JP4468843B2

JP4468843B2 - 光導波路の製造方法

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Publication number: JP4468843B2
Application number: JP2005066003A
Authority: JP
Inventors: 龍介内藤; 英之薄井; 周望月
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2025-03-09
Also published as: EP1701188B1; KR20060097646A; CN101034188A; DE602006001008T2; JP2006251219A; DE602006001008D1; KR100976671B1; CN100472257C; US7215862B2; US20060204196A1; EP1701188A1

Description

本発明は、光導波路の製造方法に関し、詳しくは、光路を変換する光導波路の製造方法に関する。

複数の光デバイスの間を光接続するための光導波路において、光路を変換する光導波路は、光路変換素子として、光電気混載基板などに用いられている。
このような光路変換素子の製造方法として、例えば、刃先に傾斜角を有するブレードを用いて、切削時に該ブレードを光導波路に対して垂直に当てて加工を行うことにより、光導波路にマイクロミラーとなる傾斜端面を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−３００９６１号公報

しかし、特許文献１に記載される方法では、刃先に傾斜角を有するブレードを光導波路に対して垂直に当てて加工するので、マイクロミラーとなる傾斜端面が、互いに平行するように配置される複数の光路に対して、各光路の長手方向に直交する方向に沿って直線的に形成される。つまり、各光路に対して、光路の長手方向における同一位置に、光路を変換するためのマイクロミラーが形成される。そのため、各光路に対応して、光路の長手方向におけるそれぞれ異なる位置に、マイクロミラーを形成することができないという不具合がある。

本発明の目的は、各光路に対応して、光路の長手方向の任意の位置に、光路を変換するための光反射層を形成することのできる、光導波路の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の光導波路の製造方法は、アンダークラッド層の上に、光路変換面形成部材を設置する工程、前記アンダークラッド層の上に、前記光路変換面形成部材を被覆するように、感光性樹脂層を形成する工程、前記感光性樹脂層を形成する工程後、前記光路変換面形成部材を除去する工程、前記光路変換面形成部材を除去する工程後、前記光路変換面形成部材が接触していた前記感光性樹脂層の端面に、光反射層を形成する工程、前記光反射層を形成する工程後、前記感光性樹脂層を露光後、現像することにより、コア層を形成する工程、および、前記アンダークラッド層の上に、前記コア層を被覆するように、オーバークラッド層を形成する工程を備えていることを特徴としている。

本発明の光導波路の製造方法では、アンダークラッド層の上に、光が通過する光路である各コア層に対応して、光路変換面形成部材を、コア層の長手方向の任意の位置に設置することができる。そのため、各コア層に対応して、コア層の長手方向の任意の位置に、コア層の光路を変換するための光反射層を形成することができる。その結果、本発明の光導波路の製造方法によれば、複数のコア層において、コア層ごとに任意の位置でコア層の光路の変換ができ、その光路の変換の自由度が大きい光導波路を製造することができる。

図１は、本発明の光導波路の製造方法の一実施形態を示す製造工程図である。この方法では、まず、アンダークラッド層２を用意する。
アンダークラッド層２は、図１（ａ）に示すように、例えば、基板１の上に形成することにより、用意する。
基板１には、特に制限されないが、例えば、シリコンウエハ、青板ガラス、合成石英、ガラス−エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などからなる基板（平板）が用いられる。

アンダークラッド層２には、特に制限されないが、透明性の観点から、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、またはこれらのフッ素化樹脂や重水素化樹脂、さらには、フルオレン誘導体樹脂などが用いられる。これら樹脂は、好ましくは、感光剤を配合して、感光性樹脂として用いられる。好ましくは、感光性ポリイミド樹脂（原料としては、感光性ポリアミック酸樹脂や感光性フッ素化ポリアミック酸樹脂）および感光性フルオレン誘導体樹脂（原料としては、感光性フルオレン誘導体）が用いられる。

アンダークラッド層２を、基板１の上に形成するには、例えば、上記した樹脂のワニス（樹脂溶液）を調製して、そのワニスを基板１の上に、例えば、キャスティング、スピンコートなどによって塗布後、乾燥し、必要により加熱する。アンダークラッド層２の厚みは、好ましくは、５〜１００μｍである。なお、感光性樹脂が用いられる場合には、ワニスの塗布および乾燥後に、露光して、必要により現像する。

