JP2000162458A

JP2000162458A - 光導波路素子の製造方法

Info

Publication number: JP2000162458A
Application number: JP33603398A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yamamoto; 裕之山本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】充分な厚みの光導波路を備えた光導波路素子
を製造する。【解決手段】基板１上のデバイス形成部分１ａ間を高
さ数十μｍ以上の格子状の壁１ｂで仕切る。この状態で
光導波路材料４をスピンコートする。この壁１ｂにより
仕切られた凹部１ｃに光導波路材料４が流れ込むので、
１層分の塗布で厚さ数十μｍの層が形成され、これを硬
化処理することにより厚膜の光導波路５が形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信やコンピュー
タ等において光信号を伝搬させる光導波路を有する光導
波路素子の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、通信やコンピュータの分野におい
て、ボード間、モジュール間の光インターコネクション
用の光導波路素子の開発が行われている。

【０００３】このような光導波路素子では、電気デバイ
スと光デバイスとの混載が必要になる。このため、光導
波路の材料としては、耐熱性が高く、光の伝搬損失の小
さなものが求められる。光導波路に用いられる材料とし
ては、ガラス、半導体、高分子（ポリマー）材料等が知
られているが、この中で、高分子材料は、他の材料と比
較して加工性や経済性に優れた特徴を有しており、特に
ポリイミドは、そのガラス転移点の高さから、光インタ
ーコネクション用の光導波路の有力な材料となってい
る。

【０００４】光導波路は一般に、光の伝搬領域であるコ
ア領域と、それに接するクラッド層とからなり、いずれ
も上記のような材料から形成される。クラッド層はコア
領域よりも屈折率が低くなっており、コア領域を囲むこ
とにより、伝搬領域を通る光をクラッド層表面で全反射
させ、クラッド層での透過による光の伝搬損失を軽減す
るようになっている。

【０００５】また、光導波路を半導体基板に形成する場
合は、バッファ層（下部クラッド層）が必要であり、バ
ッファ層形成後に上記コア領域を形成する。バッファ層
は、コア領域と基板とを光学的に隔離することにより、
基板からコア領域への光学的影響を軽減するものであ
る。基板として半導体基板等のように光学上の損失性媒
体からなる材料を使用する場合には、このバッファ層は
不可欠である。

【０００６】高分子材料による光導波路を製造するうえ
で、基板としてシリコン基板を用いた場合には、下部ク
ラッド層の働きを兼ねたバッファ層として、そのシリコ
ン基板の熱酸化膜を利用することができる。バッファ層
である熱酸化膜の形成されたシリコン基板に、スピンコ
ートでポリイミドを塗布し、熱処理を施して、スラブ光
導波路が形成される。また、このポリイミド層をパター
ニングすることで、チャネル型光導波路を形成すること
もできる。

【０００７】さらに、この上に誘電体を積層して上部ク
ラッド層を設けることもできる。チャネル型光導波路の
上部と下部とにクラッド層が形成されている場合は、光
導波路層が埋め込まれた構造となる。このような埋め込
み型の高分子光導波路を製造する方法として、図１１に
示したものがある。すなわち、図１１（ａ）に示すよう
に、シリコンウェハー１０１上に下部クラッド層１０２
を塗布形成し、図１１（ｂ）に示すように、下部クラッ
ド層１０２にコア層埋め込み溝１０２ａを加工する。こ
の加工は、例えば、パターニングされたフォトレジスト
をマスクにしてドライエッチングを施すことで行うこと
ができる。続いて、図１１（ｃ）に示すように、コア材
料であるポリイミド１０３を埋め込み、図１１（ｄ）に
示すように、エッチバックで平坦化し、最後に、図１１
（ｅ）に示すように、上部クラッド層１０４を塗布形成
して、埋め込み型の光導波路１０５が形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】通常、良好な伝搬を行
うには、光導波路の高さ（厚み）は４０μｍ以上が好ま
しいとされている。４０μｍ以上あれば、光導波路素子
と、例えば半導体レーザ等の発光素子とを互いに結合さ
せるときに、その結合を、容易な調整により行うことが
できる。

【０００９】一方、例えば高分子材料をスピンコートで
塗布することにより高分子光導波路を形成する場合であ
れば、塗布の作業性や膜厚の均一性等から、その塗布厚
さは１０μｍ程度が限度となっており、充分な厚みで形
成することができない。これは、粘度のあまり大きい塗
布材料を用いることができないからである。すなわち、
厚く塗るためには塗布材料の粘度を上げればよいが、粘
度が高いと、スピンコートであれば、最初の滴下厚みが
大きくなり、塗布材料が遠心力で飛び散って基板に塗り
ムラが残ってしまう。飛び散らなくするためにはスピン
の回転数を遅くすればよいが、こうすると、表面張力の
ため、基板の最外周が厚くなってしまう。したがって、
塗布材料の粘度をあまり大きくすることができず、それ
ゆえ、塗布厚さをあまり厚くすることができない。

