CN1621871A - 分支光波导的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用叠层技术、光刻技术和反应性离子蚀刻技术制造高分子树脂材料制的Y分支光波导器件的方法，其目的在于将芯的分支点部分的形状做成可改善辐射损失的形状。本发明的分支光波导的制造方法是将曝光用掩模图案(22A)做成其分支点部分(22d)的形状为以直线状的边缘(51、52、53)连接第1分支掩模部分(22Ab)的边缘(22Ab1)和第2分支掩模部分(22Ac)的边缘(22Ac1)之间的梯形。使用这种曝光用掩模图案(22A)，形成抗蚀剂制掩模(12A)并基于这种抗蚀剂制掩模(12A)形成芯(44)。

Description

分支光波导的制造方法
技术领域
本发明涉及分支光波导制造方法，尤其是涉及具有使用叠层技术、光刻技术和反应性离子蚀刻技术制造高分子树脂材料制的分支光波导的方法。
背景技术
具有使用了高分子树脂材料制的Y分支光波导构造的Y分支光波导器件与石英制的分支光波导器件相比虽然光的传播特性低，但却具有生产效率特别优良、制造成本也相当低的优点，广泛用于构成光模块的零部件。
下面对已有的使用高分子树脂材料的分支光波导器件的制造工艺予以说明。实际上，使用叠层技术和光刻技术将多个分支光波导以矩阵状制作在硅晶片上，最后通过对硅晶片划片分割成单片来制造。在此，对制作单个的分支光波导进行说明。设Z1-Z2为长度方向，X1-X2为宽度方向，Y1-Y2为厚度方向。
Y分支光波导器件1经图9、图11、图12所示的工序制造。Y分支光波导器件1的结构为高分子树脂材料制的Y分支光波导2形成在硅基片3的上表面。Y分支光波导2由高分子树脂材料例如氟化聚酰亚胺树脂构成的芯4和包围该芯4由相同的氟化聚酰亚胺树脂构成的下部包层5和上部包层6构成。芯4为Y字形，具有入射侧芯4a和形成2个分支的分支芯4b、4c。
首先，如图11(A)所示，在硅基片3的上表面涂布氟化聚酰亚胺树脂形成折射率为n1的下部包层5；进而，如图11(B)所示，涂布折射率为n2(＞n1)的氟化聚酰亚胺树脂形成芯层10；进而，如图11(C)所示，涂布并形成硅的抗蚀剂层11。20为曝光用掩模部件，其结构为在石英板21的下表面上以遮挡紫外线的例如铬膜形成Y字形的掩模图案22。其次，如图12(A)所示，使曝光用掩模部件20与抗蚀剂层11密合，以波长为400nm左右的紫外线25进行曝光并对抗蚀剂层11进行显像，经清洗后，如图12(B)所示，形成反应性离子蚀刻(RIE)用的抗蚀剂制掩模12A。随后，进行RIE处理，如图12(C)所示，除去芯层10形成芯4。接着，如图12(D)所示，除去抗蚀剂制掩模12，最后，涂布折射率为n1的氟代聚酰亚胺树脂以形成覆盖芯4的上部包层6，从而制得图9所示的Y分支光波导器件1。
以上现有技术见专利文献1-日本特开平7-92338号公报中的“0023”段及图12。
如图10(A)所示，入射到入射侧芯4a内并在入射侧芯4a内传播的光100中约一半的光101在分支芯4b内传播，其余部分的光102在分支芯4c内传播。
在此，芯4的2个分支芯4b、4c的根部、即分支点部分4d扩大时，如图10(B)所示，具有被挖掉的大致椭圆形的部分4e。因此，在入射侧芯4a内传播的光易于泄漏，如以符号110表示的、从分支点部分4d泄漏出来的成为辐射损失的这部分光在入射侧芯4a内传播的光中已达到不能被忽视的程度。符号110即为辐射损失光。因此，在过去的Y分支光波导器件1中分支点部分4d的辐射损失大，存在的问题是在分支芯4b、4c内传播的光101、102的强度降低相当大。
因此，对分支芯4b、4c的根部形状的形成进行了研究。
芯4如图12(C)所示是通过反应性离子蚀刻形成的，分支芯4b、4c的根部的形状大致是由抗蚀剂制掩模12的形状、进而归根结底是由掩模部件20的铬膜制的Y字形的曝光用的掩模图案22的形状决定的。
图13(A)表示过去的曝光用的掩模图案22，图13(B)放大表示曝光用的掩模图案22中的分支点部分22d。
