高分子光導波路の形成方法
【課題】スピンコートにより膜形成を行う高分子導波路の形成法において、分岐デバイスの歩留まりを少なくする。
【解決手段】高分子導波路の形成法において、ウェハ内の分岐デバイスをY字状分岐部を具えた分岐デバイスの該Y字状分岐部の全ての開口部をスピンコートの回転軸の中心から円周方向に向けて配置して、スピンコートする。
【解決手段】高分子導波路の形成法において、ウェハ内の分岐デバイスをY字状分岐部を具えた分岐デバイスの該Y字状分岐部の全ての開口部をスピンコートの回転軸の中心から円周方向に向けて配置して、スピンコートする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高分子光導波路の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信量の増加と共に、光通信技術は従来の幹線系から更に端末に近いところまで普及しつつある。このような情勢の中で、光導波路が担う役割が大きくなってきており、今後は更なる用途展開が期待されるところである。
光導波路に用いられる材料としては、石英系材料が最も広範に検討が進められてきた。石英系材料は低光損失、高い耐熱性を併せ持ち、且つ容易に屈折率制御が可能であることが主要因である。しかし石英系材料は、導波路の形成に当たっては長時間を要すること、高温加熱が必要なことが問題となっており、さらに低価格化にも限界がある。
そこで高分子材料を用いた導波路形成が数多く検討されている。高分子材料は比較的低温での導波路の形成が可能なこと、導波路膜がスピンコート等の簡便な方法で形成できる等の長所を有しており、これまで困難であった導波路の低価格が可能になることから、多方面から注目され始めている。導波路用材料としては、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などが検討されており、また近赤外領域での光透過性を改善するために高分子骨格中のC-H結合の重水素化、ハロゲン化したものも数多く報告されている。
【０００３】
高分子導波路は、スピンコート法等の簡便な方法で膜形成することが可能であるが、それ故に狭部、特に溶液が滞留しやすい、換言すれば、流動し難い分岐部を有する構造（１ｘNパワースプリッターに代表されるようなデバイス）の埋込特性、収率は、必ずしも良好とは言えなかった。その原因としては、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸は比較的粘度が高いこと、半導体用途と異なり埋込部のアスペクト比が大きいことが挙げられる。導波路では、一般的にコア形状は、6〜8μmの方形となっている。それに対し、Y分岐を含む導波路の場合には、分岐する導波路の最小間隔は、通常は2μm以下となる。
【０００４】
この場合のアスペクト比（導波路高さ／最小分岐間隔）は、3以上となり、安定した埋込が困難となる。これの解決策としては、アスペクト比（導波路高さ／最小分岐間隔）を小さくすること、即ち最小分岐幅を大きくしたり、又は導波路高さを低くしたりすることが考えられるが、それにより光学特性（分岐損失）は、大幅に悪化してしまうことになる。即ち最小分岐間隔は小さいほど分岐損失は低減することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ポリイミドを用いた分岐型導波路の形成において、分岐部の埋込特性を改善し、収率、即ち、歩留まりを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、このような状況の中で、埋込特性に規則性があることを見出した。例えば、図２（a）及び図２（b）に示されるように、一定の一方同一方向を向いているY字状分岐では、開口部が外周方向に向いているものの埋込特性は良好であるが、中心方向に開口部が向いて配置されているデバイスの埋込特性が悪い傾向にあることを見出した。
これは、スピンコートした上部クラッドアミド酸溶液の流れ方向及びスピンコートにより発生する遠心力に対して気泡が抜けやすいかどうかが関係しているからである。
【０００７】
