JP2005157091A

JP2005157091A - 分岐光導波路の製造方法

Info

Publication number: JP2005157091A
Application number: JP2003397472A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Ishikawa; 貴啓石川
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-06-16
Also published as: US20050118740A1; EP1536253A1; CN1621871A

Abstract

【課題】本発明は積層技術、フォトリソグラフィー技術、反応性イオンエッチング技術を使用して高分子樹脂材料製のＹ分岐光導波路デバイスを製造する方法に関し、コアの分岐点の個所を放射損失の改善がなされた形状となるようにすることを目的とする。
【解決手段】露光用マスクパターン２２Ａは、分岐点部分２２Ａｄが、第１の分岐マスク部２２Ａｂの縁部２２Ａｂ１と第２の分岐マスク部２２Ａｃの縁部２２Ａｃ１との間とが、直線状の縁部５１、５２，５３でもって台形状に繋いである形状である。この露光用マスクパターン２２Ａを使用して、レジスト製マスク１２Ａを形成し、このレジスト製マスク１２Ａに基づいてコア４４を形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は分岐光導波路の製造方法に係り、特に、積層技術、フォトリソグラフィー技術、反応性イオンエッチング技術を使用して高分子樹脂材料製の分岐光導波路を製造する方法に関する。

高分子樹脂材料を使用したＹ分岐光導波路を備えた構造のＹ分岐光導波路デバイスは、石英製のＹ分岐光導波路デバイスに比べて光の伝播特性は低いけれども、生産性が格段に良く、製造コストも格段に安価であるという利点を有しており、光モジュールを構成する部品として多く利用されている。

従来の高分子樹脂材料を使用した分岐光導波路デバイスの製造工程について説明する。実際には、シリコンウェハ上に積層技術及びフォトリソグラフィー技術を使用して多数の分岐光導波路をマトリクス状に作り込み、最後にシリコンウェハをスクライブすることによって個片化して製造される。ここでは、単一の分岐光導波路を作り込むようにして説明する。Ｚ１−Ｚ２は長手方向、Ｘ１−Ｘ２は幅方向、Ｙ１−Ｙ２は厚さ方向である。

図９は、図１１、図１２に示す工程を経て製造されたＹ分岐光導波路デバイス１である。Ｙ分岐光導波路デバイス１は、高分子樹脂材料製のＹ分岐光導波路２がシリコン基板３の上面に形成してある構成である。Ｙ分岐光導波路２は、高分子樹脂材料製の例えばフッ素化ポリイミド樹脂からなるコア４とこれを囲む同じくフッ素化ポリイミド樹脂からなる下部クラッド層５及び上部クラッド層６よりなる構成である。コア４は、Ｙ字形状を有しており、入射側コア４ａと、分岐してある２つの分岐コア４ｂ、４ｃとを有する。

先ず、図１１（Ａ）に示すように、シリコン基板３の上面に屈折率がｎ１であるフッ素化ポリイミド樹脂を塗布して下部クラッド層５を形成し、更には、図１１（Ｂ）に示すように、屈折率がｎ２（＞ｎ１）であるフッ素化ポリイミド樹脂を塗布してコア層１０を形成し、更には、図１１（Ｃ）に示すように、シリコン製のレジスト層１１を塗布形成する。２０は露光用マスク部材であり、石英板２１の下面に、紫外線を遮断する例えばクロム膜でＹ字形状のマスクパターン２２が形成してある構成である。次いで、図１２（Ａ）に示すように、露光用マスク部材２０をレジスト層１１上に密着させ、波長が４００ｎｍ程度の紫外線２５でもって露光させ、レジスト層１１を現像し、洗浄して、図１２（Ｂ）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）用のレジスト製マスク１２Ａを形成する。次いで、ＲＩＥ処理を行って、図１２（Ｃ）に示すように、コア層１０を除去してコア４を形成する。次いで、図１２（Ｄ）に示すように、レジスト製マスク１２を除去して、最後に、屈折率がｎ１であるフッ素化ポリイミド樹脂を塗布してコア４を覆うように上部クラッド層６を形成することによって、図９に示すＹ分岐光導波路デバイス１が製造される。
特開平７−９２３３８号公報中の段落［００２３］及び図１２

