JP4061640B2

JP4061640B2 - 傾斜したコア端面を有するポリマー光導波路デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP4061640B2
Application number: JP2002271301A
Authority: JP
Inventors: 敏裕黒田; 成行八木
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-09-18
Also published as: JP2004109426A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、傾斜したコア端面を有するポリマー光導波路デバイス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。
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。また、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。このような樹脂としては、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。
【０００３】
樹脂製の光導波路デバイスは、一般的には、基板上に、光ファイバ搭載用のＶ溝を設け、さらに樹脂製の下部クラッド、コア（光導波路）及び上部クラッドを含む光導波路積層体を積層し、レーザーダイオード（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）の光学素子を搭載することにより製造される。これらの光学素子とコアの接続端面では、光結合損失を小さくするため、反射減衰を低下させることが重要である。反射減衰を低下させる一つの技術として端面を一定の角度で傾斜させる方法がある。
【０００４】
このように一定の角度を持つ光導波路のコア端面の製造方法として従来、研磨機を用いて斜めに加工する方法が知られているが研磨工程には時間がかかり問題であった。また、このように一定の角度を持つように製造される光導波路のコア端面は、さらに端面の反射減衰を低下させるように研磨等による鏡面仕上げ加工が必要である。鏡面加工には、ベルト研磨、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等が利用されている。しかし、ベルト研磨は、研磨工程に時間がかかり、またＲＩＥでは、端面の表面粗さＲａが０．１μｍ程度の粗いものしか得られないという問題がある。
また従来、主軸を傾けたスピンドルを用いて光ファイバまたは光回路部品の端面を一定の角度で傾斜するように切断する方法が開示されているが、この方法では依然として端面の研磨工程が必要であるという問題があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１５５２３６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、研磨工程等の時間のかかる工程を行わずに、コア端面の反射減衰量を十分に低下できる、垂直面に対して傾斜した平滑なコア端面を有するポリマー光導波路デバイスを製造する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、基板上に設けられたポリマー光導波路積層体を、前記基板に対し傾斜して配置されたスピンドルの主軸に取り付けられたブレードによって切削する、傾斜したコア端面を有するポリマー光導波路デバイスの製造方法であって、（１）前記ブレードによりポリマー光導波路積層体のみを、少なくともコアを切断するまで切削する第１切削ステップ、
（２）第１切削ステップによる切削線に沿って前記ブレードにより前記基板の一部を切削する第２切削ステップ、
を有するポリマー光導波路デバイスの製造方法により解決される。
