JP2009015307A - 光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アライメントマークの目視または光学的検出が容易な光導波路の製造方法を提供する。
【解決手段】基板１上に光導波路を製造するに際し、基板上にアンダークラッド層２とアライメントマークＡとを同時に、同一材料で形成し、その後、その金属薄膜Ｂを覆うように基板上にコア３形成用の感光性樹脂層３ａを形成し、その感光性樹脂層３ａを通して検出可能な金属薄膜Ｂを目印として、コア３形成用の露光マスクＭ₂を位置決めする。
【選択図】図３

Description

本発明は、光通信，光情報処理，その他一般光学で広く用いられる光導波路の製造方法に関するものである。

光導波路は、光導波路デバイス，光集積回路，光配線基板等の光デバイスに組み込まれており、光通信，光情報処理，その他一般光学の分野で広く用いられている。光導波路は、通常、光の通路であるコアが所定パターンに形成され、そのコアを覆うように、アンダークラッド層とオーバークラッド層とが形成されている（例えば、特許文献１参照）。このような光導波路を製造する際には、通常、基板上に、アンダークラッド層，コア，オーバークラッド層がこの順で積層形成される。

これらアンダークラッド層，コアおよびオーバークラッド層を所定パターンに形成する場合、通常、それぞれの形成材料として感光性樹脂が用いられ、そのパターン形成に際しては、そのパターンに対応する開口パターンが形成されている露光マスクを位置決めし、その露光マスクを介して照射線により露光することがおこなわれる。そして、その露光された部分が、未露光部分の溶解除去工程を経て、所定パターンに形成される。
特開２００５−１７３０３９号公報

上記露光マスクの位置決めは、通常、基板上にアライメントマークを形成し、そのアライメントマークを目印として、光学センサ等を用いて行われる。ところで、最近、光導波路内に発光素子を埋め込んだ光導波路デバイスの検討が進められている。このような光導波路デバイスでは、コアおよびオーバークラッド層の厚みが、従来よりも厚くなる傾向にある。このような場合、上記露光マスクの位置決めに際し、基板上のアライメントマークの目視または光学的検出が難しくなり、位置決め精度が低下する傾向にある。特に、アライメントマークがアンダークラッド層と同じ材料で形成されている場合には、そのアライメントマークが透明であるため、アライメントマークの、目視または光学的検出がより困難になる。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、アライメントマークの目視または光学的検出が容易な光導波路の製造方法の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の光導波路の製造方法は、基板上に、アンダークラッド層と、アライメントマークとを同一材料で形成する工程と、上記アライメントマーク上に金属薄膜を形成する工程と、上記アンダークラッド層および上記金属薄膜を覆うように、透光性を有する第１の感光性樹脂層を形成する工程と、上記アライメントマーク上に形成された金属薄膜を目印として露光マスクを位置決めする工程と、その露光マスクを介して、上記第１の感光性樹脂層のうちアンダークラッド層上の所定部分を選択的に露光して上記第１の感光性樹脂層の露光部分によりコアを形成する工程を備えたという構成をとる。

なお、本発明において、「アライメントマーク」とは、露光マスクを位置決めするための基準となる印の意味である。

本発明の光導波路の製造方法では、透光性を有する感光性樹脂層の形成に先立って、基板上に形成されたアライメントマーク上に、金属薄膜を形成するため、その金属薄膜により、上記感光性樹脂層を通しても、アライメントマーク（金属薄膜）の検出が容易となっている。このため、コア形成用の露光マスクの位置決めが容易となり、その位置決め精度が向上する。その結果、コアの寸法精度に優れた光導波路を得ることができる。