図１０（Ａ）に示すように、入射側コア４ａ内に入射されて入射側コア４ａ内を伝播してきた光１００の約半分の光１０１は分岐コア４ｂ内を伝播して行き、残りの光１０２が分岐コア４ｃ内を伝播して行く。

ここで、コア４の２つの分岐コア４ｂ、４ｃの付け根の部分である分岐点部分４ｄを拡大すると、図１０（Ｂ）に示すように、抉り取られたような略楕円形の部分４ｅを有する。このため、入射側コア４ａ内を伝播してきた光が漏れ易くなり、入射側コア４ａ内を伝播してきた光１００のうち無視できない程度のものが、符号１１０で示すように、分岐点部分４ｄから漏れ出してしまい、これが、放射損失となってしまう。符号１１０は放射損失光である。よって、従来のＹ分岐光導波路デバイス１は分岐点部分４ｄにおける放射損失が大きく、分岐コア４ｂ、４ｃ内を伝播する光１０１，１０２の強度がその分低下してしまうという問題があった。

ここで、分岐コア４ｂ、４ｃの付け根の形状の形成について検討してみる。

コア４は図１２（Ｃ）に示すように反応性イオンエッチングによって形成されており、分岐コア４ｂ、４ｃの付け根の形状は、レジスト製マスク１２の形状、更に元を辿れば、マスク部材２０のクロム膜製のＹ字形状の露光用のマスクパターン２２の形状によって略決定されてしまう。

図１３（Ａ）は従来の露光用マスクパターン２２を示し、同図（Ｂ）は露光用マスクパターン２２のうちの分岐点部分２２ｄを拡大して示す。

露光用マスクパターン２２は、本体マスク部２２ａと、本体マスク部２２ａから分岐した第１及び第２の分岐マスク部２２ｂ、２２ｃとを有し、第１及び第２の分岐マスク部２２ｂ、２２ｃの分岐点部分２２ｄは、第１の分岐マスク部２２ｂの縁部２２ｂ１と第２の分岐マスク部２２ｃの縁部２２ｃ１との間とを、露光用マスクパターン２２の中心線ＣＬと直交する線ＶＬで繋いである形状であり、縁部２２ｂ１と縁部２２ｃ１と直線状の縁部２２ｅとによって決定される形状を有する。縁部２２ｅの長さＬは数ミクロンである。２２ｆは縁部２２ｂ１と縁部２２ｅとが形成するコーナ部、２２ｇは縁部２２ｃ１と縁部２２ｅとが形成するコーナ部である。このように小領域にコーナ部２２ｆ，２２ｇを有する露光用マスクパターン２２でレジスト層１１に露光を行うと縁部２２ｂ１側に照射された紫外線２５の光と縁部２２ｅ側に照射された紫外線２５の光とがコーナ部２２ｆで干渉又は拡散等が生じ、コーナ部２２ｆの外側（所定露光領域外）に紫外線２５が回り込み、レジスト層１１を露光した結果、図１０で示した略楕円形の部分４ｅを有することになる。

なお、上記の露光用マスクパターン２２よりも更に従来の露光用マスクパターンは、上記の縁部２２ｂ１と縁部２２ｃ１とが図１３（Ｂ）に二点鎖線ａ，ｂで示すように延長されて交差している頂角が極く小さい三角形であった。この露光用マスクパターンを採用した場合には、上記三角形の領域で紫外線の光強度が他の領域に比べて小さくなりレジスト製マスクは分岐点部の輪郭が明確でないものとなってしまい、コアも分岐点部の輪郭が明確でないものとなってしまい、放射損失が更に大きいものとなっていた。