【００１０】このように、塗布方法（条件）によって塗
布材料の粘度が制限を受けるため、充分厚い、所望の厚
さで塗布することが困難である。

【００１１】また、上記のように塗布厚さが足りないの
を補う目的で多層塗りをすると、先に塗布しておいた層
が後の塗布の際に用いられる溶剤で溶けてしまう不具合
がある。また、先の層を熱処理して固定した後に次の層
を重ね塗りすると、後の層への熱処理によって先の層が
剥がれてしまう不具合がある。

【００１２】これは、上述の埋め込み型の高分子光導波
路の場合でも同様である。すなわち、この場合には、バ
ッファ層（下部クラッド層）を形成する際に上記不具合
が起きる。

【００１３】このように、従来の光導波路素子の製造方
法では、塗布厚さが１０μｍ以下といったように、塗布
条件による塗布厚さの制約が存在する。このため、充分
な厚みの光導波路を形成することが困難であるという問
題点がある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１記載の光導波路素子の製造方法は、光導波
路形成面に光導波路材料を塗布後、該光導波路材料を硬
化させて光導波路を形成する光導波路素子の製造方法に
おいて、上記光導波路形成面上に、目的物である光導波
路素子が形成される領域同士を仕切る壁を形成し、上記
光導波路形成面上に、上記光導波路材料を塗布し、上記
光導波路材料を硬化することを特徴としている。

【００１５】上記の方法により、上記光導波路形成面上
に、目的物である光導波路素子が形成される領域同士を
仕切る壁を形成する。すなわち、上記光導波路形成面上
であって、目的物である光導波路素子同士の間隙に相当
する箇所に壁を形成する。また、各光導波路素子におい
て、他の光導波路素子と接していない辺の周囲について
も、同様の壁を形成しておく。このようにして、目的物
である光導波路素子が形成される領域を一つずつ囲う囲
いとしての上記壁を形成する。なお、上記光導波路形成
面としては、例えば、シリコン基板等の基板の表面が挙
げられる。

【００１６】次に、上記光導波路形成面上に、上記光導
波路材料を塗布する。この結果、上記壁に囲まれた凹部
に、まだ流動状を持ったままの上記光導波路材料が注が
れることになる。なお、上記光導波路材料としては、例
えば、光硬化性または熱硬化性を有する高分子が挙げら
れる。

【００１７】次に、上記光導波路材料を硬化する。例え
ば、光硬化性を有する光導波路材料の場合は光を照射す
る。熱硬化性を有する光導波路材料の場合は加熱する。

【００１８】なお、一つの光導波路形成面に目的物であ
る光導波路素子を複数個製造した場合は、次に光導波路
素子同士を分離するが、もし最終的に壁が不要であれ
ば、分離の際またはその前または後に、上記壁を除去す
る。

【００１９】したがって、光導波路形成面上の各光導波
路素子間が壁で仕切られた状態で光導波路材料を塗布し
ており、この壁により仕切られた、光導波路素子を製造
するための凹部に、光導波路材料が流れ込むことにな
る。このとき、壁により移動が規制されているため、塗
布された光導波路材料が、流動状態のままにもかかわら
ず、目的の場所にとどまる。したがって、塗布するたび
ごとに加熱等により乾燥・硬化させる必要がない。この
ため、塗布と次の塗布との間に硬化処理を挟まないとい
う意味で１回の塗布作業で、例えば厚さ数十μｍといっ
たように、充分な厚みの光導波路材料の層を形成するこ
とができる。すなわち、塗布方法や塗布材料、塗布面の
性質といった通常の塗布条件に依存した、１回の最大塗
布厚みとは無関係に、充分な厚みの光導波路材料の層を
形成することができる。

【００２０】それゆえ、この光導波路材料の層を硬化処
理することによって、充分な厚みの光導波路を形成し、
充分な厚みの光導波路を備えた光導波路素子を製造する
ことができる。

【００２１】例えば、基板上の各光導波路素子間が壁で
仕切られた状態で高分子材料をスピンコートすることに
より、この壁により区切られた、デバイスを製造するた
めの凹部に、高分子材料が流れ込むことになる。このた
め、１回の塗布で厚さ数十μｍの樹脂層を形成すること
ができ、これを硬化処理することにより厚膜高分子光導
波路を製造することができる。

【００２２】なお、好ましくは、上記壁を形成した後、
上記光導波路材料を、上記光導波路形成面上および上記
壁上に塗布により積層する。その後、その積層状態で上
記光導波路材料を硬化する。それにより、壁で囲まれた
凹部には、壁がない状態で塗布・形成した場合よりも厚
い厚みの光導波路を持った光導波路素子を製造すること
ができる。

【００２３】請求項２記載の光導波路素子の製造方法
は、請求項１の構成に加えて、上記壁を、上記光導波路
形成面上に格子状に形成することを特徴としている。

【００２４】上記の方法により、上記壁を、上記光導波
路形成面上に格子状に形成する。したがって、光導波路
の厚さを、光導波路形成面上の全ての箇所において均一
にすることができる。それゆえ、光導波路の特性を安定
にすることができる。

【００２５】請求項３記載の光導波路素子の製造方法
は、請求項１の構成に加えて、上記壁を、上記光導波路
形成面の光導波路形成部分をあらかじめエッチング加工
することにより形成することを特徴としている。

