(57)【要約】下部クラッドを備えた基板上に第１の樹脂膜を形成する第１の工程と、前記第１の樹脂膜を光導波路形状にパターニングしてコア層を形成する第２の工程と、前記下部クラッド及びコア層の表面に第２の樹脂膜の材料溶液をスピンコート法により塗布、乾燥して第２の樹脂膜を形成する第３の工程を有し、前記第３の工程において、第２の樹脂膜の材料溶液の溶媒の蒸発速度を抑制する手段を設けた、光導波路の分岐部に気泡のない樹脂製光導波路デバイスの製造方法。
2003056371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部クラッド層を備えた基板上に、第１の樹脂膜を形成する第１の工程と、
前記第１の樹脂膜を光導波路形状にパターニングしてコア層を形成する第２の工程と、
前記下部クラッド層及び前記コア層表面に、第２の樹脂膜の材料溶液を、乾燥膜厚が、下部クラッド層上面からコア層の厚みの３〜１０倍となるようにスピンコート法により塗布、乾燥して第２の樹脂膜を形成する第３の工程を有し、
前記第３の工程において、第２の樹脂膜の材料溶液の溶媒の蒸発速度を抑制する手段を設けた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】
第２の樹脂膜の材料溶液の溶媒の蒸発速度を抑制する手段が、スピンコーターのローターに取り付けられた回転カップと同一円周上に設けられた液溜めの内周壁に設けられた排液孔と、溶媒塗布面とその周囲雰囲気との相対速度をゼロにする手段とである請求項１記載の光導波路デバイスの製造方法。
【請求項３】
第２の樹脂膜の材料溶液の溶媒の蒸発速度を抑制する手段が、スピンコーターの回転カップの同一円周上に設けられた液溜めに投入された溶媒である請求項１又は２記載の光導波路デバイスの製造方法。
【請求項４】
第２の工程と第３の工程の間にコア層と下部クラッド層の上面に、ぬれ性を向上させるための溶媒を付着させる工程を有する請求項１〜３のいずれか１項記載の光導波路デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記第２の樹脂膜を、下部クラッド層の上面から前記コア層の厚みの３倍未満となるように除去して、第２の樹脂膜を上部クラッド層とする第４の工程を有する請求項１〜４のいずれか１項記載の光導波路デバイスの製造方法。
【請求項６】
第２の樹脂膜をコア層の厚みの３倍未満となるように除去する手段がドライエッチング・ウェットエッチング、又は研磨剤による研磨である請求項１〜５のいずれか１項記載の光導波路デバイスの製造方法。
【請求項７】
第２の樹脂膜をコア層の厚みの２〜３倍未満となるように除去する請求項１〜６のいずれか１項記載の光導波路デバイスの製造方法。
【請求項８】
分岐部を有する樹脂製光導波路デバイスであって、該分岐部に、光導波路の伝搬効率に悪影響を及ぼす気泡を含まない樹脂製光導波路。
【請求項９】
第２の樹脂膜がフッ素化ポリイミド樹脂である請求項８記載の光導波路デバイス。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光導波路デバイスの製造方法及び光導波路デバイスに関し、特に、分岐部に、光導波路の伝搬効率に悪影響を及ぼす気泡のない樹脂製光導波路デバイスの製造方法及び光導波路デバイスに関する。
背景技術
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。
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、これを所望の光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、装置及び工程が簡単であるという利点がある。
また、光導波路のコア層及び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のコア層及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。
このようなポリマー光導波路は、例えば、シリコン等の基板上に、下部クラッド層を形成し、この下部クラッド層上に、第１の樹脂膜を形成し、この第１の樹脂膜を光導波路形状にパターニングしてコア層を形成し、下部クラッド層及びコア層表面に、第２の樹脂膜の材料溶液をスピンコート法により塗布、乾燥して第２の樹脂膜からなる上部クラッド層を形成することにより製造される。
