KR20050056137A - 광 도파로의 제조방법 - Google Patents

광 도파로의 제조방법 Download PDF

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KR20050056137A
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polyimide resin
optical waveguide
substrate
forming
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나이토우류스케
모치즈키아마네
무네가즈노리
다가와겐이치
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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 기판의 표면 위에 커플링제를 함유하는 층 형성 물질로부터 기판 접착층을 형성하는 단계; 상기 기판 접착층 위에 언더클래딩층(undercladding layer)을 형성하는 단계; 및 상기 언더클래딩층 위에 현상액을 사용한 습식법을 통해 예비결정된 패턴의 코어층(core layer)을 형성하는 단계를 포함하는, 광 도파로(optical waveguide)의 제조방법의 제공에 관한 것이다.

Description

광 도파로의 제조방법{PROCESS FOR PRODUCING OPTICAL WAVEGUIDE}
본 발명은 광 통신, 광 정보처리 및 기타 일반 광학 분야에서 널리 사용되는 광 도파로의 제조방법에 관한 것이다.
광 도파로는 광 파장 장치, 광 집적회로 및 광 배선기판에 삽입되고, 광 통신, 광 정보처리 및 기타 일반 광학 분야에 널리 사용된다. 예를 들어, 규소 또는 실리카와 같은 기판 위에 제조되는 광 도파로의 경우, 광을 투과시키는 코어층 및 코어층보다 낮은 굴절률을 갖는 클래딩층으로 구성된다. 전술한 바와 같은 광 도파로는 언더클래딩층, 그 위에 형성된 코어층 및 코어층을 둘러싸는 오버클래딩층을 포함하는 3층 구조를 갖는다. 2개의 클래딩층, 즉 언더클래딩층 및 오버클래딩층을 형성하기 위한 물질 및 코어층을 형성하기 위한 물질로서 다양한 중합체성 물질이 사용된다.
2개의 클래딩층을 형성하기 위한 물질 및 코어층을 형성하기 위한 물질로서, 예를 들어 광 투과성 및 내열성이 만족스러운 불소화 폴리이미드가 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 불소화 폴리이미드는 기판에 대한 접착성이 불량하다. 이러한 기판과 클래딩층 사이의 접착성을 개선시키는 측면에서 기판과 클래딩층 사이에 언더코트층의 형성이 제안되었다. 또한, 접착성을 추가로 개선시키기 위해 상기 언더코트층에 커플링제의 혼입이 제안되었다(예를 들어, JP 2002-90559A호 참조).
전술한 바와 같은 층 구성은 복잡한 제조단계를 필요로 하므로, 커플링제를 클래딩층에 직접 혼입시킴으로써 언더코트층을 형성하지 않고 기판과 클래딩층 사이에 접착성을 제공하는 기술이 연구되고 있다.
그러나, 커플링제를 함유하는 언더클래딩층 형성을 위한 물질로부터 언더클래딩층을 형성하는 것은 다음과 같은 단점을 갖는다. 알칼리 현상액 등을 사용한 습식법에 의한 패턴화를 통해 언더클래딩층 위에 예비결정된 패턴을 갖는 코어층을 형성하는 경우, 언더클래딩층이 불투명해진다. 이러한 언더클래딩층의 불투명화는 광 전파 손실을 초래하므로 광 도파로에 있어서 바람직하지 못하다.
본 발명은 이러한 상황하에 달성된 것이다.
본 발명의 목적은 코어층 패턴화 도중 불투명화를 일으키지 않아 광 전파 손실이 감소되는 광 도파로를 수득할 수 있는, 광 도파로의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 효과는 하기 설명을 통해 보다 명백해질 것이다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위해 하기 구성의 광 도파로 제조방법을 제공한다. 즉, 본 발명의 방법은,
기판의 표면 위에 커플링제를 함유하는 층-형성 물질로부터 기판 접착층을 형성하는 단계;
상기 기판 접착층 위에 언더클래딩층을 형성하는 단계; 및
현상액을 사용한 습식법을 통해 상기 언더클래딩층 위에 예비결정된 패턴의 코어층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명자들은 현상액을 사용한 습식법에 의한 코어층 패턴화 도중 발생하는 언더클래딩층 불투명화의 원인을 밝히고 기판과 언더클래딩층 사이의 충분한 접착성을 제공하기 위해 많은 연구를 거듭하였다. 그 결과, 언더클래딩층의 불투명화는 언더클래딩층을 형성하기 위해 사용된 물질에 혼입된 커플링제에 기인함을 발견하였다. 즉, 커플링제를 함유하는 언더클래딩층 형성을 위한 물질은 현상액에 대한 저항성이 불량하기 때문에, 습식법에 의한 코어층 패턴화 도중 언더클래딩층이 불투명해지는 것이다. 따라서, 기판 위에 먼저 커플링제를 함유하는 기판 접착층을 형성하고 이 기판 접착층 위에 언더클래딩층을 형성하는 경우에는, 언더클래딩층이 불투명화를 유발하는 커플링제를 함유하지 않게 되므로 코어층 패턴화 도중 불투명해지지 않음을 발견하였다. 또한, 언더클래딩층이 커플링제를 함유하는 기판 접착층을 통해 기판 위에 배치되므로, 기판과 기판 접착층 사이의 접착성 및 기판 접착층과 언더클래딩층 사이의 접착성이 개선되고, 그 결과 기판과 언더클래딩층 사이에 만족스러운 접착성이 제공될 수 있음을 발견하였다. 본 발명은 이러한 발견을 기초로 완성되었다.
