(57)【要約】【課題】コアパターニングのために使用したレジスト層残膜を除去する必要がない新しい光導波路構造の製造方法を提供すること。【解決手段】コアとクラッドを有する光導波路構造の製造方法であって、基板上に下部クラッド層を形成する工程、下部クラッド層上にコア層を形成する工程、コア層上にレジスト層を形成する工程、レジスト層を光導波路形状にパターニングする工程、前記パターニングしたレジスト層を介してコア層を反応性イオンエッチングにより下部クラッドが露出するまでエッチングしてコアを形成する工程、並びに前記露出した下部クラッドと前記コア上に残存するレジスト層の上に上部クラッド層を形成する工程を含む上記製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとクラッドを有する光導波路構造の製造方法であって、基板上に下部クラッド層を形成する工程、下部クラッド層上にコア層を形成する工程、コア層上にレジスト層を形成する工程、レジスト層を光導波路形状にパターニングする工程、前記パターニングしたレジスト層を介してコア層を反応性イオンエッチングにより下部クラッドが露出するまでエッチングしてコアを形成する工程、並びに前記露出した下部クラッドと前記コア上に残存するレジスト層の上に上部クラッド層を形成する工程を含む上記製造方法。
【請求項２】
該コア材料及び該クラッド材料がポリマーである請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
該ポリマーが、フッ素を含有するポリイミド系樹脂である請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
該レジスト層が珪素含有レジストである、請求項１〜３のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項５】
該上部クラッド形成後のレジスト層の厚さが０．０３〜０．３μｍである、請求項１〜４のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項６】
コアと、クラッドを有する光導波路構造において、前記コア上にレジスト層を有することを特徴とする光導波路構造。
【請求項７】
該コア材料及び該クラッド材料がポリマーである請求項６記載の光導波路構造。
【請求項８】
該ポリマーが、フッ素を含有するポリイミド系樹脂である請求項６または７に記載の光導波路構造。
【請求項９】
該レジスト層が珪素含有レジストである、請求項６〜８のいずれか１項記載の光導波路構造。
【請求項１０】
該レジスト層の厚さが０．０３〜０．３μｍである、請求項６〜９のいずれか１項記載の光導波路構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コアとクラッドを有する光導波路構造及びその製造方法に関する。
【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。
【０００４】
一方、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。コア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。ポリイミドによりコア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。このポリイミドの中でも透過率、屈折率特性から通常フッ素を含むポリイミドが適用されている。
【０００５】
このような光導波路は、例えば、シリコン等の基板上に、下部クラッド層を設け、コア層を設け、コア層上にレジスト層を設けてマスクを介してコア形状にパターニングし、パターニングしたレジストを介してイオンエッチング等によりコアを形成し、レジスト層を除去後、下部クラッド層及びコア表面に上部クラッド層を形成することにより製造される（例えば、特許文献１参照）。上記製造方法では上部クラッド形成前に、用いたレジスト層の残膜をアルカリ液等により除去し、水により洗浄し、さらに乾燥する等の余分な工程が必要である
【０００６】
