DE60320201T2 - Verfahren zur Herstellung von optischen Polyimid-Wellenleitern. - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von optischen Polyimid-Wellenleitern. Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Polyimidwellenleiters und insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Polyimidwellenleiters, wie ein gerader optischer Wellenleiter, ein gekrümmter optischer Wellenleiter oder ein verzweigter optischer Wellenleiter, die in weitem Umfang in der optischen Kommunikation, in der optischen Informationsverarbeitung und anderen allgemeinen optischen Gebieten verwendet werden.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Mit dem Fortschreiten der praktischen Anwendung von optischen Kommunikationssystemen durch die Entwicklung optischer Fasern ist die Entwicklung von verschiedenen optischen Kommunikationsvorrichtungen unter Verwendung einer optischen Wellenleiterstruktur nachgefragt worden. Im Allgemeinen umfassen erforderliche Charakteristiken für optische Wellenleitermaterialien einen niedrigen Lichtfortpflanzungsverlust, das Vorhandensein von Wärmebeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit und die Regelbarkeit des Brechungsindex und der Filmdicke. Bezüglich dieser Erfordernisse sind bisher hauptsächlich optische Wellenleiter auf Basis von Siliciumdioxid untersucht worden.
  • Bei der Konstruktion von optischer Fasernetzwerken, einschließlich der WDM-Kommunikation ist es jedoch wesentlich, die Kosten für die Herstellung zahlreicher Vorrichtungen zu erniedrigen. Um Polymermaterialien anzuwenden, die in großer Masse hergestellt und in einem breiten Bereich einer Verarbeitung zu optischen Wellenleitermaterialien unterworfen werden können, sind demgemäß in den letzten Jahren organische Materialien, einschließlich Polymethylmethacrylat, ein Polycarbonat und Polystyrol, untersucht worden. Wenn solche Polymere einer Hybridintegration mit einer Laserdiode, einer Fotodiode usw. unterworfen werden, haben sie jedoch den Mangel, dass ihr Verwendungsbereich sehr begrenzt ist, da ihre Wärmebeständigkeit in einem Reflow-Lötschritt nicht ausreichend ist. Unter einer Anzahl von Polymermaterialien haben Materialien auf Basis von Polyimidharz die höchste Wärmebeständigkeit, so dass sie in letzter Zeit eine große Aufmerksamkeit als optische Wellenleitermaterialien auf sich gezogen haben.
  • Aus einem Polyamidharz hergestellte optische Schaltkreise sind bisher gewöhnlich durch das folgende Trockenverfahren gebildet worden. Das heißt, eine Polyamidsäure, wie ein Polyimidharzvorläufer, wird zuerst in einem polaren Lösemittel, wie N,N-Dimethylacetamid oder N-Methyl-2-pyrrolidon, aufgelöst zum Herstellen eines Polyamidsäurelackes, der dann auf ein Substrat durch Schleuderbeschichten oder Gießen aufgebracht wird und zum Entfernen des Lösemittels und zum Ringschluss der Polyamidsäure für die Imidbildung erwärmt wird, wodurch ein Polyimidharzfilm gebildet wird, gefolgt von einer Musterbildung durch reaktives Ionenätzen (RIE) unter Verwendung von Sauerstoffplasma usw. (vgl. z. B. US 546 860 oder US 5136 692 ).
  • Gemäß dem herkömmlichen Trockenverfahren, in welchem der Polyimidharzfilm dem reaktiven Ionenätzen zur Bildung eines Musters, wie vorstehend beschrieben, unterworfen wird, braucht es jedoch nicht nur eine lange Zeit zur Bildung eines optischen Schaltkreises, sondern auch das Problem der Kostenverringerung ist noch nicht gelöst, da der Verarbeitungsbereich beschränkt ist. Ferner ist gemäß eines solchen Trockenverfahrens eine Wandoberfläche (Seitenoberfläche) des gebildeten Musters nicht flach, so dass der Streuverlust während der Wellenleitung von Licht in den optischen Schaltkreis groß wird.
  • Als billiges Verfahren zum Herstellen optischer Wellenleiter ohne Verwendung eines solchen Trockenverfahrens ist folglich z. B. ein so genanntes Release-Schichtverfahren bekannt (vgl. z. B. das Patentdokument 1). Auch in diesem Release-Schichtverfahren besteht jedoch die Gefahr, dass sowohl Materialcharakteristiken als auch die Haltbarkeit und die Entformungseigenschaften einer Übertragungsform durch Eintauchen eines Elements in eine Ätzlösung, um die Release-Schicht zu entfernen, verschlechtert werden.
  • Im Gegensatz dazu treten, wie bereits bekannt, die vorstehend genannten Probleme nicht auf, wenn die Musterbildung unter Verwendung eines Polyimidharzes durch ein Nassverfahren unter Verwendung einer lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung bzw. Polyimidharzzusammensetzungsvorstufe durchgeführt wird, in welcher ein 1,4-Dihydropyridinderivat als lichtempfindliches Agens eingearbeitet ist (vgl. z. B. die Patentdokumente 2 bis 4). Es muss jedoch ein neues Problem des Lichtverlustes mit Bezug auf das erhaltene Polyimidharz gelöst werden. Um das Polyimidharz in dem vorstehend genannten Nassverfahren als optisches Wellenleitermaterial zu verwenden, ist es für das Polyimidharz speziell erforderlich, dass es kein zu leitendes Licht absorbiert, d. h. es muss einen geringen Lichtverlust haben, und kurz gesagt, muss es transparent sein.
  • Um die vorstehend genannte lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung der Musterbildung durch das Nassverfahren zum Herstellen des optischen Wellenleiters zu unterwerfen, der mit einer ein Polyimidharz enthaltenden Kernschicht versehen ist, wird jedoch die Musterbildung unter Verwendung der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung als Ausgangsmaterial durchgeführt, der Lichtempfindlichkeit durch Vermischen eines lichtempfindlichen Agens mit einer Polyamidsäure, die ein Polyimidharzvorläufer ist, verliehen wird, gefolgt von Erwärmen, um die Polyamidsäure dem Ringschluss und der Härtung (Imidbildung) zu unterwerfen, wie vorstehend beschrieben. In diesem Fall besteht das Problem, dass das vorstehend genannte lichtempfindliche Agens thermisch zersetzt wird, wodurch das erhaltene Polyimidharz schwarz gefärbt wird. Gemäß dem Nassverfahren unter Verwendung der herkömmlichen lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung, wie vorstehend beschrieben, unterliegt daher die Verbesserung der niedrigen Verlusteigenschaft einer Beschränkung, selbst wenn die Menge des verwendeten lichtempfindlichen Agens verringert wird. Es ist daher unmöglich, die ursprünglich von dem Polyimid besessene geringe Verlusteigenschaft in ausreichender Weise zu erhalten.
