JP2001074961A

JP2001074961A - コア位置を顕現化する被覆層を備えた光導波路、その製造方法および光部品

Info

Publication number: JP2001074961A
Application number: JP29141099A
Authority: JP
Inventors: Toru Takahashi; 亨高橋; Nobuo Miyadera; 信生宮寺; Toshihiro Kuroda; 敏裕黒田
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1999-09-05
Filing date: 1999-09-05
Publication date: 2001-03-23
Anticipated expiration: 2019-09-05
Also published as: JP4253828B2

Abstract

(57)【要約】【課題】チャネル型光導波路であって、コアの位置を容
易に確認することのできる光導波路を提供する。【解決手段】基板１４と、基板１４上に配置された下部
クラッド層１５と、下部クラッド層１５上の一部に配置
されたコア層１６と、コア層１６を覆う上部クラッド層
２０と、上部クラッド層２０の上面を覆う被覆層２４と
を有する。上部クラッド層２０は、コア層１６の形状に
沿って上面が凸形状であり、被覆層２４は、この凸形状
を埋め込み、かつ、被覆層２４の上面は平坦である。被
覆層２４を構成する材料は、上部クラッド層２０を構成
する材料よりも光の透過率が低い。これにより、厚さの
薄い部分７１から照明光が透過し、コア層１６の位置を
顕現化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路に関し、
特に、チャネル型光導波路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のパソコンやインターネットの普及
に伴い、情報伝送需要が急激に増大している。このた
め、伝送速度の速い光伝送を、パソコン等の末端の情報
処理装置まで普及させることが望まれている。これを実
現するには、光インターコネクション用に、高性能な光
導波路を、安価かつ大量に製造することが必要がある。

【０００３】光導波路の材料としては、ガラスや半導体
材料等の無機材料と、ポリマ材料が知られている。無機
材料により光導波路を製造する場合には、真空蒸着装置
やスパッタ装置等の成膜装置により無機材料膜を成膜
し、これを所望の導波路形状にエッチングすることによ
り製造する方法が用いられる。

【０００４】これに対し、ポリマ材料によって光導波路
を製造する場合には、成膜工程を、塗布と加熱により大
気圧で行うことができるため、装置および工程が簡単で
あるという利点がある。例えば、特開平９−４０７７４
号公報には、ポリイミドにより光導波路を製造する方法
が開示されている。

【０００５】上記公報に記載されている光導波路の製造
方法は、まず、シリコン等の基板の上に、ポリアミド酸
溶液をスピン塗布し、これを加熱して乾燥・硬化させる
ことにより、ポリイミド膜を得て、これを下部クラッド
層とする。つぎに、同様の手順で、下部クラッドよりも
屈折率の高いポリイミド膜を形成し、これをコア層とす
る。このコア層の上に、レジストにより所定のマスクを
形成して、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）等
により、所望のコアの形状に加工する。つぎに、このコ
アの上にさらに、ポリアミド酸溶液をスピン塗布し、こ
れを加熱して乾燥・硬化させることにより、コアよりも
屈折率の低いポリイミド膜を得て、これを上部クラッド
層とする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】下部クラッド層の一部
のみにコア層を配置したチャネル型光導波路は、コア層
が上部クラッド層と下部クラッド層との間に挟み込まれ
てしまうため、コア層の位置を確認する場合には、クラ
ッド層を通してコア層を観察するか、端面を観察する
か、もしくは、光をコア層に導波させて導波光を観察す
るか等の手段を取る必要があり、コア層の位置を確認す
るのは容易ではない。特に、シングルモードの光導波路
のようにコア層の幅が狭い場合に、目視ではコア層の位
置を確認することは非常に難しい。また、顕微鏡でコア
層を確認する際に、広い基板上のどこにコア層があるか
が全くわからない場合、どこを拡大観察すべきか検討を
つけられない。また、クラッド層の可視光透過率が低い
場合には、目視観察や可視光による顕微鏡観察は、ほと
んどできない。このようにコア層の確認が困難であるの
は、ポリマ製の光導波路であっても無機材料製の光導波
路であっても共通している。

【０００７】また、ユーザが、光導波路と光ファイバと
を結合させる場合、コアの位置がわからないと非常に位
置あわせが難しくなる。

【０００８】本発明は、チャネル型光導波路であって、
コアの位置を容易に確認することのできる光導波路を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような光導波路が提供され
る。すなわち、基板と、前記基板上に配置された下部ク
ラッド層と、前記下部クラッド層上の一部に配置された
コア層と、前記コア層を覆う上部クラッド層と、上部ク
ラッド層の上面を覆う被覆層とを有し、前記上部クラッ
ド層は、前記コア層の形状に沿って上面が凸形状であ
り、前記被覆層は、前記凸形状を埋め込み、前記被覆層
を構成する材料は、前記上部クラッド層を構成する材料
よりも光の透過率が低いことを特徴とする光導波路であ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態の光導波路
について、図面を用いて説明する。

