JPH0875942A - 光導波路の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ポリシロキサンをコアに用いたプラスチック
光導波路を作製する際に、サイドエッチングを抑制し
て、コアの寸法制御性の高い作製方法を提供する。 【構成】 ケイ素に結合したアルキル基（非置換、重水
素化若しくはハロゲン化した基）、又はフェニル基（非
置換、重水素化若しくはハロゲン化した基）を有するポ
リシロキサン（架橋したものでもよい）を主体とするも
のをコアとし、より屈折率の低いポリマーをクラッドと
した光導波路を作製する方法における、該コアをドライ
エッチングにより作製する工程において、該エッチング
マスクとして銅を用いる光導波路の作製方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチック光導波
路、特にポリシロキサンを用いた光集積回路、光インタ
コネクション、あるいは光合分波器等の光学部品に使用
可能な光導波路の作製方法関する。

【０００２】

【従来の技術】光部品、あるいは光ファイバの基材とし
ては、光伝搬損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴
を有する石英ガラスや多成分ガラス等の無機系の材料が
広く使用されているが、最近ではプラスチック系の材料
も開発され、無機系の材料に比べて加工性や価格の点で
優れていることから、光導波路用材料として注目されて
いる。例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭ
Ａ）、あるいはポリスチレンのような透明性に優れたプ
ラスチックをコアとし、そのコア材料よりも屈折率の低
いプラスチックをクラッド材料としたコア−クラッド構
造からなる平板型光導波路が作製されている（特開平３
−１８８４０２号）。しかし、これら従来のプラスチッ
ク光導波路では、導波損失と耐熱性が無機系の材料に及
ばないという問題がある。導波損失に関して言えば、プ
ラスチック光導波路の一端に光を入射させた場合、材料
による吸収や散乱によって、光が導波路内で減衰される
度合いが、無機系材料に比べて大きい。特に、光通信に
用いられる１３００〜１６００ｎｍの波長領域での低損
失化が必要であった。また、耐熱性に関して言えば、プ
ラスチックのガラス転移温度が一般に１００℃前後であ
るため、耐熱温度の上限は８０℃程度であり、プラスチ
ック光導波路を実用的なものとして使用することが困難
であった。これらの問題を解決する材料として、可視〜
近赤外域にわたって低損失であり、耐熱性に優れるポリ
イミド、ポリカーボネート、ポリシロキサンを使用する
ことができる。中でも、ポリシロキサンは光通信波長帯
である１３００ｎｍで導波損失が０．１ｄＢ／ｃｍ以下
と報告されており、低損失光導波路用材料として有望で
ある。これらの材料を溶媒中に溶かして使用すると、ス
ピンコート法により容易に基板上に膜が形成できる。こ
れは非常に簡便な方法であり、プラスチックで光導波路
を作製する場合の利点の一つである。このような簡便で
制御性のよい薄膜形成法であるスピンコート法を基本技
術としてチャネル型の光導波路を作製する場合は、コア
作製時において、いかに膜面と垂直方向のコア形状を制
御できるかが、導波特性の優れたシングルモード導波路
を作製する鍵となる。しかし、ポリシロキサンを用いて
寸法制御性のよいコアを作製するためには、従来、以下
に示すような問題点があった。図２は、プラスチック光
導波路の構成図である。１はコアであり、２及び３はそ
れぞれ下層クラッド及び上層クラッド、４は基板であ
る。プラスチック光導波路の作製工程の概略は、以下の
ようになる。まず、基板上に、クラッド構成材料をスピ
ンコートし、下層クラッド２を形成する。次に、コア構
成材料をスピンコートし、任意の形状にコア１に加工す
る。更にその上から、クラッド構成材料をスピンコート
し、上層クラッド３を形成することで、図２に示すよう
な埋め込み型光導波路ができ上る。このとき、シングル
モード光導波路を作製するためには、コアの形状を精度
よく制御することが重要である。垂直な側壁を持つコア
を形成する優れた方法として、ドライエッチング法があ
る。可視〜近赤外域にわたって低損失であり、耐熱性に
優れるポリシロキサンをコアに使用した場合、ドライエ
ッチング用ガスとしてはフロオロカーボン系ガスと酸素
の混合ガス、あるいはクロロフルオロカーボン系ガスと
酸素の混合ガスが考えられる。フルオロカーボン系ガ
ス、あるいはクロロフルオロカーボン系ガス単独の場合
は、エッチングマスク材料としてノボラック樹脂系のポ
ジ型フォトレジスト、あるいはクロム、チタン、モリブ
デン等の高融点金属を用いることがしばしばあるが、酸
素との混合ガス中ではエッチング速度が大きいという問
題点があった。このため、従来、この種の混合ガスを用
いたドライエッチングにおいて、ポリシロキサンに対し
てエッチング速度比が大きくとれるエッチングマスクが
知られておらず、サイドエッチングが大きなエッチング
しか行えず、したがって所望のコア形状に加工すること
が困難であり、これがポリシロキサンをコアに用いたプ
ラスチック光導波路作製上の重要な問題点であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ポリ
シロキサンをコアに用いたプラスチック光導波路を作製
する際にサイドエッチングを抑制して、コアの寸法制御
性の高い作製方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明は光導波路の作製方法に関する発明であって、下記
一般式（化１）又は（化２）：

