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WO2010098295A1 - 光導波路、光導波回路、および光導波回路の製造方法 - Google Patents

光導波路、光導波回路、および光導波回路の製造方法 Download PDF

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Publication number
WO2010098295A1
WO2010098295A1 PCT/JP2010/052668 JP2010052668W WO2010098295A1 WO 2010098295 A1 WO2010098295 A1 WO 2010098295A1 JP 2010052668 W JP2010052668 W JP 2010052668W WO 2010098295 A1 WO2010098295 A1 WO 2010098295A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical waveguide
core
cladding layer
manufacturing
silicon substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2010/052668
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
真也 渡邊
森生 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Publication of WO2010098295A1 publication Critical patent/WO2010098295A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • 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
    • G02B6/105—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type having optical polarisation effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • 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
    • G02B2006/12035—Materials
    • G02B2006/12038—Glass (SiO2 based materials)

Definitions

  • the present invention relates to an optical waveguide, an optical waveguide circuit, and a method of manufacturing the optical waveguide circuit.
  • PLCs Planner Light-wave Circuits
  • an optical waveguide manufactured by PLC manufacturing technology is realized as follows. First, a lower cladding layer is formed on a silicon (Si) substrate, and then a core film through which light is guided is formed.
  • a core is formed in a desired layout by photolithography and dry etching.
  • the upper clad layer is formed into a film.
  • the reflow layer optically functions as a clad in the same manner as the upper and lower clad layers.
  • optical waveguide circuit for example, AWG (Arrayed Waveguides Grating) for multiplexing and dividing a plurality of wavelengths, VOA (Variable Optical Attenuator) for attenuating incident light by a desired amount, and incident light
  • AWG Arrayed Waveguides Grating
  • VOA Very Optical Attenuator
  • incident light incident light
  • functions can be provided depending on the layout of the core, such as an optical switch for outputting to a desired port.
  • the characteristics representing the optical characteristics of the optical waveguide itself are represented by insertion loss (or propagation loss) and PDL (Polarization Dependent Loss). Usually, the smaller the two, the better.
  • PDL is a phenomenon in which the insertion loss of the optical waveguide varies depending on the polarization state of light, and is expressed as the amount of divergence between the insertion loss in TE (Transverce Electric) mode and the insertion loss in TM (Transverce Electromagnetic) mode. .
  • Birefringence means that the optical waveguide has a different refractive index depending on the direction.
  • the dominant cause of the occurrence of birefringence is the internal stress of the optical waveguide (in other words, the stress acting to balance with the stress received from the outside).
  • the optical waveguide is manufactured by laminating a silicon oxide film to be a clad or a core on a substrate. At this time, the process usually requires heat treatment at a very high temperature of around 1000 ° C.
  • the wafer is warped due to the difference in thermal expansion coefficient between the deposited silicon oxide film and the substrate, and the produced optical waveguide receives large stress from the wafer. This stress generates PDL.
  • a structure is proposed in which the optical waveguide is separated from the silicon substrate. It is a technique of partially floating the optical waveguide from the silicon substrate in the form of a bridge and relieving stress from the substrate to reduce the PDL. Such a structure is called a bridge structure.
  • thermo-optical phase shifter As an example.
  • the optical waveguide circuit In the optical waveguide circuit, a method of adding a function using the TO (Thermo-Optic) effect is often used.
  • This is a technology in which a glass material constituting an optical waveguide circuit actively utilizes a physical phenomenon in which the refractive index changes due to heat.
  • a Mach-Zehnder interferometer composed of a directional coupler based on an optical waveguide circuit has a structure in which input light is branched into two, propagated the same length, and then recombined.
  • a metal heater is provided on one of the waveguide paths branched here, and the phase of the light to be guided can be changed by heat generated by supplying power to the heater. In this way, when the branched waveguides are coupled, the interference state changes according to the phase difference of the light guided through the two waveguides, and the intensity of the output light can be changed.
  • thermo-optic phase shifter For example, if the phase difference is set to a half wavelength of light, both branched light beams cancel each other at the time of coupling, so the output becomes almost zero. Also, if the phase difference is zero or an integral multiple of the wavelength, the input light intensity can be substantially taken out.
  • the part that changes the phase is called a thermo-optic phase shifter.
  • the power required to shift the light having a wavelength of 1550 nm used in optical communication by a half wavelength is about 400 mW when no modification is made to the optical waveguide.
  • An optical waveguide having the following structure is typical as a general technology for reducing power consumption of a thermo-optic phase shifter realized by a planar lightwave circuit.
  • a groove is formed at a position away from the optical waveguide of the portion functioning as a phase shifter by a predetermined distance.
  • the groove is filled with air or evacuated, but the heat conductivity of the gas is sufficiently smaller than the silicon oxide film forming the cladding, so the heat generated from the heater is diffused to the cladding You can prevent.
  • Such a structure is called a ridge structure.
  • the optical waveguide portion formed by being sandwiched by the grooves is simply referred to as a ridge.
  • thermo-optic phase shifter having such a ridge structure is realized by the following manufacturing method.
  • a metal film to be a heater is formed on the upper cladding layer by a sputtering apparatus or a vapor deposition apparatus.
  • a heater is formed in a desired layout by photolithography using a photomask and a milling apparatus.
  • a groove is formed at a desired position by a dry etching apparatus.
  • the heater needs to be sufficiently protected by a resist so that the heater is not damaged by dry etching.
  • the following method is generally used to further increase the thermal efficiency.
  • the power consumption effect that can usually be realized with the ridge structure is about half as much suppression as in the normal case, and the value of 8 W for 40 channels Is not small enough.
  • the bridge structure is a structure in which the optical waveguide is separated from the silicon substrate and floated like a bridge.
  • thermal phase shifter which already has a ridge structure
  • the bridge structure suppresses the thermal diffusion to the silicon substrate in the same manner as the ridge structure suppresses the thermal diffusion to the cladding, so that a further significant power consumption reduction effect can be obtained.
  • the bridge structure has the feature of reducing PDL by releasing the stress from the substrate generated from the difference in linear expansion coefficient between the optical waveguide film and the substrate.
  • thermo-optic phase shifter brings about two great effects of low power consumption and low PDL.
  • bridge structure such a structure is called a bridge structure again.
  • the waveguide portion floating in a bridge shape is referred to as a bridge.
  • the bridge structure can be realized by a technique called sacrificial layer etching which is well known as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • An example of the technology is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2004-37524 (hereinafter referred to as Patent Document 1).
  • this technique is a method in which a sacrificial layer is deposited in advance on a substrate, and finally only this layer is isotropically etched.
  • This method is realized by etching with hydrogen fluoride water by using a silicon substrate and using PSG (Phospho Silicate Glass: phosphorus glass) or the like as a sacrificial layer.
  • PSG Phospho Silicate Glass: phosphorus glass
  • this method has the advantage of not requiring a special device, it is essential to form a sacrificial seed film between the lower cladding layer and the silicon substrate.
  • the problem with this method is not only the increase in the number of film formation steps.
  • the silicon oxide film stacked on the sacrificial layer must be adjusted in refractive index and softening temperature to function as a waveguide while maintaining high etching selectivity to the sacrificial layer.
  • etching of a silicon substrate is generally realized by forming a ridge structure and then exposing the silicon to a gas or solution for etching.
  • non-patent documents only mention etching a silicon substrate by dry etching
  • isotropic etching of the silicon substrate can be realized by using a gas such as xenon fluoride.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Publication No. 2001-521180
  • thermo-optical phase shifter for forming an insulating film as a protective layer on a cladding layer on which a heater is formed is disclosed in JP-A 2004-279993 (hereinafter referred to as Patent Document 3), paragraphs 0053 and 0054. And FIG. 3 (b).
  • the optical waveguide it is necessary to embed the core so that voids do not occur, so a film having a relatively low softening point is used for the buried layer and the upper cladding layer.
  • PSG and BPSG Bophospho Silicate Glass
  • NSG Non-dope Silicate Glass
  • the distance from the core to the external environment is very short, and the deterioration of PSG and BPSG constituting the cladding around the core due to moisture brings about a change in refractive index and stress.
  • the characteristics of the waveguide are easily changed.
  • One of the objects of the present invention is to provide an optical waveguide, an optical waveguide circuit, and a method of manufacturing an optical waveguide circuit capable of preventing the deterioration of the cladding around the core due to moisture.
  • the optical waveguide according to one aspect of the present invention has low moisture permeability, which is a member having a lower moisture permeability than silicon oxide, which covers the core through which light is guided, the cladding layer covering the core, and the exposed portion of the cladding layer. And a member.
  • An optical waveguide circuit is configured to include the above-described optical waveguide and a silicon substrate supporting the optical waveguide.
  • a first cladding layer and a core layer are sequentially formed on a silicon substrate, and a core is formed on the core layer by photolithography and etching.
