JP2002311278A

JP2002311278A - 樹脂光導波路の作製方法

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Publication number: JP2002311278A
Application number: JP2001121399A
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】【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】樹脂光導波路の作製工程において、１５０
℃以上の熱処理を実施した後、導波路のコアパターンを
埋め込むことにより、導波路コアパターンの変形および
埋め込み不良等を防止し、低損失で、光学特性に優れた
樹脂光導波路の作製方法を提供するものである。

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：ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）
の技法によりリッジ法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）、および、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
（以下トレンチ法という）がある。リッジ法およびトレ
ンチ法いずれにおいても、マスク層を用いて導波路のコ
アパターンを形成することができる。

【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
ジ法およびトレンチ法によるいずれの導波路作製におい
ても、埋め込み工程での導波路パターンの変形および埋
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、製造上問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】光導波路の基本パター
ンには、直線および曲線導波路の他に、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。

【０００７】ところが、上記導波路作製時には、以下の
ような問題点があることが明らかとなった。すなわち、
リッジ法およびトレンチ法で導波路のコアパターンを形
成後、埋め込みを行った際、導波路が蛇行したり、Ｙ分
岐および方向性結合器の極めて幅の狭いギャップ部分で
は、隣接した導波路コアパターンが変形してしまい、欠
陥が発生するという問題点が生じていた。また、導波路
が泡を取り込む等の埋め込み不良が発生していた。。
このように、樹脂光導波路の作製方法において、導波路
のコアパターンを埋め込む工程で、導波路コアパターン
の変形および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
下を引き起こす大きな問題があり、その改善が望まれて
いた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するため、リッジ法およびトレンチ法による樹脂光
導波路の作製を鋭意検討した結果、マスク層除去後の加
熱処理温度が導波路コアパターンの変形および埋め込み
不良に関係があることを見いだし、本発明を完成するに
至った。

【０００９】すなわち、本発明は、マスク層を除去後、
１５０℃以上の熱処理を実施した後、導波路のコアパタ
ーンを埋め込むことにより、導波路コアパターンの変形
および埋め込み不良等を防止し、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。

【００１０】

【発明の実施の形態】リッジ法およびトレンチ法におい
て、導波路のコアパターンは、マスク層を用いて、
（ａ）フォトリソグラフィにより導波路パターンを形成
する工程、（ｂ）ＲＩＥ技法によりコアパターンを形成
する工程、（ｃ）マスク層を除去する工程により形成す
ることができる。（ａ）および（ｃ）の工程においては
水および高沸点有機溶剤を含有した液を使用している。
そのため、これらの工程中において、下部クラッド層お
よびコア層には上記の液が浸透している。浸透した液が
十分に除去されずに、導波路パターンの埋め込み、すな
わちリッジ法では上部クラッドの形成、トレンチ法では
コア層の形成が行われると、その焼成段階において、浸
透していた上記の液が除去されることになる。このよう
に上部層形成の際に下部層に含有されていた液が除去さ
れると、除去の際に発生する応力により導波路パターン
に変形およびクラックが発生しやすく、また、除去の過
程で泡が取り込まれ、埋め込み不良が発生する原因とな
る。

【００１１】従来、マスク層除去後の処理としては、エ
アーブローによる乾燥あるいは水の沸点である１００℃
程度での加熱処理がなされているのみであった。

【００１２】マスク層除去後の加熱処理温度と導波路の
コアパターン埋め込み時に発生する不良とを関係づけ、
両者の関係を詳細に検討した報告はこれまでなかった。

【００１３】本発明者らは上記関係を鋭意検討した結
果、従来マスク層除去後の処理として行われていた、エ
アーブローによる乾燥あるいは水の沸点である１００℃
程度での加熱処理では下部クラッド層およびコア層に浸
透した水および有機溶媒の除去が不十分であり、導波路
のコアパターンを埋め込む工程で上記のような問題点が
生じることをつきとめた。

【００１４】すなわち、マスク層除去後の加熱処理では
下部クラッド層およびコア層に浸透した水および有機溶
媒を実質的に完全に除去する必要があり、１００℃程度
の処理では実質的な完全除去には長時間を要し実用的で
はないので、より高い温度で行うのが実際的である。し
たがって、加熱処理温度は常圧での処理において、１５
０℃以上が好ましく、２００℃以上がより好ましい。減
圧下または加圧下においては、それによって変化する沸
点を考慮し、好適な温度で実施する。また、導波路用樹
脂材料のガラス転移点以上の温度にて熱処理することに
より、ＲＩＥによる導波路パターン形成時に発生した残
留応力が開放され、導波路パターンの変形およびクラッ
ク発生を抑制することができる。なお、加熱処理温度の
上限は導波路用樹脂材料の分解温度以下であることは言
うまでもない。

