JP2008107276A

JP2008107276A - 光透過性部材の欠陥検出方法、欠陥検査システム及び製造方法

Info

Publication number: JP2008107276A
Application number: JP2006292280A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Yamaguchi; 正利山口; Toshihiro Kuroda; 敏裕黒田; Rei Yamamoto; 礼山本
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2008-05-08

Abstract

【課題】光透過性部材の屈折率不連続欠陥を視認化し、屈折率不連続欠陥を効率よく識別しうる方法及びこれを用いた光透過性部材の製造方法を提供すること。
【解決手段】光透過性部材の欠陥検出方法であって、観察光の波長分布が波長２５０〜６５０ｎｍの光に対する波長６５０〜７５０ｎｍの光の強度比が面積比で０．４以上である偏光顕微鏡を用いて、屈折率不連続欠陥の有無を検出することを特徴とする欠陥検出方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、光透過性部材のの欠陥検出方法、欠陥検査システム及び製造方法に関する。

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、高性能な光導波路や融着カプラー、光フィルタやレンズなどの光透過性部材を、安価かつ大量に製造する必要がある。

例えば光透過性部材の一つである光導波路は、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及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、アンダークラッド層を形成する工程、アンダー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、オーバー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。

コア層をエッチングしてコアを形成する際、あるいはコア形成後、上部クラッド層を形成する工程において、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、コアパターンに沿って下部クラッド層にクラックを生じることがあった。このようなクラックのうち大きなものは、普通の光学顕微鏡や暗視野による検査により発見できる。またコア形状の不具合も発見できる。しかし、いずれの手法によってもコアパターンに沿って部分的に発生した微少なクラックを識別することはできなかった。

また、コアとコアの外周を被覆したオーバークラッドからなる光ファイバを融着してカプラーを製作する場合、融着部の光ファイバクラッド層を互いに密着させて溶融・延伸しなければならない。まず、融着する２本の光ファイバの融着部分の光ファイバクラッド層を剥き出し状態にする。次に、お互いの光ファイバクラッド層を密着させ、光ファイバをガスバーナーを移動させながら加熱・溶融するとともに、光ファイバに少しずつ引張力を与え、融着部を細くする。この融着部に微小なクラックなどの屈折率不連続欠陥が発生すると、分岐比がずれるという問題があった。この微小なクラックは、通常の顕微鏡では観察できず、光出力装置、光検出器を光ファイバの入力、出力端に接続し、実際光損失を計測することで、検査をおこなっており、生産性に問題があった。

光学フィルタは、光を透過させるための基板のガラス基板と、ガラス基板の一方の面に第１の材料の高屈折率材料層と、第２の材料の低屈折率材料層とが、交互に積層された誘電体多層膜と、ガラス基板２の他方の面に、誘電体からなる１層の薄膜が形成された誘電体単層膜とで構成されている。例えば、ガラス基板は、白板ガラス（屈折率、ｎ＝１．５２）で、誘電体多層膜の材料は、高屈折率材料層がＴｉＯ₂（ｎ＝２．４０）、低屈折率材料層がＳｉＯ₂（ｎ＝１．４６）で構成される。前記ガラス基板の一方の面（上面）に高屈折率材料のＴｉＯ₂膜が積層され、積層された高屈折率材料のＴｉＯ₂膜の上面に、低屈折率材料のＳｉＯ₂膜が積層され、以下、低屈折率材料のＳｉＯ₂膜の上面に高屈折率材料のＴｉＯ₂膜と低屈折率材料のＳｉＯ₂膜が順次、交互に積層され、誘電体多層膜の最上膜層は、低屈折率材料のＳｉＯ₂膜が積層されて、各々３０層、計６０層の誘電体多層膜を形成している。