【００２６】上記の方法により、上記壁を、上記光導波
路形成面の、光導波路形成部分をあらかじめエッチング
加工することにより形成する。したがって、壁の作製が
容易になる。それゆえ、光導波路素子の製造コストを抑
えることができる。

【００２７】請求項４記載の光導波路素子の製造方法
は、請求項１の構成に加えて、上記壁を、メッキによる
金属膜で形成することを特徴としている。

【００２８】上記の方法により、上記壁を、メッキによ
る金属膜で形成する。したがって、光導波路の形成後に
エッチングすることにより壁を除去できるので、壁の除
去が容易になる。それゆえ、光導波路素子の構造の自由
度を広げることができる。

【００２９】請求項５記載の光導波路素子の製造方法
は、請求項１ないし４のいずれかの構成に加えて、上記
光導波路材料を光硬化性樹脂とすることを特徴としてい
る。

【００３０】上記の方法により、上記光導波路材料を光
硬化性樹脂（感光性樹脂）とする。したがって、低損失
で低収縮の厚膜光導波路が作製できる。それゆえ、光導
波路素子の特性を安定にすることができる。

【００３１】なお、請求項１の構成において、上記光導
波路材料をポリイミドとすることにより、高耐熱性で低
損失の厚膜光導波路が作製できる。それゆえ、光導波路
素子の特性を向上させることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕本発明の実施の
一形態について図１ないし図８に基づいて説明すれば、
以下の通りである。図１（ｆ）に示すように、本実施の
形態に係る光導波路素子６は、基板１上に、フォトダイ
オードやトランジスタ等の電気デバイス（以下、単にデ
バイスと称する）２、バッファ層３、および光導波路５
を備えている。

【００３３】次に、上記光導波路素子６の製造過程を説
明する。図１は、本実施の形態に係る光導波路素子の各
製造過程を説明するものであり、円盤状の基板１をその
円盤の平面が水平になるように載置して横から見た断面
図である。図１（ａ）に示すように、基板１の上側の面
（光導波路形成面）（図１中、上側の面）に、デバイス
形成部分１ａを、１０μｍ以上の深さを持った窪みであ
る凹部１ｃが出来るようにエッチング加工する。基板１
が半導体基板、特にシリコン基板であれば、例えば、エ
ッチング液としてＫＯＨ溶液を用いた、ウェットエッチ
ングにより容易に加工できる。また、基板１がガラス基
板やセラミック基板であれば、例えば、ＣＦ₄等のＣＦ
系ガスを用いた、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）に
より容易に加工できる。

【００３４】上記凹部１ｃの形成により、エッチングさ
れずに残った部分が壁１ｂ…となり、壁１ｂと壁１ｂと
に挟まれた部分である上記凹部１ｃに相当する基板１上
面が上記デバイス形成部分１ａとなる。光導波路形成面
となる面として上記基板１のような半導体基板の表面を
用い、これに直接上記窪みを形成すると、はじめから充
分な厚みを持った部材（基板１）に窪みを形成すること
になるため、充分深い凹部１ｃ、すなわち充分高い壁１
ｂを形成することができる。

【００３５】上記壁１ｂは、目的物である光導波路素子
６（図１（ｆ）参照）が形成される領域の周囲から後述
の光導波路材料４が硬化前に流れ出さないように、該光
導波路素子６が形成される領域同士を仕切ることによ
り、該領域を一つずつ囲う機能を有している。したがっ
て、上記壁１ｂは、上記基板１の上面上であって、光導
波路素子６同士の間隙、および、各光導波路素子６にお
ける他の光導波路素子６と接していない辺の周囲に形成
される。

【００３６】ここでは、目的物である光導波路素子６の
基板面内での形状は例えば正方形形状であり、凹部１ｃ
の形状、言い換えればデバイス形成部分１ａの形状も正
方形である。壁１ｂと壁１ｂとに挟まれた上記デバイス
形成部分１ａの１辺の長さ（図１中、横方向の長さ）
は、例えば２ｍｍ角である。

【００３７】このように、凹部１ｃの形状は、目的物で
ある光導波路素子６の形状に合わせたものであればよ
く、正方形をはじめとする四角形や、また別の形状でも
よく、特に限定されない。また、基板１の、どの部分
に、何個の光導波路素子６（凹部１ｃ）を形成するかも
特に限定されない。また、上から見たときの壁１ｂ…の
形状も、それによって閉じた形状の凹部１ｃ…が形成さ
れるように、とぎれずに連続する閉じた形状であって、
光導波路素子６の形状に対応していればよく、特に限定
されない。

【００３８】本実施の形態においては、図５に示すよう
に、上記壁１ｂ…は、基板１を上から見たときに、凹部
１ｃ…が、上記光導波路形成面上に格子状に配置される
ように形成されている。そのため、各凹部１ｃの面積が
充分小さく、また、凹部１ｃ…に光導波路材料４の「た
まり」ができ、光導波路材料４が凹部１ｃ…の外へ流れ
出にくくなる。したがって、光導波路の厚さを、基板１
の面上の全ての箇所において均一にすることができる。
それゆえ、光導波路の特性を安定にすることができる。

