JP2002311275A

JP2002311275A - 樹脂光導波路の作製方法

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Publication number: JP2002311275A
Application number: JP2001121397A
Authority: JP
Inventors: Nagahiro Moroi; 長広諸井; Hidetoshi Nanai; 秀寿七井; Yuji Yamamoto; 雄二山本; Shigeki Sakaguchi; 茂樹坂口
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2002-10-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】低損失で、光学特性に優れた樹脂光導波路の形
成と歩留まり向上の手段を提供する。【解決手段】基板１上の下部クラッド樹脂層２にトレン
チ４を形成してこれにコア材５を塗布、焼成してコアを
形成するトレンチ法による光導波路製造方法において、
コア材５の塗布、焼成を複数回繰り返してコアを形成す
る。【効果】極めて狭いギャップ領域での埋め込み不良およ
びコアパターンの変形を防止し、導波特性の向上した、
樹脂製光導波路の製造法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低損失で、光学特
性に優れた樹脂光導波路の作製法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】情報通信システムの基盤技術として光通
信技術が浸透していくにつれて光導波路は、光ネットワ
ーク用キーデバイスとして益々その重要性が高まると同
時に、電子回路配線基板等の分野への応用に向けて開発
が進められている。光導波路デバイスの普及には低価格
化と量産化が要望されており、樹脂製光導波路がその有
力な候補として開発されている。

【０００３】従来、樹脂導波路の作製方法として、シリ
コン等の基板上に作製した下部クラッド樹脂層にトレン
チを設け、これにコア材を埋め込み、その上に上部クラ
ッド層を形成する方法（以下トレンチ法と言う）があ
る。

【０００４】導波路用の樹脂材料としては、アクリル樹
脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリカーボネイト樹
脂、シロキサン樹脂、ポリイミド樹脂等が用いられ、近
赤外の光通信波長帯域である１．３〜１．５ミクロン帯
での透明性を確保するために、Ｃ−Ｈ結合をＣ−Ｄ結合
やＣ−Ｆ結合に置換した樹脂材料が用いられている。な
かでも、フッ素化ポリイミド樹脂は近赤外領域での透過
特性がすぐれており、そのうえ、最も耐熱性が高く、強
度も確保できるところから、樹脂導波路用の材料として
は最も適している。

【０００５】しかしながら、上記樹脂材料を用いたトレ
ンチ法による導波路作製においては、埋め込み工程での
埋め込み不良等による欠陥のため、光学特性の低下、歩
留まりの低下が生じていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】光導波路の作製方法に
おいて、上に述べたトレンチを形成してこれを埋め込む
方法では、通常フォトリソグラフィ技法によって導波路
パターンを形成するため、極めて精度の高い導波路パタ
ーンが形成できる利点がある。しかしながら、技術的課
題も多く、特に埋め込み工程での技術課題が大きい。

【０００７】すなわち、１０ミクロン程度のコアパター
ンに樹脂を埋め込む場合、泡が発生しやすく、そのまま
残留することにより、光学特性を低下させることがあ
る。また、光導波路の基本パターンには、１本の導波路
をＹ字状に二つに分岐するＹ分岐、二つの光導波路を近
接させて光信号の相互作用を引き起こす方向性結合器等
がある。Ｙ分岐では、２本の導波路の分岐角度が１〜２
度程度と小さいため分岐部分に極めて幅の狭いギャップ
が形成される。同様に、方向性結合器では２本の光導波
路を１〜３ミクロンの極めて狭いギャップで近接させる
必要がある。

【０００８】これらのギャップは下部クラッドで形成さ
れるが、きわめて薄い構造となるため、両側のコアパタ
ーンにコア材を埋め込む時、樹脂の収縮や泡の存在等に
より、両側から受ける力のバランスが崩れ、変形しやす
いという問題があった。すなわち、トレンチ法で形成さ
れた光導波路は、コア材をトレンチに埋め込む際、泡に
よる光学特性の劣化や、Ｙ分岐部で形成されるような狭
いギャップ部の変形が発生し、過剰損失発生の原因にな
っていた。また、方向性結合器においても、ギャップ部
の変形や、泡を取り込むなどして散乱要因となる欠陥が
発生する場合があった。

