JP2003172838A - 光導波路素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】工程数を増やすことなく無調心位置合せ用の凸
形状が高精度に形成されている光導波路素子を提供する
ことにある。 【構成】第一の高分子材料からなる第一クラッド層を含
む基板面に設けられた溝内に形成された第二の高分子材
料からなるコア、前記コアを含む前記基板面を覆う第二
クラッド、および他の部材との位置合せ用凸部を前記基
板面に備えた光導波路素子であり、前記位置合わせ用凸
部の高さが前記コア厚と第二クラッドの厚さの和よりも
２倍以上であることを特徴とする光導波路素子である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高分子光導波路の製
造方法に関し、特に光集積回路、光インターコネクショ
ン、あるいは光合分波等の光学部品を製造する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】光部品、あるいは光ファイバの基材とし
ては、光伝搬損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴
を有する石英ガラスや多成分ガラス等の無機系の材料が
広く使用されているが、最近では高分子系の材料も開発
され、無機系材料に比べて加工性や価格の点で優れてい
ることから、光導波路用材料として注目されている。例
えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるい
は、ポリスチレンのような透明性に優れた高分子をコア
とし、そのコア材料よりも屈折率の低い高分子をクラッ
ド材料としたコア−クラッド構造からなる平板型光導波
路が作製されている（特開平３−１８８４０２号）。こ
れに対して耐熱性の高い透明性高分子であるポリイミド
を用い低損失の平板型光導波路が実現されている（特開
平２−１１０５００号）。光導波路が搭載された光部品
のコストを考える場合、各光部品のコストもさることな
がら、各部品の光軸を合せて実装するコストが高い。現
在では、一つ一つ光を入射させ固定する方法が一般的で
ある。そのコストを低減しようと、光を入射せず、マー
カを用いてカメラなどにより位置合せしたり、精密にＶ
形状加工された溝（Ｖ溝）を用いて光ファイバなどを固
定したりする手法が考えられている。高分子光導波路の
適用が有望である、光インターコネクションなどプリン
ト基板や樹脂基板上に光導波路を実装する場合、まだ、
光照射し光軸を合せて固定する方法しかない。低コスト
に光導波路をプリント基板や樹脂基板上に実装する場
合、光導波路にマーカを形成しカメラで位置合せしよう
とすると、光導波路がレーザ光源やフォトディテクタな
どに光導波路が隠れてしまう可能性があり困難な場合が
ある。その他に、無調心用の凸や凹を形成し、固定する
だけで実装が完了する場合、精度が要求されるため、フ
ォトリソグラフィとドライエッチング工程が必要とな
り、高価になってしまう。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、上記
従来の問題点を解消すべくなされたものであり、工程数
を増やすことなく無調心位置合せ用の凸形状が高精度に
形成されている光導波路素子を提供することにある。こ
のために、工程数を増やすことなく精度よく凸あるいは
凹形状を光導波路素子内に形成することがが課題とな
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討し
た結果、光導波路形成と同時に凸あるいは凹形状を形成
することにより前記課題を解決することを見出し本発明
を完成させた。

【０００５】すなわち、本発明は、（１）第一の高分子
材料からなる第一クラッド層を含む基板面に設けられた
溝内に形成された第二の高分子材料からなるコア、前記
コアを含む前記基板面を覆う第二クラッド、および他の
部材との位置合せ用凸部を前記基板面に備えた光導波路
素子であり、前記位置合わせ用凸部の高さが前記コア厚
と第二クラッドの厚さの和よりも２倍以上であることを
特徴とする光導波路素子、であり、（２）光導波路のコ
アパターンに対応する凸部および位置合せ用の凸部に対
応する凹形状が形成されている金型にさらに硬化後にコ
アとなる第二の高分子材料と金型とを剥離するための犠
牲層を形成し、前記金型に溶融状態または溶液状態であ
る前記第二の高分子材料の第二の前駆体を塗布し、前記
第二の前駆体を硬化させたのち、更に、その上から硬化
後第一クラッドとなる第一の高分子材料の溶融状態また
は溶液状態の第一の前駆体を塗布、硬化し、その後犠牲
層を除去することにより、金型を剥離する工程を含むこ
とを特徴とする（１）記載の高分子光導波路素子の製造
方法、である。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。ここでは、ポリイミドの前
駆体であるポリアミド酸溶液を用いた無調心用凸形状付
きポリイミド光導波路の作製を例に挙げて説明するが、
材料としてポリアミド酸溶液以外の光学用材料の樹脂溶
液などを用いて作製することももちろん可能であり、分
子構造の異なる種々の高分子の溶液を用いることにより
数限りない本発明の高分子光導波路が得られることは明
らかである。したがって、本発明はこれらの実施例のみ
に限定されるものではない。

