JP2003043282A

JP2003043282A - 電極を含む光導波路デバイス、光学素子、電極膜、および、光学素子の製造方法

Info

Publication number: JP2003043282A
Application number: JP2001227541A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Yamaguchi; 正利山口; Hiroyuki Matsuura; 弘幸松浦; Kiyoshi Yamanoi; 清山野井; Nobuo Miyadera; 信生宮寺
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2003-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】有機高分子上に電極膜を備えた構造でありなが
ら、有機高分子を高温で加熱しても電極膜に膨れが生じ
ない光導波路デバイスを提供する。【解決手段】基板と、該基板上に配置された光導波路構
造を有する有機高分子層１０と、該有機高分子層１０の
上に配置された電極膜７とを有する。電極膜７には、有
機高分子層１０の上面に達する深さのクラック７１が形
成されている。これにより、半田付け時に有機高分子を
高温で加熱した際に水蒸気が発生しても、クラック７１
を通り抜けて外部に逃げるため、電極膜７を平坦なまま
保つことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品等を搭載
する光導波路デバイスに関し、特に、樹脂製の光学導波
路デバイスに関する。

【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、種々のものがしられているが、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】光導波路デバイスとして、レーザダイオー
ドやフォトダイオードなどの光部品や電子部品を搭載す
る構造のものは、光導波路デバイス上に形成した電極と
これら光部品や電子部品を電気的に接続する必要があ
る。その電気的な接続には、光導波路デバイスの電極と
光部品の電極との間を金のワイヤで超音波によりボンデ
ィングするワイヤボンディング法や、光導波路デバイス
の電極の上に光部品の底面の電極を半田付けする方法が
一般的に用いられている。電極膜としては、チタン（Ｔ
ｉ）層、白金（Ｐｔ）層、金（Ａｕ）層を順に積層した
３層構造の電極や、クロム（Ｃｒ）層の上に金（Ａｕ）
層を重ねた２層構造の電極等が用いられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】光導波路デバイスの電
極と光部品の電極とを半田付けにより接合する場合、接
合金属としては、一般的にはＡｕＳｎはんだが用いられ
る。しかしながら、ＡｕＳｎはんだは共晶組成でも融点
が２８０℃であり、プリント配線基板等で一般的に使用
されるＰｂＳｎはんだ（融点１９３℃）と比較して、融
点が９０℃近く高い。このため、光部品を半田付けする
際には、熱容量等を考慮して、光導波路デバイスを３０
０℃以上に加熱する必要がある。このとき、光導波路デ
バイスとしてポリイミド等の有機高分子を用い、図６の
ように有機高分子の部材１０１上に電極膜１０２が配置
された構成である場合には、経日変化により有機高分子
の部材１０１に吸収されている水分が、半田付け時の加
熱によって一気に蒸発し、水蒸気となって電極膜１０２
を押し上げる。このため、電極膜１０２には気泡によっ
て持ち上げられたような膨れ１０３が多数生じてしま
う。このような膨れが電極に発生すると、ワイヤボンデ
ィングに支障が生じたり、信頼性が低下する等の問題が
生じる。

【０００７】本発明は、有機高分子上に電極膜を備えた
構造でありながら、有機高分子を高温で加熱しても電極
膜に膨れが生じない光導波路デバイスを提供することを
目的とする。

【０００８】

【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が
提供される。

【０００９】すなわち、基板と、該基板上に配置された
光導波路構造を有する有機高分子層と、該有機高分子層
の上に配置された電極膜とを有し、該電極膜には、前記
有機高分子層の上面に達する深さのクラックが形成され
ていることを特徴とする光導波路デバイスである。

【００１０】

【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１００の構成を図３を用いて説明する。光導波
路デバイス１００は、基板１の上面の一部に、光導波路
積層体１０を備えている。光導波路積層体１０の上面に
は、光学部品を搭載するための電極膜７が配置されてい
る。また、基板１上の光導波路積層体１０が配置されて
いない部分にも、光学部品を搭載するための電極膜７が
配置されている。本実施の形態では、光導波路積層体１
０の上面の電極膜７は、ワイヤボンディング用の電極膜
であり、基板１上の電極膜７は、半田付け用の電極膜で
ある。

【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とを含
んでいる。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１０μｍ以上である。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６μ
ｍである。