さらに、上記コアが形成された後、上記基板上に上記アンダークラッド層と上記金属薄膜と上記コアを覆うように透光性を有する第２の感光性樹脂層を形成する工程と、上記アライメントマーク上に形成されたの金属薄膜を目印としてオーバークラッド層形成用の露光マスクを位置決めする工程と、上記オーバークラッド層形成用露光マスクを介して、上記第２の感光性樹脂層のうちアンダークラッド層上の所定部分を選択的に露光し、上記第２の感光性樹脂層の露光部分をオーバークラッド層に形成する工程とを更に備える場合には、オーバークラッド層形成用の露光マスクの位置決めが容易となり、オーバークラッド層の寸法精度に優れた光導波路を得ることができる。

特に、上記金属薄膜が、銀からなる場合には、アンダークラッド層の形成材料からなるアライメントマークへの密着性に優れている。このため、光導波路の製造において、銀からなる金属薄膜が剥がれることがなく、露光マスクの位置決めの確実性が向上する。

しかも、上記コアに形成される感光性樹脂層の厚みが、２０μｍ以上である場合でも、また、上記オーバークラッド層に形成される第２の感光性樹脂層の厚みが、２０μｍ以上である場合でも、各感光性樹脂層を通して、アライメントマーク（金属薄膜）を検出することができる。

また、光導波路内に発光素子を埋め込む場合には、コアやオーバークラッド層の厚みが厚く形成されるが、そのような場合でも、コアやオーバークラッド層に形成される各感光性樹脂層を通して、アライメントマーク（金属薄膜）を検出することができる。

このように、本発明においては、光導波路内に発光素子が埋め込まれたものも、光導波路の範囲に含める。

つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。

図１（ａ）〜（ｄ）、図２（ａ）〜（ｄ）、図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の光導波路の製造方法の一実施の形態を示している。この実施の形態の特徴は、四角形平板状の基板１上に、アンダークラッド層２とコア３とオーバークラッド層４とからなる光導波路Ｗ〔図４（ｃ）参照〕を製造するに際し、アンダークラッド層２形成時に、基板１上の四隅部分に、アンダークラッド層２の形成材料からなるアライメントマークＡを形成し〔図１（ｃ）参照〕、その後、各アライメントマークＡ上に金属薄膜Ｂを形成する〔図２（ｃ）参照〕ことである。

すなわち、上記アライメントマークＡ上に金属薄膜Ｂを形成することにより、その上に、コア３に形成される感光性樹脂層３ａ〔図３（ａ）参照〕が形成されたり、オーバークラッド層４に形成される感光性樹脂層４ａ〔図４（ａ）参照〕が形成されたりしても、その感光性樹脂層３ａ，４ａを通して上記アライメントマークＡ（金属薄膜Ｂ）を検出し易くなり、コア３形成用の露光マスクＭ₂の位置決めおよびオーバークラッド層４形成用の露光マスクＭ₃の位置決めを容易にすることができる。

より詳しく説明すると、本発明の光導波路の製造方法は、例えば、つぎのようにして行われる。

まず、図１（ａ）〜（ｄ）に示すようにして、上記基板１上に、アンダークラッド層２とアライメントマークＡとを形成する。すなわち、まず、上記基板１〔図１（ａ）参照〕を準備する。この基板１としては、特に限定されるものではなく、その形成材料としては、例えば、ガラス，石英，シリコン，樹脂，金属等があげられる。また、基板１の厚みは、特に限定されないが、通常、２０μｍ〜５ｍｍの範囲内に設定される。

ついで、図１（ａ）に示すように、上記基板１上に、アンダークラッド層２およびアライメントマークＡの形成材料である感光性樹脂が溶媒に溶解しているワニスを塗布する。このワニスの塗布は、例えば、スピンコート法，ディッピング法，キャスティング法，インジェクション法，インクジェット法等により行われる。そして、それを５０〜１２０℃×１０〜３０分間の加熱処理により乾燥させる。これにより、アンダークラッド層２およびアライメントマークＡに形成される感光性樹脂層２ａを形成する。この感光性樹脂層２ａの厚みは、通常、５〜５０μｍの範囲内に設定される。

