JP2006133300A - 光学装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下部クラッド層と、下部クラッド層上に形成されたコアパターンと、コアパターンを囲むように形成された上部クラッド層とを有する光学装置に関し、簡単な構造で、確実にクラックの発生を防止できる光学装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、下部クラッド層（１３ａ）と、下部クラッド層（１３ａ）上に形成されたコアパターン（１２）と、コアパターン（１２）を囲むように形成された上部クラッド層（１３ｂ）とを有する光学装置において、下部クラッド層（１３ａ）上に、コアパターン（１２）に沿ってダミーパターン（１１１）を形成したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は光学装置及びその製造方法に係り、特に、下部クラッド層と、下部クラッド層上に形成されたコアパターンと、コアパターンを囲むように形成された上部クラッド層とを有する光学装置及びその製造方法に関する。

近年、光通信は急速に進歩しており、その通信速度の高速化及び伝送容量の大容量が図られている。これに対応しうる光通信方法として、多くの波長の光を用いて多重化を行なう波長多重通信（ＷＤＭ）が多用されるようになってきている。この波長多重通信では、波長間隔が１nm以下の光を合分波する必要があり、よってＷＤＭに用いられる光部品においても、これに対応すべく高精度化する必要がある。

周知のように、光通信においては光ファイバーからなる伝送路内に各種光学部品が挿入される。この光学部品としては、大量生産が可能で高集積化を図り得る導波路部品が注目されており、その中でも平面光波回路（ＰＬＣ）は光伝送損失が低く光ファイバーとの低損失な接続が可能であること、また多くの光機能を集積できることから期待されている。

ここで、上記のような平面光波回路が用いられた光学装置に一例について説明する。

図１２は従来の光学装置の一例の斜視図、図１３は従来の光学装置の一例の断面図を示す。

光学装置１は、光を２分岐させる二分岐型導波路であり、基板１１、コアパターン１２、クラッド部１３から構成されている。

基板１１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板から構成されている。コアパターン１２は、第１のコアパターン１２ａ、第２のコアパターン１２ｂ、第３のコアパターン１２ｃから構成されており、その矢印Ｚ１、Ｚ２方向及び矢印Ｘ１、Ｘ２方向の周囲がクラッド部１３により囲まれた構成とされている。

クラッド部１３は、下部クラッド層１３ａ、上部クラッド層１３ｂから構成されている。

下部クラッド層１３ａは基板１１上に形成される。下部クラッド層１３ａは、例えば、フッ素化ポリイミドなどの透明樹脂から構成されている。フッ素化ポリイミドの下部クラッド層１３ａは、例えば、ポリアミド酸などの層を基板１１上にスピンコート法などにより形成した後、加熱処理することでイミド化させることにより形成される。

次に、下部クラッド層１３ａ上にコアパターン１２を形成する。コアパターン１２は、下部クラッド層１３ａ、上部クラッド層１３ｂと同じフッ素化ポリイミドなどから構成される。

なお、コアパターン１２は、下部クラッド層１３ａ、上部クラッド層１３ｂとは屈折率が異なるように樹脂の成分が調整されている。例えば、下部クラッド層１３ａ、上部クラッド層１３ｂの屈折率をｎ１、コアパターン１２の屈折率をｎ２としたとき、
ｎ１＜ｎ２
となるように構成樹脂の成分調整が行われている。なお、屈折率ｎ１、ｎ２は、例えば、ｎ１＝１．５２５、ｎ２＝１．５３１に設定される。

コアパターン１２の形成は、まず、下部クラッド層１３ａ上にスピンコート法などによりポリアミド酸の層を形成した後、加熱処理することによりイミド化させ、屈折率ｎ２の透明樹脂層を形成する。次にレジストをパターニングする。

次に、例えば、ＲＩＥ（reactive ion etching）装置などにより、ドライエッチング処理を行い、下部クラッド層１３ａが露出する程度までエッチングする。このとき、フォトレジスト形成部分はエッチングされず、その下部の透明樹脂層が残ることになる。次に、残留したフォトレジストを除去する。以上により、コアパターン１２が形成される。なお、このとき、コアパターン１２の高さ及び幅寸法は、用いられるコア材料及びクラッド材料の屈折率差により５〜１０μｍ程度に形成される。

次に、上部クラッド層１３ｂが形成される。上部クラッド層１３ｂは、コアパターン１２の側面及び上面を覆うように形成される。上部クラッド層１３ｂは、下部クラッド層１３ａと同じフッ素化ポリイミドなどから構成されており、下部クラッド層１３ａと同じ屈折率ｎ１となるように成分が調整されている。上部クラッド層１３ｂは、スピンコートなどによりポリアミド酸の層を形成した後、加熱処理され、ポリアミド酸がイミド化されて形成されていた。