【００３９】格子状以外の壁１ｂ…の配置例としては、
例えば図６に示すように、凹部１ｃ…が、各頂点が直角
な図形からなるものや、図７に示すように、凹部１ｃ…
が、合同あるいは合同でない正六角形等の六角形からな
るものや、図８に示すように、凹部１ｃ…が、合同ある
いは合同でない正三角形等の三角形からなるものが挙げ
られる。

【００４０】ここで、導波条件にもよるが、波長６００
〜８００ｎｍの光に対して、マルチモードの導波路で、
他の素子、例えば半導体レーザやプラスチック光ファイ
バー等（図示せず）との位置（主に光軸の高さ）合わせ
を容易にするには、光導波路５（図１（ｅ）参照）は厚
い（高い）（図１中、縦方向の長さが長い）ほうがよ
い。光導波路５が充分厚ければ、光導波路素子６と上記
他の素子とを互いに結合させるときに、その結合を、容
易な調整により行うことができる。これは、光導波路５
が充分厚ければ、充分な高さの光導波路５が得られるた
め、この光導波路５と上記他の素子との光軸ずれが生じ
ても、光伝搬の損失の変化を少なく抑えることができる
からである。これにより、導波光の良好な伝搬を行うこ
とができる。

【００４１】しかしながら、光導波路材料４は、応力で
剥がれたりする問題があるため、重ね塗りをしても、こ
の例では４０μｍ程度が、光導波路５の厚みの限度とな
っている。一方、高分子材料をスピンコートで塗布する
ことにより高分子からなる光導波路５を形成する場合に
は、塗布の作業性や膜厚の均一性等から、凹凸のない通
常の平面に塗布する場合の１回の塗布厚さは１０μｍ程
度が限度となっている。

【００４２】そこで、上記壁１ｂ…の高さ（図１中、縦
方向の長さ）を３０μｍ以上に設定すれば、重ね塗りを
しなくても、光導波路５の厚みとして、上記のような重
ね塗りも含めた限度値（この例では４０μｍ）以上の厚
みを容易に達成することができる。このように、所望の
厚みに合わせて壁１ｂ…の高さを設定することにより、
上述のように好ましい充分な高さの光導波路５を得るこ
とができる。それにより、光導波路５と他の素子との光
軸ずれが生じても光伝搬の損失の変化を少なく抑えるこ
とができ、導波光の良好な伝搬を行うことができる。

【００４３】つまり、特に、塗布厚さが充分な場合に
は、後述の光導波路材料４のうち壁１ｂ…の上面に積も
る分の厚み（ｈ₁とする）（図１（ｄ）参照。図１中、
縦方向の長さ）は、塗布する材料と塗布面の性質、また
塗布方法により、上記１０μｍのように決まる。一方、
所望の、良好な伝搬を行うのに必要な厚み（Ｈとする）
は、光導波路素子６を使用する状況により、上記４０μ
ｍのように決まる。そこで、本実施の形態では、ｈ
₁と、壁１ｂ…の高さ（凹部１ｃの深さ）（ｈ₂とす
る）との合計が、Ｈと等しくなるように設定している。
すなわち、ｈ₁＝１０μｍ、ｈ₂＝３０μｍ、Ｈ＝４０
μｍ、ｈ₁＋ｈ₂＝Ｈである。

【００４４】また、上記例以外にも、ｈ₁＝５μｍ等の
ように、平面への１回の塗布による厚みが塗布方法に依
存して変わった場合には、ｈ₁が変化することになるの
で、それに応じて、ｈ₂＝３５μｍのように、壁１ｂ…
の高さｈ₂を調整することで対応できる。また、Ｈ＝４
５μｍ等のように、良好な伝搬を行うのに必要な厚みＨ
の値が変わった場合でも、それに応じて、ｈ₂＝３５μ
ｍのように、壁１ｂ…の高さｈ₂を調整することで対応
できる。このように、壁１ｂ…の高さｈ₂は、その条件
下におけるｈ₁、Ｈに応じて、ｈ₂＝Ｈ−ｈ₁で求めれ
ばよい。

【００４５】なお、もし、硬化により光導波路材料４が
収縮または膨張して体積が減少または増加し、それに伴
って光導波路材料４の厚みが減少または増加する場合
は、上記Ｈは、硬化前後の厚み変化を考慮した値とする
必要がある。

【００４６】壁１ｂの厚み（ｄとする）（図１中、横方
向の長さ）については、壁１ｂがテーパ形状になること
も考慮すると以下のようになる。すなわち、まず、テー
パを横から見たときにできる二等辺三角形の底辺とテー
パ形状の斜めの辺とのなす角をテーパ角θと称すること
とする。起こりうる、好ましくない最も極端な場合とし
てテーパ角が４５°であるテーパを想定した場合に、上
記壁１ｂの高さｈ₂を３０μｍ以上にするには、ｄ＝２
ｈ₂／ｔａｎθにより、上記テーパの底辺すなわち壁１
ｂの根元の横方向の長さ（厚み）ｄは６０μｍ以上必要
となる。したがって、壁１ｂがテーパ形状になる場合に
は、壁１ｂの厚みｄとしては６０μｍ以上が好ましい。
このように、壁１ｂの厚みｄは、上記ｈ₂の値に応じて
上記式から求めればよい。