そこで、本発明は、上記課題を解決して分岐点部分における放射損失を低減させた分岐光導波路の製造方法を提供することを目的とする。

そこで、上記課題を解決するため、本発明は、露光用マスクを使用して露光を行って、レジストのパターンを形成し、このレジストのパターンをマスクとして高分子樹脂材料製の層に対してエッチングを行ってコアを形成して分岐光導波路を製造する方法において、
上記露光用マスクとして、第１及び第２の分岐マスク部が本体マスク部から分岐した分岐点部分が、該第１の分岐マスク部の縁部と該第２の分岐マスク部の縁部との間とが、直線状の三つの縁部でもって台形状に繋いである形状を有する露光用マスクを使用することを特徴とする。

本発明によれば、露光用マスクとして、第１及び第２の分岐マスク部が本体マスク部から分岐した分岐点部分が、第１の分岐マスク部の縁部と該第２の分岐マスク部の縁部との間とが、直線状の三つの縁部でもって台形状に繋いである形状を有する露光用マスクを使用しているため、分岐点部分が、抉り取られたような略楕円形の部分が無くなって、理想に近い形状を有するコアを形成することが出来、よって、従来に比較して放射損失が低減された特性を有する分岐光導波路を製造することが出来る。

次に本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明の実施例１になるＹ分岐光導波路デバイスの製造方法によって製造されたＹ分岐光導波路デバイス４１を示す。Ｚ１−Ｚ２は長手方向、Ｘ１−Ｘ２は幅方向、Ｙ１−Ｙ２は厚さ方向である。Ｙ分岐光導波路デバイス４１は、高分子樹脂材料製のＹ分岐光導波路４２がシリコン基板４３の上面に形成してある構成である。Ｙ分岐光導波路４２は、屈折率がｎ２である例えばフッ素化ポリイミド樹脂からなるコア４４とこれを囲む屈折率がｎ１（＜ｎ２）である同じくフッ素化ポリイミド樹脂からなる下部クラッド層４５及び上部クラッド層４６よりなる構成である。コア４４は、Ｙ字形状を有しており、入射側コア４４ａと、分岐してある２つの分岐コア４４ｂ、４４ｃとを有する。入射側コア４４ａ、分岐コア４４ｂ、４４ｃは、幅Ｗ１が５μｍ程度、高さＨ１が５μｍ程度と微細であり、シングルモード用である。Ｚ１端における分岐コア４４ｂ、４４ｃの間隔Ａは１２５〜２５０μｍ程度と狭く、分岐角θ１が０．５から３°と極く小さい。

図２（Ａ）に示すように、入射側コア４４ａ内に入射されて入射側コア４４ａ内を伝播してきた光１００の約半分の光１０１Ａは分岐コア４４ｂ内を伝播して行き、残りの光１０２Ａが分岐コア４４ｃ内を伝播して行く。

ここで、コア４４の２つの分岐コア４４ｂ、４４ｃの付け根の部分である分岐点部分４４ｄを拡大すると、図２（Ｂ）に示すように、分岐コア４４ｂ、４４ｃの内側の縁部４４ｂ１、４４ｃ１が円弧部４４ｄでもって繋がっている形状を有する。このため、入射側コア４４ａ内を伝播してきた光は従来に比べて漏れ難くなり、分岐点部分４４ｄから漏れ出す放射損失光１１０Ａは、従来に比較して少なくなる。よって、Ｙ分岐光導波路デバイス４１は、従来のＹ分岐光導波路デバイス１に比べて分岐点部分４４ｄにおける放射損失が低い特性を有し、従来に比較して強度の高い光１０１Ａ，１０２Ａが分岐コア４４ｂ、４４ｃ内を伝播するようになる。

次に、上記Ｙ分岐光導波路デバイス４１の製造工程について説明する。実際には、シリコンウェハ上に積層技術及びフォトリソグラフィー技術を使用して多数の分岐光導波路をマトリクス状に作り込み、最後にシリコンウェハをスクライブすることによって個片化して製造される。ここでは、説明の便宜上、単一の分岐光導波路を作り込むようにして説明する。