본 발명의 광 도파로 제조방법에 의해 수득된 광 도파로의 예로는 도 6에 도시한 층 구성을 갖는 광 도파로를 들 수 있다. 이 광 도파로는 기판(1); 그 위에 배치된 기판 접착층(2); 기판 접착층(2) 위에 배치된 언더클래딩층(3); 언더클래딩층(3) 위에 형성된 것으로서, 예비결정된 패턴을 갖는 코어층(4b); 및 코어층(4b)을 둘러싸도록 형성된 오버클래딩층(5)을 포함한다.
기판(1)의 물질은 특별히 제한되지 않는다. 예로는 청색 평유리, 합성 실리카, 규소 웨이퍼, 규소 다이옥사이드로 코팅된 규소 웨이퍼 및 폴리이미드 수지와 같은 공지된 물질을 들 수 있다.
기판(1) 위에 배치되는 기판 접착층(2)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 물질의 예로는 커플링제를 함유하는 폴리이미드 수지 전구체를 들 수 있다. 폴리이미드 수지 전구체는 테트라카복실산 이무수물과 다이아민을 반응시킴으로써 수득된다. 이러한 폴리이미드 수지 전구체에 커플링제를 혼입시킴으로써 제조된 혼합물을 기판 접착층을 형성하기 위한 물질로서 사용한다.
테트라카복실산 이무수물의 예로는 파이로멜리트산 이무수물, 3,3',4,4'-바이페닐테트라카복실산 이무수물, 2,2-비스(2,3-다이카복시페닐)-1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판 이무수물, 2,2-비스(3,4-다이카복시페닐)-1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판 이무수물, 3,3',4,4'-벤조페논테트라카복실산 이무수물, 비스(3,4-다이카복시페닐)에테르 이무수물, 및 비스(3,4-다이카복시페닐)설폰 이무수물을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 둘 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다.
한편, 다이아민의 예로는 m-페닐렌다이아민, p-페닐렌다이아민, 3,4'-다이아미노다이페닐 에테르, 4,4'-다이아미노다이페닐 에테르, 4,4'-다이아미노다이페닐 설폰, 3,3'-다이아미노다이페닐 설폰, 2,2-비스(4-아미노페녹시페닐)프로판, 2,2-비스(4-아미노페녹시페닐)헥사플루오로프로판, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 2,4-다이아미노톨루엔, 2,6-다이아미노톨루엔, 다이아미노다이페닐메탄, 4,4'-다이아미노-2,2-다이메틸바이페닐, 및 2,2'-비스(트리플루오로메틸)벤자이딘을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 둘 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다.
커플링제는 특별히 제한되지 않으며, 예로는 공지된 다양한 커플링제를 들 수 있다. 그러나, 기판에 대한 접착성 개선의 측면에서는 이들 공지된 커플링제 중에서 1,3-비스아미노(3-아미노프로필)-1,1,3,3-테트라메틸다이실록산을 사용하는 것이 바람직하다.
커플링제의 양은 다이아민의 양을 기준으로, 바람직하게는 0.5 내지 50몰%가 되도록 조정한다. 이는, 커플링제의 양이 다이아민의 양을 기준으로 0.5몰% 미만인 경우 기판(1)에 대한 접착성이 불충분해질 수 있고, 50몰%를 초과하는 경우 기판 접착층(2)의 강도가 저하될 수 있기 때문이다.
커플링제를 함유하는 폴리이미드 수지 전구체를 합성하고 기판 접착층(2)을 형성하기 위한 물질로서 사용하기 위해, 통상적인 합성방법이 사용될 수 있다. 즉, 질소 대기하에서 테트라카복실산 이무수물을 다이아민이 용해된 용매에 첨가하고 커플링제를 추가로 첨가한다. 이 혼합물을 5 내지 20시간 동안 실온에서 교반한다. 이로써, 점성 중합체 용액(폴리이미드 수지 전구체 용액)을 합성할 수 있다.
이 용액은 폴리이미드 수지 전구체의 합성시 통상적으로 사용되는 것인 한 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, N,N-다이메틸아세트아마이드(DMAc) 또는 N-메틸피롤리돈(NMP)와 같은 극성 용매가 사용될 수 있다. 투명성의 측면에서, DMAc를 사용하는 것이 가열 단계 도중 열분해될 가능성이 적으므로 바람직하다.