【００１１】本実施の形態の光導波路は、図４（ａ）の
ように、シリコンウエハ基板１４の上に、下部クラッド
層１５を備え、下部クラッド層１５の上にパターニング
されたコア層１６が配置されている。コア層１６は、上
部クラッド層２０により覆われている。また、上部クラ
ッド層２０は、コア層１６に沿わせるように配置してい
る。これにより、コア層１６の上部部分７１で、上部ク
ラッド層２０の上面は凸形状になる。そして、上部クラ
ッド層２０の上に、この凸形状を埋めるように被覆層２
４を配置して凸形状を埋め込み、かつ、被覆層２４の上
面がほぼ平面になるように形成している。このような構
成にしたことにより、被覆層２４は、膜厚が、コア層１
６の上部部分７１で薄く、他の部分では一様に厚くなっ
ている。

【００１２】また、上部および下部クラッド２０、１５
は、可視光のうち少なくとも赤色光を透過する樹脂によ
り形成されている。また、被覆層２４としては、赤色光
の透過率が、上部および下部クラッド層２０、１５より
も小さい樹脂により形成している。なお、本発明で使用
できる光源は、可視光に限定されるものではなく、検査
で使用する光源の波長領域において透過率のコントラス
トが得られるものであればよい。

【００１３】このような構成の本実施の形態の光導波路
では、上部および下部クラッド層２０、１５に照明光を
照射し、図４（ｂ）のように上面から観察すると、コア
層１６の位置が明るい線として観察できる。これによ
り、どの位置にコア層１６が存在するのかを容易に観察
することができる。このように、コア層１６の位置が明
るい線に見えるのは、被覆層２４の光透過率が、上部ク
ラッド層２０の透過率よりも低いため、被覆層２４の厚
さが厚い部分からは少ししか照明光が上面に透過してこ
ないが、薄い部分７１からは、照明光が多く透過するか
らである。このため、薄い部分７１が明るい線として観
察できる。厚さの薄い部分７１の幅は、コア層１６の幅
よりも広いので、コア層１６の幅が狭い場合であって
も、コア層１６の形状を容易に確認することができる。

【００１４】また、この光導波路を端面から観察した場
合には、透過率の低い被覆層２４と透過率の高い上部ク
ラッド層２０との境界が、はっきり見えるため、この境
界が凸形状に盛り上がっている部分７１をすぐに見つけ
ることができる。

【００１５】よって、上面から観察した場合にも、端面
を観察した場合にも、部分７１を容易に見つけることが
できるため、部分７１付近をさらに観察することによ
り、コア層１６の位置を確認できる。すなわち、被覆層
２４がコア層１６の位置を顕現化する層として作用す
る。このように、コア層１６の位置を観察で確認するこ
とができるため、光導波路のユーザが光ファイバと光導
波路とを結合させる時等に、位置あわせの目印となり容
易に位置合わせができる。

【００１６】なお、本実施の形態では、下部クラッド層
１５および上部クラッド層２０は、いずれも、日立化成
工業株式会社製ＯＰＩ−Ｎ１００５（商品名）を用いて
形成したポリイミド膜であり、屈折率は１．５２〜１．
５３である。下部クラッド層１５の膜厚は、約７μｍ、
上部クラッド層２０の膜厚は、約１５μｍである。コア
層１６は、日立化成工業株式会社製ＯＰＩ−Ｎ３２０５
（商品名）を用いて形成したポリイミド膜であり、膜厚
は約８μｍである。コア層１６の幅は、約８μｍにパタ
ーニングされている。コア層１６の屈折率は、下部およ
び上部クラッド層１５、２０よりも約０．５％大きい。

【００１７】被覆層２４は、日立化成デュポンマイクロ
システムズ株式会社製ＰＩＸ−６４００（商品名）を用
いて形成したポリイミド膜であり、膜厚は、コア層１６
から離れた端部の部分で約７μｍである。

