JP2002022988A - 光導波路デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂製の光導波路デバイスの製造方法であっ
て、簡単な工程で耐食性の優れた保護層を形成すること
のできる光導波路デバイスの製造方法を提供する。 【解決手段】 下部クラッド層３が形成された基板１上
に、光導波路４と、上部クラッド層５とを樹脂により形
成する。その後、上部クラッド層５の表面部を削り取
り、その上部クラッド層の上に、樹脂の材料溶液を２回
重ねて塗布し、これを加熱して硬化させることにより、
樹脂からなる保護層９を形成する。これにより、前記樹
脂の材料溶液に対する上部クラッド層５の上面のぬれ性
が低い場合にも、材料溶液がはじかれないため、穴のな
い一様な保護層９を形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路に関し、
特に、保護層と上部クラッドが樹脂製の光導波路に関す
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、樹脂が知られている。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。しかしながら、真空蒸着装置やス
パッタ装置は、真空排気設備が必要であるため、装置が
大型で高価である。また、真空排気工程が必要であるた
め工程が複雑になる。これに対し、樹脂によって光導波
路を製造する場合には、成膜工程を、塗布と加熱により
大気圧中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。

【０００４】また、光導波路ならびにクラッド層を構成
する樹脂としては、種々のものが知られているが、ガラ
ス転移温度（Ｔｇ）が高く、耐熱性に優れるポリイミド
が特に期待されている。ポリイミドにより光導波路およ
びクラッド層を形成した場合、長期信頼性が期待でき、
半田付けにも耐えることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】樹脂製の光導波路は、
一般的には、基板上に、下部クラッド層、光導波路層、
上部クラッド層を積層することにより構成される。これ
らの各層は、屈折率の関係から材料の樹脂が選択される
ことが多く、必ずしも耐食性の高い樹脂で構成されると
は限らない。そこで、耐食性の高い樹脂により、上部ク
ラッド層を保護する保護層を形成することが考えられ
る。しかしながら、保護層を構成する樹脂の材料溶液に
対して上部クラッド層のぬれ性が悪いと、材料溶液を塗
布する際にはじかれてしまうため、一様に保護層を形成
することが難しく、保護層に穴があいてしまうことがあ
った。これでは、保護層としての役割を十分に果たすこ
とができない。ぬれ性を改善するためには、上部クラッ
ド層と保護層との間に、さらに別の樹脂を接着層として
配置することが考えられるが、上部クラッド層と保護層
の双方の材質と接着性のよい材質を選択する必要があ
り、しかも、層構成が複雑になるため製造工程も複雑に
なってしまう。

【０００６】本発明は、樹脂製の光導波路デバイスの製
造方法であって、簡単な工程で耐食性の優れた保護層を
形成することのできる光導波路デバイスの製造方法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【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デバイスの
製造方法が提供される。すなわち、下部クラッド層が形
成された基板上に、光導波路（コア）と、上部クラッド
層とを樹脂により形成する第１の工程と、前記上部クラ
ッド層の表面部を削り取る第２の工程と、前記第２の工
程が施された上部クラッド層の上に、樹脂の材料溶液を
２回重ねて塗布し、これを加熱して硬化させることによ
り、前記樹脂からなる保護層を形成する第３の工程とを
有することを特徴とする光導波路デバイスの製造方法が
提供される。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態の光導波路
デバイスの製造方法について説明する。

【０００９】本実施の形態では、保護層の材料溶液を塗
布する工程の前に、上部クラッド層の上面をアッシング
するとともに、保護層の材料溶液を塗布する際に、溶媒
雰囲気中で塗布を行うことにより、ぬれ性の良くない上
部クラッド層であっても穴のない保護層を形成すること
を可能にするものである。

【００１０】まず、製造方法により製造される光導波路
デバイスの構成を図１、図２を用いて説明する。光導波
路デバイスは、Ｓｉ基板１の上に、光導波路積層体１０
を備えている。

【００１１】光導波路積層体１０は、基板１の上に配置
された下部クラッド層３と、その上に搭載された光導波
路４と、光導波路４を埋め込む上部クラッド層５と、保
護層９とを含んでいる。

