JPS63194206A - 石英系光導波路の製造方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、石英系光導波路の製造方法、さらに詳細には
石英系ガラスを用いた光導波路の製造方法に関する。

〔発明の従来技術〕

石英系光導波路は、基板上に形成された石英系光導波膜
にドライエツチング加工を施すことにより作製される。

従来、作製には石英系光導波膜上に、まず非晶質シリコ
ン膜（以下ａ　−Ｓｉ膜と略記）Ｔｉなどの金属膜ある
いはＣａＦ　ｅな・どの金属フン化物膜を形成し、続い
てフォトレジスト膜を塗布し、フォトリングラフィの工
程によりフォトレジスト膜を所望の光導波路パターン状
にパターン化した後、パターン状フォトレジスト膜をマ
スクとしてａ−５ｉｌｉ、金属膜あるいは金属フッ化物
膜をドライエツチング法によりパターン化し、続いてパ
ターン状のａ−別膜、金属膜または金属フン化物膜をマ
スクとして最終的に石英系光導波膜をドライエツチング
する方法が用いられていた。

石英系光導波膜をドライエツチングする際のマスク材は
、たとえばＴｉ金属膜やＣａＰ　ｅ金属フン化物膜では
１μ−程度までの厚膜化が限度であり、ａ−３ｉｌｌｌ
！でも１０ｐＩｍ厚が限度で、この場合膜形成に数時間
以上を要するとう欠点があった。このため、数μ調厚程
度のマスク材を用いて、単一モードあるいは多モード光
ファイバと整合する厚さ１０μｍあるいは５０μｍ程度
の石英系光導波膜を加工することになるため、石英系導
波膜とマスク材とのエツチング速度比（選択比）は１０
：１以上が要求されるという事情があった。

従来、石英系光導波膜の加工においては、このように高
い選択比を得るため、光導波膜のエツチング時にマスク
材表面にカーボンのフン化物を重合膜として形成させて
いたが、マスクパターン上面や側面にこの重合膜が不均
一に付着するため光導波路パターン側面の荒れの発生を
招き、光導波路伝パン損失の原因となり大きな問題点と
なっていた。

また、マスク材として通常用いられているフォトレジス
ト〔例えば、マイクロボジフト１４００　（シプレー社
製）シリーズ、０ＦＰＲ（東京応化社製）〕を使用した
場合、１０μｍ程度まで厚膜化でき、単一モード系に使
用可能な膜厚であるという利点があるが、耐熱性に劣る
ため、光導波膜エツチングの際、マスクパターンが劣化
し、忠実なパターン転写できないとう欠点があり、光導
波膜の加工には不適であった。

〔発明の概要〕 本発明は上記欠点を除去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第一の目的は、厚膜化が容
易で、石英系光導波膜に対し良好な選択比を有すること
がなくとも、良好に光導波膜を加工可能なマスク材提供
することである。本発明による第二の目的は、上記のよ
うな厚膜化の容易なマスク材を使用して、石英導波膜を
加工し、伝１１［失の小さな石英系光導波路を製造する
方法を提供することである。

本発明の他の目的は、以下の記述により、さらに明らか
になる。

前述のような目的を達成するために、本発明は、基板上
に形成された石英系光導波膜表面にポリイミド膜を所望
のパターン状に形成し、続いて該パターン状ポリイミド
膜をマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエツチ
ングにより石英系光導波膜を加工することを特徴として
いる。

本発明者らは、種々の膜状物質の厚膜化およびドライエ
ツチング特性を鋭意検討した結果、ポリイミド膜が石英
系光導波膜に対して選択比１〜５を与え、１００μｍ程
度の厚膜化ができ、ドライエツチングによるパターンの
劣化がないことを見出し、本発明に至ったものであり、
ポリイミド膜をマスク材として、厚膜の石英系導波膜を
加工し、低伝搬損失の石英系光導波路を製造したもので
ある。

〔発明の詳細な説明〕

以下、図面により本発明の詳細な説明する。

本発明の基本的な光導波路の製造方法のプロセスを第１
図に示す。すなわち第１図は、本発明による石英系光導
波路の製造工程図である。

第１図（ａｌは基板１上に堆積された石英系光導波膜２
を示す。

基板１としては、石英系光導波路の基板として使用され
るものであれば、基本的にいかなるものでもよい。たと
えば石英ガラス板またはシリコン結晶板を用いることが
でる。

また、石英系光導波膜２の形成方法および組成は、本発
明において基本的に限定されるものではなく、たとえば
、５ｉＣ１ａを主成分とし、ＧｅＣｌ４、ＴｉＣ１ｉ　
、ＢＣＩ　３　、ＰＣＩ　３等をドーパントとするガラ
ス形成原料ガスの熱酸化反応または火炎加水分解反応に
より形成することができる。