一方、レジスト層（マスク材）除去に用いる薬液のアンダークラッド層への影響を抑制する目的で、レジスト層を除去せずにオーバークラッド層を設ける方法が報告されているが、この方法ではオーバークラッド層を形成した後、レジスト層が露出するまでエッチングしてレジスト層の除去を行っており、依然としてレジスト層の除去工程が必要である（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−９８０７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２３５１２９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、コアパターニングのために使用したレジスト層残膜を除去する必要がない新しい光導波路構造の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コアとクラッドを有する光導波路構造の製造方法であって、基板上に下部クラッド層を形成する工程、下部クラッド層上にコア層を形成する工程、コア層上にレジスト層を形成する工程、レジスト層を光導波路形状にパターニングする工程、前記パターニングしたレジスト層を介してコア層を反応性イオンエッチングにより下部クラッドが露出するまでエッチングしてコアを形成する工程、並びに前記露出した下部クラッドと前記コア上に残存するレジスト層の上に上部クラッド層を形成する工程を含む上記製造方法を提供するものである。
また本発明は、コアと、クラッドを有する光導波路構造において、前記コア上にレジスト層を有することを特徴とする光導波路構造を提供するものである。
本発明の好ましい実施態様において、上記コア材料及びクラッド材料は、ポリマーである。ポリマーとして好ましいものは、フッ素を含有するポリイミドである。
また、本発明の好ましい他の実施態様において、上記レジスト層は珪素含有レジストである。レジスト層の厚さは最終的に、すなわち上部クラッド形成後に０．０３〜０．３μｍの範囲であることが好ましい。
【００１０】
本発明の製造方法により、レジスト層を除去する必要が無く、製造工程が短い製造方法を提供できる。また、本発明の製造方法により得られる光導波路構造は、製造工程が短いため製造コストを安価にできるのみではなく、驚くべきことにレジスト層を剥離して製造したものに比べて光の伝搬特性が高いという特徴を有し、従来の方法により製造されるレジスト層を有さない光導波路構造に比して有利な効果を奏する。
【００１１】
レジスト層が残存する光導波路構造の光伝搬特性が高いのは、以下の理由が考えられる。従来レジスト層除去の際にアルカリ液を用いているが、アルカリ液で剥離中に剥離されたレジストが凝集し、粒状になってコア近傍に二次付着する様子が観察されるが、これによりクラッド塗布後の光導波路において光伝搬特性が低下しているのではないかと考えられる。これに対し、レジスト層を剥離しない本発明の製造方法では、このような付着が無く、光伝搬特性の低下が起こらないと考えられる。
【００１２】
また、レジスト層を介してコア層を光導波路形状にエッチングする際にレジスト層が一部エッチングされて除去されることが認められ、更に上部クラッド層を塗布する際に、上部クラッド層塗布材料に含まれる溶媒中に、残存するレジスト層が一部溶解することが認められた。これらの処理によりレジスト層がある程度除去されるために、光伝搬特性へのレジスト層残膜の影響が小さいものと考えられる。以上のことから、レジスト層を除去する従来の方法に比べて、レジスト層を除去する工程を含まない本発明の製造方法により得られる光導波路構造の光伝搬特性が向上したものと考えられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法の一実施態様について図面により説明する。図１は後述する実施例の各製造工程における光導波路構造の模式断面図である。シリコン基板１上に下部クラッド層２を塗布する（図１ａ）。下部クラッド層２上にコア層３’を設ける（図１ｂ）。コア層３’上に珪素含有レジスト層４を設ける（図１ｃ）。レジスト層をマスクを介して露光し、現像して光導波路形状にパターニングする（図１ｄ）。レジスト層が除去された部分についてコア層３’のＲＩＥを下部クラッド層２の表面が露出するまで行い、光導波路（コア３）を形成する（図１ｅ及び１ｆ）。下部クラッド層２の露出表面及びコア３上の残存レジスト層４上に上部クラッド層５を設ける（図１ｇ）。
【００１４】
本発明の光導波路構造は、コア３と、クラッド２及び５を有する光導波路構造において、前記コア３上にレジスト層４が残存することを特徴とする光導波路構造である。上記光導波路構造は、シリコン等の基板１上に設けて用いてもよく、また、基板１から剥離してフィルム状の光導波路として用いてもよい。
【００１５】
本発明において基板１はいずれのものでもよいが、例としては、ガラス、石英、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタル、ガリウムヒ素等の無機材料基板が挙げられる。
【００１６】
