JP4895320B2

JP4895320B2 - 光導波路デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP4895320B2
Application number: JP2000208581A
Authority: JP
Inventors: 円華近藤; 保宏桑名; 宏増田; 信生宮寺
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2020-07-10
Also published as: JP2002022988A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路に関し、特に、保護層と上部クラッドが樹脂製の光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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。しかしながら、真空蒸着装置やスパッタ装置は、真空排気設備が必要であるため、装置が大型で高価である。また、真空排気工程が必要であるため工程が複雑になる。これに対し、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ことができるため、装置および工程が簡単であるという利点がある。
【０００４】
また、光導波路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。ポリイミドにより光導波路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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
樹脂製の光導波路は、一般的には、基板上に、下部クラッド層、光導波路層、上部クラッド層を積層することにより構成される。これらの各層は、屈折率の関係から材料の樹脂が選択されることが多く、必ずしも耐食性の高い樹脂で構成されるとは限らない。そこで、耐食性の高い樹脂により、上部クラッド層を保護する保護層を形成することが考えられる。しかしながら、保護層を構成する樹脂の材料溶液に対して上部クラッド層のぬれ性が悪いと、材料溶液を塗布する際にはじかれてしまうため、一様に保護層を形成することが難しく、保護層に穴があいてしまうことがあった。これでは、保護層としての役割を十分に果たすことができない。ぬれ性を改善するためには、上部クラッド層と保護層との間に、さらに別の樹脂を接着層として配置することが考えられるが、上部クラッド層と保護層の双方の材質と接着性のよい材質を選択する必要があり、しかも、層構成が複雑になるため製造工程も複雑になってしまう。
【０００６】
本発明は、樹脂製の光導波路デバイスの製造方法であって、簡単な工程で耐食性の優れた保護層を形成することのできる光導波路デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のような光導波路デバイスの製造方法が提供される。すなわち、下部クラッド層が形成された基板上に、光導波路（コア）と、上部クラッド層とを樹脂により形成する第１の工程と、
前記上部クラッド層の表面部を削り取る第２の工程と、
前記第２の工程が施された上部クラッド層の上に、樹脂の材料溶液を２回重ねて塗布し、これを加熱して硬化させることにより、前記樹脂からなる保護層を形成する第３の工程とを有することを特徴とする光導波路デバイスの製造方法が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態の光導波路デバイスの製造方法について説明する。
【０００９】
本実施の形態では、保護層の材料溶液を塗布する工程の前に、上部クラッド層の上面をアッシングするとともに、保護層の材料溶液を塗布する際に、溶媒雰囲気中で塗布を行うことにより、ぬれ性の良くない上部クラッド層であっても穴のない保護層を形成することを可能にするものである。
【００１０】
まず、製造方法により製造される光導波路デバイスの構成を図１、図２を用いて説明する。光導波路デバイスは、Ｓｉ基板１の上に、光導波路積層体１０を備えている。
【００１１】