    • Patentdokument 1: JP 2002-031732 A
    • Patentdokument 2: JP 6-43648 A
    • Patentdokument 3: JP 7-179604 A
    • Patentdokument 4: JP 7-234525 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Um die vorstehend genannten Probleme bei der Herstellung optischer Wellenleiter durch das Nassverfahren unter Verwendung der vorstehend genannten lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzungen zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung umfangreiche Untersuchungen durchgeführt. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass ein optischer Wellenleiter mit einem äußerst niedrigen Verlust, der in ausreichender Weise die ursprünglich von einem Polyimidharz besessene niedrige Verlusteigenschaft aufweist, durch Bilden einer Verkleidungsschicht des optischen Wellenleiters durch Musterbildung der vorstehend genannten lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung gemäß einem Nassverfahren hergestellt werden kann. Auf diese Weise ist die Erfindung fertig gestellt worden.
  • Demgemäß ist die Erfindung gemacht worden, um zahlreiche Probleme, einschließlich die Produktionskosten in den herkömmlichen optischen Wellenleitermaterialien zu lösen, insbesondere um die vorstehend genannten Probleme bei der herkömmlichen Herstellung der optischen Wellenleiter unter Verwendung von lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzungen zu lösen, in welchen die lichtempfindlichen Agenzien eingearbeitet sind, und eine Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum billigen Herstellen eines optischen Polyimidwellenleiters mit äußerst niedriger Verlusteigenschaft durch ein Nassverfahren bereitzustellen unter Verwendung der vorstehend genannten Musterbildung einer lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung bei der Herstellung einer Verkleidungsschicht eines optischen Wellenleiters.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Polyimidwellenleiters bereitgestellt, welches die Schritte umfasst:
    • (a) Bilden einer Unterverkleidungsschicht auf einem Substrat,
    • (b) Bilden einer lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzungsschicht auf der Unterverkleidungsschicht,
    • (c) Bestrahlen der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzungsschicht, ausgenommen ein Bereich entsprechend einem Kernmuster, mit einem UV-Licht durch eine Maske, gefolgt von Erwärmen nach der Exposition,
    • (d) Entfernen eines nicht-UV-exponierten bzw. UV-unbelichteten Bereichs der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzungsschicht durch Entwicklung,
    • (e) Erwärmen eines UV-exponierten bzw. UV-belichteten Bereichs der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzungsschicht, um den UV-exponierten Bereich zu imidisieren, wodurch eine Verkleidungsschicht mit einem erwünschten Muster gebildet wird,
    • (f) Beschichten des Bereichs, welcher dem Kernmuster entspricht und einer Oberfläche der Verkleidungsschicht mit einer Polyamidsäure, welche ein Polyimidharz mit einem höheren Brechungsindex als das Polyimidharz der Verkleidungsschicht bildet, und Imidisieren der Polyamidsäure durch Erwärmen zum Bilden einer Kernschicht und
    • (g) Bilden einer Überverkleidungsschicht auf der Verkleidungsschicht, worin die lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung umfasst: (i) eine Polyamidsäure, erhalten aus einem Tetracarbonsäuredianhydrid und einem Diamin, und (ii) ein lichtempfindliches Agens, umfassend ein 1,4-Dihydropyridinderivat, wiedergegeben durch die Formel (I):
      Figure 00050001
      worin Ar eine aromatische Gruppe mit einer Nitrogruppe an einer ortho-Stellung bezüglich der Bindungsstellung an dem 1,4-Dihydropyridinring bedeutet; R1 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet; und R2, R3, R4 und R5 jeweils unabhängig ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen bedeuten.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1(A) bis 1(D) sind schematische Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Polyimidwellenleiters gemäß der Erfindung zeigen;
  • 2(E) bis 2(H) sind schematische Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Polyimidwellenleiters gemäß der Erfindung zeigen; und
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines durch das Verfahren der Erfindung erhaltenen optischen Wellenleiters zeigt.
  • Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugsziffern bedeuten das Folgende.
    • 1
    Substrat
    2
    Unterverkleidungsschicht
    3
    lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung
    4
    Maske
    5
    UV-exponierter Bereich
    6
    nicht-UV-exponierter Bereich
    7, 11
    (Seiten)verkleidungsschicht
    8, 10, 10a, 10b
    Kernschicht
    9
    Überverkleidungsschicht
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung umfasst:
    • (i) eine Polyamidsäure, erhalten aus einem Tetracarbonsäuredianhydrid und einem Diamin, und
    • (ii) ein lichtempfindliches Agens, umfassend ein 1,4-Dihydropyridinderivat, wiedergegeben durch die Formel (I):
      Figure 00060001
      worin Ar eine aromatische Gruppe mit einer Nitrogruppe an einer ortho-Stellung bezüglich der Bindungsstellung an dem 1,4-Dihydropyridinring bedeutet; R1 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet; und R2, R3, R4 und R5 jeweils unabhängig ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen bedeuten.
  • In der Erfindung unterliegt das Tetracarbonsäuredianhydrid keiner besonderen Beschränkung, und Beispiele davon umfassen Pyromellithsäureanhydrid, 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid, 2,2-Bis(2,3-dicarboxyphenyl)propandianhydrid, 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)propandianhydrid, 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)etherdianhydrid und Bis(3,4-dicarboxyphenyl)sulfonsäuredianhydrid.
  • Gemäß der Erfindung ist es jedoch besonders bevorzugt, dass das Tetracarbonsäuredianhydrid eine Verbindung ist, die ein Fluoratom in ihrem Molekül enthält (hierin nachstehend als ein "fluorsubstituiertes Tetracarbonsäuredianhydrid" bezeichnet). Solche Tetracarbonsäuredianhydride umfassen z. B. 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluorpropandianhydrid, 4,4-Bis(3,4-dicarboxytrifluorphenoxy)tetrafluorbenzoldianhydrid, 1,4-Bis(3,4-dicarboxytrifluorphenoxy)tetrafluorbenzoldianhydrid, (Trifluormethyl)pyromellithsäuredianhydrid, Di(trifluormethyl)pyromellithsäuredianhydrid und Di(heptafluorpropyl)pyromellithsäuredianhydrid.
  • Andererseits umfassen die Diamine z. B. m-Phenylendiamin, p-Phenylendiamin, 3,4'-Diaminodiphenylether, 4,4'-Diaminodiphenylether, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 3,3'-Diaminodiphenylsulfon, 2,2-Bis(4-aminophenoxyphenyl)propan, 1,3-Bis(4-aminophenoxy)benzol, 1,4-Bis(4-aminophenoxy)benzol, 2,4-Diaminotoluol, 2,6-Diaminotoluol, 4,4'-Diaminodiphenylmethan und 4,4'-Diamino-2,2'-dimethylbiphenyl.
