JP2006259361A

JP2006259361A - ポリマー光導波路の製造方法

Info

Publication number: JP2006259361A
Application number: JP2005077828A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Yamaguchi; 正利山口
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】気泡やクラックの発生を低減しうるポリマー光導波路の製造方法を提供すること。
【解決手段】基板上に、下部クラッド層を形成する工程、下部クラッド層の上にコア層を形成する工程、コア層の上にレジスト層を形成し、ホトマスクを介してレジスト層を露光、現像後、コア層をドライエッチングしてコアを形成する工程、コア形成後、上部クラッド層を形成する工程を有するポリマー光導波路の製造方法において、上部クラッド層の形成を２回以上に分けて行うこと、及び、第１上部クラッド層の厚さを１．５μｍ以下とすることを特徴とするポリマー光導波路の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリマー光導波路の製造方法に関する。

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。
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。また、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。

また、コアならびにクラッド層を構成する樹脂としては、種々のものが知られているが、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。ポリイミドによりコア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。このポリイミドの中でも透過率、屈折率特性から通常フッ素を含むポリイミドが適用されている。通常、基板にはシリコンウエハが用いられ、ウエハに多面取りできるようにレイアウトされる。これを、それぞれのチップにダイシングを用いて切断する。

このようなポリマー光導波路は、一般に、基板上に、下部クラッド層を形成する工程、下部クラッド層の上にコア層を形成する工程、コア層の上にレジスト層を形成し、ホトマスクを介してレジスト層を露光、現像後、コア層をドライエッチングしてコアを形成する工程、コア形成後、上部クラッド層を形成する工程を含む方法により製造されている。
コア形成後、上部クラッド層を形成する工程は、従来、所望の厚さ、例えば、１５μｍの厚さを有するように１回の塗布、加熱硬化により行われていた。しかし、この方法では、上部クラッド層形成材料が乾燥収縮する際に、コア側面部に応力が集中し、また、ドライエッチング面が表面に露出しているため、微少欠陥が存在し、クラッド層形成材料中の溶媒の攻撃により、下部クラッド層にクラックを生じることがあった。また、マルチモード光導波路のようにコアの幅が広い部分と狭い部分を含む分岐を有する光導波路においては分岐部に気泡を生じるという問題があった。

ポリマー光導波路の製造において、上部クラッド層を複数回に分けて形成し、その際、１回目の塗布、焼成により形成される上部クラッド層の厚さをコア層の高さよりも薄くすることによりＹ分岐のような極めて狭いギャップ領域（例えば、図２のＧ）での気泡の取り込みを防止することが提案されている（特許文献１）。しかし、上記方法は、コア幅が小さい場合にはある程度の効果を奏するが、コア幅が大きくなると気泡の発生を充分に防止することが難しくなる。
また、ドライエッチングの際にコア近傍の下部クラッド層に生じたクラック（例えば、図３の６）から、レジスト除去の際の薬液が基板との界面にまで浸入して下部クラッド層を剥離してしまうという不具合があった。この問題を解消するために、レジストの除去前に上部クラッド層を形成し、下部クラッド層に生じたクラックを埋め込んでから、さらにドライエッチングしてレジストを露出させ、レジスト剥離を行う方法が提案されている（特許文献２）。しかし、この方法はクラックの発生そのものを防止しようとするものではない。

