【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
【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical waveguide structure having a core and a clad, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art With the spread of personal computers and the Internet in recent years, demand for information transmission has been rapidly increasing. For this reason, it is desired that optical transmission with a high transmission speed be spread to terminal information processing devices such as personal computers. To achieve this, it is necessary to manufacture high-performance optical waveguides for optical interconnection at low cost and in large quantities.
[0003]
As a material of the optical waveguide, an inorganic material such as glass or a semiconductor material and a resin are known. When manufacturing an optical waveguide from an inorganic material, a method is used in which an inorganic material film is formed by a film forming apparatus such as a vacuum evaporation apparatus or a sputtering apparatus, and the inorganic film is etched into a desired waveguide shape. .
[0004]
On the other hand, when an optical waveguide is manufactured using a resin, a film forming process is performed at atmospheric pressure by coating and heating. Various resins are known as resins constituting the core and the cladding layer, and polyimides having a high glass transition temperature (Tg) and excellent heat resistance are particularly expected. When the core and the clad layer are formed of polyimide, long-term reliability can be expected, and it can withstand soldering. Among these polyimides, a polyimide containing fluorine is usually applied because of its transmittance and refractive index characteristics.
[0005]
Such an optical waveguide is provided, for example, on a substrate such as silicon, a lower clad layer is provided, a core layer is provided, a resist layer is provided on the core layer, and patterned into a core shape via a mask, and the patterned resist is formed. It is manufactured by forming a core by ion etching or the like, removing a resist layer, and then forming an upper clad layer on the lower clad layer and the core surface (for example, see Patent Document 1). In the above manufacturing method, before forming the upper clad, an extra step such as removing the remaining film of the used resist layer with an alkali solution, washing with water, and further drying is required.
On the other hand, there has been reported a method of providing an overcladding layer without removing the resist layer in order to suppress the influence of a chemical solution used for removing the resist layer (mask material) on the undercladding layer. After the formation of the layer, the resist layer is removed by etching until the resist layer is exposed, and a step of removing the resist layer is still required (for example, see Patent Document 2).
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-4-9807 [Patent Document 2]
JP 2000-235129 A
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a new method for manufacturing an optical waveguide structure which does not require removal of a residual resist layer used for core patterning.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a method for manufacturing an optical waveguide structure having a core and a clad, wherein a step of forming a lower clad layer on a substrate, a step of forming a core layer on the lower clad layer, and forming a resist layer on the core layer Performing a step of patterning a resist layer into an optical waveguide shape, a step of forming a core by etching the core layer through the patterned resist layer by reactive ion etching until a lower clad is exposed, and An object of the present invention is to provide the above-mentioned manufacturing method, comprising a step of forming an upper clad layer on a clad and a resist layer remaining on the core.
Further, the present invention provides an optical waveguide structure having a core and a clad, wherein a resist layer is provided on the core.
In a preferred embodiment of the present invention, the core material and the cladding material are polymers. Preferred as the polymer is a polyimide containing fluorine.
In another preferred embodiment of the present invention, the resist layer is a silicon-containing resist. The thickness of the resist layer is preferably in the range of 0.03 to 0.3 μm finally, ie, after forming the upper cladding.
[0010]
According to the manufacturing method of the present invention, it is not necessary to remove the resist layer, and a manufacturing method with a short manufacturing process can be provided. In addition, the optical waveguide structure obtained by the manufacturing method of the present invention not only can reduce the manufacturing cost due to the short manufacturing process, but also surprisingly has a light propagation characteristic compared to that manufactured by peeling the resist layer. And has an advantageous effect as compared to an optical waveguide structure having no resist layer manufactured by a conventional method.
[0011]
The light propagation characteristics of the optical waveguide structure in which the resist layer remains may be high for the following reasons. Conventionally, an alkaline solution is used for removing the resist layer.However, it is observed that the resist peeled off during the peeling with the alkaline solution aggregates, becomes granular and adheres secondarily to the vicinity of the core. It is considered that the light propagation characteristics of the optical waveguide after the application are reduced. On the other hand, in the manufacturing method of the present invention in which the resist layer is not removed, it is considered that such adhesion does not occur and the light propagation characteristics do not deteriorate.