本発明では第１図（ｂ）に示すようにまず石英系光導波
膜上にポリイミド膜３を所望のパターン状に形成する。

このポリイミド膜３１のパターン形成方法は基本的に限
定されるものではない。たとえば感光性ポリイミド膜を
形成し、このポリイミド膜ニ光を照射して現像、リンス
してパターン化を行い、キュアして形成してもよい。ま
た、ポリイミド膜に有機金属含有ネガ型レジストを塗布
し、所望パターン状に光を照射し、現像リンスしてレジ
スト層をパターン化し、このパターンをマスクとしてエ
ツチングし、ポリイミド膜をパターン化することも可能
である。

次に第１図（Ｃ）に示すようにパターン状ポリイミド膜
３１をマスクとしてＣＦ４、Ｃ５！ＦＢ、Ｃ３Ｆ［１等
の一種以上であるフッ素系ガス中で、石英系光導波膜２
をドライエツチングし、光導波路２１を形成する。

最後に、第１図（ｄ）に示すように残存したポリイミド
膜を除去し、工程は終了する。

本発明者の検討によるとポリイミド膜と石英系光導波膜
の選択比は２〜５程度が得られ、光導波膜のエツチング
中にポリイミド膜パターン側面もこの選択比に対応して
エツチングされ重合物の付着がないので側面荒れのない
光導波路の形成が期待できる。

また第１図において、ポリイミドは１００μ−程度まで
の膜厚が得られるので、例えば選択比２．５で２００Ａ
ＩＩ１１厚の光導波膜の加工に対しても充分対応できる
。

実施例１ 基板１としてシリコンウェハ、光導波膜２としてバッフ
ァ層２０μｍ１コア層５０μｍ厚のＳｉＯｔ　−ＴｉＯ
ｔガラス膜を用いた。コア層はバッファ層より約１％大
きい屈折率値を有する。この実施例では第１図（ｂ）に
対応するパターン状ポリイミド膜を得るのに、感光性ポ
リイミド膜をフォトリングラフィ工程によってパターン
形成した。すなわち第２図（ａ）に示すように、光導波
膜２上に感光性ポリイミド膜３を塗布しベータ後、第２
図山）に示すように所望のパターン状に・光を照射し、
現像、リンスしてパターン化し、キエアを行った。続い
て、第２図（Ｃ）に示すように、平行平板型の反応性イ
オンエツチング（ＲＩＥ　）装置、エッチャントガスと
してＣｔＦｅを用いてドライエツチングすることにより
７０μ鋼厚の光導波膜を完全に加工することができた。

エツチング終了後、カロ酸により残留ポリイミド膜を除
去した（第２図（ｄ））。

上述の工程で感光性ポリイミド膜としてＣ１ｂａ　−Ｇ
ｅｉｇｙ社製Ｐｒｏｂｉｍｉｄｅ　３４８４５μｍ厚を
用い、光導波膜エツチング後の残膜は１５μ鋼厚で、選
択比は約２．３であった。パターンには５５μｍ幅の直
線導波路パターンを用い、エツチング後の光導波路幅は
４４μｍで１１μ−の線幅減少があった。この直線光導
波路の特性を調べ、伝廉損失０．０４ｄＢ／’ｃｓを得
た。ａ　−３ｉ膜を使用した場合の０．２ｄＢ／ａｓに
比べ大きく改善された。

実施例２ 基板１としてシリ−コンウェハ、光導波膜２としてバッ
ファ層２０μｍ、コア層１０μ請厚のシングルモード用
ＳｉＯｔ　　ＴｉＯｔガラス膜を用いた。この実施例で
はパターン状ポリイミド膜を得るのに、２層レジスト法
を用いてパターン形成した。すなわち、第３図（ａ）に
示すように、光導波膜２上に下層レジストとしてポリイ
ミド膜を塗布キュアー後、上層レジストとして有機金属
含有ネガ型レジストを塗布しベーキングした後、所望の
パターン状に光を照射し、現像リンスし上層レジストを
パターン化、このパターンをマスクとして、酸素ガスを
用いた反応性イオンエツチング（ＲＩＥ　）により下層
レジストである上記ポリイミド膜をパターン化した（第
３図伽））。

続いて、ｃａｐｅとＣ＊Ｈａの混合ガスを用いた反応性
イオンエツチングでコア層１０ｃｒ＊を加工した（第３
図（Ｃ））、加工後カロ酸により残存ポリイミド膜を除
去した（第３図（ｄ））。上記工程で上層レジスト膜と
して東洋曹達工業社製　ＳＮＲ（Ｍ　−４）　０．５μ
−厚、下層ポリイミド膜にはデュポン社製ＰＩ−２５５
５４μ−厚、パターンには８．１０μｓ＋＠の直線導波
路および間隔２μｍの方向性結合器パターンを用いた。

導波膜エツチング後、ポリイミド膜の残膜は１．８μｍ
で選択比は約４．５であり、光導波路幅は１μ鋼減少、
３μ−間隔の方向性結合器が得られた。

実施例３ 本実施例では、埋込み形光導波路の２次加工に応用した
場合について示す、先導波回路による光部品を実現する
上で光ファイバとの接続法が１つの課題となっている。