また、本発明の好ましい実施態様は、上記方法において基板とスピンドルの主軸が５〜４０度の角度で傾斜して配置される方法である。また本発明の他の好ましい実施態様は、上記方法において、コア端面の表面粗さＲａが０．０１〜０．０２μｍである方法である。
また、さらに上記方法においてスピンドルの主軸が水平方向に保持されていることが好ましい。
また、本発明の方法において、ポリマーはフッ素化ポリイミドであることが好ましい。
【０００８】
本発明のポリマー光導波路デバイスの製造方法により、傾斜したコア端面を有するポリマー光導波路を研磨工程を経ずとも面精度及び角度精度よく製造することができる。これは以下の理由が考えられる。
基板上に光導波路積層体を設ける光導波路デバイスの製造方法において、電極及びＬＤ等の光学素子を積載する領域を設けるため、その領域に形成された余分な光導波路積層体を剥がすための基板への切り込みが必要である。従って、傾斜したコア端面を作製するための切り込みは、基板に対して傾斜して配置されたスピンドルの主軸に取り付けられたブレードを用いて、光導波路積層体（ポリマー部）と基板の一部（所定の深さ：通常５０〜２００μｍ程度）に連続するように形成される。しかし、このポリマー部と基板部の切り込みを１回の切削で行うとコア端面の表面粗さＲａが大きい。すなわち、コア端面は反射減衰量を低下させるように表面粗さ（Ｒａ）がある程度小さいことが好ましいが、従来の１回切削の方法では端面のＲａが十分に小さくならないためさらに研磨工程が必要であった。しかし、コア端面付近には光学素子を搭載するための領域が突き出た構造のため、実際には研磨工程を追加することはできなかった。
【０００９】
一方、まずポリマー部を切削し、その後前記切削による切削線に沿ってブレードを再度入れてシリコン基板を所定の深さにまで切削するというように２回以上に分けて切削するとコア端面の表面粗さＲａが十分に小さくなることが見出された。この原因として１回の切削より２回の切削の方が合計切削時間が長くなるため切削時間の合計に依存して表面粗さが小さくなったことが考えられた。しかし、後述の実験例からも明らかなように１回切削を２回切削とほぼ同時間行うと逆に表面粗さが大きくなることが観察された。この理由は明らかではないが、ポリマー部と基板の一部を同時に切削した際、加工中にＳｉ小片が発生し、これによりポリマー部の切断面が削られて、コア端面の研磨精度が低下するのではないかと考えられる。以上のことからポリマー光導波路デバイスを切削する場合には、ポリマー部とシリコン基板部とを２回以上に分けて切削することが、面精度向上に必要であることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の方法について以下に詳細に説明する。
図１〜図３を例に本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の方法により製造されるポリマー光導波路デバイスの一実施形態を表したものであり、図２はそのＡ−Ａ’断面図である。また、図３は本発明の方法において光導波路端面２５、切り込み２６を形成する工程におけるスピンドルとポリマー光導波路デバイスの断面図である。
【００１１】
基板１の材料は後述するように種々のものが挙げられるが、ここでは例としてシリコン基板である。基板１の上面には、基板１を保護し、屈折率を調整するための二酸化珪素層２が備えられ、光導波路積層体１０は、二酸化珪素層２の上に形成されている。光導波路積層体１０は、二酸化珪素層２の上に、順に積層された、有機ジルコニウム化合物層（図示されていない）と、フッ素を含まない樹脂層（図示されていない）と、下部クラッド３と、コア４と、コア４を埋め込む上部クラッド５と、保護層（図示されていない）とを含んでいる。下部クラッド３、コア４及び上部クラッド５は、いずれもフッ素を含むポリイミド樹脂により形成されている。ただし、コア及びクラッド材料のポリマーは後述するようにフッ素化ポリイミド樹脂に限られず様々なものが挙げられる。有機ジルコニウム化合物層及びフッ素を含まない樹脂層は、基板１と下部クラッド３との接着性を高めるために配置されている。またこのような接着層として有機ジルコニウム化合物層の代わりに、有機アルミニウム化合物層を用いてもよい。光導波路積層体１０が配置されない領域２０、３０となる部分については、切り込み２６及び２８を入れた後に光導波路積層体１０を剥離できるように、ウェットエッチングにより、フッ素を含まない樹脂層と有機ジルコニウム化合物層を除去しておく。