図５において、白色部は、埋込の良好箇所を示し、黒色部は、全体として埋込の不良箇所を示している。即ちY字状分岐部の開口部が円周方向に向いているものの埋込特性は良好であるものの、中心方向に開口部が向いて配置されているデバイスの埋込特性が悪いことを示している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、スピンコート法による光導波路形成において、デバイス構造中に分岐部等を含む高分子導波路の歩留まりを向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、スピンコートにより膜形成を行う高分子導波路の形成法において、ウェハ内のY字状分岐部を具えた分岐デバイスを該Y字状分岐部の全ての開口部をスピンコートの回転軸の中心からウェハの円周方向に向けて配置してスピンコートすることを特徴とする。
本発明は、スピンコートにより膜形成を行う高分子導波路の形成法において、前記埋め込まれるY字状分岐部のアスペクト比（導波路高さ／最小分岐間隔）が２〜７である分岐デバイスであることを特徴とする。
本発明は、スピンコートにより膜形成を行う高分子導波路の形成法において、前記埋め込まれるY字状分岐部の埋込部の最小分岐間隔が１〜３μｍである分岐デバイスであることを特徴とする。
【００１０】
そこで本発明者は、以下の手法で収率の向上を試みた。
(a) 基板状のデバイスの配置を最適化する。
(b) Y分岐の開口部をスピンコートの回転中心から円周方向に向けて配置する。幾つかの配置例について、実験を行った。その配置例を図３（a）、(b)、（c）、（d）、（e）、（f）に示す。
何れの配列のものも従来例の同一の一方向を向いたものより、良い結果が得られた。
図４（a）は、Y字状分岐部を具えた分岐デバイス１の上面図で、図４（b）は、図４（a）のＩ―Ｉ断面図で、特に分岐間隔、導波路高さ、導波路幅について、下部クラッド３上のコア４が方形状で、高さ、幅が６〜８μｍで、分岐間隔が、１〜２μｍのものを示している。
【実施例１】
【００１１】
φ４インチのフッ素化ポリイミド基板上に、クラッド用ポリアミド酸溶液（ルクスビアPF-GAXX100038C、粘度140ポアズ、（株）日本触媒社製）をスピンコート法により塗布した。塗布後の基板を70℃で2時間、160℃で1時間、250℃で0.5時間、350℃で1時間加熱した。それにより厚み15μmのフッ素化ポリイミド層を形成した。同様の条件で、厚み7μmのコア層を形成した。コア層には、コア／クラッドの比屈折率差が0.45%に調製されたポリアミド酸溶液を用いた。
基板上にY分岐デバイス（1x2スプリッター、分岐最小間隔2μm）を左右対称に配したマスクを用い、フォトリソグラフィー・ドライエッチング法により、高さ7μm、幅7μmの直線導波路のコアパターンを形成した。コアパターン形成後の基板上に、上述のクラッドポリアミド酸溶液を用いて、厚さ15μmの上部クラッド層を形成した。得られたデバイスの分岐部の埋込状態を光学顕微鏡により検査した結果、不良率は、15%であった。
【実施例２】
【００１２】
同様に基板上にY分岐デバイス（1x2スプリッター、分岐最小間隔1.5μm）を左右対称に配したマスクを用い、フォトリソグラフィー・ドライエッチング法により、高さ7μm、幅7μmの直線導波路のコアパターンを形成した。コアパターン形成後の基板上に、上述のクラッドポリアミド酸溶液を用いて厚さ15μmの上部クラッド層を形成した。得られたデバイスの分岐部の埋込状態を光学顕微鏡により検査した結果、不良率は24%であった。
【実施例３】
【００１３】
同様に基板上に、1x8スプリッター（分岐最小間隔2.0μm）を左右対称に配したマスクを用い、フォトリソグラフィー・ドライエッチング法により、高さ7μm、幅7μmの直線導波路のコアパターンを形成した。コアパターン形成後の基板上に、上述のクラッドポリアミド酸溶液を用いて厚さ15μmの上部クラッド層を形成した。得られたデバイスの分岐部の埋込状態を光学顕微鏡により検査した結果、不良率は35%であった。また個々の分岐部に関しては、不良率9%であった。
【比較例１】
【００１４】
Y分岐デバイス（1x2スプリッター、分岐最小間隔2.5μm）を同一方向に配したマスクを用い、フォトリソグラフィー・ドライエッチング法により、高さ7μm、幅7μmの直線導波路のコアパターンを形成した。コアパターン形成後の基板上に、上述のクラッドポリアミド酸溶液を用いて厚さ15μmの上部クラッド層を形成した。得られたデバイスの分岐部の埋込状態を光学顕微鏡により検査した結果、不良率は48%であった。
