JP2002365460A

JP2002365460A - 光導波路部品の製造方法

Info

Publication number: JP2002365460A
Application number: JP2002100423A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sakuma; 健佐久間; Shibun Ishikawa; 紫文石川; Hideyuki Hosoya; 英行細谷; Daigo Fujita; 大吾藤田; Hirokuni Ogawa; 弘晋小川
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2002-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】簡便かつ低コストで、コア層のパターン形成に
おいて、垂直方向の厚さを任意に制御可能である、光導
波路部品の製造方法を提供する。【解決手段】基板上にクラッド材料を成膜して下部クラ
ッド層を形成する工程と、前記下部クラッド層の基板と
接していない面にパルスレーザ光を照射又は集光照射す
ることにより前記クラッド材料の一部を除去して溝を形
成する工程と、前記溝の中にコア材料をスピンコートし
硬化させることによってコア層を形成する工程と、前記
コア層を覆うように、クラッド材料を成膜して上部クラ
ッド層を形成する工程とにより、ポリマー材料の光導波
路部品を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光導波路部品の製造
方法に関し、更に詳しくは、ポリマー材料をレーザ光で
直接加工することによる基板型光導波路部品の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリマー光導波路部品も石英光導波路部
品と同様に、シリコン等の基板上に下部クラッド層、コ
ア層及び上部クラッド層を形成することによって得られ
る。図４は、係る基板型光導波路の従来の製造方法を示
すものである。図４（ａ）に示すように、まず、シリコ
ン基板１１に、下部クラッド層１２、及びコア材料層３
０を順次成膜形成する。次に、全面膜形成されたコア材
料層３０を、リソグラフィ工程と反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ）工程とによって、図４（ｂ）に示すように
所望の形状にパターニングしてコア層１３とする。次い
で、図４（ｃ）に示すように、上部クラッド層１４を成
膜し、光導波路部品１０とする。この膜形成工程は、ポ
リマー材料の場合は、通常スピンコートと加熱硬化によ
ってなされる。また、ポリマー材料は、コア層１３が、
下部クラッド層１２及び上部クラッド層１４に比べて屈
折率が高くなるように、各々組成を調整したものが使用
される。

【０００３】上記のリソグラフィ工程としては、フォト
マスクを用いて露光し、現像する方法が量産に適してお
り、一般的に行われている。また、フォトマスクを用い
ないパターニング方法として、電子ビーム直接描画露光
装置やレーザ直接描画露光装置を用いる方法も開発され
ている。この場合、フォトレジストに直接所望のパター
ンで露光するので、１回毎に異なるコアパターンで光導
波路部品を製作することが可能である。そのため、これ
らの直接描画露光方法は、量産前の試作段階等において
利用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のよう
に、リソグラフィ工程と反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）工程とを組み合わせた方法では、何れの露光方法を
採用しても、コアパターンは２次元的なパターンに限ら
れ、例えば、コア層の厚みを途中で変化させたり、垂直
方向に幅の変化する導波路を形成したりすることが通常
困難である。

【０００５】また、フォトマスクを用いて露光する方法
では、石英導波路部品と同様に、レジストを塗布してか
ら、高価なフォトマスクを用いて露光・現像する通常の
フォトリソ工程を経なければならず、それほど大きなコ
ストメリットが期待できないものであった。また、電子
ビーム直接描画露光装置やレーザ直接描画露光装置を用
いて露光する方法では、フォトマスクは不要となるが、
工程的には、フォトマスクを用いる場合と同様に、レジ
ストを塗布してから、露光・現像する通常のフォトリソ
工程を経なければならず、やはり大きなコストメリット
が期待できないものであった。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
簡便かつ低コストで、コア層のパターン形成において、
垂直方向の厚さを任意に制御可能である、光導波路部品
の製造方法を提供することを課題とする。

【０００７】

【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、基板上にクラッド材料を成膜して下部
クラッド層を形成する工程と、前記下部クラッド層の基
板と接していない面にパルスレーザ光を照射又は集光照
射することにより前記クラッド材料の一部を除去して溝
を形成する工程と、前記溝の中にコア材料をスピンコー
トし硬化させることによってコア層を形成する工程と、
前記コア層を覆うように、クラッド材料を成膜して上部
クラッド層を形成する工程とを有し、前記クラッド材料
及び前記コア材料が、共にポリマー材料であることを特
徴とする光導波路部品の製造方法を提供する。

【０００８】本発明においては、コア形状を決定する溝
をレーザ加工によって形成する。レーザ加工の位置制御
性はステージ精度と同等まで向上させることが可能で、
０．１μｍ程度の精度で制御可能である。また、レーザ
の集光スポット径は数μｍ程度まで絞り込むことが可能
である。また、加工深さについても、レーザ光強度と照
射時間あるいは照射パルス数を適切に制御することによ
り０．１μｍ程度の精度で任意の深さに制御可能であ
る。このように、レーザ光によって溝を形成し、その溝
の中にコア層を形成するので、所望の深さ及び幅、及び
所望の横断面形状を有するコア層を精密に形成すること
ができる。