このように、樹脂によりコア層及びクラッド層を形成することにより、簡単な製造工程で樹脂製光導波路を製造することができるが、Ｙ分岐を有する光導波路の分岐部分のように、２以上の光導波路の間隔が非常に狭い部分では、コア層と上部クラッド層との境界や上部クラッド層の内部に気泡が生じることがある。このように気泡が生じると、光導波路の伝搬効率に悪影響を及ぼす。
発明の開示
本発明の目的は、光導波路の伝搬効率に悪影響を及ぼす気泡のない樹脂製光導波路デバイスの製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、分岐部を有する樹脂製光導波路デバイスであって、分岐部に、光導波路の伝搬効率に悪影響を及ぼす気泡のない樹脂製光導波路デバイスを提供することである。
本発明は、下記の樹脂製光導波路デバイスの製造方法、及び樹脂製光導波路デバイスを提供するものである。
１．下部クラッド層を備えた基板上に、第１の樹脂膜を形成する第１の工程と、
前記第１の樹脂膜を光導波路形状にパターニングしてコア層を形成する第２の工程と、
前記下部クラッド層及び前記コア層表面に、第２の樹脂膜の材料溶液を、乾燥膜厚が、下部クラッド層上面からコア層の厚みの３〜１０倍となるようにスピンコート法により塗布、乾燥して第２の樹脂膜を形成する第３の工程を有し、
前記第３の工程において、第２の樹脂膜の材料溶液の溶媒の蒸発速度を抑制する手段を設けたことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
２．第２の樹脂膜の材料溶液の溶媒の蒸発速度を抑制する手段が、スピンコーターのローターに取り付けられた回転カップと同一円周上に設けられた液溜めの内周壁に設けられた排液孔と、溶媒塗布面とその周囲雰囲気との相対速度をゼロにする手段とである上記１記載の光導波路デバイスの製造方法。
３．第２の樹脂膜の材料溶液の溶媒の蒸発速度を抑制する手段が、スピンコーターの回転カップの同一円周上に設けられた液溜めに投入された溶媒である上記１又は２記載の光導波路デバイスの製造方法。
４．第２の工程と第３の工程の間にコア層と下部クラッド層の上面に、ぬれ性を向上させるための溶媒を付着させる工程を有する上記１〜３のいずれか１項記載の光導波路デバイスの製造方法。
５．前記第２の樹脂膜を、下部クラッド層の上面から前記コア層の厚みの３倍未満となるように除去して、第２の樹脂膜を上部クラッド層とする第４の工程を有する上記１〜４のいずれか１項記載の光導波路デバイスの製造方法。
６．第２の樹脂膜をコア層の厚みの３倍未満となるように除去する手段がドライエッチング、ウェットエッチング、又は研磨剤による研磨である上記１〜５のいずれか１項記載の光導波路デバイスの製造方法。
７．第２の樹脂膜をコア層の厚みの２〜３倍未満となるように除去する上記１〜６のいずれか１項記載の光導波路デバイスの製造方法。
８．分岐部を有する樹脂製光導波路デバイスであって、該分岐部に、光導波路の伝搬効率に悪影響を及ぼす気泡を含まない樹脂製光導波路。
９．第２の樹脂膜がフッ素化ポリイミド樹脂である上記８記載の光導波路デバイス。
発明を実施するための最良の形態
本発明の一実施の形態について、図面を用いて説明する。
まず、本発明の光導波路デバイス１００の構成を図３及び図４を用いて説明する。本発明の光導波路デバイス１００は、シリコンウエハ基板１の上に、光導波路積層体１０を備え、光導波路積層体１０が配置されていない領域に電極部７等が配置された構成を有する。
光導波路積層体１０は、シリコンウエハ基板１の上に形成された下部クラッド層３と、その上に搭載されたＹ分岐形状のリッジ型光導波路のコア層４と、コア層４を埋め込む上部クラッド層５と、保護層９とを備えている。
下部クラッド層３及び上部クラッド層５は、いずれも、第１のポリイミド樹脂膜で形成され、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３の表面から約１２μｍである。コア層４は、第２のポリイミド樹脂膜で形成され、その膜厚は約６μｍであり、幅は約６μｍである。保護層９は、第３のポリイミド樹脂膜で形成され、その膜厚は、コア層４から離れた端部で約５μｍである。電極部７は、発光素子や受光素子を搭載するための電極である。
本発明の光導波路デバイスのコア層（光導波路）４は、図５に示すように、コア層４ａと、コア層４ａが２方向に分岐したコア層４ｂ及び４ｃからなるＹ分岐の部分５２を有する。このコア層４ａの幅は約６μｍである。