先ず、図３（Ａ）に示すように、シリコン基板４３の上面に屈折率がｎ１であるフッ素化ポリイミド樹脂を塗布して下部クラッド層４５を形成し、更には、図３（Ｂ）に示すように、屈折率がｎ２（＞ｎ１）であるフッ素化ポリイミド樹脂を塗布してコア層１０を形成し、更には、図３（Ｃ）に示すように、シリコン製のレジスト層１１を形成する。２０Ａは露光用マスク部材であり、石英板２１の下面に、クロム膜でＹ字形状のマスクパターン２２Ａが形成してある構成である。次いで、図４（Ａ）に示すように、マスク部材２０Ａをレジスト層１１上に密着させ、波長が４００ｎｍ程度の紫外線２５でもって露光させ、レジスト層１１を現像し、洗浄して、図４（Ｂ）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）用のレジスト製マスク１２Ａを形成する。次いで、ＲＩＥを行って、図４（Ｃ）に示すように、コア層１０を除去してコア４４を形成する。次いで、図４（Ｄ）に示すように、レジスト製マスク１２Ａを除去して、最後に、屈折率がｎ１であるフッ素化ポリイミド樹脂を塗布してコア４を覆うように上部クラッド層４６を形成することによって、図１に示すＹ分岐光導波路デバイス４１が製造される。

図５（Ａ）は上記露光用マスクパターン２２Ａを示し、同図（Ｂ）は露光用マスクパターン２２Ａのうちの分岐点部分２２Ａｄを拡大して示す。

露光用マスクパターン２２Ａは、本体マスク部２２Ａａと、本体マスク部２２Ａａから分岐した第１及び第２の分岐マスク部２２Ａｂ、２２Ａｃとを有し、第１及び第２の分岐マスク部２２Ａｂ、２２Ａｃの分岐点部分２２Ａｄは、第１の分岐マスク部２２Ａｂの縁部２２Ａｂ１と第２の分岐マスク部２２Ａｃの縁部２２Ａｃ１との間とが、直線状の縁部５１、５２，５３でもって台形状に繋いである形状である。

縁部５１は、縁部２２Ａｂ１に対して時計方向に角度α傾斜している。縁部５２は、縁部２２Ａｃ１に対して反時計方向に角度α傾斜している。縁部５３は、露光用マスクパターン２２Ａの中心線ＣＬと直交する線ＶＬに沿う縁部であり、図１３（Ｂ）中の縁部２２ｅの一部である。図５（Ｂ）の二点鎖線は図１３（Ｂ）に示す分岐点部分２２ｄの形状を示す。

分岐点部分２２Ａｄは、図１３（Ｂ）に示す分岐点部分２２ｄと比較すると、図１３（Ｂ）中のコーナ部２２ｆ、２２ｇ及びこの付近であってクロム膜が形成されていなかった場所がクロム膜で埋まった形状を有する。

上記の露光用マスクパターン２２Ａを有するマスク部材２０Ａを使用することによって、図６（Ａ）に示すレジスト製マスク１２Ａが形成される。レジスト製マスク１２Ａは、本体マスク部１２Ａａと、本体マスク部１２Ａａから分岐した第１及び第２の分岐マスク部１２Ａｂ、２２Ａｃとを有し、第１及び第２の分岐マスク部１２Ａｂ、１２Ａｃの分岐点部分１２Ａｄは、第１の分岐マスク部１２Ａｂの縁部１２Ａｂ１と第２の分岐マスク部１２Ａｃの縁部１２Ａｃ１との間とが、円弧部１２ｅでもって繋がっている形状となる。

このレジスト製マスク１２Ａが形成されている状態に対してＲＩＥを行うことによって、コア４４の分岐点部分４４ｄは、図２（Ｂ）に示すように、分岐コア４４ｂ、４４ｃの内側の縁部４４ｂ１、４４ｃ１が円弧部４４ｄでもって繋がっている形状となる。