つぎに、図１（ｂ）に示すように、上記感光性樹脂層２ａの上方に、アンダークラッド層２およびアライメントマークＡのパターンに対応する開口パターンが形成されている露光マスクＭ₁ を配置し、この露光マスクＭ₁ を介して上記感光性樹脂層２ａを照射線Ｌ₁ により露光する。上記露光用の照射線Ｌ₁ としては、例えば、可視光，紫外線，赤外線，Ｘ線，α線，β線，γ線等が用いられる。好適には、紫外線が用いられる。紫外線を用いると、大きなエネルギーを照射して、大きな硬化速度を得ることができ、しかも、照射装置も小型かつ安価であり、生産コストの低減化を図ることができるからである。紫外線の光源としては、例えば、低圧水銀灯，高圧水銀灯，超高圧水銀灯等があげられ、紫外線の照射量は、通常、１０〜１００００ｍＪ／ｃｍ² 、好ましくは、５０〜３０００ｍＪ／ｃｍ² である。

上記露光後、光反応を完結させるために、加熱処理を行う。この加熱処理は、８０〜２５０℃、好ましくは、１００〜２００℃にて、１０秒〜２時間、好ましくは、５分〜１時間の範囲内で行う。

つづいて、図１（ｃ）に示すように、現像液を用いて現像を行うことにより、上記感光性樹脂層２ａにおける未露光部分を溶解させて除去し、残存した感光性樹脂層２ａをアンダークラッド層２およびアライメントマークＡのパターンに形成する。このアライメントマークＡのパターンは、特に限定されないが、通常、平面視十字状〔図１（ｄ）参照〕に形成される。また、上記現像は、例えば、浸漬法，スプレー法，パドル法等が用いられる。また、現像液としては、例えば、有機系の溶媒，アルカリ系水溶液を含有する有機系の溶媒等が用いられる。このような現像液および現像条件は、感光性樹脂組成物の組成によって、適宜選択される。

上記現像後、アンダークラッド層２およびアライメントマークＡのパターンに形成された残存感光性樹脂層２ａ中の現像液を加熱処理により除去する。この加熱処理は、通常、８０〜１２０℃×１０〜３０分間の範囲内で行われる。これにより、上記アンダークラッド層２およびアライメントマークＡのパターンに形成された残存感光性樹脂層２ａを、それぞれアンダークラッド層２およびアライメントマークＡに形成する。

本発明は、上記の工程の後に、図２（ａ）〜（ｄ）に示すようにしてアライメントマークＡ上に金属薄膜Ｂを形成するのであり、これが大きな特徴である。すなわち、図２（ａ）に示すように、上記アライメントマークＡとその周辺とを除く部分を、マスキングテープＴで覆い、その状態で、図２（ｂ）に示すように、例えば、真空蒸着，スパッタリング，プラズマ法等のいずれかにより、上記アライメントマークＡ上に金属薄膜Ｂを形成する。この実施の形態では、上記アライメントマークＡの上面および側面ならびにその周辺の基板１上にも金属薄膜Ｂを形成する〔図２（ｄ）参照〕。その後、図２（ｃ）に示すように、上記マスキングテープＴを取り除く。上記金属薄膜Ｂの形成材料としては、例えば、銀，アルミニウム，ニッケル，クロム，銅等およびこれらの２種以上の元素を含む合金材料等があげられ、なかでも、上記アライメントマークＡおよび基板１に対する密着性に優れる観点から銀が好ましい。金属薄膜Ｂの厚みは、特に限定されないが、１００〜５００ｎｍの範囲内が好ましい。