【００１８】つぎに、図４（ａ）の光導波路の製造方法
について説明する。

【００１９】まず、図１（ａ）のシリコンウエハ基板１
４の上面に、下部クラッド層１５との接着性を高めるた
めの極薄い接着層（不図示）を形成する。その上に、上
述のＯＰＩ−Ｎ１００５（樹脂分濃度１５重量％）をス
ピン塗布して材料溶液膜を形成する。その後、乾燥器で
１００℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱する
ことにより溶媒を蒸発させ、続けて３７０℃で６０分加
熱することにより硬化を行い、膜厚約７μｍのポリイミ
ド膜を形成した。これにより、下部クラッド層１５を形
成した。

【００２０】この下部クラッド層１５の上に、上述のＯ
ＰＩ−Ｎ３２０５（樹脂分濃度１５重量％）をスピン塗
布して材料溶液膜を形成する。その後、乾燥器で１００
℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱することに
より溶媒を蒸発させ、続けて３５０℃で６０分加熱する
ことにより硬化を行い、膜厚約８μｍのポリイミド膜を
形成し、コア層１６を形成した（図１（ｂ））。

【００２１】次に、コア層１６の上にレジストとして、
ＲＵ−１６００Ｐ（日立化成工業株式会社製）をスピン
塗布し、１００℃で乾燥後、水銀ランプで露光、現像す
ることにより、レジストパターン層１７を形成した（図
１（ｃ））。このレジストパターン層１７を、マスクと
して、酸素でリアクティブイオンエッチング（Ｏ_２−Ｒ
１Ｅ）を行い、コア層１６を所望の光導波路の形状にパ
ターニングした。（図１（ｄ））。その後、レジストを
剥離した（図１（ｅ））。

【００２２】さらに、この上に、上述のＯＰＩ−Ｎ１０
０５（樹脂分濃度２５重量％）をスピン塗布して材料溶
液膜１８を形成した（図２（ｆ））。この材料溶液膜１
８の上面は、図２（ｆ）のように平坦であったが、乾燥
器で１００℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱
して溶媒を蒸発させ、前駆体膜１９にしたところ、膜厚
がほぼ一定の縮小率で縮小したために、前駆体膜１９の
上面は、コア層１６の形状に沿った凸形状になった（図
２（ｇ））。この乾燥工程に続けて、３５０℃で６０分
加熱することにより前駆体膜１９中のポリアミド酸をイ
ミド化させることにより、硬化させ、厚さ１５μｍのポ
リイミド膜の上部クラッド層２０を形成した（図２
（ｈ））。上部クラッド層２０は、前駆体膜１９の形状
をほぼ維持しており、上面がコア層１６の形状に沿った
凸形状であった。

【００２３】つぎに、上部クラッド層２０の上に、上述
のＰＩＸ−６４００（樹脂分濃度３５．５重量％）をス
ピン塗布して材料溶液膜２１を形成した（図２
（ｉ））。材料溶液膜２１の上面は、スピン塗布のた
め、図２（ｉ）のように平坦であった。その後、乾燥器
で１００℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱
し、溶媒を蒸発させ前駆体膜２３を得たところ、前駆体
膜２３の形状は、上部クラッド層２０の上面形状に沿っ
た凸形状であった（図３（ｊ））。しかしながら、この
乾燥工程に続けて、３５０℃で６０分加熱して、前駆体
膜２３中のポリアミド酸をイミド化して硬化させたとこ
ろ、図３（ｋ）のように上面がほぼ平坦な、厚さ７μｍ
のポリイミド膜の被覆層２４が得られた。これにより、
図４（ａ）の本実施の形態の光導波路が得られた。ま
た、被覆層２４の表面段差を接触段差計で測定したとこ
ろ１μｍ以下であった。

【００２４】このように上面が平坦な被覆層２４が得ら
れたのは、次のような理由による。上部クラッド層２０
も被覆層２４も、ポリイミドであるが両者は構造式が異
なる。このため、ＯＰＩ−Ｎ１００５から形成した上部
クラッド層２０のポリイミドは、ガラス転移温度（Ｔ
ｇ）が３２５℃であるのに対し、ＰＩＸ−６４００から
形成した被覆層２４は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２７
０℃と、上部クラッド層２０よりも低い。本実施の形態
の製造工程では、上部クラッド層２０の前駆体膜１９を
硬化させてポリイミド膜にする際も、被覆層２４の前駆
体膜２３を硬化させてポリイミド膜にする際も、加熱温
度は同じ３５０℃にしている。よって、上部クラッド層
２０は、ポリイミド膜がガラス転移温度（Ｔｇ）＋２５
℃で加熱されるのに対し、被覆層２４は、ポリイミド膜
がガラス転移温度（Ｔｇ）＋８０℃にも加熱される。一
般的に、ポリイミド等の樹脂は、ガラス転移温度（Ｔ
ｇ）以上の温度で流動性をもち、ガラス転移温度との温
度差が大きくなるほど流動性が高くなる。そのため、同
じ３５０℃に加熱された場合、上部クラッド層２０より
も、被覆層２４の方が流動性が高く流れやすくなるため
に、盛り上がった部分からより低い部分に流れ、上面が
平坦になる。