【００４７】続いて、図１（ｂ）に示すように、熱拡散
等で、デバイス２…、すなわち、フォトダイオードやト
ランジスタ等を形成する。

【００４８】この後、図１（ｃ）に示すように、下部ク
ラッド層の働きを兼ねたバッファ層３を形成する。バッ
ファ層３は、基板１と、伝搬領域であるコア領域として
の後述の光導波路５とを光学的に隔離することにより、
基板１のコア領域への光学的影響を軽減する機能を持
つ。また、バッファ層３は、下部クラッド層の働きを兼
ねている。すなわち、コア領域よりも屈折率が低くなっ
ており、コア領域を囲むことにより、コア領域を通る光
をこの下部クラッド層表面で全反射させ、この下部クラ
ッド層での透過による光の損失を軽減する機能を持つ。

【００４９】バッファ層３としては、光導波路材料４よ
り屈折率が低く、使用波長において透明なものが使用で
きる。例えば酸化ケイ素が使用できる。酸化ケイ素であ
れば、スパッタリングやＣＶＤ（Chemical Vapor Depos
ition ）等で形成できる。また他にも、例えば、ガラス
のスパッタ膜も使用できる。また例えば、後述のコア領
域の材料である光導波路材料４と同じくポリイミドであ
って、かつ、上記のように光導波路材料４よりも屈折率
が低いものを使用することもできる。あるいは、ポリイ
ミド以外にも、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレー
ト）、ポリカーボネート、ポリスチレン等、あるいは、
これらを主成分とするプラスチックを使用することもで
きる。

【００５０】本実施の形態では、バッファ層３として酸
化ケイ素を用いており、スパッタリングやＣＶＤにより
酸化ケイ素を数μｍの厚さで基板１上に成膜する。これ
により、デバイス形成部分１ａの上面、および、壁１ｂ
…の上面に、一様な厚みの酸化ケイ素のバッファ層３が
形成される。

【００５１】次に、図１（ｄ）に示すように、光導波路
材料４をスピンコートで塗布する。光導波路材料４とし
ては、ガラス、半導体、高分子（ポリマー）材料等が使
用可能であり、本実施の形態では、その中の高分子材料
を用いる。高分子材料としては、ポリイミドや光硬化性
樹脂（感光性樹脂）が挙げられる。あるいは、ポリイミ
ド以外にも、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ポリスチレ
ン等、あるいは、これらを主成分とするプラスチックを
用いてもよい。上記光硬化性樹脂としては、紫外線硬化
型エポキシ樹脂、紫外線硬化型シリコン樹脂、光重合型
アクリル樹脂、感光性ポリイミド等が挙げられる。

【００５２】そして、光導波路材料４がポリイミドのよ
うに加熱を必要とするものであれば、加熱処理を施す。
また、光導波路材料４が光硬化性樹脂であれば、光照射
による硬化処理を施す。一般に、ポリイミドよりも光硬
化性樹脂のほうが硬化時の収縮が少ないので、膜厚の精
度を高めたい場合等には光硬化性樹脂のほうが好まし
い。

【００５３】上記光導波路材料４をポリイミドとするこ
とにより、高耐熱性で低損失の、厚膜の光導波路が作製
できるので、光導波路素子６の特性を向上させることが
できる。また、上記光導波路材料４を光硬化性樹脂とす
ることにより、低損失で低収縮の、厚膜の光導波路が作
製できるので、光導波路素子６の特性を安定にすること
ができる。

【００５４】このように、壁１ｂ…の上面には、それを
囲う壁となる部材が形成されていないので、この面に
は、スピンコートによる塗布という条件に基づいて存在
する最大値以下の厚み、すなわち、最大、１０μｍの厚
みで光導波路材料４が塗布される。一方、各光導波路素
子６相当部同士の間は、高さ１０μｍ以上の壁１ｂで仕
切られているので、窪み部分である凹部１ｃの表面へ
は、上述の最大値にかかわらず、壁１ｂの高さ分の厚み
の厚膜塗布が可能となる。その結果、前述のように、こ
の壁１ｂの高さ分の厚みと壁１ｂ上に積層された光導波
路材料４の厚みとを合計した厚みの厚膜塗布を、容易に
行うことができる。なお、前述のように、本実施の形態
では壁１ｂ…の高さを３０μｍ以上としている。

【００５５】つまり、壁１ｂがなければ、スピンコート
による塗布では、１回すなわち１０μｍ分塗布するごと
に、塗布した光導波路材料４を硬化させなければ、その
場所に光導波路材料４を順次高く積み上げていく（重ね
塗り）ことはできない。しかしすでに述べたように、加
熱乾燥により硬化させても次の積層分により前の分が溶
解してしまう。あるいはまた、先に積層した分が上の層
の収縮の影響を受けて剥がれてしまう。これに対して、
本実施の形態では、上記のように壁１ｂ…に挟まれた領
域に光導波路材料４を塗布し、所望の厚み（高さ）にな
るまでは塗布済み光導波路材料４をまだ流動状態のまま
とし、所望の厚み（高さ）になってから加熱等により硬
化させている。そのため、上記のような溶解や剥がれを
招くことなく所望の厚みを得ている。

