JP2005114746A - 樹脂光導波路 - Google Patents

Abstract

【課題】 導波路のコアパターンがコーナー形状を有する樹脂光導波路において、コーナー部分の下部クラッドにクラックの無い光導波路を提供することを課題とする。
【解決手段】 基板上に形成され、コアパターンにコーナー形状を有するリッジ型樹脂光導波路において、コーナー部分に、突起状のパターンを具備することにより、コーナー部分の下部クラッドにクラックの無い光導波路が作成できる。光導波路用樹脂材料はフッ素化ポリイミド樹脂、フッ素化アクリル樹脂、重水素化ポリシロキサン樹脂、フッ素化エポキシ樹脂、全フッ素化脂環式樹脂、シリコーン樹脂などが使用できる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、低損失で高品質な樹脂光導波路に関するものである。

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、樹脂製の光導波路がその有力な候補として開発されている。導波路用の樹脂材料としては、フッ素化ポリイミド樹脂、フッ素化アクリル樹脂、重水素化ポリシロキサン樹脂、フッ素化エポキシ樹脂、全フッ素化脂環式樹脂、シリコーン樹脂等が用いられ、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、樹脂光導波路用の材料としては最も適している。

従来、フッ素化ポリイミド樹脂導波路の作製方法としては、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型コアパターンを形成し、さらに上部クラッドを形成して導波路を埋め込む方法が一般的に知られている。（特許文献１参照）詳しくはシリコン等の基板上にクラッド用フッ素化ポリアミド酸ワニスをスピンコート法等により成膜し、加熱後その上にコア用フッ素化ポリアミド酸ワニスを同じくスピンコート法等により成膜し加熱後フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ、ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）の技法によりリッジ型コアパターンを形成し、さらにこの上にクラッド用フッ素化ポリアミド酸ワニスを同じくスピンコート法等により成膜し加熱して、リッジ型導波路が形成される。このように作成されるリッジ型樹脂光導波路において、コアパターンにコーナー形状を有する導波路においては、ＲＩＥによりリッジ型コアパターンを形成するとコーナー部分の下部クラッドにクラックが発生するという問題が発生し、歩留まりの低下等、樹脂導波路製造上の問題となっていた。
特開２００２−７１９８９

本発明は、導波路のコアパターンがコーナー形状を有する樹脂光導波路において、コーナー部分の下部クラッドにクラックの無い光導波路を提供することを課題とする。

シリコン等の基板上に形成され、コアパターンにコーナー形状を有するリッジ型樹脂光導波路において、コーナー部分に、突起状のパターンを具備することにより、コーナー部分の下部クラッドにクラックの無い光導波路が作成できる。光導波路用樹脂材料はフッ素化ポリイミド樹脂、フッ素化アクリル樹脂、重水素化ポリシロキサン樹脂、フッ素化エポキシ樹脂、全フッ素化脂環式樹脂、シリコーン樹脂などが使用できる。

以下、本発明について詳述する。

シリコン等の基板上に作成するリッジ型樹脂導波路において、下部クラッド層形成後、コア層を成膜し該コア層をフォトリソグラフィとエッチングによりコアパターンを形成する場合、コアパターンがコーナー形状を有する場合はコーナー部の下部クラッド層にクラックが発生し、導波路作成上の問題となっていた。これの原因は明確ではないがシリコン等の基板とポリイミドなどの導波路材料の熱膨張係数の差により、応力が発生し、コーナー状パターンを形成するとその先端部に応力集中が発生するためと考えられる。

発明者らはこのクラックを防ぐ方法を検討した結果、コアのコーナー状パターンの先端にコア材で突起状のパターン設けることによりクラックの発生を防ぐことが可能になることを見出したものである。

図１は、リッジ法を使用した樹脂光導波路の製造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。図１（ａ）ではシリコン基板４の上に下部クラッド層３、コア層２とマスク層１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 Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）の技法により光導波路パターン５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６を露出させる。図１（ｅ）では上部クラッド層７を成膜して光導波路が作製される。

コーナー形状を有するリッジ型樹脂光導波路においては、図１（ｃ）の工程で、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を形成した時点で、コーナー部分の下部クラッドにクラックが入ることが多い。コアのコーナー状パターンの先端にコア材で突起状のパターン設けることによりクラックの発生を防ぐことができる。突起部はコア材でコア部の延長として形成するのが好適である。突起形状の幅や長さは、導波路の形状や、光信号の漏洩、強度等を考慮して選択する。

図２の（ａ）は従来の方法により作成したＭＭＩ（Multimode Interference、マルチモード干渉型合波器）光導波路の平面図であり、導波路パターンのコーナー部の下部クラッドにクラック８が発生する。図２の（ｂ）は本発明によるＭＭＩ光導波路の平面図であり、導波路コーナー部にコア材で突起部９を設けることによりひび割れを防ぐことが出来る。本発明はＭＭＩ導波路に限られることはなく、ＡＷＧなどのスラブ光導波路を有する平面光導波回路に於いても有効である。また、シングルモードの光導波路のみでなくマルチモードの光導波路に対しても有効である。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

〔実施例１〕
４インチのシリコン基板を使用し樹脂製のＭＭＩを製作する。基板は厚さ０．５ｍｍ、直径１００ｍｍである。図２の（ｂ）のパターンのＭＭＩを作成するがこのパターンで光信号は左側から入射し、四分割されたものが右側の導波路から出射する。

光導波路に用いた樹脂はフッ素化ポリイミドである。シリコン基板に、クラッド用のフッ素化ポリアミド酸ワニス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焼成して下部クラッド層を１５ミクロン製膜し、次にコア用フッ素化ポリアミド酸ワニス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焼成し、コア層を５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０．３３％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０．５ミクロン成膜した。このマスク層上にはさらにレジスト層を成膜し、図２の（ｂ）に示すＭＭＩのパターンをフォトマスクを用い、アライナによって露光し、パターニングされ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、次に、基板をフッ酸を含有する剥離液に浸漬し、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焼成して、厚さ１８ミクロンの上部クラッド層を形成した。ＭＭＩのスラブ部のサイズは４０μｍ×５００μｍであり、チップのサイズは２ｍｍ×９ｍｍである。入射、出射部のコアのサイズは５μｍ×５μｍであり、突起はスラブの入射側に３μｍ×５０μｍのものを形成した。スラブ出射側はコーナー周辺に導波路があるため、クラックは発生せず、突起は必要としない。同一基板で同時に１２０個のＭＭＩが得られた。コーナー部にクラックが発生したものの個数はゼロであった。
＜比較例１＞
実施例１と同様な方法で、スラブ部分のコーナーに突起部分の無い、従来のパターンを使用してＭＭＩを製作した。得られたＭＭＩ、１２０個の内、クラックのあるものが１０８個にのぼった。

図１は、リッジ法による光導波路作製工程を示す図である。 図２は、ＭＭＩの平面図である。（ａ）は従来の方法によるもの、（ｂ）は本発明によるものである。

符号の説明

１ マスク
２ コア層
３ 下部クラッド層
４ 基板
５ マスクの導波路パターン
６ コアの導波路パターン
７ 上部クラッド層
８ クラック
９ コーナー部分の、突起状のパターン

Claims (2)

1. 基板上に形成されコアパターンにコーナー形状を有するリッジ型樹脂光導波路において、コーナー部分に、突起状のパターンを具備した樹脂光導波路。
2. 光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、重水素化ポリシロキサン樹脂、フッ素化エポキシ樹脂、全フッ素化脂環式樹脂、シリコーン樹脂のいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路。

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