解決方法の１つにファイバガイド溝による接続法がある
。ここでは、このガイド溝の形成について述べる。すな
わち、第４図（ａ）に示すように埋込まれた単一モード
光導波路上に感光性ポリイミド膜を塗布・プリベーク後
、石英系単一モード光ファイバ挿入用の溝状に露光し、
現像、リンス後キユアーし、厚さ３０μｍのポリイミド
パターンを形成した（第４図（ｂ））。

続いてＣ２Ｆ、とＣｇＩＩ　４の混合ガスを用いたＲＩ
Ｅで深さ７０μｍ加工し、残存ポリイミドを除去しガイ
ド溝を形成した（第４図（Ｃ））。このように形成した
ガイド溝を用いた場合の接続損失は１ｄＢ以下であり、
実用に十分使用できる結果が得られた。

このように、ポリイミドを用いた光導波路の製造では、
導波路のみならず、ガイド溝などの２次加工にも適応で
きる。特に２次加工での深いエツチング加工では、従来
のａ　−５ｉマスクやＴｉなどの金属マスクでは厚膜が
必要となるため膜形成に時間がかかるだけでなく、下地
パターンが見えなくなるので、新たなアライメント用パ
ターンの形成が必要となる。この工程数が多くなる分ア
ライメント精度が低下してしまう。したがって、ポリイ
ミドによる加工は時間および精度の両面で有利である。

実施例４ 本実施例では、リッジ型単一モード導波路すなわち段差
のある基板にガイド溝を形成した場合を示す。加工工程
を次に述べる。

リッジ型車−七−ド光導波路上に感光性ポリイミド膜を
塗布、プリベークする（第５図（ａ））。ポリイミド膜
により、リッジ部分の凹凸は平坦化される。次ぎにガイ
ド溝状に露光し、現像リンス後キユアーする（第５図（
ｂ））。

続いてＣ２Ｆ８とＣ２１１４の混合ガスを用いたＲＩＥ
により石英系ガラスを加工し、残存ポリイミドを除去し
、ガイド溝を得る（第５図（Ｃ））。

上記工程において導波路コア部１０μｍ角、クラッド層
３μｍのりフジ型導波路で３０μｍのバッファ層を下地
のシリコン基板が露出するまでエツチング加工した。シ
リコンのエツチング速度は石英系膜の約２０分の１なの
でオーバーエツチングすることでリッジ部分の段差はシ
リコン面上では０．５μｍ程度まで減少させられた。こ
のガイド溝を用いた石英系ファイバとの接続では接続損
失的１ｄＢが得られた。

本実施例のように段差のある場合、ａ　−５ｉやＴＩな
どをマスクとして用いては均一な膜厚や平坦化は困難で
あり、特に精度要求される場合は条件を満足できないと
予想される。ポリイミドの場合は液体であるので平坦化
ができ精度よく加工ができる。

以上の実施例ではポリイミド単層あるいは２層レジスト
法について述べたが、下層にポリイミドを用いた多層レ
ジストを用いても同様に作製できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のポリイミド膜をマスク材
とする加工法によれば、１００１１ｍ程度の厚膜化がで
きるので、導波略伝パン損失の原因となる導波路の側面
荒れの発生が抑制できる。選択比５以下の条件でも厚膜
の石英系光導波路の加工、およびガイド溝などの２次加
工にも精度よく加工することができる。本発明の方法で
製造される石英系光導波路は、その高品質加工を活かし
て、光分岐・合流素子や光分渡合波素子等を大量一括生
産するのに適当であり、光通信用光回路部品の高性能化
、低価格化への貢献が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図ば本発明の基本的な製造工程図、第２図は本発明
製造方法による第１の実施例の光導波路製造工程の断面
図、第３図は本発明製造方法による第２の実施例の光導
波路製造工程の断面図、第４図は本発明製造方法による
第３の実施例の光導波路２次加工の工程図、第５図は本
発明の製造方法による第４の実施例の光導波路２次加工
の工程図。 １　・・・基板、２　・・・光導波膜、２１・・・加工
された光導波膜（光導波路）、２２・・・クラッド層、
２３・・・バッファ層、３　・・・感光性ポリイミド、
３１・・・パターン化されたポリイミド膜、４　・・・
感光性あるいは非感光性ポリイミド膜、４１・・・パタ
ーン化されたポリイミド膜、５　・・・有機金属含有レ
ジスト、５１・・・パターン化された有機金属含有レジ
スト、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成された石英系光導波膜表面にポリイ
   ミド膜を所望のパターン状に形成し、続いて該パターン
   状ポリイミド膜をマスクとして、フッ素系ガスを用いた
   ドライエッチングにより石英系光導波膜を加工すること
   を特徴とする石英系光導波路の製造方法。