図７及び図８は露光用マスクパターンの変形例である。

図７（Ａ）の露光用マスクパターン２２Ｂは、本体マスク部２２Ｂａと、本体マスク部２２Ｂａから分岐した第１及び第２の分岐マスク部２２Ｂｂ、２２Ｂｃとを有し、第１及び第２の分岐マスク部２２Ｂｂ、２２Ｂｃの分岐点部分２２Ｂｄは、同図（Ｂ）に拡大して示すように、第１の分岐マスク部２２Ｂｂの縁部２２Ｂｂ１と第２の分岐マスク部２２Ｂｃの縁部２２Ｂｃ１との間とが、円弧状の縁部６１でもって繋いである形状である。図７（Ｂ）の二点鎖線は図１３（Ｂ）の分岐点部分２２ｄの形状を示す。

図８（Ａ）の露光用マスクパターン２２Ｃは、本体マスク部２２Ｃａと、本体マスク部２２Ｃａから分岐した第１及び第２の分岐マスク部２２Ｃｂ、２２Ｃｃとを有し、第１及び第２の分岐マスク部２２Ｃｂ、２２Ｃｃの分岐点部分２２Ｃｄは、同図（Ｂ）に拡大して示すように、第１の分岐マスク部２２Ｃｂの縁部２２Ｃｂ１と第２の分岐マスク部２２Ｃｃの縁部２２Ｃｃ１との間とが、三角形状に繋いであり、直線状の縁部７１、７２でもって繋いである形状である。

縁部７１は、縁部２２Ｃｂ１に対して時計方向に角度β傾斜している。縁部７２は、縁部２２Ｃｃ１に対して反時計方向に角度β傾斜している。縁部７１と縁部７２との交わる点７２は、図１３（Ｂ）の分岐点部分２２ｄにおける縁部２２ｅ上である。図８（Ｂ）の二点鎖線は図１３（Ｂ）の分岐点部分２２ｄの形状を示す。

上記の露光用マスクパターン２２Ｂ或いは２２Ｃを有するマスク部材を使用した場合にも、前記のマスク部材２０Ａを使用した場合と同じく、図６（Ａ）、（Ｂ）に示す形状のレジスト製マスク１２Ａが形成され、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す形状コア４４が形成される。

また、本発明は、Ｙ字形状以外の形状の分岐光導波路を備えたデバイスの製造にも適用可能である。

本発明の実施例１になるＹ分岐光導波路デバイスの製造方法によって製造されたＹ分岐光導波路デバイスを示す斜視図である。図１のＹ分岐光導波路デバイスのコアを示す図である。図１のＹ分岐光導波路デバイスの製造工程を示す図である。図３に続く製造工程を示す図である。Ｙ分岐光導波路デバイスの製造に使用する露光用マスクパターンを示す図である。図５の露光用マスクパターンを使用して形成されたレジスト製マスクを示す図である。Ｙ分岐光導波路デバイスの製造に使用する露光用マスクパターンの第１の変形例を示す図である。Ｙ分岐光導波路デバイスの製造に使用する露光用マスクパターンの第２の変形例を示す図である。従来のＹ分岐光導波路デバイスの製造方法によって製造されたＹ分岐光導波路デバイスを示す斜視図である。図９のＹ分岐光導波路デバイスのコアを示す図である。図９のＹ分岐光導波路デバイスの製造工程を示す図である。図１１に続く製造工程を示す図である。Ｙ分岐光導波路デバイスの製造に使用する従来の露光用マスクパターンを示す図である。

符号の説明

２０Ａ露光用マスク部材
２１石英板
２２Ａ露光用マスクパターン
２２Ａａ本体マスク部
２２Ａｂ第１の分岐マスク部
２２Ａｃ第２の分岐マスク部
２２Ａｄ、２２Ｂｄ、２２Ｃｄ分岐点部分
２２Ａｂ１，２２Ａｃ１，５１、５２，５３、６１，７１，７２縁部
４１Ｙ分岐光導波路デバイス
４２Ｙ分岐光導波路
４３シリコン基板
４４コア
４４ａ入射側コア
４４ｂ、４４ｃ分岐コア
４４ｄ分岐点部分

