(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に下部クラッド層を形成する段階と、前記下部クラッド層上にコア層を形成する段階と、前記コア層を所定パターンにエッチングしてパターニングする段階と、パターニングされたコア層上に上部クラッド層を形成する段階とを含む高分子光導波路の作製方法において、
前記コア層のエッチングが、ＩＣＰパワーが１７０〜１０００Ｗ、ＲＦチャックパワーが３０〜３１０Ｗの条件下に誘導結合プラズマ方式によって行なわれ、
前記コア層が、高分子の総重量を基準として１２重量％以上２５重量％未満のフッ素を含有しており、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−作用基または４以上の−Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−作用基を有している繰返し単位を含んでいる高分子からなり、なおかつ、前記高分子が化学式１又は化学式２で表される化合物であることを特徴とする、高分子光導波路の作製方法。
化学式１
【化１】
0003728398.tif 000006
化学式２
【化２】
0003728398.tif 000007
式中、ｎ１  は１０〜５００の整数であり、ｎ２  は１０〜５００の整数である。
【請求項２】
基板上に下部クラッド層を形成する段階と、前記下部クラッド層上にコア層を形成する段階と、前記コア層を所定パターンにエッチングしてパターニングする段階と、パタニングされたコア層上に上部クラッド層を形成する段階とを含む高分子光導波路の作製方法において、
前記コア層のエッチングが、ＩＣＰパワーが１９０〜７５０Ｗ、ＲＦチャックパワーが２０〜３４０Ｗの条件下に誘導結合プラズマ方式によって行なわれ、
前記コア層が、高分子の総重量を基準として２５重量％以上３７重量％以下のフッ素を含有しており、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−作用基または４以上の−Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−作用基を有している繰返し単位を含んでいる高分子からなり、なおかつ、前記高分子が化学式１又は化学式２で表される化合物であることを特徴とする、高分子光導波路の作製方法。
化学式１
【化３】
0003728398.tif 000008
化学式２
【化４】
0003728398.tif 000009
式中、ｎ１  は１０〜５００の整数であり、ｎ２  は１０〜５００の整数である。
【請求項３】
前記誘導結合プラズマによるエッチング時に、チャンバ圧力が２〜２０ｍＴｏｒｒに維持されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高分子光導波路の作製方法。
【請求項４】
前記誘導結合プラズマによるエッチング時に、エッチングガスの流速が１５〜５０ｓｃｃｍに維持されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高分子光導波路の作製方法。
【請求項５】
前記誘導結合プラズマによるエッチング時に、エッチングガスがアルゴン、ヘリウム、窒素及び酸素よりなる群から選ばれた少なくともいずれか１種であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高分子光導波路の作製方法。
【請求項６】
前記誘導結合プラズマによるエッチング時に、エッチング速度が５００ｎｍ／分以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高分子光導波路の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は高分子光導波路及びその作製方法に係り、より具体的には、エッチング速度、エッチング面の均一度及び垂直エッチング度を向上させることにより光導波路の損傷が最小化できる高分子光導波路及びその作製方法に関する。
【０００２】
背景技術
