(57)【要約】【課題】基板上に形成した光導波路において、光導波路形成の高精度形成と歩留まり向上の手段を提供する。【解決手段】基板上に形成した光導波路において、基板上に下部クラッド層を形成し、フォトリソグラフィとエッチングによりコアパターン形状のトレンチを形成後、該トレンチを充填し且つトレンチの深さとその上のコア層の高さの和がコア高さになるようにコア層を成膜し、該コア層をフォトリソグラフィとエッチングによりトレンチ形状と一致するようにコアパターンを形成し、しかる後上部クラッド を形成する光導波路の作製方法、及び同方法によって作製された光導波路。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成した光導波路において、基板上に下部クラッド層を形成し、フォトリソグラフィとエッチングによりコアパターン形状のトレンチを形成後、該トレンチを充填し且つトレンチの深さとその上のコア層の高さの和がコア高さになるようにコア層を成膜し、該コア層をフォトリソグラフィとエッチングによりトレンチ形状と一致するようにコアパターンを形成し、しかる後上部クラッド を形成する光導波路の作製方法。
【請求項２】
コア高さに対するトレンチの深さの比が０．０５以上０．５以下である請求項１の光導波路の作製方法。
【請求項３】
導波路基板の材質がフッ素化ポリイミドであり、導波路材料がフッ素化ポリイミドである請求項１及び請求項２の光導波路の作製方法。
【請求項４】
導波路基板の材質がシリコンであり、導波路材料がフッ素化ポリイミドである請求項１及び請求項２の光導波路の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の方法により作製された光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低損失で高品質な樹脂光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信システムの基盤技術として光通信技術が浸透していくにつれて光導波路は、光ネットワーク用キーデバイスとして益々その重要性が高まると同時に、電子回路配線基板等の分野への応用に向けて開発が進められている。光導波路デバイスの普及には低価格化と量産化が要望されており、樹脂製光導波路がその有力な候補として開発されている。 導波路用の樹脂材料としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリカーボネイト樹脂、シロキサン樹脂、ポリイミド樹脂等が用いられ、近赤外の光通信波長帯域である１．３〜１．５ミクロン帯での透明性を確保するために、Ｃ−Ｈ結合をＣ−Ｄ結合やＣ−Ｆ結合に置換した樹脂材料が用いられている。なかでも、フッ素化ポリイミド樹脂は近赤外領域での透過特性がすぐれており、そのうえ最も耐熱性が高く、強度も確保できるところから、導波路用の材料として適している事が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−９８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来、フッ素化ポリイミド樹脂導波路の作製方法としては、シリカガラス材料で作製される光導波路と同様な方法、即ち、シリコン等の基板上に下部クラッド層、コア層を成膜し、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ、Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）の技法によりリッジ型コアパターンを形成し、さらに上部クラッドを形成して導波路を埋め込む方法が一般的に知られており、詳しくはシリコン等の基板上にクラッド用フッ素化ポリアミド酸ワニスをスピンコート法等により成膜し、加熱後その上にコア用フッ素化ポリアミド酸ワニスを同じくスピンコート法等成膜し加熱後フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ、Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）の技法によりリッジ型コアパターンを形成し、さらにこの上にクラッド用フッ素化ポリアミド酸ワニスを同じくスピンコート法等により成膜し加熱して形成するリッジ型導波路形成方法である。
【０００４】
また、シリコン等の基板上にリッジ型導波路形成法と同じ方法で作成した下部クラッド樹脂層にフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングの技法等によりトレンチを設け、これにコア材を埋め込み、コアパターン部以外に成膜された不要なコア層をエッチング等により除去し、その上に上部クラッド層を形成するトレンチ型導波路形成方法がある。
【０００５】
しかし、リッジ型導波路形成方法による導波路作製では、コアサイズが５〜６μm以下と小さい場合やコアパターンの両側にクラッド層が広く広がっている場合、コアパターンの両側のクラッド層の横方向の幅が極端に異なる場合には上部クラッド形成後コアパターンに変形が発生し、損失の増加や偏波依存性が増加するため、導波路の特性、品質劣化、歩留まり低下の原因になる。
【０００６】
また、トレンチ型導波路形成方法はトレンチ深さが深いとコア材埋め込み時に泡が残り特性が劣化するという問題がある。
【０００７】