【０００９】また、本発明においては、高価なフォトマ
スクを用いることなくコア層のパターンを形成できる。
このため、製造コストを抑えることが可能であると共
に、その都度異なるパターンでの製造が可能であり、試
作品の製造や、少量多品種生産にも好適に対応できる。

【００１０】さらに、レーザ加工装置は、電子ビーム直
接描画露光装置やレーザ直接描画露光装置とほぼ同等の
装置価格のため、これらの装置を用いる場合とほぼ同等
の設備投資で本発明の実施が可能である。また、レジス
トを塗布することが不要なため、電子ビーム直接描画露
光装置やレーザ直接描画露光装置を用いる場合より、少
ない工程で製造することが可能である。

【００１１】本発明において、前記コア層を形成する工
程が、余剰のコア材料を除去する工程を含むことを特徴
とすることができる。この場合、コア用の溝がない部分
に形成された余剰の薄いコア材料の層を除去することが
できる。なお、光導波路の設計条件によっては、余剰の
コア材料層が存在するままでも問題がない場合があり、
この場合には、除去工程を特に必要としない。

【００１２】本発明において使用するパルスレーザ光と
しては、エキシマレーザ光、ピコ秒パルスレーザ光、又
はフェムト秒パルスレーザ光が採用できる。エキシマレ
ーザは高出力であるため、集光せずに照射して加工する
ことができるが、ピコ秒パルスレーザ、フェムト秒パル
スレーザを照射する場合には、集光せずに照射すると、
照射されるレーザ光の波長によっては被加工材料を透過
してしまい、加工できないことがあるため、対物レンズ
等を用いてレーザビームを集光照射して加工する。この
中でも特に、フェムト秒パルスレーザ光が、被加工箇所
近傍での被加工材料のダメージが少なく、好適に採用で
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に
係る光導波路部品の製造方法であって、硬化収縮のある
通常のコア材料を用いた場合の概略工程図である。図１
（ａ）に示すように、シリコンウエハ等の基板（図示せ
ず）上に、まず、クラッド材料を、スピンコートと加熱
硬化によって、例えば２３μｍの厚さに成膜し下部クラ
ッド層１とする。クラッド材料としては、フッ素化ポリ
イミドを好適に使用できるが、他の光導波路用光学ポリ
マー材料を採用してもよい。

【００１４】次に、図１（ｂ）に示すように、下部クラ
ッド層１のクラッド材料を除去可能なレーザ装置を用い
て、下部クラッド層１に溝２を形成する。具体的には、
下部クラッド層１の基板と接していない面にエキシマレ
ーザ装置、ピコ秒パルスレーザ装置、フェムト秒パルス
レーザ装置等のパルスレーザ光を照射又は集光照射する
ことにより下部クラッド層１のクラッド材料の一部を除
去して溝２を形成する。このとき、溝２の深さは、コア
層の最終的な厚さ、例えば深さ６．５μｍ、と同等又は
同等以上とすることが望ましい。

【００１５】次に、図１（ｃ）に示すように、スピンコ
ートによって、溝２にコア材料を埋め込み、これを加熱
により硬化させ、コア材料層３とする。この場合、溝２
がない部分についても薄い余剰のコア材料層３ａが形成
される。また、コア材料層３は収縮するので、溝２の上
部において、若干の窪みが生じる。コア材料としては、
フッ素化ポリイミドを好適に使用できるが、他の光導波
路用光学ポリマー材料を採用してもよい。なお、コア材
料は、クラッド材料に比べて屈折率が高くなるように、
組成を調整したものを使用する。

【００１６】次に、余剰のコア材料層３ａを含めて、コ
ア材料層３の全面をエッチングする。この時、エッチン
グの深さは、余剰のコア材料層３ａの厚み、例えば２μ
ｍ、と同等、又は同等より若干深めとする。これによ
り、図１（ｄ）に示すように、コア材料層３から余剰の
コア材料層３ａを除去した残りをコア層４とすることが
できる。そして、最後に、図１（ｅ）に示すように、コ
ア層４を覆うよう全面に、下部クラッド層１と同じクラ
ッド材料をスピンコート後、熱により硬化し、例えば厚
さ１７μｍの上部クラッド層５とする。

【００１７】次に、この発明の他の実施形態を説明す
る。図２は本発明の第２実施形態に係る光導波路部品の
製造方法であって、硬化収縮のないコア材料を用いた場
合の概略工程図である。図２（ａ）に示すように、シリ
コンウエハ等の基板（図示せず）上に、まず、クラッド
材料を、スピンコートと加熱硬化によって、例えば２３
μｍの厚さに成膜し下部クラッド層１とする。クラッド
材料としては、第１実施形態と同様のものを用いる。