【０００７】（実施例１）図１(a)において本発明の光
導波路製造工程の一例を工程図として示す。まず、成形
用の金型０を用いて射出成形により幅１０μｍ、深さ１
２μｍの溝および幅１００μｍ高さ２０μｍの凸加工さ
せたクラッド１を形成する。凸は、２５０μｍ間隔に２
本形成されている。次に図１（ｂ）に示すように、その
溝にコア材料２としてポリイミドの前駆体である樹脂濃
度１５ｗｔ％ポリアミド酸溶液を第一クラッド上にスピ
ンコートしその後熱処理によってイミド化させる。その
後、第二クラッド材として１のポリイミドの前駆体であ
る樹脂濃度１５ｗｔ％ポリアミド酸溶液をその上にコー
トし熱処理した。そのとき、溝部以外に形成されたコア
および第二クラッドの膜厚はトータルで５μｍである。
このとき、凸部の寸法は、幅１１０μｍ、高さ２７μｍ
であった。この工程で１０回同じサンプルを作製したと
ころ、寸法精度は、プラスマイナス１μｍ以内、位置精
度もプラスマイナス１．５μｍ以内に収まった。これを
幅１１０μｍ、深さ１００μｍの溝を有する樹脂基板に
実装したところ、実装精度はプラスマイナス１μｍ程度
であった。工程数は３である。

【０００８】（実施例２）４インチのシリコン基板にピ
ロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）と４, ４' −オキシ
ジアニリン（ＯＤＡ）のポリアミド酸の１５ｗｔ％Ｎ，
Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）溶液を加熱後膜
厚が５０μｍになるようにスピンコート法により塗布し
た。加熱イミド化してポリイミド膜を形成した。この上
に膜厚１．５μｍのシリコン含有ポジ型レジスト層を塗
布した後約９０℃でプリベークを行った。次に線幅１０
０μｍ、長さ１０ｃｍの直線状位置合せ用のネガパター
ンが５００μｍ間隔に１０本描かれたフォトマスクを用
いて密着露光した後、現像液を用いて露光部分のフォト
レジストを現像除去した。その後９０℃でポストベーク
を行った。このパターンニングされたレジスト層をマス
クとしてポリイミド膜を酸素の反応性イオンエッチング
により膜表面から３０μｍの深さまでエッチングし溝を
形成した。次にポリイミドの上層に残ったレジスト層を
剥離液で除去した。その後線幅１０μｍ、長さ１０ｃｍ
の直線状の光導波路用ポジ型パターンをシリコン含有ポ
ジ型レジストで形成し、酸素の反応性イオンエッチング
により膜表面から６μｍの深さまでエッチングし凸形状
を形成した。次に上層に残ったレジスト層を剥離液で除
去した。この上に犠牲層として膜厚約１０ｎｍの酸化シ
リコン膜を真空蒸着した。このようにして、フォトリソ
グラフィ技術とドライエッチングにより高精度に金型が
形成できた。

【０００９】次に、クラッド層となる２，２−ビス
（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロ
パン二無水物（６ＦＤＡ）と２，２−ビス（トリフルオ
ロメチル）−４, ４' −ジアミノビフェニル（ＴＦＤ
Ｂ）のポリアミド酸１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液を加熱後
０．１ｍｍ厚になるよう印刷法により塗布しこれを加熱
イミド化した。その後、５重量％フッ酸水溶液に浸漬さ
せることにより、ポリイミド積層膜を金型から剥離し
た。次に、コア層となる６ＦＤＡとＯＤＡのポリアミド
酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液を金型凹部にスピンコート
等の方法により加熱後２μｍ膜厚になる条件でコート
し、加熱イミド化させることにより埋め込んだ。更に第
二クラッド層となる６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸
の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法によ
り加熱後５μｍになる条件でコートし、これを加熱イミ
ド化した。コート前凸高さはコアと第二クラッド厚の和
の４．３倍である。このようにして、埋め込み型光導波
路が作製できた。

【００１０】無調心位置合せ用凸形状の寸法をＳＥＭに
よって観察したところ、幅１１０μｍプラスマイナス１
μｍ、高さが２５μｍプラスマイナス１μｍであった。
これを幅１１０μｍ、深さ１００μｍの溝を有する樹脂
基板に実装したところ、実装精度はプラスマイナス１μ
ｍ程度であった。工程数は３である。

