JPS592008A - 埋め込み型石英光導波路の製造方法 - Google Patents

埋め込み型石英光導波路の製造方法

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JPS592008A
JPS592008A JP57109795A JP10979582A JPS592008A JP S592008 A JPS592008 A JP S592008A JP 57109795 A JP57109795 A JP 57109795A JP 10979582 A JP10979582 A JP 10979582A JP S592008 A JPS592008 A JP S592008A
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waveguide
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信之 井元
Hidefumi Mori
森 英史
Nobuo Shimizu
清水 延男
Masahiro Ikeda
正宏 池田
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    • G02OPTICS
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light 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
    • G02B6/13Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/132Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by deposition of thin films

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  • Optics & Photonics (AREA)
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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】 本発明は低損失にして温度安定性、長期信頼性に優れる
光集積回路用の埋め込み型石英光導波路の製造方法に関
するものである。
光フアイバ伝送技術の開発に伴い、従来空間中で行われ
た光分岐、光フィルタ、光分波等の機能を光導波回路で
実現することが望まれている。特に石英ガラスな媒質と
する光導波路は低損失が見込まれ、光ファイバとの結合
に適し、機械的にも化学的にも安定な導波路として期待
されるため、いくつかの製造法が提案されている。第1
図に化学蒸着法による石英光導波路の製造方法を示す(
文献:森他電子通信学会技術報告OQE 80−135
 。
1980 )。スナワチ、マス70−コントローラMF
OIによシ流量を制御された酸素を、810j4. G
e014. PCl、 、 BBr、の各蒸気を伴って
高温炉2に導入し、ここで導波路の主成分となるS10
.及び不純物となるGem、 、 P、O,、B、0.
の微粒子を生成し、基板石英3上に堆積させた後、熱処
理によって透明ガラス化して導波路のコア4を形成する
ものである。この方法で作製した導波路は一様性が恋い
ため散乱損失が大きい上に、伝搬定数に一様性を要求さ
れる方向性結合器等の応用に不向きである。
ま九1500°C程度の熱処理を伴うのでクランクも生
じやすい等の欠点がある。他の方法として発明者は先に
スパッタリングを用いる石英光導波路の製造方法を提案
した(特願昭56−199490 )。
この方法は一様性及び熱処理を伴わない点で上記の化学
蒸着法よシ優れているが、熱処理により石英ガラスを溶
かしこむプロセメがないため、任意の凹凸上に導波路を
作製して埋めこむことができない。たとえば、石英基板
上に設けた10μm角の溝や約171mピッチのグレー
ティングの上に石英をスパッタすると、埋め込まれずに
中空部を生ずる。
第2図に本発明者による実験及び顕微鏡観察によシ得ら
れた断面図を示す。(a)は10μm角の溝、(b)は
(a)図に示す溝の上に石英をスパッタした状態を示す
。(0)+1約1μmピッチのグレーティングの場合で
ある。3は石英基板、4はスパッタした石英膜、5は中
空部を示す。この結果かられかるように、上記の方法で
は凹凸をつけた基板を埋めこむことができず、これが埋
め込み型環波路の作製法としては致命的な欠点となって
いる。
本発明はこれらの欠点を除去するため、スパッタリング
時に基板側−に−RF電力を、印−加することによシ基
板の溝や突起を完全に埋めこんでコアを形成する光縛波
路製造法を提案することを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は石英又は石英にド
ーパントを添加したものをターゲットとするスパッタリ
ングによシ石英基板上に基板よシ屈折率の高い石英層を
堆積させ、該石英層を導波路のコアとすべき所望の形状
を残してエツチングしたものの上に、再び石英をターゲ
ットとするスパッタリングによりクラッドとすべき石英
層を堆積させてコアを埋め込むプロセスにおいて、第二
回目のスパッタリングの際、RF電力を基板側電極に印