成膜方法は通常の真空蒸着法を用いる。膜構成は、ＴｉＯ₂の高屈折率材料層とＳｉＯ₂の低屈折率材料層を、前記に示した膜厚構成でガラス基板の上面に交互に成膜する。

成膜方法は、ガラス基板表面にＳｉＯ₂を蒸着する際に、蒸着するＳｉＯ₂にイオン照射しながら蒸着を行うイオンアシスト法を用いて、成膜される膜の圧縮応力が強く、緻密な誘電体単層膜を形成する。成膜装置は、イオンアシスト装置を用いて、ガラス基板を真空蒸着チャンバ内の成膜用サセプタに取り付けて、真空蒸着チャンバ内の下部に低屈折率材料のＳｉＯ₂を充填したるつぼを配置して、ＳｉＯ₂を蒸着すると同時に、電解で加速されたイオンビームをガラス基板へ照射して、活性な状態を維持したまま、ガラス基板に所望の厚みに成膜する。しかし、多層膜形成面に異物、汚れなどがあると、多層膜に応力異常が発生し、微小なクラックが発生する問題があった。この微小なクラックは、通常の顕微鏡では観察できなかった。

次に、例えば、樹脂製のレンズは成形型による注型成形で製造されるのが一般的である。成形型には、凹面側に球面、回転対称非球面、多重焦点面、自由曲面のいずれかを有した凸面成形型と、凸面側に球面、回転対称非球面、トーリック面、非球面乱視面、多重焦点面、自由曲面のいずれかを有した凹面成形型とがある。これらの成形型を、所望のレンズが成形できるように組み合わせて注型成形を行う。成形後離型されたレンズは十分満足できる精度の光学面を有しているため、染色工程、ハードコート工程、蒸着工程等を経て完成レンズとなる。

しかしながら、レンズ成形時に、カケ、気泡、クラック等の成形不良が発生することがあり、この成形不良は、大きな欠陥場合、見た目の悪さ、レンズとして必要な大きさが確保できない等の品質上の問題となる。また、クラックが微小である場合、見た目では判別できないが、光学装置においては、異常光線となり、設定した光軸からずれるため問題となる。この微小なクラックは、通常の顕微鏡では検出出来なかった。

そこで、いろいろな分野で、欠陥を検出するための手法が提案されている。特許文献１には、配線基板等の上に形成された有機絶縁膜の形状の異常（ピンホールやクラック）を紫外線を用いて検出する方法が開示されている。特許文献２には、回路パターンにおけるクラックを顕微鏡により観察する方法が開示されている。特許文献３には、はんだ接合部に発生したクラックに蛍光液を浸透させ、裂断後、裂断面に紫外線を照射して蛍光液を発光させ、顕微鏡で観察する方法が開示されている。特許文献４には、誘電体多層膜フィルタチップの欠陥を偏光顕微鏡を用いて検査する方法が開示されている。特許文献５には、クラッド層中の気泡や異物を偏光顕微鏡により検出する方法が開示されている。特許文献６には、光ファイバのコアと光導波路のコアの位置合わせを偏光顕微鏡を用いて行う方法が開示されている。

特開２００３−２１６０６特開２００２−９４１９特開平１０−４８１５６特開２００３−３０７６１６特開平７−２７９３８特開２００３−１２１６８６

本発明の目的は、光透過性部材の検査方法を提供することであり、屈折率不連続欠陥、特に気泡、異物又は屈折率異常面クラックを視認化し、屈折率不連続欠陥を効率よく検出する方法を提供することである。
本発明の他の目的は、上記検出方法により欠陥を検出する複合処理手段を有する光透過性部材の欠陥検査システムを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、上記検出方法又は検査システムを含む光透過性部材の製造方法を提供することである。