上記構造の光導波路デバイスは、例えば、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すようなスピンコーターを用いて製造されている。図２（Ａ）に示すスピンコーターは、ローター２００と上方開放の円形容器３００を備え、ローター２００には回転カップ４００が取り付けられ、ローター２００の先端に基板１が載置され、ウエハ吸着用真空排気装置７００により吸引固定される。基板１の上に、又は基板１に設けられた樹脂膜（及び場合によっては電極その他の光素子）上に塗布液を滴下し、密閉用蓋６００により回転カップ４００を密閉し、ローター２００を回転させると、塗布液５００が遠心力により均一に基板上に拡がり、樹脂膜を形成する。この際、遠心力により塗布液５００の一部及び蒸発した溶媒が回転カップ４００の液溜め４３０に落下し、さらに回転カップ４００の外周壁４１０に設けられた排液孔４４０から排出される。この際、塗布液５００と回転カップ４００内の雰囲気との相対速度はゼロであるが、排液孔４４０から塗布液等が排出される際に回転カップ４００の内部が減圧となるため、溶媒の蒸発速度が加速されて、図５に示すＹ分岐部分５２近傍に気泡５１が発生する。
また、図２（Ｂ）に示すスピンコーターは、ローター２００と上方開放の円形容器３００を備え、ローター２００の先端に基板１が載置され、ウエハ吸着用真空排気装置７００により吸引固定される。基板１の上に、又は基板１に設けられた樹脂膜（及び場合によっては電極その他の光素子）上に塗布液を滴下し、密閉用蓋６００により容器３００を密閉し、ローター２００を回転させると、塗布液５００が遠心力により均一に基板上に拡がり、樹脂膜を形成する。この際、遠心力により塗布液５００の一部及び蒸発した溶媒が容器３００の液溜め３１０に落下して、さらに容器３００の底部に設けられた排液孔３２０から排出される。この際、塗布液５００と容器３００内の雰囲気との相対速度により気流が発生し、溶媒の蒸発速度が加速されて、図５に示すＹ分岐部分５２近傍に気泡５１が発生する。
本発明の特徴の一つは、下部クラッド層３及びコア層４の表面に、第２の樹脂膜の材料溶液をスピンコート法により塗布、乾燥して第２の樹脂膜を形成する第３の工程において、第２の樹脂膜の材料溶液の溶媒の蒸発速度を抑制する手段を設けたことにある。
第２の樹脂膜の材料溶液の溶媒の蒸発速度を抑制する手段としては、（１）スピンコーターのローター２００に取り付けられた回転カップ４００と同一円周上に設けられた液溜め４３０の内周壁４２０に設けられた排液孔４４０と、溶媒塗布面とその周囲雰囲気との相対速度をゼロにする手段との組合せ、（２）液溜め４３０に、溶媒、好ましくは材料溶液の溶媒と同一の溶媒を投入して回転カップ４００内の溶媒の分圧を高くすること、及びこれらの２種以上の組合せが挙げられる。これらの抑制手段にさらに、第２の工程と第３の工程の間に、コア層と下部クラッド層の上面に、ぬれ性を向上させるための溶媒を付着させる工程を設けることも好ましい。
回転カップ４００と同一円周上に設けられた液溜め４３０の内周壁４２０に排液孔４４０を設け、かつ、回転カップ４００を密閉用蓋６００で密閉しておき、ローター２００を回転させる。そうすると、遠心力により、排液孔４４０から外部の空気が回転カップ４００の内部に流入し、回転カップ４００内の圧力が上昇し、さらに回転カップ４００が密閉されているため塗布液５００と回転カップ４００内の雰囲気との相対速度がゼロになって、溶媒の蒸発が抑制されると考えられる。
この抑制効果は、液溜め４３０に、予め溶媒、好ましくは第２の樹脂膜の材料溶液の溶媒と同一の溶媒、例えばＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドを投入しておくことによりさらに顕著なものとなる。投入量は、２〜１０ｍｌ程度で充分である。
第１の実施態様
以下、上記手段（１）を設けた本発明の光導波路デバイスの製造方法について、図３（１）〜（９）を用いてさらに詳細に説明する。
まず、シリコン基板１の上面（図３（１））全体に、第１のポリイミド前駆体溶液を、図１に示すような構造を有するスピンコーターにより塗布して材料溶液膜を形成し、これを加熱乾燥して溶媒を蒸発させ、続いてさらに高温で加熱して樹脂を硬化させ、第１のポリイミド樹脂膜からなる下部クラッド層３を形成する（図３（２））。