次いで、この方法では、図１（ｂ）に示すように、アンダークラッド層２の上に、光路変換面形成部材３を設置する。
光路変換面形成部材３は、プリズムからなり、例えば、合成石英製のプリズムや、硼珪酸ガラス製（ＢＫ−７）のプリズムが用いられる。より具体的には、光路変換面形成部材３は、例えば、合成石英や硼珪酸ガラス製（ＢＫ−７）からなる１辺が３０μｍ〜１ｃｍの正四角柱を、正方形側面の対角方向に沿ってカットすることにより、三角柱に形成したものが用いられる。なお、カット面である傾斜面１０は、平滑面とされている。

光路変換面形成部材３は、図２に示すように、次の工程で形成される複数のコア層４のそれぞれに対応して、コア層４の長手方向における光路を変換すべき同一または異なる位置に、コア層４の長手方向に直交する幅方向において互いに間隔を隔てて複数設置される。また、各光路変換面形成部材３は、その傾斜面１０が、厚み方向（コア層４の厚み方向であって、図１中、上下方向、以下同じ。）に対して傾斜（例えば、４５°に傾斜）するように配置される。

各光路変換面形成部材３の設置は、例えば、アンダークラッド層２の表面を加熱により軟化させた後、各光路変換面形成部材３をその表面に圧着固定させる。加熱する温度および時間は、適宜決定される。
次いで、この方法では、図１（ｃ）に示すように、アンダークラッド層２の上に、光路変換面形成部材３を被覆するように、コア層４を形成するための感光性樹脂層５を形成する。

感光性樹脂層５は、コア層４の屈折率が、アンダークラッド層２および後述するオーバークラッド層７の屈折率よりも、大きくなれば、特に制限されず、上記した感光性樹脂、例えば、感光性ポリイミド樹脂、感光性ポリアミド樹脂、感光性シリコーン樹脂、感光性エポキシ樹脂、またはこれらの感光性フッ素化樹脂や感光性重水素化樹脂、さらには、感光性フルオレン誘導体樹脂などが用いられる。好ましくは、感光性ポリイミド樹脂および感光性フルオレン誘導体樹脂が用いられる。

アンダークラッド層２の上に、感光性樹脂層５を形成するには、感光性樹脂層５のワニス（樹脂溶液）を調製して、そのワニスをアンダークラッド層２の上に、各光路変換面形成部材３の少なくとも傾斜面１０を部分的に被覆するように、例えば、キャスティング、スピンコートなどによって塗布後、乾燥する。
次いで、この方法では、図１（ｄ）に示すように、光路変換面形成部材３を除去する。光路変換面形成部材３を除去するには、例えば、アンダークラッド層２および感光性樹脂層５の表面（光路変換面形成部材３との界面）が軟化するように加熱して、光路変換面形成部材３を、その傾斜面１０が接触している感光性樹脂層５の端面８に対して反対側上方に向かって引き抜くようにする。

次いで、この方法では、図１（ｅ）に示すように、光路変換面形成部材３の傾斜面１０が接触していた感光性樹脂層５の端面８に、光反射層９を形成する。光反射層９は、例えば、誘電体多層膜や金属層からなり、例えば、スパッタリングなどの真空蒸着法により、形成する。光反射層９の厚みは、例えば、５０〜２００ｎｍである。
この光反射層９は、各感光性樹脂層５の端面８において、厚み方向に対して傾斜（例えば、４５°に傾斜）するように、それぞれ形成される。また、各光反射層９の表面は、光散乱が生じないような、平滑面として形成される。

次いで、この方法では、図１（ｆ）に示すように、例えば、感光性樹脂層５をネガ画像でパターンニングする場合には、複数のコア層４に対応する部分が光を透過し、それ以外の部分が光を遮光するようにフォトマスク６を配置して、その後、このフォトマスク６を介して、感光性樹脂層５を露光する。露光方法は、特に制限されず、例えば、感光性樹脂層５とフォトマスク６とを直接接触させるハードコンタクト露光方法、感光性樹脂層５とフォトマスク６との間にわずかに隙間を設けるプロキシミティ露光方法、さらには、投影露光方法などの公知の露光方法が用いられる。