ついで、図３（ａ）〜（ｃ）に示すようにして、上記アンダークラッド層２上に、コア３を形成する。すなわち、まず、図３（ａ）に示すように、上記アンダークラッド層２および上記金属薄膜Ｂを覆うように基板１上に、コア３〔図３（ｃ）参照〕になる予定の、透光性を有する第１の感光性樹脂層３ａを形成する。この感光性樹脂層３ａの形成は、図１（ａ）で説明した、アンダークラッド層２に形成される感光性樹脂層２ａの形成方法と同様にして行われ、その厚み（アンダークラッド層２上における厚み）は、通常、５〜５０μｍの範囲内に設定される。なお、このコア３の形成材料は、上記アンダークラッド層２および後記のオーバークラッド層４〔図４（ｃ）参照〕の形成材料よりも屈折率が大きい材料が用いられる。この屈折率の調整は、例えば、上記アンダークラッド層２，コア３，オーバークラッド層４の各形成材料の種類の選択や組成比率を調整して行うことができる。

つぎに、図３（ｂ）に示すように、上記感光性樹脂層３ａの上方に、コア３〔図３（ｃ）参照〕のパターンに対応する開口パターンが形成されている露光マスクＭ₂を位置決めする。このコア３形成用の露光マスクＭ₂の位置決めは、上記感光性樹脂層３ａを通して検出される、上記アライメントマークＡ上に形成された金属薄膜Ｂを目印として行われる。この金属薄膜Ｂは、上記感光性樹脂層３ａの厚み（アンダークラッド層２上における厚み）が２０μｍ以上であっても、上記感光性樹脂層３ａを通して検出することができる。そして、上記感光性樹脂層３ａを、上記露光マスクＭ₂を介して（所定部分を選択的に）照射線Ｌ₂により露光した後、加熱処理を行う。この露光および加熱処理は、図１（ｂ）で説明したアンダークラッド層２の形成方法と同様にして行われる。

つづいて、図３（ｃ）に示すように、現像液を用いて現像を行うことにより、上記感光性樹脂層３ａにおける未露光部分を溶解させて除去し、アンダークラッド層２上に残存した感光性樹脂層３ａをコア３のパターンに形成する。その後、その残存感光性樹脂層３ａ中の現像液を加熱処理により除去し、コア３に形成する。上記現像および加熱処理は、図１（ｃ）で説明したアンダークラッド層２の形成方法と同様にして行われる。

そして、図４（ａ）〜（ｃ）に示すようにして、上記アンダークラッド層２上に、オーバークラッド層４を形成する。すなわち、まず、図４（ａ）に示すように、上記アンダークラッド層２，金属薄膜Ｂ，上記コア３を覆うように上記基板１上に、オーバークラッド層４〔図４（ｃ）参照〕になる予定の、透光性を有する感光性樹脂層（第２の感光性樹脂層）４ａを形成する。この感光性樹脂層４ａの形成は、図１（ａ）で説明した、アンダークラッド層２に形成される感光性樹脂層２ａの形成方法と同様にして行われ、その厚み（アンダークラッド層２上における厚み）は、通常、２０〜１００μｍの範囲内に設定される。

ついで、図４（ｂ）に示すように、上記感光性樹脂層４ａの上方に、オーバークラッド層４〔図４（ｃ）参照〕のパターンに対応する開口パターンが形成されている露光マスクＭ₃を位置決めする。このオーバークラッド層４形成用の露光マスクＭ₃の位置決めは、上記感光性樹脂層４ａを通して検出される、上記アライメントマークＡ上に形成された金属薄膜Ｂを目印として行われる。この金属薄膜Ｂは、上記感光性樹脂層４ａの厚み（アンダークラッド層２上における厚み）が２０μｍ以上であっても、上記感光性樹脂層４ａを通して検出することができる。そして、上記感光性樹脂層４ａを、上記露光マスクＭ₃を介して（所定部分を選択的に）照射線Ｌ₃により露光した後、加熱処理を行う。この露光および加熱処理は、図１（ｂ）で説明したアンダークラッド層２の形成方法と同様にして行われる。