近赤外線領域を含む光通信波長領域において光損失の低い光学高分子からなる光導波路には、コアとクラッドとの境界面における光散乱損失を最小化させることが望まれている。光散乱損失を最小化させるには、光導波路のエッチングに際しエッチングされた導波路側壁の均一度、エッチングされた導波路側壁の垂直度、エッチング速度などの特性を適宜制御することが必須である。ところで、かかる特性はエッチングに際しプラズマの密度及びイオンエネルギーによって直接的に影響され、相反する条件下に最適化されるため、プラズマの密度及びイオンエネルギーは別々に調節される必要がある。特に、含ハロゲンの高分子からなる光導波路のエッチングに際しては、エッチング速度を速めてプラズマへの露出を最小化させることにより光導波路の損傷の減少を図ることが極めて重要であり、その結果、プラズマ密度及びイオンエネルギーを別々に制御することが必須である。
【０００３】
以下、通常の光導波路の作製方法について説明する。
【０００４】
まず、基板上に下部クラッド層及びコア層を順次形成する。次に、前記コア層上にフォトレジスト層を形成し、これを露光及び現像してフォトレジストパターンを形成する。このフォトレジストパターンを用いコア層をエッチングしてパターニングする。次に、前記パターニングされたコア層上に上部クラッド層を形成することにより完成された光導波路が得られる。
【０００５】
前記コア層をエッチングする方法としては、工程の安定性、精度性及び量産性の点で反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）方法が汎用されている。
【０００６】
ところが、この方法によると、エッチング速度が５００ｎｍ／分以下に極めて低速なので基板がプラズマに長時間露出されることになり、これにより基板が損傷される問題があった。このほか、垂直エッチング度が不均一化する問題もある。そしてエッチング速度を速めるためにプラズマの密度を上げるとイオンエネルギーが増加されるが、これはエッチング面の損傷につながる。さらに、エッチング面の損傷を減らすためにプラズマ密度を減少させる場合にはエッチング速度がさらに低速となり、基板がプラズマに長時間露出されてさらなる膜損傷が起こされる。
【０００７】
発明の開示
前記問題点を解決するために、本発明の目的は、エッチング速度、エッチング面の均一度及びエッチング垂直度の特性を向上させることにより光導波路の損傷が最小化できる高分子光導波路及びその作製方法を提供することである。
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明からは、高分子の総重量を基準として１２〜３７重量％のフッ素を含有しており、２以上の−Ｃ（＝Ｏ）−Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−作用基または４以上の−Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−作用基を有している繰返し単位を含んでいる高分子からなるコアと、前記コアと隣接されており、前記コア形成用高分子の屈折率よりも小さい屈折率の高分子からなるクラッドとを含んでいることを特徴とする高分子光導波路が提供される。
【０００９】
本発明の他の目的は、基板上に下部クラッド層を形成する段階と、前記下部クラッド層上にコア層を形成する段階と、前記コア層を所定パターンにエッチングしてパターニングする段階と、パターニングされたコア層上に上部クラッド層を形成する段階とを含む高分子光導波路の作製方法において、前記コア層のエッチングが、ＩＣＰパワーが１７０〜１０００Ｗ、ＲＦチャックパワーが２０〜３４０Ｗの条件下に誘導結合プラズマ方式によって行なわれ、前記コア層が、高分子の総重量を基準として１２〜３７重量％のフッ素を含有しており、２以上の−Ｃ（＝Ｏ）−Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−作用基または４以上の−Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−作用基を有している繰返し単位を含んでいる高分子からなることを特徴とする高分子光導波路の作製方法によって成し遂げられる。
【００１０】
発明を実施するための最良の態様