【００１２】電極膜７は、上部クラッド層５の上に順に
積層された、厚さ０．０５ミクロンのＣｒ層１１と厚さ
０．５ミクロンのＡｕ層１４からなる。本実施の形態で
は、電極膜７には、全面に網目状のクラック７１が形成
されている（図７（ｂ）参照）。クラック７１の深さ
は、電極膜７を厚さ方向に貫通して光導波路積層体１０
の上面まで達する深さである（図７（ａ）参照）。この
ようにクラック７１が形成されているため、ポリイミド
からなる光導波路積層体１０中の水分が加熱されて水蒸
気が発生しても、水蒸気は電極膜７のクラック７１を通
って外部に抜け出ることができる。このため、光導波路
積層体１０を加熱しても、電極膜７に図６のような膨れ
１０３が生じることはなく、平坦なままであるため、電
極膜７のワイヤボンディング性能やはんだ付け性能に支
障をきたさない。クラック７１の間隔、すなわちクラッ
ク７１で囲まれた領域の径は、電極膜７の厚さや、光導
波路積層体１０に含まれる水分量や、半田付け時の加熱
の温度および加熱速度等に応じて、膨れが生じない大き
さに定めればよいが、例えば１０μｍ程度以下にするこ
とができる。特に、電極膜７の厚さは、膨れの発生に大
きく影響し、電極膜７が薄いほど膨れが発生しやすい。
そのため、電極膜７が薄い場合には細かいクラック７１
を入れておくことが望ましい。逆に、電極膜７の厚さが
約１．５μｍよりも厚くなると、電極膜７が水蒸気を押
さえ込む力が強く作用するため、膨れは発生しにくくな
る。よって、クラック７１を有する電極膜７の構造は、
厚さ１．５μｍ以下の電極膜に特に有効である。

【００１３】なお、電極膜７のＡｕ層１４の厚さは、
０．１μｍ以上２μｍ以下の範囲にすることが望まし
い。また、電極膜７としては、Ｃｒ層１１とＡｕ層１４
の積層体以外に、図５（ｂ）のようにＴｉ層１５，Ｐｔ
層１６，Ａｕ層１４の３層の積層体等、他の構成を用い
ることも可能である。

【００１４】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）、図３、図４を用いて説明する。

【００１５】本実施の形態では、基板１として直径約１
２．７ｃｍのシリコンウエハを用意し、成膜やパターニ
ング等をウエハ状の基板１全体で一度に行うことによ
り、ウエハ状の基板１の上に図３の構造を備える構成単
位を多数配列して形成する。その後、当該構成単位毎に
ダイシングにより切り離すことにより、多数の図３の光
導波路デバイス１００を一度に製造した。なお、図１
（ａ）〜（ｃ）および図２（ｄ），（ｅ）は、図示の都
合上、ウエハ状の基板１のうち、一つの光導波路デバイ
ス１００となる上記構成単位のみを切り出した状態で図
示している。また、基板１としては、シリコン基板の他
に、表面に二酸化珪素層を形成したシリコン基板や、ガ
ラス基板等を用いることも可能である。

【００１６】（１）下部クラッド層３の形成工程ウエハ状の基板１（図１（ａ））の上面全体に、前述の
ＯＰＩ−Ｎ１００５をスピン塗布して材料溶液膜を形成
した。その後、乾燥器を用い１００℃で３０分間、次い
で、２００℃で３０分間加熱することにより溶媒を蒸発
させ、続けて３７０℃で６０分間加熱することにより樹
脂を硬化させ、厚さ６μｍの下部クラッド層３を形成し
た（図１（ｂ））。

【００１７】（２）光導波路４の形成工程この下部クラッド層３の上に、前述のＯＰＩ−Ｎ３２０
５をスピン塗布して材料溶液膜を形成した。その後、乾
燥器を用い１００℃で３０分間、次いで、２００℃で３
０分間加熱することにより溶媒を蒸発させ、続けて３５
０℃で６０分間加熱することにより樹脂を硬化させて、
光導波路４となる厚さ６μｍのポリイミド膜を形成し
た。

【００１８】得られたポリイミド膜を、フォトリソグラ
フィにより光導波路４の形状にパターニングした。具体
的には、光導波路４となるポリイミド層の上にレジスト
をスピン塗布し、１００℃で乾燥後、水銀ランプでマス
ク像を露光させ、現像して、レジストパターン層を形成
した。このレジストパターン層を、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、前
述のポリイミド膜を酸素でリアクティブイオンエッチン
グ（Ｏ_２−Ｒ１Ｅ）することにより、光導波路４をウエ
ハ状の基板１上に多数配列して形成することができた
（図１（ｃ））。その後、レジストパターン層を剥離し
た。