曝光用的掩模图案22具有主体掩模部分22a和从主体掩模部分22a分支而成的第1和第2分支掩模部分22b、22c，第1和第2分支掩模部分22b、22c的分支点部分22d的形状为以与曝光用的掩模图案22的中心线CL垂直的线VL连接第1分支掩模部分22b的边缘部分22b1和第2分支掩模部分22c的边缘部分22c1之间的形状，因而具有由边缘部分22b1和边缘部分22c1及直线状的边缘部分22e决定的形状。边缘部分22e的长度为数μm。22f是形成边缘部分22b1和边缘部分22e的角部，22g是形成边缘部分22c1和边缘部分22e的角部。这样，在以小区域中具有角部22f、22g的曝光用掩模图案22对抗蚀剂层11进行曝光时，照射到边缘部分22b1一侧的紫外线25的光和照射到边缘部分22e一侧的紫外线25的光在角部22f产生干涉或扩散等，紫外线25绕射到角部22f的外侧(规定的曝光区域外)，抗蚀剂层11曝光后的结果，则具有如图10所示的大致椭圆形的部分4e。
此外，与上述的曝光用掩模图案22相比，现有的曝光用掩模图案是如图13(B)中用双点划线a、b所示的上述边缘部分22b1和边缘部分22c1延长并相交的顶角极小的三角形。采用这种曝光用掩模图案的场合，在上述三角形的区域紫外线的光强度与其它区域比较更小，抗蚀剂制的掩模在分支点部分的轮廊变得不清晰，芯在分支点部分的轮廊也变得不清晰，其辐射损失更大。
发明内容
因此，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种减少分支点部分的辐射损失的分支光波导的制造方法。
为了解决上述问题，本发明的分支光波导的制造方法是在使用曝光用掩模进行曝光制成抗蚀剂的图案，将该抗蚀剂的图案作为掩模对高分子树脂材料制的树脂层进行蚀刻而形成芯的方法中，其特征在于：作为上述曝光用的掩模使用具有如下形状的曝光用掩模，即：在第1及第2分支掩模部分由主体掩模部分分支而成的分支点部分，该第1分支掩模部分的边缘和该第2分支掩模部分的边缘之间为以三段直线状的边缘连接成梯形的形状。
采用本发明，作为曝光用的掩模由于使用具有如下形状的曝光用的掩模，即在第1及第2分支掩模部分由主体掩模部分分支而成的分支点部分，第1分支掩模部分的边缘和第2分支掩模部分的边缘之间为以三段直线状的边缘连接成梯形的形状，因而分支点部分变成没有像被挖掉的那样的大致椭圆形的部分，可形成具有接近理想形状的芯，因而，与过去比较，可制造具有降低了辐射损失特性分支光波导。
附图说明
图1是表示利用本发明实施例1的Y分支光波导器件的制造方法制造的Y分支光波导器件的立体图。
图2是表示图1的Y分支光波导器件的芯的图。
图3是表示图1的Y分支光波导器件的制造工序图。
图4是表示图3的制造工序之后的制造工序图。
图5是表示Y分支光波导器件的制造中所使用的曝光用的掩模图案图。
图6是表示使用图5的曝光用的掩模图案所形成的抗蚀剂制的掩模图。
图7是表示Y分支光波导器件的制造中所使用的曝光用的掩模图案的第1变型例图。
图8是表示Y分支光波导器件的制造中所使用的曝光用的掩模图案的第2变型例图。
图9是表示利用现有的Y分支光波导器件的制造方法所制造的Y分支光波导器件的立体图。
图10是表示图9的Y分支光波导器件的芯图。
图11是表示图9的Y分支光波导器件的制造工序图。
图12是表示图11的制造工序之后的制造工序图。
图13是表示Y分支光波导器件的制造中现有所使用的曝光用的掩模图案图。
具体实施方式
下面，对本发明的实施例进行说明。
图1表示利用本发明实施例1的Y分支光波导器件的制造方法制造的Y分支光波导器件41。Z1-Z2为长度方向，X1-X2为宽度方向，Y1-Y2为厚度方向。Y分支光波导器件41的结构是高分子树脂材料制的Y分支光波导42形成在硅基片43的上表面。Y分支光波导42由折射率为n2的例如氟化聚酰亚胺树脂制成的芯44和包围它的折射率为n1(＜n2)的相同的氟化聚酰亚胺树脂制成的下部包层45及上部包层46构成。芯44为Y字形，具有入射侧芯44a和分成两支的分支芯44b、44c。入射侧芯44a，分支芯44b、44c的尺寸细小到宽度W1为5μm左右，高度H1为5μm左右，为单模用。Z1端的分支芯44b、44c的间隔A窄到125-250μm左右，分支角θ1的角度极小达到0.5°-3°。