[0012]
In addition, when the core layer is etched into the optical waveguide shape through the resist layer, it is recognized that the resist layer is partially etched and removed, and when the upper clad layer is further applied, the upper clad layer coating material is used. It was confirmed that the remaining resist layer was partially dissolved in the contained solvent. Since the resist layer is removed to some extent by these processes, it is considered that the influence of the remaining resist layer on the light propagation characteristics is small. From the above, it is considered that the light propagation characteristics of the optical waveguide structure obtained by the manufacturing method of the present invention which does not include the step of removing the resist layer are improved as compared with the conventional method of removing the resist layer.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
One embodiment of the manufacturing method of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical waveguide structure in each manufacturing process of an embodiment described later. A lower cladding layer 2 is applied on a silicon substrate 1 (FIG. 1a). A core layer 3 'is provided on the lower cladding layer 2 (FIG. 1b). A silicon-containing resist layer 4 is provided on the core layer 3 '(FIG. 1c). The resist layer is exposed through a mask, developed and patterned into an optical waveguide shape (FIG. 1d). RIE of the core layer 3 'is performed on the portion from which the resist layer has been removed until the surface of the lower cladding layer 2 is exposed, thereby forming an optical waveguide (core 3) (FIGS. 1e and 1f). An upper clad layer 5 is provided on the exposed surface of the lower clad layer 2 and on the remaining resist layer 4 on the core 3 (FIG. 1g).
[0014]
The optical waveguide structure of the present invention is an optical waveguide structure having a core 3 and claddings 2 and 5, wherein a resist layer 4 remains on the core 3. The optical waveguide structure may be provided on a substrate 1 made of silicon or the like, or may be peeled off from the substrate 1 and used as a film-shaped optical waveguide.
[0015]
In the present invention, the substrate 1 may be any substrate, and examples include an inorganic material substrate such as glass, quartz, silicon, silicon oxide, silicon nitride, aluminum, aluminum oxide, aluminum nitride, tantalum oxide, and gallium arsenide. .
[0016]
A lower clad layer 2 serving as a lower clad is formed on a substrate. As the lower clad, it is sufficient that the refractive index is lower than the refractive index of the core, and various materials such as an inorganic material such as glass and a semiconductor material, and an organic material such as a resin may be used. It is preferable because it can be easily processed. As such a resin, any resin can be used. Specific examples thereof include a polyimide resin (eg, a polyimide resin, a poly (imide / isoindoloquinazolinedionimide) resin, a polyetherimide resin, and a polyetherketone resin. , Polyester imide resin, etc.), silicone resin, acrylic resin, polystyrene resin, polycarbonate resin, polyamide resin, polyester resin, phenol resin, polyquinoline resin, polyquinoxaline resin, polybenzoxazole resin, Polybenzothiazole-based resin, polybenzimidazole-based resin, and resin for photobleaching (eg, polysilane described in JP-A-2001-296438, silicone resin having a nitrone compound, DMAPN @ (4-N, N-dimethylamino) H (Nyl) -N-phenylnitrone} -containing polymethyl methacrylate, dye polymer, polyimide resin or epoxy resin containing a nitrone compound, hydrolyzable silane compounds described in JP-A-2000-66051, etc.) Is mentioned. The resin may have a fluorine atom. Preferred as the polymer are polyimide resins because of their high glass transition temperature (Tg) and excellent heat resistance. Among them, fluorinated polyimide resins are particularly preferred from the viewpoint of transmittance and refractive index characteristics.
[0017]
When a polyimide resin is used as the lower cladding layer 2, for example, there is a method in which a polyamic acid solution, which is a precursor solution of polyimide, is dropped on a substrate, uniformly applied by a spin coating method, dried, and cured. It is obvious to those skilled in the art that the thickness of the lower cladding layer varies depending on the purpose, but is, for example, 5 to 15 μm.