【００１２】
下部クラッド３及び上部クラッド５は、いずれも、第１のポリイミド樹脂膜からなる。下部クラッド３、上部クラッド５及びコア４等の厚さは、ポリマー光導波路デバイスの目的等により適宜選択可能である。一実施態様として、下部クラッド３の膜厚は、約６μｍ、上部クラッド５の膜厚は、コア４の直上で約１０μｍ、他の部分で約１５μｍである。コア４は、第２のポリイミド樹脂膜からなり、その膜厚は約６．５μｍである。保護層は、第３のポリイミド樹脂膜であり、その膜厚は、コア４から離れた端部で約５μｍである。
【００１３】
下部クラッド３から保護層までの各層は、これらが不要な領域２０及び３０にも配置されているため、これを剥がして除去する必要がある。すなわち、領域２０と光導波路積層体１０との境界、及び、光導波路積層体１０と領域３０との境界にそれぞれダイシングブレード（砥粒を表面に付着させたディスク形状の研削工具）を用いて切り込み２６、２８を入れ、下部クラッド３から保護層９までの各層を切断する。このとき、切り込みの深さは、光導波路積層体１０は切断されるが、基板１は切り離されない深さにする。先の工程で、領域２０及び領域３０の基板１の上面からは、有機ジルコニウム化合物層とフッ素を含まない樹脂層が除去されているため、領域２０及び領域３０では下部クラッド３と基板１との密着力は小さい。したがって、領域２０及び領域３０の上に搭載されている下部クラッド３から保護層間での各層は、切り込み２６、２８を入れたことにより、ウエハ状の基板１から帯状に容易に剥がすことができる。これにより、ウエハ状の基板１において、領域２０及び領域３０では基板上面（二酸化珪素層）が露出される。
【００１４】
図１及び図２に示すように、ＬＤ接続面である光導波路積層体端面２５は垂直面に対して傾斜するように形成されており、光導波路積層体端面２５に連続した切り込み２６も垂直面に対して傾斜するように形成されている。また、切り込み２７もコア４を横切って垂直面に対して傾斜するように形成されている。
この光導波路積層体端面２５、切り込み２６、及び切り込み２７は、基板１の法線方向に対して、光導波路積層体端面２５、切り込み２６については好ましくは５度〜１２度の範囲の所望の角度α’で傾斜しており、切り込み２７については好ましくは５度〜４０度の範囲の所望の角度αで傾斜している。光導波路積層体端面２５、及び切り込み２７の切断面はコア４の伝搬光が散乱するのを防ぐために光学的に滑らかな面に形成する必要がある。
本発明は、この切削方法に特徴を有するものである。
【００１５】
切削に用いる装置は、砥粒を表面に付着させたディスク形状の研削工具であるブレードを備えたスピンドルと称される装置である（図３）。スピンドルの主軸に対してブレードは垂直となるように取り付けられている。スピンドルは通常上下垂直方向または水平方向にのみ移動が可能であるため、スピンドルの主軸を水平方向に保持させることが好ましい。すなわち、本発明の方法では光導波路積層体１０を切削した後、基板１の一部を切削するという２回以上の切削ステップが必要であるため、第１切削ステップ後、スピンドルまたはポリマー光導波路デバイスを第１切削による切削線に沿った方向に移動させる必要がある。しかし、通常スピンドルの主軸の移動方向は水平方向及び垂直方向に制限されるため、スピンドルの主軸が水平方向に対して傾斜している場合には、一定の角度の傾斜方向に沿ってスピンドルを移動させる（ブレードとポリマー光導波路デバイスのかみ込みの深さを変える）と垂直方向と水平方向移動の２軸同期制御となり、ブレード先端部の位置精度は低下し、結果的には角度精度が低下する場合がある。