如图2(A)所示，入射到入射侧芯44a内并通过入射侧芯44a内传播来的光100的约一半的光101A在分支芯44b内进行传播，其余部分的光102A在分支芯44c内传播。
此处，在芯44的2个分支芯44b、44c的根部，亦即分支点部分44d扩大时，如图2(B)所示，分支芯44b、44c的内侧边缘44b1、44c1，具有以圆弧部分44d连接起来的形状。因此，通过入射侧芯44内传播来的光与以往相比难以泄漏，从分支点部分44d泄漏掉的辐射损失光110A比以往少。因此，Y分支光波导器件41与以往的Y分支光波导器件1相比具有分支点部分44d的辐射损失低的特性，与以往相比，强度更高的光101A、102A通过分支芯44b、44c内传播。
下面，对上述的Y分支光波导器件的制造工艺予以说明。实际上，使用叠层技术和光刻技术将多个分支光波导以矩阵状制作在硅晶片上，最后通过对硅晶片划片分割成单片来制造。在此，为了说明的方便，对制作单个的分支光波导进行说明。
首先，如图3(A)所示，在硅基片43的上表面涂布氟化聚酰亚胺树脂形成折射率为n1的下部包层45；进而，如图3(B)所示，涂布折射率为n2(＞n1)的氟化聚酰亚胺树脂形成芯层10；进而，如图3(C)所示，形成硅的抗蚀剂层11。20为曝光用掩模部件，其结构为在石英板21的下表面上以铬膜形成Y字形的掩模图案22A。其次，如图4(A)所示，使掩模部件20与抗蚀剂层11密合，以波长为400nm左右的紫外线25进行曝光并对抗蚀剂层11进行显像，经清洗后，如图4(B)所示，形成反应性离子蚀刻(RIE)用的抗蚀剂制掩模12A。随后，进行RIE处理，如图4(C)所示，除去芯层10形成芯44。接着，如图4(D)所示，除去抗蚀剂制掩模12A，最后，涂布折射率为n1的氟化聚酰亚胺树脂以形成覆盖芯44的上部包层46，从而制得图1所示的Y分支光波导器件41。
图5(A)表示上述曝光用掩模图案22A，图5(B)放大表示曝光用掩模图案22A中的分支点部分22d。
曝光用掩模图案22A具有主体掩模部分22Aa和由主体掩模部分22Aa分支而成的第1及第2分支掩模部分22Ab、22Ac；第1及第2分支掩模部分22Ab、22Ac的分支点部分22Ad的形状为以直线状的边缘51、52、53连接第1分支掩模部分22Ab的边缘22Ab1和第2分支掩模部分22Ac的边缘22Ac1之间的梯形。
边缘51相对边缘22Ab1顺时针方向倾斜α角。边缘52相对边缘22Ac1逆时针方向倾斜α角。边缘53是沿与曝光用掩模图案22A的中心线CL的垂直线VL的边缘部分，是图13(B)中的边缘22e的一部分。图5(B)的双点划线表示图13(B)所示的分支点部分22d的形状。
分支点部分22Ad与图13(B)所示的分支点部分22d比较时，图13(B)中的角部22f、22g及其附近未予形成铬膜的地方具有被铬膜塞满的形状。
通过使用具有上述曝光用掩模图案22A的掩模部件20A形成图6(A)所示的抗蚀剂制掩模12A。抗蚀剂制掩模12A具有主体掩模部分12Aa和从主体掩模部分12Aa分支而成的第1及第2分支掩模部分12Ab、12Ac；第1及第2分支掩模部分12Ab、12Ac的分支点部分12Ad为以圆弧部分12e连接第1分支掩模部分12Ab的边缘12Ab1和第2分支掩模部分12Ac的边缘12Ac1之间的形状。
通过对形成了这种抗蚀剂制掩模12A的状态进行RIE，如图2(B)所示，芯44的分支点部分44d则成为以圆弧部44d连接分支芯44b、44c的内侧边缘44b1、44c1的形状。
图7及图8是曝光用掩模图案的变形型例。
图7(A)的曝光用掩模图案22B具有主体掩模部分22Ba和从主体掩模部分22Ba分支而成的第1及第2分支掩模部分22Bb、22Bc，第1及第2分支掩模部分22Ba、22Bc的分支点部分22Bd，如图(B)的放大部分所示，为以圆弧状的边缘部分连接第1分支掩模部分22Bb的边缘22Bb1和第2分支掩模部分22Bc的边缘22Bc1之间的形状。图7(B)的双点划线表示图13(B)的分支点部分22d的形状。