[0018]
Next, the core 3 is formed. The core material only needs to have a higher refractive index than the surrounding cladding material, and includes various materials such as an inorganic material and an organic material. The resin may be the same as the material of the lower clad, and a polyimide resin, particularly a fluorinated polyimide resin, is preferable from the viewpoint of transmittance, refractive index characteristics and the like.
When a polyimide resin is used as the core 3, a polyamic acid solution is dropped on the lower cladding layer 2 formed as described above, and the core layer 3 'is uniformly applied by spin coating, dried and cured. There is. It is obvious to those skilled in the art that the thickness of the core layer 3 ′ varies depending on the purpose, but is, for example, 5 to 8 μm.
[0019]
Next, a resist layer 4 is provided on the core layer 3 '. The resist layer 4 is applied with a resist solution by, for example, a spin coat method, and then dried. The coating thickness of the resist layer 4 is preferably in the range of 0.03 to 0.3 μm, more preferably 0.05 to 0. 0 μm, so that the thickness of the resist remaining film after the formation of the upper clad 5 is in an appropriate range. It is preferable to determine the thickness appropriately within the range of 1 μm based on the resist material and the solvent used for forming the upper clad, and the like.
[0020]
The material of the resist layer 4 may be a positive type or a negative type, and may be any of a photoresist, an electron beam resist, an X-ray resist, and an ion beam resist. The material of the resist layer is preferably a silicon-containing resist. The silicon-containing resist is preferably combined with oxygen at the time of ion etching to change into SiO 2 , and dry etching resistance is obtained. Examples of the silicon-containing resist include an alkali-soluble silicon polymer containing a photosensitive compound, an organic silica film (SOG), and the like. More specifically, examples of the alkali-soluble silicon polymer include FH-SP3CL and FH-SP3CS manufactured by Fujifilm Arch, and examples of the organic silica film include HSG-R manufactured by Hitachi Chemical.
[0021]
Next, exposure is performed through a mask for forming a core, and then development is performed. The development is performed with an alkaline aqueous solution. Examples of the alkaline aqueous solution include a tetramethylammonium hydroxide aqueous solution. Thus, an unnecessary portion of the resist layer is removed.
Next, the core layer 3 ′ is etched through the patterned resist layer 4 into a waveguide shape until the surface of the lower clad layer 2 is exposed. The etching may be performed by a dry etching method. Examples of dry etching include plasma etching, reactive ion etching, reactive sputter etching, and ion beam etching. Reactive ion etching is preferable because anisotropic etching can be performed.
[0022]
Next, an upper clad layer 5 is provided so as to cover the exposed lower clad 2 and the resist layer 4 on the core 3. The material and forming method of the upper clad 5 are the same as those described for the lower clad. As the material of the lower cladding 2 and the upper cladding 5, as long as the material has a lower refractive index than the core 3, the same material or different materials may be used. It is obvious to those skilled in the art that the thickness of the upper cladding layer 5 varies depending on the purpose. For example, the thickness is 10 to 20 μm on the core and 8 to 15 μm on the portion without the core. When the upper clad layer 5 is provided, it is preferable to use a solvent that can dissolve the resist layer 4. Specific examples include N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and propylene glycol monomethyl ether acetate.
[0023]
Next, a method of measuring the thickness of the remaining resist film after providing the upper cladding layer 5 will be described.
The film thickness can be measured, for example, by a non-contact optical thin film measuring device F40 (hereinafter referred to as F40) based on reflectance spectroscopy provided by Flumetrics.
A specific measurement method will be described as an example in which a resist layer and a fluorinated polyimide film as an upper cladding layer are provided on a substrate.
[0024]
First, an initial setting of the sensor sensitivity is performed. Set the mirror-polished Si wafer (Filmetrics accessories recommended) on the F40 metal microscope stage with the polished surface up, set the sensor sensitivity initial setting button, and then shielded the light source In this state, set the dark button to initialize the sensor sensitivity.