光導波路積層体１０は、基板１の上に配置された下部クラッド層３と、その上に搭載された光導波路４と、光導波路４を埋め込む上部クラッド層５と、保護層９とを含んでいる。
【００１２】
下部クラッド層３および上部クラッド層５は、いずれも、日立化成工業株式会社製ＯＰＩ−Ｎ１００５（商品名）を用いて形成したポリイミド膜からなる。下部クラッド層３の膜厚は、約６μｍ、上部クラッド層５の膜厚は、下部クラッド層表面から約１２μｍである。光導波路４は、日立化成工業株式会社製ＯＰＩ−Ｎ３２０５（商品名）を用いて形成したポリイミド膜からなり、その膜厚は約６μｍであり、光導波路４の幅は約６μｍである。保護層９は、日立化成デュポンマイクロシステムズ株式会社製ＰＩＸ−６４００（商品名）を用いて形成したポリイミド膜であり、その膜厚は、光導波路４から離れた端部の部分で約５μｍである。
【００１３】
つぎに、本実施の形態の光導波路デバイスの製造方法について、図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ｄ）、（ｅ）を用いて説明する。
【００１４】
まず、Ｓｉ基板１の全体に前述のＯＰＩ−Ｎ１００５をスピン塗布して材料溶液膜を形成する。その後、乾燥器で１００℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱することにより溶媒を蒸発させ、続けて３７０℃で６０分加熱することにより硬化させ、下部クラッド層３を形成する（図１（ｂ））。
【００１５】
この下部クラッド層３の上に、前述のＯＰＩ−Ｎ３２０５をスピン塗布して材料溶液膜を形成する。その後、乾燥器で１００℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱することにより溶媒を蒸発させ、続けて３５０℃で６０分加熱することにより硬化を行い、光導波路４となるポリイミド膜を形成する。このポリイミド層の上にレジストをスピン塗布し、乾燥後、水銀ランプで露光、現像することにより、レジストパターン層を形成する。このレジストパターン層は、前述のポリイミド膜を光導波路４の形状に加工するためのマスクとして用いられる。よって、このレジストパターン層をマスクとして、前述のポリイミド層を酸素でリアクティブイオンエッチング（Ｏ₂−Ｒ１Ｅ）することにより、光導波路４を得ることができる（図１（ｃ））。その後、レジストパターン層を剥離する。
【００１６】
つぎに、光導波路４および下部クラッド層３を覆うように、ＯＰＩ−Ｎ１００５をスピン塗布する。得られた材料溶液膜を、乾燥器で１００℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱して材料溶液膜中の溶媒を蒸発させ、３５０℃で６０分加熱することによりポリイミド膜の上部クラッド層５を形成する（図２（ｄ））。
【００１７】
つぎに、材料溶液としてＰＩＸ−６４００により保護層９を形成する。ＰＩＸ−６４００を硬化させることにより得られるポリイミドは、耐食性に優れているが、ＯＰＩ−Ｎ１００５から形成した上部クラッド層５は、ＰＩＸ−６４００に対するぬれ性が良くない。このため、上部クラッド層５の上にＰＩＸ−６４００を通常の方法でスピン塗布すると、部分的にＰＩＸ−６４００が上部クラッド層５にはじかれる。ＰＩＸ−６４００が上部クラッド層５にはじかれた部分では、ＰＩＸ−６４００の材料溶液膜が形成されないため、材料溶液膜に穴があいた状態となり、穴から上部クラッド層５が露出される。この穴は、ＰＩＸ−６４００を硬化しても残るため、部分的に穴のあいた保護層９となってしまう。そこで、本実施の形態では、上部クラッド層５の保護層９の材料溶液に対するぬれ性を高めるため、上部クラッド層５の上面を酸素プラズマによりアッシングするアッシャ処理を施し、上部クラッド層５の上面を荒らして薄く削りとる。酸素プラズマは、本実施の形態では４００Ｗ、４０Ｐａの条件で発生させる。また、プラズマ発生条件および処理時間を調節することにより、アッシャ処理により上部クラッド層５が削られる厚さを制御する。このようにアッシャ処理を行うことにより、ＰＩＸ−６４００に対する上部クラッド層５のぬれ性を高めることができる。
【００１８】