【００１２】下部クラッド層３および上部クラッド層５
は、いずれも、日立化成工業株式会社製ＯＰＩ−Ｎ１０
０５（商品名）を用いて形成したポリイミド膜からな
る。下部クラッド層３の膜厚は、約６μｍ、上部クラッ
ド層５の膜厚は、下部クラッド層表面から約１２μｍで
ある。光導波路４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か
らなり、その膜厚は約６μｍであり、光導波路４の幅は
約６μｍである。保護層９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、その膜厚は、光導
波路４から離れた端部の部分で約５μｍである。

【００１３】つぎに、本実施の形態の光導波路デバイス
の製造方法について、図１（ａ）〜（ｃ）、図２
（ｄ）、（ｅ）を用いて説明する。

【００１４】まず、Ｓｉ基板１の全体に前述のＯＰＩ−
Ｎ１００５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３７
０℃で６０分加熱することにより硬化させ、下部クラッ
ド層３を形成する（図１（ｂ））。

【００１５】この下部クラッド層３の上に、前述のＯＰ
Ｉ−Ｎ３２０５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、２０
０℃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、光
導波路４となるポリイミド膜を形成する。このポリイミ
ド層の上にレジストをスピン塗布し、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を
形成する。このレジストパターン層は、前述のポリイミ
ド膜を光導波路４の形状に加工するためのマスクとして
用いられる。よって、このレジストパターン層をマスク
として、前述のポリイミド層を酸素でリアクティブイオ
ンエッチング（Ｏ₂−Ｒ１Ｅ）することにより、光導波
路４を得ることができる（図１（ｃ））。その後、レジ
ストパターン層を剥離する。

【００１６】つぎに、光導波路４および下部クラッド層
３を覆うように、ＯＰＩ−Ｎ１００５をスピン塗布す
る。得られた材料溶液膜を、乾燥器で１００℃で３０
分、次いで、２００℃で３０分加熱して材料溶液膜中の
溶媒を蒸発させ、３５０℃で６０分加熱することにより
ポリイミド膜の上部クラッド層５を形成する（図２
（ｄ））。

【００１７】つぎに、材料溶液としてＰＩＸ−６４００
により保護層９を形成する。ＰＩＸ−６４００を硬化さ
せることにより得られるポリイミドは、耐食性に優れて
いるが、ＯＰＩ−Ｎ１００５から形成した上部クラッド
層５は、ＰＩＸ−６４００に対するぬれ性が良くない。
このため、上部クラッド層５の上にＰＩＸ−６４００を
通常の方法でスピン塗布すると、部分的にＰＩＸ−６４
００が上部クラッド層５にはじかれる。ＰＩＸ−６４０
０が上部クラッド層５にはじかれた部分では、ＰＩＸ−
６４００の材料溶液膜が形成されないため、材料溶液膜
に穴があいた状態となり、穴から上部クラッド層５が露
出される。この穴は、ＰＩＸ−６４００を硬化しても残
るため、部分的に穴のあいた保護層９となってしまう。
そこで、本実施の形態では、上部クラッド層５の保護層
９の材料溶液に対するぬれ性を高めるため、上部クラッ
ド層５の上面を酸素プラズマによりアッシングするアッ
シャ処理を施し、上部クラッド層５の上面を荒らして薄
く削りとる。酸素プラズマは、本実施の形態では４００
Ｗ、４０Ｐａの条件で発生させる。また、プラズマ発生
条件および処理時間を調節することにより、アッシャ処
理により上部クラッド層５が削られる厚さを制御する。
このようにアッシャ処理を行うことにより、ＰＩＸ−６
４００に対する上部クラッド層５のぬれ性を高めること
ができる。