  • the first low moisture-permeable member which is a member having lower moisture permeability than silicon oxide, is formed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the optical waveguide of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an optical waveguide circuit according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flow chart showing the processing procedure of the method of manufacturing the optical waveguide circuit of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of an optical waveguide circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of the optical waveguide circuit according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 4C is a cross-sectional view of the optical waveguide circuit according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 4D is a cross-sectional view of the optical waveguide circuit according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 4E is a cross-sectional view of the optical waveguide circuit according to the eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing the thermo-optic phase shifter of the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing the thermo-optic phase shifter of the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5C is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing the thermo-optic phase shifter of the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing the thermo-optic phase shifter of the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing the thermo-
  • FIG. 5D is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing the thermo-optic phase shifter of the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5E is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing the thermo-optic phase shifter of the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5F is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing the thermo-optic phase shifter of the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5G is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing the thermo-optic phase shifter of the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5H is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing the thermo-optic phase shifter of the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5I is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing the thermo-optic phase shifter of the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5J is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing the thermo-optic phase shifter of the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5K is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing the thermo-optic phase shifter of the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5L is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing the thermo-optic phase shifter of the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flow chart showing the processing procedure of the method of manufacturing the thermo-optic phase shifter of the ninth embodiment.
  • FIG. 7A is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to an eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of the manufacturing method of the bridge structure of the eleventh example of the present invention.
  • FIG. 7C is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of the manufacturing method of the bridge structure of the eleventh example of the present invention.
  • FIG. 7A is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to an eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of the manufacturing method of the bridge structure of
  • FIG. 7D is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure of the eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 7E is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to an eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 7F is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to an eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 7G is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure of an eleventh example of the present invention.
  • FIG. 7H is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to an eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 7I is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to an eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 7J is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to an eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 7K is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure of the eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 7L is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to an eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flow chart showing the processing procedure of the manufacturing method of the bridge structure in the eleventh embodiment.
  • FIG. 8 is a flow chart showing the processing procedure of the manufacturing method of the bridge structure in the eleventh embodiment.
  • FIG. 9A is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of the manufacturing method of the bridge structure of the twelfth example of the present invention.
  • FIG. 9C is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9D is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of the manufacturing method of the bridge structure of the twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of the manufacturing method of the bridge structure of the twelfth example of the present invention.
  • FIG. 9E is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9F is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9G is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of the manufacturing method of the bridge structure of the twelfth example of the present invention.
  • FIG. 9H is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9I is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9J is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9K is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9L is a schematic cross sectional view showing a processing procedure of a method of manufacturing a bridge structure according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flow chart showing the processing procedure of the manufacturing method of the bridge structure in the twelfth embodiment.
  • FIG. 11A is a plan view for explaining an example of a support of the bridge structure of the present invention.
  • 11B is a cross-sectional view of a portion of line segment BB in FIG. 11A.
  • FIG. 11C is a cross-sectional view of the portion of line segment AA in FIG. 11A.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a process of forming a pillar by isotropic etching on a silicon substrate.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a process of forming a pillar by isotropic etching on a silicon substrate.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of the heat insulating groove provided in the optical waveguide of the present invention.
  • the first embodiment relates to an example of an optical waveguide.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the optical waveguide of the first embodiment of the present invention.
  • the optical waveguide 1 is configured to include a core 11 through which light is guided, a cladding layer 12 covering the core 11, and a low moisture permeability member 13 covering an exposed portion of the cladding layer 12.
  • the low moisture-permeable member 13 is a member having lower moisture permeability than silicon oxide.
  • the exposed part of the cladding layer 12 is covered with the low moisture-permeable member 13, it is possible to prevent the deterioration of the cladding layer 12 around the core 11 due to moisture.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an optical waveguide circuit according to a second embodiment of the present invention.
  • the same components as in FIG. 1 will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • the optical waveguide circuit 2 is configured to include the silicon substrate 14 and the optical waveguide 1.
  • the optical waveguide 1 is configured to include a core 11 through which light is guided, a cladding layer 12 covering the core 11, and a low moisture-permeable member 13 covering an exposed portion of the cladding layer 12.
  • bridge structure a structure in which the optical waveguide 1 is separated from the silicon substrate 14 and floated like a bridge
  • the structure which mounts the optical waveguide 1 on the silicon substrate 14 is also possible.
  • the optical waveguide circuit 2 capable of preventing the deterioration of the cladding layer 12 due to moisture is obtained.
  • the third embodiment relates to an example of a method of manufacturing an optical waveguide circuit.
  • FIG. 3 is a flow chart showing the processing procedure of the method of manufacturing the optical waveguide circuit of the third embodiment of the present invention.
  • a first process S1 for forming a lower cladding layer and a core layer on a silicon substrate and a second process S2 for forming a core by photolithography and dry etching.
  • a third process S3 of covering the core with the upper cladding layer and a fourth process S4 of forming an optical waveguide by removing the cladding layer at a predetermined distance from both sides of the core by photolithography and dry etching
  • a fifth process S5 of forming a low moisture-permeable member on the exposed portion of the cladding layer of the optical waveguide is a third process S3 of covering the core with the upper cladding layer, and a fourth process S4 of forming an optical waveguide by removing the cladding layer at a predetermined distance from both sides of the core by photolithography and dry etching.
  • the exposed portions of the upper and lower cladding layers are covered with the low moisture permeability member, it is possible to prevent the deterioration of the cladding layer around the core due to moisture. Therefore, a method of manufacturing the optical waveguide circuit 2 capable of preventing the deterioration of the cladding layer due to moisture is obtained.
  • FIGS. 4A to 4E are cross-sectional views showing the optical waveguides of the fourth to eighth embodiments of the present invention, respectively.
  • the fourth embodiment relates to another example of the optical waveguide circuit.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of an optical waveguide circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the optical waveguide circuit 3 is an example of a structure having a thermo-optic phase shifter.
  • the optical waveguide circuit 3 is configured to include a silicon substrate 14 and an optical waveguide 4.
  • the optical waveguide 4 includes a lower cladding layer 15, a core 11 provided on the lower cladding layer 15, a buried layer 16 covering the core 11, an upper cladding layer 17 provided on the buried layer 16, and an upper cladding.
  • Low-moisture-permeable member covering exposed portions of a heat generating member (hereinafter referred to as a "heater") 18 provided on the layer 17, the core 11, the lower cladding layer 15, the upper cladding layer 17, the embedded layer 16 and the heater 18 And 13 are included.
  • a bridge structure in which the optical waveguide 4 is separated from the silicon substrate 14 and floated like a bridge is employed.
  • surfaces of the optical waveguide 4 is also employ
  • the low moisture-permeable member 13 is formed of a silicon nitride film.
  • the heat insulation groove (not shown) is filled with air or evacuated, but since the thermal conductivity of the gas is sufficiently smaller than the film forming the cladding, the heat generated from the heater 18 It is possible to prevent diffusion into the cladding.
  • the entire bridge structure including the heater 18 is covered with the silicon nitride film, the lower cladding layer 15 and the upper cladding layer 17 around the core 11 are completely covered with the silicon nitride film.
  • Silicon nitride films are known to have lower moisture permeability than silicon oxides because the crystal structure is very dense. This property is the same for silicon oxynitride (SiON), and a silicon oxynitride film can be used instead of the silicon nitride film in this embodiment.
  • the entrance and exit of moisture is interrupted between the core 11 functioning as the optical waveguide 4, the lower cladding layer 15, the upper cladding layer 17, and the outside.
  • the core 11 functioning as the optical waveguide 4
  • the lower cladding layer 15 the upper cladding layer 17, and the outside.
  • the fifth embodiment relates to another example of the optical waveguide circuit.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of the optical waveguide circuit according to the fifth embodiment of the present invention.
  • symbol is attached
  • the optical waveguide circuit 5 is an example of a structure having a thermo-optic phase shifter.
  • the optical waveguide circuit 5 is configured to include a silicon substrate 14 and an optical waveguide 6.
  • the fifth embodiment has a structure in which a part of silicon nitride film (SiN) is embedded in the upper cladding layer 17.
  • SiN silicon nitride film
  • FIG. 4C is a cross-sectional view of the optical waveguide circuit according to the sixth embodiment of the present invention.
  • symbol is attached
  • the optical waveguide circuit 7 is an example of a structure having a thermo-optic phase shifter.
  • the optical waveguide circuit 7 is configured to include a silicon substrate 14 and an optical waveguide 8.
  • the sixth embodiment has a structure in which a part of silicon nitride film (SiN) is embedded in the lower cladding layer 15.
  • SiN silicon nitride film
  • FIG. 4D is a cross-sectional view of the optical waveguide circuit according to the seventh embodiment of the present invention.
  • the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the optical waveguide circuit 9 is an example of a structure having a thermo-optic phase shifter.
  • the optical waveguide circuit 9 is configured to include a silicon substrate 14 and an optical waveguide 10.
  • the seventh embodiment is not a complete bridge structure, but is an example in the case of having an intermediate structure of a ridge structure and a bridge structure.
  • the other configuration is the same as that of the fourth embodiment.