【００１８】次に、図２（ｂ）に示すように、下部クラ
ッド層１のクラッド材料を除去可能なレーザ装置を用い
て、下部クラッド層１に溝２を形成する。具体的には、
下部クラッド層１の基板と接していない面にエキシマレ
ーザ装置、ピコ秒パルスレーザ装置、フェムト秒パルス
レーザ装置等のパルスレーザ光を照射又は集光照射する
ことにより下部クラッド層１のクラッド材料の一部を除
去して溝２を形成する。このとき、溝２の深さは、コア
層の最終的な厚さ、例えば深さ６．５μｍ、と同等又は
同等以上とすることが望ましい。

【００１９】次に、図２（ｃ）に示すように、スピンコ
ートによって、溝２にコア材料を埋め込み、これを加熱
により硬化させ、コア材料層３とする。この場合、溝２
がない部分についても薄い余剰のコア材料層３ａが形成
される。この場合、コア材料層３は収縮しないので、溝
２の上部においても平坦となる。ここで、硬化収縮のな
いコア材料としては、重水素化シリコーンがある。な
お、コア材料は、クラッド材料に比べて屈折率が高くな
るように、組成を調整したものを使用する。

【００２０】次に、余剰のコア材料層３ａを含めて、コ
ア材料層３の全面をエッチングする。この時、エッチン
グの深さは、余剰のコア材料層３ａの厚み、例えば２μ
ｍ、と同等、又は同等より若干深めとする。これによ
り、図２（ｄ）に示すように、コア材料層３から余剰の
コア材料層３ａを除去した残りをコア層４とすることが
できる。そして、最後に、図１（ｅ）に示すように、コ
ア層４を覆うよう全面に、下部クラッド層１と同じクラ
ッド材料をスピンコート後、熱により硬化し、例えば厚
さ１７μｍの上部クラッド層５とする。

【００２１】次に、この発明の他の実施形態を説明す
る。図３は本発明の第３実施形態に係る光導波路部品の
製造方法であって、硬化収縮のあるコア材料を用いた場
合であって、余剰のコア材料を除去しない場合の概略工
程図である。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、シリコ
ンウエハ等の基板（図示せず）上に、下部クラッド層１
を形成し、その下部クラッド層１に溝２を形成し、さら
に、コア材料層３を形成するところまでは、第１実施形
態と同様である。本実施形態が第１実施形態と異なる点
は、図３（ｄ）に示すように、コア材料層３全体をその
ままコア層４とし、余剰のコア材料層３ａを除去せず
に、その上にクラッド材料をスピンコート、熱硬化し
て、上部コア材料層５をとする点である。

【００２２】なお、レーザ光の加工深さを図に対する法
線方向に変化させることにより、厚みが変化するコア層
３を形成することもできる。この加工深さの調整は、具
体的にはレーザ光強度と照射時間あるいは照射パルス数
を適切に制御することにより、０．１μｍ程度の精度で
制御可能である。そのため、コア層のパターンを、垂直
方向の厚みを任意に調整しながら、精度よく形成するこ
とが可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、コア
形状を決定する溝をレーザ加工によって形成するため、
正確な位置に所望の溝を形成できる。そのため、任意の
深さ、幅及び形状のコア層を、精密に形成することがで
きる。また、本発明においては、高価なフォトマスクを
用いることなくコア層のパターンを形成できる。このた
め、製造コストを抑えることが可能であると共に、その
都度異なるパターンでの製造が可能であり、試作品の製
造や、少量多品種生産にも好適に対応できる。また、レ
ジストの塗布も不要なため、少ない工程で簡便にコア層
を形成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る光導波路部品の
製造工程図である。

【図２】本発明の第２実施形態に係る光導波路部品の
製造工程図である。

【図３】本発明の第３実施形態に係る光導波路部品の
製造工程図である。

【図４】本発明の従来技術に係る光導波路部品の製造
工程図である。

【符号の説明】

１・・・下部クラッド層、２・・・溝、３・・・コア材
料層、３ａ・・・余剰のコア材料層、４・・・コア層、
５・・・上部クラッド層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者細谷英行千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジクラ佐倉事業所内 (72)発明者藤田大吾千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジクラ佐倉事業所内 (72)発明者小川弘晋千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジクラ佐倉事業所内Ｆターム(参考） 2H047 KA02 PA02 PA22 QA05 TA43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上にクラッド材料を成膜して下部ク
ラッド層を形成する工程と、前記下部クラッド層の基板
と接していない面にパルスレーザ光を照射又は集光照射
することにより前記クラッド材料の一部を除去して溝を
形成する工程と、前記溝の中にコア材料をスピンコート
し硬化させることによってコア層を形成する工程と、前
記コア層を覆うように、クラッド材料を成膜して上部ク
ラッド層を形成する工程とを有し、前記クラッド材料及
び前記コア材料が、共にポリマー材料であることを特徴
とする光導波路部品の製造方法。
【請求項２】前記コア層を形成する工程が、余剰のコ
ア材料を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１
に記載の光導波路部品の製造方法。
【請求項３】前記パルスレーザ光が、エキシマレーザ
光、ピコ秒パルスレーザ光、又はフェムト秒パルスレー
ザ光であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載の光導波路部品の製造方法。