このような、光学装置では、加熱処理時にポリアミド酸が収縮し、基板との間に大きな熱膨張差が発生し、コアとクラッド層との境界にクラックが発生しやすかった。従来、コア層のおけるクラックの発生を防止するために、クラック溝を１以上の突起部２２の根元に形成した構成とする光学装置が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−８４１５１号公報

しかるに、従来の光学装置では、凹凸が必要となり、形状が複雑であり、かつ、溝を形成するための工程が余計に必要となるなどの問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、簡単な構造で、確実にクラックの発生を防止できる光学装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、下部クラッド層（１３ａ）と、下部クラッド層（１３ａ）上に形成されたコアパターン（１２）と、コアパターン（１２）を囲むように形成された上部クラッド層（１３ｂ）とを有する光学装置において、下部クラッド層（１３ａ）上に、コアパターン（１２）に沿ってダミーパターン（１１１）を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、下部クラッド層上に、コアパターンに沿ってダミーパターンを形成することにより、基板との熱膨張差によって下部クラッド層に働く応力によるクラックの発生をダミーパターンに発生させることができるため、下部クラッド層のコアパターンの周囲でのクラックの発生を防止でき、よって、コアパターンを通る光の光学的特性のクラックよる劣化を防止できる。

〔第１実施例〕
図１は本発明の一実施例の斜視図、図２は本発明の一実施例の断面図を示す。同図中、図１２、図１３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例の光学装置１００は、下部クラッド層１３ａ上に、コアパターン１２の全側部に沿って連続して、ダミーパターン１１１を形成した構成とされている。

ダミーパターン１１１は、第１のダミーパターン１１１ａ、第２のダミーパターン１１１ｂ、第３のダミーパターン１１１ｃ、第４のダミーパターン１１１ｄから構成されている。

第１のダミーパターン１１１ａは、コアパターン１２の第１のコアパターン１２ａ、第２のコアパターン１２ｂの矢印Ｘ２方向側に、第１のコアパターン１２ａ及び第２のコアパターン１２ｂから距離ｄ0だけ離間して形成されている。距離ｄ0は、例えば、コアパターン１２の幅Ｗ0及び高さＨ0を略５μｍとした場合、略３０〜１００μｍに設定されている。第１のダミーパターン１１１ａと第１のコアパターン１２ａ及び第２のコアパターン１２ｂとの距離ｄ0を略３０〜１００μｍに設定することにより、また、第１のダミーパターン１１１ａが第１のコアパターン１２ａ及び第２のコアパターン１２ｂを通過する光波に影響することなく、第１のコアパターン１２ａ及び第２のコアパターン１２ｂと下部クラッド層１３ａとの境界部分へのクラックの発生を防止できる。

また、このとき、第１のダミーパターン１１１ａはコアパターン１２と同様に幅Ｗ0及び高さＨ0に形成されている。第１のダミーパターン１１１ａをコアパターン１２と同様に幅Ｗ0及び高さＨ0に形成することにより、パターニングなどを簡単に行なえる。

第２のダミーパターン１１１ｂは、コアパターン１２の第１のコアパターン１２ａ、第３のコアパターン１２ｃの矢印Ｘ１方向側に、第１のコアパターン１２ａ及び第３のコアパターン１２ｃから距離ｄ0だけ離間して形成されている。距離ｄ0は、第１のダミーパターン１１１ａと同様に略３０〜１００μｍに設定されている。また、このとき、第２のダミーパターン１１１ｂはコアパターン１２と同様に幅Ｗ0及び高さＨ0に形成されている。

第３のダミーパターン１１１ｃは、コアパターン１２の第２のコアパターン１２ｂの矢印Ｘ２方向側に、第２のコアパターン１２ｂから距離ｄ0だけ離間して形成されている。距離ｄ0は、第１のダミーパターン１１１ａ、第２のダミーパターン１１１ｂと同様に略３０〜１００μｍに設定されている。また、このとき、第３のダミーパターン１１１ｃはコアパターン１２と同様に幅Ｗ0及び高さＨ0に形成されている。

第４のダミーパターン１１１ｄは、コアパターン１２の第３のコアパターン１２ｃの矢印Ｘ２方向側に、第３のコアパターン１２ｃから距離ｄ0だけ離間して形成されている。距離ｄ0は、第１のダミーパターン１１１ｂと同様に略３０〜１００μｍに設定されている。また、このとき、第４のダミーパターン１１１ｄはコアパターン１２と同様に幅Ｗ0及び高さＨ0に形成されている。