  • FIG. 4E is a cross-sectional view of the optical waveguide circuit according to the eighth embodiment of the present invention.
  • the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the optical waveguide circuit 21 is an example of a structure having a thermo-optic phase shifter.
  • the optical waveguide circuit 21 is configured to include a silicon substrate 14 and an optical waveguide 22.
  • the eighth embodiment when there is no need for a bridge structure and there is no problem even with a simple ridge structure, as shown in the figure, the effect of solving the problem can be achieved simply by forming a silicon nitride film (SiN) after forming the heat insulation groove Is obtained.
  • SiN silicon nitride film
  • the ninth embodiment relates to an example of a method of manufacturing a thermo-optic phase shifter according to the present invention.
  • 5A to 5L are schematic sectional views showing the processing procedure of the method of manufacturing the thermo-optic phase shifter according to the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flow chart showing the processing procedure of the method of manufacturing the thermo-optic phase shifter of the ninth embodiment.
  • the apparatus used in the following description, the film type used, etc. are an example, and this invention is not limited to these.
  • SiN 52 is deposited on the silicon substrate 14 by CVD or the like (S11 in FIG. 5A and FIG. 6).
  • NSG to be the material of the lower cladding layer 15 and SiON to be the material of the core layer 54 are deposited by the same apparatus (FIG. 5B and S12 in FIG. 6).
  • the core 11 is formed by photolithography and dry etching techniques, and heat treatment is performed as needed (FIG. 5C and S13 in FIG. 6).
  • a film having a low softening point such as BPSG or PSG to be the embedded layer 16 for embedding the core 11 or the upper cladding layer 17 is formed, and heat treatment is performed as required (S14 in FIG. 5D and FIG. 6).
  • a metal film such as Pt or Ti to be a heater is formed on the upper cladding layer 17 by a sputtering apparatus or a vapor deposition apparatus, and the heater 18 is formed right above the core by photolithography and etching (FIG. 5E and FIG. 6 S15).
  • an SiN 59 covering the heater 18 is formed on the upper cladding layer 17, and a chromium film 60 serving as a stopper layer is formed later from above (FIG. 5F and S16 in FIG. 6).
  • a resist 61 having a predetermined pattern is formed on the chromium film 60 by photolithography. Subsequently, dry etching is performed on the resist 61 to remove the cladding layer at a predetermined distance from both sides of the core, thereby forming a heat insulation groove (FIG. 5G and S17 in FIG. 6).
  • SiN 62 is formed on the exposed surface of the silicon substrate 14 (corresponding to the bottom of the heat insulation groove) and the chromium film 60 (S18 in FIG. 5H and FIG. 6) and dry etching is performed again (FIG. 5I and S19 of FIG. 6). Since RIE (Reactive Ion Etching) used for dry etching is anisotropic, the SiN 62 deposited on the side wall of the adiabatic groove is hardly removed, and only the SiN 62 on the chromium film 60 and the SiN 62 at the bottom of the adiabatic groove are removed. Since the etching rate for the chromium film 60 of RIE is slower compared to SiN 62, the chromium film 60 serves as a stopper layer to complete the etching.
  • RIE Reactive Ion Etching
  • the chromium film 60 is removed by an etchant (FIG. 5J and S20 in FIG. 6).
  • the SiN film is formed after the formation of the heat insulating groove in the step described in FIG. 5G, the structure of FIG. 4E is obtained. Further, if the SiN 59 formed in the step described in FIG. 5F is formed so as to be sandwiched between the upper cladding layers, the structure shown in FIG. 4B is obtained. If the SiN 52 formed in the process described in FIG. 5A is formed so as to be sandwiched between the lower cladding layers, the structure shown in FIG. 4C can be obtained.
  • the exposed part of the cladding layer is covered with the low moisture-permeable member (SiN film in this embodiment), it is possible to prevent the deterioration of the cladding layer around the core due to moisture.
  • the tenth embodiment relates to the distance from the heat insulating groove side wall to the core of the thermo-optic phase shifter according to the present invention.
  • FIG. 4E is used for the description of the tenth embodiment.
  • the distance from the heat insulation groove side wall 13a shown in FIG. 4E to the core 11 is d.
  • the light propagating with the core 11 generally propagates while leaking to a certain extent to the lower cladding 15 and the upper cladding layer 17.
  • SiN has a refractive index of around 2 and higher than the refractive index of a general core 11.
  • d needs to be large enough so that propagating light is not coupled to the SiN film .
  • the heat from the heater 18 easily escapes to the silicon substrate 14 side, and the power consumption as a phase shifter is increased.
  • d needs to select an optimal value.
  • d when the relative refractive index difference ⁇ of the waveguide is 0.7%, d is optimally about 15 ⁇ m, and when the relative refractive index difference ⁇ of the waveguide is about 6%, d is preferably about 3 ⁇ m. It is. These can be determined by simulation using BPM (business process management).
  • the eleventh embodiment relates to a method of manufacturing a bridge structure using sacrificial layer etching according to the present invention.
  • 7A to 7L are schematic sectional views showing the processing procedure of the method for manufacturing a bridge structure in the eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flow chart showing the processing procedure of the manufacturing method of the bridge structure in the eleventh embodiment.
  • the sacrificial layer 63 is formed on the silicon substrate 14 by CVD or the like (S31 in FIGS. 7A and 8).
  • the sacrificial layer 63 is preferably a PSG film or the like having a high etching rate by BHF (buffered hydrofluoric acid).
  • SiN 52 is formed on the sacrificial layer 63.
  • NSG to be a material of the lower cladding layer 15 and SiON to be a material of the core 54 are formed (FIG. 7B and S32 in FIG. 8).
  • the core 11 is formed by photolithography and dry etching techniques, and heat treatment is performed as needed (FIGS. 7C and S33 in FIG. 8).
  • a film having a low softening point such as BPSG or PSG to be the buried layer 16 or the upper cladding layer 17 is formed, and heat treatment is performed as needed (FIG. 7D and S34 in FIG. 8).
  • a metal film such as Pt or Ti to be a heater is formed on the upper cladding layer 17 by a sputtering apparatus or a vapor deposition apparatus, and the heater 18 is formed right above the core by photolithography and etching (FIG. 7E and FIG. S35 of 8).
  • SiN 59 covering the heater 18 is formed on the upper cladding layer 17, and a chromium film 60 serving as a stopper layer is formed thereafter from above (FIG. 7F and S 36 in FIG. 8).
  • a resist 61 having a predetermined pattern is formed on the chromium film 60 by photolithography. Subsequently, dry etching is performed from above the resist 61 to remove the cladding layer at a predetermined distance from both sides of the core, thereby forming a heat insulating groove (FIG. 7G and S37 in FIG. 8).
  • FIG. 7G is immersed in BHF or the like to selectively etch the sacrificial layer 63 (FIG. 7H and S38 in FIG. 8), and a bridge structure is formed (FIG. 7I and S39 in FIG. 8).
  • a bridge structure using sacrificial layer etching is obtained.
  • the twelfth embodiment relates to a method of passivating the optical waveguide with SiN after bridging the optical waveguide in one example of the present invention.
  • 9A to 9L are schematic sectional views showing the processing procedure of the method for manufacturing a bridge structure of the twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flow chart showing the processing procedure of the manufacturing method of the bridge structure in the twelfth embodiment.
  • SiN 52 is deposited on the silicon substrate 14 by CVD or the like (S51 in FIGS. 9A and 10).
  • NSG to be the material of the lower cladding layer 15 and SiON to be the material of the core layer 54 are deposited by the same apparatus (FIG. 9B and S52 in FIG. 10).
  • the core 11 is formed by photolithography and dry etching techniques, and heat treatment is performed as needed (FIGS. 9C and S53 in FIG. 10).
  • a film having a low softening point such as BPSG or PSG to be the buried layer 16 or the upper cladding layer 17 is formed, and heat treatment is performed as needed (FIG. 9D and S54 in FIG. 10).
  • a metal film such as Pt or Ti to be a heater is formed on the upper cladding layer 17 by a sputtering apparatus or a vapor deposition apparatus, and the heater 18 is formed right above the core by photolithography and etching (FIG. 9E and FIG. 10 S55).
  • SiN 59 covering the heater 18 is formed on the upper cladding layer 17, and a chromium film 60 serving as a stopper layer is formed thereafter (FIG. 9F and S56 in FIG. 10).
  • a resist 61 having a predetermined pattern is formed on the chromium film 60 by photolithography. Subsequently, dry etching is performed from above the resist 61 to remove the cladding layer at a predetermined distance from both sides of the core, thereby forming a heat insulating groove (FIG. 9G and S57 in FIG. 10).
  • the top surface of the silicon substrate 14 is isotropically etched with xenon fluoride gas or the like (FIGS. 9H and S58 in FIG. 10) to form a bridge structure (FIG. 9I and FIG. 10 S59).
  • the resist 61 is removed, and SiN 62 is deposited thereon (FIGS. 9J and S60 in FIG. 10).
  • a bridge structure in which the cladding layer is passivated with SiN after being bridged is obtained.