【００５６】そして、必要であれば、図１（ｅ）に示す
ように、光導波路材料４をパターニングして光導波路５
とする。この作製方法の例を図２を用いて説明する。す
なわち、例えば、図２（ａ）（図１（ｄ）と同一）に示
す状態から、図２（ｂ）に示すように、酸化ケイ素膜１
１を光導波路材料４上にスパッタリングやＣＶＤ等で成
膜し、その後さらにフォトレジスト１２を塗布する。図
２（ｃ）に示すように、フォトレジスト１２を露光・現
像・ベークしてパターニングし、図２（ｄ）に示すよう
に、これをマスクとしてまず酸化ケイ素膜１１をＣＦ₄
等によるＲＩＥによりパターニングする。なお、残った
フォトレジストは除去しなくてもよい。続いて、図２
（ｅ）に示すように、このパターニングされた酸化ケイ
素膜１１をマスクとして、光導波路材料４の不要部分
を、Ｏ₂によるＲＩＥ等のドライエッチングにより除去
して光導波路５とする。そして、図２（ｆ）に示すよう
に、マスクの酸化ケイ素膜１１をＣＦ₄等でＲＩＥ除去
する。なお、このとき、同図に示すように、下部クラッ
ド層であるバッファ層３も少し掘られることがあるが、
このような場合には、バッファ層３の厚みを、余裕をみ
た厚みにあらかじめ設定しておけばよい。

【００５７】最後に、図１（ｆ）に示すように、光導波
路素子６ごとに切り離して、各光導波路素子６…が完成
する。

【００５８】さらに、光導波路材料４の上に誘電体を積
層して上部クラッド層を設けて、光導波路５が埋め込ま
れた構造とすることもできる。

【００５９】このように、本実施の形態では、光導波路
材料４を、壁１ｂ同士で挟まれた凹部１ｃの表面に塗布
するようになっているため、１層分の塗布で充分厚い光
導波路を形成することができる。すなわち、上記壁１ｂ
…にて、基板１の目的物である光導波路素子６が形成さ
れる各領域を囲うようにしているため、この壁１ｂの高
さを調節するだけで、流動性のある光導波路材料４を、
塗布処理によってこの壁１ｂの高さ（および壁１ｂ上に
積もる光導波路材料４の厚みとの合計）にまで流し込む
ことができる。１回の塗布で流し込みきれない場合は複
数回塗布すればよい。上記壁１ｂの高さにまで光導波路
材料４を流し込み終わった後で、該光導波路材料４を硬
化する。

【００６０】なお、この例では、図１（ｄ）で示すよう
に、光導波路材料４の膜の厚みが、壁１ｂ…の高さｈ₂
と壁１ｂ…の上面に積もる分の光導波路材料４の厚みｈ
₁との合計になっている。なお、このように積層するた
めには、好ましくは、図１（ｄ）で示した工程におい
て、光導波路材料４を厚く塗ればよい。厚く塗るために
は、不具合の起こらない範囲で、光導波路材料４の粘度
を上げるか、スピンコートの回転数を遅くすればよい。

【００６１】一方、図１（ｄ）で示した工程において、
同図に示すように塗布する代わりに、図３に示すよう
に、壁１ｂ…に囲まれた構造に対して塗布する光導波路
材料４の量を、図１（ｄ）の場合よりも少なくして薄く
塗布すれば、図３に示すように、ちょうど壁１ｂ…の上
面と同じ高さにまで積層された光導波路材料４の膜を形
成することもできる。また、図４に示すように、壁１ｂ
…に囲まれた構造に対して塗布する光導波路材料４の量
を、図３の場合よりもさらに少なくして薄く塗布すれ
ば、壁１ｂ…の上面の高さよりも低い（浅い）厚さの光
導波路材料４の膜を形成することもできる。図３は図１
（ｄ）の場合よりも光導波路材料４の塗布量が少なく、
塗布厚みが図１の場合よりも少し薄い場合を示し、図４
は、図３の場合よりもさらに光導波路材料４の塗布量が
少なく、塗布厚みが図３の場合よりも薄い場合を示して
いる。このように、光導波路材料４の塗布量を適宜調整
することにより、所望の厚みの光導波路５を形成するこ
とができる。

【００６２】また、本実施の形態では、電気デバイスと
光デバイスとを混載した光導波路素子を作製している
が、光デバイスのみでよい場合は、上記デバイス２は形
成不要である。

【００６３】〔実施の形態２〕本発明の他の実施の形態
について図９および図１０に基づいて説明すれば、以下
の通りである。なお、説明の便宜上、前記の実施の形態
の図面に示した部材と同一の機能を有する部材には、同
一の符号を付記してその説明を省略する。