本発明に係る高分子光導波路は、コアとこのコアと隣接されているクラッドとからなり、前記コアが高分子の総重量を基準として１２〜３７重量％のフッ素を含有しており、２以上の−Ｃ（＝Ｏ）−Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−作用基または４以上の−Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−作用基を有している繰返し単位を含んでいる高分子よりなることにその特徴がある。このとき、クラッドはコア形成用高分子の屈折率よりも小さい屈折率の高分子よりなる。かかる構成を有する高分子光導波路は近赤外線領域を含む光通信波長領域における光損失が低く、コアとクラッドとの境界面における光散乱の損失が最小化される。
【００１１】
好ましくは、前記コア形成用高分子は、化学式１または化学式２で表わされる化合物である。
【００１２】
化学式１
【化３】
0003728398.tif 000002
化学式２
【化４】
0003728398.tif 000003
式中、ｎ１は１０〜５００の整数であり、ｎ２は１０〜５００の整数である。
【００１３】
以下、添付した図面に基づき、本発明による高分子光導波路の作製方法について詳細に説明する。
【００１４】
本発明による高分子光導波路の作製方法は、所定のＩＣＰパワー及びＲＦチャックパワー条件下に、誘導結合プラズマエッチング方法によってコア層をエッチングすることを特徴とする。その結果、通常の高分子光導波路のコア層エッチング方法を用いた場合に比べて少なくとも３倍以上高速のエッチング速度が具現され、エッチング面の均一度及びエッチング垂直度の特性が向上される。
【００１５】
誘導結合プラズマエッチング方法とは、非活性ガスの気流中に置かれたコイルに電流を流して無極放電プラズマを発生させてこのガス中に置かれた物体をエッチングする方法を言う。この方法では、プラズマ密度及びイオンエネルギーの制御が２つのＲＦパワー供給源から別々になされるので、光導波路の垂直エッチング度、エッチング速度及びエッチング面の均一度が最適化できる。さらに、エッチング用ガスとして酸素の１種のみが使用でき、この他にヘリウム、アルゴン、窒素などの非活性ガスを併用すると、エッチング速度の制御が遥かに容易になる。
【００１６】
本発明に係る光導波路のコア層形成用高分子としては、光通信波長領域における光損失が低い光学高分子であって、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、ポリスルホンイミドまたはポリアミドイミドを基本構造として、フッ素含量が高分子の総重量を基準として１２〜３７重量％であり、２以上の−Ｃ（＝Ｏ）−Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−作用基または４以上の−Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−作用基を有している繰返し単位を含んでいる高分子を使用することが好ましい。ここで、フッ素含量が前記範囲外であれば、高分子の光損失特性が不良となるので、好ましくない。
【００１７】
一方、前記高分子内のフッ素含量に応じて誘導結合プラズマエッチング工程の最適化条件がやや異なってくる。
【００１８】
すなわち、高分子内のフッ素含量が１２重量％以上２５重量％未満に低濃度の場合には、ＩＣＰパワーは１７０〜１０００Ｗ、好ましくは５００±１５０Ｗ、ＲＦチャックパワーは３０〜３１０Ｗ、好ましくは１８０±８０Ｗである。この条件下に光導波路をエッチングすると、エッチング速度が５００ｎｍ／分以上、特に１５００ｎｍ／分以上であり、水平及び垂直共に均一なエッチング面が得られる。
【００１９】
そして高分子内のフッ素含量が２５重量％以上３７重量％以下の場合には、ＩＣＰパワーは１９０〜７５０Ｗ、好ましくは４４０±１８０Ｗ、ＲＦチャックパワーは２０〜３４０Ｗ、好ましくは２００±６０Ｗである。この条件下に光導波路をエッチングすると、エッチング速度が５００ｎｍ／分以上、特に２０００ｎｍ／分以上であり、水平及び垂直共に均一なエッチング面が得られる。
【００２０】
一方、チャンバ圧力及びエッチングガスの流速は高分子内のフッ素含量に寄らずに同一である。チャンバ圧力は２〜２０ｍＴｏｒｒ、エッチングガスの流速は１５〜５０ｓｃｃｍ、そしてエッチング速度は５００ｎｍ／分以上に調節することが好ましい。