種々の用途のための導波路を作製するためにはコアパターンも自由に設計出来る必要があり、コアサイズが小さい場合、コアパターンサイドのクラッド層の横幅が狭い場合、広い場合等種々の設計に於いてもコア形状が変形せずまた泡の発生等がない導波路形成方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板上に形成した光導波路において、基板上に下部クラッド層を形成し、フォトリソグラフィとエッチングによりコアパターン形状のトレンチを形成後、該トレンチを充填し且つトレンチの深さとその上のコア層の高さの和がコア高さになるようにコア層を成膜し、該コア層をフォトリソグラフィとエッチングによりトレンチ形状と一致するようにコアパターンを形成し、しかる後上部クラッド を形成する光導波路の作製方法である。
【０００９】
また、コア高さに対するトレンチの深さの比が０．０５から０．５である上記の光導波路の作製方法である。
【００１０】
また、導波路基板の材質がフッ素化ポリイミドであり、導波路材料がフッ素化ポリイミドである上記の光導波路の作製方法である。
【００１１】
また、導波路基板の材質がシリコンであり、導波路材料がフッ素化ポリイミドである上記の光導波路の作製方法である。
【００１２】
さらに、上記の方法により作製された光導波路である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基板上に下部クラッド層形成後、フォトリソグラフィとエッチングによりコアパターン形状のトレンチを形成後、その上にコア層を成膜し、該コア層にフォトリソグラフィとエッチングによりコアパターンを形成し、しかる後上部クラッドを形成することにより変形のないコアパターンの形成が可能となり、光損失、偏波依存性の小さいフッ素化ポリイミド光導波路が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
シリコン等の基板上に形成した下部クラッド樹脂層にフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングの技法等によりトレンチを設け、これにコア材を埋め込み、コアパターン部以外に成膜された不要なコア層をエッチング等により除去し、その上に上部クラッド層を形成するトレンチ型導波路形成方法がある。しかし、このトレンチ型導波路形成方法はトレンチ深さが深いとコア材埋め込み時に泡が残り特性が劣化する。
【００１５】
また一方、基板上に下部クラッド層形成後、コア層を成膜し該コア層をフォトリソグラフィとエッチングによりコアパターンを形成し、しかる後上部クラッド を形成するフッ素化ポリイミドからなる光導波路のリッジ型導波路形成法においては、この上部クラッド形成のための加熱工程に於いてコアパターンに変形が生じる。特にコア幅が５ミクロンとか６ミクロンと細い場合やコア幅が５〜６μmより広い場合でもＹ分岐部等では顕著である。上部クラッド成型時にコアに応力がかかりコアに変形が生じ直線導波路が波状にうねったり、Ｙ分岐の２つに分かれたコア間隔が設計値よりずれるという現象が発生し、損失の増加や偏波依存性の増加の原因になっていた。コア高さが高いほどコアにかかる応力が大きく、またコア幅が狭いほど変形を押しとどめる力が弱く変形が生じやすい結果となっていた。
【００１６】
これらの現象を子細に観察しコアパターンの変形防止方法を種々検討した結果、フッ素化ポリイミドからなる光導波路の導波路形成方法に於いて、基板上に下部クラッド層を形成し、フォトリソグラフィとエッチングによりコアパターン形状のトレンチを形成後、該トレンチを充填し且つトレンチの深さとその上のコア層の高さの和がコア高さになるようにコア層を成膜し、該コア層をフォトリソグラフィとエッチングによりトレンチ形状と一致するようにコアパターンを形成し、しかる後上部クラッド を形成することによりコアの変形が少なく、しかもコア部の泡の発生を抑え、損失の増加や偏波依存性の増加を抑えた導波路の作製が可能であることを見いだした。
【００１７】
トレンチの深さについてはコア高さとトレンチ深さとの比が０．５より大きく深い場合は、トレンチの埋め込みによる泡の発生が増加するため損失増加が生じる。一方コア高さとトレンチ深さとの比が０．０５未満であると、コアの変形を下部クラッド層のトレンチ構造で抑制する効果が減少するためコアの変形が発生し損失増加が生じる。そのためコア高さとトレンチ深さとの比は０．０５以上０．５以下が望ましい。
【００１８】
導波路材料としては安価に低温で作製できるという点から樹脂系材料が適しており、通信波長帯で透明で耐熱性が半田のリフローに耐えるという点からフッ素化ポリイミドが好適であるが、他のエポキシ樹脂、アクリル系樹脂であってもガラスであってよい。
【００１９】
基板については導波路材料がフッ素化ポリイミドである場合はフッ素化ポリイミド基板が熱膨張係数が等しいという点から好適であるが、シリコン基板やガラス基板であっても良い。
【００２０】
図１は本発明による樹脂光導波路の作製工程を説明する図である。樹脂光導波路は以下のような工程で作製される。図１(a)ではフッ素化ポリイミド基板１上に下部クラッド層２とマスク層３が成膜され、図１(b)ではこのマスク層にフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングの技法により光導波路パターンが形成される。図１(c)では、ＲＩＥ技法により、マスク層と同様にパターン化されたコア形状のトレンチが形成される。図１(e)ではマスク層の除去を剥離液によって行い、その上にコア層４が形成される。図１（d）ではコア層の上にマスク層５が形成される。図１(f)では、このマスク層にフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングの技法により光導波路パターンが形成される。図１(g)ではＲＩＥ技法により、マスク層と同様にパターン化されたコアパターンが形成される。図１(h)では上部クラッド層６を成膜して光導波路が作製される。