基板上に下部クラッドとなる下部クラッド層２を形成する。下部クラッドとしては、屈折率がコアの屈折率より低ければよく、ガラスや半導体材料等の無機材料、樹脂等の有機材料など様々なものが挙げられるが、樹脂等がドライエッチング等により短時間で加工しやすいため好ましい。このような樹脂としてはいずれのものも使用できるが、具体例としては、ポリイミド系樹脂（例、ポリイミド樹脂、ポリ（イミド・イソインドロキナゾリンジオンイミド）樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエステルイミド樹脂等）、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリキノリン系樹脂、ポリキノキサリン系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂、ポリベンゾチアゾール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂、及びフォトブリーチング用樹脂（例、特開２００１−２９６４３８号公報記載のポリシラン、ニトロン化合物を有するシリコーン樹脂、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するポリメタクリル酸メチル、ダイポリマー（dye polymer）、ニトロン化合物を含有するポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂、特開２０００−６６０５１号公報記載の加水分解性シラン化合物等）が挙げられる。上記樹脂はフッ素原子を有しているものであってもよい。ポリマーとして好ましいものとしては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、耐熱性に優れることからポリイミド樹脂が挙げられ、その中でも透過率、屈折率特性からフッ素化ポリイミド樹脂が特に好ましい。
【００１７】
下部クラッド層２としてポリイミド樹脂を使用する場合には、例えば、ポリイミドの前駆体溶液であるポリアミド酸溶液を基板上に滴下し、スピンコート法により均一に塗布し、乾燥、硬化させる方法がある。下部クラッド層の厚さは目的により異なることは当業者に明らかであるが例えば５〜１５μｍの厚さである。
【００１８】
次にコア３を形成する。コア材料としては周囲クラッド材料より屈折率が高いものであればよく、無機材料や有機材料など様々なものが挙げられる。樹脂としては、下部クラッド材料と同様のものが挙げられ、透過率、屈折率特性等からポリイミド樹脂、特にフッ素化ポリイミド樹脂が好ましい。
コア３としてポリイミド樹脂を使用する場合には、上述したように形成した下部クラッド層２上にポリアミド酸溶液を滴下し、スピンコート法によりコア層３’を均一に塗布し、乾燥、硬化させる方法がある。コア層３’の厚さは目的により異なることは当業者に明らかであるが例えば５〜８μｍの厚さである。
【００１９】
次に、前記コア層３’上に、レジスト層４を設ける。レジスト層４はレジスト溶液を例えばスピンコート法で塗布し、その後乾燥させる。レジスト層４の塗布厚は、上部クラッド５形成後のレジスト残膜の厚さが適当な範囲となるように、好ましくは０．０３〜０．３μｍの範囲、より好ましくは０．０５〜０．１μｍの範囲となるように、レジスト材料及び上部クラッドを設ける際の溶媒等から適宜決定して設けることが好ましい。
【００２０】
レジスト層４の材料としては、ポジ型でもネガ型でもよく、またフォトレジスト、電子線レジスト、Ｘ線レジストあるいはイオンビームレジスト等いずれのものでもよい。レジスト層の材料としては珪素含有レジストであることが好ましい。珪素含有レジストはイオンエッチング時に酸素と結合してＳｉＯ2に変化し、ドライエッチング耐性が得られるため好ましい。珪素含有レジストの例としては、感光性化合物を含むアルカリ可溶性シリコンポリマー、有機シリカ膜（ＳＯＧ）等が挙げられる。より具体的には、アルカリ可溶性シリコンポリマーとしてフジフィルムアーチ製ＦＨ−ＳＰ３ＣＬ、ＦＨ−ＳＰ３ＣＳ等が挙げられ、また有機シリカ膜として日立化成工業製ＨＳＧ−Ｒが挙げられる。
【００２１】
次にコア形成のためのマスクを介して露光を行い、その後現像を行う。現像は、アルカリ水溶液により行う。アルカリ水溶液としては、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液などが挙げられる。このようにして不要な部分のレジスト層を剥離する。
次にパターニングしたレジスト層４を介して、コア層３’を導波路形状に下部クラッド層２の表面が露出するまでエッチングする。エッチングは、ドライエッチングによる方法が挙げられる。ドライエッチングとしては、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。
【００２２】