[0025]
Next, when a silicon dioxide layer is formed as a base on the substrate, the thickness of the silicon dioxide layer is measured to increase the accuracy of the film thickness measurement. This example deals with an example in which a silicon dioxide layer is formed. Place the substrate on which the silicon dioxide layer is formed on the microscope stage. On the refractive index setting screen, set the refractive index of the silicon dioxide film (refractive index for wavelength 330 nm, refractive index 1.480, wavelength 577 nm for refractive index 1.458, wavelength 1128 nm for refractive index). When the refractive index of 1.448 and the wavelength of 1362 nm is input and a silicon dioxide film is set as the first layer on the measurement parameter setting screen and the measurement is performed, the thickness of the silicon dioxide layer is obtained.
[0026]
Next, a resist film is applied on the silicon dioxide layer to an appropriate thickness (about 1 μm in this example) by a spin coating method, and the thickness of the resist film is measured. The procedure is the same as the above-described method for measuring the silicon dioxide layer, except that the already measured thickness of the first silicon dioxide layer is entered on the measurement parameter screen, and the refractive index of the resist compound (for the wavelength of 632 nm, the refractive index is changed). A refractive index of 1.457, a refractive index of 1.452 for a wavelength of 830 nm, and a refractive index of 1.446 for a wavelength of 1300 nm are input, a resist layer is set as the second layer, and the substrate on which the resist layer is formed is set on a microscope for measurement.
As a point to be noted at the time of this measurement, the focus of the microscope in the apparatus should be adjusted to the surface of the resist remaining film when measuring the film thickness, and to the surface of the silicon dioxide layer when measuring the silicon dioxide layer. is there. Further, it is desirable to make the microscope objective lens about 10 times. Under these conditions, the minimum measurement limit is about 10 angstroms.
[0027]
Next, a fluorinated polyimide film is applied on the resist layer to an appropriate thickness (about 15 μm in this example) by a spin coating method, and is dried and baked in the same manner as the conditions for forming the upper clad.
The resist film and the fluorinated polyimide film are measured simultaneously. The procedure is the same as the above-described method for measuring the silicon dioxide layer, except that the already measured thickness of the first silicon dioxide layer is input on the measurement parameter screen, and the refractive index of the resist layer (described above) is input as the second layer. ), The refractive index of the fluorinated polyimide film as the third layer (1.547 for 632 nm wavelength, 1.535 for 830 nm wavelength, 1.524 for 1300 nm wavelength) and the resist as the second layer A layer is set, and a fluorinated polyimide film is set as the third layer. The substrate on which the resist layer and the fluorinated polyimide are formed is set on a microscope for measurement.
By the above method, the thickness of the resist layer before forming the upper clad and the thickness of the resist layer after forming the upper clad (fluorinated polyimide film) can be measured.
[0028]
【Example】
The present invention will be described more specifically with reference to examples.
(Example 1)
A silicon wafer having a diameter of 125 mm is prepared as the substrate 1, and a large number of optical waveguide structures are formed by arranging a large number of constituent units of the optical waveguide structure on the substrate 1, and then separating the constituent units by dicing. Was manufactured at one time. In this example, film formation, patterning, and the like were performed at once on the entire wafer-shaped substrate 1. FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of each step.
[0029]
(1) Step of Forming Lower Cladding 2 A fluorine-containing polyimide varnish (OPI-N1005: trade name of Hitachi Chemical Co., Ltd.) was spin-coated on the entire upper surface of the silicon substrate 1 to form a material solution film. Thereafter, the solvent is evaporated by heating at 100 ° C. for 30 minutes and then at 200 ° C. for 30 minutes using a drier, and subsequently, the resin is cured by heating at 370 ° C. for 60 minutes to form a 6 μm thick lower clad. 2 was formed.
[0030]
(2) Step of forming core 3 On this lower clad 2, a fluorine-containing polyimide varnish (OPI-N3205: trade name of Hitachi Chemical Co., Ltd.) was spin-coated to form a material solution film. Thereafter, the solvent is evaporated by heating at 100 ° C. for 30 minutes and then at 200 ° C. for 30 minutes using a drier, and subsequently, the resin is cured by heating at 350 ° C. for 60 minutes. A 6 μm polyimide film was formed.