  • the thirteenth embodiment relates to the configuration of a support of a bridge structure.
  • 11A to 11C are configuration diagrams showing an example of a support of the bridge structure of the present invention.
  • FIG. 11A is a plan view of the phase shifter portion.
  • 11B is a cross-sectional view of a portion of line segment BB in FIG. 11A.
  • FIG. 11C is a cross-sectional view of the portion of line segment AA in FIG. 11A.
  • the lower cladding layer 15, the buried layer 16 and the upper cladding layer 17 are formed in order.
  • the core 11 is provided in the buried layer 16, and the heater 31 is provided on the upper cladding layer 17.
  • SiN is provided in the top layer and the bottom layer of the optical waveguide portion.
  • the heat insulating groove 32 is formed in the shape as shown in FIG. 11A with respect to the buried layer 16, the lower cladding layer 15, and the upper cladding layer 17, and then the upper surface of the silicon substrate 33 is etched.
  • FIG. 11C the portion of the line segment AA shown in FIG. 14 is completely side edged from the upper surface of the silicon substrate 33 which is the base portion of the optical waveguide portion to a predetermined depth.
  • the part is a bridge structure.
  • FIG. 11B in the portion of the line segment B-B shown in FIG.
  • FIG. 12 and 13 are perspective views showing the process of forming the pillars 34 by isotropic etching on a silicon substrate.
  • FIG. 12 shows a state before isotropic etching is performed on a silicon substrate
  • FIG. 13 shows a state after performing isotropic etching on a silicon substrate.
  • the external perspective view of the structure shown in FIG. 5J corresponds to FIG. 12, and the cross-sectional structure shown in FIG. 5K corresponds to the cross section of the portion of line segment B-B in FIG.
  • the cross sectional structure corresponds to the cross section of the portion of the line segment AA in FIG.
  • the SiN film formed around the optical waveguide portion is partially omitted.
  • the bridge structure and the support of the thermo-optic phase shifter according to the present invention are obtained.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of the heat insulating groove provided in the optical waveguide of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view in which the cross-sectional structure shown in FIG. 5G is expanded and displayed in the lateral direction (the left and right directions parallel to the sheet centering on the drawing).
  • phase shifter portion 41 grooves are formed on both sides of the waveguide core 42 at a predetermined distance in the lateral direction from the waveguide core 42.
  • a groove which is provided in the laminated film including the cladding 45 and the cladding 46 so as to separate the phase shifter portion 41 and which reaches the surface of the silicon substrate is referred to as a heat insulating groove 43.
  • the fourteenth embodiment since the heat insulating groove 43 is provided so that the heat from the heater 44 does not escape via the clad 45 and the clad 46, power consumption can be reduced.
  • SiN films are known to have lower moisture permeability than silicon oxides because the crystal structure is very compact.
  • the entrance and exit of water is interrupted between the core and the cladding functioning as the optical waveguide and the outside, and as a result, the refractive index and stress change due to film deterioration Can be prevented.
  • the bridge structure according to the present invention is applicable not only to the optical waveguide circuit but also to other fields such as fabrication of a cantilever in the field of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) etc., instead of the bridge structure by sacrificial layer etching. .

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Abstract

　本発明の光導波路（１）は、光が導波するコア（１１）と、コアを覆うクラッド層（１２）と、クラッド層の露出部分を覆う、シリコン酸化物よりも水分の透過性が低い部材である低透湿性部材（１３）と、を有する構成である。

Description

光導波路、光導波回路、および光導波回路の製造方法
　本発明は、光導波路、光導波回路、および光導波回路の製造方法に関する。
　光通信を実現する様々な光デバイスの中で、平面光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎｎｅｒ　Ｌｉｇｈｔ－ｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）を利用したデバイスは、半導体回路の製造プロセスを利用できることから、デバイスの小型化、高機能化、集積化に優れるという特長を持つ。
　通常、ＰＬＣ製造技術で作製される光導波路は、次のようにして実現される。まず、シリコン（Ｓｉ）基板上に下クラッド層を成膜し、続いて光が導波するコア膜を成膜する。
　ここで様々な機能を実現するために設計されたフォトマスクを用い、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによって、所望するレイアウトでコアを形成する。
　その後、場合によってはコアを埋め込むためのリフロー層成膜を経た後、上クラッド層を成膜する。なお、このリフロー層は光学的には上下クラッド層と同様にクラッドとして機能する。
　このようにして作製された光導波回路には、例えば、複数の波長を合分波するＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ　Ｇｒａｔｉｎｇ）、入射光を所望する量だけ減衰させるＶＯＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）や、入射光を所望のポートに出力させる光スイッチなど、コアのレイアウトによって様々な機能を持たせることができる。
　光導波路そのものの光学的特徴を表す特性は、挿入損失（あるいは伝播損失）、ＰＤＬ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｌｏｓｓ：偏波依存性ロス）に代表される。通常、両者は小さければ小さいほど好ましいとされる。