【比較例２】
【００１５】
1x8スプリッター（分岐最小間隔2.0μm）を左右対称に配したマスクを用い、フォトリソグラフィー・ドライエッチング法により、高さ7μm、幅7μmの直線導波路のコアパターンを形成した。コアパターン形成後の基板上に、上述のクラッドポリアミド酸溶液を用いて厚さ15μmの上部クラッド層を形成した。得られたデバイスの分岐部の埋込状態を光学顕微鏡により検査した結果、不良率は87%であった。また個々の分岐部に関しては、不良率35%であった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（a）は、Ｙ字状分岐を具えた分岐デバイスの上面図を示す。（b）は、Ｙ字状部がカスケードされた分岐デバイスの上面図を示す。
【図２】従来の分岐デバイスの配置図。
【図３】（a）、(b)、（c）、（d）、（e）、（f）は、本発明に係る分岐デバイスの配列図例。
【図４】（a）は、分岐デバイスの上面図を示す。（b）は、（a）のＩ―Ｉ断面図で、特に分岐間隔、導波路高さ、導波路幅を示す。
【図５】分岐デバイスの埋込特性を示す。
【符号の説明】
【００１７】
１：分岐デバイス
２：ウェハ
３：下部クラッド
４：コア
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高分子光導波路の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信量の増加と共に、光通信技術は従来の幹線系から更に端末に近いところまで普及しつつある。このような情勢の中で、光導波路が担う役割が大きくなってきており、今後は更なる用途展開が期待されるところである。
光導波路に用いられる材料としては、石英系材料が最も広範に検討が進められてきた。石英系材料は低光損失、高い耐熱性を併せ持ち、且つ容易に屈折率制御が可能であることが主要因である。しかし石英系材料は、導波路の形成に当たっては長時間を要すること、高温加熱が必要なことが問題となっており、さらに低価格化にも限界がある。
そこで高分子材料を用いた導波路形成が数多く検討されている。高分子材料は比較的低温での導波路の形成が可能なこと、導波路膜がスピンコート等の簡便な方法で形成できる等の長所を有しており、これまで困難であった導波路の低価格が可能になることから、多方面から注目され始めている。導波路用材料としては、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などが検討されており、また近赤外領域での光透過性を改善するために高分子骨格中のC-H結合の重水素化、ハロゲン化したものも数多く報告されている。
【０００３】
高分子導波路は、スピンコート法等の簡便な方法で膜形成することが可能であるが、それ故に狭部、特に溶液が滞留しやすい、換言すれば、流動し難い分岐部を有する構造（１ｘNパワースプリッターに代表されるようなデバイス）の埋込特性、収率は、必ずしも良好とは言えなかった。その原因としては、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸は比較的粘度が高いこと、半導体用途と異なり埋込部のアスペクト比が大きいことが挙げられる。導波路では、一般的にコア形状は、6〜8μmの方形となっている。それに対し、Y分岐を含む導波路の場合には、分岐する導波路の最小間隔は、通常は2μm以下となる。
【０００４】
この場合のアスペクト比（導波路高さ／最小分岐間隔）は、3以上となり、安定した埋込が困難となる。これの解決策としては、アスペクト比（導波路高さ／最小分岐間隔）を小さくすること、即ち最小分岐幅を大きくしたり、又は導波路高さを低くしたりすることが考えられるが、それにより光学特性（分岐損失）は、大幅に悪化してしまうことになる。即ち最小分岐間隔は小さいほど分岐損失は低減することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ポリイミドを用いた分岐型導波路の形成において、分岐部の埋込特性を改善し、収率、即ち、歩留まりを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、このような状況の中で、埋込特性に規則性があることを見出した。例えば、図２（a）及び図２（b）に示されるように、一定の一方同一方向を向いているY字状分岐では、開口部が外周方向に向いているものの埋込特性は良好であるが、中心方向に開口部が向いて配置されているデバイスの埋込特性が悪い傾向にあることを見出した。