【実施例１】
【００２１】
以下、実施例により説明する。
【００２２】
基板および光導波路に用いた樹脂はフッ素化ポリイミドである。基板は厚さ０．５ｍｍ、直径１００ｍｍ、屈折率は波長１．３ミクロンで（１．５２５）である。この基板に、クラッド用のフッ素化ポリアミド酸ワニスをスピンコーティング装置により塗布した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成して下部クラッド層を１０ミクロン形成し、この下部クラッド層上にレジスト層を成膜し、図２に示すＹ分岐のフォトマスクを用い、アライナによって光導波路パターンを露光し、パターニングされたレジスト層を形成した。
【００２３】
次にレジスト層に保護されていない下部クラッド層部分をＲＩＥ装置を用いてＯ２ガスを流入させてエッチングにより除去し、コアパターン形状の深さ１．５ミクロンのトレンチを形成した。
【００２４】
次に、基板を剥離液に浸漬し、マスク層を除去した。次にコア用フッ素化ポリアミド酸ワニスをスピンコーティング装置により塗布した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成して、トレンチ上の厚さが６．５ミクロンになるようにコア層を成膜した。
【００２５】
使用したコア層は屈折率が（１．５３）であり、コア−クラッドの比屈折率差は０．３３％とした。このコア層上にマスク層としてレジスト層を成膜し、図３に示すＹ分岐のフォトマスクを用い、アライナによって光導波路パターンを露光し、パターニングされたレジスト層を形成した。
【００２６】
引き続いてＲＩＥ装置を用いてＯ２ガスを流入させてマスク層に保護されていないコア層部分をエッチングにより除去し、全長１０ｍｍ、コア幅８ミクロン、高さ４．５ミクロンのＹ分岐のリッジ状コアパターンを形成した。次に、基板を剥離液に浸漬し、マスク層を除去した。さらに基板と同種の屈折率（１．５２５）のフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコーティング装置により塗布した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成して、厚さ１８ミクロンの上部クラッド層を形成した。
【００２７】
作製した導波路にはコアパターンの変形は認められず、１．３ミクロンでの伝搬損失は０．３ｄＢ、ＰＤＬは０．１ｄＢ以下であり、光導波路として好適なものが得られた。
【実施例２】
【００２８】
光導波路に用いた樹脂はフッ素化ポリイミドである。基板は厚さ０．５２５ｍｍ、直径１００ｍｍのシリコン基板である。この基板に、クラッド用のフッ素化ポリアミド酸ワニスをスピンコーティング装置により塗布した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成して下部クラッド層を１２ミクロン形成し、この下部クラッド層上にレジスト層を成膜し、図２に示すＹ分岐のフォトマスクを用い、アライナによって光導波路パターンを露光し、パターニングされたレジスト層を形成した。
【００２９】
次にレジスト層に保護されていない下部クラッド層部分をＲＩＥ装置を用いてＯ２ガスを流入させてエッチングにより除去し、コアパターン形状の深さ０．６ミクロンのトレンチを形成した。
【００３０】
次に、基板を剥離液に浸漬し、マスク層を除去した。次にコア用フッ素化ポリアミド酸ワニスをスピンコーティング装置により塗布した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成して、トレンチ上の厚さが５．４ミクロンになるようにコア層を成膜した。
【００３１】
使用したコア層は屈折率が（１．５３）であり、コア−クラッドの比屈折率差は０．３３％とした。このコア層上にマスク層としてレジスト層を成膜し、図３に示すＹ分岐のフォトマスクを用い、アライナによって光導波路パターンを露光し、パターニングされたレジスト層を形成した。
【００３２】
引き続いてＲＩＥ装置を用いてＯ２ガスを流入させてマスク層に保護されていないコア層部分をエッチングにより除去し、全長１０ｍｍ、コア幅６ミクロン、高さ４．５ミクロンのＹ分岐のリッジ状コアパターンを形成した。次に、基板を剥離液に浸漬し、マスク層を除去した。さらに基板と同種の屈折率（１．５２５）のフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコーティング装置により塗布した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成して、厚さ１８ミクロンの上部クラッド層を形成した。
【００３３】
作製した導波路にはコアパターンの変形は認められず、１．３ミクロンでの伝搬損失は０．４５ｄＢ、ＰＤＬは０．３ｄＢ以下であり、光導波路として好適なものが得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による樹脂光導波路の作製工程を説明する図である。
【図２】実施例に用いたＹ分岐のフォトマスクである。
【図３】実施例に用いたＹ分岐のフォトマスクである。
【符号の説明】
【００３５】
１  基板
２  下部クラッド層
３  マスク層
４  コア層
５  マスク層
６  上部クラッド層
【図１】
2006343516.tif 000002
【図２】
2006343516.tif 000003
【図３】
2006343516.tif 000004