次に、本実施例の光学装置１００の製造方法について説明する。

図３、図４は、光学装置の製造方法を説明するための図を示す。

まず、図３（Ａ）基板１１上に下部クラッド層１３ａを形成する。下部クラッド層１３ａは、例えば、フッ素化ポリイミドなどの透明樹脂から構成されている。フッ素化ポリイミドの下部クラッド層１３ａは、例えば、ポリアミド酸などの層を基板１１上にスピンコート法などにより形成した後、加熱処理することでイミド化させることにより形成される。

次に、図３（Ｂ）に示すように下部クラッド層１３ａ上に全面に亘ってコアパターン１２及びダミーパターン１１１を構成するコア層１１２を形成する。コア層１１２は、下部クラッド層１３ａ、上部クラッド層１３ｂと同じフッ素化ポリイミドなどから構成される。

なお、コア層１１２は、下部クラッド層１３ａ、上部クラッド層１３ｂとは屈折率が異なるように樹脂の成分が調整されている。例えば、下部クラッド層１３ａ、上部クラッド層１３ｂの屈折率をｎ１、コア層１１２の屈折率をｎ２としたとき、
ｎ１＜ｎ２
となるように構成樹脂の成分調整が行われている。なお、屈折率ｎ１、ｎ２は、例えば、ｎ１＝１．５２５、ｎ２＝１．５３１に設定される。

次にコア層１１２は、まず、下部クラッド層１３ａ上にスピンコート法などによりポリアミド酸の層を形成した後、加熱処理することによりイミド化させ、屈折率ｎ２の透明樹脂層を形成する。次に図３（Ｃ）に示すようにコアパターン１２及びダミーパターン１１１に対応したパターンにフォトレジスト１１３をパターニングする。

次に、例えば、ＲＩＥ（reactive ion etching）装置などにより、ドライエッチング処理を行い、下部クラッド層１３ａが露出する程度までエッチングする。これによって、図４（Ａ）に示すように、フォトレジスト１１３の形成部分はエッチングされず、その下部の透明樹脂層が残ることになる。次に、残留したフォトレジストを除去する。以上により、図４（Ｂ）に示すようなパターンのコアパターン１２及びダミーパターン１１１が形成される。なお、このとき、コアパターン１２及びダミーパターン１１１の高さ及び幅寸法は、用いられるコア材料及びクラッド材料の屈折率差により５〜１０μｍ程度に形成される。

次に、図４（Ｃ）に示すようにコアパターン１２及びダミーパターン１１１の側面及び上面を覆うように上部クラッド層１３ｂを形成する。上部クラッド層１３ｂは、下部クラッド層１３ａと同じフッ素化ポリイミドなどから構成されており、下部クラッド層１３ａと同じ屈折率ｎ１となるように成分が調整されている。上部クラッド層１３ｂは、スピンコートなどによりポリアミド酸の層を形成した後、加熱処理され、ポリアミド酸がイミド化されて形成される。

以上、本実施例によれば、コアパターン１２の全側面に沿って所定の間隔でダミーパターン１１１を形成することにより、ダミーパターン１１１の底面外側部、矢印Ｘ１、Ｘ２方向の側部に大きな応力が発生し、クラックが発生しやすくなり、これによって、コアパターン１２の底面外側部に発生する応力が小さくなり、コアパターン１２にクラックが発生し難くなる。よって、コアパターン１２のクラックによる光学特性の劣化を防止できる。

なお、本実施例では、コアパターン１２の全側面に沿ってダミーパターン１１１を形成したが、一部に形成するようにしてもよい。また、ダミーパターンを複数本平行して設けるようにしてもよい。

〔第２実施例〕
図５は本発明の第２の実施例の斜視図、図６は本発明の第２実施例の断面図を示す。同図中、図１、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例の光学装置２００は、コアパターン１２の側部の全長に沿ってｎ本のダミーパターン２１１−１１〜２１１−１ｎ、２１１−２１〜２ｎを形成した構成とされている。

ｎ本のダミーパターン２１１−１１〜２１１−１ｎ、２１１−２１〜２１１−２ｎは、例えば、コアパターン１２と同じサイズで、等間隔ｄ0に形成されている。

本実施例によれば、複数のダミーパターン２１１−１１〜２１１−１ｎ、２１１−２１〜２１１−２ｎを設けることにより、応力をｎ本のダミーパターン２１１−１１〜２１１−１ｎ、２１１−２１〜２１１−２ｎで分散できるため、さらに、クラックの発生を低減できる。よって、コアパターン１２のクラックによる光学特性の劣化を防止できる。

なお、ダミーパターン２１１−１〜２１１−ｎの間隔は、外側に向かって徐々に広くするように設定してもよい。

〔第３実施例〕
図７は本発明の第３の実施例の斜視図、図８は本発明の第３実施例の断面図を示す。同図中、図１、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例の光学装置３００は、コアパターン１２の周囲を除く略全面に亘ってダミーパターン３１１を形成した構成とされている。