【００２５】また、被覆層２４の流動性が大きい理由
は、ガラス転移温度（Ｔｇ）と加熱温度との温度差のみ
ではなく、ＰＩＸ−６４００から形成したポリイミド
と、ＯＰＩ−Ｎ１００５から形成したポリイミドとの化
学構造の違いも影響していると考えられる。

【００２６】また、被覆層２４は、材料溶液であるＰＩ
Ｘ−６４００の樹脂分濃度が３５．５重量％であり、上
部クラッド層２０の材料溶液のＯＰＩ−Ｎ１００５（樹
脂分濃度２５重量％）よりも濃度が高い。このため、被
覆層２４の材料溶液膜２１が乾燥により前駆体膜２３に
変化する際の縮小の度合いは、上部クラッド層２０の材
料溶液膜１８が前駆体膜１９に変化の際の縮小の度合い
ほど大きくない。したがって、前駆体膜２３が形成され
た時点で、その段差は、上部クラッド層２０の上面の段
差よりも小さくなっている。このように、材料溶液の濃
度が上部クラッド層２０よりも大きい材料を被覆層２４
に用いていることも、効果的に上部クラッド層２０の段
差を低減できる要因になっていると思われる。

【００２７】このように、本実施の形態の光導波路は、
上部クラッド層２０をコア層１６に沿う形状に形成する
ことにより、コア層１６の形状を上部クラッド層２０の
上面に反映させ、この上に、上面が平坦な被覆層２４を
備えることにより、被覆層２４がコア層１６の位置を上
面に顕現化する層として作用する。

【００２８】また、本実施の形態では、上部クラッド層
２０の上に、被覆層２４を上面に配置することにより、
上面が平坦な光導波路を得ることができる。よって、こ
の光導波路の上にさらに光導波路を形成したり、配線パ
ターンを形成する場合にも、上の光導波路を良好に成膜
でき、また、配線パターンに断線等を生じさせる恐れが
ない。

【００２９】本実施の形態の光導波路は、光モジュール
と光ファイバとの間を接続する光インターコネクション
用光部品として用いることが可能である。また、本実施
の形態の光導波路のコア層１６のパターン形状を所定の
形状にすることにより、光路変換素子、光路分岐素子、
方向性結合器等の光部品を構成することができる。

【００３０】また、本実施の形態の光導波路の製造方法
では、下部クラッド層１５、コア層１６、上部クラッド
層２０および被覆層２４の全ての層を、スピン塗布と乾
燥・硬化という簡単な工程で大気圧で成膜できるため、
安価に大量に光導波路を製造する方法として適してい
る。また、この光導波路の構成では、被覆層２４は、コ
ア層１６の光の伝搬には、ほとんど影響を与えないた
め、屈折率等を考慮することなく、材料を選択すること
ができる。

【００３１】ただし、本実施の形態の光導波路は、全て
の層が樹脂からなる構成に限定されるものではない。被
覆層２４は、樹脂で形成することにより、上面を平坦に
することが可能であるため、樹脂製にすることが望まし
いが、上部クラッド層２０は、真空蒸着やスパッタ法等
の気相成長法によってコア層１６に沿う形状に形成でき
るため、無機材料で形成することも可能である。

【００３２】また、光導波路の上部クラッド層２０を樹
脂で形成する場合には、低屈折率化および低伝搬損失化
のために、上述のＯＰＩ−Ｎ１００５のようにフッ素を
含むポリイミドを用いることが多い。しかしながら、フ
ッ素を含むポリイミドは、耐溶剤性があまり高くなく、
他のものとの接着性が低いという性質がある。このた
め、上部クラッド層２０がそのまま外部に曝されると耐
食性が悪くなったり、上部クラッド層２０の上に何か光
部品等を接着しようとしても、接着しにくいという問題
が生じやすい。本実施の形態では、被覆層２４により上
部クラッド層２０を被覆することができるため、被覆層
２４としてフッ素含有量が低い材料もしくはフッ素を含
有しない材料を用いることにより、光導波路の耐食性、
接着性を向上させることができるという効果も得られ
る。なお、上部クラッド層２０と被覆層２４とは、同じ
ポリイミド同士であるため、接着性は良好である。