この下部クラッド層３の上に、第２のポリイミド前駆体溶液をスピンコーターにより塗布して材料溶液膜を形成し、これを加熱乾燥して溶媒を蒸発させ、続いてさらに高温で加熱して樹脂を硬化させ、コア層４となる第２のポリイミド樹脂膜４を形成する（図３（３））。
この第２のポリイミド樹脂膜４の上にレジストをスピンコーターにより塗布し、乾燥後、露光、現像することにより、レジストパターン層６を形成する。このレジストパターン層６は、第２のポリイミド樹脂膜４をＹ分岐のコア層（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（図３（４））。
このレジストパターン層６をマスクとして、第２のポリイミド樹脂膜４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、分岐型のコア層４を得ることができる（図３（５））。
その後、レジストパターン層６を剥離する（図３（６））。
次に、コア層４及び下部クラッド層３を覆うように、第１のポリイミド前駆体溶液をスピン塗布する。このとき、第１のポリイミド前駆体溶液の塗布量は、分岐部分に気泡が形成されるのを防止する観点から、所望の上部クラッド層の厚みよりも厚くしておくことが望ましい。例えば、図２に示すような構造を有するスピンコーターを用いる場合には、無気泡良品率を９５％以上にするには、第１のポリイミド樹脂膜５の厚み（乾燥後）を下部クラッド層３の上面からコア層４の膜厚の５倍以上、例えば、約３０μｍ以上となるようにする必要があった。
しかし本発明では、第１のポリイミド前駆体溶液（第２の樹脂膜の材料溶液）の溶媒の蒸発速度を抑制する手段を設けているため、例えば、図１に示すような構造を有するスピンコーターを使用した場合には、溶媒の蒸発速度が抑制される結果、第１のポリイミド樹脂膜５の厚み（乾燥後）を従来の方法と比較して薄くすることができる。このため、無気泡良品率を９５％以上にするには、第１のポリイミド樹脂膜５の厚み（乾燥後）を下部クラッド層３の上面からコア層４の膜厚の３．５倍以上、例えば、約２２μｍ以上となるようにすれば充分であり、後述の上部クラッド層５の除去量を少なくすることができる。
この際、液溜め４３０に予め溶媒、好ましくは第１のポリイミド前駆体溶液の溶媒と同一の溶媒、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等を２〜１０ｍｌ程度投入しておくとさらに好ましい。
次いで、第１のポリイミド前駆体溶液の膜を加熱乾燥して溶媒を蒸発させ、続いてさらに高温で加熱して樹脂を硬化させ、第１のポリイミド樹脂膜からなる上部クラッド層５を形成する（図３（７））。
さらに、上部クラッド層５となる第１のポリイミド樹脂膜を下部クラッド層３の上面からコア層４の厚みの３倍未満となるように除去し、第１のポリイミド樹脂膜からなる上部クラッド層５を形成する（図３（８））。
第１のポリイミド樹脂膜５をコア層４の厚みの３倍未満となるように除去する手段の例としては、ドライエッチング、ウェットエッチング、及び研磨剤による研磨が挙げられる。
ドライエッチングの例としては、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング、反応性スパッタエッチング、イオンビームエッチング等が挙げられ、異方性エッチングが可能なことから反応性イオンエッチングが好ましい。これらは、ガス組成、圧力、温度、周波数、出力などが制御因子であり、目的に適した条件を適宜選択すればよい。
ウェットエッチングは、液相を用い、化学反応を利用したエッチングである。例えば、フツ化水素のような酸、水酸化アルカリ、エチレンジアミンのようなアルカリ、過マンガン酸カリウムのような酸化剤が用いられる。反応方式としては、浸漬、流水、スプレー、ジェット、電解などの方法が挙げられ、液組成、ｐＨ、粘度、温度、攪拌条件、処理時間、処理済み面積等が制御因子であり、目的に適した条件を適宜選択すればよい。
本発明では、ポリイミド樹脂を用いているので、水酸化カリウムや水酸化ナトリウムの水溶液、ヒドラジンとイソプロピルアルコールの混合液、エチレンジアミンとピロカテコールの混合水溶液などを加温して用いることができる。
研磨剤による研磨には、コロイダルシリカ、炭酸バリウム、酸化鉄、炭酸カルシウム、シリカ、酸化セリウム、ダイヤモンド等の研磨剤が用いられ、機械的研磨やメカノケミカル研磨方式が利用される。この方法は表面が均一に研磨されるので好ましいが、研磨傷が付かないように注意する必要がある。