つづいて、図４（ｃ）に示すように、現像液を用いて現像を行うことにより、上記感光性樹脂層４ａにおける未露光部分を溶解させて除去し、アンダークラッド層２上に残存した感光性樹脂層４ａをオーバークラッド層４のパターンに形成する。その後、その残存感光性樹脂層４ａ中の現像液を加熱処理により除去し、オーバークラッド層４に形成する。上記現像および加熱処理は、図１（ｃ）で説明したアンダークラッド層２の形成方法と同様にして行われる。

このようにして、基板１上に、アンダークラッド層２とコア３とオーバークラッド層４とからなる光導波路Ｗを製造することができる。そして、必要に応じて、上記光導波路Ｗを基板１から剥離する。

なお、上記実施の形態では、オーバークラッド層４を形成しているが、このオーバークラッド層４は必須ではなく、場合によってオーバークラッド層４を形成しないで光導波路を構成してもよい。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。

〔アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料〕
ビスフェノキシエタノールフルオレンジクリシジルエーテル（成分Ａ）３５重量部、（３’，４’−エポキシシクロヘキサン）メチル３’，４’−エポキシシクロヘキシル−カルボキシレート（成分Ｂ）４０重量部、脂環式エポキシ樹脂（ダイセル化学社製、セロキサイド２０２１Ｐ）（成分Ｃ）２５重量部、４，４−ビス〔ジ（β−ヒドロキシエトキシ）フェニルスルフィニオ〕フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネートの５０％プロピオンカーボネート溶液（光酸発生剤：成分Ｄ）１重量部を混合することにより、アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料を調製した。

〔コアの形成材料〕
上記成分Ａ：７０重量部、１，３，３−トリス｛４−〔２−（３−オキセタニル）〕ブトキシフェニル｝ブタン：３０重量部、上記成分Ｄ：０．５重量部を乳酸エチル２８重量部に溶解することにより、コアの形成材料を調製した。

〔光導波路の作製〕
まず、ガラス基板（厚み１．０ｍｍ）上に、上記アンダークラッド層の形成材料をスピンコート法により塗布した後、１００℃×１５分間の乾燥処理を行い、感光性樹脂層を形成した。ついで、形成するアンダークラッド層およびアライメントマークのパターンと同形状の開口パターンが形成された合成石英系の露光マスクを介して、２０００ｍＪ／ｃｍ² の紫外線照射による露光を行った後、１５０℃×６０分間の加熱処理を行った。つぎに、γ−ブチロラクトン水溶液を用いて現像することにより、未露光部分を溶解除去した後、１００℃×１５分間の加熱処理を行うことにより、アンダークラッド層およびアライメントマークを形成した（いずれも厚み２５μｍ）。

ついで、上記アライメントマークとその周辺とを除く部分を、マスキングテープで覆い、その状態で、真空蒸着により、上記アライメントマークの上面，側面およびその周辺のガラス基板上に、銀薄膜（厚み１５０ｎｍ）を形成した。その後、上記マスキングテープを取り除いた。

つぎに、上記アンダークラッド層および上記金属薄膜を覆うように、ガラス基板上に、上記コアの形成材料をスピンコート法により塗布した後、１００℃×１５分間の乾燥処理を行い、透光性を有する感光性樹脂層（アンダークラッド層上における厚み２４μｍ）を形成した。ついで、その感光性樹脂層を通して目視される上記銀薄膜を目印として、その感光性樹脂層の上方に、コアのパターンと同形状の開口パターンが形成された合成石英系の露光マスクを位置決めした。そして、その上方から、コンタクト露光法にて４０００ｍＪ／ｃｍ² の紫外線照射による露光を行った後、１２０℃×１５分間の加熱処理を行った。つぎに、γ−ブチロラクトン水溶液を用いて現像することにより、未露光部分を溶解除去した後、１２０℃×３０分間の加熱処理を行うことにより、コアを形成した。