ダミーパターン３１１は、第１のダミーパターン３１１ａ、第２のダミーパターン３１１ｂ、第３のダミーパターン３１１ｃから構成されている。第１のダミーパターン３１１ａは、第１のコアパターン１２ａ及び第２のコアパターン１２ｂの矢印Ｘ２方向側の側面、全面に、間隔ｄ0だけ離間して形成されている。第２のダミーパターン３１１ｂは、第１のコアパターン１２ａ及び第３のコアパターン１２ｃの矢印Ｘ１方向側の側面、全面に、間隔ｄ0だけ離間して形成されている。第３のダミーパターン３１１ｃは、第２のコアパターン１２ｂの矢印Ｘ１方向側、側面、全面と、第３のコアパターン１２ｃの矢印Ｘ２方向側の側面、全面との間に第２のコアパターン１２ｂ及び第３のコアパターン１２ｃから間隔ｄ0だけ離間して形成されている。

本実施例によれば、応力がダミーパターン３１１に発生し、下部クラッド層１３ａでのクラックの発生を防止できるため、コアパターン１２と下部クラッド層１３ａとの境界部分でのクラックの発生を防止でき、よって、コアパターン１２のクラックによる光学特性の劣化を防止できる。

〔シミュレーション結果〕
次に、ダミーパターン１１１、３１１による効果を、シミュレーション結果を用いて説明する。

図９はダミーパターン１１１を設けない場合のシミュレーション結果を示す図、図１０はダミーパターン１１１を設けた場合のシミュレーション結果を示す図、図１１は、ダミーパターン３１１を設けた場合のシミュレーション結果を示す図である。図９乃至図１１において、色が薄いほど変位が大きい状態を示している。

図９に示すようにダミーパターン１１１が存在しない場合には、直接、コアパターン１２の底面側部で変位が大きくなっており、図１０に示すようにダミーパターン１１１が存在する場合にはダミーパターン１１１の外側で変位が大きくなっていることがわかる。すなわち、ダミーパターン１１１によって変位が吸収されて、コアパターン１２への影響を小さくできることがわかる。

また、第３実施例のようにダミーパターン３１１をコアパターン１２の周囲を除く部分に略全面に亘って形成することにより、図１１に示すようにコアパターン１２への負担を大幅に低減できることがわかる。

本発明の第１実施例の斜視図である。 本発明の第１実施例の断面図である。 光学装置１００の製造方法を説明するための図である。 光学装置１００の製造方法を説明するための図である。 本発明の第２実施例の斜視図である。 本発明の第２実施例の断面図である。 本発明の第３実施例の斜視図である。 本発明の第３実施例の断面図である。 ダミーパターンを設けない場合のシミュレーション結果を示す図である。 ダミーパターン１１１を設けた場合のシミュレーション結果を示す図である。 ダミーパターン３１１を設けた場合のシミュレーション結果を示す図である。 従来の光学装置の一例の斜視図である。 従来の光学装置の一例の断面図である。

符号の説明

１００、２００、３００ 光学装置
１１１、２１１、３１１ ダミーパターン
１１２ コア層、１１３ フォトレジスト
１１ 基板、１２ コアパターン、１３ クラッドパターン
１２ａ 第１のコアパターン、１２ｂ 第２のコアパターン
１２ｃ 第３のコアパターン
１３ａ 第１のダミーパターン、１３ｂ 第２のダミーパターン
１３ｃ 第３のダミーパターン、１３ｄ 第４のダミーパターン

Claims (6)

1. 下部クラッド層と、該下部クラッド層上に形成されたコアパターンと、該コアパターンを囲むように形成された上部クラッド層とを有する光学装置において、
   前記下部クラッド層上に、前記コアパターンに沿ってダミーパターンを形成したことを特徴とする光学装置。
2. 前記ダミーパターンは、所定の間隔で前記コアパターンに沿って形成されたことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
3. 前記所定の間隔は、前記コアパターンを導かれる光波に影響せず、かつ、前記コアパターンにできるだけ近い距離に設定されたことを特徴とする請求項２記載の光学装置。
4. 前記ダミーパターンは、前記コアパターンの幅程度にその幅が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の光学装置。
5. 前記ダミーパターンは、前記コアパターンの全側部に連続して形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の光学装置。
6. 下部クラッド層と、該下部クラッド層上に形成されたコアパターンと、該コアパターンを囲むように形成された上部クラッド層とを有する光学装置の製造方法であって、
   基板上に前記下部クラッド層を形成する工程と、
   前記下部クラッド層上に、前記コアパターンと前記コアパターンに沿って配置されるダミーパターンとを同時に形成する工程と、
   前記コアパターンを囲むように前記上部クラッド層を形成する工程とを有することを特徴とする光学装置の製造方法。