  • Ähnlich zu dem Tetracarbonsäuredianhydrid ist es gemäß der Erfindung besonders bevorzugt, dass das Diamin eine Verbindung ist, die ein Fluoratom in ihrem Molekül enthält (hierin nachstehend als ein "fluorsubstituiertes Diamin" bezeichnet). Solche Diamine umfassen z. B. 2,2'-Bis(trifluormethoxy)-4,4'-diaminobiphenyl (TFMOB), 3,3'-Diamino-5,5'-bis(trifluormethyl)biphenyl, 2,2-Bis(4-aminophenyl)hexafluorpropan (BAAF), 2,2-Bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluorpropan (HFBAPP), 2,2'-Bis(trifluormethyl)-4,4'-diaminobiphenyl (TFMB), 2,2-Bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)hexafluorpropan (BIS-AP-AF), 2,2-Bis(3-amino-4-methylphenyl)hexafluorpropan (BIS-AT-AF), 2,2'-Difluorbenzidin (FBZ), 4,4'-Bis(aminooctafluor)biphenyl, 3,5-Diaminobenzotrifluorid und 1,3-Diamino-2,4,5,6-tetrafluorbenzol.
  • Gemäß der Erfindung kann die Einführung eines Fluoratoms in die Struktur der Polyamidsäure, wie vorstehend beschrieben, die Expositionsmenge erniedrigen, die zum Exponieren der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung notwendig ist, im Vergleich zu derjenigen für die herkömmlichen lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzungen. In den herkömmlichen lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzungen beträgt die geeignete Expositionsmenge 300 bis 1000 mJ/cm2, während gemäß der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung, in welcher Fluoratome in die Struktur der Polyamidsäure eingeführt sind, eine ausreichende Auflösung durch eine Expositionsmenge in dem Bereich von 5 bis 20 mJ/cm2 erreicht werden kann.
  • Gemäß der Erfindung kann die Polyamidsäure durch Umsetzen des Tetracarbonsäuredianhydrids, wie vorstehend beschrieben, mit dem Diamin, wie vorstehend beschrieben, gemäß einem herkömmlichen Verfahren erhalten werden. Speziell wird z. B. zu einer Lösung, in welchem ein Diamin in einem geeigneten organischen Lösemittel aufgelöst ist, ein Tetracarbonsäuredianhydrid in einer äquimolaren Menge zu dem Diamin in einer Stickstoffatmosphäre zugesetzt, und die erhaltene Mischung wird etwa 5 bis etwa 20 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, wodurch die Poylamidsäure als viskose Lösung erhalten werden kann.
  • Das Lösemittel unterliegt keiner besonderen Beschränkung, solange es bisher zur Herstellung von Polyamidsäuren verwendet worden ist. So werden z. B. polare Lösemittel, wie N,N-Dimethylacetamid (DMAc) und N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) bevorzugt verwendet, und DMAc wird besonders bevorzugt verwendet, da es sich thermisch nicht zersetzt und eine ausgezeichnete Transparenz hat.
  • In der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung zur Verwendung in der Erfindung wird das durch die vorstehend genannte allgemeine Formel (I) wiedergegebene 1,4-Dihydropyridinderivat als lichtempfindliches Agens mit der vorstehend beschriebenen Polyamidsäure vermischt.
  • Spezielle Beispiele des lichtempfindlichen Agens umfassen 1-Ethyl-3,5-dimethoxycarbonyl-4-(2-nitrophenyl)-1,4-dihydropyridin, 1-Methyl-3,5-dimethoxycarbonyl-4-(2-nitrophenyl)-1,4-dihydropyridin, 1-Propyl-3,5-dimethoxycarbonyl-4-(2-nitrophenyl)-1,4-dihydropyridin und 1-Propyl-3,5-diethoxycarbonyl-4-(2-nitrophenyl)-1,4-dihydropyridin.
  • Gemäß der Erfindung wird unter den verschiedenen vorstehend beschriebenen lichtempfindlichen Agenzien 1-Ethyl-3,5-dimethoxycarbonyl-4-(2-nitrophenyl)-1,4-dihydropyridin (hierin nachstehend als "EDHP" bezeichnet) besonders bevorzugt verwendet unter den Gesichtspunkten niedriger Kosten und niedriger Lichtabsorption durch die C-H-Bindung.
  • Ein solches 1,4-Dihydropyridinderivat kann z. B. durch Umsetzen eines substituierten Benzaldehyds, eines Alkylpropiolats (ein Alkylester von Propargylsäure) in einer zweifachen molaren Menge zu der Menge des substituierten Benzaldehyds und eines entsprechenden primären Amins in Eisessig unter Rückfluss erhalten werden. (Khim. Geterotsikl. Soed., Seiten 1067–1071, 1982).
  • Gemäß der Erfindung wird ein solches lichtempfindliches Agens bevorzugt in einer Menge in dem Bereich von 0,05 bis 10 Gewichtsteilen, bevorzugter in einer Menge in dem Bereich von 0,5 bis 3 Gewichtsteilen, pro 100 Gewichtsteile der Polyamidsäure, verwendet. Wenn die lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung durch Verwenden des lichtempfindlichen Agens in einer Menge hergestellt wird, die 10 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Polyamidsäure übersteigt, absorbiert das erhaltene Polyimidharz Licht im nahen Infrarotbereich. Die Verwendung eines solchen Polyimidharzes als Verkleidungsschicht des optischen Wellenleiters trägt zum Verlust bei, wenn das Licht an einer Kern/Verkleidungs-Grenzfläche reflektiert wird. Wenn das Mischungsverhältnis des lichtempfindli chen Agens andererseits kleiner ist als 0,05 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Polyamidsäure, ist es schwierig, ein Muster mit ausreichendem Kontrast zu erhalten, selbst wenn die erhaltene lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung mit UV-Licht bestrahlt und entwickelt wird.
  • Bei der Herstellung der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung kann zusätzlich zu dem lichtempfindlichen Agens gemäß der Erfindung ferner wenigstens ein Auflösungsregelungsagens bzw. Agens zur Auflösungskontrolle, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenglycol, Polyethylenglycolmonomethylether und Polyethylenglycoldimethylether, mit der Polyamidsäure vermischt werden, wie benötigt.