こうして所望の厚みとなるまでエッチングした上部クラッド層５の上面に、第３のポリイミド前駆体をスピン塗布し、加熱乾燥して溶媒を蒸発させ、続いてさらに高温で加熱して樹脂を硬化させ、上面がほぼ平坦な厚さ５μｍの第３のポリイミド樹脂膜からなる保護層９を得る（図３（９））。
次に、保護層９、上部クラッド層５、コア層４、下部クラッド層３の積層膜に対してダイシングにより膜厚方向に切り込みを入れ、電極部７の領域に形成されている保護層９から下部クラッド層３までを、基板１上から剥がして除去する。これにより、光導波路積層体１０は図４に示した形状の一部となり、基板１上の電極部７の領域では、電極部７とシリコン基板１が露出される。
露出された電極部７には、所望の形状の金属合金層を形成しても良い。
その後、ウエハ状の基板１をダイシングにより切り出し、側面を研磨して光導波路デバイス１００を完成させる。
第２の実施態様
本発明は、下部クラッド層３及びコア層４の表面に、第２の樹脂膜の材料溶液をスピンコート法により塗布、乾燥して第２の樹脂膜を形成する第３の工程において、第２の樹脂膜の材料溶液の溶媒の蒸発速度を抑制する手段を設けることにより、分岐部分における気泡の発生を防止することを特徴とするものであるが、本発明においてはさらに、上部クラッド層５の材料溶液を塗布する際に、そのぬれ性を向上させることにより気泡を低減する方法を組み合わせてもよい。
以下、この方法について説明する。
図３（１）〜図３（６）の工程により、同様に、基板１上にコア層４を形成する。次いで、上部クラッド層５を形成する工程の前に、上部クラッド層５の材料溶液に対するぬれ性を向上させるための処理を、下部クラッド層３の上面とコア層４の側面及び上面に対して行う。この処理は、下部クラッド層３の上面とコア層４の側面を含む上面に対して、上部クラッド層５の材料溶液に用いられる溶媒もしくは、表面張力を低下させる溶媒を塗布する処理である。ここでは、上部クラッド層５の材料溶液に用いられる溶媒のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドを塗布する。塗布の方法としては、スピン塗布法や、ディッブ法（溶媒中に浸す）、ホイラー法（溶媒の霧を吹く）等を用いることができる。また、塗布に代えて、溶媒の蒸気を満たした容器内に基板１を配置することにより、溶媒蒸気を基板１の処理すべき面に付着させる方法を用いることもできる。なお、容器内に蒸気を満たすために、溶媒の蒸気圧を考慮して、必要であれば容器内を減圧するか、もしくは溶媒を加熱する手法をとることができる。
このように溶媒を塗布または溶媒蒸気で処理したコア層４及び下部クラッド層、３が溶媒で濡れた状態のまま、上部クラッド層５の材料溶液をスピン塗布する。これにより、上部クラッド層５の材料溶液は、コア層４を覆い、下部クラッド層３の隅々まで濡れ広がる。よって、コア層４の分岐部５２のコア層４ｂとコア層４ｃとの間隙まで、材料溶液により埋め込むことができる。また、ぬれ性が高いため、気泡を巻き込みにくい。その後、加熱して材料溶液膜の溶媒を蒸発させ、さらに高温で加熱することにより第１のポリイミド膜の上部クラッド層５を形成する（図３（７））。
以降の工程は、第１の実施態様と同様にして光導波路デバイスを完成させる。
この実施の形態では、下部クラッド層３及びコア層４の上面のぬれ性を改善する処理を行ってから上部クラッド層５の材料溶液を塗布しているため、Ｙ分岐を有するコア層４の分岐部において材料溶液の埋め込み不全が発生しにくく、かつ、材料溶液が濡れ広がる際に気泡を巻き込みにくい。これにより、上部クラッド層５に気泡が生じるのを低減することができる。
なお、上述のぬれ性改善の工程では、前述の溶媒で、コア層４及び下部クラッド層３の上面が濡れた状態のまま、上部クラッド層５の材料溶液を塗布しているが、溶媒を一旦乾燥させてから上部クラッド層５の材料溶液を塗布する工程にすることもできる。乾燥させた場合にも、発明者らの実験によれば、ぬれ性が改善されていた。これは、溶媒で一旦濡れることにより、コア層４及び下部クラッド層３を構成するポリイミド膜の表面層に何らかの変化が生じたためであると推測される。
なお、ぬれ性改善のための処理で用いる溶媒もしくは表面張力低下溶媒としては、上述の溶媒に限られるものではなく、他の溶媒や溶媒を用いることができる。例えば、Ｎ−メチルピロリドン等を用いることができる。
実施例１〜６及び比較例１〜４