　ここでＰＤＬとは、光の偏光状態によって光導波路の挿入損失が異なる現象であり、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｃｅ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）モードにおける挿入損失と、ＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｃｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）モードにおける挿入損失との乖離量として表される。
　このような乖離は光導波路が有する複屈折が大きく寄与する。複屈折とは、光導波路が方向によって異なった屈折率を有することを言う。複屈折が発生する支配的原因は、光導波路が有する内部応力（換言すれば外部から受ける応力と均衡するように働く応力）である。
　前述したように光導波路は、基板上にクラッドやコアとなるシリコン酸化膜を積層させていくことで作製される。この時、通常、そのプロセスは１０００℃前後という非常に高い温度での熱処理を必要とする。
　このため、基板がシリコンなどの場合には、堆積したシリコン酸化膜と基板との熱膨張係数の差によって、ウェハは反り、作製される光導波路はウェハから大きな応力を受けることになる。この応力はＰＤＬを発生させる。
　そこで、様々な工夫によって、応力を軽減する、あるいは方向性を持たないように均衡させる技術が利用されている。
　その中の一手段として、光導波路をシリコン基板から分離する構造が提案されている。それは、光導波路を部分的にシリコン基板からブリッジ状に浮かせ、基板からの応力を開放することでＰＤＬを軽減する技術である。このような構造をブリッジ構造と呼ぶこととする。
　以下、このブリッジ構造を説明するに当たり、この構造によってＰＤＬ低減以外の効果も得ることができる。その効果を「熱光学位相シフタ」を例に説明する。
　光導波回路においては、ＴＯ（Ｔｈｅｒｍｏ－Ｏｐｔｉｃ：熱光学）効果を利用して機能を付加する手法がよく用いられる。これは、光導波回路を構成するガラス材料が、熱によって屈折率変化する物理現象を積極的に利用した技術である。
　例えば、光導波回路による方向性結合器で構成されるマッハツェンダ干渉計は、入力した光を二分岐し、互いに同一長伝播した後に再度結合する構造を有する。
　ここで分岐した一方の導波路上部に金属ヒータを設けておき、ヒータに電力を投入することで発生する熱によって、導波する光の位相を変えることができる。このようにすると、分岐した両導波路が結合する際、両者を導波した光の位相差に応じて干渉状態が変化し、出力される光強度を変化させることができる。
　例えば、位相差を光の半波長分とすれば、分岐された両導波光は結合時に互いに打ち消しあうため、出力はほぼゼロとなる。また、位相差がゼロまたは波長の整数倍とすれば、入力された光強度をほぼそのまま取り出すことができる。ここで、位相を変化させる部分を熱光学位相シフタと呼ぶ。
　これらの現象を利用して、マッハツェンダ干渉計を光スイッチとして機能させることが可能である。また、位相差は任意に与えることができるため、連続的な位相変化を利用して光減衰器として利用することも可能となる。
　このようにして実現される光デバイスを動作させるには、ヒータに電力を投入して制御することになるため、動作に必要な消費電力が小さいことが望まれる。
　通常、光通信で利用される１５５０ｎｍの波長を持つ光を半波長分シフトさせるに必要な電力は、光導波路に何ら工夫のない場合は４００ｍＷ程度となる。
　しかし、これらが例えば４０ｃｈ分の制御が必要となると、およそ１６Ｗの電力が必要となる。この電力は非常に大きいため、一般的には光導波回路に様々な工夫が施されることで、消費電力が低減されている。
　平面光波回路で実現される熱光学位相シフタの一般的な低消費電力化の技術として、次のような構造を有する光導波路が代表的である。
　位相シフタとして機能する部分の光導波路から所定の距離だけ離れた位置に溝が形成された構造である。溝は、空気が充填されたり、真空にされたりすることになるが、気体の熱伝導率はクラッドを形成するシリコン酸化膜よりも十分に小さいため、ヒータから発生する熱がクラッドに拡散することを防ぐことができる。
　このため、消費電力を格段に小さくすることができる。このような構造をリッジ構造と呼ぶことにする。また、溝で挟み込まれて形成される光導波路部を単にリッジと呼ぶこととする。
　通常、このようなリッジ構造を備えた熱光学位相シフタは次のような製造方法で実現される。
　前述した通りに光導波路を形成した後、上クラッド層上にヒータとなる金属膜をスパッタリング装置あるいは蒸着装置などで成膜する。
　次にフォトマスクを用いたフォトリソグラフィとミリング装置などによって、所望するレイアウトでヒータを形成する。
　次にコアを形成する工程と同様に、ドライエッチ装置によって所望の位置に溝を形成する。このとき、ドライエッチングによってヒータが損傷しないように、ヒータはレジストで十分に保護されている必要がある。
　リッジ構造において、より熱効率を上げるためには、次のような方法が一般的である。
　（１）光導波路の下クラッド層を厚くする。これによってコアとシリコン基板間の熱抵抗が高くなり、シリコン基板への熱の流出が抑制される。
　（２）リッジの幅を狭める。リッジ構造の場合、熱拡散はリッジからシリコン基板へ流出が支配的となる。このため、リッジの幅を狭めるほどリッジとシリコン基板の接合面積は小さくなり、熱拡散が抑制される。
　しかしながら、以下の理由により、これらの方法にはそれぞれに限界がある。
　（１）下クラッド層を厚くするほど、膜に加わる応力は強くなり、ウェハにクラックが発生し易くなる。また、強い応力によって複屈折が大きくなり光導波路のＰＤＬが大きくなる。さらに、厚くなるほど製造工程時間が長くなる。
　（２）リッジ幅を細くし過ぎると、導波光がリッジ側壁の荒れを感じ、散乱による損失が増加する。
　可能な限りにおいてこのような施策を投じたとしても、通常、リッジ構造で実現できる消費電力化の効果は、通常の場合に比較しておよそ半分程度までの抑制であり、４０ｃｈにして８Ｗという値は十分小さいとは言えない。
　そこで、リッジ構造に加えて、さらに消費電力を低減する方法として提案されている技術が、冒頭で記したブリッジ構造の採用である。前述した通りブリッジ構造は、光導波路をシリコン基板から分離し、ブリッジ状に浮かせる構造である。
　既にリッジ構造を具備した熱位相シフタの場合、リッジをシリコン基板から分離することで実現する。リッジ構造がクラッドへの熱拡散を抑制するのと同様に、ブリッジ構造はシリコン基板への熱拡散を抑制するため、さらに大幅な消費電力低減の効果が得られる。
　また、前述した通り、ブリッジ構造は、光導波路膜と基板との線膨張係数差から発生する基板からの応力が開放されることによる、ＰＤＬの低減という特長を持つ。
　このため、熱光学位相シフタにおけるブリッジ構造の採用は、低消費電力化、低ＰＤＬ化という二つの大きな効果をもたらす。
　以下、このような構造を改めてブリッジ構造と呼ぶ。また、ブリッジ状に浮いた導波路部分をブリッジと呼ぶこととする。
　ブリッジ構造は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術としてよく知られている犠牲層エッチングという技術によって実現できる。その技術の一例が特開２００４－３７５２４号公報（以下では、特許文献１と称する）に開示されている。
　特許文献１に開示されているように、この技術は、予め基板上に犠牲層を堆積させておき、最終的にこの層だけ等方的にエッチングする方法である。
　この方法は、シリコン基板を使用し、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ　Ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ：燐ガラス）などを犠牲層とすることで、フッ化水素水によるエッチングで実現される。
　シリコン酸化膜にリンをドープするとフッ化水素水に対して早いエッチングレートを持つようになるため、ＰＳＧだけを選択的にエッチングすることが可能となるのである。
　この方法は特殊な装置を必要としない利点があるが、犠牲層となる種膜を、下クラッド層とシリコン基板の間に成膜することが必須となる。
　この方法の課題は単に成膜工程が増えてしまうだけではない。犠牲層上に積層するシリコン酸化膜は、犠牲層に対して高いエッチング選択性を保ちつつ、導波路として機能する屈折率や軟化温度を調整しなければならない。
　これは、製造プロセス全体の設計自由度を大きく奪ってしまうことを意味する。また、フッ化水素は犠牲層膜以外のシリコン酸化膜も多かれ少なかれエッチングしてしまうため、光導波路としてダメージなく作製するための設計と技術が必要となる。
　そこで、代替手段としてシリコン基板をエッチングする方法がある。この場合には、犠牲層は不要であるため、従来の確立された光導波路製造プロセスに何ら影響なくブリッジ構造を実現することができる。
　このような方法は、例えば、“Ｂｒｉｄｇｅ－Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ　Ｓｉｌｉｃａ－Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｔｈｅｒｍｏ－Ｏｐｔｉｃ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔｅｒ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ　Ｔｙｐｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｗｉｔｃｈ（Ａ．Ｓｕｇｉｔａ　ｅｔ　ａｌ．，　Ｔｒａｎｓ．　ＩＥＩＣＥ，Ｖｏｌ．Ｅ７３（１９９０）　ｐｐ．１０５－１０９）”（以下では、非特許文献と称する）に開示されている。
　非特許文献にも開示されているが、通常、シリコン基板のエッチングは、リッジ構造を形成した後に、シリコンをエッチングするガスまたは溶液に晒すことで実現される。
　非特許文献にはドライエッチングによってシリコン基板をエッチングするとだけ記されているが、フッ化キセノンなどのガスを使用することでシリコン基板の等方的なエッチングが実現可能である。
　また、関連技術の他の例としてエアブリッジ構造のシリコン細線光導波路の発明が、特表２００１－５２１１８０号公報（以下では、特許文献２と称する）に開示されている。
　さらに、ヒータが形成されたクラッド層上に、さらに保護層として絶縁膜を成膜する熱光学位相シフタが、特開２００４－２７９９９３号公報（以下では、特許文献３と称する）の段落００５３、００５４および図３（ｂ）に開示されている。
　しかしながら、上記のようなシリコン基板をエッチングする方法に限らず、リッジ構造、ブリッジ構造、いずれの場合においても次のような課題がある。
　通常、光導波路の作製において、ボイド（ｖｏｉｄ：空間）が発生しないようにコアを埋め込む必要があるため、埋め込み層や上クラッド層には、軟化点が比較的低い膜を使用する。
　これらは何もドーピングされていないＮＳＧ（Ｎｏｎ－ｄｏｐｅ　Ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ）にリンやボロンなどがドーピングされたＰＳＧやＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈｏ　Ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ）などに代表される。