  • Ein solches Auflösungsregelungsagens hat ein Molekulargewicht-Gewichtsmittel in dem Bereich von gewöhnlich 200 bis 2000 und bevorzugt von 300 bis 1000. Gemäß der Erfindung wird das Auflösungsregelungsagens aus dem Harz zusammen mit dem restlichen Lösemittel beim Erwärmen der Polyamidsäure für die Härtung (Imidbildung) verdampft und verbleibt somit schließlich nicht in dem Harz. Demgemäß beeinträchtigt das Auflösungsregelungsagens die für Harze für die optische Verwendung erforderlichen Eigenschaften, wie die Transparenz des zu bildenden Polyimidharzes nicht nachteilig.
  • Wenn der die erhaltene lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung enthaltende Harzfilm mit Licht bestrahlt und dann entwickelt wird, bewirkt gemäß der Erfindung die Verwendung des Auflösungsregelungsagens einen beträchtlichen Unterschied in der Löslichkeit in einer Entwicklungslösung zwischen einem exponierten Bereich und einem nicht exponierten Bereich des Harzfilmes. Daher kann der nicht exponierte Bereich durch Auflösung entfernt werden, ohne im Wesentlichen den exponierten Bereich bei der Entwicklung aufzulösen, so dass der zurückbleibende Anteil des Harzfilmes verbessert werden kann.
  • Ein solches Auflösungsregelungsagens wird in einer Menge in dem Bereich von bevorzugt 5 bis 50 Gewichtsteilen und besonders bevorzugt von 10 bis 40 Gewichtsteilen, pro 100 Gewichtsteilen der Polyamidsäure, verwendet. Wenn das Verhältnis des Auflösungsregelungsagens kleiner ist als 5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Polyamidsäure, ist die Wirkung der Unterdrückung der Verringerung der Dicke des Harzfilmes (d. h. die Filmverringerung) gering beim Entwickeln des Harzfilmes, der die erhaltene lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung nach der Entwicklung enthält, und der Anteil des zurückbleibenden Films nach der Entwicklung beträgt gewöhnlich 50% oder weniger. Andererseits führen Gehalte von über 50% zu einer geringen Verträglichkeit mit der Polyamidsäure, was die Möglichkeit zur Auflösung herabsetzt.
  • Gemäß der Erfindung kann ein solches Vermischen des lichtempfindlichen Agens und des Auflösungsregelungsagens mit der Polyamidsäure eine lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung mit hoher Lichtempfindlichkeit ergeben. Gemäß einer solchen lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung ist es darüber hinaus möglich, ein Verarbeiten in einem großen Bereich durchzuführen. Das heißt, die herkömmliche Musterbildung in optischen Elementen wird durch das Trockenverfahren einschließlich des reaktiven Ionenätzens, wie vorstehend beschrieben, durchgeführt, so dass es eine lange Bearbeitungszeit benötigt und eine unzureichende Massenproduktion ergibt. Im Gegensatz dazu ist die Musterbildung unter Verwendung der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung gemäß der Erfindung frei von diesen Mängeln und kann die Verarbeitungskosten beträchtlich verringern.
  • Die lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung zur Verwendung in der Erfindung wird z. B. auf die Oberfläche eines Substrats, wie ein Siliciumsubstrat, ein Siliciumdioxidsubstrat, eine Metallfolie, eine Glasplatte oder ein Polymerfilm, aufgebracht und anfänglich zur Bildung einer Schicht der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung getrocknet. Dann wir die Harzschicht mit UV-Licht durch eine Glasmaske bestrahlt, so dass ein erwünschtes Muster erhalten wird. Anschließend wird die Harzschicht in Luft auf eine Temperatur von 160 bis 200°C, bevorzugt 170 bis 190°C, nach der Exposition erwärmt, um die Fotoreaktion in der Harzschicht zu vervollständigen. Dann wird die Harzschicht nach dem Erwärmen entwickelt, d. h. der nicht-UV-exponierte Bereich wird zum Entfernen aufgelöst, und das so erhaltene erwünschte Muster wird weiter erwärmt, um eine Imidbildung zu bewirken. Die Erwärmungstemperatur liegt gewöhnlich in dem Bereich von 300 bis 400°C, und die Desolvatisierungs- und Härtungsreaktion werden unter vermindertem Druck oder in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Auf diese Weise kann ein Muster erhalten werden, welches das Polyimidharz enthält. Die Schichtdicke des Polyimidharzes kann durch die Feststoffkonzentration und die Viskosität der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung, die Filmbildungsbedingungen usw. geregelt werden.
  • Das Verfahren zum Aufbringen der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung auf die Oberfläche des Substrats, der Verkleidungsschicht oder der Kernschicht unterliegt keiner besonderen Beschränkung, und ein gewöhnliches Filmbildungsverfahren, wie Schleuderbeschichten oder Gießen, kann verwendet werden. Ferner wird gewöhnlich eine alkalische wässrige Lösung als Entwicklungslösung zur Verwendung in der vorstehend genannten Entwicklung verwendet.
  • Gemäß der Erfindung wird die Verkleidungsschicht durch das Nassverfahren unter Verwendung der vorstehend genannten lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung gebildet, und eine aus einem Diamin und einem Tetracarbonsäuredianhydrid erhaltene Polyamidsäure wird auf einen Bereich, der als Kernmuster definiert ist (d. h. der von der Verkleidungsschicht verschiedene Bereich) aufgebracht, gefolgt von Erwärmen und Imidbildung zur Bildung der Kernschicht, wodurch es möglich ist, einen optischen Wellenleiter zu erhalten, der den Vorteil der niedrigen Verlusteigenschaft hat, die ursprünglich von Polyimidharzen besessen wurde.
  • Beispiele des optischen Wellenleiters gemäß der Erfindung umfassen z. B. einen geraden optischen Wellenleiter, einen gekrümmten optischen Wellenleiter, einen mehrschichtigen optischen Wellenleiter, einen optischen Kreuzungswellenleiter, einen Y-verzweigten optischen Wellenleiter, einen plattenförmigen optischen Wellenleiter, einen optischen Wellenleiter vom Mach-Zehnder-Typ, einen optischen Wellenleiter vom AWG-Typ, ein Gitter und eine optische Wellenleiterlinse. Optische Elemente, welche diese Wellenleiter verwenden, umfassen ein Wellenlängenfilter, einen optischen Schalter, eine optische Verzweigungseinheit, einen optischen Multiplexer, einen optischen Multiplexer/Demultiplexer, einen optischen Verstärker, einen Wellenlängenmodulator, einen Wellenlängenteilungs-Multiplexer, einen optischen Splitter, einen Richtungskuppler und weiter einen optischen Übertragungsmodul mit einer Laserdiode oder einer Fotodiode durch Hybridintegration. Ferner kann der Wellenleiter gemäß der Erfindung auch auf einer herkömmlichen elektrischen Leiterplatte gebildet werden.