【０００９】このように、トレンチ導波路では、泡の発
生や、極めて狭いギャップ領域での、変形等による欠陥
が発生しやすく、過剰損失の発生による損失特性の劣化
や、歩留まり低下を引き起こす等の問題があり、製造方
法の改善が望まれていた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、トレンチ導波
路作製において、パターニングされたトレンチへ、コア
材を埋め込む際、コア材の塗布、焼成を複数回繰り返す
ことによりコアを形成し、泡の取り込みや極めて狭いギ
ャップ領域での導波路パターンの変形を防止することに
より、低損失で、光学特性に優れた樹脂光導波路の作製
方法であり、また、導波路用樹脂材料がフッ素化ポリイ
ミド樹脂、フッ素化アクリル樹脂、シリコン樹脂、シロ
キサン樹脂のいずれかであることを特徴とする樹脂光導
波路の作製方法である。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明により、トレンチ
法での樹脂光導波路の作製工程を説明する図である。樹
脂光導波路は以下のような工程で作製される。トレンチ
法においては、図１（ａ）では、シリコン等の基板１上
に下部クラッド層２とマスク層３が成膜され、図１
（ｂ）では、このマスク層にフォトリソグラフィと反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ：ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏ
ｎＥｔｃｈｉｎｇ）の技法により光導波路パターンが
形成される。図１（ｃ）では、パターン形成されたマス
ク層により、下部クラッド層に光導波路コアに相当する
トレンチ４が形成される。続いて図１（ｄ）では、形成
されたトレンチをコア材５で埋め込み、図１（ｅ）で
は、上部クラッド層６を成膜して光導波路が作製される
ものである。なお、トレンチパターンはマスク層を設け
ず、鋳型を下部クラッド層に押し付ける方法によって形
成することもできる。

【００１２】トレンチへのコア材５の埋め込みについ
て、さらに詳しく説明する。すなわち、トレンチへのコ
ア材５の埋め込みにおいては、コア材の塗布、焼成を複
数回繰り返すことによりコア層を形成する。コア層の形
成を複数回に分割することにより、１回の塗布、焼成に
より形成される膜厚が薄膜化し、泡の発生や取り込みを
防止することができる。さらに、コア層形成を複数回に
分割することにより、コア材の１回の塗布、焼成で発生
する応力を低減することになり、微細な導波路パターン
の変形を防止することができる。

【００１３】なお、コア材の塗布、焼成を複数回繰り返
すにあたり、１回目の塗布、焼成で得られるコアの膜厚
をトレンチの深さよりも薄くすることが必要である。ト
レンチの深さより厚い場合には複数回繰り返す効果はな
く、良好な結果が得られない。すなわち、１回目の塗
布、焼成で得られるコアの膜厚はトレンチの深さ以下で
あり、形成したトレンチの深さにもよるが、好ましくは
５ミクロン以下、より好ましくは３ミクロン以下であ
る。

【００１４】コア材の塗布後の焼成条件としては、導波
路用樹脂材料の熱分解温度以下であり、少なくとも塗布
したコア材にタック性が無くなる温度／時間であれば良
く、必ずしもコア材に含まれる溶剤を完全に除去する必
要はない。ただし、コア材の最後の塗布後の焼成は、溶
剤を完全に除去できる温度／時間であり、さらには導波
路用樹脂材料の特性が十分発現される温度で実施するこ
とは言うまでもない。

【００１５】塗布、焼成の繰り返し回数は形成したトレ
ンチの深さにもよるが、製造工程に問題を生じさせない
範囲であれば、その回数に制限はないが、２０回以上で
は生産性が悪く、実質上量産製造には不向きである。埋
め込み性および生産性の双方を考慮すると、その回数は
好ましくは１０回以下であり、より好ましくは２〜８回
である。

【００１６】このように、コア材の塗布、焼成を複数回
繰り返すことにより、発生する泡の取り込みによる埋め
込み不良、および微細な導波路パターンの変形を防止す
ることができる。