これに対しスピンドルの主軸が水平方向に保持されている場合には、ポリマー部の第１切削ステップを行った後、スピンドルを上下垂直方向に一度のみ移動させることによって、次の基板部の第２切削ステップを行えるため、角度精度が全く低下せず好ましい。
【００１６】
ポリマー光導波路デバイスをスピンドルの主軸方向に対して所定の角度、好ましくは５〜４０度傾斜させて保持させる。スピンドルが上述したように水平方向に保持されている場合には、ポリマー光導波路デバイスを水平方向に対して所定の角度θに傾斜させて保持させる。スピンドルまたはポリマー光導波路デバイスを、図３の描画面（紙面）に対して直交方向に移動させてブレードにより光導波路積層体１０（ポリマー部）を少なくともコア端面が切断されるように切削し（第１切削ステップ）、端面２５となる切り込みを形成する。続いて、スピンドルまたはポリマー光導波路デバイスを第１切削ステップによる切削線に沿って５０〜２００μｍ程度基板に切り込み移動させて、基板１の一部をブレードにより切削し（第２切削ステップ）、切り込み２６を形成する。
【００１７】
第１切削ステップでは、コア端面の表面粗さが小さくなるように、少なくともポリマー光導波路積層体１０のコア４の端面が切断されるような位置で切削する必要がある。例えば、ポリマー光導波路積層体１０が切断されるが基板１は切断されないような深さでポリマー光導波路積層体１０を切削する。
第２切削ステップでは、第１切削ステップによる切削線に沿って基板１を所定の深さ（基板表面から５０〜２００μｍの深さ）まで切削する。
切り込み２６から、領域３０に形成されている下部クラッド３から保護層までの各層を剥がして除去し、基板上面（二酸化珪素層）を露出する。
切り込み２７も光導波路積層体端面２５及び切り込み２６と同様に形成する。形成された切り込み２７の間隙の幅ｔは２３μｍ程度である。
【００１８】
上記切削において他の条件は通常の方法と同じである。切削の際には、ブレードクーラー水を１．０〜２．０Ｌ／分、シャワー水を０．５〜２．０Ｌ／分程度供給することができる。ブレードの外径は５３ｍｍ程度、厚さは好ましくは２０〜１００μｍ、より好ましくは４０〜６０μｍである。回転数は２００００〜３００００ｒｐｍが適当である。ブレードの送り速度は１ｍｍ／ｓ〜１０ｍｍ／ｓ、好ましくは１ｍｍ／ｓ〜５ｍｍ／ｓである。この範囲の送り速度は、半導体素子製造時のブレードの送り速度の約１／１０である。このようにゆっくりした送り速度でブレードを、ポリイミド樹脂製の光導波路積層体１０に切り込むことにより、切削面、すなわち、端面をさらに滑らかな面に形成することができるため好ましい。
【００１９】
光導波路積層体端面２５、切り込み２６、切り込み２７の形成に使用するブレードの粗さは、レジン砥粒を用いたブレードではＪＩＳ規格相当品で１０００番以上３０００番以下、好ましくは１５００〜１７００番が望ましく、ダイヤモンド砥粒を用いたブレードではＪＩＳ規格相当品で３０００番以上７０００番以下、好ましくは３０００番以上４５００番以下が望ましい。ブレードの粗さが粗過ぎると切り込みの切削面、すなわちコア４の端面が粗い面となり、コア４の伝搬光を散乱する。一方、ブレードの粗さが細か過ぎると、ブレードが目詰まりし易く、光導波路積層体１０が基板１から剥がれるおそれがある。
【００２０】
なお、光導波路積層体端面２５、及び切り込み２７により形成された光導波路積層体１０のコア端面の表面粗さＲａは使用するブレードにより異なるが、例えばメタルレジン系砥粒を用いた場合の好ましい表面粗さは０．０１〜０．０２μｍ程度である。また角度も高精度に形成される。以上のように形成される切削面は光学的に滑らかであるため、仕上げのための研磨等は不要である。
【００２１】