기판 접착층(2) 위에 배치되는 언더클래딩층(3)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 물질의 예로는 폴리이미드 수지 전구체를 들 수 있다. 이 전구체는 테트라카복실산 이무수물을 다이아민과 반응시킴으로써 수득된다.
테트라카복실산 이무수물로는, 기판 접착층(2)을 형성하기 위한 물질과 관련하여 전술한 것을 사용할 수 있다.
또한, 다이아민으로는 기판 접착층(2)을 형성하기 위한 물질과 관련하여 전술한 것을 사용할 수 있다.
또한, 언더클래딩층(3)의 형성을 위한 물질로서 사용되는 폴리이미드 수지 전구체의 합성은 기판 접착층(2)을 형성하기 위한 물질로서 사용되는 폴리이미드 수지 전구체의 경우와 유사한 통상적인 합성방법으로 수행될 수 있다.
감광제를 포함하는 하나 이상의 성분을 함유하는 감광성 폴리이미드 수지 전구체가 언더클래딩층(3) 위에 예비결정된 패턴을 갖는 코어층(4b)을 형성하기 위한 물질로서 사용될 수 있다. 이 감광성 폴리이미드 수지 전구체는 감광제를 포함하는 하나 이상의 첨가제를, 테트라카복실산 이무수물을 다이아민과 반응시킴으로써 수득한 전술한 폴리이미드 수지 전구체에 혼입시킴으로써 수득한다.
폴리이미드 수지 전구체는 특별히 제한되지 않으며, 예로는 다양한 폴리이미드 수지 전구체를 들 수 있다. 특히, 언더클래딩층(3)을 형성하기 위한 물질로서 사용할 수 있는 폴리이미드 수지 전구체를 들 수 있다.
광 도파로를 구성하는데 있어서, 코어층(4b)은 2개의 클래딩층(3 및 5)보다 굴절률이 높아야 한다. 이들 층의 굴절률은, 예를 들어 테트라카복실산 이무수물과 다이아민의 조합을 선택하거나 감광제와 같은 첨가제를 코어층(4b)을 형성하기 위한 물질에 혼입시킴으로써 조정할 수 있다. 특히, 코어층(4b)의 굴절률과 클래딩층(3 및 5)의 굴절률은 코어층 및 클래딩층의 비굴절률차(Δ)(비굴절률차(Δ)=[(코어층의 굴절률)-(클래딩층의 굴절률)/(코어층의 굴절률)]가 일반적으로 0.2 내지 1.0%가 되도록 조정된다.
감광제는 특별히 제한되지 않는다. 예로는 하기 화학식 1의 화합물을 들 수 있다:
상기 식에서,
Ar은 1,4-다이하이드로피리딘 고리에 대한 결합 위치의 오르토 위치에 니트로 기를 갖는 방향족 기이고;
R1은 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬 기이고;
R2, R3, R4 및 R5는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 수소 원자 또는 탄소수 1 또는 2의 알킬 기이다.
감광제로서, 화학식 1의 화합물 중에서도 비용 및 C-H 결합에 의한 광 흡수의 감소 측면에서 1-에틸-3,5-다이메톡시카보닐-4-(2-니트로페닐)-1,4-다이하이드로피리딘을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 화학식 1의 감광제는, 예를 들어 다음과 같은 방식으로 합성된다. 즉, 1,4-다이하이드로피리딘 유도체는 치환된 벤즈알데하이드, 알킬 프로피올레로파질산의 알킬 에스터; 알데하이드의 2배의 몰량으로 사용된다) 및 빙초산중의 상응하는 1차 아민을 환류하에 반응시킴으로써 수득될 수 있다(문헌[Khim. Geterotsikl. Soed., pp. 1067-1071, 1982] 참조).
감광성 폴리이미드 전구체중의 감광제의 양은 폴리이미드 수지 전구체 100중량부(이후부터 "부"로 약칭한다)를 기준으로 바람직하게는 0.05부, 5부 미만, 특히 바람직하게는 0.05 내지 4부이다. 이러한 범위를 갖는 이유는 다음과 같다. 감광제의 양이 5부 이상인 경우, 근적외선 영역에서의 감광제에 의한 흡수가 문제가 될 수 있다. 한편, 0.05부 미만의 양은 불충분한 콘트라스트를 초래한다.
분해를 개선시키기 위해 감광성 폴리이미드 전구체에 분해 조절제를 적절히 혼입시킬 수 있다.
분해 조절제의 예로는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 다이페닐 에테르 및 폴리에틸렌 글리콜 다이메틸 에테르를 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 둘 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다. 특히, 패턴 분해의 측면에서 폴리에틸렌 글리콜 다이메틸 에테르를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 화합물의 중량평균 분자량은 바람직하게는 150 내지 1,000, 특히 200 내지 800이다.