次いで、この方法では、必要により露光後加熱した後、図１（ｇ）に示すように、露光された感光性樹脂層５を現像し、その後、必要により加熱することにより、コア層４を形成する。
感光性樹脂層５の現像は、特に制限されず、公知の現像液を用いて、例えば、スプレー法、浸漬法などの公知の現像方法によって現像する。この現像によって、感光性樹脂層５における未露光部分が除去される。その後、感光性樹脂層５の種類により、適宜の温度で加熱する。なお、感光性樹脂層５の端面８に対して光路変換面形成部材３を挟んで反対側に形成されている感光性樹脂層５は、端面８に形成される光反射層９によって光路が変換され、光が通過しないので、未露光部分として現像により除去される。

なお、感光性樹脂層５をポジ画像でパターンニングする場合には、図示しないが、複数のコア層４に対応する部分が光を遮光し、それ以外の部分が光を透過するようにフォトマスク６を配置して、その後、このフォトマスク６を介して、感光性樹脂層５を露光し、現像後、必要により加熱する。
これによって、コア層４は、図２に示すように、光が通過する光路として、長手方向に沿って、幅方向において互いに間隔を隔てて平行するように複数形成される。各コア層４の幅は、例えば、５〜１００μｍであり、各コア層４間の間隔は、例えば、５〜１００μｍであり、各コア層４の厚みは、例えば、５〜１００μｍである。また、各コア層４は、互いに光路が変換される位置（つまり、光反射層９が形成されている位置）が異なるように形成される。

そして、この方法では、図１（ｈ）に示すように、アンダークラッド層２の上に、コア層４を被覆するように、オーバークラッド層７を形成することにより、光導波路１１を得る。
オーバークラッド層７には、アンダークラッド層２と同様の樹脂が用いられる。なお、アンダークラッド層２とオーバークラッド層７とは、同一の樹脂から形成してもよく、また、異なる樹脂から形成することもできる。

オーバークラッド層７を、アンダークラッド層２の上に形成するには、例えば、上記した樹脂のワニス（樹脂溶液）を調製して、そのワニスをアンダークラッド層２の上に、コア層４および反射層９を被覆するように、例えば、キャスティング、スピンコートなどによって塗布後、乾燥し、必要により加熱する。オーバークラッド層７の厚みは、好ましくは、５〜１００μｍである。

なお、その後、必要により、適宜の外形にダイシング加工する。
このようにして光導波路１１を製造すれば、アンダークラッド層２の上に、複数のコア層４に対応して、光路変換面形成部材３を、コア層４の長手方向の任意の位置に設置することができる。そのため、各コア層４に対応して、コア層４の長手方向の任意の位置に、コア層４の光路を変換するための光反射層９を形成することができる。その結果、複数のコア層４において、コア層４ごとに任意の位置でコア層４の光路の変換ができ、その光路の変換の自由度が大きい光導波路１１を製造することができる。

また、上記の方法は、光路変換面形成部材３を除去した後に、感光性樹脂層５の端面８に光反射層９を形成するので、コア層４に対して光路変換面形成部材３が大きい場合に好適である。

なお、上記の説明では、光路変換面形成部材３を、正四角柱を、正方形側面の対角方向に沿ってカットすることにより三角柱に形成したが、光路変換面形成部材３の形状は、特に制限されず、コア層４において光路を変換する角度に応じて、適宜の形状に形成される。

以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、何ら実施例に限定されることはない。
（ワニスの調製）
表１に示す処方で、各成分を、溶媒としてシクロヘキサノンを用いて混合溶解して、フルオレン誘導体ワニスＡおよびフルオレン誘導体ワニスＢを調製した。なお、各ワニスを硬化した硬化物の測定波長６３３ｎｍにおける屈折率を併せて表１に示す。

実施例１
１０ｃｍ×１０ｃｍの平板形状のガラス−エポキシ樹脂からなる厚み１ｍｍの基板の上に、フルオレン誘導体ワニスＡを、スピンコートにより塗布し、１００℃で１５分乾燥して感光性樹脂層を形成した。感光性樹脂層の全面に、２０００ｍＪ／ｃｍ²の照射量で紫外線を照射した後、１００℃で２０分加熱することにより、厚み２０μｍのアンダークラッド層を形成した（図１（ａ）参照）。

次いで、合成石英からなる１辺が１ｃｍの立方体を、正方形側面の対角方向に沿ってカットすることにより、三角柱のプリズムを形成し、このプリズムを光路変換面形成部材として、アンダークラッド層の上の適宜の位置に１０個設置した。その後、アンダークラッド層を１００℃で３０秒加熱後、室温まで冷却し、各光路変換面形成部材を固定した（図１（ｂ）参照）。