次に、露出した下部クラッド２及びコア３上のレジスト層４を覆うように上部クラッド層５を設ける。上部クラッド５の材料及び形成方法も下部クラッドにおいて述べたのと同様である。下部クラッド２と上部クラッド５の材料ははコア３より屈折率が低ければ同じものを用いても異なるものを用いてもよい。上部クラッド層５の厚さは目的により異なることは当業者に明らかであるが例えばコアの上では１０〜２０μｍであり、コアの無い部分では８〜１５μｍの厚さである。なお、上部クラッド層５を設ける際に、上記レジスト層４が溶解し得るような溶媒を使用することが好ましい。具体的には、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、プロピレングリコール・モノメチルエーテル・アセテートが挙げられる。
【００２３】
次に、上部クラッド層５を設けた後のレジスト残膜の膜厚の測定方法について説明する。
膜厚は、例えば、フルメトリクス社が提供している反射率分光法による非接触光学式薄膜測定装置Ｆ40（以下F40）により測定ができる。
具体的な測定方法について、基板上にレジスト層と上部クラッド層としてのフッ素化ポリイミド膜を設けた場合を例として説明する。
【００２４】
まず、センサ感度の初期設定を行う。上記F40の金属顕微鏡ステージ上に鏡面研磨したSiウエハ（フィルメトリクス社製の付属品を推奨）を研磨面を上にしてセットして、センサ感度初期設定ボタンをセットし、次に光源を遮光した状態でダークボタンをセットしてセンサ感度の初期設定を行う。
【００２５】
つぎに、基板上に二酸化珪素層が下地として形成されている場合には、膜厚測定の精度を上げるために二酸化珪素層の膜厚を測定する。この例では二酸化珪素層が形成されている例を扱う。顕微鏡ステージ上に二酸化珪素層が形成された基板をおき、屈折率設定画面で、二酸化珪素膜の屈折率（波長330ｎｍについては屈折率1.480、波長577ｎｍについては屈折率1.458、波長1128ｎｍについては屈折率1.448、波長1362ｎｍについては屈折率1.446）を入力し、測定パラメータ設定画面で、第一層として二酸化珪素膜を設定して測定を行うと、二酸化珪素層の膜厚が求められる。
【００２６】
つぎに、二酸化珪素層上にレジスト膜を適当な厚さ（この例では約1μｍ）の厚さにスピンコート法により塗布して、このレジスト膜の膜厚を測定する。手順は、上記した二酸化珪素層の測定方法と同様であるが、測定パラメータ画面で、既に計測した第一層の二酸化珪素層の膜厚を入力し、レジスト化合物の屈折率（波長632ｎｍについては屈折率1.457、波長830ｎｍについては屈折率1.452、波長1300ｎｍについては屈折率1.446）を入力し、第二層としてレジスト層を設定し、レジスト層を形成した基板を顕微鏡上にセットして測定する。
この測定の際に気をつける点として、装置内の顕微鏡の焦点を、レジスト残膜の膜厚測定時は当該膜の表面に合わせ、二酸化珪素層の測定時は当該膜の表面に合わせる点である。また、顕微鏡対物レンズを10倍前後にすることが望ましい。この条件で、最小測定限界は10オングストローム程度である。
【００２７】
つぎに、レジスト層上にフッ素化ポリイミド膜を適当な厚さ（この例では約15μｍ）にスピンコート法により塗布して上部クラッドの形成条件と同様にして乾燥ベークを行う。
レジスト膜とフッ素化ポリイミド膜を同時計測する。手順は、上記した二酸化珪素層の測定方法と同様であるが、測定パラメータ画面で、既に計測した第一層の二酸化珪素層の膜厚を入力し、第二層としてレジスト層の屈折率（上述）を入力し、第三層としてフッ素化ポリイミド膜の屈折率（波長632ｎｍについては屈折率1.547、波長830ｎｍについては屈折率1.535、波長1300ｎｍについては屈折率1.524）を入力し、第二層としてレジスト層を設定し、第三層としてフッ素化ポリイミド膜を設定する。レジスト層とフッ素化ポリイミドを形成した基板を顕微鏡上にセットして測定を行う。
以上の方法により上部クラッドを形成する前のレジスト層及び上部クラッド（フッ素化ポリイミド膜）を形成した後のレジスト層の膜厚を測定できる。
【００２８】
【実施例】
本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。
（実施例１）
基板１として直径１２５ｍｍのシリコンウエハを用意し、この基板１の上に光導波路構造の一構成単位を多数配列して形成した後、当該構成単位毎にダイシングにより切り離すことで、多数の光導波路構造を一度に製造した。この実施例では、成膜やパターニング等は、ウエハ状の基板１全体で一度に行った。各工程の模式断面図を図１に示した。
【００２９】
（１）下部クラッド２の形成工程
シリコン基板１の上面全体にフッ素含有ポリイミドワニス（ＯＰＩ−Ｎ１００５：日立化成工業株式会社製商品名）をスピン塗布して材料溶液膜を形成した。その後、乾燥器を用い１００℃で３０分間、次いで２００℃で３０分間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樹脂を硬化させて、厚さ６μｍの下部クラッド２を形成した。
【００３０】
（２）コア３の形成工程