  • Gemäß der Erfindung wird zuerst eine Unterverkleidungsschicht auf einem geeigneten Substrat gebildet, und dann wird die lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung die das lichtempfindliche Agens und das Auflösungsregelungsagens enthält, vermischt mit der Polyamidsäure mit in ihre Struktur eingeführten Fluoratomen, wie vorstehend beschrieben, auf die Unterverkleidungsschicht aufgebracht, gefolgt von Trocknen zum Bilden einer lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzungsschicht. Dann wird die lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzungsschicht mit UV-Licht durch eine Maske bestrahlt, ausgenommen ein Bereich, der einem Kernmuster entspricht, und dann nach der Exposition erwärmt zum Bilden eines UV-exponierten Bereichs und eines nicht-UV-exponierten Bereichs in der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzungsschicht.
  • Anschließend wird der nicht-UV-exponierte Bereich der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzungsschicht durch Entwicklung entfernt, gefolgt von weiterem Erwärmen, um den UV-exponierten Bereich zu imidisieren, wodurch eine Verkleidungsschicht mit einem erforderlichen Muster in dem Bereich gebildet wird, der den Bereich entsprechend dem Kernmuster ausschließt. Mit anderen Worten wird gemäß der vorliegenden Erfindung die mit einem Muster versehene Verkleidungsschicht gebildet, um den ausgeschlossenen Bereich als Kernmuster zu definieren.
  • Dann wird eine Polyamidsäure, die ein Polyimidharz mit einem höheren Brechungsindex bildet als das Polyimidharz der Verkleidungsschicht hat, auf den Bereich entsprechend dem Kernmuster und der Oberfläche der Verkleidungsschicht aufgebracht und erwärmt, um die Polyamidsäure zu imidisieren, wodurch eine Kernschicht gebildet wird. Dann wird eine Überverkleidungsschicht auf der Kernschicht gebildet zum Erhalt eines optischen Polyimidwellenleiters vom eingebetteten Typ.
  • Wenn eine optische Wellenleiterstruktur vom eingebetteten Typ auf diese Weise erhalten wird, d. h. durch Bilden der Unterverkleidungsschicht, Bilden der Polyimidschichten mit der Kernschicht und der Verkleidungsschicht auf der Unterverkleidungsschicht und weiteres Bilden der Überverkleidungsschicht auf den Polyimidschichten, ist es notwendig, den Brechungsindex der Verkleidungsschicht, die um die Kernschicht herum angeordnet ist, niedriger zu machen als denjenigen der Kernschicht. Unter dem Gesichtspunkt des Kontrastes ist der Brechungsindex bevorzugt der gleiche über die Verkleidungen, welche die Kernschicht umgeben. Demgemäß kann z. B. die Überverkleidungsschicht und die Unterverkleidungsschicht aus dem gleichen Polyimid gebildet werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, muss in dem optischen Wellenleiter der Brechungsindex der Kernschicht höher sein als derjenige der Verkleidungsschicht. Gewöhnlich kann der Unterschied Δ in dem spezifischen Brechungsindex zwischen diesen beiden Schichten etwa 0,2% bis etwa 1,0% in dem Fall eines Einmodenleiters betragen. Der Unterschied Δ in dem spezifischen Brechungsindex wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: Δ = ((n(Kern)-n(Verkleidung))/n(Kern)) × 100%worin "n(Kern)" den Brechungsindex der Kernschicht und "n(Verkleidung)" den Brechungsindex der Verkleidungsschicht bedeuten.
  • Das Verfahren zum Herstellen des optischen Polyimidwellenleiters gemäß der Erfindung wird nachstehend im Einzelnen beschrieben.
  • Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird ein geeignetes Substrat 1 zuerst hergestellt, wie in 1(A) gezeigt, und eine Unterverkleidungsschicht 2 wird auf dem Substrat 1 als erster Schritt (a) gebildet, wie in 1(B) gezeigt. Die Unterverkleidungsschicht kann z. B. aus einem Polyimid gemäß einem üblichen Verfahren gebildet werden. Hierin unterliegen das verwendete Polyimid und das Verfahren hierfür keinen besonderen Beschränkungen. Die Unterverkleidungsschicht kann gebildet werden, indem die lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung, wie vorstehend beschrieben, auf das Substrat aufgebracht, die aufgebrachte Zusammensetzung getrocknet und die getrocknete Zusammensetzung als solche ohne Exposition zu ihrer Härtung (Imidbildung) erwärmt wird. Die Erwärmungstemperatur (Imidbildungstemperatur) liegt gewöhnlich in dem Bereich von 300 bis 400°C, und die Polyamidsäure wird gehärtet, während eine Desolvatisierung unter vermindertem Druck oder in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird.
  • Als Substrat wird ein bisher bekanntes Substrat in geeigneter Weise verwendet. Beispiele davon umfassen, sind aber nicht beschränkt auf ein Siliciumsubstrat, ein synthetisches Siliciumdioxidglassubstrat, eine Metallfolie, eine Glasplatte oder einen Polymerfilm.
  • Dann wird die vorstehend beschriebene lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung auf die Unterverkleidungsschicht 2 aufgebracht und zum Bilden einer lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzungsschicht 3 als zweiter Schritt (b) getrocknet, wie in 1(C) gezeigt. Das Verfahren zum Aufbringen der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung auf die Oberfläche des Substrats unterliegt keiner besonderen Beschränkung, und es können z. B. gewöhnliche Filmbildungsverfahren, wie Schleuderbeschichten oder Gießen, verwendet werden.
  • Dann wird die lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzungsschicht mit UV-Licht durch eine Maske 4 bestrahlt mit Ausnahme des Bereichs, der einem vorbestimmten Kernmuster entspricht, und dann nach der Exposition zum Bilden eines UV-exponierten Be reichs 5 und eines nicht-UV-exponierten Bereichs 6 in der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzungsschicht erwärmt als dritter Schritt (c), wie in 1(D) gezeigt. Als UV-Licht-Bestrahlungseinrichtung kann eine gewöhnliche Hochdruckquecksilberlampe verwendet werden, die gewöhnlich für die Bestrahlung lichtempfindlicher Harze mit UV-Licht verwendet worden ist.
  • Dann wird gemäß der Erfindung der UV-exponierte Bereich entwickelt, d. h. der nicht-UV-exponierte Bereich wird entfernt zur Bildung eines erforderlichen Musters für eine Verkleidungsschicht, die erwärmt wird, damit sie imidisiert wird, wodurch die das Polyimidharz enthaltende Verkleidungsschicht 7 erhalten wird als vierter Schritt (d), wie in 2(E) gezeigt.