【００６４】図９および図１０を用いて、本実施の形態
に係る光導波路素子の製造工程を説明する。まず、図９
（ａ）に示すように、エピタキシャル層を含むシリコン
基板である基板１を用意する。図９（ｂ）に示すよう
に、基板１の表面（光導波路形成面）中、光導波路素子
相当部に、フォトダイオード、トランジスタ、ＩＣ等
の、デバイス２を形成する。そして、基板１の上記表面
に、酸化膜あるいは窒化膜からなる絶縁層２１が設けら
れ、一部には配線２２が形成される。図９（ｃ）に示す
ように、配線２２の保護のために、絶縁層２１の上に、
酸化ケイ素膜からなる保護層２３を形成する。

【００６５】図９（ｄ）に示すように、スパッタリング
により、メッキの核となる金属層２４を、保護層２３の
上に薄く成膜する。図９（ｅ）に示すように、光導波路
素子相当部にフォトレジスト２５を塗布し、パターニン
グする。このフォトレジスト２５としては、メッキ膜よ
り厚いので、フィルムレジストを使用する。図９（ｆ）
に示すように、メッキにより、フォトレジスト２５間、
すなわち光導波路素子相当部間に、金属壁（壁）７を形
成する。本実施の形態では、メッキにて、高さ１０μｍ
以上の金属壁７…を形成する。

【００６６】金属壁７は、例えば、ウエットエッチン
グ、ドライエッチング、射出成形、機械加工等で形成で
きる。ただし形成方法は特に限定されない。金属壁７の
材料となる金属は、メッキにて基板１に一様な厚みで良
好に厚膜を形成でき、エッチング（ウエットまたはドラ
イ）等により除去可能なものであって、製造工程中に変
質等を起こさないものであれば特に限定されない。例え
ばニッケル等が挙げられる。また、金属壁７の高さ（ｈ
₂）は、実施の形態１同様、塗布条件によって決まる、
光導波路材料４のうち金属壁７…の上面に積もる分の厚
み（ｈ₁）と、所望の良好な伝搬を行うのに必要な厚み
（Ｈ）とから、ｈ₂＝Ｈ−ｈ₁に基づき求めればよい。

【００６７】デバイス２の作製には高温での拡散工程が
あるため、また、金属壁７のような壁のない平坦な状態
のほうが、露光エッジのなまりがなくなり高解像度のフ
ォトリソグラフィーを行うことができるので、まずデバ
イス２を形成してから金属壁７を形成するようにする。

【００６８】その後、図９（ｇ）に示すように、フォト
レジスト２５を除去し、つづいて金属層２４を除去す
る。

【００６９】次に、図１０を用いて、図９の続きを説明
する。なお、図１０では、図９で示した、絶縁層２１、
配線２２、保護層２３、金属層２４、フォトレジスト２
５の図示は省略する。

【００７０】図９を用いて説明したようにしてあらかじ
めデバイス２…が形成されることにより、図１０（ａ）
に示すように、基板１のデバイス形成部分１ａが、上述
のように、メッキで形成された高さ１０μｍ以上の金属
壁７…で隔てられた構成となる。

【００７１】図１０（ｂ）に示すように、実施の形態１
同様にバッファ層３を形成する。次いで、図１０（ｃ）
に示すように、実施の形態１同様に光導波路材料４をス
ピンコートで塗布する。そして、実施の形態１同様、光
導波路材料４が光硬化性樹脂であれば光照射による硬化
処理、ポリイミドであれば加熱による硬化処理を施す。

【００７２】実施の形態１同様、各光導波路素子６相当
部同士の間は、高さ１０μｍ以上の金属壁７で仕切られ
ているので、窪み部分である凹部１ｃの表面への、厚み
（高さ）１０μｍ以上の厚膜塗布が容易となる。

【００７３】そして、必要であれば、図１０（ｄ）に示
すように、光導波路材料４をパターニングして光導波路
５とする。また、金属壁７は露出しているので、ここ
で、図１０（ｅ）に示すように、余分な金属壁７をエッ
チング除去してもよい。

【００７４】最後に、図１０（ｆ）に示すように、光導
波路素子６ごとに切り離して、各光導波路素子６…が完
成する。

【００７５】このように、本実施の形態では、光導波路
材料４を、金属壁７同士で挟まれた凹部１ｃの表面に塗
布するようになっているため、１層分の塗布で充分厚い
光導波路を形成することができる。

【００７６】なお、本発明に係る厚膜高分子光導波路の
製造方法を、下記のように構成してもよい。すなわち、
厚さ１０μｍ以上の高分子材料としての樹脂層をスピン
コート法で塗布し、これを処理することで高分子光導波
路層を形成する厚膜高分子光導波路の製造方法におい
て、基板上の各デバイス間を高さ数十μｍ以上の壁で仕
切る。この状態で高分子材料をスピンコートする。

【００７７】上記の構成によれば、この壁により区切ら
れた、デバイスを製造するための凹部に高分子材料が流
れ込むので、壁と壁との間のデバイス形成部分で、１回
の塗布で厚さ数十μｍの樹脂層が形成される。このた
め、光導波路としての高分子層の厚さを厚くすることが
できる。これを処理することにより、厚膜高分子光導波
路が製造できる。

