【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.24】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM0040
利用課題名 / Title
シリコンフォトニクスデバイスの開発
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
電子線リソグラフィ/ EB lithography,ダイシング/ Dicing,フォトニクス/ Photonics
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
渥美 裕樹
所属名 / Affiliation
産業技術総合研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
吉田 知也
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-661：電子ビーム描画装置 [JBX-8100FS]
NM-606：UVオゾンクリーナー [UV-1]
NM-629：ダイシングソー [DAD322]
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
より高速な情報通信ネットワークの実現に向けては、短距離信号配線の光化がカギである。シリコンを導波路材料とするシリコンフォトニクス技術は、CMOSファブとの親和性を生かし、データコムやテレコムでの光トランシーバーとしての商用化がすすんでいる。低コスト・大量生産に向けて300mmウエハ等を用いた大規模プロセスの開発が進む一方、原理検証レベルの基礎研究では、開発効率の点から小片チップでのプロセス技術が重要である。そこで本研究では、小片チップ用プロセス技術として電子線露光装置を利用した光導波路プロセスの検討を行い、光信号の伝搬特性評価を行った。
実験 / Experimental
RCA洗浄した2cm角SOI基板に対して電子線ポジレジストであるZEP520Aを塗布し、日本電子の電子ビーム描画装置(JBX-8100FS)を用いてシリコン導波路のパターンニングを行った。その際の露光パラメータ条件は、電流4nA、ドーズ量420uC/cm2、ショット間隔5nm、フィールドサイズ50um、サブフィールドサイズ4umである。現像液ZED-N50を用い、23℃の条件下で60秒現像し、2プロパノールでリンス処理を行った。その後、C4F8、SF6の混合ガスにてシリコン転写を行い、シリコン導波路を形成した。シリコン導波路の設計寸法幅は350nm(O-band帯用)、430nm(C-band帯用)である。また膜厚は220nmである。最後に、ダイシングソーを用いた裏面ハーフカットにより導波路端面をへき開し、先球ファイバを通じて光透過測定を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
図1に、C-band、O-bandにおける導波路長に対する透過率を示す。このグラフの傾きから単位長さ当たりの光伝搬損失を評価することでができる。一般的に、O-bandはC-bandに比べて波長が短いため、側壁ラフネスの影響を大きく受ける。今回の測定では、平面方向に電波器振動を有するTEモード伝搬においては、前者で3.1dB/cm、後者で4.3dB/cmを得た。一方、垂直方向に電界振動を有するTMモード伝搬においては、それぞれ3.5dB/cm、2.8dB/cmであった。これらの値は、機能デバイスの原理実証を行うにあたって十分な技術性能である。今後は、本プロセス技術を用いて新規デバイス開発を進めていく予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1. C-bandおよびO-bandにおける光透過率の導波路長依存性
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
■本課題を行うに当たり、丁寧なプロセス援助を行っていただいた技術・事務スタッフの皆様(ARIM実施機関支援担当者)に感謝を致します。■その他ARIM支援機関：産総研ナノプロセッシング施設
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件