【００１５】加熱においては、徐々に、または段階的に
温度を上げても良い。また、加熱の熱源は特に限定され
ないが、例えばホットプレートによる加熱、温風循環乾
燥機（オーブン）による加熱、いずれでも良く、また併
用しても構わない。

【００１６】上記加熱処理は特に、含フッ素導波路用樹
脂材料に効果的である。なぜなら、含フッ素導波路用樹
脂材料は吸湿性は低いものの、透湿性が高く、（ａ）お
よび（ｃ）の工程において使用した水および高沸点有機
溶剤は処理中に接した最上層のみでなく、下層の導波路
用樹脂材料、さらには基板との界面にまで浸透している
可能性があるからである。

【００１７】このように、マスク層を除去後、導波路パ
ターンの埋め込み前に、すなわち、リッジ導波路では上
部クラッド形成前に、トレンチ導波路ではコア材の埋め
込み前に加熱処理を実施することにより、導波路のコア
パターンを埋め込む工程において発生していた導波路コ
アパターンの変形および埋め込み不良等を防止すること
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ミクロンの光で測定した。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１
５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。その後、１５０℃で１時間加熱処理を実施した。
この時、加熱温度への昇温速度は５℃／ｍｉｎで実施し
た。

【００２０】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
１５ミクロンの上部クラッド層を形成した。

【００２１】作製したＹ分岐導波路において、直線部で
は導波路の蛇行は認められなかった。また、分岐部にお
いても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、泡の取り込みによる埋め込み不良も発生
していなかった。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。

【００２２】〔実施例２〕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ミクロンの光で測定した。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
２８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。
次に、基板を希フッ酸に浸漬し、マスク層を除去した。
その後、３５０℃で０．５時間加熱処理を実施した。こ
の時、加熱温度への昇温速度は５℃／ｍｉｎで実施し
た。引き続き、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、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、８ミクロンのコア層をトレンチ
内に形成し、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。

【００２３】作製したＹ分岐導波路において、直線部で
は導波路の蛇行は認められなかった。また分岐部におい
ても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、泡の取り込みによる埋め込み不良も発生し
ていなかった。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１．４ｄＢであり、Ｙ分岐光導波路として好適なも
のが得られた。

【００２４】〔比較例１〕マスク層除去後の加熱処理温
度以外は実施例１と同様におこなった。加熱処理は１０
０℃で１時間実施した。この時、加熱温度への昇温速度
は５℃／ｍｉｎで実施した。

【００２５】作製したＹ分岐導波路において、直線部で
は導波路の蛇行、また分岐部においても微細な導波路パ
ターンの変形が認められた。また、泡の取り込みによる
埋め込み不良も生じていた。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３．４ｄＢであり、Ｙ分岐光導波路として不適であ
った。

【００２６】〔比較例２〕マスク層除去後の加熱処理温
度以外は実施例２と同様におこなった。加熱処理は１３
０℃で１時間実施した。この時、加熱温度への昇温速度
は５℃／ｍｉｎで実施した。

【００２７】作製したＹ分岐導波路において、直線部で
は導波路の蛇行、また分岐部においても微細な導波路パ
ターンの変形が認められた。また、泡の取り込みによる
埋め込み不良も生じていた。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３．２ｄＢであり、Ｙ分岐光導波路として不適であ
った。

【００２８】

【発明の効果】樹脂光導波路の作製方法において、リッ
ジ導波路では上部クラッド形成前に、トレンチ導波路で
はコア材の埋め込み前に、加熱処理を実施することで、
導波路コアパターン埋め込み工程で発生する導波路コア
パターンの変形および埋め込み不良等を防止することが
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。

───────────────────────────────────────────────────── 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 KA05 PA28 QA05 TA31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂光導波路の作製方法において、リッ
ジ法導波路では上部クラッド形成前に、トレンチ法導波
路ではコア材の埋め込み前に１５０℃以上の温度で加熱
処理を実施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】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。