第１の実施態様に従い、直径１２５ｍｍのシリコン基板を用いて光導波路デバイスを製造した。スピンコーターとして、図１（密閉回転カップ）及び図２（Ｂ）（開放型）記載のものを使用し、下部クラッド層３とコア層４の表面に塗布する第１のポリイミド前駆体溶液の量を変えて、種々の厚みの上部クラッド層５を製造し、これを下部クラッド層３の上面からコア層４の厚みの３倍未満となるように除去し、上部クラッド層５とし、さらに保護層９を設けた。使用した各層の成分及び乾燥、硬化処理条件は以下のとおりである。
下部クラッド層３及び上部クラッド層５：第１のポリイミド前駆体（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（１００℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱して溶媒を蒸発させ、３７０℃（上部クラッド層５のときは３５０℃）で６０分加熱して硬化させたもの）（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、表１を参照）
コア層４：第２のポリイミド前駆体（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（１００℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱して溶媒を蒸発させ、さらに３５０℃で６０分加熱して硬化させたもの）（膜厚は約６μｍ、幅は約６μｍ）
保護層９：第３のポリイミド前駆体（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（１００℃で３０分、２００℃で３０分加熱して溶媒を蒸発させ、次いで、３５０℃で６０分加熱して硬化させたもの）（膜厚は、コア層４から離れた端部の部分で約５μｍ）
光導波路デバイス１００のコア層（光導波路）４の分岐部５２を顕微鏡観察し、コア層（光導波路）４ｂとコア層（光導波路）４ｃ（図５参照）との間隙に気泡５１が含まれているかどうかを検査した。上部クラッド層５の塗布条件、乾燥膜厚及び無気泡良品率を表１に示す。ここで、無気泡良品率とは、１枚のウエハ基板上に多数形成された光導波路デバイスの総個数に対するＹ分岐部に気泡が発生していない光導波路デバイスの個数の百分率である。
2003056371.tif 000003
表中、４５０ｒｐｍ／３０ｓ＋１６００／０ｓとは、スピンコーターを回転数４５０ｒｐｍで３０秒間保持した後、回転数を１６００ｒｐｍまで上げ、０秒間保持し、回転を停止したことを意味する。他の例も同様である。
表１に示したとおり、従来の開放型のローターを用いた塗布方法（図２（Ｂ））では、無気泡良品率９５％以上を達成するためには、上部クラッド層形成時の塗布膜厚を約３０μｍ以上にする必要があった。これに対して、溶媒の蒸発速度抑制手段を備えた図１のスピンコーターを用いることにより、無気泡良品率９５％以上を達成するためには、上部クラッド層形成時の塗布膜厚を約２２μｍ以上にすれば足り、所望膜厚の上部クラッド層５を得るのに必要なエッチバック量が少なくなり、時間短縮が可能となる。
図５に示すように、気泡５１は、分岐部の根元５２から約５０μｍ先までの部分で主に生じており、これは、コア層（光導波路）４ｂとコア層（光導波路）４ｃの間隙が、分岐部の根元５２で行き止まりになっているため、上部クラッド層５の材料溶液が十分に入り込めず、埋め込みが不完全になったためであると推測される。
また、本実施の形態の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。
また、上述の実施の形態では、ポリイミド膜により下部クラッド層３から保護層９までの各層を形成しているが、保護層９は、樹脂に限らず、例えばＳｉＯ２等の無機材料により形成することもできる。無機膜として保護層９を形成する場合には、保護層９をＣＶＤ法、蒸着法などの公知の成膜方法により形成することができる。また、ＳＯＧのように溶液塗布法によっても形成することができる。
実施例７
この実施例は、上部クラッド層５の材料溶液を塗布する際のぬれ性を向上させることにより気泡を低減するものである。
図３（１）〜図３（６）の工程により、実施例１と同様に、基板１上にコア層４を形成する。