【０００５】

【化１】

【０００６】

【化２】

【０００７】〔式中、Ｒ₁ 、Ｒ₂ は同一又は異なり、Ｃ
_n Ｙ_2n-1（Ｙは水素、重水素若しくはハロゲン、ｎは５
以下の正の整数を表す）で表されるアルキル基、重水素
化アルキル基又はハロゲン化アルキル基、あるいはＣ₆
Ｙ₅ （Ｙは水素、重水素若しくはハロゲンを表す）で表
されるフェニル基、重水素化フェニル基又はハロゲン化
フェニル基〕で表される繰返し単位を有するポリシロキ
サン、一般式（化１）及び（化２）で表される繰返し単
位の共重合体であるポリシロキサン、及びこれらの混合
物よりなる群から選ばれたポリマーをコアとし、このコ
ア材料より屈折率の低いポリマーをクラッドとした光導
波路を作製する方法における、該コアをドライエッチン
グにより作製する工程において、ドライエッチングマス
クとして銅を用いることを特徴とする。

【０００８】ここで使用する銅マスクは、コアをフルオ
ロカーボン系ガスと酸素の混合ガスでエッチングした後
は塩化第二鉄等の水溶液で容易に除去が可能であり、こ
の処理はコアのポリシロキサンには影響が無く、埋め込
み型導波路を作製した後の光の伝搬損失には実質的な影
響を与えない。

【０００９】本発明は、可視〜近赤外域において低損失
で、耐熱性に優れるポリシロキサンを光導波路材料とし
て用い、ドライエッチング用マスクとして銅を用いるこ
とにより、パターン変換差の少ないシングルモード導波
路を作製するため、低損失で、耐熱性に優れたプラスチ
ック光導波路を容易に作製することができる。

【００１０】下記実施例としては、直線の３次元光導波
路の作製例のみを説明したが、このほか、光導波路回路
の基本構成をなす、分岐・合流回路、方向性結合器、マ
ッハツェンダ干渉計、リング共振器等は、マスクパター
ンの変更により、容易に作製可能であった。

【００１１】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

【００１２】実施例１ 本発明により、作製した光導波路の実施例を図１に工程
図として示す。図１において、符号１〜４は図２と同義
であり、５はコア層、６は銅薄膜、７はマスクパターン
を意味する。光導波路材料として用いたポリシロキサン
の基本構造を下記一般式（化３）及び（化４）に示す。