加することを特徴とする埋め込み型石英光導波路の作製
方法1を発明の要旨とするものである。
さらに本発明は石英基板上に導波路のコアとすべき所望
の形状をし丸溝をエツチングにょシ設け、石英又は石英
にドーパントを添加したものをターゲットとするスパッ
タリングにょシ該石英基板上に基板よシ屈折率の高い石
英層を堆積させるに際し、RP電力を基板側電極に印加
しながらターゲツト材で前出の溝を埋め、かつ表面が平
面になるまで堆積させた後、石英基板の最初の表面が現
れるまでエツチングし、再び石英をターゲットとするス
パッタリングによルクラッドとすべき石英層を堆積させ
ることを特徴とする埋め込み型石英先導波路の製造方法
を発明の要旨とするものである。
次に本発明の実施例を添附図面について説明する。なお
実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しな
い範囲内で、種々の変更あるい社改良を行いうろことは
云うまでも次い。
第3図は本発明による光導波路の作製手順を示す実施例
である。図において3は基板石英ガラス、4はスパッタ
リングにより堆積させたコアガラス、6は石英をドライ
エッチするためのマスクとして用いるT1蒸着膜、7は
フォトレジスト、8はスパッタリングによシ堆積させた
クラッドガラスである。(a)は基板3の上にコアガラ
ス4を堆積させ、T1膜6を蒸着した上にフォトレジス
トアをスピナによル塗布した状態である。(b)は導波
路パターンを残しレジストを除去した状態であ)、(c
)でそのルジストをマスクとしてT1をエツチングし、
(a)ではそのT1をマスクとしてコアガラス4をエッ
チンクスる。(e)では突起状に残ったコアガラス4の
上にクラッドとなる石英ガラス8をスパッタリングによ
ル堆積させる。通常のスパッタリングでは第2図のよう
に空隙が生じる。本実施例では基板側電極にもRF電力
を加えることにょシ空隙の発生を防ぎ、第3図(e)の
ようにコアを完全に埋め込みながらクラッドを堆積させ
ることを実現したものである。基板側にRF電力を加え
ることによル空隙の発生を防ぐプロセスの機構は次のよ
うに解釈できる。まず、通常のスパッタリングでは堆積
する石英微粒子の付着に方向性がないため、基板に段差
がある所では段差の上面を覆うようにオーバーハング状
に堆積して行く。第4図(a)にその様子を示した。オ
ーバーハングの下の部分は影となるので石英粒子が届か
ず、空隙となる。そのまま堆積を続けると(b)に示す
ように空隙5を残したまま堆積される。一方、基板側に
もRF電力を印加した場合、堆積とエツチングが同時に
進行する。堆積が当方内的であるのに対し、エツチング
は傾斜のついた面はど速く進行する(文献:S。
Matuo、 JJAP、 vow、 15. No、
 7. p、 1253. (1976) )。
従って横方向の堆積は抑制され、逆に(c)に示すよう
に壁がけずられながら堆積するので台形状になる。従っ
てスパッタされた石英微粒子が溝の中に到達するのを妨
げる。ものが無くなるので、(、i)のように溝の埋め
こみが完全に行われる。なお、= (a)〜(d)の各
段階共、本発明者による実験結果を断面観察することに
よシ得られた。実験的にはターゲットに印加する単位面
積当シのRF電力の1/7〜1/1oのRFパワーを基
板にも印加すれば、溝の埋めこみを行うことができた。
具体的にはターゲット側のパワーを”Vcm2*基板側
を帆3−意とした。
第5図に本実、施例で用いたRFスパッタ装置を示す。
3は石英基板、9は基板側電極、10は基板側のRF電
源、11は石英又はドーグ材を含む石英のターゲット、
12はターゲット側電極、13はターゲット側RF電源
、14はシャッタ、  15はペルジャーで、14.1
5はアースされている。
第6図は本発明の他の実施例を示す。前の実施例と異る
と仁ろは、第3図では(a)のようにコア部を突起状に
残したのに対し、本実施例ではコア部を溝の中に埋めこ
む点が異っている。即ち、(a)基板3の上にT1膜6
を蒸着した上に7オトレジスト7を塗布し、(b)4波
路パターンの部分のレジストを除去し、(C)そのパタ
ーンを71膜に転写する。
(a)Tt膜をマスクとして石英基板にコアとなる溝を
エツチングによシ設け、ついでフォトレジスト7を除去
する。(e)スパッタリング法によりコアとなる石英ガ
ラス4を溝に埋めこむ。このとき前の実施例と同様、タ
ーゲット側RF電力の程度のRF電力を基板側に印加す
る。コアガラスの堆積を十分行うと(e)のように上面
が平らになる。次に(f)に示すように元の基板3の面
゛までコアガラス4をエツチングする。その上にクラッ
ドガラス8をスパッタリングによシ堆積させ、(g)に
示すようにコアガラスを基板3の溝内に埋め−込む。
第7図は本発明をグレーティングの埋め込みに応用する
例を示す。16はコアガラスの上面に設けたグレーティ
ングを示す。(a>石英基板3の上にスパッタリングに
よシコアガラス4を堆積させる。
(b)コアガラスの上にグレーティングを形成する。
グレーティングの形成には干渉篇光法及び石英のドライ
エツチングが利用できる。(C)前出の実施例と同様に
、基板側にもRF電力を印加しながら、クラッドとなる
石英をスパッタリングにより堆積させる。実験的には1
μmのピッチ、深さ0.5μmのグレーティングの上に
石英ガラスをスパッタするとき、ターゲット側RF電力
を” 8”ffi” 1基板側を” 16”/Cm !