【００１８】また、本実施の形態では、このアッシャ処
理が施された上部クラッド層５の上に、２回にわけてＰ
ＩＸ−６４００を塗布することにより、材料溶液膜を形
成する。その際、１回目の塗布は、ＰＩＸ−６４００に
含まれる溶媒であるＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドの蒸
気が充満した雰囲気中で行う。溶媒雰囲気中で塗布を行
うことにより、ＰＩＸ−６４００に対する上部クラッド
層５のぬれ性をさらに高めることができ、ＰＩＸ−６４
００は上部クラッド層５にほとんどはじかれない。よっ
て、１回目の塗布により形成される材料溶液膜は、全く
穴がないか、穴が生じていてもその径がごく小さくなっ
ている。このようにして形成した１層目の材料溶液膜を
２００℃まで昇温させ、２００℃で１０分間加熱するこ
とにより溶媒を蒸発させる。なお、スピン塗布を溶媒雰
囲気中で行うのは、スピン塗布装置の内壁に前記溶媒を
塗布しておくことにより、容易に実現できる。このよう
に乾燥させた１層目の材料溶液膜の上に、もう一度ＰＩ
Ｘ−６４００をコーターで塗布し、２層目の材料溶液膜
を塗布する。この２回目の塗布は、１層目が同じＰＩＸ
−６４００の膜であるため、ぬれ性が非常に良く、一様
に材料溶液膜を形成できる。この２回目の材料溶液の塗
布は、ぬれ性が良いため、溶媒雰囲気中ではなく大気中
で行うことができる。２層目の材料溶液膜の塗布によ
り、１層目のＰＩＸ−６４００膜に小さな穴があった場
合にも、その穴の部分を完全に覆うことができる。この
ようにして２層のＰＩＸ−６４００の膜を形成すること
により、上部クラッド層５の上面は、少なくとも２層目
の材料溶液膜で完全に覆われている。

【００１９】このように形成した２層のＰＩＸ−６４０
０の膜を、２００℃まで昇温させ、２００℃で３０分加
熱して溶媒を蒸発させ、続けて３５０℃で３０分加熱し
て硬化させる。これにより、厚さ５μｍのポリイミド膜
の保護層９を得ることができる。

【００２０】このような製造方法で製造した本実施の形
態の光導波路デバイス１００は、上部クラッド層５の上
面が、耐食性の良い保護層９で完全に覆われているた
め、保護層９形成後の製造工程においてエッチング工程
等があっても、光導波路４や上部クラッド５が保護層９
によって保護される。よって、光学特性に優れた光導波
路デバイスを製造することができる。また、保護層９の
耐食性が優れているため、本実施の形態の光導波路デバ
イスは、製造後の経時劣化を生じにくく、長期間に渡っ
て安定な光学特性を提供できる。

【００２１】なお、保護層９の形成の工程において、ア
ッシャ処理により削りとる上部クラッド層５の厚さは、
０．０５μｍ以上０．４μｍ以下が望ましい。というの
は、削りとる厚さが０．０５μｍよりも薄いと、ぬれ性
の改善の効果が十分ではないため、ＰＩＸ−６４００を
１回目に塗布する際に必ず溶媒雰囲気中で塗布する必要
がある。溶媒雰囲気中で塗布しない場合、図３のように
１回目のＰＩＸ−６４００の塗布により形成される材料
溶液膜９ａに生じる穴を、２回目の塗布で形成される材
料溶液膜９ｂがふさぎ切れず、材料溶液膜９ｂの穴から
上部クラッド層５が露出されることがある。一方、上部
クラッド層５の削り量が０．１μｍ以上であれば、ＰＩ
Ｘ−６４００を１回目に塗布する際に、溶媒雰囲気中で
塗布しなくても、少なくも２回目の塗布により形成され
る材料溶液膜により、上部クラッド層５の上面を覆うこ
とができる。よって、削り量を０．１μｍ以上にした場
合には、上述の２回の塗布工程をいずれも大気中で行う
ことができるため、さらに簡単な製造工程で上記光導波
路デバイスを製造することができる。ただし、アッシャ
処理により削られる上部クラッド層５の厚さが、０．４
μｍを超えると、上部クラッド層５の表面に細かいクラ
ックが生じることがあるため、０．４μｍ以下に削り量
を抑えることが望ましい。

【００２２】上述してきたように、本実施の形態では、
樹脂製の上部クラッド層５の上に、保護層９を形成する
際に、保護層９の材料溶液に対する上部クラッド層５の
ぬれ性が低い場合にも、アッシャ処理を行い、塗布時に
溶媒雰囲気にするという簡単な処理を行うことにより、
上部クラッド層５の上面を完全に覆う保護層９を形成す
ることができる。したがって、保護層９の材料として、
耐食性の高い樹脂を選択することができ、簡単な構成で
耐食性の優れた光導波路デバイスを製造することができ
る。

【００２３】なお、上述の実施の形態では、保護層９の
材料溶液膜を形成する際に、２回目の塗布を大気中で行
っているが、１回目の塗布と同じく溶媒雰囲気中で行う
ことももちろん可能である。