【００１９】（３）上部クラッド層５の形成工程つぎに、光導波路４および下部クラッド層３を覆うよう
に、ＯＰＩ−Ｎ１００５をスピン塗布した。得られた材
料溶液膜を、乾燥器で１００℃で３０分間、次いで、２
００℃で３０分間加熱して材料溶液膜中の溶媒を蒸発さ
せ、３５０℃で６０分間加熱することにより樹脂を硬化
させてポリイミド膜の上部クラッド層５を形成した（図
２（ｄ））。

【００２０】（４）基板１の露出工程図３の光導波路デバイス１００で基板１上に光導波路積
層体１０が配置されていない領域の基板１を露出させる
ために、光導波路積層体１０の厚さ方向にダイシングに
より切り込みを入れ、基板１上から光導波路積層体１０
を剥がして除去した。これにより、光導波路積層体１０
は、図２（ｅ）の形状となり、基板１上の電極膜７を形
成する領域では、基板１が露出した。

【００２１】（５）レジスト層６２の形成工程ポジ型のノボラックフェノール樹脂を用いて図２
（ｅ）の形状の露出された基板１上および上部クラッド
層５の表面に、レジスト層６２を形成した。つぎに、電
極膜７を配置すべき部分の基板１および上部クラッド層
５が露出される形状に、フォトリソグラフィによりレジ
スト層６２をパターニングした（図４（ａ））。

【００２２】（６）電極膜７の形成つぎに、レジスト層６２の上にＣｒ層１１を０．０５μ
ｍ成膜し、その上にＡｕ層１４を０．５μｍ成膜するこ
とにより電極膜７を形成した。これにより、レジスト層
６２の表面と、レジスト層６２から露出されている基板
１および上部クラッド層５の上に電極膜７を形成した。
なお、ここでは成膜法として電子ビーム蒸着法を採用し
たが、この方法に限られるものではなく、抵抗加熱によ
り真空蒸着法やスパッタ法等を用いることができる。

【００２３】（７）レジスト層６２の剥離続いて、レジスト層６２を剥離することにより、レジス
ト層６２とともにレジスト層６２上の電極膜７を除去し
た。これにより、基板１および上部クラッド５の所望の
部分のみ電極膜７を形成した（図４（ｂ））。

【００２４】（８）電極膜７へのクラック７１の形成つぎに、基板１をホットプレートを用いて２００℃で予
備加熱して光導波路積層体１０を乾燥させてから、３８
０℃で５分間で加熱することにより、電極膜７の全面に
図７（ａ），（ｂ）のようなクラック７１を発生させ
た。これにより、クラック７１を有する電極膜７を形成
することができる。なお、クラック７１を形成するため
の加熱温度は、電極膜７の材質や膜厚、光導波路積層体
１０の材質に応じて定めることができる。例えば、２６
０℃以上４００℃以下の温度にすることができる。

【００２５】（９）切り出し工程ウエハ状の基板１をダイシングにより図３の形状に切り
出して、光導波路デバイス１００を完成させた。

【００２６】以上の工程で得られた光導波路デバイス１
００の基板１上の電極膜７に、ＡｕＳｎはんだを用い、
３５０℃で光学素子（例えばレーザダイオード等）を半
田付けした。この工程において、ポリイミドからなる光
導波路積層体１０は、３００℃以上に加熱され、経日変
化によりポリイミドが吸収していた水分が蒸発したが、
水蒸気は光導波路積層体１０上の電極膜７のクラック７
１を通り抜けて外部に逃れたため、光導波路積層体１０
上の電極膜７に膨れは発生せず、平坦なままであった。
よって、この後の工程で、光導波路積層体１０上の電極
膜７にワイヤボンディングにより、光学素子（例えば受
光素子）を問題なくボンディングすることができた。

【００２７】上述の実施の形態において、電極膜７を形
成する工程として、予めレジスト膜を形成し、全面に電
極膜７を形成した後、レジスト膜を除去するリフトオフ
法を用いたが、これに限らず、先に電極膜７を全面に形
成した後、レジスト膜を形成し、不要な領域をイオンミ
リングや反応性ドライエッチングによって加工する方法
を用いることも可能である。