　ところが、このような膜は水分に対して非常に影響を受けやすいという弱点を持つ。すなわちリンやボロンが水分と反応しやすい特徴を持つため、湿気を含む環境に曝された場合に、表面に析出してしまう。
　特にリッジ構造やブリッジ構造など有する光導波路においては、コアから外部環境までの距離が非常に短く、コア周辺のクラッドを構成するＰＳＧやＢＰＳＧの湿気による変質は、屈折率や応力変化をもたらし、光導波路の特性を容易に変化させてしまう。
　一方、前述の特許文献３に、ヒータが形成されたクラッド層上に保護層として絶縁膜を成膜する発明が開示されているが、これはヒータ上面に絶縁層を形成しただけであり、後述する本発明のようにクラッド層の露出部分を覆う発明とは構成が全く異なる。
　したがって、前述の特許文献１～３および非特許文献のいずれにも本発明が解決しようとする課題は開示されていない。
　本発明の目的の一つは、コア周辺のクラッドの湿気による変質を防止することが可能な光導波路、光導波回路、および光導波回路の製造方法を提供することである。
　本発明の一側面の光導波路は、光が導波するコアと、コアを覆うクラッド層と、クラッド層の露出部分を覆う、シリコン酸化物よりも水分の透過性が低い部材である低透湿性部材と、を有する構成である。
　また、本発明の一側面の光導波回路は、上記光導波路と、この光導波路を支持するシリコン基板と、を有する構成である。
　さらに、本発明の一側面の光導波回路の製造方法は、シリコン基板の上に第１のクラッド層およびコア層を順に形成し、コア層に対してフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりコアを形成し、コアを覆う第２のクラッド層を形成し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりコアの両側面のそれぞれから所定の距離だけ離れた位置の第１および第２のクラッド層に溝を形成し、第１および第２のクラッド層の露出部分に、シリコン酸化物よりも水分の透過性が低い部材である第１の低透湿性部材を形成するものである。
図１は本発明の第１実施例の光導波路の断面図である。 図２は本発明の第２実施例の光導波回路の断面図である。 図３は本発明の第３実施例の光導波回路の製造方法の処理手順を示すフローチャートである。 図４Ａは本発明の第４実施例の光導波回路の断面図である。 図４Ｂは本発明の第５実施例の光導波回路の断面図である。 図４Ｃは本発明の第６実施例の光導波回路の断面図である。 図４Ｄは本発明の第７実施例の光導波回路の断面図である。 図４Ｅは本発明の第８実施例の光導波回路の断面図である。 図５Ａは本発明の第９実施例の熱光学位相シフタの製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図５Ｂは本発明の第９実施例の熱光学位相シフタの製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図５Ｃは本発明の第９実施例の熱光学位相シフタの製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図５Ｄは本発明の第９実施例の熱光学位相シフタの製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図５Ｅは本発明の第９実施例の熱光学位相シフタの製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図５Ｆは本発明の第９実施例の熱光学位相シフタの製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図５Ｇは本発明の第９実施例の熱光学位相シフタの製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図５Ｈは本発明の第９実施例の熱光学位相シフタの製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図５Ｉは本発明の第９実施例の熱光学位相シフタの製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図５Ｊは本発明の第９実施例の熱光学位相シフタの製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図５Ｋは本発明の第９実施例の熱光学位相シフタの製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図５Ｌは本発明の第９実施例の熱光学位相シフタの製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図６は第９実施例の熱光学位相シフタの製造方法の処理手順を示すフローチャートである。 図７Ａは本発明の第１１実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図７Ｂは本発明の第１１実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図７Ｃは本発明の第１１実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図７Ｄは本発明の第１１実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図７Ｅは本発明の第１１実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図７Ｆは本発明の第１１実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図７Ｇは本発明の第１１実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図７Ｈは本発明の第１１実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図７Ｉは本発明の第１１実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図７Ｊは本発明の第１１実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図７Ｋは本発明の第１１実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図７Ｌは本発明の第１１実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図８は第１１実施例におけるブリッジ構造の製造方法の処理手順を示すフローチャートである。 図９Ａは本発明の第１２実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図９Ｂは本発明の第１２実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図９Ｃは本発明の第１２実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図９Ｄは本発明の第１２実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図９Ｅは本発明の第１２実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図９Ｆは本発明の第１２実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図９Ｇは本発明の第１２実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図９Ｈは本発明の第１２実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図９Ｉは本発明の第１２実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図９Ｊは本発明の第１２実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図９Ｋは本発明の第１２実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図９Ｌは本発明の第１２実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。 図１０は第１２実施例におけるブリッジ構造の製造方法の処理手順を示すフローチャートである。 図１１Ａは本発明のブリッジ構造の支柱の一例を説明するための平面図である。 図１１Ｂは図１１Ａにおける線分Ｂ－Ｂの部位の断面図である。 図１１Ｃは図１１Ａにおける線分Ａ－Ａの部位の断面図である。 図１２はシリコン基板に対する等方性エッチングによる、支柱の形成プロセスを示す斜視図である。 図１３はシリコン基板に対する等方性エッチングによる、支柱の形成プロセスを示す斜視図である。 図１４は本発明の光導波路に設けられる断熱溝の一例を示す断面図である。
　以下、本発明の実施例について添付図面を参照しながら説明する。
　第１実施例は光導波路の一例に関する。図１は本発明の第１実施例の光導波路の断面図である。図１を参照すると、光導波路１は光が導波するコア１１と、コア１１を覆うクラッド層１２と、クラッド層１２の露出部分を覆う低透湿性部材１３とを含む構成である。低透湿性部材１３は、シリコン酸化物よりも水分の透過性が低い部材である。
　第１実施例によれば、クラッド層１２の露出部分が低透湿性部材１３で覆われるため、コア１１周辺のクラッド層１２の湿気による変質を防止することが可能となる。
　第２実施例は光導波回路の一例に関する。図２は本発明の第２実施例の光導波回路の断面図である。なお、図１と同様の構成部分には同一番号を付し、その説明を省略する。
　図２を参照すると、光導波回路２は、シリコン基板１４と、光導波路１とを含む構成である。また、光導波路１は光が導波するコア１１と、コア１１を覆うクラッド層１２と、クラッド層１２の露出部分を覆う低透湿性部材１３とを含む構成である。
　本実施例では、光導波路１をシリコン基板１４から分離し、ブリッジ状に浮かせる構造（以下、「ブリッジ構造」と表示する）を採用している。
　なお、光導波路１をシリコン基板１４上に載置する構成も可能である。
　第２実施例によれば、クラッド層１２の露出部分が低透湿性部材１３で覆われるため、コア１１周辺のクラッド層１２の湿気による変質を防止することが可能となる。したがって、クラッド層１２の湿気による変質を防止することが可能な光導波回路２が得られる。
　第３実施例は光導波回路の製造方法の一例に関する。図３は本発明の第３実施例の光導波回路の製造方法の処理手順を示すフローチャートである。