これは、スピンコートした上部クラッドアミド酸溶液の流れ方向及びスピンコートにより発生する遠心力に対して気泡が抜けやすいかどうかが関係しているからである。
【０００７】
図５において、白色部は、埋込の良好箇所を示し、黒色部は、全体として埋込の不良箇所を示している。即ちY字状分岐部の開口部が円周方向に向いているものの埋込特性は良好であるものの、中心方向に開口部が向いて配置されているデバイスの埋込特性が悪いことを示している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、スピンコート法による光導波路形成において、デバイス構造中に分岐部等を含む高分子導波路の歩留まりを向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、スピンコートにより膜形成を行う高分子導波路の形成法において、ウェハ内のY字状分岐部を具えた分岐デバイスを該Y字状分岐部の全ての開口部をスピンコートの回転軸の中心からウェハの円周方向に向けて配置してスピンコートすることを特徴とする。
本発明は、スピンコートにより膜形成を行う高分子導波路の形成法において、前記埋め込まれるY字状分岐部のアスペクト比（導波路高さ／最小分岐間隔）が２〜７である分岐デバイスであることを特徴とする。
本発明は、スピンコートにより膜形成を行う高分子導波路の形成法において、前記埋め込まれるY字状分岐部の埋込部の最小分岐間隔が１〜３μｍである分岐デバイスであることを特徴とする。
【００１０】
そこで本発明者は、以下の手法で収率の向上を試みた。
(a) 基板状のデバイスの配置を最適化する。
(b) Y分岐の開口部をスピンコートの回転中心から円周方向に向けて配置する。幾つかの配置例について、実験を行った。その配置例を図３（a）、(b)、（c）、（d）、（e）、（f）に示す。
何れの配列のものも従来例の同一の一方向を向いたものより、良い結果が得られた。
図４（a）は、Y字状分岐部を具えた分岐デバイス１の上面図で、図４（b）は、図４（a）のＩ―Ｉ断面図で、特に分岐間隔、導波路高さ、導波路幅について、下部クラッド３上のコア４が方形状で、高さ、幅が６〜８μｍで、分岐間隔が、１〜２μｍのものを示している。
【実施例１】
【００１１】
φ４インチのフッ素化ポリイミド基板上に、クラッド用ポリアミド酸溶液（ルクスビアPF-GAXX100038C、粘度140ポアズ、（株）日本触媒社製）をスピンコート法により塗布した。塗布後の基板を70℃で2時間、160℃で1時間、250℃で0.5時間、350℃で1時間加熱した。それにより厚み15μmのフッ素化ポリイミド層を形成した。同様の条件で、厚み7μmのコア層を形成した。コア層には、コア／クラッドの比屈折率差が0.45%に調製されたポリアミド酸溶液を用いた。
基板上にY分岐デバイス（1x2スプリッター、分岐最小間隔2μm）を左右対称に配したマスクを用い、フォトリソグラフィー・ドライエッチング法により、高さ7μm、幅7μmの直線導波路のコアパターンを形成した。コアパターン形成後の基板上に、上述のクラッドポリアミド酸溶液を用いて、厚さ15μmの上部クラッド層を形成した。得られたデバイスの分岐部の埋込状態を光学顕微鏡により検査した結果、不良率は、15%であった。
【実施例２】
【００１２】
同様に基板上にY分岐デバイス（1x2スプリッター、分岐最小間隔1.5μm）を左右対称に配したマスクを用い、フォトリソグラフィー・ドライエッチング法により、高さ7μm、幅7μmの直線導波路のコアパターンを形成した。コアパターン形成後の基板上に、上述のクラッドポリアミド酸溶液を用いて厚さ15μmの上部クラッド層を形成した。得られたデバイスの分岐部の埋込状態を光学顕微鏡により検査した結果、不良率は24%であった。
【実施例３】
【００１３】