切り込み２７には、コア４を伝搬する光の一部を上向きに反射させる反射フィルム等所望の光学素子を挿入することができる。例えば、反射フィルムとして、波長を選択して一部波長の光を反射し、残りを透過するダイクロイックミラーフィルムや、特定の偏光を反射し、残りを透過する偏光ミラーフィルム等のフィルム状光学素子を挿入することができる。なお、切り込み２７の間隙の幅ｔは、挿入する光学素子の厚さに対して広過ぎると光のロスが生じるため、挿入する光学素子の厚さに合わせた大きさにすることが望ましい。一般には切り込みの幅ｔは１５〜５０μｍにすることが望ましい。
光導波路積層体１０の上面には電極１０７が配置されている。電極１０７は、例えば、切り込み２７とコア４との境界面又は切り込み２７に挿入された反射部材により、上方に向けて反射された光を受光する受光素子を搭載するために使用できる。
【００２２】
切り込み２８はここでは、スピンドル及びポリマー光導波路デバイスをどちらも水平に保持して形成される。しかし、ポリマー光導波路デバイスを水平方向に対して一定角度に傾斜させて、端面２５及び切り込み２６と同様に傾斜した端面を形成してもよい。切り込み２８を形成した後、領域２０に形成されている下部クラッド３から保護層までの各層を剥がして除去し、基板上面を露出する。
Ｖ溝２１は、基板１を異方性エッチングすることにより形成された深さ約１００μｍの溝であり、断面はＶ字型である。Ｖ溝２１は、光ファイバを搭載するためのものである。Ｖ溝２１は、予め定められた径の光ファイバを搭載した場合、コア４とアライメン卜した状態となるよう、その深さ及び幅が設計されている。従って、例えば、電極７上に発光素子を搭載した場合には、発光素子から発せられた光は、コア４に入射して、これを伝搬し、コア４から出射され、Ｖ溝２１に搭載された光ファイバに高効率で入射する。また、電極１０７上に受光素子を搭載した場合には、光ファイバを伝搬してきた光が、光ファイバから出射されると高効率でコア４に入射して、これを伝搬し、切り込み２７とコア４との境界面又は切り込み２７に挿入された反射部材により、上方に向けて反射され、受光素子で受光される。
【００２３】
次に、ウエハ状の基板１をダイシングにより切断することにより、短冊状に切り出し、この短冊状の基板１をダイシングにより、個々のポリマー光導波路デバイス１００に切り出し、ポリマー光導波路デバイス１００を完成させる。なお、基板１を切断するダイシング工程の手順は、この手順に限られるものではなく、縦横にメッシュ状にダイシングしてポリマー光導波路デバイス１００を形成することも可能である。
この実施態様の光導波路積層体のコア４は直線形状であるが、光導波路積層体１０のコア４の形状は、ポリマー光導波路デバイスとして必要とされる機能に合わせて直線形状に限らずｙ分岐やｘ型等の所望の形状にすることができる。また、コアの形状に合わせて、Ｖ溝２１や、電極７、電極１０７を複数個備える構成にすることも可能である。
【００２４】
また、こうして製造されるポリマー光導波路デバイス１００は、下部クラッド３から上部クラッド５まで全ての層をポリイミド樹脂で形成しているため、Ｔｇが高く、耐熱性に優れている。よって、本実施の形態のポリマー光導波路デバイス１００は、高温になっても伝搬特性を維持できる。また、ポリイミド樹脂は、半田付け等の高温工程にも耐えることができるため、ポリマー光導波路の上にさらに別のポリマー光導波路や電気回路素子や発光素子を半田付けすることも可能である。
【００２５】
なお、本発明においてポリマー光導波路デバイスとは、基板として、ガラス、石英等の無機材料、シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウム、チタン等の半導体や、金属材料、ポリイミド、ポリアミド等の高分子材料、またはこれらの材料を複合化した材料を用いて、これら基板の上に、光導波路を設けたもの、及びさらに、光合波器、光分波路、光減衰器、光回折器、光増幅器、光干渉器、光フィルタ、光スイッチ、波長変換器、発光素子、受光素子あるいはこれらが複合化されたものなどを形成したものを指す。上記の基板上には、発光ダイオード、フォトダイオード等の半導体装置や金属膜を形成することもあり、更に基板の保護や屈折率調整などのために、基板上に、上述のとおり二酸化珪素被膜を形成したり、あるいは、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタルなどの被膜を形成してもよい。