【００１１】（比較例１）４インチのシリコン基板にＰ
ＭＤＡとＯＤＡのポリアミド酸の１５ｗｔＤＭＡｃ溶液
を加熱後膜厚が５０μｍになるようにスピンコート法に
より塗布した。加熱イミド化してポリイミド膜を形成し
た。この上に膜厚１．５μｍのシリコン含有ポジ型レジ
スト層を塗布した後約９０℃でプリベークを行った。次
に線幅１００μｍ、長さ１０ｃｍの直線状位置合せ用の
ネガパターンが５００μｍ間隔に１０本描かれたフォト
マスクを用いて密着露光した後、現像液を用いて露光部
分のフォトレジストを現像除去した。その後９０℃でポ
ストベークを行った。このパターンニングされたレジス
ト層をマスクとしてポリイミド膜を酸素の反応性イオン
エッチングにより膜表面から３０μｍの深さまでエッチ
ングし溝を形成した。次にポリイミドの上層に残ったレ
ジスト層を剥離液で除去した。その後線幅１０μｍ、長
さ１０ｃｍの直線状の光導波路用ポジ型パターンをシリ
コン含有ポジ型レジストで形成し、酸素の反応性イオン
エッチングにより膜表面から６μｍの深さまでエッチン
グし凸形状を形成した。次に上層に残ったレジスト層を
剥離液で除去した。この上に犠牲層として膜厚約１０ｎ
ｍの酸化シリコン膜を真空蒸着した。このようにして、
フォトリソグラフィ技術とドライエッチングにより高精
度に金型が形成できた。

【００１２】次に、クラッド層となる６ＦＤＡとＴＦＤ
Ｂのポリアミド酸１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液を加熱後０．
１ｍｍ厚になるよう印刷法により塗布しこれを加熱イミ
ド化した。その後、５重量％フッ酸水溶液に浸漬させる
ことにより、ポリイミド積層膜を金型から剥離した。次
に、コア層となる６ＦＤＡとＯＤＡのポリアミド酸の１
５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液を金型凹部にスピンコート等の方
法により加熱後２μｍ膜厚になる条件でコートし、加熱
イミド化させることにより埋め込んだ。更に第二クラッ
ド層となる６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸の１５ｗ
ｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法により加熱後
２０μｍになる条件でコートし、これを加熱イミド化し
た。コート前凸高さはコアと第二クラッド厚の和の１．
４倍である。このようにして、埋め込み型光導波路が作
製できた。無調心位置合せ用凸形状の寸法をＳＥＭによ
って観察したところ、幅１１０μｍプラスマイナス５μ
ｍ、高さが３５μｍプラスマイナス５μｍであった。こ
れを幅１１０μｍ、深さ１００μｍの溝を有する樹脂基
板に実装したところ、実装精度はプラスマイナス１０μ
ｍ程度であった。

【００１３】

【発明の効果】本発明による高分子光導波路作製方法に
より、同時に無調心用の凸形状が同時かつ簡易に形成で
きるため、実装コストも低減できる高分子光導波路が量
産可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による 光導波路作製の一例を示す工
程図である。

【符号の説明】

０：金型、１：第一クラッド、２：コア、３：第二クラ
ッド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一の高分子材料からなる第一クラッド層
   を含む基板面に設けられた溝内に形成された第二の高分
   子材料からなるコア、前記コアを含む前記基板面を覆う
   第二クラッド、および他の部材との位置合せ用凸部を前
   記基板面に備えた光導波路素子であり、前記位置合わせ
   用凸部の高さが前記コア厚と第二クラッドの厚さの和よ
   りも２倍以上であることを特徴とする光導波路素子。
2. 【請求項２】 光導波路のコアパターンに対応する凸部
   および位置合せ用の凸部に対応する凹形状が形成されて
   いる金型にさらに硬化後にコアとなる第二の高分子材料
   と金型とを剥離するための犠牲層を形成し、前記金型に
   溶融状態または溶液状態である前記第二の高分子材料の
   第二の前駆体を塗布し、前記第二の前駆体を硬化させた
   のち、更に、その上から硬化後第一クラッドとなる第一
   の高分子材料の溶融状態または溶液状態の第一の前駆体
   を塗布、硬化し、その後犠牲層を除去することにより、
   金型を剥離する工程を含むことを特徴とする請求項１記
   載の光導波路素子の製造方法。