  • Dann wird ein Polyimidharz mit höherem Brechungsindex als das Polyimidharz der Verkleidungsschicht als Kernschicht 8 auf dem Bereich gebildet, welcher dem Kernmuster und der Oberfläche der Verkleidungsschicht entspricht, als fünfter Schritt (e), wie in 2(F) gezeigt. Die Kernschicht kann aus dem Polyimidharz durch ein übliches Verfahren gebildet werden. Hierin unterliegen das verwendete Polyimid und das Verfahren hierfür keinen besonderen Beschränkungen. Demgemäß wird z. B. eine geeignete Polyamidsäure auf den Bereich aufgebracht, welcher dem Kernmuster und der Oberfläche der Verkleidungsschicht entspricht, und zum Imidisieren der Polyamidsäure erwärmt, wodurch eine Kernschicht 8 so gebildet wird, dass sie in den Bereich entsprechend dem Kernmuster eingebettet ist.
  • Wie im Einzelnen in 3 gezeigt ist, hat die so gebildete Kernschicht 10 einen Unterschied in der Höhe zwischen einer Kernschicht 10a, die auf dem Bereich entsprechend dem Kernmuster gebildet ist (mit anderen Worten, auf der Unterverkleidungsschicht) und einer Kernschicht 10b, die auf einer Verkleidungsschicht 11 gebildet ist, und wird höher auf der Verkleidungsschicht 11.
  • Nachdem die Kernschicht 8 so gebildet ist, wie in 2(F) gezeigt, wird eine Überverkleidungsschicht 9 auf der Kernschicht gebildet als sechster Schritt, wie in 2(G) gezeigt, wodurch ein optischer Wellenleiter vom eingebetteten Typ erhalten werden kann.
  • Ähnlich zu Unterverkleidungsschicht 2 kann die Überverkleidungsschicht auf der Kernschicht ebenfalls z. B. aus einem Polyimid gemäß einem üblichen Verfahren gebildet werden. Das verwendete Polyimid und das Verfahren hierfür unterliegen auch in diesem Fall keinen besonderen Beschränkungen. Die Überverkleidungsschicht kann gebildet werden, indem die vorstehend beschriebene lichtempfindliche Polyimidharz-Vorläuferzusammen setzung auf die Kernschicht aufgebracht, die aufgebrachte Zusammensetzung getrocknet und dann die getrocknete Zusammensetzung als solche ohne Exposition zu ihrer Härtung (Imidbildung) erwärmt wird.
  • Ein flexibler optischer Wellenleiter vom eingebetteten Typ kann ebenfalls in ähnlicher Weise zu dem vorstehend genannten optischen Wellenleiter vom eingebetteten Typ hergestellt werden. Das heißt, eine Unterverkleidungsschicht, eine Verkleidungsschicht, eine Kernschicht und eine Überverkleidungsschicht werden in dieser Reihenfolge auf einem Substrat gebildet, das ein Material umfasst, das in dem Endschritt geätzt werden kann und von der Unterverkleidungsschicht getrennt werden kann, in der gleichen Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen optischen Wellenleiter vom eingebetteten Typ. Dann wird das Substrat 1 durch Ätzen entfernt, wie in 2(H) gezeigt, wodurch ein flexibler optischer Wellenleiter vom eingebetteten Typ erhalten werden kann. Das Substrat unterliegt keiner besonderen Beschränkung, solange es die vorstehend genannten vorgeschriebenen Eigenschaften erfüllt. So kann z. B. ein Metall, ein anorganisches Material, ein organischer Film oder Ähnliches verwendet werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der Erfindung die Musterbildung der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung durch das Nassverfahren zum Bilden der Verkleidungsschicht durchgeführt, und ein Polyimid wird aus einer Polyamidsäure in dem Bereich zum Bilden der Kernschicht gebildet, die durch die mit einem Muster versehene Verkleidungsschicht definiert ist, gefolgt von der Bildung der Kernschicht.
  • Daher wird gemäß dem Verfahren der Erfindung die Kernschicht aus einem Polyimidharz gebildet, das von einer gewöhnlichen Polyamidsäure abgeleitet ist, die kein lichtempfindliches Agens enthält, so dass ein optischer Wellenleiter, der in ausreichender Weise Vorteil aus der niedrigen Verlusteigenschaft ziehen kann, die ursprünglich ein Polyimidharz besaß, erhalten werden kann, wobei die Musterbildung der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung durch das Nassverfahren erfolgt.
  • BEISPIELE
  • Die Erfindung wird im Einzelnen mit Bezug auf die folgenden Beispiele und das Vergleichsbeispiel erläutert; sie dürfen aber nicht so ausgelegt werden, dass die Erfindung durch diese Beispiele beschränkt sei.
  • Referenzbeispiel 1
  • Herstellung eines Polyamidsäurelackes A für den Kern
  • In einer Stickstoffatmosphäre wurde eine Lösung von 8,81 g (0,04 mol) 2,2'-Bis(fluor)benzidin (FBZ) in N,N-Dimethylacetamid (79,7 g) in einem trennbaren 300 ml-Kolben hergestellt, und 17,8 g (0,04 mol) 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluorpropandianhydrid (6FDA) wurden dazu unter Rühren zugesetzt, gefolgt von Rühren bei Raumtemperatur für 24 Stunden zum Erhalt eines Polyimidvorläufers (hierin nachstehend als "Polyamidsäurelack A" bezeichnet).
  • Referenzbeispiel 2
  • Herstellung von Polyamidsäurelack B für die Verkleidung
  • In einer Stickstoffatmosphäre wurde eine Lösung von 28,8 g (0,09 mol) 2,2'-Bis(trifluormethyl)-4,4'-diaminobiphenyl (TFMB) in N,N-Dimethylacetamid (275,2 g) in einem trennbaren 300 ml-Kolben hergestellt, und 40,0 g (0,09 mol) 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluorpropandianhydrid (6FDA) wurden dazu unter Rühren zugesetzt, gefolgt von Rühren bei Raumtemperatur für 24 Stunden unter Erhalt eines Polyimidvorläufers (hierin nachfolgend als "Polyamidsäurelack B" bezeichnet).
  • Referenzbeispiel 3
  • Herstellung von lichtempfindlichem Polyamidsäurelack C
  • Aus einem Becher wurden 100 g des vorstehend genannten Polyamidsäurelacks B entnommen. Auf der Grundlage des Feststoffgehalts des Polyamidsäurelacks wurden 2 Gew.-% (0,4 g) EDHP (lichtempfindliches Agens) und 15 Gew.-% (3,0 g) Polyethylenglycoldimethylether (Auflösungsregelungsagens; Molekulargewicht-Gewichtsmittel: 500) dazu zugesetzt, gefolgt von Rühren unter Erhalt eines homogenen lichtempfindlichen Polyamidsäurelacks C.