혼입되는 분해 조절제의 양은 폴리이미드 전구체 100부를 기준으로 바람직하게는 15 내지 45부이다.
예비결정된 패턴을 갖는 코어층(4b)을 둘러싸는 오버클래딩층(5)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 물질의 예로는 폴리이미드 수지 전구체를 들 수 있다. 특히, 예로는 기판 접착층(2)을 형성하기 위한 물질, 언더클래딩층(3)을 형성하기 위한 물질 및 코어층(4b)을 형성하기 위한 물질로서 사용될 수 있는 폴리이미드 전구체를 들 수 있다.
이하, 전술한 기판 및 층-형성 물질을 사용한 본 발명의 광 도파로 제조방법의 실시양태를 설명한다.
첫째로, 기판 접착층 형성을 위한 물질로서 커플링제-함유 폴리이미드 수지 전구체 용액(폴리(아민산) 용액)을 건조 후 막 두께가 바람직하게는 0.1 내지 50㎛, 특히 바람직하게는 5 내지 10㎛가 되게 하는 양으로 기판 위에 적용한 후, 건조시켜 폴리이미드 수지 전구체 조성물로 구성된 수지층을 형성한다. 이 경우, 일반적인 막형성 기술, 예를 들어 스핀 코팅법 또는 주조법을 사용할 수 있다. 이어서, 코팅된 기판을 불활성 대기하에서 가열하여 수지층 중에 잔류하는 용매를 제거하고 폴리이미드 수지 전구체의 이미드화시켰다. 이로써, 도 1에 도시된 바와 같이 커플링제-함유 폴리이미드 수지로 구성된 기판 접착층(2)이 기판 위에 형성된다.
이어서, 폴리이미드 수지 전구체 용액(폴리(아민산) 용액)을 건조 후 막 두께가 바람직하게는 1 내지 30㎛, 특히 바람직하게는 5 내지 15㎛가 되게 하는 양으로 기판 접착층(2) 위에 적용한 후, 건조시켜 폴리이미드 수지 전구체 조성물로 구성된 수지층을 형성한다. 이 경우, 전술한 바와 같이 일반적인 막형성 기술, 예를 들어 스핀 코팅법 또는 주조법을 사용할 수 있다. 이어서, 코팅막을 불활성 대기하에서 가열하여 수지층 중에 잔류하는 용매를 제거하고 폴리이미드 수지 전구체를 이미드화시켰다. 이로써, 도 2에 도시된 바와 같이 기판(1) 위에 폴리이미드 수지로 구성된 언더클래딩층(3)이 형성된다.
이어서, 언더클래딩층(3) 위에 언더클래딩층(3)보다 굴절률이 높은 층을 제공하는 물질인 감광성 폴리이미드 수지 전구체 용액(감광성 폴리(아민산) 바니쉬)을 건조 후 막 두께가 바람직하게는 2 내지 30㎛, 특히 바람직하게는 6 내지 10㎛가 되게 하는 양으로 적용한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이 코팅층을 미리 건조시켜 감광성 폴리이미드 수지 전구체층(4a)(이후 코어층이 된다)을 형성한다. 이어서, 감광성 폴리이미드 수지 전구체층(4a) 위에 목적하는 패턴이 수득되도록 광마스크(6)를 배치하고, 도 4에 도시한 바와 같이 광마스크(6)로부터 층(4a) 위에 자외선을 조사한다. 본 발명에서는, 자외선 조사의 노출량이 5 내지 50mJ/㎠인 경우 충분한 분해가 가능하다. 이어서, 광반응 및 현상액을 사용한 현상(습식법)을 완결시키기 위해 노출 후 가열 처리(후-노출 베이크(post exposure bake; PEB)라 지칭함)를 수행한다. 일반적으로, 패턴의 이미드화를 위해 상기 현상에 의해 수득된 목적하는 패턴을 가열처리한다. 이러한 처리는 300 내지 400℃의 온도에서 수행되어 용매를 제거하고 진공 또는 질소 대기하에서 경화 반응을 수행한다. 이러한 이미드화를 통해, 폴리이미드 수지로 구성된 패턴화된 코어층(4b)이 도 5에 도시된 바와 같이 형성된다.
현상시 사용되는 현상액은 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 예를 들어 알콜의 알칼리 수용액이 사용된다. 보다 구체적으로, 만족스러운 분해 및 현상속도의 용이한 조정의 측면에서 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 및 에탄올의 혼합 수용액을 사용하는 것이 바람직하다. 혼합 수용액에서, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드의 분율 및 에탄올의 분율은 각각 2 내지 10중량% 및 40 내지 50중량%가 되도록 조정하는 것이 바람직하다.