本発明は以下に示す光透過性部材の欠陥検出方法、光透過性部材の欠陥検査システム及び光透過性部材の製造方法を提供するものである。
１．光透過性部材の欠陥検出方法であって、観察光の波長分布が波長２５０〜６５０ｎｍの光に対する波長６５０〜７５０ｎｍの光の強度比が面積比で０．４以上である偏光顕微鏡を用いて、屈折率不連続欠陥の有無を検出することを特徴とする欠陥検出方法。
２．屈折率不連続欠陥が、気泡、異物又は屈折率異常面である上記１記載の欠陥検出方法。
３．光透過性部材が、オーバークラッド材を有する光デバイスである上記１又は２記載の欠陥検出方法。
４．光透過性部材が、レンズまたは光フィルタである上記１又は２記載の欠陥検出方法。
５．オーバークラッド材を有する光デバイスが、光導波路部材または融着カプラーである上記３記載の欠陥検出方法。
６．上記１〜５のいずれか１項記載の欠陥検出方法により欠陥を検出する手段を有する光透過性部材の欠陥検査システム。
７．上記１〜５のいずれか１項記載の欠陥検出方法を含む光透過性部材の製造方法。
８．上記６記載の欠陥検査システムをインラインに含む光透過性部材の製造方法。

本発明によれば、屈折率不連続欠陥である気泡、異物又は屈折率異常面等を偏光顕微鏡により観察するため、従来の普通の光学顕微鏡や暗視野による観察では発見できなかった微少な屈折率不連続欠陥を発見することができる。従って従来の方法と比較して光学特性歩留まりを顕著に向上させることができる。

本発明の光透過性部材の欠陥検出方法に使用する偏光顕微鏡は、望ましくは、観察光の波長２５０〜６５０ｎｍの光に対する波長６５０〜７５０ｎｍの光の強度比が、面積比で０．４以上、好ましくは０．５以上、より好ましくは０．６以上である。この強度比（面積比）は、顕微鏡の試料台の高さに光ファイバーを固定し、対物レンズから照射される観察光を採光し、Plasma Chemistry Monitor (SC Technology Inc.)によりスペクトルを測定し、このスペクトルを画像解析して得られる面積比により定義されるものである。観察できる欠陥は、気泡、異物又は屈折率異常面等の屈折率不連続欠陥である。

光透過性部材の一つでオーバークラッド材を有する光デバイスの一つとして、ポリマー光導波路がある。前述のとおり、光導波路は一般に、シリコン等の基板上に、アンダークラッド層を形成する工程、アンダー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、オーバー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。上記従来の製造方法において、コア層をドライエッチングしてコアを形成する工程、あるいはコア形成後、オーバークラッド層を形成する工程において、コアパターンに沿ってアンダークラッド層にクラックが発生することがある。この原因としてはドライエッチングの際のマイクロトレンチの影響や、オーバークラッド層形成時の乾燥収縮による応力、ソルベントクラック等の影響が考えられる。また、製造工程中に膜中に気泡や、異物が混入する場合もある。本発明の方法はこれらの屈折率不連続欠陥の検出に使用できる。本発明の方法は、ポリマー光導波路に限らず、石英、シリコン等の無機材料からなる光導波路にも同様に適用できる。

本発明の方法は、光透過性部材の一つでオーバークラッド材を有する光デバイスの一つである融着カプラーの融着部に発生する微小なクラックなどの屈折率不連続欠陥の検出にも使用できる。

本発明の方法は、光透過性部材の一つである光学フィルタに発生する多層膜形成面に存在する異物、汚れなどが原因で多層膜に応力異常により、発生する微小なクラック等の屈折率不連続欠陥の検出にも使用できる。

本発明の方法は、光透過性部材の一つであるレンズのレンズ成形型に発生するカケ、気泡、クラック等の屈折率不連続面の検出にも使用できる。ここで、レンズは成形法に限らず、研磨により、バルクから研削して形成する方法でも良い。材料は、樹脂に限らず、ガラスなどの無機材料にも適用できる。

上記の欠陥検出方法により欠陥を検出する手段を有する光透過性部材の欠陥検査システム、好ましくは、該欠陥検出手段を中間検査、最終検査など工程中複数箇所に設けた光透過性部材の欠陥検査システムを使用することにより、一層確実な屈折率不連続欠陥の検出が可能となる。