【００２４】また、保護層９の材料溶液の１回目の塗布
の際に、溶媒雰囲気中で塗布する代わりに、塗布の前に
溶媒を上部クラッド層５の上面に前記溶媒を塗布した
後、前記材料溶液を塗布する方法を用いることもでき
る。

【００２５】また、上述の実施の形態では、上部クラッ
ド層５にアッシャ処理を施し、表面を荒らしながら薄く
削りとることによりぬれ性を向上させているが、アッシ
ャ処理に限らず表面を荒らしながら薄く削り取ることが
できる他の方法で処理を行うことができる。例えば、逆
スパッタ法やドライエッチング法を用いることができ
る。

【００２６】また、本実施の形態で製造した光導波路デ
バイスは、下部クラッド層３から保護層９まで全ての層
をポリイミドで形成しているため、Ｔｇが高く、耐熱性
にすぐれている。よって、本実施の形態の光導波路デバ
イスは、高温になっても伝搬特性を維持できる。また、
ポリイミドは、半田付け等の高温工程にも耐えることが
できるため、光導波路デバイスの上にさらに別の光導波
路デバイスや電気回路素子や受発光素子をはんだ付けす
ることも可能である。

【００２７】

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
樹脂製の光導波路デバイスの製造方法であって、簡単な
工程で耐食性の優れた保護層を形成することのできる光
導波路デバイスの製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施の形態の
光導波路デバイスを製造する工程を示す斜視図である。

【図２】 （ｄ）、（ｅ）は、本発明の一実施の形態の
光導波路デバイスを製造する工程を示す斜視図である。

【図３】 比較例の条件で保護層を形成した場合に、保
護層に生じる穴を示す上面図である。

【符号の説明】 １・・・シリコン基板 ３・・・下部クラッド層 ４・・・光導波路 ５・・・上部クラッド層 ９・・・保護層 １０・・・光導波路積層体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増田 宏 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 (72)発明者 宮寺 信生 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 PA28 TA00

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部クラッド層が形成された基板上に、
   光導波路と、上部クラッド層とを樹脂により形成する第
   １の工程と、 前記上部クラッド層の表面部を削り取る第２の工程と、 前記第２の工程が施された上部クラッド層の上に、樹脂
   の材料溶液を少なくとも１回塗布し、これを加熱して硬
   化させることにより、前記樹脂からなる保護層を形成す
   る第３の工程とを有することを特徴とする光導波路デバ
   イスの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光導波路デバイスの製
   造方法において、前記第３の工程では、前記材料溶液を
   ２回重ねて塗布することを特徴とする光導波路デバイス
   の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の光導波路デバ
   イスの製造方法において、前記第２の工程では、前記表
   面部を削り取るために、前記上部クラッド層にアッシン
   グを行うことを特徴とする光導波路デバイスの製造方
   法。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の光導波路デバイスの製
   造方法において、前記第３の工程で前記材料溶液を２回
   重ねて塗布する際に、少なくとも１回目の塗布を、前記
   材料溶液に含まれる溶媒の蒸気の雰囲気中で行うことを
   特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１、２または３に記載の光導波路
   デバイスの製造方法において、前記第２の工程は、０．
   ０５μｍ以上０．４μｍ以下の厚さで前記上部クラッド
   層の表面を削り取ることを特徴とする光導波路デバイス
   の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項２または４に記載の光導波路の製
   造方法において、前記第３の工程で前記材料溶液を２回
   重ねて塗布する際に、１回目の塗布により形成された前
   記材料溶液の膜を一旦乾燥させてから２回目の塗布を行
   うことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
7. 【請求項７】 下部クラッド層が形成された基板上に、
   光導波路と、上部クラッド層とを樹脂により形成する第
   １の工程と、 前記上部クラッド層の上に、樹脂の材料溶液を２回重ね
   て塗布し、これを加熱して硬化させることにより、前記
   樹脂からなる保護層を形成する第２の工程とを有し、 前記第２の工程で前記材料溶液を２回重ねて塗布する際
   に、少なくとも１回目の塗布を、前記材料溶液に含まれ
   る溶媒の蒸気の雰囲気中で行うことを特徴とする光導波
   路デバイスの製造方法。