이어서, 코어층(4b)보다 굴절률이 낮은 층을 형성하는 층-형성 물질인 폴리이미드 수지 전구체 용액을, 건조 후 막 두께가 바람직하게는 1 내지 30㎛, 특히 바람직하게는 5 내지 15㎛가 되게 하는 양으로 코어층(4b) 위에 적용한 후, 건조시켜 폴리이미드 수지 전구체 조성물로 구성된 수지층을 형성한다. 이어서, 이 수지층을 언더클래딩층(3)의 경우에서와 같이 불화성 대기하에 가열하여 수지중에 잔류하는 용매를 제거하고 폴리이미드 수지 전구체를 이미드화시켰다. 이어서, 도 6에 도시한 바와 같이 폴리이미드 수지로 구성된 오버클래딩층(5)을 코어층(4b)을 둘러싸도록 형성하여 광 도파로를 제조한다.
이로써 수득된 광 도파로의 예로는 직선 광 도파로, 굴곡 다층 광 도파로, 교차 광 도파로, Y-분지 광 도파로, 슬래브 광 도파로, 마츠 젠더(Mach-Zehnder)형 광 도파로, AWG형 광 도파로, 그레이팅 광 도파로 및 광 도파로 렌즈를 들 수 있다. 이러한 광 도파로를 사용하는 광 소자의 예로는 파장 필터, 광 스위치, 광 분지기, 광 멀티플렉서, 광 멀티플렉서/디멀티플렉서, 광 앰프, 파장 변환기, 파장 분할 멀티플렉서, 광 스플릿터, 방향성 결합기, 및 직접된 레이저 다이오드 또는 포토다이오드 하이브리드를 갖는 광 전송 모듈을 들 수 있다.
실시예
하기 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명이 하기 실시예로써 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
커플링제를 함유하는 폴리(아민산) 용액(I)
교반기가 장착된 500㎖ 용적의 분리가능 플라스크에서, 산 이무수물로서 2,2-비스(3,4-다이카복시페닐)헥사플루오로프로판 이무수물(6FDA)(26.66g, 0.06mol), 2,2'-비스(트라이플루오로메틸)벤즈이딘(BTFB)(18.54g, 0.058mol) 및 커플링제로서 1,3-비스(3-아미노프로필)-1,1,3,3-테트라메틸다이실록산(APDS)(0.52g, 0.002mol)을 N,N-다이메틸아세트아마이드(DMAc)(182.85g, 2.10mol)에 용해시켰다. 이어서, 수득된 용액을 10시간 동안 실온에서 교반하여 커플링제를 함유하는 폴리(아민산) 용액(I)(폴리이미드 수지 전구체 용액)을 제조하였다.
폴리(아민산) 용액(II)
한편, DMAc 중에서 동일한 몰 분율의 전술한 6FDA 및 BTFB를 10시간 동안 실온에서 교반하에 반응시켜 폴리(아민산) 용액(II)(폴리이미드 수지 전구체 용액)을 제조하였다.
실시예 1
525㎛-두께의 규소 웨이퍼 위에 커플링제-함유 폴리(아민산) 용액(I)을 가열 처리 후 두께가 5㎛가 되게 하는 양으로 스핀 코팅시켜 적용하였다. 적용된 용액을 90℃에서 건조시켜 커플링제를 함유하는 폴리이미드 수지 전구체 조성물로 구성된 수지층을 형성하였다. 이어서, 수지층을 진공하에 385℃에서 가열하여 수지막 중에 잔류하는 용매를 제거하고 폴리이미드 수지 전구체를 이미드화시켰다. 이로써, 도 1에 도시한 바와 같이 규소 웨이퍼 기판(1) 위에 커플링제(APDS)를 함유하는 폴리이미드 수지로 구성된 기판 접착층(2)(두께: 5㎛)을 형성하였다.
규소 웨이퍼 기판(1) 위에 형성된 기판 접착층(2) 위에 폴리(아민산) 용액(II)을 가열 처리 후 두께가 15㎛가 되게 하는 양으로 스핀 코팅시켜 적용하였다. 적용된 용액을 90℃에서 건조시켜 폴리이미드 수지 전구체 조성물로 구성된 수지막을 형성하였다. 이어서, 수지층을 진공하에 385℃로 가열하여 수지막 중에 잔류하는 용매를 제거하고 폴리이미드 수지 전구체를 이미드화시켰다. 이로써, 도 2에 도시한 바와 같이 두께 15㎛의 언더클래딩층(3)(굴절률: 1.51)을 기판 접착층(2)(두께: 5㎛) 위에 형성하였다.