特開２００２−３１１２７６特開２０００−２３５１２９

本発明の目的は、ポリマー光導波路の製造方法を提供することであり、特に、気泡やクラックの発生を低減しうるポリマー光導波路の製造方法を提供することである。

本発明は以下に示すポリマー光導波路の製造方法を提供するものである。
１．基板上に、下部クラッド層を形成する工程、下部クラッド層の上にコア層を形成する工程、コア層の上にレジスト層を形成し、ホトマスクを介してレジスト層を露光、現像後、コア層をドライエッチングしてコアを形成する工程、コア形成後、上部クラッド層を形成する工程を有するポリマー光導波路の製造方法において、
上部クラッド層の形成を２回以上に分けて行うこと、及び、第１上部クラッド層の厚さを１．５μｍ以下とすることを特徴とするポリマー光導波路の製造方法。
２．第１上部クラッド層の厚さが、０．４μｍ〜１．２μｍである上記１記載の方法。
３．コア形成後、第１上部クラッド層形成前に熱処理工程を含む上記１又は２記載の方法。
４．熱処理工程が、２００〜２５０℃で２０分〜２時間行われる上記３記載の方法。
５．コアが幅１５μｍ以上の部分を含む上記１〜４のいずれか１項記載の方法。
６．コアが分岐を含む上記１〜５のいずれか１項記載の方法。
７．コアが幅１５μｍ以上の部分と幅１５μｍ未満の部分を含む上記６記載の方法。
８．上部クラッド層全体の厚さが、１０μｍ以上である上記１〜７のいずれか１項記載の方法。
９．クラッド層及びコアがフッ素化ポリイミドを含む上記１〜８のいずれか１項記載の方法。

本発明によれば、上部クラッド層の形成を２回以上に分けて行い、かつ、第１上部クラッド層の厚さを１．５μｍ以下とすることにより、気泡やクラックの発生を顕著に低減することができる。また、コア形成後、第１上部クラッド層形成前に熱処理を行うことにより、コア近傍の下部クラッド層におけるクラックの発生をさらに顕著に低減することができる。

図１に示すように、ポリマー光導波路は一般に、シリコン等の基板上に、下部クラッド層を形成する工程、下部クラッド層の上にコア層を形成する工程、コア層の上にＳｉ含有レジスト等のレジスト層を形成し、ホトマスクを介してレジスト層を露光、現像後、コア層をドライエッチングしてコアを形成する工程、コア形成後、上部クラッド層を形成する工程を含む方法により製造される。
本発明は、上記従来の製造方法において、上部クラッド層の形成を２回以上に分けて行うこと、及び、第１上部クラッド層の厚さを１．５μｍ以下とすることを特徴とするものである。第１上部クラッド層の厚さは、好ましくは０．４μｍ〜１．２μｍであり、さらに好ましくは０．５〜１．２μｍであり、最も好ましくは０．８〜１．２μｍである。
厚さが１．５μｍを超えると、乾燥収縮による応力低減効果が少なくなり、クラックや気泡の発生率が増大するので好ましくない。また、０．４μｍ未満ではコア側壁への塗布性（カバーリング性）が悪くなり第２上部クラッド層形成時にクラックが発生しやすくなる。

本発明の好ましい実施態様では、コア形成後、第１上部クラッド層形成前に熱処理工程が行われる。熱処理工程は、好ましくは２００〜２５０℃、さらに好ましくは２１０〜２３０℃で、好ましくは２０分〜２時間、さらに好ましくは２０分〜４０分間行う。
この熱処理工程により、ドライエッチング面の熱的性質が改質され、クラックの発生率がより顕著に低減する。
コアの幅が大きくなるにつれて乾燥収縮による応力も大きくなるため、クラックの発生率も高くなる。従って本発明は、コアが幅１５μｍ以上の部分を含むポリマー光導波路の製造に特に適している。
また、気泡の発生は、狭い分岐部を有する光導波路において顕著であるため、本発明はコアが分岐を含むポリマー光導波路の製造に特に適している。
本発明はまた、コアが幅１５μｍ以上の部分と幅１５μｍ未満の部分を含むポリマー光導波路、特にマルチモードのポリマー光導波路の製造に特に適している。

本発明のポリマー光導波路の上部クラッド層の厚さは特に限定されないが、通常は全体の厚さが、１０μｍ以上、好ましくは１５〜２５μｍである。
本発明のポリマー光導波路のクラッド層及びコアを形成する材料としては、種々の材料が使用できるが、通常使用される１．３〜１．５μｍの光に対する透明性に優れている点でフッ素化ポリイミドが好ましい。

