形態に限られるものでなく、特許請求の範囲のみならず、その範囲と均等なものにより定められるべきである。
【0033】
【発明の効果】
上述したように、本発明はグレースケールマスクを利用して傾斜プロフィールを有するテーパ型光導波路を形成するので、製造工程が単純であり、光導波路の形態を精密に制御することができる。従って、石英系光集積回路、複合化光半導体、光ファイバ間のスポット(spot)サイズ不整合(mismatch)による結合損失を大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】アレイ導波路回折格子多重化器の概略図。
【図2】一般的な線形テーパ型導波路の構造を示す図。
【図3】本発明の一実施形態によるテーパ型光導波路の製造過程を示す工程側断面図。
【図4】本発明の一実施形態に従って形成されたテーパ型光導波路を示す斜視図。
【図5】本発明の他の実施形態によるテーパ型光導波路の製造過程を示す工程側断面図。
【符号の説明】
31,51 基板
32,52 下部クラッド層
33,53 コア層
33’ 傾斜プロフィールを有するコア層
34,54 フォトレジスト
34’,54’ フォトレジストパターン
35 フォトレジストマスクパターン
36,56 上部クラッド層
52’ 傾斜プロフィールを有する下部クラッド層
53” 導波路
100 グレースケールマスク
Claims (6)
- 基板上に下部クラッド層、コア層を順に形成する段階と、
前記コア層上にグレースケールマスクを利用して傾斜したテーパプロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターン及び前記コア層をエッチングして水平面に予定されたテーパ型光導波路と同一の傾斜プロフィールを有するコア層を形成する段階と、
前記コア層上に予定されたテーパ型光導波路の垂直面と同一のテーパプロフィールを有するフォトレジストマスクパターンを形成する段階と、
エッチングマスクとして前記フォトレジストマスクパターンを利用し前記コア層をエッチングする段階と、
前記コア層上に上部クラッド層を形成する段階と、からなることを特徴とするテーパ型光導波路製造方法。 - 前記コア層上に傾斜プロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階は、前記グレースケールマスクの紫外線透過率を調節することにより、フォトレジストパターンのプロフィールを調節する請求項1記載のテーパ型光導波路製造方法。
- 前記フォトレジストパターン及びコア層をエッチングして水平面に予定されたテーパ型光導波路と同一のテーパプロフィールを有するコア層を形成する段階は、前記フォトレジストパターンとコア層のエッチング選択比を制御することにより、コア層の傾斜を調節する請求項1記載のテーパ型光導波路製造方法。
- 基板上に下部クラッド層を形成する段階と、
前記下部クラッド層上にグレースケールマスクを利用して傾斜したテーパプロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターン及び前記下部クラッド層をエッチングして水平面に予定されたテーパ型光導波路と同一の傾斜プロフィールを有する下部クラッド層を形成する段階と、
前記下部クラッド層上にコア層を蒸着した後平坦化する段階と、
前記コア層上に予定されたテーパ型光導波路の垂直面と同一のテーパプロフィールを有するフォトレジストマスクパターンを形成する段階と、
エッチングマスクとして前記フォトレジストマスクパターンを利用し前記コア層をエッチングする段階と、
前記コア層上に上部クラッド層を形成する段階と、からなることを特徴とするテーパ型光導波路製造方法。 - 前記下部クラッド層上に傾斜プロフィールを有するフォトレジストパターンを形成する段階は、前記グレースケールマスクの紫外線透過率を調節することにより、フォトレジストパターンのプロフィールを調節する請求項4記載のテーパ型光導波路製造方法。
- 前記フォトレジストパターン及び前記下部クラッド層をエッチングして水平面に予定されたテーパ型光導波路と同一のテーパプロフィールを有する下部クラッド層を形成する段階は、前記フォトレジストパターンと下部クラッド層のエッチング選択比を制御することにより、下部クラッド層の傾斜を調節する請求項4記載のテーパ型光導波路製造方法。
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