이어서, 언더클래딩층(3) 위에 코어층을 형성하기 위해 코어층 형성을 위한 물질로서 감광성 폴리이미드 수지 전구체 용액을 하기 방식으로 제조하였다. 폴리(아민산) 용액(II)에 감광제로서 1-에틸-3,5-다이메톡시카보닐-4-(2-니트로페닐)-1,4-다이하이드로피리딘을 폴리(아민산) 용액(II)의 고체 성분을 기준으로 2중량%의 양으로 첨가하였다. 추가로, 분해 조절제로서 중량평균 분자량이 500인 폴리에틸렌 글리콜 다이메틸 에테르를 폴리(아민산) 용액(II)의 고체 성분을 기준으로 30중량%의 양으로 첨가하였다. 이로써, 감광성 폴리이미드 수지 전구체 조성물을 용액(감광성 폴리이미드 수지 전구체 용액)으로서 수득하였다.
이어서, 도 3에 도시한 바와 같이 언더클래딩층(3) 위에 감광성 폴리이미드 수지 전구체 용액을 적용하고 언더클래딩층(3)을 형성할 때와 동일한 방식으로 90℃에서 건조시켜 감광성 폴리이미드 수지 전구체 조성물로 구성된 감광성 폴리이미드 수지 전구체층(4a)을 형성하였다. 도 4에 도시한 바와 같이, 이 감광성 폴리이미드 수지 전구체층(4a) 위에 예비결정된 광마스크(6)(가로 폭 6㎛ ×길이 30mm ×간격 0.2mm)를 배치하고, 층(4a)을 상기 광마스크(6)로부터 30mJ/㎠의 자외선 광에 노출시켰다. 또한, 10분 동안 170℃에서 후-노출 가열을 수행하였다.
이어서, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 및 에탄올을 함유하는 수용액(감광성 폴리이미드의 현상액, TE-5011, 닛토덴코 가부시키가이샤(Nitto Denko Corporation) 제품)을 현상액으로서 사용하여 층(4a)을 35℃에서 현상하고 노출되지 않은 영역을 용해시켰다. 이어서, 층(4a)을 물로 헹구어 네거티브 상을 갖는 패턴을 형성하였다. 이 패턴을 진공하에 330℃에서 가열하여 현상 후 폴리이미드 수지 전구체를 이미드화시켰다. 이로써, 도 5에 도시한 바와 같이 예비결정된 패턴의 코어층(4b)(굴절률: 1.52)을 형성하였다. 형성된 코어층(4b)의 단면크기는 6㎛ ×6㎛이었다. 이 공정에서, 언더클래딩층(3)은 현상에 의해 전혀 불투명해지지 않았다.
이어서, 코어층(4b) 위에 오버클래딩층을 형성하기 위한 물질로서 폴리(아민산) 용액(II)을 사용하고, 언더클래딩층(3)을 형성할 때와 유사한 방식으로 적용하였다. 즉, 폴리(아민산) 용액(II)을 가열 처리 후 두께가 15㎛가 되게 하는 양으로 스핀 코팅시켜 적용하고 90℃에서 건조시켜 폴리이미드 수지 전구체 조성물로 구성된 수지막을 형성하였다. 이어서, 이 수지막을 진공하에 330℃에서 가열하여 수지막 중에 잔류하는 용매를 제거하고 폴리이미드 수지 전구체를 이미드화시켰다. 그 결과, 도 6에 도시한 바와 같이 최대 두께가 20㎛인 오버클래딩층(5)(굴절률: 1.51)을 코어층(4b)을 둘러싸도록 형성하였다. 이로써, 폴리이미드 수지로 구성된 광 도파로를 제조하였다.
수득된 광 도파로를 다이서를 사용하여 외관 처리한 후, 1.55㎛의 파장에서의 컷백(cutback) 방법을 통해 광 전파 손실에 대해 조사하였다. 그 결과, 광 도파로는 0.5dB/cm의 광 전파 손실을 갖는 것으로 밝혀졌다.
비교예 1
525㎛-두께의 규소 웨이퍼 기판 위에 커플링제-함유 폴리(아민산) 용액(I)을 가열 처리 후 15㎛의 두께가 되게 하는 양으로 스핀 코팅시켜 적용하였다. 적용된 용액을 90℃에서 건조시켜 커플링제를 함유하는 폴리이미드 수지 전구체 조성물로 구성된 수지층을 형성하였다. 이어서, 수지층을 진공하에 385℃에서 가열하여 수지막 중에 잔류하는 용매를 제거하고 폴리이미드 수지 전구체를 이미드화시켰다. 이로써, 규소 웨이퍼 기판 위에 커플링제를 함유하는 폴리이미드 수지로 구성된 언더클래딩층(두께: 15㎛)을 형성하였다.
이어서, 규소 웨이퍼 기판 위에 형성된 언더클래딩층 위에 감광성 폴리이미드 수지 전구체 용액을 적용하고, 90℃에서 건조시켜 감광성 폴리이미드 수지 전구체 조성물로 구성된 감광성 폴리이미드 수지 전구체층을 형성하였다. 이어서, 상기 실시예 1과 유사한 방식으로, 감광성 폴리이미드 수지 전구체층 위에 예비결정된 광마스크(가로 폭 6㎛ ×길이 50mm ×간격 0.2mm)를 배치하고, 이 층을 광마스크로부터 30mJ/㎠의 자외선 광에 노출시켰다. 또한, 10분 동안 170℃에서 후-노출 가열을 수행하였다.