【００２８】また、本実施の形態では、樹脂製の光導波
路デバイス１００の電極膜７として、クラック７１を形
成した電極膜を用いたが、この電極構造は光導波路デバ
イスに限られるものではなく、樹脂上に電極膜や配線を
有するプリント回路基板等の配線基板や、樹脂を用いた
コンデンサ等の電気素子の電極膜や配線として、電極膜
７の構成を用いることも可能である。

【００２９】なお、上述の実施の形態では、ホットプレ
ートで基板１を加熱することにより、電極膜７にクラッ
ク７１を発生させたが、電極膜７の加熱方法としては、
この方法に限定されず、強度の大きな光を照射する方法
等一般的によく知られた各種の方法を用いることができ
る。

【００３０】また、クラック７１を形成する代わりに、
電極膜７１に微小な切り込みや貫通孔を所望の間隔で形
成した構成にすることもできる。切り込みや貫通孔の形
成方法としては、例えばフォトリソグラフィとエッチン
グ法を用いることができる。切り込みや貫通孔が電極膜
７を貫通して上部クラッド層５の上面に達していれば、
本実施の形態のクラック７１と同様に水蒸気を逃がす効
果が得られるため、膨れを防止できる。

【００３１】

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
有機高分子上に電極膜を備えた構造でありながら、有機
高分子を高温で加熱しても電極膜に膨れが生じない光導
波路デバイスを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）および（ｃ）本発明の一実施の
形態の光導波路デバイス１００の製造工程を示す斜視図
である。

【図２】（ｄ）および（ｅ）本発明の一実施の形態の光
導波路デバイス１００の製造工程を示す斜視図である。

【図３】本発明の一実施の形態の光導波路デバイス１０
０の斜視図である。

【図４】（ａ）および（ｂ）本発明の一実施の形態の光
導波路デバイス１００の電極膜７の製造工程を示す断面
図である。

【図５】（ａ）本発明の一実施の形態の光導波路デバイ
ス１００の電極膜７の層構成を示す断面図である。
（ｂ）本発明の一実施の形態の光導波路デバイス１００
の電極膜７として用いることのできる別の層構成を示す
断面図である。

【図６】従来の有機高分子の部材１０１上に配置された
電極膜１０２に生じた膨れ１０３を示す断面図である。

【図７】（ａ）本発明の一実施の形態の光導波路デバイ
ス１００の電極膜７に形成したクラック７１を示す断面
図である。（ｂ）本発明の一実施の形態の光導波路デバ
イス１００の電極膜７に形成したクラック７１を示す上
面図である。

【符号の説明】

１・・・基板、３・・・下部クラッド層、４・・・光導
波路、５・・・上部クラッド層、７・・・電極、１０・
・・光導波路積層体、１１・・・Ｃｒ層、１４・・・Ａ
ｕ層、１５・・・Ｔｉ層、１６・・・Ｐｔ層、６２・・
・レジスト層、７１・・・クラック、１０１・・・有機
高分子の部材、１０２・・・電極膜、１０３・・・膨
れ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山野井清茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式会社オプト事業推進部内 (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オプト事業推進部内Ｆターム(参考） 2H047 KA04 MA07 PA22 PA24 QA05 5E338 BB75 BB80 EE01 EE31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板上に配置された光導波路構
造を有する有機高分子層と、該有機高分子層の上に配置
された電極膜とを有し、該電極膜には、前記有機高分子層の上面に達する深さの
クラックが形成されていることを特徴とする光導波路デ
バイス。
【請求項２】請求項１に記載の光導波路デバイスにおい
て、前記クラックは、前記電極膜の全面に網目状に形成
されていることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項３】請求項１に記載の光導波路デバイスにおい
て、前記電極膜は、ワイヤボンディング用の電極である
ことを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項４】基板と、該基板上に配置された有機高分子
層と、該有機高分子層の上に配置された電極膜とを有
し、該電極膜には、前記有機高分子層の上面に達する深さの
クラックが形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項５】有機高分子層の上に配置された電極膜であ
って、該電極膜には、前記有機高分子層の上面に達する深さの
クラックが形成されていることを特徴とする電極膜。
【請求項６】基板上に有機高分子層を形成する工程と、前記有機高分子層の上に電極膜を形成する工程と、前記電極膜を加熱することにより、前記電極膜に、前記
有機高分子層の上面に達する深さのクラックを形成する
工程とを有することを特徴とする光学素子の製造方法。