【００２１】
図１は、本発明で用いられる誘導結合プラズマエッチング装置の概念図である。
【００２２】
これを参照すると、誘導結合プラズマエッチング装置では、２つのＲＦパワー供給源、すなわち、ＲＦチャックパワー供給源１２及びＩＣＰパワー供給源１３が用いられる。
【００２３】
図１から分かるように、ＲＦチャックパワー供給源１２は、エッチングされる物体が置かれるチャック１０にＲＦ１ パワーを印加し、ＩＣＰパワー供給源１３は、ＲＦコイル１４内にＲＦ２ パワーを印加する。
【００２４】
一方、ＩＣＰパワー供給源１３からＲＦコイルに電圧を印加すると、電流の流れに従って磁場が誘導される。こうして誘導された磁場はプラズマ内において電子の運動を変える。電子は直線運動及び螺旋運動を起こし、これにより電子、原子、イオン間の衝突の可能性が高くなる。電子間の衝突によってプラズマ濃度が上がり、このプラズマ内にはイオン、ラジカル（中性原子）及び電子の数が増加する。
【００２５】
以下、本発明の好適な一実施例による高分子光導波路のエッチング工程について説明する。
【００２６】
化学式１で表わされるポリイミド（フッ素含量：２５重量％）よりなる光導波路を誘導結合プラズマエッチング方法を用いエッチングした。このとき、エッチングガスとしては酸素が使用された。次に、ＲＦチャックパワー、ＩＣＰパワー、チャンバ圧力、エッチングガスの流速の変化による光導波路のエッチング特性の変化を観察したところ、ＲＦチャックパワー及びＩＣＰパワーの光導波路のエッチング特性への影響力は極めて大であるのに対し、チャンバ圧力及び流速の光導波路のエッチング特性への影響力は僅かであった。
【００２７】
化学式１
【化５】
0003728398.tif 000004
式中、ｎ１は５０〜３００の整数である。
【００２８】
まず、ＩＣＰパワーによる光導波路のエッチング特性の変化を調べるため、ＲＦチャックパワーを１５０Ｗ、チャンバ圧力を５ｍＴｏｒｒ、酸素の流速を４０ｓｃｃｍに一定に保ちながらＩＣＰパワーを変化させた。ＩＣＰパワーの変化によるエッチング速度（▼）及びイオンエネルギー（ＤＣ−バイアス、○）変化を調べて図２に示した。
【００２９】
図２を参照すると、ＩＣＰパワーが０から７５０Ｗまで増加したとき、エッチング速度は４５０ｎｍ／分から２１６０ｎｍ／分に線形的に増加した。これに対し、ＤＣ-バイアスは５５１Ｖから２２０Ｖに減少された。
【００３０】
各条件下におけるエッチングされた高分子光導波路の状態をみると、ＩＣＰパワーが５００Ｗであるときに、エッチング面の均一度及び垂直エッチング度に優れた光導波路が得られた。第二、ＲＦチャックパワーによる光導波路のエッチング特性の変化を調べるために、ＩＣＰパワーを５００Ｗ、チャンバ圧力を５ｍＴｏｒｒ、酸素の流速を４０ｓｃｃｍに一定に保ちながらＲＦチャックパワーを変化させた。ＲＦチャックパワーの変化によるエッチング速度（▼）及びイオンエネルギー（ＤＣ−バイアス、○）の変化を調べて図３に示した。
【００３１】
図３を参照すると、ＲＦチャックパワーが０から５０Ｗ、１５０Ｗ、２５０Ｗ及び３５０Ｗに増加したとき、エッチング速度は３０ｎｍ／分から１０６０、１５００、１７３５及び１９５０ｎｍ／分に増加された。
【００３２】
そして、ＤＣ-バイアスは０Ｖから５００Ｖに線形増加した。
【００３３】
各条件下におけるエッチングされた高分子光導波路の状態をみると、ＲＦチャックパワーが１５０Ｗ以上の時にエッチング面の均一度及び垂直エッチング度に優れた光導波路が得られた。
【００３４】
以下、本発明の好適な他の実施例による高分子光導波路のエッチング工程について説明する。
【００３５】
化学式２で表わされるポリイミド（フッ素含量：３７重量％）からなる光導波路を誘導結合プラズマエッチング方法を用いエッチングした。このとき、エッチングガスとしては酸素を使用した。次に、ＲＦチャックパワー、ＩＣＰパワー、チャンバ圧力、エッチングガスの流速の変化による光導波路のエッチング特性の変化を調べてみた。その結果、ＲＦチャックパワー及びＩＣＰパワーの光導波路エッチング特性への影響が極めて大であったし、チャンバ圧力及び流速の光導波路のエッチング特性への影響力は僅かであった。
【００３６】