【００１７】以下、実施例により本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。

【００１８】

【実施例】〔実施例１〕光導波路に用いた樹脂はフッ素
化ポリイミドである。４インチシリコン基板上に屈折率
が１．５０（波長は１．３ミクロンで測定した。以下同
じ）のフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコーティング装
置により塗布した後、不活性雰囲気に保持したオーブン
を用いて３５０℃で焼成して、下部クラッド層を２５ミ
クロン成膜した。この下部クラッド層上にマスク層とし
てシリコンをマグネトロンスパッタにより１．２ミクロ
ンに成膜した。このマスク層上にはさらにレジスト層を
成膜し、アライナを用いて光導波路パターンを露光し、
パターニングしたレジスト層を形成した。次に、レジス
ト層に保護されていないマスク層のシリコンをＲＩＥ装
置を用いて、ＣＦ₄ガスを流入させながらエッチングし
た。引き続いてＯ₂ガスを流入させてマスク層のシリコ
ンに保護されていない下部クラッド層部分をエッチング
により除去して、導波路コアに相当するトレンチを形成
した。トレンチは長さ７０ｍｍ、幅、深さ共に８ミクロ
ンの分岐角度２度のＹ分岐コアパターンとした。その
後、屈折率が１．５１であり、コア−クラッドの比屈折
率が０．７５％となるコア層に対応するフッ素化ポリイ
ミド樹脂をトレンチへ埋め込んだ。トレンチへの埋め込
みにおいては、まず、スピンコーティング装置により塗
布した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて３
５０℃で焼成して、３ミクロンのコア層をトレンチ内に
形成した（１回目）。引き続いて、同様に５ミクロンの
コア層を形成し（２回目）、完全にトレンチを埋め込ん
だ。その後、下部クラッド層と同種の屈折率１．５０の
フッ素化ポリイミド樹脂により１８ミクロンの上部クラ
ッド形成をおこなった。

【００１９】作製したＹ分岐導波路において、分岐部で
の泡の取り込みによる埋め込み不良および微細な導波路
パターンの変形は認められず良好であった。また、１．
３ミクロンの光を通して光損失を測定したところ、Ｙ分
岐部での過剰損失は理論値に近い１．５ｄＢであり、Ｙ
分岐光導波路として好適なものが得られた。なお、マス
ク層としてＡｌやＣｒを用いた場合にも全く同様な結果
が得られている。

【００２０】〔比較例１〕コア層のトレンチへの埋め込
み以外は実施例１と同様におこなった。トレンチへの埋
め込みにおいては、スピンコーティング装置により塗布
した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて３５
０℃で焼成して、８ミクロンのコア層を１回の塗布、焼
成により形成し、完全にトレンチを埋め込んだ。

【００２１】作製したＹ分岐導波路において、分岐部で
の泡の取り込みによる埋め込み不良が認められ、微細な
導波路パターンに変形も生じていた。また、１．３ミク
ロンの光を通して光損失を測定したところ、Ｙ分岐部で
の過剰損失は３．１ｄＢであり、Ｙ分岐光導波路として
不適であった。

【００２２】

【発明の効果】トレンチ導波路作製において、トレンチ
にコア材を埋め込む際、コア材の塗布、焼成を複数回繰
り返すことによりコア層を形成することで、極めて狭い
ギャップ領域での泡の取り込みによる埋め込み不良およ
び微細な導波路パターンの変形を防止することができ、
欠陥の発生が少なくなる。その結果、低損失で、光学特
性に優れた樹脂光導波路が作製できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例によるトレンチ法によ
る光導波路作製工程を示す図である。

【符号の説明】

１シリコン等の基板２下部クラッド層３マスク層４トレンチ５コア層６上部クラッド層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本雄二埼玉県川越市今福中台2805番地セントラル硝子株式会社化学研究所内 (72)発明者坂口茂樹東京都千代田区神田錦町３丁目７−１セントラル硝子株式会社本社内Ｆターム(参考） 2H047 KA04 PA02 PA21 PA28 QA02 QA05 TA42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トレンチ法導波路作製において、トレン
チにコア材を埋め込む際、コア材の塗布、焼成を複数回
繰り返すことによりコア層を形成することを特徴とする
樹脂光導波路の作製方法。
【請求項２】コア材の１回目の塗布、焼成により得ら
れる膜厚が、トレンチの深さよりも薄いことを特徴とす
る請求項１に記載した樹脂光導波路の作製方法。
【請求項３】導波路用樹脂材料がフッ素化ポリイミド
樹脂、フッ素化アクリル樹脂、シリコン樹脂、シロキサ
ン樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項１に記
載した樹脂光導波路の作製方法。