　図３を参照すると、光導波回路の製造方法は、シリコン基板上に下クラッド層とコア層とを成膜する第１処理Ｓ１と、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによりコアを形成する第２処理Ｓ２と、コアを上クラッド層で覆う第３処理Ｓ３と、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによりコア両脇から所定の距離だけ離れた位置のクラッド層を除去することで、光導波路を形成する第４処理Ｓ４と、光導波路のクラッド層の露出部分上に低透湿性部材を成膜する第５処理Ｓ５とを含む構成である。
　第３実施例によれば、上下クラッド層の露出部分が低透湿性部材で覆われるため、コア周辺のクラッド層の湿気による変質を防止することが可能となる。したがって、クラッド層の湿気による変質を防止することが可能な光導波回路２の製造方法が得られる。
　次に、第４実施例から第８実施例の光導波回路の構成を説明する。図４Ａから図４Ｅのそれぞれは、本発明の第４実施例から第８実施例のそれぞれの光導波路を示す断面図である。
　第４実施例は光導波回路の他の一例に関する。
　図４Ａは本発明の第４実施例の光導波回路の断面図である。なお、図１に示した構成と同様な構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図４Ａを参照すると、光導波回路３は、熱光学位相シフタを有する構造の一例である。
　光導波回路３は、シリコン基板１４と、光導波路４とを含む構成である。また、光導波路４は下クラッド層１５と、下クラッド層１５上に設けられたコア１１と、コア１１を覆う埋め込み層１６と、埋め込み層１６上に設けられた上クラッド層１７と、上クラッド層１７上に設けられた発熱部材（以下では、「ヒータ」と称する）１８と、コア１１、下クラッド層１５、上クラッド層１７、埋め込み層１６およびヒータ１８の露出部を覆う低透湿性部材１３とを含む構成である。
　本実施例では、光導波路４をシリコン基板１４から分離し、ブリッジ状に浮かせるブリッジ構造を採用している。また、光導波路４の両側面のそれぞれから所定の距離だけ離れた部位に断熱溝（不図示）を設けたリッジ構造も採用している。さらに、低透湿性部材１３の一例として、低透湿性部材１３をシリコン窒化膜で構成している。
　断熱溝（不図示）には、空気が充填されたり、真空にされたりすることになるが、気体の熱伝導率はクラッドを形成する膜よりも十分に小さいため、ヒータ１８から発生する熱がクラッドに拡散することを防ぐことができる。
　本実施例では、ヒータ１８を含むブリッジ構造全体をシリコン窒化膜で覆っているため、コア１１周辺の下クラッド層１５、上クラッド層１７はシリコン窒化膜で完全に覆われた構造となる。
　シリコン窒化膜は、結晶構造が非常に緻密であるため、透湿性がシリコン酸化物よりも低いことが知られている。この性質は、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）についても同様で、本実施例においてシリコン窒化膜に代えてシリコン酸窒化膜を用いることもできる。
　第４実施例によれば、このような構造とすることで、光導波路４として機能するコア１１、下クラッド層１５および上クラッド層１７と、外部との間で水分の出入りが断たれるため、結果として膜変質による屈折率や応力変化を防止することが可能となる。
　第５実施例は光導波回路の他の一例に関する。図４Ｂは本発明の第５実施例の光導波回路の断面図である。なお、図１に示した構成と同様な構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図４Ｂを参照すると、光導波回路５は、熱光学位相シフタを有する構造の一例である。
　光導波回路５は、シリコン基板１４と、光導波路６とを含む構成である。第５実施例は一部のシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を上クラッド層１７内部に埋め込んだ構造となっている。その他の構成は第４実施例と同様である。
　第５実施例によれば、第４実施例と同様の効果を奏する。
　第６実施例は光導波回路の他の一例に関する。図４Ｃは本発明の第６実施例の光導波回路の断面図である。なお、図１に示した構成と同様な構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図４Ｃを参照すると、光導波回路７は、熱光学位相シフタを有する構造の一例である。
　光導波回路７は、シリコン基板１４と、光導波路８とを含む構成である。第６実施例は一部のシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を下クラッド層１５内部に埋め込んだ構造となっている。その他の構成は第４実施例と同様である。
　第６実施例によれば、第４実施例と同様の効果を奏する。
　第７実施例は光導波回路の他の一例に関する。図４Ｄは本発明の第７実施例の光導波回路の断面図である。なお、図１に示した構成と同様な構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図４Ｄを参照すると、光導波回路９は、熱光学位相シフタを有する構造の一例である。
　光導波回路９は、シリコン基板１４と、光導波路１０とを含む構成である。第７実施例は完全なブリッジ構造ではなく、リッジ構造とブリッジ構造の中間的構造を有している場合の例である。その他の構成は第４実施例と同様である。
　第７実施例によれば、第４実施例と同様の効果を奏する。
　第８実施例は光導波回路の他の一例に関する。図４Ｅは本発明の第８実施例の光導波回路の断面図である。なお、図１に示した構成と同様な構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図４Ｅを参照すると、光導波回路２１は、熱光学位相シフタを有する構造の一例である。
　光導波回路２１は、シリコン基板１４と、光導波路２２とを含む構成である。第８実施例に示すように、ブリッジ構造が必要なく、単なるリッジ構造でも問題ない場合は、同図に示すように断熱溝形成後にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を成膜するだけで課題解決の効果が得られる。
　第８実施例によれば、第４実施例と同様の効果を奏する。
　第９実施例は本発明に係る熱光学位相シフタの製造方法の一例に関する。図５Ａ～図５Ｌは本発明の第９実施例の熱光学位相シフタの製造方法の処理手順を示す断面模式図である。図６は第９実施例の熱光学位相シフタの製造方法の処理手順を示すフローチャートである。但し、以下の説明で使用する装置や使用する膜種などは一例であり、本発明はこれらに限定されない。
　まず、シリコン基板１４の上にＣＶＤなどによりＳｉＮ５２を成膜する（図５Ａおよび図６のＳ１１）。
　次に下クラッド層１５の材料となるＮＳＧ、コア層５４の材料となるＳｉＯＮを同装置にて成膜する（図５Ｂおよび図６のＳ１２）。
　フォトリソグラフィおよびドライエッチング技術によってコア１１を形成し、必要に応じた熱処理を施す（図５Ｃおよび図６のＳ１３）。
　その後、コア１１を埋め込むための埋め込み層１６や上クラッド層１７となるＢＰＳＧやＰＳＧなどの軟化点の低い膜を成膜し、必要に応じた熱処理を施す（図５Ｄおよび図６のＳ１４）。
　次に、上クラッド層１７上に、ヒータとなるＰｔやＴｉなどの金属膜をスパッタリング装置あるいは蒸着装置などで成膜し、フォトリソグラフィおよびエッチングによってコア直上にヒータ１８を形成する（図５Ｅおよび図６のＳ１５）。
　次に、上クラッド層１７の上にヒータ１８を覆うＳｉＮ５９を成膜し、その上からのちにストッパ層の役割を担うクロム膜６０を成膜する（図５Ｆおよび図６のＳ１６）。
　次に、フォトリソグラフィ技術によりクロム膜６０の上に所定のパターンのレジスト６１を形成する。続いて、レジスト６１の上からドライエッチングを行うことにより、コア両脇から所定の距離だけ離れた位置のクラッド層を除去し、断熱溝を形成する（図５Ｇおよび図６のＳ１７）。
　レジスト６１を除去した後、シリコン基板１４の露出面（断熱溝底面に相当）とクロム膜６０の上にＳｉＮ６２を成膜し（図５Ｈおよび図６のＳ１８）、そのまま再びドライエッチを行う（図５Ｉおよび図６のＳ１９）。ドライエッチに使用するＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）は異方性があるため、断熱溝側壁に堆積したＳｉＮ６２はほとんど除去されず、クロム膜６０上のＳｉＮ６２および断熱溝底面のＳｉＮ６２のみが除去される。ＲＩＥのクロム膜６０に対するエッチングレートはＳｉＮ６２と比較して遅いため、クロム膜６０がストッパ層としての役目を果たしてエッチングを完了する。
　その後、クロム膜６０をエッチャントで除去する（図５Ｊおよび図６のＳ２０）。
　最後に、フッ化キセノンガスなどによってシリコンを等方的にエッチングし（図５Ｋおよび図６のＳ２１）、導波路直下のシリコンが橋脚となる支柱部分（不図示）を残してすべてエッチングされたところで（図５Ｌおよび図６のＳ２２）、ブリッジ構造が完成する。
　ここで、下地のＳｉＮ５２を堆積させずに、図５Ｇで説明した工程の断熱溝形成後にＳｉＮを成膜すれば、図４Ｅの構造が得られる。また、図５Ｆで説明した工程で成膜するＳｉＮ５９を、上クラッド層で挟み込むように成膜すれば、図４Ｂの構造が得られる。図５Ａで説明した工程で成膜するＳｉＮ５２を、下クラッド層で挟み込むように成膜すれば、図４Ｃの構造を得ることができる。
　第９実施例によれば、クラッド層の露出部分が低透湿性部材（本実施例では、ＳｉＮ膜）で覆われるため、コア周辺のクラッド層の湿気による変質を防止することが可能となる。
　第１０実施例は本発明に係る熱光学位相シフタの断熱溝側壁からコアまでの距離に関する。第１０実施例の説明には前述の図４Ｅを用いる。
　図４Ｅに示す断熱溝側壁１３ａから、コア１１までの距離をｄとする。コア１１と伝播する光は、一般的に、下クラッド１５，上クラッド層１７にある程度浸み出しながら伝播する。
　ＳｉＮは屈折率が２前後と、一般的なコア１１の屈折率より高く、側壁１３ａにＳｉＮ膜を成膜する場合は、ＳｉＮ膜に伝播光が結合しないよう、ｄを十分大きくする必要がある。一方で、ｄをあまり大きくすると、ヒータ１８からの熱がシリコン基板１４側に逃げやすくなるため位相シフタとしての消費電力が大きくなってしまう。
　このため、ｄは最適な値を選択する必要がある。一般的に、導波路の比屈折率差Δが０．７％の場合、ｄは１５μｍ程度が最適であり、導波路の比屈折率差Δが６％程度の場合、ｄは３μｍ程度が最適である。これらはＢＰＭ（ｂｕｓｉｎｅｓｓ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）を用いたシミュレーションによって求めることが可能である。
　第１０実施例によれば、断熱溝側壁からコアまでの最適距離を得ることが可能となる。
　第１１実施例は、本発明の、犠牲層エッチングを利用したブリッジ構造の製造方法に関する。図７Ａ～図７Ｌは本発明の第１１実施例におけるブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。図８は第１１実施例におけるブリッジ構造の製造方法の処理手順を示すフローチャートである。
　まず、シリコン基板１４の上にＣＶＤなどにより犠牲層６３を成膜する（図７Ａおよび図８のＳ３１）。犠牲層６３はＢＨＦ（バッファードフッ酸）によるエッチングレートが早いＰＳＧ膜などが好ましい。さらに、犠牲層６３の上にＳｉＮ５２を成膜する。