【００２６】
また、光導波路（コア及びクラッド）を作成するためのポリマー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、その中でもフッ素化ポリイミド樹脂が特に好ましい。
【００２７】
実施例
次に、本発明のポリマー光導波路デバイスの製造方法をさらに具体的に説明する。
[基板上に光ファイバ搭載用のＶ溝を形成する工程]
ここでは、基板１として直径約１２．７ｃｍのシリコンウエハを用意し、この基板１の上に図１の構造を縦横に多数配列して形成し、後の工程でダイシングにより切り離して、個々のポリマー光導波路デバイス１００に分離する。これにより、多数の図１のポリマー光導波路デバイス１００を量産することができる。よって、成膜やパターニング等は、ウエハ状の基板１全体で一度に行う。
まず、ウエハ状の基板１の上面全体に、二酸化珪素層を熱酸化法や気相堆積法等により形成した後、フォトリソグラフィとシリコン単結晶の異方性を利用したウェットエッチングにより、Ｖ溝２１を配列して形成する。
【００２８】
このウエハ状の基板１の上に金属膜を成膜してパターニングすることにより、図１の電極７を形成する。これにより、ウエハ状の基板１には、Ｖ溝２１と電極７とが多数配列されて形成される。
次に、ウエハ状の基板１の全体に有機ジルコニウム化合物層を形成する。この有機ジルコニウム化合物層の上に、フッ素を含まない樹脂層形成用組成物をスピンコートで塗布し、得られた塗膜を加熱して溶媒を蒸発させ、さらに加熱して硬化させることにより、フッ素を含まない樹脂層を形成する。フッ素を含まない樹脂層の厚さは、０．２３μｍとなるようにスピンコートの条件を制御する。
次に、ウエハ状の基板１の上面のうち、完成後のポリマー光導波路デバイスで光導波路積層体１０が配置されていない領域２０、３０となる部分について、フッ素を含まない樹脂層と、有機ジルコニウム化合物層を除去する。ウエハ状の基板１にはポリマー光導波路デバイスを縦横に配列して製造しているため、ウエハ状の基板１の上面のうち、領域２０及び領域３０は、光導波路積層体１０の両脇の帯状の部分である。この帯状の部分からフッ素を含まない樹脂層と有機ジルコニウム化合物層とを除去しておくことにより、下部クラッド３がこの帯状部分では基板１から剥がれやすくなるため、後述の工程で、基板１の領域２０、３０の部分から光導波路積層体１０を帯状に剥がして除去することが可能になる。
【００２９】
基板１上の領域２０、３０からフッ素を含まない樹脂層と有機ジルコニウム化合物層とを除去する方法について、具体的に説明する。
まず、ウエハ状の基板１の全面にレジスト液をスピンコートし、１００℃で乾燥することによりレジスト膜を形成する。この後、水銀ランプでフォトマスクの像を露光する。フォトマスクは、光導波路積層体１０を形成すべき部分にのみレジスト膜が残るように形成されている。その後、レジスト膜を現像する。これによりレジスト膜のみならず、フッ素を含まない樹脂層もウェットエッチングされ、両者をほぼ除去することができる。
この後、フッ酸を用いたウェットエッチングまたは反応性イオンエッチングにより、有機ジルコニウム化合物層を除去する。有機ジルコニウム化合物層は、膜厚が非常に薄いため、Ｖ溝２１の内部の層もウェットエッチングまたは反応性イオンエッチングにより除去することができる。最後に、レジスト膜を除去する。
【００３０】
[基板上に下部クラッド３を形成する工程]
次に、ウエハ状の基板１の上面全体に前述の第１のポリイミド樹脂膜形成用組成物（すなわち、下部クラッド３形成用組成物）をスピンコートして材料溶液膜を形成する。これを加熱硬化させ、厚さ６μｍの下部クラッド３を形成する。
【００３１】
[下部クラッド３上にコア４を形成する工程]
この下部クラッド３の上に、コア用の前述の第２のポリイミド樹脂膜形成用組成物をスピンコートして材料溶液膜を形成する。これを加熱硬化させ、コア４となる厚さ６．５μｍの第２のポリイミド樹脂膜を形成する。