また、本実施の形態では、このアッシャ処理が施された上部クラッド層５の上に、２回にわけてＰＩＸ−６４００を塗布することにより、材料溶液膜を形成する。その際、１回目の塗布は、ＰＩＸ−６４００に含まれる溶媒であるＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドの蒸気が充満した雰囲気中で行う。溶媒雰囲気中で塗布を行うことにより、ＰＩＸ−６４００に対する上部クラッド層５のぬれ性をさらに高めることができ、ＰＩＸ−６４００は上部クラッド層５にほとんどはじかれない。よって、１回目の塗布により形成される材料溶液膜は、全く穴がないか、穴が生じていてもその径がごく小さくなっている。このようにして形成した１層目の材料溶液膜を２００℃まで昇温させ、２００℃で１０分間加熱することにより溶媒を蒸発させる。なお、スピン塗布を溶媒雰囲気中で行うのは、スピン塗布装置の内壁に前記溶媒を塗布しておくことにより、容易に実現できる。
このように乾燥させた１層目の材料溶液膜の上に、もう一度ＰＩＸ−６４００をコーターで塗布し、２層目の材料溶液膜を塗布する。この２回目の塗布は、１層目が同じＰＩＸ−６４００の膜であるため、ぬれ性が非常に良く、一様に材料溶液膜を形成できる。この２回目の材料溶液の塗布は、ぬれ性が良いため、溶媒雰囲気中ではなく大気中で行うことができる。２層目の材料溶液膜の塗布により、１層目のＰＩＸ−６４００膜に小さな穴があった場合にも、その穴の部分を完全に覆うことができる。このようにして２層のＰＩＸ−６４００の膜を形成することにより、上部クラッド層５の上面は、少なくとも２層目の材料溶液膜で完全に覆われている。
【００１９】
このように形成した２層のＰＩＸ−６４００の膜を、２００℃まで昇温させ、２００℃で３０分加熱して溶媒を蒸発させ、続けて３５０℃で３０分加熱して硬化させる。これにより、厚さ５μｍのポリイミド膜の保護層９を得ることができる。
【００２０】
このような製造方法で製造した本実施の形態の光導波路デバイス１００は、上部クラッド層５の上面が、耐食性の良い保護層９で完全に覆われているため、保護層９形成後の製造工程においてエッチング工程等があっても、光導波路４や上部クラッド５が保護層９によって保護される。よって、光学特性に優れた光導波路デバイスを製造することができる。また、保護層９の耐食性が優れているため、本実施の形態の光導波路デバイスは、製造後の経時劣化を生じにくく、長期間に渡って安定な光学特性を提供できる。
【００２１】
なお、保護層９の形成の工程において、アッシャ処理により削りとる上部クラッド層５の厚さは、０．０５μｍ以上０．４μｍ以下が望ましい。というのは、削りとる厚さが０．０５μｍよりも薄いと、ぬれ性の改善の効果が十分ではないため、ＰＩＸ−６４００を１回目に塗布する際に必ず溶媒雰囲気中で塗布する必要がある。溶媒雰囲気中で塗布しない場合、図３のように１回目のＰＩＸ−６４００の塗布により形成される材料溶液膜９ａに生じる穴を、２回目の塗布で形成される材料溶液膜９ｂがふさぎ切れず、材料溶液膜９ｂの穴から上部クラッド層５が露出されることがある。一方、上部クラッド層５の削り量が０．１μｍ以上であれば、ＰＩＸ−６４００を１回目に塗布する際に、溶媒雰囲気中で塗布しなくても、少なくも２回目の塗布により形成される材料溶液膜により、上部クラッド層５の上面を覆うことができる。よって、削り量を０．１μｍ以上にした場合には、上述の２回の塗布工程をいずれも大気中で行うことができるため、さらに簡単な製造工程で上記光導波路デバイスを製造することができる。ただし、アッシャ処理により削られる上部クラッド層５の厚さが、０．４μｍを超えると、上部クラッド層５の表面に細かいクラックが生じることがあるため、０．４μｍ以下に削り量を抑えることが望ましい。
【００２２】
上述してきたように、本実施の形態では、樹脂製の上部クラッド層５の上に、保護層９を形成する際に、保護層９の材料溶液に対する上部クラッド層５のぬれ性が低い場合にも、アッシャ処理を行い、塗布時に溶媒雰囲気にするという簡単な処理を行うことにより、上部クラッド層５の上面を完全に覆う保護層９を形成することができる。したがって、保護層９の材料として、耐食性の高い樹脂を選択することができ、簡単な構成で耐食性の優れた光導波路デバイスを製造することができる。
【００２３】