また、この欠陥検査システムは製造工程のラインに組み込んでインライン化することでより効率良く屈折率不連続欠陥を検出できる。

実施例
本発明の一実施例を以下に示す。
直径約１２．７ｃｍのシリコンウエハを用意し、この基板の上に、第１のフッ素化ポリイミドからなるアンダークラッド層、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、Ｓｉ含有レジスト層を順次形成し、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をエッチングしてコア（幅８μｍ）を形成した。これを中間品とする。この中間品を、偏光顕微鏡（ニコン社製：ＯＰＴＰＨＯＴ１５０）及び通常の顕微鏡（オリンパス社製：ＢＨ２−ＵＭＡ）を用いて２０倍で観察し、良品と不良品の識別を行った。不良品と判定されたものの割合を表１に示す。この段階で不良品と判定されたものはそれ以上の処理を行わなかった。

良品と判定されたものについて、レジストを剥離した後、第１のフッ素化ポリイミドからなるオーバークラッド層（膜厚２０μｍ）を形成した。これを最終品とする。
この最終品をそれぞれ偏光顕微鏡及び通常の顕微鏡を用いて２０倍でクラックの有無を観察し、良品と不良品の識別を行った。

使用した偏光顕微鏡の観察光のスペクトルを図１に、通常の顕微鏡の観察光のスペクトルを図２に示す。これらのスペクトルを画像解析して波長２５０〜６５０ｎｍの光の面積（Ａ）に対する波長６５０〜７５０ｎｍの光の面積（Ｂ）の比を求めたところ、それぞれ０．６５（図１）、及び０．１４（図２）であった。本スペクトルを有する偏光顕微鏡を光導波路の製造工程の検査工程に用いた。

良品と判定された光導波路の光学特性歩留まり（％）（母数１１）を調べた。結果を表１に示す。光学特性歩留まりは、良品と判定された光導波路のうち、光伝搬損失が１．５ｄＢ以下のものの割合を示す。

偏光顕微鏡で観察した場合、従来の光学顕微鏡で観察した場合と比較して中間品の不良品識別率が高い。これは、この段階で不良品をより効率よく識別排除できることを意味する。また、偏光顕微鏡で観察した場合、光導波路の光学特性歩留まり（％）は１００％であった。これは、偏光顕微鏡で観察した場合には、不良品が完全に識別されていることを意味する。

これに対して、従来の光学顕微鏡で観察した場合、光導波路の光学特性歩留まり（％）が低く、これは光学顕微鏡で観察した場合には、多くの不良品を良品と誤って判定していることを意味する。

実施例で使用した偏光顕微鏡の観察光のスペクトルを示す。通常の顕微鏡の観察光のスペクトルを示す。

Claims

光透過部材の欠陥検出方法であって、観察光の波長分布が波長２５０〜６５０ｎｍの光に対する波長６５０〜７５０ｎｍの光の強度比が面積比で０．４以上である偏光顕微鏡を用いて、屈折率不連続欠陥の有無を検出することを特徴とする欠陥検出方法。
屈折率不連続欠陥が、気泡、異物又は屈折率異常面である請求項１記載の欠陥検出方法。
光透過性部材が、オーバークラッド材を有する光デバイスである請求項１又は２記載の欠陥検出方法。
光透過性部材が、レンズまたは光フィルタである請求項１又は２記載の欠陥検出方法。
オーバークラッド材を有する光デバイスが、光導波路部材または融着カプラーである請求項３記載の欠陥検出方法。
請求項１〜５のいずれか１項記載の欠陥検出方法により欠陥を検出する手段を有する光透過性部材の欠陥検査システム。
請求項１〜５のいずれか１項記載の欠陥検出方法を含む光透過性部材の製造方法。
請求項６記載の欠陥検査システムをインラインに含む光透過性部材の製造方法。