化学式２
【化６】
0003728398.tif 000005
ここで、ｎ２  は４０〜２００の整数である。
【００３７】
まず、ＩＣＰパワーによる光導波路のエッチング特性の変化を調べるために、ＲＦチャックパワーを１５０Ｗ、エッチングチャンバ内のエッチングガス圧力を５ｍＴｏｒｒ、酸素の流速を４０ｓｃｃｍに一定に保ちながらＩＣＰパワーを変化させた。ＩＣＰパワーの変化によるエッチング速度（▼）及びイオンエネルギー（ＤＣ−バイアス、○）の変化を調べて図４に示した。
【００３８】
図４を参照すると、ＩＣＰパワーが０から７５０Ｗに増加したとき、エッチング速度は５４０ｎｍ／分から２０３０ｎｍ／分に線形増加された。これに対し、ＤＣ-バイアスは５５０Ｖから２２０Ｖに減少された。
【００３９】
各条件下におけるエッチングされた高分子光導波路の状態をみると、ＩＣＰパワーが５００Ｗの時にエッチング面の均一度及び垂直エッチング度に優れた光導波路が得られた。
【００４０】
以上の結果から明らかなように、ＩＣＰパワーが増加するとエッチング速度は増加するのに対し、イオンエネルギーは減少される。また、イオンエネルギーが極めて大の場合には光導波路のエッチング特性が不良であったが、これは大のイオンエネルギーによって光導波路が損傷されるからである。
【００４１】
第二、ＲＦチャックパワーによる光導波路のエッチング特性の変化を調べるために、ＩＣＰパワーを５００Ｗ、エッチングチャンバ内のエッチングガスの圧力を５ｍＴｏｒｒ、酸素の流速を４０ｓｃｃｍに一定に保ちながらＲＦチャックパワーを変化させた。ＲＦチャックパワーの変化によるエッチング速度（▼）及びイオンエネルギー（ＤＣ−バイアス、○）の変化を調べて図５に示した。
【００４２】
図５を参照すると、ＲＦチャックパワーが０から５０Ｗ、１５０Ｗ、２５０Ｗ及び３５０Ｗに増加したとき、エッチング速度は３０ｎｍ／分から９８０、１５３０、１６２０及び１８７０ｎｍ／分に増加された。
【００４３】
そして、ＤＣ-バイアスは０Ｖから５００Ｖに線形増加した。
【００４４】
各条件下におけるエッチングされた高分子光導波路の状態をみると、ＲＦチャックパワーが１５０Ｗ以上の時にエッチング面の均一度及び垂直エッチング度に優れた光導波路が得られる。
【００４５】
以上の結果から、化学式１または化学式２で表わされる高分子光導波路では、ＩＣＰパワーが５００Ｗ、ＲＦチャックパワーが１５０−３００Ｗの条件下に分当たり１５００-２０００ｎｍのエッチング速度が得られた。このとき、光導波路の損傷が極めて少なく、エッチング面の均一度も非常に良好であった。
【００４６】
＜産業上利用可能性＞
以上述べたように、本発明の誘導結合プラズマのエッチング方法によりコア層をエッチングすると、従来の反応性イオンエッチング方法を用いる場合に比べてエッチング速度が少なくとも３倍以上速くなる。これと同時に、エッチング面の均一度及びエッチング垂直度の特性が向上されるので、光導波路の損傷が減少される。これにより、光導波路の光散乱損失が最小化できる。
【００４７】
さらに、本発明に係る高分子光導波路の作製方法は、高分子光導波路の量産に適している。
【００４８】
本発明は前記実施例に限定されることなく、各種の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明で用いられる誘導結合プラズマエッチング装置の概念図である。
【図２】  本発明の好適な一実施例による高分子のＩＣＰパワーによるエッチング速度及びイオンエネルギーの変化を示す図である。
【図３】  本発明の好適な一実施例による高分子のＲＦチャックパワーによるエッチング速度及びイオンエネルギーの変化を示す図である。
【図４】  本発明の好適な一実施例による高分子のＩＣＰパワーによるエッチング速度及びイオンエネルギーの変化を示す図である。
【図５】  本発明の好適な一実施例による高分子のＲＦチャックパワーによるエッチング速度及びイオンエネルギーの変化を示す図である。
【図１】
0003728398.tif 000010
【図２】
0003728398.tif 000011
【図３】
0003728398.tif 000012
【図４】
0003728398.tif 000013
【図５】
0003728398.tif 000014