次いで、フルオレン誘導体ワニスＢを、アンダークラッド層の上に、各光路変換面形成部材を被覆するように、スピンコートにより塗布し、１００℃で３０分乾燥して感光性樹脂層を形成した（図１（ｃ）参照）。
その後、アンダークラッド層および感光性樹脂層を、１００℃で１０秒加熱して、各光路変換面形成部材を、感光性樹脂層から引き抜いた後（図１（ｄ）参照）、各光路変換面形成部材の傾斜面が接触していた感光性樹脂層の各端面に、スパッタリングにより、誘電体多層膜からなる厚み１００ｎｍの光反射層を形成した（図１（ｅ）参照）。この光反射層は、感光性樹脂層の各端面において、厚み方向に対して４５°に傾斜するように、それぞれ形成した。

そして、５０μｍ幅の直線光導波路パターンが描画されているフォトマスクを用いて、コンタクト露光方法にて、２０００ｍＪ／ｃｍ²の照射量で紫外線を感光性樹脂に照射した（図１（ｆ）参照）。さらに、１００℃で６０分露光後加熱した後、アセトニトリル系現像液を用いて、浸漬法にて、感光性樹脂を現像し、その後、１００℃で１０分加熱することにより、感光性樹脂中のアセトニトリルを除去して、これによって、厚み５０μｍのコア層を形成した（図１（ｇ）参照）。コア層は、長手方向に沿って、幅方向において互いに間隔を隔てて平行するように１０本形成した。また、各コア層は、互いに光路が変換される位置（つまり、光反射層が形成されている位置）が異なるように形成した。

そして、アンダークラッド層の上に、コア層および光反射層を被覆するように、フルオレン誘導体ワニスＡを、スピンコートにより塗布し、１００℃で２０分乾燥して感光性樹脂層を形成した。感光性樹脂層の全面に、３０００ｍＪ／ｃｍ²の照射量で紫外線を照射した後、１００℃で３０分加熱することにより、厚み８０μｍのオーバークラッド層を形成した（図１（ｈ）参照）。

最後に、ダイシング装置（ディスコ社製、モデル５２２）を用いて、コア層の長手方向における光反射層と反対側の端面を切り出し、光を入射させるための入射端面を形成した。
形成された１０本のコア層に、入射端面から波長８５０ｎｍの光をそれぞれ入射して、光反射層の反射損失を測定したところ、いずれも、１．０ｄＢであった。

本発明の光導波路の製造方法の一実施形態を示す製造工程図であって、（ａ）は、アンダークラッド層を用意する工程、（ｂ）は、アンダークラッド層の上に、光路変換面形成部材を設置する工程、（ｃ）は、アンダークラッド層の上に、光路変換面形成部材を被覆するように感光性樹脂層を形成する工程、（ｄ）は、光路変換面形成部材を除去する工程、（ｅ）は、感光性樹脂層の端面に、光反射層を形成する工程、（ｆ）は、感光性樹脂層を露光する工程、（ｇ）は、感光性樹脂層を現像して、コア層を形成する工程、（ｈ）は、アンダークラッド層の上に、コア層を被覆するように、オーバークラッド層を形成する工程を示す。図１に示す光導波路の製造方法により製造された光導波路の平面図である。

符号の説明

２アンダークラッド層
３光路変換面形成部材
４コア層
５感光性樹脂層
７オーバークラッド層
８感光性樹脂層の端面
９光反射層
１０傾斜面
１１光導波路

Claims

アンダークラッド層の上に、光路変換面形成部材を設置する工程、
前記アンダークラッド層の上に、前記光路変換面形成部材を被覆するように、感光性樹脂層を形成する工程、
前記感光性樹脂層を形成する工程後、前記光路変換面形成部材を除去する工程、
前記光路変換面形成部材を除去する工程後、前記光路変換面形成部材が接触していた前記感光性樹脂層の端面に、光反射層を形成する工程、
前記光反射層を形成する工程後、前記感光性樹脂層を露光後、現像することにより、コア層を形成する工程、および、
前記アンダークラッド層の上に、前記コア層を被覆するように、オーバークラッド層を形成する工程を備えていることを特徴とする、光導波路の製造方法。