이어서, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 및 에탄올을 함유하는 수용액(감광성 폴리이미드의 현상액, TE-5011, 닛토덴코 가부시키가이샤 제품)을 현상액으로서 사용하여 35℃에서 폴리이미드 수지 전구체층을 현상하고 노출되지 않은 영역을 용해시켰다. 이어서, 층을 물로 헹구어 네거티브 상을 갖는 패턴을 형성하였다. 이 패턴을 진공하에 330℃에서 가열하여 현상 후 폴리이미드 수지 전구체를 이미드화시켰다. 이로써, 예비결정된 패턴의 코어층(굴절률: 1.52)을 형성하였다. 형성된 코어층의 단면 크기는 6㎛ ×6㎛이었다. 이 공정에서, 언더클래딩층은 현상에 의해 불투명해졌다.
이어서, 코어층 위에 오버클래딩층을 형성하기 위한 물질로서 폴리(아민산) 용액(II)(폴리이미드 수지 전구체 용액)을 사용하고, 언더클래딩층을 형성할 때와 유사한 방식으로 적용하였다. 즉, 폴리(아민산) 용액(II)을 가열 처리 후 두께가 15㎛가 되게 하는 양으로 스핀 코팅시켜 적용하여 폴리이미드 수지 전구체 조성물로 구성된 수지막을 형성하였다. 이어서, 이 수지막을 진공하에 330℃에서 가열하여 수지막 중에 잔류하는 용매를 제거하고 폴리이미드 수지 전구체를 이미드화시켰다. 그 결과, 최대 두께가 20㎛인 오버클래딩층(굴절률: 1.51)을 코어층을 둘러싸도록 형성하였다. 이로써, 폴리이미드 수지로 구성된 광 도파로를 제조하였다.
수득된 광 도파로를 다이서를 사용하여 외관 처리한 후, 1.55㎛의 파장에서의 컷백 방법을 통해 광 전파 손실에 대해 조사하였다. 그 결과, 광 도파로는 1.0dB/cm의 광 전파 손실을 갖는 것으로 밝혀졌다.
비교예 2
건조 에칭 방법
상기 실시예 1과 동일한 방식으로 두께가 525㎛인 규소 웨이퍼 기판 및 커플링제를 함유하는 폴리(아민산) 용액(I)을 사용하여 규소 웨이퍼 기판 위에 커플링제를 함유하는 폴리이미드 수지로 구성된 기판 접착층(두께: 5㎛)을 형성하였다.
이어서, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 폴리(아민산) 용액(II)을 사용하여 규소 웨이퍼 기판 위에 형성된 기판 접착층(두께: 5㎛) 위에 두께가 15㎛인 언더클래딩층(굴절률: 1.51)을 형성하였다.
이어서, 언더클래딩층 위에 코어층 형성을 위한 물질로서 감광성 폴리이미드 수지 전구체 용액을 적용하고 언더클래딩층을 형성할 때와 동일한 방식으로 90℃에서 건조시켰다. 이로써, 감광성 폴리이미드 수지 전구체 조성물로 구성된 감광성 폴리이미드 수지 전구체층을 형성하였다.
이러한 감광성 폴리이미드 수지 전구체층을 30mJ/㎠의 자외선 광에 완전히 노출시켰다. 이어서, 이 층을 진공하에 330℃에서 가열하여 노출된 폴리이미드 수지 전구체를 이미드화시키고 폴리이미드 수지층을 형성하였다.
이어서, 폴리이미드 수지층 위에 에칭 레지스트(가로 폭 6㎛ ×길이 50mm ×간격 0.2mm; 전술한 광마스크와 반대의 패턴)를 형성하였다. 에칭 레지스트로 덮히지 않은 폴리이미드 수지층의 노출된 영역을 반응성 이온 에칭(reactive ion etching; RIE)으로 제거하였다. 이어서, 에칭 레지스트를 제거하여 예비결정된 패턴의 코어층(굴절률: 1.52)을 형성하였다. 형성된 코어층의 단면 크기는 6㎛ ×6㎛이었다.
이어서, 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 코어층 위에 오버클래딩층을 형성하기 위한 물질로서 폴리(아민산) 용액(II)(폴리이미드 수지 전구체 용액)을 사용하여 최대 두께가 20㎛인 오버클래딩층(굴절률: 1.51)을 코어층을 둘러싸도록 형성하였다. 이로써, 폴리이미드 수지로 구성된 광 도파로를 제조하였다.