なお、上述の実施の形態では、保護層９の材料溶液膜を形成する際に、２回目の塗布を大気中で行っているが、１回目の塗布と同じく溶媒雰囲気中で行うことももちろん可能である。
【００２４】
また、保護層９の材料溶液の１回目の塗布の際に、溶媒雰囲気中で塗布する代わりに、塗布の前に溶媒を上部クラッド層５の上面に前記溶媒を塗布した後、前記材料溶液を塗布する方法を用いることもできる。
【００２５】
また、上述の実施の形態では、上部クラッド層５にアッシャ処理を施し、表面を荒らしながら薄く削りとることによりぬれ性を向上させているが、アッシャ処理に限らず表面を荒らしながら薄く削り取ることができる他の方法で処理を行うことができる。例えば、逆スパッタ法やドライエッチング法を用いることができる。
【００２６】
また、本実施の形態で製造した光導波路デバイスは、下部クラッド層３から保護層９まで全ての層をポリイミドで形成しているため、Ｔｇが高く、耐熱性にすぐれている。よって、本実施の形態の光導波路デバイスは、高温になっても伝搬特性を維持できる。また、ポリイミドは、半田付け等の高温工程にも耐えることができるため、光導波路デバイスの上にさらに別の光導波路デバイスや電気回路素子や受発光素子をはんだ付けすることも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
上述してきたように、本発明によれば、樹脂製の光導波路デバイスの製造方法であって、簡単な工程で耐食性の優れた保護層を形成することのできる光導波路デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施の形態の光導波路デバイスを製造する工程を示す斜視図である。
【図２】（ｄ）、（ｅ）は、本発明の一実施の形態の光導波路デバイスを製造する工程を示す斜視図である。
【図３】比較例の条件で保護層を形成した場合に、保護層に生じる穴を示す上面図である。
【符号の説明】
１・・・シリコン基板
３・・・下部クラッド層
４・・・光導波路
５・・・上部クラッド層
９・・・保護層
１０・・・光導波路積層体

Claims

下部クラッド層が形成された基板上に、光導波路と、上部クラッド層とを樹脂により形成する第１の工程と、前記上部クラッド層の表面部を酸素プラズマによりアッシングすることにより０．０５μｍ以上０．４μｍ以下の厚さで削り取る第２の工程と、前記第２の工程が施された上部クラッド層の上に、保護層を形成する樹脂の材料溶液を、前記材料溶液に含まれる溶媒の蒸気の雰囲気中で少なくとも１回塗布し、これを加熱して硬化させることにより、前記樹脂からなる保護層を形成する第３の工程とを有し、上部クラッド層を形成する樹脂がフッ素化ポリイミドであり、かつ保護層を形成する樹脂がフッ素を含まないポリイミドであることを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
請求項１に記載の光導波路デバイスの製造方法において、前記第３の工程では、前記材料溶液を２回重ねて塗布することを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
請求項２に記載の光導波路デバイスの製造方法において、前記第３の工程で前記材料溶液を２回重ねて塗布する際に、少なくとも１回目の塗布を、前記材料溶液に含まれる溶媒の蒸気の雰囲気中で行うことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
請求項２または３に記載の光導波路の製造方法において、前記第３の工程で前記材料溶液を２回重ねて塗布する際に、１回目の塗布により形成された前記材料溶液の膜を一旦乾燥させてから２回目の塗布を行うことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
基板上に、樹脂からなる、下部クラッド層、光導波路、上部クラッド層及び保護層を有し、前記上部クラッド層の上面が前記保護層により完全に覆われていることを特徴とする光導波路デバイスであって、前記保護層が、前記上部クラッド層上に溶液でスピン塗布すると部分的に前記上部クラッド層にはじかれる材料で形成されており、上部クラッド層を形成する樹脂がフッ素化ポリイミドであり、かつ保護層を形成する樹脂がフッ素を含まないポリイミドであることを特徴とする光導波路デバイス。