次に、上部クラッド層５を形成する工程の前に、下部クラッド層３の上面とコア層４の側面及び上面に、上部クラッド層５の材料溶液に用いられる溶媒であるＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドを用いて下記の処理を行った。図１のスピンコーターを用いたスピン塗布（１０ｍｌ／ウエハ１枚）、蒸気を満たし静置（２３℃で２時間）、蒸気を満たし減圧して静置（２３℃、０．０５ＭＰａで２時間）。
コア層４及び下部クラッド層３が溶媒で濡れた状態のまま、上部クラッド層５の材料溶液のＯＰＩ−Ｎ１００５を、乾燥膜圧が下部クラッド層３の上面からコア層４の厚みの３．９倍となるようにスピン塗布した。次に、乾燥器で１００℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱して材料溶液膜の溶媒を蒸発させ、３５０℃で６０分加熱することによりポリイミド樹脂膜の上部クラッド層５を形成した（図３（７））。以降の工程は、第１の実施の形態の製造方法と同様にして光導波路デバイスを完成させた。無気泡良品率を顕微鏡を用いて調べた。
その結果、無処理と比較して、スピン塗布、蒸気（静置）、蒸気（減圧）処理した場合にはいずれも無気泡良品率が向上した。
産業上の利用可能性
本発明は、上部クラッド層５を所望の厚みよりも厚く形成することにより、分岐部近傍の気泡の発生を防止するとともに、その過剰塗布量を従来の方法よりも少なくしたことを特徴とする。従って、過剰の上部クラッド層５をエッチバックして所望の厚みとする処理の時間を短縮できる。また、本発明では、上部クラッド層５を厚く形成し、それを下部クラッド層３の上面からコア層４の厚みの３．５倍未満となるように除去するので、上部クラッド層５の上面が、より平滑となる。ＲＩＥを利用してエッチバックした場合、従来法ではコア層上面の中央部と端部では３〜４μｍの高低差があったが、本発明では、１〜１．５μｍと１／３以下になった。このため、保護層９や上部クラッド層５の表面が平滑でさらに多層化する際に有利で、保護層９の厚みを薄くできる効果がある。上部クラッド層５は、コア層４の厚みの２倍程度あれば十分な伝搬効率を示すので第２の樹脂膜５はコア層４の厚みの２〜３．５倍未満となるように除去するのが好ましい。
また、上述の実施の形態では、Ｙ分岐型の光導波路の分岐部の気泡を低減するための構成及び製造方法を示したが、上記構成及び製造方法は、Ｙ分岐に限らず、微細構造を有する光導波路の微細構造部分を製造する際に適用することができる。例えば、３以上に分岐する光導波路や、２以上の光導波路が微小な間隔で近接する部分を有する方向性結合器や、２以上の光導波路が交叉する光スイッチ等を樹脂により製造する際に適用することができる。
このように本発明によれば分岐部を有する樹脂製光導波路デバイスであって、分岐部に気泡を生じにくい樹脂製光導波路デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の方法を実施するのに好適なスピンコーターの一例を示す図面である。（Ａ）は回転中、（Ｂ）は停止時の断面図である。
図２（Ａ）は、従来のスピンコーター（密閉回転カップ型）の例を示す図面であり、図２（Ｂ）は従来のスピンコーター（開放型）の例を示す図面である。
図３（１）〜（９）は、本発明の光導波路デバイスの製造工程の一例を模式的に示す断面図である。
図４は、本発明の光導波路デバイスの製造方法で得られた光導波路デバイスを模式的に示す断面図である。
図５は、光導波路デバイスのコア層４の分岐部の形状を示す拡大上面図である。
符号の説明
１・・・シリコン基板、３・・・下部クラッド層、４・・・コア層、５・・・上部クラッド層、６・・・マスク、７・・・電極部、９・・・保護層、１０・・・光導波路積層体、５１・・・気泡、５２・・・分岐部の根元、１００・・・光導波路デバイス、２００・・・ローター、３００・・・上方開放の円形容器、３１０・・・液溜め、３２０・・・排液孔、４００・・・回転カップ、４１０・・・外周壁、４２０・・・内周壁、４３０・・・液溜め、４４０・・・排液孔、５００・・・塗布液、６００・・・密閉用蓋、７００・・・ウエハ吸着用真空排気装置
【図１】
2003056371.tif 000004
【図２】
2003056371.tif 000005
【図３】
2003056371.tif 000006
【図４】
2003056371.tif 000007
【図５】
2003056371.tif 000008
【国際調査報告】
2003056371.tif 000009
2003056371.tif 000010