この下部クラッド２の上に、フッ素含有ポリイミドワニス（ＯＰＩ−Ｎ３２０５：日立化成工業株式会社製商品名）をスピン塗布して材料溶液膜を形成した。その後、乾燥器を用い１００℃で３０分間、次いで２００℃で３０分間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樹脂を硬化させて、コア３となる厚さ６μｍのポリイミド膜を形成した。
【００３１】
コア３となるポリイミド膜の上にフォトレジスト（ＦＨ−ＳＰ−３ＣＬ；富士写真フイルムアーチ製商品名、ポリマー部：アルカリ可溶性シリコンポリマー、アセチル化ポリシルセスキオキサン２０〜２５質量％、感光物：ナフトキノンジアジド系３〜８質量％、溶媒：プロピレングリコール・モノメチルエーテル・アセテート６５〜７５質量％）を乾燥膜厚１μｍとなるようにスピン塗布し、９０℃にて９０秒間乾燥後、コア３の形状のパターンを有するマスクを介してＵＶランプ（４００ｍＪ／ｃｍ2）で露光し、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）の２．３８％水溶液に６０秒間浸漬することにより現像して、その後水洗を行い、回転乾燥を行って、レジスト層４を形成した。
このレジスト層４をマスクとして前述のコア３となるポリイミド膜を酸素でリアクティブイオンエッチング（Ｏ2−Ｒ１Ｅ、パワー６００ｗ、酸素８０％、アルゴン２０％、時間２５分間）することにより、基板１上にコア３を形成した。
【００３２】
（３）上部クラッド５の形成工程
次に、コア３、下部クラッド層２、及びレジスト層４の全体を覆うように、フッ素含有ポリイミドワニス（ＯＰＩ−Ｎ１００５：日立化成工業株式会社製商品名、溶媒としてＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド含有）をスピン塗布した。得られた材料溶液膜を、乾燥機で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５を形成した。
【００３３】
（４）ダイシング工程
その後、ウエハ状の基板１をダイシングにより切り出し、多数の光導波路構造を完成させた。
【００３４】
（比較例１）
実施例１と同様に、下部クラッド２及びコア３を形成した後、上部クラッド５を形成する前に、コア３上のレジスト層４を、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）の１５％水溶液に５分間浸漬し、その後水洗（１０分）及び回転乾燥（１０分）を行うことにより剥離した。レジスト層４を剥離後、実施例１と同様に上部クラッド５を設け、ダイシング工程を行って、光導波路構造を作成した。
【００３５】
実施例１及び比較例１において作成した光導波路構造についてそれぞれ伝搬損失及び結合損失を測定した。伝搬損失及び結合損失は、カットバック法により光透過損失を評価した。カットバック法とは、直線の光導波路を２０〜３０ｍｍの長さで作成し、最初の長さでの光損失と、２段階位に短くした場合での光損失（３０ｍｍのとき、１０と２０に分割すると、１０，２０，３０ｍｍの３種になる）を測定し、Ｘ軸に光導波路長さ、Ｙ軸に光損失をプロットして得られた線形近似直線から、傾き：光伝搬損失、Ｙ軸切片：結合損失を簡便に評価する方法である。
上部クラッドを形成する前の残存レジスト膜の膜厚の測定は、非接触光学式薄膜測定装置Ｆ40により、既に述べた方法に従い行った。結果を表１に示す。
【００３６】
表１
2004206016.tif 000002
【００３７】
上述したように、本発明の方法によりレジスト層を剥離せずに上部クラッド層を設けると、剥離するための浸漬工程、その後の水洗及び乾燥工程を行う必要が無いという利点を有し、さらに処理工程時間を短縮することができた。また、表１から明らかなように、レジスト層を剥離する工程を行わずに得られた光導波路の伝搬損失及び結合損失はアルカリ水溶液によりレジスト層を剥離して作成した光導波路と比較してかなり低く、良好な結果であった。従来、レジスト層の存在により光導波路の伝搬損失は低下することが予想されていたことから、これは驚くべきことである。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の方法により、光導波路構造の作成を効率よく行うことができる。また、レジスト層を有する本発明の光導波路構造は、レジスト層を除去した光導波路構造に比べて、驚くべきことに伝搬損失及び結合損失が良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路構造の製造方法の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基板、２：下部クラッド、３：コア、４：レジスト、５：上部クラッド
【図１】
2004206016.tif 000003