  • Beispiel 1
  • Herstellung eines optischen Wellenleiters
  • Der vorstehend genannte Polyamidsäurelack B wurde auf ein synthetisches Siliciumdioxidglassubstrat mit einer Dicke von 1,0 mm durch Schleuderbeschichten aufgebracht und durch etwa 15-minütiges Erwärmen auf 90°C getrocknet, gefolgt von 2-ständigem Erwärmen auf 36°C unter vermindertem Druck, um ihn zu imidisieren, wodurch eine Unterverkleidungsschicht auf dem Substrat gebildet wurde. Wenn mit einem Filmdickemessgerät vom Kontakttyp gemessen wurde, betrug die Dicke der Unterverkleidungsschicht 10 μm.
  • Dann wurde der vorstehend genannte lichtempfindliche Polyamidsäurelack C auf die Unterverkleidungsschicht durch Schleuderbeschichten aufgebracht und etwa 15 Minuten durch Erwärmen auf 90°C getrocknet. Danach wurde eine negative Glasmaske, auf welcher 70 mm lange Muster mit einer Linienbreite von 10 μm bei einem Abstand von 100 μm gezogen waren, darauf aufgebracht, und ihre gesamte Oberfläche wurde mit UV-Licht von 10 mJ/cm2 von oben bestrahlt, gefolgt von weiterem 10-minütigem Erwärmen auf 170°C. Die Dicke der so exponierten und erwärmten Harzschicht nach der Exposition betrug 14 μm.
  • Nach der Exposition wurde die Harzschicht bei 35°C mit einer alkalischen wässrigen Lösung von Ethanol, die Tetramethylammoniumhydroxid enthielt, entwickelt und mit Wasser zum Bilden einer Verkleidungsschicht mit erwünschten Mustern gespült. Die Dicke der Harzschicht nach der Entwicklung betrug 12 μm. Dann wurde die Harzschicht 2 Stunden auf 380°C unter vermindertem Druck erwärmt, um das restliche Lösemittel zu entfernen und um die Imidbildung des Harzes zu vervollständigen. Die Dicke der das so erhaltene Polyimidharz enthaltenden Verkleidungsschicht betrug 10 μm.
  • Dann wurde unter Verwendung des so erhaltenen Substrats mit der das Polyimidharz als Grundlage enthaltenden Verkleidungsschicht Polyamidharzlack A, der ein Polyimidharz mit einem höheren Brechungsindex bildet als das Polyimidharz, auf die gesamte Oberfläche der Unterverkleidungsschicht einschließlich der vorstehend genannten Verkleidungsschicht durch Schleuderbeschichten aufgebracht und 2 Stunden auf 350°C unter vermindertem Druck erwärmt, um dadurch eine Kernschicht zu bilden, die in einen konkaven Teil, begrenzt durch die mit dem Muster versehene Verkleidungsschicht für die Kernschicht, eingebettet ist.
  • In dem so erhaltenen optischen Polyimidwellenleiter betrug die Dicke der Kernschicht auf der Oberfläche der Verkleidungsschicht (Dicke: c) 5 μm, und die Dicke auf der Unterverkleidungsschicht betrug 12 μm, wie in 3 gezeigt. Mit anderen Worten befindet sich der Teil der Kernschicht, der auf der Unterverkleidungsschicht gebildet ist, etwa 3 μm tiefer als der Teil der Kernschicht, der die auf der Oberfläche der Verkleidungsschicht mit einer Dicke von 10 μm gebildet ist.
  • Schließlich wurde der vorstehend genannte Polyamidsäurelack B auf die Oberfläche der Kernschicht durch Schleuderbeschichten aufgebracht und 2 Stunden auf 350°C zum Bilden einer Überverkleidungsschicht erwärmt. Die Dicke der Überverkleidungsschicht betrug 10 μm.
  • Auf diese Weise wurde ein optischer Wellenleiter vom eingebetteten Typ erhalten, der das synthetische Siliciumdioxidsubstrat, die ein Polyimid enthaltende Unterverkleidungsschicht (Grundverkleidungsschicht), die ein Polyimid, abgeleitet von der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung enthaltende Verkleidungsschicht (Seitenverkleidungsschicht), die ein Polyimid enthaltende Kernschicht und die ein Polyimid enthaltende Überverkleidungsschicht umfasst. Nachdem der optische Wellenleiter einer Endflächenbehandlung unterworfen war, wurde dann Licht mit einer Wellenlänge von 1300 nm hindurchgeleitet, und der Lichtfortpflanzungsverlust wurde durch ein Cutback-Verfahren gemessen. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass er 0,2 dB/cm betrug.
  • Beispiele 2 bis 5
  • Optische Wellenleiter wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass die Dicke der Grundverkleidungsschicht (Dicke: a), die Dicke der Seitenverkleidungsschicht (Dicke: b) und die Dicke der Kernschicht auf der Seitenverkleidungsschicht (Dicke: c) wie in 3 gezeigt, geändert wurden. Für diese optischen Wellenleiter wurde der Lichtfortpflanzungsverlust in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 gemessen, und die in der Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse wurden erhalten. Tabelle 1
    Beispiel
    1 2 3 4 5
    Dicke (μm)
    Dicke (a) der Unterverkleidungsschicht a 10 16 10 5 30
    Dicke (b) der Verkleidungsschicht b 10 10 5 5 30
    Dicke (c) der Kernschicht 5 5 3 3 15
    Fortpflanzungsverlust (dB/cm) 0,1 0,15 0,15 0,1 0,2
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Herstellung eines optischen Wellenleiters
  • Der vorstehend genannte Polyamidsäurelack B wurde auf ein synthetisches Siliciumdioxidglassubstrat mit einer Dicke von 1,0 mm durch Schleuderbeschichten aufgebracht und durch etwa 15-minütiges Erwärmen auf 90°C getrocknet, gefolgt von 2-ständigem Erwärmen auf 36°C unter vermindertem Druck, um ihn zu imidisieren, wodurch eine Unterverkleidungsschicht auf dem Substrat gebildet wurde. Wenn mit einem Filmdickenmessgerät vom Kontakttyp gemessen wurde, betrug der Dicke der Unterverkleidungsschicht 10 μm.