　次に下クラッド層１５の材料となるＮＳＧ、コア５４層の材料となるＳｉＯＮを成膜する（図７Ｂおよび図８のＳ３２）。
　フォトリソグラフィおよびドライエッチング技術によってコア１１を形成し、必要に応じた熱処理を施す（図７Ｃおよび図８のＳ３３）。
　その後、埋め込み層１６や上クラッド層１７となるＢＰＳＧやＰＳＧなどの軟化点の低い膜を成膜し、必要に応じた熱処理を施す（図７Ｄおよび図８のＳ３４）。
　次に、上クラッド層１７上に、ヒータとなるＰｔやＴｉなどの金属膜をスパッタリング装置あるいは蒸着装置などで成膜し、フォトリソグラフィおよびエッチングによってコア直上にヒータ１８を形成する（図７Ｅおよび図８のＳ３５）。
　次に、上クラッド層１７の上にヒータ１８を覆うＳｉＮ５９を成膜し、その上からのちにストッパ層の役割を担うクロム膜６０を成膜する（図７Ｆおよび図８のＳ３６）。
　次に、フォトリソグラフィ技術によりクロム膜６０の上に所定のパターンのレジスト６１を形成する。続いて、レジスト６１の上からドライエッチングを行うことにより、コア両脇から所定の距離だけ離れた位置のクラッド層を除去し、断熱溝を形成する（図７Ｇおよび図８のＳ３７）。
　次に、図７Ｇに示す構造をＢＨＦなどに浸漬し、犠牲層６３を選択的にエッチングし（図７Ｈおよび図８のＳ３８）、ブリッジ構造が形成される（図７Ｉおよび図８のＳ３９）。
　その後、レジストを除去し、ＳｉＮ６２を成膜する（図７Ｊおよび図８のＳ４０）。
　ドライエッチングによって、断熱溝底面（シリコン基板１４の上面）およびクロム膜６０上のＳｉＮ６２を除去する（図７Ｋおよび図８のＳ４１）。
　最後にクロム膜６０を除去して、ブリッジ構造が完成する（図７Ｌおよび図８のＳ４２）。
　第１１実施例によれば、犠牲層エッチングを利用したブリッジ構造が得られる。
　第１２実施例は、本発明の一例における光導波路をブリッジ化した後、光導波路をＳｉＮでパッシベーションする方法に関する。図９Ａ～図９Ｌは本発明の第１２実施例のブリッジ構造の製造方法の処理手順を示す断面模式図である。図１０は第１２実施例におけるブリッジ構造の製造方法の処理手順を示すフローチャートである。
　まず、シリコン基板１４の上にＣＶＤなどによりＳｉＮ５２を成膜する（図９Ａおよび図１０のＳ５１）。
　次に下クラッド層１５の材料となるＮＳＧ、コア層５４の材料となるＳｉＯＮを同装置にて成膜する（図９Ｂおよび図１０のＳ５２）。
　フォトリソグラフィおよびドライエッチング技術によってコア１１を形成し、必要に応じた熱処理を施す（図９Ｃおよび図１０のＳ５３）。
　その後、埋め込み層１６や上クラッド層１７となるＢＰＳＧやＰＳＧなどの軟化点の低い膜を成膜し、必要に応じた熱処理を施す（図９Ｄおよび図１０のＳ５４）。
　次に、上クラッド層１７上に、ヒータとなるＰｔやＴｉなどの金属膜をスパッタリング装置あるいは蒸着装置などで成膜し、フォトリソグラフィおよびエッチングによってコア直上にヒータ１８を形成する（図９Ｅおよび図１０のＳ５５）。
　次に、上クラッド層１７の上にヒータ１８を覆うＳｉＮ５９を成膜し、その上からのちにストッパ層の役割を担うクロム膜６０を成膜する（図９Ｆおよび図１０のＳ５６）。
　次に、フォトリソグラフィ技術によりクロム膜６０の上に所定のパターンのレジスト６１を形成する。続いて、レジスト６１の上からドライエッチングを行うことにより、コア両脇から所定の距離だけ離れた位置のクラッド層を除去し、断熱溝を形成する（図９Ｇおよび図１０のＳ５７）。
　次に、フッ化キセノンガスなどによってシリコン基板１４の上面を等方的にエッチングし（図９Ｈおよび図１０のＳ５８）、ブリッジ構造が形成される（図９Ｉおよび図１０のＳ５９）。
　レジスト６１を除去し、その上からＳｉＮ６２を成膜する（図９Ｊおよび図１０のＳ６０）。
　次に、ドライエッチングによって、断熱溝底面（シリコン基板１４の上面）およびクロム膜６０上のＳｉＮ６２を除去する（図９Ｋおよび図１０のＳ６１）。
　最後にクロム膜６０を除去して、ブリッジ構造が完成する（図９Ｌおよび図１０のＳ６２）。
　第１２実施例によれば、ブリッジ化した後でクラッド層をＳｉＮでパッシベーションしたブリッジ構造が得られる。
　第１３実施例はブリッジ構造の支柱の構成に関する。図１１Ａ～図１１Ｃは本発明のブリッジ構造の支柱の一例を示す構成図である。図１１Ａは位相シフタ部の平面図である。図１１Ｂは図１１Ａにおける線分Ｂ－Ｂの部位の断面図である。図１１Ｃは図１１Ａにおける線分Ａ－Ａの部位の断面図である。
　図１１Ａおよび図１１Ｂに示す光導波路部では、下クラッド層１５、埋め込み層１６および上クラッド層１７が順に形成されている。コア１１が埋め込み層１６内に設けられ、ヒータ３１が上クラッド層１７の上に設けられている。光導波路部の最上層と最下層にはＳｉＮが設けられている。
　例えば、埋め込み層１６、下クラッド層１５および上クラッド層１７に対して図１１Ａに示すような形状に断熱溝３２を形成し、続いて、シリコン基板３３の上面をエッチングする。これにより、図１４に示す線分Ａ－Ａの部位は、図１１Ｃに示すように、光導波路部の下地部分となるシリコン基板３３の上面から所定の深さまでが完全にサイドエッジされ、光導波路部がブリッジ構造となる。一方、図１４に示す線分Ｂ－Ｂの部位は、図１１Ｂに示すように、シリコン基板３３による支柱３４が残る。
　図１２および図１３は、シリコン基板に対する等方性エッチングによる、支柱３４の形成プロセスを示す斜視図である。図１２がシリコン基板に等方性エッチングを行う前の状態を示し、図１３がシリコン基板に等方性エッチングを行った後の状態を示している。
　例えば、図５Ｊに示した構造の外観斜視図は図１２に相当し、図５Ｋに示した断面構造は図１３の線分Ｂ－Ｂの部位の断面に相当し、かつ、図５Ｌに示した断面構造は図１３の線分Ａ－Ａの部位の断面に相当する。なお、図１２および図１３では便宜上、光導波路部の周辺に形成されたＳｉＮ膜を一部省略して記載している。
　第１３実施例によれば、本発明に係る熱光学位相シフタのブリッジ構造および支柱が得られる。
　第１４実施例は断熱溝の構成に関する。図１４は本発明の光導波路に設けられる断熱溝の一例を示す断面図である。図１４は図５Ｇに示した断面構造に対して横方向（図を中心にして紙面に平行な左右の方向）に拡張して表示した断面図である。
　図１４に示すように、位相シフタ部分４１において、導波路コア４２を中心に、導波路コア４２から横方向に所定の距離だけ離れた両側に溝が形成されている。このように、位相シフタ部分４１を分離するように、クラッド４５およびクラッド４６を含む積層膜に設けられ、シリコン基板表面に到達する溝を断熱溝４３と称している。
　第１４実施例によれば、ヒータ４４からの熱がクラッド４５およびクラッド４６を経由して逃げないように断熱溝４３を設けているため、消費電力を低減することが可能となる。
　ＳｉＮ膜は、結晶構造が非常に緻密であるため、透湿性がシリコン酸化物よりも低いことが知られている。図１４に示す位相シフタ部分４１をＳｉＮ膜で覆うことで、光導波路として機能するコアおよびクラッドと、外部との間で水分の出入りが断たれるため、結果として膜変質による屈折率や応力変化を防止することが可能となる。
　本発明の効果の一例として、コア周辺のクラッドの湿気による、コアの変質を防止することができる。
　本発明に係るブリッジ構造は、光導波回路に限らず、犠牲層エッチングによるブリッジ構造に代わって他の分野にも、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）分野などにおけるカンチレバーの作製にも利用可能である。
　以上、実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　なお、この出願は、２００９年２月２５日に出願された日本出願の特願２００９－０４１６０１の内容が全て取り込まれており、この日本出願を基礎として優先権を主張するものである。
　１、４、６、８、１０、２２　　光導波路
　２、３、５、７、９、２１　　光導波回路
　１１　　コア
　１２　　クラッド層
　１３　　低透湿性部材
　１４、３３　　シリコン基板
　１５　　下クラッド層
　１６　　埋め込み層
　１７　　上クラッド層
　１８、３１、４４　　ヒータ
　３２、４３　　断熱溝
　３４　　支柱
　４１　　位相シフタ部分
　４２　　導波路コア
　４５、４６　　クラッド

Claims (9)

  1. 　光が導波するコアと、
    　前記コアを覆うクラッド層と、
    　前記クラッド層の露出部分を覆う、シリコン酸化物よりも水分の透過性が低い部材である低透湿性部材と、
    を有する光導波路。
  2. 　請求項１記載の光導波路において、
    　前記クラッド層の上に発熱部材が設けられている、光導波路。
  3. 　請求項２記載の光導波路において、
    　前記コアの両側面のそれぞれから所定の距離だけ離れた位置に設けられ、前記発熱部材による熱が前記クラッド層を介して拡散するのを防ぐための溝をさらに有する、光導波路。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項記載の光導波路において、
    　前記低透湿性部材がケイ素と窒素を含む化合物で構成されている、光導波路。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項記載の光導波路と、
    　前記光導波路を支持するシリコン基板と、
    を有する光導波回路。
  6. 　請求項５記載の光導波路回路において、
    　前記光導波路は該光導波路と前記シリコン基板との間の一部に空間が形成されたブリッジ構造である、光導波回路。
  7. 　シリコン基板の上に第１のクラッド層およびコア層を順に形成し、
    　前記コア層に対してフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によりコアを形成し、
    　前記コアを覆う第２のクラッド層を形成し、
    　フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により前記コアの両側面のそれぞれから所定の距離だけ離れた位置の前記第１および前記第２のクラッド層に溝を形成し、
    　前記第１および前記第２のクラッド層の露出部分に、シリコン酸化物よりも水分の透過性が低い部材である第１の低透湿性部材を形成する、光導波回路の製造方法。
  8. 　請求項７記載の光導波回路の製造方法において、
    　前記コアを覆う前記第２のクラッド層を形成した後に、該第２のクラッド層の上に発熱部材を形成する、光導波回路の製造方法。
  9. 　請求項７または８記載の光導波回路の製造方法において、
    　前記シリコン基板の上に前記第１のクラッド層および前記コア層を順に形成する際、前記第１の低透湿性部材と同質な部材である第２の低透湿性部材を前記シリコン基板と前記第１のクラッド層の間に形成し、
    　前記第１および前記第２のクラッド層の露出部分に前記第１の低透湿性部材を形成した後、前記第２の低透湿性部材に接する、前記シリコン基板の上面のうち、一部の上面から所定の深さまでシリコンを除去することにより、前記第２の低透湿性部材と前記シリコン基板との間に空間を形成する、光導波回路の製造方法。
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