【００３２】
次に、第２のポリイミド樹脂膜（即ち、コア４となる層）上に、シリコン含有レジスト層（通常は膜厚約１μｍ程度）を設け、該レジスト層を所望のコア４のパターンを有するフォトマスクを介して露光、現像してレジストパターンを形成する。
該レジストパターンをエッチングマスクとして、コア４となる樹脂層をエッチングして、所望のコア４を形成する。エッチングは、レジストパターンをエッチングマスクとして、酸素イオンを用いた反応性イオンエッチング（Ｏ₂−ＲＩＥ）により行う。これにより、基板１上に多数のポリマー光導波路デバイスを配列して一度に形成することができる。
【００３３】
[上部クラッド５及び保護層を形成する工程]
次に、コア４及び下部クラッド３を覆うように、第１のポリイミド樹脂膜形成用組成物をスピンコートする。得られた材料溶液膜を、加熱硬化させ第１のポリイミド樹脂膜の上部クラッド５を形成する。さらに、上部クラッド５の上面に、フッ素を含まないポリイミド樹脂膜形成用組成物をスピンコートし、加熱硬化させて、上面がほぼ平坦でコア４から離れた端部の部分の厚さが約５μｍのフッ素を含まないポリイミド樹脂膜の保護層を得る。
【００３４】
[端面２５及び切り込み２６を形成する工程]
端面２５、及び切り込み２６を形成するための切削は以下のように行った。図３に示されるように、メタルレジン１７００のブレードを備えたスピンドルを水平方向に保持し、上述したように形成したポリマー光導波路デバイスを水平方向に対して８度に傾斜させて保持した。１回目の切削ステップでポリマー部（約３０μｍ厚）を切断し、２回目の切削ステップで基板（約１０００μｍ厚）を、基板表面から約１００μｍの深さまで切り込みを入れた。
他の切削条件は以下のとおりである。ブレードクーラー水を１．０Ｌ／分、シャワー水を０．５Ｌ／分程度供給した。ブレードの刃厚は５０μｍ程度、加工速度は２ｍｍ/秒程度、ブレード回転数は、３０，０００ｒｐｍであった。
【００３５】
次に、領域３０に形成されている下部クラッド３から保護層までの各層を剥がして除去した。すなわち、先の工程で、領域３０の基板１の上面からは、有機ジルコニウム化合物層とフッ素を含まない樹脂層が除去されているため、領域３０では下部クラッド３と基板１との密着力は小さい。したがって、領域３０の上に搭載されている下部クラッド３から保護層間での各層は、切り込み２６を入れたことにより、ウエハ状の基板１から帯状に容易に剥がすことができる。これにより、ウエハ状の基板１において、領域３０では基板上面（二酸化珪素層）が露出された。
光導波路積層体の光導波路積層体端面２５の表面粗さＲａは０．０２μｍであり、角度精度は８度±１度であった。切削面が光学的に滑らかであるため、仕上げのための研磨等は不要であった。
【００３６】
[切り込み２７及び切り込み２８を形成する工程]
切り込み２７は、切り込み２６と同様のプロセスで基板１の法線方向に対して約３０°で傾斜するように切削を行って形成した。切り込み２７の間隙の幅ｔは２３μｍ程度であった。
また、スピンドル及びポリマー光導波路デバイスをどちらも水平に保持して、ポリマー部と基板約１５０μｍの深さに切り込み２８を形成した。
【００３７】
[ポリマー光導波路デバイス１００を形成する工程]
次に、ウエハ状の基板１をダイシングにより切断することにより、短冊状に切り出し、この短冊状の基板１をダイシングにより、個々のポリマー光導波路デバイス１００に切り出し、ポリマー光導波路デバイス１００を完成させた。
【００３８】
実施例２
表１に記載されるように切削条件を変えて実施例１と同様に傾斜したコア端面を有するポリマー光導波路デバイスを得た。端面２５及び切り込み２６の切削条件並びに得られたコア端面の表面粗さＲａの値を表１に示す。
【００３９】
比較例１〜３