【００３３】また、上述の実施の形態では、上部クラッ
ド層２０を硬化させるための加熱温度と、被覆層２４を
硬化させるための加熱温度とを同じ温度にしているが、
必ず同じ温度にしなければならないわけではない。加熱
時の樹脂の流動性を考慮して、加熱温度を定めることが
できる。

【００３４】また、上述の実施の形態では、上述したよ
うに構造の異なるポリイミド膜により、コア層１６、上
部および下部クラッド層１５、２０、被覆層２４を形成
したが、本実施の形態の光導波路に用いることのできる
材料は、上記した材料に限定されるものではない。被覆
層２４の透過率が、上部クラッド層２０の透過率よりも
小さく、しかも、加熱硬化時の流動性により被覆層２４
の上面を平坦にできる材料であればよい。例えば、上部
クラッド層２０および被覆層２４の材料を、ポリイミ
ド、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネイト、ポ
リスチレン、スチレン共重合体、スチレン・アクリロニ
トリル共重合体、塩化ビニル、エポキシ樹脂の中から、
上記条件を満たす材料を選択して用いることができる。

【００３５】

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
チャネル型光導波路であって、コアの位置を容易に確認
することのできる光導波路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｅ）本発明の一実施の形態の光導波
路を製造する工程を示す断面図。

【図２】（ｆ）〜（ｉ）本発明の一実施の形態の光導波
路を製造する工程を示す断面図。

【図３】（ｊ）〜（ｋ）本発明の一実施の形態の光導波
路を製造する工程を示す断面図。

【図４】本発明の一実施の形態の光導波路の形状を示す
（ａ）断面図、（ｂ）上面図。

【符号の説明】

１４・・・シリコンウエハ基板、１５・・・下部クラッ
ド層、１６・・・コア層、１７・・・レジストパターン
層、１８・・・材料溶液膜、１９・・・前駆体膜、２０
・・・上部クラッド層、２１・・・材料溶液膜、２３・
・・前駆体膜、２４・・・被覆層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黒田敏裕茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式会社総合研究所内Ｆターム(参考） 2H047 KA04 PA02 PA21 PA24 PA28 QA05 QA07 TA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に配置された下部クラ
ッド層と、前記下部クラッド層上の一部に配置されたコ
ア層と、前記コア層を覆う上部クラッド層と、上部クラ
ッド層の上面を覆う被覆層とを有し、前記上部クラッド層は、前記コア層の形状に沿って上面
が凸形状であり、前記被覆層は、前記凸形状を埋め込
み、前記被覆層を構成する材料は、前記上部クラッド層を構
成する材料よりも光の透過率が低いことを特徴とする光
導波路。
【請求項２】請求項１に記載の光導波路において、前記
被覆層は、樹脂により構成されていることを特徴とする
光導波路。
【請求項３】請求項２に記載の光導波路において、前記
下部クラッド層は、樹脂により構成され、前記被覆層を
構成する前記樹脂は、前記上部クラッド層を構成する前
記樹脂よりもガラス転移温度が低いことを特徴とする光
導波路。
【請求項４】請求項３に記載の光導波路において、前記
上部クラッド層および被覆層を構成する樹脂は、ポリイ
ミドであり、前記上部クラッド層を構成するポリイミドは、フッ素を
含み、前記被覆層を構成するポリイミドは、前記上部ク
ラッド層のポリイミドよりもフッ素の含有量が少ない
か、もしくは、フッ素を含有していないことを特徴とす
る光導波路。
【請求項５】請求項１、２、３または４に記載の光導波
路を用いた光部品。
【請求項６】基板上に下部クラッド層を形成し、前記下
部クラッド層上の一部にコア層を形成する第１の工程
と、前記コア層の上に、前記コア層の形状に沿わせて上部ク
ラッド層を形成する第２の工程と、前記上部クラッド層の上に、樹脂材料溶液を塗布し、乾
燥させた後、予め定めた温度まで加熱して硬化させ樹脂
膜とすることにより、被覆層を形成する第３の工程とを
有し、前記第３の工程の樹脂材料として、前記上部クラッド層
よりも光透過率の小さい前記樹脂膜を形成できる材料を
用い、前記第３の工程で、前記樹脂のガラス転移温度よ
りも高い前記予め定めた温度まで加熱して前記樹脂の流
動性を高めることにより、前記樹脂膜の上面を平坦にさ
せることを特徴とする光導波路の製造方法。