图8(A)的曝光用掩模图案22c具有主体掩模部分22Ca和从主体掩模部分22Ca分支而成的第1及第2分支掩模部分22Cb、22Cc，第1及第2分支掩模部分22Cb、22Cc的分支点部分22Cd如图8(B)的放大部分所示，是以直线状的边缘71、72连接第1分支掩模部分22Cb的边缘22Cb1和第2分支掩模部分22Cc的边缘22Cc1之间的形状，即连接成三角形。
边缘71相对边缘22Cb1在顺时针方向倾斜β角。边缘72相比边缘22Cc1在反时针方向倾斜β角。边缘71和边缘72的交点73位于图13(B)的分支点部分22d的边缘22e上。图8(B)的双点划线表示图13(B)的分支点部分22d的形状。
使用具有上述曝光用掩模图案22B或22C的掩模部件的情况也与使用上述掩模部件22A的情况相同，形成图6(A)、(B)所示形状的抗蚀剂制的掩模12A，形成图2(A)、(B)所示形状的芯44。
另外，本发明也可适用于制造具有Y字形以外形状的分支光波导的器件。

Claims (6)

1.一种分支光波导的制造方法，使用曝光用掩模进行曝光，形成抗蚀剂的图案，以该抗蚀剂的图案作为掩模对高分子树脂材料制的树脂层进行蚀刻从而形成芯，其特征在于：作为上述曝光用掩模使用具有如下形状的曝光用掩模，即：第1及第2分支掩模部分从主体掩模部分分支形成的分支点部分的形状为以三个直线状的边缘部分连接该第1分支掩模部分的边缘和第2分支掩模部分的边缘之间的梯形。
2.一种分支光波导的制造方法，使用曝光用掩模进行曝光，形成抗蚀剂的图案，以该抗蚀剂的图案作为掩模对高分子树脂材料制的树脂层进行蚀刻从而形成芯，其特征在于：作为上述曝光用掩模使用具有如下形状的曝光用掩模，即：第1及第2分支掩模部分从主体掩模部分分支形成的分支点部分的形状为以曲线的边缘部分连接该第1分支掩模部分的边缘和第2分支掩模部分的边缘之间的圆弧状。
3.一种分支光波导的制造方法，使用曝光用掩模进行曝光，形成抗蚀剂的图案，以该抗蚀剂的图案作为掩模对高分子树脂材料制的树脂层进行蚀刻从而形成芯，其特征在于：作为上述曝光用掩模使用具有如下形状的曝光用掩模，即：第1及第2分支掩模部分从主体掩模部分分支形成的分支点部分的形状为以二个直线状的边缘部分连接该第1分支掩模部分的边缘和第2分支掩模部分的边缘之间的三角形。
4.一种曝光用掩模，具有主体掩模部分和从该主体掩模部分分支形成的第1及第2分支掩模部分，用于对高分子树脂材料制的树脂层的上表面进行曝光形成用于对上述高分子树脂材料制的树脂层进行蚀刻，形成具有入射侧芯和从该入射侧芯分支而成多个分支芯的抗蚀剂的图案的工序，其特征在于：从上述第1及第2分支掩模部分分支形成的分支点部分具有的形状为以三段直线状的边缘部分连接该第1分支掩模部分的边缘和第2分支掩模部分的边缘之间的梯形。
5.一种曝光用掩模，具有主体掩模部分和从该主体掩模部分分支形成的第1及第2分支掩模部分，用于对高分子树脂材料制的树脂层的上表面进行曝光形成用于对上述高分子树脂材料制的树脂层进行蚀刻，形成具有入射侧芯和从该入射侧芯分支而成多个分支芯的抗蚀剂的图案的工序，其特征在于：从上述第1及第2分支掩模部分分支形成的分支点部分具有的形状为以曲线的边缘部分连接该第1分支掩模部分的边缘和第2分支掩模部分的边缘之间的圆弧形。
6.一种曝光用掩模，具有主体掩模部分和从该主体掩模部分分支形成的第1及第2分支掩模部分，用于对高分子树脂材料制的树脂层的上表面进行曝光形成用于对上述高分子树脂材料制的树脂层进行蚀刻，形成具有入射侧芯和从该入射侧芯分支而成多个分支芯的抗蚀剂的图案的工序，其特征在于：从上述第1及第2分支掩模部分分支形成的分支点部分具有的形状为以二个直线状的边缘部分连接该第1分支掩模部分的边缘和第2分支掩模部分的边缘之间的三角形。
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