【００７８】また、好ましくは、その壁を、デバイス基
板上に格子状に形成する。それによって、高分子層の厚
さを、基板上の全ての箇所において均一にすることがで
きる。

【００７９】また、好ましくは、その壁を、デバイス基
板のデバイス形成部分をあらかじめエッチング加工する
ことにより形成する。それにより、壁の作製が容易にな
る。あるいはまた、好ましくは、その壁を、メッキによ
る金属膜で形成する。それにより、高分子層形成後にエ
ッチングすることにより壁を除去できるので、壁の除去
が容易になる。

【００８０】また、好ましくは、上記高分子をポリイミ
ドとする。それにより、高耐熱性で低損失の厚膜光導波
路が作製できる。あるいはまた、好ましくは、上記高分
子を感光性樹脂とする。それにより、低損失で低収縮の
厚膜光導波路が作製できる。

【００８１】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１記載の
光導波路素子の製造方法は、光導波路形成面に光導波路
材料を塗布後、該光導波路材料を硬化させて光導波路を
形成する光導波路素子の製造方法において、上記光導波
路形成面上に、目的物である光導波路素子が形成される
領域同士を仕切る壁を形成し、上記光導波路形成面上
に、上記光導波路材料を塗布し、上記光導波路材料を硬
化する方法である。

【００８２】それゆえ、充分な厚みの光導波路を備えた
光導波路素子を製造することができるという効果を奏す
る。

【００８３】請求項２記載の光導波路素子の製造方法
は、請求項１の構成に加えて、上記壁を、上記光導波路
形成面上に格子状に形成する方法である。

【００８４】それゆえ、請求項１の構成による効果に加
えて、光導波路の厚さを、光導波路形成面上の全ての箇
所において均一にし、光導波路の特性を安定にすること
ができるという効果を奏する。

【００８５】請求項３記載の光導波路素子の製造方法
は、請求項１の構成に加えて、上記壁を、上記光導波路
形成面の光導波路形成部分をあらかじめエッチング加工
することにより形成する方法である。

【００８６】それゆえ、請求項１の構成による効果に加
えて、壁の作製が容易になり、光導波路素子の製造コス
トを抑えることができるという効果を奏する。

【００８７】請求項４記載の光導波路素子の製造方法
は、請求項１の構成に加えて、上記壁を、メッキによる
金属膜で形成する方法である。

【００８８】それゆえ、請求項１の構成による効果に加
えて、壁の除去が容易になり、光導波路素子の構造の自
由度を広げることができるという効果を奏する。

【００８９】請求項５記載の光導波路素子の製造方法
は、請求項１ないし４のいずれかの構成に加えて、上記
光導波路材料を光硬化性樹脂とする方法である。

【００９０】それゆえ、請求項１ないし４のいずれかの
構成による効果に加えて、光導波路素子の特性を安定に
することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光導波路素子の製造方法における
製造工程の一例を示す断面図である。

【図２】図１の製造工程における光導波路材料のパター
ニング方法の一例を示す断面図である。

【図３】図１の製造工程における光導波路材料の塗布方
法の一例を示す断面図である。

【図４】図１の製造工程における光導波路材料の塗布方
法の他の例を示す断面図である。

【図５】図１の製造工程における壁および凹部の形状の
一例を示す平面図である。

【図６】図１の製造工程における壁および凹部の形状の
他の例を示す平面図である。

【図７】図１の製造工程における壁および凹部の形状の
さらに他の例を示す平面図である。

【図８】図１の製造工程における壁および凹部の形状の
さらに他の例を示す平面図である。

【図９】本発明に係る光導波路素子の製造方法における
製造工程の他の例を示す断面図である。

【図１０】図９の製造工程に続く光導波路素子の製造工
程の例を示す断面図である。

【図１１】従来の光導波路素子の製造方法における製造
工程の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１基板１ａデバイス形成部分１ｂ壁１ｃ凹部２デバイス３バッファ層４光導波路材料５光導波路６光導波路素子７金属壁（壁）１１酸化ケイ素膜１２フォトレジスト２１絶縁層２２配線２３保護層２４金属層２５フォトレジスト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導波路形成面に光導波路材料を塗布後、
該光導波路材料を硬化させて光導波路を形成する光導波
路素子の製造方法において、上記光導波路形成面上に、目的物である光導波路素子が
形成される領域同士を仕切る壁を形成し、上記光導波路形成面上に、上記光導波路材料を塗布し、上記光導波路材料を硬化することを特徴とする光導波路
素子の製造方法。
【請求項２】上記壁を、上記光導波路形成面上に格子状
に形成することを特徴とする請求項１記載の光導波路素
子の製造方法。
【請求項３】上記壁を、上記光導波路形成面の光導波路
形成部分をあらかじめエッチング加工することにより形
成することを特徴とする請求項１記載の光導波路素子の
製造方法。
【請求項４】上記壁を、メッキによる金属膜で形成する
ことを特徴とする請求項１記載の光導波路素子の製造方
法。
【請求項５】上記光導波路材料を光硬化性樹脂とするこ
とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光
導波路素子の製造方法。