  • Dann wurde der vorstehend genannte lichtempfindliche Polyamidsäurelack C auf die Unter verkleidungsschicht durch Schleuderbeschichten aufgebracht und durch etwa 15-minütiges Erwärmen auf 90°C getrocknet. Danach wurde eine positive Glasmaske, auf welcher 70 mm lange Muster mit einer Linienbreite von 10 μm bei einem Abstand von 100 μm gezogen waren, darauf aufgebracht, und ihre gesamte Oberfläche wurde mit UV-Licht von 10 mJ/cm2 von oben bestrahlt, gefolgt von weiterem 10-minütigem Erwärmen auf 170°C. Die Dicke der so exponierten und nach der Exposition erwärmten Harzschicht betrug 14 μm.
  • Die Harzschicht wurde bei 35°C mit einer alkalischen wässrigen Lösung von Ethanol, die Tetramethylammoniumhydroxid enthielt, zum Entfernen des nicht-UV-exponierten Bereichs entwickelt und mit Wasser gespült zur Bildung einer Kernschicht mit erwünschten Mustern.
  • Die Dicke der Harzschicht nach der Entwicklung betrug 12 μm. Dann wurde die Harzschicht 2 Stunden auf 380 °C unter vermindertem Druck erwärmt, um das in der Harzschicht verbliebene Lösemittel zu entfernen und um die Imidbildung des Harzes zu vervollständigen.
  • Die Dicke der Endverkleidungsschicht, die das so gebildete Polyimidharz enthielt, betrug 10 μm.
  • Danach wurde der vorstehend genannte Polyamidsäurelack B auf die Oberfläche der Kernschicht durch Schleuderbeschichten aufgebracht und 2 Stunden auf 350°C zur Bildung einer Überverkleidungsschicht mit einer Dicke von 10 μm erwärmt.
  • Auf diese Weise wurde ein optischer Wellenleiter vom eingebetteten Typ erhalten, der das synthetische Siliciumdioxidsubstrat, die ein Polyimid enthaltende Verkleidungsschicht, die ein Polyimid, abgeleitet von der lichtempfindlichen Polyimidharz-Vorläuferzusammensetzung enthaltende Kernschicht und die ein Polyimid enthaltende Überverkleidungsschicht umfasst. Nachdem der optische Wellenleiter einer Endflächenbehandlung unterworfen war, wurde Licht mit einer Wellenlänge von 1300 nm hindurchgeleitet, und der Lichtfortpflanzungsverlust wurde durch ein Cutback-Verfahren gemessen. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass er 0,5 dB/cm betrug.
  • Diese Patentanmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-346996 , eingereicht am 29. November 2002.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines optischen Polyimidwellenleiters, umfassend die Schritte: (a) Formen einer Unterverkleidungsschicht auf ein Substrat, (b) Formen einer Schicht einer Polyimidharzzusammensetzungsvorstufe auf der Unterverkleidungsschicht, (c) Aushärten der Schicht einer Polyimidharzzusammensetzungsvorstufe in eine Verkleidungsschicht, (d) Mustern der Verkleidungsschicht in ein gewünschtes Kernmuster, (e) Beschichten des Bereichs, welcher dem Kernmuster entspricht und einer Fläche der Verkleidungsschicht mit einer Polyamidsäure, welche ein Polyimidharz bildet, welches einen höheren Brechungsindex als das Polyimidharz der Verkleidungsschicht besitzt, und Imidisieren der Polyamidsäure, um eine Kernschicht zu bilden, und (f) Formen einer Überverkleidungsschicht auf der Kernschicht, wobei der Prozess dadurch gekennzeichnet ist, dass die Polyimidharzzusammensetzungsvorstufe lichtempfindlich ist und dass die Schritte des Aushärtens und des Musterns umfassen: das Bestrahlen der lichtempfindlichen Schicht der Polyimidharzzusammensetzungsvorstufe mit der Ausnahme eines Bereichs, welcher dem Kernmuster entspricht, mit UV-Licht durch eine Maske, gefolgt von einem Erhitzungsschritt nach der Belichtung, das Entfernen eines UV-unbelichteten Bereichs der Schicht der Polyimidharzzusammensetzungsvorstufe durch Entwicklung, und das Erhitzen eines UV-belichteten Bereichs der Schicht der lichtempfindlichen Polyimidharzzusammensetzungsvorstufe, um den UV-belichteten Bereich zu imidisieren, worin die lichtempfindliche Polyimidharzzusammensetzungsvorstufe umfasst: (I) eine Polyamidsäure, welche von einem Tetracarboxylsäuredianhydrid und einem Diamin erhalten wird; und (II) ein lichtempfindliches Agens, umfassend ein 1,4-Dihydropyridinderivat dargestellt durch Formel (I):
    Figure 00220001
    worin Ar eine aromatische Gruppe darstellt, welche eine Nitrogruppe in ortho-Stellung zur Bindung an den 1,4-Dihydropyridinring enthält; R1 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen darstellt; und R2, R3, R4 und R5 jeweils ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen darstellen, und worin die lichtempfindliche Polyimidharzzusammensetzungsvorstufe das lichtempfindliche Agens in einer Menge von 0,05 bis 10 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile der Polyamidsäure enthält.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin die lichtempfindliche Polyimidharzzusammensetzungsvorstufe weiterhin mindestens ein Agens zur Auflösungskontrolle enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenglykol, Polyethylenglykolmonomethylether und Polyethylenkoldimethylether.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin das Tetracarboxylatdianhydrid ein Fluoratom enthält.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin das Diamin ein Fluoratom enthält.
  5. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin das durch Formel (I) dargestellte 1,4-Dihydropyridinderivat 1-Ethyl-3,5-dimethoxycarbonyl-4-(2-nitrophenyl)-1,4-dihydropyridin umfasst.
  6. Das Verfahren nach Anspruch 2, worin das Agens zur Auflösungskontrolle ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 200 bis 2.000 hat.
  7. Das Verfahren nach Anspruch 2, worin das Agens zur Auflösungskontrolle ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 300 bis 1.000 hat.
  8. Das Verfahren nach Anspruch 2, worin die lichtempfindliche Polyimidharzzusammensetzungsvorstufe das Agens zur Auflösungskontrolle in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile der Polyamidsäure enthält.
  9. Das Verfahren nach Anspruch 2, worin die lichtempfindliche Polyimidharzzusammensetzungsvorstufe das Agens zur Auflösungskontrolle in einer Menge von 10 bis 40 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile an Polyamidsäure enthält.
  10. Optischer Polyimidwellenleiter, erhältlich durch das Verfahren nach Anspruch 1.
DE60320201T 2002-11-29 2003-11-24 Verfahren zur Herstellung von optischen Polyimid-Wellenleitern. Expired - Lifetime DE60320201T2 (de)

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