수득된 광 도파로를 다이서를 사용하여 외관 처리한 후, 1.55㎛의 파장에서의 컷백 방법으로 광 전파 손실에 대해 조사하였다. 그 결과, 광 도파로는 1.0dB/cm의 광 전파 손실을 갖는 것으로 밝혀졌다. 형성된 코어층의 측벽을 현미경으로 조사하였다. 그 결과, 측벽은 표면 불규칙성을 갖는 것으로 밝혀졌다.
전술한 바와 같은 조사를 통해, 상기 실시예 1에서 수득된 광 도파로가 비교예에서 수득된 광 도파로보다 광 전파 손실이 낮고 투명성이 우수함을 알 수 있다.
본 발명의 광 도파로 제조방법에 의해 수득된 광 도파로의 예는 직선 광 도파로, 굴곡 다층 광 도파로, 교차 광 도파로, Y-분지 광 도파로, 슬래브 광 도파로, 마츠 젠더형 광 도파로, AWG형 광 도파로, 그레이팅 광 도파로 및 광 도파로 렌즈를 들 수 있다. 이러한 광 도파로를 사용하는 광 소자의 예로는 파장 필터, 광 스위치, 광 분지기, 광 멀티플렉서, 광 멀티플렉서/디멀티플렉서, 광 앰프, 파장 변환기, 파장 분할 멀티플렉서, 광 스플릿터, 방향성 결합기, 및 직접된 레이저 다이오드 또는 포토다이오드 하이브리드를 갖는 광 전송 모듈을 들 수 있다.
본 발명은 특정 실시양태를 참조로 하여 보다 상세히 설명되나, 본 발명의 진의 및 범주에 벗어나지 않는 한 다양한 변경 및 개질이 수행될 수 있음은 당해 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다.
본원은 2003년 12월 9일자로 출원된 일본특허 출원번호 제 2003-410751 호를 기초로 하며, 이는 본원의 참조문헌으로서 인용된다.
본 발명의 방법에서는, 전술한 바와 같이 커플링제를 함유하는 층-형성 물질을 사용하여 기판의 표면 위에 기판 접착층을 형성하고, 이 기판 접착층 위에 언더클래딩층을 형성한다. 이어서, 현상액을 사용한 습식법을 통해 상기 언더클래딩층 위에 예비결정된 패턴의 코어층을 형성함으로써 광 도파로를 제조한다. 이러한 구성은 수득된 광 도파로의 기판과 언더클래딩층 사이에 기판 접착층이 삽입되므로 기판과 언더클래딩층 사이에 충분한 접착성이 수득된다. 또한, 현상액을 사용한 습식법을 통해 코어층을 형성하는 경우, 언더클래딩층은 현상액에 대한 저항성의 저하의 원인이 되는 커플링제를 함유하지 않으므로 불투명해지지 않는다. 따라서, 전파 손실의 증가가 방지된다. 결과적으로, 광 전파 손실이 감소되고 투명성이 우수한 광 도파로가 수득될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 습식법 기술은 코어층 형성시 표면이 울퉁불퉁한 측벽을 갖는 코어층을 제공하는 종래 기술의 건식 에칭 기법과는 달리 부드러운 표면의 측벽을 갖는 코어층을 제공한다. 따라서, 본 발명은 전파 손실이 감소된 광 도파로를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 알콜의 알칼리 수용액, 특히 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 및 에탄올의 혼합 수용액을 현상액으로서 사용하는 경우, 만족스러운 분해가 달성되고 현상속도가 용이하게 조정되는 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 광 도파로(optical waveguide) 제조방법의 단계를 설명한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 광 도파로 제조방법의 또다른 단계를 설명한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 광 도파로 제조방법의 또다른 단계를 설명한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 광 도파로 제조방법의 또다른 단계를 설명한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 광 도파로 제조방법의 또다른 단계를 설명한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 광 도파로 제조방법에 의해 수득된 광 도파로의 구성의 예를 설명한 단면도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 기판
2: 기판 접착층
3: 언더클래딩층(undercladding layer)
4b: 코어층(core layer)
5: 오버클래딩층(overcladding layer)

Claims (4)

  1. 기판의 표면 위에 커플링제를 함유하는 층-형성 물질로부터 기판 접착층을 형성하는 단계;
    상기 기판 접착층 위에 언더클래딩층을 형성하는 단계; 및
    현상액을 사용한 습식법을 통해 상기 언더클래딩층 위에 예비결정된 패턴의 코어층을 형성하는 단계를 포함하는,
    광 도파로의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    현상액이 알콜의 알칼리 수용액인, 광 도파로의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    알콜의 알칼리 수용액이 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 및 에탄올의 혼합 수용액인, 광 도파로의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    알콜의 알칼리 수용액이 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 및 에탄올을 각각 2 내지 10중량% 및 40 내지 50중량%의 분율로 포함하는, 광 도파로의 제조방법.
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