Claims

露光用マスクを使用して露光を行って、レジストのパターンを形成し、このレジストのパターンをマスクとして高分子樹脂材料製の層に対してエッチングを行ってコアを形成して分岐光導波路を製造する方法において、
上記露光用マスクとして、第１及び第２の分岐マスク部が本体マスク部から分岐した分岐点部分が、該第１の分岐マスク部の縁部と該第２の分岐マスク部の縁部との間とが、直線状の三つの縁部でもって台形状に繋いである形状を有する露光用マスクを使用することを特徴とする分岐光導波路の製造方法。
露光用マスクを使用して露光を行って、レジストのパターンを形成し、このレジストのパターンをマスクとして高分子樹脂材料製の層に対してエッチングを行ってコアを形成して分岐光導波路を製造する方法において、
上記露光用マスクとして、第１及び第２の分岐マスク部が本体マスク部から分岐した分岐点部分が、該第１の分岐マスク部の縁部と該第２の分岐マスク部の縁部との間とが、曲線の縁部でもって円弧状に繋いである形状を有する露光用マスクを使用することを特徴とする分岐光導波路の製造方法。
露光用マスクを使用して露光を行って、レジストのパターンを形成し、このレジストのパターンをマスクとして高分子樹脂材料製の層に対してエッチングを行ってコアを形成して分岐光導波路を製造する方法において、
上記露光用マスクとして、第１及び第２の分岐マスク部が本体マスク部から分岐した分岐点部分が、該第１の分岐マスク部の縁部と該第２の分岐マスク部の縁部との間とが、直線状の二つの縁部でもって三角形状に繋いである形状を有する露光用マスクを使用することを特徴とする分岐光導波路の製造方法。
本体マスク部と、該本体マスク部から分岐した第１及び第２の分岐マスク部とを有し、
高分子樹脂材料製の層に対してエッチングを行って、入射側コアと、該入射側コアから分岐してある複数の分岐コアとを有するコアを形成するためのレジストのパターンを上記高分子樹脂材料製の層の上面に露光して形成する工程で使用される露光用マスクにおいて、
上記第１及び第２の分岐マスク部が本体マスク部から分岐した分岐点部分が、該第１の分岐マスク部の縁部と該第２の分岐マスク部の縁部との間とが、直線状の三つの縁部でもって台形状に繋いである形状を有することを特徴とする露光用マスク。
本体マスク部と、該本体マスク部から分岐した第１及び第２の分岐マスク部とを有し、
高分子樹脂材料製の層に対してエッチングを行って、入射側コアと、該入射側コアから分岐してある複数の分岐コアとを有するコアを形成するためのレジストのパターンを上記高分子樹脂材料製の層の上面に露光して形成する工程で使用される露光用マスクにおいて、
上記第１及び第２の分岐マスク部が本体マスク部から分岐した分岐点部分が、該第１の分岐マスク部の縁部と該第２の分岐マスク部の縁部との間とが、曲線の縁部でもって円弧状に繋いである形状を有することを特徴とする露光用マスク。
本体マスク部と、該本体マスク部から分岐した第１及び第２の分岐マスク部とを有し、
高分子樹脂材料製の層に対してエッチングを行って、入射側コアと、該入射側コアから分岐してある複数の分岐コアとを有するコアを形成するためのレジストのパターンを上記高分子樹脂材料製の層の上面に露光して形成する工程で使用される露光用マスクにおいて、
上記第１及び第２の分岐マスク部が本体マスク部から分岐した分岐点部分が、該第１の分岐マスク部の縁部と該第２の分岐マスク部の縁部との間とが、直線状の二つの縁部でもって三角形状に繋いである形状を有することを特徴とする露光用マスク。