【００１３】

【化３】

【００１４】

【化４】

【００１５】ポリシロキサン（Ａ）〔式（化３）の繰返
し単位を有するポリマー〕を溶かした１０％アニソール
溶液を用いて、シリコン基板４上にスピンコートにより
膜厚が約１５μｍとなるように塗布した。得られた膜を
１５０℃で乾燥し、十分に溶媒を除去して下層クラッド
２を形成した。更に、この上に上記ポリシロキサン
（Ａ）より屈折率が高い、ポリシロキサン（Ｂ）〔式
（化３）の繰返し単位を有するポリマーと式（化４）の
繰返し単位を有するポリマーとの共重合体〕を含むアニ
ソール溶液をスピンコートにより塗布し、膜厚８μｍの
膜をコア層５として堆積した。得られた膜を１５０℃で
乾燥し、十分に溶媒を除去した。この表面にマグネトロ
ンスパッタリングにより銅薄膜６を厚さが約０．２μｍ
となるよう堆積させた。次に、銅薄膜の上にフォトレジ
ストを１μｍスピンコートし、９０℃で２５分間乾燥し
た。次に、露光器で露光してレジストを現像し、８μｍ
幅の直線状のマスクパターン７を銅薄膜上に形成した。
次に、イオンミリング装置に上記基板を装着し、アルゴ
ンガスを導入して５分間エッチングを行うと、レジスト
が覆われていない部分の銅がエッチングされドライエッ
チング用マスクが形成された。更に、ＣＦ₄ と酸素の混
合ガスでリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を行
い、マスクパターン以外のコア層をエッチングしたとこ
ろ、幅８μｍ、高さ８μｍの矩形のコア１が形成でき
た。このとき、残った銅の厚さは約０．０４μｍであ
り、０．１６μｍエッチングされたことになり、約５０
倍のエッチング速度比がとれた。この後、塩化第二鉄水
溶液を用いて残った銅を除去した。この上からポリシロ
キサン（Ａ）をスピンコートにより塗布して上層クラッ
ド３とした。１５０℃で乾燥し、十分に溶媒を除去して
埋め込み型の３次元光導波路を作製した。この光導波路
を長さ５ｃｍに切り出し、一端から波長１３００ｎｍの
光を入射させ、他端から出てくる光量を測定することに
より光導波路の損失を測定した結果、この光導波路の損
失は０．１ｄＢ／ｃｍ以下であった。次に、波長１５５
０ｎｍの光を用いて同様の実験を行った結果、この波長
においても損失は０．５ｄＢ／ｃｍ以下であった。ま
た、出射する光の近視野像を近赤外線用カメラを用いて
観察したところ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ両者の波
長域においてシングルモードとなっていることが確認で
きた。また、１２０℃の大気中で１００時間放置した後
の損失を測定したところ、放置前に比べ変化せず、耐熱
性に優れていることが確認できた。

【００１６】比較のために、エッチングマスクとして銅
以外にフォトレジスト、クロム、モリブデンを検討し
た。下記表１に特記した以外の条件は銅を用いた場合と
同一である。これらの結果を表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１から明らかなように、銅を用いること
によって、パターン変換差の小さい光導波路が実現でき
た。また、銅をマスクに用いた場合はポリシロキサンと
のエッチング速度差が大きいため、クロムやモリブデン
等の他の金属に比べてエッチングマスクを薄くすること
ができ、ポリマーの膜内に発生する応力を低減すること
ができる。そのため、０．１ｄＢ／ｃｍ以下の導波損失
を達成することが可能である。更に、ここで使用した銅
マスクは、コアをエッチングした後は塩化第二鉄水溶液
で容易に除去が可能であり、かつ、その処理はポリシロ
キサンに対して影響を与えなかった。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による銅を
エッチングマスクとして用いて製作したポリシロキサン
光導波路は、可視〜近赤外域において極めて優れた光学
特性を有するため、従来光導波路作製時に問題となって
いた、パターン変換差を少なくし、所望のコア形状を製
作することが容易なため、低損失で、信頼性の高い高品
質な光集積回路を容易に供給できるという利点がある。
すなわち、この作製方法を用いた光回路を利用して作製
した光部品により、経済性に優れ、信頼性の高いローカ
ルエリアネットワーク等の光通信システムを構成できる
利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光導波路の作製方法による実施例を示
す工程図である。

【図２】プラスチック光導波路の例を示す構成概要図で
ある。

【符号の説明】

１：コア、２：下層クラッド、３：上層クラッド、４：
基板、５：コア層、６：銅薄膜、７：マスクパターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今村 三郎 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記一般式（化１）又は（化２）： 【化１】 【化２】 〔式中、Ｒ₁ 、Ｒ₂ は同一又は異なり、Ｃ_n Ｙ_2n-1（Ｙ
   は水素、重水素若しくはハロゲン、ｎは５以下の正の整
   数を表す）で表されるアルキル基、重水素化アルキル基
   又はハロゲン化アルキル基、あるいはＣ₆ Ｙ₅ （Ｙは水
   素、重水素若しくはハロゲンを表す）で表されるフェニ
   ル基、重水素化フェニル基又はハロゲン化フェニル基〕
   で表される繰返し単位を有するポリシロキサン、一般式
   （化１）及び（化２）で表される繰返し単位の共重合体
   であるポリシロキサン、及びこれらの混合物よりなる群
   から選ばれたポリマーをコアとし、このコア材料より屈
   折率の低いポリマーをクラッドとした光導波路を作製す
   る方法における、該コアをドライエッチングにより作製
   する工程において、ドライエッチングマスクとして銅を
   用いることを特徴とする光導波路の作製方法。