【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.07】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24AT0046
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
産業技術総合研究所 / AIST
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
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）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
フォトニクス・プラズモニクス/ Photonics and Plasmonic,光デバイス/ Optical Device,電子線リソグラフィ/ EB lithography,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,光導波路/ Optical waveguide,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,光リソグラフィ/ Photolithgraphy
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
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
増田賢一,木塚優子,郭哲維,杉山和義
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
AT-006：マスクレス露光装置
AT-011：i線露光装置
AT-023：電子ビーム真空蒸着装置
AT-093：高速電子ビーム描画装置（エリオニクス）
AT-094：解析用PC（CAD及び近接効果補正用）
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
持続的に増え続けるネットワークトラフィックに対応するべく、シリコンフォトニクスを基盤とした光電融合技術が注目を浴びている。その中で、光変調器は電気信号を光信号に置き換える重要なアクティブデバイスであり、現在、シリコンではない異種材料による高速変調器の開発が求められている。本研究では、EO有機材料をベースとした変調器デバイスの開発に取り組んだ。
実験 / Experimental
シリコン光導波路に有機材料を集積する場合、伝搬光をなるべく有機材料に閉じ込めるべく数百ナノメートルオーダ以下の幅の溝構造を有するスロット導波路の形成が必要である。そこで、今回、「高加速電圧の電子線露光装置(CAD解析ソフト付帯)」と「フッ素系ガスを材料とするドライエッチング装置」を用いて、スリット構造の形成を行った。有機材料の液貯めエリアはマスクレス露光装置、及びi線露光装置にて形成した。また、電子ビーム真空蒸着装置を用いて有機材料極性制御のための電気配線形成を行った。本研究は材料開発も兼ねていることから、スリット構造への充填テストを繰り返す必要があり、多数のチップ数が必要である。そこで、４インチシリコンウエハ上に形成し、最終工程でダイシングソーを用いて小片チップ化を行うことで効率的に大量生産した。
結果と考察 / Results and Discussion
CADソフトを用い、幅100nmから3μmまでのスリット構造を設計し、エリオニクス製の高速電子線描画装置を用いて４インチシリコンウエハ上にパターンニングを行った。その際、電子線ポジレジストであるZEP520Aをマスクとして用いた。加速電圧130kV、電流6nA、ショットピッチ10nm、露光量300uC/cm2の条件で描画し、23℃にて60sec現像(ZED-N50)をおこなった。その後、CHF3とSF6の混合ガスを用いたドライエッチング(所有のICP-RIE装置)により深さ250nmの溝を形成し、電子線顕微鏡により溝寸法の観察評価を行った(図1)。その結果、最小幅124nm、深さ259nmの溝構造の形成に成功した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 エッチング後の断面SEM像(設計幅:①100nm②150nm③200nm④250nm⑤300nm⑥500nm⑦1μm⑧2μm)
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
産総研NPFにて実験を行うにあたり、いつも丁寧かつ親切にご対応いただき、全ての運営、実験スタッフの皆様に感謝をいたします。
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