[0031]
Photoresist (FH-SP-3CL; trade name, manufactured by Fuji Photo Film Arch Co., Ltd., polymer part: alkali-soluble silicon polymer, acetylated polysilsesquioxane 20 to 25% by mass, photosensitive material: Naphthoquinonediazide 3-8% by mass, solvent: propylene glycol / monomethyl ether / acetate 65-75% by mass) is spin-coated so as to have a dry film thickness of 1 μm, dried at 90 ° C. for 90 seconds, and then shaped into a core 3. Exposure with a UV lamp (400 mJ / cm 2 ) through a mask having the following pattern, development by immersion in a 2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) for 60 seconds, followed by water washing, Rotary drying was performed to form a resist layer 4.
Using the resist layer 4 as a mask, the above-described polyimide film serving as the core 3 is subjected to reactive ion etching (O 2 -R1E, power 600 w, oxygen 80%, argon 20%, time 25 minutes) on the substrate 1 with oxygen. The core 3 was formed.
[0032]
(3) Step of Forming Upper Cladding 5 Next, a fluorine-containing polyimide varnish (OPI-N1005: trade name, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., solvent) so as to cover the entire core 3, lower cladding layer 2, and resist layer 4. N, N-dimethylacetamide). The obtained material solution film is heated in a dryer at 100 ° C. for 30 minutes, then at 200 ° C. for 30 minutes to evaporate the solvent in the material solution film, and then heated at 350 ° C. for 60 minutes to form an upper part of the polyimide film. Cladding 5 was formed.
[0033]
(4) Dicing Step After that, the wafer-like substrate 1 was cut out by dicing to complete a large number of optical waveguide structures.
[0034]
(Comparative Example 1)
After the lower clad 2 and the core 3 are formed and before the upper clad 5 is formed, the resist layer 4 on the core 3 is immersed in a 15% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) in the same manner as in Example 1. Immersion for 10 minutes, followed by washing with water (10 minutes) and spin drying (10 minutes) to peel off. After the resist layer 4 was peeled off, the upper clad 5 was provided in the same manner as in Example 1, and a dicing process was performed to form an optical waveguide structure.
[0035]
Propagation loss and coupling loss were measured for the optical waveguide structures prepared in Example 1 and Comparative Example 1, respectively. As for the propagation loss and the coupling loss, the light transmission loss was evaluated by a cutback method. The cutback method is a method in which a linear optical waveguide is formed with a length of 20 to 30 mm, and the optical loss at the initial length and the optical loss at the time of shortening to two stages (10 and 20 at 30 mm). Is divided into three types of 10, 20, and 30 mm). From the linear approximation straight line obtained by plotting the optical waveguide length on the X axis and the optical loss on the Y axis, the inclination: light propagation loss, Y-axis intercept: A method for simply evaluating the coupling loss.
The measurement of the thickness of the remaining resist film before the formation of the upper clad was performed by a non-contact optical thin film measuring apparatus F40 according to the method already described. Table 1 shows the results.
[0036]
Table 1
[0037]
As described above, providing the upper clad layer without stripping the resist layer by the method of the present invention has the advantage that there is no need to perform a dipping step for stripping, followed by a water washing and drying step, and further processing The process time could be shortened. Further, as is apparent from Table 1, the propagation loss and the coupling loss of the optical waveguide obtained without performing the step of peeling the resist layer are considerably larger than those of the optical waveguide formed by peeling the resist layer with an alkaline aqueous solution. Low and good results. This is surprising since it was conventionally expected that the presence of the resist layer would reduce the propagation loss of the optical waveguide.
[0038]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, an optical waveguide structure can be efficiently produced. Also, the optical waveguide structure of the present invention having a resist layer surprisingly has better propagation loss and coupling loss than the optical waveguide structure from which the resist layer has been removed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an optical waveguide structure according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1: substrate, 2: lower clad, 3: core, 4: resist, 5: upper clad