とした。その結果第6図(c)のように完全に埋めこま
れることを、断面の電子顕微鏡観察によシ確認した。
なお、本発明で用いるターゲットとしては、化学蒸着法
によシネ細物を添加したもの(文献:特願昭56−19
9490 )の他、石英と不純物の焼結体等も利用でき
るが、さらに純粋石英そのものを用いてもコアとクラッ
ドの屈折率差を設けることができる。これはスパッタリ
ングによシ堆積する石英の屈折率をターゲットの屈折率
よシわずかに高くできることによる。例えば、Ar圧力
lXl0−’Torr 、ターゲット側RF電力170
Wのとき、比屈折率差0.29%が得られた。これは導
波路に要求される比屈折率差として十分な大きさである
以上説明したように、本発明によれば石英のスパッタリ
ングのみを用いて複雑な構造の導波路のコア及びクラッ
ドを堆積させるため、全工程が低温ドライプロセスで統
一される。従って大量生産に向いて゛いるの曝ならず、
熱処理に伴う破損や変形がない。またスパッタリングに
よる膜は均一で散乱が少いので、よシ低損失で精度の高
い導波回路素子の作製が可能である等の利点を有する。
 □
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の化学蒸着法による石英光導波路製造装置
、第2図(a)〜(c)は通常の石英のスパッタリング
によシ生ずる空隙を示す導波路断面図、第3図(a1〜
(θ)は本発明による製造プロセスを説明する図、第4
図(a)〜(d)はスパッタリングによる空隙他の実施
例を示す説明図、第7図(a)〜(0)図は本発明をグ
レーティング付き導波路の製蚕に応用したときのプロセ
スを示す。 l・・マスフローコントローラ、2・・・高温炉、3・
・・石英基板、4・・・コアとなる石英ガラス、5・・
・空隙、6・・・T1蒸着膜、7・・・フォトレジスト
、8・・・クラッドとなる石英ガラス、9・・・基板側
電極、10・・・RF電源、11・・・ターゲット、1
2・・・ターゲット側電極、13・・・RF電源、14
・・シャッタ、15・・・ペルジャー、16・・・グレ
ーティング特許出願人 第2図 第3図 第6図 =43− 第7図 (a)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)石英又味石英にドーパントを添加し念ものをター
    ゲットとするスパッタリングによシ石英基板上に基板よ
    ル屈折率の高い石英層を堆積させ、該石英層を導波路の
    コアとすべき所望の形状を残してエツチングしたものの
    上に、再び石英をターゲットとするスパッタリングによ
    シフラッドとすべき石英層を堆積させてコアを埋め込む
    プロセスにおいて、第二回目のスパッタリングの際、R
    F電力を基板側電極に印加することを特徴とする埋め込
    み型石英光導波路の作製方法。
  2. (2)石英基板上に導波路のコアとすべき所望の形状を
    した溝をエツチングによジ設け、石英又は石英にドーパ
    ント′fr:添加したものをターゲットとするスパッタ
    リングによりi石英基板上に基板よシ屈折率の高い石英
    層を堆積させるに際し、RF電力を基板側電極に印加し
    ながらターゲツト材で前記の溝を埋め、かつ表面が平面
    になるまで堆積させた後、石英基板の最初の表面が現れ
    るまでエツチングし、再び石英をターゲットとするスパ
    ッタリングによシフラッドとすべき石英層を堆積させる
    ことを特徴とする坤め込み型石英光導波路の製造方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2565701A1 (fr) * 1984-06-11 1985-12-13 Gen Electric Co Plc Procede de fabrication de guides d'ondes optiques integres et guide d'onde optique produit par sa mise en oeuvre
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