JP2002311276A - 樹脂光導波路の作製方法 - Google Patents

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上に下部クラッド層２とコア層３と
マスク層４を製膜して、光導波路パターン通りにコア５
を形成し、上部クラッド層６で埋め込むリッジ法光導波
路作製において、コア高さを埋めるまで上部クラッド材
の塗布、焼成を複数回繰り返して上部クラッド層６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
び微細な導波路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
カガラス材料で作製される光導波路と同様な方法、即
ち、シリコン等の基板上に下部クラッド層、コア層を成
膜し、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）
の技法によりリッジ導波路パターンを形成し、さらに上
部クラッドを形成して導波路を埋め込む方法（以下リッ
ジ法と言う）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リッ
ジ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、上に述べたリッジ法導波路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、後
で述べるように、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】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】リッジ法で形成された光導波路は上部クラ
ッド用の樹脂層を形成する際、Ｙ分岐部で形成されるよ
うな狭いギャップ部が完全に埋め込まれないことが多
く、泡を取り込むなどしてＹ分岐での過剰損失発生の原
因になっていた。また、方向性結合器においても、ギャ
ップ部が完全に埋め込まれず、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。さらに、上
部クラッド形成時の発生応力により、極めて狭いギャッ
プ部分の導波路パターンが変形してしまい、欠陥が発生
する場合があった。

【０００９】このように、リッジ法導波路では、埋め込
み工程において極めて狭いギャップ領域で、埋め込み不
良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、リッジ法導波
路作製において、上部クラッド形成を複数回繰り返すこ
とにより、極めて狭いギャップ領域での埋め込み不良お
よび導波路パターンの変形を防止し、導波路の導波特性
の向上、歩留まりの向上を計るものである。

【００１１】すなわち、本発明は、パターニングされた
コア層の上部クラッド形成の際、上部クラッド材の塗
布、焼成を複数回繰り返す工程を含み、コア高さを埋め
込むまで上部クラッド材の塗布、焼成を複数回繰り返す
ことにより、極めて狭いギャップ領域での泡の取り込み
および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を作製すること
を可能とするものであり、さらに、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。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明により、リッジ法
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。リッジ法におい
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とコア層３とマスク層４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：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏ
ｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）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、ＲＩＥ技法により、マス
ク層と同様にパターン化されたコア形状が形成される。
図１（ｄ）では、マスク層の除去をＲＩＥおよび剥離液
によって行い、形成したコア５を露出させる。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。

【００１３】上部クラッド層６の形成について、さらに
詳しく説明する。すなわち、上部クラッド層６の形成に
おいては、上部クラッド材の塗布、焼成を複数回繰り返
し、特に、コア高さを埋めるまでの塗布、焼成を複数回
実施すことにより上部クラッド層を形成する。上部クラ
ッド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、導波路パタ
ーンへの泡の取り込みを防止することができる。さら
に、上部クラッド形成を複数回に分割することにより、
上部クラッド材の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。

【００１４】なお、上述のように上部クラッド材の塗
布、焼成を複数回繰り返すにあたり、１回目の塗布、焼
成で得られる上部クラッドの膜厚をコア層の高さよりも
薄くすることが必要である。コア層の高さより厚い場合
には泡の取り込み防止が不十分であり、また、焼成によ
って発生する応力が大きく、微細な導波路パターンに変
形が生じやすく良好な結果が得られない。すなわち、１
回目の塗布、焼成で得られる上部クラッドの膜厚は、形
成したコアの高さにもよるが、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。

【００１５】上部クラッド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
とも塗布した上部クラッド材にタック性が無くなる温度
／時間であれば良く、必ずしも上部クラッド材に含まれ
る溶剤を完全に除去する必要はない。ただし、上部クラ
ッド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。

【００１６】塗布、焼成の繰り返し回数は形成したコア
の高さにもよるが、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。

【００１７】このように、上部クラッド材の塗布、焼成
を複数回繰り返すことにより、極めて狭いギャップ領域
で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。

【００１８】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。

【００１９】

【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１５
ミクロン成膜した。この下部クラッド層上に、コア層に
対応するフッ素化ポリイミド樹脂を下部クラッド層と同
様に塗布、焼成してコア層を８ミクロン成膜した。使用
したコア層は屈折率が１．５１であり、コア−クラッド
の比屈折率差は０．７５％とした。このコア層上にマス
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Ｒ
ＩＥ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コア層部分をエッチングに
より除去し、長さ７０ｍｍ、幅８ミクロン、高さ８ミク
ロンの分岐角度２度のＹ分岐コアパターンを形成した。
次に、基板を希フッ酸に浸漬し、マスク層を除去した。
さらに下部クラッドと同種の屈折率１．５０のフッ素化
ポリイミド樹脂を用いて上部クラッド層を形成した。上
部クラッド層形成においては、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３５０℃で焼成して、厚さ３ミクロンの上
部クラッド層を形成した（１回目）。引き続いて、１５
ミクロンの上部クラッド層を同様な操作を繰り返して形
成した（２回目）。上部クラッド層は１回目、２回目を
合わせ１８ミクロンとした。

【００２０】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１．６ｄＢ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。

【００２１】〔比較例１〕上部クラッド層の形成以外は
実施例１と同様におこなった。上部クラッド層形成にお
いては、下部クラッドと同種の屈折率１．５０のフッ素
化ポリイミド樹脂を用いて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、厚さ１８ミクロンの上部クラッ
ド層を１回の塗布、焼成により形成した。

【００２２】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３．３ｄＢであり、Ｙ分岐光導波路として
不適であった。

【００２３】

【発明の効果】リッジ導波路作製において、上部クラッ
ド形成の際、上部クラッド材の塗布、焼成を複数回繰り
返すことにより上部クラッド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リッジ法による
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 コア層 ４ マスク層 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 七井 秀寿 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 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 PA24 PA28 QA02 QA05 TA42

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リッジ法導波路作製において、上部クラ
   ッド形成の際、上部クラッド材の塗布、焼成を複数回繰
   り返すことにより上部クラッド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。
2. 【請求項２】 上部クラッド材の１回目の塗布、焼成に
   より得られる膜厚が、コア層の高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。
3. 【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。