実施例
基板１として直径約１２．７ｃｍのシリコンウエハを用意し、この基板１の上に図１に示すように第１のフッ素化ポリイミドからなる下部クラッド層２、第１のフッ素化ポリイミドより屈折率の高い第２のポリイミドからなるコア層３Ａ、Ｓｉ含有レジスト層４を順次形成し、ホトマスクを介して露光、現像した後、ドライエッチングによりコア層３Ａをエッチングしてコア３Ｂを形成した。図２にコア３Ｂの平面形状を示す。また、図２のＸ−Ｘ’断面図を図３に示す。このコア３Ｂは、幅６．６μｍの狭い部分Ｎ１と、幅１６．８μｍの広い部分Ｗ１及び幅４．０μｍの２つの狭い部分Ｎ２、Ｎ３を有する。Ｎ２とＮ３の間には狭い隙間Ｇが存在する。
レジスト４を剥離した後、２２０℃で３０分間加熱処理した。次いで、第１のフッ素化ポリイミドからなる第１上部クラッド層５Ａを表１に示す厚さ（硬化後の厚さ）で塗布し、加熱硬化した後、さらに第１のフッ素化ポリイミドからなる第２上部クラッド層５Ｂを積層塗布し、加熱硬化して最終膜厚３０μｍのクラッド層５を作製した。この後、ドライエッチングにより、１０μｍ除去し、２０μｍとした。ここで、第１上部クラッド層の厚さが０μｍである場合は、上部クラッド層を１回で塗布、加熱硬化したことを意味する。
隙間Ｇにおける気泡の発生率（％）（母数１９３）、及びコアの広い部分Ｗ１の側面部Ｗ１Ａ及びＷ１Ｂにおけるクラック６の発生率（％）（母数１９３）を調べた。
同様の試験を２２０℃で３０分間の加熱処理を行わない場合についても実施した。
結果を表１に示す。

表１に示すように、上部クラッド層の形成を２回以上に分けて行い、第１上部クラッド層の厚さを１．５μｍ以下とすることにより、気泡およびクラックの発生率を顕著に低減しうること、コア形成後、第１上部クラッド層形成前に熱処理を行うことにより、気泡およびクラックの発生率をさらに低減しうることがわかる。

本発明のポリマー光導波路の製造方法の概略を説明する図面である。本発明のポリマー光導波路の製造方法により製造されるマルチモード光導波路のコアの例を示す平面図である。図２のＸ−Ｘ’断面図であり、従来の方法によりポリマー光導波路を製造した際に発生するクラックの概略を示す。

符号の説明

１：基板、２：下部クラッド層、３Ａ：コア層、３、３Ｂ、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｗ１：コア、４：レジスト、５：上部クラッド層、５Ａ：第１上部クラッド層、５Ｂ：第２上部クラッド層、Ｇ：コア間の隙間、６：クラック

Claims

基板上に、下部クラッド層を形成する工程、下部クラッド層の上にコア層を形成する工程、コア層の上にレジスト層を形成し、ホトマスクを介してレジスト層を露光、現像後、コア層をドライエッチングしてコアを形成する工程、コア形成後、上部クラッド層を形成する工程を有するポリマー光導波路の製造方法において、
上部クラッド層の形成を２回以上に分けて行うこと、及び、第１上部クラッド層の厚さを１．５μｍ以下とすることを特徴とするポリマー光導波路の製造方法。
第１上部クラッド層の厚さが、０．４μｍ〜１．２μｍである請求項１記載の方法。
コア形成後、第１上部クラッド層形成前に熱処理工程を含む請求項１又は２記載の方法。
熱処理工程が、２００〜２５０℃で２０分〜２時間行われる請求項３記載の方法。
コアが幅１５μｍ以上の部分を含む請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
コアが分岐を含む請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
コアが幅１５μｍ以上の部分と幅１５μｍ未満の部分を含む請求項６記載の方法。
上部クラッド層全体の厚さが、１０μｍ以上である請求項１〜７のいずれか１項記載の方法。
クラッド層及びコアがフッ素化ポリイミドを含む請求項１〜８のいずれか１項記載の方法。