そして、上記アンダークラッド層，上記金属薄膜，上記コアを覆うようにガラス基板上に、上記オーバークラッド層の形成材料をスピンコート法により塗布した後、１００℃×１５分間の乾燥処理を行い、透光性を有する第２の感光性樹脂層（アンダークラッド層上における厚み３５μｍ）を形成した。ついで、その第２の感光性樹脂層を通して目視される上記銀薄膜を目印として、その第２の感光性樹脂層の上方に、オーバークラッド層のパターンと同形状の開口パターンが形成された合成石英系の露光マスクを位置決めした。そして、その上方から、コンタクト露光法にて２０００ｍＪ／ｃｍ² の紫外線照射による露光を行った後、１５０℃×６０分間の加熱処理を行った。つぎに、γ−ブチロラクトン水溶液を用いて現像することにより、未露光部分を溶解除去した後、１００℃×１５分間の加熱処理を行うことにより、オーバークラッド層を形成した。

このようにして、ガラス基板上に、アンダークラッド層，コアおよびオーバークラッド層が、この順で積層されてなる光導波路を製造することができた。

〔比較例１〕
上記実施例１において、アライメントマーク上等に銀薄膜を形成することなく、コアに形成される感光性樹脂層の厚みおよびオーバークラッド層に形成される第２の感光性樹脂層の厚みをいずれも２０μｍとして、光導波路を製造した。それ以外は、上記実施例１と同様にした。

その結果、比較例１では、アライメントマークの目視が困難であった。そのため、コア形成用の露光マスクの位置決めおよびオーバークラッド層形成用の露光マスクの位置決めが上記実施例１よりも時間を要した。

（ａ）〜（ｃ）は本発明の光導波路の製造方法の一実施の形態におけるアンダークラッド層およびアライメントマークの形成方法を模式的に示す説明図であり、（ｄ）は、上記アライメントマークを拡大した平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は上記光導波路の製造方法の一実施の形態におけるアライメントマーク上の金属薄膜の形成方法を模式的に示す説明図であり、（ｄ）は、上記アライメントマーク上の金属薄膜部分を拡大した平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は上記光導波路の製造方法の一実施の形態におけるコアの形成方法を模式的に示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は上記光導波路の製造方法の一実施の形態におけるオーバークラッド層の形成方法を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１ 基板
２ アンダークラッド層
３ コア
３ａ 感光性樹脂層
Ａ アライメントマーク
Ｂ 金属薄膜
Ｍ₂ 露光マスク

Claims (6)

1. 基板上に、アンダークラッド層と、アライメントマークとを同一材料で形成する工程と、上記アライメントマーク上に金属薄膜を形成する工程と、上記アンダークラッド層および上記金属薄膜を覆うように、透光性を有する第１の感光性樹脂層を形成する工程と、上記アライメントマーク上に形成された金属薄膜を目印として露光マスクを位置決めする工程と、その露光マスクを介して、上記第１の感光性樹脂層のうちアンダークラッド層上の所定部分を選択的に露光して上記第１の感光性樹脂層の露光部分によりコアを形成する工程を備えたことを特徴とする光導波路の製造方法。
2. 上記コアが形成された後、上記基板上に上記アンダークラッド層と上記金属薄膜と上記コアを覆うように透光性を有する第２の感光性樹脂層を形成する工程と、上記アライメントマーク上に形成されたの金属薄膜を目印としてオーバークラッド層形成用の露光マスクを位置決めする工程と、上記オーバークラッド層形成用露光マスクを介して、上記第２の感光性樹脂層のうちアンダークラッド層上の所定部分を選択的に露光し、上記第２の感光性樹脂層の露光部分をオーバークラッド層に形成する工程とを更に備えた請求項１記載の光導波路の製造方法。
3. 上記金属薄膜が、銀からなる請求項１または２記載の光導波路の製造方法。
4. 第１の感光性樹脂層の厚みが、２０μｍ以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載の光導波路の製造方法。
5. 第２の感光性樹脂層の厚みが、２０μｍ以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載の光導波路の製造方法。
6. 光導波路内に発光素子を埋め込む請求項１〜５のいずれか一項に記載の光導波路の製造方法。

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