実施例１において、スピンドルを水平方向に保持させて、一方ポリマー光導波路デバイスを８度に傾けて保持させ、１回でポリマー部と基板部の切削を行い、コア端面２５及び切り込み２６を形成させ、ポリマー光導波路デバイスを作製した。端面２５及び切り込み２６の切削条件並びに得られたコア端面の表面粗さＲａ（μｍ）の値を表１に示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
上記結果は本発明の方法により、従来の方法より高い平滑性を有する傾斜したコア端面を研磨工程なしに形成できることを示している。なお、加工速度を遅くすると加工時間が長くなり表面粗さＲａが小さくなることが予想されたが、実際には加工速度を遅くするとＲａは大きくなった（０．０１μｍ→０．０２μｍ）。これはＳｉ小片等の発生による影響があるためと考えられる。
また、加工速度２ｍｍ／ｓで１回加工したもの（比較例１）と、加工速度５ｍｍ／ｓで２回加工したもの（実施例２）の、合計加工時間はほぼ同じ長さであるが、得られた端面の表面粗さＲａは２回加工（実施例２）の方が明らかに小さく平滑な面が得られたことがわかる。従って、端面の表面粗さＲａは加工合計時間に依存するのではなく、２回に分けて加工することにより向上したものと考えられる。
【００４２】
なお、この明細書において「表面粗さＲａ」は、ＪＩＳ−Ｂ０６０１−１９９４に準拠して測定されたものであり、具体的条件は以下の通りである。
測定装置：
ミツトヨ製サーフテストＳＶ−４０２
測定条件：
１）カットオフ値：０．２５ｍｍ
２）評価長さ：１．２５ｍｍ
試験片作成及び測定方法：
１）２回目のダイシングで基板の底部まで切り込みを入れて切断。
２）金属顕微鏡上に、上記試験片と測定装置（ポータブルタイプ）を置き、コアの切断面（ポリマー断面）に測定プローブをあわせて測定。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の方法により、表面粗さが小さく伝搬光の反射減衰が少ない傾斜したコア端面を有するポリマー光導波路デバイスを容易に製造することができる。また、本発明方法によれば、研磨工程を経ることなく鏡面研磨加工した際に得られるような表面粗さの平滑端面を有する傾斜したコア端面を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法により製造されるポリマー光導波路デバイスの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のポリマー光導波路デバイスのＡ−Ａ´断面図である。
【図３】本発明の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１：シリコン基板、２：二酸化珪素層、３：下部クラッド、４：コア、５：上部クラッド、７及び１０７：電極、１０：光導波路積層体、２０：光ファイバ搭載領域、２１：Ｖ溝、２５：光導波路積層体端面、２６〜２８：切り込み、３０：電極搭載領域。

Claims

シリコン基板上に設けられたポリマー光導波路積層体を、前記基板に対し傾斜して配置されたスピンドルの主軸に取り付けられたブレードによって切削する、傾斜したコア端面を有するポリマー光導波路デバイスの製造方法であって、
（１）前記ブレードによりポリマー光導波路積層体のみを、少なくともコアを切断するまで切削する第１切削ステップ、
（２）第１切削ステップ後に、第１切削ステップによる切削線に沿って前記ブレードを再度入れて前記基板の一部を切削する第２切削ステップ、
を有することにより、ポリマー部と基板部とを２回以上に分けて切削することを特徴とするポリマー光導波路デバイスの製造方法。
該基板と該スピンドルの主軸が５〜４０度の角度で傾斜して配置される、請求項１に記載の方法。
該コア端面の表面粗さＲａが０．０１〜０．０２μｍである、請求項１または２に記載の方法。
該スピンドルの主軸が水平方向に保持されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
該ポリマーがフッ素化ポリイミドである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。