同様に基板上に、1x8スプリッター（分岐最小間隔2.0μm）を左右対称に配したマスクを用い、フォトリソグラフィー・ドライエッチング法により、高さ7μm、幅7μmの直線導波路のコアパターンを形成した。コアパターン形成後の基板上に、上述のクラッドポリアミド酸溶液を用いて厚さ15μmの上部クラッド層を形成した。得られたデバイスの分岐部の埋込状態を光学顕微鏡により検査した結果、不良率は35%であった。また個々の分岐部に関しては、不良率9%であった。
【比較例１】
【００１４】
Y分岐デバイス（1x2スプリッター、分岐最小間隔2.5μm）を同一方向に配したマスクを用い、フォトリソグラフィー・ドライエッチング法により、高さ7μm、幅7μmの直線導波路のコアパターンを形成した。コアパターン形成後の基板上に、上述のクラッドポリアミド酸溶液を用いて厚さ15μmの上部クラッド層を形成した。得られたデバイスの分岐部の埋込状態を光学顕微鏡により検査した結果、不良率は48%であった。
【比較例２】
【００１５】
1x8スプリッター（分岐最小間隔2.0μm）を左右対称に配したマスクを用い、フォトリソグラフィー・ドライエッチング法により、高さ7μm、幅7μmの直線導波路のコアパターンを形成した。コアパターン形成後の基板上に、上述のクラッドポリアミド酸溶液を用いて厚さ15μmの上部クラッド層を形成した。得られたデバイスの分岐部の埋込状態を光学顕微鏡により検査した結果、不良率は87%であった。また個々の分岐部に関しては、不良率35%であった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（a）は、Ｙ字状分岐を具えた分岐デバイスの上面図を示す。（b）は、Ｙ字状部がカスケードされた分岐デバイスの上面図を示す。
【図２】従来の分岐デバイスの配置図。
【図３】（a）、(b)、（c）、（d）、（e）、（f）は、本発明に係る分岐デバイスの配列図例。
【図４】（a）は、分岐デバイスの上面図を示す。（b）は、（a）のＩ―Ｉ断面図で、特に分岐間隔、導波路高さ、導波路幅を示す。
【図５】分岐デバイスの埋込特性を示す。
【符号の説明】
【００１７】
１：分岐デバイス
２：ウェハ
３：下部クラッド
４：コア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンコートにより膜形成を行う高分子導波路の形成法において、ウェハ内のY字状分岐部を具えた分岐デバイスを該Y字状分岐部の全ての開口部をスピンコートの回転軸の中心からウェハの円周方向に向けて配置してスピンコートすることを特徴とする高分子導波路の形成方法。
【請求項２】
前記埋め込まれるY字状分岐部のアスペクト比（導波路高さ／最小分岐間隔）が２〜７である分岐デバイスであることを特徴とする請求項１記載の高分子光導波路の形成方法。
【請求項３】
前記埋め込まれるY字状分岐部の埋込部の最小分岐間隔が１〜３μｍである分岐デバイスであることを特徴とする請求項１又は２記載の高分子光導波路の成形方法。
【請求項１】
スピンコートにより膜形成を行う高分子導波路の形成法において、ウェハ内のY字状分岐部を具えた分岐デバイスを該Y字状分岐部の全ての開口部をスピンコートの回転軸の中心からウェハの円周方向に向けて配置してスピンコートすることを特徴とする高分子導波路の形成方法。
【請求項２】
前記埋め込まれるY字状分岐部のアスペクト比（導波路高さ／最小分岐間隔）が２〜７である分岐デバイスであることを特徴とする請求項１記載の高分子光導波路の形成方法。
【請求項３】
前記埋め込まれるY字状分岐部の埋込部の最小分岐間隔が１〜３μｍである分岐デバイスであることを特徴とする請求項１又は２記載の高分子光導波路の成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１９５１８５（Ｐ２００６−１９５１８５Ａ）
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６７５８（Ｐ２００５−６７５８）
【出願日】平成１７年１月１３日（２００５．１．１３）
【出願人】（０００１１１０８５）ニッタ株式会社 (588)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１３日（２００５．１．１３）
【出願人】（０００１１１０８５）ニッタ株式会社 (588)
【Ｆターム（参考）】
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